Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án thiết kế cầu BTCT DUL kéo sau , tao cáp 12,7 , Dầm I 30m
Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 MỤC LỤC Chương I : THIẾT KẾ CƠ SỞ 1.1 Nhiệm vụ thiết kế………………………………………………………………5 1.2 Điều kiện tự nhiên…………………………………………………………… 1.3 Điều kiện địa chất………………………………………………………………7 1.4 Điều kiện thủy văn…………………………………………………………… 1.5 Quy mơ - Kỹ thuật - Cấp hạng cơng trình cầu…………………………………9 1.6 Lập phương án cầu…………………………………………………………9 1.7 Lựa chọn phương án cầu 15 Chương II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ………………………………………….19 1.1 Số liệu chung……………………………………………………………… 19 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm…………………………………… .19 CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP……………………………………………… 20 2.1 Chiều dài tính tốn kết cấu nhịp…………………………………………….20 2.2 Quy mơ thiết kế mặt cắt ngang cầu…………………………………………20 2.3 Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ…………………………………………21 2.4 Cấu tạo bê tông mặt cầu……………………………………………… 22 2.5 Cấu tạo dầm ngang………………………………………………………….22 2.6 Cấu tạo ván khn………………………………………………………… 23 2.7 Đặt trưng hình học mặt cắt…………………………………………… 23 TÍNH TỐN HIỆU ỨNG LỰC…………… ………………………………31 3.1 Các hệ số tính tốn………………………………………………………….31 3.2 Tĩnh tải dải lên dầm chủ………………………………………… 31 3.2.1 Dầm trong………………………………………… … ………… … 31 3.2.2 Dầm biên……………………………………………………………….34 3.2.3 Các mặt cắt tính toán………………………………………………… 37 3.2.4 Vẽ đường ảnh hưởng nội lực mặt cắt tính tốn…………………38 3.3 Tính tốn nội lực hoạt tải……………………………………………… 40 3.3.1 Xác định hệ số phân bố ngang…………………………………………40 3.3.2 Tính nội lực tải trọng làm tải trọng người………………………45 3.3.3 Tính nội lực xe tải thiết kế xe trục thiết kế……………………46 3.4 Tổng hợp nội lực………………………………………………………… 52 BỐ TRÍ CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC…………… ……………………… 54 4.1 Đặc trưng vật liệu……………………………….…………………………54 4.1.1 Cáp dự ứng lực…………………………….………………………… 54 4.1.2 Bê tông…………………………………….………………………… 54 4.1.3 Cốt thép thường…………………………….………………………….54 4.2 Chọn sơ cáp dự ứng lực…………………….………………………….55 4.2.1 Theo trạng thái GHCĐ…………………….………………………… 55 4.2.2 Sớ chọn cáp DUL…………………….…………………………….55 4.3 Bố trí cáp DUL…………………………… …………………… ………56 4.3.1 Bố trí cốt thép theo phương ngang cầu……………………… ……….57 Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 4.3.2 Bố trí cốt thép theo phương dọc cầu………………………… ……….58 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT…………………………… 61 5.1 Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I…………………………………….61 5.2 Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II……………………………………64 5.2.1 Xác định bề rộng cánh hữu hiệu………………………………… 64 5.2.2 Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II……………………………….65 MẤT MÁT ỨNG SUẤT .67 6.1 Mất mát ứng suất co ngắn đàn hồi…………………………………… 67 6.2 Mất mát ứng suất co ngót……………………………………………….68 6.3 Mất mát ứng suất từ biến……………………………………………….69 6.4 Mất mát chùng ứng suất lúc truyền lực…… ………………………….70 6.5 Tổng mát ứng suất……………………………………………………71 KIỂM TOÁN THEO CÁC TRẠNG THÁI GHSD………….…………… 71 7.1 Điều kiện kiểm tốn ứng suất bê tơng……………………………….71 7.1.1 Trong giai đoạn tạo DUL………………………………… ………….71 7.1.2 Trong giai đoạn sử dụng………………………………………………72 7.2 Tính tốn độ võng độ vồng………………………………………… ……74 7.2.1 Tính độ vồng ( xét mặt cắt nhịp)………………………………74 7.2.2 Tính độ võng hoạt tải……………………………………………….77 KIỂM TỐN THEO TRẠNG THÁI GHCĐ 79 8.1 Kiểm toán cường độ chịu uốn…………………………………………… 79 8.2 Kiểm toán lượng cốt thép tối đa, lượng cố thép tối thiểu………………….83 8.2.1 Lượng cốt thép tối đa………………………….……………………….83 8.2.2 Lượng cốt thép tối thiểu……………………………………………… 83 8.3 Kiểm toán sức kháng cắt………………………… ………………………84 8.3.1 Cơng thức kiểm tốn…………………………………… ……………84 8.3.2 Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv………………………………85 8.3.3 Xác định θ , β ………………………………………………………….87 8.3.4 Tính Vc ,Vn …………………………………………………………… 89 TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU………………………………………… …90 9.1 Cấu tạo mặt cầu……………………………………….……………….90 9.1.1 Các hệ số tính tốn…………………………………….………………91 9.1.2 Sơ đồ tính tốn hệ số tải trọng…………………….……………… 92 9.1.3 Tải trọng……………………………………………….………………92 9.1.4 Xác định nội lực cho mặt cầu ……………………….……………93 9.1.5 Xác định nội lực kiểu dầm theo THGHCĐ…….………… 95 9.1.6 Xác định nội lực kiểu dầm theo THGHSD…….………… 96 9.2 Tính tốn cốt thép cho 1m mặt cầu theo chiều dọc kiểm tốn….…97 9.2.1 Bố trí cốt thép mặt cầu……………………………………………97 9.2.2 Kiểm toán theo THGHCĐ1………………………………………… 98 9.2.3 Kiểm toán theo THGHSD (kiểm toán nứt)……………………….…98 9.2.4 Kiểm toán nứt mơmen dương……………………………… 98 9.2.5 Kiểm tốn mơmen âm……………………………………….99 Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 LỜI CẢM ƠN Trong giai đoạn phát triển nay, nhu cầu xây dựng hạ tầng sở trở nên thiết yếu nhằm phục vụ cho tăng trưởng nhanh chóng vững đất nước, bật lên nhu cầu xây dựng, phát triển mạng lưới giao thông vận tải Với nhận thức tầm quan trọng vấn đề trên, sinh viên ngành Xây dựng Cầu đường thuộc trường Đại học Công Nghệ GTVT, năm qua, với dạy dỗ tận tâm thầy cô giáo trường, em cố gắng học hỏi trau dồi chuyên môn để phục vụ tốt cho công việc sau này, mong góp phần cơng sức nhỏ bé vào cơng xây dựng đất nước Trong khuôn khổ đồ án môn học Thiết kế cầu với đề tài giả định thiết kế cầu qua sông phần giúp em làm quen với nhiệm vụ thiết kế cơng trình giao thơng để sau tốt nghiệp trường bớt bỡ ngỡ cơng việc Do thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế lần vận dụng kiến thức để thực tổng hợp đồ án lớn nên chắn em không tránh khỏi thiếu sót Vậy kính mong q thầy thông cảm dẫn thêm cho em Cuối cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo Nguyễn Thị Ngọc Bích thầy giáo mơn tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Thái Nguyên ngày 25 tháng năm 2020 Dương Mạnh Cường Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 CHƯƠNG I: THIẾT KẾ CƠ SỞ 1.1 Nhiệm vụ thiết kế Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 1.1.1 Giới thiệu cơng trình Cơng trình thiết kế qua dự án nhà máy Xi măng Thăng Long – Quảng Ninh I.1.2 Quy trình quy phạm sử dụng - Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 - Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô: TCVN 4054: 2005 - Tiêu chuẩn động đất TCXDVN 375: 2006 - Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu cọc BTCT: TCXDVN 286:2003 - Quy trình thiết kế cơng trình phụ tạm thiết bị phụ trợ thi cơng cầu: 22TCN 200-89 - Quy trình thi cơng nghiệm thu cọc cơng trình móng: TCXD 79-1980; - Quy trình thử nghiệm cọc: TCXD 88 -1992; - Quy phạm thi công nghiệm thu kết cấu bê tông bê tông cốt thép lắp ghép: TCVN 4453 -1995; - Quy trình thi cơng nghiệm thu dầm cầu bê tông cốt thép ứng suất trước: 22TCN 247 -98; 1.1.3 Mục tiêu dự án Hoàn thành cầu để khai thông tuyến đường thuộc tỉnh Quảng Ninh để đáp ứng nhu cầu, đời sống kinh tế - văn hóa người dân 1.1.4 Sự cần thiết phải đầu tư Để cân kinh tế cho hai bên bờ sơng thiết phải xây dựng cơng trình việc giao thơng hai vùng chủ yếu tàu thuyền, cơng trình đưa vào sử dụng thuận lợi cho việc giao thương vùng hai bên bờ sông ,điều đáp ứng nhu cầu giao thông, trao đổi buôn bán, giao lưu văn hóa vùng địa phương Từ phát triển ngành dịch vụ du lịch địa phương nói riêng, nâng cao đời sống kinh tế - văn hóa người dân địa phương nói chung 1.2 Điều kiện tự nhiên 1.2.1 Điều kiện địa hình Mặt cắt dọc sơng đối xứng, thuận tiện cho việc bố trí kết cấu nhịp đối xứng 1.2.2 Điều kiện khí hậu: - Khu vực xây dựng cầu có khí hậu nhiệt đới gió mùa Thời tiết không phân chia rõ rệt theo mùa, nhiên lượng mưa thường tập trung từ tháng 10 năm đến tháng năm sau Nhiệt độ trung bình quanh năm khoảng 27 oC Vào mùa hè nhiệt độ cao lên tới 38oC Giai đọan từ tháng tới tháng nắng kéo dài, có mưa, nên thuận lợi cho việc thi công cầu - Chịu ảnh hưởng trực tiếp gió mùa Đơng Bắc vào tháng mưa Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 - Độ ẩm khơng khí cao (vì nằm vùng gần cửa biển ) - Vào mùa đơng thường có gió mùa đơng bắc làm nhiệt độ giảm trời khơ hanh, nhiệt độ trung bình 10-15oC Ngồi yếu tố nói kiện tự nhiên cịn lại khơng ảnh hưởng nhiều đến việc xây dựng cầu 1.2.3 Điều kiện kinh tế xã hội khu vực cầu: Qua kết báo cáo khảo sát thống kê cho thấy khu vực đầu tư xây dựng có mật độ phân bố dân trung bình, nghề nghiệp chủ yếu nông nghiệp tiểu thủ công nghiệp, bên cạnh bn bán nhỏ tập trung hàng quán, chợ búa vùng Nhân dân nguồn nhân lực cần thiết trình xây dựng cơng trình cầu 1.2.4 Điều kiện cung ứng vật liệu 1.2.4.1 Nguồn vật liệu cát, sỏi sạn Có thể dùng vật liệu địa phương Vật liệu cát, sỏi sạn có chất lượng tốt đảm bảo tiêu chuẩn để làm vật liệu xây dựng cầu 1.2.4.3 Xi măng : Hiện nhà máy xi măng xây dựng tỉnh, thành đáp ứng nhu cầu phục vụ xây dựng Vì vây, vấn đề cung cấp xi măng cho cơng trình xây dựng thuận lợi, giá rẻ đảm bảo chất lượng số lượng mà u cầu cơng trình đặt 1.2.4.5 Năng lực máy móc thi cơng: Cơng ty trúng gói thầu thi cơng cơng trình có đầy đủ phương tiện thiết bị phục vụ thi công, đội ngũ công nhân kỹ sư chuyên môn cao dày dạn kinh nghiệm vấn đề thiết kế xây dựng, hồn tồn đưa cơng trình vào khai thác tiến độ Đặc biệt đội ngũ kỹ sư công nhân dần tiếp cận công nghệ xây dựng cầu Mặt khác có cơng việc địi hỏi nhiều nhân cơng th dân cư vùng, nên thi cơng cơng trình khơng bị hạn chế nhân lực Cịn máy móc thiết bị thuê cần 1.3 Điều kiện địa chất Địa chất lịng sơng chia làm lớp rõ rệch : - Lớp 1: Bùn sét – sét, lẫn vỏ sò vỏ hến, chảy - Lớp 2b: Sét pha, dẻo mềm – dẻo cứng - Lớp 6: Cát sạn – sạn sỏi, chặt vừa - Lớp 7: Sét,cứng Nhận xét: Nói chung với địa chất lịng sơng ta thấy thuận lợi cho việc thi công ma sát, giá thành việc thi công cọc khoan nhồi phương án cầu Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 1.4 Điều kiện thủy văn Các số liệu thuỷ văn : - Mực nước cao : 7.00 m - Mực nước thông thuyền : 4.00 m - Mực nước thấp : 2.15 m Sơng có tàu thuyền qua lại phục vụ cho việc sinh hoạt, sản xuất vận chuyển hàng hoá nhỏ vùng Tình hình xói lở: dịng sơng khơng uốn khúc chảy êm nên tình hình xói lở khơng xảy Ở chổ có nước, mặt bệ đặt thấp mực nước từ 0,3÷ 0,5m, cịn nơi khơng có nước mặt gờ móng đặt cao độ mặt đất sau xói lở Do độ ẩm khơng khí cao thêm vào điều kiện khí hậu khắc nghiệt nên loại vật liệu chủ đạo bê tông cốt thép Kết cấu thép sử dụng có điều kiện bảo quản tốt, sửa chữa gia cố kịp thời 1.5 Quy mô - Kỹ thuật - Cấp hạng cơng trình cầu 1.5.1 Vị trí cầu, quy mơ, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền - Qui mô xây dựng : Vĩnh cửu - Tần suất lũ thiết kế : P =1% - Tải trọng thiết kế : Hoạt tải HL-93 người 3.10-3MPa - Khẩu độ cầu : Lo = 103,4 m - Khổ cầu : K = + 2x1,5 m - Nhịp thông thuyền : 25 x 3,5 m 1.5.2 Tải trọng tiêu chuẩn thiết kế - Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 - Tải trọng thiết kế: Hoạt tải HL-93+ Người 1.6 Lập phương án cầu -Đề xuất phương án sơ Trên sở phân tích đánh giá phần trên, ta đề xuất phương án vượt sông sau: * PHƯƠNG ÁN I : CẦU DẦM GIẢN ĐƠN BTCT DUL TIẾT DIỆN CHỮ I * PHƯƠNG ÁN II : CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP -Cách thành lập phương án: B1:Xác định yếu tố đặc trưng hình học cầu -Căn vào số liệu khảo sát tiến hành dựng mặt cắt ngang song vị trí xd cầu -Căn vào cấp thiết kế tuyến đường=>tra tiêu chuẩn thiết kế đường để xã định độ dốc ngang cầu, bán kính cong đứng , cong nằm.Đối với cầu nhị giản đơn ta chọn id=0%.Băn kính ta thường chọn R=5000-6000m B2: Xác định chiều dài kết cấu nhịp Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 -Xác định độ thoát nước L0 +Dựng khổ độ thoát nước tren mặt cắt song +Xác định vị trí đặt mố -Khi khơng có khổ độ nước L0 +Căn vào số liệu địa chất , mặt cắt sông để chon PA mố :mố chữ U BTCT (H ≤ 6m) mố vùi (H ≤ 9-20m) +Đặt mố vào mặt cắt sơng +Chiều dài kết cấu nhịp tính từ mép mố bên đến mép mố bên B3:Lựa chọn kết cấu nhịp -Căn vào chiều dài kết cấu nhịp L= 30 m nên ta chọn dạng kết cấu nhịp kết cấu nhịp giản đơn BTCTDUL -Căn vào dạng KCN vào đặc điểm mặt cắt sông để tiến hành phân chia nhịp B4:Xây dựng đường mặt cầu B5:Xây dựng đường đáy KCN - Căn vào vào dạng kết cấu nhịp chiều dài nhịp để lựa xác định sơ chiều dài dầm theo công thức kinh nghiệm: 1 H = ÷ ÷.L 18 25 +Từ cơng thức với L= 30 m ta chọn chiều cao dầm H= 1,5m B6:Áp KCN vào mặt cắt sông - Dựng khổ thơng thuyền vị trí dự kiến thơng thuyền (thường vị trí sâu nhất) -B7: Xác định chiều cao mố ,trụ: - Xác định chiều cao mố ta cao độ đáy KCN vị trí mố ta xác định lại xác chiều cao kích thước cao mố để đảm bảo mố đỡ KCN mà thỏa mãn yêu cầu vị trí mố - Xác định chiều cao trụ +Căn vào đáy KCN chiều cáo gối đá kê ta xác định chiều cao đỉnh xà mũ trụ + Căn vào MNTN để xđ cao độ đỉnh trụ + Từ cao độ đỉnh xà mũ trụ cao độ bệ móng ta xã định chiều cao trụ B8: Hồn thiện phương án cầu: -Chọn loại móng móng cọc xđ sơ số cọc bố trí cọc hố móng -Ghi đầy đủ cao độ KCN mố ,trụ cao độ mũi cọc -Ghi kích thước phương án cầu 1.6.1 Phương án I: Cầu dầm giản đơn BTCT DUL TIẾT DIỆN I - Loại cầu: cầu dầm giản đơn BTCT DƯL - Mô tả kết cấu phần trên: Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 + Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu dầm BTCT nhịp: 30 + 30 + 30 (m) + Tiết diện dầm chữ I, chiều cao 1,5m + Lan can tay vịn + Các lớp mặt cầu gồm : Lớp mui luyện Lớp BT bảo vệ Lớp phòng nước Lớp BT nhựa 11.6.2 Phương án II: Cầu dầm thép liên hợp - Loại cầu: Cầu dầm giản đơn BTCTDUL - Mô tả kết cấu phần : + Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu dầm BTCT nhịp: 30+30+30 + 30 + 30 (m) + Tiết diện dầm chữ I, chiều cao 1,5m + Lan can tay vịn + Các lớp mặt cầu gồm : Lớp mui luyện Lớp BT bảo vệ Lớp phòng nước -Xác định cao độ đáy dầm: Sv: Dương Mạnh Cường Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 MNTT + HTT CĐĐD=max MNCN + H O Với MNTT = 4.00m ;HTT=3.5m ; MNCN=7.001m ; H = 0,5m với cấp hạng tuyến đồng ,H0 = với cấp hạng miền núi có trơi ==> Cao độ đáy dầm CĐĐD= max(7.5;7.5) Vậy chọn cao độ đáy dầm: H = 7.5 (m) 1.7 Lựa chọn phương án: -Trong dự án đề cập phương án vị trí xây dựng cầu, nhìn chung phương án đảm bảo yêu cầu đề phù hợp với điều kiện khả thi công thực tế Tuy nhiên phương án có ưu nhược điểm định Phương án I: Cầu dầm giản đơn BTCT DUL TIẾT DIỆN CHỮ I a) Ưu điểm: - Rất thuận tiện cho loại nhịp từ 20-42m - Do chịu lực thẳng đứng nên mố trụ có cấu tạo nhỏ, tiết kiệm vật liệu - Tận dụng vật liệu nguồn nhân lực địa phương - Sử dụng công nghệ thi công tiên tiến - Chất lượng khai thác tốt - Tuổi thọ cơng trình cao - Trong giai đoạn khai thác sử dụng tu bảo dưỡng - Ít chịu tác động môi trường - Ván khuôn đơn giản dễ chế tạo lắp ráp, sử dụng ván khuôn cho nhiều loại dầm - Mặt cắt I có trọng tâm mặt cắt gần với trọng tâm cốt thép cường độ cao , hiệu phân phối lực, căng kéo giai đoạn sử dụng -Bản mặt cầu đổ BT chỗ với dầm ngang, liên hợp với dầm chủ qua cốt thép chờ, khắc phục triệt để vết nứt dọc so với mối nối dầm chữ T - Độ cứng ngang lớn nên hoạt tải phân bố tương đối cho dầm, rung q trình khai thác b) Nhược điểm: - Khi độ lệch tâm trọng tâm bó cáp mặt cắt lớn xuất vết nứt thớ dầm - Thi công địi hỏi cơng nghệ cao, tn thủ theo qui trình nghiêm ngặt địi hỏi xác cao thi công - Tĩnh tải lớn, khối lượng BT thép nhiều - Kết cấu nặng - Bản mặt cầu không liên tục, xe chạy không êm thuận Sv: Dương Mạnh Cường 10 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 9.2.2.2 Nội lực hẫng Tải trọng Kí hiệu DC1 Tĩnh tải DC2 DW Hoạt tải ptruck Tải trọng DC1 DC2 DW ptruck Giá trị 5.73 2.7 39,1 Hệ số tải trọng 1,25 1,5 1,5 1,75 Đơn vị kN/m kN kN/m kN/m Loại tải trọng Vị trí tác dụng Lực phân bố Lực tập trung Lực phân bố Lực phân bố Trên chiều dài 0.95m Cách ngàm 0,7m Trên chiều dài 0.45m Trên chiều dài 0.625m Lực xung kích 1+IM 1.25 Mô men tiêu chuẩn 2.26 4.01 0.27 7.27 Mô men tính tốn 2,82 6,02 0,41 15,89 Đơn vị kN.m kN.m kN.m kN.m - Tổng hợp nội lực ngàm: Nội lực M TTGHCĐ 25,14 TTGHSD 13,81 Đơn vị kN.m 9.2.3 Tính nội lực kê hai cạnh - Điều kiện áp dụng: + Bản kê hai cạnh + Tỷ kệ hai cạnh ≥ 1,5 + Nhịp (theo phương ngang) ≤ 4600mm xếp bánh xe xe tải thiết kế, trục 145kN Không xếp xe hai trục tải trọng + Nhịp (theo phương ngang) ≥ 4600mm xếp bánh xe xe tải thiết kế, trục 145kN tải trọng Kiểm tra điều kiện: S = 2200mm 2000 = 1466,67mm Thay số ta có: a = 801,6 + 3 xo - Hoạt tải phân bố bề rộng 1m: P 72500.1000 p= = = 49,71kN / m a.b 950.1534,93 45 a2a1 b2 b1 Sv: Dương Mạnh Cường 45 102 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 9.2.3.2 Nội lực kê hai cạnh - Để tính nội lực kê hai cạnh, ta tính nội lực dầm giản đơn, nhân với hệ số điều chỉnh - Mômen tiêu chuẩn mặt cắt nhịp dầm giản đơn: DC + DW ) L b p.b1 ( = + L b1 b− ÷ 2 ( 5,0 + 2,7 ) 2,22 + 49,71.0,95 2,2 − 0,95 = 25,02kN.m = ÷ - Mơmen tính tốn nhịp dầm giản đơn: M tc 1,25.DC + 1,5.DW ) L b 1,75.(1 + IM).p.b1 ( = + L b1 b− ÷ 2 ( 1,25.5,0 + 1,5.2,7 ) 2,22 + 1,75.1,25.49,71.0,95 2,9 − 0,95 = ÷ = 50,78kN.m - Xác định hệ số điều chỉnh sau: M tt M goi = −0,7.M o M g = 0,5.M o h b = h M g = 0,7.M o h b = h ts ≤ h ts > h Trong đó: + Mgoi: Mơmen mặt cắt gối kê hai cạnh + Mg: Mômen mặt cắt nhịp kê hai cạnh + ts: Chiều dày mặt cầu + h: Chiều cao dầm chủ t s 200 = =< h 1500 - Nội lực kê hai cạnh: Ta có: Nội lực dầm giản đơn Nội lực kê hai cạnh M goi = −0,7.M o M g = 0,5.M o Đơn vị TTGHSD M 0tc 25,02 -17,514 12,51 kN.m TTGHCĐ M 0tt 50,78 -35,546 25,39 kN.m Sv: Dương Mạnh Cường 103 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 9.3 Bố trí cốt thép cho mặt cầu 9.3.1 Bố trí cốt thép phía mặt cầu theo phương ngang cầu - Mặt cắt tính tốn: + Chiều rộng: b = 1000mm + Chiều cao: h = ts =200mm - Sử dụng cốt thép thường ASTM A706M D13 có: + Đường kính φ = 12,7mm + Diện tích thanh: Av =129mm2 + Giới hạn chảy cốt thép: fy = 420Mpa - Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép là: 40mm - Lượng cốt thép chọn dựa vào mô men uốn nhịp TTGHCĐ có giá trị : Mumax = 22,01kN.m - Diện tích cốt thép cần thiết: As = M u max f yds Trong đó: ds: Là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ chịu nén bê tông, ds = ts – 400 = 200 - 400 = 160mm 22,01.106 => As = = 327,54mm 420.160 - Số cốt thép cần thiết: n = As 327,54 = = 2,54thanh Av 129 => Chọn nd = @200mm, với As = 4.129 = 516mm2 9.3.1 Bố trí cốt thép phía mặt cầu theo phương ngang cầu - Mặt cắt tính toán: + Chiều rộng: b = 1000mm + Chiều cao: h = ts =200mm - Sử dụng cốt thép thường ASTM A706M D16 có: + Đường kính φ = 15,9mm + Diện tích thanh: Av =199mm2 + Giới hạn chảy cốt thép: fy = 420Mpa - Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép là: 40mm - Lượng cốt thép chọn dựa vào mô men uốn nhịp TTGHCĐ lấy giá trị lớn giá trị sau: + Mơmen vị trí ngàm hẫng: Mngam = 24,14kN.m Sv: Dương Mạnh Cường 104 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 + Mômen vị trí gối kê hai cạnh: Mgoi = 30,82kN.m => Mumax = 30,82kN.m - Diện tích cốt thép cần thiết: As = M u max f y d s' Trong đó: d s' : Là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ chịu nén bê tông, d s' = ts – 400 = 200 - 400 = 160mm 30,82.106 = 458,56mm => As = 420.160 - Số cốt thép cần thiết: n = As 458,56 = = 2,3thanh Av 199 => Chọn ntr = @200mm với As' = 4.199 = 796mm2 9.4 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ 9.4.1 Cơng thức kiểm tốn - Tính sức kháng mômen: a φ.M n = φ.A s f y d − ÷ 2 Trong đó: + φ : Là hệ số sức kháng, φ = 0,9 + Mn: Mômen kháng danh định + As : Là diện tích cốt thép + d: Là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép mặt cắt + a : Chiều cao vùng chịu nén thực tế bê tông: a = β1.c + c: Khoảng cách từ thớ chịu nén tới trục trung hịa - Kiểm tốn theo trạng thái hạn cường độ: Mr = φ.Mn ≥ η Mumax + η : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư tầm quan trọng khai thác xác định theo: η = η I η D η R ≥ 0.95 + η I: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác η I = 1.05 η D = 0.95 + η D: Hệ số liên quan đến tính dẻo η R = 0.95 + η R: Hệ số liên quan đến tính dư với liên tục η R = 1.05 + η R: Hệ số liên quan đến tính dư với hẫng Vậy: η = 0.95 với liên tục η = 1.05 với hẫng Sv: Dương Mạnh Cường 105 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: c ≤ 0,42 + Lượng cốt thép tối đa: de As f c' ≥ ρmin = 0,03 + Lượng cốt thép tối thiểu: ρ = b.d fy 9.4.2 Tính cho mặt cắt chịu mô men dương lớn - Mặt cắt chịu mô men dương lớn nhất: Mặt cắt nhịp sơ đồ kê hai cạnh có Mumax = 22,01kN.m - Mặt cắt kiểm toán mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Giả định As' chảy, ta có: c= ASf y − A's f'y 0,85.β1.f cs' b Trong đó: ' + As, A s : Diện tích cốt thép chịu kéo, chịu nén (mm2) ' ' + f c : Cường độ chịu nén bêtông bản, f cs = 30MPa + β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định: β1 = 0,85 với f cs' ≤ 28Mpa β1 = 0,65 với f cs' ≥ 56Mpa β1 Do đó: β1 (f = 0,85 − 0,05 (f = 0,85 − 0,05 ' cs ' cs − 28 ) − 28 ) với 28 ≤ f cs' ≤ 56Mpa ( 30 − 28) = 0,836 7 ( 516.420 − 756.420 ) = −5,52mm < Thay số: c = => As' chưa chảy 0,85.0,836.30.1000 - Ta có: As f y = 0,85.f cs = 0,85 − 0,05 (c−d ) b.a + A E 0,003 ' s ' s s c Trong đó: + Es: Mơ đun đàn hổi thép, Es = 200000MPa + a: Chiều cao vùng chịu nén bêtông bản, a = β1.c + d s : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến đến mép ' mặt cắt, d s' = 40mm Sv: Dương Mạnh Cường 106 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 Thay số, giải phương trình bậc với ẩn c, ta có: c = 24,44mm Do đó: a = 0,836.24,44 = 20,42mm - Mômen kháng danh định: a 160 φ.M n = φ.A s f y d − ÷ = 0,9.516.420. − 20,42 ÷ = 29,22.106 N.mm 2 = 29,22kN.m > η.Mumax = 0,95.22,01 = 20,86kN.m => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: + Lượng cốt thép tối đa: c 24,44 = = 0,15 < 0,42 => Đạt de 160 + Lượng cốt thép tối thiểu: As 516 = = 0,003 b.d 1000.160 => ρ > ρmin => Đạt f c' 30 ρmin = 0,03 = 0,03 = 0,0021 fy 420 ρ= 9.4.3 Tính cho mặt cắt gối kê hai cạnh - Mômen dương lớn mặt cắt gối: Mumax = 30,82kN.m - Mặt cắt kiểm toán mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Giả định As' chảy, ta có: c= ASf y − A's f'y 0,85.β1.f cs' b Trong đó: ' + As, A s : Diện tích cốt thép chịu nén, chịu kéo (mm2) ' ' + f c : Cường độ chịu nén bêtông bản, f cs = 30MPa + β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định: Thay số: c = ( 796.420 − 516.420 ) 0,85.0,836.30.1000 = 5,52mm Ta có: c − d s' ( 5,52 − 40 ) = −0,019 ε = 0,003 = 0,003 c 5,52 f 420 ε'y = y = = 0,0021 E s 200000 ' x Sv: Dương Mạnh Cường 107 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 ' ' ' => ε x < ε y => A s chưa chảy - Ta có: As f y = 0,85.f cs (c−d ) b.a + A E 0,003 ' s ' s s c Trong đó: + Es: Mơ đun đàn hổi thép, Es = 200000MPa + a: Chiều cao vùng chịu nén bêtông bản, a = β1.c + d s : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến đến mép ' mặt cắt, d s' = 40mm Thay số, giải phương trình bậc với ẩn c, ta có: c = 24,69mm Do đó: a = 0,836.24,69 = 20,66mm - Mômen kháng danh định: a 160 φ.M n = φ.A s f y d − ÷ = 0,9.796.420. − 20,64 ÷ 2 = 45,04.106 N.mm = 45,04kN.m >η.Mumax = 0,95.30,82 = 29,20kN.m => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: + Lượng cốt thép tối đa: c 24,69 = = 0,15 < 0,42 => Đạt de 160 + Lượng cốt thép tối thiểu: As 756 = = 0,004 b.d 1000.160 => ρ > ρmin => Đạt f c' 30 ρmin = 0,03 = 0,03 = 0,0021 fy 420 ρ= 9.4.3 Tính cho mặt cắt ngàm hẫng - Mặt cắt chịu mômen dương lớn mặt cắt ngàm: Mumax = 25,14kN.m - Mặt cắt kiểm toán mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Giả định As' chảy, ta có: c= ASf y − A's f'y 0,85.β1.f cs' b Trong đó: ' + As, A s : Diện tích cốt thép chịu nén, chịu kéo (mm2) Sv: Dương Mạnh Cường 108 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 ' ' + f c : Cường độ chịu nén bêtông bản, f cs = 30MPa + β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định Thay số: c = ( 796.420 − 516.420 ) 0,85.0,836.30.1000 = 5,52mm Ta có: c − d s' ( 5,52 − 40 ) = −0,019 ε = 0,003 = 0,003 c 5,52 f 420 ε'y = y = = 0,0021 E s 200000 ' x ' ' ' => ε x < ε y => A s chưa chảy - Ta có: As f y = 0,85.f cs (c−d ) b.a + A E 0,003 ' s ' s s c Trong đó: + Es: Mô đun đàn hổi thép, Es = 200000MPa + a: Chiều cao vùng chịu nén bêtông bản, a = β1.c + d s : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến đến mép ' mặt cắt, d s' = 40mm Thay số, giải phương trình bậc với ẩn c, ta có: c = 24,69mm Do đó: a = 0,836.24,69 = 20,66mm - Mômen kháng danh định: a 160 φ.M n = φ.A s f y d − ÷ = 0,9.796.420. − 20,64 ÷ 2 = 45,04.106 N.mm = 45,04kN.m > η.Mumax = 1,05.25,14 = 26,33kN.m => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: + Lượng cốt thép tối đa: c 24,69 = = 0,15 < 0,42 => Đạt de 160 + Lượng cốt thép tối thiểu: As 756 = = 0,004 b.d 1000.160 => ρ > ρmin => Đạt f c' 30 ρmin = 0,03 = 0,03 = 0,0021 fy 420 ρ= Sv: Dương Mạnh Cường 109 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 9.5 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng - Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng kiểm tốn nứt bêtơng - Cơng thức kiểm tra: fct ≤ 0,8.fr Trong đó: + fr: Cường độ chịu kéo uốn bêtông f r = 0,63 f cs' = 0,63 30 = 3, 45MPa + fct: Ứng suất kéo thớ mặt cắt nguyên - Nếu fct >0,8.fr, mặt cắt bị nứt Kiểm soát điều kiện hạn chế bề rộng vết nứt: Z f s ≤ f sa = ;0,6f y÷ 1/3 (d c A) Trong đó: + fs: Là ứng suất cốt thép chịu kéo nội lực tổ hợp tải trọng sử dụng gây + A: Là diện tích vùng bê tơng chịu kéo có trọng tâm với cốt thép chịu kéo A + fy: Giới hạn chảy cốt thép thường + dc: Là chiều dày lớp bê tơng bảo vệ tính từ tâm cốt thép đến thớ chịu kéo ngồi bê tơng + Z: Là thông số bề rộng vết nứt Với cấu kiện môi trường khắc nghiệt: Z = 23000N/mm Với cấu kiện môi trường thông thường: Z = 30000N/mm 9.5.1 Tính cho mặt cắt nhịp kê hai cạnh - Mô men uốn lớn mặt cắt nhịp sơ đồ kê hai cạnh có: Mu = 10,74kN.m - Mặt cắt kiểm tốn mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Xác định fct: f ct = Ma 6.M a 6.10,74.106 y t = = = 1,61MPa Ig b.h 1000.200 - Ta có: fct = 1,61MPa Mặt cắt chưa nứt Sv: Dương Mạnh Cường 110 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 9.5.2 Tính cho mặt cắt gối kê hai cạnh - Mômen uốn mặt cắt gối kê hai cạnh: Mu = 15,03kN.m - Mặt cắt kiểm toán mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Xác định fct: Ma 6.M a 6.15,03.106 y t = = = 2,25MPa + f ct = Ig b.h 1000.2002 - Ta có: fct = 2,25MPa Mặt cắt chưa nứt 9.5.3 Tính cho mặt cắt ngàm hẫng - Mômen uốn mặt cắt ngàm hẫng: Mu = 13,81kN.m - Mặt cắt kiểm toán mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Xác định fct: Ma 6.M a 6.13,81.106 y t = = = 2,07MPa + f ct = Ig b.h 1000.2002 - Ta có: fct = 2,07MPa Mặt cắt chưa nứt Sv: Dương Mạnh Cường 111 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 Chương III: THIẾT KẾ MỐ VÀ CỌC 1.1 Thiết kế mố cầu 1.1.1.Các kích thước hình học mố -Mố ; mố kiểu chữ U BTCT có f’c= 40Mpa mố M1 M2 móng đặt cọc khoan nhơi đường kính 1m chiều dài cọc 10m Sv: Dương Mạnh Cường 112 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 Bảng Kích thước hình học theo phương ngang cầu STT Tên kích thước Kí hiệu Giá trị DV tính Bề dày tường cánh c1 0.50 m Chiều rộng bệ mố( phương ngang cầu) c2 8.40 m Bề rộng mố ( phương ngang cầu ) Bề rộng đá kê gối Số lượng đá kê gối c3 c4 ng 8.00 1.00 4.00 m m Chiếc STT Tên kích thước Ký Giá DV hiệu tính m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Chiều rộng bệ mố( dọc cầu) Bề rộng tường cánh( phần dưới) Bề dày tường thân Khoảng cách từ tyơng thân đến mép bệ Bề rộng tường cánh ( phần đuôi) Bề rộng tường cánh( toàn bộ) Khoảng cách từ tương đầu đến meps bệ Bề dày tường đầu Kích thước phần đỡ dẫn Khoản cách từ tim gối đến mép tường thân Kích thước đá kê gối theo phương dọc cầu Chiều rộng đất đắp trước mố Chiều dày bệ mố Kích thước tường cánh ) phương đứng ) Kích thước tường cánh ( phương đứng) Kích thước tường cánh ( phương đứng ) Chiều cao mố ( từ đáy đến đỉnh tường đầu) Chiều cao tương thân Chiều cao tường đầu Tổng chiều cao tường thân tường đầu Chiều cao đá kê gối a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 a11 a12 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 trị 5.500 2.500 1.500 1.500 2.500 5.000 1.000 0.500 0.300 0.580 0.850 0.750 2.000 1.930 2.000 1.500 5.500 3.260 2.240 5.500 0.150 22 Chiều cao từ đỉnh mẫu dỡ độ tới đỉnh gờ lan can b10 0.730 m b11 0.300 m 23 Kích thước mẫu đỡ độ 1.1.2 Đặc trưng vật liệu mố Bê tông : * Cường độ chịu nén qui định tuổi 28 ngày fc' = 40Mpa * Trọng lượng riêng bê tông γbt =25kN/m3 * Mô đun đàn hồi : EC = 0.043.γ c1.5 f 'C = Sv: Dương Mạnh Cường 113 29440.09Mpa Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 Cốt thép :* Giới hạn chảy fy = 420 Mpa * Mô đun đàn hồi : Es = 200000 Mpa Vật liệu đất đắp : * Trọng lượng riêng đất đắp γ = 18kN/m3 * Góc ma sát đất φ = 35 độ * Góc ma sát đất tường δ = 24 độ Sv: Dương Mạnh Cường 114 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích Đồ án thiết kế cầu Lớp 68DCCD31 1.2 Thiết kế cọc 1.2.1 Nhận xét đề xuất phương án cọc : 1.2.2 Nhận xét: + Điều kiện địa chất cơng trình phạm vi khảo sát nhìn chung khơng ổn định, có lớp đất - Lớp 1: Bùn sét – sét, lẫn vỏ sò vỏ hến, chảy - Lớp 2b: Sét pha, dẻo mềm – dẻo cứng - Lớp 6: Cát sạn – sạn sỏi, chặt vừa - Lớp 7: Sét,cứng 1.2.3 Đề xuất phương án: (1) Với đặc điểm địa chất cơng trình đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi cho cơng trình cầu lấy lớp đất số làm tầng tựa đầu cọc (2) Nên cọc ngập vào lớp đất số 4, để tận dụng khả chịu lực cọc C?c khoan nh?i D=1000, L=10 m Sv: Dương Mạnh Cường 4.42 4.42 2.42 2.42 Bê tơng lót 10MPa dày 10cm 115 Giảng viên : Nguyễn Thị Ngọc Bích ... - Kỹ thuật - Cấp hạng cơng trình cầu 1.5.1 Vị trí cầu, quy mơ, khổ cầu, tĩnh khơng thông thuyền - Qui mô xây dựng : Vĩnh cửu - Tần suất lũ thiết kế : P =1% - Tải trọng thiết kế : Hoạt tải HL-93... 3.1 0-3 MPa - Khẩu độ cầu : Lo = 103,4 m - Khổ cầu : K = + 2x1,5 m - Nhịp thông thuyền : 25 x 3,5 m 1.5.2 Tải trọng tiêu chuẩn thiết kế - Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 -. .. II: Cầu dầm thép liên hợp a) Ưu điểm: - Khả vượt nhịp lớn - Hình dáng kiến trúc đẹp - Sử dụng công nghệ thi cơng tiên tiến - Có thể mở rộng cầu cần thiết - Có thể sửa chữa dễ dàng có phận cầu