Thiết kế môn học mố trụ cầu Lê Duy Đông

Để thiên về an toàn và giảm bớt khối lợng tính toán ta chỉ tiến hành tính toáncốt thép cho các mặt cắt làm việc bất lợi và tiến hành bố trí cốt thép tù lợng cốtthép đã tính đợc.. + Mặt c

Tính toán mố

1 Cấu tạo mố:

Do điều kiện địa hình, địa chất khu vực hai đầu cầu giống nhau, cũng nh kếtcấu nhịp đợc thiết kế đối xứng có các tiêu chuẩn kỹ thuật nh nhau nên ta thiết kế

mố cầu hai bên nh nhau Vì vậy ta chỉ tính toán một mố

Do kết cấu nhịp là BTCTDUl , chiều cao đất đắp không lớn quá do đó ta có thể

áp dụng mố dạng nặng kiểu chữ U BTCT đổ tại chỗ, bê tông dùng mác M300, cóthiết kế bản quá độ

Với mố cầu ta cần tính và bố trí cốt thép cho toàn bộ các bộ phận của mố ( baogồm tờng đỉnh, tờng thân và tờng cánh )

Để thiên về an toàn và giảm bớt khối lợng tính toán ta chỉ tiến hành tính toáncốt thép cho các mặt cắt làm việc bất lợi và tiến hành bố trí cốt thép tù lợng cốtthép đã tính đợc Sau khi bố trí cốt thép ta cần tiến hành kiểm duyệt

Cụ thể các mặt cắt đó là I – I, II – II, III – III, và các mặt cắt thuộc t ờngcánh nh hình vẽ

+ Mặt cắt I – I : Có tiết diện chữ nhật

 Sơ đồ tính: Thanh một đầu ngàm, một đầu tự do

 Tải trọng tác dụng bao gồm : tải trọng bản thân, đất đắp trên l ng tờng, áp lực

đất do tĩnh tải và hoạt tải ( H30 hoặc XB80 )

Tại mặt cắt này tính duyệt theo kết cấu bê tông chịu uốn

+ Mặt cắt II–II: là mặt cắt có tiết diên chữ nhật có thể lấy chiều rộng 1 m đểtính toán

 Tải trọng tác dụng bao gồm:

Các tải trọng thẳng đứng: tuờng mố, mũ mố, phản lực tĩnh tải, hoạt tảitrên KCN, bản quá độ

Các tải trọng ngang: Lực hãm xe, áp lực ngang của đất của hoạt tải

Duyệt mặt cắt này theo kết cấu BTCT chịu nén lệch tâm ( vì lực nén khá lớn )

+ Mặt cắt III – III : là mặt cắt đáy bệ:

Tính toán mặt cắt này để phục vụ cho việc tính toán móng bên dới

Chiều dày lớp phủ trên bản quá dộ lấy trung bình là 30 cm với trọng l ợng =2,3 (T/m3).

Phản lực do trọng lợng bản thân bản quá độ:

Rbqđ= 2,5* 0,25* 4* 8/ 2= 10 (T)Phản lực do trọng lợng lớp phủ trên bản quá độ:

Mômen: M=  0,703 * 0,667= 0,469 (T.m)

2 Hoạt tải sau mố, trên bản quá độ:

Liên Xô cũ, thì phần hoạt tải tác dụng trên 1/2 bản trở về mố sẽ đợc truyền xuốngvai kê và không gây ra áp lực đất sau mố

Chiều dài đoạn hoạt tải không gây ra áp lực đất là: a = 2,0 (m)

Chiều dài đặt tải gây ra áp lực đất là: b = 2,0 (m)

Chỉ phần hoạt tải đặt sau 1/2 bản quá độ mới gây ra áp lực đất nếu phần nàynằm trên lăng thể trợt của vùng đất sau mố

Chiều dài của lăng thể trợt giả định:

L0= H tg(450 / 2)= ( 2+6)*tg( 450 350/ 2 )= 4,16 (m) > a = 2,0 (m)

Do đó phần hoạt tải kể từ sau 1/2 bản quá độ về phía đờng sẽ gây ra áp lực đất

đối với mố cầu với chiều dài đặt tải a= 2 m

Trờng hợp xếp xe H30:

-Với cầu khổ 8+ 2 x 1,5 với 2 làn xe: Ta xếp đợc 2 trục của 2 làn xe trên vùng

a= 2 m ( vì khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 trục = 1,6 m )

Với diện tích phân bố của tải trọng bánh xe (s x b’) đợc tính nh sau:

S= 2* 1,9+1,1+ 0,6= 5,5 (m)Chiều rộng của diện tích phân bố tải trọng:

b = b1+ 2H

Trong đó:

b1: Chiều dài tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đờng , b1=20 cm

H: Bề dày lớp phủ mặt đờng, lấy trung bình 10 cm

b= 0,2+ 2 0,1= 0,4 (m)

Ta quy đổi tải trọng bánh xe về lớp đất tơng đơng có bề dày đợc tính theo côngthức sau:

tc o

b S

P h

P: Là toàn bộ tải trọng tác dụng lên diện tích ( S x b )

tc: Dung trọng đất tính toán tiêu chuẩn, gtc = 1,8 (T/m3)

Trong trờng hợp bài toán chỉ xếp đợc một trục xe trong một làn

> P= 2*24= 48 (T)

Thay số ta đợc: h0= 12,12 (m)

Dùng sơ đồ tính số 5  bảng 4-2 trang 111, Giáo trình Mố trụ  Trờng đại họcGTVT; với chiều dài đặt tải là b= 0,4 (m) Khi đó áp lực do hoạt tải sẽ đợc tínhtheo công thức:

h0



L0

tg '

tg (

* 2

2 2

Cốt thép đợc tính với tiết diện là hình chữ nhật có b x h = 1 x 0,5 m

Mô men bất lợi nhất tác dụng lên 1 m chiều rộng:

I I

50

15 15

Để tính tĩnh tải mố ta chia mố thành các khối có dạng hình học đơn giản, để

có thể dễ dàng tính trọng lợng của từng khối và cánh tay đòn đến một mặt cắtnào đó cần tính Chia thành các khối nh hình vẽ:

* Khối lợng riêng của bê tông:  = 2,5 (T/m3)

* Khối lợng riêng đất đắp sau mố:  = 1,8(T/m3)

Phản lực do trọng lợng bản thân bản quá độ:

Rbqđ= 2,5* 0,25* 4* 8/ 2= 10,0 (T)Phản lực do trọng lợng lớp phủ trên bản quá độ:

2 4

rộng toàn cầu là 12m Ta tính đợc tổng tĩnh tải giai đoạn I và II là:

5 Hoạt tải sau mố trên bản quá độ:

Theo tính toán ở trên ta đợc kết quả sau:

Trên đoạn 0,5 lb= 2 m ta có thể đặt bất lợi đựoc 2 trục của 2 làn xe

1 n= 0,9 508.653 778.14512

* Mômen quán tính: Jx= 8* 23/ 12= 5,333 (m4)

* Mômen quán tính: Jy= 2* 83/ 12= 85,833 (m4)

6.2 Kiểm toán:

6.2.1 Kiểm toán ứng suất:

Do mặt cắt IIII chịu uốn nên ta tính duyệt theo công thức sau:

u

W

M F

N

n  

3333 , 5

01 788 16

37 , 1167

m T

2.3.Tính toán mặt cắt III – III

2.3.1 Tải trọng tác dụng lên mố tạị mặt cắt III III:

 Họat tải thẳng đứng tác dụng lên mố

 Hoạt tải trên bản quá độ

Tơng tự tính các tải trọng nh trên ta có:

* Tải trọng tác dụng:

1 Tĩnh tải:

1.1 Tĩnh tải bản thân mố tác dụng lên mặt cắt III - III:

Để tính tĩnh tải mố ta chia mố thành các khối có dạng hình học đơn giản, để

có thể dễ dàng tính trọng lợng của từng khối và cánh tay đòn đến một mặt cắtnào đó cần tính Chia thành các khối nh hình vẽ:

* Khối lợng riêng của bê tông:  = 2,5 (T/m3)

* Khối lợng riêng đất đắp sau mố:  = 1,8(T/m3)

STT Bộ phận Lực thẳng

đứng

Tay đòn

Phản lực do trọng lợng bản thân bản quá độ:

Rbqđ= 2,5* 0,25* 4* 8/ 2= 10,0 (T)Phản lực do trọng lợng lớp phủ trên bản quá độ:

+ Mômen: M= 89,999* 2,667= 240,015 (T.m)

Kết cấu nhịp sử dụng dầm định hình 30m,mặt cắt ngang có 5 dầm, chiều

rộng toàn cầu là 12 m Ta tính đợc tổng tĩnh tải giai đoạn I và II là:

Theo tính toán ở trên ta đợc kết quả sau:

Trên đoạn 0,5 lb= 2 m ta có thể đặt bất lợi đựoc 2 trục của 2 làn xe

3397 340 72

973 1404

m T W

M F

6 , 0

314 , 164

t-Giá trị tính toán tại mặt cắt III-III:

265 80

H =

2 3 2

172 101

M =

2 3

* 2

346 234

= 36.616 T.m Tờng chịu nén uốn đồng thời, công thức tính duyệt:

10

* 1 2

4.3 Tính toán và bố trí cọc

- Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu

PVL = m.(Rn.Fb + Rt.Ft)

Trong đó : m = 1 Hệ số điều kiện làm việc

Chọn cọc khoan nhồi đờng kính 1 m, mỗi cọc bố trí 28 thanh cốt thép 28

4

2 1

* 14

* 14 3

- Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền

Đối với cọc chống, ma sát thành cọc và đất nền là nhỏ nên có thể bỏ qua Vìvậy sức chịu tải của cọc chỉ còn phản lực với cọc: Pđ = 0.7.m2.3.F.Rtc

Rtc: Cờng độ giới hạn đất nền tại mũi cọc Rtc= 2000 T/m2

+Khoảng cách tim các cọc theo phơng ngang là 3m và theo phơng dọccầu là 4,5 m

4.4 Tính toán móng cọc

Do cọc có đờng kính D = 1 m > 0.9 m nên cọc đợc coi là cọc đờng kính

lớn Loại cọc này phụ thuộc rất nhiều vào tác dụng giữ chặt của đất xungquanh, phải xét đến áp suất của đất lên thành bên của cọc khi chịu lực ngang Phơng pháp tính toán phụ thuộc vào độ cứng của nó

Ta có : h  *h

Trong đó : h - Độ sâu tính đổi

 - Hệ số cứng của cọc trong môi trờng đất chung quanh

E - Mô đun đàn hồi của cọc E = 315000 kg/cm2

J - Mô men quán tính tiết diện cọc J=0.05*D4=0.05m4

m - Hệ số tỷ lệ phụ thuộc tính chất đất , tra bảng 3-17

Khi chân cọc khoan vào tầng đá , dới tác dụng của tải trọng tiết diện chân cọc

có thể coi nh cố định Khi đó chuyển vị ngang (Y0 ) và góc quay (0) của tiếtdiện cọc ở z = 0 sẽ xác định đợc từ điều kiện sau Yh = 0 , h = 0

+ Xét trờng hợp H0 = 1 , M0 = 0

2 1 1 2

2 1 1 2

31 *

B A B A

D B D B EJ HH

2 1 1 2

2 1 1 2

21 *

B A B A

D A D A EJ MH

2 1 1 2

2 1 1 2

21 *

B A B A

C B C B EJ MH

2 1 1 2

*

1

B A B A

C A C A EJ MM

Ai , Bi ,Ci , Di : là các hàm số ảnh hởng biêủ thị qua biến số là độ sâu tính

đổi của các điểm trên thân cọc z  *h Với h là độ sâu tính toán của lớp đá dớichân cọc, độ sâu này thờng lấy sâu hơn mặt đá thực tế một đoạn

h = 0 (Do chân cọc khoan vào tầng đá gốc) Tra bảng 3-18 GT Nền móng ta

3 0







 =2.959*10-8 (m/kg)

n PP

d

F C

k EF

h L

*

0 



Trong đó :

EF : Độ cứng chịu ép của cọc EF = 247*106 kg

Lê Duy Đông - Cầu A - K39

Ch : Hệ số nền của đất dới chân cọc Ch =m*h = 2600*2.25 = 5850 kg/m3

MH

d MM

d HH

d MM HH

MH

d MM

d HH

d MH MH

MH

d MM

d HH

d HH MM

MH

d MM

d HH

d HM HM

*

*

*

uw ww uu

y uw x ww

r r r

M r H r U

*

*

*

uw ww uu

x uw y uu

r r r

H r M r w

-Lực dọc trục tại đáy cọc : Nh= Nmax+ Ncọc = 668.479 + 60.445 = 728.924 T

* Kiểm toán áp lực đất tại đáy cọc :

W

M F

W = 0.01D2= 0.01 m3

R : Cờng độ tính toán của đá ở chân cọc R = 2000 T/ m2

Vậy max = 930.65 T/ m2 < R = 2000 T/ m2  Đạt

* Tính chuyển vị ngang của đỉnh mố :

Vậy  = 2.87 cm >  = 0.0294 cm  Đạt

Lẽ ra khi tính chuyển vị ngang của đỉnh trụ ta phải tính đối với tải trọng tiêuchuẩn , tuy nhiên ta tính đối với tải trọng tính toán vẫn thoả mãn yêu cầu vậychuyển vị ngang đơng nhiên đạt

y l F

l J n y

l H M

yi - khoảng cách từ tim bệ đến mỗi cọc  yi2 = 121 và ymax = 5.5 m

lN - chiều dài chịu nén của cọc lN = 48.95 m

Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu :