Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu vượt khẩu độ nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HOÀNG MINH THIỆN PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VƢỢT KHẨU ĐỘ NHỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒNG MINH THIỆN PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VƢỢT KHẨU ĐỘ NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 8.58 02 05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN LAN Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Hoàng Minh Thiện PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VƢỢT KHẨU ĐỘ NHỎ Tóm tắt: Mạng lưới giao thơng đường chiếm vị trí quan trọng hệ thống giao thơng vận tải tỉnh Quảng Ngãi với nhiều kết cấu vượt độ nhỏ (suối, đường dân sinh,…) cần đầu tư xây dựng để đảm bảo chức khai thác thoát nước ngang nhiều tuyến đường thời gian đến Việc lựa chọn kết cấu vượt độ nhỏ đa dạng, kết cấu phù hợp với điều kiện thực tế địa phương Quảng Ngãi, đảm bảo việc sử dụng thuận lợi có tính tiết kiệm kinh phí cần phân tích nghiên cứu nhằm giúp cho cấp định đầu tư, chủ đầu tư tư vấn thiết kế đưa định phù hợp đắn Luận văn cao học tập trung nghiên cứu lý thuyết mơ hình hóa tính tốn nội lực thiết kế cống hộp BTCT theo AASHTO từ đề xuất hướng sử dụng cống hộp BTCT nhiều cửa để vượt độ nhỏ tính tốn để minh chứng giải pháp cống hộp BTCT nhiều cửa có chi phí xây dựng tiết kiệm đáng kể đảm bảo yêu cầu kỹ thuật so với thực tiễn xây dựng cơng trình cầu BTCT cầu BTCT nhịp giản đơn để vượt độ nhỏ Từ khóa: Cống hộp BTCT, cầu BTCT độ nhỏ, nội lực, thiết kế, tiết kiệm chi phí ANALYSIS OF SELECTION STRUCTURES TO PASS SHORT SPANS ABSTRACT: Road transport networks is the most important position in the transportation system in Quang Ngai province with many structures pass short spans (streams, people's roads, etc.) that need to be invested to ensure the traffic and drainage of many roads in the coming time The selection of small span structures is very diverse, which structure is appropriate to the local conditions of Quang Ngai, ensuring the use of favorable and costsaving to be analyzed and Research to help the project owner and designer make the right decision This master thesis focused on the theory of modeling of internal forces and design of reinforced concrete box culverts according to AASHTO, thus suggesting the use of multi-box reinforced concrete culverts to pass the short spans and prove The solution of multi-box reinforced concrete culverts has cost save but still meets the technical requirements as compared with the concrete deck bridges and simple reinforced concrete bridges Keywords: Concrete box culverts, Reinforced concrete bridge, internal forces, design, cost save MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến Bố cục luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG KẾT CẤU VƢỢT KHẨU ĐỘ NHỎ ĐÃ ÁP DỤNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI 1.1 Tình hình đầu tư xây dựng kết cấu vượt sông/suối Quảng Ngãi 1.2 Các dạng kết cấu vượt độ nhỏ đến độ trung bình 1.2.1 Cầu BTCT [2] 1.2.2 Cầu dầm BTCT 1.2.3 Cống 11 1.3 Tiêu chuẩn thiết kế cống 14 1.4 Các dạng kết cấu vượt độ nhỏ sử dụng phổ biến địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 15 1.4.1 Mô tả tổng quan số lượng cầu BTCT vượt độ nhỏ, số lượng cống loại địa bàn tỉnh 15 1.4.2 Các dạng kết cấu cầu BTCT vượt độ nhỏ, sốc ống tròn, cống hộp sử dụng địa phương Quảng Ngãi: 20 1.5 Kết luận Chương 31 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HĨA TÍNH TỐN NỘI LỰC VÀ THIẾT KẾ CỐNG HỘP BTCT THEO AASHTO 33 2.1 Tổng quan mơ hình hóa cống hộp BTCT 33 2.1.1 Tính toán tải trọng tổ hợp theo AASHTO[5] 33 2.2.2 Các sơ đồ tính tốn cống hộp BTCT 36 2.2.3 Các phương pháp xác định mô đun phản lực 40 2.2.4 Phương pháp xác định hệ số theo lý thuyết: 40 2.2.5 Phương pháp xác định hệ số thực nghiệm theo TCVN 9354:2012 44 2.3 Mơ hình hóa thiết kế cơng hộp Phần mềm SAP2000 v14.2 [7] 49 2.3 Kết luận Chương 50 CHƢƠNG SO SÁNH PHƢƠNG ÁN CẦU VÀ CỐNG HỘP NHIỀU CỬA 51 3.1 Phương án 51 3.1.1 Tổng quan cơng trình: 51 3.1.2 Phương án thiết kế cầu: 51 3.1.3 Phương án thiết kế cống 52 3.1.4 Mô hình hóa thiết kế phương án cơng hộp: 53 3.1.5 Chi phí xây dựng phương án cống hộp: 71 3.2 Phương án 71 3.2.1 Tổng quan cơng trình: 71 3.2.2 Phương án thiết kế cầu: 71 3.2.3 Phương án thiết kế cống: 72 3.2.4 Mơ hình hóa thiết kế phương án cơng hộp: 73 3.2.5 Chi phí xây dựng phương án cống hộp: 85 3.3 Kết luận Chương 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT BTCT : Bê tông cốt thép GTVT : Giao thông vận tải BT : Bê tông TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCN : Tiêu chuẩn ngành DƯL : Dự ứng lực TTGH CĐ : Trạng thái giới hạn cường độ DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang Bảng 1.1 Thống kế số lượng cầu vượt độ nhỏ tuyến đường tỉnh 15 Bảng 2.1 Bảng tra k theo quy trình 22TCN 18-79 43 Bảng 2.2 Bảng tra k dựa vào phân loại đất độ chặt lớp đất đáy móng 43 Bảng 2.3 Bảng tra k dựa vào loại đất, thành phần hạt, hệ số rỗng, độ sệt 43 Bảng 3.1 Thông số mặt cắt ngang cống hộp: 53 Bảng 3.2 Hàm lượng thép bố trí cống hộp 69 Bảng 3.3 Thông số mặt cắt ngang cống hộp 74 Bảng 3.4 Hàm lượng thép bố trí cống hộp 83 DANH MỤC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang Hình 1.1 Cầu BTCT giản đơn sử dụng mố nặng Hình 1.2 Cầu BTCT giản đơn sử dụng mố nhẹ Hình 1.3 Cầu BTCT mút thừa Hình 1.4 Cầu BTCT liên tục Hình 1.5 Cầu mố trụ dẻo Hình 1.6 Kích thước xà mũ cốt thép cọc Hình 1.7 Mặt cắt ngang cầu đổ chỗ Hình 1.8 Mặt cắt ngang cầu mà lắp ghép Hình 1.9 Cầu Bàu Giang-Km1060-QL1-Thành phố Quảng Ngãi lao lắp dầm BTCT dài 18m Hình 1.10 Các dạng mặt cắt ngang phần đúc sẵn Hình 1.11 Các mơ hình cầu dầm BTCT nhịp nhỏ Hình 1.12 Mô tả hệ dầm phức tạp hệ dầm đơn giản Hình 1.13 Mặt cắt ngang cầu dầm BTCT giản đơn tồn khối 10 Hình 1.14 Mặt cắt ngang cầu dầm BTCT giản đơn lắp ghép bán lắp ghép 10 Hình 1.15 Minh họa thực tế kèm theo định nghĩa cống theo Wikipedia: Cống tròn nhiều cửa Ý, cống hộp lót gạch Bắc BirminghamAnh, cống đá Mechums Depot, Charlottesville, VA 22903, Hoa Kỳ 11 Hình 1.16 Minh họa cống trịn, cống hộp BTCT 12 Hình 1.17 Minh họa cống trịn cống hộp BTCT ứng dụng làm cống ngang đường 14 Hình 1.18 Cống trịn sử dụng để nước dọc 14 Hình 1.19 Cầu BTCT Km14+030, ĐT.622C 21 Hình 1.20 Cầu Bồn Điền Km18+150, ĐT.622C, xã Tịnh Hiệp, huyện Sơn Tịnh 21 Hình 1.21 Cầu BTCT Km58+900, QL24B 22 Hình 1.22 Cầu Bến Bè Km30+585, QL24B 23 Hình 1.23 Cầu Bi Km2+842, ĐT.621, xã Bình Thới, huyện Bình Sơn có chiều dài tồn cầu 39m 23 Hình 1.24 Cầu Suối Doanh Km13+450, ĐT.622C, xã Tịnh Hiệp, huyện Sơn Tịnh 24 Hình 1.25 Cầu La Hà (Km1062+876, QL1) 27 Hình 1.26 Cầu Xéo (Km11+315, ĐT.622C) 28 Hình 1.27 Cầu Suối Nước Lang 28 Hình 1.28 Cống hộp cửa (3x3)m Km0+406, Đường Văn Bân-Ba Xã, huyện Mộ Đức 29 Hình 1.29 Cống Ren Con cửa (2,5x2,5)m, xã Ba Dinh, huyện Ba Tơ đầu tư xây dựng theo dự án LRAMP, có giá trị xây 1ắp 1,484 tỷ đồng 29 Hình 1.30 Cống Suối Ơn có cửa kích thước (5x2)m, xã Ba Thành,huyện Ba Tơ ĐTXD theo dự án LRAMP, có giá trị xây lắp 0,942 tỷ đồng 30 Hình 1.31 Cống hộp cửa V (1,5x1,5)m Km16+850, ĐT.623, huyện Sơn Tây 30 Hình 1.32 Cống trịn 2Φ150cm Km37+950 (Đèo Eo Chim), ĐT.624, huyện Minh Long 31 Hình 1.33 Cống trịn 7Φ150cm Km1063+577, QL1, xã Nghĩa Thương, huyện Tư Nghĩa đầu tư xây dựng năm 2015 thuộc dự án Nâng cấp, mở rộng QL1-TPCP2 (gói 15MR) 31 Hình 2.1 Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp cống với chiều dày đất đắp nhỏ feet (61 cm) 33 Hình 2.2 Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp cống với chiều dày đất đắp lớn feet (61 cm) ) với trường hợp 02 bánh xe có diện tích phân bố riêng biệt 34 Hình 2.3 Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp cống với chiều dày đất đắp lớn feet (61 cm)) với trường hợp 02 bánh xe có diện tích phân bố trùng lên 35 Hình 2.4 Mơ tả áp lực ngang xe đứng sau lăng thể trượt (hoạt tải chất thêm) 35 Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn cống hộp đặt gối cứng cố định 38 Hình 2.6 Mơ hình hóa điều kiện biên sử dụng lị xo độ cứng K 39 Hình 2.7 Liên kết đàn hồi đất cống hộp thông qua điểm phần tử 39 Hình 2.8 Liên kết gối đàn hồi liên kết đáy với đất 39 Hình 2.9 Mơ hình Winker 40 Hình 2.10 Biểu đồ để tra Nc; Nq; Nγ 41 Hình 2.11 Mơ tả thiết bị thí nghiệm (a) Đồ thị độ lún biến đổi theo tải trọng (b) 45 Hình 2.12 Biểu đồ độ lún cấp tải trọng ứng với thời gian (a) đồ thị vận tốc lún theo tải trọng (b) 46 84 Hình 3.49: Bố trí thép cống 4Hx(5x5) - Kiểm tốn ứng suất TTGHSD: Hình 3.50: Ứng suất theo phương X: 2.26