Đồ án tính toán trụ cầu.DOC

Xe hai trục thiết kế: Xe hai trục: gồm có hai trục, mỗi trục nặng 110KN, khoảng cách giữa hai trục không đổi là 1200mm, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm Để tính p

TÍNH TOÁN TRỤ

Do thời gian làm đồ án có hạn nên ta chỉ tính trụ chính T3

I GIỚI THIỆU CHUNG:

Trụ mang kết cấu nhịp là loại trụ thân đặc BTCT không dự ứng lực Toàn cầu có

2 trụ chính

Tên trụ tính toán: T3

Quy trình tính toán: Theo tiêu chuẩn 22 TCN - 272 - 05

II KẾT CẤU PHẦN TRÊN:

Từ số liệu và kết quả tính toán ở các chương trước ta có bảng tổng hợp số liệu của kết cấu phần trên như sau:

Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị

- Chiều dài tính toán nhịp chính Lc 70.000 m

- Chiều dài tính toán nhịp biên Lb 45.500 m

- Chiều cao trung bình dầm hộp Htb 2.485 m

- Trọng lượng riêng bêtông 24.525 KN/m 3

- Trọng lượng riêng nước 10.000 KN/m 3

III HÌNH DÁNG, KÍCH THƯỚC TRỤ:

r

Hình 79: Hình dáng và kí hiệu kích thước trụ

Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Cao độï mực nước cao nhất MNCN 1.000 m

Cao độï mực nước thấp nhất MNTN -4.250 m

Cao độ mực nước thông thuyền MNTT -2.030 m

Cao độ mực nước thi công MNTC -2.030 m

Cao độ mặt đất tự nhiên MĐTN 0.450 m

Chiều rộng trụ theo phương ngang cầu b1 8.000 m

Chiều rộng ngang cầu đỉnh trụ b2 5.000 m

Chiều rộng trụ theo phương dọc cầu b4 3.000 m

Chiều rộng bệï cọc theo phương dọc bd 8.000 m

Chiều rộng bệï cọc theo phương ngang bn 14.200 m

1500 1500

Hình 80: Hình dáng và kích thước trụ sau khi chọn sơ bộ

IV TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ:

IV.1 Tĩnh tải:

TLBT kết cấu phần trên:

Công thức chung để xác định tĩnh tải là

P V= γ

Trong đó:

Pi : trọng lượng cuả cấu kiện

Vi : thể tích các cấu kiện

+Trọng lượng cuả các lơp phủ mặt cầu

Chú ý sau: tải trọng bản thân của dầm ta chỉ tính cho một nữa chiều dài dầm

Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng phần trên:

Hạng mục Giá trị Đơn vị Trọng lượng thuộc DC.

-Tải trọng lan can, lề bộ hành,… 729.455 KN

Trọng lượng thuộc DW.

-Trọng lượng lớp mui luyện, asfan,… 1594.478 KN

TLBT trụ:

Tương tự ta cũng tính được tải trọng do TLBT trụ:

STT Hạng mục Thể tích (m 3 ) Tr/lượng (KN)

Hình 81: Các mặt cắt kiểm toán

IV.2 Hoạt tải:

Hoạt tải HL93:

Xe tải thiết kế:

Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35 KN , hai trục sau mỗi trục nặng 145KN, khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300mm, khoảng cách hai trục sau thay đổi từ

4300 – 9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm

Hình 82: Xe tải thiết kế

Xe hai trục thiết kế:

Xe hai trục: gồm có hai trục, mỗi trục nặng 110KN, khoảng cách giữa hai trục không đổi là 1200mm, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm

Để tính phản lực cho trụ dùng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15m, bỏ qua những trục không gây hiệu ứng cực đại Lấy 90% hiệu ứng của hai xe nêu trên kết hợp với 90% tải trọng làn

Hình 83: Tải trọng xe 2 trục thiết kế

Tải trọng làn:

Tải trọng làn: bao gồm tải trọng rải đều 9,3N/mm xếp theo phương dọc cầu, theo phương ngang cầu tải trọng này phân bố theo chiều rộng 3000mm, tải trọng làn có thể xe dịch theo phương ngang để gây ra nội lực lớn nhất

1200mm

110 kN

110 kN

9,3KN/m

Hình : Tải trọng làn.

Hoạt tải người (PL):

Ta xếp hoạt tải người lên đường ảnh hưởng phản lực gối để gây ra nội lực lớn

cầu

do PL Lan Value 9 N/m 9.3 N/m

xe lên đường ảnh hưởng phản lực gối

Xếp xe theo phương ngang để gây ra momen Mx max.

0.1 1.80 1.20 1.80 0.60 1.60

2.5

Hình 85: Xếp xe theo phương ngang cầu để Mx max

Qua so sánh ta thấy xe tải thiết kế gây ra nội lực bất lợi hơn Vậy tải trọng HL93 gồm tải trọng làn kết hợp với tải trọng xe thiết kế

Bảng tổng hợp phản lực tác dụng lên trụ do hoạt tải

Hạng mục Giá trị Đơn vịNgười đi bộ 637.692 KNHL93 (3 làn) 3146.16 KNHL93 (2 làn) 2457.15 KNMomen Mx do việc đặt xe lệch tâm (ứng với 2 làn xe)

Lực hãm được lấy bằng 25% trọng lượng của các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải theo quy trình và coi như đi cùng một chiều Các lực này được coi như tác dụng theo chiều nằm ngang

cách phía trên mặt đường 1800mm theo cả hai chiều dọc để gây ra hiệu ứng lực lớn nhất Tất cả các làn thiết kế phải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đi cùng một chiều trong tương lai.

Phải áp dụng hệ số làn quy định trong điều 3.6.1.1.2

Cầu xếp 4 làn xe nên lực hãm xe được tính như sau:

25% .tr 0.25 35 145 145 0.85 3 207.2

IV.4 Lực li tâm (CE):

Cầu thiết kế thẳng nên CE =0KN

IV.5 Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu công trình (SW):

V tốc độ gió thiết kế được tính theo công thức: V V S= B

VB - Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió có đặt cầu đang nghiên cứu, như quy định trong bảng 3.8.1.1- 1

Đối với tính trụ cần xét với 2 trường hợp của tốc độ gió

+ Tương ứng với vùng tính gió cấp cao nhất I tra bảng VB = 38m/s Được xét trong tổ hợp cường độ II

+ Tương ứng với vận tốc gió V = 25m/s Được xét trong tổ hợp cường độ I

S - Hệ số điều chỉnh với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định, tra bảng 3.8.1.1-2

Cd : Hệ số cản được quy định trong A3.8.1.2.1.1, phụ thuộc vào tỉ số b/d

Trong đó:

b = Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can (mm)

d = Chiều cao kết cấu phần trên bao gồm cả lan can đặc, nếu có (mm) Quy định lấy hệ số tối thiểu là 0.9 Trong bài, ta lấy hệ số cản gió Cd=1,2

Kích thước các bộ phận chắn gió:

1 Chiều cao toàn bộ kết cấu phần trên hc 3.750 m

2 Chiều cao gối cầu và đá kê gối hb 0.300 m

3 K/cách đáy dầm đến trọng tâm KCPT d 1.875 m

4 Chiều cao thân trụ ht 9.000 m

Tốc độ gió thiết kế:

Tải trọng gió ngang PD:

Tải trọng gió ngang tác dụng lên phần trên công trình:

Trong đó:

Z1 : Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z2 : Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Tải trọng gió tác dụng lên thân trụ:

P D 35.100 35.100 kN

Tải trọng gió dọc cầu (FSWL):

Theo quy định ta lấy tải trọng gió được tính theo công thức:

FWSL = 0.25PD

Trong đó: PD tải trọng gió ngang

Tải trọng gió dọc tác dụng lên phần trên công trình:

IV.6 Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL):

Theo điều 3.8.1.3, khi xét tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào cả kết cấu và xe cộ

Phải biểu thị tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải phân bố 1.5 KN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở 1.8m trên mặt đường Lấy trường hợp xếp 2 xe tải ở cả 2 làn

Phải biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0.75 kN/m tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800mm so với mặt đường Lấy trường hợp xếp xe hết toàn bộ mặt cầu

Bảng kết quả tải trọng gió tác dụng lên xe cộ:

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Lực đẩy nổi của nước là một lực đẩy hướng lên trên, được lấy bằng tổng của các thành phần thẳng đứng của áp lực tĩnh tác dụng lên tất cả các bộ phận nằm dưới mực nước thiết kế.

Aùp lực tĩnh được xác định theo công thức :

0 w

B V= γ

Trong đó: V0 : Thể tích phần ngập nước

γw: Trọng lượng riêng của nước

Bảng kết quả lực đẩy nổi B:

Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tính tải tại mặt cắt đỉnh bệ

-Chiều cao cột nước từ MNTN đến mặt cắt đỉnh bệ hn1 0.285 m

Tính tải tại mặt cắt đáy bệ

-Chiều cao cột nước từ MNTN đến mặt cắt đáy bệ hn2 2.750 m

Aùp lực nước tĩnh (WA):

Aùp lực nước tĩnh tính theo công thức:

2

.2

Trong đó:

w

γ : trọng lượng riêng của nước

h : chiều sâu mực nước tính đến mặt cắt đang xét ứng với MNCN

Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tĩnh tải tại mặt cắt đỉnh bệ

-Chiều cao cột nước từ MNCN đến mặt cắt đỉnh bệ hn1 5.535 m

-Aùp lực tĩnh WA 153.181 KN/m -Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét 1.845 m

Tĩnh tải tại mặt cắt đáy bệ

-Chiều cao cột nước từ MNCN đến mặt cắt đỉnh bệ hn2 8.000 m

-Vị trí đặt lực tính từù mặt cắt đang xét 2.667 m

Tĩnh tải tại mặt cắt đỉnh trụ WA 0.000 KN/m

Aùp lực dòng chảy p:

Áp lực dòng chảy lớn nhất ứng với ở mực nước cao nhất , ta tính với ở mực nước cao nhất

Áp lực dòng chảy theo phương ngang cầu:

p = 5.14×10-4 CDV²

Trong đó: p : áp lực dòng chảy

CD: Hệ số cản của trụ theo phương dọc Với trụ đầu tròn CD = 0.7 m/s

V : Vận tốc nước thiết kế , V =2.5m/s

5.14 10 0.7 2.5 2.249 10 2.249 /

Bảng kết quả áp lực dòng chảy vuông góc:

Tính tại mặt cắt đỉnh bệ.

-Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét 2.768 m

Tính tại mặt cắt đáy bệ.

-Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét 4.000 m

Tính tại tại mặt cắt đỉnh trụ 0.000 KN

Aùp lực nước theo phương dọc cầu:

Do cầu vuông góc với sông nên bỏ qua áp lực nước theo phương dọc

IV.8 Lực va tàu (CV):

Cầu được thiết kế với cấp đường sông cấp III ,nên theo điều 3.14.2 ta có :

Tải trọng thiết kế :

Tàu tự hành : 300 DWT

Sà lan kéo : 400 DWT

Tải trọng va tàu đối với tàu tự hành:

Vận tốc va tàu thiết kế : V = 2.5+Vs = 5m/s

Lực va tàu vào trụ : Ps=1.2 10× 5V DWT (N)

Suy ra Ps=1.2 10 5× 5× × 300 1.039 10= × 7N =10392.2KN

Điểm đặt của lực : Cách mặt cắt đỉnh móng : 2.505m

Cách mặt cắt đáy móng : 4.970mTải trọng va đối với xà lan :

Năng lượng va tàu :

KE = 500CHM.V2Với : CH : hệ số khối lượng thuỷ động học

M : lượng nước rẽ cuả tàu, giả sử lượng nước rẽ tàu M =400Mg

V =1.6+2.5 =4.1m/s

=> KE = 5250000 (joule)

Chiều dài hư hỏng của mũi xà lan :

7 7

Tổng hợp nội lực tác dụng lên các mặt cắt:

Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt đỉnh móng (1-1):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

TLBT cấu kiện (DC) γ DC 20019.187

Lớp phủ mặt cầu (DW) γ DW 1594.478

Hoạt tải HL93 (LL) (4 làn) γ LL 2896.822

Hoạt tải HL93 (LL) (2 làn) γ LL 1842.865 4607.163 Tải trọng người (PL) γ PL 637.692

Lực hãm xe (BR) γ BR 207.188 13.285 2752.431

Tải trọng gió ngang (SW) γ SW

- Lên phần trên công trình 389.785 10.875 4238.858

Tải trọng gió dọc (SW) γ SW 0.000 0.000

- Lên phần trên công trình 97.446 10.875 1059.715

- Lên thân trụ 8.768 5.753 50.439

Tải trọng gió lên xe cộ

- Gió dọc 43.313 13.285 575.395

Lực đẩy nổi (B) γ WA 7.145

Aùp lực nước tĩnh (WA) γ WA 1225.449 1.845 2260.953

Lực va tàu (CV) γ CV

- Va tàu dọc 5196.152 2.505 13016.362

Bảng hệ số tải trọng ở các TTGH :

Bảng tổ hợp nội lực tại mặt cắt đỉnh móng (1-1):

Cường độ I -3 làn 33608.244 1588.03 7077.71 37.34 103.34

-2 làn 31763.82 1588.03 7077.71 37.34 5862.29 Cường độ II -Gió dọc 27422.845 1374.15 3815.17 37.34 103.34

-Gió ngang 27422.845 1225.45 2260.95 632.14 6320.20 Cường độ III -3 làn, gió dọc 32194.439 1564.96 6650.95 37.34 103.34

-2 làn, gió ngang 30771.597 1505.15 5976.73 241.93 8559.57 Sử dụng -3 làn, gió dọc 25155.323 1477.49 5519.05 37.34 103.34

-2 làn, gió ngang 24101.366 1432.64 5013.38 190.79 6387.92 Đặc biệt -3 làn, va tàu dọc 29190.102 6525.20 16653.53 37.34 103.34

-2 làn, va tàu ngang 28663.123 1329.04 3637.17 10429.65 28439.6452

Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt đáy móng (2-2):

Tải trọng Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

TLBT cấu kiện (DC) γ DC 30466.837

Lớp phủ mặt cầu (DW) γ DW 1594.478

Hoạt tải HL93 (LL) (3 làn) γ LL 2896.822

Hoạt tải HL93 (LL) (2 làn) γ LL 1448.411 4607.163 Tải trọng người (PL) γ PL 637.692

Lực hãm xe (BR) γ BR 207.18815.785 3270.400

Tải trọng gió ngang (SW) γ SW

-Lên phần trên công trình 389.78513.375 5213.320

Tải trọng gió dọc (SW) γ SW 0.000 0.000

-Lên phần trên công trình 97.44613.375 1303.330

Tải trọng gió lên xe cộ

Lực đẩy nổi (B) γ WA 68.939

Aùp lực nước tĩnh (WA) γ WA 2560.000 2.667 6826.667

Lực va tàu (CV) γ CV

- Va tàu dọc 5196.152 4.97025824.878

Bảng hệ số tải trọng ở các TTGH :

-Gió ngang 40544.20 2560 6826.667 648.7709 7919.74403 Cường độ III -3 làn, gió dọc 45315.80 2899.51 12065.45 53.97 215.88

-2 làn, gió ngang 43360.44 2839.70313 11241.71 258.5631 9183.59561 Sử dụng -3 làn, gió dọc 35664.77 2812.05 10714.88 53.97 215.88

-2 làn, gió ngang 34216.356 2767.1875 10097.07 207.4148 6884.07717 Đặc biệt -3 làn, va tàu dọc 42311.46 7859.75 34286.74 53.97 215.88

-2 làn, va tàu ngang 41587.253 2663.59 8461.87 10446.27 54169.2168

V KIỂM TOÁN TIẾT DIỆN:

V.1 Kiểm toán tiết diện đỉnh móng (I-I):

Tiết diện trụ chọn được vát cạnh theo một bán kính bằng một nửa chiều rộng thân trụ, khi tính toán quy đổi tiết diện về hình chữ nhật để gần với mô hình tính toán theo lý thuyết

Cách quy đổi ra một hình chữ nhật có chiều rộng bằng chiều rộng của trụ, chiều dài lấy giá trị sao cho có momen quán tính tương đương

5.00 8.00

7.355

Hình 86: Mặt cắt ngang trụ trước và sau quy đổi

Các thông số của mặt cắt (I-I) sau khi quy đổi:

(m) (m) (m 4 ) (m 4 ) (m²) 7.355 3.000 16.549 99.469 22.06

Thông số vật liệu và kích thước tiết diện tính toán:

Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Chiều dày bêtông bảo vệ a 0.050 m

Môđun đàn hồi thép Es 200000 MPa

Hệ số quy đổûi ứng suất β1 0.836

Môđun đàn hồi của bêtông Ec 28605 MPa

Tỉ số môđun đàn hồi n 6.992

V.1.1 Kiểm toán khả năng chịu uốn của tiết diện:

Ta kiểm toán theo tính chất mặt chịu uốn hai phương

Kiểm tra điều kiện N < 0.1φ.f'c.Ag

Trong đó:

N : lực nén lớn nhất tác dụng lên mặt cắt

φ : hệ số sức kháng, cấu kiện chịu nén: j=0.75Ag: diện tích mặt cắt

Lực nén lớn nhất tác dụng:

Nmax=max(CĐI, CĐII, CĐIII, ĐB)=32765.88KN

Mrx, Mry : sức kháng danh định theo trục x và y.

Tính sức kháng danh định Mrx theo phương x:

Với φ: hệ số sức kháng, đối với cấu kiện chịu uốn j=0.9

ds: chiều cao có hiệu, ds=7305mm

Bố trí thép theo phương dọc: Φ25a100

Số thanh thép đã bố trí : 1500 47

Với j: hệ số sức kháng, đối với cấu kiện chịu uốn j=0.9

ds: chiều cao có hiệu, ds=2950mm

Bố trí thép theo phương dọc: Φ25a150

Số thanh thép đã bố trí : = = 7355 49=

Diện tích thép bố trí: = π 2 =49×π×252 =24052.8 2

Đối với cấu kiện chịu nén dọc trục, khi lực nén dọc tác dụng lệch tâm, biến dạng

do tải trọng sẽ làm tăng độ lệch tâm của lực dọc so với trọng tâm của kết cấu gây hiệu ứng độ mảnh Vì vậy khi tính kết cấu chịu nén dọc cần phải xác định độ mảnh

KLu

r để xem xét hiệu ứng đó

Xác định độ mảnh theo phương dọc:

Bán kính quán tính:

16.549

0.8522.605

103.34 7071.7

0.38 144940.6 18920.9

Cường độ III -3 làn, gió dọc 103.34 6687.47 0.36 OK

-2 làn, gió ngang 8559.57 6009.55 0.51 OK Đặc biệt -3 làn, va tàu dọc 103.34 16744.96 0.89 OK

-2 làn, va tàu ngang 28439.65 3657.14 0.83 OK

V.1.2 Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện:

Bố trí cốt đai như sau: Φ16 bước đai S=200mm

Sử dụng thép đai có fy=300MPa

Sức kháng cắt danh định tiết diện:

mm

mm

bv = 3000mm

Vc: sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tông

Vs: sức kháng cắt của cốt thép ngang

Tính sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tông:

Tính sức kháng cắt của cốt thép ngang:

v y v s

Với ϕ =0.9 hệ số sức kháng

Kiểm tra điều kiện:

= 10429 < 21763.02

V.1.3 Kiểm tra khả năng chịu nứt của tiết diện:

Điều kiện kiểm tra:

0,6

sa s

fs: ứng suất trong cốt thép ở TTGH SD với sơ đồ tính đàn hồi nứt

fsa: ứng suất cho phép trong cốt thép

Kiểm toán khả năng chịu nứt theo phương dọc:

Tính ứng suất trong cốt thép:

7355 345.25

6.992 24069 2950 345.25 1.24267 103

5519.5 10 2950 345.25 6.992 80.81.24 10

23000 253.14 50 15000

0,6 180

sa s

y

f MPa Thoả điều kiện.

Kiểm toán khả năng chịu nứt theo phương ngang:

Tiết diêïn b x h = 7355 x 3000 mm , d = 7305 mm s

Tính ứng suất trong cốt thép:

3000 834.2

6.992 23071 7305 834.2 7.33 103

10334 10 7305 834.2 6.992 39.407.33 10

3 3

23000 336.856 50 6366

0,6 180

sa s

y

f MPa Thoả điều kiện.

VI TÍNH TOÁN GỐI CẦU:

Xác định lực đứng lớn nhất tác dụng vào gối:

Bố trí 2 gối, khoảng cách dự kiến 2 gối cầu là: 7000mm

Tĩnh tải:

Tải trọng do kết cấu phần trên sẽ bằng tổng lực do chia đều cho hai gối

Tải trọng bản thân kết cấu phần trên:

16988.736 8494.3682

DC

Tải trọng lớp phủ mặt cầu:

2029.335 1014.6682

Hình 89: Sơ đồ xếp xe để tính phản lực gối do hoạt tải

Xe tải thiết kế:

KN

Dựa vào Catologue (MAGEBA) gối cầu ta chọn như sau:

Loại gối Kí hiệu Vmax

KN