Oån định tổng thể của cầu vòm, nhất là đối với dầm vòm giản đơn, là một trong những vấn đề chủ yếu cần được kiểm soát. Ngoài việc chú ý đến ổn định tổng thể của kết cấu trong khai thác còn cần phân tích ổn định kết cấu trong từng bước thi công để từ đó đề xuất các biện pháp thích hợp để đảm bảo an toàn thi công. Căn cứ phân tích ổn định kết cấu, các biện pháp sau đã được áp dụng thành công để kiểm soát ổn định tổng thể của cầu trong quá trình thi công :
- Liên kết tạm ống thép rỗng của cầu vòm với trụ cầu ;
- Sử dụng các trụ khung tạm dưới nước để lắp dựng vành vòm đến khi đổ xong bản mặt
cầu bước 1, nâng cao đáng kể tính ổn định tổng thể của kết cấu vòm chưa liền khối.
- Bản mặt cầu (kết cấu mà độ cứng của nó góp phần tăng độ cứng tổng thể của toàn cầu)
được xây dựng thành 2 bước, qua đó sớm đạt được độ cứng tổng thể của cầu, giúp cải thiện ổn định tổng thể của cầu trong quá trình thi công.
CHƯƠNG 11: TÍNH TOÁN THI CÔNG VÒNG VÂY CỌC VÁN THÉP 1. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ O B bt bịt đáy CVT FSP.V1 L = 16m 10 .3 m 20.25m bệ móng Đỉnh bệ -0.52 Đáy bệ -3.02 MNTC +4.0 Đỉnh CVT +4.7 xói -4.52 -11.3 Sơ đồ bố trí cọc ván thép J = 7960 cm4 W = 520 cm3 F = 133.8 cm2 a = 500 h = 20 0 t = 2 4. 3 Cọc ván thép FSP. V1
2. TÍNH CHIỀU DAØY LỚP BÊTÔNG BỊT ĐÁY
Pgiu > Pdn Ký hiệu:
γb: Trọng lượng riêng của bê tông bịt đáy γb = 2,3 T/m2.
γn: Trọng lượng riêng của nước γn = 1,0 T/m2
h: Chiều dày lớp bê tông bịt đáy.
H : Chiều cao cột áp lực nước, H = 9,02 m
n: Số cọc trong hố , n = 14 cọc .
U: Chu vi cọc U = 3,768 m.
d: chiều sâu chôn cọc ván thép, d = 4,3 m
c: lực dính của đất, c = 0,82 T/m2
F: Diện tích hố chịu lực đẩy nổi. F = 20,25 × 10,3 = 209 m2
C: Chu vi vòng vây, C = (20,25 + 10,3)x2 = 61,1 m
τ : Lực ma sát giữa bê tông và cọc τ = 10 T/m2
Lực đẩy nổi:
Pdn = H.F. γn = 9,02x209x1 = 1.885 T Trọng lượng cọc ván thép: 123 thanh,
Pvt = 205 T
Trọng lượng lớp bêtông bit đáy
Pbt = F.h. γb = 209x1,5x2,3 = 721 T Lực ma sát giữa cọc và bêtông bịt đáy :
Pc = n.U.h.τ = 14x3,768x1.5x10 = 791 T Lực ma sát giữa chân cọc ván thép và đất
Pvt = C.d.c = 61,1x4,3x0,82 = 215 T
Tổng cộng lực giữ :
Pgiu = 205 + 721 + 791 + 215 = 1.932 T
3. TÍNH CỌC VÁN THÉP
3.1. Kiểm tra ổn định của tường cọc ván
Cọc ván được tính trong trường hợp bất lợi nhất là khi đào xong đất đáy móng, chuẩn bị đổ lớp bêtông bịt đáy. Khi đó cọc ván có xu hướng quay quanh điểm O, cọc ván có một thanh chống với sơ đồ tính như sau [10] :
O B Đỉnh bệ -0.52 -4.52 +4.0 -11.3 Ec Eb 8. 52 8. 52 C D Sơ đồ tính toán ổn định cọc ván thép Điều kiện để cọc ván không lật quanh điểm O là :
Mlật ≤ kMgiữ Trong đó :
k : hệ số ổn định, k = 0,8
Mlật : momen lật đối với điểm O
Mgiữ : momen giữ đối với điểm O
Aùp lực đất chủ động tác dụng lên cọc ván ở độ sâu z là :
P = γdnλaz Trong đó :
γdn : trọng lượng riêng của đất có xét đẩy nổi
3 0 14.8 10 1.44 / 1 1 2.341 n dn γ γ KN m γ ε − − = = = + +
γn: trọng lượng riêng của nước ε : hệ số rỗng của đất λa: hệ số áp lực đất chủ động 0 2 0 2 0 a 6 4' tg 45 tg 45 2 2 0,81 ϕ λ = − ÷= − ÷= = ⇒ P = 1,44x0,81xz = 1,17z Tại B: z = 0, P = 0 Tại D: z = 6,78 (m), P = 7,93 KN/m2
Trọng tâm biểu đồ áp lực đất chủ động cách O một đoạn : h1 = 8,52 (m)
Aùp lực đất bị động tác dụng lên cọc ván ở độ sâu z là :
P = γdnλpz Trong đó : λp : hệ số áp lực đất bị động 0 2 0 2 0 p 6 4' tg 45 tg 45 2 2 1, 24 ϕ λ = + ÷= + ÷= = ⇒ P = 1,44x1,24xz = 1,79z Tại A : z = 0, P = 0 Tại C : z = 6,78 (m), P = 12,13 KN/m2
Trọng tâm biểu đồ áp lực đất bị động cách O một đoạn : h2 = 8,52 (m)
Momen lật đối với điểm O
1 1 1 7,93 6,78 8,52 229 2 = = = × × × = lat M E h KNm
2 2 1 12,13 7, 68 8,52 397 2 = = = × × × = giu M E h KNm Điều kiện ổn định : Mlật = 229 ≤ kMgiữ = 0,8x397 = 317,6 KNm (Thỏa) Vậy cọc ván thép thỏa điều kiện về ổn định
3.2. Tính sức chịu tải của cọc ván
Trường hợp bất lợi nhất là sau khi đổ bêtông bịt đáy và hút nước ra khỏi hố móng. Sơ đồ tính xem như dầm giản đơn kê lên 2 gối : tại điểm O và điểm cách lớp bêtông bịt đáy 0.5m . Tải trọng tác dụng chủ yếu là áp lực nước [10].
Sơ đồ tính: 8.02 T/m O B C 8. 02
Sơ đồ tính sức chịu tải của cọc ván thép
Để đơn giản ta tách một dải tường cọc ván có bề rộng 1m theo phương đứng để tính, momen lớn nhất trong cọc ván là:
Mmax = 28,2 Tm Phản lực tại O là :
RO = 9,7 T
Khả năng chịu uốn của dải cọc ván thép có bề rộng 1 m theo phương đứng :
= 53,55 Tm Ta thấy : [M] = 53,55 Tm > Mmax = 28,2 Tm
Vậy cọc ván thép đủ khả năng chịu lực
3.3. Tính sức chịu tải của vành đai
Sơ đồ tính toán vành đai:
Sơ đồ tính toán vành đai Chọn tiết diện vành đai:
30
cm
40cm 2.52cm
Vành đai gồm 2[ 30 + thanh giằng 2 1x40, có các đặc trưng hình học như sau :
F = 81 cm2
JY = 25403 cm4
3.3.1. Tính thanh vành đai ngắn
Sơ đồ tính toán thanh vành đai ngắn:
3.5 3.3 3.5
a b
Sơ đồ tính toán thanh vành đai ngắn Lực tác dụng chính là phản lực tại O của cọc ván: p = 9.7 T/m Giải hệ ta được momen lớn nhất trong thanh như sau:
Mmax = 12,0 Tm Ra = 37,1 T Rb = 37,1 T Ưùng suất trong thanh là:
5 2 M 12 10 y 20 945Kg / cm J 25.403 × σ = = × =
Ưùng suất cho phép: [σ] = 1.700 KG/cm2
Vậy: σ = 945 KG/cm2 < [σ] = 1.700 KG/cm2, thanh vành đai ngắn đạt yêu cầu
3.3.2. Tính thanh vành đai dài
Sơ đồ tính toán thanh vành đai dài:
0 1 2 3
Sơ đồ tính toán thanh vành đai dài Lực tác dụng chính là phản lực tại O của cọc ván: p = 9,7 T/m Giải hệ ta được momen lớn nhất trong thanh như sau:
Mmax = 16,75 Tm R0 = 44,5 T R1 = 38,2 T R2 = 38,2 T R3 = 44,5 T Ứng suất trong thanh là :
5 2 16,75 10 20 1.319 / 25.403 × = M y= × = KG cm J σ
Ưùng suất cho phép : [σ] = 1.700 KG/cm2
Vậy : σ = 1.319 KG/cm2 < [σ] = 1.700 KG/cm2, thanh vành đai dài đạt yêu cầu
3.4. Tính sức chịu tải của thanh chống
Lực tác dụng lên thanh chống chính là phản lực tác dụng lên các gối trong sơ đồ tính các thanh vành đài ở trên. Công thức kiểm tra cường độ là :
[ ] N F σ σ ϕ = ≤ Trong đó : F : diện tích thanh chống ϕ : hệ số uốn dọc
Chọn thép hình 2 I 30 làm thanh chống, có các đặc trưng hình học như sau :
13.5 30 20 F = 93 cm2 JY = 9.974 cm4 9974 10.35 93 y r = = cm
lo = 200 cm : chiều dài tự do của thanh chống 0 200 19.32 10.35 0.97 y y l r λ ϕ ⇒ = = = ⇒ =
Tiết diện thanh chống
Ưùng suất lớn nhất trong thanh chống là :
2 max max 44500 493 / 0.97 93 N KG cm F σ ϕ = = = × Ta thấy : σmax = 493 KG/cm2 < [σ] = 1.700 KG/cm2
TAØI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bản vẽ Supper – Structure of arch bridge, Xom Cui bridge.
[2] Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô. Lê Đình Tâm, tập 1, 2. Nhà xuất bản xây dựng. [3] Cầu vòm bằng ống thép nhồi bê tông. Phùng Mạnh Tiến – Vũ Trí Thắng. Tạp chí Giao
Thông Vận Tải 6/2004.
[4] Cơ học kết cấu. Lều Thọ Trình, tập 1, 2. Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, 2004. [5] Kết cấu ống thép nhồi bê tông. Nguyễn Viết Trung – Trần Việt Hùng. Nhà xuất bản xây
dựng, 2006.
[6] Mô hình hóa và phân tích kết cấu cầu với Midas / Civil. Ngô Đăng Quang (chủ biên), tập 1. Nhà xuất bản xây dựng, 2005.
[7] Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính toán, công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông. Nguyễn Duy Dương. Luận văn thạc sĩ, 2005.
[8] Quy phạm thiết kế và thi công kết cấu cầu ống thép nhồi bê tông CECS 28 – 90, Trung Quốc.
[9] TCXD 205 : 1998, Móng cọc - tiêu chuẩn thiết kế. Nhà xuất bản xây dựng, 2002.
[10] Thi công móng trụ mố cầu. Nguyễn Trâm, Nguyễn Tiến Oanh, Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hòa. Nhà xuất bản xây dựng, 2005.
[11] Thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bê tông Đông Trù. Nguyễn Trung Hồng, Trần Quốc Bảo. Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ trong ngành giao thông vận tải.
[12] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 2005.
[13] Tính toán cấu kiện ống thép nhồi bê tông dưới tác dụng của lực dọc trục và mômen
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: Giới thiệu công trình...4
1. Tổng quan về cầu vòm ống thép nhồi bêtông...4
1.1. Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông...5
1.2. Đặc điểm làm việc của kết cấu ống thép tròn nhồi bêtông chịu nén...6
1.3. Ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông...6
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LAN CAN TAY VỊN, BÓ VỈA...8
1. Tính toán tay vịn:...8
2. TÍNH TOÁN LỀ VA XE:...11
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH...14
1. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC DẦM...14
2. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG DẦM...16
3. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CÁC MẶT CẮT TRONG DẦM...27 4. TÍNH TOÁN MẤT MÁT ỨNG SUẤT...28 4.1. Mất mát ứng suất do ép sít neo...28 4.2. Mất mát ứng suất do ma sát...29 4.3. Mất mát ứng suất do nén đàn hồi...29 4.4. Mất mát ứng suất do co ngót...32 4.5. Mất mát ứng suất do từ biến...32
4.6. Mất mát ứng suất do chùng nhão trong giai đoạn khai thác...34
4.7. Tổng hợp mất mát ứng suất:...34
5. KIỂM TOÁN DẦM THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG...34
5.1. Giai đoạn truyền lực căng...34
5.2. Kiểm toán dầm trong giai đoạn sử dụng...35
6. KIỂM TOÁN GIỚI HẠN CƯỜNG ĐOä...36
6.1. Kiểm toán sức kháng uốn...36
6.2. Kiểm tra hàm lượng thép tối đa...38
6.3. Hàm lượng thép tối thiểu...38
6.4. Thiết kế chống xoắn và lực cắt tại gối...39
CHƯƠNG 4: Tính toán sườn vòm ống thép nhồi bêtông...43
1. Phân tích kết cấu...43
1.1. Liên kết các bộ phận kết cấu của cầu...43
1.2. Tải trọng tác dụng...43
1.3. Phân bố hoạt tải trong kết cấu cầu vòm...44
1.4. Sơ đồ tính toán kết cấu...44
2. Tính toán nội lực cầu vòm theo cơ học kết cấu...44
2.1. Tính nội lực trong vòm có thanh kéo...45
3. Tính toán kết cấu theo phương pháp PTHH...48
3.1. Mô hình tính toán...48
3.2. Tính toán lực căng trong thanh treo và thanh giằng...51
3.3. Mô hình hoá kết cấu trong MIDAS / Civil 7.0.1...53
4. Nghiên cứu sự làm việc của ống thép nhồi bê tông...55
4.1. Kết cấu thép nhồi bêtông chịu tải dọc trục...55
4.2. Độ cứng của cột thép nhồi bêtông chịu tải dọc trục...55
5. Khả năng chịu lực của kết cấu ống thép nhồi bêtông theo CECS 28-90...56
5.1. Điều kiện về lực nén...56
5.2. Khả năng chịu lực...56
5.2.1. Khả năng chịu tải của cột đơn :...57
5.2.2. Khả năng chịu tải của cột tổ hợp...60
5.2.3. Tính sức chịu tải của cột đơn...63
5.2.4. Tính sức chịu tải của cột tổ hợp...66
5.3. Tính toán ổn định kết cấu vành vòm...68
5.3.1. Tính toán ổn định tổng thể trong mặt phẳng vành vòm...68
6. Kiểm toán cáp thanh treo...72
CHƯƠNG 5: Tính toán trụ...73
1. Giới thiệu chung...73
2. Cấu tạo trụ...73
3. Các loại tải trọng tác dụng lên trụ...74
3.1. Tải trọng kết cấu nhịp...74 3.1.1. Nhịp dẫn...74 3.1.2. Nhịp vòm...80 3.2. Lực hãm xe – BR...82 3.3. Tĩnh tải trụ – DC...83 3.4. Tải trọng gió...83
3.4.1. Tải trọng gió tác dụng lên thân trụ và KCN (WS)...83
3.4.2. Tải trọng gió tác dụng lên xe (WL)...86
3.5. Lực đẩy nổi B...86
3.6. Tổ Hợp Tải Trọng...89
4. Kiểm toán các tiết diện...96
4.1. Kiểm toán mặt cắt b - b (đỉnh bệ)...96
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI...113
1. Địa chất khu vực...113
2. Tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu...115
3. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền...116
3.1. Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền...116
3.3. Tổng hợp sức kháng...118
3.4. Tính toán số lượng cọc...119
3.5. Xác định nội lực đầu cọc...120
3.6. Kiểm tra sức chịu tải của cọc...124
3.6.1. Kiểm tra sức chịu tải của cọc...124
3.6.2. Kiểm tra chuyển vị đỉnh trụ...124
4. Thiết kế cốt thép cho cọc khoan nhồi...125
4.1. Thiết kế cốt thép chịu mômen uốn...125
4.2. Thiết kế cốt thép chịu cắt...126
5. Tính cốt thép cho đài cọc...127
5.1. Tính cốt thép theo phương dọc cầu...127
5.2. Tính cốt thép theo phương ngang cầu...128
5.3. Tính toán chọc thủng cho đài cọc...128
CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN MỐ CẦU...129
1. TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU...130
1.1. Tĩnh tải do kết cấu nhịp tác dụng xuống mố...130
1.2. Tĩnh tải mố...130
1.3. Aùp lực ngang đất EH...132
2. HOẠT TẢI TÁC DỤNG LÊN MỐ...133
2.1. Hoạt tải xe: HL93...133
2.2. Áp lực gió...134
2.3. Lực hãm do xe thiết kế (BR)...135
2.4. Hoạt tải chất thêm LS...135
3. NỘI LỰC TẠI CÁC MẶT CẮT KHÁC...139
3.1. Nội lực tác dụng lên bản cánh (m/c E_E)...139
3.2. Nội lực tác dụng lên tường đỉnh (m/c C_C)...140
3.3. Nội lực tác dụng lên bản quá độ...141
3.4. Nội lực tác dụng lên vai kê...141
4. THIẾT KẾ CỐT THÉP THÂN MỐ...142
4.1. Kiểm tra cấu kiện chịu uốn theo 2 phương...142
4.2. Kiểm tra cấu kiện chịu cắt...145
4.1.3. Kiểm tra vết nứt...147
5. THIẾT KẾ CỐT THÉP BỆ CỌC...149
5.1. Kiểm tra cấu kiên chịu uốn theo 2 phương...149
5.2. Kiểm tra cấu kiện chịu cắt...152
5.3. Kiểm tra vết nứt...154
6. THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO CÁC MẶT CẮT KHÁC...156
chương 8: Thi công mố cầu...158
2. Phương án thi công...159
3. Các lưu ý trong quá trình thi công...160
3.1. Thi công kết cấu phần dưới...160
3.2. Thi công toàn cầu...160
CHƯƠNG 9: THI CÔNG TRỤ CẦU...161
1. Thi công móng trụ...162
1.1. Kích thước móng trụ cầu...162
1.2. Trình tự các bước công nghệ...162
1.3. Thi công vòng vây cọc ván thép...163
1.4. Thi công đảo cát...163
1.5. Công tác khoan tạo lỗ...163
1.6. Thi công bệ móng trụ...167
2. Thi công thân trụ...167
3. ThI công mũ trụ...168
chương 10: Thi công kết cấu nhịp...169
1. Trình tự các bước thi công cơ bản...169
2. chế tạo và lắp đặt kết cấu vành vòm...169
2.1. Xác định trục vành vòm để chế tạo...169
2.2. Xác định phân đoạn...170
2.3. Lắp đặt thử tại hiện trường...170
2.4. Lắp đặt chân vòm...170
2.5. Lắp đặt kết cấu vành vòm thép...171
3. Bơm bê tông vào ống vòm...171
3.1. Lựa chọn phương pháp bơm bê tông...171
3.2. Công nghệ bơm bêtông vào ống thép sườn vòm...172
4. Biện pháp ổn định tổng thể cầu trong quá trình thi công...173
chương 11: Tính toán thi công vòng vây cọc ván thép...174
1. Sơ đồ bố trí...174
2. Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy...174
3. Tính cọc ván thép...176
3.1. Kiểm tra ổn định của tường cọc ván...176
3.2. Tính sức chịu tải của cọc ván...178
3.3. Tính sức chịu tải của vành đai...179
3.4. Tính sức chịu tải của thanh chống...181
TAØI LIỆU THAM KHẢO...183
MỤC LỤC...184