Đồ án tính toán mố cầu.DOC

Xe hai trục thiết kế: Xe hai trục: gồm có hai trục, mỗi trục nặng 110KN, khoảng cách giữa hai trụckhông đổi là 1200mm, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là1800mm Hình : Tải

TÍNH TOÁN MỐ

I GIỚI THIỆU CHUNG:

Mố tính toán: M1

Kết cấu mố: mố nặng BTCT

Quy trình tính toán: Theo tiêu chuẩn 22 TCN - 272 - 05

II HÌNH DẠNG HÌNH HỌC CỦA MỐ VÀ SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:

Bảng số liệu về cao độ:

Cao độ đỉnh tường đầu 7.789Cao độ đỉnh gối 7.356Cao độ đỉnh xà mũ 6.985Cao độ đỉnh bệ mố 6.500Cao độ đáy bệ 4.500Cao độ đất tự nhiên 6.810Cao độ mực nước cao nhất 1.000Góc chéo của mố (độ) 90.00

Số liệu tính toán:

+Trọng lượng đơn vị bê tông: γ =c 24.525KN m/ 3

+Trọng lượng đơn vị đất: γ =s 17.658KN m/ 3

+Trọng lượng đơn vị đất bão hoà: γ =sbo 10.791KN m/ 3

+Cường độ chịu nén của bê tông: f c,=30MPa

+Mô đun đàn hồi của bê tông:

+Cường độ chảy dẻo của thép: f y =300MPa

+Mô đun đàn hồi của thép: Es=200000MPa

Hình dạng mố:

w

m g

Chiều cao thân mố h 3.087 Kích thước ngang b2 2.550 Chiều rộng bệ mố b 5.750 Kích thước ngang b3 2.550 Chiều dày tường thân a 1.300 Kích thước ngang b4 1.000 Chiều dày bệ mố d 2.000 Kích thước đứng d1 1.500 Chiều cao dốc bệ mố f 0.000 Kích thước đứng d2 1.000 Chiều rộng phần kê gối n 1.000 Kích thước đứng d3 0.587 Chiều cao tường đầu j 1.950 Kích thước đứng d4 0.000 Chiều dày tường đầu t 0.300 Kích thước đứng d5 0.200 Chiều dài tường đầu w 3.850 Kích thước ngang m 0.500 Chiều dày đất trên bệ mố c 0.310 Chiều dày tường cánh u 0.500 K/c từ gối đến mép t/thân g 0.475 K/cách r2 1.000 K/c từ tim cọc đến mép bệ r1 1.000 Mái dốc trước mố cl 0.000 Kích thước ngang b1 2.000 Mái dốc trước mố bl 0.000

Chiều rộng mố theo hướng ngang: L=14.2m

Chiều cao mố: Ht=5.087m

Khoảng cách từ trọng tâm bệ đến mép phía trước mố: 2.875m

Lớp bê tông đệm dày 100mm

Hình 101: Cấu tạo mố

III MẶT CẮT KIỂM TOÁN:

1 1

Hình 102: Các mặt cắt cần kiểm toán

IV TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ:

IV.1 Tĩnh tải:

IV.1.1 Tải trọng bản thân mố:

Công thức chung để xác định tĩnh tải là

i i i

P V= γ

Trong đó:

Pi : trọng lượng cuả cấu kiện

Vi : thể tích các cấu kiện

i

γ : trọng lượng riêng cuả cấu kiện

Trọng lượng bản thân của 6 bệ kê gối:

2 1.52.55 3.087 1 2 0.5 24.525 242.107

e là độ lệch tâm

Ta tính tại mặt cắt (5-5)

Nội lực do bản thân 6 bệ kê gối:

Khoảng cách từ điểm đặt lực đến mép phía trước mố:

Tương tự ta tính momen do các lực khác gây ra tại mặt cắt (5-5):

Do tường đỉnh gây ra:

Nội lực tại các mặt cắt khác tính tương tự và lập bảng sau:

TỔNG HỢP NỘI LỰC DO TLBT TẠI MẶT CẮT 5-5 Hạng mục P (KN) X (m) r (m) M (KNm)

Bệ kê gối và gối 85.1999 2.475 0.400 34.08Tường đỉnh 203.729 3.15 -0.275 -56.025Thân mố 514.756 2.65 0.225 115.82Đá kê bản quá độ 43.7036 3.433 -0.558 -24.387Tường cánh 242.107 4.926 -2.051 -496.602Bệ mố 4004.93 2.875 0.000 0

TỔNG HỢP NỘI LỰC DO TLBT TẠI MẶT CẮT 1-1

Hạng mục P (KN) X (m) r (m) M (KNm)

Tường đỉnh 203.729 3.15 0.000 0Đá kê bản quá độ 43.7036 3.433 -0.283 -12.368

TỔNG HỢP NỘI LỰC DO TLBT TẠI MẶT CẮT 3-3 Hạng mục P (KN) X (m) r (m) M (KNm)

TỔNG HỢP NỘI LỰC DO TLBT TẠI MẶT CẮT 8-8 Hạng mục P (KN) X (m) r (m) M (KNm)

Tường cánh 242.107 4.926 -1.626 -393.706Bệ mố 1706.45 4.525 -1.225 -2090.401

IV.1.1.2 Tải trọng kết cấu phần trên:

Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Chiều dài nhịp tính toán Lt 39.100 m

Diện tích dầm Supper T Ad 0.968 m2

Diện tích dầm ngang And 0.799 m2

Số lượng dầm ngang Ndn 2.000 dầm

Chiều cao gờ đỡ lan can Hg 0.450 m

Số làn xe thiết kế n 3.000 làn

Trọng lượng riêng bêtông 24.525 KN/m3

Chiều dày bản mặt cầu 0.200 m

Tĩnh tải do dầm chủ:

Tải trọng của 1 dầm:

Tĩnh tải do dầm ngang:

Tải trọng của dầm ngang:

Tải trọng lan can lề bộ hành:

Tải trọng do tiện ích công cộng:

Tạm lấy tải trọng do tiện ích công công trên một đơn vị: P DW3 =5KN m/

e là độ lệch tâm

BẢNG TỔNG HỢP NỘI LỰC DO KCPT TẠI MẶT CẮT (2-2)

Xe tải thiết kế:

Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35 KN , hai trục sau mỗi trục nặng 145KN,khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300mm, khoảng cách hai trục sau thay đổi từ

4300 – 9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theo phương ngang khoảngcách giữa hai bánh xe là 1800mm

Hình 103: Xe tải thiết kế

Xe hai trục thiết kế:

Xe hai trục: gồm có hai trục, mỗi trục nặng 110KN, khoảng cách giữa hai trụckhông đổi là 1200mm, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là1800mm

Hình : Tải trọng xe 2 trục thiết kế

Tải trọng làn:

Tải trọng làn: bao gồm tải trọng rải đều 9,3N/mm xếp theo phương dọc cầu,theo phương ngang cầu tải trọng này phân bố theo chiều rộng 3000mm, tảitrọng làn có thể xe dịch theo phương ngang để gây ra nội lực lớn nhất

Hình : Tải trọng làn

Hoạt tải người (PL):

1200mm

110 kN

110 kN

9,3KN/m

Ta xếp hoạt tải người lên đường ảnh hưởng phản lực gối để gây ra nội lực lớn nhất, chú ý tính cho cả hai bên cầu.

Xếp xe theo phương dọc:

Hình 104: Sơ đồ xếp hoạt tải để tính phản lực gối

Phản lực do xe tải thiết kế:

Xe tải 3 trục P1 (KN) P2 (KN) P3 (KN) Tổng (KN)

Tải trọng trục 145 145 35Giá trị Đ.a.h 1.000 0.890 0.780Phản lực 145 129.054 27.302 301.356

Phản lực do xe tải 2 trục:

Xe tải 2 trục P1 (KN) P2 (KN) Tổng (KN)

Tải trọng trục 110 110Giá trị Đ.a.h 1.000 0.969Phản lực 110 106.624 216.624

Phản lực tải trọng làn:

Tải trọng làn Pl (KN)

Giá trị 9.3Giá trị Đ.a.h 19.550Phản lực 181.815Xếp xe theo phương ngang:

Ln=40.0 m

Hình 105: Xếp xe theo phương ngang cầu để Mx max.

Nhận xét: ta thấy xe tải thiết kế gây ra nội lực lớn hơn xe tải 2 trục

Vậy phản lực do hoạt tải gồm tải trọng xe tải thiết kế kết hợp tải trọng làn

Bảng tổng hợp phản lực tác dụng lên gối do HL93:

Hạng mục Giá trị Đơn vị

HL93 (3 làn) 1424.2 (KN)HL93 (2 làn) 1117.02 (KN)

Phản lực do tải trọng người:

Lực hãm được lấy bằng 25% trọng lượng của các trục xe tải hay xe hai trục thiếtkế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải theo quy trình vàcoi như đi cùng một chiều Các lực này được coi như tác dụng theo chiều nằm ngangcách phía trên mặt đường 1800mm theo cả hai chiều dọc để gây ra hiệu ứng lực lớnnhất Tất cả các làn thiết kế phải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đicùng một chiều trong tương lai

Phải áp dụng hệ số làn quy định trong điều 3.6.1.1.2

Cầu xếp 4 làn xe nên lực hãm xe được tính như sau:

IV.5 Lực li tâm (CE):

Cầu thiết kế thẳng nên CE =0KN

IV.6 Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu công trình (SW):

V tốc độ gió thiết kế được tính theo công thức: V V S= B

VB - Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió có đặt cầu đang nghiên cứu, như quy định trong bảng 3.8.1.1- 1

Đối với tính mố cần xét với 2 trường hợp của tốc độ gió

+ Tương ứng với vùng tính gió cấp cao nhất I tra bảng VB = 38m/s Được xéttrong tổ hợp cường độ II

+ Tương ứng với vận tốc gió V = 25m/s Được xét trong tổ hợp cường độ I

S - Hệ số điều chỉnh với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định,tra bảng 3.8.1.1-2

Cd : Hệ số cản được quy định trong A3.8.1.2.1.1, phụ thuộc vào tỉ số b/d.Trong đó:

b = Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can (mm)

d = Chiều cao kết cấu phần trên bao gồm cả lan can đặc, nếu có (mm) Quy định lấy hệ số tối thiểu là 0.9 Trong bài, ta lấy hệ số cản gió Cd=1,2

Kích thước các bộ phận chắn gió:

STT Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị

1 Chiều cao lan can hlc 1.310 m

2 Chiều cao bản mặt cầu hbmc 0.2 m

3 Chiều cao dầm chủ hdc 0.85 m

Aùp lực gió ứng với từng tốc độ gió thiết kế:

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

V 27.25 41.42 m/s

PB 0.535 1.235 KN/m2

Vậy áp lực gió tính toán: PB=1.8KN/m2

Tải trọng gió ngang (PD):

Tải trọng gió dọc cầu (FSWL):

Theo quy định ta lấy tải trọng gió được tính theo công thức:

IV.7 Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL):

Theo điều 3.8.1.3, khi xét tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọng gió tácdụng vào cả kết cấu và xe cộ

Phải biểu thị tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải phân bố 1.5 KN/m, tácdụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở 1.8m trên mặtđường Lấy trường hợp xếp 2 xe tải ở cả 2 làn

Phải biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0.75 kN/m tácdụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800mm so với mặtđường Lấy trường hợp xếp xe hết toàn bộ mặt cầu

Bảng kết quả tải trọng gió tác dụng lên xe cộ:

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

M=P.e với e là độ lệch tâm.

IV.8 Aùp lực nằm ngang (EH) và thẳng đứng (EV) lên các mặt cắt:

IV.8.1 Aùp lực đất ngang (EH):

Để an toàn áp lực nằm ngang phía trước mố có thể bỏ qua

Aùp lực nằm ngang sau mố được tính như sau :

20,5

+M

Hình 106: Sơ đồ tính áp lực đất ngang

Ta tính áp lực đất tác dụng lên mặt cắt đáy móng (5-5):

Chiều cao đất tác dụng: H=5.087m

Chiều rộng đất tác dụng: W=14.2m

(5-5) 1080.35 0.00 0.00 2198.3 0.00(7-7) 0.00 71.45 88.22 0.00 0.00

IV.8.2 Aùp lực đất đứng (EV):

Ta tính cho mặt caté (5-5):

Aùp lực đất phía trước mố:

IV.9 Aùp lực đất do hoạt tải (ES):

Hoạt tải xe đặt sau lưng mố được quy thành tải trọng đất đắp có chiều cao heq, có chiều dài vô hạn, tuy nhiên do có bản quá độ nên tải trọng áp lực đất do hoạt tải tác dụng lên mố sẽ trở thành tải trọng phân bố có chiều dài hữu hạn

Dầm kê bản quá độ Bản quá độ

0.3

4

Hình 107: Sơ đồ tính áp lực đất tác dụng vào mố thông qua bản quá độ

Hoạt tải quy đổi

Hoạt tải xe đặt sau lưng mố được quy thành tải trọng đất đắp có chiều cao h eq(chiềucao tương đương của đất dùng cho tải trọng xe Bảng 3.11.6.2-1) Đối với đường ô tô cường độ tải trọng phải lấy phù hợp với các quy định của điều 3.6.1.2 Nếu tải trọngchất thêm khác với đường ô tô thì chủ đầu tư phải quy định và/ hoặc chấp nhận một hoạt tải chất thêm phù hợp

9 .10

h :chiều cao đất tương đương với xe tải thiết kế

Chiều cao tường 6000 mm→h eq =760mm

Chiều cao tường 9000 mm→h eq =610mm

Chiều cao tường 5087 mm⇒h eq =806mm

p TLBT

R R

p

4000

Hình 108: Sơ đồ tính bản quá độ

Trọng lượng bản thân dầm kê BQĐ : p damke =0.5 0.5 13.2 24.525 80.9× × × = KN

Ta quy phản lực gối R và trọng lượng bản thân dầm kê BQĐ thành tải trọng phân bố đều trên đáy lớp đá dăm

Aùp lực ngang lên tường tại mặt cắt 2-2 do hoạt tải gây ra

Phân bố áp lực ngang lên tường ∆ph, tính bằng Mpa, do một tải trọng tuyến tính dài hữu hạn thẳng góc với tường có thể lấy bằng :

X : cự ly từ sau tường đến điểm đầu của tải trọng tuyến (mm),

1=2980

2

X : chiều dài của hoạt tải (mm), X2 =2000mm

Z : chiều sâu từ mặt đất đến điểm đang xét (mm)

ν : hệ số Poisson (DIM), ν = 0.3

Q : cường độ tải trọng (N/mm)

Ta chia chiều dày lớp đất từ đáy lớp đá dăm đến mặt cắt 2-2 thành nhiều lớp nhỏcó bề dày 0.4m

STT z (mm) A B Δ (KN/m2) p (KN/m2) Hx (KN) x (m) My (KN.m)

2 400 2 2 0.491 0.387 2.043 0.519 1.06

Hình 109: Biểu đồ áp lực LS tại mặt cắt (2-2)

Ta tính toán tương tự cho mặt cắt (5-5):

Hình 110: Biểu đồ áp lực LS tại mặt cắt (5-5).

IV.10 Lực động đất:

Cầu nằm trong vùng động đất I không cần thiết phân tích về tải động đất (theo 4.7.4.1)

IV.11 Aùp lực nước:

Do đáy bệ mố nằm trên MNCN nên bỏ qua tác dụng của nước lên mố

Tổng hợp nội lực và tổ hợp nội lực ở các TTGH tại các mặt cắt :

Phần mố:

Mặt cắt tường đỉnh (1-1):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

KN KN m KNm KN m KNm TLBT cấu kiện (DC) γ DC

-TLBT mố 247.433 -12.368

Aùp lực đất nằm ngang (EH) γ EH 158.750 123.825

TTGH Hệ số tải trọng γi Gravity Dọc cầu Ngang cầu

Cường độ I 1.25 1.5 309.291 238.125 170.278 0.000 0.000 Cường độ II 1.25 1.5 309.291 238.125 170.278 0.000 0.000 Cường độ III 1.25 1.5 309.291 238.125 170.278 0.000 0.000 Sử dụng 1 1 247.433 158.750 111.457 0.000 0.000

Mặt cắt tường thân (2-2):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

KN KN m KNm KN m KNm TLBT cấu kiện (DC) γDC

-TLBT của KCPT 4611.667 807.042

Lớp phủ mặt cầu (DW) γDW 555.807 97.266

Hoạt tải HL93 (LL) (3 làn) γLL 1424.201 249.235

Hoạt tải HL93 (LL) (2 làn) γ LL 740.325 129.557 2961.300 Tải trọng người (PL) γ PL 152.490 26.686

Lực hãm xe (BR) γ BR 207.188 4.887 1012.525

Lực li tâm (CE) γ CE

Aùp lực đất thẳng đứng (EV) γ EV

Aùp lực đất nằm ngang (EH) γ EH 397.848 491.263

Aùp lực đất do hoạt tải (ES) γES 3.339 2.251

Tải trọng gió lên kết cấu

-2 làn 9522.589 964.359 3100.003 0.000 5182.275 Cường độ II -Gió dọc 7960.163 659.914 1198.075 0.000 0.000

-Gió ngang 7960.163 601.781 1054.659 232.536 573.666 Cường độ III -2 làn, gió dọc 10088.695 909.823 2892.362 0.000 0.000

-2 làn, gió ngang 9165.463 881.484 2632.495 89.899 4276.309 Sử dụng -3 làn, gió dọc 7833.659 629.629 2087.742 0.000 0.000

-2 làn, gió ngang 7149.784 608.375 1894.339 67.424 3170.215

Mặt cắt đáy móng (5-5):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

KN KN m KNm KN m KNm TLBT cấu kiện (DC) γ DC

-TLBT mố 5094.428 -427.114

-TLBT của KCPT 4611.667 1844.667

Lớp phủ mặt cầu (DW) γ DW 555.807 222.323

Hoạt tải HL93 (LL) (3 làn) γ LL 1424.201 569.680

Hoạt tải HL93 (LL) (2 làn) γ LL 740.325 296.130 2961.300 Tải trọng người (PL) γ PL 152.490 60.996

Lực hãm xe (BR) γ BR 207.188 6.887 1426.900

Lực li tâm (CE) γ CE

Aùp lực đất thẳng đứng (EV) γ EV 1990.276 -2827.696

Aùp lực đất nằm ngang (EH) γ EH 1080.358 2198.312

Aùp lực đất do hoạt tải (ES) γ ES 4.881 12.051

Tải trọng gió lên kết cấu

Cường độ II 1.25 1.5 0 1.35 1.5 1.4 0 Cường độ III 1.25 1.5 1.35 1.35 1.5 0.4 0.4

-Gió ngang 15653.202 1627.859 1603.580 232.536 1038.737 Cường độ III -3 làn, gió dọc 17781.734 1935.901 4453.943 0.000 0.000

-2 làn, gió ngang 16858.502 1907.562 3929.671 89.899 4456.106 Sử dụng -3 làn, gió dọc 13828.868 1313.681 3135.358 0.000 0.000

-2 làn, gió ngang 13144.993 1292.427 2745.573 67.424 3305.063

Mặt cắt đá kê gối (6-6):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

KN KN m KNm KN m KNm TLBT cấu kiện (DC) γ DC 432.180 -57.480

TTGH Hệ số

tải trọng γi

Gravity Dọc cầu Ngang cầu

γ DC KN KN KNm KN KNm Cường độ I 1.25 540.224 0.000 -71.850 0.000 0.000

Cường độ II 1.25 540.224 0.000 -71.850 0.000 0.000

Cường độ III 1.25 540.224 0.000 -71.850 0.000 0.000

Sử dụng 1 432.180 0.000 -57.480 0.000 0.000

Mặt cắt (8-8):

Sẽ tính toán ở phần thiết kế móng mố

Phần tường cánh:

Mặt cắt (3-3):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

KN KN m KNm KN m KNm TLBT cấu kiện (DC) γ DC 121.054 -196.853

Aùp lực đất nằm ngang (EH) γ EH 89.596 110.633

TTGH Hệ số tải trọng γi Gravity Dọc cầu Ngang cầu

Cường độ I 1.25 1.5 151.317 0.000 -246.066 134.394 165.950 Cường độ II 1.25 1.5 151.317 0.000 -246.066 134.394 165.950 Cường độ III 1.25 1.5 151.317 0.000 -246.066 134.394 165.950 Sử dụng 1 1 121.054 0.000 -196.853 89.596 110.633

Mặt cắt (4-4):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

KN KN m KNm KN m KNm TLBT cấu kiện (DC) γ DC 24.525 -11.241

Aùp lực đất nằm ngang (EH) γ EH 11.760 9.408

TTGH

Hệ số tải trọng

γi Gravity Dọc cầu Ngang cầu

Aùp lực đất nằm ngang (EH) γ EH 71.445 88.220

Hệ số tải trọng

γi Gravity Dọc cầu Ngang cầu

Cường độ I 1.25 1.5 151.317 0.000 -53.138 107.168 132.330 Cường độ II 1.25 1.5 151.317 0.000 -53.138 107.168 132.330 Cường độ III 1.25 1.5 151.317 0.000 -53.138 107.168 132.330 Sử dụng 1 1 121.054 0.000 -42.510 71.445 88.220

V TÍNH TOÁN BẢN QUÁ ĐỘ:

V.1 Thiết kế cốt thép:

Tiết diện tính toán bxh =13.200x300mm

Momen kiểm toán: Mu=244.33KNm=244.33 10× 6Nmm

Chọn lớp bảo vệ a = 25 mm , ⇒ ds = h - a = 300 – 25 = 275 mm

Từ phương trình cân bằng momen :

2

ad.a.b.f.85,00A/M

2

'

6 2

β

Xảy ra trường hợp phá hoại dẻo ( 5.7.3.3.1 )

Diện tích cốt thép :

'

20,85 0.85 25 3 13200

3309.9300

c s

f f

2 min s 0,003 13200 275 10890

Chọn thép bố trí φ =14mm⇒ diện tích một thanh thép 142 2

153.94

×

Số thanh thép cần bố trí: n= 70.7thanh

Ta bố trí thép phía dưới như sau φ14 200a

Diện tích thép đã bố trí: As=10159.9mm2

V.2 Kiểm tra nứt:

Điều kiện kiểm tra:

0,6

sa s

y

f

Trong đó:

fs: ứng suất trong cốt thép ở TTGH SD với sơ đồ tính đàn hồi nứt

fsa: ứng suất cho phép trong cốt thép

Hình 111: Sơ đồ ứng suất khi tính khả năng chịu nứt tiết diện

Tính ứng suất trong cốt thép:

(d x).nI

.6.79 10159.9 2 275 13200