thuyết minh kết cấu nhịp - đúc hẫng

Tính toán đặc trưng hình học Các đặc trưng hình học của tiết diện sẽ được tính theo tọa độ của mặt cắt: Hình 4.2: Đánh số các điểm gấp khúc liên tục để tính đặc trưng hình học Các đặc tr

THIẾT KẾ DẦM LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG

4.1 TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN

4.1.1 Xác định phương trình đường cong đáy dầm hộp

Giả thiết đáy dầm có cao độ thay đổi theo quy luật parabol bậc 2

Ta bỏ qua đốt hợp long và đoạn đỉnh trị vì có đáy dầm hộp nằm ngang Khi đó

chiều cao thay đổi:

vn HLg h

phía dưới

0(0;0)

A(36.5;2.6) B(36.5;1.8)

Hình 4.1: Phân chia các mặt cắt ngang dầm tại trụ T4-T5

Xác định phương trình đường cong đáy dầm

Phương trình đường cong đáy dầm có dạng:

2 1

Đường cong đáy dầm đi qua 2 điểm 0(0;0) và A(36.5;2.6)

Xét tại điểm 0(0;0), thay vào phương trình (1) ta có:

2 1

Xác định phương trình đường cong mặt trên bản đáy

Phương trình đường cong mặt trên bản đáy dạng:

2 2

Đường cong đáy dầm đi qua 2 điểm B(36.5;1.8) và C(0; –0.25)

Dời hệ trục toạ độ 0xy về Cxy Lúc này ta có

2 2

Toạ đồ 2 điểm B và C lúc này sẽ là B(36.5;2.05) và C(0; 0)

Xét tại điểm C(0; 0) thay vào phương trình (2) ta có:

Ta có bảng sau:

Mặt cắt Khoảng cách lẻ Li

7-7 4 12 2.481 2.1716 0.3094

4.1.2 Tính toán đặc trưng hình học

Các đặc trưng hình học của tiết diện sẽ được tính theo tọa độ của mặt cắt:

Hình 4.2: Đánh số các điểm gấp khúc liên tục để tính đặc trưng hình học

Các đặc trưng hình học của tiết diện được tính toán rồi lập thành bảng sau :

Bảng các đặc trưng hình học tại các mặt cắt ngang

Việc tính toán đặc trưng hình học với tiết diện nguyên này rất cần thiết cho việctính toán sơ bộ trong giai đoạn thi công và khai thác để xác định tĩnh tải rồi sau đóthiết kế nội lực và tính ra số bó thép dự ứng lực cần thiết.

Tuy nhiên các kiểm toán sau này chúng ta sử dụng đặc trưng hình học tính đổi Vàviệc quy đổi đó dựa trên nguyên tắc quy đổi tiết diện hình phức tạp về tiết diệnhình chữ I :

trung bình của cánh hẫng) tính từ điểm cắt của đường kéo thẳng theo mặtngoài thành hộp với mặt nắp hộp.

750 1500 500 1500 1000364.286mm

t

Fh

Hình 4.3 : Kích thước mặt cắt ngang trước và sau khi quy đổi

Bảng kích thước quy đổi của các mặt cắt như sau

Đặc trưng vật liệu:



Cường độ bê tông:

Tính toán tương tự cho các mặt cắt còn lại, ta có bảng

Bảng cường độ bê tông theo thời gian

HL giữa 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 5.477

4.2 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG

4.2.1 Các nguyên tắc tính toán và tổ hợp tải trọng

Khi tính toán nội lực và thi công kết cấu bằng phương pháp đúc hẫng, kết cấu đượccoi như làm việc trong giai đoạn đàn hồi và chấp nhận nguyên lý cộng tác dụng.Tuy nhiên do ta dùng chương trình để tính toán nội lực trong kết cấu do đó ta khôngáp dụng nguyên lý cộng tác dụng mà lấy kết quả trực tiếp từ các tổ hợp tải trọngtrong chương trình

Độ cứng của tiết diện tính theo kích thước bêtông chưa xét đến bố trí cốt thép.Quá trình tính toán nội lực ta xét tổ hợp theo từng giai đoạn thi công và khai thácđể thiết kế và kiểm tra tiết diện ở từng giai đoạn

Kết cấu thi công bằng phương pháp đúc hẫng phải tính theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn I : Thi công đúc hẫng đối xứng các đốt qua trụ (từ đốt K0-K9) :

Kết cấu chịu lực theo sơ đồ conson Khi đó moment âm là lớn nhất Tải trọng tácdụng bao gồm:

như từ biến, co ngót

đổi trong quá trình đúc hẫng, cần xét ảnh hưởng của độ cong của các cáp cụthể

Nội dung tính toán của giai đoạn này là phải xác định nội lực theo từng bước đúchẫng để kiểm tra và bố trí lượng cốt thép cần thiết khi thi công Tính toán kiểm trađộ võng cho từng bước thi công để điều chỉnh đảm bảo đúng cao độ của mút dầmkhi hợp long

Giai đoạn II : Đổ bê tông xong đốt hợp long ở nhịp biên nhưng bê tông chưa đông cứng

Khi đó bê tông dẻo còn chưa hoá cứng, trọng lượng của ván khuôn hợp long, củahỗn hợp bê tông dẻo, của cốt thép hợp long được coi như chia đôi để tác dụng lênhai sơ đồ hệ thống kết cấu tách biệt nhau, một là sơ đồ đúc trên đà giáo phần nhịpbiên, hai là sơ đồ khung cứng T của phần đúc hẫng từ trụ ra nhịp biên

Các tải trọng tác dụng:

 Trọng lượng ván khuôn và thiết bị để hợp long biên (một xe đúc và ván khuôncủa nó

Giai đoạn III : Hợp long xong nhịp biên và bê tông đã hoá cứng

Trong giai đoạn này ván khuôn ở thành bên của đốt hợp long đã tháo ra và tiếnhành căng cáp dự ứng lực nhóm B ở bản đáy của nhịp biên, sau đố tháo nốt vánkhuôn đáy của đốt hợp long Tiếp tục thay các neo tạm trên trụ T4 và T5 bằng gốivĩnh cửu Như vậy tương ứng với 2 lực tập trung hướng lên trên đặt tại 2 đầu củađốt hợp long Dự ứng lực của cáp nhóm B sẽ làm cong vồng lên cả nhịp biên khiếncho tĩnh tải bản thân của phần đúc trên đà giáo và phần tải trọng thi công rải đềumà trước đây đè lên đà giáo thì nay tác dụng lên kết cấu nhịp vừa được nối thành

sơ đồ khung siêu tĩnh

Sơ đồ kết cấu lúc này là khung T có 1 đầu tựa lên gối di đọng ở đầu nhịp biên (sơđồ siêu tĩnh bậc 1)

Các tải trọng tác dụng:

hướng ngược lên trên vì các thiết bị này đã bị tháo dỡ)

nhịp biên

Giai đoạn IV : Thi công đốt hợp long giữa nhịp giữa (bê tông đốt hợp long chưa khô) :

Khi đó sẽ lắp các ván khuôn hợp long nhịp giữa và đổ bê tông nhịp giữa Sơ đồ kếtcấu vẫn là 2 hệ thống riêng biệt

Tải trọng tác dụng:

Giai đoạn V : Hợp long giữa và bê tông đã hoá cứng.

Trong giai đoạn này ván khuôn thành bên đã được tháo dỡ, các cáp dự ứng lựcnhóm B đã được đặt và căng xong, xe đúc đã rút đi, ván khuôn đáy hợp long đãđược tháo dỡ

Giai đoạn VI : Giai đoạn khai thác

Sơ đồ kết cấu: Dầm liên tục 3 nhịp

4.2.2 Tính toán tải trọng tĩnh tải giai đoạn 1

Từ đặc trưng hình học của mặt cắt dầm ta tính được trọng lượng các đốt dầm

Bảng tính toán trọng lượng các đốt dầm và tĩnh tải rải đều của từng đốt

Với

Bảng tính tĩnh tải từng khối đúc trên trụ T4-T5

DC (KN)

DC tt

(KN)

e (m)

4.2.3 Tính toán tải trọng tĩnh tải giai đoạn 2

4.2.3.1.Tính trọng lượng lớp phủ mặt cầu

Tên gọi các đại lượng Chiều dày h (cm)  (KN/m 3 )

Tổng khối lượng tĩnh tải giai đoạn 2 tác dụng lên kết cấu nhịp :

VÁT 20x20

CẤU TẠO LỀ BỘ HÀNH

Hình 4.4 : Kích thước chi tiết hệ lan can – lề bộ hành.

Trọng lượng tường bê tông :

Hoạt tải ô tô: HL- 93 (theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 ).

Hoạt tải xe thiết kế Hl-93 sẽ gồm một tổ hợp của:

4.2.4.1.Xe tải thiết kế:

Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35 KN , hai trục sau mỗi trục nặng 145KN,khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300mm, khoảng cách hai trục sau thay đổi từ

4300 – 9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theo phương ngang khoảng cáchgiữa hai bánh xe là 1800mm

Hình 4.5 : Xe tải thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05

4.2.4.2 Xe hai trục thiết kế:

Xe hai trục thiết kế gồm một cặp trục 110KN cách nhau 1.2m, cự ly của các bánh

xe theo chiều ngang lấy bằng 1.8m

110kN 110kN

1800 1200

DỌC CẦU NGANG CẦU

Hình 4.6: Xe 2 trục thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05

4.2.4.3 Tải trọng làn thiết kế:

Gồm tải trọng 9.3N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu đượcgiả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm Hiệu ứng lực của tải trọng lànthiết kế không xét lực xung kích

Hình 4.7: Đặc trưng tải trọng làn thiết kế

4.2.4.4 Hoạt tải người đi bộ (PL):

Tải trọng người bộ hành phân bố đều trên toàn bộ bề rộng 1500 mm của lề bộhành và kéo dài đến hết chiều dài nhịp dầm Ta chuyển từ tải trọng phân bố trêndiện tích thành tải trọng phân bố theo phương dọc cầu, bằng cách nhân giá trị độlớn với 1500 mm Được giá trị độ lớn phân bố trên chiều dài

Không tính hệ số xung kích cho tải trọng người đi

4.2.4.5 Tải trọng xung kích:

Là tải trọng đưa vào tải trọng xe 3 trục hay xe hai trục lấy bằng 25% tại trọng củamỗi xe

4.2.5.Tải trọng gió (WS):

4.2.5.1 Tốc độ gió thiết kế:

Tốc độ gió thiết kế V được xác định theo công thức:

B

Trong đó:

với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu Tra bảng theo TCVN

4.2.5.2 Tải trọng gió tác động lên công trình

Tải trọng gió ngang:

trọng tâm của các phần diện tích thích hợp và được tính như sau:

V: Tốc độ gió thiết kế

trung bình cho kết cấu:

b: Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can, b = 10.0 m

d: Chiều cao kết cấu phần trên gồm cả lan can đặc:

4.2.5.3 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ:

Khi xét tổ hợp tải trọng Cường Độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào cảkết cấu và xe cộ Tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 1.5KN/m, tác dụng thẳng góc, phía trên mặt đường 1800 mm và được truyền vàokết cấu Tải trọng dọc của gió lên xe cộ là tải trọng phân bố 0.75KN/m tácdụng nằm ngang, song song với tim cầu dọc kết cấu và đặt cách mặt đường

1800 mm

4.2.5.4 Tải trọng gió tác động lên thiết bị (WE):

4.2.5.5 Tải trọng gió đứng trên một cánh hẫng (WUP):

Lực nâng của gió trên một cánh hẫng lấy bằng 2.4x10 MPa trên diện tích mặt cầuvới phương pháp thi công hẫng, và chỉ tác động với một bên cánh hẫng.

Với chiều rộng mặt cầu trong giai đoạn thi công là b = 10.5 m, lực gió đứng trênđơn vị dài là:

4.2.5 Tải trọng thi công cầu chính:

Hoạt tải thi công và thiết bị phụ (CLL): Hoạt tải thi công phân bố được lấy bằng

4

Hình 4.8 : sơ đồ bố trí xe đúc

4.2.6.Tải trọng do lún mố trụ:

Tải trọng do lún mố trụ (SE):

Tải trọng do lún mố trụ không đều của mố trụ gây ra đối với nhịp liên tục dự kiến

4.3 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG

Để thuận tiện cho việc tính toán ta ký hiệu các mặt cắt như sau:

4@3000=12000

Hình 4.9: Ký hiệu các mặt cắt tính toán

Dùng chương trình phân tích kết cấu Midas civil V7.01 với các thông số khai báovà các bước khai báo được trình bày ở chương sau Sau khi phân tích giai đoạn thicông và khai báo các loại tải trọng của từng giai đoạn thi công ta có giá trị mô mentại các mặt cắt như sau:

4.3.1 Nội lực giai đoạn I:

Kết quả nội lực tính toán bằng phần mềm Midas v7.01

Hình 4.11: Biểu đồ mô men TTGH sử dụng giai đoạn đúc hẫng

Bảng tổng hợp mô men ở TTGH cường độ

Mặt

0-0 -15446-22871-35835 -50850 -67674 -91472 -119047 -149210-182086-217996

Kết quả nội lực tính toán bằng phần mềm Midas v7.01

Bảng tổng hợp mô men ở TTGH cường độ và sử dụng giai đoạn hợp long biên

nhưng bê tông chưa đông cứng

Kết quả nội lực tính toán bằng phần mềm Midas v7.01

Kết quả nội lực tính toán bằng phần mềm Midas v7.01

Kết quả nội lực tính toán bằng phần mềm Midas v7.01:

 Hoạt tải người: PL 1.0

Mô hình hoá kết cấu và tính toán bằng phần mềm Midas v7.01, so sánh kết quả tathấy nội lực do xe 3 trục gây ra lớn hơn so với nội lực do xe 2 trục nên ta lấy kếtquả nội lực do xe 3 trục để tính toán Dưới đây là kết quả nội lực do xe 3 trục:

Hình 4.23: Biểu đồ bao lực cắt TTGH sử dụng giai đoạn khai thác

Bảng tổng hợp mơ men và lực cắt ở TTGH cường độ giai đoạn khai thác

Mặt cắt (kN.m) V u max M u

Bảng tổng hợp mơ men và lực cắt ở TTGH cường độ giai đoạn khai thác

Mặt cắt V s max (kN.m) M s

4.4 TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ BÓ CÁP DỰ ỨNG LỰC

4.4.1 Số bó cáp nhóm A (chịu mô men âm)

4.4.1.1 Tính toán sơ bộ số bó cáp

Để tính sơ bộ số bó cáp chịu mô men âm, ta sẽ tính toán ở giai đoạn thi công đúchẫng các đốt đối xứng nhau qua trụ T4 và T5, sau đó ta lấy lớn hơn lượng cáp cầnthiết để đủ khả năng làm việc trong giai đoạn khai thác

Số bó cốt thép tại mỗi mặt cắt :

ps p

1bo

An

A

Trong đó:

1bo

A : Diện tích 1 bó cáp Sử dụng cáp 15.2mm có diện tích danh định mỗi tao là

2 1bo

Bảng tính toán số bó cáp dự ứng lực cần thiết tại các mặt cắt

Mặt cắt d' p (mm) c' (mm) a' (mm) A’ ps (mm2) Số tao Số bó

tính

Số bó chọn

Bố trí cáp dự ứng lực chịu momen âm như sau:

cong theo phương ngang và uốn xiên xuống theo phương đứng để neo vào vị trígần chỗ tiếp giáp nách và sườn dầm

nách hộp khi gần đến điểm kết thúc của cáp thì uốn cong để đi vào vị trí neo.Điểm uốn cáp cách neo cáp một khoảng ít nhất là (2000+T)mm để đảm bảođiều kiện trước điểm neo cáp phải có đoạn thẳng là ít nhất là 2000mm T làchiều dài tiếp tuyến của đường cong bán kính R Điểm uốn cáp phải nằm trongphạm vi đốt đúc để việc đặt và nối ống gen được dễ dàng

Sơ đồ bố trí cáp âm như hình sau:

Hình 2.24: Sơ đồ bố trí đoạn uốn cong của cáp dự ứng lực

Xác định góc uốn và điểm uốn

Ta có :

R hArccos

T R tg

2



 Trong đó:

Vậy điểm uốn cáp cách mặt cắt cuối đốt là:

ha

4.4.2 Số bó cáp nhóm B (Chịu mô men dương nhịp biên)

4.4.2.1 Tính toán sơ bộ số bó cáp

Để tính toán sơ bộ số bó cáp dự ứng lực chịu mô men dương nhịp biên ta tính toán

ở giai đoạn khai thác

Số cáp sơ bộ được chọn theo công thức :

u ps

MA

a'



Số bó cốt thép tại mỗi mặt cắt :

ps p

1bo

An

A

Trong đó:

1bo

A : Diện tích 1 bó cáp Sử dụng cáp 15.2mm có diện tích danh định mỗi tao là

2 1bo

Bảng tính toán số bó cáp dự ứng lực cần thiết

tính

Số bó chọn

Bố trí cáp dự ứng lực chịu momen dương hợp long biên như sau:

cong theo phương ngang và uốn xiên xuống theo phương đứng để neo vào vị trígần chỗ tiếp giáp nách và sườn dầm

nách hộp khi gần đến điểm kết thúc của cáp thì uốn cong để đi vào vị trí neo.Điểm uốn cáp cách neo cáp một khoảng ít nhất là (2000+T)mm để đảm bảođiều kiện trước điểm neo cáp phải có đoạn thẳng là ít nhất là 2000mm T làchiều dài tiếp tuyến của đường cong bán kính R Điểm uốn cáp phải nằm trongphạm vi đốt đúc để việc đặt và nối ống gen được dễ dàng

Sơ đồ bố trí cáp âm như hình sau:

Hình 4.25: Sơ đồ bố trí đoạn uốn cong của cáp dự ứng lực

Vậy điểm uốn cáp cách mặt cắt cuối đốt là:

ha

tg





Bảng thông số bố trí cáp dự ứng lực

4.4.3 Số bó cáp nhóm C (Chịu mô men dương nhịp giữa)

4.4.3.1 Tính toán sơ bộ số bó cáp

Để tính toán sơ bộ số bó cáp dự ứng lực chịu mô men dương nhịp giữa ta tính toán

ở giai đoạn khai thác

Số cáp sơ bộ được chọn theo công thức :

u ps

pu p

MA

Số bó cốt thép tại mỗi mặt cắt :

ps p

1bo

An

A

Trong đó:

1bo

A : Diện tích 1 bó cáp Sử dụng cáp 15.2mm có diện tích danh định mỗi tao là

2 1bo

-9-9 2102.923 883.23 612.08 19151.18 136.79 7.20 10

4.4.3.2 Bố trí cáp dự ứng lực

Bố trí cáp dự ứng lực chịu momen dương hợp long giữa như sau:

cong theo phương ngang và uốn xiên xuống theo phương đứng để neo vào vị trígần chỗ tiếp giáp nách và sườn dầm

nách hộp khi gần đến điểm kết thúc của cáp thì uốn cong để đi vào vị trí neo.Điểm uốn cáp cách neo cáp một khoảng ít nhất là (2000+T)mm để đảm bảođiều kiện trước điểm neo cáp phải có đoạn thẳng là ít nhất là 2000mm T làchiều dài tiếp tuyến của đường cong bán kính R Điểm uốn cáp phải nằm trongphạm vi đốt đúc để việc đặt và nối ống gen được dễ dàng

Sơ đồ bố trí cáp âm như hình sau:

Hình 4.26: Sơ đồ bố trí đoạn uốn cong của cáp dự ứng lực

Xác định góc uốn và điểm uốn

Ta có :

R hArccos

R: Bán kính đường cong, R =5000mm

h : Khoảng cách từ vị trí cốt thép đến vị trí neo Do cáp uốn xiên do đó ta có:

Vậy điểm uốn cáp cách mặt cắt cuối đốt là:

ha

0 gen gen

Momen tĩnh đối với mép dưới dầm

Khoảng cách trọng tâm đến mép dưới dầm:

b0 b0

0

Sy

A

Khoảng cách trọng tâm đến mép trên dầm:

Tính đặc trưng hình học giai đoạn 2 : (Sau khi căng cáp)

Diện tích tiết diện tính đổi:

H : Chiều cao dầm tại tiết diện đang xét.

Ta tính trường hợp điển hình là đặc trưng hình học của mặt cắt (0-0) lúc đang căngcáp đốt K1 (chưa tính cáp K1 chỉ tính cáp K0) Còn các trường hợp còn lại ta tínhtoán tương tự và lập bảng

ps ci

Độ lệch tâm của tiết diện giữa giai đoạn 1 và giai đoạn 2:

Tính toán tương tự với các mặt cắt khác qua các giai đoạn thi công ta có :

Tính đặc trưng hình học giai đoạn 1:

Bảng diện tích chừa lỗ của tiết diện

Bảng moment quán tính đối với trục trung hoà của tiết diện

Tính đặc trưng hình học giai đoạn 2:

Bảng diện tích sau khi căng cáp dự ứng lực của tiết diện

Bảng trọng tâm nhóm cáp dưl với mép trên tiết diện