ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 GVHD: Phạm Ngọc Bảy Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN CẦU THÉP LIÊN HỢP BẢN BÊ TƠNG CỐT THÉP I.SỐ LIỆU - Qui mơ thiết kế : cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng dầm thép liên hợp BTCT - Quy trình thiết kế:TCVN11823-2017 - Chiều dài nhịp :L= 33m - Khổ cầu : + Bề rộng phần xe chạy : Bxe = 9.0 m + Bề rộng phần người bộ: Blề = m - Tải trọng thiết kế : + Tải trọng 0.65HL93 - Vật liệu chế tạo kết cấu : +Loại thép sử dụng (cấp): 345 + Bê tông cốt thép có cường độ chịu nén f c = 30 Mpa - Loại liên kết sử dụng:Bu lông cường độ cao II Qui mô thiết kết mặt cắt ngang cầu - Mặt cắt ngang cầu: 400 2000 100 4500 1250 4500 100 5@2300 400 2000 1250 - Các kích thước của mặt cắt ngang cầu : CÁC KÍCH THƯỚC Bề rộng làn xe chạy Số làn xe thiết kế Lề người bộ Chiều rộng gờ chắn bánh KÍ HIỆU Bxe n1 ble bgc Chiều cao gờ chắn báh Chiều rộng chân lan can Chiều cao chân lan can Chiều rộng toàn cầu Số dầm chủ thiết kế hgc bclc hclc Bcau n Khoảng cách giữa các dầm chủ S Chiều dài phần cánh hẫng hch SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 GIÁ TRỊ 900 200 10 20 40 50 1400 230 125 ĐƠN VỊ cm làn cm cm cm cm cm cm dầm cm cm Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy III.KÍCH THƯỚC DẦM CHỦ - Chọn tiết diện là dầm I ( tiết diện đồng nhất )- thép cấp M270 cấp 345 - Kích thước dầm thép: + Chiều cao dầm liên hợp: hd=1425mm + Chiều cao dầm thép : hb = 1100mm + Chiều cao phần BTCT ( tính phần vút) : hbt = 325mm + Chiều dày BTCT : hc = 200mm + Kích thước chi tiết phần dầm thép và bê tông + Cường độ tính toán chịu uốn: Ru = 2000 kg/cm2 + Cường độ chịu kéo đứt của thép: fu = 480 Mpa + Giới hạn chảy của thép : fy = 345 Mpa + Modun đàn hồi: Es = 20000 Mpa + Hệ số giản nở vì nhiệt : α = 1,17.10-5 (1/0C) + Trọng lượng riêng của thép: 78.5 kN/m3 - Cấu tạo bê tông mặt cầu: + Chiều dày bê tông: ts = 200mm + bê tông có cấu tạo vút dạng đường vát chéo Chổ cấu tạo vút để làm tăng chiều cao dầm và làm chổ bố trí neo liên kết + chiều dày vút: th = 125 mm + Chiều rộng vút: bh = 125mm + Bản bê tông mặt cầu có bố trí cốt thép để tăng khả chịu lực Cốt thép bê tông được bố trí thành lớp là lưới cốt thép và lưới cốt thép dưới Sơ đồ cấu tạo chi tiết cốt thép đươc làm rỏ phần sau + Bê tơng có fc’=30 Mpa + Trọng lượng riêng: γ=2320 kN/ m3 +Bản mặt cầu, dầm ngang : fc’=30 Mpa SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Hệ liên kết ngang: + Chọn hệ liên kết ngang là thép hình I700, L100x100x12 + Sử dụng thép loại với thép làm dầm IV.Tính đặc trưng hình học dầm thép: 1.Xác định đặt trưng hình học mặt cắt dầm thép giai đoạn 1: 400 1100 30 20 30 700 Mặt cắt tính toán là mặt cắt dầm thép chưa liên hợp Diện tích mặt cắt dầm thép: ANC = 400.30+700.30+(1100-60).20=53800 mm2 Momen tĩnh của tiết diện với trục qua đáy dầm thép: 𝑡𝑐 𝐷𝑤 𝑡𝑡 ) + 𝐷𝑤 𝑡𝑤 ( + 𝑡𝑡 ) + 𝑏𝑡 𝑡𝑡 2 30 1040 30 = 400.30 (1100 − ) + 1040.20 ( + 30) + 700.30 = 24775000 mm3 2 Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai đoạn 1: 𝑆𝑜 = 𝑏𝑐 𝑡𝑐 (𝐻𝑠𝑏 − 𝑌1 = 𝑆𝑜 𝐴𝑁𝐶 = 24775000 53800 = 460,5 mm Chiều cao phần sườn dầm chịu nén: 𝐷𝑐1 = 𝐻𝑠𝑏 − 𝑡𝑐 − 𝑌1 = 1100 − 30 − 460.5 = 609,5 mm Momen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I: + Momen quán tính bảng bụng: 𝐼𝑤 = 𝑡𝑤 𝐷𝑤 20.10403 12 + 𝑡𝑤 𝐷𝑤 ( 𝐷𝑤 1040 + 𝑡𝑡 − 𝑌1 ) 2 = + 20.1040 ( + 30 − 460,5) = 2041386533 mm4 12 Momen quán tính của cánh chịu nén: SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU 𝐼𝑐𝑓 = 𝑡𝑐 𝑏𝑐3 12 GVHD: Phạm Ngọc Bảy + 𝑡𝑐 𝑏𝑐 (𝐻𝑠𝑏 − 30.4003 𝑡𝑐 30 − 𝑌1 ) 2 = + 30.400 (1100 − − 460,5) = 4840003000mm4 12 Momen quán tính cánh chịu kéo: 𝐼𝑡𝑓 = 𝑡𝑡 𝑏𝑡3 12 𝑡 + 𝑡𝑡 𝑏𝑡 (𝑌1 − 𝑡) 30.7003 30 = + 30.700 (460,5 − ) = 5025375250 mm4 12 + Momen quán tính của tiết diện dầm thép: 𝐼𝑁𝐶 = 𝐼𝑤 + 𝐼𝑐𝑓 + 𝐼𝑡𝑓 = 2041386533 + 4840003000 + 5025375250 = 1,19.1010 mm4 V.XÁC ĐỊNH CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG 1.Tính khối lượng kết cấu nhịp: 1.1.Tĩnh tải giai đoạn 1: Bao gồm: trọng lượng thân dầm chính, mặt cầu, dầm ngang 1.1.1Trọng lượng thân dầm ( tĩnh tải rãi đều 1m dầm chính) Dầm chính là dầm thép , mặt cắt chử I, giống cho tất các kết cấu nhịp Diện tích mặt cắt ngang dầm thép: Ast = 30.400+30.700+20.1040=53800 mm2 = 0.0538 m3 Thể tích dầm chính: Vdam= Ast x 33= 1,8 m3 Tĩnh tải dầm chủ xem rãi đều suốt chiều dài dầm: qDC = 𝑉∗𝛾 𝐿𝑛ℎ = 1,8.78,5 33 = 4,28 kN/m 1.1.2 Tĩnh tải hệ liên kết: Cấu tạo hệ liên kết ngang gối: Dầm ngang tai gối là chô đặt kích để nâng hạ cụm dầm q trình thi cơng sửa chữa cần thiết Do đó, liên kết ngang gối được cấu tạo chắc chắn mặt cắt khác, thường dùng dầm I hoặc C định hình Ở đây, dùng thép I700 làm hệ liên kết ngang SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Tra bảng thép hình ta có các kích thước sau: +Chiều cao dầm ngang: Hdn = 700 mm +Bề rộng cánh : bc = 210mm +Chiều dày cánh : tc = 20.8 mm +Chiều dày bung: tw = 13mm +Diện tích mặt cắt ngang : Adn = 17600 mm2 +Momen quán tính mặt cắt dầm ngang : Idn = 1346000000 mm4 +Trọng lương dầm ngang 1m dài : gdn = 1,38 kN/m Xác định trọng lượng các dầm ngang tác dụng lên dầm chủ: +Số mặt cắt có bố trí dầm ngang: n = ( bố trí dầm ngang gối cầu) +Số dầm ngang mặt cắt : n = dầm Tổng số dầm ngang toàn cầu : n=8 dầm Chiều dài dầm ngang : Ldn = S – 2.( tw /2 ) -2.1 = 2300- ( 20/2) -2.10=2260 mm = 2.26 m( đó khe hở giữa dầm ngang và sườn dầm thép là cm) Trọng lượng dầm ngang 1m dài dầm chủ: 𝟏, 𝟑𝟖 𝟖 𝟐, 𝟐𝟔 𝒒𝒅𝒏 = = 𝟎 𝟏𝟓 𝒌𝑵/𝒎 𝟓 𝟑𝟑 Hệ liên kết ngang mặt cắt trung gian: Tại các mặt cắt trung gian, dầm ngang được cấu tạo từ các thép góc Thép góc dùng kết cấu này là loại L100x100x10 mm Chiều cao hệ liên kết dầm ngang : Hlkn = (0.6 – 0.7) Hsb Cấu tạo hệ liên kết ngang mặt cắt trung gian: Khoảng cách giữa các hệ liên kết ngang : a= 2.7m Số liên kết ngang theo phương dọc cầu là 12 hệ, số liên kết ngang theo phương ngang cầu là hệ Tổng số liên kết ngang toàn nhịp là 60 hệ Tại hệ liên kết ngang có chiều cao H = 770 mm, gồm thép góc L100x100x10, phía quay lưng vào nhau, phía dưới quay lưng vào và thép góc đặt xiên liên kết trực tiếp với sườn tăng cường của bụng Các này cấu tạo úp xuống để tránh nước đọng SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Cấu tạo thép góc làm ngang: + Số hiệu thép : L100x100x10, tra bảng phụ lục thép hình được các kích thước sau: + Bề rộng cánh thép góc : ba = 100mm + Chiều dài cánh thép góc : ta = 10mm + Diện tích mặt cắt ngang : a=1920 mm2 + Trọng lượng m dài : q=0.15 kN/m + Momen quán tính của mặt cắt thanh: I=1790000 mm4 + Số ngang : nnt = + Chiều dài ngang : Lnt = 2.14 m + Số ngang : nnt = + Chiều dài ngang : Lnt = 2.14 m + Số ngang xiên : nnxt = + Chiều dài ngang xiên : Lnx = 2.43 m Tổng trọng lượng các ngang hệ liên kết ngang : Plkn = 2.2,14.0,15+2.2,14.0,15= 1,284 kN Tổng trọng lượng các xiên hệ liên kết ngang: Plkn = 2.2,43.0,15= 0,73 kN Trọng lượng liên kết ngang rãi đều m dài dầm chủ: (𝟏, 𝟐𝟖𝟒 + 𝟎, 𝟕𝟑) 𝟔𝟎 𝒒𝒍𝒌𝒏 = = 𝟎 𝟕𝟑𝟐𝟑 𝒌𝑵/𝒎 𝟓 𝟑𝟑 Sườn tăng cường dầm thép: Chiều cao sườn tăng cường : hs = 1040 mm + Chiều dày sườn tăng cường : ts = 16 mm + Bề rộng sườn tăng cường : bs = 190mm Diện tích mặt cắt ngang sườn tăng cường : a=190.16=3040 mm2 + Trọng lượng sườn tăng cường: ps = 3040 1040.78,5 10^-9=0.25 kN + Khoảng cách giữa các sườn tăng cường : = 1350 mm Trọng lượng của các sườn tăng cường một dầm chủ được tính bằng cách tính tổng trọng lượng của tất các sườn tăng cường dầm chủ chia cho chiều dài dầm chủ hoặc tính bằng cách tính trọng lượng của cặp sườn tăng cường chia cho khoảng cách giữa các sườn tăng cường 𝑝𝑠 2.0,25 𝑞𝑠 = = = 0,37 𝑘𝑁/𝑚 𝑑𝑜 1,35 SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Hệ liên kết dọc cầu Hệ liên kết dọc được cấu tạo từ thép L100x100x10, liên kết bằng liên kết hàn trực tiếp với dầm chủ Toàn cầu có 12 khoang bớ trí hệ liên kết dọc, khoang cấu tạo xiên dài 3,48 m Tổng trọng lượng xiên hệ : plkd = 12×3×3,48×0,15 = 18,79 kN Trọng lượng hệ liên kết dọc rãi đều m dài dầm chủ: Trọng lượng hệ liên kết dọc rãi đều m dài dầm chủ: 𝑞𝑙𝑘𝑑 = 18,79 = 0.11𝑘𝑁/𝑚 5.33 Tĩnh tải mặt cầu: Bê tơng có : fc’=30 Mpa Trọng lượng riêng: γ=2320 kN/ m3 As= bs.ts + bc.th +2.0,5 bh.th= 2300.200+400.125+2.0,5.125.125=525625 mm2 Bản mặt cầu là khối bê tông liên hợp phía phần dầm thép, kích thước hình vẽ, tính toán sơ bộ bỏ qua khối lượng cốt thép bê tông Tổng diện tích phần bê tông Coi chia đều cho các dầm chủ A= 545625×2+525625×4=3193750 mm2=3.2 m2 Thể tích mặt cầu: Vbmc = 3.2*33=105.6 m3 Tĩnh tải mặt cầu : xem phân bố đều cho tất các dầm chính: qBMC = 𝑉∗𝛾 𝐿𝑛ℎ = 105.6∗23.20 6∗33 SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 = 12.373 kN/m Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy 1.2.Tĩnh tải giai đoạn 2: Bao gồm tải trọng của lớp phủ mặt cầu, lan can cơng trình phụ trợ cầu Tải trọng lớp phủ mặt cầu: Chiều dày lớp phủ cầu: lớp bê tơng nhựa 70mm, lớp phòng nước 10mm lớp bê tông tạo độ dốc ngang 200mm Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu xem phân bố đều cho dầm chủ Lớp bê tông nhựa dày 70cm, γ = 23.20 kN/m3 Lớp phòng nước dày cm, γ = 17.75 kN/m3 Lớp bê tông tạo độ dốc ngang ( lấy chiều dài trung bình là 8.5cm ), γ = 23.20 kN/m3 Trọng lượng thân lớp phủ 𝐵 ∗ ∑𝐾𝑖=1 𝛾𝑖 ∗ ℎ𝑖 14 ∗ (0.07 ∗ 23.2 + 0.01 ∗ 17.75 + 0.085 ∗ 23.2) 𝑞𝐷𝑊 = = = 8.80 𝑘𝑁/𝑚 𝑛 Tải trọng lan can, tay vịn: Tính toán sơ bộ lấy bằng 5kN/m Tải trọng Giai đoạn Giai đoạn Giá trị ( kN/m) Dầm chủ 4.28 Dầm ngang 1.3623 Bản mặt cầu 12.373 Lớp phủ 8.80 Lan can, tay vịn ` 2.) Tính nội lực dầm chủ: 2.1Tính hệ số phân bố ngang hoạt tải: hoạt tải sử dụng yêu cầu này là 0.65HL93 nên không tính toán phần tải trọng người vào 2.1.1Hệ số phân bố ngang momen tính cho dầm tính cho hoạt tải HL93: Kiểm tra điều kiện áp dụng: +1100 < S=2300 mgbiên= max (mg1lan, mg≥ lan) = max (0.8087; 0.633 ) = 0.8087 Tổng hợp hệ số phân bố ngang hoạt tải: Tải trọng Xe Làn Dầm 0.606 0.606 Dầm biên 0.8087 0.8087 Loại dầm 2.1.3Xác định hệ số phân bố ngang cho lực cắt: a.)Dầm trong: SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy +Ast: Diện tích cốt thép, Ast = x 491 = 3928mm2 + φ = 0.75: Hệ số sức kháng theo quy định điều 5.4.2.1 – TCVN11823-2017 Vậy: Povl = 0.75 x0.8 x {0.85 x 30 x (122500– 3928) + 420 x 3928} = 2804007.6 (N) 2804.007 (KN) c.)Sức kháng nén dọc trục theo đất QR Sức kháng nén dọc trục theo đất nền được xác định sau: Pđn = QR = 𝜑𝑞𝑝 𝑞𝑝 𝐴𝑝 + ∑ 𝜑𝑞𝑠𝑖 𝑞𝑠𝑖 𝐴𝑠𝑖 Trong đó: qp: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) Ap: Diện tích mũi cọc ( mm2 ) As: Diện tích bề mặt thân cọc ( mm2 ) qp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc qs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc qs 0.7 v đất sét với v 0.8 ta có: qs 0.56 q 0.7 v đất sét với v 0.8 ta có: q 0.56 Sức kháng mũi cọc Sức khángđơn vị mũi cọc đất sét bão hòa qp xác định sau: qp = 9.Su Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su Mũi cọc đặt lớp có: Su Chọn Su mũi cọc bằng cách tính đổi Su từ trị số N Tại lớp thứ đặt mũi cọc có N = 32 nên ta chọn Su = 200 (KPa) = 0.2 (MPa) Sức kháng mũi cọc: - Lớp sét: Sức kháng đơn vị mũi cọc qp = 9Su =9 x 0.2 = 1.8 (MPa) Diện tích mũi cọc Ap = 350 x 350 = 122500(mm2) Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc φqp = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqp qp Ap = 0.56 x 1.8 x 122500 = 123480 (N)=123.480kN SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 22 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Sức kháng thân cọc Do thân cọc ngàm lớp đất, đều là lớp đất sét nên ta tính Qs phương theo phương pháp Theo phương pháp : Sức kháng đơn vị thân cọc qs sau: q s S u Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su -Nếu Su 25 Kpa 1.0 S u 25KPa 50KPa - Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa 0.5 - Nếu Su 75 Kpa 0.5 Lớp 1: lớp sét Ta có: Su1= kN/m = kPa = 0.005 MPa + Su1= kN/m , =1.0 + Sức kháng đơn vị thân cọc qs1 = α1Su1 = 1.0 x 0.005 = 0.005 (MPa) +Diện tích bề mặt thân cọc As1 = x 350 x h1 = x 350 x 8100 = 11340000 (mm2) + Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc φqs1 = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqs1 qs1 As1 = 0.56 x 0.005 x 11340000 = 31752(N) Lớp 2: Ta có: Su2= 78 kN/m = 78 kPa = 0.078 MPa Su2= 78 kN/m , =0.5 Sức kháng đơn vị thân cọc qs2 = α2Su2 = 0.5 x 0.078 = 0.039 (MPa) Diện tích bề mặt thân cọc As2 = x 350 x h2 = x 350 x 14400 = 20160000 (mm2) Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc φqs2 = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqs2 qs2 As2 = 0.56 x 0.039 x 20160000 =393120 (N) Lớp 3: SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 23 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Ta có: Su3= 108 kN/m = 108 kPa = 0.108 MPa Su3= 108 kN/m 75 Kpa 0.5 Sức kháng đơn vị thân cọc qs3 = α3Su3 = 0.5 x 0.108 = 0.054 (MPa) Diện tích bề mặt thân cọc As3 = x 350 x h3 = x 350 x 7700 = 10780000 (mm2) Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc φqs3 = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqs3 qs3 As3 = 0.56 x 0.054 x 10780000 =325987.2(N) Độ sâu Cường độ kháng Hệ số lớp đất (m) cắt: Su (N/mm2) kết dính (N) Lớp 8.1 0.005 31725 Lớp 14.4 0.078 0.5 393120 7.7 0.108 Sức kháng thân cọc sau: 0.5 325987.2 Tên lớp Lớp φqsi qsi Asi ∑ 𝜑𝑞𝑠𝑖 𝑞𝑠𝑖 𝐴𝑠𝑖 = 31725 +393120+ 325987.2 = 750832.2 (N)=750.832kN Vậy Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = 750.832 + 123.480 = 898363.648 (N) = 874.312 (kN) d.) Xác định số lượng cọc bố trí cọc bệ Xác định số lượng cọc 𝑉 𝑇𝑇 𝑛= 𝑃𝑜 Trong đó: 𝑃𝑜 = min(𝑃𝑜đ𝑛 ; 𝑃𝑜𝑣𝑙 ) sức chịu tải tính toán của cọc Lấy Po = Pđn = 874.312 (KN) VTT=15903.916 (kN) Số lượng cọc 𝑛 = 15903.916 874.312 = 18.02cọc Chọn 21 cọc SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 24 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU 750 1500@2 750 GVHD: Phạm Ngọc Bảy 1500 SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 1750@6 1500 Trang 25 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy VII TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG TRỤ VII.1 Kích thước trụ STT Tên kích thước Kí kiệu Giá trị Đơn vị Kích thước trụ ( ngang cầu ), phần đở kết cấu nhịp bh 13000 mm Kích thước phần vát b1 2500 mm Kích thước trụ ( dọc cầu), phần đở kết cấu nhịp dh 2500 mm Kích thước phần hẫng h1 700 mm Kích thước phần vát h2 700 mm Kích thước thân trụ (phương ngang cầu ) bc 6000 mm Kích thước thân trụ (phương dọc cầu) dc 2000 mm Chiều cao thân trụ hc 6800 mm Kích thước bệ trụ ( phương ngang cầu ) b 8000 mm 10 Kích thước bệ trụ ( phương dọc cầu ) d 5000 mm 11 Chiều cao bệ trụ h 2000 mm 12 Kích thước tường chắn b2 200 mm 13 Kích thước tường chắn h4 500 mm SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 26 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Các lựa chọn kích thước - Mũ trụ: + Chiều rộng mũ trụ (theo phương dọc cầu) b = b3 + b2 + b’2+ bo + 2×150 + 2×b1 Trong đó: b3=50mm: khoảng cách giữa hai đầu dầm cạnh b2 ;b2': khoảng cách từ tim gối dầm đến đầu dầm của nhịp biên và nhịp bên phải và bên trái trụ b2= 350mm b2’: Khoảng cách từ tim gối dầm bên phải đến mép đầu dầm: b’2=350mm b1=200mm: khoảng cách từ mép bệ kê gối đến mép mũ trụ theo phương dọc cầu b0 =1000mm: kích thước thớt gới => b = b3+b2+b’2+bo+ 2×150+2×b1=50+350+350+1000+2×150+2×225 =2500 mm + Chiều dài mũ trụ: (Theo phương ngang cầu): a = (n-1)a2 + a0 + 2ì (150ữ200) + 2ìa1 Trong đó: n = dầm : số lượng dầm chủ a2=2300 mm : khoảng cách giữa tim các dầm kề a0 =400mm : kích thước thớt gối a1 : khoảng cách từ mép bệ kê gối đến mép mũ tr: a1 =400mm => a=(n-1)a2+a0+ 2ì(150ữ200)+2ìa1=(6-1) ì2300+400+2ì150+2ì400=13000mm VII.2 T HP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ Tính toán tải trọng TTGHCD1, xét mặt cắt dưới đáy bệ Các loại tải trọng tác dụng lên mố bao gồm: Trọng lượng thân trụ Tĩnh tải phần truyền xuống trụ Hoạt tải 0.65HL93 ( không tính cho tải trọng người) SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 27 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Một số ngoại lực: lực hãm xe… a.)Tính tốn tải trọng tĩnh tải: Tải trọng Giai đoạn Giai đoạn Giá trị ( kN/m) Dầm chủ 4.28 Dầm ngang 1.136 Bản mặt cầu 12.373 Lớp phủ 8.80 Lan can, tay vịn + Tĩnh tải phần giai đoạn 1: PDC = 𝑛 𝑞𝐷𝐶 𝐿𝑛ℎ = (4.28 + 1,136 + 12.373 + 5) 33 = 4512.222𝑘𝑁 Tĩnh tải phần giai đoạn : PDw = 𝑛 𝑞𝐷𝑊 𝐿𝑛ℎ = × 8.80 × 33 = 1742.4𝑘𝑁 b.)Tĩnh tải tải trọng thân: P = V c V : Thể tích các bộ phận c : Dung trọng riêng của bê tông: c = 23.20 kN/m3 STT Tên bợ phận Diện Sớ tích lượng (m2) Chiều dày Thể tích Trọng lượng (m) (m3) (kN) Bệ trụ 16 80 1856 Thân trụ 12 6.8 81.6 1893.12 Xà mũ 15.05 2.5 37.625 872.9 Tường che 0.1 0.2 0.02 0.464 Đá kê gối 12 0.3 0.3 6.96 Tổng 4629.444 c.)Hoạt tải tác dụng lên mố: tính cho hoạt tải xe 0.65HL93 Tính tác dụng của hoạt tải bằng phương pháp đường ảnh hưởng Vẽ đường ảnh hưởng và xếp tải lên đường ảnh hưởng SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 28 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy 9.3kN/m 4300 145 4300 145 15000 4300 145 1200 35 4300 145 0.27 0.40 2xe trục Xe trục Xe trục Tải trọng làn 35 145 4300 145 35 0.53 0.87 Tải trọng trục 4300 0.96 0.87 0.73 Tung độ/ diện tích đah Tải trọng trục Phản lực Ri Đơn vị 145x0.65 94.25 kN 0.87 145x0.65 82.00 kN 0.73 35x0.65 16.60 kN 0.53 35x0.65 12.06 kN 0.40 145x0.65 37.70 kN 0.27 145x0.65 25.45 kN 145x0.65 94.25 kN 0.87 145x0.65 82.00 kN 0.73 35x0.65 16.60 kN 110x0.65 71.5 kN 0.96 110x0.65 68.64 kN 32.4 9.3 301.32 kN 268.06kN 192.85kN 140.14kN Hoạt tải xe ( chưa xét tới hệ số tải trọng), LL= m.(1+IM) max (268.06; 192.85;140.14) +lan=1.1,33.268.06 +301.32= 657.84kN Khi tính toán phương án sơ bộ cầu cho phần trụ, xét tới tác dụng thẳng đứng của các tải trọng gây nén, từ đó để xác định được số lượng cọc cần thiết cho móng trụ Lực gây tác dụng nén này bao gồm các loại tải trọng tính bên SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 29 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU STT Tên tải trọng GVHD: Phạm Ngọc Bảy Giá trị Hệ số tải trọng TTGHCDI N N PDC 𝟒𝟓𝟏𝟐 𝟐𝟐𝟐 1.25 5640.2775 PDw 1742.4 1.5 2613.6 Pmố 4629.444 1.25 5786.805 LL 657.84 1.75 1151.22 Tổng hợp tải trọng thẳng đứng tác dụng mặt cắt đáy bệ: P = 15191.9025kN VII.3.TÍNH CỌC VÀ SỐ LƯỢNG CỌC TRONG BỆ MỐ: a.)Giả thiết thiết kế cọc: - Loại cọc D = 350 mm - Chiều dài cọc ngập đất L = 30 m - Diện tích mặt cắt ngang cọc Ap = 122500 mm2 - Chu vi mặt cắt ngang cọc P = 1400 mm2 - Diện tích cốt thép dọc chịu lực (8 Ø25) Ast = 3927 mm2 - Giới hạn chảy quy định của cốt thép thường fy = 420 Mpa - Cường độ bê tông thân cọc f'c = 30 MPa - Trọng lượng riêng bê tông γc = 24.00 kN/m3 - Mô đun đàn hồi bê tông cọc Ec = 27691 Mpa - Cao độ đáy trụ Hđb = +76.00 m - Cao độ mũi cọc Hmc = +40.33 m - Cao độ mực nước thông thuyền MNTT = +79.50 m - Cao độ mặt đất tự nhiên MĐTN = +83.92 m SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 30 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy b.)Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu Pvl Dùng cốt đai thường, ta có: Povl = × Pn = x 0.8 x {0.85 x f c' x (Ag – Ast) + fy x Ast} -Trong đó: + f c' : Cường độ nén quy định của bê tông tuổi 28 ngày (MPa) + f y : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của cốt thép (Ma) +Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 350 x 350 =122500 mm2 +Ast: Diện tích cốt thép, Ast = x 491 = 3928mm2 + φ = 0.75: Hệ số sức kháng theo quy định điều 5.4.2.1 – TCVN11823-2017 Vậy: Povl = 0.75 x0.8 x {0.85 x 30 x (122500– 3928) + 420 x 3928} = 2804007.6 (N) 2804.007 (KN) c.)Sức kháng nén dọc trục theo đất QR Sức kháng nén dọc trục theo đất nền được xác định sau: Pđn = QR = 𝜑𝑞𝑝 𝑞𝑝 𝐴𝑝 + ∑ 𝜑𝑞𝑠𝑖 𝑞𝑠𝑖 𝐴𝑠𝑖 Trong đó: qp: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) Ap: Diện tích mũi cọc ( mm2 ) As: Diện tích bề mặt thân cọc ( mm2 ) qp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc qs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 31 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy qs 0.7 v đất sét với v 0.8 ta có: qs 0.56 q 0.7 v đất sét với v 0.8 ta có: q 0.56 Sức kháng mũi cọc Sức khángđơn vị mũi cọc đất sét bão hòa qp xác định sau: qp = 9.Su Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su Mũi cọc đặt lớp có: Su Chọn Su mũi cọc bằng cách tính đổi Su từ trị số N Tại lớp thứ đặt mũi cọc có N = 32 nên ta chọn Su = 200 (KPa) = 0.2 (MPa) Sức kháng mũi cọc: - Lớp sét: Sức kháng đơn vị mũi cọc qp = 9Su =9 x 0.2 = 1.8 (MPa) Diện tích mũi cọc Ap = 350 x 350 = 122500(mm2) Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc φqp = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqp qp Ap = 0.56 x 1.8 x 122500 = 123480 (N)=123.480kN Sức kháng thân cọc Do thân cọc ngàm lớp đất, đều là lớp đất sét nên ta tính Q s phương theo phương pháp Theo phương pháp : Sức kháng đơn vị thân cọc qs sau: q s S u Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su -Nếu Su 25 Kpa 1.0 S u 25KPa 50KPa - Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa 0.5 - Nếu Su 75 Kpa 0.5 Lớp 1: lớp sét Ta có: Su1= kN/m = kPa = 0.005 MPa + Su1= kN/m , =1.0 SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 32 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy + Sức kháng đơn vị thân cọc qs1 = α1Su1 = 1.0 x 0.005 = 0.005 (MPa) +Diện tích bề mặt thân cọc As1 = x 350 x h1 = x 350 x 8100 = 11340000 (mm2) + Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc φqs1 = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqs1 qs1 As1 = 0.56 x 0.005 x 11340000 = 31752(N) Lớp 2: Ta có: Su2= 78 kN/m = 78 kPa = 0.078 MPa Su2= 78 kN/m , =0.5 Sức kháng đơn vị thân cọc qs2 = α2Su2 = 0.5 x 0.078 = 0.039 (MPa) Diện tích bề mặt thân cọc As2 = x 350 x h2 = x 350 x 14400 = 20160000 (mm2) Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc φqs2 = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqs2 qs2 As2 = 0.56 x 0.039 x 20160000 =393120 (N) Lớp 3: Ta có: Su3= 108 kN/m = 108 kPa = 0.108 MPa Su3= 108 kN/m 75 Kpa 0.5 Sức kháng đơn vị thân cọc qs3 = α3Su3 = 0.5 x 0.108 = 0.054 (MPa) Diện tích bề mặt thân cọc As3 = x 350 x h3 = x 350 x 7700 = 10780000 (mm2) Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc φqs3 = 0.7 λv = 0.7 x 0.8 = 0.56 => φqs3 qs3 As3 = 0.56 x 0.054 x 10780000 =325987.2(N) SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 33 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Hệ số Độ sâu lớp đất (m) Cường độ kháng cắt: Su (N/mm2) kết dính Lớp 8.1 0.005 31725 Lớp 14.4 0.078 0.5 393120 Tên lớp φqsi qsi Asi (N) Lớp 7.7 0.108 0.5 325987.2 Sức kháng thân cọc sau: ∑ 𝜑𝑞𝑠𝑖 𝑞𝑠𝑖 𝐴𝑠𝑖 = 31725 +393120+ 325987.2 = 750832.2 (N)=750.832kN Vậy Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = 750.832 + 123.480 = 898363.648 (N) = 874.312 (kN) d.) Xác định số lượng cọc bố trí cọc bệ Xác định số lượng cọc 𝑛= 𝑉 𝑇𝑇 𝑃𝑜 Trong đó: 𝑃𝑜 = min(𝑃𝑜đ𝑛 ; 𝑃𝑜𝑣𝑙 ) sức chịu tải tính toán của cọc Lấy Po = Pđn = 874.312 (KN) VTT=15191.9025 (kN) = 15191.9025 874.312 = 17.37 cọc Chọn 18 cọc 1000 1500@2 1000 Số lượng cọc 𝑛 1000 1200@5 SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 1000 Trang 34 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 GVHD: Phạm Ngọc Bảy Trang 35 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 GVHD: Phạm Ngọc Bảy Trang 36 ... momen quán tính của mặt cắt dầm thép , INC = 1,19.1010 A: diện tích mặt cắt dầm thép, ANC = 53800 mm2 SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm... Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 24 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU 750 1500@2 750 GVHD: Phạm Ngọc Bảy 1500 SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 1750@6 1500 Trang 25 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD:... tải trọng người) SVTH: Lê Xuân Hưng Hưng LỚP: CẦU ĐƯỜNG BỘ – K56 Trang 27 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: Phạm Ngọc Bảy Mợt sơ ngoại lực: lực hãm xe… a. )Tính tốn tải trọng tĩnh tải: Tải trọng Giai đoạn