THUYẾT MINH + BẢN VẼ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MỐ CẦU

Bản đầy đủ cách tính toán, ngắn gọn, dễ hiểu giúp sinh viên không còn lo sợ môn Đồ án thiết kế cầu này nữa. Số liệu đảm bảo đã được xử lý 100% chuẩn, không sai sót về mặt số học, hay ma số như một số sinh viên thường mắc phải.

PHẦN I: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

THIẾT KẾ

CHƯƠNG 1: QUY MÔ CÔNG TRÌNH 1.1 Quy mô quy phạm sử dụng

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05

- Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054-05

- Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 210-92

- Quy phạm kỹ thuật thiết kế đường đô thị 20TCN-104 – 07 (tham khảo)

- Quy trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06

- Thiết kế điển hình cống tròn BTCT 533- 01- 01, 533- 01- 02

- Thiết kế điển hình cống dốc 83-02X

- Thiết kế điển hình cầu bản BTCT mố nhẹ 531-11-01, 533-11-02

- Quy trình tính toán dòng chảy lũ 22 TCN 220-95

- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu đường bộ QCVN 41:2012/BGTVT

- Quy trình đánh giá tác động môi trường 22 TCN 242-98

1.2 Nguyên tắc thiết kế chung

- Đảm bảo an toàn cho người và phương tiện tham gia giao thông;

- Đáp ứng các yêu cầu khai thác chủ yếu như; độ bền, dễ kiểm tra, thuận tiện duy tu, đảmbảo độ cứng, xét đến khả năng mở rộng cầu trong tương lai

- Kết cấu cầu phù hợp với trình độ và năng lực thi công hiện tại

- Đảm bảo tính thông thoáng và thẩm mỹ cao

- Các yếu tố tuyến trên mặt bằng phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng với vận tốcthiết kế

- Mặt bằng tuyến phù hợp với các quy hoạch hai bên đường và các dự án khác có liên quan

- Tuyến phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật và hạn chế tới mức thấp nhất khối lượng xâydựng và giải phóng mặt bằng Tuy nhiên, cũng phải đảm bảo an toàn và êm thuận tới mứctối đa cho người và phương tiện khi tham gia giao thông

- Phối hợp hài hoà giữa các yếu tố: bình đồ- trắc dọc - trắc ngang - cảnh quan

- Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường trong khi thi công như độ rung, tiếng ồn

- Đảm bảo tính kinh tế.

1.3 Quy mô kỹ thuật cấp hạng công trình cầu

Quy mô xây dựng cầu: Xây dựng cầu vĩnh cửu bằng BTCT và BTCT DƯL+ Tải trọng thiết kế: HL-93

+ Bề rộng cầu B=8m+2x0.5m (Tổng B=9m)

+ Tần suất thiết kế: P=1%, sông thông thuyền cả có cây trôi

+Sông thông thuyền với BxH=33x5 (m)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU

2.1 Phương án sơ bộ 1 : Cầu dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép , L = 33m2.1.1 Bố trí chung phương án

Hình 2.1 : Mặt chính cầu

- Quy mô thiêt kế  : Cầu được thiết kế vĩnh cữu

3.69

4.10 4.36

6.42 9.19 9.18

319.72 319.72 319.72 319.72 319.72 319.72 319.72 319.72 319.72 319.75 319.78 319.79

230.21 235.21 240.21 244.21 248.21 253.21 255.80 261.00 266.00 271.00 276.93 279.43

315.64 315.36 314.95 314.60 312.73 311.31 310.40 310.08 309.15 308.71 308.61 308.20 308.06 308.01 307.96 307.98 308.29 308.56 308.74 308.80 308.89 308.98 309.02 309.07 309.13

310.50 310.94 311.22 311.74 312.10 312.10 314.06 319.65 322.85 326.17 328.97 328.97

- Tiêu chuẩn thiết kế : 22 TCN 272 – 05.

- Chiều dài nhịp : Lnh = 33 (m)

- Khoảng cách từ đầu dầm đến gối  : a = 0,3 (m)

- Tải trọng thiết kế : HL93

- Tổ hợp HL93K: Tổ hợp của xe tải thiết kế (Truck)+Tải trọng Làn (Lane)

- Tổ hợp HL93M: Tổ hợp của xe 2 trục thiết kế (Tandem)+ Tải trọng Làn

- Tải trọng người đi bộ : 3 (kN/m2)

- Thép chế tạo neo: Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: fy = 420 MPa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: fy = 420MPa

- Vật liệu bê tông chế tạo bản mặt cầu:

+ Cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày: fc’ = 28MPa

+ Trọng lượng riêng của bê tông c= 2,5 T/m3=25 KN/m3

+ Mô đuyn đàn hồi của bê tông được xác định theo công thức:

E c 0,0431c.5 f c' 0.04325001.5 2828441.83 (MPa).

- Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép hợp kim M270M cấp 345W (tương đường với thépA709M của tiêu chuẩn ASTM) có các thông số kỹ thuật sau:

+ Cấp thép: 345w (thép chống gỉ)

+ Giới hạn chảy của thép: fy = 345 MPa

+ Giới hạn kéo đứt của thép: fu = 485 MPa

+ Mô đuyn đàn hồi của thép: Es = 2,0.105 MPa

- Liên kết dầm:

+ Liên kết dầm chủ bằng đường hàn

+ Liên kết mối nối dầm bằng bulông cường độ cao

- Cầu gồm 4 nhịp với chiều dài mỗi nhịp bằng 33 m

- Dầm liên tục BTCT ƯST có f’c = 40MPa chiều cao dầm chủ 1,2m

- Chân đế lan can tay vịn và dải phân cách bằng BTCT, phần trên của lan can tay vịn làmbằng các ống thép tráng kẽm, đáp ứng yêu cầu về mặt mỹ quan

- Gối cầu sử dụng gối cao su cốt bản thép

- Bố trí các lỗ thoát nước  =100 bằng ống nhựa PVC

- Chân đế lan can tay vịn và dải phân cách bằng BTCT, phần trên của lan can tay vịn làmbằng các ống thép tráng kẽm.

2.1.2.2 Kết cấu phần dưới

Hình 2.3 Mố trụ cầu

a Mố cầu

Mố cầu là loại mố chữ U bằng BTCT

-Mố nặng kiểu chữ U bằng BTCT 30 MPa, kết cấu móng cọc khoan nhồi cho cả hai mố

- Cọc khoan nhồi D1000mm dài dự kiến 8.0m cho mố M1 và 10.0m cho mố M2 bằng BTCT

30 MPa

-Trụ thiết kế kiểu trụ đặc bằng BTCT 30Mpa Móng trụ đặt trên móng cọc khoan nhồiD1000m chiều dài cọc dự kiến 8.0m

-Bản vượt BTCT 30 MPa: dày 20cm dài 4.0m

-Tứ nón mố M1, mố M2 ốp mái bằng đá xây VXM 10MPa, dày 40cm, đệm cấp phối dày 10cm.-Chân khay tứ nón bằng đá xây VXM 10MPa, đệm cấp phối sông dày 10cm

b Trụ cầu

Trụ cầu bằng BTCT,đổ toàn khối, cấu tạo các trụ là giống nhau chỉ khác nhau về chiều cao

Hình 2.4 Kết cấu trụ cầu 2.1.2.3 Cấu tạo của hệ thống tiện ích

-Khe co giãn: dùng loại khe co giãn cao su nhập ngoại

- Lan can bằng BTCT đổ tại chỗ,tay vịn bằng thép mạ kẽm chống gỉ

- Gối cầu:dùng loại gối cao su nhập ngoại

- Ống thoát nước:đường kính ống 110 làm bằng gang đúc

400~500 357

f'c=30MPa f'c=30MPa

764

Bu l«ng neo 58G1-D16-300-C 80G6-D16-200-B

70

50 200

219 264

khe c o d· n giòa nhÞp ví i nhÞp

707

50 200 264 193

219

50 57

Hình 2.6.Cấu tạo lan can

2.1.3 Biện pháp thi công chủ đạo

a) Bố trí mặt bằng công trường

Mặt bằng công trường được bố trí phía bên bờ mố M1

b) Thi công kết cấu nhịp

- San ủi mặt bằng, làm bãi đúc dầm ở phía đầu cầu, thi công bệ đúc dầm, lắp đặt ván khuôndầm, lắp đặt cốt thép căng kéo cáp dự ứng lực, đổ bê tông dầm…

- Dầm được sàng từ bãi đúc dầm vào đường lao sau đó dùng xe lao để lao dầm ra vị trí nhịpdùng giá long môn và giá pooc tích sàng dầm vào vị trí gối

- Thi công mối nối, dầm ngang, bản mặt cầu, lan can, hệ thống thoát nước

- Hoàn thiện cầu

c) Thi công mố trụ

- Thi công mố theo quy phạm thi công và nghiệm thu TCVN 4453-1995.

- Mố được thi công tại chỗ Công tác thi công cần đảm bảo các quy định sau:

- Khi cường độ của lớp bê tông bên dưới chưa đạt đến 25 DaN/cm2 thì không được làm côngtác chuẩn bị trên mặt để đổ lớp bê tông kế tiếp

- Trước khi đổ bê tông phần tiếp theo, phần mặt bê tông đã đông kết theo quy định trên cầnđược làm nhám bằng vòi phun nước và bàn chải sắt

- Sau khi đổ xong bê tông phải được bảo dưỡng theo quy trình thi công hiện hành

- Đảm bảo mỹ quan cho bề mặt kết cấu, ván khuôn đổ bê tông mố dùng ván khuôn thép

2.2 Phương án sơ bộ 2 : Cầu dầm I BTCT DƯL kéo sau, L=33 m2.2.1 Bố trí chung phương án

Hình 2.7 : Mặt chính cầu

- Quy mô thiêt kế  : Cầu được thiết kế vĩnh cữu

- Tiêu chuẩn thiết kế : 22 TCN 272 – 05

3.69

4.10 4.36

6.42 9.19 9.18

315.64 315.36 314.95 314.60 312.73 311.31 310.40 310.08 309.15 308.71 308.61 308.20 308.06 308.01 307.96 307.98 308.29 308.56 308.74 308.80 308.89 308.98 309.02 309.07 309.13 309.18 310.50 310.94 311.22 311.74 312.10 312.10 314.06 319.65 322.85 326.17 328.97 328.97

- Chiều dài nhịp : Lnh = 33 (m)

- Tải trọng thiết kế : HL93

- Tổ hợp HL93K: Tổ hợp của xe tải thiết kế (Truck)+Tải trọng Làn (Lane)

- Tổ hợp HL93M: Tổ hợp của xe 2 trục thiết kế (Tandem)+ Tải trọng Làn

- Tải trọng người đi bộ : 3 (kN/m2)

- Dạng kết cấu nhịp : Cầu dầm BTCT DUL chữ I ,L = 33m

7350

225 200/2

33000/2

400

Hình2.8 : Dầm chủ thiết kế

Mặt cầu BTCT 30MPa dày 7cm có độ trống thấm B=8 Bản mặt cầu dày 20cm

Tấm bản đúc sẵn dày 8cm

Gối cao su

Hỡnh 2.9: kết cấu phần trờn

- Cầu gồm 4 nhịp với chiều dài mỗi nhịp bằng 33 m

- Mặt cắt ngang kết cấu nhịp gồm 5 dầm BTCT DUL tiết diện chữ I, khoảng cỏch giữa 2dầm là 2.4 m Chiều cao dầm h = 1.65m

- Liờn kết dầm chủ bằng dầm ngang bằng BTCT 40Mpa

- Bản mặt cầu bằng BTCT 30MPa dày 20cm

- Lan can bằng BTCT 30MPa

- Tay vịn dựng ống thộp mạ kẽm

- Khe co gión dựng loại khe co gión cao su

- Đỏ kờ gối BTCT 30 MPa

- Gối cầu dựng gối cao su bản thộp

2.2.2.2 Kết cấu phần dưới

a Mố cầu

Mố cầu là loại mố chữ U bằng BTCT

Hình 2.10 :Cấu tạo mố M1

-Mố nặng kiểu chữ U bằng BTCT 30 MPa, kết cấu móng cọc khoan nhồi cho cả hai mố

- Cọc khoan nhồi D1000mm dài dự kiến 8.0m cho mố M1 và 10.0m cho mố M2 bằngBTCT 30 MPa

Trụ thiết kế kiểu trụ đặc bằng BTCT 30Mpa Móng trụ đặt trên móng cọc khoan nhồiD1000m chiều dài cọc dự kiến 8.0m

-Bản vượt BTCT 30 MPa: dày 20cm dài 4.0m

-Tứ nón mố M1, mố M2 ốp mái bằng đá xây VXM 10MPa, dày 40cm, đệm cấp phối dày10cm

-Chân khay tứ nón bằng đá xây VXM 10MPa, đệm cấp phối sông dày 10cm

b Trụ cầu

Trụ cầu bằng BTCT,đổ toàn khối, cấu tạo các trụ là giống nhau và cùng chiều cao nên tachọn 1 trụ làm điển hình

Hình 2.11 : Kết cấu trụ cầu

2.2.3 Biện pháp thi công chủ đạo

a) Bố trí mặt bằng công trường

Mặt bằng công trường được bố trí phía bên bờ mố M1

b) Thi công kết cấu nhịp

- San ủi mặt bằng, làm bãi đúc dầm ở phía đầu cầu, thi công bệ đúc dầm, lắp đặt vánkhuôn dầm, lắp đặt cốt thép căng kéo cáp dự ứng lực, đổ bê tông dầm…

- Dầm được sàng từ bãi đúc dầm vào đường lao sau đó dùng xe lao để lao dầm ra vị trínhịp dùng giá long môn và giá pooc tích sàng dầm vào vị trí gối

- Thi công mối nối, dầm ngang, bản mặt cầu, lan can, hệ thống thoát nước

- Hoàn thiện cầu

c) Thi công mố trụ

- Thi công mố theo quy phạm thi công và nghiệm thu TCVN 4453-1995

- Mố được thi công tại chỗ Công tác thi công cần đảm bảo các quy định sau:

- Khi cường độ của lớp bê tông bên dưới chưa đạt đến 25 DaN/cm2 thì không được làmcông tác chuẩn bị trên mặt để đổ lớp bê tông kế tiếp.

- Trước khi đổ bê tông phần tiếp theo, phần mặt bê tông đã đông kết theo quy định trêncần được làm nhám bằng vòi phun nước và bàn chải sắt

- Sau khi đổ xong bê tông phải được bảo dưỡng theo quy trình thi công hiện hành

- Đảm bảo mỹ quan cho bề mặt kết cấu, ván khuôn đổ bê tông mố dùng ván khuôn thép

CHƯƠNG 3: SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẦU3.1.So sánh về giá thành dự toán.

3.1.1 Phương án 1: Cầu dầm bản BTCT liên hợp

- Khối lượng bê tông và thép dầm chủ

+ Diện tích toàn bộ bản bê tông

120

6.41

.2

1max

b

t t

120

6.41

.2

1max

b

t t

= 132.5 (cm)

V =237,839 + 220,486 = 450.325 (m3)

+ Diện tích mặt cắt ngang:

+ Thể tích bê tông đầu dầm :

+Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm

*Khối lượng BT dầm ngang:

-Tại mặt cắt giữa dầm

+Diện tích mặt cắt ngang:

+ Thể tích phần BT dầm ngang giữa dầm:

2200 2400

Tổng thể tích phần mố M2 là:

V = 47,245 + 8,24 + 42 + 96 + 5,084 + 39,27 = 237,839 (m3)

- Thể tích các cọc trong 1 trụ :

V = 1.1.8.6 = 48 ( m3 )

Đơn giá(đồng)

Thành tiền(đồng)

7 Khe co dãn cao ray

Giá trị dự toán xây

Đơn giá(đồng)

Thành tiền(đồng)

7 Khe co dãn cao ray

tính trước

Giá trị dự toán xây

dựng trước thuế

Giá trị dự toán xây

lực.

- Cầu có tính chất vĩnh cửu, ít tốn công duy tu bảo dưỡng khi khai thác, mỹ thuậttạo dáng đẹp

- Tận dụng được nguồn vật liệu địa phương như xi măng, cát, đá

- áp dụng được công nghệ tiên tiến

- Thi công theo cộng nghệ tiên tiến đòi hỏi trình độ thi công cao

- Phải có máy móc thiết bị chuyên dụng

- Thép cường độ cao phải nhập ngoại

3.2.2 Phương án xây dựng cầu mới bằng dầm thép liên hợp bê tông.

- Kết cấu nhịp nhẹ, giảm tĩnh tải tác dụng xuống mố trụ

- Tiết kiệm được vật liệu làm mố trụ do tĩnh tải giảm

- Đẩy nhanh được tiến độ thi công do các bộ phận được chế tạo sẵn trong nhà máynên giảm được chi phí xây dựng cầu

3.4) Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa vào sự so sánh ưu nhược điểm của 2 loại cầu trên , và khối lượng bê tông sử

dụng của 2 phương án cho nhiệm vụ thiết kế nhịp cầu nên em quyết định chọn phương

án 1 cầu dầm chữ I làm phương án thiết kế.

PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHI TIẾT MỐ M14.1.XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC

4.1.1 Số liệu chung

- Mố tính toán: Mố M1

- Loại cầu: BTCT dự ứng lực

- Loại dầm: Dầm chữ I

- Tiêu chuẩn thiết kế: tiêu chuẩn ngành 22 TCN 272-05

4.1.2 Số liệu kết cấu phần trên

Bảng 4.1: Bảng tổng hợp số liệu kết cấu phần trên

Bảng 4.2: Số liệu đặc trưng dầm chữ T dài 33m

4.1.3 Sơ bộ lựa chọn kích thước mố M1

- Mố M1sử dụng dạng mố chữ U bê tông đổ tại chỗ mác 300, nền móng sử dụng 6 cọckhoạn nhồi đường kính 1m với chiều sâu cọc dự kiến L = 8m

- Kích thước bệ mố là 9x6x2 (m)

Hình 4.1 :Cấu tạo mố

4.2.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

4.2.1 Xác định các lực thẳng đứng tác dụng lên mố

a Xác định các loại tải trọng tĩnh từ kết cấu nhịp truyền xuống mố

- Tải trọng dầm chủ ( DC1): trọng lượng bản thân phân bố đều của dầm dọctrên MCN

- Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm A0 0,64 m2

- Diện tích mặt cắt ngang đoạn đầu dầm A1 1.1 m2

- Diện tích dầm ngang đầu dầm Fdn 1,92m2

- Tải trọng bản mặt cầu (DC2 ): Do bản mặt cầu sử dụng luôn bề rộng bảncánh làm bản mặt nên ta chỉ cần tính tải trọng thêm do đoạn nối giữa các dầm dọctác dụng xuống

- Tải trọng dầm ngang (DC3): Ta quan niệm dầm ngang tác dụng lên mỗidầm dọc là một lực tập trung , nên tại mỗi vị trí đặt dầm ngang, trọng lượng mỗidầm ngang sẽ tác dụng ½ giá trị lên mỗi dầm dọc Do vậy, dầm dọc tại biên, tạimỗi vị trí đặt dầm ngang chỉ có giá trị lực tập trung bằng ½ trọng lượng dầmngang Các dầm dọc bên trong sẽ có giá trị lực tác dụng bằng trọng lượng của mộtdầm ngang

- Trọng lượng lan can phân bố đều trên một nhịp cầu: Lan can thép thông thường lấy

DC4=0,82KN/m; Lan can BTCT thường lấy DC4= 1,5 KN/m Vậy nên lan can tay vịnbằng thép kết hợp BTCT ta tính trung bình là: DC4= 1,2 KN/m

- Trọng lượng phân bố của thiết bị điện nước, an toàn giao thông lấy bằng DC5=0,4KN/m

Đặc điểmtác dụng

Giátrị

Ta có đường ảnh hưởng :

DC3

DC3=32.4kN/m DC1=69,44 kN/m DC2=4.5 kN/m DC4=1,2 kN/m DC5=0,4 kN/m DW=14 kN/m DC3

Ltt= 32400

1 Fr

DC3

Hình 4.2 : Đường ảnh hưởng áp lực lên mố

Xác định áp lực lên mố (R1) do tải trọng tĩnh từ kết cấu nhịp truyền xuống theocông thức:

- là trọng lượng riêng của bê tông, lấy = 25 kN/m3

- là trọng lượng riêng của đất đá, lấy = 22 kN/m3

Vtd – thể tích bê tông phần tường đỉnh (Vtd = 7,1m3)

Vtm – thể tích bê tông phần tường thân mố (Vtm = 46,5m3)

Vbm – thể tích bê tông phần bệ móng mố (Vbm = 96m3)

Vtc – thể tích bê tông 2 bên tường cánh trong 1 mố (Vtc = 32,5 m3)

Vdm – thể tích đất đắp trong lòng mố chữ U (Vdm =193,2m3)

Vbqđ – thể tích bê tông bản quá độ (m3), (nếu có)

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân tường đỉnh:

- Theo TTGH cường độ:

- Theo TTGH sử dụng:

.Tĩnh tải do trọng lượng bản thân tường thân mố:

- Theo TTGH cường độ:

- Theo TTGH sử dụng:

.Tĩnh tải do trọng lượng bản thân bệ móng mố:

- Theo TTGH cường độ:

- Theo TTGH sử dụng:

.Tĩnh tải do trọng lượng bản thân tường cánh:

- Theo TTGH cường độ:

- Theo TTGH sử dụng:

.Tĩnh tải do trọng lượng bản thân phần đất đắp trong phần mố chữ U:

- Theo TTGH cường độ:

- Theo TTGH sử dụng:

b Xác định các hoạt tải thẳng đứng từ kết cấu nhịp truyền xuống mố

- Nguyên tắc tính toán: Xếp tải trọng xe lên đường ảnh hưởng phản lực gối để xác địnhhiệu ứng tải lớn nhất Để dây neo làm việc bất lợi nhất thì ta xếp hoạt tải và được tínhtheo công thức: Rht = n.m .[(1+IM) SPiyi + 9,3Sω]+ .(2T)PL

, : hệ số vượt tải , = 1,75

(1+ IM): hệ số xung kích; (1+IM) =1,25

n : số làn xe; n = 2

=1 hệ số điều chỉnh tải trọng m

Pi : tải trọng trục bánh xe.(HL93)

yi : tung độ đường ảnh hưởng tương ứng

Sw: Tổng diện tích đah áp lực lên mố (trụ)

Hình 4.5.Đường ảnh hưởng phản lực gối A của xe tandem

Ta có SPiyi=(1x110+0,94x110)=213,4 (kN)

Ta chọn Max(SPiyi)= 279,85 (kN) để tính toán:

=1,75x2x1x1x[(1+0,25).x279,85 + 9,3x x20,4]+ 1,75x2x1,5x3x 20,4=1717(kN)

- Theo TTGH sử dụng:

Xác định hoạt tải tác dụng lên tường đỉnh (R8):