ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Xác định tải trọng tác dụng lên trụ..... Nếu trục vòm trùng với đường áp lực thì hầu như có thể tránh được momen uốn trong sườn vòm dưới bất kì tĩnh tải nào, tuy nhiên hoạt tải trên đườn

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

_

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Quốc Bảo

Hà Nội, 20/05/2022

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ, LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ 1

1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1

1.1.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật :

1.1.2 Số liệu thiết kế

1.1.3 Điều kiện địa chất

1.1.4 Vật liệu :

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN SƠ BỘ 3

2.1 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 3

2.1.1 Kết cấu phần trên:

2.1.2 Kết cấu nhịp:

2.1.3 Mố cầu

2.1.4 Trụ cầu

2.2 TÍNH TOÁN SƠ BỘ KHỐI LƯỢNG 8

2.3 TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC MỐ: 9

2.3.1 Tĩnh tải

2.3.2 Hoạt tải

2.4 Tính toán sơ bộ số lượng cọc trụ 11

2.4.1 Xác định tải trọng tác dụng lên trụ

2.4.1.1 Trụ dẫn 11

2.4.1.2 Trụ chuyển tiếp 14

2.4.1.3 Trụ chính 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Số liệu địa chất 1

Hình 1-2 Sơ đồ mặt cắt sông 2

Hình 2-1 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn 3

Hình 2-1 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn 4

Hình 2-2 Mặt bên mố cầu 5

Hình 2-2 Mặt bên mố cầu 5

Hình 2-1 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn 5

Hình 2-1 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn 5

Hình 2-2 Mặt bên mố cầu 6

Hình 2-3 Mặt bằng mố cầu 7

Hình 2-4 Cấu tạo trụ chính 7

Hình 2-5 Cấu tạo trụ chuyển tiếp 8

Hình 2-6 Cấu tạo trụ dẫn 8

Hình 2-7 Đường ảnh hưởng áp lực lên mố 9

Hình 2-8 Sơ đồ xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực mố M1 10

Hình 2-9 Sơ đồ xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực mố M1 10

Hình 2-7 Đường ảnh hương áp lực lên trụ dẫn 12

Hình 2-7 Sơ đò xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ dẫn 13

Hình 2-7 Sơ đò xếp xe 2 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ dẫn 13

Hình 2-7 Sơ đồ xếp2 xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ dẫn 13

Hình 2-7 Đường ảnh hưởng áp lực lên trụ chuyển tiếp 15

Hình 2-7 Sơ đò xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chuyển tiếp 16

Hình 2-7 Sơ đò xếp xe 2 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chuyển tiếp 16

Hình 2-7 Sơ đồ xếp2 xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chuyển tiếp 16

Hình 2-7 Đường ảnh hưởng áp lực lên trụ chính 19

Hình 2-7 Sơ đò xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chính 19

Hình 2-7 Sơ đò xếp xe 2 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chuyển tiếp 19

Hình 2-7 Sơ đồ xếp2 xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chính 20

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Thống kê các kích thước cơ bản 8

Bảng 2-2 Thống kê các kích thước cơ bản 9

Bảng 2-1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố 11

Bảng 2-1 Tổ hợp tải trọng trạng thái cường độ 1 11

Bảng 2-1 Tính toán trọng lượng trụ 12

Bảng 2-1 Tính toán áp lực tĩnh tải 12

Bảng 2-1 Tính toán áp lực hoạt tải lên trụ trong từng trường hợp 14

Bảng 2-1 Tổ hợp trang thái cường độ 1 14

 Bảng 2-1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố 17

 Bảng 2-1 Tổ hợp tải trọng trạng thái cường độ 1 17

 Bảng 2-1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố 20

 Bảng 2-1 Tổ hợp tải trọng trạng thái cường độ 1 20

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ, LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ

1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

1.1.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật :

Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

Hoạt tải thiết kế HL-93

1.1.3 Điều kiện địa chất

Dựa vào kết quả thăm dò, thí nghiệm hiện trường, địa chất khu vực lòng sông :

Hình 1-1 Số liệu địa chất

Dường kính(mm)

Giới hạn bền:f pu =1806 Mpa

Mô đun đàn hồi:E=19500Mpa

Diện tích 1 tao cáp 12,7mm :A spi =98,7 mm2

Diện tích 1 tao cáp 15,2mm :A spi =140 mm2

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN SƠ BỘ

2.1 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

Sơ đồ cầu: 4 × 40 + 90 + 120 + 90 + 4 × 40 𝑚;

2.1.1 Kết cấu phần trên:

Phần cầu chính:

Đường tên, phương trình tim vòm:f L= 14÷ 16

Trục vòm ảnh hường đến khả năng chịu lực của vòm Nếu trục vòm trùng với đường

áp lực thì hầu như có thể tránh được momen uốn trong sườn vòm dưới bất kì tĩnh tải nào, tuy nhiên hoạt tải trên đường cong áp ljwc luôn thay đổi nên ta chọn cho đường trục vòm gần với dang đường cong áp lực tổng quát để sao cho momen sinh ra trong vòm là nhỏ nhất:

Sử dụng công thức bậc 2 với đường tim vòm như sau:

y= 4f

l2 × x×(l−x)

Với nhịp biên có chiều dài L=90m ta chọn đường tim vòm có f=16m

2.1.2 Kết cấu nhịp:

Kết cấu nhịp gồm 4 nhịp dầm BTCT ứng suất trước

Chiều dài cấu tạo dầm: 40 m;

Chiều cao : 1850mm

Bảm mặt cầu là bản liên tục đổ tại chỗ, dày 200mm

Hình 2-3 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn

Dầm chủ là dầm chữ I, chiều cao dầmh dầm =1,85m Mặt cắt ngang gồm 7 dầm Super T,

khoảng cách mỗi dầm S=2.7 m

Kết cầu chính gồm 2 nhịp biên có L biên =90m và 1 nhịp chính có L chính =120 m

Hình 2-4 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn

Lựa chọn tiết diện vòm thép : Vòm thép được cấu tạo từ 2 ông thép đường kính dày 1m, bề dày của ống là 16mm, trong đó có nhồi bê tông cường độ 6Mpa và thép tăng cường :

Hình 2-5 Mặt bên mố cầu Hình 2-6 Mặt bên mố cầu

Hệ giằng ngang : Cầu có 2 vòm chỉ nên cần bố trí hệ giằng ngang để chịu lực gió đầyngang cầu Các thanh giằng cũng làm bằng ống thép nhồi bê tông được liên kết hàn với sườn vòm

Hình 2-7 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn

Hình 2-8 Mặt cắt ngang mặt cầu dẫn

Bản mặt cầu bằng BTCT 𝐶30 có chiều dày ℎ𝑏𝑚𝑐 = 200 𝑚𝑚 Gối cầu sử dụng gối cao su bản thép Khe có giãn cao su.

Có 2 làn bộ hành chiều rộng mỗi làn 𝑏𝑏 = 0,5 ℎ 𝑚 Lan can bằng BTCT rộng 0,5 𝑚, tay vịn bằng thép mạ kẽm

Mặt cầu có độ dốc ngang 2% bao gồm : lớp phòng nước dày 5 𝑐𝑚 và lớp bê tông Astphan dày 7 𝑐𝑚 Độ dốc dọc cầu 1%

2.1.3 Mố cầu

Mố cầu thiết kế là mố chữ U bê tông cốt thép 𝐶30, các kích thước như trong hình vẽ

Hình 2-9 Mặt bên mố cầu

Hình 2-12 Cấu tạo trụ chuyển tiếp

Hình 2-13 Cấu tạo trụ dẫn

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: g lớp phủ =γ btnhựa ×dt lp=29.97 𝐾𝑁/𝑚

- Trọng lượng lan can : g lc =γ bt ×dt lc = 18.6 𝐾𝑁/𝑚.

Đường ảnh hưởng áp lực lên mố :

Hình 2-14 Đường ảnh hưởng áp lực lên mố

Diện tích đường ảnh hưởng áp lực mố : 𝜔 = 20 𝑚2

Tĩnh tải tác dụng lên mố :

DC=P trụ+(g dầm +g b ản +g lc)×ω=10471.4( KN)

DW =glp ×ω=599(KN )

2.3.2 Hoạt tải

Tiến hành xếp xe lên đường ảnh hưởng áp lực mố

Hình 2-15 Sơ đồ xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực mố M1

Tung độ đường ảnh hưởng: y1=1; y2=0.89 ; y3=0.78

IM - Lực xung kích (lực động) của xe, (1+IM) = 1,25

Pi, yi - Tải trọng trục xe, tung độ đường ảnh hưởng

ɷ - Diện tích đường ảnh hưởng

2.4 Tính toán sơ bộ số lượng cọc trụ

Tính toán sơ bộ khối lượng cọc cho trụ bằng cách xác định tải trọng tác dụng lên bệ móng và xác định sức chịu tải của cọc Từ đó xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc

2.4.1.1 Trụ dẫn

 Tải trọng thường xuyên :

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên trụ dẫn gồm tải trọng bản thân trụ (P trụ ) và

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: g lớp phủ =γ btnhựa ×dt lp=29.97 𝐾𝑁/𝑚

- Trọng lượng lan can : g lc =γ bt ×dt lc = 18.6 𝐾𝑁/𝑚.

Ta tính toán tải trọng tác dụng lên từng loại trụ từ đó xác định ra số lượng cọc của loại trụ đó

Đường ảnh hưởng áp lực lên trụ :

Hình 2-17 Đường ảnh hương áp lực lên trụ dẫn

Diện tích đường ảnh hưởng áp lực trụ :ω=40 m2

Tĩnh tải tác dụng lên trụ:

DC=P trụ+(g dầ m +g b ản +g lc)×ω=¿

Trụ T2 12693.24 1198.8

 Hoạt tải

Xếp xe lên đường ảnh hưởng áp lực trụ

Hình 2-18 Sơ đò xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ dẫn

Tuung độ đường ảnh hưởng: y1=0.89 ; y2=1; y3=0.89

Hình 2-19 Sơ đò xếp xe 2 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ dẫn

Tung độ đường ảnh hưởng: y1=1; y2=0.97

Hình 2-20 Sơ đồ xếp2 xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ dẫn

Tung độ đường ảnh hưởng: y1=0.3; y2=0.41; y3=0.51; y4=1; y5=0.89

Áp lực lên trụ dẫn được tính bằng :

Trong đó:

n - Số làn xe, n = 3

m - Hệ số làn xe, m = 0.85

IM - Lực xung kích (lực động) của xe, (1+IM) = 1,25

Pi, yi - Tải trọng trục xe, tung độ đường ảnh hưởng

ɷ - Diện tích đường ảnh hưởng

W làn - Tải trọng làn, W làn = 9,3 kN/

Bảng 2-7 Tính toán áp lực hoạt tải lên trụ trong từng trường hợp

Xe 3 trục+ Tải trọng làn Xe 2 trục + tải trọng làn 2 xe 3 trục + tải trọng làn

Khối lượng thép vòm :P thép =78.5×18.18=1427.18 KN

Khối lượng bê tông dầm ngang :

Bố trí 15 dầm ngang mỗi dầm cách nhau 5.2 mét:P dn =24 × 15×23.065=8303.4 KN

Khối lượng dầm dọc :P dầm dọc =24×2×119=5616 KN

Khối lượng bản lắp ghépP blg =24 × 2467=59208.84 KN

Khối lượng thép giằng ngang : P thép giằng =379.125 KN

Khối lượng bê tông giằng ngang :P BT giằng=2708KN

Khối lượng dây treo : Sơ bộ chọn 25 tao 15,2 diện tích 140mm2

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: g lớp phủ =γ btnhựa ×dt lp=29.97 𝐾𝑁/𝑚

- Trọng lượng lan can : g lc =γ bt ×dt lc = 18.6 𝐾𝑁/𝑚.

Đường ảnh hưởng áp lực lên trụ :

Hình 2-21 Đường ảnh hưởng áp lực lên trụ chuyển tiếp

DC=P trụ+(g dầm +g bản)× ω1+(g bt +g thép)× ω2+g lc × ω

DW =g lp ×ω=29.97 ×65=1948.05 KN

 Hoạt tải

Xếp xe lên đường ảnh hưởng áp lực trụ

Hình 2-22 Sơ đò xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chuyển tiếp

Tuung độ đường ảnh hưởng: y1=1; y2=0.95 ; y3=0.9

Hình 2-23 Sơ đò xếp xe 2 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chuyển tiếp

Tung độ đường ảnh hưởng: y1=1; y2=0.98

 IM - Lực xung kích (lực động) của xe, (1+IM) = 1,25

 Pi, yi - Tải trọng trục xe, tung độ đường ảnh hưởng

 ɷ - Diện tích đường ảnh hưởng

Tải trọng thường xuyên :

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên trụ chuyển tiếp gồm tải trọng bản thân trụ (P trụ )

Trọng lượng kết cấu nhịp cầu 90 m :

TRọng lượng bê tông vòm nhịp 90m :g bê tông =278.064 KN /m

Trọng lượng thép vòm nhịp 90m : g thép =18.40 KN /m

Trọng lượng kết cấu nhịp cầu 120m :

Khối lượng bê tông vòm chủ :P bt vòm =24 × 389.45=9346.87 KN

Khối lượng thép vòm :P thép =78.5 ×24.24=1902.99 KN

Khối lượng bê tông dầm ngang :

Bố trí 23 dầm ngang mỗi dầm cách nhau 5.2 mét:

Khối lượng dầm dọc :P dầm dọc =24×2×194.725=9346.87 KN

Khối lượng bản lắp ghépP blg =24 × 266.53=6393.72 KN

Khối lượng thép giằng ngang : P thép giằng =337 KN

Khối lượng bê tông giằng ngang :P BT giằng=3604KN

Khối lượng dây treo : Sơ bộ chọn 25 tao 15,2 diện tích 140mm2

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: g lớp phủ =γ btnhựa ×dt lp=29.97 𝐾𝑁/𝑚

- Trọng lượng lan can : g lc =γ bt ×dt lc = 18.6 𝐾𝑁/𝑚.

Đường ảnh hưởng áp lực lên trụ :

Hình 2-25 Đường ảnh hưởng áp lực lên trụ chính

Diện tích đường ảnh hưởng áp lực trụ :ω=105 m2;

Tĩnh tải tác dụng lên trụ :

DC=P trụ+[ (g bản)+(g bt +g thép)+g lc]×ω=132503.76 KN

DW =g lp ×ω=29.97 ×105=3146.85 KN

 Hoạt tải

Xếp xe lên đường ảnh hưởng áp lực trụ

Hình 2-26 Sơ đò xếp xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chính

Tung độ đường ảnh hưởng: y1=0.95 ; y2=1; y3=0.96

Hình 2-27 Sơ đò xếp xe 2 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chuyển tiếp

Hình 2-28 Sơ đồ xếp2 xe 3 trục lên đường ảnh hưởng áp lực trụ chính

 IM - Lực xung kích (lực động) của xe, (1+IM) = 1,25

 Pi, yi - Tải trọng trục xe, tung độ đường ảnh hưởng

 ɷ - Diện tích đường ảnh hưởng

DC 1.25

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Đình Tâm, Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô, Nhà xuất bản xây dựng 2005.

[2] Nguyễn Tiến Oanh, Nguyễn Trâm, Lê Đình Tâm, Xây dựng cầu bê tông cốt thép, Nhà

xuất bản xây dựng, 1995

[3] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, Nhà xuất bản giao

thông vận tải, 2005

[4] American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO),

LRFD Bridge Design Specifications, 4th Edition, Washington DC, 2007.

[5] Wai Fan Chen and Lien Duan, Bridge Engineering Handbook, CRC press, NewYork,

[6] Richard M.Baker, Jay A.Pucket, Design of highway bridge, MC Graw Hill, 1997.