103 121 PHAN 2 CHUONG 01 THIET KE TONG THE

Dầm tiết diện hình hộp có chiều cao tại gối 5.0 m, tại giữa nhịp và phần nhịp biên có chiều cao 2.0 m.. Chia đốt dầm: Công tác chia đốt dầm tuỳ thuộc vào năng lực thi công của xe đúc...

PHẦN 2

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

CHƯƠNG I THIẾT KẾ TỔNG THỂ

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Cầu được bố trí theo sơ đồ: 51 + 76 + 84 + 76 + 51 m

Cầu gồm 4 trụ T1, T2, T3, T4 và 2 mố M0, M5

Trên cả 4 trụ đều đúc hẫng cân bằng

Đường cong đứng R = 5000m

Độ dốc dọc cầu: 3%

Độ dốc ngang cầu: 2%

-37.724 6 -31.892 5 -21.2924 -18.392 3 -8.392 +8.108

2

3 4

5

6

1

-13.539

+2.461

-7.139

-35.539

-32.039 -24.039

+4.293

-7.365

-21.307 4-24.507

6

3

-36.691 5

1

+3.758

-11.393 3 -22.842 4 -25.754 5

-41.807 6

1 6040020

2004060 2004060 6040200

6040200

-40.916

1

1:1.5

MNCN +7.30 MNTT +5.50 MNTN +1.00

CĐ CHUẨN 0.00

-50.083

2

3 4 5

6

1

-13.861

+2.139

-7.461

-35.861

-26.861 -24.361

6040020 +1.27

+3.77

+3.85

+6.35 +8.16 +10.16

CĐTN (m) Khoảng cách lẻ (m) Khoảng cách cộng dồn (m) Tên cọc

CĐTK (m) CĐTK (‰)

Km 0+15 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7

5.75 17.43 20.00 12.18 7.82

20.75 40.00 60.00 72.18 80.00 100.00 120.00 140.00

20.00 8.18 11.82 12.18 7.82 8.18 11.82 5.67

M1

6.18 20.00 20.00 10.18 20.00 20.00 14.18 20.00 20.00 17.51

160.00 180.00 200.00 220.00 240.00 260.00 280.00 300.00 320.00 340.00 359.69 365.36 13.82 9.82 5.82 2.18

Km 0+200

342.18 370.03

4.67

Khổ thông thuyền 9m x 60m

-35.301

1

3

6 -32.871 5

-21.8714 -20.271 -7.071 +5.635

-37.724

6 CỌC KHOAN NHỒI D=1.2m, L=45m 6 CỌC KHOAN NHỒID=1.2m, L=45m

+3.85 +8.16 +10.16

-43.730

-41.149

-36.840

BỐ TRÍ CHUNG PHƯƠNG ÁN 1 TỶ LỆ : 1/500

640050 51000 76000 84000 76000 51000 506400

350900

10.669 8.499 8.308 6.446 6.077 5.858 5.140 4.693 4.330 3.743 2.557 2.174 -2.771 -5.233 -4.667 0.476 2.093 2.394 3.001 3.414 3.432 5.258 5.378 5.814 8.100 8.407 10.388 11.084

-41.149 -36.840

15.426 15.624 16.185 16.240 16.801 17.103 17.281 17.682 17.790 18.003 18.244 18.319 18.404 18.485 18.496 18.483 18.398 18.307 18.233 17.998 17.765 17.663 17.257 17.069 16.772 16.207 16.140 15.572 15.20715.375

-43.730

+1.27

+3.77 +3.85

+1.27

i = 1.6% i = 0.4%

i = 2.8%

32.2 28 24 20 16 12 8 4 1

i = 1.6%

i = 0.4%

i = 2.8%

28 24 20 16 12 8 4

1.1.1 Kết cấu phần trên:

Cầu được thi công theo phương pháp đúc hẫng cầu bằng đối xứng

Dầm tiết diện hình hộp có chiều cao tại gối 5.0 m, tại giữa nhịp và phần nhịp biên có chiều cao 2.0 m Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol bậc 2 đảm bảo yêu cầu chịu lực và mỹ quan

Mặt cắt ngang cầu dạng hình hộp vách đứng, phần cánh hẫng của hộp 2500 mm, sườn dầm có chiều dầy 500 mm, bản nắp hộp không thay đổi dầy 300 mm, bản đáy hộp thay đổi từ 800 mm tại gối đến 300 mm tại giữa nhịp

3500 3500

11000

3000

1500 1000 500 1500 1000

300 2200

3000

1000 1500

2200 300

2500

500

2500

Hình 1.2 - Mặt cắt ngang kết cấu nhịp

Vật liệu dùng cho kết cấu:

- Nhịp chính:

- Bê tông cấp A có:

+) f’c = 50 (MPa)

+) γc = 25 (kN/m3)

E =0.043× γ × f = 38007 (MPa)

- Cáp dự ứng lực: Sử dụng loại cáp có đường kính danh định 15.2mm, mỗi bó bố trí 22 tao

+)Diện tích 1 bó : 3080mm2, d = 0.063m.

+) Giới hạn bền : 1860Mpa

+) Giới hạn chảy : 1670Mpa

+) Môđun đàn hồi : 197000 Mpa

+) Độ tụt neo : ∆ = 6 mm

+) Hệ số ma sát : µ =0.3 /rad

+) Hệ số ma sát lắc : k=0.0007/m

- Thép thanh CĐC: Dùng thép loại 2, có gờ Φ38

+) Diện tích thanh : A =1134.11 mm2

+) Cường độ chịu kéo : fu =1035 MPa

+) Giới hạn chảy : fy = 0.8xfu =828 MPa

+) Môđun đàn hồi : Ep =207000MPa.

- Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 và EC 5-12

- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu:

+) Rs = 300 (MPa)

+) Es = 200000 (MPa)

+) fy = 400 (MPa)

1.1.2 Kết cấu phân dưới

Cấu tạo trụ cầu :

- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , dùng bê tông có :

+) f’c = 35 (MPa)

+) γc = 25 (kN/m3)

E =0.043× γ × f = 31799 (MPa)

- Trụ cầu chính: được dựng trên móng cọc khoan nhồi: D = 1.50 m

- Phương án móng: Móng cọc đài cao

Cấu tạo mố cầu:

- Mố cầu dùng loại mố U BTCT, dùng bê tông có :

+) f’c = 35 (MPa)

+) γc = 25 (kN/m3)

+) 1.5 '

E =0.043× γ × f = 31799 (MPa)

- Mố của kết cấu nhịp được đặt trên móng cọc khoan nhồi: D = 1.20 m

1.2 TÍNH TOÁN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP:

1.2.1 Xác định các kích thước cơ bản của cầu

- Cần kiểm toán tại 2 mặt cắt 1-1 ( mặt cắt gối ) và 2-2 ( mặt cắt giữa nhịp ) như hình vẽ

- Chiều dài kết cấu nhịp: 51+76+84+76+51 m

1.2.2 Chia đốt dầm:

Công tác chia đốt dầm tuỳ thuộc vào năng lực thi công của xe đúc Ta chia đốt như sau:

k10 k9

k8

43000

3000

Hình 1.3 : Phân chia đốt dầm trụ P2-P3

Đốt trên đỉnh trụ K0P2 dài 12m

Các đốt P2K1 – P2K3 dài 3 m

Các đốt P2K4 – P2K7 dài 3.5 m

Các đốt P2K8 – P2K10 dài 4 m

k10 k9 k8

3000

HL

35000

2000

Hình 1.4 : Phân chia đốt dầm trụ P1-P4

Đốt trên đỉnh trụ K0P1 dài 12m

Các đốt P1K1 – P1K5 dài 2.4 m

Các đốt P1K6 – P1K10 dài 3 m

1.2.3 Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt tiết diện

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 P2-P3

81

a3(40.5;3)

b3(40.5;3.3)

y

x

Hình 1.5 - Sơ đồ xác định phương trình thay đổi dầm

Phương trình Parabol bậc 2 có dạng: y = ax2 + bx + c

Xét tại hai điểm:

A1, x = 0, y = 0

A2, x = 81, y = 0

Theo định lý viét ta có nghiệm của phương trình phải thỏa mãn điều kiện

1 2

b

a c

a

 + = −







b

a

c

a

− = → = −





Tại đỉnh parabol ta có A3, x = 40.5, y = 3 nên

( )

2

2

b

4a

Từ (1) và (2) ta tính được 2

Vậy đường cong Parabol biểu diễn cao độ đáy dầm có phương trình:

2 2

Tương tự như vậy, phương trình biểu diễn cao độ mép trên của bản đáy có dạng:

y = a1x2 + b1x + c1

Với B1(0 ; 0.8), B2(81 ; 0.8) B3(40.5 ; 3.3)

Ta có:

10 a

81

= − và 1

10 b

81

= − và c 0.8=

Vậy đường cong Parabol biểu diễn cao độ mép trên đáy dầm có phương trình:

2 2

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

k10 k9

k8

s1

Hình 1.6 : Phân chia các mặt cắt ngang dầm tại trụ P2-P3

Đường cong đáy dầm trên cánh hẫng trụ P1-P4

Tính toán như trên ta được phương trình đường cong parabol biểu diễn biên trên và

biên dưới bản đáy dầm như sau :

2 2

2 2

65

a3(32.5;3)

b3(32.5;3.3)

y

x

Hình 1.7 - Sơ đồ xác định phương trình thay đổi dầm

k10 k9

k8

3000

HL

s13

Hình 1.8 : Phân chia các mặt cắt ngang dầm tại trụ P1-P4

Mặt cắt Khoảng cách lẻ

(m)

Cộng dồn (m)

Chiều cao dầm (m)

Chiều dày bản đáy

(m)

S15 2.4 9.3 3.529 0.555

3500 3500

11000

300 1500 200 200 1500 300

3000

1500 1000 500 1500 1000

300 2200

3000

1000 1500

2200

300

2500

500

1/2 MỈT C¾T TR£N TRơ 1/2 MỈT C¾T GI÷A NHIP

2500

Các kích thước thay đổi phụ thuộc vào vị trí mặt cắt bao gồm : chiều cao dầm và chiều dày bản đáy

Đặc trưng hình học của tiết diện được xác định theo công thức:

Diện tích mặt cắt ngang

1 ( ).( )

2 i i i i

A= ∑ x x− + y y− +

Toạ độ trọng tâm mặt cắt

1 ( ).( . ) 6

2 2

1 ( ).( . ) 6

S = ∑ x x− + y +y y+ +y+

Mô men quán tính đối với trục trung hoà

1 ( ).( . . ) 12

I = ∑ x x− + y +y y+ +y y+ +y+

Trong đó: i,i+1,… các điểm gấp khúc liên tục tạo nên dầm hộp

1 2

5

6

11 10 9

8

7

12 13

22 14

15

16 17

21 20

19 18

Hình 1.9 : Đánh số các điểm gấp khúc liên tục để tính đặc trưng hình học

Các đặc trưng hình học của tiết diện được tính toán rồi lập thành bảng sau :

Bảng các đặc trưng hình học tại các mặt cắt ngang

Mặt cắt Li

(m)

Cộng dồn (m)

H (m)

h (m)

A (m 2 )

S x

(m 3 )

Y tg

(m)

Y bg

(m)

I th

(m 4 )

S10 4 35.5 2.046 0.308 7.349 5.879 0.800 1.246 4.1184

Việc tính toán đặc trưng hình học với tiết diện nguyên này rất cần thiết cho việc tính toán sơ bộ trong giai đoạn thi công và khai thác để xác định tĩnh tải rồi sau đó thiết kế nội lực và tính ra số bó thép dự ứng lực cần thiết

Tuy nhiên các kiểm toán sau này chúng ta sử dụng đặc trưng hình học tính đổi Và việc quy đổi đó dựa trên nguyên tắc quy đổi tiết diện hình phức tạp về tiết diện hình chữ I :

- Chiều cao bằng chiều cao hình hộp

- Chiều dày sườn dầm bằng tổng diện tích sườn hộp chia cho chiều cao sườn quy đổi

- Diện tích bằng diện tích bằng diện tích tham gia làm việc của dầm hộp Với diện tích tham gia làm việc của dầm hộp bao gồm toàn bộ các bộ phận nằm trong phạm vi hộp và một phần của hai cánh hẫng

- Phần diện tích của cánh hẫng tham gia làm việc có chiều dài 6h c, (chiều dày trung bình của cánh hẫng) tính từ điểm cắt của đường kéo thẳng theo mặt ngoài thành hộp với mặt nắp hộp

( )

,

c

275 1500 450 1000 1500 600 500 300 1000

b B 2 l 6h (lh chiều dài cánh hẫng)

h

t

t

F

h

b ; d = ⇒ d = d

d

F

b

bt

bd

B

Ft

Fd

Lh

Hình 1.10 : Kích thước mặt cắt ngang trước và sau khi quy đổi

Bảng kích thước quy đổi của các mặt cắt như sau

S13 4227 6000 865 10664 392.9 2969 851.1

Bảng đặc trưng hình học các mặt cắt như sau

S18 10407161 14491160568 1392 1335 10817087136628

Vì quá trình thi công cầu đúc hẫng trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, qua mỗi giai đoạn thì các đặc trưng vật liệu (cường độ chịu nén, môđun đàn hồi…) và đặc trưng hình học tiết diện (diện tích, momen quán tính…) lại thay đổi

Đặc trưng vật liệu:

t

t

α + β×

E =0.043× γ × f

Tỉ số môđun giữa cáp DƯL và BT: ps p

ci

E n E

=

Trong đó: α, β hệ số phụ thuộc vào loại xi măng và cách bảo dưỡng

α = 4, β = 0.85: Xi măng loại I và bảo dưỡng ẩm

t tuổi của bê tông tính đến thời điểm khảo sát, đơn vị ngày

Ta tính đặc trưng vật liệu của đốt K0 lúc căng cáp đốt K1 Còn các giai đoạn khác ta tính toán tương tự

Cường độ bê tông: , 40 50 47.619

4 0.85 40

ci

Môđun đàn hồi bê tông: E ci =0.043 2500× 1.5 47.619 37091= MPa

Tỉ số môđun giữa cáp DƯL và BT: 200000 5.311

27091

ps

Bảng cường độ bê tông theo thời gian

f'c

K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 biênHL kế biênHL giữaHL

K1 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 K2 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 K3 0.0 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 K4 0.0 0.0 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 K5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 K6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 K7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 50.0 K8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 50.0 K9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 42.3 49.2 50.0 50.0 50.0 K10 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 42.3 50.0 50.0 50.0 HL

biên 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 50.0 50.0 50.0 HL

kế biên 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 50.0 50.0 HL

giữa 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 50.0

Bảng modun đàn hồi bê tông theo thời gian

Eci

(MPa)

Lúc căng cáp đốt

HL kế biên

HL giữa

K0

K1 0.0

K2 0.0 0.0

K3 0.0 0.0 0.0

K4 0.0 0.0 0.0 0.0

K5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

K6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

K7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

K8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

K9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

K10 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

HL

biên 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 3800

HL

kế biên 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 3800

HL

giữa 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 3800

Bảng tỷ số modun đàn hồi giữa thép DUL và bê tông theo thời gian

K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 biênHL kế biênHL giữaHL K0 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K1 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K2 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K3 0.00 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K4 0.00 0.00 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K6 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K7 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18 K8 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 5.18 K9 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.64 5.23 5.18 5.18 5.18 K10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.64 5.18 5.18 5.18 HL

biên 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.18 5.18 5.18 HL

kế biên 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.18 5.18 HL

giữa 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.18