thiet ke ky thuat phuong phap can bang hang

Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Phần II Thiết kế kỹ thuật Nguyễn Đức Sơn 112 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật chơng I giới thiệu chung I Tổng quan công nghệ thi công cầu BTCTDƯL phơng pháp đúc hẫng cân Bê tông vật liệu chịu nén tốt, chịu kéo chịu kéo nên bê tông dùng kết cấu chịu nén Để khắc phục ngời ta đa cốt thép vào bê tông để chịu kéo Sự đời BTCT đánh dấu phát triển công nghệ vật liệu xây dựng Các cầu dầm BTCT đợc áp dụng, nhiên chiều dài nhịp hạn chế ( 24 m ) Kết cấu BTCT dự ứng lực với nguyên lý kéo căng cốt thép để nén trớc bê tông cho phép nhịp dầm lớn Điển hình nh nhịp dầm 33 m tới 43 m dầm cắt khúc Việc đa giải pháp hợp lý kết cấu, giải pháp công nghệ thi công thích hợp cho phép kết cấu BTCT_DƯL vợt đợc độ lớn Cầu dầm BTCT_DƯL liên tục thi công phơng pháp hẫng, mặt cắt dầm thay đổi loại cầu giải tơng đối tốt vấn đề vật liệu kết cấu Loại cầu thờng sử dụng cho loại nhịp từ 80 - 130 m lớn nữa, có tới 250 m nh cầu SHOTTWIEN áo nớc ta cầu BTCT _DƯL thi công hẫng đợc áp dụng cầu Phú Lơng Hải Dơng, cầu Sông Gianh, cầu Hoà Bình, cầu Tân Đệ, cầu Yên Lệnh đợc tiến hành II Giới thiệu chung phơng án 1.1 Tiêu chuẩn thiết kế - Quy trình thiết kế : 22TCN 272 2005 Bộ Giao thông vân tải - Tải trọng thiết kế : HL93, đoàn Ngời hành 1.2 Sơ đồ kết cấu 1.2.1 Kết cấu phần - Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 2*40 + 75 + 120 + 75 + 2*40 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= m +) Chiều cao dầm nhịp h= 2,5 m Nguyễn Đức Sơn 113 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật - 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 đứng +) Chiều dày nắp: tb = 30 (cm) +) Chiều dày đáy: Tại mặt cắt gối 80 cm, mặt cắt nhịp 30cm +) Chiều dày phần cánh hẫng: hc = 25 cm +) Chiều dày mặt cầu ngàm: tn = 80 cm +) Chiều dày sờn dầm: ts = 50 cm - Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp 1- Bê tông cấp A có: +) fc = 50 (MPa) +) c = 25 (kN/m3) +) Ec = 38006.99 (MPa) 2- Cốt thép DƯL hãng VSL theo tiêu chuẩn ASTM - grade 270 có tiêu sau: +) Diện tích tao Astr = 98.71mm2 +) 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) +) fs = 420 (MPa) - Nhịp dẫn: Dầm dẫn bờ dùng dầm BTCT dự ứng lực giản đơn chiều dài 40 m chế tạo theo công nghệ căng trớc + Chiều cao 1,75 m + Cáp: Dùng loại bó xoắn + Có dầm ngang 2.2.2 Kết cấu phần dới a) 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 Nguyễn Đức Sơn 114 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật - Phơng án móng : Móng cọc đài thấp b) Cấu tạo mố cầu - Mố cầu dùng loại mố U BTCT, đổ chỗ mác bê tông chế tạo fc=30 MPa - Mố kết cấu nhịp dẫn đợc đặt móng cọc khoan nhồi : D = 150 cm 1/2 mặt cắt trụ T3 4000 250 -28.32 -27.08 1500 1238 300 300 500 500 500 3500 300 800 2000 6000 500 1500 500 4000 2500 5001500 1/2 mặt cắt trụ T5 300 3000 Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp gồm: - Bê tông có: fc = 50 MPa - Cốt thép DƯL hãng VSL theo tiêu chuẩn ASTM- grade 270 có tiêu sau: + Astr = 98.71mm2 + Cờng độ cực hạn: fpu = 1860 MPa + Độ chùng sau 1000h 200C 2.5% - Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 EC 5-12 - Cốt thép thờng: Sử dụng loại CT3 CT5 Nguyễn Đức Sơn 115 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Chơng II Tính đặc trng hình học I 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 Phân chia đốt dầm nhịp 2000 6000 K1 K0 K2 K3 10@4 K4 K5 K6 K7 K8 K9 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' K9' 4@3 K8' K7' K6' K5' K4' K3' K2' 14000 K1' 6000 10@4 14000 K0 II 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 - Cung Parabol cắt trục hoành sát gối cầu bên trái trục hoành 90 - Phơng trình có dạng ax2 + bx +c b S= ; Thay vào ta có: C=0; 2a 4a Nguyễn Đức Sơn 116 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật a = -0.0011 b = 0.124 Vậy phơng trình có dạng: y = 0.0011x + 0.124 x 2.1 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 2.2 Xác định cao độ mặt dầm chủ - Mặt dầm chủ đợc thiết kế với bán kính cong R = 6000 m 2.3 Xác định kích thớc mặt cắt dầm - Trên sở 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 Tên MC Thứ tự 10 11 12 13 14 15 16 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 Y1 (m) 0.00 0.68 1.02 1.34 1.64 1.93 2.27 2.58 2.86 3.09 3.30 3.47 3.60 3.70 3.76 3.78 3.78 Y2 (m) 0.80 1.39 1.69 1.96 2.23 2.47 2.77 3.04 3.28 3.49 3.66 3.81 3.92 4.01 4.06 4.08 4.08 Y3 (m) 6.00 6.05 6.08 6.10 6.12 6.15 6.17 6.19 6.22 6.23 6.25 6.26 6.27 6.28 6.28 6.29 6.29 hdam (m) 6.00 5.37 5.06 4.76 4.48 4.22 3.90 3.61 3.36 3.14 2.95 2.80 2.67 2.58 2.53 2.50 2.50 td (m) b (m) 0.80 0.71 0.67 0.62 0.58 0.55 0.50 0.46 0.42 0.39 0.36 0.34 0.32 0.31 0.30 0.30 0.30 5.928 6.107 6.198 6.283 6.363 6.437 6.528 6.610 6.683 6.746 6.800 6.844 6.879 6.905 6.921 6.928 6.928 Trong : +) Y1 : Cao độ đờng cong đáy dầm +) Y2 : Cao độ đờng cong thay đổi chiều dày đáy dầm +) Y3 : Cao độ mặt dầm chủ (đảm bảo độ dốc thiết kế 2%) Nguyễn Đức Sơn 117 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật +) td : Chiều dày đáy +) b : Chiều rộng đáy hộp 2.4 Tính toán đặc trng hình học mặt cắt tiết diện - Diện tích mặt cắt ngang ( xi - xi +1 ).( yi + yi +1 ) f = - Toạ độ trọng tâm mặt cắt yc = F ( xi - xi +1 ).( yi2 + yi yi +1 + yi2+1 ) - Mô men tính mặt cắt trục x Sx = ( xi - xi +1 ).( yi3 + yi2 yi +1 + yi yi2+1 + yi3+1 ) - Mô men quán tính trục trung hoà Jth= Jx - y 2c f - Mặt cắt dầm hộp đợc tính đổi mặt cắt chữ T có dạng nh sau: H hc bc hd C bd Nguyễn Đức Sơn 118 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật -Bảng tính toán đặc trng hình học mặt cắt đầm chủ 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 +) 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) Nguyễn Đức Sơn 119 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật chơng III Tính toán nội lực giai đoạn i Tĩnh tải giai đoạn (DC ): 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 16 Tổng 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 Nguyễn Đức Sơn 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 Đốt HL 250 98713 493.56 20775.29 120 DC tc (KN/m) DC tt (KN/m) 378.87 473.59 358.54 448.18 346.67 433.33 335.32 419.15 324.55 405.69 312.80 391.00 300.37 375.46 289.12 361.40 279.11 348.89 270.39 337.99 263.00 328.75 256.98 321.22 252.34 315.42 249.12 311.40 247.32 309.15 246.78 308.48 4711.30 5889.12 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật +) 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 II Tĩnh tải giai đoạn DW: 2.1) Tính tĩnh tải giai đoạn II - Tĩnh tải giai đoạn II gồm có phận sau: +) Trọng lợng gờ chắn bánh +) Trọng lợng phần chân lan can +) Trọng lợng lan can tay vịn +) Trọng lợng lớp phủ mặt cầu +) Trọng lợng phần lề Ngời DWIITC = (DWMC+ DWlc+tv) - Tính trọng lợng gờ chắn bánh Nhập kích thớc gờ chắn bánh b= 25 cm b1= cm h= 20 cm h1= cm Diện tích gờ chắn bánh: S= 495.5 cm2 DWtcgc = 2.42795 KN/m - Tính trọng lợng lớp phủ mặt cầu Tên lớp BT atsphan dày BT bảo vệ dày Lớp chống nớc Lớp tạo dốc Bề TL riêng dày(cm) (KN/m3) 23.52 Trọng lợng lớp phủ mặt cầu: Nguyễn Đức Sơn 121 22.05 23.52 14.7 2.4 Bm(m) 12.5 12.5 12.5 8.82 Khối lợng (KN/m) 13.78125 8.82 1.8375 0.9 DWtcmc = 33.25875 KN/m Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật f pe = A ps f ps Ag A ps f ps e I yb A : diện tích tiết diện giai đoạn I I : mô men quán tính tiết diện giai đoạn I yt : khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà yb : khoảng cách từ thớ chịu kéo đến trục trung hoà b) 1.33 Mu dới tổ hợp tải trọng - cờng độ thích hợp quy định bảng 3.4.1.1 tiêu chuẩn 22 TCN 272-01 Tổng hợp kiểm toán giới hạn cốt thép tối thiểu đợc cho bảng sau: Tiết diện 18 35 Tiết diện 18 35 fr MPa 4.45 4.45 4.45 1.2Mcr (KN.m) 356687.29 1065608.63 348135.17 fd MPa 3.23 12.54 8.79 1.33Mu (KN.m) 44318.52 698665.50 115143.59 fpe MPa -39.02 -25.63 -33.41 Mcr kN.m 297239.41 888007.19 290112.64 M r > 44318.52 698665.50 115143.59 OK! OK! OK! 1.3.3 Kiểm toán sức kháng cắt cho tiết diện: 1.3.3.1 Công thức kiểm toán: Vu Vn Trong đó: : Hệ số sức kháng cắt đợc xác định theo quy định bảng 5.5.2.2-1, = 0.7 Vn : Sức kháng cắt danh định đợc xác định theo quy định điều 5.8.3.2 Vn1 = Vc + Vs + Vp Vn = ' Vn2 = 0.25f c b v d v + Vp Với: Vc = 0.083 f c' b vd v Vs = A vf y d v (cotg + cotg )sin Nguyễn Đức Sơn s 178 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Vp = A str f p sin i i =1 dv : chiều cao chịu cắt có hiệu đợc xác định điều 5.8.2.7 bv : bề rộng bụng có hiệu, lấy bề rộng lớn chiều cao dv s : Cự ly cốt thép đai : Hệ số khả bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo đợc quy định điều 5.8.3.4 : Góc nghiêng ứng suất nén chéo đợc xác định điều 5.8.3.4 (độ) Khi tính, giả thiết trớc góc , sau tính giá trị để tra bảng ngợc lại , hai giá trị gần chấp nhận đợc, không giả thiết lại : Góc nghiêng cốt thép đai trục dọc (độ) Nếu cốt đai thẳng đứng, = 900 Av : Diện tích cốt thép chịu cắt cự ly s (mm2) Vp : Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu hớng lực cắt tác dụng, dơng ngợc chiều lực cắt (N) 1.3.3.2 Xác định Vp : Vp = A cable f p sin i i =1 Acable : Diện tích bó cáp Acable = 140x19 =2660 (mm2) fp : ứng suất cáp sau mát, giá trị ứng với mặt cắt fp = 1279.3 (MPa) i : Góc lệch cáp i so với phơng ngang, sin i = 0.17 Thay giá trị vào công thức tính Vp ta đợc: Vp = 2969.5 (kN) 1.3.3.3 Xác định dv bv: - Chiều cao chịu cắt có hiệu dv: Chiều cao chịu cắt có hiệu lấy cự ly đo thẳng góc với trục trung hoà hiệu ứng lực kéo nén uốn, tức là: Nguyễn Đức Sơn 179 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 0,9d e d v = max 0,72h a d e a = 1.c tính phần tính chất vật liệu, = 0.7 Suy dv = 6366.23 (mm) - Bề rộng chiu cắt có hiệu tiết diện bv: Tại tiết diện 16-16, bề rộng có hiệu đợc lấy bề rộng sờn có hiệu tiết diện dầm, bv = 1200.00 mm 1.3.3.4 Xác định : Đợc tra từ bảng 5.8.3.4.2-1 Để xác định đợc ta phải thông qua giá trị sau f c' x Trong đó: : ứng suất cắt bêtông = Vu Vp b vd v f' c = = 4.963 (MPa) v = 0.099 50 Mu + 0.5Vu cotg A ps f po dv x = E s A s + E p A ps fpo : ứng suất thép dự ứng lực ứng suất bêtông xung quanh f po = f pe + f pc fpe Ep Ec = -158.47 (MPa) : ứng suất có hiệu thép ứng suất trớc sau mát f pe = - A ps f ps A ps f ps e y t = -25.63 (MPa) Ag I Ep = 197000 (Mpa) Ec = 33941 (Mpa) Tra bảng 5.8.3.4.2-1, ta có giá trị nh sau: = 30.40o Nguyễn Đức Sơn 180 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật = 2.33 1.3.3.5 Tính Vc Vs: Dựa vào kết tính thông số thành phần để tính Vc Vs Suy Vc = 6094.07 (KN) Vs = 43714.98 (KN) 1.3.3.6 Tính sức kháng danh định tiết diện: Theo công thức nêu để tính Vn Suy Vn1 = 52815.26(kN) Vn2 = 68675.09 (kN) Vậy Vn = (Vn1; Vn2) = 52815.26 kN Kết luận: Vn = 0.7 x 52815.26 = 36970.89 KN > 26362.5 KN = Vu Thoả mãn yêu cầu sức kháng cắt! Nguyễn Đức Sơn 181 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật chơng Vi Tính mặt cầu I Cấu tạo mặt cầu: 1.1 Sơ đồ tính toán mặt cầu Mô tả mặt cầu: Bản dài 12 m, phần mút thừa dài 3.675 m có sơ đồ chịu lực nh hình vẽ: 12500 3175 6150 3175 Hình 4.1 Sơ đồ tính toán mặt cầu Theo giải pháp kết cấu mặt cắt ngang, dầm hộp liên tục có bề rộng B < 12m không cần phải sử dụng dự ứng lực ngang mặt cầu 1.2 Tính tĩnh tải giai đoạn II a) Tính tĩnh tải giai đoạn II - Tĩnh tải giai đoạn II gồm có phận sau : +) Trọng lợng gờ chắn bánh +) 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 Nguyễn Đức Sơn 182 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Tên gọi đại lợng Thiết kế kỹ thuật DWtc Chiều dày h (cm) Đơn vị Lớp bê tông Atphan 1,15 KN /m2 Lớp bê tông bảo vệ 0,69 KN /m2 Lớp chống thấm 0,69 KN /m2 Lớp bê tông mui luyện dày 1.03 0,24 KN /m2 Chiều dày lớp phủ mặt cầu hmc 12,030 cm DWmcTC 2,77 KN /m2 Trọng lợng lớp phủ mặt cầu Trọng lợng dải lớp phủ mặt cầu tính cho : DWmctc= 2,77.4 = 11.08 (KN/m) - Tính trọng lợng lan can + tay vịn +gờ chắn bánh + lề Ngời Kí hiệu Tên gọi đại lợng Giá trị Đơn vị 1- Tính trọng lợng chân lan can Chiều rộng chân lan can blcn 50 cm Chiều cao chân lan can hlcn 30 cm Trọng lợng dải phần chân lan can DWlc 3,75 KN/m 2- Tính trọng lợng cột lan can tay vịn Trọng lợng cột lan can Pclc 0,276 KN Khoảng cách bố trí cột lan can aclc Trọng lợng dải cột lan can Pclc 0,138 KN/m Trọng lợng dải phần tay vịn Ptv 0,7 KN/m Trọng lợng dải lan can tay vịn Plv 0,838 KN/m m 3- Tính trọng lợng gờ chắn bánh Chiều rộng chân gờ bg 25 cm Chiều rộng đỉnh gờ hg 25 cm Trọng lợng dải gờ chắn bánh DWg 1,56 KN/m - Tính trọng lợng lề ngời Bề rộng lề ngời ble 200 cm Chiều dày trung bình lề ngời hle 10 cm Trọng lợng lề ngời Nguyễn Đức Sơn DWNG 183 4,6 KN/m Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật b) Tổng hợp tĩnh tãi giai đoạn II +) Tính tải giai đoạn II tiêu chuẩn DWIITC = (DWgc+ DWclc+ DWlc+tv+ DWng ) = (11,08 + 3,75 + 0,838 + 1,56 + 4,6) = 42,26 (KN/m) +) Tĩnh tải giai đoạn II tính toán DWIItt = DWIITC = 1,5 42,26 = 63,39 (KN/m) II Nguyên tắc tính toán: Sử dụng phơng pháp phân tích gần để thiết kế mặt BTCT cầu dầm hộp đổ chỗ đúc liền khối (Điều 4.6.2.1.6 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-01) Khi tính toán hiệu ứng tải bản, cho phép phân tích dải rộng 1m theo chiều dọc cầu mô hình hoá sơ đồ làm việc kết cấu nh dầm liên tục, với sờn dầm hộp gối đợc giả thiết có độ cứng tuyệt đối Các tải trọng tác dụng lên kết cấu : + Trọng lợng thân : DC = 10.83 KN/m2 + Tĩnh tải giai đoạn II :DW + Tải trọng ngời : PL + Tải trọng xe : LL + Lực xung kích : IM, lấy 25%LL Tính toán hiệu ứng tải cho tải trọng thành phần gây mặt cầu Sau tổ hợp lại nh điều 3.4.1-1 quy trình 22 TCN 272-01, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm tổ hợp tải trọng cờng độ tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng Sử dụng nội lực để tính toán kiểm tra tiết diện III Tính toán moment mặt cầu Theo quy trình quy định, sơ đồ làm việc tơng tự nh dầm giản đơn Nh cha kể đến tợng ngàm với sờn dầm Theo điều 4.6.2.1.6 tiêu chuẩn 22 TCN 272- 01, dải đợc coi nh dầm liên tục dầm giản đơn Chiều dài nhịp phải đợc lấy khoảng cách tâm đến tâm cấu kiện đỡ, cấu kiện đợc giả thiết cứng vô hạn 3.1 Tính toán moment lực thành phần gây ra: Nguyễn Đức Sơn 184 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 3.1.1 Moment trọng lợng mặt cầu gây Trọng lợng mặt cầu: DC = 10.83 KN/m2 Đợc tính trọng lợng mét dài mặt cầu chia cho chiều rộng toàn mặt cầu Khối lợng riêng bê tông lấy sơ 24 KN/m3 tra bảng 3.5.1-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-01 Bảng tính nội lực thân Tiết diện DC (KN/m2) M (KN.m) Trên gối 10.83 -68.23 Giữa nhịp 10.83 +18.01 3.1.2 Moment trọng lợng lan can gây Trọng lợng lan can đợc coi lực tập trung đặt cách mép cánh hẫng 0.25m, có giá trị khối lợng mét dài lan can với khối lợng riêng bê tông 24 KN/m3 Trọng lợng lan can DCrailing = 4.588 KN/m Tiết diện DCrailing (KN/m) MDC (KN/m) Trên gối 4.588 -17.35 Giữa nhịp 4.588 3.1.3 Moment trọng lợng lớp phủ mặt cầu gây ra: Trọng lợng lớp phủ mặt cầu: DW = 2.77 KN /m Tiết diện DW (KN/m 2) MDW (KN.m) Trên gối 2.77 -17.5 Giữa nhịp 2.77 +5.53 3.1.4 Moment tải trọng ngời gây ra: Tải trọng ngời thiết kế, PL = x 1.5 m = 4.5 KN/m Tiết diện PL (KN/m ) MPL (KN.m) Trên gối 4.5 -17.92 Giữa nhịp 4.5 3.1.5 Moment tải trọng xe tải tiêu chuẩn gây Nguyễn Đức Sơn 185 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Bản mặt cầu đợc phân tích theo phơng pháp dải gần đúng, đợc quy định điều 4.6.2.1 Bản đợc thiết kế cho tải trọng trục 145KN tải trọng (quy định điều 3.6.1.3.3 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-01) Các bánh xe trục cách 1800mm, tải trọng bánh xe 72.5KN Tải trọng thiết kế gồm tải trọng 9.3N/m phân bố theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu đợc giả thiết phân bố theo chiều rộng 3000 mm Hiệu ứng tải trọng thiết kế không xét lực xung kích Khi thiết kế vị trí ngang của xe đợc bố trí cho hiệu ứng lực dải phân tích đạt giá trị lớn Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm thiết kế hẩng 600mm thiết kế phận khác Chiều rộng dải tơng đơng b(mm) bánh xe đợc lấy nh bảng 4.6.2.1.3-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-01 Ta có: + Đối với phần hẫng : b = 1140 + 0.833x + Đối với vị trí có moment dơng: b = 660 + 0.55s + Đối với vị trí có moment âm: b = 1220 + 0.25s Trong đó: x : khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải (mm) s : khoảng cách cấu kiện đỡ (mm) s =5650 mm Khi tính toán hiệu ứng tải, tải trọng bánh xe đợc mô hình hoá nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp chiều dài diện tích tiếp xúc bánh xe cộng với chiều dày mặt cầu nh đợc xác định dới nh tải trọng phân bố đặt trọng tâm bánh xe phân bố dọc theo chiều dài dải tơng đơng đợc tính nh Khi tính toán giá trị b phần hẫng đồ án này, bánh xe HL93 nằm cánh hẫng nên có giá trị b khác cho bánh xe Do tính toán ta lấy b giá trị trung bình Diện tích tiếp xúc bánh xe với mặt đờng đợc quy ớc nh điều 3.6.1.2.5 phải đợc coi hình chữ nhật có chiều rộng 510mm chiều dài : IM L = 2.28x10-3 + P 100 Trong : P : Tải trọng bánh xe, P = 72.50 KN IM : Hệ số xung kích, IM = 25%LL Nguyễn Đức Sơn 186 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật : Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cờng độ I), = 1.75 L = 361 (mm) Vậy diện tích tiếp xúc lốp xe 510 ì 361 mm Moment tải trọng bánh xe: M i = n.P Yi + Q lane l b Trong đó: n : Hệ số b : Chều rộng dải tơng đơng bánh xe Yi : Tung độ đờng ảnh hởng vị trí đặt bánh xe Qlane : Tải trọng thiết kế, Qlane = 9.3 KN/m wlane : Diện tích phần đờng ảnh hởng đặt tải trọng Kết tính toán lập thành bảng sau: Mặt cắt Số xe Gối n 1.2 Vùng tính b MTK (m) (KN.m/m) Hẫng 1.61898 -126.6 M+ 3.7675 M- 2.6325 Hẫng 1.61898 M+ 3.7675 M- 2.6325 Hẫng 1.61898 M+ 3.7675 M- 2.6325 Giữa nhịp 31.24 -125.33 3.2 Tổ hợp nội lực: Sau tính toán đợc moment tải trọng thành phần gây ra, ta tiến hành tổ hợp nội lực với hệ số tải trọng đợc tra bảng 3.4.1-1(Tiêu chuẩn 22 TCN 272-01) Tất tải trọng tác dụng vào mặt cầu đợc đa vào tổ hợp Nguyễn Đức Sơn 187 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Đối với mặt cầu, cần tính toán kiểm tra theo hệ số sức kháng khống chế bề rộng vết nứt Cho nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn cờng độ I trạng thái giới hạn sử dụng Tổ hợp nội lực tổng tác dụng lực vừa tính (có nhân với hệ số tải trọng) Với trạng thái giới hạn khác nhau, hệ số tải trọng khác (bảng 3.4.1-1) Tính toán nội lực theo công thức 1.3.2.1-1 tiêu chuẩn 22 TCN 272-01: M = i i Qi Trong : i : hệ số tải trọng Qi : ứng lực i : hệ số có liên quan đến tính dẻo, tính d tầm quan trọng khai thác i = D R I - Khi tính toán với trạng thái giới hạn cờng độ: + D = thiết kế thông thờng + R = 0.95 thiết kế mặt cầu có d thừa + l = 1.05 cầu đợc thiết kế quan trọng Vậy = - Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng: + D = thiết kế thông thờng + R = 0.95 thiết kế mặt cầu có d thừa + l = 1.05 cầu đợc thiết kế quan trọng Vậy = Kết tổ hợp đợc lập bảng: MDC MDCrailing MDW MPL MLL Mcom1 (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) Ghi Tổ hợp max 1.25 1.25 1.50 1.75 1.75 com1 0.9 0.9 0.65 1.75 1.75 tổ hợp 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 tải trọng Gối -68.23 -17.5 -17.92 -125.33 -380.336 Giữa 18.01 17.35 5.53 31.24 112.5233 TTGH CD1 Nguyễn Đức Sơn 188 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Ghi MDC MDCrailing MDW MPL MLL Mcom2 (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) (KN.m/m) Tổ hợp max 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 Gối -68.23 -17.5 -17.92 -125.33 -240.429 TTGH Giữa 18.01 17.35 5.53 31.24 75.7365 SD Com2 tổ hợp Ghi chú: max hệ số tải trọng lớn hệ số tải trọng nhỏ iv Thiết kế cốt thép cho mặt cầu: * Từ bảng kết tổ hợp moment tổ hợp tải trọng TTGH CD1 ta chọn đợc cặp moment cực trị để thiết kế M- = M Gối = -380.336 (KN.m/m) M+ = M Giữa = 112.52 (KN.m/m) * Các đặc trng bêtông cốt thép sử dụng để thiết kế : + Cờng độ chịu nén quy định bêtông tuổi 28ngày: f'c = 40 MPa + Mô đuyn đàn hồi bê tông : Ec = 4800 f'c = 30357 MPa * Lớp bảo vệ cốt thép lấy theo bảng 5.12.3-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-01 + Chọn lớp bêtông bảo vệ phía : 60mm + Chọn lớp bêtông bảo vệ phía dới : 25mm => Chiều dầy làm việc bêtông : Đối với vùng chịu moment dơng : d = 300 - 25 = 275 mm Đối với vùng chịu moment âm : d = 750 - 60 = 690 mm Theo công thức thực nghiệm diện tích cốt thép đợc tính: As = Nguyễn Đức Sơn Mu 330.d 189 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Trong đó: Mu : moment uốn tiết diện tính cốt thép (đã nhân hệ số) d : chiều dầy làm việc tiết diện fy : Cờng độ chịu kéo quy định thép fy = 420 Mpa =42000 KN/m2 TT Giá trị Đơn vị Mu(âm) 380.3 KN.m/m Mu(Dơng) 112.5 KN.m/m fy 420000 KN/m2 d+ 0.275 m d- 0.69 m As(âm) 0.0016701 m2 As(Dơng) 0.001234 m2 Thứ tự Giá trị Đơn vị Đờng kính thép 16 mm Diện tích 200 mm2 Diện tích cốt thép cần bố trí để chịu M- /m 16.701 cm2 Diện tích cốt thép cần bố trí để chịu M+ /m 12.34 cm2 Số cần bố trí để chịu M- /m Số cần bố trí để chịu M+ /m 6.2 Số chọn bố trí để chịu M- /m Số chọn bố trí để chịu M+ /m Khoảng cách thép 12.5 cm v Kiểm toán theo giới hạn cờng độ: Căn vào điều 5.7.3.2 ta kiểm tra theo công thức: Mu Mn (5.7.3.2.1-1) Trong : - Hệ số sức kháng, theo điều 5.5.4.2, = 1.0 cấu kiện chịu kéo uốn Nguyễn Đức Sơn 190 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Sức kháng uốn danh định tiết diện mặt cắt chữ nhật: a a M n = A pS f pS d p + As f s d s 2 (5.7.3.2.2-1) A pS - Tổng diện tích bó thép ứng suất trớc, mm2 fpS - ứng suất trung bình thép ứng suất trớc sức kháng danh định, Mpa Tính theo phân tích 5.7.3.1.1: c fpS = fpu k dp (5.7.3.1.1-1) Với : f py k = 21,04 f pu = 21,04 1581 = 0,38 1860 (5.7.3.1.1-2) c - Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén, mm Đối với mặt cắt chữ nhật : c= A pS f pS + As f s 0,85 f ' c bw + kApS (5.7.3.1.1-4) f pu dp dp- Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm bó thép ứng suất trớc, mm b - Chiều rộng cánh chịu nén, b=1000 mm bw - Chiều rộng bụng, lấy chiều rộng cánh chịu nén bw=1000 mm - Hệ số quy đổi khối ứng suất, = 0.75 (Điều 5.7.2.2) a - Chiều dầy khối ứng suất tơng đơng, a = c.1 , mm Ta có bảng kết sau: Tham số Đơn vị f'c b1 b bw dp fps ds fs (Mpa) Nguyễn Đức Sơn (mm) (mm) (mm) (MPa) (mm) (MPa) 191 Mặt cắt (Gối) 40 0.75 1000 1000 300 1749 340 300 Mặt cắt (Giữa) 40 0.75 1000 1000 200 1701 240 300 Cầu hầm K43 Thiết kế Đồ án tốt nghiệp a Mn Mu Kết luận Nguyễn Đức Sơn Thiết kế kỹ thuật (mm) (N.mm) (N.mm) Mn Mu 192 63 4.88E+6 4.15E+6 Đạt 60 3.95E+6 2.85E+6 Đạt Cầu hầm K43