THIẾT kế kỹ THUẬT mố m1 (PAI)

Tải trọng tĩnh của kết cấu phần trên Tại mỗi vị trí gối có các lực tồn tại theo 3 phương vuông góc tác dụng + Lực theo phương dọc cầu: Hx1÷Hx5 + Lực theo phương ngang cầu: Hy1÷Hy5 + Lực

CHƯƠNG I:

TÍNH TOÁN MỐ M1

I Kích thước hình học

900 900

900 900

2220 2220

2220 1100

800

3500 1300

7000

2220 2220

2220 1100

500

II Các điều kiện cơ bản

Tiêu chuẩn thiết kế : 22-TCN-272-05

Mực nước tính toán : H tt = +2.5m

Mực nước thấp nhất : Hmin = +1,6m

Mực nước cao nhất : Hmax = +3, 7m

Cao độ đỉnh tường đầu : +6,314m

Cao độ đỉnh gối : +5,314m

Cao độ đỉnh xà mũ : +5,00m

Cao độ đỉnh bệ mố : +2,00m

Cao độ đáy bệ : +0, 00

Cao độ đất tự nhiên : +1,724m

Góc chéo của mố so với tim cầu 900

III Vật liệu sử dụng

Cường độ chịu nén của bêtông : f c' =28MPa

Khối lượng riêng của bêtông 3

Cường độ chảy dẻo của cốt thép : f y =280MPa

Giới hạn ứng suất ở trạng thái sử dụng :

Giới hạn ứng suất nén : 0, 45.f c'=0, 45.28 12.6= MPa

Giới hạn ứng suất kéo : 0,5 f c' =0,5 28 2,645= MPa

Trọng lượng đơn vị đất đắp : γ =s 17,7KN m/ 3

IV Số liệu kết cấu phần trên

• Loại dầm

Dầm

• Chiều dài nhịp tính toán Ltt 32.30 m

•Bề rộng lề người đi bộ bng 1.2 m

•Trọng lượng riêng của bê tông wc 24.50 kN/m3

•Diện tích trung bình của một dầm ngang Fng 0.813 m2

•Chiều rộng dầm ngang dọc cầu b 0.80 m

V Tải trọng tĩnh của kết cấu phần trên

Tại mỗi vị trí gối có các lực tồn tại theo 3 phương vuông góc tác dụng

+ Lực theo phương dọc cầu: Hx1÷Hx5

+ Lực theo phương ngang cầu: Hy1÷Hy5

+ Lực theo phương đứng: V V1÷ 5

a) Dầm chủ:

+ Đoạn dầm cắt khấc:

+ Đoạn dầm đặc:

+ Đoạn dầm còn lại:

1 2 3 3120,32 9408 39788

1585,34 /33

g bmc c bmc c

+ Dầm biên:

2 2450.2, 22.0, 2 1087,8 /

b bmc c bmc c

/ 2450.(1,6 0,56).0,15.2 / 33 23,16 /

vn c vn vn vn

f) Lan can:

Từ thực tế ta có thép phần lan can tay vịn có khối lượng: 63 KN / m

Ta giả thiết tải trọng lan can, lề bộ hành được qui về bó vỉa và truyềnxuống dầm biên và dầm giữa là khác nhau , phần nằm ngoài bản hẩngsẽ do dầm biên chịu ,còn phần nằm trong sẽ chia cho dầm biên và dầmtrong chịu theo tỉ lệ khoảng cách từ diểm đặt lực đến mỗi dầm

- Phần nằm ngoài bản hẩng:

1 0,52.0, 25 0,08.0, 475 630,52.0, 25.2450 0,08.0, 475.2450 63 483 /

g) Lớp phủ mặt cầu và tiện ích công cộng:

Lớp phủ bêtông Atfan:

1 1 1

DW =h γ S n =0,07.2400.2, 22 372,96= KG m/Lớp phòng nước:

' ' 2

DW =h γ S n =0,004.1800.2, 22 15,984= KG m/Tiện ích và trang thiết bị trên cầu:

m/KG5

i) Hoạt tải xe ô tô và tải trọng người đi

 Hoạt tải xe trên kết cấu nhịp

a Xe tải thiết kế

Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35 KN , hai trục sau mỗi trục nặng145KN, khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300mm, khoảng cách hai trụcsau thay đổi từ 4300 – 9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theophương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm

b Xe hai trục thiết kế

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

c Tải trọng làn

Tải trọng làn: bao gồm tải trọng rải đều 9,3N/mm xếp theo phương dọccầu, theo phương ngang cầu tải trọng này phân bố theo chiều rộng

1200mm

110 kN

110 kN

3000mm, tải trọng làn có thể xe dịch theo phương ngang để gây ra nộilực lớn nhất.

d Sơ đồ xếp tải

Nhận xét : xe ô tô 3 trục cho nội lực lớn hơn xe 2 trục

Đối với tính toán mố, ta có 2 trường hợp đặt tải :

- Đặt cả hai làn xe trên 1 nhịp để gây ra phản lực gối V và mômen My lớn nhất

Tải trọng Vị trí Tung độ đường

ảnh hưởng

Tải trọng trục

Phản lực

Đơn vị

- Đặt 1 làn xe để mômen Mx lớn nhất

.3000

lane lane LL m R

Lực hãm được lấy bằng 25% trọng lượng của các trục xe tải hay xe haitrục thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chấttải theo quy trình và coi như đi cùng một chiều Các lực này được coi nhưtác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên mặt đường 1800mm theocả hai chiều dọc để gây ra hiệu ứng lực lớn nhất Tất cả các làn thiết kếphải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đi cùng một chiềutrong tương lai.

Phải áp dụng hệ số làn quy định trong điều 3.6.1.1.2

Lực hãm do 2 làn xe tác dụng

m) Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thượng tầng ( WSsup)

Diện tích hứng gió bxh được xác định như sau:

32,3

tt

b L= = m và h h= lc+h bmc +h dc =1, 424 0, 2 1,7 3,324+ + = m

2 sup 32,3.3,324 107,37

S : hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định trong bảng 3.8.1.1.2

Cd : Hệ số cản được quy định trong A3.8.1.2.1.1, phụ thuộc vào tỉ sốb/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 =1,2Hệ số cản C d =1, 2

20,0006.(59) 1, 2 2,5 1,8

B

P

Giả sử mặt hứng gió vuông góc phương gió, khi đó gió ngang là:

⇒ Lực gió WSsup =P A B wsup =2,5.107,37 268, 43= KN

Lực gió theo phương dọc bằng 0

Tại mỗi gối tựa lực gió tạo một lực: sup 268, 43

Xác định các phản lực này thông qua việc giả thiết mặt cắt ngang có độ cứng lớn vô cùng dưới tác dụng mômen xoắn M red Khi đó phản lực tại gối thứ i được xác định như sau:

2

red i i

446,13.4, 44

20,198,568

3 0

n) Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL)

Theo A3.8.1.3, khi xét tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọnggió tác dụng vào cả kết cấu và xe cộ

Tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải phân bố 1,5 KN/m, tácdụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở 1.8mtrên mặt đường

Chiều dài tham gia tải trọng gió tác dụng lên xe được lấy bằng chiềudài dầm tác dụng lên mố L=32,3m

2

perp i i

2 4

139, 25.4, 44

6,398,568

mm so với mặt đường Nhưng do tại mố đặt gối di động nên tải trọnggió dọc bằng 0

o) Tải trọng nước tác dụng lên mố

Lực đẩy nổi B

Theo như bố trí cấu tạo thì bệ mố được đặt dưới mực nước thấp nhất ,

do đó ta tính áp lực nước đẩy nổi tác dụng lên phần mố ngập trong nướcvà ta tính với mực nước thấp nhất

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

Aùp lực tĩnh được xác định theo công thức :

B=γwV0

Trong đó: V0 : Thể tích phần ngập nước

w

γ : Trọng lượng riêng của nước

Aùp lực nước tĩnh tại mặt cắt đáy bệ:

B =10x124,096 = 1241 KN

Trong đó: Vo =11,08.7.1,6=124,096m3(Thể tích phần trụ được tính từmực nước thấp nhất đến đáy bệ)

VI Các mặt cắt cần kiểm tra

77

VII Tính toán nội lực do tải trọng của KCPT tác dụng xuống các mặt cắt

Mô men tại tiết diện cần tính:

M = P.e

Trong đó :

P: Các lực gây ra mômen tại tiết diện tính toán

e: Độ lệch tâm của điểm đặt lực so với trục trung hoà của mặt cắt cần tính toán

Qui ước dấu Moment: Mô men mang dấu dương khi hướng về phía sông,

dấu âm khi hướng ra nền đường

MẶT CẮT 1-1

DO HOẠT TẢI VÀ KCPT V(KN) Hx(KN) Hy(KN) Mx(KN.m) My(KN.m)

VIII Nội lực do TLBT Mố gây ra (DC)

a) Trọng lượng bản thân 5 gối

Gối 1 : 0,15.0,9.0,65.24,5 2,15KN=

Gối 2 : 0,194.0,9.0,65.24,5 2,78KN=

Gối 3 : 0, 239.0,9.0,65.24,5 3, 43KN=

MẶT CẮT 4-4

DO TẢI TRỌNG BẢN THÂN DC Hạng mục DC (KN) Hướng dọc

x (m) Hx (KN) My (KN.m) Tường cánh 111.489 -1.035 0.000 -115.391

MẶT CẮT 5-5

DO TẢI TRỌNG BẢN THÂN DC Hạng mục DC (KN) Hướng dọc

x (m) Hx (KN) My (KN.m) TLBT gối 13.286 1.525 0.000 20.261

Phần che 10.282 1.575 0.000 16.194

MẶT CẮT 7-7

DO TẢI TRỌNG BẢN THÂN DC Hạng mục DC (KN) Hướng dọc

x (m) Hx (KN) My (KN.m) Tường cánh 492.426 -1.750 0.000 -861.746

IX Tính toán bản quá độ

a) Cấu tạo hình học bản quá độ

ph

ĐÁ DĂM ĐẦM CHẶT

DẦM KÊ BẢN QUÁ ĐỘ BẢN QUÁ ĐỘ

Q

p

b) Hoạt tải quy đổi

Hoạt tải xe đặt sau lưng mố được quy thành tải trọng đất đắp có chiều cao h eq

(chiều cao tương đương của đất dùng cho tải trọng xe Bảng 3.11.6.2-1) Đối với đường ô tô cường độ tải trọng phải lấy phù hợp với các quy định của điều 3.6.1.2 Nếu tải trọng chất thêm khác với đường ô tô thì chủ đầu tư phải quy định và/ hoặc chấp nhận một hoạt tải chất thêm phù hợp

9 .10

h :chiều cao đất tương đương với xe tải thiết kế

Chiều cao tường 6000 mm→h eq =760mm

Chiều cao tường 9000 mm→h eq =610mm

Chiều cao tường 4314 mm⇒h eq =750mm

Trọng lượng bản thân dầm kê BQĐ : p damke =0,5.0,5.10,08.24,5 61,74= KN

Ta quy phản lực gối R và trọng lượng bản thân dầm kê BQĐ thành tải trọng phân bố đều trên đáy lớp đá dăm

c) Aùp lực ngang lên tường tại mặt cắt 2-2 do hoạt tải gây ra

Phân bố áp lực ngang lên tường ∆ph, tính bằng Mpa, do một tải trọng tuyến tính dài hữu hạn thẳng góc với tường có thể lấy bằng :

ph

Q

Z 5-5

2-2

X : cự ly từ sau tường đến điểm đầu của tải trọng tuyến (mm)

2

X : chiều dài của hoạt tải (mm)

Z : chiều sâu từ mặt đất đến điểm đang xét (mm)

ν : hệ số Poisson (DIM)

Q : cường độ tải trọng (N/mm)

Ta chia chiều dày lớp đất từ đáy lớp đá dăm đến mặt cắt 2-2 thành nhiều lớp nhỏ có bề dày 0.5m

d) Aùp lực ngang lên tường tại mặt cắt 5-5 do hoạt tải gây ra

e) Aùp lực nằm ngang (EH) và thẳng đứng (V) lên các mặt cắt

Để an toàn áp lực nằm ngang phía trước mố có thể bỏ qua

Aùp lực nằm ngang sau mố được tính như sau :

20,5 0, 4

=

=Trong đó :

H: chiều cao (m)

W: chiều rộng (m)

Ka: hệ số áp lực đất (=0,3333)

gs: trọng lượng đơn vị của đất đắp (=17,7KN/m3)

Tổng hợp đất nằm ngang đặt tại 0,4H

MẶT CẮT 2-2 ÁP LỰC ĐẤT V(KN) Hx(KN) Hy(KN) Mx(KN.m) My(KN.m)

0.000 367.149 0.000 0.000 516.065

MẶT CẮT 3-3 ÁP LỰC ĐẤT V(KN) Hx(KN) Hy(KN) Mz(KN.m) My(KN.m)

0.000 0.000 286.589 788.121 0.000

MẶT CẮT 4-4 ÁP LỰC ĐẤT V(KN) Hx(KN) Hy(KN) Mz(KN.m) My(KN.m)

0.000 0.000 30.433 30.494 0.000

MẶT CẮT 5-5 ÁP LỰC ĐẤT V(KN) Hx(KN) Hy(KN) Mx(KN.m) My(KN.m)

2633.045 904.009 82.600 66.070 -326.540

MẶT CẮT 7-7 ÁP LỰC ĐẤT V(KN) Hx(KN) Hy(KN) Mx(KN.m) My(KN.m)

0.000 0.000 286.589 659.156 0.000

X Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt

a) Mặt cắt 1-1

MẶT CẮT 1-1 TRƯỜNG HỢP ĐẶT 2 LÀN XE TRÊN KẾT CẤU NHỊP

Tên tải trọng Ký hiệu V(KN) Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m)

Tên tải trọng Ký hiệu V(KN) Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m)

Hoạt tải chất thêm LSh 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

e) Mặt cắt 5-5

MẶT CẮT 5-5 TRƯỜNG HỢP ĐẶT 2 LÀN XE TRÊN KẾT CẤU NHỊP Tên tải trọng Ký hiệu V(KN) Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m)

f) Mặt cắt 6-6

MẶT CẮT 6-6 Tên tải trọng Ký hiệu V(KN) Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m)

XI Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt

a) Bảng hệ số tải trọng

Tên tải trọng Ký hiệu CĐI CĐII CĐIII SD

Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m) TTGH CĐI 2479.64 284.38 568.65 0.00 3229.26

TTGH CĐII 2096.31 284.38 727.35 477.44 3928.71

TTGH CĐIII 889.88 24.23 -354.18 136.41 199.84

TTGH SD 1695.48 186.73 263.11 102.31 1995.17

c) Mặt cắt 2-2

MẶT CẮT 2-2 Tổ hợp tải trọng (2 làn) Tổ hợp tải trọng N(KN) Hướng dọc Hướng ngang

Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m) TTGH CĐI 4227.67 878.61 495.71 0.00 4003.35

Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m) TTGH CĐI 615.53 0.00 -1219.99 429.88 1182.18

TTGH CĐII 443.18 0.00 -878.39 257.93 709.31

TTGH CĐIII 443.18 0.00 -878.39 429.88 1182.18

TTGH SD 492.43 0.00 -975.99 286.59 788.12

e) Mặt cắt 4-4

MẶT CẮT 4-4 Tổ hợp tải trọng (2 làn) Tổ hợp tải trọng N(KN) Hướng dọc Hướng ngang

Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m) TTGH CĐI 13628.59 1696.60 3165.98 123.90 99.11

TTGH CĐII 9845.83 1154.20 2983.76 477.44 2092.66

TTGH CĐIII 9518.42 1436.46 749.09 136.41 597.90

TTGH SD 9927.84 1146.95 2271.55 102.31 448.43

MẶT CẮT 5-5 Tổ hợp tải trọng (1 làn) Tổ hợp tải trọng N(KN) Hướng dọc Hướng ngang

Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m) TTGH CĐI 12927.79 1696.60 4617.90 123.90 3328.36

TTGH CĐII 9145.02 1154.20 4435.68 477.44 5321.92

TTGH CĐIII 9518.42 1436.46 749.09 136.41 597.90

TTGH SD 9527.38 1146.95 3101.22 102.31 2293.72

g) Mặt cắt 6-6

MẶT CẮT 6-6 Tổ hợp tải trọng Tổ hợp tải trọng N(KN) Hướng dọc Hướng ngang

Hx(KN) My(KN.m) Hy(KN) Mx(KN.m) TTGH CĐI 615.53 0.00 -1077.18 429.88 988.73

TTGH CĐII 443.18 0.00 -775.57 257.93 593.24

TTGH CĐIII 443.18 0.00 -775.57 429.88 988.73

XII Thiết kế cốt thép cho các mặt cắt

a) Tính cốt thép cho bản quá độ

Tính cho 1m dài bản : bxh=1000 300x mm

Momen tính toán :

6 1/ 2

2

ad.a.b.f.85,00A/M

'

6 2

2

.0,85 .2.416,304.10

91,7087

0,33349 0, 45275

s

a

c d

β

Xảy ra trường hợp phá hoại dẻo ( 5 7.3.3.1 )

Diện tích cốt thép :

'

20,85 0,85.30.1000.76,64

6979,92280

c s

30.03,0f

'f.03,0

b) Tính cốt thép cho mặt cắt 2-2

 Phương dọc cầu

Ta nhận thấy theo phương dọc cầu thì trường hợp đặt 2 làn xe trên kết cấunhịp cho mômen My lớn nên ta lấy tổ hợp 2 làn xe của mặt cắt 2-2 tính cốt thép theo phương dọc cầu

Kiểm tra độ mảnh của cột:

Diện tích tiết diện: F b h= =11080.1300 14, 4.10= 6mm2

Mômen quán tính theo phương y: 3 11080.13003 12 4

K : là hệ số phụ thuộc vào điều kiện liên kết 2 đầu cột (K =2,1)

L : chiều dài thân trụ

Thiết kế cột không xét đến ảnh hưởng độ mảnh

Thiết kế như bài toán cột ngắn có : P u =4928, 47KN , M u =672, 48KN m.

Chiều cao có hiệu của tiết diện d = 1300 50 1250 − = mm

Chiều cao vùng nén ở trạng thái phá hoại cân bằng :

 Phương ngang cầu

Ta nhận thấy theo phương ngang cầu thì trường hợp đặt 1 làn xe trên kết

cấu nhịp cho mômen Mx lớn nên ta lấy tổ hợp 2 làn xe của mặt cắt 2-2

tính cốt thép theo phương ngang cầu

Kiểm tra độ mảnh của cột:

Diện tích tiết diện: F b h= =1300.11080 14, 4.10= 6mm2

Mômen quán tính theo phương y: 3 1300.110803 14 4

Trong đó:

K : là hệ số phụ thuộc vào điều kiện liên kết 2 đầu cột (K =1, 2)

L : chiều dài thân trụThiết kế cột không xét đến ảnh hưởng độ mảnh

Thiết kế như bài toán cột ngắn có : P u =4227,67KN, M u =4003,35KN m

Chiều cao có hiệu của tiết diện d = 11080 50 11030 − = mm

Chiều cao vùng nén ở trạng thái phá hoại cân bằng :

u u

XIII Thiết kế cốt đai cho thân Mố

Khả năng chịu cắt của dầm phải thoả mãn:

V lực cắt do ngoại lực tác dụng

φ hệ số sức khángn

V sức kháng cắt của dầm Sức kháng cắt của dầm

d chiều cao chịu cắt hữu hiệu

• Vs khả năng chịu cắt của cốt đai

S

d.f.A

Vs = v vy v (5.8.3.3-4)Trong đó

d chiều cao chịu cắt hữu hiệu

S cự ly cốt thép đai Khả năng chịu cắt của thép đai được xem là nhỏ nhất khi góc nghiêngcủa vết nứt θ =450 và β =2, do đó để đơn giản trong thiết kế lực cắt, bước thép đai sẽ tính trong trường hợp này

Thép chịu mômen M y =672, 48KN m , H x =878,61KN

747, 2 747, 2.10 0.9

u n

max 0,9 max 0,9.1250 1248,86

0,72.13000,72

ps

a d

Khả năng chịu cắt của bê tông:

vwc

12154598,57 11178365, 240,9

Vnếumm300

;d.4,0min

1,0d.b.f

Vnếumm600

;d.8,0min

b.f.083,0

f

A

minS

vw

'c

uv

vw

'c

uv

w

'c

vyv

Trong đó ta có

'

205, 260,083 28.11080

Ta chọn bước cốt đai S=150mm

XIV Tính toán cốt thép cho các mặt cắt còn lại

Tính toán tương tự như tính cốt thép cho bản quá độ

a) Mặt cắt 1-1

MẶT CẮT 1-1