THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNGTHIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU ĐÚC HẪNG
THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG PHẦN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG KHÁI QUÁT CHUNG: I SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG CẦU: I.1 Giao thơng: Quốc lộ H tuyến quốc lộ chính, đầu mối giao thông quan trọng tỉnh P, nơi có cầu qua Quốc lộ H có tiêu chuẩn đường cấp C, mặt đường láng đá dăm nhựa Khi u cầu giao thơng ngày tăng mật độ xe chạy qua cầu ngày nhiều nhằm phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội địa phương an ninh quốc phòng cần thiết I.2 Quy hoạch đô thị phát triển kinh tế khu vực: Cùng với tốc độ phát triển kinh tế nước, kinh tế địa phương tỉnh P địa phương lân cận, chưa có cầu việc giao lưu hàng hố lại địa phương gặp nhiều khó khăn Nên việc xây dựng cầu cảI thiện sở hạ tầng mở hướng phát triển địa phương I.3 Hiện trạng khu vực: Hiện quốc lộ H có phà vượt sơng, phương tiện có tính chất tạm thời, có bão lũ lớn xảy thường gây ách tắc giao thông dễ xảy tai nạn I.4 Sự cần thiết phải xây dung cầu: NgoàI ý nghĩa mở thông cửa ngõ địa phương, tạo đIều kiện đẩy nhanh q trình thị hố khu vực, góp phần nâng cao chất lượng cảnh quan đô thị, giảm thiểu tác động môI trường Đối với khu vực nghiên cứu việc xây dựng cầu có ý nghĩa to lớn nhiều phương diện: an ninh quốc phòng, kinh tế, mặt trị xã hội II.ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN: II.1 Đặc điểm địa chất: - Lớp 1: Sét pha có chiều dày trung bình 13.40 m - Lớp 2: Sét pha màu nâu có chiều dày trung bình 2.26 m - Lớp 3: Cát nhỏ có chiều dày trung bình 1.80 m - Lớp 4: Cát vừa có chiều dày trung bình 8.52 m II.2 Đặc điểm chế độ thuỷ lực, thuỷ văn: Kết tính tốn thuỷ văn cầu A sau: - Mực nước lũ thiết kế - Mực nước thông thuyền - Mực nước thấp - Khổ thông thuyền SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ : MNCN = -1.50 m : MNTT = -6.50 m : MNTN = -12.8 m : B = 60 m H=9m 10 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG III.CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT THIẾT KẾ: - Khổ cầu : + 2x1.5 m - Cấp đường đầu cầu : Đường cấp 80 km/h - Tải trọng thiết kế : HL93, Người kN/m2 - Quy phạm thiết kế cầu: 22TCN – 272 - 05 Bộ Giao Thông Vận Tải IV.CÁC NGYÊN TẮC CHỌN PHƯƠNG ÁN CẦU: Việc lựa chọn phương án xây dựng cầu dựa nguyên tắc sau: - Đảm bảo mặt kinh tế, đảm bảo rẻ tiền hoàn vốn nhanh - Đảm bảo mặt kỹ thuật, đủ khả chịu lực theo thiết kế đảm bảo ổn định tuổi thọ cao - Đảm bảo mặt mỹ quan, thẩm mỹ hoà với cảnh quan xung quanh tạo dáng đẹp Dựa ngun tắc ta vào phân tích yếu tố cần ý: + Phương án lập phải dựa vào điều kiện địa chất thuỷ văn sông không thông thuyền + Cố gắng sử dụng định hình sẵn có để thi cơng giới hố, thuận tiện cho việc thi công giảm giá thành chế tạo theo định hình + Tận dụng vật liệu có sẵn địa phương + Áp dụng điều kiện phương pháp thi công tiên tiến SVTH: NGUYỄN THNH B 11 Lp: Cu Hm K48 Khoảng cách lẻ (m) Cao độ tự nhiên (m) 17.00 -39.85 0- P1 17.00 Cäc khoan nhåi d=1000mm L=36 m, N=8 cäc -1,85 -3,85 0- -48.32 17.00 17.00 Cäc khoan nhåi d=1500mm L=40m, N=8cäc -5,32 -8,32 +4,43 5- 3% 9- A1 +3,35 52 3- 6000 2% 81- 10 17.00 P2 81- 3300 -61,30 -13,30 -16,30 17.00 +5.93 MNTN: -12.8 MNTT: -6.5 MNCN: -1.5 17.00 17.00 Cäc khoan nhåi d=1500mm L=45m, N=12cäc 51 02- 28640 6000 +6,27 9000 10 91- 500 10 53 12- 12 17.00 8111 17.00 6112 17.00 P3 +5,93 -61,30 -13,30 -16,30 13 51- L=21000,R=3500 17.00 14 17.00 Cäc khoan nhåi d=1500mm L=45m, N=12cäc 2% 6000 2115 17.00 P4 3% 3300 i=3% 17.00 -48.32 17 17.00 Cäc khoan nhåi d=1500mm L=26m, N=8cäc 500 10 18 -39.85 A2 +3,35 -1,85 -3,85 Cäc khoan nhåi d=1000mm L=25 m, N=8 cäc +4,43 10 16 3- i=3% 0- SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 56 0- 224.6 51- 019 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG CHƯƠNG PHƯƠNG ÁN 1: CẦU LIÊN TỤC BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯLTHI CÔNG ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN: 1.1.1 KẾT CẤU PHẦN TRÊN: - Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 33+60+90 +60+33 900 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG - Dầm liên tục nhịp tiết diện hình hộp chiều cao thay đổi + Chiều cao dầm đỉnh trụ h= 5,5 m + Chiều cao dầm nhịp h= 2,5 m - Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol đảm bảo phù hợp yêu cầu chịu lực mỹ quan kiến trúc - Mặt cắt hộp dạng thành xiên: + Chiều dày nắp : tb = 30 (cm) + Chiều dày đáy : Tại mặt cắt gối 80 cm , mặt cắt nhịp 30 cm + Chiều dày phần cánh hẫng : hc = 25 cm + Chiều dày mặt cầu ngàm : tn = 60cm + Chiều dày sườn dầm : ts = 45 cm 1.1.2 KẾT CẤU PHẦN DƯỚI: a) Cấu tạo trụ cầu : - Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông chỗ f’c =35 Mpa - Trụ T1 T2 : đựng móng cọc khoan nhồi : D = 150 cm - Phương án móng : Móng cọc đài cao b) Cấu tạo mố cầu - Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ chỗ bê tông f’c =35 Mpa - Mố đặt móng cọc khoan nhồi đường kính D=100cm 1.1.3 MẶT CẦU VÀ CÁC CƠNG TRÌNH PHỤ KHÁC: Lớp phủ mặt cầu xe chạy dày cm Bao gồm lớp Racon#7 phòng nước, lớp bê tơng asphan dày cm, lớp bê tông bảo vệ dày cm Mặt cầu có độ dốc ngang 2% Hệ thống nước ding ống bố trí dọc cầu xuống gầm cầu Tồn cầu có khe co giãn Gối cầu dùng loại gối chậu cao su Lan can cầu dùng loại lan can thép Hệ thống chiếu sáng bố trí dọc hai bên thành biên cầu với cự ly 50m/1 cột đèn 1.1.4 VẬT LIỆU XÂY DỰNG: a Bêtông: Cường độ chịu nén uốn: f’c =50 Mpa Môđun đàn hồi: EC 0.043. 1c f 'C 35749.52867 Mpa Tỷ trọng bêtông: = 24 KN/m3 SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 13 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG Cường độ chịu nén bêtông lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trước: f'ci = 0.9 f'c = 45 MPa Hệ số quy đổi hình khối ứng suất (5.7.2.2): β1 0,85 0,05 f'c 28 0,69 Cường độ chịu kéo uốn (5.4.2.6): fr = 0.63 f'c = 4.454 MPa b Thép cường độ cao: Sơ chọn bó thép bao gồm 19 tao xoắn đường kính danh định 12.7 mm hãng VSL sản xuất với thông số kỹ thuật sau: Mặt cắt danh định: Astr = 98.71 (mm 2) Đường kính danh định: dn = 15.2 (mm) Cấp thép: 270 (thép có độ chùng dão thấp) Cường độ chịu kéo cực hạn: fpu = 1860 (Mpa) Cường độ chảy: fpy = 0.9 x fpu = 0.9 x 1860 = 1674 (Mpa) Mô đuyn đàn hồi quy ước: E = 197000 (Mpa) Hệ số ma sát: = 0.25 Hệ số ma sát lắc 1mm bó cáp (5.9.5.2.2b): K = 6.610-7 (mm-1) = 6.610 -4 (m -1) Ứng suất thép ứng suất kích: fpj = 1448 (MPa) Chiều dài tụt neo: L = 0.01 (m) c Thép thường: Giới hạn chảy tối thiểu cốt thép thanh: fy = 420 (MPa) Môdun đàn hồi: SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ E = 200000 (MPa) 14 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.2 TÍNH TỐN KẾT CẤU NHỊP: 1.2.1 U CẦU TÍNH TỐN CHO PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ: - Trong phương án sơ u cầu tính tốn KCN giai đoạn khai thác - Tiết diện hai mặt cắt + Mặt cắt gối + Mặt cắt - Tính toán trụ , mố: kiểm toán tổ hợp chất mắt cắt đỉnh bệ móng, sơ tính cọc 1.2.2 TÍNH TỐN KẾT CẤU NHỊP: - Cần kiểm toán mặt cắt đỉnh trụ mặt cắt nhịp hình vẽ 1.2.2.1 Sơ chọn kích thước cầu chính: - Chiều dài kết cấu nhịp: kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên Lnb= (0,6 0,7) chiều dài nhịp Lng + Trong phương án chọn Lng = 90 m + Lấy : Lnb = 60 m - Xác định kích thước mặt cắt ngang: Dựa vào cơng thức kinh nghiệm mối quan hệ, chiều cao hộp, dày máng, dày đáy khổ cầu ta chọn mắt ct ngang nh hỡnh v mặt c NGANG 1340 150 20 900 30 400 105 55 50 45 30 55 200 250 55 105 50 550 50 2% 60 25 2% 20 150 60 50 200 770/2 80 30 40 350 Hình 1.1: Kích thước mặt cắt ngang dầm SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 15 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.2.2.2 Tính đặc trưng hình học dầm chủ: 1.2.2.2.1 – Phân chia đốt dầm: - Để đơn giản trình thi cơng phù hợp với trang thiết bị có đơn vị thi cơng ta phân chia đốt dầm sau : + Đốt đỉnh trụ : Ko = 12m (khi thi công tiến hành lắp đồng thời xe đúc trụ) + Đốt hợp long nhịp : Khl = 2m + Đốt hợp long nhịp biên : Khl = 2m + Chiều dài đoạn đúc đà giáo : Kdg = 14 m + Số đốt ngắn trung gian : n = đốt , chiều dài đốt : d = m + Số đốt trung gian lai : n = đốt , chiều dài đốt d = m Sơ đồ phân chia đốt dầm Hình 1.2: Sơ đồ phân chia đốt dầm 1.2.2.2.2 Xác định phương trình thay đổi cao độ đáy dầm: - Giả thiết đáy dầm thay đổi theo phương trình parabol, đỉnh đường parabol mặt cắt nhịp - Cung Parabol cắt trục hoành sát gối cầu bên trái có tọa độ ( 43.5, 3) - Phương trình có dạng y = ax2 43.5 Vậy phương trình có dạng: y x (cm) 43.5 Thay vào ta có: a= 1.2.2.2 Xác định phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm: - Cung parabol qua điểm đáy mặt cắt đỉnh trụ có tọa độ (43.5; 2.5) - Tính tốn tương tự ta có phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm sau : y 2.5 x 43.52 1.2.2.2 Xác định cao độ mặt dầm chủ: - Mặt dầm chủ thiết kế với độ dốc dọc 2% , với bán kính cong R = 3000 m SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 16 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.2.2.2.5 Xác định kích thước mặt cắt dầm: - Trên sơ phương trình đường cong đáy dầm đường cong thay đổi chiều dày đáy lập ta xác định kích thước mặt cắt dầm Bảng tính tốn kích thước mặt cắt dầm chủ x Tên Thứ tự MC (m) Y1 Y2 hdam td b (m) (m) (m) (m) (cm) 16 43.5 3.00 2.50 5.50 0.800 700.00 17 39 2.41 2.01 4.91 0.702 713.50 18 36 2.05 1.71 4.55 0.642 721.70 19 33 1.73 1.43 4.23 0.588 729.30 20 30 1.43 1.19 3.93 0.538 736.20 21 27 1.16 0.96 3.66 0.493 742.40 22 24 0.91 0.76 3.41 0.452 748.00 23 21 0.70 0.58 3.20 0.417 752.90 24 17 0.46 0.38 2.96 0.376 758.50 25 13 0.27 0.22 2.77 0.345 762.80 26 10 0.13 0.11 2.63 0.321 764.50 27 11 0.04 0.03 2.54 0.307 768.10 28 12 0.002 0.001 2.502 0.300 770.00 29 13 0.00 0.300 770.00 2.50 Trong : + Y1 : cao độ đường cong đáy dầm + Y2 : cao độ đường cong thay đổi chiều dày đáy dầm + Y3 : cao độ mặt dầm chủ (đảm bảo độ dốc thiết kế 2%) + td : Chiều dày đáy + b : Chiu rng ỏy hp 1.2.2.2.6 Tính toán đặc trưng hình học mặt cắt tiết diện: tớnh tốn đặc trưng hình học ta sử dụng cơng thức tổng qt sau để tính: + Diện tích mặt cắt: F xi xi 1 yi yi 1 + Mômen tĩnh mặt cắt trục x: S x xi xi 1 yi2 yi yi 1 yi21 SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 17 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG + Toạ độ trọng tâm mặt cắt: yc xi xi 1 yi2 yi yi 1 yi21 6.F + Mômen quán tính trục trung hồ: Ix xi xi 1 yi3 yi2 yi 1 yi yi21 yi31 + Mơmen qn tính trục trung hoà: I th I x yc2 F Trong đó: i,i+1,… điểm gấp khúc liên tục tạo nên dầm hộp Hình 1.3 : Đánh số điểm gấp khúc liên tục để tính đặc trưng hình học Bảng đặc trưng hình học mặt cắt ngang STT mc Ch cao (m) F (m2) Sx (m3) y (m) 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 5.5 5.5 4.91 4.55 4.23 3.93 3.66 3.41 3.20 2.96 2.77 2.63 2.54 2.502 2.50 42.13 14.99 13.95 13.34 12.75 12.20 11.66 11.29 10.77 10.31 9.954 9.726 9.515 9.456 20.09 99.18 32.60 28.39 25.98 23.84 21.83 20.00 18.64 18.09 15.67 14.57 13.84 13.27 13.07 25.67 2.354 2.175 2.035 1.947 1.867 1.789 1.716 1.651 1.679 1.520 1.464 1.423 1.395 1.382 1.278 SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 18 Jx (m4) Jth (m4) 517.93 284.45 194.93 124.02 150.20 92.44 126.47 75.90 107.10 62.60 90.54 51.47 76.67 42.35 66.07 35.29 61.14 30.76 47.37 23.54 40.79 19.46 36.47 16.78 33.61 15.10 32.47 14.42 53.215 20.41 Lớp: Cầu Hầm– K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG Bảng quy đổi mặt cắt hộp dầm Mặt cắt H (mm) bc (mm) ht’ (mm) hd’ (mm) MC 15 MC 16 MC 17 MC 18 MC 19 MC 20 MC 21 MC 22 MC 23 MC24 MC 25 MC 26 MC 27 MC28 MC 29 5500 5500 4911 4555 4227 3927 3656 3413 3199 2958 2728 2628 2540 2500 2500 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 13000 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 398.3654 828.57 828.57 727.45 665.77 610.38 559.21 513.26 471.46 435.83 394.15 362.68 338.38 324.16 317.05 317.05 1.3.2 KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I : Trạng thái giới hạn cường độ phải xem xét đến để đảm bảo cường độ ổn định cục toàn thể dự phòng để chịu tỗ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê định để cầu chịu tuổi thọ thiết kế Trạng thái giới hạn cường độ dùng để kiểm toán mặt cường độ ổn định 1.3.2.1 Kiểm toán cường độ chịu uốn : a Xác đinh ứng suất trung bình cốt thép chủ Đối với cốt thép ứng suất trước dính bám mặt cắt chữ T chịu uốn quanh trục , có ứng suất phân bố qui định TCN 5.7.2.2 ,ứng suất trung bình cốt thép fps lấy sau : c fps fpu 1 k d p Trong đó: k hệ số f py k 1.04 f pu 1674 1.04 0.28 1860 c - khoảng cách từ vị trí trục trung hòa đến mép chịu nén bêtông (mm) SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 42 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép chịu nén tính sau : c Aps f pu As f y As' f y' 0.851 f c' (bd w)hd' f 0.85 f c' 1 2w kAps pu dp (TCN 5.7.3.1.1-3) Trong : Aps - diện tích cốt thép dự ứng lực (mm2) fps - ứng suất trung bình thép ứng suất trước sức kháng uốn danh định, tính theo phương trình TCN 5.7.3.1-1 (MPa) dp - khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép ứng suất trước (mm) As - diện tích cốt thép chịu kéo khơng ứng suất trước (mm 2) fy - giới hạn chảy qui định cốt thép (MPa) A’s -diện tích cốt thép chịu nén (mm 2) fy - giới hạn chảy qui định cốt thép chịu nén (MPa) f’c - cường độ chịu nén bêtông qui định 28 ngày tuổi (MPa) bd - bề rộng mặt chịu nén cấu kiện (mm) 2w - chiều dày bụng (mm) hd’ - chiều dày cánh chịu nén cấu kiện (mm) a=c - chiều dày khối ứng suất tương đương Sau tính c, c mang dâu âm tức trục trung hòa qua cánh Khi coi mặt cắt hình chữ nhật Theo TCN 5.7.3.2.3 sức kháng uốn danh định có thề xác định phải lấy bw = b Công thức xác định c viết lại : c A ps fpu A s fy A 's fy' f 0.85fc'1b kA ps pu dp b Xác đinh sức kháng uốn tính tốn: (N.mm) + TH c > h d’ : Cơng thức tính toán sức kháng uốn : a a a M n Aps f ps d p As f y d s As' f y' d s' 0.85 f c' (bd 2w) 1h f 2 2 SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 43 a hd' 2 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ + TH c hd’ : Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG Cơng thức tính tốn sức kháng uốn : a a a M n Aps f ps d p As f y d s As' f y' d s' 2 2 2 Trong đó: ds - khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không ứng suất trước (mm) d’s - khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén khơng ứng suất trước (mm) Khi tính bỏ qua cốt thép thường nên: As= As’= c Tính duyệt cường độ theo mơmen: ( Tính duyệt cho mặt cắt bất lợi nhất) Cơng thức kiểm tốn trạng thái giới hạn cường độ : M u M n Momen tính tốn Mu trạng thái giới hạn cường độ : Sức kháng uốn tính tốn : Mr Mn Trong : - hệ số sức kháng uốn qui định TCN 5.5.4.2,dùng cho uốn kéo bêtông cốt thép ứng suất trước =1.0 Mn – sức kháng uốn danh định MẶT CẮT CÁC ĐẠI Đơn vị MC 15 MC 20 MC 29(HLG) LƯỢNG MC (HLB) dp 2370 5350 3777 2370 mm c -4306.23 -1847.12 -1199.50 -4115.16 mm Qua cánh Qua cánh Qua cánh vị trí TTH mm Qua cánh c(tính lại) 24.012 218.394 151.230 28.798 mm a 16.568 150.692 104.349 19.871 mm fps 1854.723 1838.740 1839.147 1853.672 Mpa Mn 43238.2 106 472936 106 231264.9 106 51820.2 106 N.mm Mr M n 43238.2 106 472936 106 231264.9 106 51820.2 106 N.mm Mu kiểm tra 31143 106 Thỏa mãn SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 410315 106 Thỏa mãn 44 165689 106 Thỏa mãn 37486.25 106 Thỏa mãn N.mm Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.3.2.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép ứng suất trước: a Hàm lượng cốt thép tối đa : Điều kiện kiểm toán: c 0.42 de Trong đó: de khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo Aps f ps d p As f y d s de Aps f ps As f y Do As = nên d e = d p Bảng kiểm tra hàm lượng cố thép tối đa CÁC ĐẠI LƯỢNG MC (HLB) de 2370 c/de 0.01013 kiểm tra Đạt MẶT CẮT MC 15 MC 20 5350 0.04082 Đạt MC 29 (HLG) 3777 0.04004 Đạt ĐƠN VỊ 2370 0.01215 Đạt mm mm b Hàm lượng cốt thép tối thiểu : Trong trường hợp: M n 1.3M cr M cr f r (A.5.7.3.3-2) Ig (A.5.7.3.6.2-2) yt Với fr: ứng suất kéo bê tông, fr = 0.63 f c' = 4.4577 MPa yt : khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ chịu kéo ngồi Ig : momen quán tính mặt cắt nguyên trọng tâm khơng tính cốt thép Bảng kiểm tra hàm lượng cố thép tối đa MẶT CẮT CÁC ĐẠI LƯỢNG MC (HLB) MC 15 MC 20 MC 29 (HLG) Ig 7839267691 27477786026 16180068062 7839267691 2475.99 5281.61 3775.77 2471.2 yt 14113694.91 23191538.9 19102427.66 14141029.42 Mcr 1.3Mcr 18347803.39 30149000.57 24833155.95 18383338.25 51820204245 4.72936E+11 2.31265E+11 51820204245 Mn kiểm tra Đạt SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ Đạt Đạt 45 ĐƠN VỊ mm3 mm N.mm N.mm N.mm Đạt Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.3.2.3 Kiểm tra sức kháng cắt Kiểm tốn theo cơng thức: Vr Vn Vu (A 5.8.2.1-2) Trong đó: - hệ số sức kháng được, = 0.9 dùng cho cắt xoắn Vn- sức kháng cắt danh định ứng suất kéo bê tông Vn lấy theo trị số nhỏ của: Vn= Vc + Vs + Vp Vn= 0.25.f'c.bvdv + Vp Vc: Sức kháng cắt danh đinh bêtông (N) Vc 0.083 f c' b vd v Vs: sức kháng cắt cốt thép chịu cắt( TCN 5.8.3.3): Vs Av f y d v cot g cot g sin s : Hệ số khả bêtông bị nứt xiên, tra bảng bv : bề rộng bụng có hiệu, lấy bệ rộng nhỏ chiều cao dv dv : chiều cao chịu cắt bụng dầm, lấy theo giá trị nhỏ giá trị 0,9d e d v 0,72h a d e de: chiều cao từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo : Góc nghiêng ứng suất nén chéo xác định điều 5.8.3.4 (độ) Khi tính, giả thiết trước góc , sau tính giá trị để tra bảng ngược lại , hai giá trị gần chấp nhận được, khơng giả thiết lại : Góc nghiêng cốt thép đai trục dọc (độ), = 900 Av : Diện tích cốt thép chịu cắt cự ly s (mm2) s : Cự ly cốt thép đai Vp : thành phần phân lực lực căng bó cốt thép DƯL 22 Vp Astr f p sin i i 1 SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 46 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG Astr : Diện tích bó cáp Astr = 2660 (mm2) fp : ứng suất cáp sau mát, giá trị ứng với mặt cắt fp = 1195.3 (MPa) i : Góc lệch cáp i so với phương ngang, sin i = 0.17 Thay giá trị vào công thức tính Vp ta được: Vp = 14428.1 (kN) Tại tiết diện 15-15, bề rộng có hiệu lấy bề rộng sườn có hiệu tiết diện dầm, bv = 900.00 mm Tiết 0.9de 0.72h de - 0.5a dv bv diện Mm mm mm mm mm 15 4880.00 3960 5425.00 5425 900.00 Xác định : Được tra từ bảng 5.8.3.4.2-1 Để xác định ta phải thông qua giá trị sau x fc' Trong đó: : ứng suất cắt bêtơng Vu Vp b vd v = 2.302 (MPa) v = 0.046 f' c 50 Mu 0.5Vu cotgθ A psf po dv x E s As E p A ps fpo : ứng suất thép dự ứng lực ứng suất bêtơng xung quanh f po f pe f pc Ep Ec = -137.97 (MPa) SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 47 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ fpe Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG : ứng suất có hiệu thép ứng suất trước sau mát f pe - A ps f ps A ps f ps e y t = -20.28 (MPa) Ag I Ep = 197000 (Mpa) Ec = 33941 (Mpa) Tra bảng 5.8.3.4.2-1, ta có giá trị sau: = 32.200 = 2.40 Việc tính tốn chi tiết bảng sau: Mu Vu V KNm KN Mpa 261432 16328.1 1.82 v / f 'c Nu gt fpe fpo KN độ MPa Mpa 32.00 0.036 x.1000 độ -20.28 -137.97 0.691 30.40 2.33 Tính Vc Vs: Dựa vào kết tính thơng số thành phần để tính Vc Vs Tiết Av S Vc Vs diện mm2 mm độ KN KN 15 1200.00 200.00 90 7066.79 22307.39 Tính sức kháng danh định tiết diện: Vr= x Tiết Vn1 Vn2 Vn diện KN KN KN 15 43802.28 75459.35 43802.28 SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 48 Vn KN 30661.60 Vu Kết luận KN 16328.14 Đạt Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.3.3 KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG : 1.3.3.1 Kiểm tra ứng suất bê tông thép dự ứng lực: Điều kiện kiểm toán: - Ứng suất nén: fn 0,45 f’c - Ứng suất kéo: fk 0,5 f c Ta có f’c = 50000 kN/m2 fn 0,45 f’c = 22500 kN/m2 suy ra: fk 0,5 f c = 3535.53 kN/m2 Dựa vào mơ hình phần mềm Midas ta có ứng suất giai đoạn khai thác fn max fk max 0,45 fc 0,5 f c Kiểm toán Thớ -7294.65 832.23 22500 3535,53 Đạt Thớ -10738.91 2752.36 22500 3535,53 Đạt 1.3.3.2 Kiểm tra võng: fhi L/800 fhi: độ võng mặt cắt i Dựa vào mơ hình Midas ta đưa độ võng mặt cắt: fhi L/800 mm mm Giữa nhịp 60,75 111,25 Đạt Giữa nhịp biên 17,808 72,5 Đạt Mặt cắt SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ Kiểm toán 49 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.3 TÍNH TỐN KẾT PHẦN DƯỚI: 1.3.1 TÍNH TỐN TRỤ CẦU: 1000 400 300 150 150 300 100 300 MNCN: -1.5 1220.5 MNTT: -6.5 150 150 MNTN: -12.8 250 375 300 375 150 400 400 400 150 150 375 375 25 25 25 II 25 25 25 II 25 250 I 700 I 250 150 Hình 1.7: Kích thước hình học trụ T3 Kí hiệu Giá trị Đơn vị - Số cọc mómg n 12.00 cọc - Đường kính cọc d 1.500 m - Chiều cao trụ h1 13.205 m - Chiều rộng trụ theo phương ngang cầu b1 10.00 m - Chiều rộng ngang cầu đỉnh trụ b2 7.000 m - Chiều cao đá kê gối h2 0.300 m - Chiều rộng trụ theo phương dọc cầu b4 3.000 m - Chiều rộng đá kê gối b5 1.200 m - Bán kính cong trụ r 1.500 m - Chiều cao bệ cọc hb 3.000 m - Chiều rộng bệ cọc theo phương dọc bd 10.50 m - Chiều rộng bệ cọc theo phương ngang bn 15.00 m Hạng mục SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 50 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG Bảng tổng hợp nội lực tải trọng tác dụng mặt cắt đáy bệ Ngang cầu Tải trọng N (kN) Qy Z1 Mx Qx Z1 My (kN) (mm) (kN.m) (kN) (mm) (kN.m) Tải trọng thân dầm(DC) Lớp phủ DW Lan can DC2 (DC) làn bên bên Hoạt tải LL, IM Tải trọng người PL Dọc cầu 27247 2700 1121 1793 2989 520 900 -6633 5383 2081 Lực đẩy (WA) Ap lực tĩnh nước (WA) Ngang 74 7400 Ngang 126 4900 Ap lực dòng chảy (WA) Dọc Lưc va tàu thuyền (CV) Ngang 10392 9800 Ngang 135 23300 Gió tác động lên hoạt tải WL Dọc Trọng lượng KCPD (DC) 21048 Vtk 599 15805 Gió ngang tác động lên KCPT (WS) V25 599 15805 Vtk 42 7929 Gió ngang tác động lên KCPD (WS) V25 42 7929 Vtk Gió dọc tác động lên KCPD (WS) V25 Lực hãm xe dọc cầu (BR) 548 618 0 101842 3146 65 23300 1503 9469 9469 331 331 119 7929 944 119 7929 944 163 23300 3786 Bảng tổng hợp nội lực mặt cắt đáy bệ trụ Ngang cầu Sử dụng I II III Đặc biệt Cường độ TTGH P (kN) Dọc cầu Qy (kN) Mx (kN.m) Qx (kN) My (kN.m) 49371 65991 59186 64436 527 200 1097 591 14715 14227 14886 18307 263 284 167 331 5572 6626 1321 6992 61130 10592 106739 81 1893 SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 51 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.3.2 ĐỊA CHẤT KHU VỰC Lớp (L1) : Bùn sét hữu màu xám xanh: Chiều dày lớp Các tiêu lý : - Trọng lượng thể tích - Dung trọng đẩy - Lực dính - Góc ma sát - SPT trung bình : h1 = 12.1 m : n = 1.738 T/m : dn = 0.812 T/m3 : c = 0.175 (KG/cm2) : = 7010’ :0 Lớp (L2) : Đất sét dẻo, sét dẻo lẫn cát, dẻo cứng đến cứng đôi chỗ cứng: Chiều dày lớp Các tiêu lý : - Trọng lượng thể tích - Dung trọng đẩy - Lực dính - Góc ma sát - SPT trung bình : h2 = 15.6 m : n = 1.407 T/m : dn = 0.404 T/m3 : c = 0.207 (KG/cm2) : = 20 049’ : 21 Lớp (L3) : Đất sét pha, màu nâu nhạt, dẻo cứng đến cứng : Chiều dày lớp Các tiêu lý : - Trọng lượng thể tích - Dung trọng đẩy - Lực dính - Góc ma sát - SPT trung bình : h = 6.1 m : n = 1.959 T/m : dn = 0.979 T/m3 : c = 0.493 (KG/cm2) : = 25 020’ : 29 Lớp (L4): Cát bột sét, chặt đến chặt, đôi chỗ chặt vừa: Chiều dày lớp Các tiêu lý : - Trọng lượng thể tích - Dung trọng đẩy - Lực dính - Góc ma sát - SPT trung bình : h4 = 17.85 m : n = 1.853 T/m : dn = 0.873T/m3 : c = 0.032 (KG/cm2) : = 23 010’ : 47 1.3.3 LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CỌC - Đường kính D = 1.5 m SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 52 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG - Chiều dài cọc L = 45 m tính từ đáy đài cọc chiều dài cọc từ đáy đài cọc đến mặt lớp đất sau xói lở 3.8 m, chiều cọc ngàm dất 41.2 m, chiều dài cọc ngàm đài cọc m - Chu vi mặt cắt ngang cọc: 4.712 m - Diện tích mặt cắt ngang cọc: 1.767 m2 - Đường kính cốt thép dọc: 25 mm - Khoảng cách tim đến tim cọc: d = 4.0 m - Trọng lượng riêng vật liệu làm cọc: = 25 KN/m - Cường độ bêtông: fc’ = 35 MPa 1.3.4 TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU - Sức chịu tải cọc theo vật liệu cho công thức sau (sử dụng cốt đai xoắn): Q coc 0.85 fc ' A c fy A s - Trong đó: + = 0.75 + fc’= 35 MPa : Hệ số uốn dọc : Cường độ chịu nén bêtông + Ac = 1.753 m : Diện tích phần bêtơng + fy = 400 MPa : Cường độ chịu nén cốt thép + A s 0.0137 m : Diện tích thép (28Þ25) Q coc 0.75 0.85 5 1.753 106 400 0.0137 106 39006125 N 39006 kN 1.3.5 TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN Sức chịu tải cọc theo đất cho công thức sau đây: Q R pq Q p ps Qs Vớ i Qp qp A p Qs qs A s Trong đó: - Qp : Sức kháng mũi cọc (N) - Ap : Diện tích mũi cọc (m2) - Qs : Sức kháng thân cọc (N) - As : Diện tích bề mặt thân cọc (m 2) - pq : hệ số sức kháng mũi đất cát – Điều10.8.3.4 theo 22 TCN 272 -05 pq = 0.50 - ps : hệ số sức kháng thành bên: SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 53 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG + Đối với lớp sét qs = 0.65 - (Reese & O’Neill 1998) + Đối với lớp cát qs = 0.65 - Điều10.8.3.4 theo 22 TCN 272 -05 1.3.5.1 Tính sức kháng đơn vị thân cọc qs (MPa) - Đất cát : (Tính theo Reese Wright) (điều 10.8.3.4.2) qs 0.0028 N (với N 53) q s 0.00021 N 53 0.15 (với 53 Qcats 2925.7kN Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG Sui (kPa) qs (kPa) As (m2) Qs (kN) 14.76 19.35 1.00 19.356 29.52 21.21 1.00 21.212 44.28 23.07 1.00 23.068 59.04 24.92 1.00 24.924 73.8 26.78 0.57 15.205 89.3 28.73 0.59 16.872 97.44 28.37 0.88 50.679 105.58 29.01 0.91 55.278 113.72 29.65 0.94 60.07 121.86 30.29 0.97 65.053 130.0 30.93 1.00 70.227 138.14 31.57 1.03 75.593 146.28 32.21 0.55 41.978 152.79 32.73 0.55 43.34 171.97 130.71 0.55 71.891 191.15 139.79 0.55 76.885 211.29 149.32 0.55 82.129 78.4 81.2 95.2 142.8 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 9.891 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 9.42 7.536 9.42 9.42 9.891 9.42 9.42 9.42 3.68 182.3326 199.8153 217.2979 234.7806 143.2339 166.8769 477.3938 520.7228 565.8568 612.796 661.5402 712.0895 395.4359 326.6124 677.214 724.2568 812.3343 738.528 764.904 896.784 525.504 1.3.5.2 Tính sức kháng đơn vị mũi cọc qp (MPa) Mũi cọc nằm lớp đất cát: (Tính theo Reese Wright) (điều 10.8.3.4.3) q p 0.064 N (với N 60) q p 3.8 (với N >60) N: Số búa SPT chưa hiệu chỉnh, lấy N theo loại đất Ta có: q p 0.064 50 3.2 Mpa Qp q p A p 3.2 1.767 106 5654400 N=5654 kN SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 55 Lớp: Cầu Hầm – K48 THIẾT KẾ SƠ BỘ Chương I: PASB CẦU ĐÚC HẪNG 1.3.5.3.Tổng hợp sức chịu tải cọc (N) Q R qp Q p qs Qs 0.50 5654 0.65 7630.6+0.65 2925.7 9688.6 kN So sánh với sức kháng cọc theo vật liệu ta chọn sức chịu tải cọc theo đất để thiết kế cọc Q 9688.6 kN 1.3.6 TÍNH TỐN SỐ LƯỢNG CỌC n V Q Trong đó: - n : Số lượng cọc móng - V: Tổng lực đứng tính đáy bệ V 65991 kN - Q: Sức chịu tải tính tốn cọc theo đất - : Hệ số kể đến ảnh hưởng tải trọng ngang momen, = 1.0 1.5 chọn = 1.5 65991 10.8 9688.6 n 1.5 - Chọn 12 cọc bố trí sau 1500 750 50 150 325 375 300 1050 375 325 150 50 750 50 700 200 400 150 1500 Hình 1.8: Mặt bố trí cọc SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ 56 Lớp: Cầu Hầm – K48 ... - 318 199 -2 55798 - 214 576 -1 7 8838 -1 4 618 2 -1 1 8058 -9 313 4 .1 -7 019 0.2 -4 5664 .1 -2 614 6.3 -1 1 479.3 -3 813 .96 13 763.2 9460.832 2077.344 -1 0 907.5 -2 7772.9 -4 8644.9 -6 7938.5 -8 8 815 .8 -1 1 2253 -1 3 9 317 -1 6 8846... Mômen 13 055.75 13 356.86 7 017 .12 - 317 4.03 -2 0366.8 -4 2 410 .4 -6 9462.2 -9 4300.5 -1 2 111 8 -1 5 113 7 -1 8 5688 -2 23320 -2 66436 -3 316 78 -3 57273 -3 312 34 -2 64657 - 219 725 -1 8 0276 -1 4 3908 -1 1 2073 -8 3437.8 -5 7 710 .4... 311 43 .14 -3 813 .96 26 214 .92 -1 1 479.32 -7 546.97 16 2 51. 17 -2 614 6.32 -2 713 7 0 -4 5664.08 -5 2056.6 0 -8 2463.3 -1 1 013 2 -1 4 0049 -1 7 36 21 - 212 302 -2 54627 0 0 0 MC16 -2 55797.5 - 318 198.7 -3 42846.6 - 318 198.7