PHẦN II THIẾT kế kĩ THUẬT THI CÔNG cầu

Kiểm toán mặt cắt đáy móng.. - Kiểm toán bệ cọc chịu tác động.. một hớng I-I - Kiểm toán bệ cọc chịu.. Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo đất nền và vật liệu.. Kiểm toán khả năng

PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT THI CÔNG CẦU

CHƯƠNG 5 CẤU TẠO CHUNG CÁC HẠNG MỤC CỦA CẦU

5.1.CẤU TẠO MỐ CẦU

5.1.1 Số liệu tính toán thiết kế

- Cầu gồm 2 mố: mố M1 và M2

-Mố cầu: Mố đặc bê tông cốt thép

-Mè kiÓu ch÷ U b»ng BTCT trªn nÒn mãng cäc khoan nhåi

-Bê tông có fc= 30 Mpa

-Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép có đường kính 1m,mè M1 vµ mè M2 bè trÝ 5 cäc, chiÒu dµi cäc dù kiÕn lµ Ldk=15m

Giá trị(m)

Chiều cao mố h 9.600 Kích thước bệ (dọc cầu) b1 1.50

Chiều rộng tường kê dầm n 1.100 Kích thước phương đứng d2 0.30

Chiều cao tường trước j 1.600 Kích thước phương đứng d'2 0.30

Chiều dày tường trước t 0.400 Kích thước phương đứng d3 8.30 Chiều dài tường cánh w 8.000 Kích thước phương đứng d4 2.00

Đất đắp trên trước bệ c - Kích thước phương đứng d5 3.60 K/c mép tường thân - tim

Chiều rộng dọc

d7 - Bề rộng bệ móng ngang cầu Lf 9.50

Chiều cao gờ chắn bánh hg 0.426 Bề dày tường tai v 0.15

Lª TiÕn ThÞnh 35 63DLCD10

5.1.3 Vật liệu kết cấu

+Bê tông mố:

-Trọng lượng riêng bê tông : γc=24.5 kN/m

-Cường độ bê tông: fc'=30.00 Mpa

-Moodun đàn hồi bê tông :Ec=28605 Mpa

+Cốt thép thường:Theo TCVN 1651-2008

-Cường độ cốt thép thường fy'=400 Mpa

-Moodun đàn hồi của thép thường Es= 200000 Mpa

5.1.4 Vật liệu đắp sau mố

+Trọng lượng riêng đất đắp :gs=17.7 kN/m

+Góc ma sát trong giữa mố và đất đắp: d=20.0º

+Góc của đất đắp theo phương ngang: b=0.00º

+Góc của đất đắp sau tường theo phương thẳng đứng: q=90.00º

+Góc ma sát trong của đất đắp :q=30.00º

+Hệ số gia tốc , phụ thuộc vào vùng động đất :Aq=0.00

5.2.CẤU TẠO NHỊP CẦU

5.2 1.Số liệu tính toán thiết kế

Cường độ chịu nén bê tông dầm: fc = 35MPa

Cường độ chịu nén bê tông bản: fcs= 30 MPa

Tỷ số Modul: Bê tông dầm/Bê tông bản :nr = 1.08

Cường độ chịu nén chuyển đổi : fci = 35MPa

Ứng suất nén giới hạn chuyển đổi = 0.55*fci = 19.3 MPa

Ứng suất nén giới hạn sử dụng: 0.6 *fc= 21MPa

Ứng suất kéo giới hạn chuyển đổi = - 0.5*fci0.5 =- 3.0 MPa

Ứng suất kéo giới hạn sử dụng: = - 0.5*fc0.5=-3.0 MPa

Tính cho tải trọng tĩnh: γc=250024.53 kN/m

- Tính cho Ec: γce= 240024.53 kN/m

Modul đàn hồi : Ec =29910MPa

Modul phá hoại:fr=3.7MPa

Hệ số Poission:n=0.2

Modul chịu cắt:G=12463MPa

5.2.2.2.Cốt thép thường

Giới hạn chảy (thép có gờ):fy=400 MPa

Modul đàn hồi : Es=200000 MPa

5.2.3.Kích thước tính toán

5.2.3.1.Mặt cắt ngang tại đầu dầm

Kích thước (mm)

Lª TiÕn ThÞnh 37 63DLCD10

-Số lượng dầm ngang giữa nhịp:1

-Số lượng dầm ngang trên gối:2

Kích thước Giữanhịp Trên gối

-Chiều dày lớp Alphalt và lớp phòng nước:tw=74mm

-Trọng lượng đơn vị lơp mặt cầu=2400kN/m3

+Gờ chắn và lan can:

-Tải trọng lan can là tải trọng tạm tính:Lan can:wr=0.40kN/m

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN TRỤ CẦU

6.1 NỘI DUNG TÍNH TOÁN

6.1.1 Giíi thiÖu chung

6.1.1.1 Sè liÖu chung

6.1.1.2 KÕt cÊu phÇn trªn.

6.1.2.9.Ap lực đất thẳng đứng (EV)

6.1.2.10.Tải trọng động đất (EQ)

6.1.4.3 Kiểm toán mặt cắt đáy móng.

- Kiểm toán bệ cọc chịu tác động một hớng (I-I)

- Kiểm toán bệ cọc chịu tác động một hớng (II-II)

- Kiểm toán bệ cọc chịu tác động hai hớng (D-D)

6.1.5 Khả năng chịu tải của cọc

1.5.1 Số liệu chung

1.5.2 Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo đất nền và vật liệu

1.5.3 Kiểm toán khả năng chịu tải của cọc theo đất nền và vật liệu

6.2 GIỚI THIỆU CHUNG

6.2.1 Vị trớ- qui mụ

Dự ỏn cải tạo năng cấp quốc lộ 15 đoạn Tũng Đậu-Ngặc Lặc-Thanh Húa

Qui mụ:cầu BTCTDUL nhịp giản đơn

Loại hình móng:Móng cọc khoan nhồi D=1.0m

Tiêu chuẩn thiết kế:Tiêu chuẩn 22 TCN - 272 - 05 .

- Khoảng cách dầm biên với dầm giữa: S = 2.40 m

- Khoảng cách dầm giữa với dầm giữa: S = 2.40 m

- Chiều dài nhịp tính toán: Ls = 14.40 m

- Chiều cao gờ đỡ lan can: Hg = 0.426 m

- Chiều dài cọc dự kiến Lc= 12.0m

- Cao độ mặt đất thiờn nhiờn: MĐTN= 69.960m

- Cao độ đỉnh múng: CĐIM= 68.640m

- Cao độ đỏy múng: CĐAM = 66.640m

a

6.2.4 Vật liệu kết cấu

Bê tông trụ

Trọng lượng riêng bê tông gc= 24.53kN/m3

* Thân trụ và xà mũ trụ sử dụng BT loại C có :

-Cường độ bê tông fc'= 30.00Mpa

-Mô đun đàn hồi bê tông Ec= 28605Mpa

* Bệ trụ sử dụng BT loại D có :

-Cường độ bê tông fc'= 25.00Mpa

Mô đun đàn hồi bê tông Ec= 26113Mpa

-Cốt thép thường (Theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008)

+Cường độ cốt thép thườngfy= 400Mpa

+Mô đun đàn hồi của thép thườngEs= 200000Mpa

+Tĩnh tải kết cấu phần dưới

-Tĩnh tải tiêu chuẩn bản thân trụ tính theo công thức: P = V • g

Lª TiÕn ThÞnh 43 63DLCD10

3.3 Tải trọng người đi bộ

Trường hợp người đi trên cả hai lề trên cả hai nhịp

Phản lực gối do tải trọng người đi bộ PLt 43.200 kN

3.4 Lực hãm xe

Lực hãm xe bằng 25% tổng trọng lượng các trục xe tải hay xe 2 trục thiết kế của tất cả các làn

L c hãm xe n m ngang cách phía trên m t ự ằ ặ đường kho ng cách ả

s =

Chiều cao khối đất từ mặt cắt tự nhiên tới mặt cắt đỉnh bệ :hđ=1.320 m

Áp lực đất theo phương thẳng đứng: EV=546.782 kN

3.11 Tính toán hệ số phân bố tải trọng

3.11.1 Hệ số phân bố mômen cho hoạt tải

Đối với dầm giữa: Ki = 0.075 + (S/2900)0.6•(S/L)0.2•(Kg/L•ts3)0.1

Khoảng cách các dầm S=2400.000mm

Khẩu độ tính toán của dầm L=14400.000 mm

Chiều dày bản bê tông ts=200.000 mm

Tỷ số modul đàn hồi của bê tông bản và bê tông dầm :n= 1.080

Mô men quán tính dầm I=3.56E+10 mm4

Diện tích tiết diện dầm Ac=3.23E+5 mm4

Khoảng cách từ trọng tâm đến đáy dầm Yc= 503.860 mm

Khoảng cách từ trọng tâm đến trọng tâm bản eg= 396.140 mm

Tham số độ cứng dọc Kg = n(I + A.eg)=9.316E+10 mm4

 K i = 0.686

Đối với dầm biên K i = e •K i giữa

e :Hệ số điều chỉnh e=0.77+de/2800 e = 0.824

de :Khoảng cách tim bản bụng dầm biên với mép bó vỉa de =150000 mm

3.11.2 Hệ số phân bố lực cắt cho hoạt tải

Đối với dầm giữa K i = 0.2 + (S/3600) - (S/10700) 2

Phản lực gối do tải trọng lớp phủ+tiện ích DW 57.85 2.03 117.62

Mô menMx(kN.m)

BẢNG TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MẶT CẮT I-I

số g

Qx(kN)

Z1(m)

My(kN.m)

Qy(kN)

Z1(m)

Mx(kN.m)Cấu kiện + thiết bị phụ DC

g DC

3192.81Lớp phủ + tiện ích DW gDW 231.39

Lª TiÕn ThÞnh 52 63DLCD10

Hoạt tảI xe LL + IM gLL 827.85 169.52TảI trọng người PL(2 làn/2

BẢNG TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MẶT CẮT I-I

TTGH

N(kN)

độ

II 1.25 1.35 1.50 1.35 0.40 1.00 1.00 - - 5572.3 231.56 2884.53 48.93 470.18Đặc biệt 1 1.25 1.35 1.50 0.50 - - 1.00 1.00 1.00 4795.2 721.00 5949.88 191.93 1475.08Đặc biệt 2 1.25 1.35 1.50 0.50 - - 1.00 1.00 1.00 4795.2 273.18 2508.03 639.75 4916.93

BẢNG TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MẶT CẮT ĐÁY MÓNG

số g

Qx(kN)

Z1(m)

My(kN.m)

Qy(kN)

Z1(m)

Mx(kN.m)Cấu kiện + thiết bị phụ DC g DC 6052.80

độ II 1.25 1.35 1.50 - 1.40 - 1.00 - - 8651.2 36.1 429.3 148.3 1834.8

Đặc biệt 1 1.25 1.35 1.50 0.50 - - 1.00 1.00 1.00 9108.4 1255.3 14353.2 385.5 3857.8Đặc biệt 2 1.25 1.35 1.50 0.50 - - 1.00 1.00 1.00 9108.4 433.5 5558.0 1207.3 12653.0

Lª TiÕn ThÞnh 56 63DLCD10

- Chiều dày lớp phủ bê tông dc = 0.100 m

- Chiều cao có hiệu của mặt cắt de = 1.300 m

Bảng tổ hợp tải trọng tới mặt cắt A-A

• Cốt thép chịu kéo: K/c tới mép bê tông chịu kéo dc 100.00 mm

• Hệ số sức kháng F 0.90

• Chiều dày khối ứng suất tương đương = c•b1 a 94.46 mm

• Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén c 111.12 mm

Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu

• Tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên r min = As/

• Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu r min >

0.03•f'c/f'y Đạt Kiểm tra mômen nứt

• Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông fr = 0.63•f'c0.5 3.45 Mpa

Kiểm tra lượng cốt thép tối đa

• Kiểm tra lượng cốt thép tối đa c/de < 0.42 Đạt

Khả năng chịu cắt

• Bề rộng bản bụng hữu hiệu trong chiều cao chịu

• Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc a 90 độ

• Hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền

• Tổ hợp tải trọng dùng kiểm tra Sử dụng

Lª TiÕn ThÞnh 58 63DLCD10

- Chiều cao mặt cắt nguyên h' = 1.40 m

- Diện tích mặt cắt nguyên A'c = 4.619 m2

Quy đổi mặt cắt ngang về hình chữ nhật có mô men quán tính tương đương = b'•h'3/12 giữ nguyên b', xác định h':

- Bề rộng mặt cắt : b', b'w= 3.60m

- Chiều cao mặt cắt : h' = 1.28m

- Chiều cao có hiệu của mặt cắt :d' = 1.18 m

-Chiều dày lớp phủ bê tông : d'c = 0.1 m

+Bảng tổ hợp tải trọng tới mặt cắt I-I :

+ Tính toán khả năng chịu lực của cấu kiện chịu nén uốn

-Tổ hợp dùng để kiểm tra là Cường độ I:N= 5938.04 Kn

-Kiểm tra điều kiện uốn 2 chiều:

.Nếu Pu > 0.1•F•f'c•Ag thì kiểm tra theo điều kiện: 1/Prxy = 1/Prx + 1/Pry - 1/f•Po (1)

.:Nếu Pu < 0.1•F•f'c•Ag thì kiểm tra theo điều kiện: Mux/Mrx + Muy/Mry < 1.0 (2)

.Hệ số sức kháng đối với cấu kiện chịu nén dọc trục F = 0.75

.Mrx : Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương dọc cầu

.Mry : Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương ngang cầu

+ Xác định khả năng chịu lực của thân trụ theo các hướng

Các dữ liệu CT Ngang

cầu

Dọc cầu Đơn vị

Lª TiÕn ThÞnh 60 63DLCD10

• Mô men tính toán max Mu 4916.93 5949.88 kN.m

• Chiều cao làm việc của mặt cắt de 3500.00 1183.16 mm

• Chiều dài không chống đỡ của thân trụ lu 7000.00 7000.00 mm

• Bán kính quán tính của mặt cắt r 1039.23 370.42 mm

• Hệ số chiều dài hữu hiệu: Trụ không liên

• Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất b1 0.85 0.85

• Chiều dày khối ứng suất tương đương =

• Giá trị K•lu /r tính như sau K•lu/r 13.47 37.80

Xét đến hiệu ứng độ mảnh của trụ Không Có

• Mô men quán tính của cốt thép dọc xung

• Độ cứng chống uốn EI - 3.8E+15 N.mm2

• Tải trọng uốn dọc tới hạn Ơle :

•Hệ số Gradien của mô men :

Kiểm tra

A < 1Cường

• Chiều cao chịu cắt của cấu kiện dv 3400.00 1083.16 mm

• Bề rộng bản bụng hữu hiệu trong chiều cao chịu

• Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc a 90 90 độ

• Hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền

• Sức kháng danh định của bê tông Vc 3966.70 3545.39 kN

• Sức kháng của cốt thép đai chịu cắt Vs 5697.49 1815.09 kN

+Tổ hợp tải trọng dùng kiểm tra:

• Khoảng cách từ mặt chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu

- Chiều cao có hiệu của mặt cắt :d = 1.70 m

-Chiều dày lớp phủ bê tông : dc = 0.1 m

+Bảng tổ hợp tải trọng tới mặt cắt đỉnh móng :

Tảitrọngthẳngđứng

+ Tính toán khả năng chịu lực của cấu kiện chịu nén uốn

-Tổ hợp dùng để kiểm tra là Cường độ I:N= 7612.34 kN

-Kiểm tra điều kiện uốn 2 chiều:

.Nếu Pu > 0.1•F•f'c•Ag thì kiểm tra theo điều kiện: 1/Prxy = 1/Prx + 1/Pry - 1/f•Po (1)

.:Nếu Pu < 0.1•F•f'c•Ag thì kiểm tra theo điều kiện: Mux/Mrx + Muy/Mry < 1.0 (2)

.Hệ số sức kháng đối với cấu kiện chịu nén dọc trục F = 0.75

.Mrx : Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương dọc cầu

.Mry : Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương ngang cầu

+ Xác định khả năng chịu lực của thân trụ theo các hướng

Lª TiÕn ThÞnh 64 63DLCD10

• Chiều cao làm việc của mặt cắt de 4100.00 1695.62 mm

• Chiều dài không chống đỡ của thân trụ lu 7000.00 7000.00 mm

• Bán kính quán tính của mặt cắt r 1212.44 518.35 mm

• Hệ số chiều dài hữu hiệu: Trụ không liên

• Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất b1 0.85 0.85

• Chiều dày khối ứng suất tương đương =

• Giá trị K•lu /r tính như sau K•lu/r 11.55 27.01

Xét đến hiệu ứng độ mảnh của trụ Không Có

• Mô men quán tính của cốt thép dọc xung Is - 1.8E+10 m4

• Chiều cao chịu cắt của cấu kiện dv 4000.00 1595.62 mm

• Bề rộng bản bụng hữu hiệu trong chiều cao chịu

• Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc a 90 90 độ

• Hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền

Lª TiÕn ThÞnh 66 63DLCD10

• Đường kính cốt thép đai Æ 20 20 mm

• Tổng diện tích cốt thép đai Av 2513.60 2513.60 mm2

• Sức kháng danh định của bê tông Vc 6530.44 6093.22 kN

• Sức kháng của cốt thép đai chịu cắt Vs 6702.93 2673.83 kN

+Tổ hợp tải trọng dùng kiểm tra:

• Khoảng cách từ mặt chịu nén đến trọng tâm cốt thép

+Dữ liệu ban đầu

• Kích thước bệ móng theo phương dọc cầu b, bw = 5.00 m

• Kích thước bệ móng theo phương ngang cầu d = 6.200 m

• Kích thước thân trụ theo phương dọc cầu bp = 2.00 m

• Kích thước thân trụ theo phương ngang cầu dp = 3.77 m

HÀNG No.4 1062.42 1236.55 1511.33 1328.96 682.68 2006.24

Lª TiÕn ThÞnh 68 63DLCD10

+Kiểm tra sức kháng của bệ cọc chịu tác động một hướng

Các dữ liệu CT MC I-I MC II-II Đơn vị

• Chiều cao làm việc của mặt cắt de 3500.00 1183.16 mm

• Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất b1 2.00 2.00

• Chiều dày bản cánh chịu nén hf 0.85 0.85

• Chiều dày khối ứng suất tương đương

• Kiểm tra khả năng chịu lực:M r > M u 10552.35 9604.95 kN.m

• Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu

• Tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện

• Lượng cốt thép tối đa c/de 0.02 0.02

• Kiểm tra lượng cốt thép tối đa:c/de < 0.42 Đạt Đạt

Khả năng chịu cắt

• Chiều cao chịu cắt của cấu kiện dv 1624.50 1602.00 mm

• Bề rộng bản bụng hữu hiệu trong

• Góc nghiêng của ứng suất nén

• Góc nghiêng của cốt thép ngang

• Hệ số chỉ khả năng của bê tông bị

• Sức kháng danh định của bê tông Vc 8359.68 6648.30 kN

• Sức kháng của cốt thép đai chịu

• Hệ số sức kháng :F 0.90

• Chiều cao chịu cắt hữu hiệu của cấu kiện:dv 1900.00 mm

• Chiều dài mặt cắt thân trụ qui đổi :dps 1795.62 mm

• Bề rộng mặt cắt thân trụ qui đổ:bps 4200.00 mm

• Tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn của diện tích truyền lực:bc 0.43

• Tải trọng bản thân phần bệ cọc trong mặt cắt nguy hiểm :W 1154.29 kN

Trọng lượng riêng bê tông cọc γc = 24.52 kG/m3

Mô đun đàn hồi bê tông cọc Ec = 28592 MPa

Khoảng cách cọc theo phương dọc cầu a = 3000 mm

Cao độ mặt mặt lớp đá tính toán EL4 = 59.94 m

Chiều sâu cọc ngàm trong đá Hs = 5.30 m

Mô đun đàn hồi tại chỗ của đá Er = 250 MPa

Lực tác dụng lên cọc tại đỉnh hố đá ∑Pi = 2865 KN

Cường độ kháng nén dọc trục của đá qu = 9.30 MPa

6.6.2 Tính toán độ lún của phần cọc ngàm trong đá

+ Co ngắn đàn hồi của cọc khoan

pe = (∑Pi).Hs/(Asoc.Ec)

Trong đó : ∑Pi : Tải trọng làm việc tại đỉnh hố đá

Asoc : Diện tích mặt cắt ngang hố đá

+ Độ lún của đáy cọc khoan

pbase = (∑Pi).Ip/(Ds.Er)

Ip Hệ số ảnh hưởng, phụ thuộc vào:Hs/Ds = 5.3 Ec/Er =114.4

Ds Đường kính đáy cọc khoan → Ip = 0.34 ( C.10.8.3.5-1)

Er = Ke*Ei

Ke Tỷ lệ điều chỉnh môdul đàn hồi , theo C10.8.3.5-3 Lấy Ke = 0.2

Ei Modul đá nguyên khối, theo C10.8.3.5-2

=> pe= 0.68 mm , pbase = 3.90 mm , pe+pbase= 4.57mm => Tính theo thân cọc

6.6.3 Sức chịu tải của thân cọc

Thân cọc

Qs

q s = 0.15q u với qu <= 1.9 MPa (Carter & Kulhawy)

q s = 0.21√q u với qu > 1.9 Mpa (Horvath &

6.6.5 Khả năng chịu lực của cọc (được tính theo sức chịu tải thân cọc )

+ Chưa kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc

QR = φqp•Qp hoặc QR = φqs •Qs = 5864.0 kN = 597.76 Tvới φqp= 0.50

+ Kể đến sự làm việc của nhóm cọc

QR = η.φqp•Qp hoặc QR=η.φqs•Qs= 4104.8 kN = 418.43 T vớiφqs= 0.55và η= 0.70

Theo đất nền :QR = η.φqp•Qp hoặc QR=η.φqs•Qs 4104.8 kN 418.4 Tấn

6.6.6 Kiểm toán khả năng chịu lực dọc trục của cọc theo đất nền

+ Nội lực dọc trục max : Nmax=2863.931 kN

+ Kiểm toán :

Lª TiÕn ThÞnh 72 63DLCD10

-Trọng lượng cọc :W=250.3 (kN)

-Sức chịu tải tính toán cọc :Qult=3854.5 (kN)

-Kiểm toán : Nmax=2863.93 < Qult=3854.5 => Đạt

6.6.7 Kiểm toán khả năng chịu lực dọc trục của cọc theo vật liệu

631.5367 T= 6195.375 kNTrong đó:

Hệ số điều kiện làm việc: m1 =0.85

Hệ số làm việc kể đế phương pháp thi công(khi thi công với vữa bentonit thì) m2=0.7Diện tích mặt cắt ngang của cọc ;Ab =0.785398 m2 diện tích các thanh cốt thép trên MCN cọc:At =0.007854 m2 (chọn đk cốt thep: d = 25 mm)

(chon số thanh cốt thép la :16) Cường độ chịu nén của bê tông :Rb= 1150.0 T/m2

Rt : Cường độ chịu nén của thép =24000 T/m2

hệ số uốn dọc a = 0.87+Kiểm toán: