Thiết kế mố trụ cầu kết cấu nhịp L=30m,chiều cao mố H=5m

Thiết kế môn học mố trụ cầuMố cầu đặt ở nơi khô cạn không bị ảnh hởng của mực nớc Nội dung tính toán:... 2.Tính toán tải trọng tác dụng lên mố.. 2.1.Các loại tải trọng tác dụng lên mố...

Thiết kế môn học mố trụ cầu

Mố cầu đặt ở nơi khô cạn không bị ảnh hởng của mực nớc

Nội dung tính toán:

Chiều dày tờng đỉnh: b1 = 50 cm

chiều dài tờng đỉnh (theo phơng ngang cầu): lấy bằng bề rộng cầu bằng 11.8m Chiều dày tờng thân (theo dọc cầu) b2 = 1.5 m

Chiều dày tờng cánh: lc = s + n*H

Độ ngập : do chiều cao mố H = 5 m nên chọn s = 65 cm, n = 1

Vậy lc = 65 + 1*500 = 565 cm

Mố U BTCT dùng bê tông mác 300 đổ tại chỗ , móng cọc BTCT

Các kích thớc của mố cầu đợc thể hiện nh trong hình vẽ

2.Tính toán tải trọng tác dụng lên mố

2.1.Các loại tải trọng tác dụng lên mố.

ống nmhwạ thoát nước

6 cọc khoan nhồi ỉ1,5m ; L=20m

Hình 4.1: Cấu tạo mố cầu

Mố cấu đặt ở nơi khô cạn, không bị ảnh hởng của mực nứơc do đó nó chịu tác dụng của các loại tải trong :

6 áp lực của đất sau mố

7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ

Mô U bê tông cốt thép cần tính toán các bộ phận sau: mặt cắt tờng đỉnh (I-I) , mặt cắt tờng thân (II-II) và mặt cắt tờng cánh (III-III), mặt cắt đáy bệ móng(IV-IV) các giá trị tải trọng của các mặt cắt đợc ghi theo chỉ số mặt cắt

ở đây theo yêu cầu của đề ra ,chỉ tính toán đối với 2 mặt cắt :Mặt cắt đỉnh móng

2.2.3.Phản lực thẳng đứng do hoạt tải chạy kết cấu nhịp

Xét cho 2 tổ hợp hoạt tải : 1_H30+Ngời ; 2_ XB80

Các hệ số tính toán nh đã nêu

+Tổ hợp 1 : Xếp 2 làn H30 và 2 đoàn ngời :

Rh = RH + Rng

RHtc = 2* qtđ *β * ltt/2 * (1 +à)

β: Hệ số làn xe, với cầu có 2 làn xe β = 0.9

qtđ: Tải trọng rải đều tơng đơng

2.2.7.áp lực của đất sau mố ,

Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt đầm chặt có γtc = 1.8 T/m3 ϕtc = 350

à = tg2(45o - ϕtc/2) = 0.271 , là hệ số áp lực ngang của đất H: Chiều cao tầng đất tính toán , H2=6.1m , H4= 8.1m ( Tính từ đáy móng đến mặt trên tầng phủ mặt cầu )

B :chiều rộng tính toán mố , B=12.8m

E2ttc = 81.2 T ; E4ttc = 113.05 T

Cánh tay đòn đối với mặt cắt tính toán e =

3h

Hệ số tải trọng n=1.2 ( hoặc 0.9 ) ; góc nội ma sát tính toán 30o( hoặc 40o)

2.2.7.1.áp lực ngang do hoạt tải đứng sau mố

Đợc tính toán theo sơ đồ mố có bản quá độ Bản quá độ làm việc nh một dầm kê

1 đầu lên vai kê tờng đỉnh , một đầu lên thanh kê ( Hình vẽ )

Hoạt tải trên bản quá độ đợc truyền trên diện tích Sxb

5

= 2.5 m (Lb – chiều dài bản quá độ)

Phần chiều dài bản quá độ, tiếp giáp với tờng trớc, không tham gia truyền lực

a = Lb – b = 5 – 2.5 = 2.5 m Chiều dài lăng thể trợt giả định:

L02 = H2*tg(450 +

2

φ) = 6.1*tg(450 -

L04 = H4*tg(450 +

2

φ) = 8.1*tg(450 -

2

35o

) = 4.74 m > aVậy tờng thân mố và bệ mố chịu tác dụng của hoạt tải đứng trên phần b, tính theo sơ đồ 3

ở đây tính cho trờng hợp hệ số tải trọng n=1.2 , còn trờng hợp hệ số n=0.9 thì lấy bằng 0.9/1.2=0.75 giá trị tính đợc

Chiều cao khối đất tơng đơng : hott =

bS*

*

*1.2

Pn

( Các kí hiệu trong tính toán xem hình vẽ 4.3 )

Tính áp lực tiêu chuẩn : Cho mặt cắt 2-2

A2tc =

)h2(HH

ah2

tc o 2 2

tc o

+ = 7.09(7.09 2*1.45)

45.1

*2.5

*2

φtg

A1)(

φtg1

35tg

1023.01)(

35tg1

h2tc =

ωtg

a = 4.118 m

Hệ số áp lực ngang : à2tc’ =

)ωφ(tg

ωtg+ = tg(31.25 35)

607.0+ =0.267Tơng tự cho mặt cắt 4-4 :

A4tc = 0.0665 ; tgω = 0.577 ; h4tc = 4.33 ; à4tc’ = 0.269

Tính áp lực tính toán :

A2tt =

)h2(HH

ah2

o 2 2

tt 2

+ = 7.09(7.09 2*1.69)

1.69

*2.5

*2

tgω = -tgϕ + )

φtg

A1)(

φtg1

35tg

1138.01)(

35tg1

Ta đợc kết quả trong bảng dới :

2.2.8.Phản lực gối do trọng lợng bản thân và hoạt tải đứng trên bản quá độ

Tờng đỉnh 4.33 -3.464 4.76 -3.808

Tổ Tĩnh tải kết cấu nhịp 409.59 102.4 473.9 118.48

hợp Hoạt tải kết cấu nhịp 148.35 37.088 207.7 51.925

phụ áp lực tĩnh đất sau mố 147.12 347.2 132.41 312.48

II áp lực đất do hoạt tải 22.78 33.851 24.3 36.839

phụ Hoạt tải kết cấu nhịp 148.35 37.088 207.7 51.925

III áp lực tĩnh đất sau mố 147.12 347.2 176.54 416.64

áp lực đất do hoạt tải 22.78 33.851 32.4 49.118

phô TÜnh t¶i kÕt cÊu nhÞp 409.59 1105.89 473.9 1279.5

II Ho¹t t¶i kÕt cÊu nhÞp 148.35 400.545 207.7 571.18

TÝnh cho 1 m dµi mÆt c¾t theo ph¬ng ngang cÇu

C¸c gi¸ trÞ néi lùc cho 1m dµi mÆt c¾t :

Ntt = 5.08 T

Htt = 3 T

Mtt = 3.197 Tm

φ12 φ16

m

n h

i I

Nhận thấy e0 = tttt

N

08.5

197

3.2

*2

= 0.0008 m < e0

L0 =2* 3.2 m với l là chiều cao tờng đỉnh cần tính duyệt

Vậy cấu kiện chịu nén lệch tâm => điều kiện tính duyệt là:

Ntt*e ≤ m2'*Ru*b*x*(h0 – 0.5*x) + Ra’*Fa’*(h0 – a’) (*)

Bố trí cốt thép theo cấu tạo nh hình vẽ, bớc cốt thép 20 cm Bê tông sử dụng

#300 có Ru = 140 kG/cm2

Chiều cao có hiệu của tiết diện h0 = h – a = 50 – 5 = 45 cm

Chiều cao vùng bê tông chịu nén xác định theo công thức:

x =

b

*R

'F'*

RF

*RN

u

a a a a

655.5

*2400055

.10

*2400

F

*RN

u

a a

tt+

=

100

*140

055.10

*2400

= 0.9985

Vế phải của (*) khi không xét cốt thép chịu nén là:

m2'*Ru*b*x*(h0 – 0.5*x) = 0.9985*140*100*2.065*(45–0.5*2.065)

= 1269193.77 KG.cm

Ta có: 1269193.77 KG.cm > 105997.83 KG.cm => Đạt yêu cầu

3.1.1.Mặt cắt III-III ( Tờng cánh)

Thực tế tờng cánh làm việc nh bản hai cạnh một phía ngàm vào tờng trớc và tờng

đỉnh, phía kia ngàm vào bệ móng nhng trong tính toán để cho đơn giản nhng vẫn

đảm bảo an toàn cho mố cho phép tính theo từng phơng riêng biệt và xem lực thẳng đứng phân bố đều theo chiều dài ngàm , còn lực ngang và mômen do áp lực

đất do mặt cắt tiếp giáp với bệ chịu Ta tính duyệt cho mặt cắt này

Nội lực tính toán mặt cắt cho mỗi mét dài mặt cắt của mỗi tờng :

10

*1.2

3470000

= 80.5 kG/cm2 < Rn = 135 kG/cm2 => Đạt yêu cầu

3.1.3.Mặt cắt II-II ( Thân trụ)

3.1.3.1.Tính duyệt theo tổ hợp tải trọng chính

Tính duyệt cho toàn bộ mặt cắt II-II , các giá trị tải trọng dùng cho tính toán :

71.328

= 0.304 m >

800

Lo

= = 0.0175 m

L0 =2*l = 2*7 m/ với l là chiều cao tờng trớc cần tính duyệt

Vậy cấu kiện chịu nén lệch tâm => điều kiện tính duyệt là:

Ntt*e ≤ m2'*Ru*b*x*(h0 – 0.5*x) + Ra’*Fa’*(h0 – a’) (*)

Bố trí cốt thép nh trong bản vẽ cấu tạo mố ( bản vẽ 08 ) , sơ bộ nh sau : Lới phía sông dùng loại thép CT5 Φ18 , còn lới phía trong đùng loại thép CT5Φ25 , cả 2 lới đều có bớc 20cm , mỗi lới có 60 thanh theo phơng thẳng đứng

Chiều cao có hiệu của tiết diện h0 = h – a = 210 – 5 = 205 cm

Chiều cao vùng bê tông chịu nén xác định theo công thức:

x =

b

*R

'F'*

RF

*RN

u

a a a a

152.604

*2400294.375

*2400

Ta có: 3571 T.m > 1411 T.m => Đạt yêu cầu

3.1.3.2.Tính duyệt theo tổ hợp tải trọng phụ

Tải trọng dùng cho tính duyệt là :

m2'*Ru*b*x*(h0 – 0.5*x) + Ra’*Fa’*(h0 – a’) = 3571 Tm => Đạt yêu cầu

3.2.Tính duyệt theo trạng thái giới hạn II về độ mở rộng vết nứt

Tính duyệt theo nội lực tiêu chuẩn

*β

F

=

6.1

*5

*1

1460

= 182.5 cm Trong đó:

Fr là diện tích vùng ảnh hởng và ni là số thanh cốt thép có đờng kính di

β = 1 hệ số xét đến sự bố trí cốt thép trong bó ứng với trờng hợp cốt thép

bố trí rời từng thanh

Ea : Môdul đàn hồi của cốt thép, thép A-II Ea = 2.1*106 kg/cm2

σa : ứng súât trong cốt thép dọc chịu kéo

Tiết diện chịu nén lệch tâm nên σa xác định theo công thức:

σa = N*F(Z*Ze)

a

− =

968.43

*055.10

)629.20968.43(

N

u

a a

tc +

=

100

*140

055.10

*2400

4780+ = 2.065 cm (Chiều cao vùng bê tông chịu nén )

e =20.629 độ lệch tâm của lực N so với trọng tâm cốt thép chịu kéo

Vậy an = 3* 6

10

*1.2

343.252

*β

F

=

5.2

*60

*1

07.609

*0.5* 160 = 0.0055 cm < [an] =0.02cm

=> Đạt yêu cầu

4.Tính toán móng cọc ( Mặt cắt IV-IV)

4.1.Tính toán sơ bộ số cọc trong móng

4.1.1.Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

Mố sử dụng cọc khoan nhồi Φ 1.5 m khoan sâu 20 m tới lớp cát hạt vừa

Công thức chung để xác định sức chịu tải của cọc nh sau:

Ngh =k m2*[U*∑αi*li*fitc + mR*F*Rtc]Trong đó:

+ F là diện tích tiết diện ngang chân cọc , F=1.77m2

+ αi hệ số phụ thuộc biện pháp tạo lỗ cọc Khoan cọc có nớc trong lỗ khoan

m2 = 1 là hệ số điều kiện làm việc

Rn cờng độ chịu nén tính toán của bê tông Rn = 115 KG/cm2 = 1150T/m2

Bố trí cốt thép cọc nh bản vẽ cọc khoan nhồi , bố trí 24 thanh Φ32

=10 500

1250 7000

13000

Dọc cầu

=> n= 3.4

Chọn 6 cọc và bố trí nh hình vẽ bên

4.2.Tính toán móng cọc

4.2.1 Xác định sơ đồ tính móng

Móng cọc có thể tính theo sơ đồ móng cọc bệ cao hay bệ thấp tùy thuộc vào cao

độ đáy móng trong đất

Trong đó :

ϕ : là góc nội ma sát của lớp đất từ đáy bệ trở lên , đất sét pha cát ϕ=22o

H = 309.68 T

a : là kích thớc bệ theo phơng ngang cầu ; =13m

γ : là trọng lợng riêng lớp đất từ đáy bệ trở lên ,đất sét pha cát γ=16 KN/m3 Vậy ta tính đợc hmin = 10.2m

Trong khi đó chiều sâu của bệ cọc trong đất là 2.275m < 10.2m => Tính toán móng theo sơ đồ móng cọc đài cao

4.2.2.Xác định nội lực trong các cọc

Nội lực trong các cọc đợc xác định theo sơ đồ móng cọc bệ cao trên các cọc thẳng đứng

 Các đặc trng của cọc :

F = 1.77m2 ; J = 0.249m4 ; E = 3.15*106 T/m2

Chiều dài chịu uốn của cọc : LM = Lo + 6D = 0 + 6*1.5 = 9 m

Chiều dài chịu nén của cọc : LN = L = 20 m

Công thức xác định nội lực trong cọc thứ k :

M N n

1 i

2 i

M

tt

xnFL

JLx

LH*

*0.5Mn

N

+

∑

++

N 2

i

M M

N M

nFL

JLx

)HL0.5(MFLJLn

2

LH*

Ta có nội lực trong các hàng cọc :

Hàng 1 : ( xk = -2.25m) N1 = 121.745 T ; M1 = 177.045Tm

Hàng 2 : ( xk=2.25 ) N2 = 553.922 T ; M2 = 177.045 Tm

4.2.3.Kiểm toán móng cọc

a_Trạng thái giới hạn thứ nhất cho cọc đơn

Kiểm toán đất nền dới cọc đơn : Điều kiện Nmax + Ncọc≤ Ngh

Ncọc : Trọng lơng bản thân của cọc có kể đến áp lực thủy tĩnh

Ncoc = (γbt - γnớc)*Fcọc *lcọc= (2.5-1)*1.77*20 = 53.1 T

Ngh : Sức chịu tải của cọc tính theo đất nền , Ngh = 913.3 T

Vậy Nmax + Ncọc = 607.022 T ≤ Ngh =>Đạt yêu cầu

b_ Kiểm toán móng cọc nh móng khối qui ớc

 Theo điều kiện cờng độ

+Xác định các kích thớc của móng khối (Sơ đồ nh tính móng trụ ) :

A = a + 2l tg(ϕtb/4) ; B = b + 2l tg(ϕtb/4)

- ϕtb : Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất dới đáy móng:

ϕtb =

∑

∑h

*388.7

*25875.9

+Xác định tải trọng tác dụng lên móng khối qui ớc :

- Dung trọng trung bình của các lớp đất dới đáy móng

*05.28.7

*1.2875.9

*95

= 2.02 T/m3

- Trọng lợng đất + cọc trong móng quy ớc có xét đén áp lực đẩy nổi của nớc:

Gđất = (γtb - γn)*h*Fqu + n*Gcọc = (2.02 - 1)*20*148.5 + 6*53.1= 3348 TTải trọng tác dụng lên đáy móng khối qui ớc :

- R’ = 3.5 kG/cm2– Cờng độ của đất cát hạt vừa , chặt

- k1 = 0.1 và k2 = 3.0 – hệ số tra bảng phụ thuộc loại đất dới chân cọc

=> [R] = 1.2*[3.5*(1 + 0.1*(9.94 - 2)) + 3.0*2.02*(20 - 3)] = 131.16 KG/cm2

Vậy σmax =>Đạt yêu cầu