Phân loại mố trụ cầuMố trụ cầu treo: Mố phải có kích thước đủ lớn để chịu lực V, H cấu tạo phức tạp.. Đặc tính mố - trụ cứng thép - bê tông• Mũ Trụ: Chịu tải trọng trực tiếp từ kết cấu n
Trang 1ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
Học viên:Lê Quang Trìu Lớp: Cầu hầm (9/2010)
Trang 2• Lý do chọn đề tài:
Xác định các trường hợp kích thước trụ đáp ứng yêu cầu chịu lực đặt ra và mối quan hệ giữa khối lượng vật liệu (bê tông, cốt thép) và sự chiếm dụng không gian.
• Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cưú kết cấu trụ trên hệ thống cầu vượt đường Vành đai 3, Tp Hà Nội Tính toán và đánh giá phương án kích thước trụ thoả mãn yêu cầu chịu lực, chỉ ra mối quan hệ giữa khối lượng vật liệu (bê tông, cốt thép) và sự chiếm dụng không gian.
• Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được:
Nghiên cưú kết cấu trụ trên hệ thống cầu vượt đường Vành đai 3, Tp Hà Nội bằng phương pháp thực nghiệm để xác định kích thước trụ thực tế đã thi công
Kiểm toán các trường hợp kích thước trụ bằng phần mềm Excel để xác định thêm các trường hợp kich thước trụ đảm bảo chịu lực theo yêu cầu
So sánh, đánh giá từng trường hợp kích thước trụ so với kích thước trụ thực tế đã thi công ở hai chỉ tiêu: khối lượng vật liệu (bê tông, cốt thép) và sự chiếm dụng không gian để làm cơ sở dữ liệu cho việc lựa chọn kích thước trụ cho các cầu vượt trong thành phố.
Phần nội dung:
Trang 31.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu
1.1.1 Khái niệm cấu tạo 1.1.2 Phân loại mố trụ cầu 1.1.3 Đặc tính mố trụ cứng (thép - bê tông)
1.2 Cơ sở yếu tố trong tính toán mố, trụ cầu
1.2.1 Tổng quát về phân tích 1.2.2 Các tải trọng tác dụng lên mố trụ cầu 1.2.3 Một số phương thức tính thể tích và khối lượng vật thể
1.3 Lí thuyết tính toán trụ cầu
1.3.1 Tính toán tổng quát mố trụ cầu 1.3.2 Một số tính toán cọc móng khoan nhồi
1.4 Ứng dụng Midas/Civil trong phân tích kết cấu cầu
1.4.1 Sơ lược về Midas.
1.4.2 Phương pháp Phần tử hữu hạn và ứng dụng trong Midas/Civil
Trang 4VƯỢT VÀNH ĐAI 3
2.1 Tổng quan và phê duyệt xây dựng đường vành đai
2.1.1 Sơ lược về dự án cầu vành đai 2.1.2 Kết cấu cầu được phê duyệt, sử dụng trên hệ thống cầu vượt đường
Vành đai 3, Tp Hà Nội.
2.2 Cơ sở của tính toán và thiết kế của dự án
2.2.1 Khảo sát địa chất công trình dự án - Tóm lược kết quả thực địa 2.2.2 Thông số tiêu chuẩn - trọng tải được duyệt của dự án
2.3 Các thông số đã thiết kế
2.3.1 Thông số thi công
Trang 53.1 Áp dụng tính toán móng cầu
3.1.1 Chọn lựa kiểu móng
3.1.2 Phương án tính toán cọc cho móng trụ
3.1.3 Tính toán cho cọc đơn theo vật liệu
3.1.4 Sức chịu tải của thiết kế cọc đơn
3.1.5 Tổng sức chịu tải của các cọc
3.2 Tính toán chi tiết về trụ và mũ trụ
3.2.1 Tính toán trụ cầu về thể tích và khối lượng
3.2.2 Khởi tạo tính toán đầy đủ một trường hợp kích thước trụ
3.3 So sánh một số tính toán về các trường hợp kích thước trụ thỏa mãn điều kiện
3.3.1 So sánh với trường hợp kích thước trụ (24 x 4 x 1,6) (m)
3.3.2 So sánh với trường hợp kích thước trụ (24 x 4,5 x 1,6) (m)
3.3.3 So sánh với trường hợp kích thước trụ (20 x 4,5 x 1,8) (m)
3.3.4 So sánh với trường hợp kích thước trụ (22 x 4,5 x 1,8) (m)
3.3.5 So sánh với trường hợp kích thước trụ (22 x 4,5 x 1,6) (m)
3.3.6 So sánh với trường hợp kích thước trụ (20 x 4 x 1,8) (m)
Trang 6ĐIỆN TỬ
4.1 Một số kết quả nghiệm thu mô hình mô phỏng đơn vị thiết kế cầu
4.1.1 Phân tích tĩnh tuyến tính
4.1.2 Phân tích tác dụng động với gió
4.1.3 Phân tích kết cấu dưới tác động của động đất
4.2 Ứng dụng Midas/Civil trong phân tích mô hình trụ mẫu vành đai 3
4.3 Một số kinh nghiệm rút ra từ quá trình tính toán trụ cầu vành đai 3
Trang 7
-1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu
1.1.1 Khái niệm cấu tạo:
tạo thành một phần của tuyến đường.
năng đỡ kết cấu nhịp, truyền các tải trọng thẳng đứng và ngang xuống đất nền.
thuận.
Trang 81.1.2 Phân loại mố trụ cầu
Mố trụ cầu khung: Mố vẫn giống cầu dầm nhưng trụ liên kết ngàm với kết cấu nhịp Như vậy trụ chịu mômen rất lớn Bố trí cả cốt thép thường và cốt thép dự ứng lực
1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu
Trang 91.1.2 Phân loại mố trụ cầu
Mố trụ cầu treo: Mố phải có kích thước đủ lớn để chịu lực V, H cấu tạo phức tạp.
1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu
Trang 101.1.2 Phân loại mố trụ cầu
Mố trụ cầu dây văng: Mố chịu lực nhổ truyền tại mố bố trí gối chịu lực nhổ và mố phải
đủ nặng để chịu lực được nhổ
• Mố trụ dẻo: Kích thước thanh mảnh, độ cứng nhỏ gồm: Xà mũ, cọc (cột) Trên mố trụ chỉ có gối cố định hoặc không cần gối
• Ngoài ra còn một số phân loại khác nữa nhưng trên đây là phân loại cơ bản
1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu
Trang 111.1.3 Đặc tính mố - trụ cứng (thép - bê tông)
• Mũ Trụ: Chịu tải trọng trực tiếp từ kết cấu nhịp và truyền xuống thân trụ
• Thân trụ: Thân trụ làm nhiệm vụ truyền áp lực từ mũ trụ xuống móng và chịu các lực ngang theo phương dọc cầu và ngang cầu
• Móng trụ: Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ mố xuống đất nền bên dưới và xung quanh
• Trụ cứng: Thường được sử dụng vật liệu thép hoặc Bê Tông.
• Hình dạng trụ: Dưới đây là một số loại trụ phân theo hình dạng
Trụ đặc thân hẹp
1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu
Trang 121.1.3 Đặc tính mố - trụ cứng (thép - bê tông)
• Mũ Trụ: Chịu tải trọng trực tiếp từ kết cấu nhịp và truyền xuống thân trụ
• Thân trụ: Thân trụ làm nhiệm vụ truyền áp lực từ mũ trụ xuống móng và chịu các lực ngang theo phương dọc cầu và ngang cầu
• Móng trụ: Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ mố xuống đất nền bên dưới và xung quanh
• Trụ cứng: Thường được sử dụng vật liệu thép hoặc Bê Tông.
• Hình dạng trụ: Dưới đây là một số loại trụ phân theo hình dạng
Trụ thân rộng
1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu
Trang 131.2 Cơ sở yếu tố trong tính toán mố, trụ cầu
Các bước Chuẩn bị cho tính toán trụ cầu:
Trang 141.2 Cơ sở yếu tố trong tính toán mố, trụ cầu
1.2.1 Tổng quát về phân tích
điển, Phương pháp sai phân hữu hạn, Phương pháp phần tử hữu hạn, Phương pháp dải hữu hạn, Phương pháp phân tích mạng dầm, Phương pháp đường dây dẻo
ứng xử của móng trong một số điều kiện
xấp xỉ, Phương pháp chính xác
Trang 151.2 Cơ sở yếu tố trong tính toán mố, trụ cầu
1.2.2 Các tải trọng tác dụng lên mố trụ cầu
Trang 161.2 Cơ sở yếu tố trong tính toán mố, trụ cầu
1.2.3 Một số phương thức tính thể tích và khối lượng vật thể
Trang 171.3 Lý thuyết tính toán trụ cầu
1.3.1 Tính toán tổng quát mố trụ cầu
Sơ đồ tính toán tải trọng và lực tác dụng lên trụ cầu:
Trang 181.3 Lý thuyết tính toán trụ cầu
1.3.1 Tính toán tổng quát mố trụ cầu
Tính duyệt mặt cắt:
Duyệt cường độ: dùng với tổ hợp tải trong bất lợi nhất với tham số:
M – tổng mômen tính toán
N – lực dọc trục tính toán
eo = M/N là độ lệch tâm của lực pháp tuyến N so với trọng tâm mặt
h – chiều cao của mặt cắt
φ- Hệ số triết giảm khả năng chịu lực khi nén
Công thức tính duyệt nên xem kỹ hơn trong môn Kết cấu công trình đã học Kết cấu chịu uốn ( mặt cắt III-III): M ≤ Ru Ft ( ho – a)
Đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm: N≤Rn.φ.F →
Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm: N.(1+ 2e0/h)≤Rn.φ.F →
Trang 191.3 Lý thuyết tính toán trụ cầu
1.3.1 Tính toán tổng quát mố trụ cầu
Duyệt ổn định chống lật:
ML, Mgh: Mômen lật tính toán, giới hạn
Ti: Các lực ngang
ei : Cánh tay đòn của Pi
hi: Cánh tay đòn của Ti
y: Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trục kiểm toán lật m – hệ số điều kiện làm việc, m = 0.8 Với các tham số và hệ số trên đây ta có:
Duyệt ổn định chống trượt:
Ψ - hệ số ma sát
Trang 201.3 Lý thuyết tính toán trụ cầu
1.3.2 Một số tính toán cọc móng khoan nhồi
Sức chịu tải của cọc theo đất nền: Sức kháng tính toán của cọc QR theo đất nền có thể tính như sau: QR = φQn = φqp Qp +φqs Qs Với: Qp = qp Ap và Qs = qs As Trong đó:
Qp: Sức kháng mũi cọc (N) Qs: Sức kháng thân cọc (N)
qp: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)
As: Diện tích bề mặt thân cọc (mm2) Ap: Diện tích bề mặt mũi cọc (mm2)
φqp: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định φqs: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc
Hệ số nhóm cọc chịu nén: Sức chịu tải của nhóm cọc có thể lấy bằng tổng sức chịu tải
riêng rẽ của từng cọc nhân với hệ số hữu hiệu η
Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu Pr = ϕPPn
Trang 211.4 Ứng dụng Midas/Civil trong phân tích kết cấu cầu
1.4.1 Sơ lược về Midas.
MIDAS là một nhóm các sản phẩm phần mềm phục vụ việc thiết kế kết cấu, gồm:
• MIDAS/Civil General Civil structure design system: Phân tích và thiết kế kết cấu được tối ưu riêng cho những kết cấu dân dụng, đặc biệt trong thiết kế cầu
• MIDAS/Gen General Building structure design system: Phục vụ cho việc thiết kế kết cấu, đặc biệt là thiết kế kết cấu nhà
• MIDAS/BDS Building structure Design System: Phân tích và thiết kế kết cấu kiến trúc
• MIDAS/Set-Building Structural Engineer's Tools: Tập hợp những chương trình riêng lẻ để xúc tiến thiết kế các đơn vị kết cấu
• MIDAS/FEmodeler finite element MESH generator: Chương trình tự động phát sinh ra lưới phần tử hữu hạn
• MIDAS/ADS Shear wall type Apartment Design System: Chương trình phân tích
và thiết MIDAS/Civil là một sản phẩm phần mềm phân tích cầu chuyên dụng
Trang 221.4 Ứng dụng Midas/Civil trong phân tích kết cấu cầu
1.4.1 Sơ lược về Midas.
MIDAS là một nhóm các sản phẩm phần mềm phục vụ việc thiết kế kết cấu, gồm:
• MIDAS/Civil General Civil structure design system: Phân tích và thiết kế kết cấu được tối ưu riêng cho những kết cấu dân dụng, đặc biệt trong thiết kế cầu
• MIDAS/Gen General Building structure design system: Phục vụ cho việc thiết kế kết cấu, đặc biệt là thiết kế kết cấu nhà
• MIDAS/BDS Building structure Design System: Phân tích và thiết kế kết cấu kiến trúc
• MIDAS/Set-Building Structural Engineer's Tools: Tập hợp những chương trình riêng lẻ để xúc tiến thiết kế các đơn vị kết cấu
• MIDAS/FEmodeler finite element MESH generator: Chương trình tự động phát sinh ra lưới phần tử hữu hạn
• MIDAS/ADS Shear wall type Apartment Design System: Chương trình phân tích
và thiết MIDAS/Civil là một sản phẩm phần mềm phân tích cầu chuyên dụng
Đặc điểm nổi bật của Midas/Civil so với các chương trình khác: Khả năng mô hình
Trang 231.4 Ứng dụng Midas/Civil trong phân tích kết cấu cầu
1.4.2 Phương pháp Phần tử hữu hạn và ứng dụng trong Midas/Civil
Mô hình hóa rời rạc kết cấu: Coi vật thể liên tục như là tổ hợp của nhiều phần tử liên
kết với nhau bởi một số hữu hạn các điểm, gọi là các nút
Chuyển vị nút và lực nút: Khi kết cấu chịu lực, kết cấu sẽ biến dạng, các phần tử cũng
sinh ra biến dạng, do dó cũng sinh ra chuyển vị Chuyển vị của các nút được gọi là chuyển vị nút
Các loại phần tử chính trong Midas/Civil: Phần tử giàn; Phần tử chỉ chịu kéo; Phần tử
cáp ; Phần tử chỉ chịu nén; Phần tử dầm; Phần tử ứng suất phẳng ; Phần tử biến dạng phẳng hai chiều; Phần tử hai chiều đối xứng trục; Phần tử tấm; Phần tử khối
Phân tích kết cấu: trong hầu hết các phân tích kết cấu cho việc thiết kế, ứng xử của vật
liệu trong kết cấu được giả thiết là tuyến tính, các thành phần ứng suất được nằm trong vùng giới hạn cho phép
Phương pháp phân tích P-Delta: Là loại phân tích phi tuyến hình học, được dùng để
phân tích những kết cấu khi mà xuất hiện đồng thời tải trọng theo phương ngang và mômen quay cùng xuất hiện đồng thời đối với phần tử dầm hoặc tường
Trang 242.1.1 Sơ lược về dự án cầu vành đai 3
thông vận tải phê duyệt tại Quyết định số 643/QĐ-BGTVT ngày 13/3/2008 và Quyết định
số 1929/QĐ-BGTVT ngày 03/7/2009
- Yêu cầu Thiết kế”, Tiêu chuẩn thi công cầu đường bộ - AASHTO và 22TCN 272:2005
"Tiểu chuẩn thiết kế cầu" Dự án được xây dựng theo cấp đường cao tốc đô thị, tốc độ thiết kế 100km/giờ, mặt cắt ngang 4 làn xe
cuối Km28+532, phía Bắc hồ Linh Đàm (điểm đầu của dự án xây dựng cầu Thanh Trì) Với tổng chiều dài khoảng 8.912m bao gồm 385m đường dẫn và 8.527m cầu cạn chạy suốt
2.1 Tổng quan và phê duyệt xây dựng CVVĐ3
Trang 262.1.2 Kết cấu cầu được phê duyệt, sử dụng trên hệ thống CVVĐ3
Hệ thống dầm sử dụng Super- T:
2.1 Tổng quan và phê duyệt xây dựng CVVĐ3
Trang 272.1.2 Kết cấu cầu được phê duyệt, sử dụng trên hệ thống CVVĐ3
Mặt cắt ngang thiết kế :
2.1 Tổng quan và phê duyệt xây dựng CVVĐ3
Trang 282.1.2 Kết cấu cầu được phê duyệt, sử dụng trên hệ thống CVVĐ3
Số lượng cọc khoan nhồi thường là 4-6 cho một móng trụ, áp dụng cho bộ trụ gồm 2-3 trụ, nhưng khi đó đường kính cọc khoan nhồi nhỏ hơn, đã thi công theo phương án đường kính cọc khoan nhồi Φ=1200mm
2.1 Tổng quan và phê duyệt xây dựng CVVĐ3
Trang 292.1.2 Kết cấu cầu được phê duyệt, sử dụng trên hệ thống CVVĐ3
Mô hình trụ một cột:
2.2 Cơ sở của tính toán và thiết kế của dự án
Trang 312.2.1 Khảo sát địa chất công trình dự án - Tóm lược kết quả thực địa
2.2 Cơ sở của tính toán và thiết kế của dự án
Lớp
đất
Chiều sâu(m)
Dung trọng
α Bề dày
(m)
Độ sệt (B)
Trang 322.2.2 Thông số tiêu chuẩn- trọng tải được duyệt của dự án
Tiêu chuẩn thiết kế và thông số: Theo tiêu chẩn thiết kế cầu của Australia
AUSTROADS -92, 22TCN272-05, AASHTO.
Tải trọng tác dụng lớn nhất lên hệ thống trụ cầu khi tính toán các tác động cơ bản theo
các tiêu chuẩn trên là 3200 Tấn
Mô Men cực hạn bẻ dọc cầu tác dụng lên hệ thống trụ cầu, khi đã xếp hoạt tải và tính
toán các tác động là 7500 kN.m
Mô ment cắt ngang cầu tác dụng cực đại đã tính toán tác động là 34000 kN.m
Tải trọng gió với trạng thái cực hạn (ULS):
Vận tốc gió trung bình 1 giờ tại độ cao 10m trên mặt đất: V60,10= 31m/s
Vận tốc gió trung bình 10 phút độ cao 10m trên mặt đất: V10,10= 33m/s
Tải trọng nhiệt độ: Thay đổi nhiệt độ đều: ± 18oC, Gradient nhiệt độ theo vùng 3
AUSTROAD 92
Tải trọng động đất: Hệ số gia tốc nền tại vị tri xây dựng cầu dùng để phân tích động đất
được lấy bằng 0.1g Động đất được phân tích theo phương pháp đa phổ
2.2 Cơ sở của tính toán và thiết kế của dự án
Trang 332.3.1 Thông số tiêu chuẩn- trọng tải được duyệt của dự án
Thông số của vật liệu thiết kế:
2.3 Cơ sở của tính toán và thiết kế của dự án
Trang 342.3.2 Phân tích Tính toán – Kiểm nghiệm Mô hình
Toàn bộ kết cấu không gian đã được phía tư vấn mô hình hóa và tính toán bằng chương trình RM-SPACEPRAME (hãng TDV-Áo), phần mềm này đã phân tích:
– Phân tích tĩnh tuyến tính (linear-static analysis)
– Phân tích theo các giai đoạn thi công (constmction stage analysis)
– Phân tích tĩnh phi tuyền hình học (second-order theory analysis)
– Phân tích động với gió, động đất (wind dynamic loan, seism analysis)
– Kết quả của quá trình phân tích mô hình:
Với mẫu thiết kế và các vật liệu đã chọn và mô hình như thiết kế các kỹ sư khi thử bằng
mô hình RM-SPACERRAME đã đưa ra kết luận, tất cả các yêu cầu đặt ra về tới hạn
về hoạt tải, gió, động đất đều thoả mãn
2.3 Các thông số đã thiết kế
Trang 353.1 Áp dụng tính toán móng cầu
3.1.1 Chọn lựa kiểu cọc móng
Do nền đất của Hà Nội rất yếu Yêu cầu với việc tải trọng cầu rất lớn, khối lượng, áp lực cũng như mô men lớn, chính vì vậy phương án hợp lí là dùng móng cọc khoan nhồi cắm vào lớp đất tốt Cọc chiếm chỗ ở đây ta chọn là cọc khoan nhồi
• Kích thước tiết diện ngang của loại cọc này ta tính theo 3 phương án là: Φ1000 mm, Φ1200 mm, Φ1500 mm thiết diện thép chọn Φ16 Loại thép AII có Ra = 2800kG/cm2
bê tông cọc mác 300 có Rk = 9kG/cm2 và Rn = 110kG/cm2
• Chiều dài của cọc khoan nhồi với các trụ nói chung ước lượng ban đầu từ 30-40m
ngàm vào đất Nên ta sẽ chọn 3 phương án cho độ dài cọc khoan nhồi là: 30m, 35m, 40m
• Số lượng cọc cho các móng theo tính toán sơ lược ban đầu ta cần có khoảng từ 4÷6 cọc
