Ví dụ hướng dẫn bài tập lớn mố cầuMố vùi

Tài liệu hướng dẫn chi tiết về cách thiết kế mố cầu theo tc asshto có điều chỉnh để phù hợp với điều kiện địa hình của Việt Nam,tài liệu rất chi tiết,lựa chọn các kích thước,tính tải trọng,.....................................

Chọn kết cấu nhịp có mặt cắt ngang như hình vẽ, gồm 6 dầm chủ

Các kích thước cơ bản của mố được xác định như sau :

2.1.1 Kích thước mũ mố theo phương dọc cầu

B =  + b2 + 0

2

b

+ 20 + b1 (cm) Với :

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

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

b0 : Kích thước thớt dưới của gối theo phương dọc cầu

b0 = 310 mm = 31 cm

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

b1 : Khoảng cách từ mép đá kê gối đến mép tường mố

- Xác định chiều cao tường đỉnh :

Với S : độ chôn sâu của tường cánh vào trong nền đường

Đối với cầu đường ôtô Hđ = 8 m  6 m => S = 75 cm

HA : Khoảng cách từ điểm A đến đỉnh móng, được lựa chọn cao hơn MNCN tối thiểu 0.5m để đảm bảo ổn định của nền đất

Chọn HA = 195 cm = 1.95 m

lc = 0.75 + (8 - 0.25 - 1.95) 1,25 = 8 (m)

1:1 5

MÆT B»NG

3 KIỂM TOÁN MẶT CẮT ĐÁY MÓNG

3.1 Tải trọng

3.1.1 Tĩnh tải - DC

3.1.1.1 Phản lực từ kết cấu phần trên

- Chiều dài nhịp : Lnhịp = 33 m

- Chiều dài nhịp tính toán Ltt = 32.4 m

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối = 0.3 m

- Trọng lượng của mỗi phiến dầm = 527.604 kN

- Trọng lượng đơn vị của bê tông = 2.5 T/m3 => gc = 24.525 kN/m3

- Trọng lượng đơn vị của đất = 1.8 T/m3 => gs = 17.658 kN/m3

- Chiều cao tường đỉnh = 1.95 m

- Chiều dày tường đỉnh = 0.63 m

- Chiều dài tường cánh = 8.0 m

- Khoảng cách từ tim gối đến mép tường mố= 0.605 m

- Chiều dài đặt gối = 0.97 m

- Chiều dài mố theo phương ngang = 13 m

B

A

E D

C

Mô tả Diện tích Chiều ngang Lực Cánh tay MM dọc cầu

sin

2

' 2

r

K a

   

' '

sinsin

sinsin

: góc ma sát trong có hiệu của đất đắp, tính bằng độ  = 300

Từ đó ta rút gọn công thức trên được : k = ka = tg2(45o -

3.1.5 Áp lực đất trên mố do hoạt tải phụ thêm - EL

- Chiều cao lớp đất tương đương được lấy từ bảng 3.11.6.2.1

- Áp lực đất theo phương nằm ngang :

Tải trọng (kN)

Phản lực R (kN)

Tải trọng (kN)

Phản lực R (kN)

3.1.7 Tải trọng do người đi bộ - PL

- Tải trọng tính toán cho một làn người đi bộ :

- Độ lệch tâm theo phương ngang cầu : e = 6.5 m

- Mô men theo phương ngang cầu:

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

(Lực đặt cách mặt cầu 1.8m nằm ngang theo phương dọc cầu A.2.6.2.8)

- Mô men theo phương dọc cầu :

My = 88.932  11.8 = 1049.398 kN.m

3.1.9 Lực ly tâm - CE

Do cầu thẳng nên CE = 0

3.1.10 Tải trọng nước - WA

Vì mố thiết kế là mố vùi nên WA = 0

3.1.11 Tải trọng gió lên kết cấu phần trên - WS

- Chiều cao lan can = 1.1 m

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

- Theo phương ngang cầu :

- Mô men ngang cầu Mx = 754.747 kN.m

- Độ lệch tâm theo phương dọc cầu e = - 0.305 m

- Mô men dọc cầu My = 70.83 kN.m

3.1.14 Lực ngang do nhiệt độ thay đổi - UT

Xét theo phương dọc cầu :

- Biến thiên nhiệt độ :  T = 30oC

- Hệ số co giãn của bê tông  = 10-5 (1/ oC)

- Lực ngang tính theo công thức :

UT = Hv = n  G A

r

V h

- hr : Chiều cao gối hr = 0.05 m

-  V : Chuyển vị ngang do nhiệt độ :

 V =   T L/2 = 10-5 30 33/2

 V = 0.00495 m

- Số gối cầu mỗi bên : 6 cái

Thay số vào ta được :

- Mô men dọc cầu My = 84.7044 8.3 = 703.047 kN.m

3.1.15 Tải trọng gió tác dụng lên thân mố - WS

WS (kN)

Tay đòn (m)

M (kN.m)

3.2 Tổ hợp tải trọng tại trọng tâm đáy móng :

3.2.1 Bảng 1 Tải trọng đối với trọng tâm mặt cắt đáy móng

3.2.2 Các tổ hợp tải trọng và hệ sổ tải trọng tính tại trọng tâm mặt cắt đáy móng :

- các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng được lấy theo điều 3.4.1 và bảng 3.4.1-1 của 22TCN 272-05

- Móng chôn trong đất nên hoạt tải không tính hệ số xung kích IM

Tayđòn ( m)

Gió trên kết cấu dọc cầu

Gió trên hoạt tải ngang

Gió trên hoạt tải dọc cầu

Gió trên thân mố

-232.23

-1546.59 466.76 88.932 41.80 12.375

84.7044

4969.57 -

-680.349 -141.54 -

1530.67 6813.64 -172.86 2333.79

9 -278.086 1049.39

8 403.383 146.025 70.83 703.047

167.205 24.75 39.659

1341.3 1613.53 292.05 313.439 754.747

S Tổ hợp Hệ số V Dọc cầu Ngang cầu

T tải trọng tải trọng (KN) H x ( KN) M y (KNm) H y ( KN) M x ( KNm)

I TTGH

CĐ I

1 Tĩnh tải trụ DC 1.25 0.9 8690.958 6257.489 -6211.96 -4472.61

2 Tĩnh tải nhịp DC 1.25 0.9 2788.31 2007.59 -850.44 -612.31

3 Lớp phủ DW 1.5 0.65 696.094 301.641 -212.31 -92.00

4 áp Lực đất thẳng 1.35 0 3071.09 0 -2066.4 0

5 áp Lực đất ngang 1.5 0.9 -2319.9 -1391.9 10220.46 6132.28

6 Hoạt tải chất t.đứng 1.75 0 177.944 0 -302.51 0

7 Hoạt tải chất p.ngang 1.75 1.75 816.83 816.83 4084.15 4084.15

8 Hoạt tải nhịp LL 1.75 1.75 1692.425 1692.425 -486.65 -486.65 2347.28 2347.28 9 Lực hãm BR 1.75 1.75 155.631 155.631 1836.45 1836.45

10 Lực do nhiệt độ(UT) 0.5 0.5 42.352 42.352 351.523 351.523

Cộng 17116.82 10259.14 -1305.1 -377.09 6362.31 6740.83 2347.28 2347.28 I TTGH CĐ II

1 Tĩnh tải trụ DC 1.25 0.9 8690.958 6257.489 -6211.96 -4472.61

2 Tĩnh tải nhịp DC 1.25 0.9 2788.31 2007.59 -850.44 -612.31

3 Lớp phủ DW 1.5 0.65 696.094 301.641 -212.31 -92.00

4 Đất trên móng(EV) 1.35 0 3071.09 0 -2066.4 0

5 Áp Lực đất nằm ngang 1.5 0.9 -2319.9 -1391.9 10220.46 6132.28

6 Gió KC ngang cầu 1.4 1.4 234.088 234.088 2258.9 2258.9 7 Gió KC dọc cầu 1.4 1.4 58.522 58.5219 564.736 564.736 55.523 55.523 438.82 438.82 8 Gió trên thân mố 1.4 1.4

Bảng 2 Các trạng thái giới hạn cường độ và hệ số tải trọng

S Hệ số V Dọc cầu Ngang cầu

I TTGH CĐIII

1 Tĩnh tải mố DC 1.25 0.9 8690.958 6257.48 -6211.96 -4472.61

2 Tĩnh tải nhịp DC 1.25 0.9 2788.31 2007.59 -850.44 -612.31

3 Lớp phủ DW 1.5 0.65 696.094 301.641 -212.31 -92.00

4 Đất trên móng(EV) 1.35 0 3071.09 0 -2066.4 0

5 Áp Lực đất ngang 1.5 0.9 -2319.9 -1391.9 10220.4 6132.28

6 H.tải thêm p.đứng 1.35 0 137.27 0 -233.36 0

7 H.tải thêm p.ngang 1.35 1.35 630.126 3150.63 3150.63

8 Xe tải + Làn + Người 1.35 1.35 1305.59 1305.59

-375.42 -375.42 1810.76 3090.15 9 Lực hãm xe BR 1.35 1.35 120.06 120.06 1416.69 1416.69

10 Gió KC ngang cầu 0.4 0.4 66.88 66.88 645.41 645.41 11 Gió KC dọc cầu 0.4 0.4 16.72 16.72 161.353 161.353

12 Gió trên HT Ngang 1 1 24.75 24.75 292.05 292.05 13 Gió trên HT dọc 1 1 12.375 12.375 146.025 146.025

14 Gió trên thân mố 0.4 0.4 15.864 15.864 125.38 125.38 15 Lực do nhiệt độ(UT) 0.5 0.5 42.35 42.35 351.51 351.51

Cộng

16689.31 9872.31

-1498.27 -1200.4 5496.78 5806.15 107.49 107.49 2873.6 2873.6

Bảng 3 Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy móng ở TTGHSD :

-Bảng 4 Kết quả tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy móng:

Tổ hợp tải trọng

N (kN)

Hx (kN)

My (kN.m)

Hy (kN)

Mx (kN.m)

3.3 Tính duyệt theo TTGH cường độ

3.3.1 Kiểm tra cường độ đáy móng

Công thức  q R

Trong đó :  : ứng suất đáy móng

q : Khả năng chịu tải của đất nền R

3.3.1.1 Tính ứng suất đáy móng :

Đối với tải trọng đặt lệch tâm thì quy trình quy dịnh dùng diện tích có hiệu :

A’ = B’xL’

Tải trọng coi như đặt đứng tâm diện tích A’, ứng suất đáy móng trên diện tích A’ coi

như phân bố đều

3.3.1.2 Tính khả năng chịu tải của đất nền trong TTGH cường độ đối với móng nông :

Đối với đất sạn sỏi chặt theo tiêu điều 10.6.3.1.2c :

Khả năng chịu tải danh định : MP a

ult

q = 0.5g BC pm109 + g  C D N W2 f qm 109

Trong đó:

'





L B

r

S = 1 – 0.4

'0.907'

i = 0.97 q

+d : hệ số độ sâu q

 N pm = 22.4  0.907  1  0.97 = 19.713

N qm = 18.4  1.134  1  0.97 = 20.241

Thay vào công thức ta có :

q ult 2.6068Mpa 2606.68Kpa

q R   q ult 0.45 2606.68 1173.06  Kpa

3.3.3 Kiểm tra độ lệch tâm

Độ lệch tâm giới hạn [e] = 1 '

4B hoặc

1'

'

Đạt + Độ lệch tâm theo phương L :

thép có cường độ 420 Mpa , cốt thép bố trí phía trên và dưới móng

Cốt thép phía đưới theo phương dọc cầu có đưòng kính d = 29 mm cách nhau

a = 170 mm

Móng được tính như 1 con son, ngàm tại mặt cắt thân mố ( mặt cắt I- I ) chịu tải trọng

do phản lực đất nền và trọng lượng bản thân móng

4.1 Tính theo chịu mômen

- theo phương ngang cầu có 77 thanh  29

4.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

Công thức kiểm tra :

= 0.03

28

420 = 0.002 => Đạt

4.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa

Công thức kiểm tra :

1

0.06922

0.0814( )0.85

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

Công thức kiểm tra :

dc : Khoảng cách từ thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm thanh cốt thép ngoài cùng (mm)

Vậy :

Fsa = 214.962 Mpa < 0.6fy = 252 Mpa => Đạt

4.5 Kiểm tra lực cắt (Tại mặt cắt I-I)

Công thức kiểm tra :

Chiều ngang

mố (m)

Lực (kN)

Tay đòn (m)

My (kN.m)

M = 145.48  0.4  1.95 = 113.474 (kN.m)

1.3 áp lực đất trên mố do hoạt tải phụ thêm (EL) :

- Chiều cao lớp đất tương đương được lấy từ bảng 3.11.6.2.1

+ Mô men dọc cầu My = 231.2757  0.975 = 225.494 kN.m

1.4 Tải trọng gió tác dụng lên tường đỉnh (WS) :

Diện tích (m)

WS (kN) Tay đòn (m)

M (kN.m)

H.tải chất thêm p.ngang

Gió trên thân mố

-13.725 113.474 225.494

3.298 3.2157

2 Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng tính tại trọng tâm mặt cắt I-I :

- các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng được lấy theo điều 3.4.1 và bảng 3.4.1-1 của 22TCN 272-05

- Tường đỉnh không chôn trong đất nên hoạt tải có tính đến hệ số xung kích IM

- Lực do nhiệt độ để tính ứng suất dưới đáy móng có hệ số tải trọng : UT 0.5 (3.4.1)

Bảng 2 Các trạng thái giới hạn cường độ và hệ số tải trọng :

Bảng 3 Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt tường đỉnh ở TTGHSD :

STT Tổ hợp tải trọng

Hệ số

N (kN)

Hx (kN)

My (kN.m)

Hy (kN)

Mx (kN.m) TTGHSD

Hx (kN)

My (kN.m)

Hy (kN)

Mx (kN.m)

- K : Hệ số chiều dài hữu hiệu : K=1

- L : Chiều dài thanh chịu nén v L = 1.95 m v

 r = 0.1819 (m)

Vậy có thể bỏ qua hiệu ứng độ mảnh

3.2 Cấu kiện chịu uốn một phương :

M y 1139.59kN m

N = 737.68 kN

H x 1230.051kN

Bố trí cốt thép trong tường đỉnh như sau :

Tường đỉnh bằng GTCT , bê tông có cường độ f 'c 28Mpa, thép có cường độ 420

73 3 (1416) (0.02) 2

0.0229344

3.3 Kiểm tra cường độ chịu cắt :

công thức kiểm tra : V V V R

Trong đó : V Lực cắt cắt cưcụ hạn của mặt cắt theo TTGHCĐ V

3.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thep tối thiểu :

Công thức kiểm tra :

min 0.03 'c

y

f f

3.5 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa :

Công thức kiểm tra :

3.6 Kiểm tra nứt theo TTGHSD:

Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại TTGHSD f không được vượt quá 0.6 sa f y

Công thức kiểm tra :

Chiều ngang

mố (m)

Lực (kN)

Tay đòn (m)

My (kN.m)

- Áp lực đất bị động theo phương ngang :

Giả thiết rằng khi tính áp lực đát thì để đơn giản coi rằng mái đất nằm ngang và bỏ qua ma sát giữa thân tường và đất đắp trước mố (thoả mãn các giả thiết về áp lực đất của RanKine)

(Lực có giá trị âm vì ngược chiều với chiều dương giả định )

- Mômen ngang cầu tác dụng tại chiều cao 0.4H = 0.78m

1.4 Áp lực đất trên mố do hoạt tải phụ thêm :

- Chiều cao lớp đất tương đương từ bảng 3.11.6.2.1

H= 8m h eq 0.66m ( Nội suy tuyến tính )

- Áp lực đất theo phương nằm ngang :

1.7 Tải trọng gió lên kết cấu phần trên :

Chỉ xét gió theo phương ngang cầu :

- Lực gió tác dung lên cầu :

WS = 167.205 (giống ở mặt cắt đáy móng )

- Cánh tay đòn :

h s 7.65m

- Mô men theo phương ngang cầu :

M x WS h s 167.205 7.65

M x WS h s 167.205 7.65 (kN.m)

1.8 Tải trọng gió lên thân mố:

- Chỉ xét mố theo phương ngang cầu :

Lực ngang cầu (kN)

Tay đòn (m)

My (kN.m)

1.9 Tải trọng gió lên hoạt tải (WL):

- Chỉ xét theo phương ngang cầu :

- Lực gió : WL = 24.75kN (giống như ở mặt cắt đáy móng )

- Lực gió : N = -232.229 kN (giống như ở mặt cắt đáy móng )

- Độ lệch tâm theo phương ngang cầu e = 3.25 m

- Mômen theo phương ngang cầu : M = 754.7467 x

- Mômen theo phương dọc cầu : M = 70.830 y

1.11 Lực ngang do nhiệt độ thay đổi :

- UT = 84.704 kN (tương tự như ở mặt cắt đáy móng )

2.Các tổ hợp tải trọng và hệ số tai trong tĩnh tại trọng tâm mặt cắt tường thân :

Việc lấy các hệ số tải trọng tương tự như ở mặt cắt đáy móng

Bảng 2: Các trạng thái giới hạn cường độ tải trọng và hệ số tải trọng

9200.88 6790.66 2416.69 1733.15 14508.43 10266.88 81.86 81.86 2443.775 2443.775

Chú thích : ở TTGHCĐIII : Không xét gió thẳng đứng, vì theo điều 3.8.1.2 quy định : chỉ

tính tải trọng này cho các trạng thái giới hạn không liên quan tới gió lên hoạt tải

Bang3 : Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt tường thân tại TTGHSD :

TT Tổ hợp tải trọng

hệ

số

N (kN)

Hx (kN)

My (kN.m)

Hy (kN)

Mx (kN.m) TTGHSD

My (kN.m)

Hy (kN)

Mx (kN.m)

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 gồm các giá

trị nội lực lớn nhất) Nên tính duyệt với tổ hợp tải trọng này đạt thì chắc chắn các

tổ hợp tải trọng cường độ khác sẽ đạt :

Vậy N = 9587.82 kN

Hx=2613.87 kN ; My=15578.9 kN.m

Hy=251.86 kN Mx= 2932.669 kN m

k : Hệ số chiều dài hữu hiệu k = 1

L : Chiều dài thanh chịu nén V L = 8 m V

Vậy không cần tính hiệu ứng độ mảnh ở từờng thân

3.2 Cấu kiện chịu uốn theo hai phương :

Bố trí cốt thép trong tường thân :

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

Thép có cường độ f y 420Mpa , đường kính 25

M : Mômen uốn tính toán 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

f b

 + b : Bề rộng mặt cắt

0,87 1

2.20864

9.155782

.23932

669.2932

rx

vx M

M M

1.1 Xác định áp lực đất theo phương nằm ngang (EH) :

- Với chiều cao H = 1.95m :

- Với H = 1.95m, tra bảng và nội suy ta được heq = 1.55m

+ Tại chiều cao H = 1.95 m:

Tường cánh bằng BTCT, bê tông có cường độ fc’ = 28 Mpa, thép có cường độ fy =

420 Mpa Cốt thép được bố trí thành hai lớp (thớ chịu kéo và thớ chịu nén)

- Đường kính cốt thép 32

- Tường cánh được tính như một côngxon ngàm vào mặt cắt tường thân (mặt cắt III) được bố trí như sau :