ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẦU DÂY VĂNGPA 1 : Cầu đúc hẫng 3 nhịp liên tục 3x33+55+80+55+3x33 Hộp đơn, vách xiên.PA 2 : Cầu dầm thép liên hợp nhịp liên tục 3x33+56+80+56+3x33PA 3 : Cầu dây văng 2x33+58+122+58+2x33 dầm cứng dạng khung không có bản đáyMặt cắt ngang 4.5x2+2x0.25+2x1.05+2x0.25 . Khổ thông thuyền : 9x60 m
GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp PHƯƠNG ÁN III - THIẾT KẾ KỸ THUẬT - CẦU DÂY XIÊN DẦM CỨNG PHẦN I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN CHỌN - THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU TREO DÂY XIÊN DẦM CỨNG XÁC ĐỊNH QUI MÔ CẦU DÂY VĂNG CẦN NGHIÊN CỨU Phương án III - cầu dây xiên dầm cứng thiết kế với thông số kỹ thuật chủ yếu : - Kết cấu nhòp Sơ đồ hệ nhòp kết hợp với nhòp dẫn: l = x 33 + 58 + 122 + 58+ x 33m Khổ cầu : + x 1m + Sơ đồ dây xiên : dùng sơ đồ dây hình rẽ quạt, hai mặt phẳng dây + Số lượng dây - chiều dài khoang : dây nhiều - khoang nhỏ 14 CỌC KHOAN NHỒI D = 120cm , L = 29.0m MA T1 T4 T2 + - - T3 TH2 MB T3 Nhòp biên : dây, khoảng cách dây : x 7m + 9m Nhòp : dây, khoảng cách dây : x 7m + 9m Chiều dài đoạn hợp long : 6m Tổng chiều dài nhòp cầu dây văng : 370 m Nhòp dẫn : Dầm đònh hình I33m + Góc nghiêng dây thoải : 25o Dầm cứng : gồm hai dầm chủ, tiết diện hình chữ nhật Dầm ngang tiết diện chữ T Chiều cao dầm chủ : 140cm Chiều rộng dầm chủ : 90cm Chiều cao dầm ngang : 75cm Chiều dày dầm ngang : 60 cm Chiều dày mặt cầu : 25cm Bản mặt cầu liên kết toàn khối với dầm chủ dầm ngang, khoảng cách dầm ngang chọn = 3.5m Chiều dài toàn kết cấu dây văng 224m, có tất 224/3.5 = 64 dầm ngang Đường người bố trí mức với đường xe chạy, có dải phân cách cứng phần người phần xe chạy Tháp cầu : Tháp dạng hình thang gồm hai cột BTCT tiết diện hộp ngàm trực tiếp vào móng Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Chiều cao tháp : 25.6m (tính từ mặt cầu) Khoảng cách hai cột đỉnh : 11.20m Khoảng cách hai cột chân : 21.6m Theo phương ngang tháp liên kết thành khung cứng hai vò trí : đỉnh tháp dầm chủ Tiết diện tháp thay đổi theo hai phương dọc ngang - Trụ cầu : Cấu tạo trụ cầu kiểu thân hẹp, thân trụ gồm hai đốt có kích thước mặt cắt ngang khác bêtông toàn khối M200 - Mố cầu : Mố dạng mố vùi đỡ kết cấu nhòp dầm I33m Mố có độ, chiều dài lb = 6m, chiều rộng = 12m, chiều dày = 25cm BTCT, đầu tựa vai kê tường trước, đầu tựa kê - - Kết cấu bên : Đòa chất khu vực xây dựng cầu tương đối ổn đònh, lớp dất chòu lực nằm vò trí khoảng 20 25m so với mặt đất thiên nhiên, nên vò trí mố trụ nhòp dẫn sử dụng móng cọc đóng 35 x 35, vò trí trụ tháp sử dụng móng cọc khoan nhồi Þ120 Dây văng : Dùng cáp sợi xoắn Þ15.2 có : Cường độ tính toán R = Diện tích tiết diện A = 18600 kg/cm2 0.00014 m2 Modyn đàn hồi E = 18000000 t/m2 Tất kích thước : sơ đồ nhòp, mố trụ câàu , tháp cầu, dây xiên thể hình vẽ MẶT CẮT NGANG NHỊP CHÍNH Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Tỷ lệ : 1/50 MỐ CẦU MẶT CẮT NGANG NHỊP DẪN Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Tỷ lệ : 1/50 MỐ CẦU Đồ án tốt nghiệp D C D C MỐ CẦU TRỤ NHỊP DẪN Tỷ lệ : 1/100 Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp PHẦN II THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU TREO DÂY XIÊN KIỂU DÂY RẼ QUẠT I- ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁNCẦU TREO DÂY XIÊN DẦM CỨNG - Hệ thống cầu treo dây xiên dầm cứng hệ thống nhiều bậc, tính toán coi dây xiên luôn chòu ứng suất kéo trước tónh tải, tác dụng hoạt tải đặt vò trí khác tạo ứng suất ngược lại dây xiên Với quan niệm cho ứng suất ngược dấu hoạt tải làm giảm trò số ứng suất kéo dây xiên mức độ giả thiết xem dây xiên cứng, chòu lực hai dấu đảm bảo tính biến dạng hình học hệ cách đặt tải Số bậc siêu tónh xác đònh công thức : i = K + 2n -a - Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp K : tổng số dây xiên dây neo n : tổng số gối dầm cứng a : số gối di động số chốt, bao gồm gối di động đặt cột tháp - Bài toán cầu dây xiên trở thành tóan kết cấu với sơ đồ không biến dạng, áp dụng phương pháp quen thuộc lý thuyết kết cấu để giải - Đường lối chung để giải toán mặt tónh học : Chọn hệ : giải phóng dây xiên liên kết thừa Xây dựng đường ảnh hưởng : + Đường ảnh hưởng nội lực dây xiên + Đường ảnh hưởng momen uốn dầm cứng tất mặt cắt đặc trưng Cụ thể mặt cắt có gối tựa điểm liên kết dây treo + Đường ảnh hưởng lực cắt dầm cứng tất mặt cắt đặc trưng + Đường ảnh hưởng độ võng mặt cắt đzặc trưng dầm cứng Xếp tải lên đường ảnh hưởng , tính giá trò nội lực tương ứng với trường hợp đặt tải, xác đònh nội lực, độ võng lớn nhỏ tương ứng phận kết cấu Chọn kích thước tiết diện mặt cắt ngang dây xiên, dầm cứng phận chi tiết khác Kiểm tra điều kiện an toàn kết cấu sau bố trí vật liệu II- CÔNG TÁC ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC : 1- Nộ điềnug chỉnh nộci lực :một dầm liên tục tựa gối đàn hồi gối cứng, chòu dây vă Cầui dung làm việ - tónh tải, dầm chủ bò biến dạng bò võng Độ võng tónh tải làm sai lệch trắc dọc độ dốc thiết kế, ảnh hưởng xấu đến hình dạng kiến trúc, tiêu khai thác gây momen lớn dầm cứng - Nếu biện pháp kéo dây văng, ta đưa độ võng nút neo dây không chòu tónh tải sơ đồ dầm làm việc dầm liên tục kê gối cứng - Bản chất việc điều chỉnh tạo trạng thái biến dạng nội lực ngược chiều với trạng thái tải trọng gây ra, tổng tác động tải trọng điều chỉnh trạng thái tốt gọi trạng thái hoàn chỉnh Mục tiêu trạng thái hoàn chỉnh : + Cao độ nút dây neo vò trí hợp lý tác dụng tónh tải + Biểu đồ momen uốn dầm chủ có lợi tác dụng tónh tải, hoạt tải ảnh hưởng thứ cấp (co ngót, từ biến bêtông, biến dạng theo thời gian dây) - Cầu treo dây văng hệ siêu tónh bậc cao nên việc điều chỉnh nội lực nhằm cực tiểu hóa momen uốn tổng thể dầm cứng việc bỏ qua việc làm có hiệu cao Trong nhiều trường hợp điều chỉnh nội lực triệt tiêu nội lực gây tónh tải phần hoạt tải - Điều chỉnh nội lực tổng hợp biện pháp nhằm đảm bảo hai mục tiêu : + Phân bố tối ưu nội lực dầm cứng kết cấu nhòp + Bảo đảo dạng trục thiết kế dầm sau kết thúc thi công sửa chữa thay dây - Trong hai mục tiêu trên, chọn chuyển vò ( trục thiết kế) nội lực momen hệ ngược lại + Nếu dùng hàm chuyển vò làm chuẩn mục tiêu chuyển vò dầm cứng sau điều chỉnh không có độ vồng ngược để khắc phục độ võng ảnh hưởng thứ cấp t phầ t tải làm chuẩn khống chế momen âm dầm cứng sau Nếmộ u dù ng nhàdo m hoạ momen + điều chỉnh phân bố hợp lý nút có giá trò momen gối cứng dầm liên tục nhiều nhòp, ứng với trường hợp không tải, biểu đồ bao momen có momen dương nhòp khoang momen âm nút neo dây, kể hoạt tải, ứng suất tất tiết diện dầm cứng phân bố hợp lý không vượt khả chòu lực kết cấu Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Nếu dùng hàm momen làm chuẩn khống chế momen âm dầm cứng sau điều chỉnh phân bố hợp lý nút có giá trò momen gối cứng dầm liên tục nhiều nhòp, ứng với trường hợp không tải, biểu đồ bao momen có momen dương nhòp khoang momen âm nút neo dây, kể hoạt tải, ứng suất tất tiết diện dầm cứng phân bố hợp lý không vượt khả năngcáchòu củua trê kếtncấ u n mục tiêu tùy thuộc vào qui mô kết cấu Với kết cấu Trong c mụlựcctiê , chọ - độ lơn thường áp dụng theo hàm mục tiêu nội lực để giảm momen dầm cứng Khi kết cấu thi công theo phương pháp lắp hẫng (đúc hẫng) thường áp dụng cách điều chỉnh theo nội lực độ cao kết cấu xử lý ván khuôn Với kết cấu có qui mô vừa nhỏ hay kết cấu dầm thép thích hợp với việc điều chỉnh theo mục tiêu cao độ Do với kết cấu tại, chọn phương pháp điều chỉnh nội lực theo mục tiêu độ võng, tức cao độ nút dây neo phù hợp với trắc dọc cầu 2- Phương pháp thi công điều chỉnh nội lực : Thi công : - Trong cầu dây văng, phương pháp thi công điều chỉnh nội lực tạo cho dầm cứng nội lực bất kỳ, phân bố nội lực hợp lý đạt cao độ mong muốn Việc chọn phương pháp thi công phụ thuộc vào nhiều điều kiện, quan trọng chiều cao cầu, chiều sâu mực nước đăc trưng móng có ảnh hưởng đến giá thành khó khăn thi công trụ tạm Việc sử dụng phương pháp thi công cầu dây văng có trụ tạm thích hợp với điều kiện thực đòa thuận lợi Trong lắp hẫng (đúc hẫng) phương pháp vạn để thi công cầu dây văng, ta loại bỏ toàn (phương pháp lắp hẫng đối xứng) hay loại bỏ phần trụ tạm (phương pháp lắp hẫng có nhòp neo) Chính hệ cầu dây văng góp phần tốt cho thi công lắp hẫng, đọan dầm cứng lắp hẫng giữ, việc nhờ dây văng có sẵn hệ sử dụng dây văng tạm liên kết vào trụ tháp để giảm nhẹ khối thi công Với phương pháp lắp hẫng đối xứng qua trụ tháp cần phải có biện pháp chống lật nhòp thời gian thi công - Các biện pháp điều chỉnh bao gồm : + Tạo dầm có độ võng ngược trình chế tạo + Điều chỉnh việc căng kéo dây văng theo hai giải pháp : Điều chỉnh cách tạo khớp tạm thi công : thi công, bố trí khới tạm tất vò trígối cứng gối đàn hồi Khi hệ làm việc theo sơ đồ tinh đònh có momen uốn không khớp momen uốn cục phạm vi khoang dầm Sau lắp đặt hệ dầm dây, tiến hành liên tục hóa hệ dầmbằng mối nối ướt Điều chỉnh bằn cách căng kéo dây văng dầm liên tục Phương pháp áp dụng thuận lợi thi công theo phương pháp hẫng lắp xong dầm đà giáo, trụ tạm nhằm tạo chuyển vò nội lực cưỡng toàn hệ theo hướng có lợi cho công trình Đây phương pháp em chọn lựa tính toán đề tài - Công nghệ điều chỉnh nội lực thực cách đặt kích để căng, chèn neo xiết bulông nhằm thay đổi chiều dài dây văng Việc khống chế cao độ nội lực dây thực võng kế, thiết bò cao đạc, thiết bò lực biến dạng - Quá trình thi công, điều chỉnh nội lực khai thác sửa chữa dây văng cần thỏa mãn điều kiệnTrong sau : tất giai đoạn, yêu cầu phải đảm bảo tính không biến đổi hình học hệ có + xét đến làm việc dây văng kiên kết chiều (dây văng chòu kéo) Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp + Trong tất giai đoạn, nội lực dây văng dầm cứng không vượt giới hạn theo trường hợp tính toán khác cường độ, độ ổn đònh, với dầm BTCT kiểm tra tính chống nứt + Kết cấu nút liên kết dây văng thiết bò căng kéo cần phải đảm bảo khả tạo chòu lực điều chỉnh Tính toán điều chỉnh nội lực cầu dây văng : Nội dung tính cầu dây văng chịu tĩnh tải điều chỉnh nội lực 1) Xác định trạng thái cuối - mục tiêu cần đạt: độ võng 2) Căn vào công nghệ thi công trình tự lắp đặt dây, xác định trạng thái xuất phát 3) Xác định nội lực biến dạng tĩnh tải I, tĩnh tải II, ảnh hưởng thứ cấp (từ biến, co ngót, biến dạng dư dây theo thời gian) 4) Chọn phương pháp tính, định trình tự căng chỉnh, định vectơ ẩn số hệ 5) Lập phương trình sở mục tiêu chọn 6) Xác định ẩn lực thỏa mãn mục tiêu 7) Xác định lực căng dây, độ cao cần chỉnh nút theo trình tự căng chọn 8) Xác định nội lực biến dạng trạng thái cuối tĩnh tải I, II, ảnh hưởng thứ cấp lực điều chỉnh 9) Kiểm tra kết theo số liệu mục tiêu Trong công nghệ lắp hẫng đúc hẫng, trình căng kéo để điều chỉnh nội lực thực thường xuyên sau lần lắp đặt đốt để tạm điều chỉnh nội lực độ võng thi cơng Q trình gọi sơ chỉnh Trong sơ chỉnh, sau lắp đặt đốt dầm, dây, số ẩn số hệ lại tăng lên bậc Nội lực độ võng trình sơ chỉnh lưu lại cộng tác dụng với nội lực tải trọng điều chỉnh Căn vào biểu đồ momen uốn độ võng cuối sau lắp xong dầm cứng hệ dây (do tĩnh tải II, ảnh hưởng thứ cấp sơ chỉnh), ta tiến hành chọn chuẩn thiết kế công nghệ điều chỉnh cuối - bước gọi vi chỉnh Điều chỉnh nội lực giai đoạn thi công (sơ chỉnh) : - Xác đònh lực điều chỉnh lực căng kéo dây văng : Sự phân bố tối ưu nội lực cầu dây văng thường dẫn đến dạng biểu đồ bao momen uốn tốt dầm cứng, thay đổi nội lực dây văng nhận lực điều chỉnh không lớn Bằng điều chỉnh nội lực làm giảm đáng kể momen uốn dầm cứng bảo đảm phân bố chúng theo chiều dài nhòp nhận bố trí vật liệu hợp lý giảm chi phí vật liệu - Việc xác đònh nội lực dây giai đoạn thi công xuất phát từ dạng thuận lợi biểu đồ momen uốn biểu đồ gây độ võng gây tất tải trọng tác dụng sau kết thúc xây dựng cầu (do tóng tải giai đoạn II, giai đoạn I, ảnh hưởng thứ cấp sơ chỉnh) Khi thiết kế nghiên cứu thuật toán tổng cộng momen uốn độ võng tất giai đoạn thi công có xét đến điều chỉnh nội lực dựa vào biểu đồ momen uốn tối ưu độ võng cuối sau thi công song để tiến hành chọn chuẩn xác đònh lực điều chỉnh giai đoạn thi công - Để thực điều ta sử dụng phương trình cân nội lực hay chuyển vò phương pháp tối ưu : Khi mục tiêu điều chỉnh độ võng nút dầm cứng : Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp it + Yidc + Yic = Trong : Yit : độ võng nút thứ i tónh tải phần I phần II gây Yic : độ võng chuẩn cần đạt nút thứ i Yidc : độ võng chuẩn cần đạt nút thứ i lực điều chỉnh gây Hệ phương trình tắc viết dạng ma trận sau y11 y12 y1i y1n y 21 y 22 y 2i y2n y i1 yi y ii y in y n1 yn2 y ni y nn B X Y Hay : B X t X Y t Y c X t c Y Y x + + t c X i Y i Y i t c X n Y n Y n (*) Yc Y X B Y 1 Trong ñoù : Y Yt Y B c : ma trận ảnh hưởng độ võng dầm nút cứng, phần tử yij độ võng nút j có giá trò đơn vò lực gây Tùy theo phương pháp trình tự thi công mà cấu trúc ma trận đầy hay thưa Cần lưu ý : số lượng tiết diện cần điều chỉnh M hay Y phải số lượng lực điều chỉnh Điều chỉnh nội lực giai đoạn khai thác, sửa chữa thay dây văng (vi chỉnh) : - Khi cầu dây văng thi công xong, cần điều chỉnh để hoàn thiện tiếp thời gian khai thác, sửa chữa, thay dây văng cần khôi phục lại trạng thái ban đầu, căng chỉnh tiếp khai thác phải kiểm tra thường xuyên để phát hư hỏng kết cấu Trong thời gian mà có biện pháp sửa chữa thích hợp Trong cầu dây văng thường gặp hư hỏng sau đây: + Đứt tao cáp dây văng + Tụt neo + Chùng dây văng - Do hư hỏng trên, kết cấu phân bố lại trạng thái ứng suất biến dạng Trước sửa chữa thay dây văng cần phải đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu hữu so với trạng thái ban đầu (Trạng thái sau kết thúc thi công đưa vào khai thác) Việc xác đònh dễ dàng rõ ràng biến dạng dầm cứng (cao độ), đo đạc thực tế trường cao độ hữu so với cao độ ban đầu nút liên kết dây văng với dầm cứng để làm mục tiêu xác đònh lực căng kéo bổ sung - Tùy theo mức độ hư hỏng mà căng kéo bổ sung thay tao cáp hay dây văng Khi tao cáp dây văng hư hỏng, bò chùng, hoàn toàn không chòu lực phải thay Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Tùy theo mức độ hư hỏng mà căng kéo bổ sung thay tao cáp hay dây văng Khi tao cáp dây văng hư hỏng, bò chùng, hoàn toàn không chòu lực phải thay - Việc tính toán điều chỉnh nội lực thời gian khai thác sửa chữa thay dây văng giống tính toán điều chỉnh nội lực trình thi công - Hệ cầu dây văng điều chỉnh cách nhờ kéo (hoặc nới lỏng) dây văng cho chuyển vò gối tựa Khi căng chỉnh dây loại bỏ dây cho cặp lực đơn vò X = theo hướng dây văng đó, từ xác đònh số hạng ma trậnø [B] phương trình ( * ) Có thể thực cách khác : căng chỉnh dây ta không cần loại bỏ dây mà đặt vào hệ siêu tónh tính toán hai đầu nút liên kết lực đơn vò X =1 tác dụng theo hướng dây văng Các lực coi ngoại lực, nhờ chúng mà xác đònh nội lực biến dạng tất mặt cắt hệ, có nội lực căng chỉnh dây văng i Lực đơn vò chia cách qui ước làm hai phần : phần Si làm biến dạng dây văng, nội lực dây văng xác đònh từ tính toán hệ Phần (1 - Si) Nếu nội lực M, N chuyển vò Y tiết diện hệ đem nhân với (1 - Si)-1, ta nhận nội lực chuyển vò tương ứng với số hạng ma trận [B] công thức ( *), phù hợp với hệ dây văng thứ i (đã loại bỏ) lực đơn vò đặt theo hướng dây Ma trận [B] lập nhờ phương pháp lực phương pháp chuyển vò, theo phương trình hữu, cho phép xác đònh nội lực hệ cho trước ngoại lực gây 3- Tính toán điều chỉnh nội lực : Giai đoạn sơ chỉnh : Ở trình này, tiến hành lắp khoang dầm theo phương pháp hẫng từ trụ hai bên, sau lần lắp đặt khoang, tiến hành lắp dây căng dây Mục tiêu trình sơ chỉnh chọn độ võng đo tónh tải I (tónh tải thân hệ dầm mặt cầu) không Hệ phương trình tắc viết dạng ma trận sau : Y*.X + Yo + YI + Yc = Trong đó: Y* ma trận ảnh hưởng độ võng, phần từ ỵi độ võng nút i lực căng nút j có giá trị đơn vị gây X vectơ ẩn lực dây văng Yo vectơ độ võng hệ xuất phát Yc vectơ độ võng chuẩn (mục tiêu) YI vectơ độ võng tĩnh tải I Để tiện theo dõi ta đánh số dây sau : Các bước thi công (16 bước) đặc điểm chuyển vò hệ sau : Bước : Thi công khoang dầm cứng bên trái đà giáo mở rộng sát trụ, căng dây văng với thành phần lực thẳng đứng lực căng Y8 Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Bước : Thi công khoang dầm cứng bên phải đà giáo mở rộng sát trụ, căng dây văng với thành phần lực thẳng đứng lực căng Y9 Y9=1 Bước : Thi công khoang dầm cứng thứ hai bên tráiï, căng dây văng với thành phần lực thẳng đứng lực căng Y7 Bước : Thi công khoang dầm cứng thứ hai bên phải căng dây văng 10 với thành phần lực thẳng đứng lực căng Y10 Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 10 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp T=f.N đó: f: hệ số ma sát gối di động f=0.5 N: Phản lực gối tónh tải hoạt tải(không kể xung kích) N= 1002.52 T T= 501.26 T Lực ma sát gối cầu: Lực hãm xe lực tập trung, nằm ngang, hướng dọc cầu tác dụng mặt đường xe chạy,khi tính toán cho phép giả đònh điểm tác dụng lực hãm xe khớp gối cầu Khi chiều dài đặt tải lớn 50m, lực hãm cógiá trò bằng: Ph = 0.9P Với gối cao su di đọng, lực hãm truyền 25% cho gối Vậy: Ph = 0.9x30x0.25 = ### T Lực va tàu thuyền: Tính với tàu 500T, lực va theo phương ngang cầu là30T, theo phương dọc cầu 25T Các tổ hợp theo phương ngang cầu: Tổ hợp : Tónh tải thân phần tử tháp Tải kết cấu nhòp truyền xuống ứng với trường hợp :không có hoạt tải Tải trọng gió ngang, ứng với trường hợp hoạt tải nhòp Tổ hợp : Tónh tải thân phần tử tháp Tải kết cấu nhòp truyền xuống ứng với trường hợp : có hoạt tải Tải trọng gió ngang, ứng với trường hợp có hoạt tải nhòp Tổ hợp : Tónh tải thân phần tử tháp Tải kết cấu nhòp truyền xuống ứng với trường hợp :có hoạt tải Lực laéc ngang Tổ hợp : Tónh tải thân phần tử tháp Tải kết cấu nhòp truyền xuống ứng với trường hợp :không có hoạt tải Lực va cuả tàu thuyền vàu trụ tháp Tổ hợp : Tónh tải thân phần tử tháp Tải kết cấu nhòp truyền xuống ứng với trường hợp : có hoạt tải Lực va cuả tàu thuyền vàu trụ tháp Chạy chương trình Sap2000 kết nội lực (xem phần phụ lục) Sơ đồ kết cấu cuả tháp theo phương ngang cầu: Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 60 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Sơ đồ đặt tải kết nội lực (xem phụ lục III) 3.2- Bố trí mặt cắt theo phương ngang cầu : - Tính toán kiểm toán trụ tháp cầu mặt cắt đặc trưng, bao gồm trụ tiết diện hình vẽ, kiểm tra mặt cắt theo điều kiện chòu lực sau : Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 61 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Xét mặt cắt - : Nội lực : Chọn nội lực tính toán tổ hợp : P = -7529.15 T Q = 103.77 T M = -591.29 T.m Tính độ lệch tâm eo : eo = M/P = 0.1 m Chiều dài tự cho trường hợp hai đầu ngàm : lo = 0.5 x l = m Chiều cao có hiệu sơ : ho = h - a = 215 cm Ta coù : lo/800 = 0.006 m Ta thaáy eo = 0.1m > lo/800 = 0.006 Cấu kiện chòu nén lệch tâm! Tiến hành qui đổi tiết diện hộp thành dạng chữ I đối xứng theo nguyên tắc : Chiều cao mặt cắt chiều cao hộp :h = 2.20 m Chiều rộng cánh chiều rộng toàn đáy hộp : bct = 3.00 Chiều dày cánh chiều dày đáy hộp : hc = Chiều dày sườn toàn chiều rộng hộp : hs = Chiều rộng cánh chiều rộng nắp hoäp :hcd = 0.80 1.6 3.00 m m m m Vì độ lệch tâm lớn nên cốt thép chòu kéo không nhiều, tiết diện ngang phân thành hai vùng chòu kéo nén rõ rệt Khi tải trọng tăng dần vùng chòu kéo xuất vết nứt, sau ứng suất cốt thép đạt tới giới hạn chảy, vùng chòu nén ứng suất bêtông đạt tới giới hạn cường độ chòu nén uốn đồng thời cốt thép chòu nén đạt tới giới hạn chảy cấu kiện bò phá hoại từ vùng chòu kéo đại thể gần giống phá hoại cấu kiện chòu uốn có cốt thép kép N.e Ru.b.x(ho - x/2) + Rt'.Ft'(ho - at') Sơ xác đònh vò trí trục trung hoà : Mc = Ru.bc.hc.(ho - hc/2) = 798000000 Kg/cm2 Ta coù Mmax = -59129000 Kg/cm2 < Mc nên trục trung hoà qua cánh! Do trục trung hoà qua cánh nên việc tính toán đưa tiết diện có dạng chữ nhật có kích thước bc.h = 250 x 22cm Để phương án chọn cốt thép kinh tế ta lấy x = xmax = 118.25 cm Lúc α = 0.55 Ao = 0.4 Tính diện tích cốt thép : Diện tích cốt thép vùng chòu nén : Ft' = -986.07 M = 3137.73 T.m Xét mặt cắt dầm kê -6 : (Tính với tổ hợp 1) Tiết diện chòu momen âm lớn : Mmax = 745.81 T.m Kích thước tiết diện dầm sau : Chiều cao dầm h = 150 cm Chiều rộng dầm b = 150 cm Tính diện tích cốt thép Chọn chiều cao có hiệu sơ : ho = 145 cm Hệ số momen tónh vùng bêtông chòu nén Ao = M/(Ru.b.ho2) = 0.124 Tra bảng : 0.245 α = 0.875 γ = Diện tích cốt thép cần thiết Ft = 245 cm2 Chọn cốt thép Þ40 có : ft = 13 cm2 n = 19.491 Chọn 20 cốt thép để bố trí Ft = 251.33 cm2 Kiểm tra cường độ tiết diện: Đặc trưng vùng chòu nén : α =Rt*Ft/(Ru.b.ho) = 0.075 Tra bảng : 0.963 γ = Ao = 0.067 Khả chòu momen tối đa tiết diện Mmax = Ao.Ru.b.ho2 = 883.24 T.m Ta thấy : Kiểm toán đạt! Cốt thép thớ bố trí theo số lượng cốt thép thớ tính Mmax = 883.24 > M= 745.81 T.m Các mặt cắt : - , - : Cốt thép bố trí tương tự cốt thép mặt cắt - tuỳ thuộc vào tiết diện chòu momen âm hay dương mà bố trí cốt thép thớ hay thớ cho phù hợp Xét mặt cắt đầu dầm ngang - : Tiết diện chòu momen âm lớn : Mmax = -138.3 T.m Kích thước tiết diện dầm sau : Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 65 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Chiều cao dầm h = 120 Chiều rộng dầm b = 100 Tính diện tích cốt thép Chọn chiều cao có hiệu sơ : ho = 115 cm Hệ số momen tónh vùng bêtông chòu nén cm cm Ao = M/(Ru.b.ho2) = 0.055 Tra bảng : 0.06 α = γ = 0.97 Diện tích cốt thép cần thiết Ft = 52 cm2 Chọn cốt thép Þ20 có : ft = cm2 n = 16 Choïn 18 cốt thép để bố trí Kiểm tra cường độ tiết diện: Đặc trưng vùng chòu nén : α =Rt*Ft/(Ru.b.ho) = 0.062 Tra bảng : 0.967 γ = Ao = 0.061 Khả chòu momen tối đa tiết diện Ft = 57 cm2 Mmax = Ao.Ru.b.ho2 = 153.28 T.m Ta thấy : Kiểm toán đạt! Cốt thép thớ bố trí theo số lượng cốt thép thớ tính Mmax = 153.28 > M= 138.3 T.m 3.3- Xác đònh số lượng cọc trụ cầu : - Dùng cọc khoan nhồi vò trí trụ tháp - Đường kính cọc khoan nhồi: m - Cốt thép dọc chủ 28 φ25 thép CT3 bố trí rải chu vi cọc - Thép đai dạng hình tròn có hai loại : + Đai nhỏ thép có gân Þ10 khoảng cách 100, bao chung quanh thép dọc + Đai lớn thép có gân Þ25 khoảng cách đai a=200, lắp lọt lòng thép dọc + Khả chòu lực cọc theo vật liệu làm cọc : Pvl = m(Rbt.Fbt + Rct.Fct) Với : Rbt = Rct = 78 Kg/cm 2400 Kg/cm Fbt = 17525 cm Fct = 137.4 cm (M200) m : hệ số điều kiện làm việc, với cọc khoan nhồi lấùy m=0.85 Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 66 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Pvl = 1442.16 T + Khả chòu lực cọc theo đất theo công thức trang 46, QT-TCN21-86: : R Rntc Kd h3 1.5 4039 (T) d3 Với: - Rtcn: sức chòu tải tiêu chuẩn tạm thời trạng thái no nước, với lớp đất mũi cọc cát hạt vừa, lấy Rtcn=200 T/m2 - K d: hệ số an toàn theo đất, lấy Kđ= 1.4 - h3: độ chôn sâu tính tóan cọc khoan nhồi, h3= - d3: đường kính ngòai cọc khoan nhồi, d3= 32.13 (m) 1.20 (m) Pđ = 4039.29 T Ta thấy Pcọc = Pmin( Pvl, Pdất) = 1442.16 T Tải trọng thẳng đứng tác dụng đáy đài : Lấy kết nội lực lớn tổ hợp nội lực tính toán : - Tải trọng thân bệ móng : Pbệ = 1082.76 T Tải thẳng đứng tác dụng đáy đài : Pz = 13580.433 T M= 1479.27 Tm Px = 663.52 T Số lượng cọc cần thiết đáy đài : ncọc = 13.183 cọc Chọn 14 cọc bố trí móng trụ tháp cầu 3.4- Kiểm toán móng cọc tháp theo móng cọc đài cao: 3.4.1- Kiểm tra sức chòu tải cọc: Tải thẳng đứng tác dụng lên cọc: Ncọc = Nmax+Pcọc = 1128.99 T Ncọc = 1129 T < 4039 =>ĐẠT 3.4.2- Kiểm toán đất móng khối qui ước: Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 67 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Kích thước bệ tháp: A1= 5.6 m B1= 26 m Tính góc ma sát trung bình từ mũi cọc trở lên: lớp1 φ 1=29o l1 = 0.69 m lớp2 φ 2=31o l2 = 9.64 m lớp3 φ 3=34o l3 = 7.09 m lớp4 φ 4=37o l4 = 7.28 m lớp5 φ 5=40o l5 = Góc masát trung bình: 7.8 m φ1l1+φ2l2+φ3l3+φ4l4+φ5l5 φ = = l1+l2+l3+l4+l5 35.116 độ φ = 11.705 độ => tgα = 0.207 độ Cọc chôn bệ 2m nên Lo= 34 m, kích thước cọc theo phương ngang dọc cầu sau: 19.69 Loxtgα = m Α = Α 1+2 α= Loxtgα = Β = Β 1+2 40.09 m 789.30 Diện tích đáy móng : Sđm= 45648.1 Trọng lượng đất móng : Gđm= Tải trọng tác dụng móng khối quy ước: Ntt = Nmax+Gđm*1.1 = 63793.38 Mtt = Mmax+Gđm*1.1*0.1= 6500.56 Momen chống uốn tiết diện móng khối: m2 T T Tm bh2 = 2590.04 m2 Điều kiện kiểm toán: W= σ = Trong ñoù: Ν F + M W < Rtt Rtt= 1,2.R'.1 K b K ' l 3 R': cường độ đất nền: R' = b: chiều rộng móng:b= l: chiều sâu đặt moùng: l= 315 40.09 32.13 T/m2 m m ' : dung trọng trung bình đất bằng: 1.80 T/m3 K1,K2: hệ số tra bảng K1= ### ,K2= 0.3 Thay giá rò vào công thức tính được: Rtt= 540.85 T/m2 σ = 83.33 T/m2 < Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Rtt =>ĐẠT Trang 68 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp VIII-PHÂN TÍCH ĐỘNG CẦU DÂY VĂNG : - Giới thiệu chung : - Cầu dây văng loại cầu có nhòp dài, độ cứng nhỏ, dễ nhạy cảm với tải trọng tác động có chu kỳ, mà hiệu ứng động lực học lên cầu dây văng thường lớn, có tính đònh việc xác đònh kích thước kết cấu sơ đồ cầu Vấn đề khí động học cầu dây văng thường đònh đến độ an toàn công trình Cầu dây văng nhạy cảm với tải trọng gió, thường xuất hiện tượng dao động uốn, xoắn mà cộng hưởng gây biên độ dao động lớn nguyên nhân gây phá hoại mỏi hệ treo Để phân tích tượng động học cần biết tần số dao động riêng kết cấu sau : 2- Tính toán tần số dao động riêng : - Tìm tần số dao động riêng theo cách giải đơn giản Rayleigh sau : - Phương pháp Rayleigh dựa nguyên lý bảo toàn lượng phương pháp gần đúngđược áp dụng phổ biến đẻ tính tần số dao động riêng hệ có nhiều bậc tự Trong trường hợp động tự không lực cản, giá trò tần số ω tính nguyên lý bảo tòan động Độ xác phương pháp phụ thuộc vào việc chọn biến dạng gần tốt với dạng dao động + Giả thiết trước trò số biến dạng Vj hệ, thông thường đặt lực tónh Pj lên khối lượng mi tính véc tơ độ võng Vj + Lập điều kiện cân động lớn Ec Ep khối lượng Với hệ có n bậc tự ta có : ω2 = Σ Pi.Vi Σ mi.Vi2 Đểâ có biến dạng hệ Pj gây tương đối giống với biến dạng hệ chòu khối lượng mi, thường đặt tải trọng tónh có giá trò Pj = g.mi theo phương dạng dao động Công thức trở thành : ω2 = g Σ mi.Vi Σ mi.Vi2 Tính toán : Theo phương pháp Rayleigh cầu dây văng có sơ đồ sau : Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 69 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Sơ đồ cầu dây văng Phân bố khối lượng lên nút Các khối lượng xem tập trung nút dây neo vào dầm chủ, tính bỏ qua khối lượng dây neo (vì tải trọng dây neo truyền vào dầm chủ 30%) mà xét khối lượng dầm chủ, dầm ngang, mặt cầu, tải trọng giai đoạn Ta có : Tónh tải giai đọan I : qdc = F *l* γbt = + Dầm chủ : 4.384 t/m + Dầm ngang : qng= bn*hn*an*n*γbt= 1.69 t/m + Bản mặt cầu : qbmc = F * 2.5/2 = 1.57 tc q I= 8.711 t/m q I= 8.403 Tónh tải phần II : + Trọng lượng lớp phủ : Lớp BT asphal dày cm qphu = 11x 0,03 x 2,3/2 = t/m tt 0.8855 T/m Lớp BT bảo vệ dày cm qbv = 11 x 0,04 x 2,4 / 2= 0.528 T/m Lớp phòng nước dày cm qpn = 13,5 x 0,01 x 1,5 / = 0.083 T/m Lớp tạo dốc ngang dày cm qdốc = 11 x 0,03 x 1,5 / = Trọng lượng lớp phủ : qphủ = 0.25 1.7435 T/m T/m + Trọng lượng dải phân cách : qpc = 0.040 T/m + Trọng lượng lan can tay vòn : qlc = 0.564 T/m qtcII = 2.35 T/m q II = 3.28 Tổng tónh tải hai giai đoạn : T/m tt qtc = tt q = Sinh viên : Vương Hùng Vân - CÑB-K39 11.06 T/m 11.68 T/m Trang 70 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Khối lượng tính toán khoang dầm : mi qi Vj Khoang Khoang Khoang Khoang Khoang Khoang Khoang Khoang Khoang Khoang Khoang 10 Khoang 11 Khoang 12 Khoang 13 Khoang 14 Khoang 15 Khoang 16 Khoang 17 Khoang 18 Khoang 19 Khoang 20 Khoang 21 Khoang 22 Khoang 23 Khoang 24 Khoang 25 Khoang 26 Khoang 27 Khoang 28 Khoang 29 Khoang 30 Khoang 31 Khoang 32 Khoang 33 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 105.14 105.14 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 70.09 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 105.14 105.14 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 81.78 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 10.72 10.72 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 7.15 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 10.72 10.72 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 8.34 Tổng cộng : 0.00 0.06 0.11 0.15 0.17 0.17 0.14 0.10 0.00 0.01 0.01 -0.05 -0.12 -0.22 -0.33 -0.44 -0.48 -0.48 -0.44 -0.33 -0.22 -0.12 -0.05 0.01 0.01 0.00 0.10 0.14 0.17 0.17 0.15 0.15 0.11 qi.Vj qi.Vj2 0.00 0.49 0.93 1.23 1.39 1.38 1.52 1.04 0.00 0.08 0.07 0.42 1.02 1.85 2.78 3.66 3.45 4.02 3.66 2.78 1.85 1.02 0.42 0.07 0.10 0.00 0.81 1.18 1.38 1.39 1.23 1.23 0.93 43.36 0.00 0.03 0.10 0.18 0.23 0.23 0.22 0.10 0.00 0.00 0.00 0.02 0.12 0.41 0.92 1.61 1.66 1.94 1.61 0.92 0.41 0.12 0.02 0.00 0.00 0.00 0.08 0.17 0.23 0.23 0.18 0.18 0.10 12.05 Ta coù : Σqi.Vj = Σqi.Vj = 43.36 12.05 Tần số dao động : 5.94 ω= Tần số dao động riêng : f= 0.95 Chu kỳ dao động kết cấu: Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 71 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp 1.06 s T= Ta thấy : chu kỳ dao động thẳng đứng kết cấu, T = 1.06s nằm khoảng 0.3 - 0.7s nên kết cấu làm việc bảo đảm - Đánh giá tần số dao động riêng : 3.1- Tần số dao động riêng uốn : 0.9 g 2.π Vmax Ta có : Vmax = 0.44 fB = g= Vaäy fB = m m/s2 9.81 0.752 Hz 3.1- Tần số dao động riêng xoắn : fT = b fB 2.r Với : b : khoảng cách dây văng theo chiều ngang cầu = r : bán kính quán tính tiết diện 960 cm 122 m r2 = Itđ/Ftđ Ta có : Sx = 1476914.4 cm3 Ftñ = 18418.00 cm2 yd = 80.189 cm Jtñ = 25841358.52 cm4 r = 37.4573 cm Vậy : fT = 9.63 Hz Để đáp ứng điều kiện ổn đònh khí động cầu treo, ta phải có : 1- Chiều cao dầm chủ Phải thỏa mãn điều kiện : lo lo h> x 8.33 + 1000 303 > 1.07 m Với : lo : chiều dài nhòp đo m , lo= Độ n g chòu uố n dầm chủ : 2Phải thỏa mãn điều kiện : EJ > 1.474.b.l4.10-5 (Ho)1/2 Với : b : chiều rộng cầu tim hai làm dây = Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 9.6 m Trang 72 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Đồ án tốt nghiệp Ho : chiều cao cột tháp = Ta coù : VT : 4651445 EJ = VP : = 6660.443803 Vậy : điều kiện thỏa 26.5 m m4 Theo ý kiến nhiều chuyên gia để ổn đònh khí động cầu treo tần số dao động xoắn fT phải lớn tần số dao động uốn fB từ lần, ta có : fT = 10.02Hz , fB = 0.615, tỷ số chúng : n = 13 lần, kết cấu làm việc an toàn Ngoài việc đánh giá tần số dao động riêng kết cấu phân tích động cầu dây văng xét đến ổn đònh khí động học, hiệu ứng tâm lý hành khách qua cầu, tác dụng động đất yếu tố có ảnh hưởng lớn đến kích thước độ an tòan công trình, khuôn khổ làm thời gian không cho phép nên tạm thời bỏ qua việc xét đến yếu tố Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 Trang 73 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên : Vương Hùng Vân - CĐB-K39 GVHD: Th.S Ngô Châu Phương Trang 74 ... : -1 34 -5 4 -2 6 -9 -3 -2 -2 -2 2.2 2.3 1.9 0.7 0.2 0.9 4.6 15.6 -8 1 -2 2 -5 2 46 27 10 -2 1.8 1.4 0.8 -0 .3 -0 .4 0.4 2.5 6.6 -1 34 -2 0 -7 8 84 55 22 -4 3.1 2.4 1.4 -0 .3 -0 .5 0.8 4.0 10.5 -1 49 -1 8 -5 7... 0 0 0 0 16 -7 -1 5 -1 7 -1 5 -1 9 26 -1 0 -2 7 -3 1 -4 0 217 135 48 -8 -3 5 -6 3 319 192 77 1.4 -6 7 412 254 115 -1 8 509 327 118 617 363 691 Vectơ YI: -0 .121 -0 .122 -0 .114 -0 .096 -0 .072 -0 .048 -0 .028 Sinh... -5 7 97 79 39 10 -3 3.6 2.9 1.8 -0 .1 -0 .3 1.0 4.2 10.8 -1 34 -3 5 -2 1 67 85 58 22 3.4 2.9 2.0 0.2 -0 .1 1.0 3.6 8.8 -1 02 -3 7 27 54 63 37 2.8 2.4 1.8 0.4 0.2 0.8 2.5 5.9 -4 -6 5 -2 8 -1 2 -5 Y* = 10 x Sinh