Thiết Kế Môn Học Mố Trụ Cầu (Nguyễn Thế Huy)

Số liệu tính toán.. 3 - Tính toán mố 3.1- Tải trọng tác dụng lên mố Để tính toán tải trọng ta chia ra thành từng phần để tiện tính toán... PiTT: Là tải trọng tính toán.. Bảng tổng hơp m

600

100 220 100 420

100

31

Cấu tạo mố

500

1300

1200

Cấu tạo chung mố cầu

Huy

Thiết kế môn học

Mố trụ cầu

1 Số liệu tính toán.

Thiết kế mố cầu kiểu chữ U BTCT đổ tại chỗ

+ Khổ cầu 8 + 2 ì 1,5 m

+ Chiều dài nhịp l = 32m ( Số liệu lấy theo thiết kế môn học Cầu Bê tông Cốt thép ) + Tải trọng H30, XB80, ngời 300 Kg/m2

+ Gối cầu sử dụng loại gối cao su 4 lớp bản thép, kích thớc ngang cầu 460mm, dọc cầu 310 và cao 50mm

+ Vật liệu:

+ Bê tông M300 có Ru = 125 Kg/cm2; R = 115 Kg/cm2 + Thép CT3 và CT5 có gờ

- Cọc khoan nhồi đờng kính φ 1m

- Kích thớc: Xem hình vẽ

+ Theo thiết kế môn học Cầu BTCT, nhịp cầu giản đơn chiều dài tính toán l = 32 nên

đờng ảnh hởng phản lực gối có dạng tam giác và có diện tích là ω+ = 16m2

+ Gối cầu: Gồm 2 gối cao su hình chậu, một gối di động theo 1 phơng, 1 gối di động theo 2 phơng

3 - Tính toán mố

3.1- Tải trọng tác dụng lên mố

Để tính toán tải trọng ta chia ra thành từng phần để tiện tính toán

3.1.1- Do tĩnh tải bản thân mố

+ Công thức tính toán:

PiTC = γiìVi

PiTT =nìγiìVi= nìPiTC

Trong đó:

γi : Là dung trọng của bê tông, γ = 2,5 (T/m3)

Vi: Là thể tích của bộ phận thứ i

PiTC: Là tải trọng tiêu chuẩn

PiTT: Là tải trọng tính toán

n: Hệ số vợt tải, n=1.4

+ Tờng đỉnh: P1TC = 2,5 ì 1,6ì 11,5 ì 0,5 = 23 (T)

+ Tờng thân: P2TC = 2,5 ì 1,6ì 4,4 ì 11,5 = 202,4 (T)

+ Tờng cánh 1: P1TC = 2,5 ì 6ì 1 ì 0,4 ì2 = 12 (T)

+ Tờng cánh 2: P2TC =2,5 ì 3ì3ì0,5 ì 0,4ì2 = 9 T

+ Tờng cánh 3: P3TC = 2,5 ì 5 ì 3 ì 0,4ì2 = 15 T

+ Bệ mố : P1TC = 2,5 ì 11,72 ì 2 ì 7,1 = 416,06 (T)

+ Vai kê: P8TC = 2,5 ì 0,5 ì 0,5 ì 11,5 = 5,4 (T)

Bảng tổng hơp mô men và lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đỉnh bệ kê gối

( Mặt cắt 1-1)

STT Bộ phận PTC (T) e (m) MTC (T.m)

PTC

I = 72,15 (T)

PTT

I = 1,1 ì 72,15 = 79,365 (T)

MTC

MTT

I = - 1,1 ì 85,97 = - 94,567 (T.m)

Bảng tổng hơp mô men và lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đỉnh bệ mố

( mặt cắt II II)–

STT Bộ phận PTC (T) e (m) MTC (T.m)

PTC

PTT

II = 1,1 ì 336,15 = 369,765 (T)

MTC

MTT

II = - 1,1 ì 161,69 = - 177,89 (T.m)

Bảng tổng hơp mô men và lực thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt đáy bệ mố

( mặt cắt III III)– STT Bộ phận PTC (T) e (m) MTC (T.m)

PTC

PTT

III = 1,1 ì 609,15 = 670,065 (T)

MTC

MTT

III = 1,1 ì 20,75 = 22,825 (T.m)

3.1.2- Phản lực gối do tĩnh tải kết cấu nhịp và hoạt tải:

Xếp tải lên ĐAH phản lực gối, giả thiết coi nh tải trọng phân bố đều trên toàn bộ kết cấu nhịp:

+ Đối với tĩnh tải

TC T

R = q.∑ω

TT T

R = η0.(1 + à) TC

T

R

+ Đối với hoạt tải:

TC H

R = k0.η0.β.s2 + Pn.ηnΩ

Với: k0: Tải trọng tơng đơng một làn xe tiêu chuẩn

η0: Hệ số phân bố ngang bằng số làn xe = 2

β: Hệ số làn xe, cầu có 2 làn ⇒β = 0,9

1 + à: Hệ số xung kích với λ > 32m ⇒ 1 + à = 1,02

Ω: Diện tích đờng ảnh hởng phản lực gối

ηn: Hệ số phân bố ngang của ngời, ηn = 2

Đối với tĩnh tải phần I ta coi nh tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài kết cấu nhịp, ta

có q = 16,5 ( T/m)

TC I

R = 16,5 ì 16 = 264 ( T)

TT I

R = 1,1 TC

I

R = 1,1 ì 264 = 290 ( T)

Tĩnh tải phần 2 gồm trọng lợng lớp phủ mặt cầu, lan can lấy theo thiết kế môn học Cầu BTCT

TC

II

TT

II

R = 1,5 ì 88,96 = 133,44 ( T)

+ Do tổ hợp tải trọng H30 + ngời đi bộ ( H30 trên 2 làn xe ) công thức tính toán

Tiêu chuẩn: 2[ ] 2tt

td ng tc

l q P

Tính toán 2[ 1 , 4 1 , 4 (1 ) ] 2tt

td ng

tc

l q P

Tra tĩnh tải tiêu chuẩn với cầu có ltt = 32m, và α= 0 ta có qtd=2,46T/m

RTC

H30 = 2 ì (0,3 +2,46).16 = 88,32 ( T)

RTT

2

32 46 , 2 02 , 1 4 , 1 4 , 1 3 , 0

RTC phụ

H30 = 1,12 ì 88,32 = 98,92 ( T)

+ Do XB80 công thức tính toán

Tiêu chuẩn

2

q

Tính toán

2 1 ,

Tra hoạt tải tơng đơng cho xe XB80 với Ltt = 32 m ta có qtd =4,71 T/m thay số ta có

RTC

XB80 = 4,71 ì16 = 75,36 ( T)

RTt

XB80 = 1,1 ì RTC

3.1.3- Hoạt tải sau mố trên bản quá độ

Phần bản quá độ tham gia chịu lực:

3 2

6

Phần bản quá độ tiếp giáp với tờng trớc:

a = lb - b = 6- 3 =3 (m)

Chiều dài lăng thể trợt giả định đợc tính theo công thức sau đây

l0 = Hì tg(450-ϕ/2)

Trong đó:

H: chiều cao tầng đất tính toán tính từ đáy móng Hoạt tải sau mố trên bản quá độ đến mặt trên của tầng phủ H = 8,4 (m)

3.1.3.1- Tính với ϕ =30 0

l0=Hì tg(450-ϕ/2) = 8ì tg(450-30/2) =4,62 (m)

l0 > a =2 ⇒ Vậy hoạt tải sau mố sẽ truyền lên mố

Trong phạm vi này có thể bố trí đợc hai trục của bánh xe, khoảng cách gia hai trục

là 1,6 (m)

Chiều dài của trục bánh xe theo hớng ngang cầu:

S = 2ìb +∆ = 2 ì 2.9 + 0.1 = 5.9 (m)

Chiều rộng của vệt bánh xe theo hớng ngang cầu:

` b1= a + 2∆H = 0,2 + 2 ì 0,12 =0.44 (m)

Chiều dài tính đổi của áp lực đất:

) ( 98 , 5 44 , 0 9 , 5 8 , 1 2 , 1

12 2 4 , 1

b S n

P n h

TC

=

ì

ì

ì

ì

ì

=

ì

ì

ì

ì

γ

2b1 + d = 2ì 0,2 +1,6 =2,48 (m)

l0 > 2b1+d ( d là khoảng cách 2 trục bánh xe) ⇒ Ta có trình tự tính toán

nh sau:

0

1 22 , 17

31 , 0 8

48 , 2

2

=

⇒

=

=

+

=

= β

β

H

d b x

) 30 22 , 17 (

31 , 0 )

+

= +

=

tg tg

tg

ϕ β

β à

Cờng độ áp lực đất:

ETC

i =γTCì h ìàì B =1,8 ì 0,287 ì 11,2 ì h = 5,785 ì h

ETT

i =1,2ì ETC

i

ETC

I =5,785 ì 2 = 11,57 (T)

ETT

I = 1,2 ì 11,57 =13,884 (T)

ETC

II =5,785 ì 6 = 34,71 (T)

ETT

II = 1,2 ì 34,71 = 41,65 (T)

ETC III = 5,785 ì 8 = 46,28 (T)

ETT

I = 1,2 ì 46,28 = 55,53 (T)

Cờng độ áp lực do hoạt tải:

ETC

B =γTCì h0 ìàì B =1,8 ì 5,98 ì 11,2 = 120,55T

ETT

B = 1,2 ì ETC

B = 1.2 ì 120,55 = 144,66T Chiều cao phần áp lực tác dụng:

) ( 42 , 1 31 , 0

44 , 0

tg

b

β

Mô men do áp lực đất đối với các mặt cắt:

MiTC = EiTCì Hi / 3

MiTT = 1,2 ì MiTC

MITC = 17,355 ì 2/3 =11,57Tm

MITT = 1,2 ì MiTC =13,844Tm

MIITC = 34,71 ì 6/3=69,42Tm

MIITT = 1,2 ì MiTC =83,304Tm

MIIITC = 46,28 ì 8/3 =123,41Tm

MIIITT = 1,2 ì MiTC =148,096Tm Mô men tại các mặt cắt do hoạt tải sau mố:

MiBTC = EiBTCì e

MiTT = 1,2 ì MiTC

MIBTC = 120,55 ì ( 2 – 0,5 ì 1,42) = 155,5 Tm

MIBTT = 1,2 ì MiTC = 186,61 (T.m)

MIIBTC = 120,55 ì ( 8 – 0,5 ì 1,42) = 878,8 (T.m)

MIIBTT = 1,2 ì MiTC = 1054,57 (T.m)

MIIIBTC = 120,55 ì 8,29 = 999,35 (T.m)

MIBTT = 1,2 ì MiTC = 1199,22 (T.m)

3.1.3.2 -Tính với ϕ =40 0

Hệ số áp lực:

19 , 0 ) 22 , 17 40 (

31 , 0 )

+

= +

=

tg tg

tg

ϕ β

β à

Cờng độ áp lực đất:

ETC

i = γTCì h ìà ì B =1,8 ì 0,19 ì 11,2 ì h = 3,83 ì h

ETT

i =1,2ì ETC

i

ETC

I = 3,83 ì 3 = 11,49 (T)

ETT

I = 1,2 ì 11,49 = 13,788 (T)

ETC

II = 3,83 ì 6 = 22,98 (T)

ETT

II = 1,2 ì 22,98 = 27,57 (T)

ETC III = 3,83 ì 9 = 34,47 (T)

ETT

I = 1,2 ì 34,47 = 41,36 (T)

Cờng độ áp lực do hoạt tải:

ETC

B = γTCì h0ìàì B =1,8 ì 5,98 ì 0,19ì 11,2= 22.905T

ETT

B = 1.2 ì ETC

B = 1,2 ì 22,905 =27,487T Chiều cao phần áp lực tác dụng:

) ( 41 , 1 31 , 0

44 , 0

tg

b

β

Mô men do áp lực đất đối với các mặt cắt:

MiTC = EiTCì Hi / 3

MiTT = 1,2 ì MiTC

MITC = 11,49 ì 2/3 = 7,76 (T.m)

MITT = 1,2 ì MiTC = 9,192 (T.m)

MIITC = 22,98 ì 6/3 = 45,96 (T.m)

MIITT = 1,2 ì MiTC = 55,152 (T.m)

MIIITC = 34,47 ì 8/3 = 91,92 (T.m)

MIIITT = 1,2 ì MiTC =110,3 (T.m)

Mô men tại các mặt cắt do hoạt tải sau mố:

MiBTC = EiBTCì e

MiTT = 1.2 ì MiTC

MIBTC = 22.905 ì ( 3 - 0.5 ì1,41) = 52,567 (T.m)

MIIBTC = 20.905 ì ( 6 - 0.5 ì1,41) = 110,69 (T.m)

MIIBTT = 1,2 ì MiTC = 132,83 (T.m)

MIIIBTC = 20,905 ì (8-0,5ì1,41) = 152,502 (T.m)

MIBTT = 1,2 ì MiTC = 183,00 (T.m)

4 Lực hãm đoàn xe

Theo qui trình qui định với chiều dài đặt tải > 50 m lấy = 0,9P

Với P là trọng lợng của một xe nặng nhất = 30T

PTT = 1,12 ì 27 =30,24 (T)

Mô men đối với mặt cắt II-II:

MTC

II = PTC ì h1 = 27 ì 6= 162 (T)

MTT

II = n ì MTC =1,12 ì 162 = 181,44 (T)

Mô men đối với mặt cắt III-III:

MTC III = PTC ì h2 = 27 ì 8 = 216 (T)

MTT III = n ì MTC =1,12 ì 216 = 241,92 (T)

5 Phản lực gối do tĩnh tải bản quá độ truyền lên vai kê.

Do trọng lợng bản thân bản:

R1 =0,3 ì 8 ì6ì2,5ì 0,5 = 18 (T)

Do lớp phủ trên bản dầy trung bình 0,2 trọng lợng trung binhg 2,2T/m3 (m)

R2 =0,2 ì 6 ì 8 ì 2,2 ì 0,5 = 10,56 (T)

Tổng tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên vai kê là:

RTC = R1 + R2 = 28,56 (T)

RTT = n1 R1 + n 2R2 = 1,1 ì 18 + 1,5 ì 10,56 = 35,64 (T)

Mô men đối với các mặt cắt:

MTC

i = RTC ì e1

MTT

i = RTT ì e1

MTC

i = -28,56 ì 0,4 = -11,424 (T.m)

MTT

i = -35,64 ì 0,4 = -14,25 (T.m)

MTC

II = -28,25 ì 1,6 =- 45,2 (T.m)

MTT

II = -35,64 ì 1,6 = -57,02 (T.m)

MTC iII = - 28,25 ì 0,75 = - 21,20(T.m)

MTT iII = - 35,64 ì 0,75 = - 26,73 (T.m)

6 Do đất trong mố

PTC

đ = 11,2 ì 5,5 ì 6 ì 1,8 = 665,28 (T)

PTT

đ =1,1 ì 665,28 = 731,8 (T)

7 Lập các bảng tổ hợp để tính mố

Để tính toán mố ta đi lập các tổ hợp tải trọng bất loại nhất có thể xảy ra sao cho bất lợi nhất

C¸c tæ hîp t¶I träng 7.1 Tæ hîp t¶i träng cho mÆt c¾t i-I.

Tæ

hîp

Tæ

hîp

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

Tæ

hîp

chÝnh

II

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i XB80 trªn nhÞp 82,896

Tæ

hîp

phô

III

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

Tæ

hîp

phô

IV

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

Tæ

hîp

phô

V

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

7.2 Tæ hîp t¶i träng cho mÆt c¾t II-II.

Tæ

hîp

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i XB80 trªn nhÞp 82,896

Tæ

hîp

phô

III

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423.44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

Tæ

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44

Tæ

hîp

phô

V

Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

7.3 Tæ hîp t¶i träng cho mÆt c¾t III-III

Tæ

Tæ

hîp

chÝnh

I

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

Tæ

hîp

chÝnh

II

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i XB80 trªn nhÞp 82,896

Tæ

hîp

phô

III

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423.44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

Tæ

hîp

TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 423,44 Ho¹t t¶i H30 trªn nhÞp

Ngêi trªn nhÞp

125,85

Tổ

hợp

phụ

V

Tĩnh tải kết cấu nhịp 423,44 Hoạt tải H30 trên nhịp

8 Tính duyệt mặt cắt.

8.1 Tính duyệt mặt cắt i-i

Tổ hợp tải trọng để duyệt cho mặt cắt i-i là tổ hợp chính 1 có N = 664,295 T, M = - 94,933 Tm

Diện tích mặt cắt tờng đỉnh F = 12.0,5 = 6 m2

12

12 5 , 0 m

125 , 0 12

5 , 0 12

m J

Mô men kháng uốn Wx = Jx /0,25 = 0,5 m3 và Wy = Jy/6 = 12 m3

Bán kính quán tính tơng ứng rx = Wx/F = 0,083 m và ry = Wy/F = 2 m

Chiều cao tính toán l0 = 2H = 2.2 = 4m

Độ mảnh của tờng đỉnh λx = l0/rx = 4/0,083 = 48,19, λy = l0/ry = 4/2 = 2

Độ lệch tâm ngẫu nhiên e0 = l0/800 = 0,005

Độ lệch tâm tính toán ett = M/N =94,933/664,295 = 0,143

Ta thấy ett > e0 nên mặt cắt chân tờng đỉnh tính duyệt theo điều kiện chịu nén lệch tâm

a.Duyệt điều kiện cờng độ

N.e ≤ m2.Ru.b.xn.(h - 0,5.xn)

m2 = 1 với h0 = h-a = 50 – 5 = 45 (cm); b = 1200 cm ( a là khoảng cách từ mép ngoài

đến trọng tâm cốt thép ta lấy a = 5cm)

cm 3,69 1200

150 b

R

N

u

e = η.ett = 1,01.0,143 (cm) = 0,1444 (m)

⇒ N.e = 664,295 ì 0,1444 =95,94 (T.m)

mà VT = m2.Ru.b.xn.(h - 0,5.xn)

= 1ì150ì1200ì3,69ì(45- 0,5ì3,69) = 28663,55Tm

⇒ N.e = 95,94 < 28663,55 Tm ( Đạt yêu cầu )

b Kiểm tra điều kiện ổn định chống trợt

0,8 m N f

∑

∑

∫

∑

ì

0,6

13,884 N

f

295 , 664

Ta có: m 0,8 Đạt yêucầu

0,85

0,015 y

e0 = =0,0176 < ⇒

8.2 Tính toán đạc trng hình học tiết diện II-II

Diện tích mặt cắt :

F = 12 ì 2,2 = 26,4 (m2) Mô men quán tính của mặt cắt

) ( 648 , 10 12

2 , 2

m

Mô men kháng uốn:

Wx = 9,68 (m3)

Bán kính quán tính: rx = 0 , 36

4 , 26

68 ,

=

F

Chiều cao tính toán: L0 = 2ì H =2ì6 =12 (m)

Độ mảnh của mố: λ =L0/λx =53

Độ lêch tâm ngẫu nhiên: eo =L0/800 =0,015 (m)

Duyệt tổ hợp bất lợi

Ta thấy tổ hợp I có:

MTC = 126,33 T.m MTT = 151,596 T.m

Độ lệch tâm tính toán: e = 0 , 255 0 , 015

695 , 594

596 , 151

0 =

>

=

N

M

(m) Do đó ta phải tính theo cấu kiện chịu nén lệch tâm

a Điều kiện cờng độ

N.e ≤ m2.Ru.b.xn.(h - 0,5.xn)

m2 = 1 với h0 = h-a = 220 - 3 = 217 (cm); b = 3 m

cm 3,4 1200 150

.b R

N

u

e = 10,9 + 0,5 ì 167 = 94,4 (cm)=0,944 (m)

⇒ N.e = 594,695 ì 0,944 =561,392 (T.m)

mà VT = m2.Ru.b.xn.(h - 0,5.xn)

= 1ì150ì1200ì3,4ì(167- 0,5ì3,4) = 101163Tm

⇒ N.e = 561,392 < 101163 Tm ( Đạt yêu cầu )

b Kiểm tra điều kiện ổn định chống trợt

0,8 m N f

∑

∑

∫

∑

ì

= 0,116 0,8 ( Đạt yêucầu) 0,6

49,65 N

f

H

695 , 594

Ta có: m 0,8 Đạt yêucầu

0,85

0.015 y

e0 = =0,0176 < ⇒

8.3 Tính duyệt tại mặt cắt III III–

Tải trọng tính toán ta lấy tổ hợp III có N = 1254,995 T , M = 386,11 Tm và H = 85,77 T

Xác định độ lệch tâm của hợp lực e= M/N = 0,307 m

Chiều dài l0 = 2 H = 12m

Độ lệch tâm ngẫu nhiên e0 = l0/800 = 0,015

Ta thấy e > e0 do vậy mặt cắt III – III đợc tính nh cấu kiện chịu nén lệch tâm

N.e ≤ m2.Ru.b.xn.(h - 0,5.xn)

m2 = 1 với h0 = h-a = 420 - 5 = 415 (cm); b = 1300 cm

cm 6,43 1300

150 b

R

N

u

φ 100

Huy

e = 1,01 ì 0,307 (cm) = 0,31 (m)

⇒ N.e = 1254,995 ì 0,31 =389,13 (T.m)

mà VT = m2.Ru.b.xn.(h - 0,5.xn)

= 1ì150ì1300ì6,43ì(420- 0,5ì6,43) = 522585,87Tm

⇒ N.e = 389,13 < 522585,87 Tm ( Đạt yêu cầu )

b Kiểm tra điều kiện ổn định chống trợt

0,8 m N f

∑

∑

∫

∑

ì

= 0,114 0,8 ( Đạt yêucầu) 0,6

85,77 N

f

H

995 , 1254

Ta có: m 0,8 Đạt yêucầu

0,85

0,015 y

e0 = =0,0176 < ⇒

9 Tính toán số cọc trong bệ

Tính số cọc cần thiết

Dùng cọc đờng kính Φ = 100 cm, thi công bằng phơng pháp khoan nhồi số cọc cần thiết đợc xác định theo công thức:

n = ,

6 ,

0 P

P

∑

Trong đó:

ΣP: Là tổng lực thẳng đứng lớn nhất ΣP = 1254,995(T) P’: Sức chịu tải giới hạn của cọc

P’ = γc R Fcọc

Lấy:γc = 1

R = 600(T/m2)

Fcọc - Là diện tích mặt cắt ngang cọc

Fcọc = π

4

1 14 , 3 4

2 2

=

D

= 0,785 (m2) > P’ = 1 600 0,785 = 471 (T)

n = ,

6 ,

0 P

P

∑ =

471 6 , 0

995 , 1254

= 4,4 cọc Chọn 6 cọc, các cọc đợc bố trí nh hình vẽ các cọc đợc bố trí thành 2 hàng 3 cột nh hình vẽ

Huy