CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ TRỤ CẦU VÀ MÓNG TRỤ T1

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ Tại mỗi vị trí gối có các lực tồn tại theo 3 phương vuông góc tác dụng: - Lực theo phương dọc cầu: Hy.. Bảng tính toán tĩnh tải do trọng lượng bản thâ

Trang 1

CHƯƠNG V

THIẾT KẾ TRỤ CẦU VÀ MÓNG TRỤ T1

A THIẾT KẾ TRỤ CẦU

I SỐ LIỆU CHUNG

- Trụ tính toán: trụ T1

- Chiều dài nhịp 40m

- Loại dầm: Super – T

- Chiều dài dầm chủ nhịp 1: 39.18m

- Chiều dài dầm chủ nhịp 2: 38.33m

- Khoảng hở 1.70m giữa 2 đầu dầm của 2 nhịp cạnh nhau được giải quyết bằng chiều rộng mũ trụ kết hợp đổ bản mặt cầu lên trên

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22 TCN 272 – 05

II SỐ LIỆU THIẾT KẾ TRỤ T1

1 Số liệu kết cấu phần trên

Chiều dài tính toán nhịp 1 Ls 38.48 m

Chiều dài tính toán nhịp 2 Ls 37.63 m

Trọng lượng riêng bêtông γc 24.5 kN/m²

•Diện tích của một dầm ngang Fdn 0.936 m2

•Chiều rộng dầm ngang dọc cầu bdn 0.70 m

•Diện tích của gờ lan can Fglc 0.27 m2

•Chiều cao từ đáy dầm tính đến lớp phủ h 2.00 m

Số liệu đặc trưng dầm Super T nhịp 1 và nhịp 2

Trang 2

Chiều dài dầm Super T 39.18m 38.33m

- Diện tích mặt cắt ngang giữa nhịp A 0.681m2 0.681m2

- Diện tích mặt cắt ngang đoạn dầm đặc A1 1.621m2 1.621m2

- Diện tích mặt cắt ngang đoạn dầm cắt khấc A0 0.796m2 0.796m2

- Chiều dài đoạn dầm cắt khấc L0 0.8m 0.8m

- Chiều dài đoạn dầm còn lại L 34.18m 33.33m

- Diện tích dầm ngang đầu dầm Fdn 0.936m2 0.936m2

2 Số liệu trụ: kết cấu phần dưới

- Loại trụ: Trụ thân đặc BTCT dạng chữ “I”, ở giữa dày 1.4m và ở 2 đầu dày 1.8m bằng BTCT M300 đổ tại chỗ Mặt ngoài thân trụ tạo chỉ lõm vào trong theo phương ngang Mũ trụ bằng BTCT M300 dạng chữ “T “ ngược Trụ đặt trên nền móng cọc khoan nhồi

- Số liệu trụ thiết kế T1:

+ Cao độ mực nước cao nhất: MNCN = 11.38 m

+ Cao độ mực nước thấp nhất: MNTN = -1.34 m

+ Cao độ mực nước thi công: MNTC = MNTT = 9.20 m

+ Cao độ mặt đất thiên nhiên: MĐTN = 6.45 m

+ Chiều sâu xói chung cộng xói cục bộ: 3.5 m

+ Cao độ mặt đất sau khi xói chung và xói cục bộ: MĐSX = MĐTN – 3.5 = 2.95 m.+ Cao độ đỉnh móng: CĐIM = 5.55 m

+ Cao độ đáy móng: CĐAM = 3.55 m

III XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ

Tại mỗi vị trí gối có các lực tồn tại theo 3 phương vuông góc tác dụng:

- Lực theo phương dọc cầu: Hy

- Lực theo phương ngang cầu: Hx

- Lực theo phương đứng: N

Các lực này sẽ sinh ra các lực cắt, lực dọc, momen Mx; My

1 Tĩnh tải

a Tĩnh tải (DC) và lớp phủ (DW) : kết cấu phần trên

 Trọng lượng bản thân dầm chủ: Tỷ trọng bê tông dầm chủ: 24.5kN/m3

c =

γ

- Xét đoạn dầm cắt khấc:

+ Diện tích mặt cắt ngang: A0 = 0.796 m2

+ Trọng lượng đoạn dầm: DC 0 =γc×A0 ×Lck ×2=31.22kN.

- Xét đoạn dầm đặc:

+ Diện tích mặt cắt ngang: A1 = 1.621 m2

+ Trọng lượng đoạn dầm: DC 1 =γc×A1×Ldac×2=134.99kN.

- Xét đoạn dầm còn lại của dầm nhịp 1 dài 39.18m

+ Diện tích mặt cắt ngang: A = 0.681 m2

+ Trọng lượng đoạn dầm: DC1 c A [L 2 (Ldac Lck)] 570.28kN

- Xét đoạn dầm còn lại của dầm nhịp 2 dài 38.33m

+ Diện tích mặt cắt ngang: A = 0.681 m2

+ Trọng lượng đoạn dầm:

Trang 3

LL(2L[A

.39

28.57099.13422.31L

DCDC

.38

09.55699.13422.31L

DCDC

bA

DCdn = dn× dn× dn×γc = × × × =Trọng lượng dầm ngang truyền lên 1 dầm chủ: 204/8 = 25.48 kN

 Trọng lượng bản thân gờ lan can:

m/kN53.65.2427.0F

DCglc = glc×γc = × =

 Trọng lượng bản thân lan can:

m/kN84.3

DClc =

=> Phản lực gối (không có hệ số) do một dầm chủ tác dụng trên xà mũ:

+ Ở phía nhịp 1:

N1 = (18.8+2.53+10.54+6.532 +3.84)×39.18+25.48 =840.22kN+ Ở phía nhịp 2:

kN

Bảng kết quả tĩnh tải kết cấu phần trên

Tĩnh tãi kết cấu nhịp 8 dầm 1 dầm Đơn vị

Trọng lượng lớp phủ mặt cầu DW 784.4 98.05 kN

Trang 4

b Tĩnh tải do trọng lượng bản thân Trụ: kết cấu phần dưới

 Kích thước hình học của trụ

A

A MẶT CHÍNH

B - B

A - A

Trang 5

Số liệu kích thước hình học theo phương ngang cầu

STT Tên kích thước Ký hiệu Giá trị Đơn vị

2 Bề rộng cánh hẫng xà mũ trụ b1 2.900 m

8 Bề rộng ở giữa thân trụ bc1 5.200 m

9 Bề rộng ở 2 đầu thân trụ bc2 3.000 m

11 Khoảng cách từ MĐTN đến đáy móng hd 2.750 m

12 Khoảng cách từ MNTC đến đáy móng hn 5.650 m

15 Chiều cao tấm thép kê gối h3 0.02 m

16 Bề rộng tấm thép kê gối b3 0.700 m

Kích thước theo phương dọc cầu

STT Tên kích thước hiệuKý Giá trị Đơn vịtính

3 Bề rộng ở giữa thân trụ dc1 1.400 m

4 Bề rộng ở 2 đầu thân trụ dc2 1.800 m

6 Bề rộng tấm thép kê gối d3 0.400 m

 Tính toán vị trí tim các gối cầu trên trụ:

Dưới tác dụng của tải trọng do tĩnh tải tiêu chuẩn của kết cấu nhịp, trụ chịu nén đúngtâm

M = R1e1 – R2e2 = 0

Trong đó:

R1 và R2: Phản lực gối của nhịp 1 và nhịp 2 do tĩnh tải tiêu chuẩn

e1, e2: Khoảng cách từ đường tim trụ đến tim của hai gối

Chiều “+” của mômen Mx lấy hướng vào nhịp lớn

Giải hệ phương trình:

Trang 6

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

Pi = Vi.γc (kN)

Trong đó: Vi : Thể tích các bộ phận kết cấu (m3)

γc: Trọng lượng riêng của bê tông: γc = 25 KN/m3

- Thể tích các bộ phận kết cấu Vi:

+ Bệ trụ: Vbt = b×d×h = 12.2x6.75x2 = 164.7 (m3)

+ Thân trụ: Vtht = (2bc2×dc2 + bc1×dc1) ×hc = (2x3x1.8 + 5.2x1.4)x7.4 = 133.79 (m3).+ Xà mũ trụ: Vmt = h1×db×(bh – 0.3) + h2×dh×bh =

= 0.93x1.6x(17 – 0.3) + 0.8x3.2x17 = 68.37 (m3)

Phần hẫng của xà mũ trụ: V = 0.93x1.6x2.9 + 0.8x3.2x2.9 = 11.74 m3

Trọng lượng phần cánh hẫng xà mũ: P = γcV = 25x68.37 = 293.5 kN

Cánh tay đòn đối với mặt cắt hẫng: e = 2.9/2 = 1.45

Momen: My = exP = 1.45x293.5 = 425.55 kN.m

+ Tấm kê gối: được làm bằng thép tấm kích thước 400x700x20 liên kết bằng bu lôngvào mũ trụ, phía dưới có lót vữa Sika 214 – 11 (Chi tiết xem bản vẽ gối)

Vđkg = ng× (b3×d3×h3) = 8x(0.7x0.4x0.02) = 0.045 (m3)

Bảng tính toán tĩnh tải do trọng lượng bản thân trụ

STT Tên kết cấu Thể tích Vi γc Trọng lượng Pi

2 Hoạt tải xe ô tô (LL) và tải trọng người đi (PL):

a Hoạt tải xe trên kết cấu nhịp (LL): (sơ dồ xếp tải xem hình vẽ)

- Tung độ đường ảnh hưởng:

777.0148.39

6.848.391L

6.8L

3.448.391L

3.4L

Trang 7

1548.391L

15L

.39

3.41548.391L

3.415L

.39

6.81548.391L

6.815L

2.148.391L

2.1L

- Phản lực gối do hoạt tải gây ra:

Ri = Pi .yi (Với Pi là tải trọng trục của xe tải và xe hai trục)

RL = PL .WL (Với PL= 9.3 kN/m : tải trọng làn)

Bảng kết quả tính toán phản lực do hoạt tải xe và tải trọng làn

Tải trọng Vị trí Tung độ đường ảnhhưởng

Tảitrọngtrục

Phản lựcgối Ri Đơn vị

Tải trọng làn WL 38.48 9.3 1431.46 kN

- Hoạt tải trên kết cấu nhịp:

LL = 0.9[(1 + IM)Rxetk + Rlan] = 0.9x[(1+0.25)x1802.7 + 1431.46) = 3316.4 kN

Trang 8

- Momen của phản lực gối do hoạt tải xe đối với mặt cắt đỉnh trụ:

Mx = -(108.71+515.2).1.21 + (85.43+289.1+224.28)1.19 = -42.34 kN.m

b Tải trọng bộ hành (PL)

- Tải trọng tiêu chuẩn người đi bộ: q = 3x10-3 Mpa = 3KN/m2

- Tải trọng: P = qxWPL (Với WPL: Diện tích đ.a.h của tải trọng người bộ hành)

 Trường hợp người đi trên cả hai lề trên cả hai nhịp:

- Phản lực gối do tải trọng người đi bộ: PLt = qxWPL/2 = 3x38.48/2 = 57.72 kN

PLp = qxWPL/2 = 3x38.48/2 = 57.72 kN

- Momen do phản lực gối: Mx = -57.72x1.19 + 57.72x1.21 = 1.15 kN.m

 Trường hợp người đi trên cả 2 lề trên nhịp phải:

- Phản lực gối do tải trọng người đi bộ:

PLt = 0 kN

PLp = qxWPL/2 = 3x38.48/2 = 57.72 kN

- Momen do phản lực gối: Mx = 57.72xe2 = 57.72x1.21 = 69.84 kN.m

 Trường hợp người đi trên 1 lề trên cả 2 nhịp (Xếp lệch tâm):

- Phản lực gối do tải trọng người đi bộ:

PLt = qxWPL/2 = 3x38.48/2 = 57.72 kN

PLp = qxWPL/2 = 3x38.48/2 = 57.72 kN

Trang 9

- Momen của phản lực gối do hoạt tải người đối với mặt cắt đỉnh trụ:

My = (PLt + PLp)e = (57.72 + 57.72)x7.6 = 883.1 kN.m

Với e = (17 – 0.3x2)/2 – 1.2/2 = 7.6 m: Khoảng cách từ tim lề bộ hành đến tim trụ

c Xếp hoạt tải theo phương ngang cầu để xác định nội lực trên đỉnh trụ

Tạo các trường hợp đặt hoạt tải để xuất hiện các nội lực lớn nhất tại các mặt cắt.Xếp tải để momen đạt giá trị lớn nhất tại mặt cắt trên đỉnh trụ, bằng cách tạo cho phảnlực trên gối tựa V1 (hoặc V8) đạt giá trị lớn nhất, sơ đồ xếp tải:

Sk = 0.825m : Khoảng cách từ tim gối 1 đến mép trong gờ lan can

- Theo đ.a.h phản lực tại gối 1, ta có:

+ Tung độ đ.a.h:

314.1115

.2

3.015.0825.015.21S

3.015.0S

S

756.0115

.2

2.13.015.0825.015.21S

2.13.015.0S

S

478.0115

.2

6.02.13.015.0825.015.21S

6.02.13.015.0S

2

)2.13.015.0825.015.2(756

02

)2.13.015.0SS(

03

WR

02

yR)IM1(

×

2.1

242.126.6965

02

.1

WR

- Theo đ.a.h phản lực tại gối 2, ta có:

+ Tung độ đ.a.h:

Trang 10

.2

3.015.0825.01S

3.015.0S

244.0115

.2

15.0825.03.02.11S

15.0S3.02.1

523.0115

.2

15.0825.06.03.02.11S

15.0S6.03.02.1

−

−+

=

2

244.0525.0314.0675

02

y)15.0S3.02.1(y)3.015.0S

×+

=

−

−++

)1y

03

WR

02

yR)IM1(

×

2.1

042.026.6965.02

.1

WR

+ Momen của phản lực gối V1 và V2 đối với mặt cắt hẫng của xà mũ trũ:

Cánh tay đòn của V1 và V2

Z1 = b1 – [bh – (ng – 1)S]/2 = 2.9 – [17 – (8 - 1)x2.15]/2 = 1.925 m

Z2 = b1 - [bh – (ng – 3)xS]/2 = 2.9 - [17 – (8 – 3)x2.15]/2 = - 0.225

=> My = V1Z1 + V2Z2 = 528.4x1.925 – 628.34x0.225 = 875.8 kN.m

+ Momen của phản lực gối V1 và V2 đối với mặt cắt đỉnh trụ:

Cánh tay đòn của V1 và V2:

- Lực hãm xe nằm ngang theo phương dọc cầu, và cách mặt cầu: hBR = 1.8m

Cầu thiết kế có 4 làn xe, hệ số làn xe m = 0.65

Trang 11

Tốc độ thiết kế : v = 80km/h = 22m/s

Gia tốc trọng lực: g = 9.81m/s2

Bán kính cong của làn xe: R = 4000m

Đặt cách mặt xe chạy là hCE = 1.8m

=> Hệ số tính toán lực ly tâm: C = 0.02m

=> Lực ly tâm: CE = 4xCxmx(2x145+35) = 4x0.02x0.65x(2x145+35) = 14.18 KN.Tại mỗi gối tựa lực ly tâm tạo một cặp lực:

5 Lực va chạm tàu bè

Cầu được thiết kế với cấp đường sông cấp III, nên theo điều 3.14.2 ta có :

- Tải trọng thiết kế :

Tàu tự hành : 300 DWT

Xà lan kéo : 400 DWT

+ Tải trọng va tàu đối với tàu tự hành:

Vận tốc va tàu thiết kế : V = 2.5 + Vs = 2.5 + 2.56 = 5.06 m/s

Lực va tàu vào trụ theo phương ngang cầu:

Ps = 1.2×105 V DWT = 1.2×105×5.06× 300/981=10721kN

Lực va tàu vào trụ theo phương dọc cầu: = 0.5Ps = 5360.5 kN

Điểm đặt của lực : Cách mặt cắt đỉnh móng : MNTT – CĐIM = 9.2 – 5.55 = 3.65m

Trang 12

Cách mặt cắt đáy móng : MNTT – CĐAM = 9.2 – 3.55 = 5.65m

Momen của lực va ngang tại đỉnh bệ: My = 10721x3.65 = 39131kN.m

Momen của lực va ngang tại đáy bệ: My = 10721x5.65 = 60572kN.m

Momen của lực va dọc tại đỉnh bệ: Mx = 5360.5x3.65 = 19565kN.m

Momen của lực va doc tại đáy bệ: Mx = 5360.5x5.65 = 30286kN.m

+ Tải trọng va đối với xà lan :

Năng lượng va tàu : KE = 500CH M V2

Với : CH = 1.05: hệ số khối lượng thuỷ động học

M : lượng nước rẽ cuả tàu, giả sử lượng nước rẽ tàu M = 400Mg

V =1.6+2.56 = 4.16 m/s

=> KE = 3634176 (joule)

Chiều dài hư hỏng của mũi xà lan :

mm662)1KE103.113100

Lực va của xà lan vào trụ theo phương ngang cầu:

PB = 6×106 +1600aB =7198kN

Lực va của xà lan vào trụ theo phương dọc cầu: 0.5PB = 0.5x7198 = 3599kN

Điểm đặt của lực : Cách mặt cắt đỉnh móng : MNTT – CĐIM = 9.2 – 5.55 = 3.65m

Cách mặt cắt đáy móng : MNTT – CĐAM = 9.2 – 3.55 = 5.65m

Momen của lực va ngang tại đỉnh bệ: My = 7198x3.65 = 26271kN.m

Momen của lực va ngang tại đáy bệ: My = 7198x5.65 = 40666kN.m

Momen của lực va dọc tại đỉnh bệ: Mx = 3599x3.65 = 13136kN.m

Momen của lực va dọc tại đáy bệ: Mx = 3599x5.65 = 20333kN.m

6 Tải trọng gió (WS, WL)

Chiều cao gối cầu và thép kê gối hb 0.098

Khoảng cách từ đáy dầm đến trọng tâm chắn gió của kết cấu phần trên hcg 1.125

a Tải trọng gió tác dụng lên công trình WS

- Tải trọng gió ngang:

Tải trọng gió ngang PD phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và và đặt tại trọng tâm của các phần diện tích thích hợp, được tính như sau:

PD = 0.0006×V2×At×Cd >= 1.8×At (KN)Trong đó:

Trang 13

V : Tốc độ gió thiết kế = 38 m/s.

V25 : Tốc độ gió xét thêm = 25 m/s

At : Diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m2)

Cd : Hệ số cản phụ thuộc vào tỷ số b/d ( 3.8.1.2.1.1 – 22 TCN 272-05)

b : Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can(mm) = 16400mm

d : Chiều cao KCPT (mm) = 2250mm

Diện tích của các bộ phận hứng gió và cánh tay đòn đến các mặt cắt tính duyệt:

Z1 : Cánh tay đòn tính từ điểm đặt lực đến đỉnh trụ

Z2 : Cánh tay đòn tính từ điểm đặt lực đến đỉnh bệ

Z3 : Cánh tay đòn tính từ điểm đặt lực đến đáy bệ

 Tải trọng gió ngang tương ứng với MNTT = 9.2m

PD(kN)

Z1(m)

Z2(m)

Z3(m)Kết cấu nhịp 90 1.24 162 96.69 162 2.95 10.35 12.35Xà mũ 5.536 1.000 9.965 4.796 9.965 0.865 8.265 10.265

Trang 14

Bảng kết quả tính momen do tải trọng gió ngang ứng với MNTT

My(kN.m)Đỉnh trụ Đỉnh bệ Đáy bệKết cấu nhịp 162 2.95 10.35 12.35 477.9 1676.7 2000.7Xà mũ 9.965 0.865 8.265 10.265 8.61973 82.3607 102.291Thân trụ 12.150 1.875 5.525 7.525 22.7813 67.1288 91.4288

Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu nhịp tạo một lực tại mỗi gỗi là:

Hy = 477.9/8 = 59.74kN

 Tải trọng gió ngang tương ứng với MNTN = -1.34m,

cao độ mặt đất tự nhiên sau xói MĐTN = 5.3m

Trang 15

Bộ phận (kN)PD (m)Z1 (m)Z2 (m)Z3

My(kN.m)Đỉnh trụ Đỉnh bệ Đáy bệKết cấu nhịp 162 2.95 10.35 12.35 478.71 1677.51 2001.51Xà mũ 9.965 0.865 8.265 10.265 140.13 895.05 1219.05Thân trụ 21.55 3.325 4.075 6.075 71.654 87.816 130.92

- Tải trọng gió dọc:

Đối với mố, trụ, kết cấu phần trên là giàn hay các dạng kết cấu khác có một bề mặt cản gió lớn song song với tim dọc của kết cấu thì phải xét tải trọng gió dọc Vì vậy ở đây ta không xét đến tải trọng gió dọc

b Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL)

- Tải trọng gió ngang

+ Áp lực gió ngang tác dụng lên xe cộ được lấy bằng 1.5 KN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt cách mặt đường: 1.8 m

+ Trị số tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ: WLN = 1.5xL = 1.5x40 = 60 KN

+ Tại mỗi vị trí gối tựa dầm tác dụng một lực: 60/8 = 7.5 kN

+ Điểm đặt lực cách đỉnh trụ là : Z1 = 3.83m

+ Momen của lực gió ngang đối với mặt cắt đỉnh trụ :My = 60x(3.83+1.8) = 337.8kN.m.+ Khoảng cách từ mặt cầu đến mặt cắt đỉnh bệ: Z2 = Z1 + 7.4 = 3.83 + 7.4 = 11.23 m.+ Mômen đối với mặt cắt đỉnh bệ: My = 60x(11.23+ 1.8) = 781.8 kN.m

+ Khoảng cách từ mặt cầu đến đáy bệ: Z3 = Z2 + 2 = 13.23 m

+ Mômen đối với mặt cắt đáy bệ: My = 60x(13.23 + 1.8) = 901.8 kN.m

- Tải trọng gió dọc

+ Áp lực gió dọc tác dụng lên xe cộ được lấy bằng 0.75 KN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu cầu và đặt cách mặt đường: 1.8m

+ Bề rộng mặt đường xe chạy là: B = 14m

+ Trị số tải trọng gió dọc tác dụng lên xe cộ : WLD = 0.75x14 = 10.5 kN

+ Momen của lực gió dọc đối với mặt cắt đỉnh trụ :

c Tải trọng gió thẳng đứng

+ Chỉ tính tải trọng này cho các trạng thái giới hạn không liên quan đến gió lên hoạt tải và chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu

+ Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng PV tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theo công thức:

PV = 0.00045×V2×AV (kN)

Với cầu thiết kế, hướng gió không vuông góc với trục dọc của cầu:

=.> Trị số tải trọng thẳng đứng PV : PV = 0kN

7 Tải trọng nước

a Áp lực nước tĩnh (WA)

 Ứng với MNTT = 9.2m

Trang 16

- Tính tại mặt cắt đỉnh bệ:

+ Chiều cao cột nước từ MNTT đến mặt cắt đỉnh bệ h1:

h1 = MNTT – CĐIM = 9.2 – 5.55 = 3.65 m

+ Áp lực nước tĩnh:

WA = 0.5γnh2

1 = 0.5x10x3.652 = 66.61 kNm

γn: Trọng lượng riêng của nước: γn = 10 KN/m3

+ Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét:

ZWA = h1/3 = 1.22 m

+ Momen đối với mặt cắt đỉnh bệ:

My = 1.22x66.61 = 81.26kN.m

- Tính tại mặt cắt đáy bệ:

+ Chiều cao cột nước từ MNTT đến mặt cắt đáy bệ h2:

h2 = MNTC – CĐAM = 9.2 – 3.55 = 5.65 m

+ Áp lực nước tĩnh:

WA = 0.5γnh2

2 = 0.5x10x5.652 = 159.61 kNm

+ Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét:

h1 = MNTT – CĐIM = 9.2 – 5.55 = 3.65 m

+ Lực đẩy nổi:

B1 = - γnh1Ađib = -10x3.65x(2xbc2xdc2 + bc1xdc1) =

= -10x3.65x(2x3x1.8 + 5.2x1.4) = -659.92 kN

Ađib: Diện tích tại mặt cắt ngang đỉnh bệ

h2 = MNTT – CĐAM = 9.2 – 3.55 = 5.65 m

+ Lực đẩy nổi:

Β2 = −γnh1Ađab = -5.65x10x6.75x12.2 = -4652.8 kN

Ađab: Diện tích mặt cắt ngang của bệ trụ

c Áp lực dòng chảy: (Tương ứng với MNTT)

Trang 17

 Áp lực dòng chảy theo phương dọc (3.7.3.1 - 22TCN 272 – 05)

Áp lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tính theo công thức:

p = 5.14x10-4CDV2

Trong đó:

p : Áp lực của nước chảy (Mpa)

CD : Hệ số cản của trụ theo phương dọc Lấy theo bảng 3.7.3.1 – 1:

Với trụ đầu vuông: CD = 1.4

V : Vận tốc nước thiết kế : V = 2.56 m/s

=> p = 5.14x10-4CDV2 = 5.14x10-4x1.4x2.56 = 0.00472 (Mpa) = 4.72 kN/m2

h1 = MNTT – CĐIM = 9.2 – 5.55 = 3.65 m

+ Diện tích chắn dòng của trụ: Ap = h1xdc2 = 3.65x1.8 = 6.57 m2

+ Lực cản dọc của dòng chảy: P1 = pxAp = 4.72x6.57 = 30.98 kN

+ Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét: Zp = h1/2 = 3.65/2 = 1.83 m

+ Momen đối với mặt cắt đỉnh bệ:

My = 1.83x30.98 = 56.67kN.m

 Áp lực dòng chảy theo phương ngang (3.7.3.2 - 22TCN 272 – 05)

Áp lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tính theo công thức:

p = 5.14x10-4CLV2

Trong đó:

p : Áp lực của nước chảy theo chiều ngang (Mpa)

CL : Hệ số cản của trụ theo phương ngang Lấy theo bảng 3.7.3.2 – 1:

Góc giữa hướng dòng chảy và trục dọc của trụθ=00=> CL = 0.0

V : Vận tốc nước thiết kế : V = 2.56 m/s

Ta có: CL = 0 => p = 0 (Mpa)

V TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC MẶT CẮT TÍNH DUYỆT

Trang 18

- Trang thái giới hạn cường độ I:

1.25DC + 1.5DW + 1.75(LL + IM) + 1.75BR + 1.75CE

- Trang thái giới hạn cường độ II: 1.25DC + 1.5DW + 1.4WS

- Trang thái giới hạn cường độ III:

1 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt A – A

Bảng thống kê các tải trọng tác dụng lên mặt cắt A – A TÊN TẢI TRỌNG hiệuKí (kN)N (kN)Hx (kN)Hy e (m) (kN.m)My (kN.m)MxTĩnh tải kết cấu nhịp DC 1213.5 1.925 2335.988

Trọng lượng bản thân xà mũ DC 1709.25 0 0

Trọng lượng cánh hẫng xà mũ DC 293.5 1.45 425.575

Bảng hệ số tải trọng (Ghi chú: γ A = γ LL, γ PR, γ PL, γ CE).

Trạng thái giới hạn Hệ số tải trọng γi

γDC γ DW γ A γ WS γ WL

Trang 19

KẾT QUẢ TỔ HỢP

Trạng thái giới hạn ΣN

(kN)

ΣHx(kN)

ΣHy(kN)

ΣMx(kN.m)

ΣMy(kN.m)Sử dụng 3549.64 108.6 236.18 1326.54 4449.75

III 4514.4 124.8 315.168 1770.14 5638.61Đặc biệt 4065.26 0 112.84 633.71 4244.72

2 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt B – B

BẢNG THỐNG KÊ CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MẶT CẮT B - B

Hoạt tải xe thiết kế (phương dọc cầu) 3316.4 -42.34Hoạt tải xe thiết kế (phương ngang cầu) 528.4 7353.5Hoạt tải người bộ hành (phương dọc cầu) 57.72 1.15Hoạt tải người bộ hành (phương ngang cầu) 48.2 359.2

Gió ngang lên kết cấu với MNTT v>25m/s 184.11 1826.2Gió ngang lên kết cấu với MNTN v>25m/s 193.52 2660.4Gió dọc lên kết cấu với v>25m/s 0 0Gió ngang tác động lên xe cộ v>25m/s 60 781.8Gió dọc tác động lên xe cộ v>25m/s 10.5 136.8Gió ngang lên kết cấu với MNTT v=25m/s 184.11 1826.2Gió ngang lên kết cấu với MNTN v=25m/s 193.52 2660.4

Gió ngang tác động lên xe cộ v=25m/s 60 781.8Gió dọc tác động lên xe cộ v=25m/s 10.5 136.8Lực va tàu theo phương dọc cầu 5360.5 19565Lực va tàu theo phương ngang cầu 10721 39131Áp lực dòng chảy ngang cầu với MNTT 0 0Áp lực dòng chảy dọc cầu với MNTT 30.98 56.67

CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG NGANG CẦU

Trang 20

Trạng thái giới hạn cường độ I Tên tải trọng

Hệ số tải trọng

Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tính toán

N

(kN) (kN)H (kN.m)M (kN)N (kN)H (kN.m)M

Tĩnh tải kết cấu nhịp 1.25 9708.40 12135.5

Lực đẩy nổi với MNTT 1.00 -659.92 -659.92

Hoạt tải xe thiết kế 1.75 528.40 7353.50 924.70 12868.6Hoạt tải người bộ hành 1.75 48.20 359.20 84.35 628.60Áp lực dòng chảy ngang

N

Gió ngang lên kết cấu với

N

Hoạt tải xe thiết kế 1.35 528.40 7353.50 713.34 9927.23

Trang 21

Hoạt tải người bộ hành 1.35 48.20 359.20 65.07 484.92Gió ngang lên kết cấu với

N

Hoạt tải xe thiết kế 1.00 528.40 7353.50 528.40 7353.50Hoạt tải người bộ hành 1.00 48.20 359.20 48.20 359.20Gió ngang lên kết cấu với

Trang 22

Lớp phủ mặt cầu 1.50 784.40 1176.60

Hoạt tải xe thiết kế 0.50 528.40 7353.50 264.20 3676.75Hoạt tải người bộ hành 0.50 48.20 359.20 24.10 179.60Lực va tàu theo phương

Áp lực dòng chảy ngang

CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG DỌC CẦU

N

Tĩnh tải kết cấu nhịp 1.25 9708.40 20.52 12135.5 25.65

Hoạt tải xe thiết kế 1.75 3316.34 -42.34 5803.7 -74.1Hoạt tải người bộ hành 1.75 57.72 101.01

N

Trang 23

Gió dọc lên kết cấu với

N

Hoạt tải xe thiết kế 1.00 3316.40 -42.34 3316.40 -42.34

Trang 24

Hoạt tải người bộ hành 1.00 57.72 57.72

N

TỔNG HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐỈNH BỆ

THEO PHƯƠNG NGANG CẦU TỔ HỢP (kN)Hx (kN)Hy (kN)N (kNm)Mx (kNm)My (kN)Ndh (kN.mMdh

N(kN)

Mx(kNm)

My(kNm)

Ndh(kN)

Mdh(kN.m

Trang 25

Trong đó: Mdh: Momen do tải trọng dài hạn.

Ndh: Lực dọc do tải trọng dài hạn

Các tải trọng dài hạn bao gồm:

- Tĩnh tải trụ

- Tĩnh tải kết cấu nhịp

- Tĩnh tải lớp phủ

- Lực đẩy nổi

- Áp lực dòng chảy theo phương dọc sông

3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt đáy bệ

BẢNG THỐNG KÊ CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MẶT CẮT ĐÁY BỆ

Hoạt tải xe thiết kế (phương dọc cầu) 3316.4 -42.34Hoạt tải xe thiết kế (phương ngang cầu) 528.4 7353.5Hoạt tải người bộ hành (phương dọc cầu) 57.72 1.15Hoạt tải người bộ hành (phương ngang cầu) 48.2 359.2

Gió ngang lên kết cấu với MNTT v>25m/s 184.11 2194.4Gió ngang lên kết cấu với MNTN v>25m/s 193.52 3351.5Gió dọc lên kết cấu với v>25m/s 0 0Gió ngang tác động lên xe cộ v>25m/s 60 901.8Gió dọc tác động lên xe cộ v>25m/s 10.5 157.8Gió ngang lên kết cấu với MNTT v=25m/s 184.11 2194.4Gió ngang lên kết cấu với MNTN v=25m/s 193.52 3351.5

Gió ngang tác động lên xe cộ v=25m/s 60 901.8Gió dọc tác động lên xe cộ v=25m/s 10.5 157.82Lực va tàu theo phương dọc cầu 5360.5 30286Lực va tàu theo phương ngang cầu 10721 60572Áp lực dòng chảy ngang cầu với MNTT 63.67 180.17Áp lực dòng chảy dọc cầu với MNTT 0 0

Trang 26

CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG NGANG CẦU

Lực đẩy nổi với MNTT 1.00 -4652.8 -4653

Hoạt tải xe thiết kế 1.75 528.40 7353.50 924.7 12868.6Hoạt tải người bộ hành 1.75 48.20 359.20 84.35 628.60Áp lực dòng chảy ngang

Gió ngang lên kết cấu với

Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tính toán N

Hoạt tải xe thiết kế 1.35 528.40 7353.50 713.34 9927.23

Trang 27

Hoạt tải người bộ hành 1.35 48.20 359.20 65.07 484.92 Gió ngang lên kết cấu

N

Hoạt tải xe thiết kế 1.00 528.40 7353.50 528.40 7353.50Hoạt tải người bộ hành 1.00 48.20 359.20 48.20 359.20Gió ngang lên kết cấu với

N

Trang 28

Tĩnh tải kết cấu nhịp 1.25 9708 12135.5

Hoạt tải xe thiết kế 0.50 528.40 7353.50 264.20 3676.75Hoạt tải người bộ hành 0.50 48.20 359.20 24.10 179.60Lực va tàu theo phương

Áp lực dòng chảy ngang

CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG DỌC CẦU

Tĩnh tải kết cấu nhịp 1.25 9708 20.52 12135.5 25.65

Trang 29

Lớp phủ mặt cầu 1.50 784.4 2.58 1176.6 3.87Lực đẩy nổi với MNTT 1.00 -4652.8 -4653

Gió dọc lên kết cấu với

N

Trang 30

Lớp phủ mặt cầu 1.00 784.40 2.58 784.40 2.58Lực đẩy nổi với MNTT 1.00 -4652.8 -4652.8

N

Trang 31

THEO PHƯƠNG NGANG CẦU

Ntc(kN)

Mxtc(kNm)

Mytc(kNm)

Hxtt(kN)

Hytt(kN)

Ntt(kN)

Mxtt(kNm)

Ntc(kN)

Mxtc(kNm)

Mytc(kNm)

Hxtt(kN)

Hytt(kN)

Ntt(kN)

Mxtt(kNm)

TỔNG HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐÁY BỆ

Trong đó: Mdh: Momen do tải trọng dài hạn

Ndh: Lực dọc do tải trọng dài hạn

Các tải trọng dài hạn bao gồm:

- Tĩnh tải trụ

- Tĩnh tải kết cấu nhịp

- Tĩnh tải lớp phủ

- Lực đẩy nổi

- Áp lực dòng chảy theo phương dọc sông

Trang 32

VI KIỂM TOÁN CÁC MẶT CẮT

1 Kiểm toán mặt cắt A – A

BẢNG TỔ HỢP TẢI TRỌNG XÉT TỚI MẶT CẮT A – A

Trạng thái giới hạn ΣN

(kN) (kN)ΣHx (kN)ΣHy (kN.m)ΣMx (kN.m)ΣMySử dụng 3549.64 108.6 236.18 1326.54 4449.75

III 4514.4 124.8 315.168 1770.14 5638.61Đặc biệt 4065.26 0 112.84 633.71 4244.72

a Kích thước mặt cắt kiểm toán

- Chiều rộng sườn mặt cắt: bw = 1600 mm

- Chiều rộng cánh bản b = 3200 mm

- Chiều dày cánh bản hf = 800 mm

- Chiều cao mặt cắt: h = 1730 mm

- Cường độ chịu nén của bê tông f’c = 30 MPa

- Cường độ thép: fy = 420 MPa

b Tổ hợp dùng để kiểm toán:

Trạng thái giới hạn cường độ III.

• Kiểm tra cấu kiện chịu uốn:

Chiều dày lớp phủ bê tông dc = d’c = 50 mm

- Mry : Sức kháng uốn tính toán (kN.m)

Mry = ϕ.[0.85f’c a.b.(ds - a/2) + A’s(fy – 0.85f’c)(ds – d’c)]

+ Cốt thép thớ chịu nén: 22φ20@150 => A’s = 6908mm2

fy = 420 Mpa : Cường độ thép

dc: Chiều dày lớp phủ bê tông:

ds : Chiều cao có hiệu của mặt cắt:

Chiều dày lớp phủ bê tông: dc = d’c = 50mm

=> ds = 1730 – 150 – 28/2 = 1565 mm

a= cβ1 : Chiều dày của khối ứng suất tương đương

β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất:

84.0)2830(7

05.085.0)28f7

05.085

c

β

Trang 33

+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép chịu nén:

mm7684.0320030

85.0

420)690819272

(b

f85.0

fAfAc

1 w

' c y

' s y

−

=

=> a= c.β1 = 76x0.84 = 64mm

=> Trị số sức kháng uốn tính toán:

Mry = ϕ.[0.85f’c a.b.(ds - a/2) + A’sx(fy – 0.85f’c)(ds – d’c)] = 0.9[0.85x30x103x x0.064 x3.2(1.565 – 0.064/2) + 6908x10-3(420 – 0.85x30)(1.565 – 0.05)] =

=> Mry = 10921kN.m

- Muy : Mô men tính toán: Muy = 5639KNm(xem bảng tổ hợp tải trọng)

Kiểm tra:

Muy = 5639 kN.m < Mry = 10921 kN.m

Vậy cốt thép dọc đủ sức kháng uốn.

• Kiểm tra giới hạn cốt thép:

- Lượng cốt thép tối đa:

Hàm lượng thép dự ứng lực và không dự ứng lực phải được giới hạn sao cho:

c là khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trục trung hoà: c = 76mm

de làkhoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm lựckéo của cốt thép chịu kéo, de = ds = 1565mm

Ta có dc 156576 0.049

e

=

Điều kiện hàm lượng thép tối đa thỏa mãn

- Lượng cốt thép tối thiểu :

Đối với cấu kiện không cốt thép dự ứng lực thì lượng cốt thép tối thiểu quy định ởđây có thể coi là thỏa mãn nếu:

min

'0.03 c y

f P

f

≥Trong đó:

Pmin là tỷ lệ giữa cốt thép chịu kéo với diện tích nguyên

f’c là cường độ của bê tông(MPa)

fy giới hạn chảy của thép (MPa)

19272d

f03

=> min

'0.03 c y

f P

f

>

Điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu thỏa mãn

• Kiểm tra cấu kiện chịu cắt

Kiểm toán theo công thức: V ≤ φVn

- Hệ số sức kháng: φv = 0.9

Định dạng
Số trang	66
Dung lượng	2,02 MB