Mặt cắt ngang dầm gồm 2 dầm chủ bê tông cốt thép tiết diện có chiều cao không đổi 1.8m, bản mặt cầu dầy 30cm.. Khoảng cách giữa các dầm ngang là 6m bằng khoảng cách giữa các khoang dây v
Trang 1chương 5: Tính toán sơ bộ khối l-ợng kết
cấu ph-ơng án 2 1.1.1.1 Tính toán kết cấu nhịp:
Ph-ơng án II là một kết cấu dây văng 3 nhịp, nhịp chính dài 182m + 2 nhịp biên dài 87m Mặt cắt ngang dầm gồm 2 dầm chủ bê tông cốt thép tiết diện có chiều cao không đổi 1.8m, bản mặt cầu dầy 30cm Khoảng cách giữa các dầm ngang là 6m bằng khoảng cách giữa các khoang dây văng
Diện tích tiết diện dầm: 7.33m2
+ Thể tích dầm: Vd = 7.33x370 = 2609.48m3
+ Thể tích 1 dầm ngang: Vn = 0.5 x 1.5x11.6 = 8.7 m3
+ Số l-ợng dầm ngang n = 56 dầm ( bằng số cặp dây)
+ Khối l-ợng dầm ngang: Vn= 8.7 x 54 = 469.8 m3
+ Khối l-ợng bê tông dầm chủ + dầm ngang: Vd= Vdc+ Vdn= 3079.28m3
+ Khối l-ợng thép đ-ợc tính theo hàm l-ợng cốt thép th-ờng và cốt thép DƯL tham khảo của các cầu cùng kiểu kết cấu và có chiều dài nhịp t-ơng đ-ơng đ-ợc thiết kế
và thi công trong thời gian gần đây
- Hàm l-ợng cốt thép th-ờng: 110 (kg/m3 bê tông)
- Hàm l-ợng cốt thép DƯL dầm chủ: 40 (kg/m3 bê tông)
Vậy:
- Khối l-ợng cốt thép th-ờng dầm chủ + dầm ngang: 338720.8 kg
- Khối l-ợng cốt thép DƯL dầm chủ : 104379.2 (kg)
1.1.1.2 Tính toán sơ bộ kích th-ớc của tháp, tiết diện dây văng:
- Tính toán sơ bộ tiết diện kích th-ớc tháp cầu:
3 - 3
1 - 1
200
50 100 50
200
200
Trang 2T? L? : 1/150
chi tiết đỉnh tháp
Tỷ lệ : 1/350
CấU TạO tháp CầU
380
450
2% 2%
200 1250 200 250
1640
Trang 3Coi cầu dây văng là hệ đối xứng chịu nguyên nhân đối xứng, theo cơ học kết cấu có
thể đ-a về sơ đồ nửa hệ có sơ đồ nh- sau:
- Để tính toán áp lực lên trụ tháp lấy mô men đối với điểm O (coi toàn bộ dây văng và dầm là một hệ cứng)
g+p
V
LL O
Sử dụng tháp có dạng hình thang (Chữ H), diện tích tối thiểu của một cột tháp có thể xác định theo công thức:
At =
1
1
2 1
2 1
2 sin 5
0
2 2
2
l R
l P
l l
l l W g
t
xe
1
1
2 2 1
sin 4
4 2
l R
l P l
l W g
t
xe
Trong đó:
At : Diện tích một cột tháp (tháp 2 cột)
g, W :Tĩnh tải và hoạt tải (tải trọng làn) tính toán tác dụng đều trên một giàn dây
l1 , l2 : Chiều dài nhịp biên và chiều dài nhịp chính l1 = 87m, l2 = 182m
Rn: C-ờng độ vật liệu làm tháp bê tông cấp 40 Mpa có Rn = 190Kg/cm2
Góc nghiêng của chân tháp so với ph-ơng ngang, = 83o
Pxe :Tải trọng xe thiết kế, coi gần đúng xe là lực tập trung đứng tại vị trí tháp cầu: 35 + 145 + 145 = 325KN
Xét tr-ờng hợp nguy hiểm, em tính toán cho một chân của trụ tháp (có kể đến hệ số phân phối ngang của hoạt tải)
+ Tĩnh tải :
Do tải trọng bản thân hệ dầm mặt cầu: DC1
n b
dc d g
g1
m KN m
T/ 175 9 / 59
17 4 2 33 7
KNm m
T/ 26 1 2.61
6
2.4 8.7
m
KN /
202 9 175 1 26
Tải trọng lớp phủ mặt cầu (DW): glp 0.075 x 2.3 x 11 1 8975T/m 18 98KN/m
Tải trọng lan can (DC2): glc 2 x 0.23 x 2.4 1 104T/m 11 04KN/m
Phản lực tác dụng lên trụ do kết cấu nhịp cầu tác dụng lên một chân trụ tháp:
Trang 4
1
2 2 1
8
2 5 0
l
l l g
P i i t
với l1 = 87m, l2 = 182m
Nội lực do tĩnh tải
t(KN)
+ Hoạt tải:
Xác định hệ số phân phối ngang:
Đ-ờng ảnh h-ởng của gối dây văng:
w 9000
Hệ số phân phối ngang của tải trọng làn xe HL93:
W
2
9 ) 220 0 940 0
Hệ số phân phối ngang của tải trọng xe tải thiết kế HL93:
LL
2
268 0 412 0 508 0 652 0 748 0 892 0
Vậy nội lực do tải trọng hoạt tải :
xe LL
w ht
l
l l W
8
2
1
2 2
W = 3.1 KN/m (Theo ph-ơng ngang cầu tải trọng rải đều trên 3000mm nên lấy (1/3)x9.3 = 3.1 KN/m)
KN l
l l
P ht
8
2 1 3 22 5
1
2 2
Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn I:
) 75 1 5
1 25
1 25
1 ( 05
Trang 5Pi(KN) 18391.28 1005.15 1728.05 3653.49
PTT=1,05.
Diện tích tối thiểu của cầu là:
2
1 19000 5
0
78 34892 sin
5
P A
t
TT
Chọn tiết diện của tháp cầu chữ H có dạng hình hộp thay đổi
- Diện tích thật của đỉnh tháp:A dinh 3.8x2 - 2.8x1 = 4.8 m2 > 3.67 m2
- Diện tích thật của chân tháp:A chan 2 x 4.5 = 9m2 > 3.67m2
Diện tích trung bình của một cột tháp: A tb 6 9 2
2
9 8 4
m
>3.67m2 Đạt
- Tính toán sơ bộ khối l-ợng tháp cầu
Thể tích một trụ tháp: V 1trụ= 2x(12.1x9 + 42x4.8) + 1.5x2.5x15.75+1.5x2x11= 713.06m3
Thể tích bệ móng của một tháp: Vbệ= 16 x 28 x 5 = 2240 m3
Thể tích bê tông 1 tháp cầu: Vtháp=(V 1trụ+ Vbệ) = 2953.06 m3
Thể tích bê tông 2 tháp cầu: V2tháp= 5906.12 m3
+ Hàm l-ợng sơ bộ: 80(kg/m3)
+ Khối l-ợng cốt thép: 472489.6 kg
1.1.1.3 Tính toán khối l-ợng dây cáp:
-Để tính toán khối l-ợng dây cáp ta phải tính sơ bộ diện tích từng dây Tr-ớc tiên phải tính toán nội lực trong các dây
+ Trong cầu dây văng, dây làm việc nh- gối đàn hồi chịu kéo, nội lực trong dây đạt giá trị lớn nhất khi hoạt tải đứng trên toàn cầu Khi đó lực dọc trong dây thoải nhất ở giữa nhịp là lớn nhất xác định theo công thức:
g g
d d g p S
sin 2
max
Trang 6Trong đó:
g :Tĩnh tải tính toán phân bố đều tác dụng lên dây
p: Hoạt tải tính toán phân bố đều tác dụng trên dây
Trong đoàn xe HL93 có một xe tải thiết kế, để tiện tính toán ta đ-a về tải trọng phân
bố đều (xe hai trục thiết kế qui về tải trọng tập trung không gây bất lợi bằng)
dah
i
7
283 , 0 35 463 , 0 145 1 145
d,dg: Chiều dài 2 khoang dầm nằm kề nút dây thoải nhất
g: Góc nghiêng của dây văng thoải nhất ở khu giữa nhịp
Tĩnh tải :
Do tải trọng bản thân hệ dầm mặt cầu: DC1
n b
dc d g
g1
m KN m
T/ 175 9 / 59
17 4 2 33 7
KNm m
T/ 26 1 2.61
6
2.4 8.7
m
KN /
202 9 175 1 26
Tải trọng lớp phủ mặt cầu (DW): glp 0.075 x 2.3 x 11 1 8975T/m 18 98KN/m
Tải trọng lan can (DC2): glc 2 x 0.23 x 2.4 1 104T/m 11 04KN/m
Nội lực trong dây văng do tải trọng tĩnh tác dụng (một dây):
g g
d d g p S
sin 2 5 0
max
Với d = 8m, dg= 6m, g= 230
Nội lực do tĩnh tải
t(KN)
0.463
i-1
p
g
6000
4300
i di
0.283
P
i+1 di+1
8000
1
4300
Trang 7DC1 202.00 1810.30
Ho¹t t¶i:
HÖ sè ph©n phèi ngang cña t¶i träng lµn xe HL93:
W
2
9 ) 220 0 940 0
m KN
p W 5 22 3 1 16 182 /
HÖ sè ph©n phèi ngang cña t¶i träng xe t¶i thiÕt kÕ HL93:
LL
2
268 0 412 0 508 0 652 0 748 0 892
pLL= 1.74 x Kt® = 1.74 x 31.72 = 55.19 KN/m Néi lùc trong d©y v¨ng do t¶i träng ho¹t t¶i t¸c dông (mét d©y):
g
g
h d d p S
sin 2
max
Víi d =6m, dg = 8m, g= 230
max (KN)
Tæ hîp néi lùc theo tr¹ng th¸i giíi h¹n I:
) 75 , 1 75
1
5 , 1
25 , 1
25 , 1 ( 05
max(KN)
Trang 8DC2 1.25 98.94 123.67
S1 max= 4817.84 KN
- Nội lực trong các dây văng còn lại trong phạm vi nhịp đ-ợc xác định theo công thức:
i
g
i S S
sin
sin
max
với i là góc nghiêng của dây văng thứ i
23°
24°
25°
26°
27°
29°
30°
32°
34°
37°
40°
45°
50°
57°
66°
Trang 9Bảng tổng hợp nội lực trong dây
- Tiết diện dây văng đ-ợc xác định theo công thức
R
S
A i
i
Si: Nội lực trong dây thứ i
R: C-ờng độ tính toán của vật liệu, R = 0.45Rg
Rg: C-ờng độ giới hạn của dây, Rg= 1860 MpaR = 0.45x1860 = 837 Mpa = 83.7
KN/cm2
Tiết diện dây văng đ-ợc tổ hợp từ các tao cáp đ-ờng kính 15.2mm có diện tích f =
1.4 cm2 (gồm 7 sợi 5)
Số tao cáp trong từng dây văng:
f
A
n i
Bảng tổng hợp tiết diện dây văng
(cm2)
Trang 106 4009.73 47.91 34.22 35 49
- Tính toán nội lực trong dây neo
Riêng dây neo làm việc bất lợi nhất khi hoạt tải đứng kín nhịp giữa khi đó nội lực trong dây neo xác định theo công thức:
0 0 0
h
t S S
S
Trong đó St
o: Nội lực trong dây neo do tĩnh tải (một dây)
n
n t
S
sin 2 5 0
0
với dn = 6m, n= 230
max (KN)
S0t = 1113.93 KN
Sh
o: Nội lực trong dây neo do hoạt tải
0
0
cos
cos
i
k
j i i h
Sh
i: Nội lực trong dây văng thứ i do hoạt tải
neo
i
6000
dn n
g
1
i
Trang 11g h
i
h S S
sin
sin
max 1
k
j
i
i
h
S :Tổng số lực trong dây do hoạt tải, tính từ dây thứ j đến dây thứ k (j, k là dây
đầu và dây cuối ở nhịp chính tính từ tháp cầu ra giữa nhịp chính j = 1, k = 14)
i: Góc nghiêng của dây văng thứ i
0: Góc nghiêng của dây neo
- Trong tr-ờng hợp này hoạt tải bao gồm tải trọng làn phân bố đều W = 3.1 KN/m trên 1/2 nhịp giữa theo ph-ơng dọc cầu (91m), tải trọng xe 3 trục thiết kế (bất lợi hơn
2 trục) coi nh- lực tập trung đặt tại nhịp giữa theo ph-ơng thẳng đứng có kể tới hệ số phân phối ngang (vì chiều dài trục xe quá nhỏ so với chIều dài cầu)
+ Ta có nội lực trong dây lớn nhất do tải trọng làn gây ra phía nhịp giữa là: Sh
max = 493.35 KN (tính ở trên nh- đối với tr-ờng hợp tính 1 dây vì tải trọng làn phân bố đều trên toàn cầu)
+ Tải trọng lớn nhất của xe tải có thể đạt đ-ợc: Pxe = 1.74 x (1 + 0.25) x 325 = 706.88 KN
Do trên cầu chỉ có tối đa 1xe tải/1làn nên kể đến tr-ờng hợp bất lợi nhất (hoạt tải lệch hẳn về 1 phía theo ngang cầu) Theo ph-ơng dọc cầu có khi hoạt tải lệch về 1 bên dây neo đầu cầu nên để an toàn ta coi nh- toàn bộ tải trọng xe chỉ tác dụng lên
1 dây neo( toàn cầu có 4 dây neo) Dời lực tập trung này đặt tại dây neo, ta tính
đ-ợc nội lực do xe tải gây ra trong dây neo:
Sh
max = 706.88 x sinαneo = 706.88 x sin230 = 276.2 KN
Bảng tính toán nội lực trong các dây do tải trọng làn gây ra
cosi/cosn
Trang 1213 53 0.602 493.350 241.340 157.870
Tæng néi lùc do ho¹t t¶i g©y ra t¹i d©y neo lµ: Sh
0 = Sh 0W + Sh
0LL = 4665.15 + 276.2 = 4941.35 KN
VËy:
KN S
S
S0h 0t 0h 4941 35 1113 93 6055 28
2
35 72 7
83
28 6055
cm R
S
2 51 4 1
35
f
A
- TÝnh to¸n s¬ bé khèi l-îng d©y v¨ng
+ TÝnh cho mét dµn d©y
khèi l-îng d©y phÇn nhÞp chÝnh D©y sè Sè tao chän DiÖn tÝch d©y (cm2) ChiÒu dµi d©y(m) V(m3) M(kg)
khèi l-îng d©y phÇn nhÞp biªn
Trang 13Dây số Số tao chọn Diện tích dây (cm2) Chiều dài dây(m) V(m3) M(kg)
kg
1.1.1.4 Kết cấu bên d-ới:
- Mố cầu: Trong cầu dây văng thì hầu hết tảI trọng đều truyền vào dây văng nên gần
đúng có thể coi mố chịu tảI trọng nh- ph-ơng án 1 => Lấy kết quả tính toán từ
ph-ơng án I, ta có:
Thể tích của mố = Thể tích của thân mố + thể tích của cánh mố + thể tích bệ mố
Thể tích thân mố : VT (Bề rộng 12m)
Thể tích cánh mố : VC
Thể tích bệ mố : VB (Bề rộng 13m)
Thể tích của mố
Khối l-ợng cốt thép :
+ Hàm l-ợng sơ bộ: 80 (kg/m3)
+ Khối l-ợng cốt thép :m = 2 X 80 X 627.789 = 100446.24 (kg)
