đồ án tốt nghiệp tính toán và thiết kế cầu treo dây văng

- Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Trờng Đại học giao thông vận tải hà Nội Khoa công trình bộ môn cầu hầm Đồ án tốt nghiệp tính toán & thiết kế cầu treo dây văng Giáo viên hớng dẫn : PGS-TS Trần đức nhiệm Giáo viên đọc duyệt : TS Nguyễn Ngọc long Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Vĩnh Lớp : Cầu - Đờng bộ A K40 Trờng : ĐH Giao thông vận tải Hà Nội. Hà Nội : Tháng 5 - 2004 - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 1 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Lời nói đầu * * * Bớc vào thời kỳ đổi mới đất nớc ta đang trong quá trình xây dựng cơ sở vật chất hạ tầng kỹ thuật . Giao thông vận tải là một nghành đợc quan tâm đầu t nhiều vì đây là huyết mạch của nền kinh tế đất nớc , là nền tảng tạo điều kiện cho cácc nghành khác phát triển . Thực tế cho thấy hiện nay lĩng vực này rất cần những ký s có trình độ chuyên môn vững chắc để có thể nắm bắt và cập nhật đợc những công nghệ tiên tiến hiện đại của thế giới để có thể xây dựng nên những công trình cầu mới , hiện đại , có chất lợng và tính thẩm mỹ cao góp phần vào công cuộc xây dựng đất nớc trong thời đại mở cửa. Sau thời gian học tập tại trờng ĐHGTVT bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trờng ĐHGTVT nói chung và các thầy cố trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹ đợc nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc của một kỹ s tơng lai. Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìm hiểu kiến thức tại trờng , đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thời gian qua của mỗi sinh viên . Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã đợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu Hầm , đặc biệt là sự giúp đỡ trực tiếp của thầy : +) PGS TS Trần Đức Nhiệm. +) ThS Chu Viết Bình. +) TS Nguyễn Ngọc Long. Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ lý thuyết cũng nh các kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi nhứng thiếu sót . Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thể hoàn thiện hơn Đồ án cũng nh kiến thức chuyên môn của mình. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội tháng 5 năm 2004. Sinh viên : Nguyễn Văn Vĩnh. NHận xét của giáo viên h ớng dẫn. - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 2 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - NHận xét của giáo viên đọc duyệt - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 3 - §å ¸n tèt nghiÖp - - TKSB PA CÇu d©y v¨ng - Môc lôc - NguyÔn V¨n VÜnh - Líp CÇu §êng Bé A K40 4 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - STT Tên mục Nội dung thiết kế Trang 1 Nhận xét của giáo viên hớng dẫn 2 2 Nhận xét của giáo viên đọc duyệt 3 3 Tổng quan 5 4 Phần I Thiết kế sơ bộ Các phơng án 7 5 Chơng I Phơng án sơ bộ I : Cầu treo dây văng 7 6 Chơng II Phơng án sơ bộ I : Cầu liên tục đúc hẫng 38 7 Chơng III Phơng án sơ bộ I : Cầu Liên hợp liên tục 72 8 Chơng IV So sánh lựa chọn PA thiết kế kĩ thuật 105 9 Phần II Thiết kế kĩ thuật 109 10 Chơng V Tổng quan về Cầu Dây văng. 109 11 Chơng VI Điều chỉnh nội lực Cầu dây văng. 126 12 Chơng VII Xác định nội lực và tính duyệt dầm chủ. 154 13 Chơng VIII Kiểm duyệt dây văng. 201 14 Chơng IX Tính và kiểm duyệt Mặt cầu - dầm ngang. 209 15 Chơng X Thiết kế tháp cầu. 232 16 Chơng XI Thiết kế mố cầu. 281 17 Chơng XII Thiết kế tổ chức thi công 322 18 Phần IV Chuyên đề tốt nghiệp - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 5 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Tổng quan * * * I Điều kiện tự nhiên tại khu vực Xây dựng cầu I.1 Đặc điểm về địa hình Thuỷ văn. - Chế độ thuỷ văn ít thay đổi +) MNCN : 4,00 m +) MNTT : 2,00 m +) MNTN : -2,30 m - Khẩu độ thoát nớc yêu cầu : L > 300m I.2 Đặc điểm về Địa chất - Đã tiến hành khoan tại 4 lỗ khoan ỏ vị trí xây dựng cầu dự kiến và có kết quả sau : +) Lớp 1 : Lớp sét pha cát trạng thái dẻo cứng : +) Lớp 2 : Cát pha sét trạng thái nửa cứng +) Lớp 3 : Cát hạt vừa bão hoà nớc , trạng thái chặt +) Lớp 4 : Cát hạt thô bão hoà nớc , trạng thái chặt Lớp Chiều dày H m Hệ số rỗng e Độ sệt B T/m 3 Lực dính C KG/cm 2 Cờng độ R KG/cm 2 Góc ma sát độ 1 8,5 0,7 0,4 1,8 0,14 1,2 22 2 7,5 0,5 0,2 1,7 0,12 2,5 25 3 9,6 1,7 0,06 2,5 38 4 Vô hạn 2,1 3,3 40 II Các ph ơng án và ph ơng pháp xây dựng II.1 Quy trình thiết kế và các nguyên tắc chung II.1.1 Quy trình thiết kế - Quy trình thiết kế : Quy trình thiết kế đờng ôtô - Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN 272 01 (Bộ GTVT) - Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN 18 79 (Bộ GTVT) II.1.2 Các nguyên tắc thiết kế - Công trình đợc thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp vơi squy mô của tuyến đờng. - Đáp ứng đợc yêu cầ quy hoạch , phân tích tơng lai của tuyến đờng. - Thời gian thi công ngắn. - Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dỡng - Giá thành xây dựng thấp. II.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản. II.2.1 Quy mô xây dựng - Cầu đợc thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ >100 năm. - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 6 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - II.2.2 Tải trọng thiết kế - Sử dụng cấp tải trọng theo quy trình thiết kế cầu : 22TCN 272 - 2001 +) Hoạt tải thiết kế : HL93 - Xe tải thiết kế : P = 33,24 T - Xe 2 trục thiết kế : P = 22 T - Tải trọng làn thiết kế : q = 0,948 T/m +) Tải trọng Ngời : 300 KG/m 2 - Hệ số tải trọng +) Tĩnh tải giai đoạn 1 : 1 = 1,25 +) Tĩnh tải giai đoạn 2 : 2 = 1,5 +) Hoạt tải : 1 = 1,75 - Hệ số động (hệ số xung kích ) : IM = 1+ 25 / 100 = 1,25 II.2.3 KHổ cầu thiết kế - Mặt cắt ngang thiết kế cho 2 làn xe với vận tốc thiết kế : V=60 km/h - Mặt cắt ngang khổ : K = 7,5+2x2 + 2x0,5 m +) Phần xe chạy : B xe = 2x3,75 m +) Phần lề bộ hành : B le = 2x2m +) Phần lan can : 2x0,5 m II.2.4 KHổ thông thuyền - Sông thông thuyền cấp I : +) Tĩnh cao : H = 10 m +) Tĩnh ngang : B = 80m II.2.5 Trắc dọc cầu - Cầu nằm trên đờng cong tròn R = 10000 m - Độ dốc dọc cầu : i = 2% III Các ph ơng án cầu và so sánh lựa chọn . III.1 Nguyên tắc lựa chọn phơng án cầu - Đáp ứng yêu cầu thông thuyền - Giảm tối thiểu các trụ giữa sông - Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhng có u tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nớc. - Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công. - Đạt hiệu quả kinh tế cao , giá thành rẻ. - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 7 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Phần I : Thiết kế sơ bộ các Phơng án cầu Chơng I : Phơng án sơ bộ I Thiết kế Cầu treo dây văng * * * I Tổng quan về cầu dây văng - Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hoá của nớc ta hiện nay, xây dựng hạ tầng cơ sở là vấn đề vô cùng quan trọng. Trong đó việc xây dựng mới, cải tạo và nâng cấp hệ thống giao thông là tất yếu. - Một trong những yêu cầu đặt ra hiện nay đối với các cầu đợc xây dựng trên khắp cả nớc hiện tại cũng nh tơng lai là: vừa đáp ứng đợc yêu cầu giao thông hiện đại, giá thành kinh tế đồng thời đẹp về mặt kiến trúc, mỹ quan để có thể trở thành biểu tợng của Việt Nam hiện đại trong tơng lai. - Trớc đây khi xây dựng cầu vợt qua sông thờng sử dụng cầu BTCT, BTCTƯST, Cầu thép ở dạng cầu dầm đơn giản hoặc liên tục kê trên các gối cứng là mố và trụ, những loại cầu này chỉ kinh tế khi vợt nhịp vừa, nhịp nhỏ. - Nh vậy cần phải sử dụng loại cầu nào đó vừa đảm bảo vợt đợc nhịp lớn, công nghệ thi công đơn giản, giá thành hạ đồng thời đẹp về mỹ quan. - Qua nghiên cứu tìm hiểu một số nớc đã và đang phát triển trên thế giới hiện nay, thấy rằng trong khoảng 50 ữ 150m thì các cầu bê tông cốt thép ứng suất trớc xây dựng theo công nghệ lắp hẫng tỏ ra có hiệu quả cao trên quan điểm kỹ thuật. Nhịp lớn nhất xây dựng theo công nghệ này đã đạt tới 240m (cầu Hamana ở Nhật Bản). Tuy nhiên giới hạn về nhịp kinh tế của loại cầu này cũng chỉ khoảng 200m. - Cầu dây văng là kết cấu không biến dạng hình học do đó đảm bảo đợc độ cứng lớn.Hệ làm việc nh một dầm cứng kê trên các gối đàn hồi là các dây văng.Việc tăng số lợng gối đàn hồi không làm tăng khối lợng của dây và lực nén trong dầm chủ nhng lại giảm đợc đáng kể mômen uốn trong trong dầm cứng , đặc biệt dới tác dụng của tĩnh tải thì mômen uốn trong dầm cứng gần nh đợc triệt tiêu. Do đó CDV có thể vợt đợc nhịp rất lớn mà lợng vật liệu tăng không đáng kể. - Hơn nữa, trong lịch sử phát triển của nghành cầu đờng thì cha có một loại cầu nào có sức hấp dẫn, tập trung trí tuệ gây đợc niềm say mê và cảm xúc sáng tạo - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 8 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - cho các nhà khoa học, các nhà kiến trúc và đông đảo nhân dân nh cầu treo đây văng. Trong vòng hơn 40 năm, kể từ ngày xây dựng chiếc cầu đầu tiên Stromsund tại Thụy Điển năm 1955 cho đến nay, cầu treo dây văng đã đợc xây dựng ở hầu hết các nớc trên thế giới, từ các công trình có chiều dài vài chục đến hàng nghìn mét, đảm bảo giao thông an toàn cho ôtô và xe lửa. Nhiều cây cầu với kết cấu và kiến trúc độc đáo đã trở thành biểu tợng kiến trúc, di sản văn hóa của thời đại. - Đặc điểm cở bản có sức hấp dẫn của cầu dây văng là tính đa dạng. Tính đa dạng của cầu dây văng thể hiện ở số lợng và chiều dài nhịp, số mặt phẳng và các sơ đồ phân bố dây Hình thái và tầm cao của tháp cầu cũng nh tính độc đáo của các loại tiết diện ngang tạo cho công trình có đủ tầm cao, tầm xa để thể hiện hoài bão và trí tởng tợng của con ngời. - Cầu dây văng với u thế về khả năng chịu lực, hợp lý về công nghệ thi công, tính đa dạng về sơ đồ kết cấu đang trở thành các công trình trọng điểm của nhiều n- ớc và cũng đang trở thành công trình đặc trng của thế kỷ 20 và tơng lai. - ở nớc ta , CDV đầu tiên đợc xây dng vào năm 1976 tại Đakrông (Quảng Trị) nhng đến tháng 2 năm 1999 cầu bị sập do gỉ và đứt neo, sau đó đến năm 2000 cầu đợc sủa lại với dầm băng BTCT.Tiếp theo đó là việc xây dựng cầu Mỹ Thuận (Tiền Giang Vĩnh Long) bắc qua sông Tiền từ năm 1998 2001 , cầu sông Hàn (Đà Nẵng) , hiện nay vẫn đang tiếp tục xây dựng và hoàn thiện các cây cầu dây văng lớn và hiện đại nh : cầu Cần Thơ bắc qua sông Hậu (Cần Thơ ), cầu Kiền bắc qua sông Cấm (Hải Phòng ) , cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Bính (Hải Phòng) và hàng loạt các CDV cho nông thôn , miền núi và đồng bằng sông Cửu Long. II Giới thiệu chung về ph ơng án II.1 Tiêu chuẩn thiết kế - Quy trình thiết kế : 22TCN 272 01 Bộ Giao thông vân tải - Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18 79 Bộ Giao thông vân tải - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 9 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - - Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Ngời bộ hành 300 Kg/m 2 II.2 sơ đồ kết cấu II.2.1 Kết cấu phần trên - Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 2x33+90+186+90 - Kết cấu cầu không đối xứng gồm 2 nhịp dẫn 33 m và hệ cầu dây văng ba nhịp . - Chiều cao cột tháp dự tính : 55 m tính từ đáy bệ tháp - Mặt cắt ngang dầm có chiều cao không đổi dạng TT . - Chiều dài một khoang sơ bộ chọn 8 m . - Số lợng dây cho một cột tháp 22 dây - Các dầm ngang đợc bố trí trên suốt chiều dài dầm dọc với khoảng cách 4m một dầm ngang . - Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp : + Bê tông mác 400 + Cốt thép cờng độ cao dùng các loại tao đơn 7 sợi . + Thép cấu tạo dùng thép CT3 II.2.2 Kết cấu phần d ới 1 - Cấu tạo tháp cầu : - Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT tại chỗ . Bê tông chế tạo M300 - Phơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đờng kính 1,5m. 2- Cấu tạo trụ cầu : - Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông tại chỗ mác M300 - Trụ cầu T 2 : đợc xây dựng trên móng cọc đóng d = 40 cm - Trụ cầu T 3 : đợc xây dựng trên móng cọc khoan nhồi D= 150 cm - Phơng án móng : Móng cọc đài cao . 3 - Cấu tạo mố cầu - Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo M300. - Mố của kết cấu nhịp chính đợc đặt trên móng cọc khoan nhồi 1m. - Mố của kết cấu nhịp dẫn đợc đặt trên móng cọc đóng d= 40 cm III Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văng III.1 Chọn sơ đồ nhịp cầu - Nguyễn Văn Vĩnh - Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 10 [...]... liệu dây +) Soh, Sih : Nội lực tiêu chuẩn trong dây neo và dây thứ i do hoạt tải +) Ao,Ai : Diện tích dây neo và dây thứ i +) lo , li : Hình chiếu của dây neo và dây thứ i ên mặt bằng - Điều kiện đảm bảo về độ cứng : yi < {y} IV Tính toán kết trụ tháp - Nguyễn Văn Vĩnh - 21 Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - IV.1 Cấu tạo tháp và trụ tháp - Do điều kiện địa hình và địa... tất cả các dây văng khác nhau Tuy nhiên trong tính toán thiết kế khi sự khác biệt không lớn thì ta có thể - Nguyễn Văn Vĩnh - 20 Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - chọn tiết diện của một số dây giống nhau hoặc do một số mục đích nào đó trong quá trình thiết kế thì ta cũng có thể tăng hoặc giảm tiết diện của một số dây - Bảng chọn tiết diện dây văng Nhịp biên Dây i 1 2... - 11 Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - III.3 Lựa chọn các thiết bị phụ cho cầu dây văng Hiện nay, các tao cáp đơn đợc sử dụng rộng rãi cho kết cấu BTCT Ư.S.T và cầu dây văng vì các tao đơn dễ vận chuyển, dễ lắp đặt và thích hợp với hệ neo thông dụng nhất hiện nay là neo kẹp Sử dụng loại tao đơn gồm 7 sợi thép 5 đờng kính ngoài 15,2 mm Đồng thời sử dụng dây văng đợc... trong dây văng - Đờng ảnh hởng nội lực dây 1 và 1 - Nguyễn Văn Vĩnh - 18 Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - - Đờng ảnh hởng nội lực dây neo (xếp tải trên nhịp giữa) +) Diện tích ĐAH dơng : + = 42.421 +) Diện tích ĐAH âm : - =- 0.719 +) Tổng diện tích ĐAH : = 41.707 c - Bảng tính toán nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II A - Nội lực dây văng nhịp biên Dây St... K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - V.2 Kích thớc thiết kế kết cấu nhịp cầu dẫn V.2.1 Cấu tạo mặt cắt ngang KCn cầu dẫn 1/2 mặt cắt tại gối 1/2 mặt cắt giữa nhịp TL 1:50 TL 1:50 V.2.2 Các kích thớc cơ bản của KCN cầu dẫn - Kết cấu nhịp cầu dẫn đợc sử dụng kết cấu định hình dầm giản đơn L = 33 m với các kích thớc thiết kế cơ bản nh sau : - Bảng các kích thớc thiết kế KCN cầu dẫn : Tên... 224.02 2 Tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải - Nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải đợc tính với sơ đồ KCN cầu hoàn chỉnh trong giai đoạn khai thác - Để tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải dg2 và hoạt tải thì ta sử dụng chơng trình Sap2000 vẽ ĐAH nội lực trong dây văng sau... 0,45.1860.102 = 873 Mpa III.6.2 Tính nội lực trong dây văng 1 Tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn I a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I - Nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I đợc tính với sơ đồ của giai đoạn thi công - Công thức tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn I +) Nội lực trong dây thứ i I Si = g tt d Sin i +) Nội lực trong dây giữa I Sg = gtt (d... Tính toán thiết kế mố cầu - Nguyễn Văn Vĩnh - 27 Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - V.1 Kích thớc thiết kế mố V.1.1 Cấu tạo mố M1 V.1.2 Các kích thớc cơ bản của mố Tên gọi các kích thớc Chiều cao mố Chiều rộng mố Loại gối Hệ số ma sát gối với bê tông Chiều cao tờng đỉnh Bề dầy tờng đỉnh Chiều cao tờng thân Bề dầy tờng thân Chiều dài tờng cánh Chiều cao đuôi tờng cánh... + 0,45 + 0,23) =1,12 2 16 Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - 1 (0,89 + 0,67 + 0,45 + 0,23) = 1,12 2 1 1 : gL = 3.(0,95 + 0,59 + 0,45 + 0,15) =1,665 2 2 1 1 2.(1,33 + 1,08) =1,205 : gNG = 2 2 +) Xe 2 trục thiết kế : g2T = +) Tải trọng làn +) Tải trọng Ngời III.6 Tính toán nội lực và chọn tiêt diện dây văng III.6.1 Chọn loại cáp làm dây văng - Sử dụng loại cáp CĐC loại... vị H 150 cm Bcau 1400 cm 13 Lớp Cầu Đờng Bộ A K40 - TKSB PA Cầu dây - Đồ án tốt nghiệp văng - Chiều rộng bản cánh dầm chủ Bề rộng sờn dầm Chiều dày bản cánh (bản mặt cầu) Chiều dày bản cánh tính đổi Diện tích mặt cắt thực của dầm chủ Trọng lợng dầm chủ dải đều bc bs hc hc' A DCdc 750 100 25 26.96 33754 8,43 cm cm cm cm cm2 T/m - Tính trọng lợng dầm ngang và tai đeo dây văng: DCdc, DCtd Tên gọi các đại