Đồ án Cầu BTCT UST bán lắp ghép chữ I Cầu BTCT UST lắp ghép chữ T

Phương án 1: Với khẩu độ tỉnh không của cầu là L0 =116m, ta đưa ra giải pháp kết cấu nhịpgồm nhịp 5×24.5=122.5m, cầu dầm bê tông cốt thép ƯST lắp ghép chữ T nhịp giảnđơn, vật liệu là bê

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

Đề tài: THIẾT KẾ CẦU QUA SÔNG 13

I.Các số liệu ban đầu

1 Đặc điểm khu vực xây dựng cầu

1.1 Địa hình

Khu vực ven sông khá bằng phẳng, mặt cắt ngang sông không đối xứng

1.2 Địa chất:

Trong quá trình khảo sát đã tiến hành khoan thăm dò địa chất khu vực công trình

đi qua có đặc điểm sau:

1.4 Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công:

Nguồn nhân công lao động khá đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công đúng tiến

độ công việc Các vật liệu địa phương (đá, cát ) có thể tận dụng trong quá trình thi công

2 Quy mô, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng:

- Quy mô: cầu được xây dựng với quy mô vĩnh cửu

- Tải trọng thiết kế: Tải trọng HL93; đoàn người 4,2KN/m2

- Khổ độ cầu: ∑Lo=116m

- Khổ cầu: K = 10.5 + 2 × 0.75 m

- Sông thông thuyền cấp: Cấp V

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22 TCN 272 – 05

II Đề xuất các phương án vượt sông

1 Đề xuất các giải pháp kết cấu:

Từ các số liệu thiết kế ban đầu, kết hợp việc đánh giá, phân tích các điều kiệnnhư: điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn, khí hậu,…ta có thể đề xuất một số phương

án vượt cầu như sau:

- Phương án 1: Cầu BTCT bán lắp ghép chữ I nhịp giản đơn: 3×41=123m

- Phương án 2: Cầu BTCT ƯST lắp ghép chữ T nhịp giản đơn: 5×24.5=122.5m

2 Phân tích các phương án thiết kế sơ bộ:

Nói chung thì các phương án đã đưa ra đều có tính khả thi và mỗi phương ánđều có một số đặc điểm riêng

Phương án 1:

Với khẩu độ tỉnh không của cầu là L0 =116m, ta đưa ra giải pháp kết cấu nhịpgồm nhịp 5×24.5=122.5m, cầu dầm bê tông cốt thép ƯST lắp ghép chữ T nhịp giảnđơn, vật liệu là bê tông cốt thép dự ứng lực, dầm chữ T được đúc sẵn thi công lắpghép, tốc độ thi công công trình nhanh, dầm có độ cứng chống xoắn cao nên tải trọngtác dụng lên dầm sẽ phân bố nhiều hơn cho các dầm lân cận Do tiết diện hình hộp nênchống uốn và chống xoắn tốt khi thi công Nhược điểm của dầm chữ T là do cánh dầmrộng nên khi áp dụng cho các cầu đường cong, siêu cao cần phải xử lý bề rộng cánh,tránh tạo bề mặt cầu quá dày; kết cấu bê tông dầm có thành mỏng nên đòi hỏi cao vềcông tác quản lý chất lượng

Phương án 2 :

Với khẩu độ tỉnh không của cầu là L0 =116m, ta đưa ra giải pháp kết cấu nhịpgồm nhịp 3×41=123m, cầu dầm bê tông cốt thép ƯST bán lắp ghép chữ I nhịp giảnđơn, vật liệu là bê tông cốt thép dự ứng lực, dầm chữ I được chế tạo sẵn thi công lắpghép với bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ để tạo ra tiết diện cùng chịu lực So với dầmchữ T, khả năng chịu xoắn của dầm chữ I kém hơn, khi thi công bản mặt cầu phải làmván khuôn khó hơn nhưng chế tạo dầm ngang đơn giản và chi phí lại rẻ hơn nhiều sovới dầm chữ T

2 Kiểm tra phương án để thiết kế sơ bộ (2 phương án):

* Phương án 1:

Kiểm tra theo điều kiện:

%5

%100

- Mặt cắt ngang có 6 dầm chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m

- Chân đế lan can tay vịn và dải phân cách bằng BTCT, đáp ứng yêu cầu về mặt mỹ quan

- Gối cầu sử dụng gối cao su cốt bản thép

- Bố trí các lỗ thoát nước Φ =100 bằng ống nhựa PVC

- Các lớp mặt cầu gồm:

+ Lớp BTN hạt mịn dày 7 cm tạo mui luyện 2% để tạo độ dốc dọc nước chảy của bản mặt cầu có thể được tiến hành bằng việc cho chênh gối của các dầm T kê lên trụ hoặc

mố mà không cần tạo độ chênh ngay trên bản mặt cầu

+ Lớp mui luyện dày 13 cm ở giữa MCN cầu để tạo độ dốc ngang

* Phương án 2:

 Khẩu độ cầu:

Kiểm tra theo điều kiện:

%5

%100

- Mặt cắt ngang có 6 dầm chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m.

- Chân đế lan can tay vịn và dải phân cách bằng BTCT, đáp ứng yêu cầu về mặt mỹ quan

- Gối cầu sử dụng gối cao su cốt bản thép

- Bố trí các lỗ thoát nước Φ =100 bằng ống nhựa PVC

- Các lớp mặt cầu gồm:

+ Lớp BTN hạt mịn dày 7 cm tạo mui luyện 2% để tạo độ dốc dọc nước chảy của bản mặt cầu có thể được tiến hành bằng việc cho chênh gối của các dầm T kê lên trụ hoặc

mố mà không cần tạo độ chênh ngay trên bản mặt cầu

+ Lớp mui luyện dày 13 cm ở giữa MCN cầu để tạo độ dốc ngang

+ Lớp phòng nước 0.4cm

 Kết cấu mố trụ:

- Kết cấu mố: Hai mố chữ U bằng BTCT có f’c = 30Mpa, bản quá độ đầu cầu bằng

CHƯƠNG II PHƯƠNG ÁN I: CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ƯST LẮP GHÉP CHỮ I

NHỊP GIẢN ĐƠN 3x41=123 m

Chiều rộng phần xe chạy 10,5 m

Chiều rộng phần người đi bộ T= 2x0,75 m

Chọn dạng bố trí phần người đi bộ cùng mức với phần xe chạy, dùng dải phân cáchcứng rộng 25 cm

Chiều rộng dầm bo cột lan can rộng 25cm

Chiều dày các lớp còn lại chọn như sau:

+ Lớp phòng nước chọn 0.4 cm (dùng redcon 7)

+ Lớp bêtông nhựa dày 7 cm (bt atphan mac 15)

+ Lớp mui luyện dày 13 cm ở giữa MCN cầu để tạo độ dốc ngang

Để tạo độ dốc dọc nước chảy 2% của bản mặt cầu có thể được tiến hành bằng việc cho chênh gối của các dầm T kê lên trụ hoặc mố mà không cần tạo độ chênh ngaytrên bản mặt cầu.

b Tính toán các thông số sơ bộ

- Dung trọng của vữa xi măng là 15 kN/m3

- Dung trọng của lớp phòng nước là 22 kN/m3

- Dung trọng của bê tông xi măng là 24 kN/m3

- Dung trọng của bê tông nhựa là 22,5 kN/m3

- Dung trọng của cốt thép là 78,5 K/m3

2.1 Tính toán trọng lượng các bộ phận cầu

2.1.1 Tính toán trọng lượng bản mặt cầu

- Thể tích lớp bê tông nhựa: Vas= 0,07.11.41=31,57 m3

- Trọng lượng lớp bê tông nhựa: Gas= Vas.22,5 = 31,57.22,5=710,325 (kN)

Thể tích bê tông trong bản mặt cầu Vbt= 110,7-2,115=108,585 (m3)

Trọng lượng bê tông trong bản mặt cầu : Gbt=108,585.24=2606,04(kN)

Vậy trọng lượng toàn bản mặt cầu là Gb= Gct+Gbt = 166,05+2606,04=2772,09 (kN)

Chọn khoảng cách giữa 2 trụ lan can là 2m, sơ bộ thì nhịp 41m ta có 21 trụKích thước lan can, tay vịn, gờ chắn bánh xe cho như hình vẽ:

- Chiều rộng phần người đi bộ: T = 0,75 m

- Chọn dạng bố trí phần người đi bộ cùng mức với phần xe chạy, dùng dải phân cách cứng rộng 25 cm

- Chiều rộng dầm bo cột lan can rộng 25cm

- Chiều rộng toàn cầu được xác định theo công thức:

Chi tiết kích thước dầm chủ như hình vẽ:

Mặt cắt tại giữa nhịp Mặt cắt tại gối

* Theo thống kê thì hàm lượng cốt thép thường trong dầm là 2,5÷3 (kN/m3)

Từ đó suy ra trọng lượng cốt thép trong dầm là: Gsg= 2,5.28,2224 = 70,56 (kN)

Dầm ngang được bố trí tại 3 vị trí: 2 dầm ngang đầu dầm và 1 dầm ngang ở chính giữa dầm.

a Dầm ngang ở giữa nhịp: Số lượng dầm ngang: N= Nb-1= 5 dầm

- Kích thước dầm ngang như hình vẽ:

+ Chiều cao dầm ngang: hdn=hdc-60= 1540 mm

+ Chiều dày dầm ngang: d= 20mm

* Theo thống kê thì hàm lượng cốt thép thường trong dầm là 2,5÷3 (kN/m3)

Từ đó suy ra trọng lượng cốt thép trong dầm là: Gsg=2,5.9,783= 24,46 (kN)

Theo mặt cắt ngang số lượng tấm đan được bố trí : n=5 tấm, chiều dài mỗi tấm

là 1,2 m Để thuận tiện cho việc thi công và cẩu lắp ta chế tạo thành nhiều tấm nhỏ, mỗi tấm có kích thước: 1,2x1,0 (m) và có bề dày 8cm

Số lượng tấm đan được bố trí trên 1 nhịp 41 m là: N=5*41=205 tấm

Tiết diện mặt cắt ngang của tấm đan:

Thể tích 1 tấm đan: V= 1,6.0,06.1= 0,096 m3

Khối lượng 1 tấm đan: G= 24.0,096= 2,304 kN

Tổng khối lượng của tất cả tấm đan trên 1 nhịp là:

G= 2,304.205= 472,32 kN

Bảng Tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần trên của 1 nhịp 3*41m

ST

1 Lan can, tay vịn, gờ chắn bánh xe 2 (hàng) 502,26

Trọng lượng cốt thép trong mố: Gmố= 131,735 1 = 131,735 kN

Thể tích thép trong mố: VCTmố = 131,735 /78,5 = 1,678 m3

Thể tích bê tông trong mố: VBTmố= 131,735 – 1,678 = 130,057 m3

Trọng lượng bê tông trong mố: GBTmố= 130,057.24 = 3121,368 kN

=> Trọng lượng của mố: GmốA= GCTmố+GBTmố= 131,735 + 3121,368 = 3253,103 kN

 Tính khối lượng mố B như sau:

Thể tích bê tông trong mố: VBTmố= 155,39 – 1,98 = 153,41 m3

Trọng lượng bê tông trong mố: GBTmố= 153,41.24 = 3681,84 kN

=> Trọng lượng của mố: GmốB= GCTmố+GBTmố= 155,39 + 3681,84 = 3837,23 kN

2.2.2 Trụ cầu

Chọn loại trụ thân hẹp để dễ thoát nước và tránh va đập do cây trôi

Chọn kích thước ban đầu trụ như theo hình vẽ sau:

2.2.2.1 Trụ biên trái (9,2m):

- Phần bệ trụ: V1= 3.1,5.10,6 = 47,7 m3

- Phần thân trụ: V2= 1,4.6.8,4 + 3,14.0,62.6 = 77,34 m3

- Phần đỉnh trụ: V3= 1,5.1,8.13 – 1,7.0,9.1,8 = 32,346 m3

- Phần đá kê gối: V4= 1,3.0,2.1.5 = 1,3 m3

=> Tổng cộng thể tích 1 trụ bên trái: Vtrụbiêntr= ∑Vi= 158,686 m3

Hàm lượng cốt thép trong trụ là khoảng 1 kN/m3

Hàm lượng cốt thép trong trụ: Gcttrụ= 158,686 1 = 158,686 kN

Thể tích cốt thép trong trụ: Vcttrụ= 158,686 /78,5 = 2,02 m3

Thể tích bê tông trong trụ: Vbttrụ=158,686 – 2,02 =156,666 m3

Trọng lượng bê tông trụ: Gbttrụ= 156,666.24 = 3759,984 kN

=> Trọng lượng trụ biên bên trái:

Gtrụbiêntr= 158,686 + 3759,984 = 3918,67 kN

2.2.2.2 Trụ biên phải (9,7m)

- Phần bệ trụ: V1= 3.1,5.10,6 = 47,7 m3

- Phần thân trụ: V2= 1,4.6,5.8,4 + 3,14.0,62.6,5 = 83,79 m3

- Phần đỉnh trụ: V3= 1,5.1,8.13 – 1,7.0,9.1,8 = 32,346 m3

- Phần đá kê gối: V4= 1,3.0,2.1.5 = 1,3 m3

=> Tổng cộng thể tích 1 trụ bên phải: Vtrụbiênph= ∑Vi= 165,136 m3

Hàm lượng cốt thép trong trụ là khoảng 1 kN/m3

Hàm lượng cốt thép trong trụ: Gcttrụ= 165,136 1 = 136,314 kN

Thể tích cốt thép trong trụ: Vcttrụ= 165,136 /78,5 = 2,014 m3

Thể tích bê tông trong trụ: Vbttrụ=165,136 – 2,014 =163,122 m3

Trọng lượng bê tông trụ: Gbttrụ= 163,122.24 = 3914,928 kN

=> Trọng lượng trụ biên bên phải:

Gtrụbiênph= 165,136 + 3914,928 = 4080,064 kN

Bảng tổng kết khối lượng cho kết cấu phần dưới

2.3 Tính toán số lượng cọc trong mố và trụ cầu

2.3.1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu

Ta có chiều dài tính toán của nhịp: Ltt= Lnhịp – 2a = 41 – 2.0,35 = 40,3 m

Suy ra: ω = 20,15 m:Tổng diện tích đah áp lực lên mố

PL = 4,2 KN/m2 : Tải trọng người đi

2.T = 2.0,75 m : Tổng bề rộng phần dành cho người đi bộ

+ Xét xe tải thiết kế 3 trục:

Như vậy, ta chọn xe tải 3 trục thiết kế để tính toán

Bảng áp lực đặt lên hai mố cầu

2.3.1.2 Xét trụ cầu

Các tải trọng tác dụng lên trụ (theo TTGH cường độ 1):

Rtrụ = Rbt + Rht +Rkcn

Trong đó:

Rbt là trọng lượng bản thân của trụ Rbt = 1,25.Gtrụ

Rkcn là áp lực tĩnh tải ở phần trên tác dụng lên trụ

PL = 4,2 KN/m2 : Tải trọng người đi

2.T = 2.0,75 m : Tổng bề rộng phần dành cho người đi bộ

Trong trường hợp này, việc xếp xe sẽ được tiến hành đối với từng trụ một, đối vớitừng loại xe một để xét trường hợp bất lợi Hơn nữa, để tính phản lực gối phải tổ hợp

xe theo một cách nữa như sau:

“ Lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15000 mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, khoảng cách giữa các trục 145 kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm”( mục 3.6.1.3.1 qui trình 22TCN272-05)

Hình vẽ xếp xe và các kết quả tính toán được cho ở bên dưới:

TH1 :

TH2:

II Tính số lượng cọc trong bệ mố, trụ:

1 Xác định sức chịu tải tính toán của cọc:

Sử dụng cọc đóng bằng BTCT TD 35x35cm Chiều dài cọc dự kiến là 20,5 m Phầnngàm vào đài cọc dài 30cm, đoạn đập đầu cọc dài 20cm, vậy phần cọc cắm vào đất là20m

Cọc trong móng có thể phá hoại do một trong hai nguyên nhân sau:

- Bản thân cường độ vật liệu làm cọc bị phá hoại

- Đất nền không đủ sức chịu tải

Do vậy khi thiết kế cần phải xác định cả hai trị số về sức chịu tải của cọc Sức chịutải của cọc theo cường độ vật liện (Pr) và sức chịu tải theo cường độ đất nền (Qr).Sức chịu tải tính toán của cọc được lấy như sau:

- Bản thân cường độ vật liệu làm cọc bị phá hoại

- Đất nền không đủ sức chịu tải

Do vậy khi thiết kế cần phải xác định cả hai trị số về sức chịu tải của cọc Sứcchịu tải của cọc theo cường độ vật liện (Pr) và sức chịu tải theo cường độ đất nền (Qr).Sức chịu tải tính toán của cọc được lấy như sau:

Ptt= min{P , r Q r}

1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu: [mục 5.7.4.4, trang 37, 22TCN272- 05]:

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc được xác định theo công thức :

1.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

Giả thiết lực ma sát quanh thân cọc phân bố đều theo chiều sâu trong phạm vimỗi lớp đất và phản lực ở mũi cọc phân bố đều trên tiết diện ngang của cọc Sức chịutải của cọc được xác định theo công thức:

Pdn = 0,71.m.(α1.u.∑τili+α2.R.F)

Trong đó: m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong dất, lấy m=1

α1; α2: hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến ma sát giữa đất với cọc và sức chịu tải của đất ở mũi cọc, chọn phương pháp hạ cọc bằng cách đóng cọc đặc bằngbúa Diesel nên α1=1; α2= 0,9

F: Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc; F = 0.1225m2

R: cường độ giới hạn trung bình của lớp đất ở mũi cọc, tra bảng phụ lục 3.3 trang 253 sách Nền móng, R= 480 (T/m2)

U: chu vi tiết diện ngang thân cọc u = 1,4m

fi: ma sát giữa cọc và đất

Cọc tiết diện 35x35cm, chiều dài l = 20m, đóng xuyên qua các lớp:

- Lớp 1: Sét dẻo, giả sử lớp này có độ sệt B=0,5;

- Dựa vào các số liệu ta có bảng xác định fi và R như sau:

Lớp đất Li (m) zi (m) Trạngthái (T/mτi 2)

τi li

(T/m) z (m)

R(T/m2)

3.2.Tính toán số lượng cọc ở mố và trụ cầu:

Xác định số lượng cọc ở trụ và mố theo công thức:

n =

Trong đó β : hệ số kể đến tải trọng ngang và mômen

- β=1.6 đối với mố và β=1.5 đối với trụ

CHƯƠNG III: PHƯƠNG ÁN 2: CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ƯST LẮP

GHÉP CHỮ T NHỊP GIẢN ĐƠN 5x24,5 = 122,5m

1 Nhịp 24,5m

1.1 Bản mặt cầu:

1.1.1 Số liệu chọn

-Theo 22TCN272 - 05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn 175

mm (không kể lớp hao mòn) - điều 9.7.1.1 Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêmlớp hao mòn 15mm Đối với bản hẫng của dầm ngoài cùng, chiều dày bản phải cộngthêm 25mm - điều 13.7.3.5.1.Từ những điều trên ta chọn chiều dày bản là 200mm.Chiều dày các lớp còn lại chọn như sau:

+ Lớp phòng nước chọn 0.4 cm (dùng redcon 7)

+ Lớp bêtông nhựa dày 7 cm (bt atphan mac 15)

+ Lớp mui luyện dày 13 cm ở giữa MCN cầu để tạo độ dốc ngang

Để tạo độ dốc dọc nước chảy 2% của bản mặt cầu có thể được tiến hành bằng việc chochênh gối của các dầm T kê lên trụ hoặc mố mà không cần tạo độ chênh ngay trên bảnmặt cầu

1.1.2 Tính toán các thông số sơ bộ

+ Dung trọng của bêtông ximăng là 2.4 T/m 3

+ Dung trọng của bêtông nhựa là 2.25 T/m 3

+ Dung trọng của cốt thép là 7.85 T/m 3

+ Thể tích của lớp BT nhựa Vas=Apmc ×24 = 11.5×0.07×24,5 = 19,723m 3

+ Khối lượng lớp BT nhựa Gas=Vas×2.25 = 19.723×2.25 = 44,377 T.

+ Khối lượng lớp phòng nước dày 0.4cm: 0.004×24,5×13,5×1.5 = 1.98T.

+ Khối lượng lớp tạo độ dốc 2% :2×0.5×6.5×6.5.0.02×24,5×2.2 = 45,55T.

=>Khối lượng lớp phủ mặt cầu :91,907T.

1.2 Lan can :

Vì không có dãi phân cách nên ta thiết kế lan can tay vịn cứng có khả năng chốnglại lực va của xe, các thông số kỹ thuật cho như trên hình vẽ:

+Với diện tích phần bệ Ab = 500×500 - = 174500mm 2, liên tục 2 bên cầu

+Diện tích phần trụ :At= 60000mm 2,các trụ cách nhau 2m, tổng số lượng là 13 trụ.+Thể tích bê tông Vcp=0,1745×24,5×2+0.65×0,1×13×2 =

10,24m 3

+Hàm lượng cốt thép trong lan can chiếm kp = 1.5 %

+Ta có thể tích cốt thép trong lan can :

Vsp = Vp.kp = 10,24×1,5% = 0,154m3

+Khối lượng cốt thép trong lan can là:

Gsp = Vsp.γs = 0,154×7.85 = 1,21 T

+Thể tích BT trong lan can:Vcp= Vcp – Vsp = 10,24 – 0,154 = 10,086m 3

+Khối lượng BT trong lan can: Gcp = Vcp.γc = 10,86×2,4 = 24,21T.

+Vậy, khối lượng toàn bộ lan can là: G p = G sp + G cp = 1,21 + 24,21 =25,42T.

+ Với khổ cầu 10,5+ 2×0,75, ta có bề rộngcầu:

+ Diện tích mặt cắt ngang ở giữa dầm: 0,82 m2

+ Diện tích mặt cắt ngang ở đầu dầm: 1,06 m2

+ Thể tích bê tông trong dầm chính: Vcg= Vg – Vsg = 21,05 – 0,805 = 20,245 m3

+ Khối lượng bê tông trong dầm chính: Gcg= Vsg.γc= 20,245.2,4 = 48,588T

+ Khối lượng toàn bộ bê tông trong dầm chính:

1.4.2 Tính toán thông số sơ bộ

Các thông số dầm ngang được thể hiện ở hình trên: