Đồ án thiết kế cầu dầm chữ i giản đơn BTCT ứng suất trước 5 nhịp 28m

Thuyết Minh Đồ Án TK cầu BTCT Vĩnh GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng PHẦN THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG MỞ ĐẦU: ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN VƯỢT SÔNG M.1 Đặc ểm khu vực xây dựng cầu: M.1.1 Đị a hì nh: Khu vực ven sơng phẳng, mặt cắt ngang sông gần đối xứng M.1.2 Đị a chất: Số liệu khảo s át địa c hất lòng sơng cho t hấy có lớp đất : + lớp 1: Đất bùn + lớp 2: Đất sét pha + lớp 3: Đất cát pha M.1.3 Thuỷ văn: Số liệu khảo sát thuỷ văn c ho thấy: + Mực nước c ao nhất: + 30,00 m + Mực nước t hông t huyền: + 23,50 m + Mực nước t hấp nhất: + 22,00m M.1.4 Đi ều ki ện cung c ấp vật l iệu, nhân công: Nguồn nhân công l ao động đ ầy đủ, l ành nghề, đảm bảo thi công tiến độ công việc Các vật liệu địa phương( đá, cát ) t ận dụng q trình t hi cơng M.2 Các c hỉ ti kỹ thuật: - Cầu vượt sông cấp VI - Khẩu độ cầu: Lo = 132 m - Khổ c ầu: 8,0 + 2×1,25 (m) - Tải trọng t hiết kế: HL93 + tải trọng đoàn người: 3,3 kN/m M.3 Đề xuất phương án vượt sông: M.3.1 Giải pháp chung kết cấu: M.3.1.1 Kết c ấu nhị p: M.3.1.2 Mố: Chiều cao đ ất đắp s au mố tươ ng đối nhỏ < m, ta chọn mố c hữ U c ải Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh tiến M.3.1.3 Tr ụ: Chiều cao trụ không lớn l ắm, t a dùng trụ đặc thân hẹp, khô ng gi ật bậc M.3.1.4 Mó ng: Điều kiện địa chất lịng sơng xấu nên đề xuất dùng móng cọc đóng ma sát đài cao M.3.2 Đề xuất phương án vượt sô ng: M.3.2.1 Phương án 1: Cầu dầm đơn gi ản BTCT thường (7 nhịp 20 m) Khẩu độ tính tốn: Ltto = × 20 − ×1 − × 1, = 128, m Khẩu độ tính tốn Loyc = 132 m Kiểm tra điều kiệ n: Ltto − Loyc tt o yc o max( L , L ) = 128, − 132 132 = 0, 027 = 2, 7% ≤ 5% → Đạt M.3.2.2 Phương án 2: Cầu dầm đơn gi ản BTCT ƯST căng trước (5 nhịp 28m) Khẩu độ tính tốn: Ltto = × 28 − ×1 − ×1, = 131, m Khẩu độ tính tốn: Loyc = 132 m Kiểm tra điều kiệ n: Ltto − Loyc tt o yc o max( L , L ) = 131.6 − 132 132 = 0, 003 = 0,3% ≤ 5% → Đạt Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh CHƯƠNG I CẦU DẦM GIẢN ĐƠN BÊTÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC (5 Nhịp 28 m) 1.1.NHỊP 28m : MÀÛ T CÀÕ T NGANGNHËP CÁÖ U MÀÛ T CÀÕ T NGANGGÄÚ I CÁÖ U 1100/2 Vả chsånphánln b=250mm 800/2 13 140 18 60 800/2 25 125 20 16 120 75 10 15 2% 70 2% 13 22 50 25 50 R31 125 1100/2 Låïpbãtängnhỉû ady7cm Låïpphngnỉåïc dy1cm Låïp âãû mdy4 cm Låïp bo vãû3cm 121 60 50 60 Hình 1.1.1: Mặt cắt ngang mặt cầu Chiều rộng phần xe chạy (m) Chiều rộng phần người 2x1,25 (m) Bố trí lề người mức với mặt đường xe chạy ta dùng vạch sơn rộng 25cm Chiều rộng cột lan can : 50 cm Chiều rộng mặt cầu xác định : Bmc = + 2x1,25 + 2x0,25 + 2x0,5 = 12 (m) 1.1.1 Bản mặt cầu a Số liệu chọn: Theo 22 TCN272-05 chiều dày tối thiểu mặt cầu không nhỏ 175 mm Ở ta chọn 200 mm (c hiều dày lớp c hịu lực) Chiều dày c ác lớp lại chọn sau: + lớp đệm có tác dụng tạo phẳng độ dốc ngang cầu 2% dày trung bình 40 mm + lớp phịng nước có bề dày 10 mm + lớp bảo vệ có bề dày 30 mm + lớp bêtông nhựa dày 70 mm ( qui đị nh từ 50-70 mm) Về việc nghiêng t ạo độ dốc nước chảy 2% mặt c ầu tiến hành việc cho chênh gối dầm I kê lên trụ mố mà khô ng c ần tạo độ chênh mặt cầu b Tính tốn thơng số sơ : Dung trọng bêtông ximăng 2,4 T/m3 Dung trọng bêtông nhựa 2,25 T/m3 Dung trọng cốt thép 7,85 T/m3 Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh b.1.Tính tốn trọng lượng mặt cầu 200 5500 1100 2200 2200 Ta có diện tích mặt cầu : 2,922 m Thể tích mặt cầu: 2,922 ×28= 81,816 m3 Lượng cốt thép trung bình 1m3 thể tích bêtơng KN/m3 Trọng lượng cốt thép mặt cầu tính cho nhịp dầm: 81,816 ×2= 163,632 KN Thể tích cốt thép bản mặt cầu là: 163, 632 = 2,125 m3 7,85 × 9,81 Vậy thể tích bê tơng mặt cầu là: 81,816 -2,125=79,691 m3 Trọng lượng bê tơng mặt cầu: 79,691 ×2,4×9,81=1876,245 KN Vậy trọng lượng mặt cầu nhịp dài 34 m là: DCBMC =1876,245 +163,632 =2039,88 KN b.2 Tính tốn trọng lượng lớp phủ mặt cầu Lớp BTN dày 7cm có khối lượng 1m dài : DW1= 0,07 × (8,0+2 × 1,25 +2×0,25) × 2,25 × 9,81 = 16,996 (KN/m) Trọng lượng lớp bảo vệ (BT) dày 3cm 1m dài : DW2= 0,03 × (8,0+2 × 1,25 +2×0,25) × 2,4 × 9,81= 7,769(KN/m) Trọng lượng lớp phòng nước dày 1cm 1m dài : DW3= 0,01 × (8,0+2 × 1,25 +2×0,25) × 1,5 × 9,81= 1,619 (KN/m) Trọng lượng lớp đệm tạo độ dốc 2% có chiều dày trung bình 4cm: DW4= 0,04 × (8,0+2 × 1,25 +2×0,25) × 2,2 × 9,81 = 9,496 (KN/m) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu 1m dài: DW5= 16,996 + 7,769 + 1,619 + 9,496 = 35,88 (KN/m) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu cho nhịp dài 28 m: DWCLMC = 35,88 × 28 = 1004,64 (KN) 1.1.2 Lan can : Vì khơng có dãi phân cách cứng nên ta thiết kế lan can tay vịn cần chống lại lực va xe cộ có cố cầu, thông số kỹ thuật cho hình vẽ: (mm) Trang Thút Minh Đờ Án TK Cầu BTCT 200 GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh 1800 190 500 R3 10 600 100 500 Hình 1.1.2:Kích thước lan can tay vịn Với diện tích phần bệ Ab = 0,175m2 , liên tục bên cầu Diện tích phần trụ : At = 0,06m2 ,các trụ cách 2m, tổng số lượng 14 trụ Thể tích lan can Vp= 0,175×2×28+0,06×14×2 = 11,48 m3 Hàm lượng cốt thép lan can chiếm kp = 1,5 % Ta tích cốt thép lan can : Vsp = Vp×kp = 11,48×1,5% = 0,172 m3 Khối lượng cốt thép lan can là: Gsp = Vsp×γs = 0,172 ×7,85 = 1,35 T Thể tích BT lan can: Vcp = Vp – Vsp = 11,48–0,172=11,308 m3 Khối lượng BT lan can: Gcp = Vcp×γc = 11,308 ×2,4 = 27,14 T Vậy, khối lượng toàn lan can là: Gp = Gsp + Gcp =1,35+27,14 = 28,49 T Khối lượng tay vịn: Gtv =π × 0,052 × 1,8 × 2,4 × 13 × = 1,76 (T) Khối lượng lan can tay vịn cho 1nhịp : GLC= Gsp+Gcp+Gtv GLC= Gsp+Gcp+Gtv=1,35 + 27,14 + 1,76 = 30,25 T Trọng lượng lan can tay vịn cho nhịp : DCLC= GLC×9,81= 30,25 × 9,81= 296,85 (KN) (1 nhịp 28 m) 1.1.3 Vạch sơn phân làn: Bề rộng vạch sơn phân làn: 250 mm 1.1.4 Dầm ngang : 1.1.4.1 Chọn số dầm ngang : Dầm ngang bố trí vị trí : hai đầu dầm cầu, L/2 Số lượng dầm ngang : Nn= (Nb - 1)×3 = 12 dầm Nn : số dầm ngang Nb : số dầm chủ Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh dầm đầu dầm Hình 1.1.4:Kích thước dầm ngang 1.1.4.2 Tính tốn thơng số sơ : Các thông số dầm ngang thể hình Bề dày dầm ngang 20cm Diện tích mặt cắt ngang dầm vị trí nhịp dầm : 1,947 m2 Diện tích mặt cắt ngang dầm vị trí đầu dầm : 1,862 m2 Thể tích dầm ngang vị dầu dầm : 1,862×0,2 = 0,372 m3 Thể tích dầm ngang vị nhịp dầm : 1,947× 0,2 = 0,389 m3 => Tổng thể tích dầm ngang : 0,372×10 + 0,389×5 = 5,665 m3 Hàm lượng cốt thép theo thể tích dầm ngang khb = 2% Suy : thể tích cốt thép : Vshb = khb.Vhb = 0,02×5,665 = 0,1133 m3 Khối lượng cốt thép dầm ngang: Gshb = Vshb.γs=0,1133×7,85= 0,889 T Thể tích bê tơng dầm ngang : Vchb = Vhb–Vshb = 5,665–0,1133=5,5517 m3 Khối lượng bê tông dầm ngang : Gchb = Vchb.γc= 5,5517×2,4=13,324 T Khối lượng toàn dầm ngang là: Ghb = Gshb+Gchb = 0,889+13,324=14,213 T (một nhịp 28m.) Trọng lượng toàn dầm ngang là: DChb = Ghb×9,81= 14,213×9,81= 139,43 KN Sử dụng dầm ngang cấu tạo bố trí vị trí : hai dầm ngang hai gối, dầm ngang nhịp 1.1.5 Dầm chủ : chọn dầm chữ I có bầu 1.1.5.1 Cấu tạo dầm: a) Số dầm chủ: Chọn số dầm chủ Nb = dầm, khoảng cách dầm chủ tính theo cơng thức sau: Bmc 12 = = 2m → chọn S=2,0 m 6 Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Suy : chọn phần cách hẫng Sk = 12 − ( − 1) × 2, Bmc − ( Nb − 1) × S = = 1,0 m 2 b) Chiều cao dầm chủ: Chiều cao dầm chủ chọn theo giá trị kinh nghiệm: 1 1  d dc =  ÷ ÷L , chọn d dc = L = × 28 = 1, 4m 20 20  15 25  L: chiều dài nhịp 28 m Kích thước dầm chủ thể sau: đơn vị (mm) Mặt cắt ngang dầm vị trí L/2 Mặt cắt ngang dầm vị trí gối Hình 1.1.4:Mặt cắt ngang dầm chủ 1.1.5.2 Tính thơng số sơ : Diện tích mặt cắt ngang dầm : Ag = 0,482 m2 Diện tích mặt cắt ngang đầu dầm : A’g = 0,848 m2 Thể tích dầm vị trí đầu dầm : 0,848 ×1,5×2 = 2,544 m3 Thể tích dầm hai đoạn vuốt đầu dầm : 0,848 + 0, 482 × 1,5 × = 1,995 m3 Thể tích dầm đoạn dầm : 0,482×(28 - 2×1,5 - 2×1,5) = 10,604 m3 => Tổng thể tích dầm : 2,544 +1,995+ 10,604 = 15,143 m3 Trong dầm lượng thép chiếm khoảng KN/m3 Suy : Trọng lượng thép dầm chủ : 15,143 x = 30,286 KN Thể tích thép dầm : 30, 286 =0,393 m3 7,85 × 9,81 Suy thể tích thực bêtông : 15,143 – 0,393 = 14,75 m3 Trọng lượng thực bêtơng : 14,75 × 2,4 × 9,81 = 347,274 KN Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Suy khối lượng dầm chủ : 30,286 +347,274 = 377,56 KN => Trọng lượng dầm chủ nhịp 28m : 377,56 × 6= 2265,36 KN *Vậy tĩnh tải tác động lên cầu : Nhịp 28 m: DC = (DCDC + DCDN + DCBMC + DCLC) = (2265,36 + 139,43 +2039,88 + 296,85)= 4741,52 KN DW = DWCLPM = 1004,64 KN 1.1.6 Mố trụ cầu: 1.1.6.1 Mố : Chọn mố chữ U có kích thước cho hình vẽ sau: a.Theo phương dọc cầu Do chiều dài nhịp lnhip = 28m nên chọn b0 = 80 cm Mố đổ toàn khối với Cấp bê tong nên chọn: bm = bt = 50 + 100 = 150cm Kích thước mố trụ hình vẽ : 500 2100 800 420 1000 4140 2910 4000 1500 1500 500 3200 Hình 1.1.5:Mặt cắt đứng thân mố b.Theo phương ngang cầu Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Do dầm chủ phân bố toàn bề rộng mặt cầu Mà mố làm nhiệm vụ kê đỡ kết cấu nhịp, nên chọn bề rộng mố bề rộng toàn cầu, đảm bảo cho mố dủ rộng kê đỡ tồn dầm ⇒ Amo = 12m Kích thước hình vẽ: Hình 1.1.6:hình chiếu bằng mố Tính khối lượng mố sau: Phần bệ mố: V1 = 4,8×12 = 57,6 m3 Phần thân mố, tường đỉnh, tai kê giảm tải :V2 = 7,136×12 = 85,632 m3 Phần tường cánh:V3 = 12,382×0,5×2= 12,382 m3 Phần đá kê gối:V4 = 0,42×0,9×0,8×6 = 1,814 m3 Tổng thể tích tồn mố:Vab = ∑Vi = 157,428 m3 Theo thống kê hàm lượng cốt thép mố khoảng kab = 150 kg/m3 Từ ta có: Khối lượng cốt thép mố: Gsab = 157,428 ×0,15 = 23,614 T Thể tích thép mố : 23, 614 = 3,008 m3 7,85 Thể tích BT mố:Vcab = Vab-Vsab = 157,428 -3,008 =154,42 m3 Khối lượng BT mố:Gcab = Vcab.γc = 154,42×2,4= 370,608 T Khối lượng tổng cộng mố:Gab = Gcab + Gsab =370,608+23,614= 394,222 T Trọng lượng tổng cộng mố: DCab = Gab×9,81=3867,318 KN 1.1.7.2 Trụ cầu : Do chiều dài nhịp mặt cắt ngang sông gần đối xứng nên kích thước trụ P1 P4, trụ P2 P3 Tính tốn với trụ P1 Kích thước trụ xác định dựa vào chiều dài nhịp.Chi tiết hinh vẽ: Trang Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Hình 1.1.7:Kích thước chi tiết trụ Trang 10 3466945 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh PM = PhtCĐ1+ Ptt = 1669,20 +6547,22 = 8216,42 kN 1.1.8.2 Tải trọng tác dụng lên trụ cầu: Tải trọng tác dụng lên trụ T1 đỡ nhịp 20x20m Các tải trọng tác dụng lên trụ gồm tĩnh tải kết cấu nhịp nửa phần nhịp bên phải nửa phần nhịp bên trái (2 nhịp hoàn toàn giống nhau), hoạt tải gồm tải trọng xe HL93 tải trọng đoàn người a) Tĩnh tải: Trong : Ptt =Pbt+ Pkcn Pbt - trọng lượng thân trụ Pbt = γ bt × Pm = 1, 25 × 2181,84 = 2727,30 kN Pkcn – tĩnh tải kết cấu nhịp phần tác dụng lên mố Pkcn = γ DC × DC + γ DW × DW = 1, 25 × 2278,67 + 1,5 × 717,8 = 3925.04kN ⇒ Ptt = Pbt + Pkcn = 2727,30 + 3925, 04 = 6652,34kN b) Hoạt tải xét trường hợp xếp xe để có trường hợp bất lợi trạng thái cường độ 1: “ Lấy 90% hiệu ứng hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe không nhỏ 15m tổ hợp với 90% hiệu ứng tải trọng làn thiết kế, khoảng cách giữa trục 145 kN xe tải phải lấy bằng 4300mm” (mục 3.6.1.3.1 22TCN25,332-05) Hình vẽ xếp xe kết tính toán cho bên dưới: + Trường hợp 1: Xe tải trục+tải trọng làn, tải trọng đoàn người PL=3,3 kN/m2 35kN 9,3 kN/m 0,7784 145kN 4,3m 1,0000 0,7784 145kN 4,3m 38,8m Hình 1.2.8: đường ảnh hưởng lực cắt tại gối giữa CĐ1 Pht1 = η×[ γLL × m.n × 9,3 × ω + γLL×m.n×(145y1+145y2+35y3)(1+IM) + +γPL×2T × PL × ω] 3466945 Trang 29 Thút Minh Đờ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh +Trường hợp : Xe tải trục + tải trọng làn, tải trọng đoàn người PL=3,3 kN/m2 110kN 110kN 1,0000 0,9381 1,2m 9,3 kN/m 38,8m Hình 1.2.9: đường ảnh hưởng lực cắt tại gối giữa Pht2CĐ1 = η×[γLL × m.n × 9,3 × ω +γLL×m.n×(110y1+110y4)(1+IM) + +γPL×2T×PL× ω] +Trường hợp : 90% hiệu ứng xe tải trục + tải trọng làn, tải trọng đoàn ngưởi PL=3,3 kN/m2 145kN 0,0051 35kN 15m 0,7784 145kN 4,3m 1,0000 0,7784 9,3 kN/m 145kN 4,3m 38,8m Hình 1.2.10: đường ảnh hưởng lực cắt tại gối giữa Tính tốn : Pht3CĐ1 = η×{0,9 × [γLL × m.n × 9,3 × ω +γLL×m.n×(145y1+145y2+35y3+145y5)(1+IM) + +γPL×2T×PL× ω] Trong đó: γLL = Hệ số tải trọng; γLL= γPL=1,75 T = Bề rộng đường người đi; T=1,25(m) Trang 30 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh yi = tung độ đường ảnh hưởng IM = Hệ số xung kích; IM = 0,25 PL = Tải trọng người bộ; PL= 3,3 kN/m2 m = Hệ số làn; m= n = Số xe; n=2 η = Hệ số điều chỉnh tải trọng η = ω: diện tích đường ảnh hưởng : ω = 19,4 Bảng số liệu tính tốn: Tên trụ T1 T6 Các trường Pbt Pkcn Pht PT PTmax hợp ∑ω ∑Piyi kN kN kN kN kN xếp xe Trường hợp 285.11 2158.91 8811.25 Trường hợp 19.40 213.19 2727.30 3925.04 1844.26 8496.60 8811.25 Trường hợp 285.85 1973.94 8626.28 Bảng 1.2.7: Tổ hợp hoạt tải bất lợi trụ T1 và T6 Tiến hành tính tốn tương tự với trụ T2,T3,T4 T5 (các trụ có kích thước giống kê đỡ nhịp giống nhau) Bảng số liệu tính tốn : Các trường Pbt Pkcn Pht PT PTmax Tên trụ hợp ∑ω ∑Piyi kN kN kN kN kN xếp xe 285.11 2158.91 9388.08 T2,T3 Trường hợp T4 va Trường hợp 19.40 213.19 3304.13 3925.04 1844.26 9073.43 9388.08 T5 Trường hợp 285.85 1973.94 9203.11 Bảng 1.2.8: Tổ hợp hoạt tải bất lợi trụ T2,T3,T4 và T5 1.1.8.3.Tính tốn số lượng cọc.: a Tính tốn số lượng cọc mố Theo số liệu khảo sát địa chất tính chất lớp địa chất lịng sơng cho sau: Lớp 1: Lớp đất bùn có độ sệt B=1,0 Lớp 2: Lớp sét pha có độ sệt B=0,4 Lớp 3: Lớp cát pha có độ sệt B=0,3 Từ tính chất lớp đất nêu ta nhận thấy lớp đất tốt nằm độ sâu không lớn lại phù hợp với cọc ma sát Nên ta chọn cọc cọc đóng Chọn cọc đóng BTCT kích thước (35x35)cm, cấp bền B30 Dự kiến chiều dài cọc là: 16 m Trang 31 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Sức chịu tải dọc trục chia làm hai loại: *Tính sức chịu tải cọc theo vật liệu: Pr= ϕPn Trong đó: Cọc BTCT có: Pn= 0,85×[0,85×f’c×(Ag –Ast) + fAst] Pr - Sức kháng lực dọc trục tính tốn (N) Pn- Sức kháng lực dọc trục danh định (N) f’c - Cường độ qui định bêtông tuổi 28 ngày; f’c = 30MPa Ag - Diện tích mũi cọc(mm2); Ag= 122500 mm2 fy - Giới hạn chảy qui định cốt thép (MPa); fy = 420MPa Ast - Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 4φ16, Ast= 804,4mm2 ϕ - Hệ số sức kháng ; ϕ= 0,75 Thay giá trị vào cơng thức ta được: Pn=0,85 × [0,85 × 30×(122500 – 804,4) + 420 × 804,4]= 2924,92(KN) Suy : sức kháng lực dọc trục tính tốn Pr =ϕ Pn = 2193,69 kN *Tính sức chịu tải cọc theo đất nền: Xác định sức chịu tải cọc theo phương pháp thống kê: Phương pháp dựa sở kết chỉnh lý nhiều số liệu thực tế thí nghiệm tải trọng tĩnh hạ nhiều loại đất khác nhau, độ sâu khác để tìm mối tương quan cọc phản lực đất mũi cọc với số tiêu lý đất Giả thiết lực ma sát quanh thân cọc phân bố theo chiều sâu phạm vi lớp đất phản lực mũi cọc phân bố tiết diện ngang cọc Sức chịu tải cọc xác định theo công thức sau đây: Sức chịu tải cọc chịu nén: n φ = m(mr FR + m f u ∑ f i li ) n i =1 Trong đó: m : hệ so điều kiện đất cọc, lấy m=1 hệ s ố kể đến phương pháp hạ cọc đến ma sát đất với cọc sức mr , m f chịu tải đất mũi cọc, tra bảng ta mr = m f = F : diện tích tiết diện ngang mũi cọc, F=0,35x0,35=0,1225 m2 u : Chu vi tiết diện ngang thân cọc, u=4x0,35=1,4 m fi : Lực ma sát trung bình lớp đất mà cọc qua phụ thuộc trạng thái đất chiều sâu trung bình lớp đất tính từ mặt đất tự nhiên mực nước thấp .li : Chiều dày lớp phân tố thứ i .n : Số lớp đất chia Sức chịu tải thiết kế cọc xác định cách lấy sức chịu tải tính tốn theo cơng thức chia cho hệ số độ tin cậy φn Pdn = K ntc Trang 32 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Với cọc chịu nén chọn K ntc =1,4 18500 Z3=15000 5000 1000 Cát pha B=0,3 5000 Sét pha B=0,4 Z4=18000 Z2=10000 Z1=5000 5000 Bùn B=1 2500 Tính tốn cho đất đặt mố A: Hình 1.2.11: Tính tốn sức chịu tải cọc theo đất li m 5 Lớp đất Bùn Sét pha Cát pha zi 10 15 18 Trạng thái B=1,0 B=0,4 B=0,3 fi T/m2 0.6 3.4 3.8 fi x li T/m 17 19 z m R T/m 18.5 480 Bảng 1.2.9: Tính tốn sức chịu tải cọc theo đất ⇒ φ n = 1(1.0,1225.480 + 1.1, 4.45) = 121,8 Sức chịu tải cọc tính theo đất nền: Pdn = 121,8 = 87 T 1, * Số lượng cọc mố A : n= β× ∑P max c min( Pvl , Pdn ) = 1,5× 8216,42 = 14,82 cọc 87 × 9,81 Trong β : hệ số kể đến tải trọng ngang mômen Đối với mố chữ U cải tiến β=1,5 Trang 33 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Vậy ta chọn n = 16 cọc b.Số lượng cọc trụ Tính tốn tương tự ta có bảng tổng hợp số liệu sau : Tên Tải trọng Pvl Pdn Cấu Số cọc KN KN T KN kiện A 8216,42 2193,69 87 853.470 16 cọc (35x35)cm L16m T1 8811,25 2193,69 88 863.280 18 cọc (35x35)cm L16m T2 9388.08 2193,69 89 873.090 18 cọc (35x35)cm L16m T3 9388.08 2193,69 89 873.090 18 cọc (35x35)cm L16m T4 9388.08 2193,69 89 873.090 18 cọc (35x35)cm L16m T5 9388.08 2193,69 89 873.090 18 cọc (35x35)cm L16m T6 8811,25 2193,69 88 863.280 18 cọc (35x35)cm L16m B 10457,59 2193,69 88 863.280 16 cọc (35x35)cm L16m Bảng 1.2.10:Bảng tởng hợp tính tốn số lượng cọc mố và trụ 1.1.8.4.Bố trí cọc: a) Sơ đồ bố trí cọc mố: Tại mố có 16 cọc Chiều dài cọc mố 16m 1550 350 700 3200 1650 350 500 400 12000 Bảng 1.2.12: Bố trí cọc mố b) Sơ đồ bố trí cọc trụ: Tại mố có 18 cọc Chiều dài cọc trụ 16m Trang 34 500 1075 250 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh 1330 350 3000 350 8000 Bảng 1.2.12: Bố trí cọc trụ 1330 350 3000 500 350 1075 250 b) Sơ đồ bố trí cọc trụ: Tại mố có 18 cọc Chiều dài cọc trụ 16m 8000 Trang 35 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh PHẦN THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU TÍNH TOÁN NỘI LỰC 1.1.Nội lực hẫng: Xét với dải rộng 1m theo phương ngang cầu 1.1.1 Tĩnh tải: - Do trọng lượng thân : chiều dày hẫng đầu công xôn t sk=220mm=0,2m; ngàm t’sk=280mm=0,28; chiều dày trung bình 0,25m DC1= 1m × tsk × γ =1 × 0,25 × 2500=600 kg/m= kN/m - Do trọng lượng lan can : DC2= - Do lớp phủ mặt cầu : 298,85 = 5,34 kN (lực tập trung) × 28 STT Lớp Lớp Bt asphan Bê tông bảo vệ Chống thấm Mui luyện Cộng Chiều dày(m) 0,07 0,03 0,01 0,04 0,15 γ(kN/m3) DW(kN/m) 23 24 15 24 1,61 0,72 0,15 0,96 3,44 Trang 36 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Bảng 2.1.1: Bảng tính tốn tải trọng lớp phủ mặt cầu Vậy DW = 3,44 kN/m 1.1.2 Hoạt tải : Do xe tải thiết kế Xét bánh xe nặng xe tải thiết kế có trọng lượng P đặt cách mép rào chắn bánh xe 300mm = 0,3m Khoảng cách từ tim bánh xe tới tim gối x = 200mm = 0,2m Chiều rộng tiếp xúc bánh xe b= 510mm = 0,51m; chiều dày trung bình mặt cầu t sk = 250mm = 0,25m Chiều rộng dải tương đương : Eh = 1140 + 0,833 × x = 1140 + 0,833 × 200= 1566,6mm = 1,5666m LL= P 145 = = 60,89 kN/m 2(b + tsk ) E × (0,51 + 0, 25) × 1,5666 b + tsk = 0,51+0,25 = 0,76m Do người : Vì xét trường hợp xe tải chạy lấn người không xét tải trọng người Với lực tập trung tĩnh tải lan can tay vịn, rào chắn bánh xe gây với cánh tay địn lấy an tồn Lk = 0,7m 500 1250 300 220 P Lk=700 LL DC2 - Tải FULL (FILE WORD 86 trang): https://bit.ly/3nxzeyW - Dự phòng: https://bit.ly/3l68gwc DW DC1 Lk L1 L2 Hình 2.1.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cánh hẫng Loại tải trọng Tĩnh tải Ký hiệu Đơn vị Giá trị hệ số tải trọng γ DC1 DC2 DW kN/m kN kN/m 6,00 5,34 3,44 1,25 1,25 1,50 Bề rộng phân bố L ký hiệu giá trị (m) Lk 0,70 L1 0,20 Trang 37 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT Hoạt tải LL GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh kN/m 60,89 1,75 L2 0,28 Bảng 2.1.2 : Các thơng số tính tốn chủ yếu Mô men ngàm : Trạng thái giới hạn sử dụng : M SD L2k L12 L22 = −( DC1 × + DW × + DC2 × Lk + m(1 + IM ) LL × ) 2 2 0, 0, 0, 282 = −(6 × + 3, 44 × + 5,34 × 0, + 1, 2(1 + 0, 25) × 60,89 × ) = −8,86 kN.m 2 Trạng thái giới hạn Cường độ : L2k L2 L2 + γ DW × DW × + γ DC × DC2 × Lk + γ LL m(1 + IM ) LL × ] 2 2 0, 0, 0, 282 = −1× [1, 25 × × + 1,5 × 3, 44 × + 1, 25 × 5,34 × 0, + 1, 75 ×1, 2(1 + 0, 25) × 60,89 × ] 2 = −12,88 kN.m M CD1 = −η[γ DC × DC1 × 1.2.Nội lực : Áp dụng phương pháp tính tốn gần * Nhận xét : - Ta có tỷ số : l1 = ≤ 1,5 l2 13, Với l1 : khoảng cách dầm chủ l1 : khoảng cách dầm ngang ⇒ Sử dụng sơ đồ tính kiểu dầm - Theo điều 3.6.1.3.3 TCN 272-2005 :“ Khi dải ngang (chịu lực chủ yếu theo phương ngang cầu) có chiều dài nhịp tính tốn khơng q 4600mm – dãi ngang thiết kế theo bánh xe trục nặng xe tải 145kN Mg M0,5l Mo0,5l Lb=1,82m Hình 2.1.2 : Sơ đờ tính nợi lực phía Trong : Trang 38 3466945 Thút Minh Đờ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh o( E +) Momen nhịp : M 0,5l = k 0,5l × M 0,5l o( E −) Momen ngàm : M 0,5l = k g × M 0,5l Với : k 0,5l = 0,5 ts 200 1 = = < ⇒ d 1400 k g = −0,7 ts : bề dày mặt cầu d : chiều cao dầm chủ 1.2.1 Tĩnh tải : - Do trọng lượng mặt cầu gây : Bề dày mặt cầu ts = 200mm= 0,2m, sử dụng vật liệu bê tơng cốt thép có trọng lượng riêng 2,5 T/m3, Suy tải trọng thân mặt cầu phân bố 1m bề rộng DC1= 1m × tsk × γ =1,0 × 0,2 × 2500=500 kg/m= kN/m - Do trọng lượng thân Các lớp phủ mặt cầu : Đã tính phần hẫng : DW = 3,44 kN/m 1.2.2 Hoạt tải : Chiều rộng dải tương đương : b + tsk = 0,51+0,2 = 0,71m + Khi tính với Momen dương : E(+) = 660 + 0,55 × S = 660 + 0,55 × 2000= 1760mm = 1,76m LL(+)= P 145 = = 58,02 kN/m (+) × 0,71× 1,76 2(b + t s ) E + Khi tính với Momen âm : E(-) = 1220 + 0,25 × S= 1220 + 0,25 × 2000 = 1720mm = 1,72m LL(-)= P 145 = = 59,37 kN/m (−) × 0,71× 1,72 2(b + t s ) E Xét trường hợp xảy để có trường hợp bất lợi * Trường hợp 1: Bánh xe trục b +ts LL DW DC 0,277 0,277 0,91 0,455 Trang 39 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Hình 2.1.3 : Đường ảnh hưởng Momen tại mặt cắt 0,5l - Trạng thái giới hạn sử dụng : M 0o,(5El + ) = ( DC + DW ) × ω + m(1 + IM ) × LL( + ) × ω LL M o( E −) 0, 5l = (5 + 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 58,02 × 0,260 = 26,12 kN.m = ( DC + DW ) × ω + m(1 + IM ) × LL( − ) × ω LL = (5 + 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 59,37 × 0,260 = 26,65 kN.m o( E + ) M 0SD = 0,5 × 26,12 = 13,06 kN.m , 5l = k , 5l × M , l M gSD = k g × M 0o,(5El − ) = −0,7 × 26,65 = −18,66 kN.m - Trạng thái giới hạn cường độ : M 0o,(5El + ) = η[(γ DC × DC + γ DW × DW ) × ω + m(1 + IM ) × γ LL × LL( + ) × ω LL ] = 1[(1,25 × + 1,5 × 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 1,75 × 58,02 × 0,260] = 44,32 kN.m M = η[(γ DC × DC + γ DW × DW ) × ω + m(1 + IM ) × γ LL × LL( − ) × ω LL ] = 1[(1,25 × + 1,5 × 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 1,75 × 59,37 × 0,260] = 45,24 kN.m = k 0,5l × M 0o,(5El + ) = 0,5 × 44,32 = 22,16 kN.m o( E +) , 5l M 0CD , 5l M gCD1 = k g × M 0o,(5El − ) = −0,7 × 45,24 = −31,67 kN.m * Trường hợp 2: Bánh xe trục đặt cạnh 1200 b+ts b+ts LL LL DW DC 0,91 0,333 0,333 0,455 Hình 2.1.4: Đường ảnh hưởng Momen tại mặt cắt 0,5l - Trạng thái giới hạn sử dụng : M 0o,(5El + ) = ( DC + DW ) × ω + m(1 + IM ) × LL( + ) × ∑ ω LL M o( E −) ,5l = (5 + 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 58,02 × 0,221 = 22,73 kN.m = ( DC + DW ) × ω + m(1 + IM ) × LL( − ) × ∑ ω LL = (5 + 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 59,37 × 0,221 = 23,18 kN.m M 0SD,5l = k 0,5l × M 0o,(5El + ) = 0,5 × 22,73 = 11,37 kN.m M gSD = k g × M 0o,(5El − ) = −0,7 × 23,18 = −16,23 kN.m - Trạng thái giới hạn cường độ : M 0o,(5El + ) = η[(γ DC × DC + γ DW × DW ) × ω + m(1 + IM ) × γ LL × LL( + ) × ∑ ω LL ] - Tải FULL (FILE WORD 86 trang): https://bit.ly/3nxzeyW - Dự phòng: https://bit.ly/3l68gwc Trang 40 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh = 1[(1,25 × + 1,5 × 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 1,75 × 58,02 × 0,221] = 38,38 kN.m M = η[(γ DC × DC + γ DW × DW ) × ω + m(1 + IM ) × γ LL × LL( − ) × ∑ ω LL ] = 1[(1,25 × + 1,5 × 3,44) × 0,414 + 1,2(1 + 0,25) × 1,75 × 59,37 × 0,221] = 39,17 kN.m = k 0,5l × M 0o,(5El + ) = 0,5 × 38,38 = 19,19 kN.m o( E +) ,5l M 0CD ,5l M gCD1 = k g × M 0o,(5El − ) = −0,7 × 39,17 = −27,42 kN.m Nội lực để tính tốn mặt cầu : Momen TTGH Cường độ TTGH Sử dụng Dương (kN.m) 22,16 13,06 Âm (kN.m) -31,67 -18,66 Hẫng (kN.m) -12,88 -8,86 Bảng 2.1.3 : Bảng tổng hợp nội lực để tính tốn mặt cầu TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP 2.1 Vật liệu thiết kế cho mặt cầu + Bê tông mặt cầu: f c' = 30 MPa cường độ quy định tuổi 28 ngày Ec = 29440 MPa + Cốt thép (Bản mặt cầu bố trí cốt thép thường) fy = 420 MPa giới hạn chảy quy định cốt thép Es = 200000 MPa 2.2 Tính tốn cốt thép chịu lực + Lớp bảo vệ : Theo bảng 5.12.3-14 Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Mép : a = 60mm Mép : a = 25mm + Sức kháng uốn : Mr = ф.Mn ф – hệ số sức kháng quy định theo TCN 5.5.4.2.1 ф = 0,9 trạng thái giới hạn cường độ (cho BTCT thường) Mr – sức kháng uốn tính tốn Mn – sức kháng uốn danh định Đối với cấu kiện chịu uốn phân bố ứng suất gần theo hình chữ nhật quy định TCN 5.7.2.2 Mn xác định theo TCN 5.7.3.2.3 a a a M n = A ps × f ps × (d p − ) + As × f y × (d s − ) − As' × f y' × (d s' − ) + 2 h a f 0,85 × f c' × (b − bw ) × β1 × h f × ( − ) 2 ' Vì khơng có cốt thép ứng suất trước, b = bw coi As = Trang 41 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh a ⇒ M n = As × f y × (d s − ) Trong đó: As – diện tích cốt thép thường chịu kéo mm2 fy – giới hạn chảy quy định cốt thép MPa ds – khoảng cách tải trọng từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép thường chịu kéo mm As' – diện tích cốt thép thường chịu nén mm2 f y' – giới hạn chảy quy định cốt thép chịu nén MPa d s' – khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén mm f c' – cường độ chịu nén bêtông 28 ngày MPa b – bề rộng mặt chịu nén cấu kiện mm bw – chiều dày bụng mặt cắt tròn mm β1 – hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định TCN 5.7.2.2 h f – chiều dày cánh chịu nén cấu kiện dầm I T (mm) a = c × β1 – chiều dày khối ứng suất tương đương (mm) theo TCN5.7.2.2 a = c × β1 = A ps × f ps + As × f y − As' × f y' 0,85 × f c' × bw × β1 × β1 = As × f y 0,85 × f c' × b (Do A’s =0) Theo trạng thái giới hạn cường độ 1, cốt thép phải bố trí cho mặt cắt đủ khả chịu lực + Giả thiết dùng Φ 12; d0 = 12 mm; As = 100 mm2 ddương = 200-25-12/2 = 169 mm dâm = 200-40-12/2 = 154 mm Biểu thức đơn giản để tính cốt thép bỏ qua cốt thép chịu nén tính sức kháng mơmen sau: a φ × M n = φ × As × f y × (d s − ) Trong đó: As × f y a= 0,85 × f c' × b a Giả thiết cánh tay địn (d- ) độc lập với As, thay jd trị số gần As để chịu фMn = Mu (M u / φ ) As = f y ( jd ) Trang 42 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh Nếu thay fy=420MPa, φ =0,9 [A5.5.4.2.1] giả thiết tiết diện bê tông cốt thép thường jd ≈ 0,92 Tiết diện thép gần biểu diễn : As ≈ Mu 347d Vì biểu thức gần nên cần kiểm tra sức kháng mômen cốt thép chọn Cốt thép lớn TCN 5.7.3.3.1 bị giới hạn yêu cầu dẻo dai c ≤ 0,42 × de Cốt thép nhỏ TCN 5.7.3.3.2 cốt thép thường thỏa mãn nếu: ρ= As f' ≥ 0,03 × c' b×d fy Khoảng cách lớn cốt thép chủ TCN 5.10.3.2 1,5 lần chiều dày 450mm Với chiều dày 200 mm: smax = 1,5 × 200 = 300 mm 1.2.1 Cốt thép chịu mômen dương Mu = 22,16 kN.m; ds = 169 mm Từ công thức gần : Mu 22160 As ≈ = = 378 mm2s 347d 347 × 0,169 Chọn 5thanh Φ 12 + Kiểm tra cường độ mơmen: As = × 3,14 × 12 =565,2mm2 ds=169 mm β1 = 0,85-(2/7) × 0,05=0,836 > 0,65 c= As × f y 0,85 × f × β × bt ` c = 565,2 × 420 = 5,56 mm 0,85 × 30 × 0,836 × 2000 a = β1 × c = 0,836 × 5,56 = 4,65 mm 4,65 a M n = As × f y × (d s − ) = 565,2 × 420 × (169 − ) × 10 −6 = 39,56 kN.m 2 Mr = ф × Mn =0,9 × 39,56 = 35,60 kN.m > Mu = 22,16 kN.m ⇒ thỏa mãn + Kiểm tra lượng cốt thép tối đa Điều kiện: c < 0,42 dc Trong đó: de =ds =169 mm 3466945 Trang 43 ... 853 .47 833. 85 853 .47 853 .47 824.04 863.28 Số cọc 18 cọc (35x 35) cm L16m 24 cọc (35x 35) cm L16m 24 cọc (35x 35) cm L16m 24 cọc (35x 35) cm L16m 24 cọc (35x 35) cm L16m 18 cọc (35x 35) cm L16m Bảng 1.1 .5: ... * T? ?i mố : Trang 18 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT 7 05 GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh 1280 3200 6 75 150 0 350 350 12000 Hình 1.1.12: Bố trí cọc mố * T? ?i trụ : 6 35 1340 250 3000 350 10 75 350 ... 8000 Trang 35 Thuyết Minh Đồ Án TK Cầu BTCT GVHD: Th.S Nguyễn Hoàng Vĩnh PHẦN THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU TÍNH TOÁN N? ?I LỰC 1.1.N? ?i lực hẫng: Xét v? ?i d? ?i rộng 1m