Tính toán và thiết kế cầu liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng”

- Dầm liên tục có mặt cắt ngang là dầm hộp hai thành xiên có chiều cao thay đổi theo đường cong bậc 2, chiều cao vị trí trụ là H=5 m tại vị trí giữa nhịp chọn là h=2.0mKích thước mặt cắt

trư-Từ đó em đã học tập và nhận thức được rất nhiều kiến thức phục vụ cho công tác làm

đồ án cũng như công việc sau này

Mặc dù em đã có nhiều cố gắng trong quá trình làm đồ án, song do nhận thức có hạn và điều kiện về thời gian còn hạn chế nên trong bản đồ án này có thể còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự giúp đỡ, phê bình, sửa chữa của các thầy cô giáo

… để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Một lần nữa em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đối với thầy giáo Th.S Phạm Văn Toàn đã có những định hướng và tận tình giúp đỡ bảo ban em hoàn thành bản đồ án

tốt nghiệp này

Em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu Đường… đã truyền đạt kiến thức dìu dắt giúp đỡ tạo điều kiện cho em học tập và rèn luyện trong suốt quá trình học tại trường

Em xin chân thành cảm ơn

Hải Phòng, ngày 01 tháng 12 năm 2015

Sinh viên: Mai Văn Tiến

PHẦN I

PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

********************

CHƯƠNG 1- GIỚI THIỆU CHUNG

1.1- VỊ TRÍ XÂY DỰNG CẦU

- Cầu Nguyệt Viên lý trình Km 483+300 trên Quốc lộ 1 đoạn qua TP Thanh Hóa (Km

478 –Km 487) Cầu thuộc địa phận xã Hoằng Quỳ, huyện Hoằng Hóa, tỉnh Thanh Hóa

1.2- ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Báo cáo nghiên cứu khả thi xây dựng cầu Nguyệt Viên nghiên cứu những nội dung chủ yếu sau đây:

+ Lựa chọn quy mô công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật

+ Chọn phương án kỹ thuật cầu và các giải pháp xây dựng

+ Xác định tổng mức đầu tư

+ Phân tích hiệu quả tài chính, kinh tế

+ Nghiên cứu tác động môi trường ban đầu

+ Kiến nghị phương thức đầu tư

1.3- ĐỊA HÌNH

- Cầu Nguyệt Viên được bắc qua sông Mã thuộc huyện Hoằng Hóa

- Do bờ sông có bãi rộng, lòng sông tương đối hẹp và sâu, địa chất phân bố không đều

do sự bồi đắp của sông Hình dạng mặt cắt sông không đối xứng

1.4- ĐỊA CHẤT

- Căn cứ vào thí nghiệm địa chất tại hiện trường do phòng địa chất tiến hành từ tháng

01 đến tháng 03 năm 2015 dọc theo tim cầu khoan thăm dò 3 hố khoan (HK1 ÷ HK3), tính chất địa tầng từ trên xuống như ở bảng sau:

- Nước sông: Theo tiêu chuẩn Việt Nam (chống ăn mòn trong xây dựng)

TCVN3994-85 thì nước này có tính ăn mòn ở mức độ yếu với các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

- Địa tầng: Các lớp địa chất tại các hố khoan phân tầng rõ rệt Được mô tả từ trên xuống theo các lớp sau:

Km 483+410

Từ kết quả khoan thăm dò cho thấy:

- Địa chất bố trí tại các hố khoan không đều, các lớp địa chất tốt nằm không sâu chủ yếu phân bố ở giữa lòng sông sâu, nơi cần vượt nhịp lớn Do vậy, giải pháp móng là đặt trên móng cọc khoan nhồi khoan tới lớp cất kết

+ Lượng mưa trung bình năm : 1800 mm

+ Lượng mưa ngày lớn nhất : 520 mm

+ Lượng mưa trung bình tháng lớn nhất : 358 mm

+ Lượng mưa trung bình tháng thấp nhất: 46.5 mm

+ Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm:260C.

+ Nhiệt độ trung bình mùa đông: 160C(Lúc thấp nhất là 100C)

+ Nhiệt độ trung bình mùa hè: 320C(Lúc cao nhất là 400C)

1.6.4- GIÓ

- Hướng gió chính: Gió Tây Nam thời tiết nóng ít mưa

- Vận tốc gió trung bình hàng năm là 22 m/s

CHƯƠNG 2- CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

2.1- QUY MÔ CÔNG TRÌNH.

- Cầu lớn, vĩnh cửu

- Vận tốc thiết kế: 60 km/h

2.2- TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

2.2.1- TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

- Quá trình thiết kế dùng theo tiêu chuẩn 22 TVN 272 – 05

- Hoạt tải thiết kế HL93

- Người đi bộ 3 kN/m2

2.2.2- KHỔ CẦU

- Khổ cầu: K8 + 2x2.0 m

2.2.3- ĐỘ DỐC DỌC CẦU

+ Bán kính cong đứng lồi tối thiểu Rmin = 5000m

+ Độ dốc dọc tối đa imax = 3.5%

2.2.4- TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT TUYẾN HAI ĐẦU CẦU

+ Bề rộng nền đường: Bn= 14.00m

+ Bề rồng mặt đường: Bm = 12.00m

+ Độ dốc dọc: imax = 6%

+ Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất: Rmin= 250m

+ Bán kính đường cong đứng lồi nhỏ nhất: Rmin= 5000m

+ Bán kính đường cong đứng lõm nhỏ nhất: Rmin= 5000m

+ Kết cấu mặt đường đầu cầu:

7cm bê tông at phan25cm cấp phối đá dăm loại I40cm móng

Đất đắp tiêu chuẩn

2.3- ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG CẦU

2.3.1- NGUYÊN TẮC LẬP PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

- Để lập phương án kết cấu cần cần dựa vào những điều kiện cơ bản sau

+ Phù hợp với loại kết cấu nhịp, chiều dài nhịp

+ Đảm bảo chiều cao đất đắp trên thân mố

+ Đảm bảo khả năng thoát nước

- Mặt cắt dọc sông cho thấy lòng sông hẹp và sâu, đồng thời mực nuớc thông cao nên

để tránh bố trí nhiều trụ ta bố trí dầm liên tục nhịp lớn vượt sông

2.3.2.1- CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA KẾT CẤU

- Cầu gồm 3 nhịp dầm liên tục bê tông cốt thép ứng suất trước

- Sơ đồ cầu là 65 + 90 +65 m, tổng chiều dài là 231,2 m (tính đến sau mố)

M2

30.31m

3.83m

12 cäc khoan nhåi D=1.0 m, L=23m

p2

30.31m

3.83m

12 cäc khoan nhåi D=1.0 m, L=23m

p1

i M1

Hình 2.1: Bố trí chung phương án 1

- Các kích thước cơ bản của dầm liên tục được chọn như sau:

- Dầm liên tục có mặt cắt ngang là dầm hộp hai thành xiên có chiều cao thay đổi theo đường cong bậc 2, chiều cao vị trí trụ là H=5 m tại vị trí giữa nhịp chọn là h=2.0m

Kích thước mặt cắt ngang dầm hộp được chọn như hình vẽ:

Hình 2.2: Mặt cắt ngang dầm liên tục phương án 1

- Mặt cầu có độ dốc ngang in=2% đổ về hai phía

- Trên tiết diện ngang tại gối có bố trí lối thông có kích thước như trên:

- Lớp phủ mặt cầu như sau:

+ Lớp bêtông asphalt dày 5 cm

+ Lớp bê tông bảo vệ dày 4 cm

+ Lớp cách nước dày 1 cm

+ Lớp mui luyện tạo dốc dày 2 cm

2.3.2.2- CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA KẾT CẤU MỐ TRỤ

- Trụ P1, P2 thân đặc bằng bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép D = 1.0m Mỗi trụ rộng 3 m theo phương dọc cầu, 8 m theo phương ngang cầu và được vuốt tròn hai đầu Bệ móng cao 3 m rộng 10m theo phương dọc cầu, 14m theo phương ngang cầu

- Mố M1, M2 chọn dạng mố chữ U có tường thẳng, móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính D = 1m Bệ móng của mố có chiều cao 2m, rộng 5.5m theo phương dọc cầu, dài 14m theo phương ngang

Cấu tạo trụ và mố được thể hiện như hình vẽ:

12 cäc khoan nhåi D=1.0 m, L=23m

CÊU T¹O TRô p1

1000

850 550

350

50 550

50 1200

Hình 2.4: Cấu tạo mố M1 phương án 1.

2.3.2.3- ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG ÁN

- Ưu điểm:

+ Sơ đồ cầu đối xứng đẹp hợp với cảnh quan

+ Cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

+ Cầu bằng BTCT nên chi phí cho công tác duy tu bảo dưỡng trong giai đoạn khai thác thấp

+ Cầu làm việc với biểu đồ mô men hai dấu, tận dụng được khả năng làm việc của vật liệu

+ Số lượng trụ ít không ảnh hưởng đến dòng chảy

2.3.3 PHƯƠNG ÁN 2: CẦU GIÀN THÉP NHỊP GIẢN ĐƠN

- Cầu giàn thép là cầu khá quen thuộc với nước ta từ lâu, có kết cấu nhẹ, vượt được nhịp lớn Mặt khác điều kiên thi công không phụ thuộc vào thời tiết Kết cấu thép được sản xuất trong nhà máy nên chất lượng đảm bảo Vì vậy, đề xuất phương án cầu giàn thép

2.3.3.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA KẾT CẤU NHỊP:

8.59m

550 45.64m

Hình 2.5: Bố trí chung phương án 2

- Cầu có đường xe chạy phía dưới chọn bố trí 2 giàn chủ Khoảng cách giữa 2 giàn chủ:

B= 9.4 m

- Với Ltt=75 m, ta chọn 10 khoang giàn Chiều dài khoang giàn d=7.5m

- Chiều cao giàn chủ phải đủ để bố trí dầm ngang, cổng cầu, các lớp mặt cầu và đủ tĩnh không cho xe chạy, sao cho α=450-600, hợp lý nhất nằm trong khoảng 500-530

Hgiàn=hxechạy+hdầmngang+hbản+hcôngcầu

Trong đó:

+ hxechạy: Chiều cao khổ phần xe chạy hxechay=5.0 m

+ hdầmngang: Chiều cao dầm ngang hdầmngang=( 1 1

12 7− )B Chọn hdầmngang=1.1 m

+ hbản: Chiều cao bản mặt cầu Hbản=20 cm= 0.2 m

+ hcổngcầu: Chiều cao cổng cầu hcổngcầu=(0.15-0.3)B Chọn hcổngcầu=2.0 m

- Do đó: Hgiàn=5.0+1.1+ 0.2+2.0= 8.3 m

- Chọn chiều cao giàn tại giữa nhịp Hgiàn=10 m, khi đó α =59.04.

- Cấu tạo hệ dầm mặt cầu: chọn 6 dầm dọc đặt cách nhau b=1.62 m Chiều cao dầm

dọc sơ bộ chọn theo khinh nghiệm hdd= ( 1 1

20 200 25

940

60 880

Hình 2.6: Cấu tạo mặt cắt ngang cầu giàn

- Mặt cầu có độ dốc ngang in=2% đổ về hai phía

- Lớp phủ mặt cầu như sau:

+ Lớp bêtông asphalt dày 5 cm

+ Lớp bê tông bảo vệ dày 4 cm

+ Lớp cách nước dày 1 cm

+ Lớp mui luyện tạo dốc dày 2 cm

2.3.3.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA KẾT CẤU MỐ, TRỤ:

- Trụ cầu bằng bê tông cốt thép thân đặc, đặt trên hệ móng cọc khoan nhồi đường kính

φ=100 cm.

- Mố M1, M2 có dạng mố chữ U có tường thẳng, móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính φ = 1m Tường thân mố cao 3.9m, dày 1.35m.

Bệ móng của có chiều cao 2m, rộng 5.5m theo phương dọc cầu, dài 15.1m theo

phương ngang cầu

Cấu tạo trụ, mố được thể hiện như hình vẽ sau:

15 cäc khoan nhåi D=1.0 m, L=23m

8 cäc khoan nhåi D=1.0 m, L=30m

50 10%

Hình 2.8: Cấu tạo mố M2 phương án 2

2.3.3.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG ÁN:

Ưu điểm:

+ Khối lượng bản thân khá nhỏ nên có khả năng vượt được nhịp lớn

+ Kết cấu cầu và công nghệ thi công phù hợp với trình độ thi công của đơn vị thi công

+ Không ảnh hưởng và phụ thuộc địa hình

+ Không cần mặt bằng thi công rộng do lắp hẫng tại chỗ

Nhược điểm:

+ Hình dạng cầu tuy thanh mảnh nhưng che khuất tầm nhìn của người đi trên cầu

ra xung quanh

+ Chế tạo và thi công phức tap, khó khăn

+ Giá thanh xây dựng khá cao

+ Có khe biến dạng, đường đàn hồi gãy khúc nên mặt cầu kém êm thuận

+ Công tác duy tu bảo dưỡng phải thường xuyên liên tục

+ Khi thông xe gây nhiều tiếng ồn

2.4- TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG PHƯƠNG ÁN 1

- Sơ đồ cầu: 65+90+65 m

- Khổ cầu: K8 + 2x2m

2.4.1 TÍNH TOÁN SƠ BỘ KHỐI LƯỢNG

2.4.1.1.TÍNH SƠ BỘ KHỐI LƯỢNG KẾT CẤU NHỊP

- Dầm liên tục có mặt cắt ngang là 1 hộp hai thành xiên có chiều cao thay đổi

12m

2m

4x3.5m 6x4m

Hình 3.1: Sơ đồ phân chia đúc đốt

Giả thiết đáy dầm có cao độ thay đổi theo quy luật parabol bậc 2

Xác định đường cong đáy dầm như sau :

Đường cong đáy dầm trên cánh hẫng trụ P4-P5

Ta xác định được chiều cao dầm tại các mặt cắt như sau:

Mặt cắt Khoảng cách lẻ (m) Cộng dồn (m) Chiều cao dầm (m) Chiều dày bản đáy (m)

→ Thể tích bê tông phần nhịp cầu:

Vliên tục = Vh thay đổi+ Vh không đổi + Vvách = 2753.6+482.88+60.48 = 3296.96 m3

2.4.1.2 KHỐI LƯỢNG MỐ TRỤ CẦU

2.4.1.2.1 KHỐI LƯỢNG MỐ CẦU:

Bảng 3.2: Khối lượng mố cầu

Mố Cao(m) Vtường cánh(m3) Vthân mố(m3) Vđài cọc(m3) Vmố(m3)

- Tổng khối lượng công tác bê tông mố: Vmố = 454.5 (m3)

2.4.1.2.2 KHỐI LƯỢNG TRỤ CẦU:

Bảng 3.3: Khối lượng các trụ cầu

Trụ Cao(m) Vmũ trụ(m3) Vthân trụ(m3) Vđài cọc(m3) VTrụ(m3)

- Tổng khối lượng công tác bê tông trụ: Vtrụ = 1311.3 (m3)

TỔNG KHỐI LƯỢNG MỐ VÀ TRỤ CẦU:

Vtrụ mố = VTrụ+ VMố = 1311.3+454.5 = 1765.8 m3

2.4.1.3 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG LAN CAN, LỚP PHỦ MẶT CẦU

- Lan can: VLan can = 2xALan can xLlan can = 2x0.3475x220 = 152.9 m3

- Diện tích lớp phòng nước : APhòng nước = 13 x 220 = 2860 m2

- Thể tích bê tông asphalt : Vasphalt = 0.05xA = 0.05 x 13 x 220= 143(m3)

- Thể tích bê tông bảo vệ : Vasphalt = 0.04xA = 0.04 x 13 x 220= 114.4(m3)

2.4.2.DỰ TOÁN GIÁ TRỊ XÂY LẮP PHƯƠNG ÁN 1

Bảng 3.4: Tổng hợp khối lượng chủ yếu của phương án 1

STT Hạng mục Đơn vị lượngKhối

Đơn giá(nghìn đồng)

Thành tiền(nghìn đồng)

III Các chỉ tiêu kinh tế

550 45.64m

Hình 4.1: Bố trí chung phương án 2

2.5.1.TÍNH TOÁN SƠ BỘ KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC KẾT CẤU NHỊP GIÀN THÉP

2.5.1.1.HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG CHO DÀN THÉP

- Đường ảnh hưởng phản lực gối được xác định theo phương pháp đòn bẩy:

- Trọng lượng bản bê tông cốt thép dày 20 cm: DCbản= 0.2x13.1x24= 62.88 KN/m

- Trọng lượng lan can: DClan can= 2x 0.1x24 =4.8 KN/m

- Trọng lượng đá vỉa: DCđá vỉa= 2x( 0.06+0.1)x24 =7.68 KN/m

- Trọng lượng hệ dầm mặt cầu: trọng lượng dầm dọc dầm ngang lấy 0.9 KN/m2 , kết cấu đỡ cho người đi lấy 0.4 KN/m2, trọng lượng hệ dầm mặt cầu là:

DCdầm= 8.5x0.9+2x2.55x0.4=9.69 KN/m.

 Vậy trọng lượng phần mặt cầu: 34.56+62.88+4.8+7.68+9.69=119.61 KN/m

- Trọng lượng giàn chủ 1m dài giàn chủ:

l l

b n R

g g g n b q n a g

t

lk mc cl t h h d

).(

−

+++

=

γ

- Trong đó:

+ l: Nhịp tính toán của giàn chủ lấy bằng 75 m

+ gd , gcl , gmc , glk: là trọng lượng giàn chủ, trọng lượng các lớp mặt cầu, trọng lượng bản mặt cầu, trọng lượng hệ liên kết phân cho 1 m dài giàn chủ

chịu.Trọng lượng hệ liên kết: glk = 0.1 gd

+ nh, nt : Hệ số tải trọng của hoạt tải và của tĩnh tải: nh = 1.75, nt = 1.35

+ γ : Trọng lượng riêng của thép , γ = 7.85 T/m3 = 78.5 KN/m3

+ R: Cường độ tính toán của thép, R = 250 Mpa = 250 000 KN/m2 ( theo

AASHTO)

+ a,b: Hệ số đặc trưng trọng lượng ( Cầu giàn đơn giản a = b = 3.5)

+ q: Hoạt tải tác dụng lên giàn, là tải trọng tương ứng với đường ảnh hưởng có đỉnh ở phần tư nhịp Có kể tới hệ số xung kích và hệ số phân phối ngang η

+ Bê tông asphalt: 0.05 x 14 x 236.4= 165.48m3

+ Bê tông bảo vệ: 0.04 x 14 x 236.4= 132.38m3

- Hệ thống thoát nước: 38 ống ( 2 ống/10m)

- Đèn chiếu sáng: 8 cột ( 1cột 25m)

2.5.2 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG

2.5.2.1.KHỐI LƯỢNG PHẦN KẾT CẤU NHỊP

2.5.2.2.1.KHỐI LƯỢNG MỐ CẦU

Bảng 4.1: Tính toán khối lượng mố

Mố Cao V tường cánh V thân mố V đài cọc V mố

Tổng khối lượng công tác bê tông mố: Vmố = 529.4 m3

2.5.2.2.2.THỂ TÍCH BÊ TÔNG TRỤ CẦU

→Thể tích trụ cầu được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 4.2: Tính toán khối lượng trụ

→Tổng khối lượng công tác bê tông trụ: Vtrụ = 762.89 m3

2.5.3 DỰ TOÁN GIÁ TRỊ XÂY LẮP PHƯƠNG ÁN 2

2.5.3.1 THỐNG KÊ KHỐI LƯỢNG VẬT LIỆU CHỦ YẾU:

Bảng 4.3: Thống kê khối lượng chủ yếu phương án

STT Hạng mục Đơn vị Khối

lượng

Đơn giá(nghìn đồng)

Thành tiền(nghìn đồng)

+ Công nghệ đúc hẫng khá quen thuộc với các nhà thầu tại Việt Nam.

+ Chi phí duy tu bảo dưỡng thấp

Kiến nghị: Xây dựng cầu Nguyệt Viên theo phương án 1: Cầu liên tục

Cầu có 3 nhịp bố trí theo sơ đồ: 65+90+65 m

PHẦN II THIẾT KẾ KỸ THUẬT

********************

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

• Sơ đồ kết cấu: 65+90+65 m Tổng chiều dài cầu tính đến đuôi 2 mố là 231.2 m

MNCN : 40.15m MNTT : 31.5m MNTC : 30.5mMNTN : 31.5m

M2

30.31m

3.83m

12 cäc khoan nhåi D=1.0 m, L=23m

p2

30.31m

3.83m

12 cäc khoan nhåi D=1.0 m, L=23m

p1

i M1

1900 300

1000

2 4 5

7 30.0 22.0 13.5 7.0 3.0 0.0

15.95m 24.45m 30.95 34.95m

6 4

5 6 7

3.5 8.5 15.5 20.5 32.50

23.95m 18.95m 27.45m

11.95m 6.95m 480.69

12m

2m 19m

4x3.5m 6x4m

với L là chiều dài cánh hẫng cong

• Tiết diện ngang của dầm hộp:

- Dầm liên tục có mặt cắt ngang là một hộp đơn thành nghiêng so với phương thẳng đứng một góc 11o, tiết diện dầm thay đổi trên chiều dài nhịp

- Chiều dày bản mặt cầu ở cuối cánh vút: 30 cm

- Chiều dày bản mặt cầu ở đầu cánh vút: 75 cm

- Chiều dày bản mặt cầu tại vị trí giữa nhịp: 35 cm, có đoạn vát về sườn 100 cm

• Một số mặt cắt điển hình

• Cấu tạo mặt cầu:

- Mặt cầu được thiết kế theo đường cong bán kính 4000m

- Độ dốc ngang cầu là 2% về hai phía

- Lớp phủ mặt cầu gồm 4 lớp:

+ Bê tông asphalt 5 cm

+ Lớp bảo vệ (bê tông lưới thép)4 cm + Lớp phòng nước 1cm

- Dạng mố có tường cánh ngược bê tông cốt thép

- Bệ móng mố dày 2m, rộng 5.5m, dài 14m được đặt dưới lớp đất phủ

- Dùng cọc khoan nhồi D100cm, mũi cọc đặt vào lớp sét pha, chiều dài cọc là 30m

CHƯƠNG I : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

I.1-TÍNH CHẤT VẬT LIỆU VÀ TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

I.1.1-VẬT LIỆU

I.1.1.1-BÊ TÔNG:

- Bê tông thường có tỷ trọng : γc = 2400 kg/m3

- Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông tỷ trọng thường : 10.8x10-6 / oC (5.4.2.2)

- Mô đun đàn hồi của bê tông tỷ trọng thường lấy như sau:

(Mpa)

f

E c =0.043γc1 5 'c =35750 (5.4.2.4)

- Trong đó:

γc : Tỷ trọng của bê tông (kg/m3)

f’c : Cường độ quy định của bê tông (MPa)

Cường độ chịu nén của bê tông dầm hộp, trụ chính quy định ở tuổi 28 ngày là f’c = 50 MpaCường độ chịu nén của bê tông làm trụ, mố bản quá độ, cọc khoan nhồi sau 28 ngày

- Đối với các ứng suất tạm thời trước mất mát (5.9.4.1)

Giới hạn ứng suất nén của cấu kiện bê tông căng sau, bao gồm các cầu XD phân đoạn: 0.6f’

ci

Giới hạn ứng suất kéo của bê tông : 0.50 f 'ci

- Trong đó:

f’ci : Cường độ nén quy định của bê tông lúc bắt đầu đặt tải hoặc tạo ƯST (MPa)

+ Đối với các ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng sau các mất mát (5.9.4.2)Giới hạn ứng suất nén của bê tông UST ở TTGHSD sau mất mát : 0.45f’c (MPa)

Giới hạn ứng suất kéo của bê tông :0.50 f'c (cầu xây dựng phân đoạn)

Tỷ số giữa chiều cao vùng chịu nén có ứng suất phân bố đều tương đương được giả định ở

TTGH cường độ trên chiều cao vùng nén thực (5.7.2.2) là: 0.693

7

2805

.085.0

- Mô đun đàn hồi của thép thường: Es = 200 000Mpa

- Giới hạn chảy của cốt thép : fy = 400 Mpa

I.1.1.3-THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC

- Cáp sử dụng là loại khử ứng suất dư của hãng VSL – tiêu chuẩn ASTM A416M Grade

270, loại tao 0,6 inch (gồm 12 sợi xoắn) có đường kính danh định 12.7mm và 15.2mm

- Hệ số ma sát của tao thép với ống bọc (ống thép mạ cứng) µ = 0.25 (5.9.5.2.2b-1)

- Hệ số ma sát lắc (trên mm của bó thép): K = 6.6x10-7 mm-1

- Chiều dài tụt neo, lấy trung bình: ∆L = 6mm

- Mô đun đàn hồi của tao thép Ep = 197 000 Mpa

Vật liệu Mác thép

hoặc loại

Đường kính (mm)

Cường độ chịu kéo fpu

Ngay trước khi đệm neo:Có thể dùng fs ngắn hạn 0.9fpy = 1506.6 MPa

Ở cuối vùng mất mát ở tấm đệm neo sau bộ neo

(fpt + ∆fpES+∆fpA)

0.7fpu = 1302 MPa

I.1.2-TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

I.1.2.1-HOẠT TẢI THIẾT KẾ (3.6.1.2)

- Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu được đặt tên là HL-93 sẽ bao gồm một tổ hợp của:

Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế, và

I.1.2.1.1-Xe tải thiết kế

- Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của tải thiết kế phải lấy theo hình 1, lực xung kích lấy theo điều 3.6.2

- Trừ quy định trong điều 3.6.1.3.1 và 3.6.1.4.1 cự ly giữa hai trục 145kN phải thay đổi giữa

4300 và 9000mm để gây ra hiệu ứng lực lớn nhất

I.1.2.1.2-Xe hai trục thiết kế

- Xe hai trục gồm một cặp trục 110 KN cách nhau 1.2m Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1.8m Tải trọng động cho phép lấy theo điều 3.6.2

I.1.2.1.3-Tải trọng làn thiết kế

- Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3KN/m phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thiết phân bố đều trên chiều rộng 3000mm Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

I.2-TÍNH BẢN MẶT CẦU

I.2.1-THIẾT KẾ CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU

I.2.1.1-CHỌN CHIỀU DÀY CỦA BẢN MẶT CẦU

- Mô tả bản mặt cầu:Bản dài 13m, phần mút thừa dài 3.2m có sơ đồ chịu lực như hình vẽ:

Hình 1 : Sơ đồ tính toán bản mặt cầu

- Theo giải pháp kết cấu mặt cắt ngang, đối với dầm hộp liên tục có bề rộngB >4.5m thì phải sử dụng dự ứng lực ngang bản mặt cầu

- Chiều dày nhỏ nhất của bản mặt cầu hmin = 0.027L > 165 mm

I.2.1.2-CẤU TẠO LỚP ÁO ĐƯỜNG

+ Lớp bêtông asphan dày 5 cm

+ Lớp bê tông bảo vệ dày 4 cm

- Khi tính toán hiệu ứng lực trong bản, phân tích một dải bản rộng 1m theo chiều dọc cầu

Mô hình hoá sơ đồ làm việc của kết cấu thành hai sơ đồ: dầm hai đầu ngàm và dầm công xôn, với các sườn dầm hộp là các điểm ngàm cứng (hình vẽ trên)

- Các tải trọng tác dụng lên kết cấu là :

Lực xung kích : IM, lấy bằng 25%LL (theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05)

- Về nguyên tắc để tính toán nội lực trong bản mặt cầu ta xếp tải lên sơ đồ kết cấu sao cho gây ra nội lực nguy hiểm nhất và lấy kết quả đó để thiết kế Đối với dầm hai đầu ngàm, để đơn giản cho quá trình tính toán ta giả thiết đây là dầm đơn giản và xếp tải lên đường ảnh hưởng sao cho nội lực lớn nhất và sẽ nhân giá trị nội lực này với hệ số ngàm, còn phần công xôn ta trực tiếp xếp tải sao cho nội lực lấy với đầu ngàm là lớn nhất Sau đó lựa chọn giá trị lớn nhất để tính toán trong các bước tiếp theo

- Tính toán hiệu ứng lực cho từng tải trọng thành phần gây ra trong bản mặt cầu, sau

đó tổ hợp lại như đúng như điều 3.4.1-1 quy trình 22TCN 272-05, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm là tổ hợp tải trọng cường độ 1 và tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng Sử dụng nội lực này để tính toán và kiểm tra tiết diện bản

I.3-TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG BẢN MẶT CẦU

- Tính toán nội lực do các lực thành phần gây ra

- Như trên đã phân tích, ta sẽ tính toán cho 2 phần :

Phần cánh hẫng được tính như dầm công xôn (có một đầu ngàm vào sườn dầm), với chiều dài tính toán bằng khoảng cách từ đầu cánh hẫng đến tim sườn dầm

Phần nhịp bản được tính với sơ đồ dầm hai đầu ngàm với chiều dài tính toán là khoảng cách giữa hai tim sườn dầm Để đơn giản cho quá trình xác định nội lực, khi tính toán ta coi sơ

đồ làm việc của bản như một dầm đơn giản (nghĩa là không xét đến hiện tượng ngàm giữa bản và sườn dầm) Sau khi có kết quả nội lực, ta đem kết quả tính nhân với hệ số ngàm tại tiết diện tương ứng thì ta sẽ có kết quả tính toán

- Trọng lượng bản thân bản mặt cầu : DC=hc.24 với hc là chiều dày quy đổi của bản mặt cầu

5.55

0.43712.7

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu : Lớp phủ mặt cầu được cấu tạo như sau ;

+ Lớp bêtông asphan dày 5 cm : 0.05x 22.5= 1.125 KN/m2

+ Lớp bê tông bảo vệ dày 4 cm : 0.04x 24= 0.96 KN/m2

+ Lớp cách nước dày 1 cm : 0.01x 15= 0.15 KN/m2

+ Lớp mui luyện tạo dốc dày 2 cm : 0.02x 17 = 0.34 KN/m2

Do đó: DW= 1.125+0.96+0.15+0.34= 2.575 KN/m2

I.3.1-NỘI LỰC PHẦN NHỊP BẢN GIỮA HAI SƯỜN HỘP

I.3.1.1-Nội lực do trọng lượng bản mặt cầu gây ra

620

dc=10.488 kn/m dw=2.575 kn/m

ĐAH lực cắt tại gối dầm đơn giản

- Tính toán mômen theo công thức sau:

5 0

.Ω

- Trong đó :

MODC : Mômen tại tiết diện giữa nhịp bản do trọng lượng bản thân gây ra

DC : Trọng lượng bản mặt cầu = 10.488 KN/m2 (được tính ở trên)

I.3.1.2-Nội lực do lớp phủ mặt cầu gây ra

- Tính toán mômen theo công thức:

5 0

.Ω

- Trong đó :

MODW : Mômen tại tiết diện 1/2 do trọng lượng lớp phủ mặt cầu gây ra

DW : Trọng lượng l p ph b n m t c u = 2.575 KN/mớ ủ ả ặ ầ 2 (được tính trên).ở

I.3.1.3-Nội lực do hoạt tải gây ra.

- Bản mặt cầu được phân tích theo phương pháp dải gần đúng, được quy định trong điều 4.6.2.1 Với dải phân tích là ngang và có chiều dài nhịp là 6200mm > 4600mm Do đó bản được thiết kế cho tải trọng trục 145kN và tải trọng làn Các bánh xe trong trục cách nhau 1800mm, tải trọng mỗi bánh xe là 72.5kN

- Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3 kN/m phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều theo chiều rộng 3000 mm Hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

- Khi thiết kế vị trí ngang của của xe được bố trí sao cho hiệu ứng lực trong dải phân tích đạt giá trị lớn nhất Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm khi thiết kế bản hẫng và 600mm khi thiết kế các bộ phận khác

- Chiều rộng của dải tương đương b(mm) trên bất kỳ bánh xe nào được lấy như trong bảng 4.6.2.1.3-1 tiêu chuẩn 272-05:

- Đối với vị trí có mômen dương: b = 660 + 0,55S =660+0.55x6200= 4070 mm= 4.07 m

- Đối với vị trí có mômen âm: b = 1220 +0,25S =1220+0.25x6200=2770 mm= 2.77 m.Với : S là khoảng cách giữa các gối

- Tính toán mômen theo công thức:

1001

yi: Tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí đặt bánh xe

IM: Lực xung kích tính theo phần trăm IM = 25% (Lấy theo bảng 3.6.2.1-1 22TCN 05)

272-ql : Tải trọng làn thiết kế, ql = 3.1 kN/m2

A1/2: Diện tích phần đường ảnh hưởng đặt tải trọng làn

- Do đơn giản hoá sơ đồ tính toán nên phải nhân các kết quả trên với hệ số ngàm Vậy

để tính toán cho chính xác hơn ta phải phân riêng hoạt tải ra là mômen âm và mômen dương

- Tính toán lực cắt theo công thức:

- Đường ảnh hưởng phản lực gối và sơ đồ chất tải:

100 1

I.3.2-NỘI LỰC PHẦN CÔNG XÔN.

200 90 50

I.3.2.1-Nội lực do tải trọng bản thân dầm

- Sơ đồ tính mômen tại dầm công xôn

- Tính toán lực cắt theo công thức:

Q1DW =DW*a=2.575x0.9=2.318 kN/m

- Trong đó :

a: Là bề rộng của lớp phủ tại công xôn (0.9 m)

I.3.2.3-Nội lực do tải trọng lan can, bộ hành

- Trọng lượng của lan can, phần bộ hành được coi là một lực tập trung có giá trị bằng khối lượng của một mét dài lan can với khối lượng riêng của bê tông là 2.4T/m3

- Tính toán mômen theo công thức sau:

2 2 1

1.b P b P

- Trong đó :

MP : Mômen tại đầu ngàm do tải trọng tập trung gây ra

P1 : Trọng lượng lan can và 1/2 phần bộ hành, P1 = 10.59 N/mm = 10.59 KN/m

b1 : Khoảng cách giữa tải trọng lan can và ngàm

I.3.2.4-Nội lực do hoạt tải

- Chiều rộng của dải tương đương b(mm) trên bất kỳ bánh xe nào được lấy như trong bảng 4.6.2.1.3-1 tiêu chuẩn 272-05:

- Đối với phần hẫng : b = 1140 + 0,833X=1140+0.833x400=1473.2 mm=1.4732 mVới X là khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải

- Sơ đồ chất tải tính mômen:

- Tính toán mômen theo công thức:

x

l1, l2 : Khoảng cách từ P1, P2 so với đầu ngàm

Ci :khoảng cách từ trọng tâm tải trọng làn tới đầu ngàm

- Đối với bản mặt cầu chỉ cần tính toán và kiểm tra theo hệ số sức kháng và khống chế

bề rộng vết nứt Cho nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn cường độ I và trạng thái giới hạn sử dụng

- Tổ hợp nội lực là tính tổng tác dụng của các lực vừa tính ở trên (có nhân với hệ số tải trọng) Với từng trạng thái giới hạn khác nhau, hệ số tải trọng là khác nhau (bảng 3.4.1-1)

- Tính toán nội lực theo công thức 1.3.2.1-1 :

Qtính toán = ∑ηiγi Q i =∑ηi[γD DC i +γW DW i +γL(LL+IM)i +γL PL i]

- Trong đó:

ηi : hệ số điều chỉnh tải trọng

DC : nội lực do tĩnh tải 1 (trọng lượng bản mặt cầu, lan can)

DW: nội lực do tĩnh tải 2 (trọng lượng lớp phủ mặt cầu)

LL + IM: nội lực do hoạt tải xe ô tô và xung kích (IM = 25%)

PL : nội lực do hoạt tải phân bố (người đi và tải trọng làn thiết kế)

γD, γW , γL : là các hệ số tương ứng với từng loại tải trọng, có giá trị tuỳ thuộc vào tổ hợp cần tính như trong bảng sau:

- Khi tính toán với trạng thái giới hạn cường độ:

ηD = 1 đối với thiết kế thông thường

ηR = 1 thiết kế bản mặt cầu với mức dư thông thường

ηI = 1,05 cầu được thiết kế là quan trọng

Vậy η = 1,05

- Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng:

ηD = 1 đối với thiết kế thông thường

ηR = 1 thiết kế bản mặt cầu với mức dư thông thường

ηI = 1

Vậy η = 1

- Hệ số ngàm: Nội lực thực tế của dầm hai đầu ngàm sẽ bằng nội lực dầm giản đơn nhân với hệ số ngàm:

+ Tiết diện ngàm: Mng=αx M0

+ Tiết diện giữa nhịp: M1/2 = β x M1.

Các hệ số ngàm được xác đinh thông qua hệ số n’

2

3

,.001

I G

Dl n

Với a,δ - chiều dài và chiều dày của tiết diện hình chữ nhật

Nếu tiết diện có hình dạng khác hình chữ nhật thì ta quy đổi sang hình chữ nhật có diện tích tương đương