CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 2 CẦU LIÊN TỤC BTCT DƯL CÓ CHIỀU CAO DẦM KHÔNG THAY ĐỔI

Mặt cắt ngang sử dụng tiết diện dạng hộp,bítông dầm có cường độ 28 ngăy f’c mẫu hình trụ : 50 Mpa, cốt thĩp dự ứng lực dùng loại tao có đườngkính 12,7 mm Sơ đồ kết cấu theo phương ngang

Chương 2 :

THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÂN II CẦU LIÍN TỤC BTCT DƯL CÓ CHIỀU CAO DẦM KHÔNG THAY ĐỔI

1 Tính toân khối lượng câc hạng mục công trình:

- Khối lượng câc hạng mục chỉ tính với ½ mặt cắt ngang

1.1 Tính toân khối lượng kết cấu nhịp:

Sơ đồ kết cấu nhịp lă cầu liín tục 7 nhịp : 75+ 5x90 + 75 (m) thi công theocông nghệ đúc đẩy Mặt cắt ngang sử dụng tiết diện dạng hộp,bítông dầm có cường

độ 28 ngăy f’c ( mẫu hình trụ) : 50 Mpa, cốt thĩp dự ứng lực dùng loại tao có đườngkính 12,7 mm

Sơ đồ kết cấu theo phương ngang hoăn toăn đối xứng nín khối lượng chỉ tính cho ½ MCN

Để phù hợp với công nghệ thi công Đúc Đẩy nín em chọn mặt cắt ngang dầm không thay đổi trong suốt chiều dăi nhịp

Cụ thể mặt cắt ngang dầm có cấu tạo như sau:

300 275

30 40

25

275 275

MẶ T CẮ T NGANG CẦ U TL 1/50 MẶ T CẮ T NGANG CẦ U TL 1/50

30

BÊ TÔNG NHỰ A HẠ T MỊN DÀY 5 Cm

BẢN MẶ T CẦ U DÀY 30 Cm LỚP TẠ O MUI LUYỆ N DÀY TB 7 Cm LỚP PHÒNG NƯỚC DÀY 1Cm

1050 150

1050 25

30

- Sử dụng công thức trong AutoCad xâc định được :

Diện tích mặt cắt ngang 1 dầm hộp (không tính vâch ngang trín câc trụ):

A1 = 11.982(m2)Diện tích một vâch ngăn của dầm liín tục tại vị trí trụ:

A2 = 14.76 (m2)

- Tổng thể tích bítông 1 dầm:

A = 11.982x 600 + 8x14.76x2= 7366.32 ( m3 )

( Dầm có 8 vách ngăn, mỗi vách ngăn dày 2 m )

- Khối lượng thép trong 1 dầm chủ: 2.7366.2 = 14732.64 (KN)

- Tổng trọng lượng của 1 dầm chủ:

DC = 7366.32x2,4x9,8 + 14732.64 = 187988.49 (KN)

- Trọng lượng bản thân dầm 1 chủ trên một mét dài:

DC = 187988.49 /600 = 313.31 (KN/m)

1.2 Tính toán khối lượng mố:

Sử dụng mố dạng chữ U cải tiến, bêtông có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày( mẫu hình trụ ) f’c = 30 Mpa

1.2.1 Khối lượng mố trái:

Mố Trái có cấu tạo như hình vẽ :

400120

1.2.2 Khối lượng mố phải:

Sử dụng mố chữ u cải tiến gần giống với mố trải nhưng có chiều cao thân mốkhác nhau

Mố Phải có cấu tạo như hình vẽ:

Thể tích bêtông phần bệ trụ: V1 = 29.8x2x6 = 357.6 (m3)

Thể tích bêtông phần thân trụ: V2 = (9x3+1x1x3.14)x12.86x2 = 775.2 (m3)Thể tích bêtông phần đá tản: V3 = 2.1.1.0,25 = 0,5 (m3)

Tổng trọng lượng trụ 5: 1489.55.(2,4.9,8 +1) = 36523.766 (KN)

1.3.6 khối lượng trụ 6:

Tổng trọng lượng trụ 6: 1489.55.(2,4.9,8 +1) = 36523.766 (KN)

1.4 Tính toán khối lượng các bộ phận trên cầu:

1.5.1 Khối lượng các lớp mặt cầu:

 Trọng lượng các lớp mặt cầu: 30,87 + 4,12 = 34,99 (KN/m)

1.5.2 Trọng lượng lan can, tay vịn, gờ chắn bánh:

- Lan can tay vịn làm bằng ống thép tráng kẽm, lấy Wlctv= 0,4(KN/m)

+Trọng lượng Bêtông phần bệ lan can, tay vịn (tính cho 1 m dài):

0,25.0,3.2,4.9,8 = 1,76 (KN/m)+Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông là 0,60KN =>Trọng lượnglan can tay vịn là:

2.Tính toán số lượng cọc trong bệ móng mố, trụ :

2.1 Xác định sức chịu tải tính toán của cọc:

- Sử dụng cọc khoan nhồi BTCT fc’ = 30 Mpa đường kính cọc 1,2 (m)

- Sức chịu tải tính toán của cọc khoan nhồi được lấy như sau:

Ptt= min{Qr, Pr}

* Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu

- Sức kháng dọc trục danh định:

Pn= 0,85[0,85.f'c.(Ap-Ast) +fy.Ast]; (N)Trong đó:

f'c: Cường độ chụ nén của BT cọc (Mpa); f'c = 30Mpa Ap: Diện tích mũi cọc(mm2); Ap = 1130400 mm2

Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 2020 : Ast = 6280 mm2fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420 Mpa

Thay vào ta được:

Pn = 0,85.[0,85.30.(1130400 - 6280) + 420.6280] = 26,6.106 (N) = 26,6 (MN)

- Sức kháng dọc trục tính toán:

Pr = .Pn; MNVới : Hệ số sức kháng mũi cọc,  = 0,75

Pr = 0,75.26,6 = 19,95 (MN)

* Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền:

- Sức kháng mũi danh định: qp=3.qu.Ksp.d

20

30

4 3 4

0



Ds

Hs d

Trong đó:

d: Hệ số chiều sâu không thứ nguyên:

qu: Cường độ nén dọc trục trung bình của lõi đá, qu = 30 Mpa

Ksp: Hệ số chịu tải không thứ nguyên

Sd: Khoảng cách các đường nứt, Sd = 300mm

td: Chiều rộng các đường nứt; td =1mm

D : Đường kính cọc; D = 1200mm

Ds: Đường kính hố đá, D =1200mm

Hs: Chiều sâu chôn cọc vào trong hố đá; Hs = 1500 mm

Thay số vào các công thức ta được:d =1,5; Ksp = 0,23

2.2.1 Các bước chính thực hiện trong chương trình:

- Mô hình hóa kết cấu

S t D

S Ksp

300110

3







2.2.2 Mô hình hóa kết cấu:

- Sơ đồ cầu gồm hai dầm hộp đặt song song nhau trên các trụ tách rời nhau gần như 2cầu đặt song song nhau nên sẽ chỉ giải bài toán trên 1 hộp

- Toàn bộ kết cấu cầu liên tục sẽ được mô hình vào trong chương trình gần đúng như

kết cấu thật, mô hình bài toán là mô hình không gian

- Dầm chủ tiết diện hộp không thay đổi theo phương dọc cầu được mô tả trong

chương trình là phần tử Beam Mặt cắt ngang dẩm chủ được khai báo trong chương

trình với các thông số cụ thể như sau: (Xem hình vẽ)

- Kết cấu trụ gồm mũ trụ, bệ thân trụ, bệ trụ cũng được mô tả bằng phần tử Beam với

các kích thước theo các phương, sự thay đổi tiết diện của mặt cắt mủ trụ hoàn toàntưong tự như kết cấu thật:

- Trong chương trình không khai báo các phần tử của mố mà chỉ liên kết đầu dầm vớinền đất bằng các gối nên khi tính phản lực tại bệ mố cần phải cộng thêm trọng lượngbản thân các mố

- Liên kết giữa phần đầu dầm phía Mố A và nền đất được mô tả bằng gối cố định

- Liên kết giữa phần đầu dầm phía Mố B và nền đất được mô tả bằng gối di động

- Liên kết trụ và nền đất được mô tả bằng các ngàm cứng

- Để mô tả sự liên kết giữa mũ trụ và dầm chủ ta khai báo ràng buộc chuyển vị thẳng đứng giữa hai nút: một nút thuộc phần tử mũ trụ và nút thuộc phần tử dầm tại tiết diện trên trụ

Khai báo MCN dầm chủ với các số liệu cụ thể như sau:

- Khai báo mặt cắt ngang thân trụ, bệ trụ và đoạn vát với các số liệu cụ thể như hìnhsau:

Kết quả mô tả trong chương trình ta được sơ đồ kết cấu như sau:

SƠ ĐỒ KẾT CẤU HIỂN THỊ Ở DẠNG PHẲNG

SƠ ĐỒ KẾT CẤU HIỆN THỊ DƯỚI DẠNG KHÔNG GIAN

Mặt cắt ngang như sau:

2.2.3Khai báo các làn xe:

- Cầu gồm 6 làn xe chạy rộng 21 (m) và 2 làn người đi bộ rộng (2x2.75m) phân bố

trên 2 hộp đặt cạnh nhau, do đó trên 1 hộp sẽ khai báo 4 làn gồm 3 làn xe chạy và mộtlàn người đi bộ với các độ lệch tâm như sau:

- Làn 1, Làn 2 và làn 3 sẽ chịu hoạt tải xe chạy gồm các trường hợp tải trọng: xe hai

trục + tải trọng làn ( Hoat TandemLan) và xe tải + tải trọng làn (Hoat TruckLan)

- Làn 4 được gán cho tải trọng người đi bộ

2.2.4 Khai báo xe tiêu chuẩn theo AASHTO-LRFD (22TCN272-05)

- Chọn mã thiết kế AASHTO-LRFD

- Khai báo 2 trường hợp hoạt tải theo AASHTO-LRFD bao gồm:

o HL-93TDM: hoạt tải xe hai trục thiết kế và tải trọng làn

o HL-93 TRK: hoạt tải xe tải thiết kế và tải trọng làn

2.2.5 Khai báo các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:

- Tải trọng tác dụng thẳng đứng tính đến đáy bệ trụ, bệ cọc bao gồm:

o Trọng lượng bản thân dầm, trọng lượng bản thân mố, trụ (tỉnh tải giai đoạn 1)

o Trọng lượng bản thân các lớp mặt cầu, lan can tay vịn (tỉnh tải giai đoạn 2)

o Hoạt tải HL-93, tải trọng người đi bộ

- Các trường hợp tải và hệ số tải trọng kèm theo theo TTGH cường độ:

- Các tổ hợp tải trọng được khai báo trong chương trình:

Stt Tên tổ

Loai tổ

1 Hoat1 Hoạt tải xe tandem,tải trọng làn

cộng tác dụng với tải trọng người ADD

1.75(HoatTandemLan + HoatNguoi)

2 Hoat2 Hoạt tải xe trục,tải trọng làn cộng

tác dụng với tải trọng người ADD

1.75(Hoat TruckLan+ Hoat Nguoi)

3 Hoatmax Lấy giá trị bất lợi của Hoat1 và

4 TinhMax Cộng tác dụng của Tỉnh tải giai

đoạn 1 và tỉnh tải giai đoạn 2 ADD

(1,25TT1+1,5TT2)

5 T+H Cộng tác dụng của Tỉnh tải và hoạt

tải( TinhMax, HoatMax) ADD Hoatmax+Tinhmax

6 BaoTH Lấy giá trị bất lợi nhất trong 3 tổ

hợp( Movingmax, Tinhmax, T+H) ENVE

Max(Hoatmax,Tinhmax, T+H)

Ghi chú: Hệ số xung kích được khai báo cùng với lúc khai báo tải trọng xe hai trục

và tải trọng xe tải: IM = 25%

- Sau khi khai báo đầy đủ các thông số như Làn xe, Loại xe, Lớp xe, các trường hợptải trọng và các tổ hợp tải trọng, chương trình sẽ tự động vẽ các ĐAH, xếp xe lên cácĐAH sao cho gây ra hiệu ứng bất lợi nhất đúng theo yêu cầu của qui trình thiết kế cầuAASHTO-LRFD (22TCN272-05)

2.2.6 Kết quả chạy chương trình:

Stt Trường hợp Tải

Hệ số tảitrọng

3 Hoạt Tademlan Hoạt tải xe 2 trục và tải trọng

4 Hoạt Trucklan Hoạt tải xe tải và tải trọng làn 1.75

- Sau khi chạy chương trình có được kết quả xếp xe trên ĐAH phản lực gối và giá trịphản lực gối

KẾT QUẢ PHẢN LỰC TẠI CÁC GỐI

- Giá trị phản lực lớn nhất được lấy trong tổ hợp Bao TH

- Các giá trị phản lực các gối ở hai mố chưa tính dến trọng lượng bản thân của mố và

bệ móng do đó phản lực gối tính toán tại các mố và trụ là:

Ap = A1+1.25x phần thêm vào

Trong đó: 1,25: hệ số tải trọng

0,5: xét khối lượng 1 nửa mố để tính số cọc cần thiết cho 1 dầm

KẾT QUẢ PHẢN LỰC TẠI CÁC GỐI

Trong đó : n lă số lượng cọc tính toân.

: hệ số kể đến độ lệch tđm của tải trọng ,  = 1,6

AP : Tổng tải trọng tâc dụng lín cọc tính đến đây bệ móng

Ptt : Sức chịu tải tính toân của cọc

Lập bảng tính toân như sau :

BỐ TRÍ CỌ C CHO MỐ

3 Xâc định biểu đồ bao momen trong giai đoạn khai thâc:

- Tải trọng tâc dụng:

+ Tải trọng bản thđn dầm DC

+ Tải trọng bản thđn câc lớp mặt cầu, lan can tay vịn DW

+ Hoạt tải HL-93 và đoàn người 300 kG/cm2

- Các trường hợp tải trọng, tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng được lấy như phần tính

toán phản lực gối Giá trị biểu đồ bao nội lực được lấy trong tổ hợp Bao

Biểu đồ momen trong giai đoạn khai thác:

Biểu đồ bao momen trong giai đoạn khai thác

Kết quả giá trị momen tại một số mặt cắt đặc trưng như sau:

4.Tính toán cốt thép DƯL cho các phân đoạn dầm:

- Việc tính toán cốt thép DƯL trong các phân đoạn dầm phải đảm bảo những yêu cầu

+ Số bó thép trong 1 phân đoạn dầm là không thay đổi trong suốt chiều dài phân đoạn

ở từng giai đoạn thi công khai thác Yêu cầu này đặt ra nhằm đảm bảo sự thuận tiệnnhất trong công nghệ thi công

+ Số bó thép trong phân đoạn chính là số bó cốt thép lớn nhất ở các mặt cắt nằm trong

+ Ở giai đoạn khai thác tìm ra nội lực âm và dương lớn nhất trong từng phân đoạn

dầm sau đó so sánh với nội lực lớn nhất của phân đoạn dầm đó ở giai đoạn thi công:Nếu nhỏ hơn thì số bó thép khai thác chính là số bó thi công đã dùng, còn nếu lớn hơnthì phải tính thêm số bó thép cần thiết để chịu tăng thêm khi khai thác

Quan điểm 2:

+ Cốt thép sau khi thi công, nếu thừa không cần dùng đến thì phải tháo ra còn nếu

thiếu khi khai thác thì phải căng thêm vào

Quan điểm 1 có ưu điểm là công nghệ thi công đơn giản do không phải tháo lắp

chuyển vị trí bó thép nhưng có nhược điểm là sử dụng vật liệu chưa hợp lý, lãng phícốt thép Quan điểm 2 có ưu điểm sử dụng hợp lý về mặt vật liệu nhưng công nghệ thicông phức tạp

 Để đơn giản hóa công nghệ thi công nên em chọn tính toán cốt thép DƯL theo

quan điểm 1 Nhưng em lấy gần đúng theo số bó cáp của giai đoạn khai thác sử dụng

- Sử dụng cáp DƯL với các đặc trưng sau:

+ Công

thức tính toán số bó cáp:

- Với bó chịu mômen âm:

Loại Cáp DƯL 22 tao 12,7 mm

Giới hạn bền fpu 1860 MpaGiới hạn chảy fpy 1670 Mpa

e' T

a' T

y T N' T

M min truû c trung hoaì

h

y d

+ Ứng suất thớ trên:

0 '

'

T T T tr

W

M W

e N A

N f

).)(

'.(

.'

'

bo KT T tr

b T

tr T

A f e A W

A M n

e A W

M N

'

T T T d

W

M W

e N A

N f

).)(

'.(

.'

'

bo KT d T

b d

T

T

A f W e A

A M n

A

W e

M N

T T T d

W

M W

e N A

N f

).)(

.(

.max max

bo KT T d b T

d T

A f e A W

A M n

e A W

M N

T T T tr

W

M W

e N A

N f

 ( )( )

.max max

bo KT tr T

b tr

T

T

A f W e A

A M n

A

W e

M N

NT = nb.fKT.Abó

+ e'T, eT: Khoảng cách từ trục trung hoà đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực + A: Diện tích tiết diện bêtông

+ M: Mômen do tải trọng tác dụng gây ra tại tiết diện tính toán

+ W: Mômen kháng uốn tiết diện

- Tính toán đặc trưng hình học của tiết diện hộp:

Sử dụng chức năng SECTION PROPERTIES trong MIDAS CIVIL ta có đặc

trưng hình học của tiết diện ngang dầm hộp như sau:

Số bó thép chịu momen âm tại 1 số phân đoạn dầm trong giai đoạn khai thác

Tiết diện Trên trụ 1 Trên trụ 6 Giữa nhịp 4

Tiết diện Số Bó Chịu M- Số Bó Chịu M+

Vì theo suốt chiều dài dầm thì mômen âm và mômen dương không thay đổi nhiều nên

ta chọn số bó cáp trên bố trí sơ bộ cho cả chiều dài dầm

+ Dự kiến bố trí cốt thép DƯL như sau:

12 20

240240

5 Kiểm toán các tiết diện đặc biệt của dầm chủ theo mômen ở TTGH cườngđộ:

- Ta quy đổi tiết diện hộp về tiết diện tiết diện chữ I lệch và sử dụng công thức tính

như đối với tiết diện chữ T trong quy trình:

20

Công thức kiểm toán: Mmax  Mr = Mn

Trong đó: Mr : Sức kháng uốn tính toán

d

c k

A’ps: Diện tích thép DƯL ở phía trên (mm2)

fpu : Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn danh định của thép DƯL (Mpa)

fps : Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định (Mpa)

dp: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL ở phía dưới (mm)

bw: Chiều dày sườn dầm (mm)

: Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất, với BT có cường độ > 28 Mpa hệ số

 giảm theo tỉ lệ 0,05 cho từng 7 Mpa vượt quá 28 Mpa:

65 , 0 69 , 0 ) 7

28 50 (

05 , 0 85 , 0



+ c > hf : Trục trung hòa qua sườn dầm

+ c < hf : Trục trung hòa qua cánh dầm và c sẽ được tính theo tiết diện hìnhchữ nhật với bw = b

' 85 , 0 ) 2 (

) 2 (

f w p

ps ps p

ps ps n

h a h b b c f

a d f A

a d f A

).(

'.85

,

0

).(

85,0)

(

'

' 1

' 1 '

p

ps p

ps pu w

c

f w c

pu ps ps

d

A d

A f k b f

h b b f f

A A

a = c: Chiều dày khối ứng suất tương đương

Trường hợp trục trung hòa qua cánh thì lấy b = bw

fps : Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định (Mpa)

c k f

Nhịp 4 0.28 0.5934 0.86 1742.13 1723.10 36476.42

Trên trụ 1 0.28 0.773 1.12 2806.368 1706.5 50027.44

Trên trụ 6 0.28 0.773 1.12 2806.368 1706.5 50027.44

6 Tổng hợp khối lượng, tính dự toán phương án cầu liên tục:

TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG P.A CẦU LIÊN TỤC

2 DẢI PHÂN CÁCH Bêtông phần dải phân cách Tấn 0.181

3 LAN CAN TAYVỊN

Bêtông phần nguời đi Tấn 105.6

TỔNG DỰ TOÁN XÂY DỰNG CỦA PHƯƠNG ÁN CẦU LIÊN TỤC ST

KÝ

THÀNH TIỀN (1000đ)

6 Thu nhập chịu thuế tínhtrước TL (T+C)*60% 47310356.45