đồ án tốt nghiệp thiết kế móng mố cầu

+ Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được tính như một cấu kiện cột bêtông cốt thép ngàm tại độ sâu bằng chiều dài chịu nén uốn L M của cọc xem tính phần sau.+ Công thức tính sức chịu tả

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÓNG MỐ CẦU

I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ MÓNG MỐ

I.1 - SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN

+ Mố thiết kế: lấy mố MA để thiết kế điển hình

+Lớp 1: Bùn sét màu xám nâu xen kẹp cát mỏng trạng thái chảy, Lớp này

xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 3,02 m đến 4,50 m

+Lớp 2: Cát hạt mịn màu xám xanh, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan

với chiều dày trung bình từ 3,19 m đến 5,51 m,

+Lớp 3: Sét màu xám xanh lẫn vàng trạng thái nửa cứng, Lớp này xuất hiện

ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 7,09 m đến 10,02m,

+Lớp 4: Á cát nặng màu vàng xám xanh trạng thái chặt vừa, Lớp này xuất

hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 13,44 m đến 19,10 m,

+Lớp 5: Cát trung lẫn sạn sỏi màu vàng trạng thái chặt, Lớp này xuất hiện ở

tất cả các lỗ khoan khi kết thúc lỗ khoan và chưa thấy lớp đất mới với chiều dày trung bình từ 6,13 m đến 10,35m,

+ Hình trụ lỗ khoan tại trụ xem cụ thể phần bố trí chung móng trụ

Các số liệu địa chất được tập hợp trong bảng sau đây:

SVTH: Nguyễn Quang

2

2

Chỉ tiêu KH ĐV Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5

Dung trọng tự nhiên γw g/cm³ 1,620 1,780 1,860 1,850 1,940Dung trọng khô γk g/cm³ 1,100 1,440 1,550 1,500 1,660

P4 a4 cm²/kG 0,103 0,013 0,019 0,016 0,006Sức chống cắt P1 σ 1 kG/cm² 0,099 0,414 0,591 0,573 0,661Ứng với cấp tải P2 σ 2 kG/cm² 0,113 0,702 0,825 1,039 1,248kG/cm² P3 σ 3 kG/cm² 0,127 1,041 1,058 1,487 1,887

I.2 - VẬT LIỆU THIẾT KẾ

- Bê tông cọc và đài cọc:

' 30

c

f = MPa và E c =0.043*γ1.5c * f c' =0,043*2500 * 30 29440 (1,5 = MPa)

- Cốt thép chủ: thép AIII có f y =365MPa và E =200000MPa.

- Thép đai: Thép AII f y =280MPa và E=200000MPa.

I.3 - TỔ HỢP TẢI TRỌNG TẠI TIM ĐỈNH ĐÀI CỌC

I.3.1 - Trạng thái giới hạn cường độ

+ Tải trọng thiết kế ở TTGHCĐ tại tim trụ trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết kế mố ta chọn hai tổ hợp sau:

+ TH1: 1 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 1 bên (TTGHCĐ I)

I.3.2 - Trạng thái giới hạn sử dụng

+ Tải trọng thiết kế ở TTGHSD tại tim mố trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết kế mố ta có:

+ TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHSD)

II - TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ CHỌN SỐ CỌC

II.1 - TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

II.1.1 - Sức chịu tải theo vật liệu

+ Cọc sử dụng là cọc BTCT đường kính 40x40 cm và có bố trí 8 thanh thép dọc đường kính 25mm đều theo chu vi thân cọc

+ Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được tính như một cấu kiện cột bêtông cốt thép ngàm tại độ sâu bằng chiều dài chịu nén uốn L M của cọc (xem tính phần sau).+ Công thức tính sức chịu tải tính toán của cọc theo vật liệu trong trường hợp chịu lực dọc trục:

+ Cường độ chịu nén của bêtông cọc: f c' = 30(MPa)

+ Hệ số kinh nghiệm φλ =0,78 tra được từ Bảng 3.2 sách Nền Móng-Châu Ngọc

Ẩn để xét đến độ mảnh λ của cọc, tra với độ mảnh tính như sau:

II.1.2 - Sức chịu tải theo đất nền

II.1.2.1 - Tính sức kháng mũi danh định của cọc

+ Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05 ta có sức kháng mũi cọc danh định:

v c

σ - Áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc (MPa)

+ Trong trường hợp ở mố không có nước ngầm và không có nước mặt, tính áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc :

+ Tính sức kháng mũi đơn vị của cọc:

II.1.2.2 - Tính sức kháng thân danh định của cọc

+ Sức kháng thân cọc theo điều 10.7.3.2 và 10.7.3.4.2b của 22TCN 272-05 là:

II.1.2.3 - Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền

+ Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05, ta có sức kháng đỡ tính toán của cọc đơn là:

( )

0,36 * 624000 0,36 * 2.529.280 1.135.181

R qp p qs ps

+ Trong đó:

qp

Φ và Φqs lần lượt là hệ số sức kháng mũi và kháng ma sát bề mặt cọc Tra bảng 10.5.5-2 trong trường hợp tính theo SPT ta có:

Q và Q ps - Sức kháng mũi, sức kháng thân cọc vừa tính ở trên

II.2 - TÍNH VÀ BỐ TRÍ SƠ BỘ CỌC, ĐÀI CỌC

P

β

(cọc)Trong đó:

( )

6.194.009 N

V = - Tải trọng thẳng đứng tính toán lớn nhất tại tim đỉnh bệ

cọc ở trạng thái giới hạn cường độ

β = - Hệ số xét đến ảnh hưởng của mômen.

+ Chọn số cọc thiết kế: 21 cọc bố trí cách nhau theo hai phương >= 3d Theo phương dọc cầu bố trí cách nhau 1,5 m; theo phương ngang cầu 1,52 m

II.2.2 - Bố chí chung hệ móng cọc

SVTH: Nguyễn Quang

12

12

III - TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

III.1 - TÍNH NỘI LỰC KHI TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG DỌC CẦU III.1.1 - Tổ hợp tải trọng tại tim đáy bệ cọc theo phương dọc cầu

+ Chọn tổ hợp tải trọng tại tâm đỉnh bệ cọc tính theo phương dọc cầu:

+ TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHCĐ I)

+ Truyền tổ hợp tải trọng này xuống tim đáy bệ cọc ta có các tải trọng tính toán:

γ - là khối lượng thể tích của bê tông, ở đây ta không xét đến lực

đẩy nổi của nước vì bệ cọc không nằm trong nước

Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc

+ Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương dọc cầu là:

Lực nén N (kN) Cắt dọc cầu Hx (kN) Uốn dọc cầu My (kN.m)

III.1.2 - Tính chiều dài chịu nén uốn của cọc

+ Tính chiều dài nén uốn của cọc theo điều 5.2 của 20TCN 21-86:

ωωω

, ,

u v ω là chuyển vị ngang, chuyển vị thẳng đứng, góc xoay của bệ quanh điểm O

- gốc tọa độ tại đáy bệ

rik : Phản lực trong liên kết (i) do chuyển vị đơn vị tại liên kết (k) gây ra

III.1.4 - Giải phương trình chính tắc

+ Quy ước gốc tọa độ và tính tọa độ của các cọc trong đài như hình dưới đây:

SVTH: Nguyễn Quang

16

16

+ Công thức tính các hệ số trong ma trận A của phương trình chính tắc:

2 1

2 1

Ji = d4/12 = 0,44/12 = 0,002133 (m4) , Mô men quán tính mặt cắt ngang cọc

βi = tan-1(1/10) = 5,7106o hoặc βi = 00 , Góc nghiêng của cọc thứ i theo phương thẳng đứng trong mặt phẳng OZY

xi : Tọa độ từ cọc thứ i (Xem sơ đồ bố trí cọc ở trên)

+ Tính các hệ số của phương trình chính tắc:

+ Thế số ta vào phương trình chính tắc:

+ Kết quả giải hệ phương trình chính tắc:

III.1.5 - Tính nội lực trong tầng cọc

SVTH: Nguyễn Quang

20

20

III.1.6 - Kiểm tra kết quả tính

III.2 - TÍNH NỘI LỰC KHI TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG NGANG CẦU III.2.1 - Tổ hợp tải trọng tại tim đáy bệ cọc theo phương ngang cầu

+ Chọn tổ hợp tải trọng tại tâm đỉnh bệ cọc tính theo phương ngang cầu:

+ TH1: 1 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 1 bên (TTGHCĐ I)

γ - là khối lượng thể tích của bê tông và của nước, ở đây ta không

xét đến lực đẩy nổi của nước vì bệ cọc không nằm trong nước

SVTH: Nguyễn Quang

22

22

* Lực ngang cầu:

( )0

Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc

+ Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương ngang cầu là:

Lực nén N (kN) Cắt ngang cầu Hy (kN) Uốn ngang cầu Mx (kN.m)

III.2.2 - Chiều dài chịu nén uốn của cọc

+ Chiều dài nén uốn của cọc như tính khi tính theo phương dọc cầu LM = 3,9 m

ωωω

Các lực tính toán N, Hy, Mx như vừa tổ hợp tới tim đáy bệ theo phương dọc cầu.

, ,

u v ω là chuyển vị ngang, chuyển vị thẳng đứng, góc xoay của bệ quanh điểm O

- gốc tọa độ tại đáy bệ

rik : Phản lực trong liên kết (i) do chuyển vị đơn vị tại liên kết (k) gây ra

III.2.4 - Giải phương trình chính tắc

+ Quy ước gốc tọa độ và tính tọa độ của các cọc trong đài như hình dưới đây:

SVTH: Nguyễn Quang

24

24

+ Công thức tính các hệ số trong ma trận A của phương trình chính tắc:

2 1

2 1

Ji = d4/12 = 0,44/12 = 0,002133 (m4) , Mô men quán tính mặt cắt ngang cọc

βi = tan-1(1/10) = 5,7106o hoặc βi = 00 , Góc nghiêng của cọc thứ i theo phương thẳng đứng trong mặt phẳng OZY

yi : Tọa độ từ cọc thứ i (Xem sơ đồ bố trí cọc ở trên)

+ Tính các hệ số của phương trình chính tắc:

+ Thế số vào hệ phương trình chính tắc:

+ Kết quả giải phương trình chính tắc:

III.2.5 - Tính nội lực trong tầng cọc

SVTH: Nguyễn Quang

28

28

SVTH: Nguyễn Quang

30

30

III.2.6 - Kiểm tra kết quả tính

III.3 - KIỂM TOÁN TTGH CƯỜNG ĐỘ

III.3.1 - Kiểm tóan sức chịu tải của cọc

+ Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền:

( )1.135.181

R

+ Tải trọng dọc trục tính toán lớn nhất trên cọc trong TTGHCĐ:

+ Lớp bê tông bảo vệ cọc lấy là 5 cm.

III.3.2.1 - Kiểm toán cọc chịu tải trọng ở TTGHCĐ

+ Kiểm toán cọc như cột chịu nén uốn ngàm tại độ sâu bằng chiều dài nén uốn của cọc, đầu trên tự do Chiều dài của cột chính là chiều dài chịu nén uốn LM

= 3900 mm Hệ số chiều dài tính toán K = 2

+ Tải trọng dọc trục, mômen trên đầu cột là:

SVTH: Nguyễn Quang

32

32

( )

62674040,755 40.755.000

+ Chiều rộng tiết diện: b = 400 mm

+ Chiều cao tiết diện: h = 400 mm

+ Diện tích cốt thép chịu kéo dưới tác dụng của mômen:

+ Xét hiệu ứng độ mảnh:

- chiều dài không giằng của trụ: Lu = 3900 mm

- Hệ số chiều dài tính toán: K = 2

- Mômen quán tính của mặt cắt nguyên bê tông:

- Bán kính quán tính của tiết diện:

e

u

EI P

K L

+ Coi như đầu trên của cọc không được giằng thì hệ số C m=1 nên ta có hệ số

khuyếch đại mômen:

2 2

1,2205910

0,75* 4.071.239

b s

u e

P P

Φ( Pu = N là lực dọc tính toán tại đầu cọc)

+ Mômen kiểm toán sẽ được nhân với hệ số khuyếch đại mômen và độ lệch tâm của lực dọc tính toán cũng tăng lên tương ứng:

SVTH: Nguyễn Quang

34

34

+ Giả sử chiều cao vùng nén:

+ Hệ số quy đổi bê tông vùng nén:

' 1

1

1

0,05 0,85 28 0,65

7 0,05 0,85 30 28 0,84 0,65

7 0,84

400 1472*365* 340

2 349.216.000

+ Sức kháng nén tính toán của cột khi chịu nén uốn lệch tâm phẳng:

Kết cấu cọc đủ độ bền chịu tải trọng truyền xuống

III.3.2.2 - Kiểm tra độ bền kết cấu khi vận chuyển cọc

+ Tải trọng bản thân cọc và tính phân bố theo chiều dài:

q = Fcọc*γbt = 0,42*25 = 4 (kN/m)

+ Chiều dài đốt cọc tính toán: L = 12,9 m

+ Tính mô men theo sơ đồ hai móc cẩu khi cẩu cọc:

Trong đó: γ =1, 4 - Hệ số xét đến lực động khi cẩu lắp cọc.

+ Tính mô men theo sơ đồ dựng cọc:

Trong đó: γ =1, 4 - Hệ số xét đến lực động khi cẩu lắp cọc.

+ Mô men tính toán :M = max (Mu 1,max, M2,max) 40,07 kNm = 40.070.000 N.mm=+ Kiểm tra khả năng chịu uốn của tiết diện tại vị trí móc cẩu với các thông số của tiết diện như sau:

Kích thước tiết diện: bxh = 400x400 mm.

Lớp bê tông bảo vệ = 5 cm

+ Khoảng cách từ tâm thanh thép đến mép dưới dầm là 60 mm Khi đó ta có

s y c

( với f c' =30MPa≥28MPa)

→ Chọn giá trị a vừa tính được để tính tiếp

+ Khả năng chịu lực của tiết diện:

III.3.3 - Thiết kế mối nối cọc

+ Các đốt cọc được nối bằng phương pháp hàn nối.Các bản nối ốp góc là 4 thanh thép góc đều cạnh V100x100x10 Chiều cao đường hàn là 10 mm, các kích thước khác xem chi tiết trong bản vẽ Việc tính toán đường hàn là tiến hành kiểm toán lại cường độ của đường hàn khi chịu lực dọc là nội lực trong cọc

+ Công thức kiểm toán :

III.3.4 - Thiết kế thép đài cọc

+ Thiết kế thép theo phương dọc cầu coi đài cọc là ngàm congxol tại mép thân

mố, chịu tải trọng thẳng đứng hướng lên từ các hàng cọc nằm phía dưới ngoài phạm

vi thân mố (theo phương dọc cầu)

+ Sơ đồ tính và tải trọng khi thiết kế thép theo phương dọc cầu như sau:

+ Lực V3 là tổng hợp lực trên các hàng cọc 3 phía dưới nằm ngoài thân mố Các lực này lấy khi giải phương trình chính tắc trong trường hợp tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu Lấy các giá trị này từ bảng tính nội lực ta có:

c s

+ Tiết diện thiết kế lực cắt bxh = 10020x3900 mm.

+ Cánh tay đòn dv giữa tổng hợp lực nén và tổng hợp lực kéo khi uốn

( ) ( )

c

v

Đạt.

+ Khả năng chịu cắt của thép đai là nhỏ nhất khi góc nghiêng của vết nứt là

45o

θ = và hệ số β =2 Với bê tông cốt thép thường, để đơn giản khi thiết kế lực cắt

ta chọn trường hợp này để tính bước thép đai thiết kế

+ Khả năng chịu cắt của bêtông:

Tiết diện bê tông

đủ khả năng chịu cắt, chỉ cần bố trí thép đai theo cấu tạo (xem chi tiết trong bản vẽ)

IV - KIỂM TOÁN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

+ TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHSD)

+ Truyền tổ hợp tải trọng xuống tim đáy bệ cọc theo phương dọc cầu:

+ Truyền tổ hợp tải trọng này xuống tim đáy bệ cọc ta có các tải trọng tính toán:

γ - là khối lượng thể tích của bê tông, ở đây ta không xét đến lực

đẩy nổi của nước vì bệ cọc không nằm trong nước

( )

1.312.194.000 846365*1500 = 2.581.741.500

x

Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc

+ Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương dọc cầu là:

Lực nén N (kN) Cắt dọc cầu Hx (kN) Uốn dọc cầu My (kN.m)

IV.2 - TÍNH CHUYỂN VỊ ĐẦU CỌC

IV.2.1 - Chiều dài chịu nén uốn của cọc

+ Chiều dài chịu nén uốn của cọc như đã tính ở phần tính theo TTGHCĐ:

LM = 3,9 m

IV.2.2 - Giải phương trình chính tắc

+ Các quy ước tọa độ, các thông số tính toán như ở phần tính theo TTGHCĐ theo phương dọc cầu nhưng với tải trọng tính toán ở TTGHSD như trên

+ Kết quả tính hệ số của phương trình chính tắc theo phương dọc cầu đã có:

+ Kết quả giải phương trình chính tắc:

IV.2.3 - Kiểm toán chuyển vị đầu cọc

+ Chuyển vị ngang cho phép của đầu cọc theo điều 10.7.2.2 của 22TCN 272-05

ở TTGHSD là u gh = 3( )cm .

+ Chuyển vị đứng cho phép ở TTGHSD là v gh =1,5( )cm

+ Chuyển vị góc cho phép ở TTGHSD gây ra là: ωgh = 1/ 500(rad)

+ Kiểm tóan chuyển vị đầu cọc:

IV.3 - TÍNH LÚN HỆ MÓNG CỌC

IV.3.1 - Xác định khối móng quy ước

+ Theo điều 10.7.2.1 của 22TCN 272-05, khối móng quy ước được lấy như sau:

SVTH: Nguyễn Quang

48

48

+ Khối móng quy ước có kích thước theo phương dọc cầu là:

+ Tải trọng tại trọng tâm đáy khối móng quy ước:

( )

360* * * 360*0,032*0,96* 4640

62,312,1

corr

mm N

q= MPa – áp lực đáy khối móng quy ước (không bao gồm

trọng lượng cọc và đất phía trên)

I – hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm cọc

X = 4640 (mm) – Chiều rộng, hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc

+ Tính hệ số ảnh hưởng I theo công thức:

D I

X I

- độ sâu hữu hiệu

IV.3.4 - Kiểm toán lún

+ Độ lún yêu cầu cho phép đối với công trình cầu tối đa là:

( )1,5 1,5* 35 8,9

gh

Trong đó:

L = 35 m – nhịp tính toán của cầu ( lấy = 25 m nếu L < 25 m)