Thiết Kế Và Tính Toán Cầu Dầm Cáp Hỗn Hợp (EXTRADOSED BRIDGE)

II – Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văng II.1 – Chọn sơ đồ nhịp cầu Với cầu dây văng có thể có các sơ đồ một, hai, ba và nhiều nhịp, trong đó hệ ba nhịp là hệ đặc trưng của cầu dây văng,

Lớp : Cầu - Đờng bộ A K41 Trờng : ĐH Giao thông vận tải – Hà Nội

Giáo viên hớng dẫn: PGS-TS Trần đức nhiệm Giáo viên đọc duyệt: Nguyễn văn chừng

Tr−êng §¹i häc giao th«ng vËn t¶i hμ Néi

Tr−êng : §H Giao th«ng vËn t¶i – Hµ Néi

Hµ Néi, 5 - 2005

Lêi nãi ®Çu

Hµ Néi th¸ng 5 n¨m 2005

Sinh viªn : NguyÔn Trung Kiªn

NHËn xÐt cña gi¸o viªn h−íng dÉn

NHận xét của giáo viên đọc duyệt

Môc lôc

Tổng quan

I – Đặc điểm khu vực xây dựng cầu

I.1 – Đặc điểm về địa hình – Thuỷ văn

- Chế độ thuỷ văn ít thay đổi

+) MNCN : 1,55 m

+) MNTT : 1,48m

+) MNTN : -2,47 m

- Khẩu độ thoát nước yêu cầu : L = 400m

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 nước , trạng thái chặt

+) Lớp 4 : Cát hạt thô bão hoà nước , trạng thái chặt

Lớp Chiều

dày

H m

Hệ số rỗng

e

Độ sệt

B

γ KN/m3

Lực dính

C KN/m2

Cường độ R’

KN/m2

Góc ma sát ϕ

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 đường ôtô

- Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN – 272 – 01 (Bộ GTVT)

II.1.2 – Các nguyên tắc thiết kế

- Công trình được thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp vơi squy mô

- Đáp ứng được yêu cầ quy hoạch , phân tích tương lai của tuyến đường

- Thời gian thi công ngắn

- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng

- Giá thành xây dựng thấp

II.2 – Các thông số kĩ thuật cơ bản

II.2.1 – Quy mô xây dựng

- Cầu được thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ >100 năm

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

+) Tải trọng Người : 3 KN/m2

- Hệ số tải trọng

+) Tĩnh tải giai đoạn 1 : γ1 = 1,25

+) Tĩnh tải giai đoạn 2 : γ2 = 1,5

+) Hoạt tải : γ1 = 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

III – Các phương án cầu vμ so sánh lựa chọn

III.1 – Nguyên tắc lựa chọn phương 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 nhưng có ưu tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nước

- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công

- Đạt hiệu quả kinh tế cao , giá thành rẻ

Phần I : Thiết kế sơ bộ các Phương án cầu

Chương i : Phương án sơ bộ i Thiết kế Cầu dây văng

I – Giới thiệu chung về phương án

I.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

- Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Người bộ hành 3KN/m2

I.2 – sơ đồ kết cấu

I.2.1 – Kết cấu phần trên

- Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 2@40+110+230+110+2@40

- Kết cấu cầu gồm 2 nhịp dẫn 40 m và hệ cầu dây văng ba nhịp

- Chiều cao cột tháp dự tính : 62,5 m tính từ đỉnh bệ tháp

- Mặt cắt ngang nhịp chính có chiều cao không đổi dạng mặt cắt hộp

- Chiều dài một khoang sơ bộ chọn 9 m

- Số lượng dây cho một cột tháp 24 dây

- Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp :

+ Bê tông mác 450

+ Cốt thép cường độ cao dùng các loại tao đơn 7 sợi

+ Thép cấu tạo dùng thép CT3

I.2.2 – Kết cấu phần dưới

I.2.2.1 - Cấu tạo tháp cầu

- Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT tại chỗ Bê tông chế tạo M300

- Phương án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đường kính φ1,5m

I.2.2.2 - Cấu tạo trụ cầu

- Trụ cầu : được xây dựng trên móng cọc cọc khoan nhồi đường kính φ1,5m

- Phương án móng : Móng cọc đài cao

I.2.2.3 - Cấu tạo mố cầu

- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo M300

- Mố được đặt trên móng cọc khoan nhồi φ1.5m

II – Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văng

II.1 – Chọn sơ đồ nhịp cầu

Với cầu dây văng có thể có các sơ đồ một, hai, ba và nhiều nhịp, trong đó hệ

ba nhịp là hệ đặc trưng của cầu dây văng, nó có ưu điểm về kết cấu, khả năng chịu lực cũng như công nghệ thi công

Nghiên cứu các đặc điểm địa chất - địa hình - thủy văn và kiến trúc cảnh quan xung quanh, điều kiện kinh tế - xã hội - chính trị của các vùng mà tuyến đi qua Ta quyết

định chọn phương án cầu dây văng ba nhịp có hai mặt phẳng giàn dây đối xứng qua tháp cầu

Sơ đồ phân nhịp 110 + 230 + 110 m

Từ những phân tích đã nêu ở trên ,áp dụng cụ thể cho phương án cầu ở đây ,chọn :

- Chiều dài khoang dầm d=9 m

- Chiều dài khoang dầm giữa nhịp chính dg= 8 m

- Chiều dài khoang dầm cạnh tháp dt= 12m

II.2 – hình dạng và chiều cao dầm cứng

Mỗi một loại tiết diện dầm đa năng hoặc đơn năng đều có ưu điểm và nhược

điểm khác nhau Song theo xu hướng thi công hiện nay thì việc sử dụng loại tiết diện nào ngoài việc đảm bảo được điều kiện chịu lực đồng thời đảm bảo công nghệ thi công đơn giản nhất phù hợp với trình độ thi công và đã được sử dụng trong nước

Theo thống kê các cầu dây văng trên thế giới và trong nước đã và đang xây

dựng, tỉ số chiều cao dầm chủ h

300 Vậy sơ bộ ban đầu chọn dầm chủ có mặt cắt ngang gồm hai chữ T có kích thứơc như hình vẽ

7000 300

II.3 – Lựa chọn các thiết bị phụ cho cầu dây văng

Hiện nay, các tao cáp đơn được 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 φ5 đường kính ngoài 15,2 mm Đồng thời sử dụng dây văng được tổ hợp từ các tao thép giảm được độ giãn của dây ( do

độ võng của trọng lượng bản thân gây ra khi chịu tác dụng của hoạt tải )

Các tao thép được căng kéo riêng biệt và được ghép thành bó lớn trong các khối neo ở ngay hiện trường Công tác lắp đặt dây văng rất đơn giản vì dây được lắp từng tao nhỏ lên không cần giàn dáo Hệ neo dùng với loại dây văng này là neo kẹp 3 mảnh giống hệ neo dùng trong cầu BTCT - ƯST

Khối neo là khối thép hình trụ có khoan các lỗ hình côn để luồn các tao thép

và các tao thép này được kẹp chặt bằng nêm 3 mảnh hình côn có ren răng Bên ngoài khối neo được ren răng và dùng một êcu đủ lớn để xiết neo theo nguyên tắc vặn bu - lông

Phương án dùng dây văng tổ hợp từ các tao thép 7 sợi và hệ neo kẹp là phương án tối ưu nhất vì so với các dây văng sử dụng cáp xoắn ốc hay cáp kín thường phải dùng neo đúc, loại neo này cần được đổ ở nhiệt độ 4500ữ 5000

là yêu cầu khó đảm bảo ở ngay tại công trường Đồng thời việc vận chuyển lắp đặt các bó cáp lớn và dài sẽ gặp khó khăn hơn và việc điều chỉnh nội lực dây văng bằng cách thay đổi chiều dài dây cũng rất hạn chế

II.4 – Hình dạng và tiết diện của tháp cầu

- Chiều cao tháp cầu đ−ợc chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau :

+) Đảm bảo liên kết giữa dây văng và tháp

+) Đảm bảo cho goc nghiêng của dây văng hơp lý trong quá trình chịu lực

Góc nghiêng của dây văng giữa α = 20 ữ25 o

- Từ các phân tích trên ta chọn tháp cầu có các thông số nh− sau

+) Chiều cao toàn bộ của tháp h th = 62,5 m

+) Chiều cao từ bệ tháp đến đáy dầm : hct= 14m

+) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : htt = 29,5 m

+) Chiều cao bố trí dây văng : hdv =16,5 m

+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : hdt = 2,5m

1 - Bảng tính toán góc nghiêng dây văng nhịp biên :

Dây

nhịp

biên tgαi αi(độ) sinαi

Dây nhịp giữa tgαi αi(độ) sinαi

II.5.1.1 - Tính tĩnh tải giai đoạn I

- Tĩnh tải giai đoạn I gồm có các bộ phân sau :

+) Trọng l−ợngbản thân dầm chủ : DCdc

+) Trọng l−ợng dầm ngang : DCdn

+) Trọng l−ợng tai đeo dây văng : DCtd

DCITC = DCdc+ DCdn+ DCtdII.5.1.2 - Tính tĩnh tải giai đoạn II

- Tĩnh tải giai đoạn II gồm có các bộ phận sau :

Khoảng cách giữa các tai đeo atd 9 m

2- Tĩnh tải rải đều giai đoạn 2:DW

2.1- Do trọng lợng chân lan can 6.72 KN/m

Chiều rộng chân lan can ngoài Blcn 0.3 m

Chiều cao chân lan can ngoài Hlcn 0.3 m

Chiều rộng chân lan can trong Blct 0.2 m

Chiều cao chân lan can trong Hlct 0.25 m

2.2- Trọng lợng cột lan can và tay vịn 1.66 KN/m

Trọng lợng dải đều của cột lan can Pclc 0.13 KN/m

Trọng lợng dải đều phần tay vịn Ptv 0.7 KN/m

Lớp bê tông mui luyện dày 3.93975 KN/m

Tĩnh tải giai đoạn 1 tiêu chuẩn 258.950683 KN/m

Tĩnh tải giai đoạn 1 tính toán 323.688354 KN/m

Tĩnh tải giai đoạn 2 tiêu chuẩn 58.15975 KN/m

Tĩnh tải giai đoạn 2 tính toán 87.239625 KN/m

Tĩnh tải tiêu chuẩn 2 giai đoạn 317.110433 KN/m

Tĩnh tải tính toán 2 giai đoạn 410.927979 KN/m

II.5.2 – Tính hoạt tải

II.5.2.1 - Hoạt tải xe tính toán theo quy trình 22TCN – 272 - 01

- Hoạt tải xe HL 93 lấy theo quy trình 22TCN – 272 – 01 Tuỳ thuộc vào dạng

ĐAH mà xếp tải sao cho đạt được hiệu bất lợi nhất

+) Hệ số điều chỉnh tải trọng : ηi = 1

+) Hệ số tải trọng của hoạt tải : γi = 1,75

+) Hệ số xung kích 1+IM/100 = 1+25/100 = 1,25

II.6 – Tính toán nội lực và chọn tiêt diện dây văng

II.6.1 – Chọn loại cáp làm dây văng

- Sử dụng loại cáp CĐC loại bó xoắn 7 sợi của hãng VSL có các chỉ tiêu như sau : +) Đường kính danh định : 15,2 mm

+) Giới hạn chảy : fpy = 1670 Mpa

+) Giới hạn bền : fpu = 1860 Mpa

+) Cường độ sử dụng : f = β.fpu

β = 0,45 với tổ hợp tải trọng chính

β = 0,5 với tổ hợp tải trọng phụ

β = 0,56 với tổ hợp tải trọng thi công

=> Cường độ sử dụng của cáp với tổ hợp tải trọng chính là :

fsa = 0,45.1860.102 = 873 Mpa

II.6.2 – Tính nội lực trong dây văng

II.6.2.1 – 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 được 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

+) Nội lực trong dây giữa

b- Bảng tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I

Dây

nhịp

biên tgαi αi(độ) sinαi Si(KN)

Dây nhịp giữa tgαi αi(độ) sinαi Do DL1

II.6.2.2 - 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 được tính với sơ đồ KCN cầu hoàn chỉnh trong giai đoạn khai thác

- Để tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải gđ2 và hoạt tải thì ta sử dụng chương trình Midas/Civil 6.30 ta sẽ xác định được nội lực trong dây theo sơ đồ khai thác

b- Khai báo sơ đồ cầu dây văng bằng CT Midas/Civil6.30

i

I tt i

Sin

d g S

α

.

=

g g I

tt g

Sin

d d g S

α

2

)

=

c - B¶ng tÝnh to¸n néi lùc trong d©y v¨ng do tÜnh t¶i giai ®o¹n II vµ ho¹t t¶i

D©y

nhÞp

biªn Do DL2 Do PL Do Tr+La

D©y nhÞp gi÷a Do DL2 Do PL Do Tr+La

II.6.3 – Chọn tiết diện trong dây văng

- Tiết diện của các dây văng được xác định theo công thức

+) ful : Cường độ tính toán của vật liệu làm dây, ful = 8370 (KG/cm2)

Các công thức trên xuất phát từ điều kiện tận dụng hết khả năng làm việc của dây ( trường hợp dây nhiều khoang nhỏ ) Theo đó tiết diện của tất cả các dây văng khác nhau Tuy nhiên trong tính toán thiết kế khi sự khác biệt không lớn thì ta có thể 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

Dây

nhịp

biên Si(KN)

Diện tích cần thiết

Số tao cần thiết

Chọn số tao

Diện tích dây cáp tính

được (cm2)

Số tao cần thiết

Chọn số tao

Diện tích dây cáp tính đ-ợc(cm2)1' 5441.288 0.0065 46.44 47 65.8

II.6.4 – Điều kiện làm việc tốt của dây văng

- Để dây văng làm việc tốt trong quá trình chịu tác dụng của tải trọng thì dây văng phải thoả mãn các điều kiện sau :

+) Đảm bảo điều kiện về độ bền : đảm bảo khả năng chịu lực

+) Đảm bảo điều kiện về độ cứng : tức là dây văng cần phải đ−ợc kiểm tra theo điều kiện biến dạng cho phép của hệ

- Độ võng của nút dây thứ i do hoạt tải đ−ợc xác định theo công thức sau

h i i i

o o

h o o i

A

S l tg

A

S l E

Y

α α α

.

cos

1

2

Trong đó :

+) E : Mô đun đàn hồi của vật 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}

III – Tính toán kết trụ tháp

III.1 – Cấu tạo tháp và trụ tháp

- Do điều kiện địa hình và địa chất tại khu vực đặt tháp ở 2 phía cầu là tương tự như nhau do đó để thuận tiện cho công tác tính toán và thiết kế thì ta thiết kế tháp cầu 2 bên là như nhau , do vậy ta chỉ cần tính toán cho 1 tháp

- Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT tại chỗ Bê tông chế tạo M300

- Phương án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đường kính φ1,5m

- Tháp cầu được cấu tạo như sau :

+) Chiều cao toàn bộ của tháp h th = 62,5 m

+) Chiều cao từ bệ tháp đến đáy dầm : hct= 12,6m

+) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : htt = 25 m

+) Chiều cao bố trí dây văng : hdv =18 m

+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : hdt = 2,5m

III.2 – Tính toán thiết kế

III.2.1 - Tính trọng lượng của tháp :

13350 17100

17100

1750 75 1750 750 750

2000 600

- Bảng tính toán trọng phản lực truyền xuống 1 chân tháp

+ Với sơ đồ khai thác, sử dụng CT Midas/Civil 6.30 được kết quả dưới đây:

(Chưa tính hệ số IM và hệ số hoạt tải) Phản lực của TLBT KCN 71823.96 KN Phan luc do TT gd 2 6501.44 KN Phan luc do Truck+Lane 4742.56 KN Phan luc do PL 1061.853 KN

Với hoạt tảii : Khi tính phản lực tác dụng lên gối trụ thì ta tính như sau :

+) Sử dụng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15 m ( khoảng cách trục sau lấy bằng 4,3 m )

+) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế được lấy bằng 90% giá trị phản lực tính

được cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Người

- Tổng phản lực do hoạt tải thiết kế :

+) ∑ Si : Tổng nội lực trong các dây văng do tĩnh tải và hoạt tải

- Bảng tính toán phản lực truyền lên trụ tháp khi xét đến nội lực trong dây văng

i i

D©y

nhÞp

biªn sinαi Si(KN) Pdv(KN)

D©y nhÞp gi÷a sinαi Si(KN) Pdv(KN)

III.3 – TÝnh to¸n sè cäc cÇn thiÕt trong mãng

- Mãng bÖ th¸p ®−îc thiÕt kÕ víi mãng cäc khoan nhåi D = 150cm

III.3.1 - TÝnh to¸n søc chÞu t¶i cña cäc theo vËt liÖu

- C«ng thøc tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cña cäc theo vËt liÖu

- B¶ng tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cña cäc theo vËt liÖu

M¸c bª t«ng chÕ t¹o cäc Grade300

)

85 , 0 ( c' c y s

Đường kính cọc thiết kế D 1.5 m

Số thanh thép thiết kế nthanh 28 Thanh

Cường độ chịu nén của bê tông fc' 3000 KN/m2

Cường độ chịu kéo của thép fy 240000 KN/m2

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 49200,19 KN

III.3.2 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

- Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọc khoan nhồi

STT Loại đất

H

γ KN/m3

C KN/m2

ϕ

độ

R' KN/m2Lớp 1 Sét pha cát 8.5 0.7 0.4 18 14 22 120

pq

Q = ϕ + ϕ

+) Su : Cường độ kháng cắt không thoát nướ trung bình Giá trị Su phải được xác định từ kết quả thí ngiệm hiện trường hoặc kết quả trong phòng thí nghiệm của các mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ sâu 2D ở dưới chân cọc

Giá trị Su còn được tính theo công thức : Su = σ.tgϕ + C

- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

Loại đất

D (m)

Li (m)

As (m2) N

Su (KN/m2) α (T/m2) qs

Qs (KN) ϕqs

Sức kháng tại

Sét pha cát 1.5 8.5 30.63 10 62.48 0.55 34.37 1052.65 0.65Cát pha sét 1.5 7.5 35.34 15 128.58 0.55 70.72 2499.37 0.55Cát hạt vừa 1.5 9.6 45.24 25 201.32 0.5 100.66 4553.81 0.45Cát hạt thô 1.5 17 73.04 50 276.90 0.49 135.68 9910.57 0.45Tổng sức kháng thành cọc Qthâncọc 8567.8436 KN

qp (KN/m2) Qp (T) ϕqp Cát hạt thô 1.767 50 3200 5654.88 0.65

Sức chịu tải của cọc theo đất nền Qr 12243.52 KN

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 49200.2 KN

Sức chịu tải tính toán của cọc Qcoc 12243.52 KN

9,162002

5,

=

n

500 6500

Chiều cao tường đỉnh Htd 2.46 m Chiều dày tường đỉnh Btd 0.5 m Chiều cao tường chắn Htch 1.5 m Chiều rộng tường chắn Btch 1.2 m Chiều dày tường chắn ttch 0.2 m Chiều rộng tường cánh Btc 6.5 m Chiều day tường cánh ttc 0.5 m Cao đuôi tường cánh 2 m

500 250 1500 500

10300

IV.3 – Xác định tải trọng tác dụng lên mố

IV.3.1 – Nguyên tác chung khi tính toán mố

IV.3.1.1 - Các tải trọng tác dụng lên mố

- Mố ở trên mực nước thông thuyền và hầu như không ngập nước nên không tính tải trọng va xô tầu bè và cũng không tính tải trọng gió Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt đầm chặt có γ = 1.8 T/m3 ϕ = 350

- Nên tải trọng tác dụng lên mố gồm :

1 Trọng lượng bản thân mố

2 Phản lực thẳng đứng do trọng lượng KCN

3 Phản lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên KCN

7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ

IV.3.1.2 – Tĩnh tải do TLBT của mố

IV.3.1.3 – Sơ đồ làm việc của nhịp dẫn với sơ đồ khai thác.

- Nhịp dẫn gồm 2 nhịp liên tục, mặt cắt ngang dang hộp có chiều cao không đổi

- Sử dụng CT Midas/Civil 6.30 để xác định phản lực do TTBT KCN, tĩnh tải giai

đoạn 2, hoạt tải truyền xuống dáy bệ

( Ch−a tính các hệ số IM và hê số hoạt tải) Phản lực do KCN truyền xuống 3838.05 KN Phản lực do TT gđ2 872.358 KN Phản lực do hoạt tải 1480.04 KN Phản lực do Ngời 163.125 KN

IV.3.1.4 – Xác định tải trọng do hoạt tải trên bản qúa độ

- Chiều dài bản quá độ : Lqd = 4,0 (m)

- Xếp xe tải và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có

+) Tung độ ĐAH khi xếp xe tải

P (T) 145 145 35 Pi.Yi

Y 0.00 1.00 0.00 145+) Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục

P (T) 110 110 Pi.Yi

Phản lực do hoạt tải truyền từ bản quá độ xuống mố:

IV.3.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Trong đó :

+) fc’ : Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày

+) AC : Diện tích phần bê tông của tiết diện cọc

+) fy : Giới hạn chảy của thép chế tạo cọc

+) AS : Diện tích phần cốt thép của tiết diện cọc

+) ϕ : Hệ số sức kháng , với kết cấu chịu nén ta lấy ϕ = 0,75

- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vịMác bê tông chế tạo cọc M300

Cường độ chịu nén của bê tông fc' 3000 KN/m2

Cờng độ chịu kéo của thép fy 240000 KN/m2

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 360.73 KN

)

85 , 0 ( c' c y s

IV.3.2.2 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

- Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọc móng mố

STT Loại đất

H

γ KN/m3

C KN/m2

ϕ

độ

R' KN/m2Lớp 1 Sét pha cát 8.5 0.7 0.4 18 14 22 120

Lớp 2 Cát pha sét 7.5 0.5 0.2 17 14 25 250

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền : sử dụng công thức tính

toán sức chịu tải của cọc theo quy trình 22TCN – 18 – 79

Trong đó :

+) Qr : Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền

+) k : Hệ số đồng nhất vật liệu cọc , k = 0.7

+) m2 : Hệ số điều kiện làm việc của cọc , tra bảng lấy m2 = 0.9

+) U : Chu vi tiết diện cọc

+) n : Số lớp đất nền cọc đi qua

Li (m)

As (m2) N

Su (KN/m2) α (T/m2) qs

Qs (KN) ϕqs

Sức kháng tại

Sét pha cát 1.5 8.5 30.63 10 62.48 0.55 34.37 1052.65 0.65Cát pha sét 1.5 7.5 35.34 15 128.58 0.55 70.72 2499.37 0.55Cát hạt vừa 1.5 9.6 45.24 25 201.32 0.5 100.66 4553.81 0.45Cát hạt thô 1.5 6 73.04 50 276.90 0.49 135.68 2877,26 0.45Tổng sức kháng thành cọc Qthâncọc 5042,8536 KN

Q

1 2 1

2

Ap (m2) N

qp (KN/m2) Qp (T) ϕqp Cát hạt thô 1.767 50 3200 5654.88 0.65

Sức chịu tải của cọc theo đất nền Qr 9078,53 KN Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 49200.2 KN Sức chịu tải tính toán của cọc Qcoc 9078,53 KN

IV.3.2.3 - Tính toán số cọc trong móng

9583,26347

5,

=

n

V – Dự kiến công tác thi công

V.1 – Thi công trụ

Phương pháp thi công các trụ giống nhau giống nhau, với mực nước thấp nhất là 2,47 m , ta chọn mực nước thi công -1m

Với MNTC như vậy ta tiến hành thi công trụ như sau :

+) Đắp đảo, làm đường công vụ vào đảo, khi đắp gạt bỏ lớp đất yếu dày 2m +) Lắp dựng máy khoan, đưa máy lên đảo và tiến hành khoan cọc, giữ thành ống vách bằng vữa sét Thi công đổ bê tông cọc khoan bằng phương pháp rút ống thẳng đứng

+) Hạ vòng vây cọc ván thép.Tiến hành đào đất trong hố móng

- Mố cầu được bố trí đối xứng và được thi công trong điều kiện không ngập nước

do đó ta đề xuất biện pháp thi công mố như sau :

+) Gạt lớp đất yếu, đắp đến cao độ thiết kế

+) Lắp dựng, đưa máy đóng cọc lên đảo và tiến hành đóng cọc

+) Đào đất hố móng , đập BT đầu cọc ,đổ lớp BT tạo phẳng, lắp dựng đà giáo ván khuôn, đổ BT bệ cọc

+) Lắp dựng đà giáo ván khuôn,.đổ BT thân mố,

+) Tường đỉnh, tường cánh được thi công sau khi thi công xong kết cấu nhịp

V.3 – Thi công kết cấu nhịp

V.3.1 – Thi công kết cấu nhịp cầu dần

- Nhịp cầu dẫn được thiết kế là nhịp giản đơn với các thông số kĩ thuật như sau :

+) Chiều dài nhịp L = 40 m

- KCN được thi công theo PP đà giáo di động đỡ dưới, mỗi nhịp đúc nhô ra o0,2 L

- Trình tự thi công KCN cầu dẫn như sau :

- Lắp dựng trụ tam

- Lắp dung dàn đỡ, dầm ngang, dầm dọc và sàn công tác

- Lắp dụng đà giáo, ván khuôn, cốt thép, gối dầm, gối dầm đổ bê tông

- Khi bê tông đạt cuờng độ tiến hành căng DƯL

- Tháo dỡ đà giáo, ván khuôn, cốt thép, gối dầm, gối dầm đổ bê tông

- Lắp dung dàn đỡ, dầm ngang, dầm dọc và sàn công tác

- Lặp lại trình tự nhtrên với các đốt khác

V.3.2 – Thi công kết cấu nhịp cầu chính

- Kết cấu nhịp cầu chính là kết cấu cầu treo dây văng 3 nhịp đối xứng , được thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

+) Tiến hành hợp long nhịp giữa

- Công tác hoàn thiện cầu :

Chương II : Phương án sơ bộ II Thiết kế Cầu liên tục BTCT DƯL Thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng

I – Tổng quan về công nghệ thi công cầu BTCTDƯL bằng phương pháp đúc hẫng cân băng

Bê tông là vật liệu chịu nén tốt , chịu kéo kém do chịu kéo kém nên bê tông chỉ dùng trong kết cấu chịu nén Để khắc phục người ta đưa cốt thép vào bê tông

để chịu kéo Sự ra đời của BTCT đánh dấu sự phát triển về công nghệ vật liệu trong xây dựng Các cầu dầm BTCT được áp dụng , tuy nhiên chiều dài nhịp còn hạn chế ( ≥ 24 m ) Kết cấu BTCT dự ứng lực với nguyên lý kéo căng cốt thép để nén trước

bê tông cho phép nhịp dầm lớn hơn Điển hình như các nhịp dầm 33 m đôi khi tới

43 m dầm cắt khúc Việc đưa ra các giải pháp hợp lý về kết cấu , giải pháp công nghệ thi công thích hợp còn cho phép kết cấu BTCT_DƯL vượt được khẩu độ lớn hơn

Cầu dầm BTCT_DƯL liên tục thi công bằng phương pháp hẫng , mặt cắt dầm thay đổi là loại cầu đã giải quyết tương đối tốt cả vấn đề vật liệu và kết cấu Loại cầu này thường sử dụng cho các loại nhịp từ 80 - 130 m và lớn hơn nữa , có khi tới 250 m như cầu SHOTTWIEN ở áo

ở nước ta cầu BTCT _DƯL thi công hẫng đã được áp dụng cầu Phú Lương -

Hải Dương , cầu Sông Gianh , cầu Hoà Bình

Từ các phân tích trên ta thấy có thể chọn phương án cầu liên tục BTCT dự ứng lực thi công hẫng

II – Giới thiệu chung về phương 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

- Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Người bộ hành 300 Kg/m2

II.2 – sơ đồ kết cấu

II.2.1 – Kết cấu phần trên

- Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 4 @40+45+80+120+80+45+4@40 m

- Kết cấu cầu không đối xứng gồm 5 nhịp dẫn phía bên trái và 4 nhịp dẫn phía bên phải và hệ cầu BTCTDƯL liên tục 3 nhịp thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

- Dầm liên tục 13 nhịp tiết diện hình hộp chiều cao thay đổi

+) Chiều cao dầm trên đỉnh trụ h= 5,5 m

+) Chiều cao dầm tại giữa nhịp h= 2,2 m

- Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol đảm bảo phù hợp yêu cầu chịu lực

và mỹ quan kiến trúc

- Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp

1- Bê tông cấp A có:

+) f’c = 45 (MPa)

3- Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 và EC 5-12

4- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu:

II.2.2 – Kết cấu phần dưới

II.2.2.1- Cấu tạo trụ cầu

- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông tại chỗ mác M300

- Các trụ được đựng trên móng cạo khoan nhồi : d = 1,5m

- Phương án móng : Móng cọc đài cao

II.2.2.2 - 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 dẫn được đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1,5m

III – tính toán kết cấu nhịp

III.1 – Yêu cầu tính toán cho phương án sơ bộ

- Trong phương án sơ bộ yêu cầu tính toán KCN trong giai đoạn khai thác

- Tiết diện tại hai mặt cắt

+ Mặt cắt gối (mặt cắt đỉnh trụ)

+ Mặt cắt giữa nhịp

- Tính toán một trụ , một mố: kiểm toán và tổ hợp chất tại mắt cắt đỉnh bệ móng, sơ

bộ tính cọc

III.2 – Xác định các kích thước cơ bản của cầu

- Cần kiểm toán tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 như hình vẽ

- Chiều dài kết cấu nhịp: đối với kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên Lnb= (0,6

ữ 0,7) chiều dài nhịp giữa Lng

- Sơ đồ phân chia đốt dầm

K0

HL K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12 K13 K14

b- Phần nhịp dẫn:

Nhip dẫn gồm 4 nhịp liên tục được đúc trên đà giáo di động đỡ dưới, mỗi nhịp

được đúc nhô ra 0,2L(=0,2.40=8m), riêng nhịp 45m được đúc nhô ra 19m rối tiến hành hợp long biên với nhịp chính

40000

8000

40000 40000 56000

III.3 2 – Xác định phương trình thay đổi cao độ đáy dầm

- Mặt cầu thay đổi theo phương trình đường tròn: (x-a)2+(y-b)2=R2

với R=3000m

- Do mặt cắt dầm có chiều dày bản nắp trên và dưới đều thay đổi nên giả thiết các

đường biên thay đổi theo phương trình đường cong parabol: y=ax2+bx+c

- Xác định phương trình đường cong các đường biên đáy dầm:

+) Đường cong biên trên của bản nắp: a=60, b=-2993,9 m

+) Đường cong biên dưới của bản nắp: a=-0,0011, 0,13, c=0m

+) Đường cong biên trên của bản đắy: a=-0.0008, b=0,0928, c=1,2408m

+) Đường cong biên dưói của bản nắp: a=-0,0002, b=0,0205,c=5,1726 m

Cao độ 1 Cao độ 2

Cao độ 3 Cao độ 4

III.3.3 – Xác định cao độ tại các đốt dầm

STT Mặt cắt x Cao độ1 Cao độ2 Cao độ3 Cao độ 4

III.3.5 – Tính toán đặc tr−ng hình học của mặt cắt tiết diện

+) F : Diện tích tính đổi của mặt cắt

+) S : Mômen tĩnh của mặt cắt với đáy dầm

+) Yo : Khoảng cách từ trục trung hoà đến đáy dầm

+) Jc : Mômen quán tính của bản cánh dầm với trục trung hoà