DATN CAU VOM ONG THEP NHOI BE TONG1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG.PA 1 : Cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp 2x29+90+2x29 mPA 2 : Cầu đúc hẫng 59+90+59Mặt cắt ngang 14+2x1.2+2x0.55 Khổ thông thuyền : 9x60 mNhịp dẩn : dầm I 29 m căng trướcNhịp chính : vòm ống thép nhồi bê tông L= 90 mSƠ ĐỒ KẾT CẤU NHỊP : 2x29 + 90 + 2x29 (m)

Trang 1

SỐ LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP1.Đề tài: Thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bêtông:

2 Cấp thiết kế : Vĩnh cửu

Tổng chiều dài cầu : 229 m

Khổ cầu : 2x1.2 + 2x0.55 + 14 = 17.5 m

Trong đó:

Phần vòm : 2x1.25 mLan can : 2x0.55 m

Phần xe chạy : 14 m Tải trọng thiết kế : HL93, Người 300KG/m2

3 Giải pháp kết cấu nhịp :

Nhịp dẫn : dầm I 29 m căng trước

Nhịp chính : vòm ống thép nhồi bêtông có chiều dài 90 m

Sơ đồ kết cấu nhịp : 2x29 + 90 + 2x29 (m)

4 Điều kiện địa chất :

Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ màu xám xanh , đôi chỗ lẫn cát

và hữu cơ :

Chiều dày lớp : h1 = 12.8 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

 Trọng lượng thể tích : w = 1.48 T/m3

 Độ sệt : B = 1.24

 Lực dính : c = 0.082 (KG/cm2)

 Góc ma sát trong :  = 6004’

Lớp 2 : Cát hạt mịn đến trung ,đôi chỗ lẩn sỏi sạn ,màu

xám xanh xám trắng ,kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻocứng :

Chiều dày lớp : h2 = 4 m

 Tỷ trọng : G = 2.69

 Lực dính : c = 0.14 (KG/cm2)

 Góc ma sát trong :  = 10 049’

Trang 2

Lớp 3 : Sét cát màu xám vàng ,màu xanh ,trạng thái dẻo

cứng đến nửa cứng mặt lẩn nhiều đá dăm sạn :

 Tỷ trọng : G = 2.73

 Lực dính : c = 0.313 (KG/cm2) ,

 Góc ma sát trong :  = 21028’

Lớp 4 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều

sỏi sạn ,trạng thái cứng :

 Trọng lượng thễ tích : w = 1.74 T/m3

 Tỷ trọng : G =2.73

 Lực dính : c = 0.125 (KG/cm2)

 Góc ma sát trong :  = 70.10’

 Lực dính : c = 0 (KG/cm2)

Chiều dày lớp : h6

 Lực dính : c = 0.355 (KG/cm2)

Trang 3

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

1 TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP

NHỒI BÊTÔNG

Nhiều công trình cầu trên thế giới đã được thiết kếvới kết cấu ống thép nhồi bê tông cho những cấu kiệnchịu nén Vào năm 1931, một trong những kết cấu đầu tiênsử dụng công nghệ ống nhồi bê tông đã được xây dựng ởngoại ô Paris, cầu vòm nhịp 9m với hai vòm được kết cấugồm 6 ống cho mỗi vòm Tổ hợp của 40 ống thépf140x50mm đã cấu tạo nên cánh trên hình parabol của kếtcấu nhịp cầu dài 101m vượt sông Nêva ở thành phố XanhPêterbua vào năm 1936 Trong năm 1940, cầu đường sắt bácqua sông Ixet gần thành phố Kamenskơ - Uranski với nhịp chínhdài 140m dạng vòm cao 22m, giá thành giảm 20% nhờ sửdụng kết cấu vòm ống nhồi bê tông, cánh vòm được thiếtkế bằng ống thép CT3 f820x13mm Vào những năm củathập niên 60, ống nhồi bê tông bắt đầu được nghiên cứu,ứng dụng một cách rộng rãi trong xây dựng công trình ởTrung Quốc Tù năm 1990 đến 1992, ba tiêu chuẩn kỹ thuật(CECS28-90, DLGJ99-91 và DLGJ-SII-92) được ban hành ở TrungQuốc đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi hơn cho việc ứngdụng công nghệ ống thép nhồi bê tông trong xây dựngcông trình

Ở Trung Quốc, cầu dạng vòm ứng dụng công nghệ CFTđược bắt đầu thiết kế vào năm 1990 Với cầu có nhịpkhông lớn hơn 80m, kết cấu vòm được thiết kế với mộtống đơn Cầu Yiwu Yuanhuang ở tỉnh Zhejiang được thiết kếdạng vòm với một ống đơn đường kính 800, dày 18mm theocông nghệ CFT đã vượt được nhịp 80m

Khi cần vượt nhịp lớn hơn và yêu cầu tải trọng lớn hơn,cầu vòm được thiết kế với hai ống thép liên kết với nhau.Nhịp 100m của cầu Yilan Mudanjiang thuộc tỉnh Heilongjiang có

Trang 4

kết cấu dạng vòm, tiết diện ngang hình tam giác, cấu tạo từ

ba ống (đường kính 600, dày 12mm) được liên kết chặt chẽvới nhau theo suốt chiều dài Cầu vượt Sông Huangbai vàsông Xia lao thuộc tỉnh Hubei, thiết kế với bốn ống vượt nhịp160m, mỗi vòm gồm hai ống f1000, dày 12mm

Cầu San-an Yongjiang thuộc tỉnh Guangxi, hợp long vàonăm 1999, nhịp chính 270m dạng vòm với mặt cầu chạy giữa.Vào thời điểm này, cầu San-an Yongjiang đạt kỷ lục của cầudạng vòm Cầu Yongning Yongjiang ở tỉnh Guangxi có kết cấuvòm tương tự cầu Wanxian Nhịp chính 312m dạng vòm có mặtcầu chạy giữa

Cầu Yajisha ở Guangzhou, nhịp hình 360m được khánhthành vào tháng 6 năm 2000, chiếc cầu đầu tiên ở TrungQuốc được thiết kế với 6 ống, đạt kỷ lục thế giới

Cầu Yajisha nằm trên đường cao tốc vành đai Tây Namtỉnh Guangzhou bắc qua sông Zhujiang Phần cầu chính với sơđồ phân nhịp 76+360+76m, dạng cầu vòm mở rộng Nhịpgiữa dạng vòm bản mặt cầu chạy giữa, hai nhịp biên dạngnửa vòm với bản mặt cầu chạy trên Nhịp giữa có kếtcấu dạng vòm treo không chốt, chiều dài nhịp tính toán344m, đường tên của vòm: f:76,45m Mặt cắt ngang vòm đượcthiết kế với 6 ống thép ống giữa đường kính f = 750, dày20mm, hai ống hai bên đường kính 750, dày 18mm, chiều dàytấm bản nối theo phương ngang là 12mm; các bộ phận củasườn vòm bao gồm các ống thẳng đứng có kích thướcf450x12mm và các ống nghiêng có kích thước f351x10mm.Tiết diện ngang của vòm có chiều rộng không thay đổi4,35m Chiều cao thay đổi từ 4m tại đỉnh vòm đến 8,039m tạichân vòm Đoạn ống tại chân vòm, phần liên kết với kếtcấu trụ có chiều dày 36mm Theo phương ngang cầu, hai vòmcách nhau 35,95m được liên kết bằng sáu hệ liên kết ngangdạng chéo và hai hệ liên kết ngang dạng chữ K Hai nhịp biêncó kết cấu dạng nửa vòm với chiều dài nhịp tính toán 71m,đường tên 27,3m, mặt cắt hình hộp cao 4,5m x rộng 3,45m.Hệ nhánh của nửa vòm được liên kết bằng một hệ liên

Trang 5

kết ngang dạng chéo và một hệ liên kết ngang dạng chữ K.Hai nửa vòm biên được đặt trên gối chậu di động tại trụbiên.

Hai nửa vòm cầu Yajisha được chế tạo riêng biệt trênkhông vòm dọc theo hai bên bờ Thớt trên của đã xoay làphần đế vòm đặt trên trụ Thớt dưới của đã xoay làm việcnhư kết cấu truyền tải trọng xuống móng cọc Hai nửa vòmnhịp chính được nâng lên đến cao độ thiết kế bằng cáchxoay tất cả theo phương đứng một góc 24,7014độ; rồi xoaytheo phương ngang đến vị trí thiết kế Nửa vòm của nhịp phíabờ Bắc được xoay theo phương ngang một góc 117,10độ và92,2dộ cho nửa vòm phía bờ Nam

Ống thép được nhồi bê tông C60 có phụ gia trương nở.Phụ gia chậm ninh kết được trộn vào bê tông đế tăng khảnăng làm việc của bê tông Tỉ lệ nước xi măng là 0,35với độ sụt 18-20cm Cường độ chịu nén sau 3 ngày tuổi đạt58,5 MPa

1.1 Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông:

Cột thép bêtông liên hợp được định nghĩa như là kếtcấu chịu nén hoặc có thể thép được bọc trong bêtônghoặc bêtông nhồi trong ống thép Tùy thuộc các chủng loạivà hình dạng có thể chia ra làm 3 loại cột liên hợp thườngdùng trong xây dựng như sau [13] :

- Loại 1 : thép kết cấu (cốt cứng ) được bọc bằng bêtông(hình a, b,c)

- Loại 2 : bêtông nhồi trong hộp, ống thép (hình f, g, i)

- Loại 3 : hỗn hợp 2 loại trên (hình d, h)

Trang 6

Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông

Loại 1 : đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về phòngcháy, đơn giản khi cần tăng cường độ bằng cách thêm cốtthép ở lớp bêtông ngoài Tuy nhiên việc kiểm tra và xử lýkết cấu thép bên trong không thể thực hiện Chủng loại kếtcấu này phù hợp cho các công trình chịu động đất lớn vớicác tải trọng ngang lặp

Loại 2 : ống thép nhồi bêtông được sử dụng nhiều trong cáctrụ cầu mà ở đó phải chịu tải trọng va xe, các vành cầuvòm, cột nhà cao tầng không nhất thiết có cốt thép bêntrong

Loại 3 : có tính năng chống cháy cao và có được các ưuđiểm của hai chủng loại kết cấu trên

1.2 Đặc điểm làm việc của kết cấu ống thép nhồi bêtông chịu nén:

Trong các bộ phận của kết cấu ống thép nhồi bêtông khichịu lực dọc trục có các thành phần ứng suất như sau :

Trang 7

Trạng thái ứng suất của cấu kiện ống thép tròn nhồi bêtông chịu nén

- Trong bêtông :ứng suất nén dọc trục cBc và áp lựcngang r

- Trong ống thép :ứng suất dọc trục zs và ứng suất tiếp

s

Nguyên nhân gây xuất hiện áp lực ngang r lên bêtông vàứng suất tiếp s trong ống thép là do hệ số nở ngang củahai loại vật liệu này khác nhau, trong đó hệ số nở ngangcủa bêtông luôn lớn hơn của thép ở mọi giai đoạn làmviệc Aùp lực ngang r lên bêtông không cho phép bêtông tự

do phát triển biến dạng theo phương ngang và tạo ra trạng tháiứng suất ba chiều trong bêtông Ơû trạng thái chịu lực 3chiều, khả năng chịu lực dọc trục của bêtông tăng lênđáng kể Đây chính là đặc điểm chịu lực quan trọng nhấtcủa kết cấu ống thép nhồi bêtông

1.3 Ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông:

Cầu vòm bằng ống thép nhồi bêtông

Kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFT- Concrete filled tubulasteel) là một kết cấu hỗn hợp gồm ống thép và lõi bêtông cùng làm việc Khi chịu cùng ứng suất như nhau thì kếtcấu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chínhnhư sau:

* Khi so sánh với kết cấu bê tông có tiếp xúc với môitrường bên ngoài bê tông trong ống thép có đặc điểm:

- Độ bền của lõi bê tông tăng khoảng 2 lần

- Bê tông không bị co ngót mà bị trương nở vì không có sựtrao đổi độ ẩm giữa bê tông và môi trường bên ngoài,

- Sau 2-3 ngày tuổi thì không xuất hiện thêm vết nứt

- Tính phi tuyến của công;

* Khi so sánh với kết cấu biến dang từ biến sẽ mất đi sau

2-7 ngày tuổi

Trang 8

- Khối lượng của các cấu kiện ống nhồi bê tông nhỏ hơn sovới cấu kiện bê tông cốt thép,

- Không cần copfa trong thi thép dạng ống:

- Tăng khả năng chống biến dạng của ống thép,

- Độ bền ăn mòn và chống gỉ của mặt trong ống thép caohơn,

- Giảm độ mảnh của cấu kiện;

* Khi so sánh với kết cấu sử dụng thép hình có mặt cắt hở:

- Mặt ngoài của kết cấu ống thép nhồi bê tông nhỏ hơn dođó chi phí sơn phủ và bảo dưỡng thấp hơn,

- Độ bền chống gỉ cao hơn,

- Khả năng ổn định đều hơn,

- Giảm được ảnh hưởng của tải trọng gió,

- Tăng độ cứng chống xoắn

2 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH:

Kết cấu thượng bộ gồm 2 sườn vòm với tiết diện hìnhtròn và thanh giằng tại chân vòm Cáp thanh giằng gồm 8bó, mỗi bó gồm 22 tao Þ 15.24mm, hai đầu được neo chặttrên chân vòm Cáp thanh treo gồm 55 Þ 7 mm hợp thành.Dầm ngang là loại dầm đúc sẵn bằng BTCT DƯL căng sau.Dầm dọc là loại dầm BTCT thường đúc sẵn có tiết diện hìnhhộp rỗng, dầm bản mặt cầu sử dụng loại dầm bản T đượcđúc sẵn bằng BTCT Chân vòm cấu tạo bởi các bản théphàn liên kết nhau đồng thời cho đổ bêtông vào các khoangtrống bên trong Hệ dầm ngang gồm những dầm ngang giữavà 2 dầm ngang ngoài cùng Dầm ngang giữa sử dụng loạidầm có phần bụng đặc hình chữ nhật, hai bên hông cóphần colson rộng 300mm để đỡ dầm dọc biên và dầm Tbản mặt cầu Dầm ngang ngoài (dầm ngang tại chân vòm)có tiết diện hình chữ nhật Phần trên sườn vòm có nhữngthanh giằng ngang chịu tải trọng gió Các khoang cáp treocách nhau 5m, riêng 2 khoang ngoài cùng cách 7.5m

Trang 9

2.1.Hệ thống quy trình và các loại tải trọng áp dụng: Quy trình – quy phạm thiết kế.

Hiện nay chưa có quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thépnhồi bêtông, vì vậy trong phạm vi đồ án này, sử dụng cáctiêu chuẩn khác như ASSHTO LRFD, tiêu chuẩn châu AâuEurocode 4 1994 (EC4), và tiêu chuẩn CECS 28 -90 (Trung Quốc).Về cơ bản, các bộ phận của kết cấu vẫn tính toán theo quytrình thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05 đã ban hành

Tải trọng

- Hoạt tải thiết kế : HL93

- Hệ số xung kích :  = 1.25

2.2.Cấu tạo chi tiết:

2.2.1 Sơ đồ kết cấu:

Sơ đồ bố trí nhịp

Cầu vòm trong đồ án được thiết kế theo phương án cầuvòm xe chạy dưới

Thanh giằng chân vòm có các phương án bố trí thanh giằng :cáp dự ứng lực giằng chân vòm hoặc thép hộp, do cáp dựứng lực có lợi thế trong thi công, điều chỉnh nội lực, kết hợpvới công nghệ chống gỉ hiện nay nên phương án cáp dựứng lực giằng chân vòm được chọn lựa

Sơ đồ kết cấu nhịp : 2x29m+90m +2x29m

Phương trình đường tim vòm

Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghĩa rất lớn trong khaithác, thông thường cầu vòm thép nhồi bêtông hoặc cáccông trình cầu vòm khác thường chọn đường cong tim vòmlà đường cong parabol bậc 2 hoặc bậc 4 và đường cong dạngdây xích Các đường cong này có đường cong áp lực khátrùng với đường cong tim vòm Cầu vòm trong đồ án sửdụng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau :

Trang 10

Trong đó :

f : đường tên vòm

L : chiều dài nhịp, tỉ lệ f/L = 1/5

Mặt cắt ngang vành vòm

Có nhiều chủng loại mặt cắt vành vòm như hình chữ nhật,hình vuông, hình tròn … mỗi vành vòm có thể tổ hợp từ 2,

3, hay nhiều hơn các ống thép nhồi bêtông Do khẩu độcầu trong đồ án không quá lớn (90 m), để đơn giản trongquá trình thi công và chế tạo, mặt cắt ngang vành vòm đượclựa chọn có hình dạng số 8, gồm hai ống thép có đường kính

D = 1m liên kết với nhau qua bản thép

Chiều cao vành vòm H = 2.4m, vậy mặt cắt có tỷ lệ H/L =2.4/ 90

Chiều dày ống thép

Thép kết cấu dùng cho vành vòm phù hợp với tiêu chuẩnASSHTO M270M Grade 345W hoặc ASTM A709M Grade 345W cógiới hạn chảy tối thiểu fy = 345 MPa

Theo một số tài liệu Trung Quốc thì có thể lấy chiều dàyvành vòm t = 8  16 mm chọn chiều dày vành vòm t = 12mm

Sơ đồ cáp treo

Dầm dọc bản mặt cầu và hệ thống dầm ngang liên kếtvới vòm chủ yếu qua hệ thống cáp treo, bởi vậy cáp treophải được bố trí nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trongthi công và khai thác Bước cáp treo được lựa chọn căn cứvào kích thước dầm vành vòm để bố trí đầu neo, khả năngcẩu lắp dầm ngang và bản mặt cầu

Bước cáp treo không nên lựa chọn quá dài do sẽ làm tăngnội lực trong cáp, nhưng cũng không thể quá ngắn vì sẽ làmtăng số lượng cáp treo Bước cáp treo được lựa chọn là 5m

Kết cấu giằng ngang

Trang 11

Vòm ống thép nhồi bêtông có khả năng chịu nén cao, dođó tính toán ổn định trong và ngoài mặt phẳng vòm rấtcần thiết Mặt cắt ngang vành vòm có hình số 8, độ cứngtrong mặt phẳng vòm lớn hơn nhiều so với độ cứng ngoàimặt phẳng vòm Để tăng cường độ cứng này có thểdùng các thanh giằng ngang nhằm làm giảm chiều dài tự docủa vành vòm Cấu tạo của giằng ngang là ống thép trònnhồi bêtông.

3.ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC TIẾT DIỆN

Mặt cắt ngang các cấu kiện:

Ta lần lượt tính các đặc trưng hình học của các cấu kiện, từ đó lấy các số liệu đặc trưng hình học để tính tóan

Vành vòm

t=12mm

Mặt cắt ngang vòm chính

Diện tích ống thép  1000 12mm � :

Es=210000 Mpa,

Trang 12

A=Ac+Asc=1.797+0.286=2.083 mm2

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:

Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:

Ix=I1+I2+I3+I4=0.1272+0.844+6x10-3+1.193x10-3=0.978 m4

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục y:

Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:

Trang 13

Mặt cắt ngang thanh giằng chắn gió

Diện tích mặt cắt: A=1.136m2

Mômen quán tính đối với trục x : Ix=0.5425m4

Mômen quán tính đối với trục y: Iy=0.0424m4

Thanh treo 55 7

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

- Diện tích mặt cắt A = 0.2117 x10-2 m2

- Độ cứng EA = 2.1 x 1011 x 0.2117 x 10-2 = 4.4457x108 KN

Thanh giằng 22 - 7 5

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

Trang 14

- Diện tích mặt cắt A = 2.419 x10-2 m2

- Độ cứng EA = 2.1 x 1011 x 2.419 x 10-2 = 5.08 x109KN

Dầm ngang dự ứng lực

Mặt cắt dầm ngang giữa nhịp

Diện tích mặt cắt: A= 1.169 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.1445 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.10266 m4

Dầm dọc biên

Mặt cắt dầm dọc biên

Trang 15

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.12 m4

Dầm bản mặt cầu biên

Mặt cắt dầm biên bản mặt cầu

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00373m4

Dầm T bản mặt cầu

Mặt cắt dầm T bản mặt cầu giữa nhịp

Trang 16

Mặt cắt dầm T bản mặt cầu đầu nhịp

Dầm ngang tại chân vòm:

Mặt cắt dầm ngang tại chân vòm

3.1.Các đặc trưng vật liệu:

Thép kết cấu

Thép kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709M Grade345W, hoặc tương đương có các đặc trưng như sau :

Trang 17

- Môđun đàn hồi E = 200000 MPa

- Hệ số giãn nở nhiệt 11.7x10-6 mm / mm / oC

- Giới hạn bền fu = 485 MPa

- Giới hạn chảy fy = 345 MPa

Bêtông

Cường độ chịu nén trụ tròn 28 ngày tuổi đối với :

- Bêtông nhồi vành vòm f’c = 50 MPa

- Bêtông dầm ngang dầm dọc f’c = 40 MPa

- Bêtông bản mặt cầu f’c = 30 MPa

Cáp treo và cáp giằng chân vòm

Cáp treo phù hợp tiêu chuẩn ASTM A421 / ASTM A421M, có cácđặc trưng sau:

- Môđun đàn hồi E = 200 000 MPa  5%

- Giới hạn bền fs = 1655 MPa

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùngthấp)

Cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A822 / ASTMA822M, có các đặc trưng sau:

- Môđun đàn hồi E = 197 000 MPa  5%

- Giới hạn bền fs = 1860 MPa

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùngthấp)

3.2.Hệ thống chống gỉ:

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, môi trườngkhắc nghiệt, nóng và ẩm, bởi vậy hệ thống chống gỉ chokết cấu cần phải quan tâm hàng đầu

Chống gỉ cho thép kết cấu

Kết cấu chịu lực chính của cầu là kết cấu thep, cáp cườngđộ cao Biện pháp chống gỉ cho thép kết cấu được đề xuấtnhư sau

Trang 18

Các bề mặt của thép vành vòm sau khi xử lý được bảo vệbằng hệ thống sơn 3 lớp có tổng chiều dày 200 m

- Lớp sơn trong dùng loại sơn Epoxy tổng hợp giàu kẽm(Epoxy Organic Zinc Rich – EZP) dày 100 m

- Lớp sơn giữa dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 m

- Lớp sơn trang trí dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 mYêu cầu về sơn lớp ngoài cùng có tuổi thọ tối thiểu 25đến 30 năm và sau đó phải sơn lại với chu kỳ 8 năm mộtlần

Chống gỉ cho cáp treo và cáp giằng

Hệ thống chống gỉ cho các bó cáp treo được thực hiện tạicông xưởng khi chế tạo cáp và neo bao gồm mạ kẽm cácsợi thép cường độ cao 7 mm sau đó các sợi cáp này đượcquấn chặt và tạo thành bó cáp được bọc trong hai lớp nhựaHDPE bảo vệ, ngoài ra từ mặt cầu lên cao 2.5m được bảovệ các tác động cơ học khác có thể làm hỏng bó cáptreo

Hệ thống bảo vệ chống gỉ cáp giằng chân vòm : các taocáp gồm 7 sợi đường kính danh định 15.2 mm được duỗi ra vàphun bọc một lớp keo Epoxy sau đó đựơc bọc một lớp nhựaHDPE chế tạo theo phương pháp ép đùn Các tao cáp này sẽtạo thành các bó cáp và tất cả được đặt trong ống HDPEbảo vệ Về nguyên tắc có cấu tạo như cáp dự ứng lựcngoài

Trang 19

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ LAN CAN

Sơ đồ tính lan can chịu lực va xe

Để bảo đảm an toàn, lan can phải được thiết kế với tải trọng va đập của xe cộ Trị số tải trọng phụ thuộc vào cấp lan can

Thông số thiết kế lan can:

+ Chiều cao tường bêtông: Hw = 800 mm

+ Chiều cao thanh lan can: HR = 1050 mm

+ Cường độ chịu kéo của cột, thanh lan can: fu = 260 MPa

1 ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN:

Lan can thiết kế phải thoải mãn điều kiện sau:

FR

Trong đó:

R: Tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can

Ft: Lực va ngang của xe vào lan can

Y: Chiều cao từ mặt cầu đến điểm đặt của lực tác dụng ngang Ft (mm)

Rp R Rw

Trang 20

He: Chiều cao từ mặt cầu đến tổng hợp các sức kháng ngang của các thanh lan can (mm)

2 XÁC ĐỊNH CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

- Cầu được thiết kế cho đường cao tốc với tổ hợp các xe tải và các xe nặng:

- Theo bảng A13.7.3.3-1 QT 22TCN 272-05: Cấp lan can là cấp L-3 có

H

kN240

F

e

t

Sức kháng của hệ lan can là tổng hợp sức kháng của

tường chắn, cột và dầm lan can

3 THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN:

3.1 Sức kháng của tường chắn:

Sức kháng của tường chắn có thể được xác định bằng phương pháp đường chảy như sau:

t c w

H

LMM8M8)LL(2

2

Trong đó:

Rw: Tổng sức kháng của hệ lan can (N)

Lc: Chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường

Mb: Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với

Mw tại đỉnh tường (Nmm) Do lan can không có tường đỉnhnên Mb = 0

Chiều dài tường giới hạn trên đó xảy ra cơ cấu đường

chảy:

c

w b

2 t t

c

M

HMMH82

L2

- Lớp bêtông bảo vệ : abv = 25 mm

- Đường kính thanh cốt thép dọc : : ddọc = 14 mm

- Đường kính thanh cốt thép đứng: dđứng = 14 mm

- Bước thanh cốt đai : 200 mm

Trang 21

Hình dạng tường chắn và bố trí thép trong tường chắn

3.1.1 Sức kháng tường đối với trục thẳng đứng:

- Sức kháng của tường đối với trục thẳng đứng phụ thuộc vào thép ngang trong tường

- Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén, sức kháng uốn dương và âm gần bằng nhau:

- Xác định sức kháng thép ngang Mw trên một đơn vị chiều dài

- Bài toán xác định khả năng chịu lực của tiết diện đặt cốt đơn

- Ta chia tường thành 3 phần có chiều cao lần lượt là 400 mm, 200mm, 200m như hình vẽ

doc s

Chiều cao khối ứng suất chữ

nhật tương đương:

4003085.0

2808.307b

Trang 22

Bố trí thép trên đoạn 1 của tường chắn

836.0)2830(7

05.085.0)28f7

05

bêtông chịu nén đến trọng tâm

cốt thép chịu kéo:

2

1414253002

hh

a

h

dung bv

s         = 254 mm

( a: là khoảng cách từ mép bêtông vùng kéo đến trọng

tâm cốt thép chịu kéo)

107.10836

28088.3079.0)2

ad(fA

Mw  s y  s       = 19378.68

kNmm

(Lấy hệ số kháng uốn 0.9)

Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi

Có: Chiều cao:

2

500300

h   = 400 mm Chiều rộng: b = 200 mm

Diện tích thép:

4

144

28094.153b

Khoảng cách từ mép bêtông chịu

nén đến trọng

tâm cốt thép chịu kéo:

2

1414254002

dd

a

h

dung bv

s         = 354 mm

107.10836

Tiết diện qui đổi trong phần

2 của tường chắn

Hình I.5: Bố trí thé p trên phần 2

củ a tường chắn

400

Trang 23

454 46 500

Hình I.6: Bố trí thé p trên phần 3

củ a tường chắn

2

45.8354(1000

28094.1539.0)2

ad(fA

dA

2 2

doc s

28094.153b

f85

0

fA

c

y s

dd

a

h

dung bv

s         = 454 mm

107.10836.0

45.8a

107

28094.1539.0)2

ad(fA

Mw  s y  s       = 17447.82

kNmm

Vậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:

3 w

2 w

1 w 3

1 i

i w

w H M M M M



= 19378.68 + 13568.58 + 17447.82 = 50395.07 kNmm

Bảng tổng hợp giá trị MwH:

p As

Chiềucaocóhiệ

u d

hf85.0

fA

c

y s

Trang 24

1 400 307.88 254 8.45 19378.68

50395.07

2 200 153.94 354 8.45 13568.58

3.1.2 Sức kháng tường đối với trục ngang:

Sức kháng uốn của tường đối với trục ngang phụ thuộc vàothép đứng trong tường

Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén, sức kháng uốn dương và âm gần bằng nhau:

Xác định sức kháng thép ngang Mc trên một đơn vị chiều

đứng

Bài toán xác định khả năng chịu lực của tiết diện đặt cốt đơn

Các giá trị tính toán:

Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):

14

d200

1A

2 2

dung s

28077.0bf85.0

fA

c

y s

dah

bv

s       = 268 mm2

836.0

45.8aC

28077.09.0)2

ad(fA

Mc  s y s       = 51.16 kNmm/mm

Trang 25

(Lấy hệ số kháng uốn 0.9)

14

d200

1

2 dung s

28077.0bf85

0

fA

c

y s

dah

ds   bv  dung    = 368 mm

107.10836.0

45.8aC

107.10

28077.09.0)2

ad(fA

Mc  s y s       = 70.56 kNmm/mm

14

d200

1

2 dung s

28077.0bf85

0

fA

c

y s

Trang 26

Khoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm cốt

thép chịu kéo:

2

14255002

dah

ds   bv  dung    = 468 mm

107.10836.0

45.8aC

107.10d

28077.09.0)2

ad(fA

Mc  s y s       = 89.95 kNmm/mmVậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:

800

20095.8920056.7040016.51H

bM

1

i w

i ci c

Chiề

u caocóhiệud

bf85.0

fA

c

y s

w

i ci c

H

hMM

)07.503950

(80082

10702

1070M

)HMM(H82

L2

L

c

w b

2 t t

b t

c w

H

L.MHM8M8)LL2

(

2R

Trang 27

)07.503950

(8002

10702

1070M

)HMM(H2

L2

L

c

w b

2 t t

b t

c

w

H

LMHMML

17

2814

2

= 243.71 kNĐây là cầu nằm trên đường cao tốc; không có lề bộ hành

cho người đi bộ nên ta chọn lan can thép kê trên tường chắn

4 THIẾT KẾ LAN CAN:

Do không có lề bộ hành nên khi thiết kế lan can ta thiết

kế với tải trọng đặc biệt là tải trọng va xe

Chọn tiết diện thanh lan can là tiết diện tròn rỗng có:

Chọn đường kính thanh lan can:

- Đường kính ngoài: D = 110 mm

- Đường kính trong: d = 100 mm

 Xét trường hợp xe va vào cột lan can (Số nhịp tham gia vào

đường chảy là chẵn):

Sức kháng của hệ dầm và cột:

t

2 p p R

LLn2

LnPM16R

Pp: Sức kháng ngang cực hạn của 1 cột đơn ở độ cao Y

RP phụ thuộc vào biến n, đạo hàm phương trình (1), ta có:

 2chan

:n

Nn

MLP64)LP(LPLP21n

0

dn

dR

P P

2 t P t

P P

B

2

I

2 '

180Dày 5mm

Sơ đồ đế cột lan can

Trang 28

130

2

2 3

= 9.955106 mm4Sức kháng ngang cực hạn của 1 cột đơn ở độ cao Y:

1000180)8001050(

10955.92609.02b)HH(

If2H

H

M

P

6 '

w R

u w

4 3

110

1001

1101.0D

d1D

9.0Wf

22

20002

103.5367

.987216

LLn2

LnPM

16

t

2 p p

 Số nhịp tham gia vào đường chảy là lẻ (trường hợp xe va

vào giữa nhịp lan can):

P P

3 P

2 t P

t P

2

P

LP4M.LP64)LLP(LLPL

12

67.987216L

Ln2

LP)1n()1n(M

16

R

t

p p

w

R P w w '

w

H

HPHR

Trang 29

 Trường hợp xe va vào cột lan can + đầu tường hoặc mối nối:

800

1050103.53800

29.462H

HPHRR

w

R P w w '

71.243H

HPHRR

w

R P w w '

5 KIỂM TOÁN LAN CAN:

5.1 Trường hợp 1: Giữa nhịp lan can + đầu tường hoặc tại

mối nối

Sức kháng của hệ lan can:

R = Rw + RR = 243.71 + 53.91 = 297.62 kN > Ft = 240 kN => ĐẠT

Chiều cao kháng:

62.297

105091.5380071.243R

HRHR

I.5.2 Trường hợp 2: Giữa nhịp lan can + một phần đoạn tường.

R = Rw + RR = 462.29 + 53.91 = 516.21 kN > Ft => ĐẠT

Chiều cao kháng:

21.516

105091.5380091.462R

HRHR

105032

.14280040.326R

HRHR

5.4 Trường hợp 4: Cột lan can + một phần đoạn tường.

R = Rw + RR = 107.81 + 142.32 = 250.13 kN > Ft => ĐẠT

Chiều cao kháng:

13.250

105013.25080081.107R

HRHR

Trang 30

Tổ hợp va xe

Sứckhánggờbêtông

Sứckhángcột +dầm

Sứckhánghệ lancan

Chiềucaokháng

Điềukiệnkiểmtoán

RW (KN) RR (KN) R(KN) Y(mm)1

Trang 31

6 Tính toán liên kết bu lông:

Chọn bu lông đường kính d = 20 mm được bố trí như hình vẽ:

Hình I.9: Sơ đồ bố trí lổ bulông 6.1 Sức kéo danh định của bu lông:

Ta tính sức kéo danh định của bu lông theo (6.13.2.10.2-1):

4

dn

Ab   2   2 = 628.31 mm2

Fub: cường dộ chịu kéo nhỏ nhất qui định của bu lông được qui định trong điều 6.4.3 Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các bulông: Fub = 420 MPa

Suy ra sức kéo danh định của bu lông:

ln

lMN

Với M là momen tại mặt cắt nối bu lông đựơc tính như sau:

)8001050(54.103)HH(P

M P R  w    = 25.885103 = 25.885106Nmm

Vậy lực kéo:

)250(2

25010

885.25)l(n

lM

6 2

i

max max

Trang 32

7 Tính toán chống cắt cho lan can ngay tại mặt cắt tiếp xúc với bản mặt cầu (Kiểm tra trượt của lan can):

Sự truyền lực của thanh lan can và bản mặt cầu

Giả thuyết Rw phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ Lc lực cắt tại chân tường do va chạm xe cộ VCT trở thành lực kéo T trên 1 đơn vị chiều dài bản hẫng được cho bởi

H2L

RV

T

c

w cT







VCT : Lực cắt do va chạm xe

Trong 4 trường hợp vừa tính ở trên, ta chọn trường hợp xe xô vào cột lan can + đầu tường hoặc tại mối nối

Suy ra:

91.875257.1483

72.468H

2L

RV

T

c cT

1085.7

2 2

5  

P3: Trọng lượng của cột thép

Chiều cao cột lan can: hcot = 340 mm

1)180513052(1085.7s

c : hệ số dính kết (A 5.8.4.2), c = 0.52

: hệ số ma sát (A 5.8.4.2),  = 0.6

Trang 33

 = 1 (Bê tông tỉ trọng thông thường)

c,  Dùng cho bêtông đổ trên lớp bêtông đã đông cứng được rửa sạch vữa bẩn nhưng không làm nhám mặt

Ta có:

)PfA(A

c

Vn   cv  vf  y  c = 0.52500 + 0.6 (1.539280 +24.899) = 533.49 N/mm

Ta thấy:

Vn < 0.2fc’Acv = 0.230500 = 30000 N/mm

Vn < 5.5Acv = 5.5500 = 2750 N/mm

Vn > VCT = 144.9 N/mm

 Thỏa điều kiện chống trượt của lan can

8 Tính toán chiều dài neo của cốt thép vào trong bản mặt cầu:

Chiều dài neo thép vào bản mặt cầu lấy theo cấu tạo = 30

d (d là đường kính của thép neo)

Vậy chiều dài neo:30d=3014 = 420 mm

Kết luận: Lan can thoả mãn các yêu cầu chịu lực

CH

TÍNH TOÁN DẦM T BẢN MẶT CẦU

1.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG:

Trang 34

gtuong=Acxs=2.4 10� 5�(300 400 400 200 500 200)�  �  � =7.5N/mmQuy về lực tập trung: P3=7.5x1000=7500 N

Tổng trọng lượng thanh lan can gờ chắn truyền xuống dầm

T bản mặt cầuPlc=P1+P2+P3=129+29+7500=7.658 N/mm

- Trọng lượng bản thân lớp phủ mặt cầu và mối nối tăng cường dầm

T BMC

Trọng lượng bản thân lớp phủDW=hwxc=2.3x10-5x50=1.15x10-3 N/mm2Vậy tĩnh tải phân bố theo phương ngang cầu:

W=1.15x10-3+2.5x10-3=3.65 N/mm2

- Trọng lượng bản thân mối nối

Dầm trong:

damtrong 5 2' c

Dầm ngoài:

damngoai 5 2' c

Trang 35

Xác định mơmen quán tính của dầm chủ:

Mặt cắt quy đổi dầm dọc T bản mặt cầu

Xác định trọng tâm của tiết diện

Áp dụng cơng thức xác định trọng tâm của hình ghép ta cĩ:

c1 1 c2 2 c

Trang 36

3 3

4 4

Vẽ đường ảnh hưởng của các dầm theo hệ số mềm =0.005 Nếu số nhịp trên mặt cắt

ngang cầu nhiều hơn 6 thì không ảnh hưởng đến nên ta có sơ đồ tính như sau

Trang 37

Tĩnh tải phân bố theo phương ngang cầu quy thành tải phân bố theo phương dọc cầu của dầm dọc:

Trang 38

1.2.4.Tính dầm R 2 :

R00 0.227R01 0.215R02 0.196R03 0.162R04 0.116R05 0.067R06 0.018

Trang 39

R01 0.215R02 0.196R03 0.162R04 0.116R05 0.067R06 0.018

1.2.6.Tính hệ số phân bố ngang cho dầm tại gối:

Tại vị trí dầm T bản mặt cầu gối lên dầm ngang tại gối ta tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp địn bẫy

Hệ số phân bố ngang tại gối cho dầm biên

Trang 40

Tả i trọng làn

Hệ số phân bố ngang của họat tải:

Hệ số phân bố ngang cho dầm giữa

Tả i trọng là n

Tổng hợp lại ta được hệ số phân bố ngang của các dầm như sau:

Theo phương pháp phân phối đàn hồi:

Dầm R1 5.35 0.258 0.204Dầm R2 4.73 0.227 0.2044Dầm R3 4.56 0.182 0.189Theo phương pháp địn bẫy

Dầm biên

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	2,51 MB
File đính kèm	DATN - CAU VOM ONG THEP NHOI BE TONG-1.rar (31 MB)