thiết kế môn học cầu cống

Các yếu tố nhịp cầu- Cầu dầm đơn giản bê tông cốt thép thờng với dầm lắp ghép 1 nhịp - Chọn dầm lắp ghép bê tông thờng, tiết diện chữ T.. - Mặt cắt ngang của cầu có 5 hàng dầm - Chọn kíc

A Số liệu đầu vào

- Sông không thông thương

- Số liệu thuỷ văn:

- Điều kiện địa chất 5:

Bảng 1.1 Điều kiện địa chất

+ Xác định cấu tạo của kết cấu mố, trụ, nhịp

+ Tính toán thiết kế dầm chủ; tính toán kiểm toán móng mố trụ cầu

Ch¬ng II : C¸c kÝch thíc c¬ b¶n cña cÇu

I Các yếu tố nhịp cầu

- Cầu dầm đơn giản bê tông cốt thép thờng với dầm lắp ghép 1 nhịp

- Chọn dầm lắp ghép bê tông thờng, tiết diện chữ T

- Mặt cắt ngang của cầu có 5 hàng dầm

- Chọn kích thớc các dầm va bố tri dầm dọc dầm ngang

- Chiều cao dầm 1,4m

- Chiều dày canh dầm 0,2m

- Chiều dài dầm 22,5m chiều dài tính toán 22m

Tổng chiều dày lớp mặt đờng là: 7 + 4 + 2 + 4 = 17cm

- Chiều cao phần bộ hành cũng nh đá vỉa là 20cm so với nền xe chạy

- Chiều cao lan can là 1,2 m làm bằng phơng pháp đổ bê tông tại chỗ

- Chiều cao khổ cầu (H) khoảng cách từ cao độ mực nớc cao nhất tới đáy dầmcầu, do sông không thông thơng nên chọn H = 0,5 m

- Chiều cao kiến trúc của cầu (hkt) là khoảng cách từ đáy của kết cấu nhịp đếnmặt cầu hkt = 1,4 + 0,17 = 1,57m

- Chiều cao cầu (HC) là khoảng từ mực nớc thấp nhất đến mặt cầu

HC = (MNCN - MNTN) + H + hkt = 5 - 0,3 + 0,5 + 1,57 = 6,77m

- Chiều dài nhịp tính toán (ltt) là khoảng cách giữa hai gối kê ltt = 22 m

- Chiều dài nhịp tĩnh (lo) là khoảng cách từ mép trụ này đến mép trụ kia xác

định tại mức nớc cao nhất lo = 5 m

C¸c bé phËn c¬ b¶n cđa c«ng tr×nh cÇu Kết cấu nhịp 2 - Mố 3- Móng

II C¸c yÕu tè mè cÇu

Chọn kết cấu kiểu trụ nặng tồn khối là loại trụ cứng khơng thể bị uốn Mũ trụđược cấu tạo bằng bêtơng cốt thép M250 Trụ được cấu tạo như hình 1-4

Chiều rộng tối thiểu của mũ trụ theo phương dọc cầu:

Hình 1.1 Sơ đồ kích thước cơ bản của mặt trụ.

Trong đĩ:

m: khoảng cách tĩnh giữa hai đầu dầm các nhịp kề nhau, m = 5cm

nt, np: khoảng cách từ trục tim gối đến đầu dầm, nt = np = 22,5cm

at, ap: kích thước thớt gối theo phương dọc cầu, at = ap = 20cm

tt, tp: khoảng cách từ mép thớt dưới tới mép đá tảng, tt = tp = 5cm

ct, cp: khoảng cách theo phương dọc cầu từ đá tảng đến mép mũ trụ,

ct = cp = 15cm

→ A = 5 + 22,5 + 22,5 + 20 + 5 + 5 + 15 + 15 = 110cm

Chiều rộng tối thiểu của mũ trụ theo phương ngang cầu

B = Bmax + bp + 2.t + 2.bo

Trong đó:

Bmax: khoảng cách giữa tim hai đá tảng ngoài cùng, Bmax = 760cm

bp: kích thước thớt gối theo phương ngang cầu, bp = 20cm

t: khoảng cách từ mép thớt dưới tới mép đá tảng, t = 5cm

b0 : khoảng cách theo phương ngang cầu từ đá tảng đến mép mũ trụ chữ nhật

→ Cao độ của đáy kết cấu nhịp là: 5 + 0,5 = 5,5m

Chiều cao của đá kê là 0,2m → Cao độ mặt trụ là: 5 – 0,2 = 4,8m

Cao độ mặt trên của bệ móng (đài cọc) đặt sâu hơn mực nước thấp nhất 0m vàcao độ các bệ móng đặt bằng nhau Tức là có cao độ là 0,0 m

Trụ cột được chọn có mũ trụ là dầm côngxôn ở hai bên

Dầm chữ T bên trên có chiều cao 1m

→ Cao độ mặt trên của dầm là 5 + 1 = 6m

Sử dụng mố hình chữ U là loại mố toàn khối bằng bêtông Mũ mố chịu trực tiếp

kết với thõn mố làm cho điều kiện chịu lực của thõn mố được tốt hơn Cao độ đặt cầutại mố là 6,7m Cao độ mặt trờn của bệ múng (đài cọc) đặt sõu hơn mực nước thấpnhất 0,5m cho nờn đài cọc đặt tại cao trỡnh đỏy sụng 0,0m và cao độ cỏc bệ múng đặtbằng nhau.

6- taluy khối nón

Kết cấu trụ

45°Mặt cắt mố

Hỡnh 1.2 Mặt cắt Mố và Trụ

- Chọn kết cấu mố kiểu mố vùi cột bằng bê tông cốt thép

Chơng iii : Tính toán dầm bê tông cốt thép thờng

I Tay vịn và lan can

III Tính bản mặt cầu

1 Xác định nội lực trong bản mặt cầu

Để xác định nội lực bản mặt cầu ta cắt 1m dảI bản theo chiều dọc cầu mô hình hóa dảI bản ta sử dụng phần mềm SAP2000vs14 để tím ra nội lực bản mặt cầu

- Tính toán bản mặt cầu (do đặc điểm thi công từng phần tại công trờng và sau đó lắp ghép thành các phiến dầm nên có thể mô hình bản mặt cầu cánh dầm chữ T dới dạng dầm và ngàm hai đầu

- Bª t«ng thi c«ng γ =24KN m/ 3, f c' =30MPa, E=2,65 7e KN m/ 2,posson = 0,2 Kho¶ng c¸ch dÇm theo mÆt c¾t ngang S = 1,8m chiÒu dµi phÇn dÇm cã hai ®Çu ngµm cña c¸nh vµo sên lµ l = S - b w = 1,8 – 0,2 = 1,6m

- Ta m« h×nh b¶n mÆt cÇu lµ mÆt c¾t h×nh ch÷ nhËt cã kÝch thíc MCN 0,2x1m

- (ChiÒu s©u theo ph¬ng däc cÇu lµ 1m) vµ ngµm 2 ®Çu víi t¶i träng lµ t¶i träng b¶n th©n DC1 t¶I träng giai ®o¹n 2 DC2 = 5,5 KN/m vµ ho¹t t¶i lµ t¶i träng tËp trung bÊt lîi lµ XB80 §Ët mét trôc (1 B¸nh ) 10T = 100KN vµo gi· dÇm

- HÖ sè tÝnh ë tr¹ng th¸i tÝnh to¸n theo tiªu chuÈn (22TCN18-79)

Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu

Frame Station OutputCase V2 M3 FrameElem ElemStation

Từ bản nội lực của bản mặt cầu ta xác định đợc hai giá trị mô men và lực cắt lớn nhất

Giá trị mômen dơng lớn nhất tại giữa nhịp: M+

max = 23,443 KN.mGiá trị mômen âm lớn nhất tại giữa nhịp: M-

max = -24,886KN.mGiá trị lực cắt lớn nhất tại giữa nhịp: Q max = 65,824 KN

5 Tính toán cốt thép cho bản

Tính với mômen dơng lớn nhất tại giữa nhịp: M+

max = 2,344tmChiều cao của bản hb = 20cm

Chọn vật liệu bê tông mác 250 có Rn = 110kg/cm2, Rk = 8,8kg/cm2, cốt thépnhóm AII có Ra = 2700kg/cm2

Lớp bê tông bảo vệ a = 2cm, dự tính dùng cốt thép φ12

Chiều cao làm việc của bản:

2

d a h

h o = − −

Trong đó: a: chiều dày lớp bê tông bảo vệ

d: đờng kính cốt thép chịu lực

→ ho = 20 - 2 - 0,6 = 17,4cm

tt a

Vậy tiết diện cốt thép đã chọn thoả mãn điều kiện chịu lực

Tính với mômen âm lớn nhất tại gối M

Vậy tiết diện cốt thép đã chọn thoả mãn điều kiện chịu lực

Tính toán kiểm tra lực cắt

Điều kiện kiểm tra: Q < Rk.b.ho

Q: Lực cắt có tính đến hệ số vợt tải và hệ số xung kích

Rk: cờng độ tính toán chịu kéo doc trục của bê tông

Rk.b.ho = 8,8.100.17,4 = 15312kg = 15,312t

→ Q = 6,5824t< Rk.b.ho = 15,312t

Vậy bê tông thoả mãn điều kiện về lực cắt

Cốt thép trong bản đợc bố trí dới dạng lới

Chơng iV : Tính toán dầm chủ

I Xác định nội lực trong dầm chủ

Để xác định nội lực bản mặt cầu ta cắt 1m dảI bản theo chiều dọc cầu mô hình hóa dảI bản ta sử dụng phần mềm SAP2000vs14 để tím ra nội lực bản mặt cầu

- Chọn dầm lắp ghép bê tông thờng, tiết diện chữ T

- Mặt cắt ngang của cầu có 5 hàng dầm

- Khổ cầu K = 8 m mặt cắt ngang cầu B = 9m

- Chiều dài nhịp dầm tính toán 22m chiều dài của dầm la 22,5 m

- Tĩnh tải giai đoạn hai tiện ích công cộng trên bè mặt và lớp phủ mặt cầu DC2 =5,5 KN/m

- Bê tông thi công γ =24KN m/ 3, f c' =30MPa, E=2,65 7e KN m/ 2,posson = 0,2

+ Chiều dày canh dầm 0,2m

+ Chiều dài dầm 22,5m chiều dài tính toán 22m

Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu

Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu

Hỡnh 1.3 Tải trọng DC2

Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu

Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu

Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu

Hình 3- Mụ men lớn nhất

Lực cắt lớn nhất

Từ bảng nội lực trên ta xác định đợc giá trị mô men và lực cắt lớn nhất :

Giá trị mômen dơng lớn nhất tại giữa nhịp: M+

Chiều cao làm việc của tiết diện: ho = h - a ≈ 0.85*h = 0.85*140 = 119cm

2 Kiểm tra chiều rộng sờn dầm

Chiều rộng sờn dầm lấy gần đúng bằng:

b = ψ.ho = 0,15x119 = 17,85cmChiều rộng cần thiết lấy theo tiêu chuẩn về khoảng cách giữa các thanh vàkhoảng cách tới măt bê tông :

b > 2x3,0 + n.d + co = 2x3.0 + 2x4 + 6 = 20cm

Nh vậy chiều rộng sờn dầm đã chọn thực tế b = 20 quy đổi các vút trên và dớivao sờn dầm để bố trí thép b=23,25cm là thoả mãn điều kiện

3 Kiểm tra tiết diện diện của sờn dọc

Do trục trung hoà đi qua cánh dầm nên tính toán tiết diện coi nh tiết diện chữnhật

Chiều cao x của miền chịu nén sẽ xác định từ phơng trình hình chiếu của tất cảcác lực xuống trục nằm ngang

MP = 437,18tm > M = 101,62tm → Điều kiện bền đợc thoả mãn

4 Kiểm tra tiết diện bê tông tại gối

Từ điều kiện hạn chế sự tạo thành vết nứt ta có: Qg < 0,25.Rn.b.ho

Có: 0,25.Rn.b.ho = 0,25.110.20.119 = 65,45t

→ Qg = 1559,987t > 0,25.Rn.b.ho = 65,45t

Vậy kích thớc tiết diện đã chọn thoả mãn các yêu cầu cần thiết

Vì tiết diện ở gối có: RK.b.ho = 10.25.93,5 = 23375kg = 23,3757t

→ RK.b.ho = 23,3757t < Qg = 47,82t

Do vậy trong dầm cần phải đặt cốt đai và cốt xiên

giữa nhịp gồm 6φ30 Mômen ở các tiết diện sẽ tính với cánh tay đòn thay đổi nội ngẫulực, bố trí cốt thép khác nhau.

Kết quả tính toán đợc lập thành bảng

2

x h

nghiêng theo lực cắt

16 30

16

30 28

Kiểm tra ứng suất kéo chính:

3

247,82.10

g g

Q

kg cm

b z

τg = 18,53m2 > RK = 10kg/cm2 Tại tiết diện gối ta bố trí thêm cốt thép tham giachịu nén cùng bê tông

3

29,77.10

gn gn

Q

kg cm

b z

Nh vậy trên toàn bộ chiều dài của dầm, chỉ riêng bê tông đã đủ chịu lực chính

Ta dùng cốt đai nhóm AI có Ra=2100kg/cm2, đờng kính φ8 có Fa = 0,503 cm2,với khoảng cách ở đoạn gần gối (tới l/4) là 20cm, ở giữa dầm là 30cm

d ad d

Mtc, Qtc: nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra.

Qtt: nội lực do tải trọng tính toán gây ra

Z: cánh tay đòn nội ngẫu lực

Et: mô đun đàn hồi của cốt thép, Et = 2,1x106kg/cm2

Rr: bán kính bố trí cốt thép,

ψ2: hệ số xét ảnh hởng của bê tông miền chịu kéo tới biến dạng của cốt thép, ψ2 = 0,5

r r

i i

F R

F R

α: góc giữa cốt đai và cốt xiên hoặc giữa cốt dọc và tiết diện nghiêng

Fr: diện tích miền tác dụng tơng hỗ, Fr = u’.b

u’: chiều dài của tiết diện nghiêng thẳng góc với cốt xiên nằm giữa hai cánh dầm.b: chiều rộng sờn dầm

β: hệ số xét tới cách bố trí cốt thép, β = 0,85

ni: số thanh cốt thép trong tiết diện thẳng góc với cốt dọc có đờng

kính là di (ứng với công thức a)

Các công việc kiểm tra cần tiến hành nh sau: Đối với mômen cần kiểm tra hai tiết diện

I - I và II – II; Đối với lực cắt cần kiểm tra tiết diện III – III và IV – IV

Sơ đồ tính ổn định và chống nứt cho dầm đợc thể hiện trên hình vẽ

Kiểm tra tiết diện I –I:

Tiết diện I – I có mômen tiêu chuẩn Mtc = 101,62 tm, diện tích cốt thép

Fa = 42,41cm2, cánh tay đòn của nội ngẫu lực z = 99,128cm

5

2101,62.10

tc t

an = 0,0135cm < ∆ = 0,02cm → điều kiện đợc đảm bảo

Kiểm tra tiết diện II –II:

Tiết diện II – II có mômen tiêu chuẩn Mtc = 79,01 tm, diện tích cốt thép

Fa = 14,14cm2, cánh tay đòn của nội ngẫu lực z = 103,18cm

5

279,01.10

tc t

t

E

an = 0,02cm = ∆ = 0,02cm → điều kiện đợc đảm bảo

Kiểm tra tiết diện III – III:

Dựa vào biểu đồ lực cắt ta xác định đợc Qtt và Qtc tại tiết diện III – III là:

an = 0,019cm < ∆ = 0,02cm → điều kiện đợc đảm bảo

Kiểm tra tiết diện IV – IV:

Dựa vào biểu đồ lực cắt ta xác định đợc Qtt và Qtc tại tiết diện IV – IV là:

= 7,92cm

an = 0,0185cm < ∆ = 0,02cm → điều kiện đợc đảm bảo.

Chơng V : Tính toán mố trụ cầu Tớnh trụ

500 500

800 100

=2.5*1.1{1.5(1.52*0.15+0.45*0.2*7.95)+[8.95(1.52*0.15+(1.1-0.15)*0.25)+0.17*1.52*7.55} = 88.11 t

c) Hoạt tải của đoàn xe H30 và người đi bộ

Rbt –cường độ tính toán của bê tông mác 300 Rbt =130kg/cm2

Ra – cường độ tính toán của thép Ra =2700kg/cm2

Fcb diện tích chịu nén cục bộ (phạm vi bản đế gối kê lên đá tảng)

h×nh 2.14:tiÕt diÖn th©n trô

16.0

*80

*70

80

*503.0

*1070

*503.0

*9

2 2 2 1 1

δ

l l

l f n l f

Tiết diện trung bình tại giữa thân nhịp

Chu vi của lưới thép là

td t k

10 56 4 78 290

7132 73 1

11 88 93 130

= +

+

Thay vào công thức ban đầu ta có

290.78 ≤ 4.5 6*10-3(1300*8.75+27000*115.362*10-4) =53.291Vậy đặt thêm cốt thép vào vùng BT chịu nén

C(kg/cm ) 0,11 0,13 0,19

Sức chịu nén của cọc theo đất nền Pđ = m(mkRF+U∑mffili)

Trong đó m=1 là hệ số điều kiện làm việc

mk , mf là hệ số làm việc của đất nền dưới mũi cọc và đất ma sát quanh cọc

Hạ cọc bằng phương pháp đóng bằng tay mk =mf = 1

F - là diện tích ngang cọc F= 0.30*0.30=0.09 m2

R - cường độ tính toán của đất dưới mũi cọc với độ sệt Is = 0.34 độ sâu lớp đất

từ 25m trở xuống dưới có R = 2880 kpa =288 t/m2

U - chu vi tiết diện ngang cọc U= 4*0.30= 1.2m

li - chiều dày của lớp đất thứ i

05.678

=+

d

tt o d

P

N N

cọcVậy ta chọn số cọc là 10 cọc

Bố trí cọc như hình vẽ

11000 10000

1000

470 1300 470

Các hệ số vượt tải của trọng lượng bản thân mố là n = 1.1 và 0.9

Các hệ số vượt tải của áp lực do trọng lượng nền đường đất n = 1.2 và 0.9

Để tính toán ta lấy: trọng lượng thể tích thân mố γtc = 2.5t/m3, của nền đất đắp

γtc = 1.8t/m3, góc ma sát trong ϕtc = 35o

Xác định các tổ hợp tải trọng tính toán và tác dụng để tính mố trong các giaiđoạn khác nhau ở đây ta chỉ tính mố trong giai đoạn sử dụng

900 100 100

5.tƯờng cánh 6.đá kê gối 7.ta luy khối nón

Tổ hợp tải trọng thứ hai: Hoạt tải

đặt trờn lăng thể trượt, ỏp lực ngang đẩy

ra phớa sụng lớn nhất (nđ=1.2 ,ϕtt = ϕtc - 5o

= 35 - 5 = 30o )

Tổ hợp tải trọng thứ ba: Hoạt tải

đặt trờn kết cấu nhịp và trờn lăng thể

trượt, lực hóm hướng về phớa nhịp, ỏp lực

đất lớn nhất với ϕ = ϕtc - 5o = 35 - 5 = 30o

Tớnh toỏn mố ta sẽ tớnh với mặt cắt

ngang của nú là mặt cắt II – II ở đỏy bệ

múng ( tớnh toỏn đơn giản thiờn về an

toàn )

1 Tổ hợp tải trọng thứ nhất

Cỏc lực tỏc dụng lờn mố trong giai

đoạn sử dụng với tổ hợp tải trọng thứ

nhất

Trước tiờn ta tớnh cỏc lực tớnh toỏn

truyền từ kết cấu nhịp lờn mố

ỏp lực tiờu chuẩn do trọng lượng kết cấu

tc h

l P P

Ptd: tải trọng tương đương của đoàn xe H18 đối với phản lực gối

Khi cú nhịp tớnh toỏn là 9m thỡ Ptd = 5.07t/m

1 + à: hệ số xung kớch của ụ tụ, lấy bằng 1 đối với trụ nền và múng

Png: tải trọng người đi trờn một lề, Png = 0.75*0.4t/m

*75.0107.5(

*

=

h

h = '* = 1 * 48 33 = 53 16Lực hãm với một làn xe khi l = 9m là:

Trị số tiêu chuẩn: Ttc = 0.3*T = 0.3*30 = 9t

(30t :trọng lượng xe nặng nhất trong đoàn)

Trị số tính toán: Ttc = n’*Ttc = 1.1*9 = 9.9t

Khi xác định áp lực nằm ngang của đất nền ta xuất phát từ các giả thiết:

Bệ móng mố làm trong mố đào trần có vách nghiêng vì vậy áp lực đất sẽ xácđịnh trên toàn bộ chiều cao mố đến đáy bệ móng

Trị số cường độ tính toán của áp lực đất nằm ngang từ phía trên khi ϕ = ϕtc + 5o

= 35 + 5 = 40o xác định theo công thức:

h h

h n

2

/ 05 8 ) 2 / 40 45 (

* 1 75 1

*

* )

G3:Trọng lượng tường mố (tường đỉnh và tường trước)

G4:Trọng lượng tường cánh (tính gần đúng thiên về an toàn ta ghép hai cánh tường lạivới nhau được một lăng trụ chữ nhật cao 6.9-0.25=6.65m tiết diện 4.3x1.5m)

Mômen(tm)

Thẳngđứng

Nằmngang

Gbt :Trọng lượng bản thân của mố

Để xác định áp lực đất tính toán lên tường trước của mố khi có hoạt tải trênlăng thể trượt ta tiến hành tính toán theo trình tự sau:

Trước tiên ta xác định chiều dài của lăng thể trượt cơ bản:

m tg

tg H l

o o o

2

3045

*65.6245

Trong phạm vi của nó có thể đặt được hai trục ô tô H30 với khoảng cách giữachúng là 1.9m.

Chiều dài đoạn trên đó đặt áp lực các hàng bánh xe ngang cầu khi tính mố vớitường cánh ngược có thể lấy: S = 2*2.9 + 0.1 = 5.9m

Trong trường hợp như vậy chiều cao tính đổi của áp lực trên 1m dài tường trước

mố là:

1

*

* )

* (

*

b S n

P n

P n

44 0

* 9 5

* 8 1 2 1

12

* 2

* 4 1

*

* )

* (

Có lo = 3.84m > 2*b1 + d+a = 2*0.44+1.3+0.2= 2.38 m

nên ta xác định tang của góc lăng thể trượt theo công thức sau:

36.065

.6

2.03.144.0

*2

*

2 1

=++

=++

=

=

H

a d b H

x tgθ

→θ = 19.692 0,hệ số áp lực là:

30 692 19

36 0 )

(

+

= +

tg tg

tg

ϕθ

θµ

Cường độ áp lực do đất nền đường đắp:

h h

h n

tren = ( *γ ) * *µ = ( 1 2 * 1 8 ) * * 0 305 = 0 66Cường độ áp lực tại đáy móng: P= 0.66*7.65 = 5.049t/m2

Bảng 5.2 - Các lực và mômen tính toán khi tính với tổ hợp tải trọng thứ hai

Mômen(tm)

Thẳngđứng

Nằmngang

Gbt :Trọng lượng bản thân của mố

{(1.5/2)*0.5+0.9*0.4+1.9*5.2+

M = N*e = - 0.993*701.92 = - 697.01 tm

3 Tổ hợp tải trọng thứ ba

Tổ hợp tải trọng 3 là tổ hợp khác với các tổ hợp trước ở những điểm sau:

Trên kết cấu nhịp đặt hoạt tải có hệ số vượt tải n’ = 0.8*n ≈ 1.1, khi đó áp lựctại gối là: Ph = 30.375 t

Mômen(tm)

Thẳngđứng

Nằmngang

Gbt :Trọng lượng bản thân của mố