thiết kế cầu qua sông với phương án '''''''' dầm bê tông cốt thép'''''''', chương 13 pot

- Chiều dầy s-ờn dầm thay đổi tuyến tính theo khoảng cách từ mặt cắt đỉnh trụ tới mặt cắt giữa nhịp Thiết kế bản đáy hộp: + Bản đáy hộp chịu tải trọng sau: Trọng l-ợng bản thân.. Sơ đồ

Chương 13:

Thiết kế dầm liên tục

1.1.1 Xác định kích th-ớc chi tiết dầm.

- Tỷ lệ và kích th-ớc sơ bộ đã chọn phần lập dự án khả thi, ở đây ta sẽ trình bày chi tiết các kích th-ớc

1.1.1.1 Thiết kế s-ờn hộp.

- S-ờn hộp chủ yếu chịu lực cắt do trọng l-ợng dầm và hoạt tải Ngoài ra nó còn chịu một phần mô men uốn truyền xuống từ bản mặt cầu, mô men xoắn do tải trọng lệch tâm gây ra

+ Chiều dầy s-ờn phải đảm bảo hai yêu cầu: Đủ khả năng chịu lực và đảm bảo đủ tĩnh không để đổ bê tông

- Tại các mặt cắt gần gối, lực cắt rất lớn, do vậy chiều dầy s-ờn phải lớn Tham khảo các sơ đồ cầu liên tục đã thiết kế, chọn chiều dầy s-ờn tại mặt cắt gần trụ nhất là 600mm

- Tại các mặt cắt giữa nhịp, lực cắt nhỏ, chọn chiều dầy s-ờn dầm đảm bảo thi công

dễ dàng là 300mm

- Chiều dầy s-ờn dầm thay đổi tuyến tính theo khoảng cách từ mặt cắt đỉnh trụ tới mặt cắt giữa nhịp

Thiết kế bản đáy hộp:

+ Bản đáy hộp chịu tải trọng sau:

Trọng l-ợng bản thân

Lực nén do mô men uốn và lực cắt gây ra

Trọng l-ợng của các thiết bị, ván khuôn trong quá trình thi công

Để phù hợp với đặc điểm chịu lực, bản đáy hộp th-ờng có bề dày thay đổi

+ Tại giữa nhịp: Chiều dày bản đáy hộp phụ thuộc vào yêu cầu về khoảng cách từ tim bó cáp dự ứng lực tới mép bê tông Do có bố trí cáp dự ứng lực, chọn chiều dầy bản đáy tại giữa nhịp bằng 300mm

+ Tại khu vực gần trụ: Chiều dày bản tăng lên để chịu lực nén lớn do mô men uốn và lực cắt gây ra Tham khảo một số cầu đã xây dựng, ta chọn 1100mm

Chiều dày bản đáy thay đổi theo khoảng cách từ mặt cắt tới vị trí gối, tính bằng công thức sau:

2

1 )

















L

X h h h

Trong đó :

h1 : Chiều dày bản tại giữa nhịp

hp: Chiều dày bản tại trụ

L: Chiều dài cánh hẫng.

X: Khoảng cách từ mặt cắt tính toán tới tim trụ

1.1.1.2 Thiết kế đ-ờng cong biên dầm:

 Ưu điểm của thiết kế dầm có chiều cao thay đổi

Tiết kiệm vật liệu, bê tông và thép dự ứng lực đ-ợc bố trí phù hợp cả trong thi công

và khai thác

Giảm đ-ợc ứng suất cắt

Kết cấu có hình dáng đẹp

Để bố trí cốt thép chịu cắt phân bố đều, và bề rộng s-ờn dầm thay đổi đều theo chiều dài dầm, ta chọn đ-ờng cong biên dầm có bậc từ 1.4 – 2 Trong tính toán đặc tr-ng hình học mặt cắt ngang dầm, lấy đ-ờng cong dạng bậc 2

m m

p

h X L

h h

2

Trong đó:

hP: Chiều cao dầm tại đỉnh trụ

hm: Chiều cao dầm tại giữa nhịp

L: Chiều dài phần cánh hẫng cong

Y: Chiều cao mặt cắt tại vị trí tính toán

X: Khoảng cách từ mặt cắt đến đỉnh trụ

1.1.1.2.1.1.1.1.1

1.1.1.3 Xác định đặc tr-ng hình học các mặt cắt:

- Để phục vụ cho việc tính toán trong ch-ơng trình Midas Civil cũng nh- để xác định

đ-ờng ảnh h-ởng nội lực, ta cần xác định các đặc tr-ng mặt cắt của các tiết diện Các đặc tr-ng của mặt cắt tại các vị trí đ-ợc thể hiện trong phần phụ lục

MÆT C¾T trªn trô

2%

L?p phòng nu ?c dày 0.4cm L?p BT asphant dày 7cm

2%

60 100

V¸t 30cm

400 1200

MÆT C¾T gi÷a nhÞp

2%

2%

L?p phòng nu?c dày 0.4cm L?p BT asphant dày 7cm

1200

30

25 60

30

154 150

3m

22 23

H

3m

H

Figure 1

1.1.2 Tính toán nội lực dầm liên tục

1.1.2.1 Các giai đoạn hình thành nội lực:

- Trong công nghệ thi công đúc hẫng cân bằng, nội lực của dầm chủ phát triển dần

theo các giai đoạn thi công Để xác định chính xác nội lực của dầm chủ ta phải xây

dựng đ-ợc sơ đồ thi công và tính toán nội lực theo các giai đoạn thi công đó Sau

đây là các giai đoạn thi công và cũng chính là các giai đoạn hình thành nội lực, trong

đó giàn giáo cố định của nhịp biên (của phần dầm liên tục) kê trực tiếp lên đất nền

Kết cấu nhịp của dầm liên tục trình bày d-ới đây đ-ợc hợp long từ nhịp biên vào nhịp

giữa

Figure 2

Sơ đồ cầu

1.1.2.1.1 Giai đoạn 1: Giai đoạn đúc hẫng cân bằng từ trụ ra giữa nhịp

- Sau khi thi công xong khối K0 trên trụ và giàn giáo mở rộng trụ, tiến hành thi công

các đốt từ K1 cho đến đốt cuối cùng của cánh hẫng (K1 đến K12) Sơ đồ tĩnh học

trong giai đoạn này là dầm công xôn chịu tác dụng của các tải trọng sau:

+ Trọng l-ợng bản thân dầm, tải trọng do ng-ời và vật liệu thi công cũng nh- tải

trọng xe đúc trong quá trình thi công, lực căng cốt thép c-ờng độ cao chịu mômen

âm

+ Phần đúc trên đà giáo truyền tải trọng trực tiếp xuống đất nền

P xd

M xd

P xd M xd

P xd

M xd

Figure 3

Giai đoạn đúc hẫng cân bằng: a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

Các tải trọng thi công bao gồm :

Tải trọng chính:

Xe đúc : 800 KN

Môment do xe đúc 300 KNm

Ván khuôn : 400 KN

Tải trọng phụ :

Dụng cụ, thiết bị : 20 KN

Thanh thép CĐ cao : 60 KN

Ng-ời (làm việc) : 10 KN

Tổng cộng Pxđ = 1290 KN, Mxđ = 300KNm

Giai đoạn 2: Tháo xe đúc.

- Sau khi căng kéo cốt thép c-ờng độ cao chịu mômen âm cho đốt đúc hẫng cuối

cùng, ta tiến hành tháo xe đúc

Trong giai đoạn này, sơ đồ tính là khung công xôn chịu tải trọng là trọng l-ợng và

mômen của xe đúc có điểm đặt là điểm cuối cùng của xe đúc trên cánh hẫng và có

ph-ơng và chiều ng-ợc với giai đoạn 1:

Pxđ = 1290 KN, Mxđ = 300KNm

xd

P xd

M xd

P xd M xd

P xd

M xd

Figure 4

Giai đoạn tháo xe đúc: a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

Giai đoạn 3: Hợp long nhịp biên

- Sau khi thi công hẫng trên các trụ và đổ bê tông trên giàn giáo các đoạn sát các trụ

P2 và P5 kết thúc tiến hành hợp long nhịp biên

- Sử dụng bộ giàn giáo để hợp long nhịp biên, tải trọng tác dụng là trọng l-ợng của

ván khuôn và bê tông đốt hợp long, tải trọng trong thời gian bê tông còn -ớt tác dụng

lên cánh hẫng và tác dụng trực tiếp vào giàn giáo với giá trị bằng (Pvk + Phl)/2

1 (P vk+ P hl )

Figure 5

Hợp long nhịp biên: a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

Phl= bt.Vhl = 2.4 x 7.36 x 2 = 35.328 T = 353.28 KN

KN

64 376 2

353.28) (400

2

) P







Giai đoạn 4: Căng cáp d-ơng, hạ giàn giáo nhịp biên

Khi bêtông đã đạt c-ờng độ, ta tiến hành căng cáp d-ơng cho nhịp biên Ngay sau

khi căng cáp d-ơng nhịp biên, bêtông đã bị tách ra khỏi hệ giàn giáo và toàn bộ

trọng l-ợng của phần đúc trên đà giáo sẽ truyền lên cánh hẫng và gối (hình vẽ)

1 (P vk+ P hl )

Figure 6

Hạ dàn giáo nhịp biên: a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

Đoạn đúc trên đà giáo có tiết diện không đổi nên ta có trọng l-ợng bản thân là :

qdc =  bt A = 2.4x7.36 = 21.636 T/m = 216.36 KN/m

Giai đoạn 5: Tháo ngàm trụ P2, P5 – Dỡ ván khuôn đốt hợp long biên

- Sau khi căng cáp d-ơng và dỡ dàn giáo nhịp biên, tiến hàn tháo ngàm trên trụ P2,

P5, tháo ván khuôn Tải trọng trong giai đoạn này tác dụng nh- hình vẽ :

Figure 7

Tháo ngàm trụ biên : a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

1/2Pvk= 400/2 = 200 KN Mômen tại gối Mo là tổng mô men tác dụng lên trụ tích luỹ qua các giai đoạn

tr-ớc Giai đoạn 1, 2 là giai đoạn đúc hẫng cân bằng nên không có mômen tác dụng

lên trụ, chỉ có giai đoạn 3,4 mới gây ra mômen tại trụ P3 , P4

Giai đoạn 6: Hợp long nhịp giữa

nh- hình vẽ :

1 (P vk+ P hl ) 1 (P vk+ P hl )

Hợp long giữa: a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

Figure 8

Giai đoạn 7: Căng cáp d-ơng và tháo ván khuôn tại đốt hợp long giữa nhịp

Sau khi bêtông của đốt hợp long giữa nhịp đạt c-ờng độ, tiến hành căng

cáp d-ơng tại nhịp này, dỡ ván khuôn thi công đốt hợp long

Figure 9

Tháo ván khuôn đốt hợp long nhịp giữa : a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

TảI trọng tác dụng bao gồm : TảI trọng tập trung của ván khuôn ( tảI trọng này có

tác dụng ng-ợc lại, h-ớng từ d-ới lên

Giai đoạn 8: Cầu chịu tĩnh tải 2

- Giai đoạn thi công tĩnh tải phần hai (bao gồm các lớp phủ, lan can, hệ thống thoát

n-ớc, hệ thống chiếu sáng Sơ đồ chịu lực nh- hình vẽ:

DW = 0.075x11x2.25 = 1.856 (T/m) = 18.56 (KN/m)

DC2 = 0.3x2.4x2 = 1.44 (T/m) = 14.4 (KN/m)

Chịu tĩnh tải II: a – Sơ đồ tính, b – Dạng biểu đồ mômen

Giai đoạn 9 : Cầu chịu tác dụng của hoạt tải

- Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ đ-ợc đặt tên là HL-93 sẽ bao gồm

một tổ hợp của:

Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế, và tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế:

- Trừ tr-ờng hợp qui định trong điều (3.6.1.3.1), mỗi làn thiết kế đ-ợc xem xét phải

đ-ợc bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục (Tandem) chồng với tải trọng làn khi

áp dụng đ-ợc Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3 KN/m phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu đ-ợc giả thiết phân bố đều trên chiều rộng 3000mm Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

Xe tải thiết kế:

Trọng l-ợng và khoảng cách các trục và bánh xe của tải thiết kế phải lấy theo hình 1, lực xung kích lấy theo điều 3.6.2

Trừ quy định trong điều 3.6.1.3.1 và 3.6.1.4.1 cự ly giữa hai trục 145.000N phải thay

đổi giữa 4300 và 9000mm để gây ra hiệu ứng lực lớn nhất

Xe hai trục thiết kế:

Xe hai trục gồm một cặp trục 110 KN cách nhau 1.2mm Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1.8mm Tải trọng động cho phép lấy theo điều 3.6.2

Trong giai đoạn khai thác, dầm chịu tác dụng của tải trọng hoạt tải Sơ đồ tĩnh học là dầm liên tục năm nhịp chịu tác dụng của hai tổ hợp hoạt tải:

+ Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế + Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi nh- trong điều 3.6.1.2.2 tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế

+ Đối với các mômen âm giữa các điểm uốn ng-ợc chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế

có khoảng cách trục bánh tr-ớc xe này đến trục bánh sau xe kia là 15000mm tổ hợp 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế; khoảng cách giữa các trục 145 KN của mỗi

xe tải phải lấy bằng 4300mm

Nội lực trong giai đoạn này xác định bằng cách xếp tải lên đ-ờng ảnh h-ởng nội lực, sau đó chất hoạt tải lên đ-ờng ảnh h-ởng đó sao cho gây ra nội lực lớn nhất (tải trọng có giá trị lớn xếp vào chỗ có tung độ đ-ờng ảnh h-ởng lớn)

Trên đây ta đã mô tả các giai đoạn thi công cũng là các giai đoạn hình thành nội lực Cụ thể trong đồ án này ta sử dụng phần mềm MIDAS để tính kết cấu do đó mỗi giai đoạn hình thành nội lực sẽ phải t-ơng ứng với việc mô hình hóa và xác định các

điều kiện áp đặt khác nhau Bao gồm các công việc :

- Xác định các phần tử kích hoạt

- Xác định điều kiện biên: Kích hoạt và dỡ bỏ

- Xác định các tải trọng: Kích hoạt và dỡ bỏ

Từ đó xuất ra các biểu đồ nội lực trong giai đoạn phân tích:

- Biểu đồ mô men do: Tải trọng tĩnh, tải trọng do co ngót – từ biến, tải trọng tổng cộng

- Biểu đồ lực cắt do: Tải trọng tĩnh, tải trọng do co ngót – từ biến, tải trọng tổng cộng Thực chất của việc tính toán thiết kế này là thực hiện các vòng lặp, ta phải tính

đ-ợc số bó cáp DƯL toàn cầu và các bó cáp âm căng kéo trong khi thi công mỗi đốt

dầm Do đó nội lực thi công phải có cả nội lực do cáp nh-ng ở đây ta tạm thời ch-a

kể đến hiệu ứng do cáp gây ra để lấy nội lực phục vụ cho tính cáp Sau khi đã có cáp, ta sẽ mô hình trở lại vào cầu trong quá trình thi công và nội lực này sẽ đ-ợc trình bày trong các bảng ở phần phụ lục

Để minh hoạ ta xuất kết quả biểu đồ nội lực các giai đoạn: Đúc hẫng cân bằng khối K1, K12 và hợp long nhịp 3 (nhịp giữa - hợp long sau cùng) Các nội lực đã đ-ợc MIDAS cộng dồn từ các giai đoạn thi công tr-ớc đó

+ Đúc khối K1 : Sau khi đã đúc xong trụ và khối K0 trên đà giáo (đã tiến hành căng

cáp đốt K0) thì lắp đặt xe đúc mở rộng trụ về 2 phía đối xứng, neo cố định phần mở rộng Lắp đặt ván khuôn và công tác cốt thép trên xe đúc thì tiến hành đổ bê tông, bảo d-ỡng để bê tông đạt đến c-ờng độ cần thiết thì căng cáp DƯL sau đó di

chuyển xe đúc để đúc đốt tiếp theo (Mỗi đốt đ-ợc thiết kế xây dựng trong 12 ngày)

 Dữ kiện đầu vào xác định cho MIDAS :

 Phần tử kích hoạt: Đốt K0 trên các trụ P3, P4

 Điều kiện biên kích hoạt : Ngàm dầm tại các trụ

 Tải trọng kích hoạt: First day – Xe đúc để đúc K1

 7 days – Tải trọng bê tông -ớt khối K1

(Nếu có mô tả cáp thì lực căng cáp đ-ợc Activation ở ngày cuối mỗi giai đoạn đúc khối ấy hoặc ngày đầu của giai đoạn đúc đốt tiếp sau)

Trọng l-ợng bản thân đốt K0 đã thành kết cấu chịu lực và MIDAS tự tính tải trọng bản thân của nó

Dạng biểu đồ nội lực trong giai đoạn này gồm có :

Figure 10

Trụ P3 Biểu đồ mômen sau khi thi công đốt K1 ( KNm)

2

6. 5

9. 6

.8

Figure 11

Biểu đồ lực cắt do tảI trọng thi công đốt K1 (KN) Bảng nội lực thi công giai đoạn đúc khối K1

Tiết diện Fz (kN) My (kNm) Tiết diện Fz (kN) My (kNm)

+ Đúc khối K12 :

Dữ kiện đầu vào xác định cho MIDAS:

- Phần tử kích hoạt: Đốt K0 - K11 trên các trụ P3,P4

- Điều kiện biên kích hoạt : Ngàm dầm tại các trụ (không đổi)

- Tải trọng kích hoạt: First day – Xe đúc để đúc khối K12

7 days – Tải trọng bê tông -ớt khối K12

(Nếu có mô tả cáp thì lực căng cáp đ-ợc Activation ở ngay cuối mỗi giai đoạn đúc khối ấy hoặc ngày đầu của giai đoạn đúc đốt tiếp sau)

Trọng l-ợng bản thân đốt K1- K10 đã thành kết cấu chịu lực và MIDAS tự tính tải trọng bản thân của nó

- Tải trọng dỡ bỏ: First day – Xe đúc K11 do xe đúc đã di chuyển để đúc K12

Tải trọng bê tông -ớt K11 do lúc này bê tông đã khô

Dạng biểu đồ nội lực trong giai đoạn này đ-ợc thể hiện ở d-ới

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Figure 12

Trụ P3 Biểu đồ mô men do tảI trọng thi công đốt K12( KNm)

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Figure 13

Biểu đồ lực cắt do tảI trọng thi công đốt K12 ( KN )

Bảng nội lực thi công giai đoạn đúc K12

Tiết

diện Fz (kN) My (kNm) Tiết diện Fz (kN) My (kNm)

14 8919.03 -150531.83 46 8919.03 -150532

Dạng biểu đồ nội lực trong giai đoạn này gồm có

0

31

Trụ P5 Biểu đồ mômen do tải trọng thi công đốt HL2 (KNm)

.8 -79

.9 -1.

84

Trụ P5 Biểu đồ lực cắt do tải trọng thi công đốt HL2 (KN) Bảng nội lực thi công giai đoạn đúc đốt HL2

Tiết diện Fz (kN) My (kNm) Tiết diện Fz (kN) My (kNm)

15 9766.44 -151901.13 61 9766.44 -151901