ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CẦU TRẦN THỊ LÝ ĐÀ NẴNG

Khoa xây dựng cầu đường Trang 1 PHẦN MỞ ĐẦU Chương 1: GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỒ ÁN Đề tài : THIẾT KẾ CẦU NGUYỄN VĂN TRỖI _ TRẦN THỊ LÝ 1 Phân tích sự cần thiết phải đầu tư: Thành phố Đà

Trang 1

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp @&? Khoa

xây dựng cầu đường

Trang 1

PHẦN MỞ ĐẦU

Chương 1: GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Đề tài : THIẾT KẾ CẦU NGUYỄN VĂN TRỖI _ TRẦN THỊ LÝ

1 Phân tích sự cần thiết phải đầu tư:

Thành phố Đà Nẵng có nhiều lợi thế , qua hai thế kỷ TP Đà Nẵng đã trở thành trung tâm văn hoá của khu vực miền trung , cùng với sự phát triển về kinh tế , hiện nay mật

độ dân số và lưu lượng xe tăng nhanh làm cho hệ thống cơ sở hạ tầng trở nên chật hẹp Chiến lược phát triển của thành phố là mở rộng ra các vùng xung quanh , xây dựng các đô thị mới có các cơ sở hạ tầng đáp ứng nhu cầu phát triển hiện nay cũng như trong tương lai

Vùng đất sơn trà có biển , có núi tạo nên một khung cảnh rất đẹp và hùng vĩ , là một mảnh đất có thể phát triển mạnh về dịch vụ và du lịch Nằm đối diện với trung tâm đô thị của thành phố sẽ trở thành trung tâm kinh tế , dịch vụ và du lịch

Thành phố ĐN bị chia cắt bởi con sông hàn Là một con sông tạo nên cảnh quan cho thành phố , nhưng cũng là một trở ngại giao thông lớn của thành phố , làm hạn chế

sự phát triển của khu vực Quận Sơn Trà và Ngũ Hành Sơn và cảng nước sâu Tiên Sa Trong những năm qua hệ thống giao thông giữa trung tâm TP và hai bên quận đã có cải thiện đáng kể nhờ việc xây dựng xong cầu Sông Hàn , Tuyên Sơn , cải tạo nâng cấp hai cầu Nguyên Văn Trỗi và Trần Thị Lý Tuy nhiên để thúc đẩy mạnh hơn nữa sự phát triển kinh tế củ hai quận Sơn Trà và Ngũ Hành Sơn , khai thác hết tiềm năng vốn

có của TP thì cần phải nghiên cứu xây dựng cụm cầu mới Nguyên Văn Trỗi và Trần Thị Lý nhằm hoàn thiện hệ thống giao thông của thành phố

2 Các điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu:

2.1 Điều kiện địa hình ,địa mạo

Địa hình khu vực lòng sông được hình thành từ lâu đời , khu vực hai đầu cầu qua quá trình quy hoạch và xây dựng đã làm địa hình ít nhiều thay đổi mặt đất bằng phẳng , cao độ mặt đất trung bình từ 0.8-3 m , sông có chiều rông lòng sông từ 400-600m Tại ví trí cầu rộng khoảng 550 m , luồng tàu chính đi lệch về hướng đông , chiều rộng luồng khoảng 100 m

Phía bờ tây (Quận Hải Châu) đầu tuyến nối với nút giao thông đường 2/9 –Duy Tân , phía trái là cảng sông thu , bên phải của tuyến là khu đô thị tượng đài nơi đây đã xây dựng một số nhà hàng

Trang 2

Trang 2

Phía bờ đông (Quận Sơn Trà) : cuối tuyến nối với nút giao thông đường Ngô Quyền - Nguyễn Văn Thoại , phía phải tuyến là đường đầu cầu và nhà dân , hiện tại rất chật hẹp Khi xây dựng cầu mới đoạn đường này không đảm bảo giao thông Địa hình lòng sông tương đối bằng phẳng , lạch sông lệch về phía đông , đoạn sông thẳng độ sâu sông từ -9.45 -9.55 m , đoạn sông không có luồng chạy tàu sâu 0.15- 0.5m Nhìn chung, địa hình tại vị trí xây dựng cầu tương đối thuận lợi 2.2 Điều kiện khí hậu , khí tượng , thuỷ văn , thuỷ lực 2.2.1 Điều kiện khí hậu , khí tượng: Khí hậu ở Đà Nẵng và vùng phụ cận chịu ảnh hưởng chung của khí hậu Quảng Nam –Đà Nẵng và khu vực Trung Trung bộ , hình thành 2 mùa rõ rệt: mùa khô từ tháng 12 đén tháng 8 năm sau, mực nước các dòng sông xuống thấp và thương gây nên hạn hán, nóng và dễ gây nên hoả hoạn Mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12, lượng mưa tập trung, thường gây nên lũ lụt Theo quan trắc của Đài khí tượng khu vực Trung – Trung bộ quan trắc ở toạ độ 1080 12’ kinh độ Đông và 160 03’ vĩ độ Bắc với thời gian quan trắc liên tục 50 năm, khí hậu khu vực thành phố Đà Nẵng co nhũng đặc điểm sau : * Nhiệt độ không khí ( 0 C) Nhiệt độ trung bình hằng năm :2507

Nhiệt độ cao nhất trung bình :2909 Nhiệt độ thấp nhất trung bình :2209 Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối :4009 Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối : 902 Biên độ dao động nhiệt giữa các tháng liên tiếp trong năm và các ngày không lớn lắm, khoảng 50C – 80C * Độ ẩm không khí (%) Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm :82%

Độ ẩm không khí cao nhất trung bình :90%

Độ ẩm không khí thấp nhất trung bình :75%

Độ ẩm không khí thấp nhất tuyệt đối :10%

*Mưa (mm)

Lượng mưa trung bình năm :2.066mm

Lượng mưa năm lớn nhất :3.307 mm (1964)

Trang 3

Trang 3

Lượng mưa năm thấp nhất :1.400 mm (1974)

Lượng mưa một ngày lớn nhất :322 mm

Số ngày mưa trung bình năm :147 ngày

Tháng có số ngày mưa TB nhiều nhất :22 ngày

*Bốc hơi mặt nước

Lượng bốc hơi nước trung bình :2.007 mm/năm

Lượng bốc hơi tháng lớn nhất trung bình :2.41 mm/năm

Lượng bốc hơi nước thấp nhất :119 mm/năm

* Nắng

Số giờ nắng trung bình :5.128 giờ/năm

Số giờ chiếu nắng TB tháng nhiều nhất :248 giờ/tháng

Số giờ chiếu nắng TB tháng ít nhất :120 giờ/tháng

Hướng gió thịnh hành mùa hè :gió Đông (tháng 4-9)

* Bão và ấp thấp nhiệt đới

Mùa bão ở Đà Nẵng trùng với mùa mưa (tháng 9 đến tháng 12) nhưng cũng có khi cuối tháng 6 đầu tháng 7đã có bão đổ bộ vào (năm 1989).Theo số liệu thống kê hằng năm có khoảng 8-9 cơn bão đổ bộ vào Đà Nẵng

Về cấp bão đổ bộ vào Đà Nẵng từ năm 1976 đến nay chỉ có một cơn bão số 2 năm 1989 đổ bộ vào Đà Nẵng có gió cấp 11 đến cấp 12 (tốc độ gió > 40 m/scc).Còn lại các cơn bão khác chỉ có gió mạnh từ cấp 6 đến cấp 9

2.2.2.Điều kiện thuỷ văn , thuỷ lực

Trang 4

mở rộng Tuy nhiên , trên đoạn sông này địa hình hai bên bờ khá cao nên hàng năm dòng chảy lũ chủ yếu được khống chế trong lòng sông chính Do sự thu hẹp đột ngột mặt cắt ướt tại cầu Nguyễn Văn Trỗi nên khi có lũ lớn thì sẽ có sự chênh lệch khá cao

về mực nước thượng lưu và mực nước hạ lưu cầu Tốc độ dong chảy tại mặt cắt ngang cầu cũng khá lớn

Dòng chảy trên sông Hàn cũng như phần thượng lưu biến đổi theo 2 mùa rõ rệt mùa kiệt kéo dài tư tháng 1 đến tháng 8 , mùa lũ từ tháng chín đến tháng 12

Trong mùa kiệt , lượng nước từ thượng nguồn đổ về không nhiều và tương đối ổn định nên dong chảy trên đoạn sông này trong mùa này nhỏ và ít biến đổi Mực nước lên xuống , dòng chảy xuôi, ngược là do tác động chủ yếu của thuỷ triều.Tuy nhiên cũng cần chú ý trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến cuối tháng 6 hàng năm dòng chảy trên đoạn sông này thường được bổ sung một lượng nước đáng kể ( do mưa tiểu mãn).có năm xảy ra lũ lớn như đột lũ tháng 11 năm 1999 , mực nứoc lũ từ 2,0 – 2,5m, lũ gây xói lở bờ sông phía thượng nguồn và đặc biệt xói lở toàn bộ mố cầu Trần Thị Lý, gây xói sụp cầu cảng số 5 sông Hàn

Dòng chảy mùa lũ đoạn sông này khá lớn khi có lũ hầu như vùng bão ,vũng thấpven sông đều bị ngập , hàng năm từ thang 9 đén tháng 12 trung bình có 3 đến 4 trận lũ , năm nhiều lũ có từ 6 đến 7 trận Lũ lớn thường tập trung trong hai tháng 10

và 11 gây ngập lụt vùng phía thượng lưu cầu Nguyễn Văn Trỗi

Sông Hàn là sông có chế độ dòng chảy chịu ảnh hưởng mạnh của thuỷ triều , nhất là đoạn sông từ cầu Nguyễn Văn Trỗi đến cửa đổ ra biển Do đó chế độ dong

Trang 5

Trang 5

chảy trong sông khá phức tạp , đặc biệt trong mùa lũ (từ tháng 9 đến tháng 12) , dòng chảy vừa chịu tác động mạnh của dòng chảy thượng nguồn đổ về , vừa chịu ảnh hưởng của chế độ thuỷ triều vì vậy việc nghiên cứu , tính toán xác định các đặc trưng thuỷ văn thiết kế trên đoạn sông này gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên với những tài liệu thực

đo của 2 trạm thuỷ văn cơ bản là Cẩm Lệ và Sông Hàn , cùng với những kết quả điều tra về độ cao các vết lũ , kết quả đo đạc lưu lượng , tốc độ dòng chảy trong một số đợt gần đây ngay tại cửa sông , nghiên cứu đến những đặc điểm cụ thể về địa hình đoạn sông nên việc tính toán thuỷ văn cầu mang lại kết quả tin cậy

Theo tài liệu cung cấp của Đài khí tượng thuỷ văn khu vực Trung Trung bộ: Lưu lượng: Q1% = 6990 m3/s , Q5% = 3890 m3/s

Lớp 1: Cát pha lẫn dầm sạn , đá xô bồ (đất đắp) Lớp này chỉ có mặt tại LKC! , bề

dày 3,5m Lớp này không lấy mẫu thí nghiệm

Trang 6

Lớp 3:Cát hạt mịn màu xám trắng – xám vàng , trạng thái bão hoà , kết cấu rời rạc

lớp này có mặt tại tất cảcác lỗ khoan , bề dày lớp thay đổi từ 5,2 mét tại LKC2 đến 6,5 mét tại LKC3

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu lớp này như sau:

Cường độ chịu tải trọng quy ước :R = 1,0 Kg/cm2

Lớp 4: bùn sét pha mau xám đen Lớp này chỉ có mặt tại LKC2 , LKC3 , bề dày lớp

thay đổi từ 3,2 mét tại LKC2 đến 2,3 mét tại LKMC1

Trang 7

Cường độ chịu tải trọng quy ước :R = 0,4 Kg/cm2

Lớp 5: Cát pha màu xám đen, trạng thái dẻo Lớp này chỉ có mặt tại LKC, bề dày lớp

này 3,7 m

Thành phần hạt

Hạt sỏi sạn: : Hạt cát : 79,08%

Hệ số nén lún : a1 – 2 = 0,042 cm2/Kg

Trang 8

Cường độ chịu tải trọng quy ước : R = 0,8 Kg/cm2

Lớp 6: Cát hạt vừa màu xám trắng, trạng thái bão hòa Lớp này chỉ có mặt tại LKC3,

Lớp 7: Sét pha màu xám đen- xám xanh, trạng thái dẻo mềm- dẻo chảy Lớp này có

mặt tại LKC1, LKC2 bề dày lớp này thay đổi từ 3,3 mét tại LKC1 đến 5,0 tại LKC3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu lớp này như sau:

Trang 9

Trang 9

Giới hạn Atterberg

Giới hạn chảy : WL = 44,58 % Giới hạn dẻo : WP = 28,48 % Chỉ số dẻo : IP = 16,11

Lớp 8: Sét pha màu xám vàng- xám trắng, trạng thái nửa cứng Lớp này có mặt tất cả

các lỗ khoan, bề dày lớp này thay đổi từ 6,8 mét tại LKC2 đến 9,2 tại LKC3

Trang 10

Cường độ chịu tải trọng quy ước : R =2,4 Kg/cm2

Lớp 9: Cát pha màu xám trắng, trạng thái dẻo Lớp này chỉ có các LKC2,LKC3, bề

dày lớp này thay đổi từ 1,5 mét tại LKC2 đến 2,6 tại LKC3

Trang 11

Trang 11

Lớp 10: Sét pha màu xám trắng(đá phiến phân hóa hoàn toàn) Lớp này có mặt tất cả

các lỗ khoan, bề dày lớp này thay đổi từ 3,9 mét tại LKC2 đến 9,2 tại LKC3

Lớp IA: đá phiến xerixit-thạch anh xerixit, màu xám xanh, đới phong hóa hoàn toàn –

mạnh

Tỷ trọng (∆) biến đổi từ ? : ∆ = 2,69 g/cm3

Trang 12

Trang 12

Dung trọng (γ) tự nhiên biến đổi từ 2,3 - 2,5 g/cm3

Lớp IB: đá phiến xerixit-thạch anh xerixit, màu xám xanh, đới phong hóa mạnh - vừa

Tỷ trọng (∆): ∆ = 6,9 g/cm3

Dung trọng (γ) tự nhiên : 2,5 g/cm3

Lớp IC: đá phiến xerixit-thạch anh xerixit, màu xám xanh, đới phong hóa vừa nhẹ

Tỷ trọng (∆) biến đổi từ 2,66 - 2,69 g/cm3

Dung trọng (γ) tự nhiên biến đổi từ 2,69 - 2,71 g/cm3

Cường độ kháng nén khi khô (Rk) biến đổi từ 140 – 596 Kg/cm2

Cường độ kháng nén khi bão hòa (?) biến đổi từ 114 – 482 Kg/cm2

Nhìn chung, địa chất khu vực ? tương đối thích hợp với móng cọc khoan nhồi,

để đảm bảo an toàn cho công trình và lợi ích về kinh tế, mũi cọc cấm vào đá phiến phong hóa mạnh – vừa hoặc phong hóa vừa - nhẹ

2.3.2 Quy mô tiêu chuẩn kỹ thuật

2.3.2.1 Quy trình, qui phạm thiết kế

2.3.2.1.1 Về thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05

Tiêu chuẩn về tải trọng gió TCVN 2737 – 95

Tiêu chuẩn về tải trọng do nhiệt TCVN 4088 – 85

Tiêu chuẩn về thiết kế chống động đất 22TCN 221 – 95

Tiêu chuẩn về giao thông đường thủy nội địa TCVN 5664 – 92

Tính toán đặc trưng dòng chảy lũ do mưa rào 22TCN 220 – 95

Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRED 1998

Tiêu chuẩn về cáp “Rccommendations for Stay Cable Design, Testing and Installation”, PTI Guide Specification, 4th Edition, 2001 Post Tensioning Institute, Phonenix, AZ “PTI”

Gối cao su bản thép, tiêu chuẩn co dãn cao su AASHTO M251-92

Tiêu chuẩn thiết kế đường phố, quảng trường đô thị 20TCN 104 – 83

Tiêu chuẩn thiết kế đường 22TCN 273 – 01

Điều lệ báo hiệu đường bộ 22TCN 237 – 01

Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054– 98

Trang 13

Trang 13

Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211– 93

Quy định nội dung tiến hành lập hồ sơ báo cáo NTKT và báo cáo NCKT các dự

án xây dựng kết cấu hạ tầng GTVT 22TCN 268-2000

2.3.2.1.2 Về khảo sát địa hình, địa chất

Quy phạm đo vẽ địa hình 96TCN 43-90

Tiêu chuẩn TCXĐVN 309-2004 “công tác trắc địa xây dựng công trình-Yêu cầu chung”

Quy trình khảo sát đường ô tô 22TCN 263-2000

Quy trình khảo sát thủy văn 22TCN 27-84

Quy trình khoan thăm dò địa chất 22TCN 259-2000

Quy trình lấy mẫu nguyên dạng ATSM D1587

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn AASHTO T206(SPT D1586)

2.3.2.1.3.Về thi công và nghiệm thu

Quy trình cọc khoan nhồi thi công và nghiệm thu TCXDVN 326-2004 Cầu cống-Quy phạm thi công và nghiệm thu 22TCN 266-2000

Sơn cho cầu thép và kết cấu thép 22TCN 235-97

Dầm cầu thép và kết cấu thép-Yêu cầu kỹ thuật chế tạo và nghiệm thu trong

Quy trình thi công và nghiệm thu cấp phối đá dăm 22TCN 252-98

Quy trình thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa 22TCN 249-98 Quy trình thi công và nghiệm thu cấp nền đường 22TCN 304-03

2.3.2.2.Quy mô thiết kế

Quy mô vĩnh cữu : vĩnh cữu

Trang 14

Chiều rộng lớn nhất (m)

Mớn nước đầy tải (m)

Độ dốc tối đa :imax≤ 6%

Bán kính đường cong nằm tối thiểu Rmin : 250 m Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu Rmin : 4000 m Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu Rmin : 1000 m

Mô duyn đàn hồi :Eyc=1530 daN/cm2Tải trọng trục :12 tấn

Trang 15

Trang 15

Trang 16

Chương 2: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU

+ Khe co giản bằng cao su cốt thép bản

+ Bố trí các ống thoát nước bằng ống nhựa PVC = 10 cm

- Kết cấu hạ bộ:

+ Tháp cầu bằng BTCT f'c = 50 Mpa tiết diện hộp

+ Mố neo (móng giếng chìm) f'c = 30 Mpa

+ Cọc khoan nhồi BTCT f'c = 30 Mpa

- Giải pháp thi công chỉ đạo công trình:

+ Dầm liên tục được thi công theo phương pháp lắp hẫng cân bằng qua tim tháp + Thi công mố: Thi công móng giếng chìm

+ Thi công tháp: đổ bêtông tại chỗ sử dụng ván khuôn trượt

2 PHƯƠNG ÁN II:

- Kết cấu thượng bộ:

+ Dầm liên tục BTCT f'c = 50 Mpa: 75 + 5x90 + 75 (m)

+ Lan can bằng thép lá, tay vịn bằng ống thép tráng kẽm

+ Khe co giản bằng cao su cốt thép bản

+ Bố trí các ống thoát nước bằng ống nhựa PVC = 10 cm

+ Trụ cầu liên tục bằng BTCT f'c = 30 Mpa

+ Mố cầu dạng mố chữ U cải tiến BTCT f'c = 30 Mpa

+ Cọc khoan nhồi BTCT f'c = 30 Mpa

- Giải pháp thi công chỉ đạo công trình:

Trang 17

+ Dầm liên tục được thi công theo công nghệ đúc đầy theo chu kỳ

+ Thi công mố: Lắp dựng ván khuôn và đổ Bêtông tại chỗ

+ Thi công trụ: Lắp dựng ván khuôn và đổ Bêtông tại chỗ

+ Cọc được thi công theo công nghệ thi công cọc khoan nhồi

Phần I:

Trang 18

THIẾT KẾ SƠ BỘ HAI PHƯƠNG ÁNChương 1 :

THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN I:

CẦU DÂY VÕNG DẦM LIÊN TỤC BTCT THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ

LẮP HẪNG CÂN BẰNG

1 Tính toán khối lượng các hạng mục công trình:

1.1 Tính toán khối lượng dầm cứng BTCT:

Dầm liên tục BTCT của cầu dây võng được thi công theo công nghệ lắp hẫng.Khoảng cách giữa hai cáp chủ là 23.5 m.Cáp chủ sơ bộ chọn đường kính 0.6 m.Khoảng cách giữa các cáp treo là 10m Sơ bộ chọn đường kính của cáp treo là 0.15m Tháp cầu có chiều cao tính từ đỉnh bệ móng lên đỉnh tháp là 68.4m

Dầm liên tục BTCT dài 600 (m) Mặt cắt ngang được cấu tạo từ 3 hộp 4 sườn Dầm cầu được cấu tạo từ các khối đúc

Cấu tạo các khối dầm như sau:

275 1050

25

640 640

+ Thể tích bêtông của 1 khối neo: 0,75x0,68 = 0,51 (m3)

→ khối lượng của dầm bê tong:

(24.07.600 + 0,51)x2.5 = 36106.275(T) + Lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông dầm là 0.2 T/m3

→ Tải trọng dầm tính ra phân bố đều:

DC = 36106.275/600 = 60.177 (T/m)

1.2 Tính toán khối lượng Tháp cầu:

Trang 19

- Hai tháp cầu có cấu tạo hoàn toàn giống nhau, chi tiết kích thước như hình vẽ:

Trang 20

150

900 1885

1.3 Tính toán khối lượng mố neo:

cấu tạo mố neo:

Trang 21

Thuyết minh đồ ân tốt nghiệp @&? Khoa

xđy dựng cầu đường

3000

CẤ P PHỐ I ĐẤ TĐỒ I CẤ P PHỐ I ĐÁ DĂM LOẠ I 1 30CM BÊTÔNG NHỰ A HẠ T THÔ 7 CM BÊTÔNG NHỰ A HẠ T MỊN 5 CM ĐẤ T ĐẮ P SAU MỐ

100 300

MẶ T CẮ T NGANG MỐ NEO - TỈ LỆ 1/100

4000 1000

500

1000 100 60

BÊ TÔNG NHỰ A HẠ T MỊN DÀY 5 Cm

275 1050

60 100

MẶ T CẮ T NGANG CẦ U, TL 1/100

150

143

- Sử dụng công thức trong AutoCad ta có mố trâi:

Diện tích phần bítông mố neo: F=484.3(m2)

Trang 22

1.4 Khối lượng mố phải giống mố trái

1.5 Tính toán khối lượng các bộ phận trên cầu:

1.5.1 Khối lượng các lớp mặt cầu:

- Lớp BTN dày 5cm: DW1= 0,05 28 2,25.9,8 = 30,87 (KN/m)

- Lớp phòng nước dày 1cm: DW2 = 0,01 28 1,5.9,8 = 4,12 (KN/m)

→ Trọng lượng các lớp mặt cầu: 30,87 + 4,12 = 34,99 (KN/m)

1.5.2 Trọng lượng lan can, tay vịn, gờ chắn bánh:

- Lan can tay vịn làm bằng ống thép tráng kẽm, lấy Wlctv= 0,4(KN/m)

+Trọng lượng Bêtông phần bệ lan can, tay vịn (tính cho 1 m dài):

1.6 Chi tiết cấu tạo và tính toán khối lượng dây võng:

- Sơ đồ kết cấu trong cầu dây võng là hệ siêu tỉnh, nội lực trong hệ phụ thuộc độ cứng

của của các bộ phận cấu thành nên hệ Do đó để tính toán được nội lực trong hệ phải

sơ bộ lựa chọn cấu tạo tiết diện dây

- Sử dụng các bó cáp CĐC gồm nhiều tao có đường kính danh định 5 mm

- Các chỉ tiêu các bó cáp sử dụng như sau:

15 tao

20

30

Trang 23

Tải trọng giới hạn (β z) (T) 2790 Tải trọng sử dụng

(0,45.β z) (T) 1255.5

Ta chọn sơ bộ tiết diện cho cáp chủ :

Tiết diện cáp chủ: F= Stt/f =9873/75150 = 131.4x10-3 (m2)=1310.4

f: Cường độ giố hạn chảy của vật liệu làm dây Ta sở dụng thép có đường kính

5mm,tiết diện ngang danh định 0.196cn2 Giới hạn chảy của thép fby=1670Mpa suy ra f=0.45x1670000 =751500KN/m2

Số sợi cáp 5mm: n=1310.4 /0.196 = 6685(sợi)

Chọn cáp chủ 136bó ,mỗi bó 20 tao , mỗi tao 7 sợi,

Chọn cáp treo 9bó , mỗi bó 15 tao, mỗi tao 7 sợi

Các Thông Số Của Dây Võng

Tên dây

Số tao trong 1

bó

Chiều dài(1dây)

Khối lượng

1 dây(T) Dây 1 15 6.18 0.97 Dây 2 15 10.29 1.62 Dây 3 15 14.46 2.28 Dây 4 15 18.67 2.95 Dây 5 15 22.93 3.62 Dây 6 15 27.23 4.30 Dây 7 15 31.58 4.98 Dây 8 15 35.97 5.67 Dây 9 15 40.41 6.37

Dây 11 15 37.3 5.88 Dây 12 15 33.8 5.33 Dây 13 15 30.5 4.81 Dây 14 15 27.4 4.32 Dây 15 15 24.5 3.86

Trang 24

Dây 16 15 21.8 3.44 Dây 17 15 19.3 3.04

Dây 19 15 14.9 2.35

Dây 21 15 11.3 1.78 Dây 22 15 9.8 1.55 Dây 23 15 8.5 1.34 Dây 24 15 7.4 1.17 Dây 25 15 6.5 1.03 Dây 26 15 5.8 0.91 Dây 27 15 5.3 0.84

- Tổng khối lượng thép cường độ cao dùng cho các cáp treo: 320.01 (T)

- Khối lượng cáp chủ là: 2.99x103(T),

-Tổng Chiều dài cáp chủ hai bên là :1280m (xem phụ lục 1)

2.Tính toán số lượng cọc trong tháp:

2.1 Xác định sức chịu tải tính toán của cọc:

- Sử dụng cọc khoan nhồi BTCT đường kính 1,5 m, f'c = 30 Mpa

Sức chịu tải tính toán của cọc khoan nhồi được lấy như sau:

Ptt= min{Qr, Pr}

* Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

- Sức kháng dọc trục danh định:

Pn= 0,85[0,85.f'c.(Ap-Ast) +fy.Ast]; (N) Trong đó:

f'c: Cường độ chụ nén của BT cọc(Mpa); f'c = 30Mpa Ap: Diện tích mũi cọc(mm2); Ap = 1766250 mm2

Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 22φ20 : Ast = 6908 mm2fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420 Mpa

Thay vào ta được:

Pn = 0,85.[0,85.30.(1766250 - 6908) + 420.6908] = 40,6.106 (N) = 40,6 (MN)

- Sức kháng dọc trục tính toán:

Pr = φ.Pn (MN)

Trang 25

4 3 4

, 0

=

Ds

Hs d

Với : Hệ số sức kháng mũi cọc, φ = 0,75 (TCN-5.5.4.2)

Pr = 0,75.40,6 = 30,45(MN)

* Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền:

- Sức kháng mũi danh định: qp= 3.qu.Ksp.d (Mpa)

Trong đó:

d: Hệ số chiều sâu không thứ nguyên:

qu: Cường độ nén dọc trục trung bình của lõi đá, qu = 30 Mpa

Ksp: Hệ số khả năng chịu tải không thứ nguyên

Sd: Khoảng cách các đường nứt, Sd = 300 mm

td: Chiều rộng các đường nứt; td =1 mm

D : Đường kính cọc; D = 1500 mm

Ds: Đường kính hố đá, D = 1500 mm

Hs: Chiều sâu chôn cọc vào trong hố đá; Hs = 2300 mm

Thay số vào các công thức ta được: d =1,6; Ksp = 0,23

Ptt = min{Qr, Pr} = min{19,5; 30,45} = 29.25 (MN)

2.2 Tính toán áp lực tác dụng lên bệ mố, tháp:

Để xác định phản lực lớn nhất tại đáy bệ mố, bệ trụ em sử dụng chương trình Midas Civil

2.2.1 Các bước chính thực hiện trong chương trình:

- Mô hình hóa kết cấu

- Khai báo các làn xe

- Khai báo các tải trọng theo 22TCN272-05: Xe Tadem+Lan, Xe Tai+ Lan

- Khai báo các lớp xe

d d d

S t D

S Ksp

300110

3++

=

Trang 26

- Khai báo các trường hợp tải trọng di động, gán các tải trọng di động vào các làn cho phù hợp

- Khai báo các truờng hợp tải trọng di động và các tổ hợp tải trọng có xét đến hệ số tải trọng, hệ số xung kích

- Cụ thể các bước mô hình hóa kết cấu và tổ hợp tải trọng như sau:

2.2.2 Mô hình hóa kết cấu:

- Toàn bộ kết cấu cầu dây võng sẽ được mô hình vào trong chương trình gần đúng như

kết cấu thật, mô hình bài toán là mô hình không gian

- Dầm liên tục tiết diện hộp được mô tả trong chương trình là phần tử Beam Mặt cắt ngang dẩm chủ được khai báo trong chương trình với các thông số cụ thể như sau: (Xem hình vẽ)

- Tháp cầu có kết cấu dạng hộp rỗng làm việc chủ yếu chịu nén uốn nên sẽ được khai báo bằng phần tử Beam với các dạng MCN có kích thước như sau:

Trang 27

- Trong cầu dây võng nội lực xuất hiện trong dây võng chủ yếu là lực kéo do đó dây văng sẽ được khai báo là phần tử TENS-TRUSS, loại Cable

2.2.3 Khai báo các điều kiện biên:

- Liên kết neo giữa cáp chủ với đất được mô tả là 4 ngàm cứng

- Liên kết giữa chân tháp với nền đất được mô tả là ngàm

- Hai đầu dầm được mô tả bằng gối cố định và di động

- Để mô tả sự làm việc của gối cầu tại vị trí dầm liên tục tựa lên dầm ngang dưới của tháp ,tại vị trí trụ tháp dầm chủ dược kê trên gối di đông bằng liên kết RIGID LINK

- Liên kết giữa đầu neo dây võng với dầm cứng được mô tả bằng các ràng buộc chuyển vị RIGID LINK thể hiện sự chuyển vị đồng thời của chúng theo các phương

Kết quả mô hình hóa kết cấu

Trang 28

Kết cấu được hiện dưới dạng không gian

2.2.4 Khai báo các làn xe:

Trang 29

- Cầu gồm 6 làn xe chạy rộng 21 m và 2 làn người đi bộ rộng 2x2.75 đó sẽ khai báo trong chương trình 8 làn xe với các độ lệch tâm như sau:

- Làn 1, Làn 2, Làn 3, Làn 5, Làn 6, Làn7, sẽ chịu hoạt tải xe chạy gồm các trường hợp tải trọng: xe hai trục+ tải trọng làn ( Hoat TademLan) và xe tải + tải trọng làn (Hoat TruckLan)

- Làn 4, Làn 8 được gán cho tải trọng người đi bộ

2.2.5 Khai báo xe tiêu chuẩn theo AASHTO-LRFD (22TCN272-05)

- Chọn mã thiết kế AASHTO-LRFD

- Khai báo 2 trường hợp hoạt tải theo AASHTO-LRFD bao gồm:

o HL-93TDM: hoạt tải xe hai trục thiết kế và tải trọng làn

o HL-93 TRK: hoạt tải xe tải thiết kế và tải trọng làn

Trang 30

Trang 31

2.2.6 Khai báo các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:

- Tải trọng tác dụng thẳng đứng tính đến đáy bệ gồm:

o Trọng lượng bản thân dầm, trọng lượng bản thân mố, trụ (tỉnh tải giai đoạn 1)

o Trọng lượng thân các lớp mặt cầu, lan can tay vịn (tỉnh tải giai đoạn 2)

o Hoạt tải HL-93, tải trọng người đi bộ

- Các trường hợp tải và hệ số tải trọng kèm theo theo TTGH cường độ:

Stt Trường hợp tải

Hệ số tải trọng

1 TT1 Tỉnh tải giai đoạn 1 1.25

2 TT2 Tỉnh tải giai đoạn 2 1.5

3 Hoạt Tademlan Hoạt tải xe 2 trục và tải trọng

4 Hoạt Trucklan Hoạt tải xe tải và tải trọng làn 1.75

5 Hoạt Nguời Tải trọng người 1.75

- Các tổ hợp tải trọng được khai báo trong chương trình để có tổ hợp được các giá trị bất lợi nhất:

Stt Tên tổ

Loai tổ hợp Công thức

1 Hoat1 Hoạt tải xe tandem,tải trọng làn

cộng tác dụng với tải trọng người ADD

1.75(Hoat TandemLan + Hoat Nguoi)

2 Hoat2 Hoạt tải xe trục,tải trọng làn cộng

tác dụng với tải trọng người ADD

1.75(Hoat TruckLan + Hoat Nguoi)

3 Hoatmax Lấy giá trị bất lợi của Hoat1 và

Hoat2 ENVE Max( Hoat1, Hoat2)

4 TinhMax Cộng tác dụng của Tỉnh tải giai

đoạn 1 và tỉnh tải giai đoạn 2 ADD

(1,25TT1+ 1,5TT2)

5 T+H Cộng tác dụng của Tỉnh tải và hoạt

tải( TinhMax, HoatMax) ADD Hoatmax+Tinhmax

6 BaoTH Lấy giá trị bất lợi nhất trong 3 tổ

hợp( Hoatmax, Tinhmax, T+H) ENVE

Max(Hoatmax, Tinhmax, T+H)

Trang 32

Ghi chú:

-Hệ số xung kích được khai báo cùng với việc khai báo tải trọng xe hai trục và tải trọng xe tải: IM = 25%

- Hệ số tải trọng được khai báo cùng với việc khai báo các trường hợp tải

- Sau khi khai báo đầy đủ các thông số như Làn xe, Loại xe, Lớp xe, các trường hợp tải trọng và các tổ hợp tải trọng, chương trình sẽ tự động vẽ các ĐAH, xếp xe lên các ĐAH sao cho gây ra hiệu ứng bất lợi nhất đúng theo yêu cầu của qui trình thiết kế cầu AASHTO-LRFD (22TCN272-05)

2.2.7 Kết quả chạy chương trình:

KẾT QUẢ PHẢN LỰC TẠI CÁC GỐI

Vị Trí Giá trị (T) Tháp 1 52524.11 Tháp 2 52525.23

- Các giá trị phản lực tại các gối chưa xét đến tải trọng bản thân của mố do đó cần phải cộng thêm chúng vào để có được Ap

Trang 33

Trong đó : n là số lượng cọc tính toán

β: hệ số kể đến độ lệch tâm của tải trọng , β = 1,15

AP : Tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng

Ptt : Sức chịu tải tính toán của cọc

3.Kiểm toán khả năng chịu lực của cáp treo:

- Để tính nội lực dây võng em sử dụng chương trình Misdas-Civil Các tổ hợp tải trọng,

hệ số tải trọng được lấy như trong phần tính toán phản lực

- Giá trị nội lực trong các tổ hợp bất lợi và kết quả kiểm toán như sau:

Tên Dây Số tao

trong 1 bó

TỉnhMax (T)

HoạtMax (T)

Bao TH (T)

Lực Căng

sủ dụng (T) Kết Luận Dây 1 15 tao -48.53 14.85 -63.60 1722.7 Đạt Dây 2 15 tao 203.42 24.9 228.33 1722.7 Đạt Dây 3 15 tao 235.79 27.56 263.35 1722.7 Đạt Dây 4 15 tao 239.55 28.43 267.98 1722.7 Đạt Dây 5 15 tao 220.72 28.39 249.10 1722.7 Đạt

Trang 34

Dây 6 15 tao 116.57 27.53 204.11 1722.7 Đạt Dây 7 15 tao 102.78 26.06 128.84 1722.7 Đạt Dây 8 15 tao 3.25 26.56 29.81 1722.7 Đạt Dây 9 15 tao -60.3 75.99 -139.08 1722.7 Đạt Dây 10 15 tao 105.99 84.57 190.56 1722.7 Đạt Dây 11 15 tao 161.08 38.89 199.97 1722.7 Đạt Dây 12 15 tao 230.27 36.78 267.05 1722.7 Đạt Dây 13 15 tao 282.99 38.05 321.04 1722.7 Đạt Dây 14 15 tao 319.65 39.22 358.87 1722.7 Đạt Dây 15 15 tao 344.63 40.04 384.67 1722.7 Đạt Dây 16 15 tao 361.59 40.59 402.18 1722.7 Đạt Dây 17 15 tao 373.11 40.97 414.08 1722.7 Đạt Dây 18 15 tao 380.92 41.23 422.15 1722.7 Đạt Dây 19 15 tao 386.21 41.42 427.63 1722.7 Đạt Dây 20 15 tao 389.77 41.57 431.34 1722.7 Đạt Dây 21 15 tao 392.14 41.69 433.83 1722.7 Đạt Dây 22 15 tao 393.69 41.78 435.47 1722.7 Đạt Dây 23 15 tao 394.66 41.88 436.50 1722.7 Đạt Dây 24 15 tao 395.24 41.89 437.11 1722.7 Đạt Dây 25 15 tao 395.54 41.90 437.43 1722.7 Đạt Dây 26 15 tao 395.66 41.90 437.56 1722.7 Đạt Dây 27 15 tao 395.68 41.90 437.58 1722.7 Đạt Dây 28 15 tao 395.67 41.90 437.56 1722.7 Đạt Dây 29 15 tao 395.66 41.90 437.55 1722.7 Đạt

4.Kiểm toán sơ bộ diện tích tối thiểu của tiết diện dầm chủ:

Diện tích tối thiểu của dầm chủ tại tiết diện có lực dọc lớn nhất:

R

S k

A max

≥

Trong đó:

+ Smax : Lực dọc tính toán lớn nhất trong dầm chủ do tỉnh tải và hoạt tải

Biểu đồ mômen trong dầm chủ như sau:

Trang 35

Biểu đồ bao mômen trong dầm chủ như sau:

06,117.3 max

→Dầm chủ tiết diện hộp có A = 24.07 (m2) > 0.07 (m2): Thỏa yêu cầu

5 Tính toán cáp DƯL trong dầm chủ:

- Sơ bộ chỉ tính toán số bó thép cần thiết chịu momen dương ở nhịp và chịu momen âm

ở gối.Ta có bảng momen tính toán như sau:

Momen tính toán trong Dầm chủ

Mtt (T.m) Nhịp 1 32471.56 Nhịp 2 14882.00 Nhịp 3 32471.56 Tháp 1 -70992.05 Tháp 2 -70992.05

- Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt ngang:

Sử dụng chức năng SECTION PROPERTY trong MIDAS CIVIL ta có được đặc trưng hình học của mặt cắt ngang dầm chủ như sau:

Trang 36

- Sử dụng cáp DƯL với các đặc trưng sau:

Loại Cáp DƯL 50 tao 15,24 mmDiện tích 1 tao 140 mm2Diện tích 1 bó 7000 mm2Giới hạn bền fpu 1860 Mpa Giới hạn chảy fpy 1670 MpaMôdun đàn hồi 197000 Mpa

+ Công thức tính toán số bó cáp:

- Trong cầu dây võng nội lực dầm chủ vừa có thành phần momen uốn vừa có thành phần lực dọc Lực dọc trong dầm thường gây hiệu ứng có lợi, làm triệt tiêu một phần ứng suất kéo do tác dụng của momen uốn (Chỉ có khoan dầm giữa nhịp chịu lực kéo)

Do vậy để đảm bảo số bó cáp DƯL tính ra là hợp lý, trong tính toán số bó cáp DƯL cần phải xem xét thành phần lực dọc trong dầm

- Với bó chịu mômen âm:

Đại Lượng Giá trị Đơn vị

Trang 37

.'

≥+

M W

e N A

N f

tr tr

T T T tr

)

1)(

.)(

()

.)(

' min

'

bo KT T tr tr tr

b T

tr tr tr

T

A f e A W

W A A

N W

M n e

A W

W A A

N W

M N

+

−

≥

→+

−

≥

+ Ứng suất thớ dưới:

0'

.'

≥++

M W

e N A

N f

d d

T T T d

)

1)(

.)(

()

.)(

' min

'

bo KT d T d d

b d

T d d

T

A f W e A

W A A

N W

M n W

e A

W A A

N W

M N

−+

≤

→

−+

M W

e N A

N f

d d

T T T d

)

1)(

.)(

()

.)(

bo KT T d d

b T

d d

T

A f e A Wd

W A A

N W

M n e

A Wd

W A A

N W

M N

+

−

≥

→+

−

≥

- Ứng suất thớ trên:

Trang 38

0

≥++

M W

e N A

N f

tr tr

T T T tr

)

1)(

.)(

()

.)(

bo KT tr T tr d

b tr

T tr d

T

A f W e A

W A A

N W

M n

W e A

W A A

N W

M N

−+

≤

→

−+

≤

Trong đó :

+ N'T: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen âm

N'T =n'b fKT.Abó + NT: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen dương

NT = nb.fKT.Abó

+ e'T, eT: Khoảng cách từ trục trung hoà đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực + A: Diện tích tiết diện bêtông

+ M: Mômen do tải trọng tác dụng gây ra tại tiết diện tính toán

+ W: Mômen kháng uốn tiết diện

+ n'b, nb : Số bó cốt thép cần tính

+ fKT: Ứng suất cho phép khi căng kéo cốt thép:

fKT = 0,75.fpy = 1252,5 Mpa = 1,2525 (KN/mm2) + Abó: Diện tích một bó cáp; fbó = 7000mm2

Giả thiết khoảng cách từ trọng tâm các bó cáp đến thớ ngoài cùng chịu kéo là

+ NT1 , NT2 lần lượt là lực dọc trong dầm chủ tại các tiết diện trên dầm ngang duới của

tháp 1 và trên tháp 2

Trang 39

Số bó thép chịu momen dương tại các tiết bất lợi ỏ nhịp

152268.85

Trang 40

5x205x20

6x20

15006x20

Như vậy ta dựa khả năng chịu lực của dây dưới tác động của lực dọc trong cáp để chọn tiết diện dây Sau đó ta suy ra tiết diện cần thiết của cáp chịu momen âm trong dầm

6.Kiểm toán dầm chủ theo TTGH cườngđộ:

- Ta quy đổi tiết diện hộp về tiết diện tiết diện chữ I lệch và sử dụng công thức tính

như đối với tiết diện chữ T trong quy trình:

Tiêu đề	Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ Sư Cầu Thiết Kế Và Tính Toán Cầu Trần Thị Lý Đà Nẵng
Trường học	Đại Học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Kỹ Sư Giao Thông Vận Tải
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	146
Dung lượng	1,49 MB