Đồ án tốt nghiệp Xây dựng cầu liên tục BTCT dự ứng lực thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng

• Ưu điểm nổi bật của loại cầu này là việc đúc hẫng từng đốt dầm trên đà giáo, giảmđược chi phí đà giáo.. • Ở nước ta, nhiều cầu BTCT DƯL thi công hẫng đã xây dựng như cầu Phù Đổng, cầu

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

1.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng

• Phương pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dần từng đốt theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành kết cấu nhịp hoàn chỉnh

• CÓ thể thi công hẫng từ trụ đối xứng ra 2 phía ( gọi là đúc hẫng cân bằng ) hoặc thi công hẫng dần từ bờ ra

• Ưu điểm nổi bật của loại cầu này là việc đúc hẫng từng đốt dầm trên đà giáo, giảmđược chi phí đà giáo Mặt khác đối với các dầm có chiều cao mặt cắt thay đổi thì chỉ việc điều chỉnh cao độ ván khuôn Phương pháp thi công hẫng không phụ thuộc vào điều kiện sông nước và không gian dưới cầu…Loại cầu này thường sử dụng cho các loại nhịp từ 60 – 150m và có thể lớn hơn nữa

• Ở nước ta, nhiều cầu BTCT DƯL thi công hẫng đã xây dựng như cầu Phù Đổng, cầu Non Nước, cầu Hòa Bình, cầu Tân Đệ, cầu Yên Lệnh, cầu Hạ Hòa, cầu Ngọc Tháp,…

• Từ các phân tích trên, ta lựa chọn phương án cầu liên tục BTCT dự ứng lực thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN

1.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế

Cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 và tiêu chuẩn thiết

kế đường ô tô TCVN 4054 – 05

1.2.2 Điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu

a Đặc điểm về kinh tế - xã hội

• Cầu nằm trên đường liên tỉnh, nối liền Hà Nội với Hưng Yên

b Đặc điểm về thủy lực – thủy văn

Điều kiện thủy văn ít thay đổi:

Đặc điểm địa chất:

Dựa vào hồ sơ khảo sát địa chất được thực hiện bởi Công Ty Tư Vấn Triển Khai CôngNghệ và Xây Dựng Mỏ Địa Chất (CODECO), địa chất tại vị trí cầu được tóm tắt và trìnhbày trong (Bảng 2.2.)

Sét pha với dễ thực vật

-Tất cả các hốkhoan trừ LC4,LC5

sông

TB =1.00m Bùn sét , màu xám đen - LC4, LC5

0.6m

1.3 – 7.2m

TB =2.33m

Sét, màu nâu vàng ,trạng thái dẻo cứng

4 - 9

TB = 6

Tất cả hố khoantrừ LC4 & LC5

7.8m

1.5 – 9.0m

TB =4.13m

Sét , màu xám và xámđen , lẫn ít hưu cơ ,trạng thái dẻo cháy

Sét ,màu xám ,trắng ,xám xanh , xámvàng , dẻo mèn đén dẻo

cứng

5 - 18

TB = 10

Tất cả hố khoantrừ TC2, LC3,TC4, LC8

6 – 18

TB = 13

Tất cả hố khoantrừ TC1,TC3,LC1, LC2,

5.86m cứng LC3.

12.6m–16.6m

0.9 – 4.2m

TB =2.17m

Sét pha lẫn cát, màuxám vàng, vàng,trạngthái dẻo mềm

5 – 22

TB = 11

LD1, LC1,LC6, LC7,LC8, TC3, TC4

14.0m–17.4m

4.0 – 5.5m

TB =4.87m

Cát hạt trung lẫn sétpha, màu xám vàng,nâu vàng, trạng thái

xốp

6 -11

TB = 8

TC1, LC7,LC8

22.5m 5.3m

Cát hạt nhỏ - trung,xám vàng, lẫn ít sỏisạn, trạng thái chặt

vừa

9 – 52

TB = 19

Tất cả hốkhoan

19.0m–34.8m

16 – 11m

TB =4.88m

Cát bụi, cát hạt trung,màu xám vàng, nâuvàng, xen kẹp sét pha,trạng thái chặt vừa

13 – 33

TB = 22

Tất cả hố khoantrừ LD1, TC1,TC3, LC8

11 10 25m –

43.6m 9.18m

Cát hạt trung màu xámvàng, lẫn sỏi sạn, trạngthái chặt vừa

13 – 67

TB = 28

Tất cả hố khoantrừ LD1, TC1,TC3

40.8m–50.5m

10.78m

Sỏi cuộn lẫn cát màuxám vàng, xám xanh,xám trắng, trạng tháirất chặt

21 – 105

TB = 71

Tất cả hố khoantrừ LD1, TC1,TC2, TC3,TC4

+ Chiều cao hộp trên đỉnh trụ, h = 5,880 m.

+ Chiều cao hộp tại mặt cắt giữa nhịp, h = 2,5m

+ Cao độ đáy dầm thay đổi theo đường cong Parabol

 Nhịp dẫn: 6 nhịp 33m

b Kết cấu phần dưới

 Trụ cầu:

+ Dùng loại trụ thân đặc BTCT thường đổ tại chỗ

+ Dùng móng cọc khoan nhồi đổ tại chỗ, đường kính :1.5 m

• Tĩnh không thông thuyền : H = 3,5 m

• Chiều rộng khổ thông thuyền : B = 25m

1.3.3 Tải trọng thiết kế

• Tải trọng thiết kế : HL 93

• Tải trọng người : 3kN/m2

1.3.4 Các yếu tố hình học của cầu

• Trên mặt bằng cầu nằm trên đường thẳng

• Trên mặt đứng cầu nằm trên đường cong tròn, bán kính R = 5000 m, độ dốc dọc cầu dẫn id = 3%

• Độ dốc theo phương ngang cầu in = 2%

1.3.5 Vật liệu thiết kế

a Kết cấu phần trên

• Bê tông dầm:

+ Bê tông có cường độ chịu nén : f’c = 40 MPa

+ Trọng lượng riêng của bê tông : c = 25kN/m3

• Cốt thép cường độ cao:

+ Theo tiêu chuẩn ASTM A416M – Grade 270 của hãng VSL

+ Đường kính danh định 1 tao: 15.2mm

+ Mặt cắt danh định: Aps = 1,41cm2

+ Cường độ chịu kéo: fpu = 1860MPa

+ Cường độ chảy: fpy = 1670MPa

+ Mô đun đàn hồi: Eps= 197000MPa

+ Hệ số ma sắt lắc trên 1mm chiều dài bó cáp: K = 6.6x10-7 (mm-1)

• Cốt thép thường:

+ Theo tiêu chuẩn ASTM 706M

+ Giới hạn chảy fy = 420MPa

+ Mô đun đàn hồi Es= 2x108MPa

• Cấu tạo lớp phủ mặt cầu

STT Cấu tạo Chiều dày (m) a (kN/m3) P (kN/m2)

+ Bê tông có cường độ chịu nén: fc' = 30MPa.

+ Trọng lượng riêng của bê tông: c = 25kN/m3

• Cốt thép thường :

+ Theo tiêu chuẩn ASTM 706M

+ Giới hạn chảy fy = 420MPa

+ Mô đun đàn hồi Es = 2x105MPa

1.4 CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN

1.4.1 Hệ số tải trọng

1.4.2 Hệ số xung kích

• Hệ số xung kích xét cho tải trọng thiết kế ( 1+ IM ) = 1,25

1.4.3 Hệ số làn xe

• Chiều dài kết cấu nhịp:

+ Chiều dài nhịp giữa: Lg = 100 m

+ Chiều dài nhịp biên: Lb =70 m

• Mặt cắt ngang: Dựa vào kinh nghiệm mối quan hệ giữa chiều cao hộp, chiều dàybản nắp , bản đáy với Lg và khổ cầu ta sơ bộ chọn mặt cắt ngang kết cấu nhịp nhưhình vẽ:

MẶT CẮT 2-312000

300

5880

600 2415

2500 250

2000 5880

1.5.2 Phương trình đường cong đáy dầm và đương cong mặt cầu nhịp giữa.

 Xác định phương trình đường cong mặt cầu ở giữa nhịp:

• Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ dưới

• Xuất phát từ phương trình đường cong tròn:

Y =√R2−X2 = √50002−X2 m , R: Bán kính đường cong tròn, gốc tọa độ tại O’

Ta chuyển gốc tọa độ: gốc O’ tới vị trí O ( chọn vị trí gốc tọa độ O là tại điểm cách gối 1,5m theo phương dọc cầu )

HO : là chiều cao mặt trên của dầm tại gối

Lg :Chiều dài nhịp giữa

Vậy phương trình đường cong mặt cầu :

Y1 = √ (50002−( X−48,5)2) – 4993,88

C

B

A O

• Xác định phương trình đường cong đáy dầm ở giữa nhịp :

• Tại vị trí giữa nhịp : x1 = 48.5 m => y1 =6.12 m

• Giả thiết đáy dầm có cao độ thay đổi theo đường cong Parabol bậc 2 tại mặt cắtgiữa nhịp : y = ax2 + bx + c

• Gốc tọa độ tại điểm nằm ngang cách tim gối 1.5 m.

• Vì phương trình đi qua điểm có tọa độ (0,0) nên phương trình Parabol có dạng

• Y2 = ax2 + bx

• Ta có hai cặp tọa độ sau : A(48.5;3.62), B(97;0)

• Thay số, và giải hệ phương trình ta có :

• a = - 0.00154

• b = 0.14928

• Vậy phương trình đường cong đáy dầm có dạng:

• Y2 = -0.00154x2 + 0.14928x

1.5.3 Phương trình đường cong thay đổi chiều dày bản đáy

• Phương trình đường cong là đường Parabol bậc 2 có dạng: y = ax2 + bx + c

• Gốc tọa độ tại điểm nằm ngang cách tim gối 1.5m

• Phương trình đi qua 3 điểm : A(48.5;3.87), B(97;0.6), C(0;0.6)

• Thay số, và giải hệ phương trình ta có:

+ Đốt K0 có chiều dài 14m.

+ Các đốt K1÷ K4 có chiều dài 2.5m

+ Các đốt K5÷K8 có chiều dài 3.0m

+ Các đốt K9÷K13 có chiều dài 4.0m

+ Đốt hợp long nhịp biên, nhịp giữa có chiều dài 2.0m

+ Đốt đúc trên đà giáo nhịp biên có chiều dài 19m

Sx = 1/6.∑ (x i−x i+1).(y i3+y i2 y i+1+y i y i+ 12 +y i +13 )

+ Mômen quán tính đối với trục trung hòa :

Jth = Jx – yc2.F

• Trên cơ sở các phương trình đường cong đáy dầm và đường cong thay đổi chiềudày bản đáy lập được ở trên ta xác định được các kích thước cơ bản của từng mặtcắt dầm.

• Bảng tính cao độ đáy dầm, chiều dày bản đáy , chiều cao dầm :

Trong đó :

+ x: Khoảng cách từ gốc tọa độ đến mặt cắt đang xét

+ y1: Cao độ đường cong mặt cầu

+ y2: Cao độ đáy dầm

+ y3: Cao độ đường cong thay đổi chiều dày bản đáy dầm

+ hdam: Chiều cao mặt cắt đang xét, hdam = y3 – y1

+ t : Chiều dày bản đáy, t = y2 – y1

Bảng tính cao độ đáy dầm, chiều dày bản đáy , chiều cao dầm:

Tên Mặt

Cắt x (m) y1(m) y2(m) y3(m) hdam(m) t (m)

+ b < 0,1.li

+ b < 3.do

Trong đó :

+ do :Chiều cao của kết cấu nhịp, do = 5880 mm

+ li :Chiều dài nhịp quy ước

• Đối với dầm liên tục, li = 0.8l đối với nhịp cuối; li = 0.6l đối với nhịp giữa

• Đối với mặt cắt trên trụ, ta có li = 0,6 x 100000 = 60000 mm

+ b :Chiều rộng thực của bản cánh tính từ bản bụng dầm ra mỗi phía, nghĩa là b1, b2, b3

trong hình vẽ (mm) :

b2 b1 b1

• Nguyên tắc quy đổi :

+ Chiều cao mặt cắt không đổi

+ Diện tích mặt cắt không đổi

+ Chiều cao bầu dầm : tb =633 mm.

• Quy đổi mặt cắt giữa nhịp :

• Để đơn giản trong tính toán, ta coi trọng lượng trọng mỗi đốt đặt tải giữa đốt vàthay đổi tuyến tính theo chiều dài đốt.

+ c : Trọng lượng riêng bê tông dầm, c =25 kN/m3

+ DCtc, DCtt : Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn, tĩnh tải giai đoạn I tính toán

1.6.2.1Trọng lượng chân lan can

• Cấu tạo lan can cầu:

500

600 300

500

50 200 100

100

• Trọng lượng dải đều của lan can, tay vin có thể lấy sơ bộ, qlc = 0,1kN/m

• Trọng lượng dải đều của chân lan can được tính như sau:

qclc = 2 0,75 bclc c

Trong đó:

+ bclc: Bề rộng chân lan can, bclc = 0,5m

+ hclc: Chiều cao chân lan can, hclc = 0,6m

+ c : Trọng lượng riêng bê tông, c = 25kN/m3

+ 0,75: Hệ số tính toán gần đúng xét đến cấu tạo thực chân lan can

qclc = 2 0,75 0,5 0,6 25 = 11,25 kN/m

1.6.2.2 Trọng lượng lớp phủ mặt cầu

1.6.2.2.1 Cấu tạo lớp phủ mặt cầu

STT Cấu tạo Chiều dày (m) a (kN/m3) P (kN/m2)

• Khi tính toán ta coi lớp phủ mặt cầu có chiều dày không đổi.

1.6.2.2.2 Trọng lượng lớp phủ mặt cầu phần lề đi bộ

1.6.2.2.4 Trọng lượng dải phân cách

• Cầu không có giải phân cách

1.6.2.2.5 Tổng hợp tĩnh tải giai đoạn II

• Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn :

• Giai đoạn thi công:

+ Sơ đồ 1: Giai đoạn đúc hẫng đối xứng

+ Sơ đồ 2: Giai đoạn hợp long nhịp bien

+ Sơ đồ 3: Giai đoạn hợp long nhịp giữa

• Giai đoạn khai thác:

+ Sơ đồ 4: Sơ đồ dỡ tải trọng thi công

+ Sơ đồ 5: Sơ đồ rải tĩnh tải phần II

+ Sơ đồ 6: Sơ đồ cầu chịu hoạt tải.

• Do kết cấu đối xứng, nên ta chỉ cần tính nội lực tại vị trí trụ T3,T4 và tại mặt cắtgiữa nhịp

1.6.3.1Giai đoạn thi công

Sơ đồ 1:Giai đoạn đúc hẫng đối xứng

• Tải trọng bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân các đốt dầm tiêu chuẩn: qbt

+ Tải trọng thi công tiêu chuẩn: qtc =2,4 12 = 28,8 kN/m

+ Trọng lượng xe đúc: PXD = 800 kN

• Hệ số tải trọng:

+ Tĩnh tải giai đoạn I : 

Tải trọng thi công : c = 1,25

+ Tải trọng xe đúc : d = 1,25

• Sử dụng Midas 7.01 để tính toán và phân tích nội lực ta có:

Biểu đồ mômen giai đoạn đúc hẫng đối xứng

Sơ đồ 2:Giai đoạn hợp long nhịp biên

• Đúc đốt hợp long nhịp biên, khi bê tông đạt cường độ tiến hành căng cáp DƯL vàsau đó tiến hành hạ đà giáo

+ Tĩnh tải giai đoạn I : 

Tải trọng thi công : c = 1,25

+ Tải trọng xe đúc : d = 1,25

1.7 TÍNH SỐ BÓ CÁP DƯL

1.7.1 Đặc trưng vật liệu

Cáp DƯL

• Theo tiêu chuẩn ASTM A416M – Grade 270 của hãng VSL

• Các chỉ tiêu của cáp DƯL:

+ Cường độ chịu kéo: fpu = 1860MPa

+ Cường độ chảy: fpy = 1670MPa

+ Mô đun đàn hồi: Eps= 197000MPa

+ Chiều dài tụt theo ΔA: ΔA = 5 mm.A: ΔA: ΔA = 5 mm.A = 5 mm

• Các chỉ tiêu của ống bọc vật liệu Polyethylen:

+ Đường kính ống bọc Dong

+ Hệ số ma sắt lắc trên 1mm chiều dài bó cáp: K = 6.6x10-7 (mm-1).

Bê tông

+ Bê tông có cường độ chịu nén : f’c = 40 MPa

+ Trọng lượng riêng của bê tông : c = 25kN/m3

Cốt thép thường

+ Theo tiêu chuẩn ASTM 706M

+ Giới hạn chảy fy = 420MPa

+ Mô đun đàn hồi Es = 2x108 MPa

+ Aps: Diện tích cốt thép DƯL (mm2)

+ fps :Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định của dầm.+ dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL (mm)

+ b : Bề rộng của mặt chịu nén của bản cấu kiện (mm)

+ bw : Chiều dày bản bụng (mm)

+ hf : Chiều dày bản cánh chịu nén của dầm I, hf = ts (mm)

+ a = c β1 : Chiều dày khối ứng suất tương đương (mm)

+ β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định:

• Tính sơ bộ diện tích cốt thép DƯL cần thiết:

+ Với mặt cắt đỉnh trụ T3:

Tạm lấy sơ bộ giá trị dp = H – ap = 588 – 20 = 568 cm

 Chiều cao vùng chịu nén tối đa: c’ = 0,42 dp = 0,42 568 = 238,58 cm

Tạm lấy sơ bộ giá trị dp = H – ap = 250 -15 =235 cm

 Chiều cao vùng chịu nén tối đa : c’ = 0,42 dp = 0,42 235 = 98.7 cm

(giả sử trục trung hòa đi qua cánh c > hf)

1.7.3 Tính số bó cốt thép chịu mômen âm và mômen dương

Chiều cao vùng chịu nén c cm

Ứng suất trung bình trong cốt thép

1.8 KIỂM TOÁN THEO TTGHCĐ

1.8.1 Công thức kiểm toán

• Công thức kiểm toán:

Mr = φ Mn≥ Mu

Trong đó:

+ φ : Hệ số sức kháng uốn, φ = 0,9 cho bê tông cốt thép thường, φ = 1,0 cho cốt thép DƯL

+ Mn: Sức kháng uốn danh định của mặt cắt

+ Mu: Mômen do tải trọng gây ra

+ fps: Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định của dầm

+ dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL

+ b :Bề rộng của mặt chịu nén của bản cấu kiện (mm)

+ bw: Chiều dày bản bụng (mm)

+ hf : Chiều dày bản cánh chịu nén của dầm I hf = ts (mm).

+ a = c β1 :Chiều dày khối ứng suất tương đương (mm)

+ β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định

+ As ,As: Diện tích cốt thép thường chịu nén và chịu kéo

• Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định có thể đượcxác định theo công thức sau:

d p

< hf

1.8.2 Tính duyệt mặt cắt

hiệu đỉnh trụ T3Mặt cắt giữa nhịpMặt cắt Đơnvị

Bố trí cốt thép thường chịu kéo: