CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 2.1 Lựa chọn phương án kết cấu Giới thiệu kết cấu cầu tàu Kết cấu cầu tàu kết cấu chọn vì: So với loại bến mái nghiêng, trọng lực, tường cừ bến cầu tàu có ưu điểm: - Kết cấu nhẹ, tốn vật liệu, có nhiều cấu kiện đúc sẵn nhà máy: cọc, cừ, dầm, bản, tựa,… Thi cơng nơi đất cho phép đóng cọc như: cát, sét, sét, cát, bùn sét, bùn cát… Thi cơng nhanh, kết cấu cầu tàu có nhiều cấu kiện đúc sẵn Cầu tàu đòi hỏi cơng đoạn thi cơng nước cần đến thợ lặn Chọn kích thước cọc đặc trưng vật liệu Dạng cơng trình bến bệ cọc đài mềm có mặt cầu, hệ dầm ngang, dầm dọc, cọc BTDƯL D800 mm Cầu tàu gồm phân đoạn với chiều dài phân đoạn Lpđ= 49 m Bố trí cọc tuyến: Bước cọc theo phương ngang: 5m, đầu thừa bên bên m Bước cọc theo phương dọc: 2.75m, 4.5 m, chiều dài sau ray 9m (gồm nhịp 4.5m) Tồn cọc bao gồm: 660 Một phân đoạn có 70 cọc đóng thẳng 40 cọc đóng xiên 1:8 • Hình vẽ sơ đồ bố trí cọc Đặc trưng vật liệu: Hệ thống dầm : BT M300 E=2,9.106T/m2 Cọc ống thép : Eb =2,1.107T/m2 Cọc ống BTCT UST : BT M500 E=3,6.10 6T/m2 Các đặc trưng kỹ thuật cọc ống BTCT ly tâm dự ứng lực sử dụng cho cơng trình: Đường kính ngồi: 700 mm Đường kính trong: 500 mm Chiều dày thành cọc: 200 mm Mơ men uốn nứt: Mcr = 45 T.m Ứng suất cho phép: Hệ thống dầm bến: Dầm ngang: bxh = 900x1750 mm Dầm dọc ray cần trục: bxh = 900x1750 mm Dầm dọc khơng ray cần trục: bxh = 900x1200 Dầm cọc biên: bxh = 800x1200 mm Đặc trưng vật liệu: • Dầm, BTCT Bê tơng sử dụng cho dầm, M500 có đặc trưng vật liệu: Mơ đun đàn hồi: E = 3.6x106 T/m2 Trọng lượng riêng: γ = 2.5 T/m3 Bản mặt cầu: Bản mặt cầu BTCT M 500 dày 350 mm Trên mặt cầu có trải lớp bê tơng nhựa nóng hạt mịn dày 100 mm - 2.2 Tính tốn sơ cọc 2.1.1 Sức chịu tải cọc Tải trọng tác dụng lên đầu cọc ray cần trục: - Cọc BTCT PHC D700-500 loại A, dài 45m - Dầm dọc ray cần trục: bxh = 900x1750 cm - N/x: lực tác dụng lên cọc: • Trọng lượng thân cọc • Trọng lượng thân dầm ngang, dầm dọc đè lên cọc • Trọng lượng thân mặt cầu ( dày 45 cm) • Tải trọng hàng hóa, phân bố q ≤ 40 kN/m2 Dựa vào mặt tọa độ cọc, ta chọn trường hợp lực tác dụng lên cọc nguy hiểm để tính tốn Với hàng cọc ray cần trục hàng B hàng H Sơ ta nhận thất lực tác dụng lên hàng cọc H lớn hàng cọc B ( tải trọng thành phần lớn hơn), nên tính tốn lực tác dụng lên đầu cọc ray cần trục ta chọn cọc hàng H Chọn cọc H – để tính tốn 2.1.2 Tải trọng tác dụng lên đầu cọc a Tải trọng thân Trọng lượng thân cọc: Gc= (π/4)*(D^2-d^2)*L*γb= 212.058 kN Trọng lượng thân dầm dọc ray cần trục: Gdd= b*(hd-hs)*4.65*γb= 162.75 kN Trọng lượng thân dầm ngang: Gdn= b*(hd-hs)*(4.5/2+4.5/2)*γb= 157.5 kN Trọng lượng thân mặt cầu: Bản mặt cầu: Gbs= 0.35*(4.5/2+4.5/2)*4.65*25 = 183.094 kN Lớp bê tơng nhựa: Gbtn= 0.1*(4.5/2+4.5/2)*4.65*20.5 = 42.8963 kN b Tải trọng hàng hóa q= 40kN/m2 Hoạt tải truyền xuống: Ght = 40*(4.5/2+4.5/2)*4.65 = 837 kN Tải trọng cần trục chạy ray: Dùng đường ảnh hưởng phản lực gối cho sơ đồ gần Sau dùng chương trình kiểm tra, ta tìm vị trí nguy hiểm vị trí gối Suy ra: tổng lực tác dụng lên đầu cọc H – 6: PFmaxx = 2*Gc+Gdd+Gdn+Gbs+Gbtn+Ght+Gctr2 = 2*212.058+162.75+157.5+183.084+42.8963+837+2437.15 = 4216.23 kN P cọc = P Fmax/( 2*cos α) = 4216.23/( 2* cos 7.125o)= 2124.52 kN 2.2 Tính tốn sức chịu tải cọc: Theo hai phương pháp: 2.2.1 - Phương pháp tiêu cường độ đất - Phương pháp vật liệu Tính tốn sức chịu tải cọc theo tiêu lý đất nền: Tính tốn theo TCXD 205: 1998 tiêu chuẩn thiết kế móng cọc Sức chịu tải nén: Sức chịu tải nén cọc theo đất xác định theo cơng thức sau: Qa = Qtc ktc Với Qtc= m.(mR.qp.Ap + u.∑mf.fsi.li) Trong đó: Qa: sức chịu tải cho phép tính tốn theo đất (T) Qtc: sức chịu tải tiêu chuẩn tính tốn theo đát cọc đơn (T) Ktc: hệ số an tồn, móng có 21 cọc Ktc = 1.4 qp fs: cường độ chịu tải mũi mặt bên cọc lấy theo bảng A.1, A.2 m: hệ số làm việc cọ đất, m = 0.8 ( mục A.6) mR,mf: điều kiện làm việc đát đàn lượt mũi cọc mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc đến sức chống tính tốn đất, xác định theo bảng A.3 Ap: diện tích tiết diện ngang cọc (m2) Ap = πD2/4 = π*0.72/4 = 0.3848 m2 u: chu vi cọc (m) u = π*D = π*0.7 = 2.199 m Hình 2.2 – Các lớp địa chất hố khoan BH4 Chia đất xung quanh cọc thành lớp phân tố có bề dày ≤ 2(m) • Lớp đất lớp sét béo màu xám xanh, xám tối, trạng thái dẻo, độ sệt b=1,06 > • Lớp lớp sét béo lẫn cát màu vàng, xám trắng, trạng thái nửa cứng đến cứng, độ sệt b= 0.11 thích hợp đóng cọc vào chiều dày lớp q mỏng (2.8 m) nên cho cọc xun qua lớp đất Lớp đất lớp cát cấp phối, cát bụi màu vàng, xám trắng, trạng thái chặt vừa đến chặt, chiều dày lóp 3.3 m, q mỏng • Lớp đất lớp cát sét màu (vàng, xanh, nâu, xám, trắng), trạng thái chặt vừa đến chặt, độ sệt b= 0.087, chiều dày lớp 10.7 m, thích hợp làm cọc Vậy qua trạng thái lớp đất khảo sát, đưa cọc ngàm vào lớp đất thứ lớp cát sét Cọc ngàm vào lớp đất tốt với độ sâu ≥ 6d (m) = x 0,8 = 4,8 (m) Khoảng cách từ mũi cọc đáy lớp 4: ≤ 4d (m) = x 0,8 = 3,2 (m) Suy ra: chọn chiều sâu cọc ngàm vào lớp đất là: 4,8 (m) Sức chống đất vị trí mũi cọc: qp (T/m2) Vị trí mũi cọc lớp đất cát sét có B=0.087 , độ sâu 43.26 (m) : qp = 947.498 (T/m2) (Tra bảng A.1) Hạ cọc phương pháp rung, ép cọc : ⇒ mR = mf = Cao độ (m) Lớp đất Độ dày li (m) Chiều sâu lớp (m) Ma sát hơng fi (T/m2) Sức kháng hơng Ufili (T) Tổng sức kháng hơng (∑Ufili) Sức kháng mũi qp (T/m2) Sức chịu tải (T) Độ sệt -18.16 Sét béo 0.2 0.8796 0.8796 60 19.1763 1.06 -20.16 0.5 2.1991 3.0788 80 27.0932 1.06 -22.16 0.6 2.6389 5.7177 85 30.7437 1.06 -24.16 0.6 2.6389 8.3567 88.3334 33.8811 1.06 -26.16 0.6 2.6389 10.9956 92 37.1211 1.06 -28.16 11 0.6 2.6389 13.6345 96 40.4638 1.06 -30.16 13 0.6 2.6389 16.2735 96.4 42.6981 1.06 -32.16 0.2 13.2 0.6 0.2639 16.5374 13.2299 1.06 -32.36 -32.36 -34.36 1.06 Sét béo lẫn cát 15.2 7.228 36.3323 52.8696 734.84 268.5359 0.11 0.8 16 7.34 14.7581 67.6277 750.2 285.0714 0.11 -35.16 -35.16 -37.16 0.11 Cát cấp phối 18 7.62 38.3027 105.9304 464 227.5992 1.3 19.3 7.802 25.4914 131.4218 474.4 251.1942 21.3 8.082 40.6250 172.0468 917.314 420.0572 0.087 23.3 8.326 41.8515 213.8983 938.874 0.087 0.8 24.1 8.474 17.0382 230.9364 947.498 460.1762 476.461 -38.46 -38.46 -40.46 Cát sét -42.46 -43.26 0.087 0.087 Vậy sức chịu tải tiêu chuẩn cọc chịu tải trọng nén là: Qtc= m.(mR.qp.Ap + u.∑mf.fsi.li)= 0.8*(1*947.498*0.5027+230.9364)=476.4618 T Suy ra: Qtc Sức chịu tải nén cho phép cọc theo đất nền: Qa = = 476.4618/1.4 ≈ 340.33 (T)=3403 kN ktc Vậy: Qa > Pnén Bảng tra hệ số: Sức chịu tải nhổ: Sức chịu tải trọng nhổ cọc xác định theo cơng thức: Qtck = m.u.∑mf.fi.li (t) Trong đó: mf : điều kiện làm việc đất mũi cọc mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc đến sức chống tính tốn đất, xác định theo bảng a.3 m: hệ số làm việc cọc đất, m = u: chu vi cọc (m) fs: cường độ chịu tải mặt bên cọc lấy theo bảng a.2 Vậy sức chịu tải trọng nhổ: Qtck = m.u.∑mf.fi.li = * 233.2991 ≈ 233.3 (T) ≈ 2333 kN 2.2.2 Tính tốn sức chịu tải cọc theo vật liệu: Theo catalogue nhà sản xuất cọc BTDUL Phan Vũ – Đồng Nai, cọc BTDUL D800 – loại C (PHC) : Qvl = 220 (T) Vậy sức chịu tải cọc: Theo đất nền: o Sức chịu tải nén: Qa = 340.3 (T) o Sức chịu tải nhổ: Qtck = 233.3 (T) Theo vật liệu: Qvl = 220 (T) Suy ra: chọn sức chịu tải cọc : Q = Qa = 340.3 (T) 2.2.3 Chiều dài tính tốn cọc: a) Chiều dài chịu nén cọc: Ln (m) Theo cơng thức Zanvnev: 7.10−3 EF Ln = Lo + Φo Trong đó: L0: chiều dài tự cọc, (m) Do lớp lớp sét béo, trạng thái dẻo, B= 1,06 > nên khả chịu lực Cho nên bỏ qua làm việc lớp đất ⇒ Lo = 32.36 m Φ o : sức chịu tải cọc, Φ o = 405.5 (T) E : Mơđun biến dạng vật liệu cọc, E = 3.75.106 (T/m2) F : Diện tích tiết diện ngang cọc, F = 0.2827(m2) Suy ra: 7.10−3 EF Ln = Lo + = 32.36+(7.10-3*3.75.106*0.2827)/340.3= 54.17 (m) Φo b) Chiều dài chịu uốn cọc: Lu (m) Lu = L0 + α bd Trong đó: Lo = 32.36 (m) αbd : Hệ số biến dạng, (m-1) α bd = K bc Eb I Với : K : Hệ số tỷ lệ, (T/m4), lấy tuỳ thuộc vào loại đất xung quanh cọc Chiều sâu vùng ảnh hưởng: h = (D+1) = ( 0,8 + 1) = 3,6 (m) Cho nên,vùng ảnh cọc cát sét, mịn ,có e = 0,479 Theo bảng chọn K = 200 ( cọc đóng) bc: chiều rộng quy ước cọc, (m) +) cọc D=800 bc = 1,5d + 0,5 = 1,5 x 0,8 + 0,5 = 1,7 (m) Eb : Mơđun biến dạng vật liệu cọc, Eb = 3.75 x 106 (T/m2) I : Mơmen qn tính tiết diện ngang cọc, (m4) Đối với cọc BT DƯL π I = × ( D − d ) = (3.14/64)*(0.84-0.584) ≈ 0,01455 (m4) 64 Suy ra: ⇒ α bd = K bc = ((200*1.7)/(3.75.106*0.01455))1/5 = 0.362 Eb I Lu = L0 + = 32.36 + 2/0.362 ≈ 37.885 (m) α bd Vậy: Chiều dài chịu nén cọc: Ln = 54.17 (m) Chiều dài chịu uốn cọc: Lu = 37.885 (m) ... diện tích tiết diện ngang cọc (m2) Ap = πD2/4 = π*0.72/4 = 0.3848 m2 u: chu vi cọc (m) u = π*D = π*0.7 = 2.199 m Hình 2.2 – Các lớp địa chất hố khoan BH4 Chia đất xung quanh cọc thành lớp phân... Trọng lượng thân dầm dọc ray cần trục: Gdd= b*(hd-hs)*4.65*γb= 162.75 kN Trọng lượng thân dầm ngang: Gdn= b*(hd-hs)*(4.5/2+4.5/2)*γb= 157.5 kN Trọng lượng thân mặt cầu: Bản mặt cầu: Gbs= 0.35*(4.5/2+4.5/2)*4.65*25... = 837 kN Tải trọng cần trục chạy ray: Dùng đường ảnh hưởng phản lực gối cho sơ đồ gần Sau dùng chương trình kiểm tra, ta tìm vị trí nguy hiểm vị trí gối Suy ra: tổng lực tác dụng lên đầu cọc