luận về dải phân cách , gờ chắn, lan can. Thiết kế MCN cầu. Xác định kích thước gối cầu cao su. Các số liệu thiết kế được cho trong bảng sau: CĐĐS CĐTK MNCN MNTN Dầm ±0.00 +17.0 +15.0 +10.0 2 I33 Bài làm: Theo yêu cầu đề bài ta chọn thiết kế cầu 4 làn xe cho đường cao tốc với tốc độ thiết kế 80kmh cho xe tải thiết kế: Sử dụng dải phân cách giữa theo yêu cầu 4 làn xe ( TCVN 40542005) Do tốc độ thiết kế là 80kmh nên không sử dụng làn xe thô sơ và lề bộ hành. Thiết kế lan can tổ hợp : bê tông + thép. 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ Chiều dài toàn dầm L= 33m Khoảng cách đầu dầm đến tim gối a = 0.4m Khẩu độ tính toán Ltt=L2a=32.2m Tải trọng thiết kế Hoạt tải HL 93 Dạng kết cấu nhịp Cầu dầm Dạng mặt cắt I33 Vật liệu chế tạo dầm : BTCT dự ứng lực. Công nghệ chế tạo : Căng trước. Cấp bê tông: Dầm chủ: fc1 =50 MPa Bản mặt cầu: fc2 =30 MPa Loại cốt thép DUL : tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính Dps = 15.2 mm. Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa. Thép thường : G60 fu = 620 MPa , fy = 420MPa. Quy trình thiết kế : TCVN 118232017 luận về dải phân cách , gờ chắn, lan can. Thiết kế MCN cầu. Xác định kích thước gối cầu cao su. Các số liệu thiết kế được cho trong bảng sau: CĐĐS CĐTK MNCN MNTN Dầm ±0.00 +17.0 +15.0 +10.0 2 I33 Bài làm: Theo yêu cầu đề bài ta chọn thiết kế cầu 4 làn xe cho đường cao tốc với tốc độ thiết kế 80kmh cho xe tải thiết kế: Sử dụng dải phân cách giữa theo yêu cầu 4 làn xe ( TCVN 40542005) Do tốc độ thiết kế là 80kmh nên không sử dụng làn xe thô sơ và lề bộ hành. Thiết kế lan can tổ hợp : bê tông + thép. 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ Chiều dài toàn dầm L= 33m Khoảng cách đầu dầm đến tim gối a = 0.4m Khẩu độ tính toán Ltt=L2a=32.2m Tải trọng thiết kế Hoạt tải HL 93 Dạng kết cấu nhịp Cầu dầm Dạng mặt cắt I33 Vật liệu chế tạo dầm : BTCT dự ứng lực. Công nghệ chế tạo : Căng trước. Cấp bê tông: Dầm chủ: fc1 =50 MPa Bản mặt cầu: fc2 =30 MPa Loại cốt thép DUL : tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính Dps = 15.2 mm. Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa. Thép thường : G60 fu = 620 MPa , fy = 420MPa. Quy trình thiết kế : TCVN 118232017
Yêu cầu: Cầu với xe, hoạt tải HL93 với vận tốc thiết kế 80km/h Tính dự đốn sơ phản lực tác dụng lên gối Ri (kN) Lí luận dải phân cách , gờ chắn, lan can Thiết kế MCN cầu Xác định kích thước gối cầu cao su Các số liệu thiết kế cho bảng sau: CĐĐS CĐTK MNCN MNTN Dầm ±0.00 +17.0 +15.0 +10.0 I33 Bài làm: Theo yêu cầu đề ta chọn thiết kế cầu xe cho đường cao tốc với tốc độ thiết kế 80km/h cho xe tải thiết kế: Sử dụng dải phân cách theo yêu cầu xe ( TCVN 4054-2005) Do tốc độ thiết kế 80km/h nên không sử dụng xe thô sơ lề hành Thiết kế lan can tổ hợp : bê tông + thép SỐ LIỆU THIẾT KẾ - Chiều dài toàn dầm Khoảng cách đầu dầm đến tim gối Khẩu độ tính tốn Tải trọng thiết kế Dạng kết cấu nhịp Dạng mặt cắt Vật liệu chế tạo dầm : Công nghệ chế tạo : Cấp bê tông: Dầm chủ: L= 33m a = 0.4m Ltt=L-2a=32.2m Hoạt tải HL 93 Cầu dầm I33 BTCT dự ứng lực Căng trước fc1 =50 MPa Bản mặt cầu: fc2 =30 MPa Loại cốt thép DUL : tao thép Tao sợi xoắn đường kính Dps = 15.2 mm - Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa Thép thường : G60 fu = 620 MPa , fy = 420MPa Quy trình thiết kế : TCVN 11823-2017 THIẾT KẾ CẤU TẠO 2.1 Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu Thiết kế thượng tầng: -Bề rộng xe giới xác định có vận tốc thiết kế 80km/h : 3.5m -Bề rộng xe giới :3.5x4=14m -Bề rộng xe thô sơ: 2.5x2=5m -Chiều rộng bệ lan can : 0.5m nên chiều rộng bệ lan can 1m -Chiều rộng dải phân cách bánh xe chọn 1.5m -Vậy chiều rộng cầu : B=14+1+1.5+5=21.5m -Chọn số dầm chủ N=12 -Khoảng cách hai dầm chủ S=1.75 m -Phần cánh hẫng : =1.125m -Chiều dày mặt cầu : 0.2m -Lớp phủ mặt cầu : + + Lớp bê tơng asphan :70mm Lớp phòng nước:4mm -Dải phân cách : rộng 0.5m cao 0.85m -Lan can : rộng 0.5m ,cao 0.81m 2.2 Tỉnh tải sơ A TÍNH TỐN LAN CAN: Kích thước sơ lan can : Phần tường bê tông: B1 B2 H1 H2 H3 HW 300 200 350 310 150 810 Bảng 1.Bảng kích thước phần tường chắn bê tơng Hình Kích thước lan can Giao thơng Việt Nam chiều cao lan can phải lớn 1370mm (9.3 TCVN 11823-2017) Để thỏa mãn điều kiện này, người ta thường lắp thêm “phần lan can kim loại” sau Phần lan can kim loại: - Thanh lan can thép : + Đường kính ngồi : D = 100mm + Đường kính : d = 92mm - Cột lan can: + Chọn thép cacbon CT3 + Khoảng cách cột lan can : L = 2400mm + Chiều cao cột lan can : Hcot = 560mm - Khối lượng riêng thép lan can : γs = 78.5 kN/m3 Tính tải trọng sơ Xét 1m theo phương ngang cầu: Trọng lượng phần lan can bê tông cốt thép: DC2a = (A1×Wc) = 25×(0.5×0.15 + 0.4×0.31 + 0.3×0.35) = 7.6 kN/m - Trọng lượng lan thép : Trọng lượng lan can DC2b = γ×A2 - - =>DC = DC2a+DC2b=7.6+0.095 = 7.695 kN/m B DẢI PHÂN CÁCH GIỮA Cấu tạo - Dãy phân cách đường ô tô bố trí theo mặt cắt ngang cầu - Mục đích chủ yếu dãy phân cách đường ô tô phải chặn giữ chỉnh hướng - xe cộ sử dụng kết cấu Cần xem xét để: + Bảo vệ cho người ngồi xe xe va vào dãy phân cách + Bảo vệ xe khác gần nơi va chạm + Dáng vẻ độ thống tầm nhìn từ xe chạy qua Thiết kế theo tiêu chuẩn gờ chắn xe Đối với mức thiết kế TL3 cho đường cao - tốc Htk > He-min = 685 mm ( TCVN 11823-2017) Phân đoạn gờ chắn thành phần: Phần có tiết diện chữ nhật: 200,550 mm Phần quy tiết diện chữ nhật : 385,180 mm Phần có tiết diện chữ nhật : 500, 80 mm 500 Hình Dải phân cách bê tông cốt thép công ty minh quân Sơ đồ làm việc Tương tự gờ chắn xe lan can, dãy phân cách làm việc cấu kiện - chịu uốn Tỉnh tải sơ Tải trọng phần bê tông cốt thép: DC3 = γ × A×1 = 2500 ( 200 x 550 + 385 x 180 + 500 x 80 ) = 5.4825 kN/m Trọng lượng lớp phủ Chiều dày Tỷ trọng (m) (kN/m3) Lớp phủ asphant 0.06 23 Lớp mui luyện 0.04 24 Tổng 0.1 Vậy trọng lượng lớp phủ mặt cầu theo phương ngang cầu: STT Lớp DW = 2.34kN/m2 × 1m = 2.34kN/m Trọng lượng lớp phủ mặt cầu (kN/m2) 1.38 0.96 2.34 - Tỉnh tải tác dụng Xét cho phương ngang cầu : Tải trọng thân: DC1 = 24×0.2×21.5 = 103.2 kN/m Tải trọng lan can: DC2 = 7.695 kN/m Tải trọng lớp phủ: DW=2.34kN/m Tải trọng dải phân cách giửa: DC3 = 5.4825 kN/m Tổng tĩnh tải: 118.72 kN/m Xét theo phương dọc cầu: Tổng tĩnh tải = 118.72×32.2 + 364×12 = 8190.7 KN Tĩnh tải truyền xuống gối: ƯỚC LƯỢNG PHẢN LỰC GỒI CẦU: 3.1 Tải trọng nhóm tải trọng thường xuyên: Tĩnh tải kết cấu thượng tầng truyền qua hai gối đối xứng qua tim trụ Theo phương ngang, lực truyền xuống tĩnh tải bao gồm lực nén truyền xuống hai gối Vì thế, giá trị lực nén tĩnh tải xác định theo trắc dọc cầu nén tâm, điểm đặt lực đỉnh trụ Tĩnh tải trọng lượng thân dầm truyền xuống xác định giá trị giai đoạn thi công Tĩnh tải gờ chắn lớp phủ xác định giai đoạn khai thác Sơ đồ tỉnh tải: 3.2 Nhóm hoạt tải tác động hoạt tải 3.2.1 Hệ số phân bố ngang Sử dụng phường pháp đòn bẩy đê tính tốn Như vậy, đặt tải lên đoạn kết cấu ngang gối lên dầm dọc chủ dầm dọc chủ tham gia chịu lực theo nguyên tắc đòn bẩy, nghĩa theo nguyên tắc tính phản lực gối dầm đơn giản (là dầm ngang) Cụ thể tải trọng từ dầm ngang phân bố xuống cho hai dầm chủ theo giá trị tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đặt tải trọng đến dầm chủ theo nguyên tắc phản lực gối dầm đơn giản (đối với dầm chủ phía trong) hay dầm mút thừa (đối với dầm biên) Chính vậy, để xác định hệ số phân bố ngang dầm chủ cần vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối dầm ngang tựa dầm chủ Sau vẽ đường ảnh hưởng phản lực cho dầm ta xếp tải theo chiều ngang cho bất lợi nhất, từ tính hệ số phân bố ngang cho dầm xét Hệ số phân bố ngang dầm tính theo cơng thức sau: g= Trong đó: g : Hệ số phân bố ngang yi : Tọa độ đường ảnh hưởng phản lực gối dầm ngang Đối với tải trọng theo chiều ngang cầu tải trọng phân bố hệ số phân bố ngang tính theo cơng thức: g= Với diện tích phần đường ảnh hưởng tương ứng bên tải trọng phân bố xét Mặt cắt ngang cầu 3.2.1.1 Hệ số phân bố ngang hoạt tải xe: Sơ đồ tính giá trị hệ số phân bố ngang cho dầm số 11 : TH1: Hình Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang cho dầm 11 g= Sơ đồ Hệ số phân bố ngang dầm 3,4,5, 8,9,10: Trường hợp chất tải làn: TH1: g= TH2: g= Trường hợp chất tải làn: TH1: g= TH2: g= TH3: g= Sơ đồ Hệ số phân bố dầm (có dãy phân cách) TH1: STT THGH (KN/m) (KN/m) CĐ II Không xét hoạt tải HL-93 Không xét hoạt tải HL-93 CĐ III 0.6574.6+(1+0.25) + 0.6574.6+(1+0.25) + (110+110)=250.150 (145+145)=332.66 0.6574.6+(1+0.25) + 0.6574.6+(1+0.25) + (110+110)=92.648 (145+145)=123.20 0.6574.6+(1+0.25) + 0.6574.6+(1+0.25) + (110+110)=185.296 (145+145)=246.41 0.6574.6+(1+0.15) + 0.6574.6+(1+0.15) + (110+110)=128.040 (145+145)=170.20 Đặc biệt Sử dụng Mỏi Phản lực tác dụng lên gối: 3.2.3 Chọn kích thước gối cao su Sau tính Rtt chọn Rht ta tính tổng phản lực gối tĩnh tải hoạt tải tác dụng Rtt + Rht+ 403.335= 621.681 kN kg Bảng Bảng kích thước gối cao su sử dụng Việt Nam TCVN 10308 – 2014 Tham khảo kích thước gối cao su ứng với giá trị khả chịu nén gối tương ứng có thị trường: Gối cao su thép Thuận Phát: http://www.vtxdthuanphat.vn/san-pham/goi-cau-cao-su-cot-ban-thep-103.html Công Ty cổ phần Duy Giang: http://www.duygiang.com/goi-cau-cao-su-cot-ban-thep19.04.html Kích thước gối cao su chọn: Chiều rộng(mm) Chiều ngang(mm) Chiều dày (mm) 150 300 50 3.3 Kích thước đá kê gối: +chiều rộng đá kê: +chiều dài đá kê: chọn +chiều dày đá kê: =100mm 3.4 Kích thước xà mũ: Số lượng dầm chính; n=12 Chiều rộng gối cao sau: ==150mm Chiều dài gối cao sau:=300mm Khoảng cách đầu dầm: 50mm Khoảng cách từ tim gối đến đầu dầm: =400mm Khoảng cách nhỏ từ mép đá kê gối đến mép mũ trụ: +phương ngang: mm +Phương dọc: =250mm Khoảng cách dầm kề theo phương ngang cầu: =1750mm +Chiều rộng mũ trụ: =2000mm +Chiều dài mũ trụ: Chọn với chiều rộng cầu 4.Tính tốn phản lực gối cầu 4.1 Theo phương dọc cầu: Xếp xe Trục: TH 1: nhịp + Tất xe: Sơ đồ tính: Phản lực gối cầu : Ri= (0.739x35+0.87x145+1x145)x4x0.65=772.239 ( KN) Phản lực gối cầu : Ri=(0.024x35+0.155x145+0.285x145+0.739x35+0.87x145+1x145)x4x0.65=940 303 ( KN) TH 2: nhịp + Tất xe: Sơ đồ tính: Phản lực gối cầu : Ri=(0.739x35+0.87x145+1x145+0.573x35+0.442x145+0.312x145)x4x0.65=1108 64 ( KN) Phản lực gối cầu : Ri=(0.024x35+0.155x145+0.285x145+0.739x35+0.87x145+1x145+0.573x35+0.4 42x145+0.312x145)x4x0.65=1276.704 ( KN) Xếp xe Trục : TH 1: nhịp + Tất xe: Sơ đồ tính: Hình 20 : Sơ đồ xêp xe Trục theo phương dọc cầu-1 nhịp Phản lực gối cầu : Ri= (0.964x110+1x110)x4x0.65= 561.704 ( KN) Phản lực gối cầu : Ri= (0.473+0.509+0.964+1)x110x4x0.65= 842.556 ( KN) TH 2: nhịp + Tất xe: Sơ đồ tính: Phản lực gối cầu : Ri= (0.964+1+0.573+0.536)x110x4x0.65= 878.878 ( KN) Phản lực gối cầu : Ri=(0.473+0.509+0.964+1+0.573+0.536+0.082+0.045)x110x4x0.65= 1196.052 ( KN) Tải trọng Làn: Sơ đồ tính: Hình 22 : Sơ đồ tính Tải trọng theo phương dọc cầu Diện tích đường ảnh hưởng : = 33x1x0.5=16.5 m2 Phản lực gối : Ri=( x9.3)x2x4x0.65=797.94 KN Tải trọng người bộ: Sơ đồ tính: Phản lực gối : Ri=(3x5x33x1x0.5)x2=495 KN 4.2 Theo phương ngang cầu: TH : Xếp xe, trục xe cách mép dải phân cách 0.6m Sơ đồ tính: Hình 25: Xếp xe làn, trục xe cách mép dải phân cách 0.6m Bảng : Tổng hợp HSPBN Ri dầm STT Dầm HSPBN ( xe 2T3T) HSPBN Làn HSPBN PL Ri- xe 2T (KN) Ri- xe 3T (KN) Ri- Làn (KN) Ri- PL (KN) 0.18 0.361 132.18 163.861 3.3573 0.5826 1.638 427.84 530.362 15.2334 0.4374 0.996 321.21 398.181 TH : Xếp xe, trục xe cách mép dải phân cách 0.6m Sơ đồ tính: 9.2628 Hình 26: Xếp xe làn, trục xe cách mép dải phân cách 0.6m Bảng : Tổng hợp HSPBN Ri dầm STT Dầm HSPBN ( xe 2T3T) HSPBN HSPBN Làn PL Ri- xe 2T (KN) Ri- xe 3T (KN) Ri- Làn (KN) 1.611 Ri- PL (KN) 4.833 0.007 0.111 0.996 5.141 101.047 1.0323 0.493 1.388 0.0045 362.04 1263.54 12.9084 0.0135 0.6425 1.75 471.76 1593.08 16.275 0.4925 1.75 361.67 1593.08 16.275 0.3645 0.996 267.67 906.696 9.2628 5.Cụ thể hóa tải trọng tác dụng lên trụ: 2.988 Lực va tàu (CV) 1.1.1.1 TTàu thiết kế Tàu thiết kế phải xét theo cấp đường sông cho (Bảng 3.14.2-1 [5]): - Tàu tự hành: 1000DWT Sà lan kéo: 500DWT 1.1.1.2 LLực va tàu tự hành vào trụ Lực va đâm thằng đầu tàu vào trụ phải lấy sau: (3.7.3.1-1 [5]) Trong đó: - PS: Lực va tàu tĩnh tương đương (N) DWT: Tấn trọng tải tàu (Mg) V: Vận tốc va tàu (m/s) Vận tốc va thiết kế V có tính khuyến nghị dùng cho loại tàu thiết kế phải lấy (Bảng 3.14.3-1 [5]) Đối với tàu tự hành có trọng tải 1000DWT: V = 3.3 + VS Lực va tàu tự hành vào trụ: Lực va sà lan vào trụ Năng lượng tàu sà lan: Động tàu chuyển động hấp thụ q trình va chạm khơng lệch tâm với trụ cầu lấy sau: KE = 500CHMV2 (3.14.5-1 [5]) Trong đó: - KE: Năng lượng va sà lan (J) M: Lượng rẽ nước sà lan (Mg) Giả sử: M = DWTsà lan = 500(Mg) CH∷ Hệ số khối lượng thủy động học Với tịnh không sống tàu vượt 0.5 lần mớn nước: CH = 1.05 V: Vận tốc va tàu (m/s) Đối với sà làn, vận tốc va lấy sau: Chiều dài hư hỏng mũi sà lan: Chiều dài bị hư hỏng theo đường nằm ngang mũi sà lan sông phải lấy theo: (3.14.9-1 [5]) Lực va sà lan vào trụ: Với aB > 100mm, lực va vào trụ sà lan sông phải lấy sau: PB = 6.0×106 + 1600aB (3.14.8-2 [5]) Lực va thiết kế kết cấu phần Chọn lực va tàu tự hành: PS = 22240kN để thiết kế va tàu Khi thiết kế kết cấu phần dưới, lực tĩnh tương đương song song thẳng góc với đường tim luồng vận tải phải tác dụng riêng biệt sau: - 100% lực va thiết kế phương song song với đường tim luồng vận tải Hoặc 50% lực va thiết kế phương thẳng góc với đường tim luồng vận tải Tải trọng gió (WS) Tốc độ gió thiết kế V, phải xác định theo công thức: V = VB.S Trong đó: - - VB: Tốc độ gió giật 3s với chu kỹ xuất 100 năm thích hợp với vùng tính gió vị trí cầu nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh ứng với vùng tính gió vùng II-A (Phụ lục E -TCVN 2737:1995) tra giá trị tốc độ gió thiết kế (Bảng 3.8.1.1-1), ta có: VB = 45m/s S: Hệ số điều chỉnh khu đất chịu gió độ cao mặt cầu theo quy định (Bảng 3.8.1.1-2) Đối với khu vực mặt nước thoáng độ cao mặt cầu mặt nước thông thuyền xác định 17 m, ta có: S = 1.125 Vậy: V = 45×1.125 = 50.625 (m/s) Tải trọng gió ngang Chiều tác dụng nằm ngang Điểm đặt: trọng tâm phần diện tích chắn gió PD = 0.0006V2AtCd ≥ 1.8At Độ lớn: Trong đó: - V: Tốc độ gió thiết kế At: Diện tích kết cấu hay cấu kiện phải tính gió ngang Cd: Hệ số cản quy định (Hình 3.8.1.2.1-1) Tải trọng gió ngang tác động lên KCN: Diện tích kết cấu hay cấu kiện xét phải diện tích đặc chiếu lên mặt trước vng góc Đối với kết cấu phần (KCPT) có lan can đặc, diện tích chắn gió phải bao gồm diện tích lan can đặc hứng gió (3.8.1.2.1 [5]) Diện tích lan can đặc: 0.304 m2 Diện tích BMC: 4.3 m2 Tải trọng gió ngang tác động lên trụ cầu: Đối với kết cấu phần phải lấy lực gió cấu kiện với giá trị Cd lấy theo (Bảng - TCVN 2737:1995) Lực gió lớn MNTN Tải trọng gió dọc Đối với mố, trụ, KCPT giàn hay dạng kết cấu khác có bề mặt cản gió lớn, song song với tim dọc kết cấu nhịp, phải xét tới tải trọng gió dọc Trong trường hợp cầu theo thiết kế có thân trụ chịu gió dọc Tính tốn tương tự gió ngang Lực gió lớn MNTN, điểm đặt lực trọng tâm thân trụ Độ lớn: 0.25 lần tải trọng gió ngang Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL) Tải trọng gió ngang tác động lên xe cộ Độ lớn: tải trọng phân bố 1.5kN/m Phương: nằm ngang, ngang với tim dọc kế cấu Điểm đặt: cao độ 1800mm so với mặt đường Chiều dài tải phân bố ảnh hưởng xuống trụ cầu ta lấy sơ chiều dài KCN WL = 1.5×32.2 = 48.3 (kN) Tải trọng gió dọc tác động lên xe cộ Độ lớn: tải trọng phân bố 0.75kN/m Phương: nằm ngang, song song với tim dọc kế cấu Điểm đặt: cao độ 1800mm so với mặt đường Chiều dài tải phân bố ảnh hưởng xuống trụ cầu ta lấy sơ chiều rộng KCN WL' = 0.75×21.5 = 16.125 (kN) ... Ri=(0.024x35+0.155x 145 +0.285x 145 +0.739x35+0.87x 145 +1x 145 )x4x0.65= 940 303 ( KN) TH 2: nhịp + Tất xe: Sơ đồ tính: Phản lực gối cầu : Ri=(0.739x35+0.87x 145 +1x 145 +0.573x35+0 .44 2x 145 +0.312x 145 )x4x0.65=1108... Ri=(0.739x35+0.87x 145 +1x 145 +0.573x35+0 .44 2x 145 +0.312x 145 )x4x0.65=1108 64 ( KN) Phản lực gối cầu : Ri=(0.024x35+0.155x 145 +0.285x 145 +0.739x35+0.87x 145 +1x 145 +0.573x35+0 .4 42x 145 +0.312x 145 )x4x0.65=1276.7 04 ( KN) Xếp xe Trục : TH 1: nhịp + Tất xe: Sơ đồ tính:... (4. 65+ 1.25× ( 145 + 145 +35)) = 40 3.335 �� Đối với THGH Khác: • Xe trục thiết kế tải trọng làn: Hình Sơ đồ tính xe trục tác dụng lên dầm • Xe trục thiết kế tải trọng làn: Hình 10 Sơ đồ tính xe