Thiết kế cầu dây văng 1

Thiết kế cầu dây văng

- Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Trờng Đại học giao thông vận tải hà NộiKhoa công trìnhbộ môn cầu hầm----------------------------Đồ án tốt nghiệp thiết kế cầu dây văngGiáo viên hớng dẫn : CHU VIếT BìNHGiáo viên đọc duyệt : Nguyễn đại việtSinh viên thực hiện : Hồ XUÂN NAM Lớp : Cầu - Đờng bộ A K41 Trờng : ĐH Giao thông vận tải Hà Nội.Hà Nội : Tháng 5 - 2005- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 1 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Lời nói đầu** *Sau thời gian học tập tại trờng ĐHGTVT bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trờng ĐHGTVT nói chung và các thầy cô trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹ đợc nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc của một kỹ s tơng lai.Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìm hiểu kiến thức tại trờng , đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thời gian qua của mỗi sinh viên . Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã đợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu Hầm , đặc biệt là sự giúp đỡ trực tiếp của thầy : Chu Viết Bình.Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ lý thuyết cũng nh các kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi nhứng thiếu sót . Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thể hoàn thiện hơn Đồ án cũng nh kiến thức chuyên môn của mình.Em xin chân thành cảm ơn !Hà Nội, 30 tháng 04 năm 2005.Sinh viên : Hồ Xuân Nam.- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 2 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - NHận xét của giáo viên h ớng dẫn. - hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 3 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - NHận xét của giáo viên đọc duyệt - hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 4 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Mục lục Tên mục Nội dung thiết kế TrangNhận xét của giáo viên hớng dẫn2Nhận xét của giáo viên đọc duyệt 3Tổng quan6 Phần I Thiết kế sơ bộ Các phơng án 8 Chơng I Phơng án sơ bộ I : Cầu dây văng8 Chơng II Phơng án sơ bộ I : Cầu liên tục đúc hẫng36 Chơng III Phơng án sơ bộ I : Cầu Liên hợp liên tục70 Chơng IV So sánh lựa chọn PA thiết kế kĩ thuật 108 Phần II Thiết kế kĩ thuật112 Chơng V Điều chỉnh nội lực Cầu dây văng. 112 Chơng VI Xác định nội lực và tính duyệt dầm chủ. 137 Chơng VII Kiểm duyệt dây văng. 156 Chơng VIII Tính và kiểm duyệt Mặt cầu - dầm ngang. 163 Chơng IX Thiết kế tháp cầu. 186 Chơng X Thiết kế mố cầu. 233 Chơng XI Thiết kế tổ chức thi công 272- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 5 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Tổng quan ** *I Điều kiện tự nhiên tại khu vực Xây dựng cầuI.1 Đặc điểm về địa hình Thuỷ văn.- Chế độ thuỷ văn ít thay đổi+) MNCN : +1.65 m+) MNTT : +1.59 m+) MNTN : -1.10 m- Khẩu độ thoát nớc yêu cầu : L > 300mI.2 Đặc điểm về Địa chất- Đã tiến hành khoan tại 6 lỗ khoan ỏ vị trí xây dựng cầu dự kiến và có kết quả sau :+) Lớp 1a : Lớp đất đắp,cát san lấp,hạt trung +) Lớp 1b: Lớp bùn sét màu xám đen,trạng thái dẻo chảy :+) Lớp 2 : Lớp sét màu xám đen, nâu,nâu vàng.Trạng thái cứng đến nửa cứng +) Lớp 3a : Cát hạt trung màu nâu đỏ,vàng,vàng nâu đôi chỗ lẫn thạch anh,kết cấu chặt vừa+) Lớp 3b : Lớp sét màu xám đen.Trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng+) Lớp 3c : Lớp sét màu nâu vàng.Trạng thái dẻo cứng+) Lớp 3d : Lớp sét màu vàng.Trạng thái dẻo mềm+) Lớp 3e : Lớp cát lẫn ít sét màu xám.Trạng thái dẻo mềmII Các ph ơng án và ph ơng pháp xây dựng II.1 Quy trình thiết kế và các nguyên tắc chungII.1.1 Quy trình thiết kế- Quy trình thiết kế : Quy trình thiết kế đờng ôtô 4054-98- Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN 272 01 (Bộ GTVT)II.1.2 Các nguyên tắc thiết kế- Công trình đợc thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp vơi squy mô của tuyến đờng.- Đáp ứng đợc yêu cầ quy hoạch , phân tích tơng lai của tuyến đờng.- Thời gian thi công ngắn.- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dỡng- Giá thành xây dựng thấp.II.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản.II.2.1 Quy mô xây dựng- Cầu đợc thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ >100 năm.II.2.2 Tải trọng thiết kế - Sử dụng cấp tải trọng theo quy trình thiết kế cầu : 22TCN 272 - 2001- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 6 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - +) Hoạt tải thiết kế : HL93- Xe tải thiết kế : P = 325 KN- Xe 2 trục thiết kế : P = 220 KN- Tải trọng làn thiết kế : q = 9,3 KN /m+) Tải trọng Ngời : 3 KN /m2- Hệ số tải trọng+) Tĩnh tải giai đoạn 1 : 1 = 1,25+) Tĩnh tải giai đoạn 2 : 2 = 1,5+) Hoạt tải : 1 = 1,75- Hệ số động (hệ số xung kích ) : IM = 1+ 25 / 100 = 1,25II.2.3 Khổ cầu thiết kế- Mặt cắt ngang thiết kế cho 3 làn xe với vận tốc thiết kế : V=80 km/h- Mặt cắt ngang khổ : K = 10.5+2x1.5 m+) Phần xe chạy : Bxe = 3x3.5 m+) Phần lề bộ hành : Ble = 2x1.5mII.2.4 Khổ thông thuyền- Sông thông thuyền cấp II :+) Tĩnh cao : H = 9 m+) Tĩnh ngang : B = 60 mII.2.5 Trắc dọc cầu- Cầu nằm trên đờng cong tròn R = 5000 m- Độ dốc dọc cầu : i = 3%III Các ph ơng án cầu và so sánh lựa chọn . III.1 Nguyên tắc lựa chọn phơng án cầu- Đáp ứng yêu cầu thông thuyền - Giảm tối thiểu các trụ giữa sông- Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhng có u tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nớc.- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công.- Đạt hiệu quả kinh tế cao , giá thành rẻ.- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 7 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Phần I : Thiết kế sơ bộ các Phơng án cầuChơng I : Phơng án sơ bộ I Thiết kế Cầu dây văng I Giới thiệu chung về ph ơng án I.1 Tiêu chuẩn thiết kế- Quy trình thiết kế : 22TCN 272 01 Bộ Giao thông vân tải- Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Ngời bộ hành 300 Kg/m2I.2 sơ đồ kết cấuI.2.1 Kết cấu phần trên- Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 3x33+90+187+90+2x33 - Kết cấu cầu không đối xứng gồm 5 nhịp dẫn 33 m và hệ cầu dây văng ba nhịp .- Chiều cao cột tháp dự tính : 53.05 m tính từ đỉnh bệ tháp- Mặt cắt ngang dầm có chiều cao không đổi dạng TT .- Chiều dài một khoang sơ bộ chọn 8 m .- Số lợng dây cho một cột tháp 22 dây- Các dầm ngang đợc bố trí trên suốt chiều dài dầm dọc với khoảng cách 4m một dầm ngang .- Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp :+ Bê tông mác 400+ Cốt thép cờng độ cao dùng các loại tao đơn 7 sợi .+ Thép cấu tạo dùng thép CT3I.2.2 Kết cấu phần d ới1 - Cấu tạo tháp cầu :- Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT tại chỗ . Bê tông chế tạo M300- Phơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đờng kính 1,5 m.2- Cấu tạo trụ cầu :- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông tại chỗ mác M300- Trụ cầu dẫn : đợc xây dựng trên móng cọc khoan nhồi D= 120 cm -Trụ cầu chính : đợc xây dựng trên móng cọc khoan nhồi D= 150 cm- Phơng án móng : Móng cọc đài cao .3 - Cấu tạo mố cầu- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo M300.- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 8 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - - Mố của kết cấu nhịp đợc đặt trên móng cọc khoan nhồi 1.2 m.III Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văngII.1 Chọn sơ đồ nhịp cầu Nghiên cứu các đặc điểm địa chất - địa hình - thủy văn và kiến trúc cảnh quan xung quanh, điều kiện kinh tế - xã hội - chính trị của các vùng mà tuyến đi qua. Ta quyết định chọn phơng án cầu dây văng ba nhịp có hai mặt phẳng giàn dây đối xứng qua tháp cầu. Sơ đồ phân nhịp 90 + 187 + 90 m.Từ những phân tích đã nêu ở trên ,áp dụng cụ thể cho phơng án cầu ở đây ,chọn :- Chiều dài khoang dầm d=8 m.- Chiều dài khoang dầm giữa nhịp chính dg=(0,7-0,8)d = 7 m- Chiều dài khoang dầm cạnh tháp dt= (1,1-1,2)d = 10 mII.2 hình dạng và chiều cao dầm cứngTheo thống kê các cầu dây văng trên thế giới và trong nớc đã và đang xây dựng, tỉ số chiều cao dầm chủ hl = 1100 ữ 1300 . Vậy sơ bộ ban đầu chọn dầm chủ có mặt cắt ngang gồm hai chữ T có kích thứơc nh hình vẽ .II.3 Lựa chọn các thiết bị phụ cho cầu dây văngHiện nay, các tao cáp đơn đợc sử dụng rộng rãi cho kết cấu BTCT Ư.S.T và cầu dây văng vì các tao đơn dễ vận chuyển, dễ lắp đặt và thích hợp với hệ neo thông dụng nhất hiện nay là neo kẹp. Sử dụng loại tao đơn gồm 7 sợi thép 5 đờng kính ngoài 15,2 mm. Đồng thời sử dụng dây văng đợc tổ hợp từ các tao thép giảm đợc độ giãn của dây ( do độ võng của trọng lợng bản thân gây ra khi chịu tác dụng của hoạt tải ).- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 9 - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Các tao thép đợc căng kéo riêng biệt và đợc ghép thành bó lớn trong các khối neo ở ngay hiện trờng. Công tác lắp đặt dây văng rất đơn giản vì dây đợc lắp từng tao nhỏ lên không cần giàn dáo. Hệ neo dùng với loại dây văng này là neo kẹp 3 mảnh giống hệ neo dùng trong cầu BTCT - ƯST.Khối neo là khối thép hình trụ có khoan các lỗ hình côn để luồn các tao thép và các tao thép này đợc kẹp chặt bằng nêm 3 mảnh hình côn có ren răng. Bên ngoài khối neo đợc ren răng và dùng một êcu đủ lớn để xiết neo theo nguyên tắc vặn bu - lông.Phơng án dùng dây văng tổ hợp từ các tao thép 7 sợi và hệ neo kẹp là phơng án tối u nhất vì so với các dây văng sử dụng cáp xoắn ốc hay cáp kín thờng phải dùng neo đúc, loại neo này cần đợc đổ ở nhiệt độ 4500ữ 5000 là yêu cầu khó đảm bảo ở ngay tại công trờng. Đồng thời việc vận chuyển lắp đặt các bó cáp lớn và dài sẽ gặp khó khăn hơn và việc điều chỉnh nội lực dây văng bằng cách thay đổi chiều dài dây cũng rất hạn chế.II.4 Hình dạng và tiết diện của tháp cầu- Chiều cao tháp cầu đợc chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau :+) Đảm bảo liên kết giữa dây văng và tháp+) Đảm bảo cho goc nghiêng của dây văng hơp lý trong quá trình chịu lực Góc nghiêng của dây văng giữa = 20 ữ25 o- Từ các phân tích trên ta chọn tháp cầu có các thông số nh sau+) Chiều cao toàn bộ của tháp h th = 53.05 m+) Chiều cao từ bệ tháp đến đáy dầm : hct= 10.30 m+) Chiều cao từ tai neo đến dây văng thấp nhất : htt = 24.14 m+) Chiều cao bố trí dây văng : hdv =18 m+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : hdt = 2.5m1 - Bảng tính toán góc nghiêng dây văng nhịp biên :- hồ xuân nam - - Lớp Cầu Đờng Bộ A K41- 10 [...]... dây văng - 9' 19 .058 -2.87 16 .18 8 586. 71 215 .89 14 8. 21 729.52 12 8.43 10 73.84 10 ' 19 .473 -4.389 15 .084 546.70 207.58 14 1.80 745.40 13 1.23 10 84. 21 11' 19 .48 -6.48 13 470.37 19 9.88 13 7. 31 744.06 13 0.99 10 74.93 3 Tổng hợp nội lực trong dây văng Dây i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Nhịp biên S tĩnh I St II S hoạt KN KN max KN 13 38.46 80.50 405.84 14 90.42 210 .54 655.27 16 80.54 315 .54 780.87 18 77.80 398.50 8 31. 48... 12 5.32 19 6.95 225.35 245.30 247.28 220.34 17 1.37 14 5.97 11 3.38 283. 61 346.38 S hoạt tải (KN) Xe 2 trục Làn 86.62 238.53 13 5.38 389.72 16 0.08 472.36 16 7.78 498.43 16 9. 71 515 .54 15 1 .10 5 61. 47 11 7.42 611 .04 99.45 677.42 61. 27 814 .30 19 3 .13 10 67.33 235 .15 13 00.48 Si h max Ngời KN 41. 99 405.84 68. 61 655.27 83 .16 780.87 87.75 8 31. 48 90.76 853.58 98.85 880.66 10 7.58 889.99 11 9.26 942.65 14 3.36 10 71. 04 18 7.90 15 38.84... -5.74 15 .53 563. 01 10 27.88 -12 .79 15 .09 547.06 Dây neo 34.03 -18 .80 15 .24 5 51. 52 B - Nội lực dây văng nhịp giữa Dây i 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' + 5.55 9.835 12 .405 13 .96 15 .7 16 .675 17 .748 18 .55 -2.67 -3.078 -2.462 -1. 622 -1. 026 -0. 811 -1. 209 -1. 885 - hồ xuân nam - 2.89 6.757 9.943 12 .338 14 .674 15 .864 16 .539 16 .665 S tĩnh II KN 11 3.52 244.90 360.37 447 .17 5 31. 84 574.97 599.43 604.00 17 Xe tải 12 5.32... K 41- - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - c - Bảng tính toán nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải A - Nội lực dây văng nhịp biên Dây thứ St II + i KN 1 5.96 -3.78 2 .18 80.50 2 10 .18 -4.37 5. 81 210 .54 3 12 .34 -3.63 8. 71 315 .54 4 13 .02 -2.03 11 .00 398.50 5 13 .47 -0.42 13 .05 473.05 6 14 .67 -0.52 14 .14 512 . 61 7 15 .96 -1. 10 14 .87 538.84 8 17 .70 -2.40 15 .30 554.49 9 21. 27... 18 75.82 Xe tải 12 3.54 19 0.72 224.52 240.24 255. 71 253 .19 244.66 2 31. 59 S hoạt tải (KN) Xe 2 trục Làn 85. 01 2 31. 74 13 2 .17 376.47 15 5. 91 474.85 16 5.54 534.37 17 4.84 600.98 17 2.92 638.30 16 7 .14 679.37 15 8 .16 710 .07 Si h max KN 396.08 633.47 782.97 868.69 962.49 10 03.86 10 43.64 10 66.67 Ngời 40.80 66.28 83.60 94.08 10 5.80 11 2.37 11 9.60 12 5. 01 - Lớp Cầu Đờng Bộ A K 41- - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây. .. tải trên bản quá độ Tổng áp lực Ptc max (KN) 16 93.2 1. 25 422 1. 25 310 .5 1. 25 7087.5 1. 25 280.0 1. 25 13 .5 1. 25 3353.4 1. 50 2965.3 1. 25 776.6 1. 50 14 35.4 1. 75 560.7 1. 75 18 542.3 Ptt (KN) 211 6.5 527.5 388 .1 8859.4 350.0 16 .9 5030 .1 3706.6 11 64.9 314 0.0 12 26.6 265 21 IV.2.4 Bố trí cọc trong móng mố - Móng bệ tháp đợc thiết kế với móng cọckhoan nhồi D =12 0 cm 1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu... 398.50 8 31. 48 20 71. 47 473.05 853.58 2256.77 512 . 61 880.66 24 31. 84 538.84 889.99 2596.23 554.49 942.65 2750 .15 563. 01 10 71. 04 2894 .14 547.06 15 38.84 3028.84 5 51. 52 18 75.82 S tổng KN 18 24. 81 2356.24 2776.95 310 7.78 3398 .10 3650.04 3860.66 4093.37 4384.20 4980.04 5456 .18 Dây i 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' 10 ' 11 ' Nhịp giữa St I St II S hoạt S tổng KN KN max KN KN 13 38.46 11 3.52 396.08 18 48.06 14 90.42 244.90... 33 .18 23.70 31 43.4 3' 2823.87 4 310 7.78 37 .13 26.52 37 51. 8 4' 319 3.67 5 3398 .10 40.60 29.00 37 51. 8 5' 3565.80 6 3650.04 43. 61 31. 15 37 51. 8 6' 3835.60 7 3860.66 46 .13 32.95 43 60.2 7' 4074. 91 8 4093.37 48. 91 34.93 43 60.2 8' 4266. 91 9 4384.20 52.38 37. 41 43 60.2 9' 4 410 .70 10 4980.04 59.50 42.50 55 77.0 10 ' 4525.05 11 5456 .18 65 .19 46.56 55 77.0 11 ' 4384.85 II.6.4 kiểm tra điều kiện kéo đứt của dây. .. nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Dây văng nhịp biên Dây x h i (độ) S1 10 24 .14 67.50 S2 18 26.75 56.06 S3 26 28.25 47.37 S4 34 29.75 41. 19 S5 42 31. 25 36.65 S6 50 32.75 33.22 S7 58 34.25 30.56 S8 66 35.75 28.44 S9 74 37.25 26.72 S10 82 38.75 25.29 S 11 90 40.25 24 .10 Dây văng nhịp giữa Dây x h i S1' 10 24 .14 67.50 S2' 18 26.75 56.06 S3' 26 28.25 47.37 S4' 34 29.75 41. 19 S5' 42 31. 25 36.65 S6' 50 32.75... một số dây giống nhau hoặc do một số mục đích nào đó trong quá trình thiết kế thì ta cũng có thể tăng hoặc giảm tiết diện của một số dây - Bảng chọn tiết diện dây văng - hồ xuân nam - 18 - Lớp Cầu Đờng Bộ A K 41- - Đồ án tốt nghiệp - - TKSB PA Cầu dây văng - Nhịp biên Si Dây Si Dây max Ai Số tao Chọn Ai max i KN cm2 n n tao chọn i KN 1 1824. 81 21. 80 15 .57 31 43.4 1' 18 48.06 2 2356.24 28 .15 20 .11 31 43.4 . 942.659 21. 27 -5.74 15 .53 563. 01 113 .38 61. 27 814 .30 14 3.36 10 71. 0 410 27.88 -12 .79 15 .09 547.06 283. 61 193 .13 10 67.33 18 7.90 15 38.8 4Dây neo 34.03 -18 .80 15 .24. 512 . 61 220.34 15 1 .10 5 61. 47 98.85 880.667 15 .96 -1. 10 14 .87 538.84 17 1.37 11 7.42 611 .04 10 7.58 889.998 17 .70 -2.40 15 .30 554.49 14 5.97 99.45 677.42 11 9.26