chương xii thiết kế mố cầu

ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo CHƯƠNG XII THIẾT KẾ MỐ CẦU 12.1 GIỚI THIỆU CHUNG − Loại mố thiết kế: Mố đặc chữ U BTCT không DƯL − Tên mố tính toán: M0 − Quy trình thiết kế: TCN 272-05 − Hoạt tải thiết kế: Tổ hợp xe HL93 + Hoạt tải người 12.1.1 Kích thước hình học mố − Số gối mố thiết kế: N= (gối) − Chiều cao gối thiết kế : hg = 270 (mm) − KC gối theo PNC: S= 4200 (mm) − KC từ gối đến mép tường mố − Số xe thiết kế: : n= ag = 650 (làn) (mm) Các kí hiệu kích thước mố : Bdm Bcm Bc1 Bc2 Hdm Htm Hcm Hc1 Btm Bm Hm 13200 Hm Htm Htt Hc2 Hc3 Hcm ag Ltm Lm Hình 12.1: Các kích thước mố cầu Các kích thước bản: Bộ phận Bề dày tường đỉnh Chiều cao tường đỉnh Chiều dài thân mố Bề rộng thân mố Chiều cao thân mố Bề dày cánh mố Bề rộng cánh mố (1) SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Ký hiệu Bdm Hdm Ltm Btm Htm Tcm Bc1 Giá trò 600 2526 11000 1800 3070 500 2500 Đơn vò mm mm mm mm mm mm mm Trang : 147 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Bề rộng cánh mố (2) Bc2 2000 Bề rộng toàn cánh mố Bcm 4500 Chiều cao cánh mố (1) Hc1 2000 Chiều cao cánh mố (2) Hc2 3130 Chiều cao cánh mố (3) Hc3 490 Chiều cao toàn cánh mố Hcm 5620 Bề rộng móng mố Bm 7500 Chiều cao móng mố Hm 2000 Chiều dài móng mố Lm 11000 Cao độ đỉnh bệ móng CĐĐB +10.18 Cao độ đáy bệ trụ CĐDB +8.18 Chiều cao đất đắp trước mố Hdf 1500 Chiều cao đất đắp nón mố Hnm 5140 (Chiều cao đất đắp tính từ đỉnh bệ mố) MẶT ĐỨNG MỐ PHƯƠNG NGANG CẦU MẶT ĐỨNG MỐ PHƯƠNG DỌC CẦU TỶ LỆ : 1/100 TỶ LỆ : 1/100 1.5% 9500 2000 2500 1800 3200 50 3020 7620 7620 1500 4000 11000 4000 1500 2000 2000 2000 8690 2000 5020 3070 8690 50 3130 1900 650 2% 200 1500 300 1900 2% 3500 490 11000 2250 1.5% 3500 100 1620 300 1500 200 650 720 mm mm mm mm mm mm mm mm mm m m mm mm 1500 4500 7500 1500 Hình 12.2: Kích thước hình học trụ T2 Mặt cắt cần kiểm toán SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 148 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo A B C C D D F F A B Hình 12.3: Mặt cắt tính toán trụ cầu − Mặt cắt A-A: Tường cánh (phần thân) − Mặt cắt B-B: Tường cánh (phần đuôi) − Mặt cắt C-C: Đáy tường đỉnh − Mặt cắt D-D: Tường thân − Mặt cắt F-F: Đáy bệ 12.1.2 Vật liệu sử dụng − Cường độ chòu nén bêtông: fc' = 35 MPa − Khối lượng riêng bêtông: γ = 2500 KG / m − Môđun đàn hồi bêtông: E c = 0.043 × 25001,5 × 35 = 31799 MPa − Cường độ chảy dẻo cốt thép: fy = 400 MPa − Modun đàn hồi E c = 200000 MPa 12.1.3 Các thông số đất đắp Trọng lượng riêng đất đắp: γs = 1800 (kG/m3) Góc ma sát đất đắp: φ= 350 Góc ma sát đất tường: δ= 240 12.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ VÀ NỘI LỰC Tại vò trí gối có lực tồn theo phương vuông góc tác dụng: − Lực theo phương dọc cầu: H x − Lực theo phương ngang cầu: H y SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 149 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng − GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Lực theo phương đứng: V 12.2.1 Tónh tải 1.000 12.2.3.1 Kết cấu phần trên: 51000 76000 84000 76000 51000 Tónh tải kết cấu phần tác dụng xuống trụ T2 bao gồm:  Trọng lượng thân dầm hộp: 1/2 đốt hợp long biên: DC1/ 2b = 181.7 kN Đoạn đà giáo : DCdgiao = 3229 kN Vậy tónh tải thân dầm hộp truyền xuống trụ : DC = DC1/2b + DCdgiao = 182 + 3229 = 3411 kN  Trọng lượng lớp phủ mặt cầu q DW = 22.348 + 0.5 = 22.848 kN m DW = 22.848 × 17 = 388 kN  Trọng lượng hệ lan can - mặt cầu - bó vỉa: q DC2 = × ( 4.875 + 1.5 + 3.25 + 0.387 ) = 20.024 kN m DC2 = 20.204 × 17 = 343.5 kN Bảng nội lực mặt cắt tải trọng kết cấu phần TT Tải trọng Pz (N) DC DW 3754500 388000 Mặt cắt F-F Mặt cắt D-D e (mm) Mx (N.mm) e (mm) My (N.mm) 0 0 350 350 1314075000 135800000 12.2.3.2 Kết cấu phần Trọng lượng gối cầu: xét mố M0 gồm gối (1 gối cố đònh gối di động phương)  Khối lượng gối cầu này: Pgc = × ( 0.028 × 0.5 × 0.6 × 78.5 + 0.071× 0.5 × 0.6 × 18 ) = 2.08 kN  Trọng lượng đá kê gối SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 150 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Pdk = × ( 0.15 × 0.7 × 0.8 × 25 ) = 4.2 kN  Trọng lượng tường đỉnh Vtd = 2.55 × 0.6 × 11 = 16.83 m Ptd = 16.83 × 25 = 420.75 kN = 420750 N  Mấu đỡ độ: Vmau = 0.27 + 0.60 × 0.3 × ( 11 − × 0.5 ) = 1.42245m Pmau = 1.42245 × 25 = 35.561 kN = 35561 N  Trọng lượng tường cánh (phần đuôi)  3.130 + 5.216  Vtcd = × 0.5 ×  × ÷ = 8.346m   Ptcd = 8.346 × 25 = 208.65 kN = 208650 N  Trọng lượng tường cánh (phần thân)  5.216 + 5.323  Vtct = × 0.5 ×  × 2.5 ÷ = 13.17375m3   Ptct = 13.17375 × 25 = 329.344 kN = 329344 N  Trọng lượng tường thân Vtt = 3.07 × 1.8 × 11 = 60.786 m Ptt = 60.786 × 25 = 1519.65 kN = 1519650 N  Trọng lượng tường tai Vtai = × 0.20 + 0.37 × 1.9 × 1.15 = 1.24545 m3 Ptai = 1.24545 × 25 = 31.136 kN = 31136 N  Trọng lượng bệ mố: Vbm = 7.5 × 2.0 × 11 = 165 m Pbm = 165 × 25 = 4125 kN = 4125000 N  Tổng phản lực không hệ số trọng lượng thân: Pbt = Pbm + Ptai + Ptt + Ptct + Ptcd + Pmau + Ptd + Pgc + Pkg = 4125 + 31.2 + 1520 + 329.4 + 208.7 + 35.6 + 420.8 + 2.1 + 4.2 = 6677 kN = 6677000 N SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 151 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Tónh tải trọng lượng thân mố gây lực thẳng đứng P z, mô men My tuỳ theo khoảng cách trọng tâm phần so với trọng tâm mặt cắt tính toán mặt cắt C-C, D-D, F-F Bảng tính nội lực cho tiết diện F-F trọng lượng thân Kết cấu Bệ mố Tường thân Tường tai Tường đỉnh Mấu đỡ độ Tường cánh (đuôi) Tường cánh (phần thân) Đá kê gối Gối kê Tổng cộng Tiết diện F-F Pz(N) e (mm) My(N.mm) 4125000 1519650 31136 420750 35561 208650 329344 4200 2080 350 -75 950 1419 4667 2483 0 531877500 -2335200 399712500 50461059 973769550 817761152 0 6676371 2771246561 Bảng tính nội lực cho tiết diện D-D trọng lượng thân Kết cấu Tiết diện D-D Pz(N) e (mm) My(N.mm) Tường thân Tường đỉnh Mấu đỡ độ Đá kê gối Gối kê 1519650 420750 35561 4200 2080 600 1069 -350 -350 252450000 38014709 -1470000 -728000 Tổng cộng 1982241 288266709 Bảng tính nội lực cho tiết diện C-C trọng lượng thân Kết cấu Mấu đỡ độ Tường đỉnh Tổng cộng Tiết diện C-C Pz(N) 35561 420750 e (mm) 469 456311 M(N.mm) 16678109 16678109 12.2.2 Lực ly tâm Do ta thiết kế mố cầu thẳng nên lực ly tâm SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 152 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo 12.2.3 Tải trọng gió Tốc độ gió thiết kế tính công thức: V = VB × S Trong đó: VB : Tốc độ gió giật giây với chu kỳ xuất 100 năm thích hợp với vùng tính gió có đặt cầu nghiên cứu, quy đònh bảng 3.8.1.11 Ta chọn vùng tính gió vùng I nên có VB1 = 38m / s , đồng thời ta phải tính tải trọng gió tác dụng vào công trình có VB2 = 25m / s để kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ III sử dụng S : Hệ số điều chỉnh khu đất chòu gió độ cao mặt cầu theo quy đònh bảng 3.8.1.1.2 Ta có độ cao mặt cầu cách mặt nước 10m khu vực thông thoáng nên S = 1.14 Do đó: V1 = VB1 × S = 38 × 1.14 = 43.32m / s V2 = VB2 S = 25 × 1.14 = 28.5m / s Hình 12.4: Sơ đồ tác động tải trọng gió 12.2.3.1 Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu  Đối với tải trọng gió ngang SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 153 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Tải trọng gió ngang PD lấy theo chiều tác dụng nằm ngang đặt trọng tâm phần diện tích thích hợp: PD = 0.0006 × V × A t × Cd ≥ 1.8 × A t Trong đó: At : Diện tích kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang Cd : Hệ số cản quy đònh A3.8.1.2.1.1, phụ thuộc vào tỉ số b/d b : Chiều rộng toàn cầu bề mặt lan can (mm) b=10400mm d : Chiều cao kết cấu phần bao gồm lan can đặc d= ⇒ 5000 + 2000 + 1370 = 4870 mm b 10400 = = 2.13 d 4870 Tra biểu đồ 3.8.1.2.1.1, ta suy hệ số cản gió C d = 1.5 Gọi Z1, Z2 khoảng cách từ điểm đặt lực PD tải trọng gió đến mặt cắt đỉnh bệ D-D đáy bệ F-F − Tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu phần trên: Diện tích hứng gió xác đònh sau: + Lan can: + Dầm hộp: A t = 1370 × 16000 = 21920000mm = 21.92m A t = 2000 × 16000 = 32000000mm = 32 m ⇒ A t −tren = 21.92 + 32 = 53.92m Bảng tổng hợp tải trọng gió tác động lên kết cấu phần Kí hiệu At Cd 1.8At 0.0006V2AtCd PD Ứng với V1 (TTGH CDII) 53.92 1.50 97.06 91.07 97.06 SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Ứng với V2 (TTGH CDIII) 53.92 1.50 97.06 39.42 97.06 Đơn vò m2 kN kN kN Trang : 154 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Bảng nội lực tải trọng gió ngang tác động lên kết cấu phần Tải Hx (N) Tiết diện D-D Mặt cắt F-F Z1 (mm) Mô men Mx (N.mm) Z2 (mm) Mô men Mx (N.mm) Ứng với V1 97056 4945 479941920 6945 674053920 Ứng với V2 97056 4945 479941920 6945 674053920 − Tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu phần Diện tích hứng gió kết cấu phần bao gồm: + 2 Cánh mố: A cm = 21518827 mm = 21.52 m + 2 Thân mố + tường tai: A tm = 9219750mm = 9.22m A t −duoi = 21.52 + 9.22 = 30.74 m Bảng tổng hợp tải trọng gió kết cấu phần Kí hiệu Ứng với V1 Ứng với V2 Đơn vò At Cd 1.8At 0.0006V2AtCd 30.74 1.50 55.33 51.92 30.74 1.50 55.33 22.00 m2 kN kN PD 55.33 55.33 kN Bảng nội lực tải trọng gió ngang tác động lên kết cấu phần Mặt cắt A-A Tải trọng Hx (N) Ứng với V1 Ứng với V2 Mặt cắt B-B Z1 (mm) Mô men Mx (N.mm) Z2 (mm) Mô men Mx (N.mm) 55332 4879.00 269964828 7379.00 408294828 55332 4879.00 269964828 7379.00 408294828  Đối với tải trọng gió dọc Tải trọng gió dọc tác dụng lên mố vò trí mố ta sử dụng gối di động 12.2.3.2 Tải trọng gió tác dụng lên hoạt tải Khi xét tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào kết cấu xe cộ SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 155 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Tải trọng ngang gió lên xe cộ tải phân bố 1.5 kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu đặt 1.8m mặt đường Chiều dài tải trọng gió tác dụng lên xe cộ lấy chiều dài dầm tác dụng lên mố: L = 16000 mm WL ngang = 1.5 × 16 = 24 kN Vì mố cầu đặt gối cao su di động nên tải trọng gió dọc Tải trọng gió tác động lên hoạt tải gây tải trọng theo phương ngang: H y, mô men Mx mặt cắt A-A, B-B Gọi Z1, Z2 khoảng cách từ điểm đặt lực WL tải trọng gió đến mặt cắt đỉnh bệ đáy bệ Bảng nội lực tải trọng gió tác động hoạt tải Tên Mặt cắt D-D Mặt cắt F-F Zi (N) Z1 Z2 7399 9399 Gió ngang Gió dọc Hy (N) Mx (N.mm) Hx (N) My (N.mm) 24000 24000 177576000 225576000 0 0 12.2.4 Nội lực trọng lượng đất đắp Trọng lượng đất đắp bao gồm: − Đất đắp sau mố: Chiều cao đất đắp sau mố: H db = 5.140m Chiều rộng mố chòu tải trọng đất đắp Ldb = L tm − × Tcm = 11 − × 0.5 = 10 m Chiều dài mố chòu tải trọng đất đắp Bdb = Bc1 = 2.5 m Diện tích tác dụng đất đắp A db = L db × Bdb = 10 × 2.5 = 25 m Trọng lượng riêng đất đắp: γ s = 18 kN / m − Đất đắp trước mố: Chiều cao đất đắp trước mố : H df = 1.5 m Chiều rộng mố chòu tải trọng đất đắp: Ldf = L m = 11 m SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 156 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo v = 0.0 ( m ) 0.1508 × v + × u + × w =   ⇒ × v + 0.01236 × u − 0.051932 × w = 506  u = 0.002627442 ( m )  0 × v − 0.051932 × u + 1.054229 × w = 5136   w = 0.000294902 ( rad ) Tính nội lực cọc Lực dọc trục hàng thứ (i) tính theo công thức : Ni = E × Ai × ( v × cos β i + u × sin β i + x i × ω× cos β i ) L Ni Lực cắt hàng thứ (i) tính theo công thức : Qi = 12 × E × J i M L × ( −v × sin βi + u × cos βi − x i × ω× sin β i ) − × E × Ji L3M ×ω Momen uốn lớn đầu cọc thứ (i) tính theo công thức : Mi = 6EJ i L2M (−vsin βi + u cos βi − x i ω sin β i ) − 4EJ i ω LM Kết tính toán lực dọc trục móng STT Xi Ni Qi MTn MDn Nn x Xn 2.25 2.25 2.25 -2.25 -2.25 -2.25 491.0 491.0 491.0 -491.0 -491.0 -491.0 84.3 84.3 84.3 84.3 84.3 84.3 248.7 248.7 248.7 248.7 248.7 248.7 1104.6 1104.6 1104.6 1104.6 1104.6 1104.6 0.0 505.6 1492.2 -459.1 -459.1 -459.1 -459.1 -459.1 -459.1 -2754.6 Tổng 6627.8 Kiểm tra lại theo điều kiện cân lực theo phương cân momen : ∑ Y = ⇒ ∑ N i × cos βi − ∑ Q Ti × sin βi = N tt  ⇒ ∑ N i × sin βi + ∑ Q Ti × cos βi = H tt ∑ X =  ⇒ ∑ N i × x i × cos βi − ∑ Q Ti × x i × sinβi − ∑ M Ti = M tt ∑ Y = sin βi = ; cos βi = ∑ N i ×1 = ≈ N tt  Ta có : ∑ Qi ×1 = 505.6 ≈ H tt  ∑ N i × x i × − ∑ M Ti = 6627.8 − 1492.2 = 5135.6 ≈ M tt SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 206 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Tổng hợp hai trường hợp lại ta kết nội lực đầu cọc với giá trò nội lực với TTGH đặc biệt sau : STT Ni Qxi Qyi Myi Mxi 5046.5 4542.9 4039.4 4064.6 3561.0 3057.5 84.3 84.3 84.3 84.3 84.3 84.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 248.7 248.7 248.7 248.7 248.7 248.7 -60.7 -60.7 -60.7 -60.7 -60.7 -60.7 Tổng 24311.9 505.6 0.0 1492.2 -364.2 Tương tự ta tính toán cho TTGH SD Ta có : Tải trọng tác dụng lên hệ cọc theo phương ngang  N tt = 15767 kN  H tt = 70 kN  M tt = 5214 kN Bảng nội lực cọc theo phương ngang cầu STT Yi Ni Qi MTn MDn Nn x Xn -4 -4 2957.1 2627.8 2298.5 2957.1 2627.8 2298.5 15766.6 11.6 11.6 11.6 11.6 11.6 11.6 69.7 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1 54.6 -88.5 -88.5 -88.5 -88.5 -88.5 -88.5 -531.0 11828.3 0.0 -9193.8 11828.3 0.0 -9193.8 5269.0 Tổng ∑ N i × = 15766.6 ≈ N tt  ∑ Qi × = 69.7 ≈ H tt  ∑ N i × x i × − ∑ M Ti = 5269.0 − 54.6 = 5214.4 ≈ M tt Tải trọng tác dụng lên hệ cọc theo phương dọc  N tt = kN  H tt = 942 kN  M tt = 5545 kN SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 207 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Bảng nội lực cọc theo phương dọc cầu STT Xi Ni Qi MTn MDn Nn x Xn 2.25 2.25 2.25 -2.25 -2.25 -2.25 642.6 642.6 642.6 -642.6 -642.6 -642.6 0.0 157.0 157.0 157.0 157.0 157.0 157.0 942.1 521.8 521.8 521.8 521.8 521.8 521.8 3130.7 -797.2 -797.2 -797.2 -797.2 -797.2 -797.2 -4783.2 1446.0 1446.0 1446.0 1446.0 1446.0 1446.0 8675.7 Tổng ∑ N i × = 0.0 ≈ N tt  ∑ Qi × = 942.1 ≈ H tt  ∑ N i × x i × − ∑ M Ti = 8675.7 − 3130.7 = 5545 ≈ M tt Bảng tổng hợp nội lực cọc theo phương ứng với trạng thái giới hạn cường độ STT Ni Qxi Qyi Myi Mxi 3599.7 3270.4 2941.1 2314.4 1985.1 1655.8 157.0 157.0 157.0 157.0 157.0 157.0 11.6 11.6 11.6 11.6 11.6 11.6 521.8 521.8 521.8 521.8 521.8 521.8 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1 Tổng 15766.6 942.1 69.7 3130.7 54.6 12.6.10 Kiểm toán cọc 12.6.10.1 Kiểm tra sức chòu tải cọc So sánh ta thấy : Max ( N i ) = 5046.5 ( kN ) < Q = 6084 ( kN ) Do cọc đảm bảo khả chòu lực 12.6.10.2 Kiểm toán cường độ đất vò trí mũi cọc Xác đònh kích thước khối móng qui ước SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 208 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo CAO Ð? M?T Ð?T SAU XĨI Góc mở tính theo công thức: α= ϕtb Trong ϕtb góc ma sát đất tính trung bình cho lớp đất: ϕtb = ∑ϕ × l i L tb i ϕi góc ma sát lớp đất li chiều dày lớp đất tương ứng ⇒ ϕtb = 17.047o ⇒ α = 17.047 = 4.262 o Theo phương dọc cầu: A1 = a × ( n − 1) + d + × L c × tgα Theo phương ngang cầu: B1 = b × ( m − 1) + d + × L c × tgα Trong đó: a: khoảng cách tim hai hàng cọc theo phương dọc cầu a = 4.5 m n: số hàng cọc theo phương dọc cầu, n = d đường kính cọc, d = 1.2 m SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 209 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Lc chiều sâu cọc ngàm đất, Lc = 45 m b khoảng cách tim hai hàng cọc theo phương ngang cầu b = 4.0 m m số hàng cọc theo phương ngang cầu m = Thay số vào tính ta đươc: A1 = 4.5 × ( − 1) + 1.2 + × 45 × tg4.262 = 12.4 m B1 = 4.0 × ( − 1) + 1.2 + × 45 × tg4.262 = 15.9 m Diện tích móng khối quy ước tính theo công thức: Fqu = A1 × B1 = 12.4 × 15.9 = 197 m Momen kháng uốn theo phương dọc cầu: A1 × B12 12.4 × 15.92 Wd = = = 522.5 m 6 Momen kháng uốn theo phương ngang cầu: B1 × A12 15.9 × 12.42 Wn = = = 407.5 m 6 Xác đònh khả chòu tải đất mũi cọc Sức chòu tải tính toán đất theo QPXD 45-78 tính sau: R II = m1 × m × A × b × γ II + B × Df × γ 'II + D × cII k tc ( ) Trong đó: - m1, m2 lần lược hệ số làm việc đất hệ số điều kiện làm việc công trình tác động qua lại với đất chọn theo bảng 1.22 (Nền móng, Châu Ngọc Ẩn) m1 = 1.1 m2 = - ktc hệ số độ tin cậy, lấy đặc trưng tính toán lấy từ thí nghiệm - A, B, D giá trò sức chòu tải, lấy ứng với góc ma sát đất 23o10’ : A = 1.447 ; B = 6.318 ; D = 8.983 - Df chiều sâu chôn móng Df = 45 m - γ II trọng lượng đơn vò thể tích đất từ đáy móng trở xuống, SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 210 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo γ II = 21.2 kN / m - γ 'II trọng lượng đơn vò thể tích đáy móng trở lên mặt đất γ 'II = ∑γ ×h ∑h i i = i 8.8 × 21.2 + 11 × 19.9 + 1.6 × 17.4 + 13.2 × 10.5 + 14.8 × 18.4 8.8 + 11 + 1.6 + 13.2 + 18.4 = 15.9 kN / m = - b bề rộng khối móng qui ước b = 12.4 m - c lực dính đơn vò đất đáy móng, c = 33.5 kN/m2 Vậy sức chòu tải đất mũi cọc là: 1.1 × × ( 1.447 × 12.4 × 11.2 + 6.318 × 45 × 5.9 + 8.983 × 33.5 ) = 2397 kN / m R II = Xác đònh ứng suất đáy khối móng qui ước Trọng lượng thể tích móng khối qui ước γ qu = γ tb + n c × Fc × L c × γ bt Vqu Trong đó: γ tb trọng lượng đơn vò trung bình đất từ mũi cọc trở lên γ tb = 15.9 kN / m γ bt : trọng lượng riêng bê tông : γ bt = 25 kN / m nc : số lượng cọc, nc = cọc 1.22 = 1.131 m Fc : diện tích tiết diện ngang cọc Fc = π × Lc : chiều dài cọc : Lc = 45 m Vqu : thể tích khối móng qui ước : Vqu = Fqu × Df = 197 × 45 = 8865 m => γ qu = 15.9 + × 1.131 × 45 × 25 = 16.8 kN m 8865 Chuyển tải trọng trọng tâm đáy móng qui ước Tải trọng thẳng đứng tính toán: SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 211 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo N 0tt = Ptt + 1.25 × γ qu × Vqu = 24312 + 1.25 × 16.8 × 8865 = 210477 kN Tải trọng ngang tính toán theo phương ngang cầu, H oytt = H y = kN Tải trọng ngang tính toán theo phương dọc cầu: H oxtt = H x = 506 kN Momen tính toán theo phương dọc cầu M 0ytt = M y + H oxtt × L = 5136 + 506 × 45 = 27906 kNm Momen tính toán theo phương ngang câu: M oxtt = M x + H oytt × L c = 8421 + × 45 = 8421 kNm Ứng suất nén lớn nhất: σmax = N ott M oytt M oxtt 210477 27906 8421 + + = + + = 1142.5 kN m Fqu Wd Wn 197 522.5 407.5 Ứng suất nén nhỏ nhất: σmin = N ott M oytt Moxtt 210477 27906 8421 − − = + + = 994.3 kN m Fqu Wd Wn 197 522.5 407.5 Ứng suất nén trung bình: σtb = σmax + σ 1142.5 + 994.3 = = 1068.4 kN m 2 Kiểm toán ứng suất đáy móng σmax < 1.2 × R II  Điều kiện kiểm toán: σtb < R II σ >  σmax = 1142.5 < 1.2 × 2397  Thay vào ta có: σtb = 1068.4 < 2397 thỏa điều kiện kiểm toán σ = 994.3 >  Kiểm tra độ lún cọc Tải trọng thẳng đứng tính toán: N tc = Ptt = 15767 kN Ptt lực thẳng đứng đáy đài tổ hợp trạng thái giới hạn sử dụng SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 212 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Trọng lượng cọc : Qcoc = L c × Fcoc × γ bt = 45 × 1.131× 25 = 1272 kN Ứng suất tải trọng thẳng đứng gây đáy khối móng qui ước: σ= N tc + Q coc 15767 + × 1272 = = 119 kN m Fqu 197 Ta chia đất mũi cọc thành lớp có chiều dày 1m để tính lún Độ biến dạng lớp tính theo công thức: Si = βi × σ'zi × h i Ei Trong đó: - Si : độ lún lớp đất phân tố - hi : chiều dày lớp phân tố thứ i - σ tb (T/m ) : ứng suất vò trí lớp phân tố tải trọng gây lún gây - Ni (búa/30cm) : Trò số SPT đặc trưng cho lớp phân tố - βi : Hệ số tính từ hệ số poison đất theo công thức sau : β = 1− × µ2 µ ( hệ số Poisson) 1− µ Ta lấy gần đất đáy móng khối đất sét β = 0.43 - E i : Modun biến dạng đất : E i = 766 × Ni (T/m2) 10 Độ lún tổng cộng đất đáy móng xác đònh: S = ∑ Si Độ lún cho phép công trình là: S = 1.5 × L = 1.5 × 51 = 10.7 cm (cm) (L chiều dài nhòp tính toán cảu cầu tính m, L = 51m) Chiều sâu lớp đất tính lún đước xác đònh vò trí ứng suất tải trọng thân lớn 10 lần ứng suất tải trọng gây Vì số liệu thí nghiệm lớp đáy khối móng qui ước không đủ độ dài tính lún nên ta xem lớp cuối sâu vô hạn SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 213 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo σ γ : ứng suất tải trọng thân đất gây (T/m2) σp : ứng suất tải trọng gây lún σ = 119 kN m = 11.9 T m gây Zi : độ sâu điểm tính ứng suất tính từ đáy móng khối quy ước (m) B : bề rộng đáy móng khối quy ước (m) K : hệ số phụ thuộc tỷ số Z/B γ : Trọng lượng riêng đẩy lớp phân tố (T/m3) Bảng tính phân bố ứng suất đất STT γ Bề dày 0.48 18.4 0.48 0.85 0.85 1.01 13.2 1.01 0.74 1.6 0.74 0.99 11 0.99 1.12 > 8.8 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 Điểm 18.4 0 13.2 1.6 11 7.87 8.87 9.87 10.87 11.87 12.87 13.87 14.87 15.87 16.87 17.87 18.87 19.87 20.87 21.87 22.87 23.87 σγ hxγ 0.000 0.000 8.832 8.832 0.000 8.832 0.000 8.832 0.000 8.832 13.332 22.164 0.000 22.164 1.184 23.348 0.000 23.348 10.890 34.238 0.000 8.832 8.814 17.646 1.120 18.766 1.120 19.886 1.120 21.006 1.120 22.126 1.120 23.246 1.120 24.366 1.120 25.486 1.120 26.606 1.120 27.726 1.120 28.846 1.120 29.966 1.120 31.086 1.120 32.206 1.120 33.326 1.120 34.446 1.120 35.566 SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Zi 10 11 12 13 14 15 16 Zi/B 0.000 0.081 0.161 0.242 0.323 0.403 0.484 0.565 0.645 0.726 0.806 0.887 0.968 1.048 1.129 1.210 1.290 Ki 1.000 0.968 0.936 0.905 0.845 0.782 0.720 0.669 0.621 0.573 0.525 0.477 0.429 0.392 0.363 0.334 0.305 σp σγ σp 11.900 11.521 11.143 10.764 10.056 9.311 8.566 7.960 7.389 6.817 6.246 5.675 5.104 4.668 4.322 3.977 3.631 1.483 1.629 1.785 1.951 2.200 2.497 2.845 3.202 3.601 4.067 4.618 5.280 6.091 6.899 7.710 8.662 9.796 Trang : 214 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng 1.12 1.12 1.12 GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo 24.87 1.120 36.686 17 25.87 1.120 37.806 18 26.87 1.120 38.926 19 1.371 1.452 1.532 0.276 3.285 0.247 2.939 0.224 2.662 11.168 12.862 14.624 Bảng tính lún Zi(m) Hi(m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 1 1 1 1 1 1 1 1 σP (T/m ) 11.900 11.521 11.521 11.143 11.143 10.764 10.764 10.056 10.056 9.311 9.311 8.566 8.566 7.960 7.960 7.389 7.389 6.817 6.817 6.246 6.246 5.675 5.675 5.104 5.104 4.668 4.668 4.322 4.322 3.977 3.977 3.631 3.631 σ tb (T/m ) Ni βi Ei ( T / m ) Si ( m ) 11.711 51 0.43 3907 0.00129 11.332 51 0.43 3907 0.00125 10.954 51 0.43 3907 0.00121 10.410 51 0.43 3907 0.00115 9.683 51 0.43 3907 0.00107 8.938 51 0.43 3907 0.00098 8.263 51 0.43 3907 0.00091 7.674 51 0.43 3907 0.00084 7.103 51 0.43 3907 0.00078 6.532 51 0.43 3907 0.00072 5.961 51 0.43 3907 0.00066 5.390 51 0.43 3907 0.00059 4.886 51 0.43 3907 0.00054 4.495 51 0.43 3907 0.00049 4.149 51 0.43 3907 0.00046 3.804 51 0.43 3907 0.00042 3.458 51 0.43 3907 0.00038 SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 215 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng 17 GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo 3.285 Độ lún tổng cộng Độ lún tổng cộng công trình là: 1.37 cm < S = 1.5 L 0.01373 (cm) Vậy điều kiện chuyển vò thỏa mãn 12.6.11 Thiết kế cốt thép cho đài cọc Xem đài cọc dầm công xôn bò ngàm vào trụ, tiết diện tính toán qua mép cột bò uốn phản lực đầu cọc không nằm chân trụ 1700 Các cánh tay đòn dùng để tính mômen lên bệ 12.6.11.1 Thép đặt theo phương dọc cầu: Thiết kế cốt thép Tiết diện tính toán: b × h = 11 × m Phản lực đầu cọc giai đoạn khai thác nhóm cọc : N n = ( 5046.5 + 4542.9 + 4039.4 ) = 13629 ( kN ) Ta có khoảng cách từ trọng tâm nhóm cọc đến mặt cắt xét 1700 mm M = 13629 × 1.7 = 23169.3 kNm Sức kháng uốn cấu kiện: M r = ϕ× M n Sử dụng hai lớp thép φ25a200 có fy = 400 MPa Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chòu kéo đến mép chòu nén là: d s = h − a0 = 2000 − 350 = 1650 mm SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 216 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng Diện tích cốt thép là: A s = 110 × GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo π × 252 = 53996 mm Chiều cao vùng nén bêtông: a= c= A s × fy 0.85 × f 'c × b = 53996 × 400 = 77 mm 0.85 × 30 ×11000 a 77 = = 96 mm β1 0.8 c 96 = = 0.058 < 0.45 d s 1650 Mômen kháng uốn danh đònh:   a 77  M n = A s × fy ×  d s − ÷ = 53996 × 400 ×  1650 − ÷ 2    10 = 3.4806 × 10 Nmm Sức kháng uốn: M r = ϕ× M n = 0.9 × 3.4806 × 1010 = 3.1325 × 1010 Nmm = 31325 kNm Suy ra: M r > M x Vậy thoả mãn điều kiện chòu uốn Kiểm tra khả chòu nứt tiết diện Điều kiện chòu nứt fs ≤ fsa = Z dc × A (*) 0.6 × fy Tiết diêïn tính toán b × h = 11 × m , d s = 1650 mm, A s = 53996 mm Tỷ số mun đàn hồi: n = Es Ec Es = 200 000 MPa E c = 0.043 × γ1,5 × fc′ = 0.043 × 25001.5 × 35 = 31799 MPa c n= Es 200000 = = 6.29 Ec 31799 Chiều dày làm việc bêtông sau bò nứt: SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 217 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo  n × As  × ds × b × 1+ − 1÷  ÷ b n × As    6.29 × 53996  × 1650 ×11000 = × 1+ − 1÷ = 290 mm  ÷ 11000 6.29 × 53996   x= Ta tính giá trò biểu thức ( * ) : Tính fs (ứng suất thép tải trọng gây ra): fs = Ms × ( ds − x ) × n I cr + Momen quán tính tiết diện nứt: b × x3 I cr = + n × As × ( ds − x ) 11000 × 2903 = + 6.29 × 53996 × ( 1650 − 290 ) = 7.178 × 1011 mm 3 + Ta kiểm toán nứt bệ cọcï theo phương ngang TTGH sử dụng nên phản lực đầu cọc TTGH N n = 3599.7 +3270.4 + 2941.1 = 9811.2 ( kN ) Ms = 9811.2 × 1.7 = 16679 kNm + Do đó: fs = Ms 16679 × 10 × ( ds − x ) × n = × ( 1650 − 290 ) × 6.29 = 199 MPa I cr 7.178 × 1011 Tính fsa fsa = Z dc × A + Thông số vết nứt : Z = 30000 N/mm + dc khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chòu kéo đến mép bê tông chòu kéo không lớn 50 mm + Diện tích trung bình bêtông bao quanh thép: A= A c = 11000 × ( 50 + 50 + 50 + 50 ) Ac ; với n = 2200000 mm SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 218 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng ⇒A= fsa = Z dc × A GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo 2200000 = 20000mm 110 = 30000 50× 20000 = 300 MPa + Tính 0.6 × fy 0.6 × fy = 0.6 × 400 = 240MPa Vậy: fs = 199 ≤ fsa 0.6 × fy Thoả điều kiện chòu nứt 12.6.11.2 Thép đặt theo phương ngang cầu: Được đặt giống thép bệ dọc cầu để tiện thi công gia công cốt thép 12.1.2 Kiểm tra chọc thủng đài cọc 900 3000 900 900 Tháp xuyên thủng bệ cọc Khả chòu cắt bê tông đài cọc VC = 1.06 × fc' × b0 × d kips (hình 12.6 mục 11.3 - ACI 318-2002) Trong b0 chu vi dọc theo tiết diện giới hạn b0 = 942 cm = 371 in d chiều cao tính toán móng d= 180 cm = 70.9 in Vậy khả chòu cắt bê tông đài cọc là: SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 219 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo VC = 1.06 × fc' × b0 × d = 1.06 × 5076 × 371 × 70.9 1000 = 1986.5 kips = 8837 kN ' Với f c = 35 MPa = 5076 psi Lực cắt lớn cọc tác dụng lên bệ: Vu = 5046.5 kN Điều kiện kiểm tra chọc thủng bệ cọc: ϕVC > Vu 0.75 × 8837 = 6627.4 kN > Vu = 5046.5 kN Vậy bệ cọc đảm bảo khả chòu chọc thủng SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 220 [...]... theo cấu tạo với φ25a200 SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 178 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo 12.4.1.2 Thiết kế cốt đai cho thân mố Vì lực cắt thân mố theo phương dọc cầu lớn hơn theo phương ngang cầu nên ta tính toán theo phương dọc cầu sau đó bố trí cho cả phương ngang cầu Lực cắt thân mố theo phương dọc cầu : Vux = 3583 kN Khả năng chòu cắt của dầm phải thoả mãn: Vu ≤ ϕ× Vn Trong... TẢI TRỌNG γ Tónh tải nhòp (DC) γDC Tónh tải mố (DC) γDC Lớp phủ DW γDW p lực ngang Sau mố γEH đất (EH) Trước mố γEH Hoạt tải xe LL + người PL γLL,γPL Lực ma sát (FR) γFR p lực ngang dohoạt tải γLS sau mố (LS) Gió ngang tác V thiết kế γWS động lên KCPT V =25m/s Gió ngang tác V thiết kế γWS động lên KCPD V =25m/s Gió tác động lên Ngang cầu γWL hoạt tải Dọc cầu SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Pz (kN) 3755... 12.5: Sơ đồ áp lực đất trước và sau mố a p lực ngang đất EH  Áp lực đất sau mố: Vì đất đắp sau mố có xu hướng đẩy mố ra phía bờ sông nên áp lực đất sau mố là áp lực đất chủ động p lực ngang của đất đắp lên mố tính theo công thức: EH = γ s × H 2 × K × 1 ( kN/m ) 2 PEH = EH × L db Trong đó γ s : Dung trọng riêng đất đắp sau mố Ldb: Chiều rộng mố chòu tải trọng đất đắp sau mố, Ldb = 10 m H : Chiều cao áp... Bảng tóm tắt các tải trọng tác dụng lên mặt cắt F-F TẢI TRỌNG Tónh tải nhòp (DC) Tónh tải mố (DC) Lớp phủ DW p lực ngang Sau mố đất (EH) Trước mố Tónh tải Sau mố đất đắp (EV) Trước mố Hoạt tải xe LL + người PL Lực ma sát (FR) p lực ngang dohoạt tải sau mố (LS) p lực đứng do hoạt tải sau mố (VS) Gió ngang tác V thiết kế động lên KCPT γ γDC γDC γDW γEH γEH γEV γEV γLL,γPL γFR Pz (kN) 3755 6676 388 γWS SVTH... DỌC CẦU 110kN NGANG CẦU 110kN 1200 1800 Hình 12.8: Xe 2 trục thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 12.2.6.3 Tải trọng làn: Tải trọng làn bao gồm tải trọng rải đều q lane=9.3N/mm xếp theo phương dọc cầu, theo phương ngang cầu tải trọng này phân bố theo chiều rộng 3000mm, tải trọng làn có thể xe dòch theo phương ngang để gây ra nội lực lớn nhất 9.3 KN/m 3m Hình 12.9: Đặc trưng tải trọng làn thiết kế 12.2.6.4... với xe tải thiết kế, phụ thuộc vào chiều cao tường chắn Htc (mm), tra bảng 3.11.6.2-1 Bảng tổng hợp nội lực do áp lực ngang hoạt tải sau mố LS Tiết diện A-A B-B p lục ngang do hoạt tải sau mố (LS) H(mm) heq(mm) L LS(N) e(mm) Mz(Nmm) 5140 4620 886 962 2500 2000 66408 64827 1250 1000 83009869 64826879 12.2.6 Hoạt tải 12.2.6.1 Xe tải thiết kế SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 164 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng... (kN) -907 275 686 97 480 Trang : 172 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng V =25m/s Gió ngang tác V thiết kế động lên KCPD V =25m/s Gió tác động lên Ngang cầu hoạt tải Dọc cầu GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo 97 55 55 24 γWS γWL 480 270 270 178 0 0 Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt F-F Trạng thái giới hạn Pz (kN) Sử dụng Cường độ I Cường độ II Cường độ III 12.3.3 Ngang cầu Dọc cầu Hy (kN) Mx (kNm) Hx (kN) My (kNm) 15767 24312... sau mố( EH) γ γEH Hx (N) 124.5 MZ (N.mm) 124.5 p lực ngang do hoạt tải sau mố (LS) γLS 64.8 64.8 Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt B-B Trạng thái giới hạn Sử dụng Cường độ I Cường độ II Cường độ III Dọc cầu Hx (kN) 189.3 300.2 186.7 274.2 Mz (kNm) 189.3 300.2 186.7 274.2 12.4 KIỂM TOÁN CÁC MẶT CẮT 12.4.1 Kiểm toán mặt cắt D-D 12.4.1.1 Thiết kế cốt thép cho mặt cắt D-D (tường thân)  Phương dọc cầu Tiết... Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35 KN , hai trục sau mỗi trục nặng 145KN, khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300mm, khoảng cách hai trục sau thay đổi từ 4300 – 9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm Hình 12.7: Xe 3 trục thiết kế 12.2.6.2 Xe hai trục thiết kế Xe hai trục gồm một cặp trục 110000N cách... hoạt tải sau mố (VS) heq (mm) 610 Pz (N) 274500 e (mm) 2500 My (N.mm) 686250000 12.2.5.2 p lực đất theo phương ngang cầu : (áp lực lên tường cánh) Theo phương ngang cầu, áp lực đất gây ra tải trọng ngang H y và mô men Mz tại các mặt cắt A-A, B-B SVTH : Nguyễn Duy Tuấn_Cd06145 Trang : 161 ĐATN : TK Cầu Đúc Hẫng GVHD : Th.S Võ Vónh Bảo Hình 12.6: Sơ đồ tính toán áp lực đất theo phương ngang cầu a p lực