Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu

Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu Hướng dẫn TKMH mố trụ cầu

Phụ lục Phần 1: giới thiệu chung

1 Tiêu chuẩn thiết kế

1.1– Tiêu chuẩn thiết kế 4

1.2 – Phương pháp tính toán thiết kế 4

1.3 – Phương trình tổng quát của TTGH 4

1.4 – Các TTGH theo 22TCN 272 – 05 6

1.4.1 – Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 6

1.4.2 – Trạng thái giới hạn cường độ 6

1.4.3 – Trạng thái giới hạn sử dụng 6

1.4.4 – Trạng thái giới hạn mỏi và đứt g8y 7

1.4.5 – Trạng thái giới hạn đặc biệt 7

2 – Nội dung tính toán thiết kế 2.1 – Trình tự tính toán thiết kế mố trụ 8

2.2 – Sơ đồ khối 8

2.3 – Nội dung tính toán thiết kế Mố cầu 9

Phần 2: Ví dụ tính toán thiết kế mố chữ U BTCT 1 – Số liệu tính toán thiết kế 1.1 – Số liệu chung 10

1.2 – vật liệu chế tạo mố 10

1.3 – Các hệ số tính toán 11

1.4 – Đất đắp sau mố 11

1.5 – Số liệu về các lớp đất nền 11

2 – cấu tạo kết cấu nhịp 2.1 – Quy mô mặt cắt ngang cầu 12

2.2 – Cấu tạo dầm chủ 12

3 – Kích thước cấu tạo mố 3.1 – Nguyên tắc xác định các kích thước của mố 14

3.2 – Xác định các kích thước cơ bản của mố 15

4 – Xác định tải trọng tác dụng lên mố 4.1 – Các tải trọng tác dụng lên mố 18

4.2 – Các mặt cắt kiểm toán 18

4.5 – Xác định áp lực thẳng đứng do hoạt tải trên bản quá độ 22

4.6 – Xác định áp lực đất tác dụng lên mố 23

4.7 – Lực h8m do hoạt tải trên KCN (BR) 29

4.8 – Lực ma sát gối cầu 29

4.9 – áp lực gió tác dụng lên mố 30

4.9.1 – áp lực gió ngang 30

4.9.2 – áp lực gió dọc 30

4.9.3 – áp lực gió thẳng đứng 31

4.9.4 – áp lực gió tác dụng lên xe cộ 31

4.10 – áp lực nước tác dụng lên mố 32

5 – Tổ hợp tải trọng 5.1 – Hệ số tải trọng 33

- Hệ số tải trọng dùng cho các tải trọng thường xuyên 34

5.2 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt đáy móng (mặt cắt I – I) 34

5.3 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tường thân (mặt cắt II – II) 35

5.4 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tường đỉnh (mặt cắt III – III) 35

5.5 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt tường cánh (mặt cắt IV – IV) 36

6 – tổ hợp tải trọng bất lợi 6.1 – Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng bất lợi 37

6.1.1 – Nguyên tắc chung 37

6.1.2 – Tổ hợp tải trọng Ia: Bất lợi ra phía sông 37

6.1.3 – Tổ hợp tải trọng Ib: Bất lợi vào bờ 37

6.2 – Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt đáy bệ (Mặt cắt I-I) 39

6.3 – Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt chân tường thân (MC II-II) 41

6.4 – Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt chân tường đỉnh (MC III-III) 43

7 – Tính toán và bố trí cốt thép 7.1 – Nguyên tắc tính toán và bố trí cốt thép 44

7.2 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt đáy móng (Mặt cắt I - I) 48

7.3 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt chân tường thân (MC II - II) 50

7.4 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt chân tường đỉnh (MC III - III) 52

7.5 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt tường cánh (MC IV - IV) 54

8 – Tính toán và bố trí cọc 8.1 – Tính sức chịu tải của cọc 56

9 – Kiểm toán móng

9.1 – Xác định điều kiện kiểm toán móng cọc 61

9.2 – Kiểm toán bệ cọc theo các TTGH cường độ 61

9.3 – Kiểm toán bệ cọc theo các TTGH sử dụng 64

9.4 – Kiểm toán nền móng theo các TTGH cường độ 64

9.5 – Kiểm toán nền móng theo các TTGH sử dụng 67

10 – Tính toán thi công 10.1 – Xác định khối lượng bêtông chế tạo mô 68

10.2 – Chọn búa đóng cọc 68

10.3 – Tính độ chối lý thuyết của cọc 69

10.4 – Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy hố móng 69

Hướng dẫn thiết kế môn học

Thiết kế Mố cầu dầm

Phần 1: giới thiệu chung

1 – tiêu chuẩn thiết kế 1.1– Tiêu chuẩn thiết kế

- Quy trình tính toán thiết kế cầu cống theo các trạng thái giới hạn do Bộ GTVT ban hành:

22TCN 272 - 05 1.2 – Phương pháp tính toán thiết kế

- Tuỳ vào quan điểm tính toán thiết kế mà có các phương pháp tính toán khác nhau như tính theo ứng suất cho phép, tính theo nội lực giới hạn và tính theo các TTGH

ở đây chúng ta tính toán thiết kế theo 22TCN 272 – 05 nên phương pháp tính toán

được áp dụng là tính toán theo các TTGH:

[ ]S gh

S ≤ Trong đó:

+ S: Nội lực lớn nhất xuất hiện trong bộ phận kết cấu có xét tới tất cả các yếu

tố làm gia tăng tác động của tải trọng

+ [Sgh]: Khả năng chịu lực giới hạn của bộ phận kết cấu có xét đến tất cả các yếu tố làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu

1.3 – Phương trình tổng quát của TTGH

- Phương trình cơ bản:

∑ηi γi.Q i ≤ Φ R n = R r

Trong đó : + ηi: Hệ số điều chỉnh tải trọng liên quan đến tính dẻo và tính dư cũng như tầm quan trọng trong khai thác

+ γi: Hệ số tải trọng + Qi: ứng lực do tải trọng + Rn: Sức kháng danh định

+ Rr : Sức kháng tính toán

- Hệ số sức kháng φ: Đối với một TTGH nào đó thì hệ số sức kháng được sử dụng

để xét đến tính thất thường trong tính chất của kết cấu, của vật liệu và độ chính xác của các phương trình thiết kế đánh giá khả năng chịu tải, tình huống hư hỏng của công trình

- Hệ số điều chỉnh tải trọng: ηi + ηi = ηD ηR ηI ≥0,95 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimax + ηi =

I R

Dη η

η

1

≤1,0 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimin Trong đó:

+ ηD: Độ dẻo: Độ dẻo của vật liệu rất quan trọng cho độ an toàn của cầu Nếu vật liệu dẻo, khi một bộ phận chịu lực quá tải nó sẽ phân bố nội lực sang bộ phận khác

1 - ηD≥1,05 cho các cấu kiện và liên kết không dẻo

2 - ηD =1,0 cho các thiết kế thông thường, theo đúng yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế

3 - ηD≥0,95 cho các cấu kiện có dùng các biện pháp để tăng thêm tính dẻo

+ ηR: Độ dư thừa: Độ dư thừa có ý nghĩa đối với giới hạn an toàn của cầu Một

số kết cấu siêu tĩnh được cọi là dư thừa vì nó có nhiều liên kết hơn so với yêu cầu cân bằng tĩnh định Hệ cầu có một được tiếp đất được coi là không dư thừa (không nên dùng loại này)

Trong trạng thái giới hạn cường độ (TTGH cường độ)

1 - ηR≥1,05 cho các bộ phận không dư thừa

2 - ηR=1,0 cho các mức dư thừa thông thường

3 - ηR≥0,95 cho các mức dư thừa đặc biệt

+ ηI: Độ quan trọng:

Dung trong các TTGH cường độ và TTGH đặc biệt

1 - ηI≥1,05 cho các cầu quan trọng

2 - ηI=1,0 cho các cầu điển hình

3 - ηI≥0,95 cho các cầu tương đối ít quan trọng

1.4 – Các TTGH theo 22TCN 272 – 05

1.4.1 – Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05

Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 – 05 (AASHTO 98) phân thành các TTGH:

+ Trạng thái giới hạn cường độ

+ Trạng thái giới hạn sử dụng

+ Trạng thái giới hạn đặc biệt

+ Trạng thái giới hạn mỏi và đứt g8y

1.4.2 – Trạng thái giới hạn cường độ

- Là TTGH đảm bảo về cường độ và ổn định của các bộ phận kết cấu khi chịu tác dụng của các tổ hợp tải trọng tính toán theo kinh nghiệm có thể xảy ra trong thời gian sử dụng Các tải trọng này có thể dẫn đến tình trạng nguy hiểm và hư hỏng kết cấu nhưng toàn bộ kết cấu vẫn còn

+ TTGH cường độ I: Là tổ hợp tải trọng cơ tính toán khi có xe chạy bình thường và trên cầu không có gió

+ TTGH cường độ II: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi trên cầu có gió với vận tốc gió V > 25m/s và với vận tốc gió như vậy thì trên cầu không cho phép có

xe chạy

+ TTGH cường độ III: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi có xe chạy bình thường và trên cầu có gió với vận tốc V = 25m/s

- Tính toán theo TTGH cường độ bao gồm việc kiểm toán về độ bền chịu uốn, chịu cắt, chịu xoắn và chịu lực dọc trục Hệ số sức kháng φ được xác định theo thống kê

và thường lấy nhỏ hơn 1 và có giá trị khác nhau đối với các vật liệu và TTGH cường độ khác nhau

- Tải trọng khi tính theo TTGH cường độ là tải trọng tính toán, tức là có xét đến hệ

số vượt tải và hệ số xung kích, các hệ số này được quy định cụ thể trong bảng 1.4.3 – Trạng thái giới hạn sử dụng

- Là TTGH nhằm hạn chế ứng suất, biến dạng và độ mở rộng vết nứt trong điều kiện sử dụng bình thường Mục đích của TTGH này để đảm bảo thực hiện chức năng của cầu trước tuổi thọ sử dụng

- TTGH sử dụng: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi có xe chạy bình thường và trên cầu có gió với vận tốc V = 25m/s

- Tải trọng khi tính theo TTGH sử dụng là tải trọng tiêu chuẩn, tức là không xét đến

hệ số vượt tải và hệ số xung kích

1.4.4 – Trạng thái giới hạn mỏi và đứt g,y

- Là TTGH nhằm hạn chế sự phát triển vết nứt và tránh hiện tượng đứt g8y do xe tải thiết kế Xe tải thiết kế để tính mõi là một xe tải đơn, có khoảng cách các trục xe cố

định

- Trạng thái giới hạn phá hoại giòn phải được xét đến như một số yêu cầu về tính bền của vật liệu theo Tiêu chuẩn vật liệu

1.4.5 – Trạng thái giới hạn đặc biệt

- Là TTGH đảm bảo cầu vẫn tồn tại sau những dưới tác dụng của các tải trọng bình thường phát sinh cùng với các tải trọng đặc biệt như: lực động đất, lực va xô tàu thuyền, tải trọng thi công

- Tải trọng khi tính theo TTGH cường độ là tải trọng tính toán, tức là có xét đến hệ

số vượt tải và hệ số xung kích, các hệ số này được quy định cụ thể trong bảng

2 – Nội dung tính toán thiết kế

2.1 – Trình tự tính toán thiết kế mố trụ

- Quá trình thiết kế kết cấu là một tập hợp các giai đoạn:

+ Phân tích các điều kiện thiết kế

+ Sơ bộ đề xuất các giải pháp kết cấu

+ Phân tích kết cấu dưới tác dụng của tải trọng

+ Tính duyệt và kiểm toán kết cấu theo các điều kiện giới hạn

+ Xuất kết quả

+ Thực hiện các bản vẽ cấu tạo chi tiết và bản vẽ thi công

2.2 – Sơ đồ khối

Không

đạt

Đạt

Phân tích các điều kiện

thiết kế

Sơ bộ đề xuất các giải pháp kết cấu

Bắt đầu

Phân tích kết cấu dưới tác dụng của tải trọng

Xác định nội lực

Tính toán kiểm tra theo các điều kiện khống chế

S ≤ [Sgh]

Xuất kết quả

Kết thúc

2.3 – Nội dung tính toán thiết kế Mố cầu

Bước 1: Phân tích các số liệu của bài toán như: Khổ cầu, quy mô tải trọng, chiều dài nhịp, quy mô mặt cắt ngang cầu và vật liệu chế tạo mố

Bước 2: Căn cứ vào phương án cầu cụ thể đ8 được thành lập để xác định các kích thước cơ bản của mố

Bước 3: Tính toán các tải trọng tác dụng lên mố:

+ Trọng lượng các bộ phận mố

+ áp lực thẳng đứng từ kết cấu nhịp truyền xuống mố

+ áp lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên bản quá độ

+ áp lực đất tĩnh và áp lực đất do hoạt tải

+ Các tải trọng khác tác dụng lên mố như: lực ly tâm (chỉ tính với cầu nằm trên đường cong bằng), lực h8m, lực ma sát gối cầu, áp lực gió, lực thuỷ tĩnh Bước 4: Tổng hợp nội lực do tải trọng tác dụng lên từng mặt cắt theo các TTGH Bước 5: Tổ hợp tải trọng bất lợi nhất tác dụng lên từng mặt cắt

Bước 6: Căn cứ vào phương án cầu cụ thể đ8 được thành lập để xác định các kích thước cơ bản của mố, trụ

Bước 7: Tính toán bố trí cốt thép và kiểm toán khả năng chịu mômen, chịu cắt và khả năng chống nứt của từng mặt cắt

Bước 8: Tính toán bố trí cọc trong bệ móng Kiểm toán đất nền dưới đáy móng theo điều kiện về cường độ, khả năng chống lật và chống trượt

Bước 9: Tính toán các công trình phụ trợ phục vụ cho việc thi công mố

- Tính khối lượng bêtông thi công

- Tính ván khuôn

- Tính vòng vây cọc ván thi công

- Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy

Bước 10: Hoàn thiện các bản vẽ thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công

Phần 2: Thiết kế mố chữ U BTCT

1 – Số liệu tính toán thiết kế

1.1 – Số liệu chung

- Quy mô thiết kế: Cầu được thiết kế vĩnh cửu

- Tần suất thiết kế: P = 1%

- Quy trình thiết kế: 22TCN 272 – 05

- Chiều dài nhịp : L = 33 (m)

- Điều kiện thông thuyền: Sông thông thuyền cấp V

+ Bề rộng thông thuyền : Btt = 25 (m) + Tĩnh không thông thuyền : Htt = 3,5 (m)

- Khổ cầu : G8 + 2x1,5 + 2x0,5 (m) + Bê rộng phần xe chạy: Bxe = 8 (m) + Lề người đi bộ: 2x1,5 (m)

+ Bề rộng toàn cầu: B = 8 + 2x1,5 + 2x0,5 = 12,00 m

- Tải trọng thiết kế: Hoạt tải tiêu chuẩn HL93

+ Trọng lượng xe tải thiết kế: 32,5T

+ Trọng lượng xe 2 trục thiết kế: 22T

+ Tải trọng làn: 0,948 T/m + Tải trọng Người: 300 (kG/m2)

Hình 1: Xe tải thiết kế

1.2 – vật liệu chế tạo mố

- Bê tông cấu tạo Mố

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

600 mm Nói chung 300mm Mút thừa của mặt cầu

Làn thiết kế 3600 mm

1.3 – Các hệ số tính toán

- Hệ số tải trọng:

+ Tĩnh tải giai đoạn I: ntt1 = 1,25 và 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II: ntt2 = 1,5 và 0,65 + Hoạt tải và đoàn Người: nht3 = 1,75

- Hệ số xung kích:

1 + IM = 1,25

- Hệ số làn: Cầu được thiết kế 2 làn nên ta lấy hệ số làn: m = 1,0

1.4 – Đất đắp sau mố

- Trọng lượng riêng của đất: γ = 1,8 T/m3

- Góc nội ma sát của đất: ϕtc = 35o

- Hệ số vượt tải: n = 1,2

1.5 – Số liệu về các lớp đất nền

m

T/m 3

C

ϕ

độ

R'

Trong đó:

+ H: Chiều dày lớp đất

+ γ: Trọng lượng riêng lớp đất

+ C: Cường độ lực dính

+ ϕ: Góc nội ma sát của đất

+ R’: Cường độ tiêu chuẩn của đất nền

2 – cấu tạo kết cấu nhịp 2.1 – Quy mô mặt cắt ngang cầu

- Cấu tạo mặt cắt ngang cầu:

Hình 2: Mặt cắt ngang cầu

- Bảng các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:

2.2 – Cấu tạo dầm chủ

- Kết cấu nhịp cầu dẫn được sử dụng kết cấu định hình dầm giản đơn L = 33 m với các kích thước thiết kế cơ bản như sau :

- Cấu tạo dầm chủ:

- B¶ng c¸c kÝch th−íc thiÕt kÕ KCN:

DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang dÇm chñ Fdc 6892 cm2

DiÖn tÝch mÆt c¾t dÇm chñ kÓ c¶ mèi nèi Fdc 7487 cm2

TÜnh t¶i giai ®o¹n I tiªu chuÈn DCtc 9,091 T/m TÜnh t¶i giai ®o¹n II tiªu chuÈn DWtc 4,418 T/m

- TÜnh t¶i giai ®o¹n I tiªu chuÈn: DCTC = 9,091 T/m

- TÜnh t¶i giai ®o¹n II tiªu chuÈn: DWTC = 4,418 T/m

- TÜnh t¶i tiªu chuÈn toµn bé: gTT = 13,51 T/m

- TÜnh t¶i giai ®o¹n I tÝnh to¸n: DCTT = 11,36 T/m

- TÜnh t¶i giai ®o¹n II tiªu chuÈn: DWTC = 6,627 T/m

- TÜnh t¶i tÝnh to¸n toµn bé: gTT = 17,99 T/m

3 – Kích thước cấu tạo mố

3.1 – Nguyên tắc xác định các kích thước của mố

- Mố gồm 4 bộ phận: tường đỉnh, thân mố, bệ móng mố và tường cánh được cấu tạo bằng BTCT

- Tường đỉnh: có tác dụng chắn đất cho đầu dầm

+ Chiều dày: δ = 40ữ50cm

+ Chiều cao : htd = Hd + hg + hdk Trong đó :

+ htd : Chiều cao tường đỉnh

+ hg : Chiều cao gối cầu, phụ thuộc vào loại gối ứng với loại kết cấu nhịp + hdk : Chiều cao của đá kê gối: hdk ≥20cm

- Tường thân:

+ Chiều cao tường thân phụ thuộc vào chiều cao mố :

htt = Hmo - htd + Chiều dày: tường thân thường được cấu tạo có chiều dày không đổi >150cm

- Tường cánh được đổ bêtông thẳng góc và liền khối với tường thân, chiều dày của tường cánh khoảng 40ữ50cm để đảm bảo bố trí các lớp cốt thép chịu lực

Chiều dài tường cánh được xác định theo công thức:

S H n

L c = + Trong đó:

+ 1: n: Độ dốc của taluy nón mố

1 – Có gia cố bằng đá xây hoặc bản bêtông: 1: n = 1: 1

2 – Không gia cố (trồng cỏ): 1: n = 1: 1,25

3 – Phần taluy ngập nước: 1: n = 1: 1,5 + H: Chiều cao mố: H≤6m

+ S: Chiều dài phần đuôi tường cánh ăn sâu vào nền đường

1 – Nếu H≤6m thì lấy S≥0,65m

2 – Nếu H >6m thì lấy S≥1,0m

- Bề rộng của mố thường được lấy bằng bề rộng của cầu, tuy nhiên trong một số trường hợp ta có thể cấu tạo bề rộng của mố bằng với bề rộng phần xe chạy khi đó

đường người đi bộ sẽ bố trí trên bản công xon BTCT trên tường cánh dọc

- Bệ móng mố có thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nếu lớp đất tốt nằm ở độ sâu 3m Trong trường hợp lớp đất tốt nằm sâu >3m thì ta có thể đặt bệ móng trên kết