Đồ án Thiết kế Cầu, Thiếu kế mố M1, Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN27205

I. Sè liÖu thiÕt kÕ 1.1. Sè liÖu chung 1.1.1. Sè liÖu ®Çu bµi: o KÕt cÊu mè M1 o Cường ®é bª t«ng: 30Mpa o ChiÒu dµi dÇm chñ: L=26m o Gèi : Di ®éng o Tiªu chuÈn thiÕt kÕ :22 TCN 27205 1.1.2. Sè liÖu thiÕt kÕ phÇn trªn o Sè lượng dÇm : N = 7 dÇm o ChiÒu dµi dÇm L = 26 m o ChiÒu dµi nhÞp tÝnh to¸n Ls = 25,4 m o Träng lượng mét phiÕn dÇm chñ Wg = 550 kN o Khæ cÇu B = 14 m o ChiÒu réng toµn cÇu W = 15 m o Sè lµn xe n = 2 lµn o Träng lượng riªng cña BT = 24,5 kNm3 o DiÖn tÝch cña gê lan can Fgê lc = 0,225 m2 o Chiều cao lan can Hlc = 0,61 m o ChiÒu dµy líp BT phñ mÆt cÇu tap = 0,07 m o Träng lượng riªng cña BT at phan = 22 kNm3 o ChiÒu cao gèi cÇu vµ ®¸ kª gèi hg = 0,2 m o ChiÒu cao dÇm tÝnh ®Õn líp phñ hd = 1.94 m o Träng lượng riªng cña ®Êt = 18 kNm3 1.2. Sè liÖu mè o Lo¹i mè : Mè ch÷ U b»ng BTCT o §Êt ®¾p sau mè sö dông ®Êt tèt ®Çm chÆt o Mè gåm 6 cäc khoan nhåi đường kÝnh D=1m chiÒu s©u dù kiÕn L=42m

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN……… ……… ……… ……….………… 3

I Số liệu thiết kế……….…… …….……….……….………… 4

1.1 Số liệu chung ……….…… ……….………… ……… 4

1.2 Số liệu mố……….…… ……… …….………… ……… 4

1.3 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu mố……… …….………… ……… 5

1.4 Tải trọng thiết kế ……….…… ……….………… … 6

II Yêu cầu tính toán……… ……….…… ……….………… … 7

III Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu……… … 8

3.1 Tĩnh tải tác dụng :DC……….…… ……….………… … 8

3.2 Tĩnh tải tác dụng :DW ……… …….

……… 10

3.3 Hoạt tải tác dụng : ……….…… ……….……….… … 10

3.4 Tải trọng gió (WS,WL) ……….……….………… … 12

3.5 Nội lực do trọng lượng bản thân đất đắp……… … 14

3.6 Tải trọng áp lực đất ngang (EH) ……… ……… … 14

3.7 Tổ hợp tải trọng theo các TTGH……… …… 18

IV Thiết kế và kiểm toán các mặt cắt……… 28

4.1 Nguyên tắc tính và bố trí cốt thép ……… ……….… 28

4.2.Kiểm toán mặt cắt A-A ……… ……… …… 32

4.3.Kiểm toán mặt cắt B-B ……… … 32

4.4.Kiểm toán mặt cắt C-C ……… ……… …… 32

4.5.Kiểm toán mặt cắt F-F ……… ……… … 36

4.6.Kiểm toán mặt cắt E-E ……….… …… 38

4.7.Kiểm toán mặt cắt D-D ……… ……….… 43

4.8.Kiểm toán mặt cắt G1-G1 ……… …… … 45

4.9.Kiểm toán mặt cắt G2-G2 ……… … 47

4.10.Kiểm toán mặt cắt H3 ……… … 50

IV Tính toán cọc khoan nhồi……… … 53

5.1.Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ móng………

53

5.2.Bố trí cọc trong móng……… …… 53

5.3.Kiểm toán khả năng chịu tải cọc khoan nhồi theo TTGH CĐ……… 57

5.4.Kiểm toán khả năng chịu tải cọc khoan nhồi theo TTGH SD……… 59

LỜI CẢM ƠN

Trong giai đoạn phát triển hiện nay, nhu cầu về xây dựng hạ tầng cơ sở đã trở nên thiết yếu nhằm phục vụ cho sự tăng trưởng nhanh chóng và vững chắc của đất nước, trong đó nổi bật lên là nhu cầu xây dựng, phát triển mạng lưới giao thông vận tải

Với nhận thức về tầm quan trọng của vấn đề trên, là một sinh viên ngành Xây dựng Cầu đường bộ thuộc trường Đại học Công Nghệ GTVT, trong những năm qua, với sự dạy dỗ tận tâm của các thầy cô giáo trong trường, em luôn cố gắng học hỏi và trau dồi chuyên môn để phục vụ tốt cho công việc sau này, mong rằng sẽ góp một phần công sức nhỏ bé của mình vào công cuộc xây dựng đất nước

Trong khuôn khổ đồ án môn học Thiết kế cầu với đề tài giả định là thiết

kế cầu qua sông đã phần nào giúp em làm quen với nhiệm vụ thiết kế một công trình giao thông để sau này khi tốt nghiệp ra trường sẽ bớt đi những bỡ ngỡ trong công việc

Do thời gian có hạn, tài liệu thiếu thốn, trình độ còn hạn chế và lần đầu tiên vận dụng kiến thức cơ bản để thực hiện tổng hợp một đồ án lớn nên chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót Vậy kính mong quý thầy cô thông cảm và chỉ dẫn thêm cho em

Cuối cùng cho phép em được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy

giáo Nguyễn Văn Tuấn và các thầy giáo trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn

o Trọng lượng riêng của BT γBT = 24,5 kN/m3

o Diện tích của gờ lan can Fgờ lc = 0,225 m2

o Chiều cao lan can Hlc = 0,61 m

o Chiều dày lớp BT phủ mặt cầu tap = 0,07 m

o Trọng lượng riêng của BT at phan γap = 22 kN/m3

o Chiều cao gối cầu và đá kê gối hg = 0,2 m

o Chiều cao dầm tính đến lớp phủ hd = 1.94 m

1.2 Số liệu mố

o Loại mố : Mố chữ U bằng BTCT

o Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt đầm chặt

o Mố gồm 6 cọc khoan nhồi đường kính D=1m chiều sâu dự kiến

Giá

trị

Đơn vị

Kớch thước theo phương dọc cầu

7 Chiều rộng tường tai a 7 1,300 m

10 Khoảng cách từ tim gối tới mép ngoài tường thân a 10 0,800

11 Kích thước đá kê gối theo phương dọc cầu a 11 1,000 m

17 Chiều cao mố (từ đáy bệ đến đỉnh tường đầu) b 5 8,500 m

20 Tổng chiều cao tường thân và tường đầu b 8 6,000 m

22 Chiều cao từ đỉnh mấu đỡ bản quá độ tới đỉnh gờ

Kích thước theo phương ngang cầu

1.3 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu mố

- Bêtông:

+ Cường độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày: f’c = 30 Mpa

+ Trọng lượng riêng của bê tông: γbt = 24,5 kN/m3

+ Mô đun đàn hồi E C = 0.043 γ 1.5c f 'C = E C = 0, 043.2450 1.5 30 = 28561,32Mpa

- Cốt thép:

+ Giới hạn chảy fy = 420 Mpa

+ Mô đun đàn hồi quy ớc Es = 200 000 Mpa

+ Tỷ số mô dung đàn hồi Es/Ec=200 000/28561,32=7,00

- Đất đắp:

+ Trọng lượng riêng của đất đắp: γs = 18 kN/m3

+ Góc ma sát trong của đất đắp: ϕ = 30o

+ Góc ma sát giữa đất và tường: δ = 0o

KẾT CẤU MỐ M1Cao độ đỉnh bệ 100,5m

II Yêu cầu tính toán

• Chọn và tớnh duyệt cỏc mặt cắt đặc trưng bao gồm :

+ Xác định sức chịu tải của cọc

+ Kiếm toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền

III xác định tảI trọng tác dụng lên kết cấu

Mố ở trờn MNTT và hầu như khụng ngập nước nờn khụng tớnh tải trọng va xụ tàu bố và ỏp lực đẩy nổi của nước Đất đắp sau mố sử dụng loại đất tốt, đầm chặt

- Áp lực ngang do hoạt tải chất thờm

- Tải trọng giú tỏc dụng lờn kết cấu

- Lực hóm xe (BR)

- Lực ma sỏt gối cầu (FR)

3.1 Tĩnh tải tác dụng :DC

3.1.1 Tĩnh tải tỏc động từ kết cấu phần trờn

Bảng tổng hợp tĩnh tải từ kết cấu phần trên truyền xuống mố:

Tĩnh tải của các bộ phân tác dung lên mố(TC) 2297,448 kN

Tĩnh tải của các bộ phân tác dung lên mố(TT) 2871,81 kN

3.1.2 Tĩnh tải từ kết cấu phần dới :

Các lực tác dụng lên mố bởi trọng lượng bản thân sẽ sinh ra mômen, lực dọc ,

lực cắt tại tiết diện tính toán

Mômen tại tiết diện cần tính :

M = P * eTrong đó : P: Các lực gây ra mômen tại tiết diện tính toán

e: Độ lệch tâm của tiết diện đặt lực so với TTH của mặt cắt cần tính.(Mômen mang dấu dương khi hướng về phía nền đờng, dấu âm khi hướng ra

phía sông)

-Xác định thể tích các bộ phận của mố:

4 Mấu đỡ bản quỏ độ Vmđ =(b11+a9/2)*a9*(c3-2*c1) 1.9 46.31

5 Tường cỏnh ( phần đuụi) Vtcd=(2b4+b3)*a5*c1 8.4 205.80

6 Tường cỏnh ( phần thõn) Vtct=2*(b2+ b3 + b4)*a2*c1 16.2 396.90

3.3 Hoạt tải tác dụng :

3.3.1 Hoạt tải xe ôtô trên kết cấu nhịp

 Với cầu có lòng đờng rộng B = 14000mm ta có :

 Đối với mố cầu trừ khi có quy định khác, ứng lực lớn nhất phải đợc lấy theo giá trị lớn hơn của các trờng hợp sau:

• Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế , hoặc

• Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi

nh trong Điều 3.6.1.2.2 tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế

 Đối với ngời đi bộ: Không xét do cầu không bố trí lề ngời đi

Sơ đồ xếp tải tính phản lực gối tác dụng lên mố do hoạt tải.

- Chiều dài nhịp tính toán Ltt = 25.4 m

Xét với gối di động lực hãm xe đợc xác định nh sau :

fmax = 0,03 Là hệ số ma sát giữa bê tông và gối cầu

N = 3328 kN Phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải không kể xung kích

3.4.1 Tải trọng của gió lên công trình ( WS ).

a Tải trọng gió ngang lên kết cấu nhịp và mố.

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

b : Chiều rộng toàn bộ cầu giữa các bề mặt lan can = 8000 mm

d : Chiều cao KCPT bao gồm cả lan can đặc = 2,44 mm

V : Vận tốc gió thiết kế đợc tính nh sau :

V = VB S

Với :

VB : Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện

100 năm thích hợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu ( m/s ) Giả thiết thiết kế tại vùng gió I (theo TCVN 2737-1995) ta có : VB = 38m/s

S : Hệ số điều chỉnh với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu Giả thiết thiết kế tại khu vực thông thoáng ta có : S = 1 = > V = VB S = 38.1 = 38 m/s

Bảng tải trọng gió ngang WS xét tới mặt cắt A-A

Kết

cấu ez At (m2) PD (kN) Mx (KNm) PD25 (kN) (KNm)Mx25

b Tải trọng gió dọc tác dụng lên kết cấu.

- Đối với mố, trụ, kết cấu phần trờn là giàn hay cỏc dạng kết cấu khỏc cú một

bề mặt cản giú lớn song song với tim dọc của kết cấu thỡ phải xột tải trọng giú dọc Vỡ vậy ở đõy ta khụng phải tớnh đến tải trọng giú dọc

3.4.2 Tải trọng gió tác dụng lên hoạt tải ( WL ).

a Tải trọng gió ngang tác dụng lên hoạt tải.

Tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 1.5 kN/m, tác dụng theo hớng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1.8m

b Tải trọng gió dọc tác dụng lên hoạt tải.

Tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0,75 kN/m tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1.8m so với mặt đờng

Do gối tại mố gối di động lờn khụng xột tải trọng giú dọc

WLngang =0

c Tải trọng gió thẳng đứng:

- Chỉ tớnh tải trọng này cho cỏc trạng thỏi giới hạn khụng liờn quan đến giú lờn hoạt

- Phải lấy tải trọng giú thẳng đứng PV tỏc dụng vào trọng tõm của diện tớch thớch

P V =0.00045.V 2 A V (KN)

Trong đú:

+ V: Tốc độ giú thiết kế = 38m/s + AV: Diện tớch phẳng mặt cầu 104(m2)

- Trị số tải trọng thẳng đứng PV :

P V = 66,83 kN

3.5 Nội lực do trọng lượng bản thân đất đắp

Chiều rộng mố chịu tỏc dụng của cỏc lớp (c5=c3-2.c1): c5 = 14(m)

Diện tớch tỏc dụng của cỏc lớp (Stđ=c5.(a1-a3-a4)): Stđ = 39,2(m2)

Trọng lượng riờng của lớp đất đắp sau mố: γđ = 18(KN/m3)

Bảng tính nội lực cho tiết diện A-A bởi trọnglợng đất đắp :

3.6.1 Tải trọng áp lực đất ngang sau mố

sau s 2 khc5

2

H γ

EH =

- Điểm đặt lực là tại 0,4H

Trong đó:

EHsau : áp lực đất ngang sau mố ( kN )

γs : Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất đắp ( kN )

H = Chiều cao tờng chắn mố ( m )

H1 = 8,3 m Chiều cao áp lực đất tác dụng tại tiết diện A-A

H2 = 6,3 m Chiều cao áp lực đất tác dụng tại tiết diện B-B

H3 =2,06 m Chiều cao áp lực đất tác dụng tại tiết diện C-C

- Đối với tường cú dịch chuyển, K lấy bằng hệ số Áp lực đất chủ động

) δ θ.sin(θ sin

) (θ sin k

k

S 2

S 2

δS: Góc ma sát giữa đất và tờng δS= 0

β : Góc của đất đắp với phơng nằm ngang : β = 0

ϕS : Góc nội ma sát hữu hiệu :ϕS = 30 o

θ : Góc của đất đắp sau tờng với phương thẳng đứng : θ = 90o

2

S

S S

S

β) ).sin(θ δ

sin(θ

β) ).sin(

δ sin(

− +

sin(90

) 0 ).sin(30 0

sin(30 1

2 o o o

o

0 o o

− +

+

= Γ

285 , 0 ) 0 sin(90 90

2,25.sin

) 0 (90 sin

o o 2

3.6.2 áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS

Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng tường chắn, tác dụng của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao h eq

áp lực ngang do hoạt tải sau mố tính theo công thức :

LS = k*heq*γs*H*c5

Vị trí hợp lực đặt tại 0,5H

Trong đó :

k = ka = 0,333heq Chiều cao lớp đất tương đương phụ thuôc vào chiều cao tường chắn (Bảng 3.11.6.2-1)

Chiều cao tường chắn

(H) Chiều cao lớp đất tương đương (heq)

Ngoài áp lực ngang LS nói trên , còn phải tính đến áp lực thẳng đứng (VS) do lớp

đất tương đương tác dụng tới mặt cắt A-A khi thiết kế mố Trị số VS được tính

2

LLIMCEBRPLLSELCường độ I Gn 1.75 1.00 0.00 0.00 1.00 0.5/1.2 GTG γSECường độ II Gn 0.00 1.00 1.40 0.00 1.00 0.5/1.2 GTG γSECường độ III Gn 1.35 1.00 0.40 1.00 1.00 0.5/1.2 GTG γSE

Đặc biệt Gn 0.50 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00

Sử dụng 1.00 1.00 1.00 0.30 1.00 1.00 1/1.20 GTG γSEMỏi chỉ có LL

, IM và CE

0 0.75 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00

2 - Bảng các hệ số tải trọng cho tĩnh tải : (Bảng 3.4.1.2)

Loại tải trọng Kí hiệu Hệ số tải trọng

Áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS 168,75 -531,56 Gió lên công trình Ngang cầu

Áp lực ngang do hoạt tải sau

B¶ng tæ hîp t¶i träng theo c¸c TTGH t¹i mÆt c¾t C-C øng víi hÖ sè max

độ II 0,90 - 0,90 - - 0,00 - - 202,53 68,66 - - -48,24 Cường

độ III 0,90 - 0,90 - - 1,35 - - 202,53 219,97 - - -204,09

Sử

dụng 1,00 - 1,00 - - 1,00 - - 225,03 188,37 - - -169,05

3.7.2.4 MÆt c¾t ch©n tường c¸nh

của đất (EH) a2/3)*0.5Qy=Ka*a2*a2*Gđ*(b5-b1- 129,98 1,03 134,31

2 hoạt tải sau

12078,3 6

16642,7 4

-Sö dông 1,00 1,00 1,00 6491,76- 9413,05- 1754,24- 1342,52

-3.7.2.5 MÆt c¾t ch©n E-E

(m3) (KN) (m) (KN.m) 1.Bệ mố V bm = b 1 *a 4 *c 2 24,00 432,00 -0,75 -324,00 2.Đất trước mố V s =b 12 *a 12 *c 3 /2 0,00 0,00 0,00 0,00

đất (EH) Qy=0.5*Ka * γ đ *h tb *a 5 *(h 1 +h 2 ) 86,32 1,24 106,84

2 hoạt tải sau mố

iV thiết kế và kiểm toán các mặt cắt

4.1 Nguyên tắc tính và bố trí cốt thép

4.1.1 Nguyên tắc chung

- Cốt thép đối với các mặt cắt đợc tính và bố trí để đảm bảo chịu đợc tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ I với 2 tổ hợp bất lợi :

+) Tổ hợp Ia bất lợi ra phía sông

+) Tổ hợp Ib bất lợi về phía đường

- Đối với mặt cắt IV-IV thì ta chỉ bố trí cốt thép chịu tải trọng theo phương ngang cầu

4.1.2 Công thức kiểm tra điều kiện làm việc của mặt cắt

- Do các mặt cắt chịu nén uốn đồng thời theo 2 phơng do đó trớc khi tính toán và

bố trí cốt thép thì ta phải kiểm tra điều kiện làm việc của mặt cắt để áp dụng các

đúng các công thức kiểm toán

+) Nếu lực nén dọc trục Pu > 0,1 ϕ.fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức :

O ry

rx

1 1 1 1

ϕ

− +

=

Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy

+) Nếu lực nén dọc trục Pu < 0,1 ϕ.fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức :

0 , 1

≤

+

ry

uy rx

ux

M

M M

M

Trong đó :

+) ϕ: Hệ số sức kháng với cấu kiện chịu nén dọc trục , ϕ= 0,75

+) Pu : Lực nén tính toán trong mặt cắt dầm chủ

+) Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt

+) Mux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương x

+) Muy : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương y

+) Mrx : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phương x

+) Mry : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phương y

+) Prx : Sức kháng nén tính toán theo phương x (khi chỉ xét độ lệch tâm ey)+) Pry : Sức kháng nén tính toán theo phương y (khi chỉ xét độ lệch tâm ex)

+) Prxy : Sức kháng nén tính toán theo 2 phương.

4.1.3 Tính toán và bố trí cốt thép chịu mômen uốn

- Cốt thép tại các mặt cắt đợc bố trí theo cấu tạo sau đó kiểm tra khả năng chịu lực của mặt cắt Nếu không đạt thì ta phải bố trí lại cốt thép

- Xác định chiều cao vùng chịu nén theo công thức của mặt cắt chữ nhật ta có :

b f

f A f A a

C

Y S Y S

85 , 0

a

cm

- Kiểm tra hàm lượng thép tối đa : < 0 , 42

S d c

- Tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt theo công thức của mặt cắt chữ nhật

) 2 ' (

'.

) 2 (

á

a d f A

a d f A

M n = S Y S − − S Y S − T.m

- Mômen kháng uốn tính toán của mặt cắt :

Mr = ϕ.Mn Với : J: Hệ số sức kháng , với kết cấu BTCT không DƯL lấy : ϕ=0,9

- Công thức kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu

+) Kiểm tra theo cường độ : 1 , 33

max

>

TT r M M

+) Kiểm tra hàm lượng thép :

y

c

f

f P

' min ≥ 0 , 03Trong đó :

+) fc : Cờng độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày ,

fc = 30 Mpa = 0,30 T/cm2 ứng với bê tông cấp 30 Mpa+) fy : Giới hạn bền của thép : fy = 420 Mpa = 4,2 T/cm2

+) pmin : hàm lượng cốt thép chịu kéo bố trí

Với : AS : Diện tích cốt thép chịu kéo bố trí

Ag : Tiết diện nguyên của mặt cắt

4.1.4 Kiểm toán khả năng chịu cắt của mặt cắt

+) ϕ : Hệ số sức kháng cắt được xác định theo quy định trong bảng 5.5.2.2-1,

ϕ = 0.9 (với kết cấu BTCT thông thường)+) Vn : Sức kháng cắt danh định được xác định theo quy định của điều 5.8.3.2

=

=

p v v

' c n2

p s c n1 n

V d b 0.25f V

V V V V min V

d f A

V v y v

s

α α

+) β: Hệ số chỉ khả năng bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo đợc quy định trong điều 5.8.3.4 , lấy β = 2

+) θ: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo đợc xác định trong điều 5.8.3.4

Lấy θ = 45o+) α: Góc nghiêng của cốt thép đai đối với trục dọc (độ) Nếu cốt đai thẳng

đứng, α = 900

+) Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm2)

+) VP : Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu trên hướng lực cắt tác dụng,

là dương nếu ngược chiều lực cắt (N) Với kết cấu BTCT thường VP = 0

4.1.5 Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt.

- Sử dụng tải trọng được tổ hợp theo TTGH sử dụng, tức là tải trọng tiêu chuẩn