6 phương án sơ bộ 2 cầu extradosed

- Sử dụng chơng trình tính toán cầu chuyên dụng: Midas/Civil 6.3.0 III.2 – Xác định các kích thớc cơ bản của cầu - Kích thứơc mặt cắt ngang: Có chiều cao thay đổi nhng chỉ nên thay đổi t

chơng

II

pasb II: cầu extradosed

I – Tổng quan về cầu extrados

Cầu Extrados (tên tiếng Anh là Extradoed Bridge) đã đợc phát triểnmạnh trên thế giới những năm gần đây, nhất là ở Nhật bản và Hàn Quốc ởViệt Nam, loại cầu này hoàn toàn mới mẻ

Extradoed Bridge tạm đợc dịch sang tiếng Việt là: cầu dầm cáp hỗnhợp, đợc coi là sự kết hợp giữa cầu Bê tông cốt thép DƯL và cầu dây văng.Hay nói cách khác cầu dầm cáp hỗn hợp đợc coi la giải pháp trung gian giữacầu BTCT DƯL và cầu dây văng nhằm giải quyết những hạn chế của cầuBTCT DƯL về khẩu độ và những khó khăn của cầu dây văng về thiết kế,công nghệ thi công, công tác quản lý khi thác cũng nh về giá thành xâydựng.

II – Giới thiệu chung về phơng án

II.1 – Tiêu chuẩn thiết kế

- Quy trình thiết kế : 22TCN – 272 – 05 Bộ Giao thông vân tải

- Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN – 18 – 79 BộGiao thông vân tải

- Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Ngời bộ hành 3 KN/m2

II.2 – sơ đồ kết cấu

II.2.1 – Kết cấu phần trên

- Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 85 + 140 +85 m

MNTN+2.30 MNTT+ 5.80 MNCN+7.00

9.65 13.94 31.13

6.63 31.13

- Dầm liên tục 3 nhịp thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân bằng

Tiết diện hình hộp chiều cao thay đổi :

+) Chiều cao dầm trên đỉnh trụ h= 4 m

+) Chiều cao dầm tại giữa nhịp h= 2,5 m

- Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp

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

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

+) Rs = 300 (MPa)

+) Es = 200000 (MPa)

+) fy = 420 (MPa)

II.2.2 – Kết cấu phần dới

II.2.2.1- Cấu tạo trụ cầu

- Trụ cầu đợc liên kết cứng với kết cấu nhịp tao thành khung cứng

- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông tại chỗ mác M400

- Các trụ đợc đựng trên móng cạo khoan nhồi : D = 2,0m

- Phơng án móng : Móng cọc đài cao

II.2.2.2 - Cấu tạo mố cầu

- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo M300.

- Mố của kết cấu nhịp dẫn đợc đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1,0m

III – tính toán kết cấu nhịp

III.1 – Yêu cầu tính toán trong thiết kế sơ bộ

- Duyệt tiết diện tại 2 mặt cắt

+ Mặt cắt gối (mặt cắt đỉnh trụ)

+ Mặt cắt giữa nhịp

- Tính toán một trụ, một mố, sơ bộ tính cọc

- Sử dụng chơng trình tính toán cầu chuyên dụng: Midas/Civil 6.3.0

III.2 – Xác định các kích thớc cơ bản của cầu

- Kích thứơc mặt cắt ngang: Có chiều cao thay đổi nhng chỉ nên thay

đổi từ đỉnh trụ đến đốt neo cáp đầu tiên

- Chiều dài nhịp giữa: Khoảng từ 100-200m

- Chiều dài nhịp biên: Thay đổi rất rộng, thông thờng (0,3-0,7) L

14600/2=7300

3500

250 2000 1000

250 250

12000/2 5x3000= 15000 12x4000= 48000 2000/2

III.3.2 – Xác định phơng trình thay đổi cao độ đáy dầm

- Mặt cầu thay đổi theo phơng trình đờng tròn: (x-a)2+(y-b)2=R2

với R=3000m

- Phần mặt cắt thay đổi: Đáy dầm thay đổi tuyến tính

III.3.3– Tính toán đặc trng hình học của mặt cắt tiết diện

Bảng tính toán đặc trng hình học của mặt cắt đầm chủ :

Tên MC H

(mm) (mm)Bb (mm)tb

F2(m ) (m)Yt (m)Yb

Jxx4(m )

Jyy4(m )

MC sát trụ 4000.00 6000.00 800.00 13.873 1.743 2.257 33.390 150.356S1 3653.90 6162.23 707.6913.1677 1.5502 2.1037 26.183 147.4379S2 3423.10 6270.42 646.15 12.683 1.423 2.001 21.907 145.327S3 3192.30 6378.61 584.62 12.187 1.296 1.896 18.048 143.077S4 2961.50 6486.80 523.08 11.679 1.171 1.790 14.599 140.683S5 2730.70 6594.98 461.54 11.159 1.049 1.682 11.552 138.140S6 2500.00 6703.00 400.00 10.628 0.929 1.571 8.899 135.440

MC còn lại 2500.00 6703.00 400.00 10.628 0.929 1.571 8.899 135.440

Trong đó :

+) F : Diện tích của mặt cắt

+) Yt : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt trên dầm

+) Yb : Khoảng cách từ trục trung hoà đến đáy dầm

+) Jxx : Mômen quán tính của dầm với trục xx

+) Jyy : Mômen quán tính của dầm với trục yy

III.4 – Tính tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II

III.4.1 – Tính tĩnh tải giai đoạn I

- Từ đặc trng hình học của mặt cắt dầm ta tính đợc trọng lợng các đốtdầm

- Bảng tính toán trọng lợng các đốt dầm và tĩnh tải dải đều của từng đốt :

Tên đốt L đốt (m) Tên MC (m)H

F 2(m ) P đốt (KN) (KN/m)DC

III.4.2 – TÝnh tÜnh t¶i giai ®o¹n II

TÜnh t¶i giai ®o¹n II gåm cã c¸c bé phËn sau :

+ T¶i träng thi c«ng

Pxd= 800 KN.m qtc

3 Sơ đồ 3: Hợp long nhịp giữa

- Sơ đồ :

qbt qtc

Tổng hợp nội lực giai đoan thi công :

- Nội lực trong dầm chủ giai đoạn thi công đợc lấy với giá trị lớn nhất trongcác giai đoạn thi công ứng với sơ đồ chịu lực tơng ứng

- Nội lực mặt cắt giai đoạn đúc hẫng phần không có cáp văng :

1

I I SD

M − = -127757.55 KN.m

- Nội lực mặt cắt giai đoạn đúc hẫng : 2

I I SD

M − = -123061.47KN.m

- Nội lực mặt cắt giai đoạn hợp long : 3

I I SD

+) Hoạt tải thiết kế : HL 93 và tải trọng Ngời (3 KN/m2).

+) Nội lực do hoạt tải mặt cắt đỉnh trụ đợc lấy giá trị lớn nhất trong

- Với mặt cắt I-I (đỉnh trụ):

ĐAH mômen:

Xếp xe tải thiết kế lên đờng ảnh hởng :

Tơng tự với các tải trọng còn lại ta có bảng kết quả:

Xe tải thiết kế + Làn + Ngời -18767.54 -11206.66

Xe hai trục thiết kế + Làn + Ngời -15410.36 -9663.06

90% 2 xe tải + 90% Làn + Ngời -11254.03 -7403.86

- Với mặt cắt II-II:

ĐAH mômen:

Xếp xe tải thiết kế lên đờng ảnh hởng :

Lần lợt xếp tải trọng lên ĐAH ta có bảng kết quả:

2 Mặt cắt II-II

TTGHCĐ(KN.m) TTGHSD(KN.m)Sơ đồ 1

Sơ đồ 2Sơ đồ 3

Sơ đồ 4 -11289.69 -8880.24Sơ đồ 5 18306.66 12204.4Sơ đồ 6 15607.05 9504.67

p f 1

' c P

S y S s p y

' S

f c y

s ps

f

f A b a f b

b h f f

y s ps

f

f A a b f f

+) hf : Chiều dày cánh chịu nén

+)β1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0.8 theo 5.7.2.2.+) fpu : Cờng độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa.+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa (bó 12tao)

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà vớigiả thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo

+) a = c β1: Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng

+) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh

định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1

Với

- Hàm lợng thép DƯL và thép thờng phải đợc giới hạn sao cho :f

f - 1.04 2

ps

d

ck -1

f f

≤

p

d c

III.5.3.2 - Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt đỉnh trụ

Bs(cm) (cm)Ht

Hb(cm) (cm)Hs (m2) A (m3) S (cm)Yt (cm)Yd (m4)IxI-I 400 600 1450 90 42.77 84 273.23 13.70 23.78 173.57 226.43 33.44

b) Bố trí cốt thép DƯL

Chọn loại tao xoắn 7 sợi 15,2

Số tao trong 1 bó: 19 tao

Bảng tính toán cốt thép :

Tên gọi các đại lợng hiệuKí Giá trị Đơn vịTổng giá trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ Mtt 169138.9 kN.m

chịu nén

Cốt thép thờng chịu nén

Chiều cao bố trí cốt thép thờng chịu nén ats' 42.00 cm

KC từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến mép

Tổng diện tích thép thờng chịu nén As' 18843.32 cm2Xác định vị trí trục trung hoà

Tính toán cốt thép DƯL

ứng suất trung bình trong thép DƯL fps -0.01 T/cm2

+) hf : Chiều dày cánh chịu nén

+) β 1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất

+) fpu : Cờng độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa.+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 90%fpu = 1674 MPa

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà vớigiả thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo

+) a = c β 1: Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng

+) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh

Bảng tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ:

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Diện tích cốt thép DƯL bố trí Aps 744.8 cm2

Chiều cao có hiệu của mặt cắt dp 380 cm

Chiều dày bản cánh chịu kéo hk 41.90 cm

Số thanh thép trên 1 lới n thanh 38.66666667 thanh

Tổng diện tích thép thờng chịu kéo As 242.9504 cm2

Cốt thép thờng chịu

Chiều cao bố trí cốt thép thờng chịu nén ats' 21.39 cm

KC từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến mép

Số thanh thép trên 1 lới n thanh 95.33333333 thanh

Tổng diện tích thép thờng chịu kéo As' 598.9984 cm2

+) Số bó thép DƯL bố trí là : n = 4 bó ( 12 tao 12,7mm)+) Diện tích cốt thép bố trí : APS = 4 x16.8 = 67.2 cm2

II.7.3 – Tính duyệt mặt cắt đốt II-II theo TTGH c ờng độ 1

Vị trí trục trung hoà TTH cánh Qua

Chiều cao vùng chịu

Sức kháng uốn danh định của mặt cắt Mn 66793.90 KN.m

IV Tính toán thiết kế trụ tháp

IV.1 Cấu tạo trụ tháp.

- Tháp cầu đợc thiết kế là tháp mềm bằng BTCT , phần dới đợc thiết kế

đặc còn phần trên dạng mặt cắt hình chũ nhật gồm 2 cột BTCT ngàm trựctiếp vào thân trụ phần dới

- Do điều kiện địa hình và địa chất tại khu vực đặt tháp ở 2 phía cầu làtơng tự nh nhau do đó để thuận tiện cho công tác tính toán và thiết kếthì ta thiết kế tháp cầu 2 bên là nh nhau , do vậy ta chỉ cần tính toán cho

1 tháp

- Phơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đờng kính φ1,5m.

- Tháp cầu đợc cấu tạo nh sau :

+) Chiều cao toàn bộ của tháp h th = 25 m

+) Chiều cao từ đỉnh bệ tháp đến mặt cầu : hct= 10,5m

+) Chiều cao từ mặt cầu đến đỉnh tháp : htt = 14,5m

1 1

IV.2 Tính áp lực tác dụng lên mặt Cắt I-I (mặt cắt đáy bệ).

- Các loại tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên mặt cắt I-I :

- Tĩnh tải:

+) Do trọng lợng bản thân của trụ, của KCN

+) Tĩnh tải giai đoạn 2( Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích khác)

+ Do lực căng của cáp văng

+) Các loại tải trọng nằm ngang

Do KCN làm việc cùng trụ tạo thành khung cứng nên nội lực tại các mặt cắt

sẽ đợc tổ hợp từ giai đoạn thi công đến giai đoạn khai thác

- Hoạt tải:

Nội lực do hoạt tải gây ra đợc lấy giá trị lớn nhất trong các hiệu ứng sau :

+) Hiệu ứng 1 : Xe tải thiết kế + tải trọng làn + tải trọng Ngời Cự lybánh giữa các trục sau của xe tải thay đổi từ 4,3 ữ9,0

+) Hiệu ứng 2 : Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn + tải trọng Ngời

+) Hiệu ứng 3 : 90% 2 Xe tải thiết kế + 90% tải trọng làn + tải trọngNgời Khoảng cách giữa 2 xe tải là 15 m Cự ly bánh giữa các trục sau của

LLIMCEBRPLLSEL

TUCRSR

Bảng các hệ số tải trọng cho tĩnh tải

Loại tải trọng Kí hiệu Hệ số tải trọng

TH Dọc cầu (Hớng ra sông) Dọc cầu (Hớng về bờ) Ngang cầu

Mômen cắtLực Lực dọctrục Mômen cắtLực Lực dọctrục Mômen cắtLực Lực dọctrụcCĐ1

-44449

91

2721.8

-1 -6070.30 154681.19 7664.30 -99154.85

2486.6

-6 -79.50 -20779.81CĐ2

-3889.7

8 267.75- 0.00 26349.45 653.66 -99424.41

10199

-11

567.5

-5 -19435.49CĐ3

-36994

49

2251.6

-3 -4682.80 126807.29 5514.24 -99216.46

4974.86

229.9

-4 -20472.53SD

-27420

49

1668.9

-0 -3468.74 101087.19 4291.59 -82447.27

3749.02

173.5

-0 -16115.28

Nội lực để thiết kế:

Mômen cắt Lực dọc trục Mômen Lực cắtLực Lực dọctrụcCĐ1 154681.19 7664.30 -99154.8510165.07 -959.67 -20779.81-

CĐ2 26349.45 653.66 -99424.4111911.98- 1092.87 -19435.49

-CĐ3 126807.29 5514.24 -99216.4610705.71- 1001.55 -20472.53

-SD 101087.19 4291.59 -82447.27 -8387.34 -785.26 -16115.28

IV 3 Tính toán và bố trí cọc trong móng.

Móng cọc bệ cao đợc thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150 cm

IV 3.1.Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

)

85 , 0

Trong đó :

+) fc’ : Cờng độ chịu nén của bê tông+) Ac : Diện tích phần bê tông trên mặt cắt ngang cọc+) fy : Cờng độ chịu kéo của thép

+) As : Diện tích phần thép trên mặt cắt ngang cọc+) ϕ : Hệ số uốn dọc , ϕ = 0,75

Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Cờng độ chịu nén của bê tông fc' 1150 T/cm2

Cờng độ chịu kéo của thép fy 24000 T/m2

Sức chịu tải của cọc theo vật

IV 3.2.Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền.

Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọc khoan nhồi

2

σ,

KG/cm2

ϕ

(độ)

Lớp 1 Sét hạt vừa 1.23 0.81 0.1 1.95 0.39 2.1 17Lớp 2 Sét chảy dẻo 3.75 0.97 0.6 1.82 0.31 1.2 8Lớp 3 Sét pha cát 8.42 0.91 0.4 1.87 0.18 2.6 20

Lớp 5 Cát pha sỏi sạn Vô hạn 0.63 1.95 0.01 2.4 36Lớp địa chất cọc xuyên qua:

2

σ,

KG/cm2

Q = ϕ + ϕ −

Trong đó :

+) QR : Sức chịu tải của cọc theo đất nền+) QS = qS AS : Sức kháng tại thân cọc+) QP = qP AP : Sức kháng tại chân cọc+) qS : Sức kháng đơn vị tại thân cọc+) qP : Sức kháng đơn vị tại chân cọc+) AS : Diện tích bề mặt thân cọc+) AP : Diện tích bề mặt chân cọc+) ϕqS : Hệ số sức kháng tại thân cọc+) ϕqP : Hệ số sức kháng tại chân cọc +) W : Trọng lợng của cọc

Theo Reese và o’neill (1999 ) ta có : qS = α.Su , qp=9 Su

Nếu cọc nhồi có đờng kính 0.7-1.8m đất không quá yếu(Su>50 kpa)Thì 1.5m đoạn cọc đầu tiên α=0

+) Su : Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình Giá trị

Su phải đợc xác định từ kết quả thí ngiệm hiện trờng hoặc kết quả trong phòng thí nghiệm của các mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ sâu 2D ở dới chân cọc

Giá trị Su còn đợc tính theo công thức : Su = σ tgϕ+ C

Nhận xét:Đất dính có tính thấm kém,đối với đất dính bảo hòa nớc trờng hợpnguy hiểm nhất là khi áp lực nớc lổ rổng cha kịp tiêu tán và sức kháng bênkhi đó gọi là sức kháng bên không thoát nớc khi đó ϕ =0,suy ra Su= Cu

Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền:

Sức kháng tại mũi cọc Qmui 330.81 05

Sức chịu tải của cọc theo đất

+) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc : Qcoc = 1069.2 T+) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 9915.49T

V TÝnh to¸n thiÕt kÕ mè cÇu.

ChiÒu réng tuêng c¸nh Btc 3.714 m

ChiÒu r«ng bÖ theo p däc Bdb 6.6 mChiÒu réng bÖ theo p

ChiÌu dai têng ch¾n l1tch 1.7 m

Chiều dày bản quá độ tbqđ 0.3 mKhẩu độ làm việc của

3500

250 2000 1000

250 250

1500 1788

3500 250

V.3 tính toán nội lực tại mc i-i (mc đáy móng).

V.3.1 – Các tải trọng tác dụng lên mặt cắt I-I

- Mặt cắt I-I là mặt cắt đáy móng nên có các loại tải trọng sau tác dụng lên:

+ Trọng lợng bản thân của tờng đỉnh

+ Trọng lợng bản thân của tờng trớc

+ Trọng lợng bản thân của tờng cánh

+ Trọng lợng bản thân của bệ mố

+ áp lực ngang của đất do TLBT của đât

+ áp lực ngang của đất do hoạt tải

+ Hoạt tải đặt trên bản quá độ

+ Phản lực do KCN truyền xuống (tĩnh tải gđ1+gđ2+hoạt tải)

+ Lực ma sát gối cầu

V.3.2 – Sơ đồ tính toán mặt cắt I-I

II II

1 3,35m

145 KN 4,3m 4,3m

e=850 e=450 e=640 e=400

I-I e=1926,6

V.3.3 – Nội lực tại mặt cắt I-I do tĩnh tải

V.3 3.1 – Do TLBT mố: DC1

- TLBT của tờng đỉnh: Độ lệch tâm của nội lực do TLBT tờng trớc so với trọngtâm mặt cắt I-I e1=0, 45 m gây ra nội lực:

Huớng ra sôngN(KN) M(KNm) Q(KN)

- TLBT của tờng trớc: Độ lệch tâm của nội lực do TLBT tờng trớc so với trọngtâm mặt cắt I-I e2=0, 4 m gây ra nội lực:

Huớng ra sôngN(KN) M(KNm) Q(KN) 1235.52 494.208 0

- TLBT của tờng cánh:

+ Thể tích của 2 tờng cánh: Vtờng cánh =16,713 m3

+ Trọng lợng của 2 tòng cánh: Ptờng cánh=16,713.24=401,11 KN

+ Độ lệch tâm của nội lực do TLBT tờng trớc so với trọng tâm mặt cắtI-I: e5=1, 93 m gây ra nội lực:

Huớng về đờngN(KN) M(KNm) Q(KN) 401.112 -774.15 0

V.3.3.3 – Do tĩnh tải giai đoạn 2

- Giá trị của tĩnh tải giai đoạn 2: DWTC=46,73 KN/m

- Xếp trên sơ đồ cầu hoàn thiện gây ra nội lực tại mặt cắt

Hớng ra sôngN(KN) M(KNm) Q(KN)

V.3.4 – Nội lực tại mặt cắt I-I do hoạt tải

V.3.4.1 – Do hoạt tải đặt trên bản quá độ.

- Độ lệch tâm của điểm đỡ bản quá độ so với trọng tâm của mặt cắt I-I: e=0,85 m

- Phản lực từ bản quá độ gây ra nội lực tại mặt cắt I-I:

+ Do xe tải(Đã tính hệ số xung kích, hệ số làn và số làn)

Hớng ra sông N(KN) M(KNm) Q(KN)

m) đah(m2) N(KN)Dt M(KNm) Q(KN)

) M(KNm) Q(KN) N(KN) M(KNm) Q(KN)Truck -155 -99.2 0 2994.6 1916.544 0

V.3.4.3 – Do áp lực ngang của đất do hoạt tải: LS

- Công thức tính áp lực đất do hoạt tải sau mố

Trong đó :

+) H : Chiều cao tờng chắn chịu áp lực đất

+) B : Bề rộng tờng chắn chịu áp lực đất

+) K : Hệ số áp lực đất chủ động

+) γ: Trọng lợng riêng của đất

+) heq : Chiều cao lớp đất tơng đơng của hoạt tải

- Chiều cao lớp đất tơng đơng của hoạt tải xác định theo chiều cao tờng chắn:

Chiều cao tờngchắn