Thiết Kế Môn Học Mố Trụ Cầu - Lường Viết Dũng

- Lực li tâm được lấy bằng tích số của các trọng lực trục của các xe tải hay xe hai trục vớihệ số C lấy như sau: 2 43  V C - Cầu được thiết kế với 2 làn xe,lực hãm tính cho một làn xe

PHẦN I

THUYẾT MINH

I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

I.1 Kích thước kết cấu phần trên.

- Chiều dài nhịp tính toán: Ltt =L-2x0.3=26-0.6=25.4 m

+ Dầm ngang:

Vì L=26m chọn 3 dầm ngang , bố trí ở 2 gối và ở giữa nhịp

Tổng số dầm ngang là (5-1).3= 12 dầm

Chọn chiều dày dầm ngang 15 cm

- Bản mặt cầu, lan can, gờ chắn, lớp phủ, tấm kê:

líp bt asphalt líp phßng n íc t=74 mm

3500 200

I.2 Kích thước kết cấu phần dưới

I.2.1 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu chế tạo mố

- Bê tông:

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

+ Mô đun đàn hồi Ec=0.0431.5  '

c

- Cốt thép:

- Đất đắp:

+ Trọng lượng riêng của đất đắp s=18 kN/m3

+ Góc ma sát trong của đất đắp =300

I.2.2 Kích thước cơ bản của mố.

- Kích thước mũ mố theo phương dọc cầu:

bp =  + b2 + 0

2

b

+ 20 + b1 (cm)Với :

+  : Khe hở giữa đầu dầm và mố  = 6.5 cm

+ b2 : Khoảng cách tim gối đến đầu dầm b2 = 30 cm

+ b0 : Kích thước thớt gối theo phương dọc cầu

b0 = 410 mm = 41 cm

B

 b2 20 cm

b1

+ 20cm : Khoảng cách từ mép gối đến mép đá kê gối

b1lấy tùy thuộc vào chiều dài nhịp:

+ a1 : Khoảng cách từ mép đá kê gối đến mép tường mố, a1 = 77 (cm).

+ n : Số lượng dầm chủ ( n = số lượng gối cầu), n = 5

+ a2 : Khoảng cách giữa các dầm chủ, a2 = 240 cm

+ a0 : Kích thước thớt dưới của gối theo phương ngang cầu, a0 = 460 mm = 46 cm

Vậy ap = 277 + 46 + 4240 + 220 = 1200 (cm)

I.2.3.Kích thước tường đỉnh

- Chiều cao tường đỉnh: h1 =hd+hb+hg+hđk

Trong đó :

hd= 140 cm : Chiều cao dầm chủ

hb= 20 cm : Chiều cao bản mặt cầu

hg= 5 cm : Chiều cao gối

hdk = 20 cm : Chiều cao đá kê gối

- Chọn bề rộng tường đỉnh: b1=0.5m

I.2.4.Kích thước tường thân

- Chiều cao tường thân: h2=hmố - h1=400-185=215 (cm)

I.2.5.Kích thước tường cánh

- Độ ngập sâu của tường cánh vào trong đất: Chọn bằng 0.65m

- Chiều dài tường cánh:

Nhận xét: Do chiều cao mố H=5m nên độ dốc của taluy là 1: 1

Chiều dài của tường cánh:

lcánh=H.n+0.65=4.1+0.65=4.65 m

I.2.6.Kích thước bản quá độ

- Chiều dài bản quá độ: lbản=4m

- Chiều dày bản quá độ: hbản=0.25m

- Hai bên bệ được mở rộng 0.4 cm

I.2.8 Chọn phần vát của chỗ tiếp giáp giữa tường cánh và tường thân là 50cm :50 cm như hình vẽ.

Ta có các kích thước của mố như sau(tính theo đơn vị mm):

+0.5( MNTN) 410

II TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG

II.1.Tính toán tải trọng tác dụng lâu dài.

II.1.1.Tĩnh tải kết cấu phần trên.

- Trọng lượng bản thân dầm chữ I.

Do mặt cắt dầm I thay đổi nên ta phải tính toán cho từng đoạn

+ Adầm I(giữa nhịp) = 0.640.25 + 0.20.2 + 0.20.22 + 0.2(0.95-0.2-0.11) +

0.220.11 + 0.20.11+0.840.12 + 0.640.08 = 0.5722 m2

Vdầm I(giữa nhịp)=0.572219.4 =11.100( m3)+ Adầm I(gối) =0.641.4+20.120.1 =0.92 (m2)

Vdầm I(gối) =0.9221.8=3.312 (m3)

+Vmặt cắt chuyển tiếp= (0.57222 +0.292 )x1.4x2=2.089 (m3)

 qdầm chủ =(11.1+3.312+2.089)x25x216x5 =79.335(kN/m)

- Trọng lượng bản thân dầm ngang

+ Chọn bề dày dầm ngang theo phương dọc cầu là 150mm

Dầm ngang giữa cầu:

Adầm ngang (giữa cầu)=0.20.22 + 0.21.76 + (1.76 + 0.222) 0 64 + 0.110.22

+ 20.10.11 + (0.12+0.11)1.560 = 2.209 m2

Dầm ngang đầu cầu:

Adầm ngang (đầu cầu)= 1.76 1.32 – 0.1 0.12 2 = 2.2992 m2

Vdầm ngang=(2.2094 + 2.29928)  0.15 =4.0844 (m3)

 DCdầm ngang=

6 2

0844 4

- Trọng lượng bản thân lan can,gờ chắn:

+ Sử dụng loại lan can có khối lượng trên 1 m dài là 6 kN

 qlan can= 62 =12 kN/m ( Do có 2 lan can )

- Trọng lượng bản thân lớp phủ mặt cầu:

+ Ta lấy bề dày lớp phủ mặt cầu là 74mm=0.074m

+ Trọng lượng riêng của lớp phủ mặt cầu lớp phủ=22.5(kN/m3)

 qlớp phủ =0.07422.5 (12.5-0.52-0.252) = 18.315(kN/m)

Bảng trọng lượng riêng của kết cấu phần trên:

V =Vbệ móng =111.616 m3

 P bệ móng =111.61625-111.61610= 1674.24 kN

- Tường thân:

+ Thể tích : Vtường thân = 12 2.15 1.5=38.7 m3

+ Một phần tường thân ngập trong nước Thể tích tường thân ngập trong nước là:

Vtường thân ngập nước =12 1.5 1.15 = 20.7 m3

Thể tích: Vtường cánh 2 = 2

2

1

5

II.1.3 Áp lực thẳng đứng do đất trên bản quá độ

- Coi gần đúng bản đặt tại giữa vị trí của tường thân

- Khối lượng đất đắp trên bản:

P đất trên bản =11x4x

2

85 1x18=732.6 kN

II.1.4.Áp lực ngang của đất EH

- Áp lực ngang của đất đắp lên tường chắn tính theo công thức:

+ H: Chiều cao tường chắn

: Góc ma sát trong có hiệu của đất đắp, =30o

110 kN 110 kN

145 kN 145 kN 35 kN

Ð ah R 9.3 kN/m

+ Phản lực gối do xe 2 trục:

Rtandem=1101+1100.953=214.83 kN

+ Phản lực gối do xe 3 trục :

Rtruck=1451+1450.831+350.662=288.665 kN

 Phản lực gối do xe tải thiết kế là:

Rxe=max(Rtandem, Rtruck)=288.665 kN

- Khi xét theo phương ngang cầu,đặt tải lệch tâm và chỉ xếp trên 1 làn

Mômen do hoạt tải xe tác dụng trên phương ngang cầu là:

Mx =957.883 2 957.883

0.5 3.5m 3.5m 0.2 2m 0.5

0.6 1.8m 0.6 0.5

0.2 2m

II.2.2.Tải trọng người PL

- Đối với tất cả đường bộ hành rộng hơn 600 mm phải lấy tải trọng người đi bộ bằng

tải trọng bộ hành

- Trị số của tải trọng bộ hành:

PL=m.q.bng.nng (KN)Trong đó:

Mô men theo phương ngang cầu do tải trọng người đi là:

II.2.3 Phản lực do hoạt tải đứng trên bản quá độ tác dụng lên mấu kê.

- Xếp tải trên đường ảnh hưởng phản lực gối tại bản quá độ như hình vẽ

- Lực li tâm được lấy bằng tích số của các trọng lực trục của các xe tải hay xe hai trục với

hệ số C lấy như sau:

2

43

 V C

- Cầu được thiết kế với 2 làn xe,lực hãm tính cho một làn xe chạy cùng chiều

- Lực hãm lấy bằng 25% trọng lượng xe thiết kế,xe thiết kế là xe tải

- Gối cố định chịu 100% lực hãm

- Hệ số làn xe m=1(số làn xe n=2)

Lực nằm ngang theo phương dọc cầu ,cách mặt cầu 1.8 m

Để thiên về an toàn ta cho lực hãm xe hướng ra phía sông

+ fmax là hệ số ma sát giữa bêtông và gối cầu fmax=0.3

+ N là phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải(không kể xung kích gây ra):

N=2230.83+232.66+813.55+152.55 =3429.59 (kN)

FR = 0.3 x 3429.59 = 1072.176 (kN) Lực ma sát có chiều hướng ra sông

II.2.7.Áp lực đất do hoạt tải sau mố LS

- Khi hoạt tải sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tường chắn,tác dụng của hoạttải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao heq lấy theo bảng sau:

+-trọng lượng riêng đất đắpĐiểm đặt lực tại 0.5H

LS=

3

1x0.76x18x6x11=300.96 kN

II.2.8.1.Tải trọng gió ngang cầu

- Chỉ tính tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu phần trên,không tính tải trọng gióngang tác dụng lên mố

tâm của các phần thích hợp,được tính như sau:

PD=0.0006.V2.At.Cd 1.8At (kN)Trong đó:

Chiều cao bản mặt cầu: 0.2 m

Chiều cao lan can: 1.1 m

Chiều dài nhịp: 26 m

Để đơn giản cho tính toán và thiên về an toàn coi toàn bộ diện tích chắn gió là đặc:

At=(1.4+0.2+1.1)x26=70.2(m2)+ Cd-Hệ số cản phụ thuộc vào tỉ số b

II.2.8.3.Tải trọng gió thẳng đứng

- Chỉ tính tải trọng này cho các trạng thái giới hạn không liên quan đến gió trên hoạt tải

và chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu

- Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theocông thức:

II.2.9.Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ WL

- Trong bài thiết kế này chỉ xét TTGHCĐI nên không xét tới tải trọng gió tác dụng lên xecộ

III.TỔ HỢP TẢI TRỌNG.

Quay vào trong bờ (mô men giữ) là (-)

III.1.Mặt cắt đáy móng(A-A)

Bảng hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng đối với trọng tâm đáy móng

Phần 3 146.025 -1.446 0

Bảng hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng đối với trọng tâm mặt cắt B-B

IV.1.Tính sức kháng đỡ của đá (khả năng chịu tải của đất nền).

- Kiểm toán cho mặt cắt đáy móng

- Công thức kiểm toán:

+ :Sức kháng đỡ của đất dưới đáy móng(MPa)

Do dưới đáy móng là đá có cường độ là 30 Mpa nên ta có : qult=30 Mpa

+ :Hệ số sức kháng dùng cho địa kĩ thuật

+ A’ = B’xL’ :Diện tích có hiệu của móng

=1.089 m

B’ = B – 2eB = 4.35-1.089 = 3.26 mL: chiều dài móng L=12.8 m

Độ lệch tâm theo phương L: eL=

- Tính sức kháng trượt : Q R =  Q n

+ : Hệ số sức kháng đối với cường độ chịu cắt giữa đất và móng theo bảng 10.5.5.1,

= 0.9+Q n = V tg

V : Tổng lực thẳng đứng (tổ hợpIa) : V  13284KN

Coi  =  : tg = tg = tg 0

30 = 0.577  Q n = 11214  0.577=6470.48 kN

+ Bêtông có cường độ f 'c 28Mpa

+ Thép có cường độ 420 MPa , cốt thép bố trí phía trên và dưới móng

- Cốt thép phía dưới theo phương dọc cầu chọn số hiệu #29 cách nhau a =160 mm

- Móng được tính như 1 conson, ngàm tại mặt cắt thân mố ( mặt cắt D- D ) chịu tải trọng

D-D

81#29

80x160=12640 12800

IV.4.1 Kiểm toán sức kháng uốn

- Diện tích cốt thép :A s 645 10 6 80 0.0516m2

- Chiều cao mặt cắt h = 2m

- Chiều cao có hiệu của mặt cắt : d e = 2 – 0.04 = 1.96 m

- Chiều cao khu vực chịu nén :

0.0516 420

0.07110.85 ' 0.85 28 12.8

s y c

MV =

2

11

273 082

Vậy : M V = 934.34 < M R =37536 kNm  Đạt.

IV.4.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

y

f f

420 = 0.002 => Đạt

IV.4.3.Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa

IV.4.4 Kiểm tra nứt

- Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại TTGH sử dụng fsa < 0.6fy

- Công thức kiểm tra :

đường thẳng song song với trục trung hoà chia cho số lượng thanh cốt thép (mm2)

A = 2 40 12.8 103 2

12800( )80

17000

212.5(40 12800)

Vậy : fsa = 212.5 MPa < 0.6fy = 252 MPa => Đạt

IV.4.5 Kiểm tra lực cắt :(Tại mặt cắtD-D)

- Công thức kiểm tra :

 : Hệ số biểu thị khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo; = 2

bv : Chiều rộng bản bụng có hiệu, lấy bằng chiều rộng nhỏ nhất trong phạm vichiều cao dv (mm); bv = 12800 (mm)

dv : Chiều cao chịu cắt có hiệu, lấy bằng khoảng cách giữa hợp lực kéo và lựcnén do uốn (mm); dv = 2 – 2dc = 2 - 20.04 = 1.92 m = 1920 (mm)

C C

N01

N02b

FR PL

- Tải trọng bao gồm:

+Trọng lượng mấu đỡ

+Trọng lượng đá kê gối

+Phản lực gối trên bản quá độ Rb(Rtb và Rhb)

+Phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên KCN

+Lực hãm xe BR

+Lực ma sát FR

+Áp lực ngang của đất do tĩnh tải EH

+Áp lực ngang của đất do hoạt tải LS

Áp lực ngang do hoạt tải sau mố(LS) 300.96 2.000 0

- Bố trí cốt thép trong tường thân( như hình vẽ).

- Tường thân bằng BTCT, bê tông cường độ f 'c 28Mpa

- Thép có cường độ f y 420Mpa ,số hiệu #25

12000 59x200=11800

V.1.3 Tính duyệt theo TTGH cường độ

Về nguyên tắc, ta phải tính duyệt đối với từng tổ hợp tải trọng, tuy nhiên để đơn giản

ta đi tính duyệt với một tổ hợp nội lực bất lợi nhất (là tổ hợp bao gôm các giá trị nội lựclớn nhất) Nên tính duyệt với tổ hợp tải trọng này đạt thì chắc chắn các tổ hợp tải trọngcường độ khác sẽ đạt

Vậy N = 7313.8 kN

Hx = 2675.2 kN; My =5333 6 kN.m

Hy = 0 kN; Mx =2303 kN.m

V.1.3.1.Tính hiệu ứng độ mảnh

-Xác định hệ số dộ mảnh : k L V

r



-Trong đó :

+ k : Hệ số chiều dài hữu hiệu ; k = 1

+L V : Chiều dài thanh chịu nén ;L V = 5 m

1 5

11.55 220.433

V.1.3.2 Cấu kiện chịu uốn theo hai phương :

Trong đó :

+ M rx : Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương trục X

+ M ry : Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương trục Y

+ M ux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo trục X

+ M ry : Mômen uốn tính toán tác dụng theo trục Y

- Sức kháng uốn tính toán được tính theo công thức :

+ ds : Chiều cao có hiệu của mặt cắt

+ As : Diện tích cốt thép chịu kéo

+ 0.85 '

s y c

A f a

f b



+ b : Bề rộng mặt cắt

+A : Diện tích phần bê tông cùng trọng tâm với cốt thép chịu kéo được bao bởi

đường thẳng song song với trục trung hoà chia cho số lượng thanh cốt thép chịu kéo (mm2)

- Chia tường cánh thành 4 phần A, B ,C ,D như hình vẽ:

2 1

C

A

BD

l

dc' c

d'f

b'b

ae

+ Phần B và C được thiết kế như các dầm mút thừa ngàm vào bc và cd.Trên hình vẽ phần

B được tính theo 2 dầm mút thừa có chiều dài bd’ và b’O,ngàm tại b và b’.Tính mômentại mặt cắt ngàm Mb và Mb’ chịu tải trọng rải đều.Phần C được tính theo 2 dầm mút thừadd’ và c’O,ngàm tại d và c’.Tính mômen tại mặt cắt ngàm Md và Mc’,chịu tải trọng hìnhthang

- Với kích thước của mố đã chọn ta có:

1 28 85 ,

- Bố trí cốt thép:

-Kiểm toán sức kháng uốn:

+Tính lại chiều cao vùng nén của bê tông:

a=

xb x

x

f

f A

c

y s

x x

x x

-Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

199 11

 Đạt -Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:

+ Điều kiện kiểm tra :

+ Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại TTGH sử dụng fsa < 0.6fy

+ Công thức kiểm tra :

đường thẳng song song với trục trung hoà chia cho số lượng thanh cốt thép (mm2)

A =

11

1000 2

2 50

- Mômen lớn nhất tại ngàm: M a = p l2

2 2

,

=0,85x28420x2.33x2350 =310.28 mm2Chon 12#16

-Kiểm toán sức kháng uốn:

+Tính lại chiều cao vùng nén của bê tông:

a=

xb x

x

f

f A

c

y s

'

85

420 199 12

x x

x x

199 12

x

03

 Đạt -Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:

+ Điều kiện kiểm tra :

+ Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại TTGH sử dụng fsa < 0.6fy

+ Công thức kiểm tra :

đường thẳng song song với trục trung hoà chia cho số lượng thanh cốt thép (mm2)

A =

12

1000 35

2 50

( 1 / 3

17000

+ 0.6fy = 0.6 420 = 252 MPa

Chon 8#16

- Bố trí cốt thép:

-Kiểm toán sức kháng uốn:

+Tính lại chiều cao vùng nén của bê tông:

a=

xb x

x

f

f A

c

y s

'

85

420 199 8

x x

x x

199 12

x

420

28 03

 Đạt -Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:

+ Điều kiện kiểm tra :

+ Ta có: VT=0.8517.x03450 =0.044<0.42

 Đạt

- Kiểm tra nứt :

+ Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại TTGH sử dụng fsa < 0.6fy

+ Công thức kiểm tra :

đường thẳng song song với trục trung hoà chia cho số lượng thanh cốt thép (mm2)

A =

8

1000 65

1 50

50 ( 1 / 3

- Mômen lớn nhất tại ngàm: M d =61 (2 x 59.805+116.238)1 6 52

=107.016

=32.359 kN.m

- Ta có ds = 0.9h=0.9500=450 mm

- Mômen kháng danh định của mặt cắt:

s

a0.85 f ' a b (d )

,

=0,85x28x4206.729x1650=629.16 mm2Chon 8#16

-Kiểm toán sức kháng uốn:

+Tính lại chiều cao vùng nén của bê tông:

a=

xb x

x

f

f A

c

y s

'

85

420 199 8

x x

x x

199 12

x

03

 Đạt -Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:

+ Điều kiện kiểm tra :

+ Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại TTGH sử dụng fsa < 0.6fy

+ Công thức kiểm tra :

đường thẳng song song với trục trung hoà chia cho số lượng thanh cốt thép (mm2)

A = 2x50x1.865x1000=20625 mm2

) 625 20

50 ( 1 / 3

PHẦN II

BẢN VẼ