thuyết minh thiết kế cầu dầm bản rỗng

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU SV: NGUYỄN VĂN THẮNG LỚP CẦU ĐƯỜNG BỘ K63- 63DCCD05 GVHD : PHẠM NGỌC TRƯỜNG NĂM 2015 NHIỆM V

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ CẦU

SV: NGUYỄN VĂN THẮNG LỚP CẦU ĐƯỜNG BỘ K63- 63DCCD05

GVHD : PHẠM NGỌC TRƯỜNG

NĂM 2015

NHIỆM VỤ THIẾT KẾTRẮC NGANG CẦU ARMY I

Cao độ thiên nhiên

1 Thiết kế sơ bộ 2 phương ỏn cầu, so sỏnh lựa chọn 1 phương ỏn

2 Thiết kế kĩ thuật phương ỏn được chọn (thiết kế một hạng mục được giao cú trong danh sỏch kốm theo)

3 Thuyết minh in trờn giấy A4 (gồm hai phần trờn)

4 Bản vẽ trờn giấy A1: Bố trớ chung hai phương ỏn và cấu tạo chi tiết hạng mục được giao

5 Tiờu chuẩn thiết kế cầu: 22TCN-272-05

Vĩnh Yờn, ngày thỏng năm GVHD : Phạm Ngọc Truờng

LỜI MỞ ĐẦU

Trong mục tiêu phát triển đến năm 2030, nước ta về cơ bản sẽ trở thành một nước công nghiệp Do đó, nhu cầu về xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là phát triển mạng lưới giao thông vận tải đã trở nên thiết yếu hơn bao giờ hết nhằm phục vụ cho sự phát triển nhanh chóng và bền vững của đất nước Sau thời gian học tập tại Trường Đại học công nghệ

23+885.46 thuộc dự án xây dựng công trình: Cao tốc Nội Bài-Lào Cai dưới sự hướng dẫn của thầy

giáo Phạm Ngọc Trường.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU GỒM 3 CHƯƠNG

Chương 1: THIẾT KẾ CƠ SỞ.

Chương 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT.

Chương 3: THIẾT KẾ BẢN VẼ THI CÔNG

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Vĩnh Yên, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn

PHẦN I

THIẾT KẾ SƠ BỘ

I/ GIỚI THIỆU CHUNG:

1.1.Tổng quan về dự án

Tuyến đường Hà nội - Lào Cai là tuyến đường nối thủ đô với các tỉnh miền núi phía bắc Tuyến đường này được làm mới hoàn toàn nhằm phục vụ nhu cầu đi lại của người dân

đị lại.rút ngắn thời gian trước đây là 6 tiếng Giờ rút ngắn còn 3 tiếng, tiết kiệm chi phí 1 nửa Đây là 1 dự án lớn được đầu tư trọng điểm của nhà nước.tuyến này tiếp giáp với các quốc lộ 1A,2,7,70 Mục tiêu của dự án là tiếp tục phát triển, từng bước hoàn thiện hệ thống

cơ sở hạ tầng, tạo tiền đề thúc đẩy tiến trình đầu tư, xây dựng cơ sở hạ tầng Nhằm phát triển các tỉnh miền núi phía bắc, đẩy mạnh tốc độ phát triển kinh tế Giao thương trao đổi hàng hóa với các tỉnh biên giới.Tuyến giúp nối các trung tâm thành phố của các tỉnh,các trung tâm thương mại,kinh tế trọng điểm của miền bắc Dự án sẽ góp phần làm tăng nhanh hiệu quả kinh tế của tuyến đường Hà Nội - Lào Cai đang được đầu tư xây dựng và đảm bảo khả

đất nước đang phát triển kinh tế công nghiệp hiện đại hóa đất nước.Đảng và nhà nước cũng

ko quên tang cường quốc phòng quân sự Để quân sự được tăng cường và phát triển nhà nước cũng đầu tư vào giao thông nhằm ứng phó nhanh những tình huống bất ngờ và chuẩn

bi trước những kẻ xâm phạm

-Về văn hóa ,khoa học kỹ thuật sự thuận lợi góp phần tang cường giao lưu văn hóa khoa học kỹ thuật của tỉnh nhà với các tỉnh bạn,nâng cao đời sống văn hóa và tinh thần của nhân dân ,tang cường công tác quản lý của nhà nước với các vùng xung quanh

Do tầm ảnh hưởng quan trọng nêu trên,nên việc cần phải xây dựng một cây cầu là cấp thiết và cấp bách Đồng thời nghiên cứu áp dụng khoa học kỹ thuật , sử dụng kết cấu đơn giản gọn nhẹ nhằm đáp ứng xây dưng cầu nhanh chóng , kịp thời đảm bảo độ bền vững

1.2.Vị trí địa lý :

Sóc Sơn là một trong các huyện ngoại thành của TP Hà Nội Các địa danh giáp ranh bao

gồm: phía Đông và Đông Bắc la huyện Hiệp Hòa (tỉnh Bắc Giang),về phía bắc giáp với huyện Yên Phong ( tỉnh Bắc Ninh ) huyện Phổ yên (tỉnh Thái Nguyên); phía Tây Bắc giáp thị xã Phúc Yên ( tỉnh Vĩnh Phúc) Về phía nam giáp các huyện đông anh, Mê Linh ( Tp Hà Nội)

1.3 Mạng lưới giao thông trong khu vực :

a/ Về giao thông đường thủy :

Sóc Sơn có hệ thống sông, kênh rạch dày đặc

Hiện nay, Bình Chánh đẩy nhanh tiến bộ nâng cấp đường giao thông nông thôn và tiến hành khảo sát, điều tra lập dự án phát triển toàn diện giao thông đường bộ phục vụ cho dự án xây dựng khu kinh tế mở

Hệ thống cầu trên địa bàn huyện dang không đáp ứng được lưu lượng giao thông ngày càng cao, đặc biệt là các cầu trên tuyến đường Hà Nội-Lào Cai Để đáp ứng nhu cầu vận tải ngày một tăng nhanh, thành phố đang đầu tư xây dựng công trình giao thông để đáp ứng nhu cầu vận tải

Khu vực nguyên cứu xây dựng cầu là đất ruộng cũng như đất đồi đan xen nhau Gần

khu vực xây dựng cầu nhà dân thưa thớt, Không đi qua các khu vực tập trung dân cư

1.6 Điều kiện khí tượng – thủy văn:

a/ Khí tượng :

+ Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10+ Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 sang năm

+ Nhiệt độ trung bình : 250 C - 290 C

- Độ ẩm :

+ Trung bình 73 – 85%

+ Bốc hơi từ 3.5 – 6 mm/ngày, cao nhất 7.8 mm/ngày

+ Lượng mưa trung bình hàng năm : 1.000 - 1.400 mm

+ Trong mùa mưa, lượng mưa tháng thấp nhất khoảng 100 mm, tháng nhiều nhất 240 mm

+ Mùa mưa : hướng gió chính là Tây – Tây Nam

+ Mùa khô : Bắc – Đông Bắc

1.7 Địa chất :

+ Lớp đất số 1 :

Đất sét lẫn hữu cơ, màu xám , độ dẻo cao, trạng thái nửa cứng Bề dày trung bình h

- Dung trọng tự nhiên : γw = 1.873g/cm3

- Góc ma sát trong : ϕ = 120 20

II/ CÁC NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ CẦU:

- Đảm bảo về mặt kinh tế : hao phí xây dựng cầu là ít nhất, hoàn vốn nhanh và thu lợi nhuận cao

- Đảm bảo về mặt kỹ thuật : Đảm bảo đủ khả năng chịu lực theo yêu cầu thiết kế, đảm bảo

ổn định và thời gian sử dụng lâu dài

- Đảm bảo về mặt mỹ quan : hòa cùng và tạo dáng đẹp cho cảnh quan xung quanh

Dựa vào ba nguyên tắc trên ta phải chú ý một số vấn đề sau :

+ Phương án thiết kế lập ra phải dựa trên điều kiện địa chất, thủy văn và khổ thông thuyền

+ Cố gắn tận dụng những kết cấu định hình sẵn có để công xưởng hóa và cơ giới hóa hàng loạt nhằm giảm giá thành công trình

+ Tận dụng vật liệu sẵn có tại địa phương

+ Ap dụng những phương pháp thi công tiên tiến nhằm đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình

III/ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ :

Với những nhu cầu thực tế và nhằm phục vụ cho việc làm đồ án tốt nghiệp, tôi được giao nhiệm vụ thiết kế Cầu Army I – Đường Hà Nội –Lào cai với những thông số sau :

-Khổ tĩnh không dưới cầu 4.75m :

-Điều kiện địa chất (xem tài liệu khảo sát)

Nhiệm vụ thiết kế :

+Thiết kế sơ bộ ba phương án

+Thiết kế kỹ thuật cho phương án khả thi

+Thiết kế tổ chức thi công phương án được chọn

I PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

1/KẾT CẤU PHẦN TRÊN

dầm, khoảng cách mỗi dầm 1m , dầm ngang bằng BTCT M300 đỗ tại chỗ, bản mặt cầu BTCT M300 đỗ tại chỗ

2/ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI :

đĩng cọc L = 10.5m Sau mố phần tiếp giáp giữa đường và cầu cĩ Bản quá độ bằng BTCT

20.50 21.46

15.50

13.50 20.30

BỐ TRÍ CHUNG PHƯƠNG ÁN I: DẦM BTCT l=18m

II./THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP

1/ SỐ LIỆU BAN ĐẦU :

- Toàn cầu có 1 nhịp, chiều dài nhịp 18m

- Chiều dài tính toán là ltt = 17.4m

II./ THIẾT KẾ MỐ CẦU

THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP :

Dầm được tập kết trên xà lan Đưa dầm ra giữa nhịp, dùng cần cẩu đứng trên xà lan cẩu dầm vào vị trí Liên kết hệ dầm, mặt cầu, lắp dựng lan can, lề bộ hành và hệ thống bảng tín báo, hệ thống chiếu sáng trên cầu

I./PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

1/ KẾT CẤU PHẦN TRÊN :

dầm, khoảng cách mỗi dầm 2.5 m, dầm ngang bằng BTCT M300 đỗ tại chỗ, bản mặt cầu BTCT M300 đỗ tại chỗ

2/ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI :

cọc L = 10.5m Sau mố phần tiếp giáp giữa đường và cầu có Bản quá độ bằng BTCT

20.50 22.46

15.50

13.50 20.30

II./THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP

1/ SỐ LIỆU BAN ĐẦU :

- Toàn cầu có 1 nhịp, chiều dài nhịp 18m

- Chiều dài tính toán là ltt = 17.4m

22.07

II./ THIẾT KẾ MỐ CẦU

BIỆN PHÁP THI CÔNG CẦU

THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP :

- Bước 1: Lắp dựng xe lao dầm và đường vận chuyển xe lao dầm Tập kết dầm ở đầu cầu,

dùng con lăn dịch chuyển từng phiến dầm vào đúng vị trí Dùng xe lao dầm lao ra vị trí nhịp,

hạ dầm kết hợp sàn ngang bằng thủ công đưa dầm vào vị trí Đổ bêtông liên kết các dầm

- Bước 2: Làm đường vận chuyển xe lao dầm và đường vận chuyển trên nhịp 1 Di

chuyển xe lao dầm sang vị trí nhịp 2 Dùng xe lao dầm lao ra vị trí hạ dầm kết hợp sàn ngang bằng thủ công đưa dầm vào vị trí gối Đổ bêtông liên kết các dầm

Thi công lao lắp các nhịp còn lại tương tự như nhịp 1 và 2

-Hoàn thiện : vệ sinh, sơn, quét vôi, lắp đặt hệ thống chiếu sáng, lắp dựng biển báo trên cầu

Chọn vật liệu xây dựng cầu.

-Cường độ chịu nén của bê tông dầm ở 28 ngày tuổi chọn : f’c =40 MPa

5 1

γ

=31975 Mpa

* Bản bê tong đổ sau:

- Cường độ chịu nén của bê tông dầm ở 28 ngày tuổi chọn : f’c =30 MPa

- Mô đun đàn hồi : Ec 0.043 c f c 27691MPa

' 5

-Giới hạn chảy tất cả các loại thép khác =240MPa

-Giới hạn chảy của thép dọc chủ = 420Mpa

* Cốt thép DƯL:

-Cường độ chịu kéo: f pu =1860Mpa

-Giới hạn chảy: f py =0.9f pu =1674Mpa

-Mô đun đàn hồi: E p =197000Mpa

Xác định chiều dài nhịp tính toán

Chiều dài nhịp dầm tính toán là khoảng cách giữa tim hai gối cầu Tính toán chiều dài này phục vụ cho công việc xác định nội lực dầm giản đơn Đối với cầu dầm liên tục không cần tính toán

Chiều dài tính toán 1 nhịp của cầu dầm (giản đơn) được tính theo công thức sau:

a- khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối:

CHƯƠNG IV

Qua tính toán sơ bộ hai phương án xây dựng cầu ta có :

+ Phương án 1 : Cầu dầm bản rỗng BTCT 18m, toàn cầu có 1 nhịp.

+ Phương án 2 : Cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực dầm chữ “T” 18m, toàn cầu có 1 nhịp

18m

TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CHO TỪNG PHƯƠNG ÁN PHẦN CẦU

-Dung trọng của bê tông ximăng là 2,5 T/m3

-Dung trọng của bê tông nhựa l 2,25 T/m3

Vậy khối lượng 1 dầm chủ là: G1 =8.305 x 2,5 = 20.763T

Vậy khối lượng tòan bộ dần chủ : G= 20.763 x 12 =249 T

b.Kết cấu mặt cầu.

Khối lượng ván khuôn:G= 11 x 0,08 x 18 x 0,95 = 15.05T

Thể tích bản mặt cầu BTCT:V= 0,1 x 18 x 12 =21.6 m3

Khối lượng bản mặt cầu BTCT:G= 21,6.x2,5 = 54 T

Khối lượng lớp BT nhựa mềm:G= 0,05x 12 x 18 x 2,25 = 24.3 T

Tổng khối lượng = 54 + 24.3+15.05 = 93.35 T

+ Phương án II : Dầm bêtông cốt thép tiết diện chữ T, l = 18 m.

a) Dầm chủ

Cấu tạo dầm:

Vì l dầm chữ T DUL, đúc sẵn, nhịp giản đơn nên theo t/c ta chọn chiều cao dầm:

Vậy khối lượng 1 dầm chủ là: G1 = 15,27 x 2,5 = 38,175 T

Vậy khối lượng toàn bộ dần chủ : G= 38,175 x 5=190.875 T

Với kết cấu dầm chữ T ta phải thiết kế dầm ngang để đảm bảo sự phân bố lực giữa các dầm chính, giúp dầm hoạt động bình thường

b) Kết cấu mặt cầu.

Thể tích bản mặt cầu BTCT:V= 0,2 x 12 x 18= 43.2 m3

Khối lượng bản mặt cầu BTCT:G=43.2 x 2,5 = 108 T

Khối lượng lớp BT nhựa mềm:G= 0,05x 12 x 18 x 2,25 = 24,3T

Tổng khối lượng là:G=108 + 24,3 = 132,3 T

Ta có bảng tổng quan sau:

Khối lượng dầm chủ

Khối lượng KC phần trên

Tổng khối lượng

Theo bảng trên phần vật liệu của 2 phương án có sự chênh lệch nhau không lớn Phương án 1 sử dụng khối lượng vật liệu lớn hơn.Theo chỉ tiêu so sánh này chọn phương án 2

2 So sánh các phương án về điều kiện chế tạo và thi công

+Thi cơng kết cầu nhịp

Cả 2 phương án đều:

-Đổ bê tông tại chỗ mối nối mặt cầu,gờ lan can,thi công lớp bê tông lưới thép

*Phương án 1: Không cần đổ dầm ngang, đắt dầm trực tiếp nên gối cầu

*Phương án 2: Tiến hành đổ bê tông làm mối nối giữa các dầm

- Lắp dầm bằng giá ba chân.Hàn mối nối đổ bê tông bản mặt cầu

-Dầm đúc tại bi cuối cầu,đưa dầm vào vị trí bằng lao kéo dọc và sang ngang vào vị trí gối

Ở phương án 2 ở khâu vận chuyển có một nhược điểm là rất dễ xảy ra hiện tượng nứt cánh dầm.

+Thi cơng mố trụ

Cả 2 phương án đều có phương pháp thi công mố trụ giống nhau bao gồm:

-San ủi tạo mặt bằng thi cơng

-Thi công cọc bằng thiết bị chuyn dụng

-Đào hố móng,lắp dựng cốt thép,ván khuôn thi công bệ và thân móng

3 So sánh về chỉ tiêu khai khác

Cả 2 phương án có chỉ tiêu về khai thác là tương đương nhau

4 So sánh về chỉ tiêu duy tu bảo dưỡng,khôi phục và cải tạo

Cả 2 phương án đều dùng dầm Bê Tông Cốt Thép nên việc duy tu bảo dưỡng là khá dễ dàng,chi phí không quá cao,nhưng vẫn địi hỏi thường xuyên để đảm bảo chất lượng công trình.Vì vậy được dùng phổ biến hơn dầm thép

PHẦN 2

Hình 2.1 Mặt cắt ngang dầm

2.2.1 Hoạt tải thiết kế

AASHTO HS Truck Load

AASHTO HS Lane Load

Xe 2 trục P1 110 kN

2.2.2 Hệ số phân bố ngang hoạt tải

* Hệ số phân bố cho mômen:

-Hệ số phân bố mômen cho dầm trong

Tải trọng thiết kế 2 làn hoặc nhiều hơn:

Din=

06 0 2

0 6

.

0 ( / ) ( / ))

7600/.(b b l I J k

Trong đó:

k=2.5*(Nb)-0.2=2.5*(12)-0.2=1.52l=17400 mm : Chiều dài tính toán của nhịpNb=12 : Số lượng dầm trên mặt cắt ngangb=1000 mm : Bề rộng dầm

Tải trọng thiết kế 2 làn hoặc nhiều hơn :

Dex=e.Din

de: Khoảng cách từ tim của dầm biên đến mép của đá vỉa hay lan can chắn xe

=>Dex= 1,04.0,256= 0,266

* Hệ số phân bố cho lực cắt :

-Hệ số phân bố lực cắt cho dầm trong

Tải trọng thiết kế 2 làn hoặc nhiều hơn:

05 0 1

0 4

0 ( / ) ( / ))

4000/

(1000 / 4000) (1000 /174000) (0.032 / 0.028) =0.434

-Hệ số phân bố lực cắt cho dầm ngoài

Tải trọng thiết kế 2 làn hoặc nhiều hơn:

Dex-s = e.Din-s

2.2.3 Tải trọng động cho phép (Lực xung kích)

Hiệu quả tác động tĩnh của xe tải hoặc xe 2 trục sẽ được tăng thêm một lượng như sau :

IM = 25% cho các bộ phận cầu

IM = 75% cho mối nối bản mặt cầu

IM = 15% cho TTGH mỏi và giònTải trọng động cho phép không áp dụng cho tải trọng người đi bộ và tải trọng làn

3 Tính nội lực tác dụng lên kết cấu nhịp

3.1 Hoạt tải AASHTO HL-93

- Xe tải thiết kế là xe có 3 trục trong đó :

Hai trục trước cách nhau 4.3m

Hai trục sau cách nhau từ 4.3m đến 9.3m

Ta dùng loại xe có hai trục sau cách nhau 4.3m

Nội lực do hoạt tải = (xe tải hay xe 2 trục) (1+IM).D + tải trọng làn

Bảng 2.5 Bảng đường ảnh hưởng mômen và lực cắt tại các mặt cắt

trọng

MômenkN.m

Lực cắtkN

M

q

l tt=17.4m

0.005 3.990

1014.15 109.17

0.68 0.504 0.75

0.26 0.25

Lực cắtkN

0.48 0.97 0.9 0.72

0.03

4.3 m

35 kN

0.25 0.523

0.486 0.39

3.2 Tính mômen và lực cắt do tải trọng thường xuyên

- Mômen do tải trọng Pi đặt cách gối trái một khoảng x(m) được xác định theo công

thức:

M pi = L

x L x

dv từ gối gèi

Bª t«ng lÊp ®Çy

196,228

622.34

Bảng 2.7 Bảng tổng hợp mômen xoắn dầm biên

4.4 Tính nội lực do hoạt tải

Theo sơ đồ xếp tải ta tính được nội lực theo công thức sau

Xe tải thiết kế ( hoặc xe 2 trục)

+ Lực cắt Q =∑Vi*ξi

+ Tải trọng làn

+ Lực cắt V=W*Fq

4.4.3> Giá trị nội lực lấy để thiết kế

MAX(Xe tải thiết kế ;Xe 2 trục )*(1+IM)*Dmax+Tải trọng làn

Trong đó : ηi = hệ số điều chỉnh tải trọng

- M : Mô men tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ I

- Q : Lực cắt tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ I

Q(kN) 0 60.27 101.73 120.54Cường độ

Do tĩnh tải và hoạt tải gây ra theo công thức

W

M y J

σ

(Mpa)

y :Khoảng cáchtừ trục trung hòa đến điểm đang xét (m)

M : Mô men tính toán tại tiết diện đang xét (MN)

Bảng 2.11.Bảng tính ứng suất tại giữa dầm

øng suÊt do m«men

6.1 ứng suất cho phép trong bê tông ở trạng thái sử dụng

6.1.2 Giới hạn ứng suất kéo

ft=0.5* f ' c(Mpa) Với các cấu kiện có các bó thép DUL dính bám

6.1.3 Giới hạn ứng suất nén sau khi mất mát

fc=0.45fc’ (Mpa) dưới tác dụng của tải trọng thường xuyên fc=0.6 fc’(Mpa) dưới tác dụng của tải trọng thường xuyên và nhất thời trong vận chuyển cẩu lắp

6.1.4.Ứng suất giới hạn tao thép dự ứng suất

Chọn loại tao thép có độ tự chùng thấp với các đặc trưng sau

6.2 Ước lượng gần đúng các mất mát ứng suất

6.2.1 Mất mát theo thời gian

Với bê tông thông thường được tạo dự ứng suất bằng các tao thép có độ tự trùng thấp thì mất mát do từ biến và co ngót của bê tông và độ tự chùng của cốt thép theo thời gian được lấy gần đúng theo công thức sau :

Với dầm bản rỗng có tao thép độ tự chùng thấp lấy cường độ phá hoại bằng 1860 Mpa Mất mát = 270*(1-0.15*(f’c-41)/41)+41 PPR

Trong đó PPR( tỷ số DUL từng phần) =Aps*fps /( Aps* fpy+As*fy)

Khi không áp dụng DUL từng phần thì As=0 >PPR=1

Thayvào công thức trên ta được