báo cáo thiết kế kỹ thuật dự án khả thi xây dựng cầu

- Mô hình tính toán bản : Do độ cứng theo phơng dọc của 3 sờn đứng của bảnmặt cầu lớn hơn rất nhiều so với bản nên có thể coi bản làm việc nh dầm liên tục 2nhịp mút thừa kê trên các gối

BÁO CÁO THIẾT KẾ KỸ THUẬT

DỰ ÁN KHẢ THI XÂY DỰNG CẦU

SVTH:TH¸I QUANG VINH 17054-46 58

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

chơng 1 Tính toán bản mặt cầu

Kích thớc mặt cắt ngang cầu

Mặt cắt ngang cầu

Hình 2.1.1 Sơ đồ bố trí dây cầu extradosed

Cấu tạo các lớp kết cấu áo đờng

- Sử dụng phơng pháp phân tích gần đúng để thiết kế bản mặt cầu BTCT liềnkhối đúc tại chỗ (Điều 4.6.2.1.6)

- Tiết diện tính toán bản mặt cầu : Khi tính toán thiết kế thì ta tính cho mặtcắt bản có bề rộng b = 100 cm

- Mô hình tính toán bản : Do độ cứng theo phơng dọc của 3 sờn đứng của bảnmặt cầu lớn hơn rất nhiều so với bản nên có thể coi bản làm việc nh dầm liên tục 2nhịp mút thừa kê trên các gối cứng tại các vị trí sờn đứng, khẩu độ làm việc củadầm: 5.22m, phần mút thừa 1.53m

Tải trọng tính toán bản mặt cầu

- Trọng lợng bản thân bản : DC

- Trọng lợng phần lan can : DW1

- Trọng lợng lớp phủ mặt cầu : DW2

- Tải trọng làn

- Tải trọng ngời đi: PL

- Lực xung kích : IM = 25%

Các tổ hợp tải trọng thiết kế bản

- Tổ hợp theo trạng thái cờng độ I : để tính toán cờng độ bản

- Tổ hợp theo trạng thái cờng độ sử dụng : để tính toán chống nứt bản

Các công thức tính toán nội lực bản mặt cầu

+ Mi : Mômen tại tiết diện i

+ Qi : Lực cắt tại tiết diện i

+ q : Tĩnh tải phân bố ngang cầu trên dải rộng 1m

+ Si : Diện tích ĐAH nội lực

+ yi : tung độ ĐAH tại vị trí đặt lực tập trung

1.3.1.2 Công thức tính nội lực do hoạt tải

- Bản mặt cầu đợc phân tích theo phơng pháp dải gần đúng đợc quy địnhtrong điều 4.6.2.1 Với dải phân tích là ngang và có chiều dài nhịp tính toán L =

5220 mm > 4600 mm Do đó bản đợc thiết kế với tải trọng xe tải và tải trọng lànthiết kế ( Điều 3.6.1.3.3)

+ Tải trọng 1 bánh xe là P = 72.5 kN

+ Tải trọng làn : qlàn = 9,3 kN phân bố đều trên chiều rộng b=3m Do

đó theo phơng ngang cầu thì tải trọng làn tơng ứng với tải trọng rải đều qlan = 3,1kN/m Hiệu ứng của tải trọng làn không xét đến lực xung kích

- Khi thiết kế thì theo phơng ngang cầu hoạt tải đợc xếp sao cho tạo đợc hiệuứng bất lợi nhất Vị trí tâm bánh xe đợc quy định theo điều 3.6.1.3.1 nh sau :

+ Khi tính toán bản mút thừa: a =300mm tính từ mép đá vỉa hay lancan

+ Khi tính toán các bộ phận khác: a=600mm tính từ mép làn xe thiếtkế

+ Cự ly giữa 2 xe : 1200 mm

- Đối với hoạt tải, bề rộng làm việc của bản mặt cầu đợc quy định nh sau:

+ Khi tính toán phần cánh hẫng: SW = 1140 + 0,833X (mm)+ Khi tính mômen âm: SW= 660 + 0,55.S

+ Khi tính mômen dơng: SW = 1220 + 0,25STrong đó :

+ S : Là khoảng cách giữa các gối đỡ , S = 5220 (mm)

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46 60

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

+ X : Khoảng cách từ tim gối đến điểm đặt tải X = 300 (mm)

- Kết quả tính toán bề rộng vệt bánh xe tơng đơng nh sau :

+ Khi tính toán phần hẫng: SW=1140+0,833x300 =1390mm =1.39m+ Khi tính toán mômen âm: SW=660+0,55x5220=3531mm=3.531 m+ Khi tính toán mômen dơng: SW = 1220+0,25x5220 = 2525 mm =2.525 m

- Nội lực trong bản mặt do hoạt tải đợc tính theo công thức sau :

+ i : Diện tích ĐAH nội lực

Số liệu ban đầu:

- Chiều dài nhịp tính toán bản mặt cầu : Lb = 5.22 m

- Chiều dài phần cánh hẫng : Lh = 1.53m

- Chiều dày bản tại giữa nhịp : hb = 0,25 m

- Chiều dày bản tại vút : hv = 0,55 m

- Chiều dày bản tại cánh hẫng : hc = 0,55 m

- Bề rộng tính toán bản : b = 1m

- Tĩnh tải rải đều lớp phủ mặt cầu :

+ Chiều dày trung bình lớp phủ là 12cm, trọng lợng riêng lớp phủ

+) Tính M+ : Tính toán cho mặt cắt giữa nhịp bản

+) Tính M- : Tính toán cho mặt cắt tại ngàm (tại vị trí sờn đứng)

Vì hiệu ứng lực gây ra trong bản mặt cầu chủ yếu là do tải trọng cục bộ củabánh xe gây ra do đó phần cánh hẫng vì không có tải trọng xe xếp lên nên ta khôngtính toán mặt cắt này Khi tính toán bản mặt cầu thì lấy mômen dơng lớn nhất trênbất cứ nhịp nào dùng cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự phải lấy mômen

âm lớn nhất (trị số tuyệt đối) trên bất cứ gối kê nào dùng cho tất cả các vùng cómômen âm

Tính toán giá trị mômen tại ngàm

- Do dầm liên tục 2 nhịp nên đờng ảnh hỏng nội lực có dạng đuờng cong Để

có kết quả chính xác ta sẽ vẽ đợc đờng ảnh hởng nội lực các mặt cắt cần tính toánsau đó sẽ xếp tải trực tiếp lên đờng ảnh hởng rồi chạy chơng trình để có kết quả cầntìm

- Sử dụng chơng trình Midas/Civil 6.3.0 để thiết kế

- Dầm có mặt cắt thay đổi, khai báo trong Midas/Civil 6.3.0 nh sau:

Hình 2.1.2 Mô hình bản mặt cầu có mặt cắt thay đổi

- Đờng ảnh hởng mô men trên gối chạy bằng chơng trình Midas/Civil 6.3.0

Hình 2.1.3 Đờng ảnh hởng mô men trên gối giữa

- Từ đó ta có sơ đồ tính

Hình 2.1.4 Sơ đồ xếp tải tính mô men trên gối

- Đối với hoạt tải chỉ xếp trên phần đờng ảnh hởng âm, trên phân đờng ảnh ởng dơng không xếp Hoạt tải đợc xếp 2 làn nh hình vẽ (hệ số làn m=1)

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46 62

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Đối với tĩnh tải: Trên phần đờng ảnh hởng âm lấy hệ số lớn hon 1, trên phần

đờng ảnh dơng lấy hệ số nhỏ hơn 1

- Sau khi chạy chơng trình ta có các biểu đồ mô men nh sau:

+ Biểu đồ mô men do tải trọng bản thân

+ Biểu đồ mô men do tải trọng lớp phủ

+ Biểu đồ mô men do tải trọng lan can

+ Biểu đồ mô men do tải trọng ngời đi

+ Biểu đồ mô men do tải trọng xe tải thiết kế

+ Biểu đồ mô men do tải trọng làn

+ Do TLBT của kết cấu: MTC= -22.235 KNm+ Do tải trọng làn: MTC= -12.062 KNm+ Do tải trọng lớp phủ: MTC= -13.397 KNm+ Do tải trọng ngời: MTC= -1.664 KNm+ Do tải trọng lan can: MTC= 2.127 KNm

- Mômen tổng cộng tại mặt cắt gối:

Tính giá trị mômen tại giữa nhịp bản

Biểu đồ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt giữa nhịp bản

Hình 2.1.5 Đờng ảnh hởng mô men giữa nhịp

- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen tại giữa nhịp bản thì để tạo nên hiệu ứng bấtlợi nhất ta xếp tải nh sau :

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46 64

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Với hoạt tải: xếp 1 làn đúng tâm tại giữa nhịp bản (hệ số làn m=1.2)

- Tải trọng ngời đi chỉ xếp 1 bên vào phần đờng ảnh hởng mô men dơng

- Đối với tĩnh tải: Trên phần đờng ảnh hởng dơng lấy hệ số lớn hơn 1, trênphần đờng ảnh âm lấy hệ số nhỏ hơn 1

Hình 2.1.5 Sơ đồ xếp tải tính mô men giữa nhịp

- Sau khi chạy chơng trình ta đợc kết quả sau:

+ Biểu đồ mô men do tải trọng bản thân

+ Biểu đồ mô men do tải trọng lớp phủ

+ Biểu đồ mô men do tải trọng lan can

+ Biểu đồ mô men do tải trọng ngời đi

+ Biểu đồ mô men do tải trọng xe tải thiết kế

+ Biểu đồ mô men do tải trọng làn

+ Do tải trọng làn: MTC = 5.807 KNm+ Do tải trọng Ngời: MTC = 0.725 KNm+ Do TLBT của kết cấu: MTC=3.801 KNm+ Do tải trọng lớp phủ: MTC= 3.551 KNm+ Do tải trọng lan can: MTC= -1.698 KNm

- Mômen tổng cộng tại mặt cắt giữa:

Tính giá trị lực cắt trên gối giữa

Đờng ảnh hởng lực cắt gối giữa tại mặt cắt ngàm bên trái

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46 66

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

Hình 2.1.6 Đờng ảnh hởng lực cắt trên gối

- Với hoạt tải: xếp 2 làn đúng tâm nh sau (hệ số làn m=1)

- Tải trọng ngời đi xếp trên cả 2 làn

- Đối với tĩnh tải: Trên phần đờng ảnh hởng dơng lấy hệ số lớn hơn 1, trênphần đờng ảnh âm lấy hệ số nhỏ hơn 1

+ Do tải trọng Ngời: QTC = 0.758 KN+ Do TLBT của kết cấu: QTC = 22.041 KN+ Do tải trọng lớp phủ: QTC = 9.595 KN+ Do tải trong lan can: QTC = -0.967 KN

- Lực cắt tổng cộng tại mặt bên trái gối:

+Lực cắt TC:

+ Lực cắt tính toán: (hệ số làn m=1)

QTT = 1.75x1x(38.544x1.25+8.771) + 1.75x0.758 + 1.25x22.041 + 1.5x9.595

-0.9x0.967 = 142.064 KN

- Bảng tổng hợp tải trọng tính toán bản mặt cầu

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị TC Giá trị TT Đơn vị

- Mô đun đàn hồi : Ec = 0.043c 1.5 fc’0.5= 0.043x240001.5x500.5 = 35750 MPa

- Cờng độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trớc

fci’= 0.85xfc’ = 0.85 x 50 = 42.5 Mpa

- Cờng độ chịu kéo khi uốn : fr = 0.63x '

c

f = 4.45 Mpa 1.5.1.2 Thép thờng chế tạo dầm

- Loại thép có gờ

- Giới hạn chảy của thép : fy = 420 Mpa

- Mô đun đàn hồi của thép : ES = 200000 Mpa

1.5.1.3 Thép dự ứng lực

- Sử dụng loại tao 7 sợi cấp 270 đờng kính danh định 15.2mm

- Diện tích danh định A = 140 mm2

- Cờng độ chịu kéo: fpu = 1860 MPa

- Giới hạn chảy fpy = 1670 MPa

- Mô đun đàn hồi của tao thép: Ep = 195000 MPa

Nh vậy ta thấy xét về mặt độ lớn thì Mgiữa < Mgối do đó ta chỉ cần tính toán và

bố trí cốt thép cho thớ trên mặt cắt chịu Mgối sau đó bố trí cốt thép DƯL và cốt thépthờng tại thớ dới chịu Mgiữa giống nh cốt thép chịu Mgối

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46 68

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Về nguyên tắc bố trí cốt thép DƯL thì ta sẽ bố trí các bó cốt thép DƯL ởthớ trên tại mặt gối , còn tại mặt cắt giữa nhịp chịu mômen dơng thì các bó cốt thépDƯL lại đợc kéo xuống chịu mômen dơng Cách bố trí nh hình vẽ

Hình 2.1.8 Bố trí cáp DƯL ngang bản mặt cầu

1.5.1.5 Bố trí cốt thép

- Bố trí cốt thép thờng và cốt thép DƯL cho 1m dài cầu

- Cốt thép thờng sử dụng loại đờng kính 16 mm, bố trí cho 1 mét dài cầu nhhình vẽ

- Cốt thép DƯL sử dụng loại bó chỉ 1 tao 15.2mm diện tích danh định củamỗi bó là Aw = 140 mm2

(Chọn khoảng cách từ trọng tâm bó thép tới mép chịu kéo a=60mm, z = h-a =

Hình 2.1.9 Bố trí cáp DƯL ngang tại giữa nhịp bản

Duyệt mặt cắt chịu uốn theo THGH CĐ1

- Mặt cắt bản mặt cầu là mặt cắt chữ nhật do đó ta dùng các công thức của mặtcắt chữ nhật để tính toán và kiểm duyệt khả năng chịu lực của mặt cắt Khi kiểm toán

ta bỏ qua cốt thép thờng chịu nén, chỉ tính đến cốt thép thờng chịu kéo và cốt thépDƯL

- Các công thức tính duyệt

+ Công thức xác định chiều cao vùng chịu nén

+ Công thức tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt

+ Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt

Mr = MnTrong đó :

1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, 1 = 0.7285 theo điều A5.7.2.2

fpu : Cờng độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa

fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 90%fpu = 1670 MPa

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

a = c.1 : Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng

fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh địnhtính theo công thức A5.7.3.1.1

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Hàm lợng thép DƯL và thép thờng phải đợc giới hạn theo điều A5.7.3.3.1sao cho :

e

c

0 42

d  1.5.1.6 Mặt cắt tại gối

Kết luận : Mặt cắt bản mặt cầu đảm bảo khả năng chịu mômen uốn âm

1.5.1.6.2 Kiểm tra giới hạn cốt thép tối đa

ps ps ps ps s y s e

ps ps ps s y

N A f d A f dd

Kết luận : Mặt cắt bản mặt cầu đảm bảo khả năng chịu mômen uốn dơng

1.5.1.7.2 Kiểm tra giới hạn cốt thép tối đa

ps ps ps ps s y s e

ps ps ps s y

N A f d A f dd

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

Duyệt mặt cắt gối chịu cắt theo THGH CĐ1

- Công thức kiểm toán

n

u φ V

V Trong đó:

+ Vu : Lực cắt tính toán Vu = 142.064 KN

+  : Hệ số sức kháng cắt đợc xác định theo bảng 5.5.2.2-1,

 = 0.9 (với kết cấu BTCT thông thờng)

+ Vn : Sức kháng cắt danh định đợc xác định theo quy định của điềuA5.8.3.2

Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm2)

VP : Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu trên hớng lực cắt tác dụng, là

d-ơng nếu ngợc chiều lực cắt (N) Với kết cấu BTCT thờng VP = 0

Nhận xét: Vc: Khả năng chịu cắt của BT khi cha có cốt thép

Vc = 0.083x2x 50 x1000x396 = 464823 N = 464.823 KN

Khi đó sức kháng cắt danh định của mặt cắt khi không cần cốt thép

Vn = Vc = 464.823 KN => Vr = 0.9x464.823 = 518.341 KN>Vu =142.064 KNVậy mặt cắt đủ khả năng chịu cắt khi không cần cốt thép Tuy nhiên trong

A f 280 0 9 1860A

Với S là chiều dài có hiệu của bản S = 4706mm

- Vậy diện tích cốt thép phân bố Apb= 0.67x1008 = 675.36 mm2/m (lấy 67%)

- Chọn đợc D14@150

Tính toán cốt thép chống co ngót và nhiệt độ

Cốt thép co ngót và nhiệt độ đợc quy định trong điều A5.10.8: Tổng cốt thép

co ngót và nhiệt độ theo mỗi hớng phải thoả mãn:

g S

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Để việc tính toán nội lực đơn giản hơn và tiết kiệm thời gian, sau khi tìmhiểu phần mềm Midas Civil chuyên dụng về thiết kế cầu nhận thấy phần mềm thiết

kế này có rất nhiều u điểm so với các phần mềm khác nh SAP2000 Việc tính toánnội lực dầm chủ chỉ cần làm trên toàn bộ 1 file duy nhất, trong đó bao gồm các giai

đoạn thi công cụ thể Có thể nói mô hình hoá và phân tích kết cấu trong quá trình thicông là một trong những tính năng mạnh của Midas/Civil Các giai đoạn thi công đ-

ợc mô hình theo nhóm kết cấu, nhóm điều kiện biên, nhóm tải trọng, và đặc trng vềvật liệu Nội lực giai đoạn thi công sau chính là tích luỹ của giai đoạn trớc Vì vậytính toán nội lực dầm chủ bằng phần mềm MIdas/Civil là một lựa chọn hợp lí

+ Liên kết giữa tháp với dầm là liên kết cứng + Điều kiện biên gồm liên kết ngàm tại các chân tháp, và gối di độngtại nhịp biên

H×nh 2.2.1 M« h×nh kÕt cÊu cÇu Extradosed4 nhÞp b»ng Midas/Civil

H×nh 2.2.2 M« h×nh liªn kÕt gi÷a ®iÓm neo c¸p t¹i dÇm vµ dÇm chñ

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Mặt cắt ngang dầm chủ là dầm hộp 2 ngăn, 2 thành bên xiên 1:3

- Chiều cao dầm chủ tại trụ : ht = 3.5m

- Chiều dày bản đáy dầm chủ tại trụ : dt = 0.6m

- Chiều cao dầm chủ từ điểm neo cáp đầu tiên đến giữa nhịp: hg = 2.2m

- Chiều dày bản đáy dầm chủ từ điểm neo cáp đầu tiên đến giữa nhịp:

dg = 0.3m

- Chiều cao dầm chủ từ trụ đến điểm neo cáp đầu tiên thay đổi tuyến tính

Sơ đồ phân chia đốt dầm trong giai đoạn thi công hẫng

Dầm chủ đợc chia thành các đốt đúc trong quá trình thi công nh sau:

H : Chiều cao tiết diện

d : Chiều dày bản đáy tiết diện

A : Diện tích tiết diện

Yt : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép trên tiết diện

Yd : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép dới tiết diệnIyy : Mô men quán tính của tiết diện đối với trục yy đi qua trọng tâm

Tải trọng

2.2.1.1 Hoạt tải thiết kế

- Hoạt tải thiết kế theo quy trình TCN272-05 gồm: HL93 và tải trọng ngời0.003MPa

Khối đúc tích TB(mDiện2) dài(m)Chiều tích(mThể3) Khối lợng(KN)

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

2.2.1.3 Tĩnh tải giai đoạn 2

- Tĩnh tải giai đoạn 2 bao gồm các bộ phận sau:

+ Trọng lợng lan can qlc = 5.5 KN/m+ Trọng lợng lớp phủ mặt cầu qlp = 22.5x0.12x11 = 29.7 KN/m

Đa tải trọng lan can 2 bên cầu về tâm mặt cầu ta đợc tải trọng phân bố2x5.5=11 KN/m

Tổng tĩnh tải 2 là: q = 29.7 + 11 = 40.7 KN/m

Tổ hợp tải trọng

2.2.1.4 Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cờng độ I

+) Tổ hợp Mô men theo trạng thái giới hạn cờng độ I (Điều A3.4.1.1)

MU= (P.M DC1 +P M DW +1.75MLL+IM +1.75 M LP )

+) Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cờng độ I (Điều A3.4.1.1)

VU= (P V DC1 +P V DW +1.75VLL+IM +1.75 V LP )

Trong đó :

MDC1: Mômen trong giai đoạn thi công (Tĩnh tải giai đoạn 1)

MDW: Mômen do tĩnh tải giai đoạn 2

MLL: Mômen do hoạt tải tác dụng lên 1 dầm chủ (đã tính hệ số phân bốngang)

MU : Mô men tính toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I của dầmgiữa

VU : Lực cắt tính toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I của dầmgiữa

P : Hệ số tĩnh tải

 : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trongkhai thác xác định theo điều A1.3.2  = 0.95

2.2.1.5 Tổ hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng I

MU=M DC1 + M DW +MLL+IM + MDN

VU= VDC1 + V DW +VLL+IM + VDN

Hệ số tĩnh tải đợc lấy theo bảng sau: (Bảng 3.4.1.2)

Loại tải trọng Kí hiệu Hệ số tải trọng

Lớn nhất Nhỏ nhất

Tải trọng thờng xuyên

Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích DW 1.50 0.65

Trong quá trình thi công có các loại tải trọng sau:

+ Tải trọng bản thân các đốt đúc (tĩnh tải giai đoạn1)+ Tải trọng 2 xe đúc P = 700 KN

+ Tải trọng thi công rải đều q = 100 KN/m+ Lực căng trong cáp văng

Theo kinh nghiệm ta chọn lực căng trong cáp văng các dây từ 1 đến 4 là0.25fpu, lực căng trong các dây 5 và 6 là 0.3fpu , lực căng trong các dây 7 và 8 là0.29fpu Từ đó ta có lực căng trong các cáp văng nh sau:

Bó số Số tao tích(mm2) Lực căng(KN)Diện Lực căng chophép(KN)

Các giai đoạn hình thành nội lực

Quá trình hình thành kết cấu nhịp và nội lực dầm chủ đợc trình bày theo cácgiai đoạn thi công sau đây:

- Giai đoạn 1(CS1): Căng kéo cáp DƯL khối K0 Thi công khối đúc K1

- Giai đoạn 2(CS2): Căng kéo cáp DƯL khối K1 Thi công khối đúc K2

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46 84

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Giai đoạn 3(CS3): Căng kéo cáp DƯL khối K2 Thi công khối đúc K3

- Giai đoạn 4(CS4): Căng kéo cáp DƯL khối K3 Thi công khối đúc K4

- Giai đoạn 5(CS5): Căng kéo cáp DƯL khối K4 Thi công khối đúc K5

- Giai đoạn 6(CS6): Căng kéo cáp DƯL khối K5 Căng cáp văng số 1 Thicông khối đúc K6

- Giai đoạn 7(CS7): Căng kéo cáp DƯL khối K6 Căng cáp văng số 2 Thicông khối đúc K7

- Giai đoạn 8(CS8): Căng kéo cáp DƯL khối K7 Căng cáp văng số 3 Thicông khối đúc K8

- Giai đoạn 9(CS9): Căng kéo cáp DƯL khối K8 Căng cáp văng số 4 Thicông khối đúc K9

- Giai đoạn 10(CS10): Căng kéo cáp DƯL khối K9 Căng cáp văng số 5 Thicông khối đúc K10

- Giai đoạn 11(CS11): Căng kéo cáp DƯL khối K10 Căng cáp văng số 6 Thicông khối đúc K11

- Giai đoạn 12(CS12): Căng kéo cáp DƯL khối K11 Căng cáp văng số 7 Thicông khối đúc K12

- Giai đoạn 13(CS13): Căng kéo cáp DƯL khối K12 Căng cáp văng số 8 Thicông khối đúc K13

- Giai đoạn 14(CS14): Căng kéo cáp DƯL khối K13 Thi công khối đúc K14

- Giai đoạn 15(CS15): Căng kéo cáp DƯL khối K14 Thi công khối đúc K15.Song song với các giai đoạn đúc hẫng cân bằng là giai đoạn thi công khối đúctrên đà giáo FSM

- Giai đoạn 16(CS16): Căng kéo cáp DƯL khối K15 Hợp long nhịp biên 1 và4

- Giai đoạn 17(CS17): Căng kéo cáp chịu mô men dơng đốt hợp long và đốt

đúc trên đà giáo FSM Lần lợt tháo đà giáo thi công khối đúc FSM, và tháo xe đúchợp long nhịp biên

- Giai đoạn 18(CS18): Hợp long nhịp 2

- Giai đoạn 19(CS19): Căng kéo cáp chịu mô men dơng nhịp 2 Tháo xe đúchợp long nhịp 2

- Giai đoạn 20(CS20): Hợp long nhịp 3

- Giai đoạn 21(CS21): Căng kéo cáp DƯL chịu mô men dơng nhịp 3 Tháo xe

đúc hợp long nhịp 3

Cụ thể các giai đoạn thi công đợc thể hiện nh sau:

gèi cao su gèi cao su

SVTH:TH¸I QUANG VINH 17054-46 88

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

Sơ đồ thi công

Sơ đồ tính

Sơ đồ tính Sơ đồ thi công

Sơ đồ thi công

Sơ đồ tính

Sơ đồ thi công

Bé m«n cÇu hÇm thiÕt kÕ kü thuËt

gèi cao su gèi cao su

Bé m«n cÇu hÇm thiÕt kÕ kü thuËt

Nhận xét:

- Bằng cách phân tích kết cấu theo các giai đoạn thi công trong chơng trìnhMidas/Civil (Construction Stage Analysis) ta có đợc nội lực dầm chủ trong các giai

đoạn thi công chính là nội lực mà nó tích luỹ đợc

- Tại đỉnh trụ mô men có bớc nhảy là do khi mô hình hoá kết cấu ta có kể đến

độ cong của cầu dẫn đến trọng lợng các khối đúc nhịp biên phía mố sẽ nhỏ hơntrọng lợng các khối đúc đối xứng với nó ở nhịp phía gữa sông

- Tại các điểm neo dây với dầm biểu đồ mô men có bớc nhảy là vì thành phầnngang theo phơng dọc cầu của lực căng dây lệch tâm so với trục trung hoà của tiếtdiện mà chơng trình đã tính toán

- Biểu đồ mô men dầm chủ trong các giai đoạn thi công

( Xem chi tiết trong phần phụ lục)

- Giai đoạn khai thác là giai đoạn kết cấu cầu đã hình thành hoàn chỉnh , đó

là sơ đồ kết cấu liên tục làm việc có sự hỗ trợ của các dây cáp văng

- Nội lực dầm chủ trong giai đoạn khai thác đợc lấy theo nguyên lý cộng tácdụng giá trị nội lực do:

+ TT giai đoạn 2: g2 = 40.7 KN+ Tải trọng ngời đi: P = 0.003 MPa + Hoạt tải HL93

Trong đó với hoạt tải HL93 ta chia làm 2 trờng hợp:

- Khi tính giá trị mô men âm tại đỉnh trụ thì sử dụng 2 xe tải thiết kế cókhoảng cách 2 trục sau là 4.3m đặt cách nhau 15m ( tạm gọi là xe VS) để tạo nênhiệu ứng bất lợi nhất

- Khi tính giá trị mô men dơng tại mặt cắt giữa nhịp thì tính với 2 tổ hợp tảitrọng:

+ Tổ hợp 1: Tải trọng xe tải kết hợp với tải trọng làn (xe TRK)(khoảng cách 2 trục sau lấy bằng 4.3m)

+ Tổ hợp 2: Tải trọng xe hai trục kết hợp với tải trọng làn (xe TDM)

- Trong hai tổ hợp thì tổ hợp nào gây hiệu ứng bất lợi hơn ta lấy để tính toán

(Biểu đồ mô men giai đoạn khai thác xem chi tiết trong phần phụ lục)

Vật liệu

2.5.1.1 Bê tông

Sử dụng loại bê tông mác 50 MPa có các thông số sau:

- Cờng độ chịu nén : fc’ = 50 Mpa

- Trọng lợng riêng của bê tông : c = 24 KN/m3

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46

93

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

- Mô đun đàn hồi : Ec = 0.043c 1.5 fc’0.5= 0.043x240001.5x500.5 = 35750 MPa

- Cờng độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trớc

- Giới hạn chảy của thép : fy = 420 Mpa

- Mô đun đàn hồi của thép : ES = 200000 Mpa

2.5.1.3 Thép dự ứng lực dầm chủ

- Sử dụng loại tao 7 sợi cấp 270 đờng kính danh định 15.2mm

- Diện tích danh định của 1 tao At = 140 mm2

- Sử dụng bó cáp gồm 19 tao

- Diện tích danh định của 1 bó Ab = 2660 mm2

- Cờng độ chịu kéo: fpu = 1860 MPa

- Giới hạn chảy fpy = 1670 MPa

- Mô đun đàn hồi của tao thép: Ep = 195000 MPa

- Từ cáp văng số 1 đến số 6 sử dụng loại bó cáp gồm 22 tao, mỗi tao 7 sợi cấp

270 đờng kính danh định 1 tao 15.2mm

- Diện tích danh định của 1 bó Ab = 3080 mm2

- Cáp văng số 7 và 8 sử dụng loại bó cáp gồm 27 tao

- Diện tích danh định của 1 bó Ab = 3780 mm2

- Cờng độ chịu kéo: fpu = 1860 MPa

- Giới hạn chảy fpy = 1670 MPa

- Cờng độ chịu kéo cho phép : 0.6fpu = 0.6x1860 = 1116 MPa

Nguyên tắc tính toán và bố trí cốt thép dầm chủ

- Thép DƯL đợc tính sơ bộ ở TTGHCĐ1 theo công thức sau:

u ps

py

MF

z f





 trong đó: + Mu : Mô men tại các mặt cắt theo TTGHCĐ1

+ fpy : Giới hạn chảy của tao thép fpy = 1670 MPa+ z : Cánh tay đòn nội ngẫu lực

z = h0 – 0.5xhb

h0 = h – aVới : + h : Chiều cao tiết diện

+ a : Khoảng cách từ mép ngoài tiết diện đến trọng tâm bó cốtthép DƯL lấy a = 0.15 m

+ hb : Chiều cao vùng chịu nénLấy gần đúng hb = hbản MC khi tính với mô men dơng và

hb = hbản đáy khi tính với mô men âm

Số bó cốt thép đợc tính theo công thức: ps

ps

FnA

 với Aps là diện tích 1 bó

- Cốt thép thờng chịu kéo và chịu nén trong đợc bố trí theo cấu tạo

- Cốt thép DƯL đợc bố trí sao cho thoả mãn TTGH cờng độ và TTGH SD trongcác giai đoạn thi công và khai thác tại các mặt cắt

- Cốt thép phải đợc bố trí phù hợp với công nghệ thi công: Trong lúc thi công

sẽ lần lợt kéo các bó cốt thép, số bó đợc kéo trong mỗi giai đoạn phải đối xứng đểtránh xoắn vặn

- Ta bố trí cốt thép theo mô men sau đó kiểm toán theo điều kiện nén uốn, ợng cốt thép tối đa và tối thiểu, và điều kiện kháng cắt

l Khi kiểm duyệt mặt cắt thì quy đổi mặt cắt hộp về mặt cắt chữ T rồi tiếnhành kiểm toán Nguyên tắc quy đổi:

+ Chiều cao mặt cắt không đổi+ Diện tích mặt cắt không đổi

- Đối với 1 số giai đoạn thi công do tiến hành căng cáp văng nên nội lực tạimột số mặt cắt rất bé, do đó các giai đoạn này không cần căng DƯL trong( cốt thépcấu tạo đã đủ chịu lực), sau đó các giai đoạn tiếp theo lại tiến hành căng DƯL dẫn

- Tổ hợp 2 (CB2): Tổ hợp tính mô men âm TTGHSD1 gồm:

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46

95

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

+ Tải trọng Dead Load (Tải trọng GĐTC) hệ số 1.0+ Tải trọng 2nd (Tĩnh tải phần 2) hệ số 1.0

+ Tải trọng xe VS (2 xe tải cách nhau 15m) hệ số 1.0+ Tải trọng ngời hệ số 1.0

- Tổ hợp 5 (CB5): Tổ hợp bao mô men GĐTC

- Tổ hợp 6 (MinCB6): Tổ hợp bao mô men tính cáp chịu mô men âmTTGHCĐ1 gồm 2 tổ hợp:

+ MinCB3 hệ số1.0+ MinCB5 hệ số 1.0(Ta phải lấy tổ hợp này là vì tại những tiết diện gần đốt hợp long trong GĐTC(tổ hợp CB5) thì có mô men âm lớn, nhng trong giai đoạn KT nó lại chịu mô mendơng do đó khi tiến hành tổ hợp CB3 giá trị mô men tại các tiết diện đó đã bị giảm

đi (hoặc là mô men âm nhỏ hơn hoặc là mô men dơng) Vì vậy ta phải lấy tỏ hợpCB6 là bao của CB3 và CB5 để tính cáp chịu mô men âm

(Xem chi tiết trong phần phụ lục)

2.5.1.5 Tính thép DƯL âm

Mặc dù trớc khi hợp long nhịp 3 thì sơ đồ kết cấu 2 nửa cầu không đối xứngdẫn đến khi hợp long xong nội lực trong toàn bộ cầu là không đối xứng Tuy nhiêntheo kết quả tính toán sự chênh lệch nội lực các tiết diện tại các trụ là không đáng kể

do đó ta vẫn tính toán cốt thép cho 1/2 cầu có nội lực lớn hơn và nửa cầu còn lại cốtthép lấy đối xứng

Bảng tổng hợp nội lực và tính toán cáp âm của tổ hợp CB6 tính cho 1 nửa cầu

C¸nh dÇm nhÞp biªn 1 (c¸nh dÇm bªn tr¸i trô 1)

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

Với thép chịu mô men dơng ta cũng tính cho nhịp biên 1 và nhịp 2, còn nhịp

3 và nhịp biên 4 lấy đối xứng

Bảng tổng hợp nội lực và tính toán cáp dơng tính cho 1 nửa cầu nh sau:

Cáp dơng nhịp biên

Khối

đúc Mặt cắt Moment-y(KNm) h(m) hbản MC(m) h0(m0 z(+)(m) Số cáptính Chọn

Ta tiến hành kiểm tra tại 3 mặt cắt điển hình đó là :

- Mặt cắt đỉnh trụ S0min tại trụ 1 đợc hình thành qua 21 giai đoạn thi công vàgiai đoạn khai thác

- Mặt cắt giữa nhịp 2 (S2max) là mặt cắt có mô men dơng lớn nhất của nhịp 2

- Mặt cắt giữa đốt hợp long nhịp biên (S1max) là mặt cắt có mô men dơnglớn nhất của nhịp biên

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46

99

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật

Mặt cắt S0min

Trong thuyết minh chỉ tính toán cụ thể 1 trờng hợp đó là kiểm toán tại mặtcắt S0min ở giai đoạn thi công CS1 Các trờng hợp còn lại tính toán hoàn toàn tơng

tự và đợc thể hiện trong các bảng sau

- Giai đoạn CS1 có mô men đỉnh trụ Mu = -20747.19KNm (có tính hệ số tĩnhtải 1.25)

- Giai đoạn CS1 kéo 2 bó cáp DƯL

- Diện tích cốt thép DƯL: Aps= 2x2660 = 5320 mm2 = 0.00532 m2

2.6.1.1 Kiểm toán sức kháng uốn

Quy đổi tiết diện

- Khi kiểm duyệt mặt cắt thì quy đổi mặt cắt hộp về mặt cắt chữ T rồi tiếnhành kiểm toán Nguyên tắc quy đổi:

+ Chiều cao mặt cắt không đổi+ Diện tích mặt cắt không đổi

- Tiết diện S0min : Đợc quy đổi về tiết diện chữ T nh sau:

+ Chiều cao tiết diện 3.5m+ Chiều cao bản cánh 0.374m+ Chiều cao bản đáy 0.65m+ Chiều cao sờn 2.470m+ Bề rộng bản cánh 13.5m+ Bề rộng sờn dầm 1.537m+ Bề rộng bản đáy 9.00m

Ta kiểm toán sức kháng uốn của mặt cắt chỉ tính cốt thép DƯL

- Các công thức tính duyệt

+ Công thức xác định chiều cao vùng chịu nén tổng quát chỉ tính cốt thépDƯL

Nếu c > hf trục trung hoà qua sờn lúc này tính với mặt cắt chữ T

Nếu c < hf trục trung hoà qua cánh lúc này tính với mặt cắt chữ nhật với bw=b+ Công thức tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt

+ Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt

Mr = MnTrong đó :

β

ps pu

pu '

dp : Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL f’c : Cờng độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’c = 50 Mpa

 Hệ số sức kháng, lấy bằng 1.0 đối với cấu kiện chịu uốn

b : Bề rộng tính toán của mặt cắt

1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, 1 = 0.7285 theo điều A5.7.2.2

fpu : Cờng độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa

fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 90%fpu = 1670 MPa

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

a = c.1 : Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng

fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh địnhtính theo công thức A5.7.3.1.1

Với

Xác định vị trí trục trung hoà

- Khoảng cách từ mép tiết diện đến trọng tâm bó thép a = 0.15m

dp = 3.5 – 0.15 = 3.35m ; b = 9m ; bw = 1.537m

k = 0.28 ; 1 = 0.7285 ; hf = 0.65mChiều cao vùng nén

Bé m«n cÇu hÇm thiÕt kÕ kü thuËt