4 tinh toan SB vom

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông CHƯƠNG II PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ II CẦU VÒM LIÊN HỢP ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN 1.1 Tiểu chuẩn thiết kế - Cầu thiết kế theo dạng vĩnh cửu - Thiết kế theo 22TCN272 – 05 - Tần suất lũ thiết kế 1% 1.2 Bố trí chung phương án 1.2.1 Kết cấu phần - Sơ đồ bố trí chung: (105 + 105 +105)m - Kết cấu nhịp chính: Nhịp có chiều dài nhịp 105m kết cấu liên hợp Dầm cứng – Vòm cứng, dầm cứng dầm BTCT DƯL vòm sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông gồm hai ống nhồi bê tông 1.2.2 Kết cấu phần - Trụ: Sử dụng trụ bê tông cốt thép đặt móng cọc khoan nhồi đường kính D=1.5m - Mố: Dùng mố chữ U bê tông cốt thép đặt móng cọc khoan nhồi đường kính 1.0m 1.3 Giới thiệu chung kết cấu nhịp - Vòm kết cấu có hình dáng kiến trúc đẹp, đặc biệt hợp lý xây dựng cầu thành phố khu du lịch - Kết cấu cầu vòm có đặc điểm khác biệt với cầu dầm có lực đẩy ngang, với dạng vòm thông thường sơ đồ vòm khung chốt, vòm hai chốt, vòm chốt Các dạng cầu vòm nói chung lực đẩy ngang lớn mố trụ lớn, phải tăng kích thước, tăng vật liệu làm mố trụ Trường hợp đất yếu phí tổn xây dùng mố trụ cầu vòm lớn lý làm cho cầu vòm bị hạn chế phát triển - Khắc phục nhược điểm nhằm làm cho cầu vòm phát huy ưu điểm cửa vấn đề cần thiết phương án kết cấu liên hợp đêi có phương án cầu dầm cứng vòm cứng II LỰA CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA NHỊP CHÍNH 2.1 Đường cong trục vòm Việc chọn đường cong trục vòm có ý nghĩa quan trọng Nếu trục vòm trùng với đường cong áp lực tĩnh tải nửa hoạt tải rải tương đương mô men nhỏ Đường cong trục vòm dạng Parabol hợp lý Phương trình đường cong trục vòm Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 46/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông y= 4f (1 − x ) x l2 Trong f đường tên vòm 2.1.1 Đường tên vòm Tham số quan trọng tỷ số đường tròn vòm f với nhịp vòm l Tỷ số nhỏ tức vòm thoải lực đẩy ngang lớn ngược lại thường dùng tỷ lệ f/l = 1/4-1/6 Ta chọn f/l = 1/5 f = 21m 2.1.2 Độ lệch tâm Lực đẩy ngang từ vòm truyền vào dầm cứng gây lực kéo lệch tâm dầm cứng trụ mố không chịu lực đẩy ngang Trong dầm cứng xuất mô men uốn dương tĩnh tải hoạt tải thẳng đứng, cần phải tạo độ lệch tâm điểm đặt lực đẩy ngang từ vòm cho gây mô men âm dầm cứng nhằm giảm bớt trị số mô men dương tổng cộng dầm cứng Nhờ tiết kiệm vật liệu cải thiện trạng thái làm việc dầm cứng Tuy nhiên tạo độ lệch tâm lớn tạo hiệu ứng ngược lại => Chọn độ lệch tâm e = 20 cm 2.1.3 Lựa chọn tiết diện dầm chủ, tiết diện vòm tính ĐTHH 2.1.3.1 Lựa chọn tiết diện vòm Vòm chủ làm việc theo hai giai đoạn: Giai đoạn I: giai đoạn thi công, bê tông chưa chịu lực, mô men uốn lực dọc mặt cắt thép chịu Giai đoạn II: giai đoạn khai thác, mặt cắt làm việc mặt cắt liên hợp vòm ống thép nhồi bê tông Diện tích MÆt c¾t ngang vßm thÐp Giai ®o¹n I MÆt c¾t thÐp quy ®æi 16 1000 K1 1000 900 1000 900 16 K2 16 400 600 648 32 1000 K3 1000 900 1000 900 24.9 16 600 600 400 600 24.9 600 2.1.3.2 Lựa chọn tiết diện dầm chủ Mặt cắt ngang cầu gồm dầm chữ nhật Khoảng cách tim dầm chủ 1600cm Toàn cầu có 22 dầm ngang, khoảng cách dầm ngang 500cm Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 47/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Vật liệu làm dầm: - Bê tông dùng loại với bê tông nhồi ống - Thép dự ứng lực +) Dùng loại 15.2mm có thông số sau +) Diện tích tao 140 mm2 +) Mô đun đàn hồi Et =197000 MPa +) Cường độ chịu kéo Fpu =1860 MPa +) Giới hạn chảy Fpy = 85%Fpu =1581 MPa Các kích thước dầm chủ thể hình vẽ 1800 1550 1200 250 500 Dầm chủ chia thành đốt, chiều dài đốt 35m đốt đúc xưởng sau đưa công trường cẩu lắp Dầm cấu tạo từ bê tông cốt thép dự ứng lực theo công nghệ kéo sau 260 1550 1800 1200 K1 K2 250 500 2.2 Tải trọng tác đông thường xuyên DC 2.2.1 Tải trọng tác động thường xuyên DC 2.2.1.1 Tĩnh tải dầm chủ Diện tích mặt cắt ngang dầm chủ là: F1=2,251 m2 DCc tc = Ftd γ bt = 62, KN / m Ta có tc tc DCc = nt DCc = 78KN / m Trong n t hệ số vượt tải tải trọng thường xuyên theo 22TCN272- 05 lấy 1,25 2.2.1.2 Tĩnh tải dầm ngang Toàn cầu có 22 dầm ngang, dầm ngang có diện tích MCN: F ng =1.04m2 Chiều dài dầm ngang 14,8 m Tổng trọng lượng dầm ngang là: Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 48/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông DCdn=14,8.1,04.24=3694,08 KN Tĩnh tải rải dầm ngang m dài dầm dọc là: DC tcn = 26,067 KN/m DC ttn = 32,586 KN/m 2.2.1.3 Tĩnh tải mặt cầu giai ®o¹n Ii giai ®o¹n I 1080 1240 40 40 60 1240 190 190 190 190 1240 Tĩnh tải rải mặt cầu 1m dài dầm dọc là: DC tcmc =68,4 KN/m DC ttmc = n t DC tcmc =85,5 KN/m 2.2.1.4 Trọng lượng treo Thanh treo ta dùng vật liệu thép cường độ cao Mác ca loy ta chọn Mác ca loy có ∅=58 mm Để đơn giản cho thi công ta chọn có kích thước có MCN bố trí song song Diện tích treo: F = 0,00528416 m2 Bảng tính trọng lượng Tên Diện tích (m2) Chiều dài (m) Trọng lượng (KN) Thanh V1 0.00528416 3.809524 0.181683337 Thanh V2 0.00528416 7.238095 0.304338755 Thanh V3 0.00528416 10.28571 0.41755914 Thanh V4 0.00528416 12.95238 0.521344494 Thanh V5 0.00528416 15.2381 0.615694815 Thanh V6 0.00528416 17.14286 0.700610104 Thanh V7 0.00528416 18.66667 0.776090361 Thanh V8 0.00528416 19.80952 0.842135586 Thanh V9 0.00528416 20.57143 0.898745778 Thanh V10 0.00528416 20.95238 0.945920939 10.27085803 Tải trọng treo rải một dài dầm chủ là: DC tcth = 0,08854 KN/m DC ttth = 0,11068 KN/m 2.2.1.5 Trọng lượng ống nhồi bê tông Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 49/247 350 450 190 190 190 60 60 190 350 190 60 190 40 40100 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông 16 1000 900 K1 K2 Tổng tĩnh tải vòm bê tông: Pc = Fc γc Giá trị 105.6 0.766 0.494 2.027 5136.078 Tổng tĩnh tải vòm 16 1000 K3 900 Phần bêtông Tham số Đường kính ống Chiều dài vòm chủ Diện tích ống Diện tích phần nối Tổng diện tích bêtông mặt cắt ngang: Fc 400 600 600 Phần thép Tham số Bề dầy ống Chiều cao phần nối Diện tích ống Diện tích phần nối Tổng diện tích thép mặt cắt ngang: Fs Tổng tĩnh tải phần thép: Pc = Fs γs P = Pc + Ps Tĩnh tải rải 1m dài nhịp DCv = Ps + Pc L Giá trị 0.012 0.6 0.019 0.007 Đơn vị m m m2 m2 0.045 m2 370.163 kN 5506.242 kN 51.221 kN/m 2.2.1.6 Trọng lượng hệ giằng phía Ta lấy: 800 12 DC=0,259 kN/m 2.2.2 Tải trọng tĩnh tải giai đoạn gây DW Với loại tải trọng hệ số vượt tải 1,5 2.2.2.1 Lớp phủ mặt cầu Lớp phủ MC bao gồm: +) Lớp bê tông atphan +) Lớp bê tông bảo vệ +) Lớp phòng nước +) Lớp bê tông tạo dốc Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 50/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Tên lớp Dày DWtc DWtt Lớp BT át phan 21.375 32.0625 Lớp BT bảo vệ 18.24 27.36 Lớp phòng nớc 1.425 2.1375 Lớp BT tạo dốc 1.5 6.84 10.26 Tổng 11.5 47.88 71.82 Lớp phủ mặt cầu rải m dài dầm là: DW tcmc = 23,94 KN/m DW ttmc = 35,91 KN/m 2.2.2.2 Trọng lượng lan can, tay vịn, gờ chắn bánh Trọng lượng rải lan can, gờ chắn: DW tclc, gc = 10,79 KN/m Đơn vị KN/m KN/m KN/m KN/m KN/m DW ttlc, gc = 16,185 KN/m Kích thước cấu tạo lan can cầu: Tổng hợp ta có: DW tc =DW tcmc +DW tclc, gc =34,73 KN/m DW tt =DW ttmc +DW ttlc, gc = 52,095 KN/m 2.2.2.3 Hoạt tải tác động cầu Hoạt tải bao gồm +) HL93 +) Xe hỗn hợp +) Lực xung kích (1+IM) 2.3 Thiết kế dầm chủ 2.3.1 Nội lực treo, vòm khoang dầm tĩnh tải, hoạt tải lực xung kích Nội lực tĩnh tải DC DW N tcDC , DVV = (DC tc +DW tc ) Ω N N ttDC , DVV = (DC tt +DW tt ) Ω Nội lực tải trọng N tclan = g lan q tclan Ω N N ttlan = g lan n h q tclan Ω N Nội lực tải trọng xe hôn hợp N tcng = g ng q tcng Ω N N N ttng = g ng n h q tcng Ω N Nội lực xe hai trục thiết kế lực xung kích N tcxe2tr = g xe 2truc (1+IM/100) ∑ ( pi y i ) N ttxe2tr = g xe 2truc n h (1+IM/100) ∑ ( pi yi ) Nội lực xe hai trục thiết kế lực xung kích N tcxetaitk = g xetaitk (1+IM/100) ∑ ( pi y i ) N ttxetaitk = g xetaitk n h (1+IM/100) ∑ ( pi y i ) Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 51/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông 2.3.1.1 Nội lực vòm Dùng chương trình hỗ trợ thiết kế Midas vẽ đường ảnh hưởng sau xếp tải lên đường ảnh hưởng ta giá trị nội lực Từ kết tính toán ta tổ hợp với tổ hợp tải trọng cường độ I sau: THCĐ I :1,25.DC+1,5.DW +1,75 (TT Làn +TT xe hỗn hợp + Truck) THCĐ II : 1,25.DC+1,5.DW +01,75 (TT Làn +TT xe hỗn hợp Tendom Bảng tổng hợp lực dọc vòm Axial (kN) 43 th cd 1(max) j -13121.9 th cd2(max) -13142.4 44 th cd 1(max) j -12731.5 th cd2(max) -12752.6 45 th cd 1(max) j -12329.6 th cd2(max) -12351.7 46 th cd 1(max) j -11959 th cd2(max) -11982 47 th cd 1(max) j -11636.6 th cd2(max) -11660.2 48 th cd 1(max) j -11369.3 th cd2(max) -11393.1 49 th cd 1(max) j -11160.1 th cd2(max) -11183.7 50 th cd 1(max) j -10847.9 th cd2(max) -10850.1 51 th cd 1(max) j -10757.4 th cd2(max) -10760.1 52 th cd 1(max) j -10774.3 th cd2(max) -10776 53 th cd 1(max) j -10905.9 th cd2(max) -10929.7 54 th cd 1(max) j -11001.8 th cd2(max) -11026.7 55 th cd 1(max) j -11181.8 th cd2(max) -11208.5 56 th cd 1(max) j -11402.4 th cd2(max) -11429.4 57 th cd 1(max) j -11681.2 th cd2(max) -11708.1 58 th cd 1(max) j -12015.1 th cd2(max) -12041.3 59 th cd 1(max) j -12397 th cd2(max) -12422.4 60 th cd 1(max) j -12810.3 th cd2(max) -12834.7 61 th cd 1(max) j -13212 th cd2(max) -13235.9 296 th cd 1(max) j -13517.7 th cd2(max) -13538.1 297 th cd 1(max) j -13503.5 th cd2(max) -13527.4 Kết ta thấy lực dọc lớn xuất vòm số 296 với tổ hợp tải trọng cường độ : N tt296 = 13538,1 KN Elem Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Load Part Axial (kN) Load Trang 52/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Đường ảnh hưởng lực dọc 296 Bảng tổng hợp mô men vòm Moment-y Moment-y Elem Load Part Load (kNóm) (kNóm) 43 th cd 1(max) i 4306.17 th cd2(max) 3446.74 44 th cd 1(max) i 5900.88 th cd2(max) 4518.71 45 th cd 1(max) i 7303.76 th cd2(max) 5590.35 46 th cd 1(max) i 8128.73 th cd2(max) 6252.95 47 th cd 1(max) i 8320.42 th cd2(max) 6438.82 48 th cd 1(max) i 8005.3 th cd2(max) 6235.09 49 th cd 1(max) i 7347.81 th cd2(max) 5780.46 50 th cd 1(max) i 6566.87 th cd2(max) 5240.07 51 th cd 1(max) i 5934.82 th cd2(max) 4795.07 52 th cd 1(max) i 5651.53 th cd2(max) 4611.66 53 th cd 1(max) i 5642.7 th cd2(max) 4605.07 54 th cd 1(max) i 5873.2 th cd2(max) 4739.35 55 th cd 1(max) i 6507.24 th cd2(max) 5195.52 56 th cd 1(max) i 7312.9 th cd2(max) 5754.51 57 th cd 1(max) i 7967.88 th cd2(max) 6206.82 58 th cd 1(max) i 8285.33 th cd2(max) 6412.16 59 th cd 1(max) i 8098.87 th cd2(max) 6230.24 60 th cd 1(max) i 7281.23 th cd2(max) 5573.46 61 th cd 1(max) i 5886.42 th cd2(max) 4507.65 296 th cd 1(max) i 4306.17 th cd2(max) 3446.74 297 th cd 1(max) i 4299.74 th cd2(max) 3441.95 Kết ta thấy mô men lớn xuất vòm 47 với tổ hợp tải trọng cường độ giá trị sau : M tt47 = 8320.42 KNm Đường ảnh hưởng mô men 47 Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 53/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông 2.3.1.2 Nội lực treo Tính toán tương tự vòm còng tổ hợp với tổ hợp tải trọng ta có: Bảng tổng hợp nội lưc treo Elem Load Part Axial (kN) Load Axial (kN) 176 th cd1(max) j 573.65 th cd2(max) 521.65 177 th cd1(max) j 573.77 th cd2(max) 521.74 178 th cd1(max) j 573.77 th cd2(max) 521.74 179 th cd1(max) j 887.68 th cd2(max) 817.29 180 th cd1(max) j 1003.2 th cd2(max) 924.7 181 th cd1(max) j 1037.88 th cd2(max) 956.43 182 th cd1(max) j 1045.23 th cd2(max) 962.56 183 th cd1(max) j 1044.63 th cd2(max) 961.18 184 th cd1(max) j 1041.91 th cd2(max) 957.81 185 th cd1(max) j 1038.3 th cd2(max) 953.85 186 th cd1(max) j 1035.27 th cd2(max) 950.71 187 th cd1(max) j 1033.32 th cd2(max) 948.7 188 th cd1(max) j 1033.52 th cd2(max) 948.88 189 th cd1(max) j 1035.94 th cd2(max) 951.33 190 th cd1(max) j 1038.91 th cd2(max) 954.37 191 th cd1(max) j 1042.36 th cd2(max) 958.14 192 th cd1(max) j 1045.11 th cd2(max) 961.53 193 th cd1(max) j 1045.8 th cd2(max) 962.98 194 th cd1(max) j 1038.52 th cd2(max) 956.91 195 th cd1(max) j 1003.82 th cd2(max) 925.18 196 th cd1(max) j 888.16 th cd2(max) 817.66 Ta thấy nội lực lớn treo số 193 tác động tổ hợp tải trọng cường độ tt = 1045,8 KN N 193 Đường ảnh hưởng lực dọc 193 Elem Bảng tổng hợp nội lưc khoang dầm Mô Axial Axial Load ment-y Load (kN) (kN) (kNóm) th cd1(max) 14249.18 -524.41 th cd2 (max) 13487.86 th cd1(max) 14249.18 3206.21 th cd2(max) 13487.86 th cd1(max) 14249.18 4761.27 th cd2(max) 13487.86 th cd1(max) 14249.18 5346.59 th cd2(max) 13487.86 Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Mô ment-y (kNóm) -552.24 2739 4031.18 4503.36 Trang 54/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông th cd1(max) 14249.18 5501.78 th cd2(max) 13487.86 th cd1(max) 14249.18 5382.72 th cd2(max) 13487.86 th cd1(max) 14249.18 5100.96 th cd2(max) 13487.86 th cd1(max) 14249.18 4732.97 th cd2(max) 13487.86 th cd1(max) 14249.18 4345.86 th cd2(max) 13487.86 10 th cd1(max) 14249.18 4128.86 th cd2(max) 13487.86 11 th cd1(max) 14249.18 4056.58 th cd2(max) 13487.86 12 th cd1(max) 14249.18 4121.47 th cd2(max) 13487.86 13 th cd1(max) 14249.18 4331.28 th cd2(max) 13487.86 14 th cd1(max) 14249.18 4715.02 th cd2(max) 13487.86 15 th cd1(max) 14249.18 5083.07 th cd2(max) 13487.86 16 th cd1(max) 14249.18 5366.08 th cd2(max) 13487.86 17 th cd1(max) 14249.18 5487.19 th cd2(max) 13487.86 18 th cd1(max) 14249.18 5334.16 th cd2(max) 13487.86 19 th cd1(max) 14249.18 4752.21 th cd2(max) 13487.86 20 th cd1(max) 14249.18 3200.85 th cd2(max) 13487.86 21 th cd1(max) 14249.18 -526.06 th cd2(max) 13487.86 Từ kết tính toán ta thấy nội lực lớn xuất khoang dầm Mtt = 5501,78KNm Đường ảnh hưởng mô men mặt cắt khoang 4614.96 4528.29 4328.72 4068.31 3791.94 3642.96 3597.48 3636.85 3780.13 4054.11 4314.88 4515.59 4603.85 4494.12 4024.42 2734.99 -553.48 Từ kết tính toán ta thấy lực dọc lớn xuất khoang dầm nhau, dầm làm việc chịu kéo uốn lệch tâm: Ntt = 14249,18 KN Đường ảnh hưởng lực dọc mặt cắt khoang Biểu đồ mô men max tác động tổ hợp tải trọng cường độ1 Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 55/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Biểu đồ lực dọc max tác động tổ hợp tải trọng cường độ 2.4 Tính duyệt phận KCN 2.4.1 Tính duyệt treo Thanh treo làm thộp chịu kéo ta tính duyệt kết cấu chịu kéo đỳng tâm ta kiểm toán ứng suất theo “ Trạng thái giới hạn cường độ I “ Như treo tính toán 193 có hiệu ứng tải bất lợi σ MAX = N tt Ft 1000 1000 2.4.2 Tính duyệt vòm Thanh vòm kết cấu ống thép nhồi bê tông với kích thước sau : +) Đường kính ống : D=1m +) ống thép dầy : t =14mm Mặt cắt ngang vòm thép là: Với kích thước cường độ bê tông ống thép đạt là: Rbt = 500 KG/cm2 =5000 KN/m2 Thanh vòm có kích thước lớn chiều dài không lớn nên ta kiểm toán theo điều kiện cường độ “TTGH cường độ I” bá qua hiệu ứng uốn dọc Nr = ϕ Nn Nr : Sức kháng dọc trục tớnh toán ϕ : Hệ số sức kháng theo quy định lấy = 0,75 Nn : Sức kháng danh dịnh mặt cắt Theo kết thớ nhgiệm cường độ bê tông ống thép đạt 5000 KN/m2 ta có sức kháng dang định sau: Nn = Rbt.Ftđ = 0,85.5000.2,0042 = 85178,2 KN 0,75 Nn = 63883,6425 > N tt296 = 13538,1 KN => Đạt 2.5 Tính lượng cốt thép tính duyệt dầm chủ 2.5.1 Tính lượng cốt thép 2.5.1.1 Trong giai đoạn khai thác 400 Trong đó: Ntt = 1045,8 KN Lực dọc trục xuất Ft = 0,00528416 m2Diện tích mặt cắt ngang Thay số vào ta có: σ MAX = 197912,251 KN/m2 < 0,8.Fpu =388000 KN/m2 => Đạt Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 56/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Sau thi công xong đốt dầm chủ, dầm ngang, mặt cầu, vòm, treo tiến hành nối dầm chủ, thi công mặt cầu tháo bá trụ tạm toàn tĩnh tải kết cấu phân bố lại mặt cắt làm việc lỳc Giai Đoạn 4: Theo kết tính toán ta có: Mô men lớn xuất khoang với giá trị sau: Mtt = 5501,78 KNm Tương ứng ta có hiệu ứng tải khoang dầm Ntt = 14249,18 KN Như ta thấy dầm chủ chịu kéo lệch tâm với hiệu ứng sau Ntt = 14249,18 KN Mtt = 5501,78 KNm Lượng cốt thép cần thiết chiô lực dọc n= N tt = 14249,18/(1,6644.1860) = 4,6(bó) Nb Trong đó: Ntt = Lực dọc tính toán Nb = Khả chịu lực bó 12T15,2 Do ta chọn bó cốt thép DUL để bố trí +) Lượng cốt thép cần thiết chịu mô men - Mômen tính toán giai đoạn khai thác: Mtt = 5501,78 KNm - Công thức tính diện tích cốt thép DƯL: A ps = M tt a⎞ ⎛ f ps ⎜ d p − ⎟ 2⎠ ⎝ Trong đó: : Diện tích cốt thép DƯL +) Aps : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép +) dp DƯL : Cường độ bê tông tuổi 28 ngày, f’c = 50 MPa +) f’c +) b : Bề rộng mặt cắt chịu nén : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0,8 +) β : Cường độ chịu kéo quy định thép DƯL, fpu = 1860 MPa +) fpu : Giới hạn chảy thép DUL, fpy = 90%fpu = 1674 MPa +) fpy +) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà với giả thiết thép DƯL bị chảy dẻo +) a : Chiều dày khối ứng suất tương đương, a = c. β1 : Ứng suất trung bình cốt thép DƯL sức kháng uốn danh định +) fps Tính theo công thức: ⎛ c f ps = f pu ⎜ − k ⎜ dp ⎝ ⎞ ⎟⎟ ⎠ ⎛ Với k = ⎜⎜1, 04 − ⎝ f py ⎞ ⎟ f pu ⎟⎠ - Hàm lượng thép DƯL thép thường phải giới hạn cho: c ≤ 0,42 dp Giả thiết: Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 57/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông +) Chiều cao bố trí thép DƯL là: at = 20 (cm) => dP = 180 – 20 = 160 (cm) +) Lấy c = 0,42.dP = 0,42.160 = 67,2 (cm) +) Ta có: a = 0,8.c = 0,8.67,2 = 53,76 (cm) Bảng tính toán diện tích cốt thép DƯL cần thiết mặt cắt khoang Tên gọi đại lượng Giá trị mômen mặt cắt 0,5KD5 Hệ số quy đổi hình khối Cường độ chịu nén bê tông Chiều cao mặt cắt Chiều cao bố trí cốt thép Chiều cao có hiệu mặt cắt Bề rộng cánh chịu nén Chiều cao vùng chịu nén Chiều dày ứng suất khối tương đương Hệ số k đ]ợc tính ứng suất trung bình cốt thép DUL Lượng cốt thép cần thiết chịu mômen Số bó cần thiết để chịu mômen Vậy ta chọn số bó cốt thép cần thiết Kí hiệu Mtt = β1 = fc' = H= at = dp = B= c= a= k= fps = Aps = n(M) = n= Giá trị 5501,78 0.7 50 180 20 160 120 67,2 53,76 0.28 1641,264 0.0025181 1.52 Đơn vị KNm Mpa Cm Cm Cm Cm Cm Cm Mpa m2 Bó Bó - Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt khoang KD5 khai thác +) Số bó thép DƯL bố trí là: n = bó 12T15,2 +) Diện tích cốt thép bố trí: APS = 49,932(cm2) Tổng hợp lượng thép DƯL chịu lực dọc mô men Chọn tổng số bó n = (bó) Trong đó: Bố trí bó phía mặt cắt Bố trí bó phía mặt cắt 2.5.2 Tính duyệt dầm chủ: Do điều kiện thêi gian nên ta tính duyệt dầm chủ giai đoạn khai thác Trong giai đoạn khai thác dầm chủ chịu kéo lệch tâm Tính duyệt dầm chủ theo TTGHCĐI a) Duyệt theo sức kháng uốn Căn vào điều A.5.7.3.2 AASHTO ta kiểm tra theo công thức: φM n ≥ M u Trong đó: φ : Hệ số sức kháng, φ = 1,0 cấu kiện dự ứng lực chịu kéo uốn Mn : Sức kháng uốn danh định tiết diện, tính theo công thức Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 58/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông a⎞ a⎞ a⎞ ⎛ ⎛ ⎛ ⎛a h ⎞ M n = A ps f ps ⎜ d p - ⎟ + A s f y ⎜ d s - ⎟ - A s' f y' ⎜ d s' - ⎟ + 0.85f c' (b - b w )β1h f ⎜ - f ⎟ 2⎠ 2⎠ 2⎠ ⎝ ⎝ ⎝ ⎝2 ⎠ Tên đại lượng Diện tích thép DUL Khoảng cách từ thí nén đến trọng tâm cốt thép DUL ứng suất trung bình cốt thép DUL Diện tích cốt thép thêng chịu kéo Giới hạn chảy quy định thép chịu kéo Khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép thêng chịu kéo Diện tích cốt thép chịu nén Giới hạn chảy quy định thép chịu nén Khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép thường chôi nén Cường độ chịu nén quy định bê tông Bề rộng cánh chịu nén Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất Hệ số k Khoảng cách từ TTH đến mặt chịu nén Chiều dày khối ứng suất tương đương Sức kháng danh định Vậy Mn = 17032,459 (kNm) Ký hiệu Aps = Giá trị 6657.6 Đơn vị Mm2 dp = fps = as = fy = 1600 1753.556 345 Mm Mpa mm2 Mpa ds = As' = fy' = 0 345 mm mm2 Mpa ds' = fc' = b= β1 = 50 1200 0.7 0.38 327.016 228.911 17032.459 mm Mpa mm k= c= a= Mn = mm mm KNm => ϕ.Mn = 1,0.17032,459 = 17032,459 > 5501,78 KNm => Đạt b) Duyệt theo sức kháng kéo Các cấu kiện mà lực tính toán gây ứng suất kéo toàn mặt cắt phải coi cấu kiện chịu kéo giả thiết lực kéo thép chịu Kiểm tra theo công thức: Ptt ≤ ϕ Pn = Pr Sức kháng tính toán chịu kéo đồng xác định sau: Pr = ϕ Pn Trong đó: Pn = sức kháng kéo danh định quy định Điều 5.6.3.4 ϕ = 1,00 hệ số sức kháng quy định Điều 5.5.4.2 Sức kháng danh định giằng chịu kéo phải lấy bằng: Pn = fyAst + Aps [fpe + fy] Ở đây: Ast = Aps = tổng diện tích cốt thép dọc thường giằng (mm2) diện tích thép dự ứng lực(mm2) Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 59/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông fy = cường độ chảy cốt thép dọc thường (MPa) fpe = ứng suất thép dự ứng lực tạo dự ứng lực, xét mát (MPa) Đơn vị mm2 mm2 Mpa Mpa KN 600 1600 Tên đại lượng Ký hiệu Giá trị Tổng diện tích cốt thép dọc thường ats = Diện tích cốt thép DUL aps = 11650.8 Cêng độ chảy cốt thép dọc thường fy = 345 ứng suất thép DUL tạo DUL xét đến mát fpe = 1308 Sức kháng kéo danh định Pn = 19258.77 Thay số ta có: Pn = 19258,77 KN ϕ.Pn = 1,0.19258,77 = 19258,77 > 14249,18 KN => Đạt III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤ 3.1 Cấu tạo trụ 700 200 70000 500 60000 200 3000 3000 3000 1500 4500 4500 4500 4500 1500 1500 4500 1500 3.2 Tải trọng tác động lên trụ 3.2.1 Tải trọng tác thân trụ Công thức chung để xác định tĩnh tải là: Pi = Vi.gi Trong đó: Pi : Trọng lượng cấu kiện Vi : Thể tích cấu kiện gi : Trọng lượng riêng cấu kiện Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 60/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Trọng lượng thân trụ thành phần cấu tạo nên trụ gồm Tính thể tích trụ thiết kế Kí hiệu Thể tích phần xà mò V1 = Thể tích phần trụ tròn V2 = Thể tích phần trụ thân hẹp V3 = Thể tích đài cọc V4 = Thể tích toàn trụ V= V1+V2+V3 => Vậy ta có: DCbt = 2633,215KN Giá trị 92.25 53.4428 478.98 472.5 1097.173 Đơn vị M3 M3 M3 M3 M3 Với tải trọng hệ số vượt tải n=1,25 3.2.1.1 Tải trọng nước áp lực đẩy tính cho phần bệ móng tính theo công thức sau P = γ w Vo = 472,5.1 = 472,5 T Trong đó: γ W : Trọng lượng riêng nước V0 : Phần thể tích kết cấu ngập nước 3.2.1.2 Hoạt tải kết cấu nhịp truyền xuống trụ Được lấy với tổ hợp 90% (hoạt tải+ tải trọng )+đoàn xe hỗn hợp Trong hoạt tải hiệu ứng hai xe tải thiết kế cách 15m khoảng cách truc 4,3m Đường ảnh hưởng phản lực gối trụ hai nhịp giản đơn tác động Phản lực gối hoạt tải P ht = 4957,713 KN * Phản lực gối tổ hợp tải trọng 1,25 DC + 1,5DW P = 8940,949 KN * Phản lực gối tổ hợp tải trọng 1,25DC+1.5DW+1,75LL Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 61/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Ptt = 4957,713+ 8940,949 = 22839,61 KN * Tổng lực thẳng đứng tác động đáy bệ Pdb = 22839,61 + 1,25.2633,215 – 472,5 = 25658,629 KN 3.3 Sức chịu tải cọc Sức chịu tải cọc xác định theo hai chi tiêu +) Theo đất +) Theo vật liệu làm cọc Ta lập bảng tính EXCEL ta có giá trị sức chiô tải sau Tên gọi Giá trị Đơn vị Sức chịu tải theo đất 9193 KN Sức chịu tải theo vật liệu 18730 KN Chọn Qtt 9193 KN 3.3.1 Tính toán sơ bé số cọc móng Số cọc móng tính theo công thức n = 1,5 Pdb Qt n = 1,5.25658,629/9193 = 5,18(cọc ) => Chọn n = 10 cọc Bố trí cọc móng 1500 y 1500 4500 x 1500 4@4500 1500 IV TÍNH TOÁN MỐ CẦU 4.1 Kích thước thiết kế mố - Mố sử động mố chữ U BTCT Toàn cầu có mố M1, M2 - Phương án cầu bố trí đối xứng làm việc hai mố ta tính mố đại diện mố M1 - Tên mố tính toán : M1 - Quy trình tính toán : Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 - Quy trình tham khảo : QT79 - Mố sử động mố U bê tông cốt thép - Vật liêu sử động : Bêtông Mác 300, cốt thép A5 - Tải trọng tác động lên mố gồm: +) Trọng lượng thân mố Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 62/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông +) Tải trọng lớp phủ mặt cầu tiện ích công cộng +) Hoạt tải kết cấu nhịp +) Hoạt tải lăng thể trượt 4.2 Tải trọng tác động lên mố Tính toán tương tự mố cầu phương án sơ ta có: * Tổng lực thẳng đứng tác động đáy bệ: Pdb = 23711,5 KN 4.3 Tính sức chịu tải cọc Sử dụng cọc khoan nhồi D = 1,2m Tính toán sức chịu tải củc cọc phương án ta có Tên gọi Giá trị Đơn vị Sức chịu tải theo đất Sức chịu tải theo vật liệu 5408,170 15568,167 KN KN Chọn Qtt 5408,170 KN 4.4 Tính toán sơ số cọc móng Số cọc móng tính theo công thức: n = β Thay số vào ta có: n = 1,5 P Qcoc 23711,5 = 6,58 Cọc 5408,170 Vậy ta lựa chọn số cọc mố cọc bố trí sau: 1500 y 1500 4500 x 3@4300 1300 4.5 Dự kiến phương án thi công chủ đạo 1300 4.5.1 Thi công mố Bước 1: - San ủi mặt (dùng máy ủi) Định vị tim cọc khoan nhồi - Tập hợp máy móc thiết bị vật liệu chuẩn bị thi công mố Bước 2: - Dùng máy khoan ED400 khoan tạo lỗ cọc hạ ống vách thép - Tiếp tôc khoan đến cao độ thiết kế Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 63/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông - Hạ lồng cốt thép đổ bê tông cọc Bước 3: - Dùng máy xỳc kết hợp nhân lực đào hố móng đến cao độ thiết kế - Đập đầu cọc vệ sinh hố móng - Rải đá đổ bê tông lớp lát Bước 4: - Bố trí cốt thép dùng ván khuôn - Đổ bê tông bệ mố - Hoàn thiện mố 4.5.2 Thi công trụ cầu Bước 1: - Đo đạc xác định tim trụ, tim cọc ván thép, khung định vị - Hạ cọc ván thép - San ủi đắp đất tạo đảo nhô Bước 2: - Hạ ống vách khoan tạo lỗ cọc - Vệ sinh lỗ khoan hạ cốt thép - Đổ bê tông cọc Bước 3: - Hạ vòng vây cọc ván - Đào đất hố móng,thi công lớp bịt đáy - Hỳt nước khái hố móng - Đập đầu cọc, sửa sang hố móng - Lắp dùng ván khuôn, cốt thép đổ bê tông bệ trụ - Sau bê tông trụ đủ cường độ dao phép lắp dùng ván khuôn cốt thép đổ bê tông thân trụ - Hoàn thiện trụ, tháo dì đà giáo ván khuôn,dùng bỳa dung nhổ cọc ván thép tháo dì hệ thống khung vây cọc định vị 4.5.3 Thi công kết cấu nhịp dẫn - Nhịp dẫn thi công giá lao cầu ba chân - Khi thi công tiến hành thi công nhịp từ mố nhịp 4.6 Thi công kết cấu nhịp - Các đốt dầm đúc xưởng - Vận chuyển công trường Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 64/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông - Tiến hành cẩu lắp - Thi công dầm ngang - Thi công mặt cầu - Thi công treo, vòm - Nối dầm chủ - Tháo trụ tạm - Thi công lớp thủ tiện ích - Hoàn thiện cầu Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 65/247 ...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông y= 4f (1 − x ) x l2 Trong f đường tên vòm 2.1.1 Đường... ngang 500cm Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 47/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông Vật liệu làm dầm: - Bê tông dùng loại với bê tông... ngang là: Nguyễn Văn Hiếu Cầu – Đường sắt K44 Trang 48/247 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – THIẾT KẾ SƠ BỘ PASB II: Cầu vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông DCdn=14,8.1,04.24=3694,08 KN Tĩnh tải rải dầm ngang