Chơng I Phương án sơ bộ thết kế cầu

Đồ án tốt nghiệp Chơng I Phơng án sơ I Giới thiệu chung phơng án cầu Sơ đồ cầu kết cấu phần - Bố trí chung toàn cầu gồm nhịp, phần dầm liên tục gồm nhịp nhịp dầm đợc bố trí nh sau: Lcầu = x 33m + 90 + 120 + 90 + x 33m - Nhịp dầm nhịp hẫng BTCT - DUL, thi công theo công nghệ đúc hẫng cân đối xứng - Dầm liên tục nhịp {90 + 120 + 90} m tiết diện hình hộp chiều cao gối 7,0 m, nhịp cuối nhịp biên m Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol đảm bảo phù hợp yêu cầu chịu lực mỹ quan kiến trúc - Mặt cắt hộp dạng thành đứng, phần cách hẫng hộp 3,0 m sờn dầm dày 45 cm, nắp hộp không thay đổi dày 25 cm, đáy hộp thay đổi từ 80 gối đến 25 cm nhịp, cánh hẫng dày 20 cm, khoảng cách khác ghi hình vẽ - Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp + BT M 500 + Thép cờng độ cao dùng loại bó sợi hãng Fressine + Thép cấu tạo dùng CT3 - Nhịp dẫn Dầm dẫn bờ dùng dầm BTCT dự ứng lực giản đơn chiều dài 33 m chế tạo định hình + Chiều cao 1,7 m + Cáp: Dùng loại bó xoắn + Có dầm ngang Kết cấu phần dới - Dùng trụ thân hộp BTCT đổ chỗ BTM 300 - Phơng án móng dùng móng cọc đài cao, cọc khoan nhồi đờng kính 1,0 m - Mố cầu dùng mố vùi thân cột, cọc bê tông cốt thép 40 x 40 cm Thi công theo phơng pháp đóng Tiêu chuẩn kỹ thuật - Qui trình thiết kế : Qui trình 1979 giao thông vận tải ban hành năm 1979 - Tải trọng tác dụng H30 - XB80 - Bộ hành - Khổ cầu + 1,5 m - Khổ thông thuyền 50 m x m II Nội dung tính toán phơng án sơ thứ - Trong phơng án sơ yêu cầu tính toán KCN giai đoạn khai thác - Tiết diện hai mặt cắt + Mặt cắt gốc + Mặt cắt - Tính toán trục, mố: kiểm toán tổ hợp chất mắt cắt đỉnh bệ móng, sơ tính cọc - Nhịp dẫn cho phép chọn thiết kế định hình Tính toán kết cấu nhịp - Cần kiểm toán mặt cắt 1-1 2-2 nh hình vẽ Đồ án tốt nghiệp 1.1 Sơ chọn kích thớc - Chiều dài kết cấu nhịp: kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên L'= (0,5 ữ 0,75) chiều dài nhịp L + Trong PA chọn L = 120m + Lấy : L' = 90 m - Xác định kích thớc mặt cắt ngang: Dựa vào công thức kinh nghiệm mối quan hệ, chiều cao hộp, dày máng, dày đáy khổ cầu ta chọn mắt cắt ngang nh hình vẽ 1.2 Tính toán đặc trng hình học 1.2.1 Xác định phơng trình thay đổi dầm - Giả thiết đáy dầm thay đổi parabol, đỉnh đờng parabol mặt cắt nhịp - Cung Parabol cắt trục hoành sát gối cầu bên trái trục hoành 90 59 118 Đồ án tốt nghiệp - Phơng trình có dạng ax2 + bx +c b S = ; a 4a Thay vào ta có: C=0; a = 59 b= 59 X Vậy phơng trình có dạng: y = x + 5x9 59 1.2.2 Xác định phơng trình thay đổi chiều dầy đáy dầm - Tơng tự ta có: x2 X y = 2,45 + ,9 + 0,8 59 59 1.2.3 Chia đốt dầm Để đơn giản thi công, tình trạng thiết bị có ta chia đốt nh sau: + Đốt đỉnh trụ dài 14 m + Đốt hộp long m + Các đốt lại m 1.2.4 Tính toán đặc trng hình học tiết diện - Dùng chơng trình tính đặc trng hình học thầy Nguyễn Viết Trung f= (x i x i +1 ).(y i y 2i +1 - Toạ độ trọng tâm mặt cắt yc = 6f (x i x i +1 ).(y 2i + y i y i +1 + y 2i +1 ) - Mô men tính mặt cắt trục x Sx = (x i x i +12 ) (y i + y i y i +1 + y 2i + 1) - Mô men quán tính trục trung hoà Jth= Jx - y 2c f Ta lập bảng tính đặc trng hình học mặt cắt Mặt cắt F(cm2) yc(cm) Sx(cm3) Jx 159295,36 228,88 36459695,1 6010199323,7 2- 151550,6 217,01 32888600,679 4988754859,6 3- 142921,3 206,28 29481227,647 4067933765,9 Jth Đồ án tốt nghiệp 4- 137797.0 195,59 26951373,061 3450668081,7 5- 131785,8 186,04 24517614,76 2882726293,4 6- 126358,3 177,32 22406047,748 2421745147,5 7- 121508,3 169,42 205586349,625 2049521959,7 8- 116262,8 160,77 1687831095,3 18691509,433 9- 112712,4 154,82 17449811,129 1465967219,7 10- 109743,8 149,79 16438952,229 1294515127,4 11- 1073555,11 145,72 15642781,303 1165507578,6 12- 105545,4 142,59 150016,53 107299592,8 13- 104605,6 141,84 14837597,226 1036164812,1 14- 103550,0 139,13 14406770,833 976122106,3 166550,00 239,88 39951770,833 7073953877,500 - Mô men quán tính trục trung hoà Jth = Jx - yc.z.f J0= 7073953877,5 - 239,88.2.166550 =6994049849,5 cm4 J1= 6010199373,7 - 2.228,88.159295,36 = 5937280329,7 cm4 J2= 4988754859,6 - 2.217,01.151550,6 = 4922978868,19 cm4 J3= 4067933765,9 - 2.206,28 142921,3 = 4008070154,33 cm4 J4 = 3450668081,7 - 2.195,59.137797,0 = 3423716366,47 cm4 J5= 2882726293,4 -2.186,04.131785,8 = 2843691432,94 cm4 J6 =2421745147,5 -2.177,32 126358,3 = 2376433439,99 cm4 J7= 2049521959,7 - 2.169,42.121508,3 = 2008350087,33 cm4 J8= 1687831095,3 -2.160,77.116262,8 = 1650446952,16 cm4 J9= 1465967219,7 - 2.154,82 112712,4 = 1431066952,16 cm4 J10 = 1294515127,4 - 2.149,79.109743,8 = 1261638079,8 cm4 J11= 1165507578,6 - 2.145,72 x 107355,11 = 1134892048,33 cm4 J12= 107299592,8 - x 143,59 x 10545,4 = 1042900155,63 cm4 J13= 1036164812,1 - 2.141,84 x 104605,6 = 1006490295,49 cm4 J14= 976122106,3 - 139,13 x 103550 = 957308283,3 cm4 Từ bảng kết ta tính đợc khối lợng khối nh sau: P0 = 16,655 x 3,0 2,5 = 124,91 (T) P1= 16,655 + 15,929536 x4.2 ,5 = 16292T P3= 15,929536 + 14,29 x 4.2,5 = 151,098( T) P4= 14,29 + 13,7797 x 4.2 ,5 = 141,3( T) P5= 13,779 + 13,179 x 4.2 ,5 = 134 ,88( T) Đồ án tốt nghiệp P6= 13,179 + 12,635 x10 = 129 ,07( T) P7= 12,635 + 12,15 x2,5x4 = 123,925(T) P8= 12,15 + 11,626 x2,5x4 = 118,88(T) P9= 11,626 + 11,27 x2,5x4 = 114,485( T) P10= 11,27 + 10,97 x2,5x4 = 111,2(T) P11= 10,97 + 10,74 x2,5x4 = 108,55(T) P12= 10,74 + 10,55 x2,5x4 = 106,45(T) P13= 10,55 + 10,46 x2,5x4 = 105,05(T) 10,46 + 10,35 P14= x2,5x4 = 104,05(T) P15= 101 (T) Ta lập bảng nội lực tải cho khối (qtc, qtt) Giá trị nội lực tiêu chuẩn đợc lập trang bên Tiêu chuẩn qtc (T/m) 41,64 40,73 37,77 35,33 33,72 32,27 30,98 29,72 28,62 28,7 27,8 27,14 26,61 26,26 26,01 25,25 Tính toán qtt (T/m) 45,8 44,8 41,55 38,86 37,09 35,49 34,079 32,692 31,48 30,58 30,58 29,85 29,27 29,27 28,61 27,775 Ghi n=1,1 n=1,1 n=1,1 Giá trị mô men tính tải cánh dầm thi công tải trọng xe đúc Đồ án tốt nghiệp 0 1 2 3 5 6 8 9 10 10 12x4 60T 11 12 11 12 13 14 13 14 tải trọng xe đúc 15 M1-1TC = (1,5 x 124,91 + 3,5 x 162,92 + 151,098 x 5,5 + 141,3 x 7,5 + 134,88 x 9,5 +129,07 x 11,5 + 123,925 x 13,5 + 118 x15,5 + 114,485 x17,5 + 111,2 x19,5 + 108,55 x 21,5 + 106,45 x 23,5 + 105,05 x 25,5 + 104,05 x 27,5 + 101 x 29,5 ) M1-1TC = 22620,784 (T.m) M1-1TT = 1,1 22620,784 = 24882,86 (T.m) * Tính sơ cốt thép thi công cho mặt cắt 1-1 Ta dùng BT M 500 có Ru = 255 Thép dùng 19 bó sợi 12 (0,98) để đơn giản ta không xét tới cốt thép thờng Tại mặt cắt tính toán có h = 600 cm; b = 700 cm ho = h-a = 600 - 25 = 575 cm Tính o : h0 o = M TT R u b = 575 2488286000 700.255 = 4,87 Tra bảng ta đợc = 0,980 Fct= M 2488286000 = = 275,98(cm ) R d h 0,980x16000.575 Số lợng bó cốt thép cần thiết n= Ft 275,98 = = 43,42 bó F1 0,908x7 Để chống nứt cho cấu kiện ta tăng 20% lợng cốt thép: 434200 + 8,68 = 52,28 bó Ta lấy n = 52 bó Tính toán cốt thép giai đoạn sử dụng Trong giai đoạn sử dụng cần làm việc theo sơ đồ đầm liên tục Ta tính cho mặt cắt A B nh hình vẽ.B 90 m 120 Dùng chơng trình sap 90 vẽ đờng ảnh hởng 90 Đồ án tốt nghiệp Ta xây dựng đợc đờng ảnh hởng Đờng ảnh hởng tải mặt cắt A giai đoạn sử dụng có = 147,482 m2 = 878,94m 2, Đờng ảnh hởng mặt cắt B có: = 72,365m +2 = 295,302 m2 = 72,365 m2 Tính nội lực mặt cắt A giai đoạn sử dụng - Giai đoạn I: Nội lực tĩnh tải - Giai đoạn II: Bao gồm trọng lợng lan can (Plc) đờng ngời (Rng) Trọng lợng gờ chắn bánh (Pg), trọng lợng lớp phủ (Pt) - Trọng lợng gờ chắn gTC = 0,4875 T/m gTT = 0,5335 T/m - Lớp phủ bê tông atsphal: Dày cm trọng lợng 0,115 T/m2 - Bê tông bảo hộ dầy cm: 0,072 T/m2 - Lớp phòng nớc dày cm 0,015 T/m2 - Lớp tạo dốc 1,05 cm 0,02266 T/m2 = 0,22466 T/m2 Vậy tĩnh tải rải lớp phủ cho m dài cầu qlp= 0,22466.11 = 2,4712 T/m QLc = 0,12 T/m Tổng cộng tĩnh tải giai đoạn II 0,12 + 0,15.2+2,4712 = 2,8912 T/m * Hoạt tải H30 XB80, hành lấy theo quy trình 1979 Xếp tải lên đờng ảnh hởng tính toán nội lực mặt cắt 2-2 (Mặt cắt B) 1-1 (mặt A) - Mô men mặt cắt 1-1 + Tổ hợp XB80 + TTI + TTII 32175,16 (T.m) + XB80 + TTI + TTII 28196,65 (T.m) Vậy mô men mặt cắt 1-1 (A) 430 + hành + TT khống chế M TT= 32175,16 (T.m) - Tính duyệt cờng độ mặt cắt thẳng góc - Ta tính đổi mặt cắt hình hộp hình dạng mặt cắt chữ I kích thớc mặt cắt, tính đổi nh sau 35 + Chiều dài cách 35 cm + Chiều cao m = 600 cm + Bề rộng sờn: 100 cm - Điều kiện duyệt mặt cắt thẳng góc 35 x hc M tt m R u b x h + R tr (b ' b) h c h 2 + Lợng cốt thép dự ứng lực đợc xác định theo công thức gần Fd = 1,1 Mtt /Rd (ho- hc/2) Vậy Fd = 551,5 cm2 Lợng cốt thép DUL cần thiết n= 551,5 = 86,76 bó 6,356 Lấy 86 bó có Fd = 86.6,356 = 546,62 cm2 Thay vào phơng trình X = 12,83 cm Vậy trụng trung hoà qua cánh X = Rd Fd/Ru.b' = 13950 546,62/255.600 = 49,87 cm x 49,87 600 M gh = R u b' x ho = 1255 49,87 580 2 Đồ án tốt nghiệp Mgh 190256,79 (T.m) > 32172,16 (T.m) * Tính duyệt mặt cắt 2-2 (B-B) + Tổ hợp XB80 + TTI + TTII: 12112,562 (T.m) + Tổ hợp H30 + hành + TTI + TTII 13056,92 (T.m) Tính duyệt mặt cắt thẳng góc + Lợng cốt thép chịu mô men dơng Fd = 1,1 MTT/Rd (ho- hc') 300 Fd = 1,1 13756,92/13950 (ho-hc'/2) Mà ho = 300 - 25 = 275 (cm) thay vào ta có Fd= 418,83 cm2 Vậy số bó cốt thép cần thiết nd = 418,83/6356=65,89 bó Chọn 66 bó ta có Fd= 419,496 (cm2) Chiều cao vùng bê tông chịu nén x: Giả thiết trục trung hoà qua sờn x = Rd.Fd - Rtr (bc-b).hc/Ru.b Thay số vào ta có X= [13950 419,496 - 190 (482,5 - 100).32] / 255.100 x= 138,28 cm X 138,28 Tỷ số: = = 0,5028 ho 275 Khả chịu lực mặt cắt 35 35 x hc M gh = M R u b x ho + R tr (bc b) hc ho 138,28 32 + 190.(482,5 100).32. 2,75 Mgh = 255.100.138,28 275 Mgh = 13282,21 (Tm) > Mtt=13056,92 (T.m) Tính trụ cầu Chọn cầu tạo trụ nh Cấu tạo trụ nh hình vẽ - Trụ đổ chỗ BTCT thờng, M300, cốt thép thờng dùng loại CT5 CT3 Trụ rỗng lòng - Móng móng cọc bệ cao đặt cọc khoan nhà 1000 2.1 Tính toán trụ 2.1.1 Tính toán tính tải tác dụng lên đáy bệ - Thân trụ : PtTC = [6(18,5 5,17) + x18,6]x2,5 = 292,45(T) Với n = 0,9 PtTT =263,205(T) n = 1,1 PtTT = 321,695 (T) - Bệ cọc 0,5 Pb= (2,5 + )x6x9x2,5 = 371,25(T) Với n=0,9 PbTT = 334,125(T) n= 1,1 PbtTT = 408,375(T) - Tĩnh tải kết cấu nhịp: Đặt tải trục tiếp lên đờng ảnh hởng máy tính ta đợc PttTC = 25,79 (T) với n = 1,1 PtTT = 2836,90 (T) TT n= 0,9 Pt = 2321,104 (T) Tĩnh tải giai đoạn II: Đồ án tốt nghiệp = 286,605 (T) PtTC Với n> PtTT = 504,693(T) TT n = 0.9 Pt = 347,945 (T) 2.1.2 Phản lực gối hoạt tải Xếp tải trục tiến lên Đ.A.H phản lực gối R19 máy tính ta đợc PhTC = 420,459(T) PhTT = 588,642 (T) 2.1.3 áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên đáy bệ áp lực nớc tác dụng lên trụ tính theo công thức: Rn = Vtrụ x Vtrụ : Thể tích nớc chiếm chỗ : Dung trọng nớc 1T/m3 - Tính với mực nớc thấp RTC trụ = - (-18,5 x2,0 + 2,75 x x ) x = 111,50(T) Với n = 1,1 RTT trụ = -122,65 (T) n = 0,9 RTT trụ =-100,350 (T) - Tính với mực nớc MNCN = - (+18,5x13,30 +2,75 x x9) x1=- 394,55(T) R TC CN TT Với n=0,9 RCN =- 355,059 TT n=1,1 RCN =-434,005 (T) - Tính với mực nớc thông thuyền: RttTT = - (18,5 x8,96 + 2,75 x 6x9) x =-314,26 (T) Với n= 1,1 R TT =- 345,685 (T) tt TT R n= 0,9 tt = -282,834 (T) Bảng tổng hợp giá trị nội lực đáy bệ cọc Loại tổ hợp Tổ Hợp Chính Tải trọng n=1 N(T) 420,459 3599,60 -111,5 3908,559 n>1 N(T) 588,642 4071,61 -122,65 4537,602 Hoạt tải bất lợi Tĩnh tải trụ + KCN áp lực thuỷ tĩnh 2.2 Tính toán sơ cọc Trụ đặt móng cọc bệ cao, cọc khoan nhồi có đờng kính D= 1000 mm Bê tông M 500 cốt thép CT5 gồm 20 24 chiều dài cọc L= 36m, kích thuốc bệ x x3m 2.2.1 Tổ hợp tải trọng dùng để tính toán N TC = 3908,559 (T) N TT = 4537,602 (T) 2.2.2 Sức chịu tải cọc - Sức chịu tải cọc theo vật liệu làm cọc PVL = k (Fb x Rtr cb + Rt Ft) cb =0,8 thi công có ống vách chuyên dùng Đồ án tốt nghiệp ( Theo SNIP 203-01-54) PVL = 0,93 (0,8.205 x7750,472 +2400x99,528)=1404248,50K - Sức chịu tải theo móng P = c R A Trong đó: c - hệ số điều kiện làm việc cọc R- cờng độ tính toán dới chân cọc A- Diện tích cọc tựa ( Theo dẫn: SNIP - 203 -0,1-84) Tính đợc: P = 1x964.3x0,785 =756,98 (T) 2.2.3 Tính sơ số cọc N TT Pmin 4537 ,602 n = 1,5 x =9 756,98 n = 1,5 x Ta chọn số cọc n = 12 cọc Tính mố cầu 3.1 Cấu tạo mố Chiều cao đất đắp tơng đối lớn ta chọn mố chân đê cấu tạo mố nh hình vẽ Mố đợc đúc chỗ BTCT, bê tông M300, cốt thép CT3 Mố gồm hàng cọc, hàng trớc đáy nghiêng với độ dốc 1: cọc đợc sử dụng loại 40 x 40, bê tông M 300 3.2 Tính toán 3.2.1 Các tổ hợp tải trọng tác dụng lên mố - Tờng trớc P1TC -=0,4.3x 12 x2,5 = 36 (T) - Tờng cánh P2TC = (5,5 x 1,5 +0,5x55x3,5) x 0,35 = 11,74 (T) - Vai kê P3TC = 0,5 (0,5 +0,25) x 0,25 x x 2,5 =1,64(T) - Bệ cọc P4TC = 1,5 x 2,2 x 12x2,5 =99 (T) - Tờng chắn: [90,5 +1,5) x 0,5 +0,2.1,5] x 0,2x2,5 =0,6 (T) - Đá kê: x 0,2 x1 x 2,5 = (T) Bảng tổ hợp nội lực tĩnh tải Bộ phận - Tớng trớc - Tờng cánh - Vai kề - Bệ cọc - Tờng chắn - Đá kế N (T) 36 11,74 1,64 99 0,6 1,0 e (m) 0,6 3,06 0,7 - 0,1 -0,1 10 n (T) 21,60 35,934 1,148 -0,06 -0,1 Đồ án tốt nghiệp 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19 S20 S21 254,827 212,261 212,261 254,827 292,321 326,485 364,481 400,513 427,878 456,214 477,286 505,29 630,104 12,492 10,404 10,404 12,492 14,329 16,004 17,867 19,632 20,974 22,363 23,396 24,796 30,887 8,964 7,466 7,466 8,964 10,283 11,485 12,822 14,088 15,051 16,048 16,789 17,794 22,165 10 9 10 12 14 16 18 20 22 24 24 26 13,935 12,542 12,542 13,935 16,722 19,509 22,296 25,083 27,87 30,657 33,444 33,444 36,231 5.Tính Duyệt dầm dọc ( mặt cắt đặc trng ) - Dầm dọc kết cấu chịu nén uốn mặt phẳng thẳng đứng Để tính lợng cốt thép ta tính theo cấu kiện chịu nén lệch tâm ,thiên an toàn ta tính lợng cốt cần thiết theo mô men uốn sau kiểm toán với trờng hợp nén lệch tâm Khi tính với mô men dơng ta tính dầm dọc với tiết diện chữ T tính với mô men âm ta tính dầm dọc với tiết diện chữ nhật Ta tính duyệt mặt cắt + Mặt cắt 1: Mặt cắt nhịp biên có mô men lớn + Mặt cắt : Mặt cắt gần trụ tháp + Mặt cắt : Mặt cắt nhịp 5.1 Tính duyệt mặt cắt 5.1.1.Tính toán bố trí cốt thép theo M+ = 777,896 T.m - Chiều cao có hiệu dầm h0 = 1,8 - 0,1 = 1,7m M c = Ru.bc.hc.(h0 - hc/2) Mc = 1900.5.0,25(1,9 - 0,125) = 4215,625Tm Vậy MC > MmaX nên trục trung hoà qua cánh dầm ta tính n đối tiết diện Hình chữ nhật có kích thớc : ; 1,9 m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén A0 = M 777,896 = 0,033 = 1900.5.(1,7) Ru bc h0 - Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén: = 1- A0 = 1- 2.0,033 = 0,0346 - Diện tich cốt thép cần thiết Ft = Ru bc h0 0,0346.1900.5.1,7 = = 0,018626 m Rt 3000 - Số cốt thép 32 cần thiết : n = 186,26 Ft = 8,043 = 23,26 F 24 Đồ án tốt nghiệp Vậy ta chọn n = 28 32 5.1.2 Tính toán cốt thep chịu mô men âm M = - 494,542 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tôngchịu nén A0= M 494,542 = = 0,075 Ru bc h0 1900.1,20.1,7 -Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén = 1- 2.0,075 = 0,078 - diện tích cốt thép cần thiết : Ft = 0,078.1900.1,2.1,7 = 0,010078 m2 30000 - số cốt thép cần thiết n= Ft = 12,53 ta chọn n = 16 32 F 5.1.3 Duyệt mặt cắt -Duyệt mô men lớn bê tông * tính duyệt độ mở rộng vết nứt : an = R t Et * Xét mặt cắt đáy dầm dọc: 79,2.120 R = 1.(8.3,2 + 3.8.3,2) = 98,8125 cm thép t2 : Hệ số xét đén ảnh hởng vùng bê tông chịu kéo biến dạng cốt Et :Mô đun đàn hồi thép t : ứng suất cốt dọc chịu kéo t = N ( Z e) = 307,79 KGcm Ft.Z Thay vào công thức ta có: an= 92,8125 0,5 307,79 = 0,001989 cm 2,1.106 Vậy an< [an] =0,002 ( Đạt ) 5.2 Tính duyệt mặt cắt 5.2.1.Tính toán bố trí cốt thép theo M+ = 247,889 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén A0 = M 247,889 = 0.014 = Ru bc h0 1900.5.1,7 - Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén: = 1- A0 = - 2.0,014 = 0.0141 - Diện tich cốt thép cần thiết Ft = Ru bc h0 = 49,07 cm Rt 25 Đồ án tốt nghiệp - Số cốt thép 32 cần thiết : n = Ft = 6,1047 F Vậy ta chọn n = 10 32 5.2.2 Tính toán cốt thép chịu mô men âm M = - 383,456 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tôngchịu nén A0= M = 0,0146 Ru bc h0 -Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén = 1- A0 = 0,18 - diện tích cốt thép cần thiết : Ft =232,26 cm - số cốt thép cần thiết n =28,89 ta chọn n = 30 32 5.3 Tính duyệt mặt cắt 3: 5.3.1.Tính toán bố trí cốt thép theo M+ = 1063,416 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén A0 = M Ru bc h0 = 0,0387 - Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén: = 1- A0 = 0,0395 - Diện tich cốt thép cần thiết Ft = Ru bc h0 = 212,6 cm Rt - Số cốt thép 32 cần thiết : n = Ft = 26,45 F Vậy ta chọn n =30 32 26 Đồ án tốt nghiệp Chơng III Phơng án cầu treo dây văng I - Giới thiệu chung phơng án Tiêu chuẩn thiết kế Thiết kế theo qui trình GTVT ban hành năm 1979 Tiêu chuẩn kỹ thuật : Tải trọng H30 , XB80 - Ngời hành Sơ đồ kết cấu 2.1 Kết cấu phần Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 121,5 + 249 + 121,5 kết cấu hệ cầu dây văng ba nhịp liên tục - Kết cấu phần : kết cấu đối xứng gồm hai cột tháp có chiều cao dự tính 50m ( tính từ đỉnh tháp xuống mặt dầm ) - Mặt cắt ngang dầm có chiều cao không đổi dạng TT - Chiều dài khoang sơ chọn 10 m - Số lợng dây cho cột tháp 24 dây - Các dầm ngang đợc bố trí suốt chiều dài dầm dọc với khoảng cách 2,5m dầm ngang - Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp : + Bê tông mác 400 + Cốt thép cờng độ cao dùng loại tao đơn sợi + Thép cấu tạo dùng thép CT3 2.2 Kết cấu phần dới - Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT chỗ Bê tông chế tạo M300 - Phơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đờng kính 1,5m - Mố cầu dùng loại mố vùi II- tính toán chọn sơ tham số cầu treo dây văng Phân nhịp cầu chiều dài khoang dầm Với cầu dây văng có sơ đồ một, hai, ba nhiều nhịp, hệ ba nhịp hệ đặc trng cầu dây văng, có u điểm kết cấu, khả chịu lực nh công nghệ thi công Nghiên cứu đặc điểm địa chất - địa hình - thủy văn kiến trúc cảnh quan xung quanh, điều kiện kinh tế - xã hội - trị vùng mà tuyến qua 27 Đồ án tốt nghiệp Ta định chọn phơng án cầu dây văng ba nhịp có hai mặt phẳng giàn dây đối xứng qua tháp cầu Sơ đồ phân nhịp 121,5 m + 249m + 121,5m Từ phân tích nêu ,áp dụng cụ thể cho phơng án cầu ,chọn : - Chiều dài khoang dầm d=10m - Chiều dài khoang dầm nhịp dg= 0,7d =7m - Chiều dài khoang dầm cạnh tháp dt= 1,1d = 11m Hình dạng chiều cao dầm cứng Mỗi loại tiết diện dầm đa đơn có u điểm nhợc điểm khác Song theo xu hớng thi công việc sử dụng loại tiết diện việc đảm bảo đợc điều kiện chịu lực đồng thời đảm bảo công nghệ thi công đơn giản phù hợp với trình độ thi công đợc sử dụng nớc Do ta định sử dụng tiết diện ngang dầm chủ đơn bê tông cốt thép theo kiểu dáng tiết diện ngang cầu Mỹ Thuận ( thi công ) Cầu Mỹ Thuận gồm nhịp có sơ đồ kết cấu 150 + 350 + 150m, tiết diện ngang gồm dầm chủ tiết diện hình thang cao 2m, mặt cầu dày 25cm, dầm ngang cách 5,2m Dây văng neo vào đầu dầm ngang bố trí hẫng mặt cầu Theo thống kê cầu dây văng giới nớc xây dựng, tỉ số chiều cao dầm chủ h 1 = ữ l 100 300 Vậy sơ ban đầu chọn dầm chủ có mặt cắt ngang gồm hai chữ T có kích thứơc nh hình vẽ Xem bố trí chung Hình dạng tiết diện tháp cầu Từ phân tích mục II -3 áp dụng cho phơng án ,chọn chiều cao tháp cầu 50m tính từ đỉnh tháp đến mặt cầu Trong điểm neo dây cách đỉnh tháp 1m nhằm mục đích đảm bảo cho liên kết dây văng với tháp đợc chắn Với tham số vừa chọn ,tính đợc góc nghiêng chiều dài tính toán dây văng Kết đợc ghi bảng sau STT Số hiệu dây Góc nghiêng Chiều dài tính toán (độ ) (m) S0 2204515 S1 240002 S2 2503547 S3 2605650 S4 2805112 S5 3009030 S6 3309062 S7 3707581 S8 4208252 10 S10 4906582 11 S11 590362 12 S12 7108219 4- Chọn tiết diện dây văng 28 Đồ án tốt nghiệp Trong cầu treo dây văng dây làm việc chịu kéo phản lực gối tựa đàn hồi , có trị số thay đổi không nhiều theo độ cứng dầm chủ nội lực lớn ứng với tổ hợp hoạt tải phủ kín cầu ,vậy nội lực dây văng thoải nhịp dới tác dụng tĩnh hoạt tải xac định theo công thức sau S max = ( g + q ).(d t + d g ) sin g Trong : g , p : Tải trọng tĩnh hoạt tải tơng đơng phân bố toàn cầu d , dg : Chiều dài khoang dầm nằm kề nút dây thoải g : Góc nghiêng dây văng thoải khu nhịp 4.1 Tính nội lực dây văng tĩnh tải dây văng biên Nội lực dây văng tĩnh tải đợc xác định theo công thức : Sg = (nt1 g1 + nt g + nt g + nt g ).(d t + d g ) sin g sg d/2 dg/2 Tĩnh tải: - Lớp phủ mặt cầu bê tông asphan dầy 12cm rộng 8+2.1,5m dài 10+7=17m =2,2T/m3 Q1=(0,12.11.17).2,2=49,368T g1=Q1 /17=2,9T/m - Lan can thép + phần bê tông g2 = 0,48T/m - Dải phân cách mềm g3=0,12T/m -Bản mặt cầu dầy 25cm rộng13,2m dài 17m Q = (0,25.13.17).2,5 = 138,125 T - Dầm chủ Dự kiến chọn kích thớc dầm chủ nh hình vẽ 29 Đồ án tốt nghiệp -Diện tích dầm dọc dầm ngang không tính phần cánh ( phần cánh thuộc mặt cầu ) Fv = x ( 1/2 x0,35 x ) = 0,7 m2 Fd= x ( - 0,25 )x1,2 = 4,2 m2 Vậy diện tích toàn mặt cắt ngang F = 0,7 + 4,2 + 3,3 = 8,2 m2 -Diện tích dầm ngang Fdn = 1,75 x 0,5 = 0,875 m2 Tĩnh tải 17 m ( tính dây ) g4= 8,2 x 2,5 + ( x 0,875 x 11,2 x 2,5 ) /17 = 30,59 T/m Sg= 759,612T 4.2 Tính nội lực dây văng biên hoạt tải * Do H30 - Tải trọng : xác định tải trọng tơng ứng với chiều dài đờng ảnh hởng 492 m ( xếp tải toàn cầu ) Của H30 lấy qtđ= 1,7 T/m - Các hệ số : + Hệ số xung kích : 1+ = 1+ 50 = 1,088 70 + + Hệ số xe : = 0,9 -Hệ số phân bố ngang theo phơng pháp zin bây ta có : Hệ số phân bố ngang H30 y1= 0,825 y2= 0,5875 y3= 0,45 y4= 0,2125 =1.0375 Hệ số phân bố ngang XB80 y1= 0,80625 y2= 0,4675 =0.636875 Hệ số phân bố ngang ngời ngời=1/21 1= 1/2 x 1,5 x ( 1,3125 + 1,1248 ) = 1,828 ngời = 0.914 30 Đồ án tốt nghiệp S gH 30 = qt (1 + ).. h ( dt + d g ) sin g SgH30=58.04T S gH 30 = qt (1 + ).. h (dt + d g ) sin g SgXB80=28.55T S ng = Vậy S qt (1 + )..h (d t + d g ) sin g Sng=13.78T =Sh +Sng=71.82T max h H30 4.3 Nội lực dây văng hoạt tải + tĩnh tải Sgmax= Sghoạt + Sgtĩnh Sgmax=71.82+759,612 = 831,432T 4.4 Tính nội lực dây neo tinh S neo = S max + qtd d j k cot g i cot g Stmax : Nội lực tĩnh tải dây văng thoải nhịp qtđ = 1,7 T/m d = 17 m jk : Tổng số tính từ dây đầu đến dây cuối nhịp j = 13 ; k = 24 k j cot g i = 6,936 cos Sneo= 960,06T 4.5 Nội lực dây văng từ S1ữS11 Nội lực dây đợc xác định theo công thức Si=Sgmax.sing/sini Sgmax= 457.15T Nội lực dây đợc thống kê bảng sau Thứ tự sini Si=Sgmax.sing/sini S1 0.4067 790,704 S2 0.4320 744,397 31 Đồ án tốt nghiệp S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 0.4532 0.4826 0.5226 0.5667 0.6194 0.6868 0.7673 0.8573 0.9503 709,576 666,348 615,345 576,46 519,179 468,228 419,105 375,107 338,398 4.6 Tiết diện dây văng Diện tích tiết diện dây văng đợc tính theo công thức Ai = Si Si S = = i 12,7 0,85.16000.10 13,6 Aneo = A0 = S neo 13,6 A1 = A23 = S1 13,6 A2 = A22 = S2 13,6 A3 = A21 = S3 13,6 A4 = A20 = S4 13,6 A5 = A19 = S5 13,6 A6 = A18 = S6 13,6 A7 = A17 = S7 13,6 A8 = A16 = S8 13,6 A9 = A15 = S9 13,6 A10 = A14 = S10 13,6 A11 = A13 = S11 13,6 32 Đồ án tốt nghiệp Số tao đợc chọn n = A Ftt Ftt:cờng độ tính toán thép làm cáp STT Kí Nội lực Diện tích Số tao hiệu tiết diện 12,7 dây (mm) S0 960,06 70,5926 75,98 S1 790,704 58,14 62.58 S2 744,397 54,735 58,919 S3 709,576 52,17 56,157 S4 666,348 48,996 52,74 S5 615,345 45,25 48,708 S6 576,46 42,386 45,625 S7 519,179 38,175 41,09 S8 468,228 34,428 37,059 10 S9 419,105 30,816 33,17 11 S10 375,107 27,58 29,678 12 S11 338,398 24,882 26,784 Số tao đợc chọn 76 68 62 58 54 50 46 42 38 34 30 28 Diện tích tiết diện sau chọn 70,604 63,172 57,598 53,882 50,166 46,45 42,734 39,018 35,302 31,586 27,87 26,012 5.Tính Duyệt dầm dọc - Dầm dọc kết cấu chịu nén uốn mặt phẳng thẳng đứng Để tính lợng cốt thép ta tính theo cấu kiện chịu nén lệch tâm ,thiên an toàn ta tính lợng cốt cần thiết theo mô men uốn sau kiểm toán với trờng hợp nén lệch tâm Khi tính với mô men dơng ta tính dầm dọc với tiết diện chữ T tính với mô men âm ta tính dầm dọc với tiết diện chữ nhật Ta tính duyệt mặt cắt : + mặt cắt 1: gối + mặt cắt : nhịp biên + mặt cắt : điểm treo dây cạnh tháp nhịp + mặt cắt : nhịp 5.1 Tính duyệt mặt cắt 5.1.1.Tính toán bố trí cốt thép theo M+ = 101,6749 T.m - Chiều cao có hiệu dầm giả sử a = 10cm h0 = - 0,1 = 1,9m M c = Ru.bc.hc.(h0 - hc/2) Mc = 1900.5.0,25(1,9 - 0,125) = 4215,625Tm Vậy MC > MmaX nên trục trung hoà qua cánh dầm ta tính n đối tiết diện Hình chữ nhật có kích thớc : 1,9 ; 5m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén A0 = M 101,6749 = 0,029647 = 1900.5.(1.9) Ru bc h0 - Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén: = 1- A0 = 1- 2.0,029647 = 0,03 - Diện tich cốt thép cần thiết 33 Đồ án tốt nghiệp Ft = Ru bc h0 0,03.1900.5.1,9 = = 0,017864 m Rt 3000 - Số cốt thép 32 cần thiết : n = 178,64 Ft = 8,043 = 22,21 F Vậy ta chọn n = 28 32 5.1.2 Tính toán cốt thep chịu mô men âm M = - 63,6244 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tôngchịu nén A0= M = 63,6244.10 = 0,01468 Ru bc h0 1900.120.190 -Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén = 1- A0 =1- 2.0,01468 = 0,01479 - diện tích cốt thép cần thiết : Ft = 0,01479.120.1900 = 11,2 cm 3000 - số cốt thép cần thiết n = 1,3925 ta chọn n = 32 5.2 Tính duyệt mặt cắt 5.2.1.Tính toán bố trí cốt thép theo M+ = 1785,5324 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén A0 = M 1785,5324.105 = = 5,205.10 2 Ru bc h0 1900.500.190 - Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén: = 1- A0 = - 2.5,025.104 = 5,304.10 - Diện tich cốt thép cần thiết Ft = Ru bc h0 = 310,22 cm Rt - Số cốt thép 32 cần thiết : n = Ft = 38,57 F Vậy ta chọn n = 40 32 5.2.2 Tính toán cốt thép chịu mô men âm M = - 1346,7836 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tôngchịu nén A0= M = 0,0164 Ru bc h0 -Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén = 1- A0 = 0,0165 - diện tích cốt thép cần thiết : Ft =238,79 cm - số cốt thép cần thiết n =29,68 ta chọn n = 30 32 34 Đồ án tốt nghiệp 5.3 Tính duyệt mặt cắt 3: 5.3.1.Tính toán bố trí cốt thép theo M+ = 95,027 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén A0 = M = 2,77.10 Ru bc h0 - Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén: = 1- A0 = 2,79.10 - Diện tich cốt thép cần thiết Ft = Ru bc h0 = 16,67 cm Rt - Số cốt thép 32 cần thiết : n = Ft = 2,07 F Vậy ta chọn n =10 32 5.3.2 Tính toán cốt thep chịu mô men âm M = - 440,4098T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tôngchịu nén A0= M = 5,37.10 Ru bc h0 -Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén = 1- A0 = 5,378.10 - diện tích cốt thép cần thiết : Ft = 77,5 cm - số cốt thép cần thiết n = 9,6 ta chọn n = 12 32 5.4 Tính duyệt mặt cắt 5.4.1.Tính toán bố trí cốt thép theo M+ = 2077,9546 T.m - Hệ số mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén A0 = M = 6,059.10 Ru bc h0 - Chiều cao tơng đối vùng bê tông chịu nén: = 1- A0 = 6,078.10 - Diện tich cốt thép cần thiết Ft = Ru bc h0 = 365,66 cm Rt - Số cốt thép 32 cần thiết : n = Ft = 45,46 F Vậy ta chọn n = 48 32 5.4.2 Duyệt mặt cắt -Duyệt mô men lớn bê tông * tính duyệt độ mở rộng vết nứt : 35 Đồ án tốt nghiệp an = R t Et * Xét mặt cắt đáy dầm dọc: 79,2.120 R = 1.(8.3,2 + 3.8.3,2) = 98,8125 cm thép t2 : Hệ số xét đén ảnh hởng vùng bê tông chịu kéo biến dạng cốt Et :Mô đun đàn hồi thép t : ứng suất cốt dọc chịu kéo t = N ( Z e) = 307,79 KGcm Ft.Z Thay vào công thức ta có: an= 92,8125 0,5 307,79 = 0,001989 cm 2,1.106 Vậy an< [an] =0,002 ( Đạt ) Chơng IV So sánh lựa chon Phơng án kết cấu cầu I Khái niệm chung so sánh phơng án kết cấu cầu Khi so sánh phơng án cầu để lựa chọn phơng án hợp lý ta xét tiêu kinh tế kĩ thuật khác nh đánh giá dự toán ( vốn đầu t ), nhân lực , thời gian thi công , chi phí khai thác Khi chọn phơng án cấu tạo cho cầu thành phố ngoại vi thành phố nh cầu tuyến đờng trục lớn , tiêu nói vẻ đẹp mĩ quan công trình có ý nghĩa quan trọng ảnh hỏng tới việc lựa chọn phơng án tình hình thiết bị , vật t có nh : công cụ , máy móc dùng xây dựng Trong trờng hợp 36 Đồ án tốt nghiệp phơng án có hợp lý tiêu kinh tế kĩ thuật bị loại trừ đơn vị thi công không đợc trang bị thiết bị , phơng tiện cần thiết cho thi công Thờng lựa chọn phơng án cầu để làm phơng án kĩ thuật ngời ta so sánh theo tiêu sau : - Theo giá thành kể ảnh hởng ảnh hởng chi phí nhân lực thời hạn xây dựng nh chênh lệch chi phí khai thác - Theo nhân lực , tức tổng số lợng ngời ngày công cần thiết để xây dựng cầu - Theo thời hạn xây dựng Ngoài so sánh phơng án cầu phải xét đến khối lợng vật liệu chủ yếu tính khan , hình dáng bề công trình Để lựa chọn phơng án thờng vào tiêu kinh tế kĩ thuật yêu cầu tổng hợp kinh tế cấu tạo , công nghệ thi công , khai thác kiến trúc Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp ta không sâu vào nội dung tiêu dùng để so sánh phơng án đợc mà sở phân tích u nhợc điểm phơng án ,điều kiện chế tạo thi công , điều kiện khai thác để đề xuất phơng án làm phơng án kĩ thuật II So sánh phơng án kĩ thuật Phơng án * Ưu điểm : - Kết cấu nhịp cầu dầm liên tục nên đảm bảo êm thuận xe chạy cầu - Cầu đợc thi công theo công nghệ đúc hẫng nên thi công quanh năm đảm bảo tiến độ thi công - Trong trình thi công đảm bảo thông thuyền dới cầu - Cầu có kiểu dáng kiến trúc đẹp phù hợp với cảnh quan xây dựng cầu - Cầu làm vật liệu BTCT nên phải tu bảo dỡng trình khai thác có tuổi thọ cao * Nhợc điểm : - Vì cầu thi công theo công nghệ đúc hẫng nên đòi hỏi trình độ đơn vị thi công cao , thiết bị thi công phải đồng đặc biệt phải nhập hãng nớc tốn - Còn có nhịp dẫn giản đơn - Mố dùng loại mố cọc chân dê - Tiến độ thi công tơng đối chậm Phơng án : * Ưu điểm Các dây văng hệ chịu kéo , thờng làm dây cáp có cờng độ cao Dây văng làm việc nh gối đàn hồi dầm liên tục nên giảm đợc mô men dầm cứng nhiều Ngoài có mặt dây văng cho phép điều chỉnh trạng thái ứng suất biến dạng hệ trình lắp ráp cần thiết giai đoạn khai thác Về mặt xây dựng , cầu treo dây văng cho phép theo phơng pháp lắp hẫng không cần dàn giáo , hệ có đặc trng kinh tế kĩ thuật tốt đợc sử dụng rộng rãi cầu ô tô câù thành phố nhịp lớn * Nhợc điểm Nhợc điểm cầu dây văng có độ cứng nhỏ hệ dầm khung Mặc dù hệ không biến dạng hình học , song dới tác dụng hoạt tải dây văng có độ dãn lớn Điều chủ yếu sử dụng ứng suất lớn dây văng Và chiều dài dài cầu nhịp lớn Ngoài độ cứng giảm phần thực tế dây văng bị võng dới tác dụng tải trọng thân Khi chịu hoạt tải dây bị duỗi thẳng , tăng thêm độ võng cho cầu Phơng án Cũng nh phơng án nhng có chiều dài tính toán độ nhỏ 37 Đồ án tốt nghiệp So sánh lựa chọn phơng án Qua phân tích u nhợc điểm phơng án ta thấy - Về điều kiện khai thác thi công ta chọn ba phơng án làm phơng án kĩ thuật - Về kiểu dáng kiến trúc phơng án phơng án đạt Nhng việc chọn phơng án phải vào tiêu kinh tế kĩ thuật , yêu cầu tổng hợp : kinh tế , cấu tạo ,thi công ,khai thác kiến trúc khả thiết bị đơn vị thi công Tuy nhiên phạm vi đồ án tốt nghiệp việc dùng tiêu kinh tế kĩ thuật để đánh giá lựa chọn phơng án ta phải vào bình diện chung ,hớng phát triển mục đích học tập Hiện nhu cầu phát triển kinh tế đòi hỏi thành tựu khoa học kĩ thuật đáp ứng đợc cho kinh tế nh cảnh quan Cầu treo dây văng với u khả chịu lực , hợp lí công nghệ thi công tính đa dạng sơ đồ kết cấu trở thành công trình trọng điểm nhiều nớc , công trình đặc trng kỷ 20 Đặc điểm có sức hấp dẫn cầu dây văng tính đa dạng Tính đa dạng cầu dây văng thể số lợng chiều dài nhịp , số mặt phẳng sơ đồ phân bố dây Hình thái tầm cao tháp cầu nh tính độc đáo tiết diện ngang tạo cho công trình có đủ tầm cao , tầm xa để thể hoài bão ngời Với kiểu dáng kiến trúc đẹp tính kinh tế kĩ thuật cầu treo dây văng đợc áp dụng nhiều giới cho nhịp từ 150 ữ 400 m Việt Nam khoảng 10 năm trở lại , với xu mở cửa hợp tác đa phơng đa dạng nhiều công nghệ xây dựng cầu tiên tiến từ nớc khác giới đợc chuyển giao vào Việt Nam có kĩ thuật thiết kế xây dựng cầu dây văng đại Cùng với trợ giúp công nghệ kinh nghiệm tập đoàn xây dựng có kĩ thuật cao Việc tiếp cận , nghiên cứu cần thiết phù hợp với xu phát triển kinh tế nh nghành xây dựng cầu nớc nhà phơng án phơng án có nhiều u điểm Hơn mảng kiến thức cầu treo dây văng sinh viên Vì với mục đích học tập theo hớng dẫn thầy giáo hớng dẫn phơng án đợc đề xuất làm phơng án kĩ thuật 38