Phần 2 Thiết kế kỹ thuật-Chơng I Tính toán bản mặt cầu

Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Phần : Thiết kế kỹ thuật Chơng I : Tính toán mặt cầu I Cấu tạo - Bản mặt cầu đợc đúc liền với dầm dọc dầm ngang Khoảng cách dầm dọc 7,9 m Khoảng cách dầm ngang thay đổi tuỳ vào khoang,tại khoang kề tháp khoảng cách dầm ngang 2,3 m, khoang 2,33 m, khoang lại khoảng cách 2,2 m Do để đơn giản ta xét mét mặt cầu kê dầm ngang kề ( theo sơ đồ kê hai cạch), độ tính toán 2,33 m - Chiều dày bê tông chọn 25 cm, mác bê tông dùng 300 Ii TảI trọng tác dụng - Tải trọng tác dụng bao gồm tĩnh tải thân, tĩnh tải lớp phủ mặt cầu hoạt tải Tĩnh tải thân: gtc = 0,25 2,5 = 0,625 T/m gtt = 1,1 0,625 = 0,6875 T/m Lớp phủ mặt cầu: gtc = 0,08 2,3 = 0,184 T/m gtt = 1,5 0,184 = 0,276 T/m Mô men mặt cắt nhịp tĩnh tải thân lớp phủ là: Mtc = (0,184 + 0,625) 3,072/8 = 0,953 Tm Mtt = (0,276 + 0,6875) 3,072/8 = 1,135 Tm Qtc = (0,184 + 0,625) 3,07/2 = 1,24 T Qtt = (0,276 + 0,6875) 3,07/2 = 1,479 T Hoạt tải - Tính toán Chiều rộng tiếp xúc bánh xe với mặt cầu theo phơng chuyển động Xe H 30 a = 0,2 a = a + 2H = 0,2 + 0,1 = 0,4 H: Chiều dày lớp phủ mặt cầu : H=10 cm Chiều rộng tiếp xúc theo phơng ngang cầu Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -1- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải b = 0,6 m b = b + 2H = 0,6 + 0,1 = 0,8 (m) qH30 = P = = 18,75 T/m q XB 80 = P = 10 = 31,25 T/m a1.b1 0,4.0,8 a1.b1 0,4.0,8 a1 = 0,4 a1 = 0,4 120 307 Sơ đồ tính mô men H30 307 307 Sơ đồ tính mô men XB80 307 80 40 0.5825 a=2 a1=1 + Nội lực H 30 M h = n h (1 + ) M tc M h = 1,4.1,31.5,38 = 9,87 (T.m) P P Q h = n h (1 + )( y1 + y ) = 7,02 (T) ax a1 + Nội lực XB80 M tc = 13,15(T) (với sơ đồ tính trực tiếp tính Sap2000) M h = n h (1 + ).M tc = 1,1 13,15 = 14,465 Tm Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -2- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải P P Q h = n h (1 + )( y1 + y ) = 8,3 (T) ax a1 Tổng hợp nội lực tĩnh tải + XB80 bất lợi M = 15,6 Tm Q = 9,78 T M = 0,5 M = 7,8Tm ;M gối = - 0,7 M = - 10,92 Tm III Tính bố trí cốt thép: Chọn loại thép 16 mô men Tính cốt thép cho Fct = Mtt / 0,8 h0 Rt = 780000 / 0,8 22,2 2400 =18,3 cm2 Với h0 = h - d/2 - bv =25 - 0,7 2,1 = 22,2 cm Số cốt thép tính toán n = Ft / f = 18,3/2,01 = 9,1 Vậy ta bố trí 10 16 mm thành hàng, cách 10 cm ( bố trí thành lới ) Tính cốt thép cho chịu mô men âm Fct = Mtt / 0,8 h0 Rt = 10,92.105/ 0,8 22,2 2400 =25,6 cm2 Với h0 = h - d/2 - bv =25 - 0,7 2,1 = 22,2 cm Số cốt thép tính toán n = Ft / f = 25,6/2,01 = 12,7 Vậy ta bố trí 14 16 mm thành hàng, cách 7,14 cm bố trí thành lới Kiểm tra tiết diện chịu lực cắt Lực cắt lớn Qmax = 9,78 (T) Khả chịu lực cắt tiết diện R0k b h0 = 12,5 100 25 = 31250 kg = 31,25 (T) Nh riêng phần bê tông đủ khả chịu cắt nên không cần bố trí cốt thép xiên cốt thép đai Chơng II: Tính toán dầm ngang I Giả thuyết tính toán Các bớc tính toán dầm ngang Bớc 1: Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -3- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Chỉ xết dầm ngang chịu tải trọng cục bánh xe ô tô đặt gần coi dầm ngang dầm liên tục kê gối dầm chủ Bớc 2: Xét dầm ngang tham gia vào làm việc không gian toàn kết cấu nhịp theo phơng pháp gần (phơng pháp đòn bảy, phơng pháp nén lệch tâm ) Bớc 3: Cộng trị số kết tính hai bớc dùng trị số để duyệt mặt cắt dầm ngang Có phần mặt tham gia làm việc dầm ngang, lấy đoạn tham gia: c = 25 + 6.h b = 25 + 25 = 175 (cm) tiết diện dầm ngang 380 F ng = 1,25 m 25 25 105 30 2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm ngang a, Tĩnh tải + tĩnh tải lớp phủ Q lp = 0,1.(3,07.7,9 2.1,53.1,53)2,4= 4,7T Tĩnh tải rải lớp phủ q lp = 1,5 4,7/7,9 = 0,89 T/m + tĩnh tải Q = 0,25.(3,07.7,9 2.1,53.1,53)2,5= 12,23T Tĩnh tải rải q = 1,1.4,7/7,9 = 1,7 T/m Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -4- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải + Tĩnh tải dầm ngang q dn = 1,1 2,5 1,25 = 3,43 (T/m) Sơ đồ tính dầm ngang chịu tĩnh tải hình vẽ: Dầm chủ Phần lớp phủ tác dụng lên dầm ngang 790 Dầm ngang 2 M 0,5 = q.l = (0,3096 + 3,953).8,05 = 34,528 (T.m) 307 8 lớp phủ Q gối = q.l = (0,3096 + 3,953).8,05 8 M =0 trọng l ợng thân =17,1569 (T) dây gối văng Q 0,5 = Nhập sơ đồ vào Sap2000 tính ta đợc giá trị: M t tt = 46,96 Tm Q t tt = 23,78 T b, Hoạt tải Xếp theo phơng dọc cầu (dầm ngang nhịp) áp lực từ hàng bánh xe đè lên dầm xác định theo công thức P = 0,5 P i y i đah theo ph ơng dọc cầu + Xe H 30 y1 = y = 0,4788 P H30 = 0,5(6.1 + 0,4788) = 4,4364 (T) + Xe XB80 y = 1, y = y = 0,6091 y = 0,2182 P XB80 = 0,5(1 + 0,6091 + 0,2182) 10 = 12,182 (T) Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -5- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Xếp tải theo phơng ngang cầu hình vẽ: M H30 = n P i y i = 1,4.1,275.4,4364.(1,125 + 1,975 + 1,425 + 0,575) =40,4 (T.m) M XB80 = n P i y i = 1,1.12,182 (0,625 + 1,975) = 34,84 (T/m) Đờng ảnh hởng Q gối hình vẽ: Q H30 = n P i y i = 1,4.1,275.4,4364 (0,943 + 0,728+ 0,588+0,373) = 20,84 (T.) Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -6- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Q XB80 = n P i y i = 1,1.12,182 (0,924 + 0,58) = 20,154(T) Xác định trị số tính toán + H 30 M tt 0,5 = 40,4 (T.m) Q tt gối = 20,84 (T) + XB80 M tt 0,5 = 34,84(T.m) Q tt gối = 20,154 (T) Bảng tổng hợp nội lực Nội lực Tĩnh tải Xe H 30 Xe XB80 Trị số tính toán M tt 0,5 (T.m) 46,96 40,4 34,84 87,36 Q tt gối (T) 23,78 20,84 20,154 44,62 Tính duyệt bố trí cốt thép Dầm ngang đợc chế tạo bê tông mác 400 cốt thép CT có gờ Các tiêu sở vật liệu R u = 24000(T/m ) R tv = 19000T/m R t = 30000 (T/m ) 3.1 Tính duyệt dầm ngang chịu mô men d ơng Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -7- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Mô men tính toán max M tt max = 87,36 (T.m) lấy a = 15cm > h = 105 -15 = 90 cm Kiểm tra vị trí trục trung hoà M c = R u b c h c (h - 0,5 h c ) M c = 205 380 25(90 - 0,5 25) = 1509,3 (T.m) M c > M max nên trục trung hoà qua cánh ta tính toán nh tiết diện chữ nhật có kích thớc 380x105(cm) Hệ số mô men tĩnh: A0= M 8736000 = Rur bc h0 205.380.90 = 0,014 A < Amax = 0,4 tra bảng với A = 0,0114 ta tìm đợc = 0,994 = 0,011 Diện tích cốt thép cần thiết tính theo công thức A0= M 8736000 = Rt h0 3000.0,994.90 = 32,55 (cm ) Bố trí 25có tổng diện tích F t = 44,2 cm 3.2 Tính toán dầm ngang chịu lực cắt Kiểm tra ứng xuất kéo chủ trục trung hoà công thức kiểm tra = = Q R0 c kc b.z - R kc cờng độ tính toán chịu ứng suất kéo chủ với bê tông mác 400 R kc = 37 kg/cm Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -8- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Q: Lực cắt tải trọng tiêu chuẩn gây - Z: cánh tay đòn nội ngẫu lực với Z = M p R t Ft M p : cờng độ phá hoại xác định theo công thức M p = R u b c x( l - x ) + R t F t (h - a) x: chiều cao vùng bê tông chịu nén Công thức x= RT Ft = Ru b 3000.44,2 = 1,702 205.380 M p = 205 380 1,702(90 Z= Mp R t Ft 1,702 ) = 118,2 (T.m) = 118,2.10 = 89,14 cm 3000.44,2 Q = 39,65 (T) Lực cắt tải trọng tiêu chuẩn gây = = c 39650 89,14.30 = 14,83 kg/cm Vậy = 14,83 < R kc = 37 (kg/cm ) Đạt Bố trí cốt đai 10mm thép CT3 đoạn l/4 lấy bớc cốt đai a = 30cm đoạn lại lấy bớc cốt đai a = 50cm 3.3 Kiểm tra ổn định chống nứt dầm ngang bề rộng vết nứt đ ợc xác định theo công thức a n =3 R t Et Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -9- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Trong đó: : ứng suất cốt thép dọc chịu kéo t R : Bán kính bố trí cốt thép : Hệ số xét đến ảnh hởng bê tông miền chịu kéo biến t2 dạng cốt thép, tra bảng BT mác 400, t2 = 0,5 E t : Mô đun đàn hồi cốt thép 2.10 Tính toán: Công thức tính toán = M tc t Ft Z M tc = 68,2(T.m) Z = 89,14 cm F t = 44,2 cm = t 68,2.10 89,14.44,2 = 1730,97 (kg/cm ) Bán kính ảnh hởng cốt thép R R = 15 10 F . n i d i Trong đó: : Hệ số xét đến phân bố cốt thép lấy =1 n i : Số có đờng kính d i F : Diện tích bê tông bọc cốt thép chịu kéo Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -10- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải H: Bề dày lớp phủ mặt đờng, trờng hợp có độ nên bề dày ta lấy trung bình 65cm > b = 0,2 + 0,65 = 1,5(m) Ta quy đổi tải trọng bánh xe lớp đất tơng đơng có bề dày đợc tính theo công thức sau: h0 = P S.b. tc đó: P: Là toàn tải trọng tác dụng lên diện tích (Sxb) tc : Dung trọng đất tính toán tiêu chuẩn, gtc = 1,8 (T/m3) Trong trờng hợp toán xếp đợc trục xe > P = 12 = 24(T) Thay số: h0 = 1,616 (m) Phần hoạt tải nằm lăng thể trợt không đợc tính Dùng sơ đồ tính số - bảng 4-2 trang 111, Giáo trình Mố trụ - Trờng đại học GTVT; với chiều dài đặt tải b = 0,59 (m) Khi áp lực hoạt tải đợc tính theo công thức: Eb = .h0.h2.à.B Với cánh tay đòn áp lực: eb = H - h1- 0,5.h2; Trong đó: tg = tg( + ) tg = - tg + (1 + tg ).(1 Với A = A ) tg 2.b.h > A = 0,135 H > tg = 0,397 > = arctg(0,397) = 210378 Kiểm tra lại phù hợp sơ đồ tính điều kiện giả định cách so sánh chiều dài lăng thể trợt giả định với chiều dài lăng thể trợt thựctế l0 tính toán theo sơ đồ Chiều dài lăng thể trợt thực tế: l0 = 7,616 0,397 = 3,024 (m) So sánh l0 giả định : l0 = 3,09(m) Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -60- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải ==> Sai số : {(3,09 - 3,024) 100%}/ 3,09 = 2,135% < 5%, sai số chấp nhận đợc Do cho phép ta tính thông số theo sơ đồ sơ đồ này: Hệ số áp lực đất = 0,397/tg ( + ) = 0,261 h1 = a/tg = 4,897 (m) h2 = b/tg = 1,569 (m) * áp lực tiêu chuẩn hoạt tải: Etc= h0 h2 B =1,8 1,616 1,569 0,261 12 =14,294 (T) eB=0,319 (m) Trong trờng hợp tính áp lực tính toán có hai hệ số tải trọng 1.2(tăng dung trọng đất) 0.9 (để giảm dung trọng đất) để tính cho tổ hợp Khi chiều dầy đất tính toán đợc theo công thức h0= n. P 1,2. tc S.b h0= n. P 0,9. tc S.b với n - hệ số tải trọng hoạt tải Đối với tổ hợp chính(E12) hệ số tải trọng hoat tải H30, n = 1,4 = 300: h0(1,2) = 1,4.24 = 1,886(m) 1,2.5,5.1,5.1,8 > A = 2.b.h0/H2 = 0,157 > tg = 0,562 > = arctg(0,562) = 5702211 > l0 = H.tg = 0,562 = 2,9 (m) > b = l0 -a = 2,9 - 2,5 = 0,4(m) > = 0,26 > Cánh tay đòn: eB = H - h1 - 0,5.h2 Với h1= 2,5/0,562 = 4,448 (m) h2 = 0,872/0,562 = 1,524(m) > E1,2 = h1,2 h2 à.B = 1,8 1,886 0,717 0, 26 12 = 7,59(T) > eB = 0,42(m) b, Trờng hợp xếp xe XB80: Chỉ xe chạy qua cầu, lăng thể trợt tính toán xếp đợc trục xe 20T.Nghĩa tổng cộng hoạt tải tác dụng lên lăng thể trợt nhỏ Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ - -61- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải trờng hợp H30 Cho nên áp lực đất bất lợi trờng hợp H30 nằm lăng thể trợt, nên không cần tính cho XB80 Bất lợi trờng hợp xe XB80 nằm độ trụcnằm lăng thể trợt Phần bánh xe nằm độ gây phản lực vai kê bất lợi phía đờng mố cầu Phần áp lực đất trục xe nằm lăng thể trợt có giá trị không đáng kể Hơn để thiên an toàn (cho mố bất lợi phái đờng) ta bỏ qua phần áp lực đất trục XB80 gây trờng hợp Mà trục nằm phần độ tác dụng lên vai kê Để đơn giản tính toán phản lực vai kê XB80 nằm độ ta coi độ kê hai gối với độ nhịp chiều lăng thể trợt giả định Nên phản lực 1/2 tổng trục đặt độ => P = 0,5 20 = 30(T) * Đối với mặt cắt đỉnh móng: M = 30 0,6 = 18(T.m) * Đối với mặt cắt đáy móng: M = 30 0,6 = 18(T.m) Tính duyệt mặt cắt đáy móng: 3.1 Bảng tổng hợp nội lực: Thứ tự Lực tác dụng Tĩnh taỉ thân mố n=1 n = 1,1 n = 0,9 Tĩnh tải độ Lớp phủ độ n=1 n = 1,5 n = 0,9 Bản độ n=1 n = 1,1 n = 0,9 Tổng cộng n=1 n>1 n1 257,47 Phản lực H30 + Ngời n=1 63,7 n = 1,4 94,22 n = 1,12 75,376 Phản lực XB80 n=1 43,7 n = 1,1 48,07 Lực hãm H30 sông n=1 n = 1,4 n = 1,12 H30 lăng thể trợt XB80 độ n=1 n = 1,1 Lập tổ hợp tải trọng Tổ hợp bất lợi nhất: Thứ Tổ hợp tải trọng tự Tĩnh tải mố Tĩnh tải độ áp lực đất thẳng đứng áp lực đất ngang Phản lực KCN Phản lực H30 + Ngời lực hãm H30 Đỗ thuỷ trung ờng - k37 269.973 296.970 242.976 59,4 -99,198 36,45 -60,87 -502,06 -130.608 -182.851 -146.281 -85,28 -93,808 27.000 37.800 30.240 -180.900 -253.260 -202.608 14.294 -40.295 30.000 33.000 N(T) 919 49.913 539.946 257,47 94,22 -18.000 -19.000 H(T) M(T.m) 59,4 -168,317 -29.948 242.976 -99,198 -502,06 -182.851 -253,26 37,8 Lớp cầu đ -63- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải 10 phản lực XB80 48,07 H30 lên lăng thể trợt XB80 độ 33 Tổng cộng 1941,6 14,294 37.800 111,494 -93,808 -19 -253.260 1144,98 3.2.Đặc trng hình học mặt cắt đáy móng: * Diện tích: F = 93,72 (m2) * Mômen quán tính: Jx = 393,702 (m4) * Mômen quán tính: Jy = 1360,814 (m4) * Mômen kháng uốn: W = 110,902 (m3) 3.3 Kiểm toán: 3.3.1 Kiểm toán ứng suất: theo công thức: [n, k ] = N M [Ru, Rk] F W Trong đó: Ru, Rk: Cờng độ chịu nén uốn chịu kéo bê tông mác M300, * Ru = 140(kg/cm2) = 1400 (T/m2) * Rk = 135(kg/cm2) = 1350 (T/m2) Trên tiết diện có ứng suất nén, ứng suất kéo n1 = 41 (T/m2) < 1400 (T/m2) > Đạt n2 = 5,6(T/m2) < 1400 (T/m2) > Đạt Riêng phần bê tông đủ khả chịu lực nên bố trí cốt thép cấu tạo 3.3.2.Kiểm toán chống lật Công thức e0 m y e0 = 1144,98 / 1941,6 = 0,589 (m) y = 3,55 (m) m = 0,8 > e0/y = 0,166 < 0,8 > Đạt 3.3.3.Kiểm toán độ lệch tâm hợp lực Công thức: e0 với e0 = M/N P e0 = 0,589 (m) Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -64- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải r = W/F = 110,902/93,7 = 1,183 > e0/r = 0,589 / 1,183 = 0,497 < 1,2 > Đạt 3.3.4 Kiểm tra ổn định chống trợt: Công thức: H m = 0,7 . P với = 0,6 * H = 111,494 (T) P = 1941,6(T) H . P 111 ,494 = 0,0957 m = 0,7 0,6.1941,6 3.4.Tính duyệt mặt cắt đỉnh móng: 3.4.1.Tổng hợp tải trọng: Thứ tự Lực tác dụng N(T) H(T) Tĩnh taỉ thân mố n=1 836 n = 1,1 919 n = 0,9 752,4 Tĩnh tải độ Lớp phủ độ n=1 18.1 n = 1,5 27.177 n = 0,9 16.29 Bản độ n=1 20.625 n = 1,1 22.688 n = 0,9 18.563 Tổng cộng n=1 38.25 n>1 49.865 n1 Phản lực H30 + Ngời n=1 n = 1,4 n = 1,12 Phản lực XB80 n=1 n = 1,1 Lực hãm H30 sông n=1 n = 1,4 n = 1,12 H30 lăng thể trợt XB80 độ n=1 n = 1,1 Lập tổ hợp tải trọng Tổ hợp bất lợi nhất: Thứ Tổ hợp tải trọng tự Tĩnh tải mố Tĩnh tải độ áp lực đất thẳng đứng áp lực đất ngang Phản lực KCN Phản lực H30 + Ngời lực hãm H30 H30 lên lăng thể trợt Tổng cộng Đỗ thuỷ trung ờng - k37 59,4 -49,3 36,45 -30,25 257,47 -502,06 63,7 94,22 75,376 -130.608 -182.851 -146.281 43,7 48,07 -85,28 -93,808 27.000 37.800 30.240 -94,5 -132,3 -105,84 14.294 -4,56 30.000 33.000 N(T) 919 49.913 539.946 257,47 94,22 1860,2 -18.000 -19.000 H(T) 59,4 37,8 14,294 111,494 M(T.m) -168,317 -29.948 242.976 -49,3 -502,06 -182.851 -132,3 -4,56 727,71 Lớp cầu đ - -66- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải 3.4.2.Đặc trng hình học tiết diện: hình vẽ * Diện tích F = 19,8(m2) 1300 540 50 120 * Mômen quán tính: Jx = 383,35(m4) * Mômen quán tính: Jy = 32,160(m4) * Mômen kháng uốn: Wx = 58,977(m3) * Mômen kháng uốn: Wy = 14,042(m3) * Chiều dài tự do: l0 = 2.5= 10 (m) * Bán kính quán tính: r = J/F = 1,625 (m) * Tỉ số: l0/r = 6,1538 3.4.3 Kiểm tra ứng suất: theo công thức: [n, k ] = N M [Ru, Rk] F W Trong đó: Ru, Rk: Cờng độ chịu nén uốn chịu kéo bê tông mác M300, * Ru = 140(kg/cm2) = 1400 (T/m2) * Rk = 13.5(kg/cm2) = 1350 (T/m2) Trên tiết diện có ứng suất nén, ứng suất kéo n1 = 133,1(T/m2) < 1400 (T/m2) > Đạt n2 = 19,4(T/m2) < 1400 (T/m2) > Đạt Riêng phần bê tông đủ khả chịu lực nên bố trí cốt thép cấu tạo 3.4.4 Kiểm toán theo cấu kiện chịu nén: Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -67- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Trên tiết diện có ứng suất nén > kiểm toán cấu kiện theo điều kiện chịu nén tâm Điều kiện cờng độ: N (Rt.Ft + Rtr Fb ) Tỉ số: l0/r = 6,1538 < 35 không xét tới ảnh hởng uốn dọc, = Xét riêng phần bê tông: Rtr Fb = 1250 19,8 = 24750 (T) Ta thấy riêng phần bê tông đủ khả chịu lực cần bố trí cốt thép cấu tạo Tính toán móng cọc: 4.1 Tính số cọc cần thiết Dùng cọc đờng kính = 100cm, thi công phơng pháp khoan nhồi số cọc cần thiết đợc xác định theo công thức: P n= , 0,6.P Trong đó: P: Là tổng lực thẳng đứng lớn P = 1941,6(T) P: Sức chịu tải giới hạn cọc P = c R Fcọc Lấy: c = R = 600(T/m2) Fcọc - Là diện tích mặt cắt ngang cọc D2 12 = , 14 Fcọc = = 0,785 (m2) 4 > P = 600 0,785 = 471 (T) n = 6,8 > Chọn 12 cọc, cọc đợc bố trí nh hình vẽ cọc đợc bố trí thành hàng cột nh hình vẽ 386 x3 =1160 120 Lớp cầu đ -68120 Đỗ thuỷ trung ờng - k37 235 x =470 120 120 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải * Tính đặc trng đàn hồi cọc: Diện tích mặt cắt: F = 0,785 (m2) Mômen quán tính: D2 12 = 3,14 = 0,049 (m2) J0 = 64 64 4.2 Tính lực tác dụng lên cọc: Kiểm tra điều kiện tính toán theo cọc bệ cao hay cọc bệ thấp Để tính toán theo cọc bệ thấp độ chôn sâu đáy bệ phải thoả mãn điều kiện sau: h 0,75 tg(450 - 0,5) 2.H a. Trong đó: 0,75: hệ số xét đến ma sát bệ móng với đất H: Là lực ngang tác dụnglên bệ móng H = 111,49 (T) a: Cạnh bệ móng thẳng góc với hớng tác dụng lực a = 13,2 (m) - Trọng lợng riêng đất từ đáy bệ lên g = 1,8 (T/m2) - Góc ma sát đất bệ móng Thay số liệu vào công thức ta có: 0,75 tg(450 - 150) 2.111 ,49 = 1,326(m) 13,2.1,8 Chiều sâu bệ móng: h= 2,5 (m) > 1,326(m)tiến hành tính toán theo móng cọc bệ thấp Nội lực cọc: Ntt = P + M x n n J Trong đó: P: Là tổng lực thẳng đứng tác dụng lên móng cọc M: Mômen ngoại lực tác dụng lên móng cọc n: Tổng số cọc n = 12 xn: Khoảng cách từ trục trọng tâm đến hàng cọc xa nhất( ta tính cho trờng hợp cọc bất lợi nhất) J - Mô men quán tính toàn cọc trục trọng tâm đám cọc, đợc tính toán nh sau: Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -69- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải J = n J0 + S.x2i.F ; Với: J0: Mômen quán tính thân cọc F: Diện tích thiết diện xi: khoảng cách từ cọc i đến trục tâm > J = 12 0,0491 + 12 0,785 = 60,94(m4) Nội lực cọc lớn nhất: Ntt = 1941,6 / 12 + 1144,98 / 60,93 5,5 = 426,44(T) 4.3 Kiểm toán móng cọc bệ thấp theo trạng thái giới hạn: 4.3.1 Trạng thái giới hạn thứ nhất: Đối với lực dọc trục: a, Theo sứa chịu đất nền: Điều kiện: Nmax + N Ntt Trong đó: Nmax : Nội lực tính toán lớn Nmax = 256,767(T) N: Trọng lợng cọc, với cọc: 100cm, l = 18m > N = 0,785 26 2,5 = 49,25(T) Ntt : Sức chịu tính toán cọc theo đất trờng hợp cọc ma sát, tính theo công thức sau: Ntt = c.( cr R.A + ..cr fi.hi) Trong đó: c: Hệ số điều kiện làm việc, lấy c = A: Diện tích tiết diện chân cọc, A = 0,785(m2) R: Cờng độ tính toán đất chân cọc R = 16600(Kn/m2) : Chu vi cọc 3,14 (m) cr: = fi: Cờng độ tính toán lớp đất thứ i mặt bên cọc, tra bảng phụ thuộc vào chiều sâu lớp đất, tên đất, trạng thái đất hi: Chiều dày lớp đất thứ i Các lớp đất cọc qua: TT Tên lớp Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Chiều sâu -70- l cọc đị qua fi Lớp cầu đ - Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải sét pha cát dẻo 15 mềm Cát pha sét 13 Cát thô 14 12,5 47 13 50 86 Thay số vào công thức: Ntt = 8481,263(T) > Nmax + N = 292,092 Ntt = 8481,263 (T) > Đạt b, Theo sức chịu vật liệu làm cọc: Điều kiên: Nmax< Ntt(2) Trong Ntt sức chịu tính toán theo vật liệu cọc, đợc tính theo công thức cọc chịu nén tâm tiết diện tròn: Ntt = m2(RnF1+ RaFa+ 2,5RaxFax ) Trong đó: m2- Hệ số làm việc điều kiệnlấy nh trên, m2= F1- Diện tích phần lõi bê tông nằm cốt đai (không kể lớp bê tông bảo vệ) Ta thiết kế cọc gồm 18 cốt thép dọc chủ 32( - loại All CT5 có gờ) đặt cách theo chu vi cọc, có lớp bê tông bảo vệ dày 10cm, ta có lõi bê tông nằm lòng cốt đai có đờng kính 80cm Có đặc trng lý, hình học: Ra = 24000(T/m2) Fa = 8,038 (cm2) = 0,000804 (m2) D2 0,82 = , 14 Fcọc = = 0,5024 (m2) 4 Cờng độ chịu nén bê tông mác M400, thi công công trờng Rn = 1900(T/m2) Rax - Cờng độ tính toán cốt thép đai xoắn, thiết kế cốt thép đai xoắn có bớc 15cm, 14 (loại All - CT5) , cờng độ cốt thép Rax = 24000(T/m2), diện tích cốt thép Fax = 0,0001538(m2) > Ntt = 1.(19000 0,5024 + 24000 0,000804 + 2,5 24000 0,0001538) = 1016,98 (T) Do bất đắng thức (2): Nmax = 276,54(T) < Ntt = 1016,98(T) > Đạt Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -71- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải c, Đối với lực ngang: Theo quy trình thiết kế cầu công suất 1979, kiểm tra theo điều kiện sau: Hx m2 k.Ptc + Tx Trong đó: Hx - Lực ngang lớn tác dụng lên bệ, Hx= 111,494(T) k - Số cọc bệ, k = 12 Ptc- Lực ngang tiêu chuẩn cọc, cọc khoan nhồi ta lấy Ptc = 170(KN) = 17(T) Tx- Tổng hình chiếu trục ngang nội lực thẳng đứng, thiết kế cọc thẳng nên Tx = m2 - Hệ số điều kiện làm việc, tra theo bảng - 21, trang 155 giáo trình Nền Móng; móng cọc bệ thấp, có số cọc > 11 cọc tra đợc m2 = Hx = 0,675 m > Đạt k.Ptc + Tx 4.3.2 Trạng thái giới hạn thứ hai: Kiểm toán ứng suất đáy móng dới chân cọc theo đáy móng quy ớc Khối móng qui ớc đợc xác định chiều sâu chôn cọc có diện tích xác định theo góc mở nh hình vẽ, theo công thức sau đây: A1 A1 + 2.l.tg (a) hình vẽ B1 B1 + 2.l.tg(a) Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -72- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Trong đó: - tb góc ma sát trung bình lớp đất từ chân cọc lên ta lấy tbđợc tính theo công thức tb = i h i hi Với hi , ji chiều dày góc ma sát lớp đất, ta lấy thứ tự Tên lớp địa chất Chiều sâu sét pha cát dẻo mềm 12,5 31 cát pha sét 13 29 cát thô 34 Thay số ta có: tb = 300755 > a = 7056 Diện tích đáy móng F = (A1+ 2.l.tga).(B1 + 2.l.tga) Trong đó: A1= 13,2(m) B1 = 7,1(m) h = 26(m) - chiềudài cọc > F = (13,2+ 26tg7056).(7,1 + 26.tg7056) = 273,65(m2) Mômen chống uốn theo phơng dọc cầu: W = 534,331(m2) trọng lợng cọc móng Pcọc = 12.(0,502 26).2,5 = 391,56(T) Thể tích đất móng khối quy ớc = Thể tích móng khối - Thể tích cọc Vđ =273,65 26 26 12 0,785 =6958,2(m3) Dung trọng tính đổi lớp đất móng khối: tđ = ihi = 1,82 (T/m3) hi Trong đó: gi,hi dung trọng chiều dày lớp đất móng khối Trọng lợng đất móng khối: Pđất = tđ Vđ = 1,82 6958,2 = 12663(T) > Tổng lực thẳng đứng tác dụng lên móng cọc: P = Pđ + Pcọc + N = 14466,46(T) ứng suất dới đáy móng đợc kiểm toán theo công thức sau: Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -73- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải P F max = M Rđ W Trong đó: Rđ cờng độ đất đáy móng khối xác định theo công thức sau: Rđ = 1,2{Rqu[ + k1(b -2 )] + k2 tđ (h - 3) }; Rqu - Cờng độ dất quy ớc Rqu = 1,5(kg/cm2) = 150 (T/m2) k1,k2 : Hệ số tra bảng (2 -5) giáo trình Nền Móng, trang 42 k1 = 0,1; k2 = 0,3; b = 19,68(m) h = 26 (m) > Rđ = 1,2{150.[ + 0,1.(19,68 -2 )] + 0,3 1,82 (26 - 3) }= 427,82(T/m2) > max =55(T/m2) < Rđ =427,82 ( T / m2) > Đạt Kiểm toán mố chịu phản lực âm: Mố cầu dây văng tải trọng tác dụng nh mố loại cầu khác (tĩnh tải, áp lực đất ) , chịu tác dụng phản lực đổi dấu Vì mố cầu dây văng cần phải đảm bảo ổn định chống nhổ Công thức kiểm tra: n.Gmố > Pmax Trong đó: + n : Hệ số tải trọng n = 0,9 + Gmố: Trọng lợng mố cầu : 470,66 (T) + Pmax: Phản lực nhổ lớn Pmax =203,6 (T) Ghi chú: thiên an toàn ta bỏ qua ảnh hởng đất đá mố nh lực ma sát mố đất đá n.Gmố = 0,9 470,66 = 423,59(T) Phản lực nhổ lớn nhất: Pmax = 296,873 (Tm) n.Gmố =423,59 > Pmax = 203,6 (T) > Mố cầu bảo đảm điều kiện chống nhổ Đỗ thuỷ trung ờng - k37 Lớp cầu đ -74-