thuyet minh NAM (phan tren)

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG MỤC LỤC PHẦN I – THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.1 Đánh giá điều kiện địa hình: .4 1.2 Các giải pháp kết cấu: CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ 2.1 Phương án I: 2.2 Phương án II: PHẦN II – TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT CHƯƠNG SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦU 1.1 Số liệu chung 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm .8 1.3 Xác định hệ số tính toán .9 CHƯƠNG KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 10 2.1 Chiều dài tính toán KCN 10 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang 10 2.3 Qui mô thiết kế mặt cắt ngang cầu 11 2.4 Chiều cao dầm chủ 12 2.5 Cấu tạo bê tông mặt cầu .13 2.6 Tổng hợp kích thước dầm chủ 14 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ15 3.1 Các giai đoạn làm việc cảu dầm liên hợp 15 3.2 Xác định dặc trung hình học của mặt cắt giai đoạn I 18 3.3 Xác đinh dặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II 20 3.4 Xác định dặc trưng hình học giai đoạn chảy dẻo .34 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 40 4.1 Cấu tạo hệ liên kết kết cấu nhịp 40 4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I .49 SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG 4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II 50 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 52 5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy 52 5.2 Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93 54 5.3 Tổng hợp hệ số phân bố ngang 56 CHƯƠNG TÍNH TỐN NỘI LỰC 58 6.1 Các mặt cắt tính toán nội lực 58 6.2 Đường ảnh hưởng nội lực 59 6.3 Xác định nội lực tại mặt cắt 61 CHƯƠNG KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 74 7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt .74 7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc 74 7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 75 7.4 Kiểm tra tương tác sườn dầm với cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 75 CHƯƠNG KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 76 8.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ 76 8.1.1 Xác định sức kháng uốn danh định 76 8.1.2 Xác định sức kháng uốn tính tốn 77 8.2 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm chủ 78 CHƯƠNG KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI 82 9.1 Nguyên tắc tính toán 82 9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất uốn .82 9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất cắt .84 CHƯƠNG 10 KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG 85 10.1 Kiểm tra độ võng kết cấu nhịp 85 10.2 Kiểm tra dao động kết cấu nhịp 92 CHƯƠNG 11 TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG 93 11.1 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt gối 93 SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG 11.2 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt trung gian 98 CHƯƠNG 12 TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 102 12.1 Nguyên tắc chung 102 12.2 Xác định tải trọng tác dụng lên neo 102 12.3 Xác định khả chịu lực của neo .104 12.4 Bố trí neo 106 12.5 Kiểm tra neo đinh mũ theo TTGH mỏi 107 CHƯƠNG 13 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 108 13.1 Lực tác dụng lên liên kết .108 13.2 Xác định chiều cao đường hàn .111 CHƯƠNG 14 TÍNH TỐN MỐI NỐI DẦM 113 14.1 Khả chịu lực của bulông 113 14.2 Tính toán mối nối bụng 115 14.3 Tính toán mối nối cánh 120 CHƯƠNG 15 TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 124 15.1 Cấu tạo mặt cầu 124 15.2 Xác định nội lực mặt cầu .125 15.3 Tính toán và bố trí cốt thép 135 CHƯƠNG 16 THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI ……………………… 143 16.1 Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu……………………………… 143 16.2 Thiết kế cốt thép cho mặt cắt…………………………………… 172 16.3 Tính tốn thiết kế phần tường cánh……………………………… 191 16.4 Thiết kế móng mố…………………………………………………… 202 SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG PHẦN I - THIẾT KẾ SƠ BỘ * PHƯƠNG ÁN I : CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT * PHƯƠNG ÁN II : CẦU DẦM BTCT DƯL CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.1 Đánh giá điều kiện địa hình: Mặt cắt dọc sơng đối xứng, thuận tiện cho việc bố trí kết cấu nhịp đối xứng Sơng cấp V, chiều rộng khổ gầm cầu 25 m độ cầu L0=172.38 m nên chọn giải pháp kết cấu phù hợp với điều kiện thi cơng Nhận xét: Nói chung với địa chất lòng sơng lòng sơng vậy ta thấy thuận lợi cho việc thi công, giá thành củng việc thi công cọc khoan nhồi đắt tiền phức tạp nhiều so với cọc đóng, dùng cọc khoan nhồi giảm bớt số lượng cọc khả chịu tải lớn so với cọc đóng, hai phương án cầu ta sử dụng cọc đóng bê tơng cốt thép 1.2 Các giải pháp kết cấu: 1.2.1 Nguyên tắc chung: – Đảm bảo mọi tiêu kỹ thuật được duyệt – Kết cấu phải phù hợp với khả và thiết bị của đơn vị thi công – Ưu tiên sử dụng công nghệ mới tiên tiến nhằm tăng chất lượng cơng trình, tăng tính thẩm mỹ I – I – Quá trình khai thác an toàn, thuận tiện kinh tế 1.2.2 Giải pháp kết cấu cơng trình: *Kết cấu thượng bộ: – Giải pháp giản đơn kết cấu ƯST để so sánh chọn phương án ƯST để so sánh chọn phương án *Kết cấu hạ bộ: – Dùng móng cọc đường kính lớn – Kết cấu mố chọn loại mố chữ U SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG – Dùng trụ cầu toàn khối cho kết cấu cầu đơn giản CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ Trên sở phân tích và đánh giá phần trên, ta đề xuất phương án vượt sông sau: 2.1 Phương án I: – Loại cầu : cầu dầm thép liên hợp BTCT – Mô tả kết cấu phần trên: + Sơ đồ nhịp : Sơ đồ cầu giản đơn nhịp: 5x33 (m) + Tiết diện chữ I + Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300 + Các lớp mặt cầu gồm : Lớp BT nhựa Lớp phòng nước Lớp tạo độ dốc – Mô tả kết cấu phần dưới : + Dạng mố: Mố công xon BTCT – tường cánh xiên + Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp + Móng: Cọc đóng dài 32m D=40cm – Đường dẫn hai đầu cầu: + Lớp BTN mịn 5cm + Lớp BTN thô 7cm + Lớp CPĐD dày 30cm + Lớp CP đất đồi K98 + Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95 – Phương pháp thi công đạo : + Dầm thép chữ I được lắp ráp xưởng vận chuyển tới chân cầu, dùng cần cẩu lao lắp + Thi cơng cọc: Dùng mày đóng cọc BTCT SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG + Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu có), đập bêtông đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông + Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông thân trụ 2.2 Phương án II: – Loại cầu: Cầu giản đơn BTCT DƯL – Mô tả kết cấu phần : + Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu nhịp: 5x33 (m) + dầm chữ I BTCT DƯL + Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300 + Các lớp mặt cầu gồm: Lớp BT nhựa Lớp phòng nước Lớp tạo độ dốc – Mô tả kết cấu phần dưới: + Dạng mố: Mố chữ U cải tiến BTCT 𝑓𝑐′ = 30𝑀𝑝𝑎 + Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp + Móng: Móng cọc BTCT 𝑓𝑐′ = 30𝑀𝑝𝑎 – Đường dẫn hai đầu cầu : + Lớp BTN mịn 5cm + Lớp BTN thô 7cm + Lớp CPĐD dày 30cm + Lớp CP đất đồi K98 + Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95 – Phương pháp thi công đạo: + Dầm BTCT chữ I được đúc bờ, dùng cần cẩu lao lắp lên nhịp + Thi cơng cọc đóng BTCT SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG + Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu có), đập bêtông đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông + Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông thân trụ SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG PHẦN II - TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU 1.1 Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép – BTCT - Tần suất thiết kế: P = - Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Chiều dài nhịp: L - Điều kiện thông thuyền: Sông thông thuyền cấp V = = 1% 33 25 m + Bề rộng thông thuyền: Btt m + Tĩnh không thông thuyền: Htt = 3.5 m + Bề rộng phần xe chạy: Bxe = 8,5 + Lề người bộ: 2x1,75m: ble = 2x1,75 m + Chân lan can: 2x0,5m: blc = 2x0,5 m + Vạch sơn: bw = 2x0,2 m + Bề rộng toàn cầu: Bcau= 8,5+2x1,75+2x0,5 Bcau = 13 m - Khổ cầu: 8,5+2x1,75m: – Hoạt tải thiết kế: m HL 93 + KN/ m 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm – Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa – Cốt thép chịu lực mặt cầu: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa – Vật liệu chế tạo mặt cầu : + Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày : f c ' = 30 Mpa + Trọng lượng riêng của bê tông :c = 2,4 T/m3 = 24 kN/m3 + Mô đun đàn hồi của bêtông được tính theo công thức: (5.4.2.3) SVTH: PHAN VĂN NAM Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG Eb  0, 043*  1,5c f c'  0, 043* 24001,5 30  27691.5Mpa – Vật liệu thép chế tạo dầm: Loại thép sử dụng (cấp): 345: + Cường độ chảy nhỏ của thép : fy = 345 Mpa + Trọng lượng riêng thép  t  7850kG / m3  78,5kN / m3 + Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: fu = 450 Mpa + Mô đun đàn hồi của thép: Et = 2,0x 105 Mpa 1.3 Xác định hệ số tính toán – Hệ số tải trọng : + Tĩnh tải giai đoạn I: 1=1,25 và 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II : 2 = 1,5 và 0,65 +Hoạt tải HL 93 và đoàn người : h=1,75 và 1,0 – Hệ số xung kích: 1+IM Chỉ xét hệ số xung kích cho xe tải thiết kế xe trục thiết kế không kể lực ly tâm lực hãm Không áp dụng hệ số xung kích cho tải trọng tải trọng người Trừ mối nối mặt cầu, tất phận khác của kết cấu nhịp có hệ số xung kích sau: TTGH Cường độ Sử dụng Mỏi 1+IM 1.25 1.25 1.15 – Hệ số làn: Trong mỗi trường hợp tải trọng chiều dài nhịp Ltt  25m phải xét thêm hệ số làn xe m (giá trị này mặt định là 1) + Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 hệ số làn m được lấy sau: Bảng hệ số làn xe m SVTH: PHAN VĂN NAM Số làn n Hệ số làn m 1,2 Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG 1,0 0,85 >3 0,65 + Ở cầu được thiết kế làn nên ta lấy hệ số làn: m =1 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 2.1 Chiều dài tính toán KCN – Chiều dài nhịp: L= 33 m – Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 m  Chiều dài tính toán KCN: Ltt = L-2a = 33 – 0,3x2 = 32.4 m 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang 2.2.1 Trường hợp số dầm ít: ndc=24 – Ưu điểm: giảm chi phí thép chế tạo dầm và giảm chi phí thi công cầu – Nhược điểm: Nội lực dầm lớn phải tăng chiều cao dầm dẫn đến tăng chiều dài cầu chiều cao đất đắp đường đầu cầu tăng tổng chi phí xây dựng cơng trình – Trong trường hợp số dầm ít hệ số phân bố ngang thường được tính theo phương pháp đòn bẩy 2.2.2 Trường hợp sớ dầm nhiều: ndc >4 – Ưu điểm: Nội lực dầm nhỏ giảm chiều cao dầm chiều dài cầu và chiều cao đất đắp đường đầu cầu giảm được tởng chi phí xây dựng cơng trình – Nhược điểm: Tăng chi phí vật liệu thép chế tao dầm chi phí thi công KCN số cụm dầm phải lao lắp lớn và đồng thời tăng tĩnh tải mặt cầu – Khi lựa chọn số dầm nên đảm bảo khoảng cách dầm S =1.22.4 m là hợp lý nhất, không nên thiết kế khoảng cách dầm chủ lớn 3m ,vì mặt cầu làm việc bất lợi Đồng thời liên kết ngang dầm nên không đảm bảo độ cứng cho kết cấu nhịp, cầu bị dao động lớn Trong bài toán thiết kế này vào bề rộng thiết kế của cầu 13m nên ta chọn trường hợp số dầm chủ nhiều: n = dầm chủ SVTH: PHAN VĂN NAM Trang 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG + Mômen: l22 M tc  DWtc   4.31  0.52 /  0.54kN.m M tt     M tc  0.907  1.5  0.54  0.73kN.m + Lực cắt: Vtc  DWtc  l2  4.31 0.5  2.155kN Vtt     Vtc  0.907  1.5  2.155  2.93kN – Nội lực trọng lượng lan can: + Mômen: M tc  Plc  l3  2.49  0.75  1.87kN.m M tt     M tc  0.907  1.5  1.87  2.54kN.m + Lực cắt: SVTH: PHAN VĂN NAM Trang 128 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG Vtc  Plc  2.49kN Vtt    Vtc  0.907  1.5  2.49  3.39kN – Xác định nội lực tải trọng bánh xe + Tải trọng tính tốn: Xe tải thiết kế với tải trọng bánh xe: Pb= 72.5kN + Bánh xe được đặt cách chân lan can 30 cm => Khoảng cách từ tim bánh xe đến vị trí ngàm là: a= 100 – 50 – 30=20 cm=0.2 (m) + Nội lực tải trọng bánh xe gây tại ngàm là: 1.Mômen: M tc  Pb  a  (1  IM)  72.5  0.2  1.25  18.13kN.m M tt     M tc  0.907  1.75  18.13  28.78kN.m Lực cắt: Vtc  Pb  (1  IM)  72.5  1.25  90.63kN Vtt     Vtc  0.907  1.75  90.63  143.85kN – Tổng hợp nội lực tác dụng lên hẫng: Hệ số a(m) tải trọng Các đại lượng Tải trọng Trọng lượng thân DC (KN/m) 7.47 1.25 Lớp phủ mặt cầu - DW (KN/m) 4.30 1.5 SVTH: PHAN VĂN NAM Mtc Mtt Vtc Vtt 0.5 -3.74 -4.24 7.47 8.47 0.25 -0.54 -0.73 2.15 2.93 Trang 129 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: NGUYỄN XUÂN TÙNG Lan can + chân lan can (KN/m) 2.49 1.5 0.75 Tải trọng bánh xe (KN) 72.5 1.75 0.2 Tổng -1.87 -2.54 -18.13 -28.78 2.49 3.39 90.63 143.85 -24.28 -36.29 102.74 158.64 15.2.5 Xác định nội lực dầm 15.2.5.1 Nội lực chịu momen dương – Sơ đồ tính tốn: Phân tích theo mơ hình dải ngàm hai đầu tính theo phương pháp gần với đường nối tính tốn mơ men dương mặt cắt nhịp của mơ hình dải kê gối khớp Trị số moomen tại mặt cắt nhịp của hai đầu ngàm được tính theo cơng thức sau:  M0.5L  0.5M0.5L Xác định tĩnh tải tác dụng: DC=24.1,56.0,2=7.488 KN/m DW=23.1,56.0,12=4.31 KN/m Xác định giá trị của hoạt tải tác dụng: Tác dụng của bánh xe tải thiết kế: Theo mô hình tính tốn sơ đồ phẳng Tác dụng của bánh xe quy thành băng tải dài (b + hf) theo phương ngang cầu có cường độ phân bố cho 1m chiều dài bản: Tính cho xe tải trục thiết kế: LL  Ptr 72.5   48.86KN / m (b  h f )  SW (0.51  0.2)  2.09 Tính cho xe tải trục thiết kế: LL  2Pta  55   74.13KN / m (b  h f )  SW (0.51  0.2)  2.09 Vậy ta chọn tác dụng của bánh xe trục để tính tốn: – Ở không tính đến tác dụng của tải trọng dải ngang có chiều dài nhịp tính tốn S = 2600mm