Thiết Kế Cầu Vượt Sông Cấp IV Khẩu Độ Thông Thuyền 40m, Khẩu Độ Cầu L0=146 M (Có Bản Vẽ, Sap, Bảng Tính)

Để tạo độ dốc dọc nước chảy 2% của bản mặt cầu có thể được tiến hành bằng việc cho chênh gối của các dầm T kê lên trụ hoặc mố mà không cần tạo độ chênh ngay trên bản mặt cầu... Để tạo độ

PHẦN I THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG MỞ ĐẦU:

ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VƯỢT SÔNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC

PHƯƠNG ÁN VƯỢT SÔNG

1 Đặc điểm của khu vực xây dựng cầu:

1.4 Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công:

Nguồn nhân công lao động khá đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công đúng tiến độ công việc Các vật liệu địa phương( đá, cát ) có thể tận dụng trong quá trình thi công

3 Đề xuất các phương án vượt sông:

3.1 Giải pháp chung về kết cấu:

3.2 Đề xuất các phương án vượt sông:

3.2.1 Phương án 1: Cầu Bê Tông Cốt Thép UST ( một nhịp 42 m+ 4 nhịp 27.5m=152m )

Chiều rộng phần người đi bộ 2x1,25 (m)

Bố trí lề người đi bộ cùng mức với mặt đường xe chạy ta dùng phân cách cứng

Chiều rộng cột lan can là : 15 cm

Chiều rộng bản mặt cầu xác định :

Bmc = 7 + 2x1,25+ 2x0,25 + 2x0,25 = 10.5 (m)

1.2 Bản mặt cầu :

a Số liệu chọn:

Theo 22TCN272-05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn 175 mm

ở đây ta chọn 200 mm (chiều dày lớp chịu lực)

Chiều dày các lớp còn lại chọn như sau:

1000

300 300

+ lớp bêtông nhựa dày 7 cm (bt atphan mac 15)

+ lớp mui luyện dày 4 cm ở giữa MCN cầu để tạo độ dốc ngang

Để tạo độ dốc dọc nước chảy 2% của bản mặt cầu có thể được tiến hành bằng việc cho chênh gối của các dầm T kê lên trụ hoặc mố mà không cần tạo độ chênh ngay trên bản mặt cầu

b Tính toán các thông số sơ bộ :

Dung trọng của bêtông ximăng là 2,4 T/m3

Dung trọng của bêtông nhựa là 2,25 T/m3

+Với diện tích mcn phần bệ Ab =0.25*0.2=0.05 m2 ,liên tục ở 2 bên cầu

+diện tích phần trụ :At = 0.15*0.15=0.025m2 ,các trụ cách nhau 2m, tổng số lượng là

22 trụ

+diện tích của lan can tay vịn : Atv =0.1*0.1=0.01 m2 ,gồm 21 đoạn, dài 1.85m,bố trí

Các thông số của dầm ngang này:

Chiều cao dầm ngang: Hhn ≥

Thể tích toàn bộ 3 dầm ngang kiểu này là : Vhbb = 3×2.26 = 6.78 m3

1.4.2 Dầm ngang tại hai đầu nhịp:

Chiều cao dầm ngang: Hhbs = 1,9 m

Đối với nhịp 42 m chọn dầm chữ Tcó bầu:

Chọn số dầm chủ là Nb =5dầm, khoảng cách các dầm chủ tính theo công thức sau :

Kích thước dầm chủ được thể hiện như sau: đơn vị (mm)

Phần mối nối thi công giữa 2 dầm chủ : 300 mm

- Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm : Ag = 0.903 m2

- Diện tích mặt cắt ngang tại đầu dầm : A’

g = 1.5 m2

Thể tích một dầm T chưa kể đoạn vút đầu dầm : V1g = 0.903*36+1.5*1.5*2 =

Tính toán đoạn vút đầu dầm:

Chiều dài đoạn vút nguyên : Lvuốt= (1:1.5)m chọn Lvuốt =1.5m

Thể tích mặt cắt ngang đoạn vút hai bên dầm : Vbhgr = (0.903+1.5)/2=1.2015 m3

Khối lượng phân cách cứng toàn nhịp: 5.67*2.5=14.18 (T)

Bảng tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần trên của nhịp 42m:

Theo 22TCN272-05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn 175 mm.

ở đây ta chọn 200 mm (chiều dày lớp chịu lực)

Chiều dày các lớp còn lại chọn như sau:

+ lớp phòng nước chọn 0,4 cm (dùng redcon 7)

+ lớp bêtông nhựa dày 7 cm (bt atphan mac 15)

+ lớp mui luyện dày 4 cm ở giữa MCN cầu để tạo độ dốc ngang

Để tạo độ dốc dọc nước chảy 2% của bản mặt cầu có thể được tiến hành bằng việc cho chênh gối của các dầm T kê lên trụ hoặc mố mà không cần tạo độ chênh ngay trên bản mặt cầu

b Tính toán các thông số sơ bộ :

Dung trọng của bêtông ximăng là 2,4 T/m3

Dung trọng của bêtông nhựa là 2,25 T/m3

+Với diện tích mcn phần bệ Ab =0.25*0.2=0.05 m2 ,liên tục ở 2 bên cầu

+diện tích phần trụ :At = 0.15*0.15=0.025m2 ,các trụ cách nhau 2m, tổng số lượng là

Các thông số của dầm ngang này:

Chiều cao dầm ngang: Hhn ≥

Thể tích toàn bộ 1 dầm ngang kiểu này là : Vhbb = 1.454 m3

2.3.2 Dầm ngang tại hai đầu nhịp:

Chiều cao dầm ngang: Hhbs = 1,2 m

Đối với nhịp 27.5 m chọn dầm chữ T có bầu:

Chọn số dầm chủ là Nb =5 dầm, khoảng cách các dầm chủ tính theo công thức sau :

S = = = 2,1 m → chọn S=2,1 m

Suy ra : chọn phần cách hẫng

Sk = S2 = 22.1= 1,05 m

Chiều cao dầm chủ được xác định theo tiêu chuẩn AASHTO :

ddc = chọn ddc = 1.4m

L: chiều dài một nhịp 27.5 m

Kích thước dầm chủ được thể hiện như sau: đơn vị (mm)

Phần mối nối thi công giữa 2 dầm chủ : 300 mm

- Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm : Ag = 0.763 m2

- Diện tích mặt cắt ngang tại đầu dầm : A’

g = 1.8*0.2+0.6*1.2=1.08 m2

Thể tích một dầm T chưa kể đoạn vút đầu dầm : V1g = 0.763*21.5+1.08*1.5*2 =

Tính toán đoạn vút đầu dầm:

Chiều dài đoạn vút nguyên : Lvuốt= (1:1.5)m chọn Lvuốt =1.5m

Thể tích mặt cắt ngang đoạn vút hai bên dầm : Vbhgr = (1.08+0.763)/2=0.9215 m3

Thể tích đoạn vút một dầm : Vvuốt = 2*1.5*Vbh = 2*1.5* 0.9215 =2.7645 m3

Thể tích toàn bộ một dầm T là: V1tg = V1g + Vvuốt = 19.6445+2.7645 = 22.405 m 3

2.4.2 Tính khối lượng của dầm chủ:

Khối lượng 1 dầm chủ : 22.405*2.5 = 56.01 T

Phần mối nối thi công,có 5 mối nối : 0.3*0.2*27.5*2.5*5=20.625 T

Diện tích mặt căt ngang :0.3*(0.2+0.25)/2=0.0675

Thể tích phân cách cứng toàn nhịp:0.0675*27.5*2=3.7125 (m3)

Khối lượng phân cách cứng toàn nhịp: 3.7125*2.5=9.28 (T)

Bảng tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần trên của nhịp 27.5 m:

Tính khối lượng mố như sau:

II.Tính toán số lượng cọc trong mố và trụ cầu:

1.Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu:

KCN P

Trong đó : P CD1 - trọng lượng bản thân của mố

CD MÔ

1

CD PL LL

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố

DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu

CD1

PL LL

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố

CD1

PL LL

P + = η*γLL.n.m [(1+IM)* ΣPiyi + 9,3Σω]+ γPL.2T.PL.ω

γLL : hệ số vượt tải; γLL= 1,75

γPL=1,75

η=1

Chiều dài tính toán của nhịp: Ltt = L NHIP-2a = 26.9 m

(1+ IM): hệ số xung kích; (1+IM) =1,25

n : số làn xe; n = 2

m: hệ số làn xe; m= 1

Pi : tải trọng trục bánh xe

yi : tung độ đường ảnh hưởng tương ứng

Σω: Tổng diện tích đah áp lực lên mố

q1= 9,3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế

T = 1.25 m: Bề rộng làn người đi bộ

PL = 3.9 KN/m2: Tải trọng đoàn người

ω = 13.45 m2: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên mố

Ta xếp tải lên mố cho hai trường hợp bên dưới còn mố bên phải xếp xe tương tự chỉ đổi chiều

Xét xe tải thiết kế ( xe 3 trục):

 Xét xe tandem:

26.9m

4.3m 4.3m 145KN 145KN 145KN

0.

84 0

0.

68

0

đahRg(Mố A) 9.3 KN/m

3.9 KN/m

Như vậy, ta chọn xe tải thiết kế để tính toán.

Vậy lúc đó : ΣPiyi = Max[ΣPiyi (xe 3 trục); ΣPiyi(xe 2 trục)]

KCN P

1

CD PL LL

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên Trụ

DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu

Ghi chú: Đối với các trụ đỡ 2 nhịp có chiều dài khác nhau thì DC và DW lấy giá trị trung bình của hai nhịp đó

CD1

PL LL

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên Trụ

CD1

PL LL

yi : tung độ đường ảnh hưởng tương ứng

Σω: Tổng diện tích đah áp lực lên Trụ

q1= 9,3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế

T = 1.25 m: Bề rộng làn người đi bộ

PL = 3.9 KN/m2: Tải trọng đoàn người

ω: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên Trụ

Ta xếp tải lên Trụ cho ba trường hợp bên dưới cho các Trụ:

Cần chú ý rằng: trong trường hợp này, việc xếp xe sẽ được tiến hành đối với từng trụ một, đối với từng loại xe một để xét trường hợp bất lợi Hơn nữa, để tính phản lực gối phải tổ hợp xe theo một cách thứ hai nữa như sau:

“ Lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15000 mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết

kế, khoảng cách giữa các trục 145 kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm”( mục 3.6.1.3.1 22TCN25,332-05)

Ta xếp tải lên Trụ cho ba trường hợp bên dưới cho các Trụ:

TH3:Xét 90% xe tải 3 trục cách nhau 15m +tải trọng làn:

1.2.3 Trụ P3

Hình vẽ xếp xe trụ P3 :làm tương tự như Trụ 2

Kết quả tính toán được cho trong bảng sau đây:

TÊN CÁC TH XẾP XE (KN) DC (KN) DW ∑ω ΣPiyi P KCN CD1 P MÔ Tru CD,1

1

CD PL LL

2.Tính toán sức chịu tải của cọc:

Theo số liệu khảo sát địa chất thì tính chất của các lớp địa chất ở dưới lòng sông được cho như sau:

Sức chịu tải dọc trục được chia làm hai loại:

 Sức chịu tải theo vật liệu (Pvl)Sức chịu tải theo vật liệu được đánh giá thông qua sức chịu tải theo vật liệu cực hạn (Pvl) được tính toán dựa trên cường độ cực hạn của vật liệu

 Sức chịu tải theo đất nền (Pdn)Sức chịu tải theo đất nền: tải trọng của công trình truyền xuống cọc và được truyền vào nền đất thông qua một hoặc hai hoặc cả hai phương thức sau đây:

• Sức kháng bên (Qfi): là phản lực của đất xung quanh cọc với diện tích xung quanh tiết diện coc

• Sức kháng mũi (Qp) : là phản lực của đất ở mũi cọc tác dụng lên đầu cọc

Sức chịu tải cực hạn của cọc là giá trị nhỏ nhất của sức chịu tải theo vật liệu và sức chịu tải theo đất nền: Pu = min {Pvl;Pdn}

2.1.1Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

- Sức kháng dọc trục danh định:

Pn= 0,85[0,85.f’

c.(Ap-Ast) + fy.Ast]; MNTrong đó:

fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420 Mpa

Thay vào ta được:

Pn= 0,85[0,85.30.( 160000 -1608,8)+420×1608,8].10-6= 4.007 MN

- Sức kháng dọc trục có hệ số:

Pr = f.Pn; MNVới f : Hệ số sức kháng mũi cọc, f = 0,75

Pr = 0,75×4.007 = 3.006 MN = 3006 KN

2.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

p =. 0,71×m(mR.R.Ap + u∑mf.fsi.li)

Trong đó :u : chu vi tiết diện cọc, u = 1.6(m)

Ap: Diện tích tiết diện ngang của cọc, Ap=0,16(m2)

li: chiều dài của cọc trong lớp đất thứ i

qp(T/m2): cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc

fsi: ma sát mặt bên của đất và cọcR: cường độ giới hạn trung bình của lớp đất ở mũi cọc

- Chọn phương pháp cách đóng cọc đặc và rỗng bịt mũi búa cơ học ( búa treo), búa hơi, búa Diesel

mR: hệ số làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1

mf : hệ số làm việc của đất ở mặt bên của cọc, mf = 1m: hệ số điều kiện làm việc, m = 1

max 1

dn vl

CD i P P

max 1

dn vl

CD i P P P

max 1

dn vl

CD i P P

3.2 Bố trí cọc tại trụ :

n =

),min(

max 1

dn vl

CD i P P

max 1

dn vl

CD i P P

max 1

dn vl

CD i P P

P

∑

1134 =17,43 ( Cọc ) chọn n = 18cọcTrụ T3 : n =

),min(

max 1

dn vl

CD i P P

Bố trí cọc cho trụ T 2 và T3:

CHƯƠNG II:

THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 2

THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP

Chiều rộng phần xe chạy 7,0 (m)

Chiều rộng phần người đi bộ 2x1,25 (m)

Bố trí lề người đi bộ cùng mức với mặt đường xe chạy ta dùng phân cách cứng phân làn rộng 25 cm

Chiều rộng cột lan can là : 25 cm

Theo 22TCN272-05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn 175 mm

ở đây ta chọn 200 cm (chiều dày lớp chịu lực)

Khối lượng tính như sau:(10.5*0.2+0.75*5)*50=123.75 m3

+diện tích phần trụ :At = 0.15*0.15=0.025m2 ,các trụ cách nhau 2m, tổng số lượng là 26trụ

+diện tích của lan can tay vịn : Atv =0.1*0.1=0.01 m2 ,gồm 25 đoạn, dài 1.85m,bố trí

2 bên

+thể tích bê tông Vbt =0.05*50*2+0.0225*0.9*26*2+0.01*1.85*25*2*2=7.892m3

+Vậy, khối lượng toàn bộ lan can là: Gp = 7.892*2.5=19.73 T

Chiều dày các lớp còn lại chọn như sau:

+ Lớp phòng nước chọn 0,4cm

+ Lớp bêtông nhựa dày 7 cm

+ Lớp mui luyện dày 4 cm ở giữa MCN cầu để tạo độ dốc ngang

Sơ đồ bản mặt cầu giống như phương án I

Ta có thể tóm tắt chi tiết khối lượng các bộ phận thuộc phần bản mặt cầu ở bảng sau

Chọn các thanh thép của hệ liên kết ngang là thép góc đều cạnh 100x100x10

2.3.2.Tính sơ bộ khối lượng thép: xét cho 1 nhịp

- Diện tích tiết diện dầm thép: Atd = 0,35×0,16+2.144×0,014+0,45×0,02+0.02×0,4 = 0,0526 m2

=1128.74 (KN)

2.4 Mố trụ cầu:

2.4.1 Mố cầu: Sử dụng mố chữ U cải tiến.

Kích thước mố trụ chọn như hình vẽ : Mố A(Trái)

Tính khối lượng mố như sau:

Tính khối lượng mố như sau:

Bảng tổng hợp khối lượng kết cấu mố trụ:

II.Tính toán số lượng cọc trong mố và trụ cầu:

1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu:

KCN P

CD PL LL

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố

DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu

CD1

PL LL

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố

CD1

PL LL

P + = η*γLL.n.m [(1+IM)* ΣPiyi + 9,3Σω]+ γPL.2T.PL.ω

γLL : hệ số vượt tải; γLL= 1,75

γPL=1,75

η=1

Chiều dài tính toán của nhịp: Ltt = L NHIP-2a = 49.4 m

(1+ IM): hệ số xung kích; (1+IM) =1,25

n : số làn xe; n = 2

m: hệ số làn xe; m= 1

Pi : tải trọng trục bánh xe

yi : tung độ đường ảnh hưởng tương ứng

Σω: Tổng diện tích đah áp lực lên mố

q1= 9,3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế

T = 1.25 m: Bề rộng làn người đi bộ

PL = 3.9 KN/m2: Tải trọng đoàn người

ω = 13.45 m2: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên mố

Ta xếp tải lên mố cho hai trường hợp bên dưới còn mố bên phải xếp xe tương tự chỉ đổi chiều

TH1: Xét xe tải thiết kế ( xe 3 trục):

49.4m

4.3m 4.3m145KN 145KN 145KN

0.

91 3

0.

82

6

đahRg(Mố A) 9.3 KN/m

3.9 KN/m

Như vậy, ta chọn xe tải thiết kế để tính toán.

Vậy lúc đó : ΣPiyi = Max[ΣPiyi (xe 3 trục); ΣPiyi(xe 2 trục)]

KCN P

1

CD PL LL

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên Trụ

P + – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên Trụ

CD1

PL LL

Σω: Tổng diện tích đah áp lực lên Trụ.

q1= 9,3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế

T = 1.25 m: Bề rộng làn người đi bộ

PL = 3.9 KN/m2: Tải trọng đoàn người

ω: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên Trụ

Ta xếp tải lên Trụ cho ba trường hợp bên dưới cho các Trụ:

Cần chú ý rằng: trong trường hợp này, việc xếp xe sẽ được tiến hành đối với từng trụ một, đối với từng loại xe một để xét trường hợp bất lợi Hơn nữa, để tính phản lực gối phải tổ hợp xe theo một cách thứ hai nữa như sau:

“ Lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15000 mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết

kế, khoảng cách giữa các trục 145 kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm”( mục 3.6.1.3.1 22TCN25,332-05)

Ta xếp tải lên Trụ cho ba trường hợp bên dưới cho các Trụ:

1

CD PL LL

Kết quả tính toán được cho trong bảng sau đây:

Tóm lại: trường hợp khống chế của các mố và trụ là:

2 Tính toán sức chịu tải của cọc:

Theo số liệu khảo sát địa chất thì tính chất của các lớp địa chất ở dưới lòng

sông được cho như sau:

Từ tính chất của các lớp đất nêu trên đều là lớp đất có thể đặt làm móng công trình tốt Nên ở đây ta chọn cọc ma sát Nên ta chọn cọc ở đây là cọc đóng.

2.1.Sức chịu tải của cọc:

Sử dụng cọc đóng bằng BTCT TD 40x40 cm Chiều dài cọc dự kiến là 18 m Phần ngàm vào đài cọc dài 20cm, đoạn đập đầu cọc dài 30cm, vậy phần cọc cắm vào đất là 17.5 m

Sức chịu tải dọc trục được chia làm hai loại:

 Sức chịu tải theo vật liệu (Pvl)Sức chịu tải theo vật liệu được đánh giá thông qua sức chịu tải theo vật liệu cực hạn (Pvl) được tính toán dựa trên cường độ cực hạn của vật liệu

 Sức chịu tải theo đất nền (Pdn)Sức chịu tải theo đất nền: tải trọng của công trình truyền xuống cọc và được truyền vào nền đất thông qua một hoặc hai hoặc cả hai phương thức sau đây:

• Sức kháng bên (Qfi): là phản lực của đất xung quanh cọc với diện tích xung quanh tiết diện coc

• Sức kháng mũi (Qp) : là phản lực của đất ở mũi cọc tác dụng lên đầu cọc

Sức chịu tải cực hạn của cọc là giá trị nhỏ nhất của sức chịu tải theo vật liệu và sức chịu tải theo đất nền: Pu = min {Pvl;Pdn}

2.1.1 Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

- Sức kháng dọc trục danh định:

Pn= 0,85[0,85.f’

c.(Ap-Ast) + fy.Ast]; MNTrong đó:

fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420 Mpa

Thay vào ta được:

Pn= 0,85[0,85.30.( 160000 -1608,8)+420×1608,8].10-6= 4.007 MN

- Sức kháng dọc trục có hệ số:

Pr = f.Pn; MNVới f : Hệ số sức kháng mũi cọc, f = 0,75

Pr = 0,75×4.007 = 3.006 MN = 3006 KN

2.1.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

- Sức kháng tính toán của các cọc Qr có thể tính như sau:

dn

p =. 0,71×m(mR.R.Ap + u∑mf.fsi.li)

Trong đó :u : chu vi tiết diện cọc, u = 1.6(m)

Ap: Diện tích tiết diện ngang của cọc, Ap=0,16(m2)

li: chiều dài của cọc trong lớp đất thứ i