ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG

1.4.3 - Tính toán nội lực mặt cắt đỉnh trụ trong thi công và khai thác Cầu thi công theo ph-ơng pháp đúc hẫng cân bằng đối xứng, nên trong từng b-ớc thi công kết cấu sẽ làm việc theo các

PhÇn I

Giíi thiÖu chung

- Lớp 1: Cát hạt trung kết cấu chặt vừa lớp này xuất hiện khá đồng đều dọc mặt cắt ngang sông chiều dài t-ơng đối 4 m

- Lớp 2: Sét màu xám xanh trạng thái dẻo mềm, lớp này xuất hiện khá

đồng đều dọc mặt cắt ngang sông có chiều dày trung bình 3 m

- Lớp 3: Sét cát vàng xám,trạng thái dẻo mềm lớp này xuất hiện đồng

đều dọc mặt cắt sông và có độ dày 3 m

- Lớp 4: Cát hạt thô kết cấu chặt vừa lớp này xuất hiện đồng đều dọc mặt cắt sông và có độ dày 4m Lớp này có khả năng chịu lực tốt, phù hợp với việc xây dựng móng cọc,tuy nhiên chiều dầy quá nhỏ

- Lớp 5: Sét màu nâu đỏ, trạng thái cứng lớp này xuất hiện đồng đều dọc mặt cắt sông và có độ dày lớn ch-a xác định Lớp này có khả năng chịu lực tốt, phù hợp với việc xây dựng móng cọc

1.3 Nhận xét:

Với cấu tạo địa chất nh- trên phù hợp với việc xây dựng móng cọc, mũi cọc đ-ợc đặt ở lớp địa chất thứ 5

S«ng th«ng thuyÒn c©y tr«i Khæ th«ng thuyÒn cÊp I m (80x10)

Vµo mïa kh« mùc n-íc thÊp thuËn lîi cho viÖc triÓn khai thi c«ng c«ng tr×nh

PhÇn Ii

ThiÕt kÕ s¬ bé

Chương i Ph-ơng án sơ bộ 1 Cầu liên tục đúc hẫng 5 nhịp có nhịp dẫn 1.1 căn cứ đầu t- và thiết kế

1.2 Giới thiệu chung về ph-ơng án

1.2.1 Kết cấu phần trên :

Sơ đồ kết cấu nhịp nh- sau:

2x33 + 45+ 58 + 102 + 58 + 45 + 2x33 m = 440 m Trong đó

Có 4 nhịp dầm định hình I33m, 5 nhịp liên tục là dầm bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo ph-ơng pháp đúc hẫng cân bằng

Chiều cao dầm thay đổi dạng parabol tại vị trí giữa trụ T4 và T5 dầm cao 6.5 m tại vị trí đỉnh trụ T3 và T6 dầm cao 4.5m chỗ đỉnh trụ và cao 2,5m tại giữa nhịp

Mặt cắt ngang gồm một hộp có cấu tạo vách thẳng Bản đáy hộp rộng 7m có chiều dày thay đổi từ 0.8 ữ 0.25 m tại đỉnh trụ đến giữa nhịp, bản trên rộng 14.5 m có chiều dày không thay đổi 0.25m, s-ờn dầm dày 0.3 m

Theo dọc cầu, dầm đ-ợc chia thành các đốt đúc hẫng chiều dài đốt từ 3

ữ 4.5 m, đúc bằng xe treo, riêng hai đầu trụ T2 và T7 có hai đoạn dầm 15m

đúc trên đà giáo

1.2.2 Kết cấu phần dưới

Toàn cầu có 8 trụ và hai mố

Các trụ T1,T8 và mố đều dùng 6 cọc khoan nhồi đ-ờng kính 1m Các trụ T2, T3, T6, T7, dùng 8 cọc khoan nhồi D = 1.0m Còn lại trụ T4, T5 dùng 8 cọc khoan đ-ờng kính 1.5m Chọn sử dụng mố chữ U bê tông cốt thép

1.2.3 Mặt cầu và các công trình phụ khác

Lớp phủ mặt cầu xe chạy dày 100 mm Bao gồm phòng n-ớc 10 mm lớp bê tông nhựa 50 mm, lớp bê tông bảo vệ 30mm, lớp tạo dốc dày trung bình 10mm

Mặt cầu có độ dốc ngang 2.0 %

Hệ thống thoát n-ớc dùng ống bố trí dọc cầu để thoát xuống gầm cầu Toàn cầu có 6 khe co giãn tại các mố, trụ dẫn và cuối nhịp liên tục Gối cầu dùng gối chậu cao su

Trên trụ T4 bố trí gối cố định

Lan can trên cầu dùng lan can thép

Hệ thống cột đèn bố trí theo hai thành biên cầu cự ly dự kiến 30 m/cột

Bê tông cùng loại với trụ

Vữa xi măng phun trong ống gene Mark150

1.3.2 Cốt thép lấy theo tiêu chuẩn VSL dùng cho dầm liên tục

Bó thép dự ứng lực, neo và phụ kiện dùng loại 19T13 (VSL) c-ờng độ cực hạn 1860 KN/m2

Modul đàn hồi E = 195000 Kn/m2

Thanh neo dự ứng lực đ-ờng kính 38mm

Cốt thép th-ờng dùng thép tròn AI và thép có gờ AIII

1.4 Nội dung tính toán nhịp chính

Trong b-ớc thiết kế ph-ơng án sơ bộ, yêu cầu tính toán kết cấu nhịp trong giai đoạn khai thác với hai mặt cắt

Với chiều dài nhịp chính 102 m, Lc = 102 m ta chọn chiều dài nhịp biên

Lb = 61.2 ữ 81.6 m là hợp lý với cầu liên tục 3 nhịp đúc hẫng Trong ph-ơng án cầu này là 5 nhịp liên tục đúc hẫng để đảm bảo đ-ờng bao mô men đ-ợc hài hoà ta chọn các nhịp nh- sau

Chọn Lb1 = 58 (m)

Chọn Lb2 = 45 (m)

Dựa vào các công thức kinh nghiệm mối quan hệ giữa các thông số nh- chiều dài nhịp, chiều cao hộp, chiều dày nắp hộp, bản đáy ta chọn mặt cắt ngang kết cấu nhịp nh- hình vẽ:

20

L 15 L

Hình 3.1 Mặt cắt ngang đặc trưng của dầm hộp

1.4.2 - Tính các đặc trưng hình học của tiết diện

1.4.2.1 Phương trình đường cong cao độ đáy dầm

Cao độ đáy dầm thay đổi theo ph-ơng trình Parabolla: y =x2 + bx + c

h l

x h H y

H : là chiều cao dầm tại mặt cắt trên gối

h : là chiều cao dầm tại mặt cắt giữa nhịp

lh : là chiều dài đoạn cánh hẫng có chiều cao thay đổi

1.4.2.2 Phương trình thay đổi chiều dày bản đáy

Thay đổi theo ph-ơng trình Parabolla: y = x2 + bx + c

h l

).x h - (H

Trong đó:

y : là chiều dày bản đáy tại mặt cắt cách mặt cắt giữa nhịp một

khoảng x

Hd : là chiều dày bản đáy tại mặt cắt trên gối

hd : là chiều dày bản đáy tại mặt cắt giữa nhịp

ld : là chiều dài thay đổi bản đáy trên nhịp

1.4.2.3 Phân chia đốt đúc

Ta chọn chiều dài mỗi khối đúc nh- sau:

Riêng khối K0 trên đỉnh trụ đ-ợc đúc trực tiếp trên đà giáo mở rộng trụ

K01 K7

K6 K5 K4 K3

HL2hl1

K1

trụ T4,T5

HL3

K02 K19

1.4.2.4 Đặc trưng hình học tiết diện:

Sơ đồ cầu liên tục 5 nhịp đúc hẫng đối xứng qua tim cầu, các đốt đúc

đối xứng, ta đánh số thứ tự các đốt đúc nh- hình vẽ , tính cho 1/2 cầu ta có

đặc tr-ng hình học các mặt cắt

Bảng: Các đặc trưng hình học của tiết diện

Tên đốt Chiều dài

đốt (m)

Chiều cao

MC (m)

Fo (m2)

Yc (m)

Jx (m4)

1.4.3 - Tính toán nội lực mặt cắt đỉnh trụ trong thi công và khai thác

Cầu thi công theo ph-ơng pháp đúc hẫng cân bằng đối xứng, nên trong từng b-ớc thi công kết cấu sẽ làm việc theo các sơ đồ khác nhau thay đổi liên tục , ở đây ta thiết kế sơ bộ do đó ta chỉ tính một tr-ờng hợp đại diện nh- sau Khi thi công thì ta đúc đồng thời trên trụ T3, T4 và tiến hành đúc luôn

đoạn trên đà giáo Sau khi đúc hết phần cánh hẫng của trụ T3 thì tiến hành hợp long nhịp 58m và nhịp 45m với đoạn trên đà giáo sau đó đúc tiếp các đốt còn lại của nhịp 102m và hợp long

1.4.3.1 Nội lực mặt cắt đỉnh trụ T4 ,T5 trong giai đoạn hợp long nhịp chính

- Tĩnh tải rải đều của các đốt đúc DC

Do thiết kế sơ bộ nên ta xếp tải đơn giản nh- hình vẽ và tính mô men tại trụ nh- công son

Theo 22TCN272 – 01 thì tải trọng thi công lấy hệ số v-ợt tải là 1.5

P1/2hl Pxd

Nội lực tại mặt cắt đỉnh trụ T4 và T5 (mô men)là tổng hợp hiệu ứng do tải trọng thi công, tải trọng xe đúc, tải trọng của 1/2 đốt hợp long, và tĩnh tải các đốt đúc

Vậy ta có tổng mô men tại mặt cắt đỉnh trụ là

Mtc = 380120.13 KNm

Mtt = 570180.195 KNm

1.4.3.2 Nội lực tại mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn khai thác

Trong giai đoạn này tải trọng tác dụng lên kết cấu nhịp bao gồm

+ Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng DW

+ Hoạt tải xe LL

+ Lực xung kích

1.4.3.2.1 Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng DW

Với loại tải trọng này hệ số v-ợt tải là 1.5

Gờ chắn bánh bố trí thể hiện nh- mặt cắt ngang

+> DWtc = DWtc

mc + DWtc

gc

lc, = 25.247 KN/m +> DWtt = DWtt

Với tr-ờng hợp mặt cắt ngang của kết cấu nhịp có một hộp khoảng cách giữa hai s-ờn hộp lớn nên ta tính hệ số phân bố ngang theo ph-ơng pháp đòn bẩy Mặt cắt ngang một hộp đ-ờng ảnh h-ởng phản lực lên hộp sẽ có tung độ không đổi bằng 1, ta có thể xác định dễ dàng hệ số phân bố ngang

Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng ng-ời

- Không áp dụng cho tải trọng làn và tải trọng bộ hành

- Lực xung kích cho xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế = 1 + IM/100

1.4.3.2.4 Tính nội lực

- Ta dùng ph-ơng pháp xếp tải trực tiếp lên đ-ờng ảnh h-ởng

- Dùng ch-ơng trình SAP2000 vẽ đ-ờng ảnh h-ởng ta có kết quả đ-ờng

ảnh h-ởng mô men mặt cắt giữa nhịp và đỉnh trụ

Đường ảnh hưởng mô men mặt cắt giữa nhịp

Mtc

lan = 6 x 9.3 x 662.3976 = 36961.79 KNm

Mtt

lan = 64683.13 KNm Mô men do tải trọng xe tải thiết kế thiết kế ( Struck)

Mtc

xetaitk= 1.25 x 2 x (145 x 13.04 + 145 x 15.883 + 35 x 13.04) = 11625.59 KNm

Mặt cắt gối là tính mô men âm do đó đối với xe tải thiết kế ta xếp hai xe và

đ-ợc tổng hợp 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh tr-ớc xe này cách bánh sau xe kia 15m tổ hợp với 90% tải trọng làn thiết kế khoảng cách giữa các trục 145KN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4.3m

Mtc

ng = 3 x 9 x 791.9695 = 21383.18 KNm

Mtt

ng = 37420.56 KNm Mô men do tải trọng làn

Mtc

lan = 6 x 9.3 x 791.9695 = 44191.898 KNm

Mtt = 77335.823 KNm

M« men do t¶i träng 2 xe t¶i thiÕt kÕ thiÕt kÕ

Mtc

xetaitk= 1.25 x 2 x (145 x(6.514 + 7.731 + 10.529 + 10.463 ) + 35 x (8.989 + 10.232)) = 14455.25 KNm

1.4.4 Xác định lượng cốt thép dự ứng lực và tính duyệt mô men mặt cắt 1.4.4.1 Cốt thép mặt cắt đỉnh trụ

Mặt cắt đỉnh trụ quy đổi

* Xác định l-ợng cốt thép cần thiết cho mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn thi công

Mômen tính toán trong giai đoạn thi công 570180.195 KNm

+) hf : Chiều dày cánh chịu nén

+)β 1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β 1 = 0.8 theo 5.7.2.2

+) f : C-ờng độ chịu kéo quy định của thép DƯL, f = 1860 MPa

) 2 (

) 2 2 ).(

.(

85 ,

a d f

h a b b h f M

A

p ps

f W

f c tt

+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DƯL đã bị chảy dẻo

+) a = c. β 1: Chiều dày của khối ứng suất t-ơng đ-ơng

+) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh

định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1

Với

- Hàm l-ợng thép DƯL và thép th-ờng phải đ-ợc giới hạn sao cho :

42 , 0

≤

p

d c

- Bảng tính toán diện tích cốt thép DƯL cần thiết tại mặt cắt đỉnh trụ :

Tên gọi các đại l-ợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tổng giá trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ Mtt 570180.19 KN.m

Chiều dày khối ƯS t-ơng đ-ơng A 194.88 cm ứng suất trung bình trong thép DƯL Fps 160.379 KN/cm2 Diện tích cốt thép DƯL cần thiết Aps 523.596 cm2

ps

d

c k - 1 f f

* Xác định l-ợng cốt thép cần thiết cho mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn khai thác

Cách tính t-ơng tự nh- trên ta có

Mômen tính toán trong giai đoạn khai thác 170472.57 KNm

Diện tích cốt thép DƯL cần thiết Aps 151.181 cm2

Số bó 12 tao 12.7 cần thiết n cần 12.598 bó

- Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công

+) Số bó thép DƯL bố trí là : n = 14 bó +) Diện tích cốt thép bố trí : APS = 168 (cm2)

ð Tổng số bó cốt thép dự ứng lực cần thiết tại mặt cắt đỉnh trụ là :

Mômen tính toán trong giai đoạn khai thác 124793.79 KNm

- Bảng tính toán diện tích cốt thép DƯL cần thiết tại mặt cắt giữa nhịp :

Tên gọi các đại l-ợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tổng giá trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ Mtt 124793.79 KN.m

ứng suất trung bình trong thép DƯL fps 160.379 KN/cm2

Diện tích cốt thép DƯL cần thiết Aps 310.914 cm2

Số bó 12 tao 12.7 cần thiết n cần 25.91 bó

- Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt giữa nhịp

+) Số bó thép DƯL bố trí là : n = 28 bó +) Diện tích cốt thép bố trí : APS = 336 (cm2)

ð Mặt cắt giữa nhịp bố trí 28 bó chịu mô men d-ơng

1.4.4.3 Tính duyệt mô men mặt cắt đỉnh trụ và mặt cắt giữa nhịp

Công thức xác định mô men kháng uốn danh định của mặt cắt chữ T nh- sau

a h b - b 0.85f 2

a - d f A

- 2

a - d f A 2

a - d f A

f 1 w

' c

' s

' y

' s s

y s p

ps ps

fy : Giới hạn chảy quy định của cốt thép th-ờng, fy = 420 MPa

ds : Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt

b : Bề rộng mặt cắt chịu nén

bw : Bề dày bản bong

hf : Chiều dày cánh chịu nén

β1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0.80 theo 5.7.2.2

fpu : C-ờng độ chịu kéo quy định của thép DƯL, fpu = 1860 MPa

fpy : Giới hạn chảy của thép DƯL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa

c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DƯL đã bị chảy dẻo

p

pu ps w

1

' c

f w

' c 1

' y

'

á pu

ps

d

f kA b 0.85f

)h b (b f 0.85.

.f A As.fy f

A c

+

−

−

− +

=

β

β

a = c.β1 : Chiều dày của khối ứng suất t-ơng đ-ơng

fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh

c k - 1 f f

f

f - 1.04 2 k

* Duyệt mô men mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn khai thác:

1.5 Tính trụ T4

Cấu tạo trụ

1.5.1 Tải trọng tác dụng

1.5.1.1 Trọng lượng bản thân

Trọng l-ợng bản thân trụ do các thành phần cấu tạo nên trụ gồm:

Với tải trọng này hệ số v-ợt tải n = 1.25

1.5.1.2 Phản lực tác dụng lên trụ do tĩnh tải của kết cấu nhịp

Tĩnh tải của kết cấu nhịp tác dụng lên trụ trong giai đoạn thi công

Nó chính bằng tổng trọng l-ợng các đốt đúc hẫng (ở đây ta không kể trọng l-ợng do tải trọng thi công bởi vì sau khi thi công xong các tải trọng này sẽ dỡ

bỏ chỉ còn lại tĩnh tải các đốt đúc tác dụng lên trụ cùng tĩnh tải phần hai và hoạt tải)

Hệ số tải trọng ở đây là n = 1.25

Ptt = 4476.15 KN

1.5.1.3 Phản lực tác dụng lên trụ do lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng

Ta xác định bằng cách xếp tải trực tiếp lên đ-ờng ảnh h-ởng

Đ-ờng ảnh h-ởng có đ-ợc bằng cách sử dụng ch-ơng trình Sap200

1.5.1.4 Phản lực tác dụng lên trụ do hoạt tải

Theo quy định 22TCN272 – 01 phản lực tác dụng lên trụ đ-ợc tổ hợp từ

90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế đặt cách nhau 15m Với 90% hiệu ứng của tải trọng làn và tải trọng bộ hành

- Trụ chính sử dụng cọc khoan nhồi đ-ờng lính 1.5m

- Vật liệu làm cọc là bê tông cấp A có c-ờng độ là 40 MPa

- Cốt thép trong cọc dùng loại đ-ờng kính 24mm các chỉ tiêu khác

theo tiêu chuẩn của VSL (dùng cùng loại cốt thép th-ờng đúc dầm)

1.5.2.2 Sức chiệu tải của cọc

Sức chiệu tải của cọc đ-ợc xác định theo hai chi tiêu là

Vật liệu sử dụng giống nh- trụ

Tải trọng tác dụng lên mố bao gồm

+> Trọng l-ợng bản thân mố

+> Tĩnh tải kết cấu nhịp (với tải trọng này thì mố chỉ chịu phần tải do nhịp dẫn I33m tác dụng lên)

+> Tải trọng lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng

+> Hoạt tải trên kết cấu nhịp

+> Hoạt tải trên lăng thể tr-ợt

Các kích thước cấu tạo của mố như sau

1.6.2.2 Phản lực do tĩnh tải của kết cấu nhịp tác dụng lên trụ

Từ sơ đồ cầu ta thấy kết cấu nhịp kê lên mố là nhịp giản đơn 33.0m định

hình do đó tĩnh tải của kết cấu nhịp tác dụng lên mố chính bằng một nữa

trọng l-ợng của nhịp

Nhịp dẫn sử dụng 6 dầm I33 và 22cm bản mặt cầu

Ptt = 2633.28 KN

1.6.2.3 Phản lực do lớp phủ mật cầu và các tiện ích công cộng

Tải trọng này tác dụng lên sơ đồ hoàn chỉnh 5 nhịp liên tục

Ta sử dụng ch-ơng trình SAP 2000 vẽ đ-ờng ảnh h-ởng và xếp tải trực tiếp

Xếp tải trực tiếp lên đ-ờng ảnh h-ởng ta có

+> áp lực đất nằm ngang do hoạt tải và do đất đắp

ở đây ta thiết kế sơ bộ do đó ta chỉ cần giá trị ứng lực lớn nhất tại đáy móng

để tính ra số l-ợng cọc do đó áp lực đất nằm ngang ta không tính ở đây

- mố sử dụng cọc khoan nhồi đ-ờng kính 1.0m

- Vật liệu làm cọc là bê tông cấp A có c-ờng độ là 40 MPA

- Cốt thép trong cọc dùng loại đ-ờng kính 24mm các chỉ tiêu khác

theo tiêu chuẩn của VSL (dùng cùng loại cốt thép th-ờng đúc dầm)

1.6.3.2 Sức chiệu tải của cọc

Sức chiệu tải của cọc đ-ợc xác định theo hai chi tiêu là

1.7 Dự kiến phương án Thi công chủ đạo:

1.7.1 Thi công mố :

Bước 1:

- San ủi mặt bằng (dùng máy ủi) Định vị các tim cọc khoan nhồi

- Tập hợp máy móc thiết bị vật liệu chuẩn bị thi công mố

Bước 2 :

- Dùng máy khoan ED400 khoan tạo lỗ cọc hạ ống vách thép

- Tiếp tục khoan đến cao độ thiết kế

- Đắp đất món mố và hoàn thiện

1.7.2 Thi công trụ cầu :

Bước 1 :

- Đo đạc xác định tim trụ, tim cọc ván thép, khung định vị

- Hạ khung định vị đóng cọc ván thép

Bước 2 :

- Bơm cát vào vòng vây cọc ván thép kết hợp neo vòng dầm chặt

- Đặt sân bê tông trên đảo để máy khoan tiến hành khoan tạo lỗ tạo ống vách thép

- Khoan đến cao đọ thiết kế, hạ tầng cốt thép, đổ bê tông cọc

Bước 3 :

- Đào đất ra khỏi vòng vây đến cao độ thiết kế

- Đổ bê tông bịt đáy theo ph-ơng pháp vữa dâng

- Khi bê tông đủ c-ờng độ mới cho phép kéo căng cốt thép c-ờng độ cao

- Tiến hành hợp long với phần kết cấu nhịp thi công theo ph-ơng pháp

đúc hẫng cân bằng đối xứng

1.7.4 Thi công kết cấu nhịp chính :

- Mở rộng thân trụ, lắp dựng đà giáo ván khuôn

- Đổ khối K0 ở trụ T4 và tiến hành neo khối K01 tạm xuống trụ bằng

Φ

- Lắp xe đúc hẫng lên hai bên khối K01 đã đúc xong và đã kéo cáp DƯL Tiến hành neo giữ xe đúc

- Đổ bê tông khối tiếp theo

- Khi bê tông đủ c-ờng đọ cho phép tiến hành kéo căng các bó cáp c-ờng độ cao

- Đ-a xe đúc ra vị trí mới lặp lại các b-ớc trên

- Tiến hành hợp long nhịp biên sau đó tới nhịp giữa giữa

- Hạ dầm xuống gối, hoàn thiện, lớp phủ mặt cầu, lan can tay vịn

Ch-ơng 2 Thiết kế ph-ơng án sơ bộ 2 Cầu treo dây văng 2.1 những tham số cơ bản khi thiết kế cầu dây văng

Trong thiết kế cầu treo dây văng công tác chọn các tham số cơ bản có một vai trò rất quan trọng, nó mang tính quyết định đến chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật của ph-ơng án

Tuy nhiên việc chọn các trị số tối -u khi thiết kế cầu treo dây văng là một vấn đề phức tạp Hiện nay cũng ch-a công bố tài liệu nào có cơ sở chắc chắn để xác định các số liệu ban đầu đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tối -u cho cầu

Các tham số cơ bản của cầu treo dây văng

- Chiều dài nhịp và chiều dài khoang dầm

- Hình dạng và chiều cao dầm cứng

- Chiều cao tháp cầu

- Tiết diện các dây văng

2.1.1 Chọn chiều dài nhịp và khoang dầm

Chiều dài nhịp chính th-ờng đ-ợc xác định theo yêu cầu của nhịp thông thuyền, theo điều kiện địa hình, địa chất của khu vực cầu đi qua Theo yêu cầu về độ cứng thì chiều dài nhịp biên nên chọn ngắn nh-ng phải đảm bảo góc nghiêng của đây neo =< 45 độ

Khi chọn chiều dài nhịp chính th-ờng gắn liền với việc định chiều dài khoang đầm Khoang đầm là tham số quan trọng thứ 2 trong cầu treo đây văng chiều dài khoang dầm ảnh h-ởng tới

- Trị số mô men uốn cục bộ trong pham vi khoang dầm

- Trị số nội lực, tiết diện dây văng và neo cố

- Công nhgệ thi công dầm và dây

Tuỳ theo dầm cứng bằng thép hoặc bằng bê tông cốt thép, chiều dài

khoang dầm có thể tham khảo các trị số sau

Chiều dài khoang sát tháp dt = 0.9d

Trong đó d là chiều dài khoang dầm

2.1.2 Hình dạng và chiều cao dầm cứng

Có nhiều dạng tiết diện ngang của dầm cứng

Một số loại điển hình sau

- Tiết diện dầm I, II hoặc chử nhật nằm trong mặt phẳng đây

- Tiết diện hình hộp

Mỗi loại tiết diện ứng với một chiều cao thích hợp nh-ng phải thoã mãn các yêu cầu cơ bản

- Về chịu lực phải đủ khả năng chịu lực dọc, mô men uốn và ổn định

- Thoả mản các điều kiện biến dạng tổng thể và cục bộ của công trình

2.1.3 Chọn chiều cao tháp cầu

Chiầu cao tháp cầu trực tiếp ảnh h-ởng đến góc nghiêng của dây văng,

góc nghiêng của dây lại quyết định độ cứng và các chỉ tiêu kinh tế kỹ

thuật của cầu

Xuất phát từ điều kiện độ cứng của hệ (chuyển vị của các nút dầm nhỏ ) Biểu thức xác định độ võng của nút treo dây đ-ợc xác định nh- sau

Yi = Si Li / E Ai Sinα icosαi

= 2 Si Li / E Ai sin2αi

Với : Si ,Li Lục dọc và hình chiếu của dây văng thứ i lên ph-ơng dọc

cầu

E.Ai độ cứng chiệu kéo của dây văng thứ i theo ph-ơng ngang

Độ võng tại nút yi đạt giá trị min khi sin2α đạt giá trị cực đại

So, Lo Lực dọc và hình chiếu của dây neo dọc cầu

E.Ao độ cứng chiệu kéo của dây neo

αo Góc nghiêng của dây neo so với ph-ơng

2.1.4 Chọn tiết diện dây văng

Trong cầu treo dây văng các dây làm việc chiệu kéo giá trị bằng phản lực của các gối tựa đàn hồi, có trị số thay đổi không nhiều theo độ cứng của dầm chủ

Nh- vậy để xác định đ-ợc tiết diện dây ta phải xác định đ-ợc nội lực trong dây

Chúng ta có thể tính chính xác từ mô hình không gian hoặc từ mô hình phẳng

Có thể xếp tải trực tiếp trên phần mềm SAP2000 hoặc có đ-ờng ảnh

h-ởng sau đó xếp tải trực tiếp

2.2 Giới thiệu chung về ph-ơng án

2.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế

- Kết cấu cầu đối xứng

- Chiều cao cột tháp dự tính : 35 m tính từ cao độ xe chạy đến đỉnh tháp

- Mặt cắt ngang dầm chia thành hai cụm dầm đ-ợc nối với nhau bằng dầm ngang, các cụm dầm đ-ợc ghép từ dầm I tổ hợp hàn

Cấu tạo một cụm dầm dọc chủ

- Chiều dài một khoang sơ bộ chọn 15.5 m

- Số l-ợng dây cho một cột tháp 8 dây

- Các dầm ngang đ-ợc bố trí trên theo chiều dài dầm dọc với khoảng cách 15.5m một dầm ngang

- Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp :

+ Thép chế tạo dầm chính (nhạp ngoại ) Theo tiêu chuẩn VSL

+ Bê tông cấp A có f’

c = 40 MPa + Cốt thép c-ờng độ cao dùng các loại tao đơn 7 sợi

- Ph-ơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đ-ờng kính φ2.0 m

2.2.3 Cấu tạo trụ cầu :

- Trụ cầu dùng loại trụ thân đặc , đổ bê tông tại chỗ , bê tông cấp A

- Ph-ơng án móng : Móng cọc đài cao ,đ-ợc đặt trên móng cọc khoan nhồi gồm 6 cọc , cọc khoan nhồi φ1.5m

2.2.4 Cấu tạo mố cầu

- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo cấp A

- Mố của kết cấu nhịp chính đ-ợc đặt trên móng cọc khoan nhồi 6 cọc

φ1.50m

2.3 tính toán kết cấu nhịp

2.3.1 Tính toán chọn tiết diện dây văng

2.3.1.1 Tổng quan về dây văng của phương án

Dây văng đ-ợc bố trí theo sơ đồ tổng hợp , và cầu đ-ợc thiết kế theo ph-ơng

án ít dây để đảm bảo thông thoáng và mỹ quan cho cầu

Toàn cầu bố trí 32 dây văng , mội mặt phẳng dây có 16 dây

Sơ đồ cầu là sơ đồ 3 nhịp đối xứng do đó các dây bố trí đối xứng sẽ chiệu tải trọng nh- nhau do đó ta chỉ cần tính cho các dây đặc tr-ng

2.3.1.2 Chọn các tham số bố trí dây văng

Ký hiệu các dây như hình vẽ

Từ sơ đồ bố trí dây và chiều cao neo dây trên tháp ta có các thông số góc

nghiêng của dây nh- sau

Bảng 1: Số hiệu dây và góc nghiêng tương ứng

STT Số hiệu dây Góc nghiêng

và thích hợp với hệ neo thông dụng nhất hiện nay là neo kẹp

Sử dụng loại tao đơn gồm 7 sợi thép d= 5.0mm đ-ờng kính ngoài

15.2mm Dây văng ở đây đ-ợc tổ hợp từ các tao thép giảm đ-ợc độ giãn của dây (do độ võng của trọng l-ợng bản thân gây ra khi chiệu tác dụng của hoạt tải)

Các tao thép đ-ợc căng kéo riêng biệt và đ-ợc ghép thành bó lớn trong các khối neo ở ngay hiện tr-ờng

Công tác lắp đặt dây rất đơn giản vì dây đ-ợc lắp từng tao nhỏ nên không cần giàn giáo

Khối neo là các khối hình trụ có khoan các lỗ hình côn để luồn các tao thép và các tao thép này đ-ợc kẹp chặt bằng neo 3 mảnh

Ph-ơng án dùng dây văng tổ hợp từ các tao thép 7 sợi và hệ neo kẹp là ph-ơng án tối -u vì so với các dây văng sử dụng cáp xoắn ốc hay cáp kín th-ờng phải dùng neo đúc, loại neo này cần đ-ợc đổ ở nhiệt độ 450 đến

500 độ là yêu cầu khó đảm bảo ngay tại công tr-ờng

ð Các chỉ tiêu của cáp

+, Đ-ờng kính danh định 15.20mm

+, Diên tích 1.4 cm2

+, C-ờng độ giới hạn 1800 MPa

+, Khả năng chiệu lực của 1 tao 252 KN

2.3.2.4 Tính nội lực tác dụng lên dây

Công nghệ thi công dầm ở đây ta thi công theo ph-ơng pháp lắp hẫng cân bằng

Các dầm tổ hợp hàn đ-ợc chế tạo sẵn trong x-ởng sau đó nối nghép thành cụm 2 dầm nh- hình vẽ

Sau đó cẩu lắp ngoài công tr-ờng

Các đoạn dầm chế sẵn có chiều dài phụ thuộc vào vị trí neo dây

Hai cụm dầm sẽ lắp trên xe đúc di động sau khi nối với đoạn dầm khác thì mới nối dầm ngang và căng kéo dây và thi công bản mặt cầu

Do đặc điểm chiệu lực của cầu treo dây văng nên tĩnh tải phần 1 và phần 2 rải đều của 1/2 di và 1/2di+1 sẽ do dây neo ở đoạn đó chiệu

Tĩnh tải tác dụng lên dây

Tĩnh tải ở đây bao gồm tĩnh tải giai đoạn 1 và 2

* Tĩnh tải giai đoạn 1

ð Trọng l-ợng bản thân dầm chủ rải đều trên 1 m dài theo ph-ơng dọc cầu

DC = 1.25 x 78.5 x (2x1.0x0.02 + 1.96x0.02 )x2 = 15.543 KN/m