ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG: Đề Tài: THIẾT KẾ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG

LỜI CẢM ƠN ??? Sau 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, được sự giúp đỡ nhiệt tình của giảng viên hướng dẫn là Thầy TRẦN QUANG THIỆN, quý thầy cô trong tổ bộ môn và bạn bè… , cùng với việc vận dụng những kiến thức đã được học từ trước đến nay, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Trong quá trình làm đồ án, em nhận thấy các kiến thức thầy cô đã truyền đạt cho em là hết sức cần thiết và quý báu.Đó chính là hành trang cho em vững bước vào cuộc sống và chắp cánh cho em thực hiện những ước mơ của mình. Để vững chắc hơn trong bước đường kế tiếp của mình thì em cần phải khẳng định mình thông qua lần bảo vệ này. Chính vì thế em rất mong sự ủng hộ và giúp đỡ của quý thầy cô, các ban nghành , bạn bè… để cho đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện. Trong quá trình làm đề tài mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng do hạn chế về kiến thức của bản thân cũng như về mặt thời gian nên em không tránh khỏi những sai sót . Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo ân cần của thầy TRẦN QUANG THIỆN cùng toàn thể quý Thầy cô trong bộ môn và các bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ hưỡng dẫn em trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp. Về phần mình Em xin hứa sẽ phải hết sức cố gắng mang những kiến thức đã được học để vận dụng vào thực tế nhằm có thể góp phần công sức nhỏ bé của mình cho xã hội cũng như công cuộc xây dựng và đổi mới của ngành giao thông vận tải nước nhà. Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 05 năm 2008 Sinh viên TRẦN NGỌC HOÀNNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ??? .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2008 Giáo viên hướng dẫn TRẦN QUANG THIỆNNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ??? .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2008 Giáo viên đọc duyệtĐồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Trần Quang Thiện SVTH: Trần Ngọc Hoàn Trang 1 PHẦN 1 SO SÁNH – LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KE

KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG

Hệ đào tạo: Chính qui

Đề Tài:

THIẾT KẾ CẦU VÒM ỐNG THÉP

NHỒI BÊ TÔNG

GVHD : Th.S TRẦN QUANG THIỆN SVTH : TRẦN NGỌC HOÀN

Tp.HCM, tháng 05/2008

LỜI CẢM ƠN



Sau 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, được sự giúp đỡ nhiệt tình của giảng viên

hướng dẫn là Thầy TRẦN QUANG THIỆN, quý thầy cô trong tổ bộ môn và bạn

bè… , cùng với việc vận dụng những kiến thức đã được học từ trước đến nay, em đã

hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Trong quá trình làm đồ án, em nhận thấy các kiến thức thầy cô đã truyền đạt

cho em là hết sức cần thiết và quý báu.Đó chính là hành trang cho em vững bước

vào cuộc sống và chắp cánh cho em thực hiện những ước mơ của mình

Để vững chắc hơn trong bước đường kế tiếp của mình thì em cần phải khẳng

định mình thông qua lần bảo vệ này Chính vì thế em rất mong sự ủng hộ và giúp

đỡ của quý thầy cô, các ban nghành , bạn bè… để cho đồ án tốt nghiệp của em được

hoàn thiện Trong quá trình làm đề tài mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng do hạn

chế về kiến thức của bản thân cũng như về mặt thời gian nên em không tránh khỏi

những sai sót

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo ân cần của thầy

TRẦN QUANG THIỆN cùng toàn thể quý Thầy cô trong bộ môn và các bạn bè đã

nhiệt tình giúp đỡ hưỡng dẫn em trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Về phần mình Em xin hứa sẽ phải hết sức cố gắng mang những kiến thức đã

được học để vận dụng vào thực tế nhằm có thể góp phần công sức nhỏ bé của mình

cho xã hội cũng như công cuộc xây dựng và đổi mới của ngành giao thông vận tải

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2008

Giáo viên hướng dẫn

TRẦN QUANG THIỆN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT



Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2008

Giáo viên đọc duyệt

PHẦN 1

SO SÁNH – LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU ĐỒ ÁN THIẾT KẾ

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Công trình cầu thiết kế là cầu vượt sông, nằm trên tuyến Quốc lộ 22 thuộc

địa phận Quận Thủ Đức – TP Hồ Chí Minh Quốc lộ 22 là tuyến đường huyết

mạch không những của thành phố Hồ Chí Minh mà còn có vai trò kết nối giao

thông Bắc Nam Đây là công trình cầu lớn, nằm trên đường cửa ngõ của TP Hồ

Chí Minh, được xây dựng để chào mừng thành phố tròn 300 tuổi Chính vì lý do

trên, công trình không những yêu cầu đảm bảo khả năng chịu lực, có các chỉ tiêu

kinh tế – kỹ thuật hợp lý mà còn đòi hỏi phải ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật,

tính thẩm mỹ kiến trúc cao

1.2 QUI MÔ, TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

− Qui mô thiết kế : vĩnh cửu

− Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05

− Tần suất lũ thiết kế: 1%

− Cầu nằm trên đường: cấp III, đồng bằng

− Bề rộng xe chạy yêu cầu: 15.1m

− Cầu vượt sông cấp III:

Chiều cao thông thuyền : 7m Bề rộng thông thuyền : 50m

− Cầu nằm trong:

Vùng gió : II.A Vùng động đất : cấp 6 1.3 ĐIỀU KIỆN THỦY VĂN:

− Mực nước cao nhất : +8.02 m

− Mực nước thấp nhất : +0.54 m

− Mực nước thông thuyền : +5.42 m

− Vận tốc dòng chảy : 2.56 m/s

1.4 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT

Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ, màu xám đen, trạng thái rất mềm

Chiều dày lớp : h1 = 9.5 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

Trọng lượng thể tích : γw = 1.43 T/m3

Lực dính : c = 0.082 KG/cm2

Góc ma sát trong : ϕ = 2049’

Lớp 2 : đất sét màu nêu vàng, đốm xám xanh, trạng thái rắn

Chiều dày lớp : h2 = 11.5 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

Trọng lượng thể tích : γw = 1.98 T/m3

Lực dính : c = 0.36 KG/cm2

Góc ma sát trong : ϕ = 17 012’

Lớp 3 : đất sét pha cát, màu vàng nâu, trạng thái rắn

Chiều dày lớp : h3 = 5

Các chỉ tiêu cơ lý :

Lớp 4 : sét màu xám đen, trạng thái rất rắn

Chiều dày lớp : h4 = 23 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

Lớp 5 : cát trung lẫn bột, màu xám vàng, trạng thái rất chặt

Các chỉ tiêu cơ lý :

Trọng lượng thễ tích : γw = 1.989 T/m3

Lực dính : c = 0.053 KG/cm2

Góc ma sát trong : ϕ = 34014’

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN LOẠI HÌNH KẾT CẤU

Cơ để so sánh lựa chọn phương án thiết kế dựa trên các nguyên tắc sau:

− Kết cấu phải có tính thẩm mỹ cao, hài hòa với cảnh quan môi trường đô thị,

ứng dụng công nghệ mới, đạt được các chỉ tiêu kinh tế hợp lý

− Thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của tuyến và cầu về trắc dọc, trắc ngang,

tĩnh không

− Phù hợp với việc tổ chức giao thông trên quốc lộ 22

− Chiều cao tường chắn hợp lý, đảm bảo đường đầu cầu không đắp quá cao,

tốn chi phí cho việc sử lý nền đường

− Thuận tiện, đơn giản trong thi công và duy tu bảo dưỡng, rút ngắn thời gian

thi công

2.2 SO SÁNH LỰA CHỌN KẾT CẤU

Căn cứ theo khổ thông thuyền và khả năng vượt nhịp của các loại kết cấu nhịp,

em đưa ra hai phương án sau để so sánh, lựa chọn:

2.2.1 Phương án 1: Cầu dầm hộp BTCT DƯL đúc hẫng

Ưu điểm

− Sử dụng công nghệ đúc hẫng tiên tiến Đã được triển khai nhiều dự án cầu ở

nước ta Do đó độ ngũ kỹ sư, công nhân có nhiều kinh nghiệm trong việc thiết

kế và thi công Thiết bị thi công tương đối đầy đủ

− Kết cấu liên tục vượt được nhịp lớn, đường biên dưới của kết cấu nhịp có dạng

cong Parabo, phù hợp với biểu đồ bao nội lực của kết cấu Cho hình dáng kiến

trúc đẹp, đảm bảo tốt các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật

− Giảm đáng kể khối lượng ván khuôn, đag giáo, cơ giới hóa thi công, cho phép

triển khai nhiều mũi thi công, tăng năng suất lao động, không cản trở giao

thông đường thủy

− Kết cấu nặng, độ ổn đinh cao, xe chạy êm thuận Chi phí duy tu bảo dưỡng

thấp

− Tầm nhìn của người đi trên cầu thông thoáng

Nhược điểm:

− Chiều cao dầm cầu lớn, do đó cao độ mặt đường phần xe chạy lớn dẫn tới việc

phải kéo dài nhịp dẫn hoặc xử lý đường đắp đầu cầu tốn kém

− Kết cấu làm việc theo sơ đồ khung siêu tĩnh, do đó yêu cầu nền móng không

có biến dạng để tránh phát sinh nội lực trong hệ

2.2.2 Phương án 2 : cầu vòm kết cấu ống thép nhồi bê tông

Ưu điểm:

Kết cấu ống thép nhồi bê tông có một số điểm lợi thế vượt trội so với kết cấu

thép hoặc bê tông cốt thép và kết cấu bê tông cốt cứng Sự làm việc đồng thời và

ứng suất phân bố theo các hướng trong mặt cắt đạt tới mức tối ưu Vỏ thép bên

ngoài chịu kéo và chịu uốn tốt, đồng thời độ cứng của kết cấu ống thép nhồi bê

tông cũng tăng do mô đun đàn hồi của vỏ thép lớn hơn bê tông nhiều, cường độ

chịu nén của bê tông cũng tăng đáng kể do có hiệu ứng bó chống nở hông của ống

thép, bê tông bên trong làm giảm khả năng mất ổn định cục bộ vỏ thép Hiệu ứng

bó bê tông của tiết diện hình tròn lớn hơn rất nhiều so với vỏ thép dạng hộp chữ

nhật chính vì vậy hình dạng tròn thông thường hay được áp dụng nhiều hơn

Ống thép nhồi bê tông được tính toán và thiết kế như là một kết cấu liên hợp

gồm ống thép và lõi bê tông cùng làm việc Khi chịu cùng ứng suất như nhau thì

vật liệu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chính như sau:

− Có cường độ chịu lực cao với kích thước nhỏ và kinh tế

− Đơn giản trong liên kết với các kết cấu khác

− Khả năng chịu biến dạng dẻo và đảm bảo đặc tính dẻo của kết cấu

− Giảm mất ổn định cục bộ thường xẩy ra ở các kết cấu thép

− Thuận lợi trong thi công chế tạo và lắp đặt

− Kết cấu thép có thể đựợc nghiên cứu tăng vào các vị trí cần thiết

− Bê tông trong ống chịu nén cao hơn do có ống thép bên ngoài

− Thường thiết kế chống cháy cho bê tông không cần đề cập tới do nằm

trong thép

− Không cần ván khuôn, đà giáo trong thi công

− Thông thường kết cấu thép nhồi bê tông có độ giảm chấn cao hơn so với

kêt cấu thép do đó tốt hơn trong các công trình ở vùng động đất

Với những ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông, việc áp dụng kết cấu này

cho cầu vòm khẩu độ lớn sẽ đáp ứng được các vấn đề sau:

− Phù hợp với đặc điểm chị nén của kết cấu vòm

− Phù hợp với yêu cầu về dộ cứng cao của kết cấu

− Việc sử dụng chính vỏ thép làm ván khuôn kết cấu trong thi công kết cấu nhịp

kết hợp với biện pháp lắp ráp dần từng đốt vỏ thép làm cho biện pháp thi

công trở thành một trong những yếu tố quyết định khả năng vượt nhịp của kết

cấu vòm

− Kiểu dáng của loại cầu này rất thanh mảnh, nhẹ nhàng so với các loại cầu

vòm (thép, bê tông cốt thép, …) có khả năng vượt nhịp tương đương khác Nó

góp phần làm đa dạng hoá các loại hình kết cấu cầu khẩu độ nhịp lớn và nâng

cao hiệu quả kiến trúc công trình

− Kết cấu cầu vòm có thanh kéo không truyền lực đẩy ngang vào mố, trụ nên

việc thiết kế mố trụ không phức tạp Toàn bộ lực đẩy ngang sinh ra trong sườn

vòm được cân bằng nhờ thanh cáp kéo đặt tự do trên mặt phẳng dầm dọc và

dầm ngang

− Chiều cao dầm thấp, giảm cao độ mặt cầu

Nhược điểm:

Việc tính toán và thi công kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông ở nước còn khá

mới lạ Kinh nghiệm thi công không có nhiều

2.2.3 Lựa chọn phương án

Qua phân tích ưu điểm và nhược điểm của 2 phương án kết cấu đưa ra, em quyết

định lựa chọn phương án cầu vòm kết cấu ống thép nhồi bê tông làm phương án

thiết kế vì những lý do sau:

Đây là kết cấu mới tại Việt Nam, phù hợp với yêu cầu đưa ra khi lựa chọn phương

án – TP Hồ Chí Minh luôn là thành phố đi đầu trong việc áp dụng tiến bộ khoa

học kỹ thuật

Khi đưa vào sử dụng, công trình sẽ góp phần tăng vẻ đẹp cảnh quan xung quanh,

nhất là với một công trình nằm ở khu vực cửa ngõ của thành phố

PHẦN 2

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN

CHƯƠNG 1 LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ

1.1 LỰA CHỌN VỀ SƠ ĐỒ KẾT CẤU

1.1.1 Sơ đồ bố trí nhịp

Cầu vòm nói chung và cầu vòm ống thép nhồi bê tông được phân loại dựa

trên nhiều chỉ tiêu khác nhau Và mỗi loại có đặc trưng về cấu tạo, khả năng chịu

lực cũng như thích hợp cho từng vị trí xây dựng cầu khác nhau Qua nghiên cứu,

Em đã lựa chọn phương án thiết kế trong đồ án là loại cầu vòm ống thép nhồi bê

tông có những đặc điểm như sau:

Vị trí làn xe chạy: Làn xe chạy dưới

Liên kế vòm với trụ: Vòm hai chốt

Độ cứng vòm – dầm: Vòm cứng dầm mềm

Sơ đồ tĩnh học: Cầu vòm có sử dụng thanh căng

Kiểu dáng mặt phẳng vòm: Hai mặt phẳng vòm song song, thẳng đứng

và liên kết giằng bởi hệ giằng ngang trên

Sơ đồ kết cấu nhip: 3x33 + 104 + 3x33 m

1.1.2 Phương trình đường tim vòm

Việc lựa chọn phương trình đường tim vòm có ý nghĩa rất lớn trong khai

thác, thông thường các công trình cầu vòm thường chọn đường cong tim vòm là

đường cong parabol bậc 2, bậc 4 hoặc đường cong dạng dây xích Các đường cong

này có đường cong áp lực khá trùng với đường cong tim vòm

Nhịp chính vòm ống thép nhồi bê tông trong đồ án sử dụng công thức

parabol bậc 2 với phương trình đường tim vòm như sau:

f – đường tên vòm

L – chiều dài nhịp, ta chọn tỉ lệ f/L = 1/5 1.2 TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT ÁP DỤNG

Qui trình thiết kế áp dụng

Hiện nay chưa có qui trình thiết kế riêng cho cầu vòm ống thép nhồi bê tông

cốt thép Về nguyên tắc ta không được áp dụng các tiêu chuẩn khác (vì tải trọng

và cách xếp xe khác nhau), tuy nhiên để làm cho biết nên trong phạm vi đồ án này

Em đã tham khảo tiêu chuẩn CECS 28 – 90, DL 5099 – 97, JTJ 027 – 96 (Trung

Quốc) để kiểm toán phần vòm ống thép nhồi bê tông

Về cơ bản, các bộ phận còn lại của kết cấu vẫn tính toán theo qui trình thiết

kế 22TCN 272 – 05 đã được Bộ giao thông vận tải ban hành áp dụng

Tải trọng

Hoạt tải thiết kế: HL93

Hệ số xung kích: µ = 1.25

1.3 CÁC CẤU TẠO CHỦ YẾU

1.3.1 Mặt cắt ngang vành vòm

Có nhiều chủng loại mặt cắt ngang vành vòm như hình chữ nhật, hình

vuông, hình tròn, … Mỗi vành vòm có thể tổ hợp từ hai, ba, bốn hay nhiều hơn các

ống thép nhồi bê tông Do khẩu độ hịp chính trong đồ án không quá lớn (104m),

bởi vậy để đơn giản trong thi công chế tạo và lắp đặt, mặt cắt ngang vành vòm

được lựa chọn có dạng số 8, hai ống thép có đường kính D = 1m liên kết với nhau

qua bản thép

Chiều cao vành vòm H = 2.5m, vậy mặt cắt có tỷ lệ:

L 104 41.6= =

1.3.2 Chiều dày ống thép

Thép kết cấu dùng cho dự án phù hợp với tiêu chuẩn AASHTO M270M

Grade 345W có giới hạn chảy fy = 345 MPa

Theo một số tài liệu của Trung Quốc, chiều dày vành vòm ống thép có thể

lấy t = 8 ∼ 16mm Ta chọn chiều dày vành vòm t = 16mm chung cho cả thanh

giằng ngang và vòm biên

1.3.3 Hệ thanh giằng ngang

Vòm thép nhồi bêtông có khả năng chịu nén cao, do đó tính toán ổn định

trong và ngoài mặt phẳng vòm rất cần thiết và bắt buộc nhất là vành vòm thép

nhồi bê tông có độ mảnh lớn Mặt cắt ngang vành vòm có hình số 8, độ cứng trong

mặt phẳng vòm lớn hơn nhiều so với độ cứng ngoài mặt phẳng vòm Để tăng

cường độ cứng này có thể dùng các thanh giằng ngang nhằm làm giảm chiều dài tự

do của vành vòm Cấu tạo của giằng ngang là ống thép tròn nhồi bêtông

Dạng giằng ngang có 2 loại chữ “I” và chữ “K” Dạng chữ I được bố trí ở vị

trí cao hơn Dạng chữ “K” đươc bố trí ở phí dưới Số lượng giằng ngang chữ “I” là

4, chữ “K” là 2 Khoảng cách giữa các giằng ngang là 10m

1.3.4 Sơ đồ cáp treo

Cáp treo là những bó cáp D.Ư.L, đầu trên được neo vào sườn vòm thông qua

lỗ neo và đầu dưới neo vào dầm ngang Dầm dọc bản mặt cầu và hệ thống dầm

ngang liên kết với vòm chủ yếu qua hệ thống cáp treo, bởi vậy cáp treo phải được

bố trí nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong thi công và khai thác Bước cáp treo

được lựa chọn căn cứ vào kích thước dầm vành vòm để bố trí đầu neo, khả năng

cẩu lắp dầm ngang và bản mặt cầu

Cấu tạo thanh treo gồm 60Φ7 hợp thành Cáp thanh treo giữa có khoảng

cách 5m, riêng hai khoang ngoài cùng có khoảng cách 7m

1.3.5 Dầm ngang

Dầm ngang là loại dầm đúc sẵn bằng BTCT DƯL căng sau Hệ dầm ngang

gồm những dầm ngang giữa và 2 dầm ngang ngoài cùng Dầm ngang giữa sử dụng

loại dầm dầm có phần bụng đặc hình chữ nhật, hai bên hông có phần consol rộng

300mm để đỡ dầm dọc biên và dầm T bản mặt cầu Dầm ngang ngoài (dầm ngang

tại chân vòm) có tiết diện hình chữ nhật đúc tại chỗ

1.3.6 Dầm dọc chính

Dầm dọc bằng BTCT thường đúc sẵn có tiết diện hình hộp rỗng Dầm dọc

được nối vào 2 đầu lên dầm ngang Dầm dọc ngoài chức năng phân bố tải trọng

còn phải định vị cho các dầm ngang trong quá trình chịu tải

1.3.7 Chân vòm

Chân vòm là nơi bố trí đầu neo các thanh buộc và cũng là nới bố trí các gối

cầu để truyền tải trọng xuống mố trụ cầu Chân vòm được liên kết với dầm ngang

tại vị trí chân vòm Chân vòm được cấu tạo từ các bản thép dày 12 ∼ 16mm, bên

trong lấp đầy bê tông

1.3.8 Hệ thanh giằng cáp chân vòm

Các bó cáp nối liền 2 chân vòm để chịu lực đẩy ngang của vòm Cáp được

bố trí 2 bên mặt cầu song song với trục dọc cầu Hệ cáp giằng ngang nằm tự do

trên mặt dầm ngang và dầm dọc biên, sau khi căng cáp xử lý nội lực xong sẽ đậy

kín bằng hộp bê tông để bảo vệ dây cáp tránh chịu ảnh hưởng của môi trường

Cáp thanh giằng gồm 8 bó, mỗi bó gồm 20 tao Φ15.2 mm

1.4 MẶT CẮT NGANG CÁC CẤU KIỆN

1.4.1 Vành vòm (Arch Rib – SG)

Hình 1.1 Mặt cắt ngang vành vòm

1.4.2 Thanh giằng chống gió (Transverse brace – FC)

Hình 1.2 Mặt cắt ngang thanh giằng ngang

1.4.3 Thanh treo 60 ΦΦΦ7

− Môđun đàn hồi: Ep = 197,000 MPa

− Diện tích mặt cắt: Aps = 2,309.07 mm2

1.4.4 Thanh giằng 8 bó 20 tao 15.2

− Môđun đàn hồi: Ep = 197,000 MPa

− Diện tích mặt cắt: Aps = 22,400 mm2

Hình 1.3 Mặt cắt ngang dầm dọc

1.4.6 Dầm bản mặt cầu

Dầm T giữa nhịp (T–Girder Type 1 – TL1)

Diện tích mặt cắt

Dầm T đầu nhịp (T–Girder Type 1 – TL2)

Diện tích mặt cắt

A = 237,500mm2

Mômen quán tính

Ixx = 3.15167e+009 mm4

Iyy = 9.45215e+009 mm4

Hình 1.5 Mặt cắt ngang dầm dọc T đầu nhịp

Dầm bản mặt cầu biên giữa nhịp (Beam – DL1)

Diện tích mặt cắt

A = 145,000 mm2

Mômen quan tính

Ixx = 1.35679e+009 mm4

Iyy = 2.42318e+009 mm4

Hình 1.6 Dầm BMC biên giữa nhịp (DL1)

Dầm bản mặt cầu biên đầu nhịp (Beam – DL2)

Diện tích mặt cắt

Mặt cắt đầu dầm

Diện tích mặt cắt

A = 1,636,000 mm2

Mômen quán tính

Ixx = 2.40223e+011 mm4

Iyy = 2.05903e+011 mm4

Hình 1.8 Mặt cắt đầu dầm dầm ngang giữa nhịp

Mặt cắt giữa dầm

Diện tích mặt cắt

A = 1.231e+006 mm2

Mômen quán tính

Ixx = 1.8840e+011 mm4

Iyy = 9.52658e+010 mm4

Hình 1.9 Mặt cắt giữa dầm dầm ngang giữa nhịp

Dầm ngang đầu nhịp (Transbeam Type 2 – HL2)

Hình 1.10 Mặt cắt ngang dầm đầu nhip

Diện tích mặt căt

A = 2,676,987.5 mm2 Mômen quán tính

Ixx = 4.14387e+011 mm4

Iyy = 9.32323e+011 mm4

1.4.8 Mặt cắt ngang cầu

Hình 1.11 Mặt cắt ngang cầu 1.5 CÁC ĐẶC TRƯNG VỀ VẬT LIỆU

Thép kết cấu

Thép kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709M Grade 345W, hoặc tương

đương có các đặc trưng như sau :

- Hệ số giãn nở nhiệt 11.7x10-6 mm / mm / oC

Bê tông

Cường độ chịu nén trụ tròn 28 ngày tuổi đối với :

- Bêtông nhồi vành vòm f’c = 50 MPa

- Bêtông DN, dầm dọc, dầm BMC f’c = 40 MPa

- Bêtông lan can, hộp che cáp f’c = 30 MPa

Cáp treo và cáp giằng chân vòm

Cáp treo phù hợp tiêu chuẩn ASTM A416 – 85 cấp 250 có các đặc trưng sau:

- Cường độ chịu kéo qui định fpu = 1725 MPa

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

BÊ TÔNG ASPHALT 70mm LỚP PHÒNG NƯỚC 20mm BẢN MẶT CẦU BTCT 100mm DẦM DỌC T 330mm DẦM NGANG 2%

Cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A416 – 85 cấp 270 có đặc trưng:

- Cường độ chịu kéo qui định fpu = 1860 MPa

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

1.6 HỆ THỐNG CHỐNG GỈ

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gío mùa, môi trường khắc nghiệt,

nóng và ẩm, bởi vậy hệ thống chống gỉ cho kết cấu cần phải quan tâm hàng đầu

Chống gỉ cho thép kết cấu

Kết cấu chịu lực chính của cầu là kết cấu thép, cáp cường độ cao Biện pháp

chống gỉ cho thép kết cấu được đề xuất như sau:

Các bề mặt của thép vành vòm sau khi xử lý được bảo vệ bằng hệ thống sơn

3 lớp có tổng chiều dày 200 µm:

- Lớp sơn trong dùng loại sơn Epoxy tổng hợp giàu kẽm (Epoxy Organic

Zinc Rich – EZP) dày 100 µm

- Lớp sơn giữa dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 µm

- Lớp sơn trang trí dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 µm

Yêu cầu về sơn lớp ngoài cùng có tuổi thọ tối thiểu 25 đến 30 năm và sau đó phải

sơn lại với chu kỳ 8 năm một lần

Chống gỉ cho cáp treo và cáp giằng

Hệ thống chống gỉ cho các bó cáp treo được thực hiện tại công xưởng khi

chế tạo cáp và neo bao gồm mạ kẽm các sợi thép cường độ cao φ7 mm sau đó các

sợi cáp này được quấn chặt và tạo thành bó cáp được bọc trong hai lớp nhựa HDPE

bảo vệ, ngoài ra từ mặt cầu lên cao 2.5m được bảo vệ các tác động cơ học khác có

thể làm hỏng bó cáp treo

Hệ thống bảo vệ chống gỉ cáp giằng chân vòm : các tao cáp gồm 7 sợi

đường kính danh định 15.2mm được duỗi ra và phun bọc một lớp keo Epoxy sau đó

đựơc bọc một lớp nhựa HDPE chế tạo theo phương pháp ép đùn Các tao cáp này

sẽ tạo thành các bó cáp và tất cả được đặt trong ống HDPE bảo vệ Về nguyên tắc

có cấu tạo như cáp dự ứng lực ngoài

CHƯƠNG 2 KIỂM TOÁN LAN CAN

2.1 CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CỦA LAN CAN

Lan can ôtô lựa chọn thuộc loại lan can tường bê tông và thanh kim loại kết

hợp Có hình dáng, kích thước cụ thể như hình vẽ sau:

Hình 2.1 Kích thước và bố trí cốt thép lan can Các thông số thiết kế của lan can như sau:

+ Kích thước lan can:

− Chiều cao tường bê tông: HW = 800 mm

− Chiều cao thanh lan can: HR = 1040 mm

− Thanh lan can có:

Đường kính ngoài: Φn= 100 mm Đường kính trong: Φt= 92 mm

− Khoảng cách giữa các trụ lan can: L = 2000 mm

+ Thông số vật liệu:

− Tường bê tông sử dụng vật liệu:

Thép loại AII, có: fy = 280 MPa Bê tông cấp 30, có: f’c = 30 MPa

− Thép thanh lan can laọi M270 cấp 345 (Theo AASHTO):

Cường độ kéo min: Fu = 450 MPa Cường độ chảy min: Fy = 345 MPa 2.2 LỰC TÁC DỤNG VÀ ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN

2.2.1 Lực tác dụng vào lan can

Lan can thiết kế là loại lan can ô tô tường bê tông và thanh kim loại kết

hợp Vị trị của cầu được xây dựng tại vùng cửa ngõ của Thành phố, nằm trên tuyến

đường cao tốc có cả xe tải và xe nặng Vậy lan can thiết kế thuộc cấp III, có:

Theo phương đứng hướng xuống:

Phân bố trên chiều dài: Lv = 5,500.00 mm

Theo phương ngang:

Theo phương dọc cầu:

Trên chiều dài: LL = Lt =1,070.00 mm

Trong thiết kế cầu thông thường lực FV và FL không gây nguy hiểm cho lan

can, chỉ xét tải trọng Ft phân bố trên chiều dài Lt

2.2.2 Điều kiện kiểm toán

Lan can phải được thiết kế để:

≥

≥

t e

R F

Y HTrong đó:

R

Trong đó:

Ri - sức kháng của thanh lan can (N);

Yi - khoảng cách từ mặt cầu tới thanh lan can thứ I (mm);

He - chiều cao từ mặt cầu đến điểm đặt của lực tác dụng ngang Ft (mm);

Y - chiều cao từ mặt cầu đến tổng hợp các sức kháng ngang của các thanh

lan can (mm);

2.3 XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG CỦA TƯỜNG BÊ TÔNG

2.3.1 Sức kháng của dầm đỉnh Mb

Theo cách bố trí của lan can như trên, không có dầm đỉnh nên: Mb = 0

2.3.2 Sức kháng của tường đỉnh đối với trục thẳng đứng MwH

Sức kháng uốn đối với trục thẳng đứng phụ thuộc vào cốt thép ngang trong

tường Cả sức kháng mômen dương va mômen âm đều phải xác định vì cơ cấu

đường chảy xuất hiện theo cả hai loại

Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén Chia tường bê tông thành 3 đoạn

với ranh giới tại các vị trí tiết diện thay đổi

Hình 2.2 Phân chia tiết diện ngang tương bê tông lan can

1

2 3

2.3.2.1. Tườngbê tông phần 1 (MWH)1

Tường bê tông phần 1 có tiết diện: b x h = 370 x 250 mm

Hình 2.3 Bố trí cốt thép trong tường bê tông phần 1

Do cốt thép bố trí đối xứng nên sức kháng uốn dương và âm của đoạn 1 bằng

nhau Và được tính như sau:

Cốt thép vùng chịu kéo có 3 thanh Φ12:

2 s

S y c

2.3.2.2. Tường bê tông phần 2 (MWH)2

Tường bê tông phần 2 có tiết diện thay đổi, để đơn giản trong tính toán ta sẽ

qui đổi từ diện tích hình thang về hình chữ nhật có chiều dày không đổi

Chiều cao trung bình của tiết diện:

td tb

Tính toán tương tự như phần 1, với sức kháng uốn dương và âm bằng nhau Ta

có kết quả cho trong Bảng 2.1 sau

2.3.2.3. Tường bê tông phần 3 (MWH)3

Đối với tường bê tông phần 3, sức kháng uốn âm và dương là khác nhau Coi

mômen là dương nếu làm căng thớ mặt ngoài tường bê tông (mặt thẳng)

Hình 2.5 Tiết diện xác định sức kháng uốn tường bê tông phần 3

Tường bê tông phần 3 có tiết diện: b x h = 180 x 450 mm

Xác định sức kháng mômen dương và âm tương tự như phần 1 Kết quả cho trong

a (mm)

MWH (N.mm)

2.3.3 Sức kháng uốn của tường đối với trục nằm ngang MC

- Sức kháng đối với trục ngang phụ thuộc vào cốt thép đứng trong

tường Đường chảy cắt qua cốt thép đứng chỉ gây ứng suất kéo ở mặt nghiêng của

tường, vì vậy chỉ cần tính sức chịu mômen âm

Theo phương dọc cầu, cốt đai sử dụng loại Φ14, có khoảng cách a200, chiều

dày lớp bê tông bảo vệ 30mm Như vậy trên một đơn vị chiều dài theo phương dọc

cầu, diện tích cốt thép:

2 s

2.3.3.1. Tường bê tông phần 1 (MC1)

Sơ đồ tính:

Hình 2.6 Tiết diện xác định sức kháng uốn MC phần 1

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới mép thớ chịu nén:

s

d = −h 30 0.5− Φ =250 30 0.5 14 213 mm− − × =Chiều cao vùng nén qui đổi:

S y c

Kích thước tiết diện: b x h = 1 x 350 mm

Tính toán tương tự như đối với tường bê tông phần 1 Kết quả được thể hiện

trong Bảng 2.2 như sau

2.3.3.3. Tường bê tông phần 3 (MC3)

Kích thước tiết diện: b x h = 1 x 450 mm

Tính toán tương tự như đối với tường bê tông phần 1 Kết quả được thể hiện

trong Bảng 2.2 như sau

Vậy sức kháng uốn trung bình của tường bê tông đối với trục nằm ngang:

800 55,283.85 N.mm/mm

Bảng 2.2 Tổng hợp sức kháng của tường bê tông đối với trục nằm ngang

AS (mm2)

Chiều cao có hiệu

ds (mm)

Chiều cao vùng nén qui đổi

a (mm)

MC(N.mm/mm)

2.3.4 Sức kháng của tường bê tông RW và chiều dài đường chảy LC

2.3.4.1. Trường hợp va xe tại giữa tường

Chiều dài xuất hiện cơ cấu chảy:

Mb – sức kháng uốn của dầm tại đỉnh tường, Mb = 0

MwH – sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng đứng

MWH = 62,429,428.44 N.mm

Mc – sức kháng của tường đối với trục ngang

H – chiều cao tường, H = 800 mm

Lt – chiều dài phân bố dọc của lực va chạm Ft , Lt =1070 mm

Suy ra:

2 c

2.3.4.2. Trường hợp va xe đầu tường

Chiều dài xuất hiện cơ cấu chảy:

Sơ đồ tính sức kháng thanh lan can:

Hình 2.7 Cấu tạo ống thép lan can

− Đường kính ngoài của thanh lan can: D = 100 mm

− Đường kính trong của thanh lan can: d = 92 mm

− Bề dày của thép làm thanh can can: δ = 4 mm

− Thép thanh lan can loại M270 cấp 345 (Theo AASHTO):

+ Cường độ kéo min: Fu = 450 MPa

+ Cường độ chảy min: Fy = 345 MPa Mômen kháng uốn của thanh lan can:

2.5 XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG CỦA CỘT VÀ BU LÔNG NEO

2.5.1 Sức kháng của cột lan can

Kích thước của cột lan can tại mặt cắt ngàm trên đỉnh tường như sau:

Hình 2.8 Kích thước cột lan can tại chân cột Sức kháng uốn của cột trên đỉnh tường:

C

P C

MPH

Tính mômen quán tính của tiết diện chân cột:

3 C

Thay vào biểu thức trên, ta có:

C

P C

2.5.2 Sức kháng của bu lông neo

Sơ đồ bố trí Bu lông như sau:

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí Bu lông liên kết cột lan can với tường bê tông

Mômen quán tính của bu lông neo tại chân cột lan can:

b b

2.5.3 Sức kháng tổng cộng của cột trên đỉnh tường PP

Sức kháng tổng cộng của cột trên đỉnh tường PP bao gồm sức kháng của bu

lông neo và cột lan can

2.6 KIỂM TOÁN CÁC TRƯỜNG HỢP VA XE

2.6.1 Trường hợp va xe tại giữa tường

2.6.1.1. Va xe tại vị trí giữa nhịp thanh lan can kim loại

Theo bố trí nhip thanh lan can là L = 2000 mm Trong khi đó chiều dài xuất

hiện cơ cấu chảy ứng với trường hợp va xe tại giữa tường là LC = 3276 mm Như

vậy có N = 3 nhịp và 2 cột tham gia chịu lực

Sức kháng của thanh lan can và cột lan can:

2 3 2000 1070 588,578.22N

R R= +R =588,578.22 452,783.84 1,041,362.06 N+ =Đặt tại cao độ:

R H R H 588,578.22 1040 452,783.84 800Y

1,041,362.06R

935.65 mm

=Trong đó:

HR – chiều cao thanh lan can, HR = 1040 mm

HW – chiều cao của tường bê tông, HW = 800 mm Kiểm toán:

t e

2.6.1.2. Va xe tại vị trí cột lan can

Nhip thanh lan can là L = 2000 mm Trong khi đó LC = 3276 mm Như vậy

có N = 2 nhịp và 1 cột tham gia chịu lực

Vì dạng phá hoại gồm số lượng nhịp lan can N chẵn nên sức kháng kết hợp

của thanh lan can và cột được xác định như sau:

Chiết giảm khả năng chịu lực của tường bê tông:

R H R H 475, 241.96 1040 57, 422.79 800Y

417,819.18R

t e

2.6.2 Trường hợp va xe tại đầu tường

Chiều dài xuất hiện cơ cấu chảy LC = 1625.7 mm < L = 2000 m Nên Chỉ có

một nhịp tham gia chịu lực (N=1)

Sức kháng của thanh và cột lan can:

2 1 2000 1070 542,347.53 N

Vì số nhịp là lẻ nên không xét tới sự chiết giảm khả năng chịu lực của tường

bê tông Sức kháng của cả lan can là:

2.6.3 Chứng minh công thức (1) trong mục 2.6.2

Công thức (1) chỉ sử dụng đối với lan can dạng cột và thanh kết hợp xe va tại

vị trí đầu tường

Gọi: Khoảng cách giữa các cột là L

Số cột tham gia chịu lực là N

Sơ đồ tính như sau:

Hình 2.10 Sơ đồ phá hoại của tường lan can

Hình 2.11 Sơ đồ phá hoại của cột lan can

− Ta có công của ngoại lực:

t t

LNL2

− Công của nội lực:

+ Công của thanh lan can

β =Mà ta có:

=Áp dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng ta có :

t R

2.7 KIỂM TRA CHỐNG TRƯỢT CỦA LAN CAN

Lực cắt do va xe truyền xuống ứng với lan can cấp L3:

CT t

q =V × γ Diện tích mặt cắt ngang phần bê tông:

+ qong – trọng lượng phần ống cốt thép

Diện tích mặt cắt ngang thanh lan can:

Thể tích một cột thép có thể tính tương đối như sau:

5

P =V × γ =782,880.00 7.70 10× × − =60.29 NTrọng lượng riêng của bulông (gồm 4 bulông):

2

5 bl

c – hệ số dính kết

c = 0.52 đối với bê tông đổ phủ lên bê tông sạch đã kô cứng, không có vữa xi măng và không được tạo nhám

µ – hệ số ma sát, µ = 0.6 λ đối với bê tông thông thường

Vn =0.52 450 0.6 0.77 280 6.54⋅ + ( × + )=367.28 N / mm

Tính:

c cv0.2 f⋅ ′⋅A =0.2 25 450× × =2250 N / mm 5.5 A× cv =5.5 450× =2475 N / mm

Như vậy:

Vn = 367.28 N/mm >Vct =89.89 N/mm Kết luận: Lan can đủ khả năng chống trượt

CHƯƠNG 3 KIỂM TOÁN DẦM BẢN MẶT CẦU

3.1 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TÁC DỤNG DẦM BMC

3.1.1 Xác định các loại tải trọng tác dụng

3.1.1.1. Tĩnh tải tác dụng

Trọng lượng bản thân dầm bản mặt cầu:

− Dầm bản mặt cầu T giữa nhịp (TL1):

Ta tính gần đúng bằng cách coi trọng lượng lan can, gờ chắn bánh chỉ tác dụng

xuống dầm bản mặt cầu biên

Trọng lượng lớp phòng nước, lớp phủ:

− Lớp phủ Bê tông Asphalt dày 70mm:

Tải trọng này tác dụng xuống từng dầm bản mặt cầu theo đúng chiều rộng của

từng bản mặt cầu và mối nối (thiên về an toàn, ta xem DC2 thuộc tải trọng DW)

Trọng lượng bản thân mối nối:

− Dầm bản mặt cầu T giữa nhịp (TL1):

biên và dầm giữa T đều do dầm biên chịu

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp tĩnh tải tác dụng Tải trọng Dầm TL1

N/mm

Dầm TL2 N/mm

Dầm DL1 N/mm

Dầm DL2 N/mm

3.1.1.2. Hoạt tải tác dụng

Hoạt tải thiết kế HL93 gồm:

− Tổ hợp 1: xe 2 trục + tải trọng làn; hoặc

− Tổ hợp 2: xe 3 trục + tải trọng làn

Ta xét tại 3 mặt cắt:

− Mặt cắt tại gối

− Mặt cắt cách gối 1/4 nhịp

− Mặt cắt tại giữa nhịp

3.1.2 Tính hệ số phân bố ngang

Nhận xét:

+ Aùp dụng phương pháp đòn bẩy để tính hệ số phân bố ngang cho các mặt cắt tại

gối vì tại gối độ cứng của dầm dọc bản mặt cầu rất lớn