Thiết Kế Môn Học Mố Trụ Cầu Nguyễn Hồng Quân

BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Phụ lục Phụ lục .1 PHẦN I: SỐ LIỆU CHUNG PHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TỐN 1.Lựa chọn kích thước: 1.1.Kích thước kết cấu tầng trên: .2 1.2.Kích thước dầm chủ: 1.3.Kích thước số lượng dầm ngang: 1.4.Xác định kích thước mố: .4 2.Tính tốn tải trọng,tổ hợp tải trọng .7 2.1.Tĩnh tải .7 2.1.1.Trọng lượng thân mố 2.1.2.Tĩnh tải từ kết cấu tầng 2.2Áp lực đất nằm ngang EH: 12 2.3 Áp lực ngang hoạt tải sau mố : LS 13 2.4.Áp lực đất thẳng đứng EV: 14 2.5 Hoạt tải xe ôtô (LL): 14 2.6 Tải trọng người(PL): .16 2.7.Lực li tâm(CE): 17 2.8.Lực hãm xe(BR): 17 2.9.Lực ma sát(FR): .18 2.10.Tải trọng gió(WS,WL) 18 3.Tính tốn mặt cắt đỉnh bệ đáy móng: 19 3.1.Mặt cắt đỉnh bệ : 21 3.2.Mặt cắt đáy móng 24 3.3.Tính duyệt theo trạng thái giới hạn cường độ I: 26 3.3.1Tính sức kháng đỡ đất (khả chịu tải đất nền) .26 3.3.2Tính độ ổn định lật 27 3.3.3 Tính độ ổn định trượt .27 4.Tính tốn phận: .28 4.1.Tính tốn tường thân 28 Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU 4.2.Tính tốn tường cánh 31 4.3Xác định số lượng cốt thép chịu lực: 34 PHẦN III : BẢN VẼ 43 PHẦN I: SỐ LIỆU CHUNG Nhiệm vụ thiết kế:(Đề số 07) +Thiết kế mố chữ U cầu BTCT đường ôtô theo 22TCN 27205: -Chiều cao mố : (m) -Khổ cầu: K7+2x1,5 (m) -Chiều dài nhịp: L=30 (m) +Kết cấu nhịp dầm cầu BTCT,mặt cắt I có khoảng cách dầm chủ 2.1-2.5 m -Chiều cao dầm I+bản: 1.6+0.2 (m) -Số dầm chủ: +Kích thước gối cao su: -Gối cố định 410(dọc cầu)x460(ngang cầu)x50 mm(cao) -Gối di động 410x460x80mm +MNCN MNTN giả định sau: -MNCN mũ mố 2m -MNTN cao đỉnh móng 1m +Chiều cao mố trụ tính từ đỉnh móng +Nền móng :Móng thiên nhiên (trên tầng đá gốc) PHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TỐN 1.Lựa chọn kích thước: 1.1.Kích thước kết cấu tầng trên:  Chiều rộng cầu: B=7+(2x1,5)+(0.2x2)+(0.5x2)=11.4 (m)  Chọn kích thước kết cấu nhịp hình vẽ:  Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU  Chiều dài nhịp tính tốn: Ls=L-2x0.3=30-0.6=29.4 m 1.2.Kích thước dầm chủ: Đầu dầm chủ gối mở rộng hình vẽ phía Nguyễn Hồng Qn Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU 1.3.Kích thước số lượng dầm ngang: Chọn số lượng dầm ngang : dầm , bề dày d=150 mm tổng số dầm ngang 12 dầm 1.4.Xác định kích thước mố:  Kích thước tường đỉnh: • Xác định chiều cao tường đỉnh: h1=hd+hb+hđk+hg Trong : hd=160 cm : Chiều cao dầm chủ hb=20 cm: Chiều cao mặt cầu hđk=20 cm: Chiều cao đá kê gối hg=5 cm: Chiều cao gối h1=160 + 20 +20 +5=205 (cm) • Chọn bề rộng tường đỉnh: b1=50 (cm)  Kích thước tường thân: • Chiều cao tường thân: h2=hmố-h1=700-205=495 (cm) • Bề rộng tường thân: b2=b1+bm Với : b1=50 cm -Bề rộng tường đỉnh bm – Bề rộng mũ mố ,chọn 100 cm b2=50 +100=150 (cm)  Kích thước tường cánh: Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU • Chiều cao tường cánh:Chọn h3=100 (cm) • Độ ngập sâu tường cánh vào đất:Chọn 65(cm) • Do chiều cao mố H=7 m nên độ dốc taluy 1: Chiều dài tường cánh: lcánh=H.n+0.65-0.5-1=7.1+0.65-0.5-1=5.15 m  Kích thước độ: • Chiều dày:Chọn hbản=25(cm) • Chiều dài:Chọn lbản=4(m) • Bản độ cách tường cánh 1(cm) • Mấu đỡ độ chọn kích thước hình vẽ:  Kích thước móng: • Bề dày móng: Chọn Hmóng=200 (cm) • Bậc móng sau:Chọn =40 (cm) • Bậc móng trước :Chọn 60 (cm)  Chọn phần vát chỗ tiếp giáp gữa tường cánh tường thân 50cm :50 cm hình vẽ Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM Nguyễn Hồng Quân BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU 2.Tính tốn tải trọng,tổ hợp tải trọng 2.1.Tĩnh tải Tĩnh tải bao gồm: -Trọng lượng thân mố -Trọng lượng kết cấu phần 2.1.1.Trọng lượng thân mố DC= :Trọng lượng riêng bêtông, Vi :Thể tích phận mố : Trọng lượng riêng nước, =25 kN/m3 kN/m3 :Thể tích phần phận mố ngập nước Mố gồm phận trọng lượng bảng sau: Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM S T Tên kết cấu T Bệ móng Tường thân Tường đỉnh Mấu đỡ độ Tường cánh (phần đuôi) BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Thể tích m3 (11.4+2x0.4) x 4.8 x = 117.12 11.4 x 4.95 x 1.5 = 84.65 11.4 x 0.5 x 2.05 = 11.69 (0.3+0.27)(11.4-2x0.4) = 0.9063 2x0.4x(5.15x3.7- x2.7x2.85)=12.166 Tường cánh (phần thân) x 0.4 x2.3 x 3.3 =6.072 Thể tích chìm nước m3 117.12 11.4x1.5x1=17.1 0 2x0.4x2.3x1 =1.84 2.1.2.Tĩnh tải từ kết cấu tầng Tĩnh tải kết cấu phần gồm phần sau: a)Trọng lượng thân dầm chữ I: Diện tích dầm chủ: S= 0.2 x 0.9+ x 0.64 x 0.25+ 4x x 0.1 x = 0.544 m2 Trọng lượng dầm chủ m dài: q=S x Nguyễn Hồng Quân =5 x 0.544 x 25 =68 (kN/m) Page Cầu Hầm K47 Trọng lượng kN 1756.8 1945.25 292.25 22.66 304.15 133.4 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU b)Trọng lượng thân mặt cầu: Diện tích mặt cắt ngang mặt cầu: S=0.074 x 11.4 = 0.84 m2 Trọng lượng m dài: q=S x =0.84 x 25 =21 kN/m c)Trọng lượng dầm ngang Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Để thiên an toàn đồng thời dễ tính tốn coi dầm ngang hình chữ nhật kích thước 2.3 x 1.6 m Khi diện tích dầm ngang: S=2.3 x1.5 =3.68 m2 Bề dày dầm ngang d = 0.15 m Trọng lượng 12 dầm ngang : P=12 x S x d x =12 x 3.68 x 0.15 x25 =165.6 (kN) d)Trọng lượng lan can Chọn lan can hình vẽ Để thiên an tồn đồng thời dễ tính tốn coi tồn lan can đặc bêtông Nguyễn Hồng Quân Page 10 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU 4.Tính tốn phận: 4.1.Tính tốn tường thân 4.1.1 Tính mặt cắt 1-1  Sơ đồ tính :Thanh đầu ngàm, đầu tự a)Rb:Phản lực gối độ sinh do: +Tĩnh tải: Gồm: • Trọng lượng thân độ Vbản độ =4 x 0.25 x(11.4 -2 x 0.4 ) =10.6 m3 Pbản độ =10.6 x 25 = 265 kN • Trọng lượng đất đắp độ,tính gần : EV =4 x 2.05 x 10.6 x 18 = 1564.56 kN +Hoạt tải độ: Xếp tải đường ảnh hưởng phản lực gối độ hình vẽ Ta có : Nguyễn Hồng Qn Page 28 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Rtruck= 145 x =145 kN Rtandem = 110 x1 +110 x 0.75 = 192.5 kN Rlàn = 9.3 x x x = 18.6 kN Rb,h = max (Rtruct ,Rtandem) +Rlàn = max (145;192,5) +18.6 =211.1 kN Vậy phản lực gối độ: Rb = 211.1 + (265 +1564.56) x =3870.22 kN b)N01:Trọng lượng tường đỉnh, N01=292.25 kN c) E0:Áp lực ngang đất tĩnh tải E0 = EH.= KBđ = x10.6= 133.64 kN d) Eb:Áp lực ngang đất hoạt tải độ Eb = LS=Kheq H Bđ Với H =2050 m tra bảng lấy gần heq = 1200 mm =1.2 m Eb = 1.2 x 18 x 2.05x 10.6=156.46 kN  Độ lệch tâm lực so với trọng tâm mặt cắt 1-1: +Phản lực gối độ Rb: e1 = + = 0.4 m +Trọng lượng tường đỉnh N01: e2= + Áp lực ngang đất tĩnh tải E0: e3 = 0.4 x 2.05 = 0.82 m + Áp lực ngang đất hoạt tải độ Eb :e4 = 0.5 x 2.05= 1.025 m Nội lực tổng cộng tiết diện 1-1: = Rb+N01 =3870.22 + 292.25 =4162.47 kN = Eo + Eb =133.64 + 156.46 = 290.1 kN = -Rb e1 + N01 e2 + E0 e3+ Eb e4 = - 3870 x 0.4 + + 133.64 x 0.82 + 156.46 x 1.025 = -1278.04 kNm 4.1.2 Tính mặt cắt 2-2  Sơ đồ tính :Thanh đầu ngàm, đầu tự Nguyễn Hồng Quân Page 29 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU  Tải trọng gồm: a)Rb:Phản lực gối độ sinh Rb =3870.22 kN b)N01:Trọng lượng tường đỉnh, N01=292.25 kN c)N02:Trọng lượng tường thân N02=1945.25 kN d)Rt:Phản lực gối tĩnh tải kết cấu nhịp Rt= 310.02 + 1663.05 =1973.07 kN e)Rh:Phản lực gối hoạt tải nhịp Rh=LL+PL=1074.53+132.3=1206.83 kN g) T:Lực hãm xe T=162.5 kN h) E0:Áp lực ngang đất tĩnh tải E0 = EH.= 1558.2 kN i) Eb:Áp lực ngang đất hoạt tải độ Eb = LS = 316.09 kN  Độ lệch tâm lực so với trọng tâm mặt cắt 2-2: -Phản lực gối độ Rb: e1= -Trọng lượng tường đỉnh N01: Nguyễn Hồng Quân e2 = Page 30 + =0.9 m =0.5 m Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU -Trọng lượng tường thân:N02 : e3=0 -Phản lực gối hoạt tải,tĩnh tải kết cấu nhịp: e4 = 0.3 =0.4m -Lực hãm xe T: e5 =6 -1.95 +0.2+0.05 =4.3 m -Áp lực ngang đất tĩnh tải E0: e6 = 0.5 x =3.5 m -Áp lực ngang đất hoạt tải độ Eb: e7=0.4 x 7=2.8m Nội lực tổng cộng tiết diện 2-2: = Rb+Rt+Rh+N01+N02 =3870.22 +1973.07 +1206.83 +292.25 +1945.25 = 9287.62 kN = Eo + Eb + T =1558.2 + 316.09+ 162.5=2036.79 kN = -Rb e1 -N01 e2 + N02 e3 + (Rt+Rh) e4 + T e5 + E0 e6+ Eb e7 =-3870.22 x 0.9 - 292.25 x 0.5 +0 +(1973.07+1206.83 ) x 0.4 +162.5 x 4.3 +1558.2 x 3.5 + 316.09x 2.8 =4680.14 kNm 4.2.Tính tốn tường cánh Tường cánh mố thiết kế chịu tác dụng áp lực đất tĩnh tải hoạt tải Bản tính mút thừa ngàm vào tường ngàm cạnh(ngàm vào tường thân bệ móng).Tuy nhiên việc phân tích ngàm cạnh cịn phức tạp nên thiết kế chúng theo phương pháp gần sau Chia tường cánh thành phần A, B ,C ,D hình vẽ Nguyễn Hồng Quân Page 31 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Phần A D thiết kế dầm mút thừa ngàm vào ab ef.Hợp lực áp lực đất tác dụng vào phần A D coi tải trọng phân bố tác dụng vào tiết diện ngàm ab ef Phần B C thiết kế dầm mút thừa ngàm vào bc cd.Trên hình vẽ phần B tính theo dầm mút thừa có chiều dài bd’ b’o,ngàm b b’.Tính mơmen mặt cắt ngàm Mb Mb’ chịu tải trọng rải đều.Phần C tính theo dầm mút thừa dd’ c’o,ngàm d c’.Tính mơmen mặt cắt ngàm Md Mc’,chịu tải trọng hình thang -Với kích thước mố chọn ta có: ef =3.7m ab= ed’ =7-2.3=4.7 m bc =cd =dd’ =d’b =2.3 m c’o =b’o =2.3 : 2=1.15 m l1 =2.85 m ; l2=2.3 m p= xK Với K= ; =18 kN/m3 + Ứng với p1 :H= ef= x 3.7 =2.47 m p1 =18.3 kN/m + Ứng với p2 :H= ab= x4.7 =2.35 m p2 =16.57 kN/m + Ứng với p3 :H= ab= 4.7 m p3 =66.27 kN/m + Ứng với p4 :H= ab’= ab +bb’=4.7 + 1.15 =5.85 m + Ứng với p5 :H= ac= m p4 =102.67 kN/m p5 =147 kN/m Sơ đồ tải trọng tính phần D,A,B,C hình vẽ Nguyễn Hồng Quân Page 32 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Me = p1l12= x 18.3 x 2.852 =74.32 kNm Mb = p3 = x 66.27 x 2.3 = x 16.57 x 2.3 43.83 kNm Mb’ = p4 =175.24 kNm Nguyễn Hồng Quân p2l22 Ma = x 102.67 x 1.152 =59.14 kNm Page 33 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM Md = (2p3 +p5) BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Mc’ = (2p4 +p5) = x (2 x 66.27+ 147) x 2.32 = (2x102.67+147)x1.152 =246.46 kNm =77.66 kNm 4.3Xác định số lượng cốt thép chịu lực: 4.3.1.)Bố trí thép cho tường thân: Chọn chiều cao hữu hiệu tiết diện ds = 0.8 x 1600 =1280 mm Giả thiết cốt thép chảy dẻo:fs = fy =420 MPa Từ điều kiện cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu : Mu = 0.9 [0.85abf c(ds - )] Biến đổi đặt A= = = 0.018 Giải loại nghiệm lấy dấu dương nhỏ ds ,ta có: a= ds (1 ) = 1280 (1 Diện tích cần thiết cốt thép chịu kéo: As = ) = 23.25 mm = 9881.25 mm2 = Kiểm tra vùng nén tối đa: = Ở : = 0.02 Mu = 5084 kNm ĐẠT 4.3.2.Bố trí thép cho tường cánh: 4.3.2.1.Bố trí cốt thép cho phần D: Chọn chiều cao hữu hiệu tiết diện ds = 0.5 x 3700 =1850 mm Nguyễn Hồng Quân Page 36 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Giả thiết cốt thép chảy dẻo:fs = fy =420 MPa Từ điều kiện cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu : Mu = 0.9 [0.85abf c(ds - )] Biến đổi đặt A= = = 0.00033 Giải loại nghiệm lấy dấu dương nhỏ ds ,ta có: a= ds (1 ) = 1850 (1 Diện tích cần thiết cốt thép chịu kéo: As = ) = 0.61 mm = 105.55 mm2 = Kiểm tra vùng nén tối đa: = = 0.00039 Mu = 74.32kNm ĐẠT 4.3.2.2.Bố trí cốt thép cho phần A: Chọn chiều cao hữu hiệu tiết diện ds = 0.5 x 4700 =2350 mm Giả thiết cốt thép chảy dẻo:fs = fy =420 MPa Từ điều kiện cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu : Mu = 0.9 [0.85abf c(ds - )] Biến đổi đặt A= = = 0.00015 Giải loại nghiệm lấy dấu dương nhỏ ds ,ta có: a= ds (1 ) = 2350 (1 Diện tích cần thiết cốt thép chịu kéo: As = = ) = 0.353 mm = 49.29 mm2 Kiểm tra vùng nén tối đa: Nguyễn Hồng Quân Page 38 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM = BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU = 0.00018 Mu = 43.83 kNm ĐẠT 4.3.2.3.Bố trí cốt thép cho phần B : Chọn chiều cao hữu hiệu tiết diện ds = 0.5 x 2300 =1150 mm Giả thiết cốt thép chảy dẻo:fs = fy =420 MPa Từ điều kiện cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu : Mu = 0.9 [0.85abf c(ds - )] Mu = max(Mb ,Mb’ )=max (175.24;59.14)= 175.24 kNm Biến đổi đặt A= = = 0.0023 Giải loại nghiệm lấy dấu dương nhỏ ds ,ta có: a= ds (1 ) = 1150 (1 Diện tích cần thiết cốt thép chịu kéo: As = ) = 2.65 mm = 370.05 mm2 = Kiểm tra vùng nén tối đa: = = 0.0028 Mu = 175.24 kNm ) ĐẠT 4.3.2.4.Bố trí cốt thép cho phần C : Tương tự bố trí cốt thép cho phần B Mu = max(Md ,Mc’ )=max (246.46;77.66)= 246.46 kNm Nguyễn Hồng Quân Page 41 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM A= BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU = a= ds (1 = 0.0035 ) = 1150 (1 As = ) = 4.03 mm = 562.76 mm2 = Kiểm tra vùng nén tối đa: = = 0.0042 Mu = 146.46 kNm Nguyễn Hồng Quân Page 42 ) ĐẠT Cầu Hầm K47 ... thân 50cm :50 cm hình vẽ Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM Nguyễn Hồng Quân BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU 2.Tính tốn tải trọng,tổ... ta có: =0.6 Nguyễn Hồng Quân Page 19 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU :Diện tích có hiệu móng Nguyễn Hồng Quân Page 20 Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU B,L :Chiều... thước kết cấu tầng trên:  Chiều rộng cầu: B=7+(2x1,5)+(0.2x2)+(0.5x2)=11.4 (m)  Chọn kích thước kết cấu nhịp hình vẽ:  Nguyễn Hồng Quân Page Cầu Hầm K47 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU