Thiết kế cầu bê tông cốt thép DUL

Mục lục LờI NóI ĐầU Mục lục chơng I : KháI quát chung KháI quát chung I.1.sự cần thiết phảI xây dung cầu: I.2.đIều kiện địa hình,địa chất, thuỷ văn kinh tế xã hội . I.3.Đánh giá đặc đIểm địa chất thuỷ văn: I.4.Các tiêu kỹ thuật thiết kế: I.5.Các ngyên tắc chọn phơng án cầu: .9 chơng II : thiết kế phơng án i thiết kế Cầu Bê tông cốt thép DUL nhịp giản đơn II.a.thiết kế kết cấu nhịp: II.2 Lựa chọn hình dáng kích thớc mặt cắt: .10 II.3 Tính hệ số phân bố ngang: (Xét cho dầm biên): 13 II.4 Xác định tĩnh tải giai đoạn I II 16 II.5 Bố TRí CốT THéP Và LựA CHọN MặT CắT : 25 II.5.1Xác định diện tích cốt thép theo công thức gần 25 II.5.2.Xác định yếu tố góc cốt thép 26 II.6 Giai đoạn I ,mặt cắt chịu lực mặt cắt giảm yếu: 28 II.7 Giai đoạn II ,mặt cắt chịu lực nh mặt cắt nguyên có kể đến Fd 30 II.8.Tính chiều dài trung bình bó cốt thép 31 II.9.tính mát ứng suất nhịp 32 9.1.mất mát ma sát .32 9.2.Mất mát ứng suất biến dạng dới neo BT dới nó.(4) 34 9.3.Mất mát ứng suất kéo căng không đồng thời bó .28 9.4.Tính mát ứng suất co ngót từ biến (1+2) 29 II.10.tính mát ứng suất mặt cắt cách gối 1.5(m) 10.1.Mất mát ma sát 35 10.2.Mất mát ứng suất biến dạng dới neo BT dới nó.(4) .38 10.3.Mất mát ứng suất kéo căng không đồng thời bó 39 10.4.Mất mát tự trùng cốt thép 40 10.5.Tính mát ứng suất co ngót từ biến (1+2) .41 II.11.kiểm tra chống nứt theo ứng suất pháp 11.1 Kiểm toán 1:Tại mặt cắt dầm giai đoạn khai thác (thớ dới) .41 11.2.Kiểm toán 2:Tại thớ mặt cắt nhịp giai đoạn khai thác 42 11.3.Kiểm toán 3:Tại thớ mặt cắt cách gối 150 (cm) ,trong giai đoạn chế tạo 42 11.4.Kiểm toán 4:Kiểm tra nứt dọc thớ dới mặt cắt nhịp,giai đoạn chế tạo 44 II.12:duyệt cờng độ tác dụng ứng suất cắt ứng suất nén chủ 12.1.Duyệt ứng suất tiếp mặt cắt cách gối 1.5 (m) 46 12.2.Duyệt cờng độ tác dụng US nén chủ mặt cắt cách gối 1.5 (m) 47 12.3.Tính toán cờng độ mặt cắt nghiêng giai đoạn sử dụng Tính cốt đai 65 II.13 Tính mặt cầu 13.1.Tính toán kê hai cạnh 68 13.2Tính toán hẫng .73 ii.b thiết kế mố cầu : II.1 Tính toán 75 II.1.1 Xác định kích thớc mố cầu .75 II.1.2 Tính toán mố cầu 78 II.1.3 Tính duyệt mặt cắt mố theo quy trình 80 II.2 Tính số cọc 2.1 Xác định sức chịu tải cọc 101 2.2 Bố trí cọc 103 II.C : Thiết kế trụ cầu II.1.Chọn cấu tạo kết cấu nhịp-Cấu tạo trụ 104 II 2.Tính toán tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ 2.1 Tính toán vị trí tim gối cầu trụ .105 2.2 Tính toán tải trọng tác dụng lên trụ .106 II.3.tính toán mặt cắt 3.1Tính đặc trng hình học mặt cắt .118 3.2.Tính chiều cao tính toán,độ mảnh độ lệch tâm ngẫu nhiện 118 II.4.duyêt mặt cắt theo tổ hợp tải trọng 119 II.D Thi công kết cấu nhịp 124 chơng III :phơng án ii thiết kế cầu dầm đơn giản chữ i dài 30m III A Lựa chọn sơ kết cấu nhịp-chọn kích thớc mặt cắt dầm chủ III.1-Lựa chọn sơ kết cấu nhịp: .128 II.2-Tính hệ số phân bố ngang tải trọng 132 III.3-Xác định tĩnh tải giai đoạn I giai đoạn II(tính cho mặt cắt nhịp) 133 III.4.Xác định nội lực mặt cắt đặc trng 139 III.5 Bố trí cốt thép chọn kích thớc mặt cắt 144 III.6 Tính duyệt cờng độ mặt cắt dầm theo mô men lớn giai đoạn sử dụng .147 III.7 Tính duyệt nứt .149 III.8.Tính mát ứng suất cốt thép DƯL 8.1.Mất mát ứng suất cốt thép DƯL mặt cắt nhịp 155 8.2 Mất mát ứng suất cốt thép DƯL mặt cắt L/4(x = 735) .158 8.3 mát ứng suất mặt cắt gần gối (cách gối 1,2 m) 161 8.4 Kiểm toán chống nứt theo ứng suất pháp .162 III.9.Tính toán cờng độ theo ứng suất tiếp ứng suất nén chủ-Tính toán chống nứt nghiêng theo ứng suất kéo chủ .167 III.10.Tính duyệt M.c tiết diện nghiêng giai đoạn khai thác 10.1 Xác định khả chịu lực cắt cát xiên DƯL .181 10.2 Khả chịu lực cốt đai thờng qđ 181 10.3 Khả chịu cắt bê tông .182 III 11.Tính duyệt kết cấu độ võng kết cấu nhịp hoạt tải giai đoạn sử dụng 182 III 12.Tính mặt cầu 183 III.13 Xác định nội lực dầm ngang 190 III.B tính toán mố : III.1 Tính toán mặt cắt I I 206 III.2 Tính toán mặt cắt II II 211 iii.c chọn kích thớc trụ cầu : 219 chơng iv : lập dự toán vật liệu cho hai phơng án cầu Dự toán phơng án i 220 Dự toán phơng án ii 242 điều kiện dới để chọn phơng án 271 chơng v : Thiết kế thi công mố Cầu cho phơng án i (phần chuyên đề Tkkt ) (Phần tính toán trên, dới bớc thi công, tính ván khuôn đổ bê tông mố, sơ đồ công trờng thi công ) V.1Thi công mố cầu Phơng pháp thi công tổng quát : 274 Thi công chi tiết : 274 Định vị đóng cọc đến cao độ thiết kế 275 Xác định đóng cọc thử : 275 Tính toán chọn búa đóng cọc : 276 V.2 Tính toán ván khuôn đổ bê tông mố : Vật liệu làm ván khuôn cấu tạo ván khuôn : 280 Tải trọng tác dụng : 280 Tính toán áp lực ngang bê tông : 281 Tính toán phận ván khuôn : 282 Dựng ván khuôn , đổ bê tông bệ : 284 Đổ bê tông tờng mố : .284 Xây nón mố đắp đất đầu cầu : 284 V Phơng án thi công mố 285 V.4.tổ chức công trờng xây dựng 289 V.5 Công tác an toàn thi công 307 V Biện pháp bảo đảm vệ sinh môi trờng 308 lời nói đầu Bớc vào thời kỳ đổi đất nớc ta qúa trình xây dựng sở vật chất hạ tầng kỹ thuật, giao thông vận tải ngành đợc quan tâm đầu t nhiều nh huyết mạch kinh tế đất nớc, tảng để phát triển ngành khác Thực tế lĩnh vực cần ngời kỹ s có chuyên môn vững vàng để nắm bắt đợc công nghệ mới, đại, để xây dựng công trình cầu, đờng có chất lợng cao góp phần phát triển sở hạ tầng đất nớc Sau thời gian học tập trờng nỗ lực thân cộng với bảo tận tình thầy, cô giáo Trờng Học Viện Kỷ Thuật Quân Sự nói chung, thầy, cô giáo môn Cầu Đờng - Sân Bay nói riêng đến em tích luỹ đợc nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho ngời kỹ s Đồ án tốt nghiệp kết nỗ lực học hỏi năm học, đánh giá, tổng kết kiến thức đợc học sinh viên Trong thời gian đợc giúp đỡ thầy, cô giáo môn Cầu Đờng - Sân Bay, đặc biệt giúp đỡ : Thầy giáo hớng dẫn : Thầy Đinh Sơn Hùng Thầy giáo đọc duyệt : Thầy Đinh Sơn Hùng Em hoàn thành nhiệm vụ mình, thực xong Đồ án thiết kế tốt nghiệp Vì điều kiện thời gian trình độ hạn chế nên tập đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đợc góp ý, bảo thầy, cô giáo Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội tháng năm 2007 Sinh viên: Nguyễn Mạnh Hùng chơng I : KháI quát chung I.1.sự cần thiết phảI xây dung cầu: I.1.1 Giao thông: Quốc lộ H tuyến quốc lộ chính, đầu mối giao thông quan trọng tỉnh P, nơi có cầu qua Quốc lộ H có tiêu chuẩn đờng cấp C, mặt đờng láng đá dăm nhựa Khi yêu cầu giao thông ngày tăng mật độ xe chạy qua cầu ngày nhiều nhằm phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội địa phơng an ninh quốc phòng cần thiết I.1.2 Quy hoạch đô thị phát triển kinh tế khu vực: Cùng với tốc độ phát triển kinh tế nớc, kinh tế địa phơng tỉnh P địa phơng lân cận, cha có cầu việc giao lu hàng hoá lại địa phơng gặp nhiều khó khăn Nên việc xây dựng cầu cải thiện sở hạ tầng mở hớng phát triển địa phơng I.1.3 Hiện trạng khu vực: Hiện quốc lộ H có phà vợt sông, phơng tiện có tính chất tạm thời, có bão lũ lớn xảy thờng gây ách tắc giao thông dễ xảy tai nạn I.1.4 Sự cần thiết phải xây dung cầu: Ngoài ý nghĩa mở thông cửa ngõ địa phơng, tạo đIều kiện đẩy nhanh trình đô thị hoá khu vực, góp phần nâng cao chất lợng cảnh quan đô thị, giảm thiểu tác động môI trờng Đối với khu vực nghiên cứu việc xây dựng cầu có ý nghĩa to lớn nhiều phơng diện: an ninh quốc phòng, kinh tế, mặt trị xã hội I.2.đIều kiện địa hình,địa chất, thuỷ văn kinh tế xã hội I.2.1.Điều kiện địa hình: Cầu đợc xây dựng tuyến đờng cấp V miền núi, đờng qua thung lũng hẹp, hai bên núi cao I.2.2 Chế độ thuỷ văn : Khí hậu có hai mùa rõ rệt: Mùa ma mùa khô, mùa ma tháng 10 đến tháng năm sau, mùa khô tháng đến tháng 10 năm Vào mùa ma, mực nớc cao theo kết điều tra +52.92m, vận tốc dòng chảy lớn 2.5m/s.Vào mùa khô, nớc cạn, mực nớc thấp +49.50, vận tốc dòng chảy nhỏ, khoảng 0.8m/s Mùa khô thuận lợi cho thi công công trình cầu Địa chất sông tơng đối tốt :2 tầng sét nâu sét tiếp đến lớp cát pha sét dày lớp sét cứng nên thuận tiện cho thi công móng I.2.3.Điều kiện kinh tế - xã hội - Điện: Xa đờng điện cao thế,không có khả cung cấp điện chỗ - Nớc sông nớc ngọt,thi công mùa khô nớc cạn nên nớc lắng cặn,độ ô nhiễm nhẹ Có thể dùng trực tiếp nớc để thi công - Nớc sinh hoạt chủ yếu dùng nớc ngầm - Cầu nằm trục đờng bên bờ có bãi rộng ,dân c tha thớt, đờng thi công xong phần kết cấu móng áo đờng thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên vật liệu đến công trờng - Công trình cầu xa nhà máy chế tạo bê tông - Công trình cách mỏ đá,cát, nơi cung cấp thép,xi măng khoảng 20 Km - Địa phơng có khả cung cấp lao động phổ thông chỗ cần I.3.Đánh giá đặc đIểm địa chất thuỷ văn: I.3.1 Đặc điểm địa chất: - Lớp 1: Cát pha bụi sét màu xám xanh có chiều dày trung bình m - Lớp 2: Cát hạt trung màu xám đen có chiều dày trung bình 7,5 m - Lớp 3: Cát hạt thô màu vàng xám có chiều dày trung bình 9m - Lớp 4: Sét pha bụi cát màu xám nâu có chiều dày không xác định I.3.2 Đặc điểm chế độ thuỷ lực, thuỷ văn: Kết tính toán thuỷ văn cầu A nh sau: - Mực nớc lũ thiết kế : MNCN = +17.2 m - Mực nớc thông thuyền : MNTT = +14 m - Mực nớc thấp : MNTN = +11 m - Khổ thông thuyền : B = 40 m H = 3.5 m I.4.Các tiêu kỹ thuật thiết kế: - Khổ cầu : + 2x1.5 m - Cấp đờng đầu cầu : Đờng cấp 100 km/h - Tải trọng thiết kế :XB80, H30, Ngời kN/m2 - Quy phạm thiết kế cầu: Theo quy trình 79- Bộ Giao Thông Vận Tải I.5.Các ngyên tắc chọn phơng án cầu: Việc lựa chọn phơng án xây dựng cầu dựa nguyên tắc sau: - Đảm bảo mặt kinh tế, đảm bảo rẻ tiền hoàn vốn nhanh - Đảm bảo mặt kỹ thuật, đủ khả chịu lực theo thiết kế đảm bảo ổn định tuổi thọ cao - Đảm bảo mặt mỹ quan, thẩm mỹ hoà với cảnh quan xung quanh tạo dáng đẹp Dựa nguyên tắc ta vào phân tích yếu tố cần ý: + Phơng án lập phải dựa vào điều kiện địa chất thuỷ văn sông không thông thuyền + Cố gắng sử dụng định hình sẵn có để thi công giới hoá, thuận tiện cho việc thi công giảm giá thành chế tạo theo định hình + Tận dụng vật liệu có sẵn địa phơng phơng pháp thi công tiên tiến Căn vào tình hình địa chất thuỷ văn, cần thiết xây dựng cầu ta có hai phơng án xây dựng cầu chơng II : thiết kế phơng án i thiết kế Cầu Bê tông cốt thép DUL nhịp giản đơn II.a.thiết kế kết cấu nhịp: II.1 :số liệu thiết kế : Chiều dài L=40 m Khổ cầu 8+2x1.5 m Tải trọng H30, XB 80 , ngời 300 kg/m2 Phơng pháp căng kéo : căng sau Cốt thép DUL tao 12,7mm, tính chất nh sau : Loại tao Đơn vị Đờng kính danh định (1 tao) mm Diện tích danh định mm2 Khối lợng danh định Kg/m Giới hạn chảy Mpa Giới hạn bền Mpa Lực phá hoại KN Moduyn đàn hồi PN Mpa Độ chùng ứng suất sau 1000 20 % 0C 0.7P N Mác bê tông 300 12.7 mm 12.7 98.7 0.775 1670 1860 183.7 195000 2.5% II.2 Lựa chọn hình dáng kích thớc mặt cắt: Sơ đồ Phơng án I : Sơ đồphuơngáni MNCN:17.2 MNT : 14 MNTN: Ký hiệu địa chất Cát phabụi sét màuxám xanh Cáthạt rungmàu xám đen Cát hạt hô màu vángxám Cọcđóng 40x40cm L= 24 m Sétphabụi cát màu xám nâu Mặt cắt ngang dầm : 150 150 15 20 125 25 15 25 200 40 60 60 15 15 15 15 40 230 30 25 20 20 15 140 15 15 25 30 25 20 15 125 25 230 230 230 140 200 20 15 20 200 15 40 15 60 II.3 Tính hệ số phân bố ngang: (Xét cho dầm biên) Số dầm ngang đợc bố trí nh hình vẽ, dày 16 cm, cao 145 cm Số lợng dầm ngang : dầm khoảng cách dầm ngang m Ta có : B/l [...]... Chiều cao có hiệu của tiết diện h0 = 196.35 cm Lợng cốt thép DUL cần thiết đợc tính theo công thức sau: Fd=0.09.bc.h0.Ru/Rtd Trong đó ; Diện tích cốt thép cần thiết tại mc giữa Fd = 28.41 cm2 nhịp nbó = 4.67 Số bó cốt thép cần thiết (ứng với loại thép đã chọn ở phần đầu ) Dựa trên số bó CT cần thiết đã tính toán đợc, ta quyết định số bó là: 7 bó Bố trí cốt thép và cấu tạo lại bầu dầm nh hình vẽ dới đây;... 1.1 1.042 0.9 71.6527 1.4 1.4 1.1 1.042 0.9 39.5466 1.4 1.4 1.1 1.042 0.9 3.1863 II.5 Bố TRí CốT THéP Và LựA CHọN MặT CắT : II.5.1Xác định diện tích cốt thép theo công thức gần đúng Fd = 0,09.bc.h 0 Ru R d2 (12BII)+ (13BIII).(4) 10 94.4754 92.5119 60.9375 24.0147 II.5.2.Xác định các yếu tố và góc của cốt thép Cáp đợc bố trí theo đờng cong parabol bậc 2: Đối với mỗi mặt cắt dầm cách tim gối một đoạn... b6 2 30594 9 = 19.4 kg/c 9 m2 25.36 " 23.07 " 27.30 " 33.17 " 28.16 " 33.17 " 7=7i/n_bo 7 " Z 6 71 5 4 2 0 0 0 79 72 73 74 75 76 = 310.9 10.4.Mất mát 3 do tự trùng cốt thép 3=d.(0.27*d/RdTC-0.1) Với RdTC: Cờng độ tiêu chuẩn của cốt thép DUL d=KT-5-4d 7 651.5 kg/c m2 706.4 " 514.2 " 304.2 " 0.0 " 0.0 " 0.0 " 3 kg/cm2 = 12142.21 kg/cm2 = 1273.71 kg/cm2 10.5.Tính mất mát ứng suất do co ngót từ biến (1+2)... 92511.93 kg kg 233146 cm3 7 221528 cm3 7 -44.373 kg/cm 2 cos = Ndx Đơn vị 39239.2 kg 316707 kg 6 0.67884 3 = 5.96098 4 3470191 33 kg x = 2 Vì không có cốt đai DUL nên Tính y; y=dx*fdx*sin/(Ux*bs) +y Trong đó: = dx = KT - (4+5+7) dx fdx = fbó Ux =h/2 y =0 đối với Cầu ô tô 89.60 kg/cm Ux y = = nc = 12142.2 kg/cm 1 2 100 cm 14.30 kg/cm 2 110.14 kg/cm 2 Đạt b/.Xét thớ a_b Tính với 6 tổ hợp sau đây: Tổ hợp 1:... 33623276.05 cm4 II Jtd tại mặt cắt 1/4 nhịp Jtd = 33615179.32 cm4 Jtd tại mặt cắt 1/3 nhịp JtdIII = 33976314.44 cm4 IV Jtd tại mặt cắt giữa nhịp Jtd = 36653947.57 cm4 II.8.Tính chiều dài trung bình của các bó cốt thép áp dụng công thức sau: ltb=l+16.f2/3.l ở đây: l là chiều dài toàn dầm f:đờng tên của parabol Ký hiệu Giá trị Đơn vị Bó CT số 1 ltb_1 = 4022.53 cm Bó CT số 2 ltb_2 = 4021.85 cm Bó CT số 3 ltb_3... 4000.00 cm Bó CT số 6 ltb_6 = 4000.00 cm Bó CT số 7 ltb_7 = 4000.00 cm II.9.tính các mất mát ứng suất giữa nhịp 9.1.mất mát do ma sát 5 5 = KT (1-e-(kx+1.3à)) = KT.A Tại mặt cắt giữa nhịp Với: ống chứa thép DUL là kim loại nhẵn.Tra bảng 7_5 giáo trình kg/cm2 KT = 13000 K 0.003 = 0.35 à x1 x2 x3 x4 = = = = = 20.1127 20.1092 20.1058 20.0564 m m m m 21 x5 x6 x7 = 20.0000 = 20.0000 = 20.0000 tg(rad) artg(r... 784.39 " 4 22 57 58 59 Mất mát ứng suất trung bình 5=5i/n_bo = 784.39 4 0 = 0 = " " " 5 = 946 4 9.2.Mất mát ứng suất do biến dạng dới neo và BT dới nó.(4) 4=l*Ed/Ltb Ltb: Chiều dài trung bình của các cốt thép ::Ltb=Li/n_bo Dùng 2 neo thì l=0.4 (cm) kg/cm 2 Ltb = 8017.22 4 = 97.29 kg/cm 2 9.3.Mất mát ứng suất do sự kéo căng không đồng thời của các bó 7=n.b.Z Với: b: ứng suất ở thớ qua trọng tâm CT, gây... cách gối 1.5(m) 10.1.Mất mát do ma sát 5 5 = KT(1-e-(kx+1.3à)) = KT.A Tại mặt cắt gối Với: x:Tổng chiều dài đoạn thẳng đoạn cong của ống chứa CT kể từ kích đến mặt phẳng đợc xét xi=1.5*ltb/l ống chứa thép DUL là kim loại nhẵn.Tra bảng 7_5 giáo trình 13000 kg/cm2 KT = K 0.003 = 24 0.35 à = x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 tg(rad) artg(rad) (độ) 0.1270 0.1262795 7.235 4 3 0.1250 0.1243569 7.125 1 0.1230 0.1224333... 588.6 " 58.5 " 58.5 " 25 58.5 57 = Mất mát ứng suất trung bình 5=5i/n_bo 5 = " 449.59 kg/cm2 10.2.Mất mát ứng suất do biến dạng dới neo và BT dới nó.(4) 4=l*Ed/Ltb Ltb: Chiều dài trung bình của các cốt thép ::Ltb=Li/n_bo Ltb = 8017.22 cm Dùng 2 neo thì l=0.4 (cm) 97.290612 kg/cm 4 = 10.3.Mất mát ứng suất do sự kéo căng không đồng thời của các bó 7=n.b.Z với: b: ứng suất ở thớ qua trọng tâm CT, gây... liên kết hàn giữa dầm dọc và dầm ngang Chọn chiều cao dầm ngang Chọn bề dày dầm ngang Mô men quán tính của dầm ngang 1 5 Đối với XB80 XB = + St = y0 = 722649 cm3 97.69 cm Jd = 3799907 cm4 9 hd = 157 cm bn = 16 cm Jn = 5159857 cm4 1.5 * 9.2 =0.33 9.2 2 + 4.6 2 II.4 Xác định tĩnh tải giai đoạn I và II II.4.1.Tĩnh tải giai đoạn I - Dầm dọc chủ: q1= 7397.47* 10-4*2.5 =1.85T/m - Dầm ngang : Toàn cầu có ... ứng suất trung bình 5=5i/n _bo = 784.39 = = " " " = 946 9.2.Mất mát ứng suất biến dạng dới neo BT dới nó.(4) 4=l*Ed/Ltb Ltb: Chiều dài trung bình cốt thép ::Ltb=Li/n _bo Dùng neo l=0.4 (cm) kg/cm... mát ứng suất trung bình 5=5i/n _bo = " 449.59 kg/cm2 10.2.Mất mát ứng suất biến dạng dới neo BT dới nó.(4) 4=l*Ed/Ltb Ltb: Chiều dài trung bình cốt thép ::Ltb=Li/n _bo Ltb = 8017.22 cm Dùng neo l=0.4... 94.4754 92.5119 60.9375 24.0147 II.5.2.Xác định yếu tố góc cốt thép Cáp đợc bố trí theo đờng cong parabol bậc 2: Đối với mặt cắt dầm cách tim gối đoạn x tung độ Y đợc tính theo công thức : y= 4f x (l