đồ án thiet ke mo trụ cầu

đồ án thiết kế kỹ thuật và thi công mố trụ cầu bê tông cốt thép, thuyết minh tính toán mố trụ cầu, thuyết minh tính toán thi công mô trụ cầu, bản vẻ mố trụ cầu, bản vẻ bố trí cốt thép mố trụ cầu, bản vẻ thi công mố trụ cầu, mố chữ u tường mỏng

Chương 1TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU QUA SÔNG N3

1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG.

1.1 Sơ lược về địa điểm xây dựng cầu:

1.1.1 Vị trí xây dựng:

- Sông N3 nằm ở vùng đồng bằng duyên hải, Ở thượng nguồn sông gianh

1.1.2 Địa chất: Địa chất ở khu vực xây dựng cầu được chia thành 3 lớp khá rõ rệt:

- Lớp cát mịn chặt vừa dày 4 (m)

- Lớp sét nữa cứng dày 4(m)

- Lớp sét cứng dày vô cùng

Chiều dày các lớp được ghi rõ tại các vị trí lỗ khoan, đối với những vị trí không

có trị số chiều dày ta có thể dùng các phương pháp của địa chất công trình cho các lớp gần nhau có cùng tính chất

1.1.3 Thuỷ văn:

- Mực nước cao nhất : + 10,00 m

- Mực nước thông thuyền: + 8,00 m

- Mực nước thấp nhất: + 4,00 m

1.2 Điều kiện khí hậu, thuỷ văn, thông thuyền:

- Tình hình xói lở: do dòng sông không uốn khúc và chảy khá êm nên tình hình xói lở hầu như không xảy ra

- Ở những chổ có nước, mặt trên của bệ đặt thấp hơn mực nước từ 0,3÷ 0,5m, còn ở những nơi không có nước mặt thì gờ móng đặt ở cao độ mặt đất sau khi sói lở

- Do độ ẩm không khí khá cao thêm vào đó là điều kiện khí hậu khắc nghiệt nên loại vật liệu chủ đạo là bê tông cốt thép Kết cấu thép vẫn có thể sử dụng nếu cóđiều kiện bảo quản tốt, sửa chữa gia cố kịp thời

1.3 Điều kiện cung ứng vật liệu, nhân lực thiết bị:

- Nguồn vật liệu cát, sỏi có thể dùng vật liệu địa phương Vật liệu cát, sỏi sạn ở đây có chất lượng tốt, đá được lấy từ mỏ đảm bảo tiêu chuẩn để làm vật liệu xây dựng cầu

1.3.1 Vật liệu thép:

- Sử dụng các loại thép của các nhà máy luyện thép trong nước như thép Thái Nguyên, Biên Hoà , hoặc các loại thép liên doanh của Việt Nam và các nước như Công ty LDSX thép Việt -Úc ( VINASTEEL) Neo các loại do nhà máy cơ khí xây dựng Liễu Châu (OVM) Trung Quốc sản xuất, ngoài ra có thể dùng loại

neo của hãng VSL - Thụy Sỹ Nguồn thép được lấy từ các đại lý lớn ở gần côngtrình.

1.3.2 Xi măng:

- Hiện nay các nhà máy xi măng đều được xây dựng ở các tỉnh, thành luôn đáp ứng nhu cầu phục vụ xây dựng Dùng xi măng PCB 50 của nhà máy xi măng Hải Vân Phụ gia Sikament 520 do công ty Sika Việt Nam sản xuất Nói chung vấn đề cung cấp xi măng rất thuận lợi, giá rẻ luôn đảm bảo chất lượng và số lượng mà yêu cầu công trình đặt ra

1.4 Sơ lượt về nguồn nhân lực và máy móc thi công:

- Thiết bị và công nghệ thi công: để hòa nhập với sự phát triển của xã hội cũng như sự cạnh tranh theo cơ chế thị trường thời mở cửa, các công ty xây dựng công trình giao thông đều mạnh dạn cơ giới hóa thi công, trang bị cho mình máy móc thiết bị và công nghệ thi công hiện đại nhất đáp ứng các yêu cầu xây dựng công trình cầu

- Nhân lực và máy móc thi công: hiện nay trong tỉnh có nhiều công ty xây dựng cầu đường có kinh nghiệm trong thi công Về biên chế tổ chức thi công các đội xây dựng cầu khá hoàn chỉnh và đồng bộ Cán bộ có trình độ tổ chức và quản lí,nắm vững về kỹ thuật, công nhân có tay nghề cao, có ý thức trách nhiệm cao Các đội thi công được trang bị máy móc thiết bị tương đối đầy đủ Nhìn chung

về vật liệu xây dựng, nhân lực, máy móc thiết bị thi công, tình hình an ninh tại địa phương khá thuận lợi cho việc thi công đảm bảo tiến độ đã đề ra

1.5 Sơ lược về điều kiện tự nhiên:

- Khu vực xây dựng cầu có khí hậu nhiệt đới gió mùa Thời tiết không phân chia

rõ rệt theo mùa, tuy nhiên lượng mưa thường tập trung từ tháng 10 năm này đếntháng 1 năm sau

- Chịu ảnh hưởng trực tiếp gió mùa Đông Bắc vào những tháng mưa

- Độ ẩm không khí khá cao (vì nằm ở vùng gần cửa biển )

1.6 Sơ lược về kinh tế xã hội:

- Dân cư của vùng phân bố tương đối đồng đều, mật độ dân cư tương đối lớn Ở gần vị trí xây dựng cầu, nhà dân tập trung hai bên tương đối nhiều Do đó trong quá trình thi công cần có biện pháp để đảm bảo về mặt trật tự và an ninh cho khu vực xây dựng cầu

2 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ.

Bảng 1.1 : Bê tông cấu tạo mố

Tên gọi các đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị

c

1.51.35

0.90.9

Áp lực thẳng đứng:

+ Ổn định tổng thể+ Kết cấu tường chắn

1.351.35

Không có1.00

Trong đó: H : lă chiều dăy lớp đất.

γ : Trọng lượng riíng của lớp đất.

C : lă cường độ lực dính

ϕ : lă góc nội ma sât của đất.

3 CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP.

3.1 Cấu tạo mặt cắt ngang

MẶ T CẮ T NGANG CẦ U PHƯƠNG ÁN I TL 1/50 1/2 MẶ T CẮ T I-I TL 1/50 1/2 MẶ T CẮ T II-II TL 1/50

3.2 Xâc định kích thước vă câc khối lượng của kết cấu nhịp.

200 300 300

- Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm : Agd = 0.507 m2

- Diện tích mặt cắt ngang tại đầu dầm : Ađd = 0.807 m2

- Thể tích bê tông tại vị trí 2 đầu dầm : 0.807 ×1.5×2 = 2.421 m3

- Thể tích bê tông hai đoạn vuốt đầu dầm : × 0.75 × 2 = 0.986 m3

- Thể tích bê tông tại vị trí giữa dầm : 0.507×17.9 = 9.0753 m3

- Diện tích mặt cắt ngang dầm tại vị trí giữa dầm chủ : 1.956 m2

- Diện tích mặt cắt ngang dầm tại vị trí đầu dầm chủ : 1.986 m2

- Thể tích 1 dầm ngang tại vị trí giữa dầm chủ: 1.956×0.2 = 0.3912 m3

- Thể tích 1 dầm ngang tại vị trí đầu dầm chủ : 1.986× 0.2 = 0.3972 m3

- Thể tích bản mặt cầu cho 1(m) dài : 2.264 × 1= 2.264m3

- Lượng cốt thép trung bình trong 1m3 thể tích bêtông là 2 KN/m3

- Trọng lượng của cốt thép trong bản mặt cầu tính cho 1(m) dài:

2.264×2=4.528KN

- Thể tích cốt thép trong bản mặt cầu tính cho 1(m) dài là:

3

m0.057710

- Trọng lượng bí tông bản mặt cầu tính cho 1m dăi lă:

thép ống dày 2mmR40

Hình 1.4: kích thước lan can tay vịn.

- Với diện tích phần bệ Ab = 0.0675 m2 , liín tục ở 2 bín cầu

lă 8 trụ , liín tục ở 2 bín cầu

- Khối lượng cốt thĩp trong trụ: Gtrụ=0.00268 × 2 × 8 × 7.85 = 0.337 T

- Thể tích cốt thĩp của tay vịn lă: Vtv =0.00195 ×23 × 2= 0.0897 m3

- Khối lượng cốt thĩp trong tay vịn: G=0.0897 × 7.85 =0.704 T

 Vậy, khối lượng toăn bộ lan can, tay vịnh lă:

Glc-tv = (7.706+ 0.337+ 0.704)×10 = 87.47KN

3.2.5 Lớp phủ mặt cầu.

- Chiều dăy c âc lớp phủ mặt cầu như sau:

- Lớp BTN dăy 7cm có khối lượng trín 1 mĩt dăi lă :

 Trọng lượng các lớp phủ mặt cầu cho 1 nhịp dài 23 m là :

- Lượng cốt thép trung bình trong 1m3 thể tích bêtông là 2 KN/m3

- Trọng lượng của cốt thép trong gờ chắn bánh xe và lề bộ hành tính cho 1m dài là:

0.21125 ×2= 0.4225 KN

- Thể tích cốt thép trong gờ chắn bánh xe và lề bộ hành tính cho 1m dài là:

3

m0.0053810

- Lượng cốt thép trung bình trong 1m3 thể tích bêtông là 2 (KN/m3)

- Trọng lượng cốt thép trong 1 tấm đan: 0.132×2=0.264 KN

Hình 1.6 : Mặt cắt ngang tấm đan

- Thể tích cốt thép trong một tấm đan: 0.00336 3

1085.7

264.0

m

=

×

- Thể tích bê tông trong 1 tấm đan: 0.132 - 0.00336 = 0.12864 m3

- Trọng lượng bê tông trong một tấm đan: 0.12864 × 2.4 × 10 = 3.087 KN

- Tổng trọng lượng một tấm đan: 0.264+3.087=3.351 KN

 Trọng lượng các tấm đan trong một nhịp dầm dài 23 m:

Gtđ=3.351×4×23= 308.292 KN

Bảng 1.5: tổng hợp khối lượng của các kết cấu nhịp

- Chiều dài nhịp tính toán : Ltt= 22,4 (m)

Sơ đồ xếp xe lên đ.a.h

1650

1000

80

Hinh 1.7: Sơ đồ xếp xe lên đ.a.h áp lực R b tại mố B.

+ Diện tích đường ảnh hưởng : w = 11,2 m2

Bảng 1.6: Tung độ đường ảnh hưởng khi xếp tải xe 3 trục :

+ Yi Tung độ đường ảnh hưởng tại Pi

+ ω Diện tích đường ảnh hưởng

+ PL : tải trọng người đi

+ PL : Tải trọng làn xe

+ T : Chiều rộng người đi

R3T+làn = 1.(1,75.1.2 {1,25.(145 1+145.0,8081+35.0,6161)+9,3.11,2})=1605,91 (KN)

R2T+làn =1.(1,75 1.2 {1,25 (110 1+110 0,9464)+9,3 11,2} )= 1301,27 (KN)

4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:

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

+ Lớp 1: cát min chặt vừa dày 4,0 m

+ Lớp 2: sét nữa cứng dày 4,0 m

+ Lớp 3: sét cứng dày vô cùng

- Từ tính chất của các lớp đất nêu trên ta nhận thấy lớp đất tốt nằm ở độ sâukhông lớn lắm lại phù hợp với cọc ma sát Nên ta chọn cọc ở đây là cọc đóng.Chọn cọc đóng BTCT kích thước 40x40 cm

Dự kiến chiều dài cọc là: 14 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 cựchạn (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 đượctruyền vào nền đất thông qua một hoặc hai hoặc cả hai phương thức sau đây:

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

• Sức kháng mũi (Qm) : 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 sứcchịu tải theo đất nền: Pu = min {Pvl;Pdn}

 Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

' '

0.850.85

+ thể tích của cốt thép trong cọc: 12,56*10-4*14 = 0,0176 (m2).

Trọng lượng cốt thép trong một cọc: 0,0176*78,5 = 1.38 KN

+ thể tích bê tông trong cọc: 2,24–0,0176=2.223 m3

Trọng lượng bê tông trong 1 cọc là: 2,223*2.4*10 =57,144 KN

Vậy trọng lượng của một cọc là: 1,48 +57,144 =53,352 KN

fy - Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 400 Mpa=400*103(KN/m2)

ϕ - Hệ số sức kháng nén dọc trục, ϕ = 0,75

Thay vào ta được:

Pn= 0,75×0,85×[0,85×30×103×(0,16 – 12,56×10-4) + 400×103×12,56×10-4] = 2900,862 N

P = 0,85×φ×fc’×Ac=0,85×0,75×30×103×0,16 =3060 KN

P vl =min(2900.862, 3060)=2900.862 KN.

 Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền:

+ Đoạn cọc ngàm vào đài a > 20Φ => a =0.5 m

Cọc xuyên qua các lớp đất như sau:

Bảng 1.8: chiều dài cọc qua các lớp đất

Lớp đất Tên đất và trạng thái Chiều dày l (m)

SÉT CỨNG

Hình 1.8: mặt cắt địa chất

Xâc định câc tham số phục vụ tính toân sức khâng cọc theo đất nền như sau:

+ Ap - diện tích xung quanh mũi cọc (m2)

Diện tích xung quanh của lớp thứ 1: As1=4×a×l1=4×0,4×3,0=4,80 (m2)

Diện tích xung quanh của lớp thứ 2: As2=4×a×l2=4×0,4×4,0=6,40 (m2)

Diện tích xung quanh của lớp thứ 3: As3=4×a×l2=4×0,4×6,5=10,40 (m2)

+ φqp - Hệ số sức khâng đối với khả năng chịu tải của mủi cọc

+ φqs - Hệ số sức khâng đối với khả năng chịu tải của thđn cọc

+ σ’

v - ứng suất lực thẳng đứng hữu hiệu (MPa), nhận được từ thực nghiệm

σ’

v=0,2 MPa=200 KN/m2

N số đếm SPT đo được(búa/300mm), N=125(ứng với búa/300mm)

+ Ncorr - số đếm SPT gần mủi cọc đê hiệu chỉnh cho âp lực tầng phủ,

Ncorr = 87 búa/300mm+ N - số + N: búa đếm trung bình theo thđn cọc N =110(ứng búa/300mm)

+ a - chiều rộng của cọc A=0.4m

+ Db - chiều sđu chôn cọc trong lớp đất chịu lực cuối cùng, Db = l3 = 6,5m

+ Su - cường độ khâng cắt không thoât nước của đất sĩt (MPa) Giâ trị của Su phải xâcđịnh từ kết quả thí nghiệm hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm của câc mẩunguyín dạng lấy trong khoảng sđu 2 lần đườn kính dưới mủi cọc

+ α - hệ số kết dính, phụ thuộc vào từng loại đất, chiêu sâu chon cọc Db, cường độkháng cắt không thoát nước, tra toán đồ 10.7.33.2a trang 51 tiêu chuẩn ngành22TCN272-05;

Ta thấy Db =6,5m = 18,75 D nên ta tra toán đồ ta có: (giả sử α =1)

63,24675

,2

808,

Trong đó: + Fs1 = 2,5: hệ số an toàn đối với sức chống mũi

+ Fs2 = 1,5: hệ số an toàn đối với ma sát xung quanh

- Sức chịu tải của cọc:

Pu = min (Pvl; Pdn) = min (2900,862; 1736,21) = 1736,21 (kN)

 Tính toán số lượng cọc trong bệ mố:

Số lượng cọc trong bệ mố được xác định:

n = β × ap

u

R

P (cọc)Trong đó:

+ Rap - áp lực tác dụng lên mố

+ Pu - sức chịu tải của cọc

+ β - hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hưởng của mômen, tải trọng ngang và

số lượng cọc trong bệ β = 2

Bảng 1.9: số cọc trong bệ.

Mố B

Tải trọng danh định do mủi cọc chịu Qp 227,808

Tải trong danh định do thân cọc chịu Qs 2467,63

Sức chịu tải của cọc theo đất nền Pdn 1736,21

Sức chịu tải của cọc theo VL có hệ số: Pvl 2900.862

Chương 2THIẾT KẾ KỸ THUẬT MỐ B2.1 Kích thước mố:

Kích thước chung mố B (TL:1/50)

-7,740m +5.760m

Kích thước đá kê gối

Kích thước cấu tạo tường cánh

Kích thước cấu tạo bản quá độ

Kích thước gờ kê bản quá độ

Kích thước cấu tạo bệ móng mố

2.2 Tải trọng tác dụng lên mố cầu

2.2.1 Tĩnh tải do kết cấu nhịp truyền xuống mố(DC).

- Tĩnh tải từ kết cấu phần trên truyền xuống tâm gối lấy theo kết quả tính toán ởphần sơ bộ như sau:

Do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp và liên kết gây ra

RDC = DCxL/2=158,222*23/2=1819,55 (KN)

Do trọng lượng lớp phủ mặt cầu và các tiện ích khác gây ra.

RDW = DWxL/2=12,985x23/2=149,33 (KN)

2.2.2 Tính nội lực do tĩnh tải bản thân mố (DC) tác dụng lên mố.

- Trọng lượng riêng của bêtông: γc= 24 kN/m3

- Trọng lượng riêng của đất: γđ =18 kN/m3

- Tĩnh tải tiêu chuẩn gây ra bởi trọng lượng bản thân của mố được tính như sau:

P = V.γc

Trong đó: V: thể tích các bộ phận

γc: trọng lượng riêng của bêtông.

- Nếu bộ phận mố trụ nằm dưới nước thì tính ổn định phải xét đến tác dụng của

áp lực thủy tĩnh Khi đó trọng lượng riêng là

)/(

' =γ − kN m

γ

Bảng 2.2: Tĩnh tải do trọng lượng bản thân mố

STT Hạng mục Đơn vị Khối lượng

(m 3 )

Trọng lượng (KN)

e - độ lêch tâm của điểm đặt lực P so với trục trung hoà của mặt cắt cần tínhtoán(mô men mang dấu dương khi hướng về phía nền đường, mang dấu âm khihướng ra phía sông).

IV

III III

Bảng 2.3: tính nội lực cho tiết diện I-I bởi trọng lượng bản thân mố

Ggk+pbqd/2

III III

Hình 2.5: MẶT CẮT III-III Bảng 2.5: tính nội lực cho tiết diện III-III bởi trọng lượng bản thân mố

2.2.3 Phản lực gối dưới tác dụng của trọng lượng bản thân kết cấu nhịp.

- Phản lực do KCN là lực tập trung hướng thẳng góc với mặt phẳng gối cầu tạitim khớp gối

- Phản lực gối được xác định dựa vào kết quả tính toán ở phần sơ bộ như sau:

Do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp và liên kết gây ra

Bảng 2.7: tính nội lực cho tiết diện I-I và tiết diện II-II.

bởi trọng lượng bản thân kết cấu nhịp

2.2.4 Trọng lượng đất đắp EV (tính cho tiết diện I-I):

- Trọng lượng của đất đắp trên các bệ móng và các thành nghiêng của trụ mố:

Pđ = γđ.Vđ (KN) Trong đó:

Khối lượng tác dụng của lớp đất: Vđất= 135 m3

Trọng lượng riêng của lớp đất đắp sau mố: γđ = 18,0 KN/m3

Chiều cao đất đắp sau mố: 6,75 m

Chiều rộng mố chịu tác dụng của các lớp đất : 2 m

Chiều dài mố chịu tác dụng của các lớp đất: 10 m

Chiều cao đất đắp trước mố: 0,0 m

Chiều rộng đất đắp trước mố: 0,0 m

- Kết quả nội lực do đất đắp tính tại tiết diện I-I:

Bảng 2.8: tính nội lực cho tiết diện I-I bởi trọng lượng đất đắp

Kết cấu Tiết diện I-I

+ γ - trọng lượng riêng của đất đắp

+ H – chiều cao tường chắn (tính từ mặt đất đến đáy móng)

+ K – là hệ số áp lực đất ; K=Ko nếu là trọng lực, K=Ka nếu là tường công xôn

Hình 2.7: Sơ đồ tính áp lực đất tỉnh của đất lên mố.

2.2.5.2 Áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố LS.

- Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tường chắn , tác dụng của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao là heq, tra bảng

Bảng 2.9: chiều cao lớp đất tương đương.

Chiều cao tường H(mm) heq (mm)1500

LS = eq.γ.Trong đó:

+ LS – là hợp lực của áp lực đất tĩnh

+ γ – trọng lượng riêng của đất đắp (T/m3)

+ H – là chiều cao tường chắn (mm)

+ heq – là chiều cao lớp đất tương đương

+ K – là hệ số áp lực đất ; K=Ko nếu là trọng lực, K=Ka nếu là tường công xôn

'

sin.sin

sin.sin

+

=

βθδθ

βϕδϕ

r

Trong đó:

+ δ - góc ma sát giữa đất và tường ; δ = 24 0

+ β - góc giữa phương đất đắp với phương ngang ; β =00

+ θ - góc nghiêng của mặt sau tường so với phương nằm ngang θ = 90 0

+ ϕ'- góc ma sát trong có hiệu của đất đắp; ϕ' =350

Bảng 2.10: kết quả tính hệ số áp lực đất.

Góc nghiêng của mặt sau tường so với phương nằm ngang θ 90 Độ

Hình 2.11: Sơ đồ tính áp lực đất tác dụng lên mặt cắt III-III

Bảng 2.13:Bảng kết quả tính áp lực đất tại mặt cắt chân tường đỉnh

Kí

hiệu

H(m)

MI-ILS

(KN.m)

35 3,005 0,298 -0,617 9,18 -62,30 -0,925 15,71 -159,85 2.2.5.7.Tính áp lực đất tại mặt cắt tường cánh ( mặt cắt IV-IV )

- Sơ đồ tính: Để tính được áp lực đất tác dụng lên tường cánh thì ta chia tường cánh thành 3 khối sau đó tính áp lực đất tác dụng lên tường cánh của từng khối

Hình 2.12: Sơ đồ tính áp lực đất tác dụng lên mặt cắt IV-IV.

Bảng 2.14: Kết quả tính áp lực đất tại mặt cắt tường cánh