Đồ án tốt nghiệp về cầu đường

Là đồ án tốt nghiệp đại học giao thông vận tải trong bộ môn Kết cấu Xây dựng ,...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

o0o

Sau thời gian học tập tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải- Hà Nội với sự chỉbảo, dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trường Đại học Giao Thông Vận Tải nóichung và các thầy cô trong Viện Kỹ Thuật Xây Dựng nói riêng em đã tích lũy đượcnhiều kiến thức bổ ích để trang bị cho công việc của một kỹ sư trong tương lai

Hơn bốn năm học tập và làm Đồ án tốt ngiệp tại trường, được sự giúp đỡ củagiáo viên hướng dẫn, các thầy cô trong bộ môn Kết cấu xây dựng và sự nỗ lực của bảnthân em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thạc sỹPhạm Thị Thanh Thủy cùng các thầy cô trong bộ môn Kết cấu Xây dựng đã tận tìnhgiúp đỡ em trong thời gian học tập và quá trình làm đồ án Cảm ơn các thầy cô đã cónhững chia sẻ hết sức chân thành về công việc cũng như knh nghiệm lúc sinh viên ratrường

Đồ án tốt nghiệp là sự đánh giá, tổng kết quá trình học tập trong suốt quá trìnhcủa sinh viên Do sự hạn chế về chuyên môn và kiến thức thực tế cảu bản thân nênkhông thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong được sự chỉ bảo và góp ý của cácthầy cô để giúp em có thể hoàn thiện kiến thức chuyên môn cảu bản thân để phục vụcho công tác thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 1 tháng 1 năm 2016Sinh viên: Đặng Xuân Hướng

Trang 2

MỤC LỤC

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG 9

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH 9

1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế 9

1.1.2 Vị trí 9

1.1.3 Điều kiện tự nhiên 9

1.1.4 Kết cấu cầu 10

1.1.5 Số liệu tính toán 10

1.1.6 Vật liệu 12

1.1.7 Các hệ số tính toán 13

PHẦN 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN TRÊN 14

2.1 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC 14

2.2 TẢI TRỌNG 14

2.2.1 Tĩnh tải bản thân (DC) 14

2.2.2 Tĩnh tải giai đoạn khai thác 14

2.2.3 Hoạt tải HL93 15

2.2.4 Lực xung kích 15

2.2.5 Lực hãm: BR 16

2.2.6 Tải trọng gió (WL và WS) 16

2.2.7 Nhiệt độ phân bố đều (TU) 18

2.2.8 Gadient nhiệt (TG) 18

2.3 NỘI LỰC 19

2.3.1 Nguyên tắc tính toán 19

2.3.2 Trình tự mô hình kết cấu và quá trình thi công kết cấu 20

2.3.3 Nội lực tại các giai đoạn 21

2.4 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DẦM CHỦ 23

2.4.1 Xác định thông số mặt cắt quy đổi 23

2.4.2 Tính toán và bố trí cáp dự ứng lực 24

Trang 3

2.4.3 Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt 29

2.4.4 Tính mất mát dự ứng lực 31

2.5 KIỂM TOÁN DẦM THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ .37 2.5.1 Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men âm 37

2.5.2 Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men dương 39

2.5.3 Kiểm tra giới hạn cốt thép 39

2.5.4 Tính toán và kiểm toán điều kiện chịu cắt của dầm chủ 41

2.6 KIỂM TOÁN DẦM THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 45

2.6.1 Tính duyệt mặt cắt theo điều kiện ứng suất 45

2.6.2 Kiểm toán võng do hoạt tải 47

2.7 TÍNH TOÁN ĐỘ VỒNG THI CÔNG 48

2.7.1 Nguyên tắc kiểm soát độ vồng thi công 48

2.7.2 Công thức tính độ vồng 48

2.8 TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 58

2.8.1 Sơ đồ tính toán bản mặt cầu 58

2.8.2 Tải trọng 59

2.8.3 Tính toán nội lực bản mặt cầu 59

2.8.4 Tính toán và bố trí cốt thép dự ứng lực 60

PHẦN 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI 63

3.1 THIẾT KẾ MỐ CẦU 63

3.1.1 Số liệu chung 63

3.1.2 Kích thước hình học của mố 63

3.1.3 Vật liệu 66

3.1.4 Xác định tải trọng tác dụng lên mố 66

3.1.5 Tính toán cọc khoan nhồi 81

3.2 THIẾT KẾ TRỤ CẦU 88

3.2.1 Sơ bộ lựa chọn kích thước cơ bản trụ cầu 88

Trang 4

3.2.3 Nội lực 89

3.2.4 Nguyên tắc tính toán 89

3.2.5 Kết quả nội lực gây ra tại các mặt cắt nguy hiểm 89

3.2.6 Kiểm toán mặt cắt I-I (Mặt cắt đỉnh bệ) 90

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1- 1: Thông số đặc trưng của bê tông sử dụng 12

Bảng 1- 2: Thông số đặc trưng của thép dự ứng lực 12

Bảng 1- 3: Hệ số tải trọng 13

Bảng 1- 4: Hệ số làn m

Bảng 2- 1: Lực xung kích IM……… 15

Bảng 2- 2: Các giá trị của VB cho các vùng tính gió ở Việt Nam 16

Bảng 2- 3: Các giá trị của S 16

Bảng 2- 4: Giới hạn nhiệt độ của cầu bê tông 18

Bảng 2- 5: Tính toán số lượng cốt dự ứng lực cho kết cấu dầm 25

Bảng 2- 6: Độ lệch tâm của cáp dự ứng lực tại mặt cắt giữa nhịp 26

Bảng 2- 7: Độ lệch tâm của cáp dự ứng lực tại mặt cắt trụ 27

Bảng 2- 8: Đặc trưng hình học tại các mặt cắt giai đoạn I 30

Bảng 2- 9: Đặc trưng hình hoạc tại các mặt cắt trong giai đoạn II 31

Bảng 2- 10: Mất mát ứng suất do ma sát 32

Bảng 2- 11:Mất mát ứng suất do tụt neo 33

Bảng 2- 12:Tính toán f cgp 35

Bảng 2- 13:Tính toánf pES 35

Bảng 2- 14: Mất mát do co ngót của bê tông 36

Bảng 2- 15: Mất mát do tự chùng cốt thép 36

Bảng 2- 16: Mất mát ứng suất trong cáp dự ứng lực 37

Bảng 2- 17: Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men âm trong giai đoạn thi công 38

Trang 5

Bảng 2- 18: Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men âm trong giai

đoạn khai thác 39

Bảng 2- 19: Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men dương trong giai đoạn thi công 39

Bảng 2- 20: Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men âm trong giai đoạn khai thác 39

Bảng 2- 21: Hàm lượng cốt thép tại mặt cắt chịu mô men âm 40

Bảng 2- 22: Hàm lượng cốt thép tại mặt cắt chịu mô men dương 40

Bảng 2- 23: Hàm lượng cốt thép tối thiểu tại các mặt cắt chịu mô men âm 41

Bảng 2- 24: Hàm lượng cốt thép chịu mô men dương 41

Bảng 2- 25: Xác định các giá trị b v và d v 42

Bảng 2- 26: Xác định v và v f/ c' 44

Bảng 2- 27: Xác định các giá trị  và  44

Bảng 2- 28: Kiểm toán khả năng chịu cắt của mặt cắt 45

Bảng 2- 29: Độ vồng ban đầu của dầm bản rỗng khi không xét đến các yếu tố gây võng trong tương lai 49

Bảng 2- 30: Giá trị độ vồng của dầm bản rỗng khi xét đến các yếu tố gây võng trong tương lai (cộng thêm giá trị Additional Camber) 53

YBảng 3- 1: Kích thước mố theo phương dọc cầu……… 65

Bảng 3- 2: Kích thước của mố theo phương ngang cầu 65

Bảng 3- 3: Thể tích các bộ phận của mố 67

Bảng 3- 4: Nội lực do tĩnh tải đối với mặt cắt I-I 67

Bảng 3- 5: Nội lực do tĩnh tải gây ra trên mặt cắt II-II 67

Bảng 3- 6: Nội lực do tĩnh tải gấy ra trên mặt cắt III-III 67

Bảng 3- 7: Trọng lượng kết cấu phần trên 68

Bảng 3- 8: Áp lực ngang đất đắp sau mố 69

Bảng 3- 9: Chiều cao lớp đất tương đương 70

Bảng 3- 10: Áp lực ngang của hoạt tải sau mố 70

Bảng 3- 11: Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu xét tới mặt cắt I-I 72

Trang 6

Bảng 3- 12: Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu xét tới mặt cắt II-II 72

Bảng 3- 13: Tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt I-I 73

Bảng 3- 14: Tổ hợp tải trọng theo các trạng thái giới hạn 73

Bảng 3- 15: Tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt II-II 74

Bảng 3- 17: Tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt III-III 75

Bảng 3- 19: Tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt IV-IV 75

Bảng 3- 21: Kiểm toán mặt cắt 79

Bảng 3- 22: Kiểm toán chịu cắt 79

Bảng 3- 23: Kiểm toán nứt 80

Bảng 3- 24: Kiểm tra độ mảnh của mặt cắt II-II 80

Bảng 3- 25: Tính chất các lớp đất dưới mố 81

Bảng 3- 26: Sức kháng thân của cọc khoan nhồi 83

Bảng 3- 27: Sức kháng mũi của cọc khoan nhồi 84

Bảng 3- 28: Sức kháng trụ tương đương 87

Bảng 3- 29: Nội lực tại mặt cắt đỉnh trụ 90

Bảng 3- 30: Nội lực tại mặt cắt đỉnh bệ 90

Bảng 3- 31: Nội lực tại mặt cắt đáy bệ 91

Bảng 3- 32: Thông số mặt cắt quy đổi 91

Bảng 3- 33: Giá trị M rx và M ry 92

Bảng 3- 34: Kiểm tra điều kiện uốn theo 2 phương 93

Bảng 3- 35: Kiểm tra ảnh hưởng của độ mảnh 94

Bảng 3- 36: Kiểm tra sức kháng cắt của trụ 94

Bảng 3- 38: Kết quả tính duyệt độ mở rộng vết nứt trong trụ 96

Trang 7

DANH MỤC HÌNH

Hình 1- 1: Xe tải thiết kế 11

Hình 1- 2: Xe hai trục thiết kế 11

Hình 1- 3: Tải trọng làn thiết kế 11

YHình 2- 1: Hệ số C d ……… 17

Hình 2- 2: Gradient nhiệt theo phương thẳng đứng trong kết cấu bê tông 19

Hình 2- 3: Thi công khối K1 20

Hình 2- 7: Mô hình kết cấu trên phần mềm MIDAS CIVIL 21

Hình 2- 8: Mặt cắt dầm rỗng 23

Hình 2- 9: Mặt cắt giữa dầm rỗng quy đổi 24

Hình 2- 10: Mặt cắt dầm đặc 24

Hình 2- 11: Mặt cắt dầm đặc quy đổi 24

Hình 2- 12: Biểu đồ khống chế ứng suất đốt K1 46

Hình 2- 13: Biểu đồ khống chế ứng suất đốt K2-K5 46

Hình 2- 16: Biểu đồ khống chế ứng suất trên toàn bộ dầm 47

Hình 2- 17: Độ võng do xe tải 47

Hình 2- 18: Độ võng do tổ hợp tải trọng 48

Hình 2- 19: Giá trị độ vồng cộng thêm 49

Hình 2- 20: Sơ đồ cánh hẫng tính bản mặt cầu 59

Hình 2- 21: Bố trí cáp dự ứng lực ngang cầu 60

YHình 3- 1: Kích thước hình học của mố……… 63

Hình 3- 2: Cấu tạo tường đỉnh 64

Hình 3- 3: Mặt cắt dọc, ngang mố 64

Trang 8

Hình 3- 5:Áp lực đất lên mố 68

Hình 3- 6: Bố trí cọc khoan nhồi 85

Hình 3- 7: Kết quả nội lực cọc từ phần mềm FB-PIER 85

Hình 3- 8: Kích thước cơ bản của trụ 88

Hình 3- 9: Mặt cắt đỉnh bệ 91

Trang 9

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH

1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế

 Cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành: 22TCN 272-05

 Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô: TCVN 4054-05

 Tiêu chuẩn về vùng gió: TCVN 2737-1995

 Tiêu chuẩn CEB-FIP về co ngót và từ biến

1.1.2 Vị trí

Cầu vượt ngang B44 thuộc gói thầu EX4- dự án xây dựng đường Quốc lộ Nghệ An-HàTĩnh Cầu nằm trong nút giao giữa đường quốc lộ 1 và đường 538, vượt qua quốc lộ 1tại lý trình Km39+612,812 Cầu nằm trong địa phận xã Nhân Thành, huyện YênThành, tĩnh Nghệ An

1.1.3 Điều kiện tự nhiên

1.1.3.1 Điều kiện địa hình

Cầu nằm trên đoạn tuyến của QL1 Khu vực dự kiến xây dựng tương đối bằng phẳng,khu vự đông dân cư, ngày xưa chủ yếu là ruộng lúa

1.1.3.2 Điều kiện địa chất

Địa chất khu vực tương đối đồng nhất Các lớp đất bố trí từ trên xuống dưới thep thứ

tự sau:

 Lớp 1: Đất bùn mặt

 Lớp 2: Sét ít dẻo, sét rất dẻo, bụi rất dẻo, dẻo mềm

 Lớp 3: Sét ít dẻo, sét rất dẻo, bụi rất dẻo, dẻo cứng

 Lớp 4: Sét ít dẻo, sét rất dẻo, bụi rất dẻo, chảy

 Lớp 5: Sét ít dẻo, dẻo mềm, sét rất dẻo, dẻo mềm

 Lớp 6: Sét ít dẻo, dẻo mềm, sét rất dẻo, dẻo cứng, nửa cứng

 Lớp 7: Cát sét, cát sét lẫn bụi, chặt vừa

 Lớp 8: Cát bụi, cát cấp phối kém, lẫn bụi, cát sét lẫn bụi, chặt, chặt vừa

 Lớp 9: Cát cấp phối kém, lẫn bụi, sét, cát bụi, cát cấp phối tốt lẫn bụi, rất chặt

 Lớp 10: Sỏi sạn cấp phối kém lẫn bụi, sỏi sạn cấp phối kém, sỏi sạn lẫn bụi, rất

Trang 10

1.1.4 Kết cấu cầu

Chiều dài tính đến đuôi mố: L=215m

Gồm 7 nhịp dầm bản rỗng liên tục bằng bê tông dự ứng lực

1.1.5.1 Hoạt tải thiết kế:

Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay trên kết cầu phụ trợ được gọi là HL-93 bao gồm:

 Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế và

 Tải trọng làn thiết kế

a Xe tải thiết kế (TRK)

Xe tải thiết kế gồm có 3 trục 35kN, 145kN, 145kN, 2 trục 35kN và 145kN cách nhau4,3m còn hai trục 145kN cách nhau từ 4,3m đến 9m để gây ra được hiệu ứng lực lớnnhất

Trang 11

35 kN 145 kN 145 kN

600mm nãi chung 300mm mót thõa cña cÇu

Hình 1- 3: Tải trọng làn thiết kế

Trang 12

Cường độ chịu nén đặc trưng f'cở tuổi 28 ngày

được thí nghiệm bằng mẫu hình trụ

Giới hạn chịu nén ở trạng thái giới hạn sử dụng

Thép sử dụng cho công trình theo tiêu chuẩn ASTM A706M cấp 420

Cường độ kéo chảy f y 420MPa

Mô đun đàn hồi E s 200000MPa

1.1.6.3 Cốt thép dự ứng lực

Cốt thép dự ứng lực sử dụng theo tiêu chuẩn ASTM 416M Grade 270 có các thông sốsau:

Bảng 1- 2: Thông số đặc trưng của thép dự ứng lực

Trang 14

PHẦN 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN TRÊN 2.1 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC

 Bề rộng phần xe chạy: B xe  2 3,5m

 Bề rộng lan can: B lc 0,5m

 Bề rộng toàn cầu: B cau  2 3,5 2 0,5 8   m

 Chiều dài cầu: Lcau 215m

2.2 TẢI TRỌNG

2.2.1 Tĩnh tải bản thân (DC)

Trọng lượng thể tích của bê tông: c 24,50 kN m/ 3

Tĩnh tải bản thân của kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới được tính toán tự độngbởi phần mềm phần tích kết cấu dựa trên mô hình kết cấu Các bộ phận không cótrong mô hình được xem như ngoại lực

2.2.2 Tĩnh tải giai đoạn khai thác

2.2.2.1 Tải trọng lan can

Chiều cao chân lan can: b lc 0,5 m

Tĩnh tải rải đều chân lan can bê tông: q clc 8,4 kN m/

Tĩnh tải rải đều tay vịn lan can bằng thép: q tv 0,1 kN m/

→ Tổng tĩnh tải rải đều do lan can tác dụng lên kết cấu: q lc 8,5 kN m/

2.2.2.2 Tĩnh tải rải đều do lớp phủ mặt cầu:

Trọng lượng riêng của bê tông Asphalt 23kN m/ 3

Trọng lượng riêng của lớp phòng nước  18kN m/ 3.

Trang 15

2.2.3 Hoạt tải HL93

2.2.3.1 Hoạt tải xe ô tô thiết kế

Hoạt tải xe ô tô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL93 bao gồm một tổhợp gồm:

 Xe tải (xe 3 trục) hoặc xe 2 trục thiết kế và tải trọng làn thiết kế

Xe tải thiết kế nặng 325kN Tải trọng xe 2 trục thiết kế bao gồm cặp tải trọng trục110kN cách nhau 1,2m Khoảng cách giữa các bánh xe là 1,8m Tải trọng làn xe là9,3kN/m, được phân bố theo dọc cầu và trên bề rộng một làn xe

2.2.3.2 Tác dụng của hoạt tải xe thiết kế

Ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau:

 Hiệu ứng của xe 2 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế hoặctải trọng xe tải với khoảng cách trục doa động từ 4,3m đến 9,0m tổ hợp với hiệuứng của tải trọng làn thiết kế

 Đối với momen âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đềutrên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xetải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách trục bánh sau xe kia là15m tổ hợp 90% hiệu ứng cảu tải trọng làn thiết kế, khoảng cách giữa các trục145kN của mỗi xe là 4,3m

2.2.4 Lực xung kích

Tác động tĩnh học của xe tải hay xe 2 trục thiết kế không kể lực li tâm và lực hãm phảiđược tăng thêm một tỉ lệ phần trăm theo quy định cho trong bảng dưới cho lực xungkích

Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh được lấy bằng: (1+IM)

Lực xung kích không được áp dụng cho tải trọng bộ hành và tải trọng làn thiết kế

 Trạng thái giới hạn mỏi và giòn

 Tât cả các trạng thái giới hạn khác

15%

25%

Trang 16

2.2.5 Lực hãm: BR

Lực hãm được lấy bằng 25% của trọng lượng các trục xe tải hay xe hai trục thiết kếcho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế coi như đi cùng một chiều Các lựcnày coi là tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên mặt đường 1,8m theo cả haichiều dọc để gây ra ứng lực lớn nhất Tất cả các làn thiết kế phải được chất tải đồngthời đối với cầu và coi như đi cùng chiều trong tương lai

 V  B Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích

hợp với vùng tính gió tại vị trí đang nghiên cứu

đa khoảng 10m

Khu vực có nhà cửa với đa số nhàcao trên 10m

Trang 17

Công trình nằm ở huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An nên theo TCVN 2737-1995 thuộcvùng gió II.B Tra bảng 2-2 có VB= 45m/s.

Cao độ mặt cầu là 12,70m, nằm ở khu vực có nhà cửa cao tối đa khoảng 10m nên trabảng 2-3 nội suy tuyến tính có S=1,0162

→ Vận tốc gió thiết kế: V=45x1,0162=45,73 m/s

 Tải trọng gió ngang (P D )

Tải trọng gió ngang phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng tâmcủa phần diện tích thích hợp, được tính như sau:

Tổng chiều rộng cầu tính từ mặt ngoài lan can B=8m

Chiều cao của kết cấu phần trên, bao gồm cả lan can, lấy giá trị trung bình của kết cấunhịp chính d= 1450+ 1222= 2672 mm

Tỉ số

8000

2,994 2672

Trang 18

Tải trọng gió ngang tác dụng lên một mét dài cầu:

20,0006 45,37 1, 45 1, 4 2,51

P  V A (kN)Trong đó:

v

2.2.7 Nhiệt độ phân bố đều (TU)

Để tính hiệu lực lực biến dạng nhiệt phải lấy độ chênh giữa nhiệt độ cao nhất và thấpnhất bình quân của cầu với nhiệt độ thi công được giả thiết thiết kế Có thể tra bảngsau giới hạn biên độ nhiệt của cầu bê tông nằm ở Bắc vĩ độ 16oB (Đèo Hải Vân)

Nhiệt độ gốc được giả thiết là : +250C

Bảng 2- 4: Giới hạn nhiệt độ của cầu bê tông

2.2.8 Gadient nhiệt (TG)

Gadient nhiệt là sự thay đổi nhiệt độ trong kết cấu theo phương thẳng đứng Các tácđộng gradient nhiệt khác nhau trong kết cấu phần trên phải được lấy từ hai điều kiệnchênh lệch nhiệt độ dương (mặt trên nóng hơn) và chênh lệch nhiệt độ âm (mặt trênlạnh hơn) Gadient nhiệt trong kết cấu phần trên được thể hiện như sau:

Trang 19

C

T3=-3°C

Chiều cao kết cấu phần trên

100mm

A

200mm

Chỉ đối với Kết cấu thép

T2=6°

C

t

Hình 2- 2: Gradient nhiệt theo phương thẳng đứng trong kết cấu bê tông

Kích thước “A” trong hình được lấy như sau:

 300mm cho kết cấu nhịp bê tông cốt thép có chiều cao 400mm hay lớn hơn

 Đối với mặt cắt BTCT có chiều cao thấp hơn 400mm thì lấy nhỏ hơn chiềucao thực tế 100mm

Để xác định nội lực của kết cấu nhịp ta thực hiện các bước cơ bản như sau:

 Vẽ đường ảnh hưởng của kết cấu nhịp

 Xếp tải trọng lên trên đường ảnh hưởng Tĩnh tải được xếp trên toàn bộ kếtcấu Hoạt tải được xếp tại vị trí sao cho gây ra nội lực bất lợi nhất cho kếtcấu

 Tổng hợp giá trị nội lực nguy hiểm nhất ở các trạng thái giới hạn

Các công việc trên sẽ được thực hiện trên phần mềm MIDAS Civil Version 2011

Trang 20

ÐỐT K1, L=46,9M

Ðốt T K1, L=46,9M Ðốt K2, L=35,012M

2.3.2 Trình tự mô hình kết cấu và quá trình thi công kết cấu

 Mô hình phần tử

Dầm được mô hình bằng các phần tử thanh có chiều dài khoảng 2m

 Mô hình liên kết và điều kiện biên

Bao gồm liên kết ngàm cứng, liên kết chỉ chịu nén, liên kết khớp, liên kết nút cứng,liên kết đàn hồi

Liên kết ngàm cứng tại đáy bệ và nút của đà giáo

Liên kết chỉ chịu nén đặt tại nút đà giáo liên kết với nút của phần tử dầm

Liên kết khớp tại hai đầu dầm, là liên kết gối di động theo phương dọc dầm

Liên kết gối đàn hồi tại các trụ P1, P2, P5 và P7

 Mô hình tải trọng

Mô hình tải trọng tác dụng lên kết cấu được phân loại theo dạng tác động như lực (baogồm cả mô men), nhiệt độ thay đổi, chuyển vị cưỡng bức, …

 Trình tự thi công như sau:

CS1: Thi công đốt K1: Đã có các trụ (42 ngày tuổi) và hệ đà giáo đỡ dầm

CS2: Thi công đốt K2-K5: Kết cấu có thêm đốt K1 (5 ngày tuổi), hệ đà giáo đỡ đốtK2-K5, tháo dỡ đà giáo đốt K1

Hình 2- 3: Thi công khối K1

CS3: Thi công đốt K3-K6: Kết cấu có thêm đốt K2-K5 (5 ngày tuổi), hệ đà giáo đốtK3-K6, tháo dỡ đà giáo đốt K2-K5

Trang 21

ÐỐT K1, L=46,9M ÐỐT K2, L=35,012M

ÐỐT K3, L=30,038M

ÐỐT K1, L=46,9M ÐỐT K2, L=35,012M

ÐỐT K3, L=30,038M ÐỐT K4, L=19,063M

M

CS4: Thi công đốt K4-K7: Kết cấu có thêm đốt K3-K6 (5 ngày tuổi), hệ đà giáo đỡ đốtK4-K7, tháo dỡ đà giáo đốt K3-K6

CS5: Thi công tĩnh tải 2 gồm lớp phủ, đèn báo, đèn chiếu sáng,… Kết cấu có thêm đốtK4-K7, tháo dỡ đà giáo đốt K4-K7

CS6: Giai đoạn khai thác 10000 ngày

Mô hình kết cấu cầu được thể hiện như hình dưới đây:

Hình 2- 7: Mô hình kết cấu trên phần mềm MIDAS CIVIL

2.3.3 Nội lực tại các giai đoạn

2.3.3.1 Nội lực tại các mặt cắt đặc trưng

 Giai đoạn thi công khối K1

Trang 22

 Tổ hợp nội lực ở giai đoạn khai thác

 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn cường độ max

Trang 23

2.4.1 Xác định thông số mặt cắt quy đổi

Quy đổi mặt cắt có thể quy đổi tương đương như sau:

 Chiều cao của phần cánh và phần bụng không đổi

 Diện tích của các phần không đổi

Do vậy với kích thước bản cánh là giữ nguyên, còn phần bụng ta thay đổi chiều rộngsao cho diện tích là giữ nguyên

Vậy các kích thước mặt cắt quy đổi như sau:

2.4.1.1 Mặt cắt rỗng

Hình 2- 8: Mặt cắt dầm rỗng

Được quy đổi thành mặt cắt T như sau:

Trang 25

Trong đó:

 M tt= Mô men tính toán trong TTGH cường độ

 = Hệ số sức kháng, đối với cấu kiện sử dụng dự ứng lực thì lấy bằng 1

GĐ

thi công

TTGH cường độ

TTGH

sử dụng

GĐ thi công

TTGH cường độ

e  e e

Trong đó, emin,emax lần lượt là giới hạn trên và giới hạn dưới cảu độ lệch tâm cho phépcủa cốt dự ứng lực

Trang 26

1/

min1/

max

1/

ax1/

 P  i Ứng lực trong cốt thép dự ứng lực giai đoạn truyền dự ứng lực

 Mmin  Mô men gây ra bởi trọng lượng bản thân dầm

 M max Mô men lớn nhất tại mặt cắt xác định trong giai đoạn khai thác

Kết quả thu được như sau:

Bảng 2- 6: Độ lệch tâm của cáp dự ứng lực tại mặt cắt giữa nhịp

Trang 27

khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt đến mép trên k t 0.37 m

khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt đến mép dưới k b 0.41 m

 Mặt cắt tại trụ

Bảng 2- 7: Độ lệch tâm của cáp dự ứng lực tại mặt cắt trụ

khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt đến mép trên k t 0.395 m

khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt đến mép dưới k b 0.373 m

Các cáp dự ứng lực được bố trí như sau:

Trang 28

L6 L2

L4 L3

mm mm mm mm mm mm mm mm mm deg deg mm HÀNG 1 936 11609 936 8340 663 1757 1757 663 3430 4 5 10000 HÀNG 2 920 14731 920 7878 817 560 560 817 4473 5 5 10000

b Đốt K2-K5

CÁP H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 L1 L2 L3

mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm HÀNG 1 900 1128 1150 1128 344 300 344 900 3436 633 1757 HÀNG 2 550 917 950 917 195 150 195 550 4473 817 560 CÁP L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 T1 T2 T3 R

mm mm mm mm mm mm mm deg deg deg mm HÀNG 1 1757 633 8340 936 10615 936 5915 4 5 4 10000 HÀNG 2 560 827 7805 953 14370 953 3704 5 5 5 10000

c Đốt K3-K6

CÁP H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 L1 L2 L3

mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm HÀNG 1 900 1128 1150 1128 344 300 344 900 3430 663 1757 HÀNG 2 550 917 950 917 195 150 195 550 4473 817 560 CÁP L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 T1 T2 T3 R

mm mm mm mm mm mm mm deg deg deg mm HÀNG 1 1757 633 8340 936 5641 936 5915 4 5 5 10000

Trang 29

2.4.3 Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt

2.4.3.1 Đặc trưng hình học các mặt cắt trong giai đoạn I

Giai đoạn I là giai đoạn mà kết cấu chưa được căng kéo dự ứng lực

Mặt cắt tính toán trong giai đoạn I là mặt cắt chữ T quy đổi có xét phần chiếm chỗ củaống gen Công thức tính toán như sau:

 Diện tích mặt cắt ngang: A g I A g A gen (m2)

 Mô men tĩnh của mặt cắt với trục qua đáy dầm:

gen gen

Với y gen Khoảng cách từ trọng tâm các ống gen tới trục qua đáy dầm

 Khoảng cách từ trục trung hòa tới mép dưới bản đáy dầm:

0

I I

bb I g

S Y A

 (m)

 Khoảng cách từ trục trung hòa tới mép trên của bản:

y  Khoảng cách từ trọng tâm các ống gen tới TTH II (m)

Trang 30

Bảng 2- 8: Đặc trưng hình học tại các mặt cắt giai đoạn I

Y

(m)

I t

2.4.3.2 Đặc trưng hình học các mặt cắt trong giai đoạn II

Giai đoạn II là giai đoạn mà kết cấu đã được căng dự ứng lực

Mặt cắt trong giai đoạn II là mặt cắt chữ T quy đổi có chứa cốt thép dự ứng lực

 Diện tích mặt cắt ngang: A g II A g I A ps.(n1) (m2)

Trong đó:

n  hệ số quy đổi từ thép dự ứng lực sang bê tông

p c

E n E



 Mô men tĩnh của mặt cắt với trục qua đáy dầm:

y  Khoảng cách từ trọng tâm các bó cốt thép tới trục đi qua đáy dầm

 Khoảng cách từ trục trung hòa tới mép dưới của dầm:

0

II II

bb II g

S Y A

 (m)

 Khoảng cách từ trục trung hòa tới mép trên của dầm:

Trang 31

y  Khoảng cách từ trọng tâm các bó cáp dự ứng lực tới TTH II (m).

Kết quả tính toán thu được như sau:

Bảng 2- 9: Đặc trưng hình hoạc tại các mặt cắt trong giai đoạn II

Y

(m)

II t

Trang 32

  Tổng giá trị tuyệt đối của thay đổi góc của đường trục cáp thép dự ứng lựctính từ đầu kích, hoặc từ đầu kích gần nhất nếu thực hiện căng cả hai đầu, đếnđiểm xem xét (RAD).

 e  Cơ số lôgarit tự nhiên

 x  Chiều dài đoạn bó cáp tính từ điểm neo kích đến mặt cắt đang xét (mm)

Nếu cáp uốn cong trong cả hai mặt phẳng đứng và mặt phẳng ngang thì  được tính

Trang 33

 f pA  Mất mát ứng suất do biến dạng neo (MPa).

  L Độ tụt neo (mm)

 L  i Chiều dài bó cáp (mm)

 E  ps Mô đun đàn hồi của cáp dự ứng lực (MPa)

Kết quả tính toán như sau:

Trang 34

ci

E N

 N  Số bó cốt thép dự ứng lực tại mặt cắt

 E  p Mô đun đàn hồi của thép dự ứng lực (MPa)

 E  ci Mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm truyền dự ứng lực (MPa)

 f cgp  Tổng ứng suất bê tông ở trọng tâm các bó thép dự ứng lực do lực dự ứnglực sau khi kích và tự trọng của cấu kiện ở các mặt cắt mô men max (MPa)

Mô men quán tính mặt cắt thứ I trong giai đoạn I

 e  I Khoảng cách từ trọng tâm các bó cốt thép DƯL đến trọng tâm của tiết diệnmặt cắt

Trang 35

Bảng 2- 12:Tính toán f cgp

Mặt cắt A ps

(mm 2 )

I g A

(mm 2 )

pe f

(MPa)

I e

(mm)

I g I

(mm 4 )

DC M

(kN,m)

cgp f

ci E

(MPa)

cgp f

(MPa)

pES f

Trang 36

 f cdp  Thay đổi ứng suất bê tông tại trọng tâm thép dự ứng lực do tải trọngthường xuyên, trừ tải trọng tác động vào lúc thực hiện lực dự ứng lực Giá trị

 M DW  Mô men uốn do tĩnh tải giai đoạn II

Bảng 2- 14: Mất mát do co ngót của bê tông

(kN,m)

II g I

Trang 37

2.5.1 Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men âm

Tính duyệt mặt cắt theo TTGH cường độ:

Tính toán với mặt cắt quy đổi chữ T, ban đầu giả thiết trục trung hòa đi qua mép dướicủa cánh dầm, khi đó chiều cao vùng bê tông chịu nén c h f , mặt cắt làm việc nhưhình chữ nhật

Xét phương trình cân bằng lực theo phương dọc dầm trên mặt cắt ngang:

 Tổng lực nén trên mặt cắt ngang: N c 0,85 .bf c' 1h f fA f s'. y'

 Tổng lực kéo trên mặt cắt ngang: N t A f ps. psA f s. y

So sánh:

 Nếu N c N t: Thì TTH đi qua cánh dầm, mặt cát tính toán như hình chữ nhật

 Nếu N c N t: Thì TTH đi qua bụng dầm

 Nếu N c N t: Thì TTH đi qua mép dưới của bản cánh, mặt cắt tính toán lúcnày tương tự như hình chữ nhật

Với mặt cắt tính toán là hình chữ nhật, c h f:

' '

' 1

Trang 38

 c  Chiều cao vùng bê tông chịu nén.

 d  p Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép dự ứng lực đến thớ ngoài cùng chịu nén

 Xác định mô men kháng uốn danh định của mặt cắt:

Với bê tông dự ứng lực lấy 1

Bảng số liệu kiểm toán mặt cắt như sau:

Bảng 2- 17: Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men âm trong

giai đoạn thi công

(kN,m)

u M

(kN,m)

n u

M M

Kiểm tra

44 1050 160,78 117,21 1779,03 20160 35556,67 13616,7 2,61 ĐẠT

66 1050 160,78 117,21 1779,03 20160 35556,67 22582,3 1,57 ĐẠT

Trang 39

giai đoạn khai thác

(kN,m)

u M

(kN,m)

n u

M M

Kiểm tra

2.5.2 Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men dương

Trình tự kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men dương cũng tương tựnhư đối với mặt cắt chịu mô men âm:

Kết quả kiểm toán thu được như sau:

Bảng 2- 19: Kiểm toán sức kháng uốn của các mặt cắt chịu mô men dương trong

giai đoạn thi công

(kN,m)

u M

(kN,m)

n u

M M

Kiểm tra

giai đoạn khai thác

(kN,m)

u M

(kN,m)

n u

M M

Kiểm tra

11 1225 162,00 117,93 1790,07 20160 42079,58 20810,8 2,02 ĐẠT

33 1225 162,00 117,93 1790,07 20160 42079,58 21332 1,97 ĐẠT

55 1225 162,00 117,93 1790,07 20160 42079,58 25938,2 1,62 ĐẠT

77 1225 162,00 117,93 1790,07 20160 42079,58 19830,9 2,12 ĐẠT

2.5.3 Kiểm tra giới hạn cốt thép

2.5.3.1 Điều kiện dẻo dai của mặt cắt

Hàm lượng cốt thép dự ứng lực và cốt thép thường tối đa phải được giới hạn sao cho:

0, 42

c

d 

Trang 40

ps ps p p

A f d A f d d

A f A f







Ta có số liệu kiểm toán như sau:

Bảng 2- 21: Hàm lượng cốt thép tại mặt cắt chịu mô men âm

2.5.3.2 Giới hạn cốt thép tối thiểu

Bất kỳ một mặt cắt nào của cấu kiện chịu uốn, lượng cốt thép thường và cốt thép ứngsuất trước chịu kéo phải đủ để phát triển sức kháng uốn tính toán Mr, Lấy giá trị nhỏhơn trong 2 giá trị sau:

 1,2 lần sức kháng nứt Mcr xác định trên cơ sở phân bố ứng suất đàn hồi và cường

độ chịu kéo khi uốn f r của bê tông:

 y  t Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trụctrung hòa (mm)

 1,33 lần mô men tính toán cần thiết dưới tổ hợp tải trọng cường độ thích hợpquy đinh trong Bảng 3.4.1.1 (Bảng Tổ hợp và hệ số tải trọng)

Định dạng
Số trang	96
Dung lượng	3,53 MB