Đồ án tốt nghiệp Cầu vượt sông

Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật chơng i Giới thiệu chung I Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế cầu vợt sông đợc thiết kế vĩnh cửu dành cho đờng ôtô II Đặc điểm địa hình Vị trí cầu dự kiến nằm đoạn sông thẳng,có mặt cắt đối xứng Cao độ đáy sông thay đổi từ +12,1 m đến +18,6 m III Đặc điểm địa chất Căn vào kết điều tra khoan thăm dò trờng, mẫu thí nghiệm đất đá phòng thí nghiệm, địa tầng vị trí dự kiến xây cầu phân thành lớp từ xuống dới nh sau: +) Lớp : Sét màu nâu vàng,trạng thái dẻo cứng +) Lớp : Sét cát nâu vàng,trạng thái nửa mềm +) Lớp : Sét cát màu nâu vàng, trạng thái nửa cứng +) Lớp : Cuội sỏi sạn lẫn hạt cát sét +) Lớp : Sỏi sạn lẫn cát, sét màu xám trắng IV quy trình thiết kế nguyên tắc chung Quy trình thiết kế: - Quy trình thiết kế : 22TCN - 272 - 2005 Bộ Giao thông vân tải Các thông số kĩ thuật bản: 2.1 Quy mô công trình: - Cầu vĩnh cửu 2.2 Tải trọng thiết kế: - Tải trọng thiết kế : HL93 - Đoàn Ngời hành 2.3 Khổ cầu Cầu có chiều rộng nh sau: - Bề rộng mặt đờng xe chạy: 8m - Bề rộng ngời đi: x 1.5 = m 2.4 Khổ thông thuyền Khổ thông thuyền theo yêu cầu thiết kế: Sông cấp II : 60 x m V Các phơng án kĩ thuật Phơng án xây dựng cầu dựa nguyên tắc sau: - Thoả mãn yêu cầu tuyến cầu - Phơng án phải có tính khả thi - Phù hợp với điều kiện tự nhiên vị trí xây dựng cầu ( Đặc biệt điều kiện địa chất, thuỷ văn thuỷ lực) - Tận dụng đợc nguyên liệu công nghệ có sẵn nớc Nguyn c Sn Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Chơng I Cầu Đúc hẫng I Giới thiệu chung phơng án I.1 Tiêu chuẩn thiết kế - Quy trình thiết kế : 22TCN 272 05 Bộ Giao thông vân tải - Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Ngời hành I.2 sơ đồ kết cấu I.2.1 Kết cấu phần - Sơ đồ bố trí chung toàn cầu x40+75+120+75 + 2x40 m - Kết cấu cầu đối xứng gồm nhịp dẫn phía bên trái nhịp dẫn phía bên phải hệ cầu BTCTDƯL liên tục nhịp thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân - Dầm liên tục nhịp 75+120+75 m tiết diện hình hộp chiều cao thay đổi +) Chiều cao dầm đỉnh trụ h= 6.0 m +) Chiều cao dầm nhịp h= 2.5 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 xiên +) Chiều dày nắp : tb = 30 (cm) +) Chiều dày đáy : Mặt cắt gối 80 cm , mặt cắt nhịp 30 cm +) Chiều dày phần cánh hẫng : hc = 25 cm +) Chiều dày mặt cầu ngàm : tn = 80cm +) Chiều dày sờn dầm : ts = 50 cm - Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp 1- Bê tông cấp A có: +) fc = 40 (MPa) +) c = 25 (KN/m3) +) Ec = 0,043.c1,5 f c' = 38006.99 (MPa) 2- Cốt thép DƯL hãng VSL theo tiêu chuẩn ASTM - grade 270 có tiêu sau: +) Diện tích tao Astr = 98.71mm Nguyn c Sn Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật +) Cờng độ cực hạn: fpu = 1860 MPa +) Độ chùng sau 1000h 200C 2.5% 3- Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 EC 5-12 4- Cốt thép thờng: Sử dụng loại cốt thép có gờ với tiêu: +) Rs = 300 (MPa) +) Es = 200000 (MPa) +) fy = 420 (MPa) - Nhịp dẫn : Dầm dẫn bờ dùng dầm Super T dự ứng lực giản đơn chiều dài 40 m chế tạo định hình theo công nghệ căng trớc + Chiều cao 1.75 m + Cáp: Dùng loại bó xoắn + Có dầm ngang I.2.2 Kết cấu phần dới 1- Cấu tạo trụ cầu : - Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp, đổ bê tông chỗ có: fc = 30 MPa - Trụ đợc dựng móng cọc khoan nhồi : D = 150 cm - Phơng án móng : Móng cọc đài thấp - Cấu tạo mố cầu - Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ chỗ mác bê tông chế tạo M300 - Mố kết cấu nhịp dẫn đợc đặt móng cọc khoan nhồi D= 150 cm II tính toán kết cấu nhịp III.1 Yêu cầu tính toán cho phơng án sơ - Trong phơng án sơ yêu cầu tính toán KCN giai đoạn khai thác - Tiết diện hai mặt cắt + Mặt cắt gối (mặt cắt đỉnh trụ) + Mặt cắt nhịp - Tính toán trụ , mố: kiểm toán tổ hợp chất mắt cắt đỉnh bệ móng, sơ tính cọc - Nhịp dẫn cho phép chọn thiết kế định hình Nguyn c Sn Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật III.2 Xác định kích thớc cầu - Cần kiểm toán mặt cắt 1-1 2-2 nh hình vẽ - Chiều dài kết cấu nhịp: kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên Lnb= (0,6 ữ 0,7) chiều dài nhịp Lng +) Trong phơng án chọn Lng = 120m +) Lấy : Lnb = 75 m - Xác định kích thớc mặt cắt ngang: Dựa vào công thức kinh nghiệm ta chọn mặt cắt ngang nh hình vẽ 1/2 mặt cắt trụ P3 1/2 mặt cắt trụ P5 250 4000 250 5001500 4000 1500 500 300 500 500 500 3500 2000 500 1238 300 1500 300 300 II.3 Tính đặc trng hình học mặt cắt dầm chủ II.3.1 Phân chia đốt dầm - Để đơn giản trình thi công phù hợp với trang thiết bị có đơn vị thi công ta phân chia đốt dầm nh sau : +) Đốt đỉnh trụ : = 14m (khi thi công tiến hành lắp đồng thời xe đúc trụ) +) Đốt hợp long nhịp : dhl = 2m +) Đốt hợp long nhịp biên : dhl = 2m +) Chiều dài đoạn đúc đà giáo : ddg = 14 m +) Số đốt ngắn trung gian : n = đốt , chiều dài đốt : d = m +) Số đốt trung gian lai : n = 10 đốt , chiều dài đốt d = m - Sơ đồ phân chia đốt dầm Nguyn c Sn Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Phân chia đốt dầm nhịp 2000 6000 K1 K0 K2 K3 10@4 K4 K5 K6 K7 K9 K8 K10 K11 K12 K13 K14 HL 2500 4@3 14000 Phân chia đốt dầm nhịp biên 2000 2500 DG HL K14' K13' K12' K11' K10' 4@3 K9' K8' K7' K6' K5' K4' K3' K2' 14000 K1' 6000 10@4 14000 K0 II.3 Xác định phơng trình thay đổi cao độ đáy dầm - Giả thiết đáy dầm thay đổi theo phơng trình parabol , đỉnh đờng parabol mặt cắt nhịp - Trục Ox qua hai gối cầu, trục Oy qua mặt cắt nhịp - Phơng trình có dạng ax2 + bx +c đợc xác định qua điểm A(-58.5,0); B(58.5,0); C(0, R R x A2 + h0 hHL ) = C(0,3.7852) Trong đó: R:Bán kính cong đứng cầu R=6000m xA: toạ độ điểm A h0, hHL: chiều cao đốt đúc đỉnh tru nhịp Vậy phơng trình có dạng: y = 0.0011x + 0.124 x II.3.3 Xác định phơng trình thay đổi chiều dày đáy dầm - Tính toán tơng tự ta có phơng trình thay đổi chiều dày đáy dầm nh sau : y = 0, 00096 x + 0,1123 x + 0.8 II.3 Xác định cao độ mặt dầm chủ - Mặt dầm chủ đợc thiết kế với độ dốc dọc 4% , với bán kính cong R = 6000 m II.1.5 Tính toán đặc trng hình học mặt cắt tiết diện Để tính toán đặc trng hình học ta sử dụng công thức tổng quát nh sau để tính: + Diện tích mặt cắt : F = 1/2 * ( xi-xi+1) * (yi+yi+1) + Tọa độ trọng tâm mặt cắt : Nguyn c Sn Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật yc = 1/6 * F* (xi-xi+1) * (yi2+yi.yi+1+yi+12) + Mômen tĩnh mặt cắt trục x : Sx = 1/6 * (xi-xi+1) * (yi3+yi2.yi+1+yi.yi+12+yi+13) + Mômen quán tính trục trung hòa : Jth = Jx - yc2 * F Ta có bảng kết sau: Số liệu tính toán đặc trng hình học mặt cắt thay đổi (kích thớc tính theo cm) Bộ phận hộp dầm STT 10 11 12 13 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Chiều rộng toàn nắp hộp Chiều dày nắp hộp Chiều rộng phần hộp nắp Chiều rộng phần nắp hộp có chiều dày không đổi Chiều rộng phần cánh có chiều dày thay đổi Chiều dày nắp tiếp giáp với vút Chiều dày đầu mút cánh hẫng nắp Bề dày bụng gối Chiều rộng vút Chiều cao vút Chiều rộng vút dới Chiều cao vút dới Chiều cao mặt cắt gối Chiều cao mặt cắt không đổi Chiều dày đáy mặt cắt gối Chiều dày đáy mặt cắt nhịp Chiều rộng đáy mặt cắt gối Chiều dài phần dầm có chiều cao thay đổi Số đốt Đờng hình dạng đáy dầm Mác bê tông dầm Chiều dài đốt K0 (tính từ mặt cắt sát trụ) Chiều dài đốt K1 Chiều dài đốt K2 Chiều dài đốt K3 Chiều dài đốt K4 Chiều dài đốt K5 Chiều dài đốt K6 Chiều dài đốt K7 Chiều dài đốt K8 Chiều dài đốt K9 Nguyn c Sn Kí hiệu Số liệu t ht to tt tv hng hc w bv hv bvd hvd H Ho hgoi h1/2 b L m K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 1250 30 771.4 300 123.8 50 25 50 50 30 30 30 600 250 80 30 600 5850 14 Parabol 50Mpa 550 300 300 300 300 400 400 400 400 400 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp 34 35 36 37 38 Thiết kế kỹ thuật Chiều dài đốt K10 K10 Chiều dài đốt K11 Chiều dài đốt K12 Chiều dài đốt K13 Chiều dài đốt K14 K11 K12 K13 K14 400 400 400 400 400 - Trên sơ phơng trình đờng cong đáy dầm đờng cong thay đổi chiều dày đáy lập đợc ta xác định đợc kích thớc mặt cắt dầm Bảng tính toán kích thớc mặt cắt dầm chủ Sau chạy chơng trình ta có đợc đặc trng hình học mặt cắt phần dầm đúc hẫng nh sau: Tên MC 10 11 12 13 14 15 16 x (m) 5.5 8.5 11.5 14.5 17.5 21.5 25.5 29.5 33.5 37.5 41.5 45.5 49.5 53.5 57.5 59.5 h (cm) 600 537 506 476 448 422 390 361 336 314 295 280 267 258 253 250 250 hd (cm) 86.58 77.43 72.82 68.48 64.42 60.62 55.98 51.81 48.12 44.91 42.18 39.92 38.14 36.83 36.00 35.64 35.64 bd (cm) 593 611 620 628 636 644 653 661 668 675 680 684 688 690 692 693 693 F (cm2) 155241 145846 140990 136342 131916 127724 122519 117777 113520 109770 106545 103858 101723 100149 99144 98713 98713 S (cm3) 5.02E+07 4.30E+07 3.95E+07 3.64E+07 3.35E+07 3.09E+07 2.78E+07 2.51E+07 2.28E+07 2.08E+07 1.92E+07 1.79E+07 1.68E+07 1.61E+07 1.56E+07 1.55E+07 1.55E+07 Yo (cm) 323.30 294.89 280.49 266.85 253.94 241.77 226.69 212.94 200.55 189.57 180.04 172.05 165.64 160.89 157.84 156.52 156.52 Jdc (cm4) 8.60E+09 6.49E+09 5.55E+09 4.74E+09 4.05E+09 3.46E+09 2.81E+09 2.29E+09 1.88E+09 1.57E+09 1.32E+09 1.14E+09 1.01E+09 9.15E+08 8.59E+08 8.36E+08 8.36E+08 Trong : +) F : Diện tích tính đổi mặt cắt +) S : Mômen tĩnh mặt cắt với đáy dầm +)Yo : Khoảng cách từ trục trung hoà đến đáy dầm +) Jc : Mômen quán tính cánh dầm với trục trung hoà Nguyn c Sn Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật +) Js : Mômen quán tính sờn dầm với trục trung hoà +) Jb : Mômen quán tính bầu dầm với trục trung hoà +) Jdc : Mômen quán tính mặt cắt dầm với trục trung hoà +) hd : Chiều cao bầu dầm tính đổi +) bd : Chiều rộng bầu dầm ( Chiều rộng đáy mặt cắt hộp) III.4 Tính tĩnh tải giai đoạn I giai đoạn II III.4.1 Tính tĩnh tải giai đoạn I Chiều cao dầm thay đổi theo đờng cong parabol nhng để tính toán đơn giản ta giả thiết đoạn chiều cao dầm thay đổi tuyến tính Khi tính ta coi nh trọng lợng dầm đốt phân bố có giá trị theo tiết diện đốt Trọng lợng đốt tính theo công thức: q = V c Trong đó: c : Trọng lợng riêng bê tông cốt thép, c = 25 KN/m3 V: thể tích đốt dầm (m3) Kết tính ghi bảng sau: Tên MC 10 11 12 13 14 15 x (m) 5.5 8.5 11.5 14.5 17.5 21.5 25.5 29.5 33.5 37.5 41.5 45.5 49.5 53.5 57.5 Nguyn c Sn Bảng tĩnh tải rải đốt L đốt h F P đốt Tên đốt (m) (cm) (cm2) (KN) 600 155241 Đốt Ko 14 537 145846 5304.25 Đốt 506 140990 1075.63 Đốt 476 136342 1040.00 Đốt 3 448 131916 1005.97 Đốt 422 127724 973.65 Đốt 390 122519 1251.21 Đốt 361 117777 1201.48 Đốt 336 113520 1156.49 Đốt 314 109770 1116.45 Đốt 295 106545 1081.58 Đốt 10 280 103858 1052.01 Đốt 11 267 101723 1027.90 Đốt 12 258 100149 1009.36 Đốt 13 253 99144 996.47 Đốt 14 250 98713 989.29 DC tc (KN/m) DC tt (KN/m) 378.87 358.54 346.67 335.32 324.55 312.80 300.37 289.12 279.11 270.39 263.00 256.98 252.34 249.12 247.32 473.59 448.18 433.33 419.15 405.69 391.00 375.46 361.40 348.89 337.99 328.75 321.22 315.42 311.40 309.15 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp 16 Tổng 59.5 Đốt HL Thiết kế kỹ thuật 250 98713 493.56 246.78 308.48 20775.29 4711.30 5889.12 +) Tính tải giai đoạn I tiêu chuẩn: DCTCI = 4711.30 KN/m +) Tính tải giai đoạn I tính toán: DCTCI = 4711.30 *1.25 =5889.12 KN/m III.4.2 Tính tĩnh tải giai đoạn II - Tính tĩnh tải giai đoạn II - Tĩnh tải giai đoạn II gồm có phận sau : +) Trọng lợng phần chân lan can +) Trọng lợng lan can tay vịn +) Trọng lợng lớp phủ mặt cầu +) Trọng lợng phần lề Ngời DWIITC = (DWgc+ DWclc+ DWlc+tv+ DWng ) - Tính trọng lợng lớp phủ mặt cầu Chiều DWtc Đơn vị dày h 1.15 kN/m2 0.69 kN/m2 0.69 kN/m2 1.03 0.24 kN/m2 hmc 12.030 cm TC DWmc 2.77 kN/m2 Tên gọi đại lợng Lớp bê tông Atphan Lớp bê tông bảo vệ Lớp chống thấm Lớp bê tông mui luyện dày Chiều dày lớp phủ mặt cầu Trọng lợng lớp phủ mặt cầu Trọng lợng dải lớp phủ (tính cho nửa cầu) pmc 11.07 kN/m - Tính trọng lợng lan can + tay vịn + lề Ngời Tên gọi đại lợng 1- Tính trọng lợng chân lan can Chiều rộng chân lan can Chiều cao chân lan can Nguyn c Sn Kí hiệu Giá trị blcn hlcn Đơn vị 50 30 cm cm Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Trọng lợng dải phần chân lan can 2- Tính trọng lợng cột lan can tay vịn Trọng lợng cột lan can Khoảng cách bố trí cột lan can Trọng lợng dải cột lan can Trọng lợng dải phần tay vịn Trọng lợng dải lan can tay vịn - Tính trọng lợng lề ngời Bề rộng lề ngời Chiều dày trung bình lề ngời Trọng lợng lề ngời DWlc 3.75 kN/m Pclc aclc Pclc Ptv Plv 0.276 kN m 0.138 kN/m 0.7 kN/m 0.838 kN/m ble hle DWNG 150 cm 10 cm 4.6 kN/m - Tổng hợp tĩnh tãi giai đoạn II +) Tính tải giai đoạn II tiêu chuẩn DWIITC = (DWMC+ DWlc+tv) = 11.76 + 33.2588+2.389 = 47.4078 (KN/m) +) Tĩnh tải giai đoạn II tính toán DW TT II = DWIITC = 1,5 47.4078 = 71.1117 (KN/m) III.5 Tính toán bố trí cốt thép mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công III.5.1 Tính nội lực mặt cắt - Các giai đoạn thi công bao gồm : Sơ đồ Giai đoạn đúc hẫng đối xứng - Sơ đồ : cll(tải trọng thi công) dc(tải trọng đốt đúc) ce=600kn (tải trọng xe đúc) 1m 59 m - Tải trọng : +) Trọng lợng thân đốt dầm (tĩnh tải GĐ I ) , DCTC = 279.19 kN/m +) Tải trọng thi công tiêu chuẩn : qTc = 0.24 x13 = 3.12 kN/m Nguyn c Sn 10 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật * Sức kháng tính toán cấu kiện chịu nén, Pr , phải đợc lấy nh sau: + Pr = c Pn (6.9.2.1.-1) đó: Pn - Sức kháng nén danh định theo quy định Điều 6.9.4 6.9.5 (N) c = 0.9 - Hệ số sức kháng nén theo quy định Điều 6.5.4 Tên 0-27 0-1 8-9 8-34 8-35 34-35 18-44 18-45 44-45 26-52 Ni(kN) -3725.3 1849.36 -6945.31 -6084.69 -4668.13 9888.55 -6174.4 -6061.24 9888.55 -3752.3 A(m2) Prk Prk Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Prn 0.047 13039.49 0.0334 13343 8025.6 0.0334 9269.568 0.047 13039.49 0.047 13039.49 0.0334 13343 8025.6 0.047 13039.49 0.047 13039.49 0.0334 13343 8025.6 0.047 13039.49 iii tính toán trụ cầu 3.1 TAI TRọNG TáC DụNG 13000 600 3739 1000 500 3000 11800 9453 9453 600 3739 2000 3000 3000 2750 2750 13000 2750 3000 2750 8500 18500 Hình 4.2 Kích thớc trụ cầu 3.2 Tải trọng tác dụng : Nguyn c Sn 97 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 3.2.1 Trọng lợng thân Trọng lợng thân trụ thành phần cấu tạo nên trụ gồm: Bảng 4.11 STT Hạng mục Bệ trụ Thân trụ Xà mũ Đá kê gối Tờng che Khối neo Tổng cộng Thể tích T/Lợng m3 KN 309.3 7732.5 253 6325 47.2 1180 0.96 23.52 0 0.76 18.62 417.36 15279.64 3.2.2 Phản lực tĩnh tải kết cấu nhịp hoạt tải truyền xuống: Để tính phản lực tĩnh tải kết cấu nhịp truyền xuống trụ cầu ta dùng phần mềm MIDAS6.3.0 ta đợc kết nh sau: -Phản lực gối tĩnh tải thân (DC) : 4561.38 (KN) - Phản lực gối tĩnh tải giai đoạn II (DW) là: 3493.72 (KN) 3.2.3 Hoạt tải xe tác dụng lên kết cấu nhịp(Điều 3.6.1.3.1) Để tính phản lực gối hoạt tải xe tác dụng lên trụ cầu dọc chiều ta xếp xe tải thiết kế khoảng cách hai xe 15 m khoảng cách trục sau xe 4.3m, lấy đợc trờng hợp bất lợi trụ ta xếp tải trọng tải trọng ngời hai nhịp gần trụ Khi tổ hợp ta lấy 90% hiệu ứng hai xe tải thiết kế tải trọng thiết kế - Phản lực gối tải trọng ngời 733.78 (KN) - Phản lực gối tải trọng 1027.65 (KN) - Phản lực gối xe tải thiết kế : 1232.67 (KN) 3.2.5 Tải trọng nớc (Chỉ tính với lực đẩy nổi).(Điều 3.7.2) Nguyn c Sn 98 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Lực đẩy B đợc tính theo công thức: B = w Vo Trong Vo thể tích phần ngập nớc (m3) Kết tính lực đẩy tổng hợp bảng sau: Bảng 4.14 Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao cột nớc từ MNTT đến mặt cắt đỉnh MDTN h nớc 6.430 m áp lực đẩy B 664.56 kN Tính mặt cắt đỉnh bệ Sau tính toán tải trọng tác dụng lên mặt cắt, ta tổ hợp chúng lại thành dạng tải trọng thẳng đứng, nằm ngang moment Kết tổng hợp đợc cho bảng sau Bảng tổng hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt đỉnh bệ móng Bảng 4.15 TTGH Sử dụng Cờng độ I DC 1.25 DW 1.5 WA 1 Gravity N (KN) LL 1.3 1.75 27360.25 36781.95 Cờng độ II 1.25 1.5 Cờng độ III 1.25 1.5 26282.545 1.35 29366.61 Nguyn c Sn 99 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Bảng tổng hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt đáy bệ móng Bảng 4.16 TTGH Sử dụng Cờng độ I DC 1.25 DW 1.5 WA 1 LL 1.3 1.75 Gravity N 31276.51 32345.85 Cờng độ II 1.25 1.5 29376.45 Cờng độ III 1.25 1.5 1.35 30470.48 3.3 Tính toán bố trí sơ cọc móng : 3.3.1 : Sức chịu tảI cọc : 3.3.1.1: Sức chịu tảI cọc theo vệt liệu: Tên gọi đại lợng Mác bê tông chế tạo cọc Thép chế tạo cọc Hệ số điều kiện làm việc Hệ số đồng vật liệu cọc Đờng kính cọc thiết kế Đờng kính cốt thép Đơn vị m k D d Giá trị f'c=30 Mpa AII 0.9 0.7 1.5 28 Số thép thiết kế nthanh 28 Thanh Diện tích phần bê tông Ac 1.76715 m2 Diện tích phần cốt thép Hệ số uốn dọc Cờng độ chịu nén bê tông Cờng độ chịu kéo thép Sức chịu tải cọc theo vật liệu As fc' fy 0.06896 0.75 30000 240000 m2 KN/m2 KN/m2 Qvl 46210.2 KN Nguyn c Sn Kí hiệu 100 m mm Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 3.3.1.1 : Sức chịu tảI cọc theo đất nền: - Công thức tính toán sức chịu tải cọc theo đất QR = pq Q p + ps Qs - Bảng số liệu lớp địa chất C STT Lớp Lớp Lớp Lớp R' (T/m3) KG/cm2 KG/cm2 (độ) KG/cm2 2.4 0.15 2.6 16 1.2 1.7 0.12 2.2 25 2.5 1.7 0.06 1.8 38 2.5 1.65 0.04 1.6 42 2.5 Loại đất Sét cát Sét dẻo mềm Cuội sỏi sạn Sỏi sạn lẫn cát Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền: Loại đất Sét dẻo chảy Sét pha cát dẻo mềm Cát hạt vừa Cát hạt sạn Tổng sức kháng thành cọc D Li (m) (m) 1.5 5.53 1.5 8.72 1.5 7.39 1.5 3.36 D Loại đất Cát hạt sạn Sức chịu tảI cọc theo đất Sức chịu tảI cọc theo vật liệu Sức chịu tảI tính toán cọc Ap As N Su kN/m2 (m2) 26.0595 25 66.99 0.55 41.092 25 109.99 0.55 34.8246 32 174.88 15.8336 50 286.87 QS = 3979.69 qp N qp Qp 1.5 1.767 50 3200 5654.867 qs kN/m2 36.845 60.495 8.96 14 0.65 Đơn vị Qr 6262.46 kN QVL 46210.2 kN Qtt 6262.46 kN 3.3.2 : Tính toán số lợng cọc móng Số cọc trọng móng đợc tính theo công thức sau: n = P Qcoc Trong : Nguyn c Sn 101 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật +) : Hệ số xét đến loại móng độ lớn mômen với móng cọc đài cao: = 1,5 +) Qcoc : Sức chịu tải tính toán cọc: Qcoc = 6262.46kN +) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 32345.85kN Suy ra: n = 1.5 32345.85 = 7.74(cọc) 6262.46 Chọn sơ số cọc 15 cọc.dài 25 m Sơ bố trí cọc nh hình vẽ : 4@4000 1250 1250 8500 2@300 1250 1250 18500 Hình 4.3 Sơ đồ bố trí cọc bệ móng trụ cầu iv tính toán mố cầu Nguyn c Sn 102 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 500 1300 15280 2470 5194 1900 2000 1400 5100 1110 2500 2500 1110 6000 17500 4.1 Giới thiệu chung: Mố sử dụng mố chữ U BTCT Toàn cầu có mố M1, M2 Quy trình tính toán: Theo tiêu chuẩn 22 TCN - 272 05 Dùng bê tông mác 40 4.2 Tải trọng tác dụng lên mố : 4.2.1 : Tĩnh tảI phần I tác dụng lên mố: Kết tính toán MIDAS6.3.0 cho kết nh sau: DCdàn Dclk dọc Dclêđivàliên kết DC SDC 39.04 2.00 9.76 50.80 626 kN/m kN/m kN/m kN/m kN 4.2.2 : Tĩnh tảI phần II tác dụng lên mố: Kết tính toán MIDAS6.3.0 cho kết nh sau: DW DW1dàn chủ SDW 60.90 kN/m 30.452 kN/m 373.93 kN 4.2.1 Hoạt tải xe ô tô LL tải trọng ngời PL: Kết tính toán MIDAS6.3.0 cho kết nh sau: + Khi xếp tải với xe tải thiết kế Truck: LL+PL = 1519.52 kN Nguyn c Sn 103 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật + Khi xếp tải với xe trục thiết kế Tandem: LL+PL = 1779.56 kN 4.2.3 Tính toán tĩnh tải mố : 4.2.2.1 Kích thớc mố (nh hình vẽ) 4.2.2.2 Nội lực trọng lợng thân mố: - Tĩnh tải tiêu chuẩn gây trọng lợng thân mố đợc tính nh sau P = V Trong đó: V : Thể tích phận : Trọng lợng riêng bê tông cốt thép, c = 25.00 KN/m3 Bảng tính toán tĩnh tải trọng lợng thân mố: Bệ mố Tờng thân Tờng đầu (trên) Mấu đỡ độ Vbm= 2.5*17.5*6 262.5 6431.25 Vtt=5.149*1.8*15.28 141.62 3469.643 Vtđ=0.5*15.28*1.4 10.696 262.052 Vmđ =0.3*0.4*13 1.56 39 Vtcd=5*1.5*0.5+1.5*6.248* Tờng cánh (đuôi) 0.5+2.275*3.5 16.399 409.96 Đá kê gối Vđkg=0.2*0.8*2 0.32 Tờng tai 0.32 Tổng cộng 10627.91 4.3 Tính toán số lợng cọc móng mố : Bảng tổng hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt đáy bệ móng TTGH DC Nguyn c Sn DW 104 LL Gravity N Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Sử dụng Cờngđộ I Thiết kế kỹ thuật 1.25 1.5 1.3 1.75 13941 17743 Cờngđộ II 1.25 1.5 14628 Cờngđộ III 1.25 1.5 1.35 17031 4.3.1 Sức chịu tải cọc 4.3.1.1 Sức chịu tải cọc theo vật liệu: Tên gọi đại lợng Mác bê tông chế tạo cọc Thép chế tạo cọc Hệ số điều kiện làm việc Hệ số đồng vật liệu cọc Đờng kính cọc thiết kế Đờng kính cốt thép Đơn vị m k D d Giá trị f'c=30 Mpa AII 0.9 0.7 1.5 28 Số thép thiết kế nthanh 28 Thanh Diện tích phần bê tông Ac 1.76715 m2 Diện tích phần cốt thép Hệ số uốn dọc Cờng độ chịu nén bê tông Cờng độ chịu kéo thép Sức chịu tải cọc theo vật liệu As fc' fy 0.06896 0.75 30000 240000 m2 KN/m2 KN/m2 Qvl 46210.2 KN Nguyn c Sn Kí hiệu 105 m mm Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 4.3.1.2: Sức chịu tải cọc theo đất nền: - Công thức tính toán sức chịu tải cọc theo đất QR = pq Q p + ps Qs - Bảng số liệu lớp địa chất STT Lớp Lớp Lớp Lớp C R' (T/m3) KG/cm2 KG/cm2 (độ) KG/cm2 2.4 0.15 2.6 16 1.2 1.7 0.12 2.2 25 2.5 1.7 0.06 1.8 38 2.5 1.65 0.04 1.6 42 2.5 Loại đất Sét cát Sét dẻo mềm Cuội sỏi sạn Sỏi sạn lẫn cát Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền: Loại đất Sét dẻo chảy Sét pha cát dẻo mềm Cát hạt vừa Cát hạt sạn D Li (m) (m) 1.5 5.53 1.5 8.72 1.5 7.39 1.5 3.36 Tổng sức kháng thành cọc D Loại đất Cuội sỏi sạn Sức chịu tảI cọc theo đất Sức chịu tảI cọc theo vật liệu Nguyn c Sn Ap As N Su kN/m2 (m2) 26.0595 25 66.99 0.55 41.092 25 109.99 0.55 34.8246 32 174.88 15.8336 50 286.87 QS = 3979.69 qp N qp Qp 1.5 1.767 50 3200 5654.867 106 qs kN/m2 36.845 60.495 8.96 14 0.65 Đơn vị Qr 6262.46 kN QVL 46210.2 kN Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Sức chịu tảI tính toán cọc Qtt 6262.46 kN 4.3.2: Tính toán số cọc móng: Số cọc trọng móng đợc tính theo công thức sau: n = P Qcoc Trong : +) : Hệ số xét đến loại móng độ lớn mômen với móng cọc đài cao: = 1,5 +) Qcoc : Sức chịu tải tính toán cọc: Qcoc = 6262.46kN +) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 17354kN n = 1.5 17743 = 4.25 6262.9 => Số cọc bố trí móng n = 12 cọc Bố trí thành hàng hàng cọc Chiều dài cọc bố trí 25 m Sơ đồ bố trí cọc nh hình vẽ : 6000 1250 3500 1250 17500 1250 Nguyn c Sn 5@3000 107 1250 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Chơng IV So sánh lựa chọn phơng án kết cấu cầu I Khái niệm so sánh lựa chọn phơng án kết cấu - 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 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 Nguyn c Sn 108 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 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 II.1 phơng án : Cầu liên tục đúc hẫng nhịp II.1.1 Ưu điểm : - Về mặt đặc điểm chịu lực kết cấu phơng pháp đúc hẫng đem lại phù hợp lý tởng sơ đồ chịu lực giai đoạn thi công giai đoạn khai thác sử dụng Việc tăng số lợng cốt thép DUL cánh hẫng vơn dài phù hợp với số lợng bó cốt thép cần bố trí chịu tải trọng khai thác - Tiết kiệm đà giáo ván khuôn vìa chu kỳ đúc dầm tiến hành cho đoạn ngẵn kết cấu nhịp hệ thống đà giáo ván khuôn đợc sử dụng tiếp tục cho công trình khác Nh đà giáo ván khuôn tức xe đúc trở thành sản phẩm công nghiệp, việc đầu t ban đầu lớn nhng đầu t theo chiều sâu - Có thể tiến hành công tác tháo dỡ lắp dựng đà giáo ván khuôn, bố trí cốt thép, đổ BT điều kiện thời tiết - Công việc thi công đợc lặp lặp lại theo chu kỳ giống nên việc đào tạo công nhân mang tính hiệu qủa cao, giảm bớt đợc nhân lực nâng cao suât lao động Việc kiểm tra chất lợng sản phẩm công đoạn đợc tiến hành dễ dàng chỗ - Quá trình thi công kết cấu nhịp hầu nh không ảnh hởng đến công địa bên dới cầu Vì thích hợp cho việc xây dựng cầu vùng sông sâu thung lũng có dốc cao kể nút giao thông phía dới - Là kết cấu nhịp liên tục nên giao thông cầu êm thuận - Dầm có chiều cao thày đổi nên có hình dáng đẹp phù hợp với yêu cầu mỹ quan - Mặt công trờng nhỏ nên dễ bảo vệ II.1.2 Nhợc điểm : - Chịu ảnh hởng gối lún thay đổ nhiệt độ - Không thể rút ngắn đợc thời gian thi công - Tĩnh tải kết cấu nhịp lớn nên kết cấu phần dới lớn Nguyn c Sn 109 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật - Công nghệ thi công đại đòi hỏi phải có đội ngũ công nhân lành nghề, kỹ thuâtt cao, máy móc thiết bị thi công yêu cầu phải tiên tiến đại đảm bảo đợc chất lợng sản phẩm II.2.Phơng án 2: Cầu dầm - vòm liên hợp ống thép nhồi bêtông có nhịp dẫn: II.2.1 Ưu điểm: Là kết cấu cầu làm việc theo sơ đồ giản đơn nên dễ tính toán, không chịu ảnh hỏng gối lún thay đổi nhiệt độ Vợt đợc độ lớn nhiều so với cầu vật liệu bêtông thép Là kết cấu liên hợp Dầm-Vòm nên kết cấu chịu lực kết hợp tận dụng đợc khả chịu lực kết cấu Bêtông chịu nén nên hợp lý Bêtông dễ bị ăn mòn môi tròng nhng kết cấu bêtông đựơc ống thép bên bảo vệ Kiểu dáng đẹp, thực tế có nhiều cầu kiểu đợc xây dựng Cầu lực đẩy ngang nên kích thớc mố trụ giảm so với kết cầu cầu vòm thờng II.2.2.Nhợc điểm : Kết cấu làm việc liên hợp nên tính toán phức tạp Công nghệ hàn thép đặc biệt, vật liệu bêtông sử dụng có cờng độ cao II.3 phơng án : Cầu dàn thép liên tục 2.2.1 Ưu điểm: - Dàn hệ liên kết với hai khớp hai đầu thanh, dàn chịu lực dọc trục Chính nhịp lớn cầu dàn tiết kiệm vật liệu cầu dầm - Các dàn có trọng lợng nhẹ, giảm bớt tĩnh tải xuống mố trụ, dẫn đến yêu cầu móng không cao nh cầu dầm - Khả chịu lực ngang cầu dàn tốt so với cầu dầm diện tích chắn gió thực tế nhỏ hơn, khoảng cách tim hai dàn chủ lớn - Cầu dàn có hình dáng đẹp, đảm bảo yêu cầu mỹ quan - Các cầu dàn thép định hình, chế tạo hàng loạt xởng nên đảm bảo tiến độ thi công nhanh, công tác thi công không phức tạp III.3.2- Nhợc điểm - Chiều dài nhịp lớn, dàn có nhiều nên công tác tu bảo dỡng phức tạp Tiến sơn để chống rỉ cầu sau đa cầu vào sử dụng gánh nặng cho nhà thầu Nguyn c Sn 110 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật - Cấu tạo phức tạp, mối nối dầm dọc dầm ngang, dầm ngang dàn chủ, mối nối dàn - Do có nhiều dàn, hệ liên kết cổng cẩu lớn nên không đảm bảo tầm nhìn tốt, tầm nhìn hai bên cầu bị hạn chế - Vấn đề ổn định mỏi cầu dàn đợc đặt cao loại cầu khác, với tải trọng tác dụng thờng xuyên cầu ôtô IV- Lựa chọn phơng án kĩ thuật 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 về: 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 Cùng với trợ giúp công nghệ kinh nghiệm tập đoàn xây dựng có kỹ thuật cao, việc tiếp cận, nghiên cứu cần thiết phù hợp với xu phát triển kinh tế nh nghành xây dựng cầu nớc nhà Cầu liên tục thi công phơng pháp đúc hẫng cân sơ đồ cầu đại, có tơng lai rõ rệt trình phát triển ngành xây dựng cầu nói riêng trình phát triển đất nớc nói chung Đây sơ đồ tỏ có nhiều điểm tơng thích với điều kiện địa chất khí hậu nớc ta, phù hợp với thẩm mĩ chung ngời Khả vơt nhịp lớn, hình dáng kiến trúc hài hoà, tiến độ thi công nhanh nh lực sử dụng lâu dài sơ đồ cầu phù hợp với tình hình kinh tế xã hội nhu cầu xây dựng ta Vì với mục đích học tập, theo hớng dẫn thầy giáo hớng dẫn, Ngô Văn Minh phơng án: Cầu liên tục bê tông cốt thép DƯL , thi công theo công nghệ đúc hẫng đợc đề xuất làm phơng án kĩ thuật Nguyn c Sn 111 Cầu hầm K43 ... 30 0 .37 289.12 279.11 270 .39 2 63. 00 256.98 252 .34 249.12 247 .32 4 73. 59 448.18 433 .33 419.15 405.69 39 1.00 37 5.46 36 1.40 34 8.89 33 7.99 32 8.75 32 1.22 31 5.42 31 1.40 30 9.15 Cầu hầm K 43 Thiết kế Đồ án tốt... K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 1250 30 771.4 30 0 1 23. 8 50 25 50 50 30 30 30 600 250 80 30 600 5850 14 Parabol 50Mpa 550 30 0 30 0 30 0 30 0 400 400 400 400 400 Cầu hầm K 43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp 34 35 36 ... 280 1 038 58 1052.01 Đốt 11 267 1017 23 1027.90 Đốt 12 258 100149 1009 .36 Đốt 13 2 53 99144 996.47 Đốt 14 250 987 13 989.29 DC tc (KN/m) DC tt (KN/m) 37 8.87 35 8.54 34 6.67 33 5 .32 32 4.55 31 2.80 30 0 .37