Tính toán tải trọng và các lực tác dụng lên mố.. áp lực ngang của tĩnh tải đất đắp a.. Lập các tổ hợp tải trọng tính toán bệ - Mô men về phía nền đường mang dấu + - Lực đẩy ngang về ph
Trang 1Chương II tính toán thiết kế mố cầu
I giới thiệu về mố
- Mố dùng loại mố cọc chân dê, đặt trên bệ cọc BTCT
- Mố và cọc dùng vật liệu bê tông cốt thép;
- Cọc có kích thước 40ì40cm;
II Tính toán tải trọng và các lực tác dụng lên mố
2.1 Nội lực do trọng lượng bản thân và kết cấu nhip
11000
3500 3000
500
2200
2.1.1 Tĩnh tải bản thân mố
- Tĩnh tải tường trước: g1 = 0.5 1.95 11 2,5 26.81( ) ì ì ì = T
- Tĩnh tải tường cánh: g2 = 2,5 [0.5* (3.95 1.5) * 3] 0.5 10.22( ) ì + ì = T
- Vai kê bản quá độ: g3 = ( 0 , 3 ì 0 , 3 + 0 , 5 ì 0 , 3 ì 0 , 3 ) ì 8 ì 2 , 5 = 2 , 7 (T)
- Đá kê gối: g4 = 6 ì 0 , 8 ì 0 , 7 ì 0 , 25 ì 2 , 5 = 2 , 1 (T)
- Bệ cọc: g5 = 2,5 11 2 2.2 121( ) ì ì ì = T
- Đất đắp trong lòng mố: g6 = 2 , 2 ì 2 ì 12 , 5 ì 1 , 8 = 95 , 04 (T)
*Tổng cộng tĩnh tải:
) ( 7213 , 108 7213 , 108 1 , 1
) ( 78 , 247 5
4 3 2 1
T G
n
G
T g
g g g g G
tc bt tt
bt
tc
bt
=
ì
=
ì
=
= + + + + +
=
Trang 2Mô men tĩnh tải mố so với trục qua tim gối cầu
STT Bộ phận Cánh tay đòn
(m)
Mô men (T.m)
( )
( )T m M
m T M
tt t
tc t
64 , 190 307 , 173 1 , 1
307 , 173
=
ì
=
=
2.1.2 Trọng lượng kết cấu nhịp
( ) ( )T G
T G
tt KCN
tc KCN
64 , 282
95 , 256
=
=
2.2 Phản lực gối do hoạt tải trên kết cấu nhịp
2.2.1 Do 2 làn xe H30
- Hoạt tải tiêu chuẩn H30 tác dụng lên gối : R tc H30 = 75 , 4T
- Tổ hợp tải trọng chính với n =1.4: R H tt30 = 165 , 56T
- Tổ hợp tải trọng phụ với n =1.12
( )T R
n
R H P30 = ì H tc30 = 1 , 12 ì 75 , 4 = 84 , 45
2.2.2 Do XB80
( ) ( )T R
T R
tt XB
tc XB
79 , 81
35 , 74 80
80
=
=
2.2.3 Do người
( ) ( )T R
T R
tt ng
tc ng
174 , 6
41 , 4
=
=
2.2.4 Do lực hãm của đoàn xe H30
Trang 3- Lực hãm tiêu chuẩn : T tc ( )T
c = 0 , 6 ì 30 = 18
-Với tổ hợp phụ n=1.12: T p tc = 1 , 12 ì 18 = 20 , 16( )T
- Lực hãm khi tính toán được coi như đặt tại tim gối
Xác định khoảng cách từ tim gối (điểm đặt lực hãm) tới đáy bộ cọc
h=0,04+0,20+1,5=1,74(m) 0,04 : chiều dày thốt dưới gối
0.20: Chiều dày đá kê gối
1,5: Chiều dày bệ cọc
Mô men lực hãm đối với đáy bệ: M = 20.16.1,74 = 36,086 (T.m)
2.2.5 Hoạt tải sau mố tác dụng lên bản quá độ
- Hoạt tải trên bản quá độ được truyền trên diện tích: S.b = 10.1,9 = 19 (m2) S=10 (m) chiều rộng bản quá độ
b = 1.9 (m) chiều dài bản quá độ tham gia truyền lực
a=Lb - b = 4,2 – 1,9 = 2,3 (m) Xác định chiều dài lăng thể trượt (Giả định Lo = H.tg (450 - ϕ/2))
ϕ: góc ma sát tiêu chuẩn của đất đắp ϕ = 350
H: chiều cao tính toán gồm chiều cao tường trước và chiều dầy bệ cọc
H = 1,98 + 1,5 = 3,48 (m)
=> lo = 3,48.tg(450 -350/2) = 1,82 (m)
lo = 1,82 < a = 2,3 (m) Vậy phần hoạt tải truyền xuống nằm ngoài phạm vi lăng thể trượt nên hoạt tải trong bản quá độ không gây áp lực ngang cho mố mà chỉ có áp lực ngang do tĩnh tải
đất đắp tác dụng lên mố
- Hoạt tải đi trên bản quá độ gây phản lực gối truyền xuống vai kê RB như sau: + Trục sau của xe XB80 P = 0,7.30 = 21(T)
+ Phản lực gối RA : RA = 16,25 (T)
+ Phản lực gối RB : RB = 4,75 (T)
+ Mô men do hoạt tải trên bản quá độ gây lên đối với tim gối cầu
( )T
M b h = 4 , 75 1 = 4 , 75
Trang 42.2.6 Phản lực gối do tĩnh tải bản quá độ truyền lên vai kê tường trước
- Do trọng lượng bản thân:
( )T
2
5 , 2 25 , 0 42 , 10
- Do lớp phủ trên bản dầy trung bình 20cm, dài 4,2m, rộng 10m có: δ =2 T/m2 -Phản lực gối tính toán với n1=1,1, n2 =1,5
- Mô men tĩnh tải bản quá độ so với trọng tâm gối cầu
( ) ( )T m
M
T R
t b
tt b
04 , 27 1 04 , 27
04 , 27 5 , 1 4 , 8 1 , 1 125 , 13
=
ì
=
=
ì +
ì
=
2.2.7 áp lực ngang của tĩnh tải đất đắp
a Tính với các giá trị
ϕ = 300; n=1,2; δ=1,8 (T/m3) ứng với ϕ = 300 , à = 0,333 áp lực ngang của đất: Et = 0,5 n.δ.H.à.B =0,5.1,8.3,482.0,333.13 = 56,61(T) B: chiều rộng tường tính toán B = 12 (m)
H: chiều cao tường tính toán H = 3,48(m)
- Mô men do áp lực đất so với đáy bệ cọc
ME1 = 1/3.H.Et = 1/3.3,48.56,61 = 65,66 (T.m)
b Tính với các giá trị
ϕ = 400; n=0,9; à = 0,217
Et = 0,5.0,9.1,8.3,482.0,217.13 = 27,67(T)
- Mô men do áp lực đất so với đáy bệ cọc
ME2= 1/3.3,48.27,67 = 32,09 (T.m)
2.3 Lập các tổ hợp tải trọng tính toán bệ
- Mô men về phía nền đường mang dấu (+)
- Lực đẩy ngang về phía nền đường mang dấu (-)
Trang 5Bảng tổ hợp trọng tải tính toán mố
(T)
Lực ngang (T)
Mô men (T.m)
I
Tổ Hợp Chính
- Tĩnh tải mố
- Tĩnh tải nhịp
- H30 người trên nhịp
- áp lực đất tĩnh ϕ=300
- Bản quá độ
Tổng cộng
272,55 282,64 111,73
27,04 693,96
56,61
56,61
190,64
0
0 -65,66 -27,04 97,94
II
Tổ Hợp Chính
- Tĩnh tải mố
- Tĩnh tải nhịp
- XB80 trên nhịp
- áp lực đất ϕ=300
- Bản quá độ
Tổng cộng
272,55 282,64 81,79
27,04 664,02
56,61
56,61
190,64
0
0 -65,66 -27,04 97,94
III
Tổ Hợp Phụ
- Tĩnh tải mố
- Tĩnh tải nhịp
- H30 +người trên nhịp
- áp lực tĩnh ϕ=40o
- Bản quá độ
- Lực hãm về phía sông
Tổng cộng
272,55 282,64 90,62
27,04
672,85
27,67
20,16 47,83
190,64
0
0 -32,09 27,04 -36,086 148,86
Tổ Hợp Phụ
- Tĩnh tải mố
- Tĩnh tải nhịp
- H30 +người trên nhịp
272,55 282,64 90,62
190,64
0
0
Trang 6IV
- áp lực tĩnh ϕ=40o
- Bản quá độ
-Hoạt tải trên bản quá độ
- Lực hãm về nền đường
Tổng cộng
27,64 4,75
677,6
27,67
-20,16 7,51
-32,09 27,04 4,75 36,086 226,42
V
Tổ Hợp Phụ
- Tĩnh tải mố
- Tĩnh tải nhịp
- H30 +người trên nhịp
- áp lực đất tĩnh ϕ=40o
- Bản quá độ
- Lực hãm về nền đường
Tổng cộng
272,55 282,64 90,62
27,04
672,85
27,67
-20,16 7,51
190,64
0
0 -32,09 27,04 36,086 221,67
Từ bảng tổ hợp tải trọng ta tìm được
- Tổ hợp tải trọng chính bất lợi
Ntt = 693,96 (T); H = 56,61 (T); M = 97,94 (T.m)
- Tổ hợp tải trọng phụ bất lợi nhất
Ntt = 677,6 (T); H = =12,26 (T); M = 153,6(T.m)
III Tính toán móng cọc
- Móng cọc gồm 12 cọc bằng BTCT kích thước 40x40 cm cọc được bố trí thành 2 hàng (theo phương dọc cầu) mỗi hàng có 6 cọc (theo phương ngang cầu) Hàng trong đóng thẳng hàng ngoài xiên với độ dốc 1:6
- Bệ cọc bằng BTCT đổ tải chỗ kích thước 1300x220x150 cm
- Kiểm tra điều kiện làm việc của đài (Xem đài thấp hay đài cao)
Điều kiện h ≥ 0,7 hmin
b
H tg
2
45
⎠
⎞
⎜
⎝
=
Trang 7h: độ chôn sâu đáy bệ h = 79 (cm)
ΣH: tổng tải trọng nằm ngang
b: cạnh đáy dài theo phương vuông góc với H
γ: trọng lượng riêng của đất từ đáy đài trở lên
φ:góc ma sát trong của đất
) ( 771 , 0 13 9 , 1
61 , 56 2
36 45
⎠
⎞
⎜
⎝
=
h = 79 cm >= 0.7 hmin= 0,7.0,771 = 0,518 (cm) Như vậy móng cọc mố được tính toán theo trường hợp là móng cọc đài thấp
3.1 Xác định mố chịu tải của cọc (Tính ở phần sơ bộ trang 29 -> 31)
3.1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu: N c tt =192 T, 1 ( )
3.1.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền: N c tt =121 T, 6 ( )
3.2 Tính số cọc cần thiết cho mố n=12 cọc
3.3 Bố trí cọc trên mặt bằng (Hình vẽ trang 31)
11000
500
3.4 Tính toán kiểm tra móng cọc
Trong móng cọc bệ thấp ta tính và kiểm tra theo các nội dung sau
- Theo trạng thái giới hạn I: Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc, kiểm tra sức chịu tải của đất tại mũi cọc, kiểm tra cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang
- Theo trạng thái giới hạn II: Kiểm tra độ lún của cọc
- Theo trạng thái giới hạn III (Độ mố rộng vết nứt) Tính toán cọc khi vận chuyển, treo trên giá búa
3.4.1 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc
Trang 8Trượng hợp móng cọc chịu nén lệch tâm cho nên số cọc trong móng sẽ chịu tải không đều nhau do đó có cọc chịu kéo và có cọc chịu nén
+ Đối với cọc chịu nén : P0max ≤ P0nén
+ Đối với cọc chịu kéo: P0min ≤ P0kéo
P0max, P0min tải trọng tác dụng lên cọc chịu nén và chịu kéo nhiều nhất
P0nén, P0kéo sức chịu tải tính toán của cọc chịu nén và cọc chịu kéo
Trị số P0max và P0min được xác định theo công thức
( )
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
±
=
max min
max
i
n x o
x
x M n
N P
N: Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy dài: N = 577,45 (T)
n: Số lượng cọc trong móng n = 12
M: Tổng mô men của tải trọng ngoài so với trục đi qua trọng tâm của tiết diện cọc tại đáy dài : M = 226,42 (T.m)
xn
max : khoảng cách từ trục chính của mặt bằng đến tim cọc;xn
max = 5,4 (m)
∑xi2 = 1,082 + 3,242 + 5,42 = 40,82 (m)
82 , 40
4 , 5 42 , 226 12
45 , 577
min
⎠
⎞
⎜
⎝
±
=
Pomax = 78,07(T) < Pminn = 121,6(T) => Đạt yêu cầu
3.4.2 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc
Sức chịu tải của cọc theo phương ngang được tính theo kinh nghiệm đã được quy định trong quy trình
2
.P m n
H
d
≤
∑
m2 = 0.9 hệ số điều kiện làm việc
Pd: tải trọng ngang cho phép tác dụng vào mồi cọc
Pd: được xác định theo QT 1979 Pd = 7(T)
∑H = 56,61 (T)
9 , 0 674
, 0 7 12
61 , 56
<
=
3.4.3 Kiểm tra cường độ đất nền
Trang 9Để kiểm tra ta coi đài cọc, cọc và phần đất giữa các cọc là 1 móng khối và gọi
là móng quy ước
Diện tích đáy móng khối quy ước được xác định theo công thức
Fđq = (A1 + 2L.tgα) (B1 + 2L.tgα)
A1 khoảng cách 2 mép ngoài cùng của 2 cọc theo phương ngang cầu
B1 khoảng cách 2 mép ngoài cùng của 2 cọc theo phương dọc cầu
A1 = 10,80 ; B1 = 1,35 (m)
- Tính góc ma sát trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên
* Góc ma sát trung bình:
' 31 ' 6 18 7
, 1 96 , 5 09 , 6 11 , 3 05 , 1
7 , 1 16 96 , 5 14 09 , 6 24 11 , 3 18 05 , 1
o o
o o
o i
i i
tb
h
h
= +
+ + +
ì +
ì +
ì +
ì +
ì
=
ì
=
∑
∑ϕ
ϕ
4
o
tb =
α
- Chiều rộng móng khối quy ước
B = B1 + 2L tgα = 1,35 +2.20tg4031'37' = 4,51 (m)
- Chiều dài móng khối quy ước
A = A1 + 2L tgα = 10,8 +2.20tg4031'37' = 15,31 (m)
- Diện tích móng khối quy ước
S = A.B = 15,31.4,51 = 69,04 (m2)
- Khối lượng các cọc trong móng
Vc = n.F.L = 12.0,1225.20 = 24,5 (m3)
- Trọng lượng các cọc
Pc = 24,5.2,5.1,1 = 67,375 (T)
- Khối lượng đất móng khối quy ước
Vđ = A.B.H = 15,31.4,51.20 = 1380,8 (m3)
- Khối lượng đất trừ đi khối lượng cọc
V = 1380,8 – 24,5 = 1356,3 (m3)
- Dung trọng tính đối của các lớp đất*Trọng lượng đất trong móng quy ước
Pđ=1,89ì1356,3=2563,41(T) Duyệt móng khối quy ước theo tổ hợp tải trọng I có:
Trang 10P=693,96(T), M=97,94(T.m)
*ứng suất lớn nhất tại đáy móng khối quy ước
W
M F
N +
=
σ
W: mômen chống uốn tại đáy móng theo phương dọc cầu
) ( 04 , 50 91 , 51
94 , 97 04 , 69
73 , 3324
) ( 91 , 51 3
51 , 4 31 , 15 6
2
2 2
2
m T
m B
A W
= +
=
=
ì
=
ì
=
σ
- Cường độ đất nền tại đáy móng khối quy ước
1 , 2 { [ (1 ( 2 ) ' ( 3 )) ] }
2 1
ì
R: Cường độ đất nền, tra bảng có R'=3,0
B: Chiều rộng móng khối quy ước, B=4,51
h: Chiều sâu của móng khối quy ước, h=20(m)
γ': Dung trọng tính đổi của các lớp đất, γ' = 1,89(T/m3)
K1, K2: Hệ số, tra bảng K1= 0,02; K2= 0,15
1 , 2 {3 [ (1 0 , 02 ( 4 , 51 2 ) 0 , 15 1 , 89 ( 20 3 )) ] } 21 , 134 ( / 2 )
cm kG
Vậy σ =50,04(T/m2)=5,004(kG/cm2)<R=21,134(kG/cm2)
⇒ Đạt yêu cầu
IV Tính toán các bộ phận của Mố
4.1 Tính toán tường trước
4.1.1 Xác định các lực tác dụng lên mặt cắt I-I
a Do tĩnh tải
- Tĩnh tải tường trước: g1=32,17(T)
- Trọng lượng phần tường cánh tới mặt cắt I-I: g2=5(T)
- Trọng lượng vai kê: 2,81(T)
Tổng cộng:
Trang 11) ( 97 , 43 98 , 39 1 , 1 1
, 1
) ( 98 , 39 81 , 2 5 17 , 32
T G
G
T G
tc tt tt
tt
tc tt
=
ì
=
ì
=
= + +
=
b Do hoạt tải bản quá độ tác dụng lên vai kê tường trước
) ( 75 ,
R h tt =
c Do tĩnh tải bản quá độ tác dụng lên vai kê tường trước
) ( 04 ,
27 T
R t tt =
d Do hoạt tải trực tiếp
Tường đỉnh chịu tác dụng của hoạt tải trực tiếp khi có bánh xe đè lên tường
đỉnh:
Do H30: 111,73 (T)
Do XB80: 81,79(T)
e Tổ hợp tải trọng bất lợi nhất tác dụng tại mặt cắt (I-I)
- Lực thẳng đứng:
) ( 49 , 187 73 , 111 04 , 27 75 , 4 97 ,
N
- Lực đẩy ngang:
) ( 34 , 19 13 333 , 0 98 , 1 9 , 1 2 , 1 2
1 2
E
2
30 45 (
tg
à
- Mô men đáy tường:
MI-I = 5.1,25 + 2,81.0,4 + 27,04.0,3 + 4,75.0.4 + 1,1.19,34.23=31,56(T/m)
4.1.2 Tính số cốt thép cần thiết và bố trí cốt thép cho 1m chiều rộng tường trước
a Tính số cốt thép cần thiết
- Dùng thép φ16 CT5 có chiều dầy lớp bê tông bảo vệ δ=3cm, khi đó chiều dầy có hiệu quả tường trước là:
2
1
h = ưδ ư = ư ư ì =
- Hệ số mômen tĩnh của vùng bê tông chịu nén
2 , 46 100 140
3156000
2 2
0
ì
ì
=
ì
ì
=
h b R
M A
u
Trang 12Tra bảng có α=0,0840
- Diện tích cốt thép cần thiết là:
2400
2 , 46 100 140 084 ,
0
cm R
h b Ru F
t
ct =αì ì ì = ì ì ì =
011 , 2
63 ,
=
=
t
ct
f
F
=> Chọn n=12 thanh
b Bố trí cốt thép
Bố trí cốt thép tại phía chịu kéo bằng thép φ14 CT5, phía đối diện cũng bố trí lưới thép φ14 CT5
Sơ đồ bố trí cốt thép tường trước mố
4.1.3 Kiểm tra đối với mô men uốn
2
u x h x R F h a R
M=3156000(kG.cm)
ỉ10 a=12
ỉ12 a=200 ỉ14
ỉ12
Trang 13) ( 12 , 3982677 3156000
) (K 12 , 3982677
) 6 , 3 2 , 46 ( 132 , 24 2400 )
2
2 , 7 2 , 46 ( 2 , 7 100 140
) ( 2 , 7 ) 6 , 0 3 ( 2 2 '
cm KG M
cm G VP
cm a
x F
<
=
=
ư
ì
ì +
ư
ì
ì
ì
=
= +
ì
=
=
⇒
=
⇒ Đạt yêu cầu
4.2 Tính toán tường cách mố
4.2.1 Tính cốt thép tường cánh
Tường cách chịu tác dụng của áp lực ngang của đất vì phạm vi tác dụng của hoạt tải nằm ngoài phạm vi lăng thể trượt nên chỉ có áp lực ngang của đất tĩnh tác dụng lên tường cách mố
Mô men tác dụng lên tường cách mố:
6 ) (
2
2 0 ' 0
'' 0
2 0 ' 0
l E E
l E
'
0
''
0, E
Sơ đồ xác định áp lực đất
- áp lực tác dụng lên tường cách: Tính cho 1m chiều dài tường
Eo”
Eo’
Trang 14) ( 875 , 3 1 333 , 0 482 , 3 9 , 1 5 , 0 2
1
) ( 2527 , 1 1 333 , 0 98 , 1 9 , 1 2 1
1 );
/ ( 9 , 1
; 333 , 0
; 98 , 2 1
2 2
2
' 0
' 0 1
2 1
' 0
T B
h E
T E
B m T m
a h
B h
E
=
ì
ì
ì
ì
=
ì
ì
ì
ì
=
=
ì
ì
ì
ì
=
=
=
=
=
ì
ì
ì
=
à γ
γ à
à γ
‘
- Xác định mô men tại ngàm
) ( 271 , 4 6
2 ) 2527 , 1 875 , 3 ( 5 , 0 2 2527 ,
m T
- Tính số l−ợng cốt thép và bố trí:
Dùng thép ф14 CT5 có chiều dầy lớp bê tông bảo vệ δ=3cm
Chiều cao hiệu quả của tiết diện:
h0=hc-δ-0,5d=25-3-0,5ì1,4=21,3(cm)
- Xác định số cốt thép cần thiết
06724 , 0 3 , 21 100 140
427100
2 2
0
ì
ì
=
ì
ì
=
h b Ru
M A
Tra bảng có α = 0,069
- Diện tích cốt thép cần thiết là:
57 , 8 2400
3 , 21 100 140 069 , 0
ì
ì
ì
=
t ct
R
h b Ru
F α
cm2
- Xác định số thanh cốt thép cần thiết:
57 , 5 539 , 1
57 ,
=
=
t
ct
f
F
=> Chọn n=7 (thanh)
Trang 15Sơ đồ bố trí cốt thép tường cánh mố
4.2.2.Kiểm tra theo điều kiện cường độ
) ( 2082826 427100
) ( 24 , 2082826 )
7 , 3 3 , 21 ( 851 , 13 2400 )
7 , 3 3 , 21 ( 4 , 7 100 140
) ( 4 , 7 ) 7 , 0 3 ( 2 2
) (
) 2 ( ' ' '
' 0
' 0
cm KG M
cm KG VP
cm a
x F Ft
at h F R
x h x b R M
t t
t t u
<
=
=
ư
ì
ì +
ư
ì
ì
ì
=
= +
ì
=
=
⇒
=
ư
ì
ì +
ư
ì
ì
ì
≤
⇒ Đạt yêu cầu
ỉ14 a=14
ỉ12 a=16 ỉ16
ỉ14
