tinh du toan cong trinh xay dung

Tải trọng gió ngang PD với vận tốc 38 m/s : Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu nhịp: Cd : Hệ số cản tra bảng trong quy trình Kết quả được cho trong bảng sau: Kí hiệu Giá trị Đơn vị Kết q

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TRỤ

V.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

● Tên công trình: Thiết kế cầu chính

Dự án nút giao phú Thượng

● Địa điểm: Tây hồ – Hà Nội

● Hạng mục tính toán: Tính toán, thiết kế trụ cầu chính

● Tiêu chuẩn thiết kế: 22 TCN - 272 - 05

V.2 KẾT CẤU PHẦN TRÊN :

- Số lượng dầm : N = 1dầm

- Chiều dài tính toán nhịp : L = 30m

- Chiều cao dầm: H = 1.45 m

- Chiều cao gờ đỡ lan can: Hg = 0.6 m

- Chiều cao lan can: Hlc = 0.6 m

- Khổ cầu: B = 15.0 m

- Số làn xe thiết kế: n = 4 Làn

Trọng lượng riêng bê tông : γbt = 24.5 kN/m3

- Trọng lượng riêng nước: γn = 10 kN/m3

Cấu tạo trụ cầu

V 4 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ:

DW : gồm có

+ Trọng lượng của các lớp phủ mặt cầu

+ Trọng lượng các hạng mục kết cấu và lớp phủ

Vậy ta có thể tổng hợp các trọng lượng như sau :

V 4.1.1 Tĩnh tải kết cấu phần trên + thiết bị phụ DC + DW

Tĩnh tải kết cấu phần trên + thiết bị phụ DC

Giá trị hoạt tải

6 K/c đáy dầm đến trọng tâm chắn gió

10 Chiều dày lớp đất phủ trên bệ trụ hso 0.5 m

Tốc độ gió thiết kế tính theo công thức:

V.4.6.1 Tải trọng gió ngang PD với vận tốc 38 m/s :

Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu nhịp:

Cd : Hệ số cản tra bảng trong quy trình

Kết quả được cho trong bảng sau:

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Kết quả được tổng hợp trong bảng sau:

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

1.8 At 32.94 kN0.0006 V2 At Cd 12.68 kN

* Tải trọng gió tác dụng lên thân trụ :

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

* Tải trọng gió tác dụng lên xà mũ :

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

V.4.7 Tải trọng tác dụng lên xe cộ( WL)

Tải trọng ngang cầu gió lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 1.5kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1.8m so với mặt đường

Phải biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0.75kN/m tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1.8m so với mặt đường.

HxKN

MyKNm

Sử dụng 1 1 1 0.3 1 1 13875.1 347.5 2254.83 161.16 1226.1Cờngđộ I 1.25 1.50 1.75 0.00 0.00 1.00 18508.1 568.75 2539.47 136.47 1129.2Cờngđộ II 1.25 1.50 0.00 1.40 0.00 1.00 15225.6 0.00 0.00 178.16 973.1Cờngđộ III 1.25 1.50 1.35 0.10 1.00 1.00 17757.8 461.25 2762.72 163.1 1312.9

Bảng tổ hợp tải trọng xét tại mặt cắt đáy móng:

MxKNm

HxKN

MyKNm

Sử dụng 1 1 1 0.3 1 1 16399.6 347.5 2759.83 161.2 1548.6Cờngđộ I 1.25 1.50 1.75 0.00 0.00 1.00 23992.7 568.8 3108.22 136.5 1402.1Cờngđộ II 1.25 1.50 0.00 1.40 0.00 1.00 20710.2 0.00 0.00 178.2 1330.3Cờngđộ

III 1.25 1.50 1.35 0.10 1.00 1.00 23242.4 461.3 3381.47 163.0 1639

V.5 KIỂM TOÁN :

V.5.1 Kiểm toán mặt cắt đỉnh móng :

Dữ liệu ban đầu

- Chiều cao có hiệu của mặt cắt d = 4.47 m

- Chiều dày lớp phủ bê tông dc = 0.10 m

- Mô đun đàn hồi của thép Es = 200000 Mpa

- Trọng lượng riêng bê tông gc = 24.50 kN/m3

- Mô đun đàn hồi bê tông Ec = 30849.75 Mpa

V.5.1.1.1 Lý thuyết tính toán

● Xác định Mrx và Mry: sức kháng tính toán theo trục x và y (Nmm)

Mrx = ϕ As fy (ds - )

Trong đó:

j = 0.9 với cấu kiện chịu uốn

ds: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới mép ngoài cùng chịu nén (trừ đi lớp bêtông bảo vệ và đường kính thanh thép)

fy: giới hạn chảy của thép

As: bố trí sơ bộ rồi tính diện tích thép cần dùng theo cả hai phương

+ Chiều dài thanh chịu nén lu: phụ thuộc vào chiều cao cấu kiện cần tính toán

+ Tính tỉ số độ mảnh:

Trong đó:

K: hệ số chiều dài hữu hiệu, với cột không thanh giằng, K = 2

Nếu < 22 thì bỏ qua hiệu ứng độ mảnh

Nếu 2.2 < < 100 thì có xét hiệu ứng độ mảnh, tức là trị số Mux, Muy sẽ được nhân thêm hiệu ứng độ mảnh (hệ số khuếch đại moment)

Hệ số khuếch đại moment:

δb = ≥ 1

(theo Giáo trình Thiết kế kết cấu bêtông theo tiêu chuẩn ACI")

Cm = 1

j = 0.75

Pe: lực nén dọc trục Euler.

E: mođun đàn hồi của bêtông

I: moment quán tính mặt cắt với trục đang xét

● Xác định theo công thức (b): (còn gọi là phương pháp số đo Bresler)

= + -

- Tính ra trị số Prxy , so sánh với Pu, nếu lớn hơn là đạt

- Xác định Prx, Pry: sức chịu tải dọc trục nhân hệ số tương ứng ex và At (hàm lượng cốt thép)

Sau khi tra bảng được giá trị

Cách tính Pry hoàn toàn tưng tự

- Xác định f.Po, tra đồ thị ứng với rt vừa tìm được ở trên, chú ý vì e = 0 nên cắt trục thẳng đứng tại đâu, thì đó là giá trị cần tìm.

Tính = + -

V.5.1.1.2 Nội dung kiểm toán :

Tổ hợp dùng để kiểm tra là Cườngđộ I với N = 18508 KN

Kiểm tra điều kiện uốn hai chiều (Theo điều 5.7.4.5)

- Nếu Pu > 0.1 f f'c Ag thì kiểm tra theo điều kiện:

= + - ⇒ đạt

- Nếu Pu > 0.1f f'c Ag thì kiểm tra theo điều kiện:

+ ≤ 1 i ⇒ đạt

Cụ thể như sau:

f Hệ số sức kháng đối với cấu kiện chịu nén dọc

Các dữ

• Mô men tính toán Mu 1129.19 4705.84 kN.m

b

Rc•FdRa•

a

x

V.5.1.2 Kiểm tra khả năng chịu cắt của thân trụ

d b c f V

Vn

n

v v n

2

1 0.25 ' min

Trong đó

Vc = 0.083 β bv dv

b : hệ số chỉ khả năng bị nứt chéo khi truyền lực, b = 2

Vs =

S : cự li giữa các cốt đai

Av : diện tích cốt thép đai

θ : góc nghiêng của ứng suất nén chéo, θ = 45o

α = 90o: góc nghiêng của cốt đai so với trục dọc

S S

OK Av

Av

OK Vr

Vu

600maxmin

V.5.1.2.2 Nội dung kiểm toán:

Kết quả kiểm toán được thể hiện trong bảng sau:

V.5.1.3 Kiểm tra nứt : (theo điều 5.7.3.4)

V.5.1.3.1 Lý thuyết tính toán:

fsa fs

6.0

Số thanh tương đương n =

V.5.1.3.2 Nội dung kiểm toán

fsa: ứng suất trong cốt thép thường ở TTGHSD,fsa=

Mx,My : Giá trị mô men lớn nhất của tổ hợp tảI trọng sử dụng

As : Tổng diện tích cốt thép chịu kéo

n : Tỉ số mô đun đàn hồi, n =

V.5.2 Kiểm toán mặt cắt đáy móng :

Kiểm tra cấu kiện chịu uốn

Tổ hợp dùng để kiêm tra Cườngđộ III Mx 3381.47 kNm

Sức kháng uốn của cấu kiện Mr = f Mn

As Diện tích cốt thép thờng chịu kéo = 6 D 22 As = 26980.8 mm 2

A's Diện tích cốt thép thờng chịu nén = 0 D 16 A's = 0.00 mm 2

fy Giới hạn chảy quy định của cốt thép fy = 420.00 MPa

f'y Giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén f'y = 420.00 MPa

b1 Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất b1 = 0.85

a Chiều dày khối ứng suất tơng đương a = 84.65 mm

c Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén c = 99.58 mm

Kết luận : Mx < Mr => Đạt

V.6 TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI

V6.1 Sức chịu tải của cọc:

Các thông số kỹ thuật của cọc:

Số cọc trong móng ncọc=10 cọc

Đường kính cọc khoan nhồi f =1 m

Modul đàn hồi bêtông chế tạo cọc E= 2.7E+07 KN/m2.Khoảng cách giữa các cọc theo phương dọc x 3 m

Khoảng cách giữa các cọc theo phương ngang y 3 m

Chiều sâu hạ cọc trong đất h1= 6 m

Chiều dáy lớp đất thứ hai h2= 7.5 m

Chiều dáy lớp đất thứ ba h3= 9 m

Chiều dài tự do của cọc lo = 1.5 m

Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức sau: (10.7.3.2-2 22TCN-272-01)

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 mũi cọc (mm2)

ϕqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-3

dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc

và sức kháng thân cọc Đối với đất sét ϕqp = 0.55

ϕqs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 10.5.5-3 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc Đối với đất sét ϕqs = 0.65, Đối với đất cát ϕqs = 0.55

Khí tính sức kháng thành bên bỏ qua 1.5m chiều dài cọc tính từ mặt đất trở xuống và 1D tính từ chân cọc trở lên

Bảng 10.7.1 – Sức chịu tải của cọc theo ma sát thành bên

Loại đất N Su α qs (dính)

(Mpa)

qs (rời)(Mpa)

Qs

(kN)

D = đường kính cọc khoan (mm)

Z = độ xuyên của cọc khoan (mm)

Su = cường độ kháng cắt không thoát nước (MPa), Su = 0.6

Hình 10.7.1 – Mặt bằng bố trí cọc khoan nhồi

V6.2 Kiểm toán sức chịu tải cọc theo đất nền

V.6.2.1 Tính toán nội lực cọc theo khung phẳng dọc

Các số liệu để tính toán nội lực:

Khối lượng riêng bê tông cọc khoan nhồi yc 2400 kg/m3

Cường độ chịu nén bê tông cọc khoan nhồi f'c 30 MpaModul đàn hồi bêtông chế tạo cọc E 2.68x107 KN/m2

Khoảng cách giữa các cọc theo phương dọc x 3 m Khoảng cách giữa các cọc theo phương ngang y 3 m

Chiều dày lớp đất thứ ba h3 9 m

Tính toán nội lực trong cọc

Chiều dày lớp đất ứng suất không phụ thuộc m hm 5.000 m

chuyển vị đứng v = 0.00647mchuyển vị ngang u = 0.00845mgóc xoay w = 0.000421rad

Từ đó tính được Po = 2890.1 kN, Ho = 457.96kN, Mo = 1693.8kNm

Po + Trọng lượng cọc = 2890.1 + 608.68 = 3498.78kN < sức chịu tải của cọc QR = 6867.67kN => Đạt.

V6.2.2 Tính nội lực cọc theo khung phẳng ngang

Bề rộng tính toán của cọc att = 0.9(1.5+1) = 2.25m

Hệ số tỉ lệ m = 4000

Tổ hợp nội lực tính toán:

Lực ngang Lực dọc Mô menH(kN) P(kN) M(kN.m)764.71 10838.14 3381.47Các giá trị của hàm số ảnh hưởng

-5.8533 -5.9499 -6.5331 -12.1581 -1.61428 -11.73066 9.24368 -0.35762

-0.9267 4.5478 -10.6084 -3.76647 -17.9186 -15.0755 -15.6105 -23.1401Bảng tính giá trị mômen theo chiều sâu z:

ztd

=a*h A3 B3 C3 D3 a^2*E*J a^3*E*J a Mz z

0 0 0 1 0 163606.8 57762 0.35 1694 00.1 -0.00017 -0.00001 1 0.1 163606.8 57762 0.35 1823 0.280.2 -0.00133 -0.00013 0.99999 0.2 163606.8 57762 0.35 1946 0.570.3 -0.00450 -0.00067 0.99994 0.3 163606.8 57762 0.35 2060 0.850.4 -0.01067 -0.00213 0.99974 0.4 163606.8 57762 0.35 2160 1.130.5 -0.02083 -0.00521 0.99922 0.4999 163606.8 57762 0.35 2244 1.420.6 -0.03600 -0.01080 0.99806 0.5997 163606.8 57762 0.35 2310 1.70.7 -0.05716 -0.02001 0.99580 0.6993 163606.8 57762 0.35 2357 1.980.8 -0.08531 -0.03413 0.99181 0.7985 163606.8 57762 0.35 2383 2.270.9 -0.12144 -0.05466 0.98524 0.897 163606.8 57762 0.35 2390 2.55

1 -0.16652 -0.08329 0.97501 0.9944 163606.8 57762 0.35 2377 2.831.1 -0.22151 -0.12192 0.95975 1.0902 163606.8 57762 0.35 2345 3.121.2 -0.28736 -0.17260 0.93783 1.1834 163606.8 57762 0.35 2295 3.41.3 -0.36495 -0.23760 0.90727 1.2732 163606.8 57762 0.35 2228 3.681.4 -0.45514 -0.31934 0.86574 1.3582 163606.8 57762 0.35 2147 3.971.5 -0.55869 -0.42039 0.81054 1.4368 163606.8 57762 0.35 2053 4.251.6 -0.67628 -0.54348 0.73858 1.507 163606.8 57762 0.35 1947 4.531.7 -0.80846 -0.69144 0.64637 1.5662 163606.8 57762 0.35 1832 4.821.8 -0.95562 -0.86715 0.52997 1.6116 163606.8 57762 0.35 1710 5.11.9 -1.11794 -1.07357 0.38503 1.6397 163606.8 57762 0.35 1581 5.38

2 -1.29532 -1.31361 0.20677 1.6463 163606.8 57762 0.35 1449 5.662.2 -1.69331 -1.90568 -0.27084 1.5754 163606.8 57762 0.35 1180 6.232.4 -2.14113 -2.66328 -0.94872 1.352 163606.8 57762 0.35 913 6.82.6 -2.62120 -3.59990 -1.87698 0.9169 163606.8 57762 0.35 659 7.362.8 -3.10333 -4.71752 -3.10669 0.1976 163606.8 57762 0.35 426 7.93

3 -3.54050 -5.99984 -4.68446 -0.891 163606.8 57762 0.35 221 8.53.5 -3.88800 -9.54425 -10.30603 -5.842 163606.8 57762 0.35 88 9.91

4 -1.55000 -11.73066 -17.91860 -15.08 163606.8 57762 0.35 57 11.33

Mô men lớn nhất Mu = 2390kNm, tại độ sâu h = 2.55m.

V6.3 Kiểm toán cọc:

Thông số về tiết diện cọc:

Đường kính cọc D = 1000 mm

Diện tích cọc As = 785000 mm2

Quy đổi tiết diện tròn của cọc về tiết diện vuông cùng diện tích:

Cạnh của tiết diện vuông:a = 1329mm

Chiều rộng mặt cắt b, bw = 886mm

Chiều cao mặt cắt ds = 886mm

Chiều cao có hiệu của mặt cắt ds = 821.5mm

Chiều dày lớp phủ bê tông dc = 50mm

Cường độ chịu kéo của cốt thép fy = 420Mpa

Cường độ chịu nén của bê tông fc = 30 Mpa

Bố trí 11 thanh No29, đường kính danh định 28.7mm, diện tích một thanh 645 mm2

V.6.3.1 Kiểm toán sức kháng uốn

Theo điều 5.7.3.2.1 22TCN-272-05 sức kháng uốn tính toán được tính như sau:

Mr = ϕMnTrong đó

As = Diện tích cốt thép thường (mm2), As = 8582.4mm2

fy = giới hạn chảy của cốt thép thường, fy = 420Mpa

ds = chiều cao có hiệu của mặt cắt, ds = 821.5mm

β = Hệ số quy đổi hình khối ứng suất, β1 = 0.85

c = khoảng cách tử thớ ngoài cùng chịu nén đến vị trí trục trung hoà

Vc = 0,083 β fc′ bv dv (5.8.3.3-3)

s

)sin cotg (cotg

d f A

ở đây :

bv = bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều

cao dv được xác định trong Điều 5.8.2.7 (mm), bv = 821.5mm

dv = chiều cao chịu cắt hữu hiệu được xác định trong Điều 5.8.2.7 (mm), dv =

max(0.9de, 0.72h)

s = cự ly cốt thép đai (mm), s = 150mm

β = hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo được quy định trong

Điều 5.8.3.4 β = 2

θ = góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định trong Điều 5.8.3.4 (độ), 45

α = góc nghiêng của cốt thép ngang đối với trục dọc (độ)

Av = diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s (mm2) Bố trí Cốt đai No16 @ 150mm, Av = 397mm2

Sức kháng cắt tính toán

Vr = ϕVnTrong đó

ϕ = Hệ số sức kháng lấy theo điều 5.8.3.3 22TCN-272-05, ϕ = 0.9

Vc = 0,083 β fc′ bv dv = 639 kN

s

)sin cotg (cotg