THIẾT KẾ CẦU DẦM HỘP

Lời đầu tiên em xin cảm ơn Ban lãnh đạo trường ĐH Bách Khoa cùng các Thầy giáo, Cô giáo trong bộ môn Cầu – Đường đã tạo điều kiện tốt nhất cho em có thể hoàn thành Luận văn tốt nghiệp. Xin cảm ơn các thầy cô ĐH Bách Khoa nói chung và Bộ môn Cầu đường nói riêng, những người đã mang lại cho em nền tảng kiến thức, khả năng tư duy, những bài học quý báu trong suốt hơn 4 năm qua làm hành trang cho em khi em bước vào nghề. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Bá Khánh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp. Thông qua quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp, Thầy đã bổ sung nhiều kiến thức mới và hoàn thiện thêm nhưng kiến thức đã học được. Thầy cũng đã giúp em nắm bắt được mối liên hệ mật thiết giữa thực tế thi công và lý thuyết thiết kế để em có thể hoàn thành Luận văn một cách đạt yêu cầu nhất. Luận văn tốt nghiệp

Trang 1

Lời đầu tiên em xin cảm ơn Ban lãnh đạo trường ĐH Bách Khoa cùng các Thầy giáo,

Cô giáo trong bộ môn Cầu – Đường đã tạo điều kiện tốt nhất cho em có thể hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn các thầy cô ĐH Bách Khoa nói chung và Bộ môn Cầu đường nói riêng, những người đã mang lại cho em nền tảng kiến thức, khả năng tư duy, những bài học quý báu trong suốt hơn 4 năm qua làm hành trang cho em khi em bước vào nghề

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Bá Khánh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ

em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp Thông qua quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp, Thầy đã bổ sung nhiều kiến thức mới và hoàn thiện thêm nhưng kiến thức

đã học được Thầy cũng đã giúp em nắm bắt được mối liên hệ mật thiết giữa thực tế thi công và lý thuyết thiết kế để em có thể hoàn thành Luận văn một cách đạt yêu cầu nhất Luận văn tốt nghiệp xem như một môn học cuối cùng của sinh viên chúng em Quá trình thực hiện luận văn này đã giúp chúng em tổng hợp tất cả kiến thức đã học ở trường trong suốt 4 năm qua, đồng thời tìm hiểu thêm nhiều kiến thức mới Đây là thời gian quý giá để em làm quen với công tác thiết kế, nắm bắt các kiến thức công việc chủ yếu để sử dụng trong tương lai

Luận văn này là một công trình nhỏ đầu tay của mỗi sinh viên tự mình phải hoàn thiện trước khi ra trường Khi đó đòi hỏi người sinh viên phải nỗ lực không ngừng để học hỏi

Em hoàn thành luận văn này trước hết nhờ sự chỉ bảo kỹ càng, tận tình của các thầy cô và

sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn

Mặc dù rất cố gắng trong quá trình thực hiện luận văn nhưng vì kinh nghiệm và quỹ thời gian hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Em kính mong được sự chỉ dẫn thêm rất nhiều từ quý thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2014 Sinh viên

Trần Minh An

Trang 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 1

1.1 Địa hình, địa chất, thủy văn công trình 1

1.1.1 Địa hình 1

1.1.2 Địa chất 1

1.1.3 Thủy văn 1

1.2 Quy mô, tiêu chuẩn, kỹ thuật công trình 1

1.3 Phương án kết cấu cầu 2

1.3.1 Trắc dọc cầu 2

1.3.2 Nhịp đúc hẫng 2

CHƯƠNG 2 KIỂM TOÁN LAN CAN 7

2.1 Giới thiệu 7

2.2 Cấu tạo 7

2.2.1 Loại lan can 7

2.2.2 Vật liệu dùng cho lan can 7

2.2.3 Kích thước sơ bộ của lan can 7

2.3 Tải trọng và hiệu ứng tải trọng 8

2.4 Kiểm toán lan can 9

2.4.1 Kiểm tra sức kháng uốn của tường bê tông và lan can kim loại 10

2.4.2 Kiểm toán khả năng chống trượt của lan can 15

2.4.3 Kiểm toán bu lông neo 18

2.5 Kết luận 20

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 21

3.2 Cấu tạo 21

3.2.1 Vật liệu 21

3.2.2 Kích thước sơ bộ 22

3.3 Tải trọng và hiệu ứng của tải trọng 23

3.3.1 Tĩnh tải và hiệu ứng 23

3.3.2 Hoạt tải và hiệu ứng của hoạt tải 26

3.3.3 Tổ hợp tải trọng 33

3.3.4 Cốt thép cường độ cao ( sơ bộ) 34

Trang 3

3.3.5 Đặc trưng hình học mặt cắt dầm 34

3.3.6 Tính toán các mất mát ứng suất 36

3.4 Kiểm toán 40

3.4.1 Kiểm toán sức kháng uốn 40

3.4.2 Kiểm toán điều kiện kháng cắt 41

3.4.3 Kiểm toán điều kiện hàm lượng cốt thép 43

3.4.4 Kiểm toán ứng suất trong bêtông bản mặt cầu 44

3.4.5 Kiểm toán độ võng của bản 48

3.5 Kết luận 51

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 53

4.2 Cấu tạo 53

4.2.1 Vật liệu 53

4.2.2 Kích thước sơ bộ 54

4.3 Tải trọng và hiệu ứng của tải trọng 56

4.3.1 Sơ lược thi công các đốt dầm 56

4.3.2 Diễn biến nội lực trong quá trình đúc hẫng các đốt dầm đến giai đoạn hợp long biên chưa đông cứng 60

4.3.3 Diễn biến nội lực trong quá trình hợp long 72

4.3.4 Tính toán nội lực trong giai đoạn khai thác 82

4.3.5 Tổng hợp nội lực cả 2 giai đoạn thi công và khai thác 93

4.4 Kiểm toán 95

4.4.1 Cốt thép cường độ cao: 95

4.4.2 Tính toán lượng cốt thép cần thiết tại từng mặt cắt 95

4.4.3 Đặc trưng hình học tiết diện khi tính duyệt ở TTGH cường độ 97

4.4.4 Tính toán mất mát ứng suất 103

4.4.5 Kiểm toán theo trạng thái giới han sử dụng: 114

4.4.6 Tính duyệt ở TTGH cường độ I 121

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ TRỤ CẦU 134

5.2 Cấu tạo 134

5.2.1 Vật liệu 134

Trang 4

5.2.2 Kích thước sơ bộ của trụ cầu 134

5.3.1 Hệ số tải trọng 135

5.3.2 Tĩnh tải và hiệu ứng tĩnh tải 136

5.3.3 Hoạt tải và hiệu ứng của hoạt tải 137

5.3.4 Lực hãm xe 140

5.3.5 Lực ly tâm 141

5.3.6 Tải trọng gió 141

5.3.7 Tải trọng nước WA 148

5.3.8 Lực va tàu (CV) 151

5.4 Tổ hợp nội lực 153

5.4.1 Phương pháp tổ hợp nội lực 153

5.4.2 Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt đáy trụ (đỉnh bệ trụ) 155

5.4.3 Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt đáy bệ 160

5.5 Kiểm toán 161

5.5.1 Quy đổi tiết diện 161

5.5.2 Kiểm toán cấu kiện chịu nén 162

5.5.3 Kiểm toán khả năng kháng cắt theo TTGH CĐ 165

5.5.4 Khống chế vết nứt ở TTGH SD 168

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 170

6.2 Cấu tạo 170

6.2.1 Địa chất 170

6.2.2 Vật liệu 171

6.2.3 Kích thước cơ bản của cọc 171

6.3.1 Tổ hợp nội lực 174

6.3.2 Chọn số cọc và bố trí 174

6.3.3 Chọn kích thước đài cọc 174

6.3.4 Bố trí côt thép trong cọc 175

6.4 Kiểm toán 175

6.4.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc 175

Trang 5

6.4.2 Kiểm tra khả năng chịu tải của nền đất dưới mũi cọc 177

6.4.3 Kiểm tra điều kiện xuyên thủng 181

6.4.4 Tính toán cốt thép đài cọc 182

6.4.5 Kiểm tra cọc chịu uốn 184

6.4.6 Kiểm tra cọc chịu cắt 188

6.5 Kết luận 190

Danh sách hình ảnh Hình 1.1 Mặt cắt ngang dầm hộp 4

Hình 1.2 Xe đúc hẫng kiểu dàn hình thoi của hãng OVM 5

Hình 1.3 Đường cong biên dưới dầm 5

Hình 1.4 Đường cong bản mặt đáy dầm 6

Hình 2.1 Kích thước của phần tường chắn bê tông 8

Hình 2.2 Lực va ngang tại giữa nhịp thanh lan can (trái) và tại cột (phải) 10

Hình 2.3 Cơ chế đường chảy 10

Hình 2.4 Chia nhỏ lan can thành từng phân đoạn 11

Hình 2.5 Cắt dải lan can 1mm để tính Mc 12

Hình 2.6 Mặt cắt ngang của thanh lan can kim loại 13

Hình 2.7 Mô hình chịu lực khi va xe vào giữa nhịp thanh lan can 13

Hình 2.8 Mô hình chịu lực khi va xe vào cột 14

Hình 2.9 Giả thiết Rw phát triển với góc nghiêng 450 15

Hình 2.10 Truyền lực giữa lan can và BMC 16

Hình 2.11 Mặt cắt tại trụ lan can 18

Hình 3.1 Các vị trí cần tính toán nội lực 21

Hình 3.2 Mặt cắt ngang dầm hộp 22

Hình 3.3 Mô hình hóa bản mặt cầu 23

Hình 3.4 Biểu đồ momen do trọng lượng bản thân 23

Hình 3.5 Biểu đồ lực cắt do trọng lượng bản thân 23

Hình 3.6 Biểu đồ momen do lan can 24

Hình 3.7 Biểu đồ lực cắt do lan can 24

Hình 3.8 Biểu đồ momen do lớp phủ 25

Hình 3.9 Biểu đồ lực cắt do lớp phủ 25

Hình 3.10 Mô hình hoạt tải trong tính toán 27

Trang 6

Hình 3.11 Đường ảnh hưởng moment tại mặt cắt 1-1 28

Hình 3.12 Đường ảnh hưởng moment tại mặt cắt 1-1 và xếp tải 1 làn 28

Hình 3.14 Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 1-1 29

Hình 3.15 Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 1-1 và xếp tải 1 làn 29

Hình 3.17 Đường ảnh hưởng Moment tại mặt cắt 2-2 30

Hình 3.18 Đường ảnh hưởng Moment tại mặt cắt 2-2 và xếp tải 1 làn 30

Hình 3.23 Đường ảnh hưởng Moment tại mặt cắt 3-3 32

Hình 3.24 Đường ảnh hưởng Moment tại mặt cắt 3-3 và xếp tải 1 làn 32

Hình 3.27 Bố trí cáp DUL ngang trong bản mặt cầu 34

Hình 3.28 Đặt tải xe 1 làn để tính võng tại giữa bản mặt cầu 49

Hình 3.29 Đặt tải làn 1 làn để tính võng tại giữa bản mặt cầu 49

Hình 3.30 Đặt tải xe 2 làn để tính võng tại giữa bản mặt cầu 50

Hình 3.31 Đặt tải làn 2 làn để tính võng tại giữa bản mặt cầu 50

Hình 3.32 Đặt tải xe 1 làn để tính võng tại bản hẫng 50

Hình 3.33 Đặt tải làn 1 làn để tính võng tại bản hẫng 51

Hình 3.34 Bố trí thép bản mặt cầu 52

Hình 4.1 Mặt cắt ngang dầm hộp 54

Hình 4.2 Xe đúc hẫng kiểu dàn hình thoi của Trung Quốc 55

Hình 4.3 Phân chia kết cấu nhịp 55

Hình 4.4 Tải trọng thi công hẫng trên các đốt dầm 57

Hình 4.5 Tải trọng trên đốt hợp long biên khi bê tông chưa đông cứng 58

Hình 4.6 Tải trọng trên đốt hợp long biên khi bê tông đã đông cứng 58

Hình 4.7 Tải trọng khi bê tông đốt hợp long giữa chưa đông cứng 59

Hình 4.8 Tải trọng khi bê tông đốt hợp long giữa đã đông cứng 59

Trang 7

Hình 4.9 Tải trọng khi tháo liên kết tạm ở đỉnh trụ 59

Hình 4.10 Tải trọng khi dỡ tải thi công 60

Hình 4.11 Tải trọng bản thân hệ xe đúc 61

Hình 4.12 Tải trọng bản thân hệ xe đúc tác dụng lên đốt K1 62

Hình 4.13 Tải trọng khối bê tông ướt K2 tác dụng lên đốt K1 62

Hình 4.14 Biểu đồ momen do trọng lượng bản thân, xe đúc và khối bê tông ướt 62

Hình 4.15 Biểu đồ lực cắt do trọng lượng bản thân, xe đúc và khối bê tông ướt 63

Hình 4.16 Tải trọng bản thân hệ xe đúc và khối bê tông ướt đốt hợp long biên tác dụng lên đốt K14 63

Hình 4.17 Biểu đồ momen do trọng lượng bản thân, xe đúc và khối bê tông ướt 63

Hình 4.18 Biểu đồ lực cắt do trọng lượng bản thân, xe đúc và khối bê tông ướt 63

Hình 4.19 HLB khi bêtong đã đông cứng 72

Hình 4.20 Biểu đồ nội lực trong tình huống HLB2 72

Hình 4.21 Mô hình kết cấu trong giai đoạn hợp long giữa chưa đông cứng 73

Hình 4.22 Biểu đồ nội lực trong giai đoạn hợp long giữa chưa đông cứng 73

Hình 4.23 Tải trọng trong giai đoạn hợp long giữa đã đông cứng 73

Hình 4.24 Biểu đồ nội lực trong giai đoạn hợp long giữa đã đông cứng 74

Hình 4.25 Mô hình kết cấu trong giai đoạn tháo dỡ liên kết tạm giữa trụ và dầm 74

Hình 4.26 Biểu đồ nội lực trong giai đoạn tháo dỡ liên kết tạm giữa trụ và dầm 74

Hình 4.27 Mô hình kết cấu trong giai đoạn hoàn thiện và dỡ tải thi công 75

Hình 4.28 Biểu đồ nội lực do dở tải trọng thi công 75

Hình 4.29 Biểu đồ moment Min và Max trong quá trình thi công 81

Hình 4.30 Biểu đồ lực cắt Min và Max trong quá trình thi công 81

Hình 4.31 Đặc trưng của xe tải thiết kế 82

Hình 4.32 Xếp xe lên đường ảnh hưởng tại vị trí giữa nhịp 86

Hình 4.33 Biểu đồ bao nội lực của dầm giai đoạn thi công và khai thác 94

Hình 4.34 Tiết diện chữ I quy đổi 99

Hình 4.35 Mặt cắt ngang tiết diện giảm yếu 99

Hình 5.1 Hệ trục toạ độ chung tính toán cho trụ cầu và móng cọc 135

Hình 5.2 Đường ảnh hưởng phản lực tại vị trí mặt cắt S0 138

Hình 5.3 Đường ảnh hưởng phản lực tại gối cố định và bố trí 1 xe 139

Hình 5.4 Mô hình tải trọng gió trên công trình 145

Trang 8

Hình 5.5 Quy đổi tiết diện trụ 161

Hình 6.1 Kích thước đài và bố trí cọc trên mặt bằng 175

Hình 6.2 Sơ đồ bố trí cọc trong FB-Pier 176

Hình 6.3 Mô hình tương tác giữa trụ, bệ cọc, cọc và đất nền trong phần mềm FB_Pier 176 Hình 6.4 Tải trọng tác dụng vào đài 176

Hình 6.5 Hình biểu diễn móng khối quy ước 178

Hình 6.6 Mô hình xuyên thủng từ trụ xuống đài 182

Hình 6.7 Sơ đồ tính cốt thép trong đài 183

Hình 6.8 Mô hình tiết diện và bố trí thép cọc trong FB-Pier 185

Hình 6.9 Biểu đồ tương tác nén uốn 2 chiều của cọc trong phần mềm FB-Pier, Tổ hợp tải trọng 2 185

Hình 6.10Mô hình tiết diện và bố trí thép cọc trong FB-Pier 186

Hình 6.11 Biểu đồ tương tác của tiết diện cọc bố trí cốt thép dọc 22Ø30 186

Hình 6.12 Mô hình tiết diện và bố trí thép cọc trong FB-Pier 187

Hình 6.13 Biểu đồ tương tác của tiết diện cọc bố trí cốt thép dọc 14Ø30 187

Danh sách bảng biểu Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật xe đúc hẫng 4

Bảng 2.1 Bảng kích thước của phần tường chắn bê tông 7

Bảng 2.2 Bảng lực thiết kế đối với lan can đường ô tô 8

Bảng 2.3 Sức kháng uốn của tường bê tông theo cốt thép ngang 11

Bảng 2.4 Sức kháng uốn của tường chắn bê tông theo cốt đai 12

Bảng 2.5 Mặt cắt ngang cột lan can 14

Bảng 2.6 Kiểm tra sức kháng uốn của tổ hợp tường và thanh lan can 15

Bảng 5.1 Bảng hệ số tải trọng tính toán 135

Bảng 5.2 Hệ số tổ hợp tải trọng 136

Bảng 5.3 Trọng lượng các thành phần trụ 137

Bảng 5.4 Tĩnh tải tại 2 mặt cắt của các thành phần trụ 137

Bảng 5.5 Giá trị hệ số phân bố ngang mỗi gối cầu trên trụ 139

Bảng 5.6 Xếp tải lệch tâm 140

Bảng 5.7 Nội lực do hãm xe truyền xuống đáy trụ và đáy bệ 141

Bảng 5.8 Tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp 143

Bảng 5.9 Tải trọng gió ngang tác dụng lên gờ chắn 143

Trang 9

Bảng 5.10 Tải trọng gió ngang tác dụng lên thân trụ ở MNCN 143

Bảng 5.11 Tải trọng gió ngang tác dụng lên thân trụ ở MNTN 144

Bảng 5.12 Tải trọng gió ngang tác dụng lên bệ trụ ở MNTN 144

Bảng 5.13 Tải trọng gió dọc tác dụng lên thân trụ ở MNCN 146

Bảng 5.14 Tải trọng gió dọc tác dụng lên thân trụ ở MNTN 146

Bảng 5.15 Tải trọng gió dọc tác dụng lên bệ trụ ở MNTN 147

Bảng 5.16 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ 147

Bảng 5.17 Tải trọng gió dọc tác dụng lên xe cộ 147

Bảng 5.18 Nội lực tại đáy trụ và đáy bệ do áp lực nước tĩnh ứng với MNCN 148

Bảng 5.19 Nội lực tại đáy trụ và đáy bệ do áp lực nước tĩnh ứng với MNTN 148

Bảng 5.20 Nội lực tại đáy trụ và đáy bệ do áp lực đẩy nổi ứng với MNCN 149

Bảng 5.21 Nội lực tại đáy trụ và đáy bệ do áp lực đẩy nổi ứng với MNTN 149

Bảng 5.22 Áp lực dòng chảy theo phương dọc trụ ứng với MNCN 149

Bảng 5.23 Áp lực dòng chảy theo phương dọc trụ ứng với MNTN 150

Bảng 5.24 Áp lực dòng chảy theo phương ngang trụ ứng với MNCN 151

Bảng 5.25 Áp lực dòng chảy theo phương ngang trụ ứng với MNCN 151

Bảng 5.26 Tải trọng tiêu chuẩn xét tại mặt cắt đáy trụ 155

Bảng 5.27 Nội lực tại mặt cắt đáy trụ tại từng tổ hợp tải trọng 156

Bảng 5.28 Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy trụ (đỉnh bệ trụ) 160

Bảng 5.29 Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy bệ 160

Bảng 5.30 Quy đổi tiết diện trụ 161

Bảng 5.31 Điều kiện kiểm toán 162

Bảng 5.32 Tính hệ số khuếch đại moment 164

Bảng 5.33 Bố trí cốt thép trong trụ 164

Bảng 5.34 Sức kháng uốn theo phương X 164

Bảng 5.35 Sức kháng uốn theo phương Y 165

Bảng 5.36 Kiểm toán cột chịu nén lệch tâm theo các tổ hợp tải trọng 165

Bảng 5.37 Sức kháng cắt theo phương Y 166

Bảng 5.38 Sức kháng cắt theo phương X 167

Bảng 5.39 Kiểm toán khả năng kháng cắt 167

Bảng 5.40 Kiểm tra nứt 168

Bảng 6.1 Địa chất tại vị trí đặt móng 170

Trang 10

Bảng 6.2 Sức chịu tải của cọc theo chiều sâu (tính từ shalf 1_2_3) 172

Bảng 6.3 Tổng hợp các tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy bệ 174

Bảng 6.4 Bảng bố trí cốt thép cọc khoan nhồi theo chiều sâu 175

Bảng 6.5 Lực tác dụng lên các cọc đơn (tính toán từ FB-Pier) 177

Bảng 6.6 Bảng tính góc nội ma sát trung bình và ứng suất do tải trọng bản thân 178

Bảng 6.7 Bảng tính toán nội lực tiêu chuẩn của móng khối quy ước 180

Bảng 6.8 Kết quả kiểm tra ổn định dưới nền đáy móng quy ước 180

Bảng 6.9 Nội lực đầu cọc 181

Bảng 6.10 Moment do phản lực đầu cọc tác dụng vào đài theo phương cạnh dài 183

Bảng 6.11 Kích thước tiết diện tính thép 183

Bảng 6.12 Moment do phản lực đầu cọc tác dụng vào đài theo phương cạnh ngắn 184

Trang 11

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

1.1 Địa hình, địa chất, thủy văn công trình

1.1.1 Địa hình

Công trình xây dựng ở vùng hạ lưu có địa hình bằng phẳng, nằm trên trục đườnggiao thông quan trọng vượt sông Nhà Bè nối liền với quốc lộ 50 Đây là đoạn đườnglàm mới hoàn toàn, mặt bằng cón trống trải, không có các công trình xây dựng lớn

Dung trọng

Lực dính

Góc ma

SPT (búa)

Hệ số rỗng ε 0

Độ sệt

22.4 5

0.8 4

50 1.34

0.59-1.1.3 Thủy văn

Mực nước thấp nhất Hmin – 1% : -3.06 m

Mực nước thông thuyền H – 5% : +1.50 m

H 1%: mức nước ứng với tầng suất lũ thiết kế P = 1%

1.2 Quy mô, tiêu chuẩn, kỹ thuật công trình

Qui mô : Cầu vĩnh cửubằng bê tông cốt thép

Tiêu chuẩn : 22 TCN 272-05, hoạt tải xe HL-93 và người

Thông thuyền: sông cấp II

1.3 Phương án kết cấu cầu

1.3.1 Trắc dọc cầu

Bán kính đường cong đứng phụ thuộc vào cao độ đường đầu cầu, khổ thôngthuyền, độ dốc dọc tối đa cho phép… Cầu càng dài thì bán kính đường cong đứng cànglớn Trong phạm vi đồ án này, ta xét trên cơ sở của cấp đường và các thông số đã đượcgiao trong nhiệm vụ thiết kế

 Sông cấp II, khổ thông thuyền của cầu qua sông theo TCVN 5564:2009 (bảng 2) :

B × H = 70m × 9m

 Tốc độ thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 2005: V =80km/h

Trang 12

 Bán kính đường cong đứng thỏa mãn điều kiện tối thiểu giới hạn thông thường,theo TCVN 4054 – 2005 (bảng 19) : R = 5000m, thiết kế đường cong Parabol.

 Độ dốc dọc của các nhịp dẫn và đường dẫn vào cầu: i= 4% => chiều dài đườngcong lồi là L R i i (1 2) 5000 (0.04 ( 0.04)) 400�    m

 Tổng chiều dài cầu là 522.7m tính từ 2 mép sau tường mố

 Sơ đồ chia nhịp : 4 nhịp giản đơn dầm I33 + 3 nhịp liên tục 75m + 108m+75m +

4 nhịp giản đơn dầm I33

Hkinh nghiệm quốc tế =1/50Lg = 2160m ([2] trang 84)

Ở Việt Nam thường không chọn dầm thấp quá 2m vì cần có đủ chỗ cho công nhân ra vàotrong làm việc ([2] trang 84) Do bề rộng cầu không lớn nên để có tính cân xứng ta chọn

chiều cao dầm tại vị trí giữa nhịp : h 0 = 2200 mm

 Chiều dày phần dầm tại vị trí sát thành hộp (nách dầm) t 2 :

t 2 > 460mm, theo điều kiện bố trí ống gen Chọn t 2 = 550mm

Trang 13

 Chiều dày bản mặt cầu t 3 :

mm t

Thành hộp nghiêng 1 góc α so với phương thẳng đứng, với tanα = 1/5 ([2]trang 89)

 Chọn chiều dày bản đáy dầm tại vị trí giữa nhịp t 5 :

5 5

4

/ 30 6400 / 30 213 ([1]5.14.2.3.10 )

200 ([1]5.14.2.3.10 )/ 2 550 / 2 225 ([2] 103)

Chọn chiều dày đáy dầm giữa nhịp là t 5 =250mm

Phải làm đoạn vút để nối bản đáy vào thành hộp một cách êm thuận ([2]trang103) Phần vút này nghiêng góc 450 so với phương ngang, có chiều cao bằng bề dày

Trang 14

6600 900

3600 1800

5400 1800

10425 7875

 Đảm bảo kích thước hình học và cao độ thiết kế của các đốt dầm

 Bộ xe đúc hẫng bao gồm ván khuôn treo và ván khuôn bằng thép liên kết chắcchắn để đảm bạo chịu lực trong thời gian bê tông hóa cứng

Ngày nay một số nước đã áp dụng loại xe đúc hẫng có bộ ván khuôn cùng chịu lựcchung với khung đỡ nhằm làm giảm sự xuất hiện các vết nứt tại vị trí tiếp giáp giữa cácđốt dầm do biến dạng gây ra bởi trọng lượng xe đúc vào đốt đúc

Để đảm bảo các yếu tố nói trên và nhằm phù hợp với điều kiện thi công, chiều rộngmặt cắt dầm hộp cũng như khả năng cung ứng trang thiết bị cần thiết, ta chọn loại xe đúc

có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:

Trang 15

Hình 1.2 Xe đúc hẫng kiểu dàn hình thoi của hãng OVMVới xe đúc đã chọn, ta phân chia các đốt đúc hẫng sao cho phát huy hết khả năngchịu lực của xe như sau:

 Đốt trên đỉnh trụ đổ bê tông trên đà giáo mở rộng dài 12m ( đốt K0)

1.3.2.3 Đường cong biên dưới dầm

Nhằm phù hợp với biểu đồ moment của dầm chịu tải trọng bản thân trong quá trìnhthi công hẫng và làm giảm tĩnh tải bản thân dầm, tạo vẻ đẹp kiến trúc riêng, ta xây dựngbiên dưới dầm có dạng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau:

y = ax2 + bx + cChọn gốc tọa độ tại vị trí mặt trên giữa nhịp cầu như hình vẽ bên dưới Tọa cácđiểm khống chế, có kể đến ảnh hưởng của của đường cong đứng: A(0;2.2), B(52.5; 6) vàC(-52.5; 6) Thay tọa độ các điểm khống chế vào phương trình đường cong đáy dầm, giải

Trang 16

1.3.2.4 Đường cong bản mặt đáy

Chọn gốc tọa độ tại vị trí mặt trên giữa nhịp cầu như hình vẽ bên dưới Tọa cácđiểm khống chế, không kể đến ảnh hưởng của đường cong đứng : A(0; 1.95), B(-52.5;5.3) và C(52.5; 5.3).Thay tọa độ các điểm khống chế vào phương trình đường cong đáydầm, giải hệ phương trình, ta tìm được các hệ số:

Trang 17

CHƯƠNG 2 KIỂM TOÁN LAN CAN

2.1 Giới thiệu

Lan can là kết cấu bố trí dọc theo lề cầu để bảo vệ cho xe cộ và người đi bộ Lan can còn là công trình thẩm mỹ, tạo thành hình thái hài hòa của công trình và cảnh quan xung quanh

Mục đích chủ yếu của lan can đường ô tô là phải chặn giữ và chỉnh hướng các xe

cộ đi trên cầu Khi va chạm, lan can phải chịu được lực xung kích của xe, xe không bị bậtlại luồng giao thông, nhưng xe cũng không thể vượt qua lan can

2.2 Cấu tạo

2.2.1 Loại lan can

Chọn mức độ thiết kế của lan can là L3 – Mức cấp 3 – được chấp nhận áp dụng chung cho hầu hết các đường tốc độ cao với hỗn hợp các xe tải và xe tải nặng (mục 13.7.2 trong 22TCN 272-05)

Các bộ phận của lan can thiết kế gồm có: tổ hợp tường phòng hộ bê tông và thanh lan can kim loại

2.2.2 Vật liệu dùng cho lan can

 Cường độ chịu nén của bê tông f’c = 28 Mpa

2.2.3 Kích thước sơ bộ của lan can

2.2.3.1 Phần tường bê tông

Bảng 2.2 Bảng kích thước của phần tường chắn bê tông

Trang 18

Khoảng cách giữa các cột lan can L = 2400mm.

Khe biến dạng nhiệt cách nhau 8600mm, bề rộng khe là 20mm

Giao thông ở Việt Nam trong nhiều trường hợp được kết hợp “đi chung” giữa xe máy và ô tô do đó chiều cao phải lớn hơn 1370mm ([1], 13.9.2) Để thỏa mãn điều kiện này, người ta thường lắp thêm “phần lan can kim loại” như ở phần sau

2.2.3.2 Phần lan can kim loại

Khoảng cách giữa các cột lan can 2000mm

Kích thước của phần thép được lấy theo các thiết kế định hình

2.3 Tải trọng và hiệu ứng tải trọng

Lan can phải được thiết kế để chịu được lực va xe như bảng 3

Trong tính toán dưới đây, không xét tác dụng của lực đứng FV và lực dọc FL

Bảng 2.3 Bảng lực thiết kế đối với lan can đường ô tô

Các lực thiết kế và ký hiệu Mức độ thiết kế L3

Trang 19

2.4 Kiểm toán lan can

Các lan can phải được thiết kế thỏa điều kiện :

t e

 Y : chiều cao hữu hiệu của Rvề phía trên của bản mặt cầu

 H : chiều cao lực va ngang của xe phía trên bản mặt cầu e

Sức kháng của từng bộ phận của tổ hợp thanh lan can được xác định theo quy địnhtrong 22TCN 272-05 theo các điều 13.7.3.4.1 (lan can bê tông) và 13.7.3.4.2 (lan candạng cột và dầm)

Sức kháng của tổ hợp tường phòng hộ và thanh lan can phải lấy theo sức khángnhỏ hơn được xác định theo 2 phương thức phá hoại sau:

Va tại giữa nhịp thanh lan can Va tại cột

HW : chiều cao của tường (mm)

HR : chiều cao của thanh lan can

(mm)

Trong đó:

RR’ : sức kháng cực hạn theo hướngngang của thanh lan can qua 2nhịp (N)

RW’ : khả năng chịu lực của tường bịgiảm do phải chịu tải trọng củacột và lan can (N)

PP : sức kháng cực hạn theo hướngngang của cột (N)

Trang 20

Hình 2.6 Lực va ngang tại giữa nhịp thanh lan can (trái) và tại cột (phải)

2.4.1 Kiểm tra sức kháng uốn của tường bê tông và lan can kim loại

2.4.1.1 Sức kháng uốn của tường bê tông

Có thể dùng phân tích đường chảy và thiết kế cường độ đối với các rào chắn và tường phòng hộ bằng bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực

Hình 2.7 Cơ chế đường chảy

a Sức kháng uốn của tường theo cốt thép nằm ngang MwH

Chiều cao khối ứng suất tương đương :

'0.85

c

A f a

f b



Trang 21

Momen kháng uốn của từng đoạn tường :

Với Φ = 1 là hệ số sức kháng ở trạng thái giới hạn đặc biệt

Hình 2.8 Chia nhỏ lan can thành từng phân đoạnBảng 2.4 Sức kháng uốn của tường bê tông theo cốt thép ngang

A

Trang 22

Hình 2.9 Cắt dải lan can 1mm để tính Mc

Công thức tính toán : 0.85 '

c

A f a

Hwi (mm)

b Sức kháng danh định của tường đối với tải trọng ngang R W ([1]13.7.3.4.1)

 Đối với va xô trong một phần đoạn tường

 Lt : chiều dài phân bố của lực theo hướng dọc

 L : chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy

Trang 23

 Mb : sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với Mw tại đỉnh tường (Mb=0)

 H = HW : chiều cao của tường chắn bê tông

 Đối với va xô ở đầu tường hoặc mối nối

2.4.1.2 Sức kháng của phần lan can kim loại (22 TCN272-05, điều 13.7.3.4.2)

a Khi xe va vào giữa nhịp thanh lan can

Chọn thép thanh lan can là thép ống loại M 270M Grade 250 có :

Fy = 250 MPa Fu = 450 MPaKhoảng cách giữa các cột lan can L = 2400 mm

Chiều cao của thanh lan can 600mm → HR = 1410 mm

Kích thước thanh lan can: D = 100 mm

d = 90 mm

D d

Hình 2.10 Mặt cắt ngang của thanh lan can kim loại

Hình 2.11 Mô hình chịu lực khi va xe vào giữa nhịp thanh lan can

Với giá trị Lc = 3179.4 mm, chỉ có 3 nhịp thanh lan can (N=3) và 2 cột tham gia chịu lực

Sức kháng đường chảy của thanh lan can:

Trang 24

 3 3

11291667 6

y p

b Khi xe va vào cột của lan can

Hình 2.12 Mô hình chịu lực khi va xe vào cộtVới Lc = 3179.4 mm có 2 nhịp lan can (N=2) và 1 cột tham gia chịu lực

Sức kháng cực hạn của thanh lan can đối với số nhịp lan can là chẵn :

216

2493932

 Va vào đầu tường: R’w = 245 609 N

Kiểm toán sức kháng uốn

Trang 25

2.4.1.3 Kiểm toán sức kháng uốn

Bảng 2.7 Kiểm tra sức kháng uốn của tổ hợp tường và thanh lan can

Trường hợp kiểm

tra tác động va xe

Sức kháng

gờ bê tông

Sức kháng cột + dầm

Sức kháng

hệ lan can

Chiều cao tổ hợp sức kháng

Kiểm tra R

3 tường hoặc mối nốiCột lan can + đầu 245.609 249393 573081 1153 Thỏa

4 Cột lan can + mộtphần đoạn tường 450.133 249393 777606 1063 Thỏa

2.4.2 Kiểm toán khả năng chống trượt của lan can

2.4.2.1 Điều kiện

T = Vct  Vn

Trong đó :

 Vct: lực cắt tại chân tường do va chạm xe cộ

 Vn : sức kháng danh định của mặt tiếp xúc

2.4.2.2 Số liệu

Hình 2.13 Giả thiết Rw phát triển với góc nghiêng 450

Trang 26

118.6 /1595.5 2 810

Wi ct

cti

N mm R

2.4.2.3 Sức kháng cắt danh định của mặt tiếp xúc

Xét trên bề rộng 1mm theo phương dọc cầu :

Vn = cAcv +µ ( Avffy+Pc) ([1] 5.8.4.1-1)

Vn ≤ max( 0.2f’cAcv ; 0.55Acv)Trong đó:

 Acv : diện tích bê tông tham gia truyền lực cắt Acv =1×500 =500 mm2/mm

 Avf : diện tích cốt thép neo vào mặt chịu cắt, xem như chì có một chân của đai kẹp

Trang 27

 Pc : lực nén do tĩnh tải, để an toàn ta chỉ tính phần khối lượng của bê tông, Pc= Pb

2.4.2.4 Diện tích tối thiểu của chốt (cốt thép) trong mặt chịu cắt:

Trong các phép tính trên chỉ có một chân đai kẹp được coi như là chốt, vì ta xem chỉ cómột chân neo vào bản hẫng Diện tích tiết diện ngang tối thiểu của chốt trong mặt chịu

Chiều dài đoạn neo l dh cốt thép trong bản mặt cầu

Chiều dài đoạn neo tiêu chuẩn l dh không được nhỏ hơn:

 Uốn 900 cộng kéo dài 6db = 6×12 = 72 mm ([1] 5.10.2.1)

Chiều dài khai triển cơ bản :

' _

100

0.7 1.2420

100 12 420

0.7 1.2 190.5420

28

y b hb

c BMC

hb

f d l

Trang 28

 420

y

f

: do f y = 420MPa > 400MPa

 0.7 : cho lớp phủ bên trên cốt thép 74mm > 64mm

 1.2 : cho thanh thép bọc epocxy

Chọn chiều dài l dh = 190.5 mm

2.4.3 Kiểm toán bu lông neo

Liên kết phải chịu được tải trọng là nội lực tại mặt cắt chân cột lan can:

Khi xét sưc kháng của lan can ta cho toàn bộ cột lan can chịu hết khả năng của nó(thông qua Pp ),vì vậy cột lan can phải chịu được lực này thông qua sự truyền lực từ đó

xuống chân cột với khoảng cách là 600mm.

Khi đó lực cắt : V u =P p =1×78080 =78080 N

Momen : M u =φ ext ×V u ×H cot = 178080600 = 46 848 000 N.mm

Trong đó :

 φ ext = 1 ở đây là hệ số tải trọng của lực va xe

Tĩnh tải tác dụng lên thanh lan can:

0.10.008 0.144 0.56 (2 0.008) 0.52 10

Trang 29

 Plk: trọng lượng ống liên kết Chọn ống thép dài 10cm liên kết lan can vào trụ có

N = γDC max×DC =1.25×729 = 911 NTrong đó:

 γDC max = 1.25 : Hệ số tải trọng của lực nén do tĩnh tải được tính trong 1 nhịp củacột lan can

Sử dụng bulong thường ASTM A307 16, bản đế dày 10mm bố trí 4 bulong.

2.4.3.1 Kiểm toán sức kháng cắt

- Nơi mà đường ren bị loại trừ khỏi mặt phẳng cắt:

Trong đó:

 Ab : diện tích bulong tương ứng với đường kính danh định

 Fub=420MPa : cường độ kéo nhỏ nhất của bu long ([1] 6.4.3.1)

 Ns= 2 : Số lượng các mặt phẳng chịu cắt tính cho mỗi bu lông (nối 3 vật lan can,tấm đế và bản bê tông nên có 2 mặt phẳng)

 Bulong trong mối nối có chiều dài l< 1270 mm

Trang 30

Nmax > Tn => bulông không đủ khả năng chịu kéo.

Bố trí lại 6 bulong 24 với khoảng cách các bulong 75mm (phải tăng bản đế lan can

thêm 40mm mỗi bên) thì ta có:

Trang 31

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

Các cấu kiện kê được giả thuyết là tuyệt đối cứng Khi đó bản mặt cầu tạo vớicác thành hộp tạo thành một hệ khung

Để đơn giản tính toán ta tách thành 2 phần: Phần công xon và phần bản giữa cácthành hộp, mặt cắt sử dụng tính toán là mặt cắt sát gối Sử dụng chương trìnhMidas để xuất ra nội lực tại các vị trí sau, những vị trí này có nhiều không gian hơn xếptải xe:

1 1

3 3

2 2

Trang 32

Diện tích cốt thép dự ứng lực trên 1000mm dọc cầu Aps 394.84 mm2

Trang 33

3.3 Tải trọng và hiệu ứng của tải trọng

3.3.1 Tĩnh tải và hiệu ứng

Hình 3.18 Mô hình hóa bản mặt cầu

 Trọng lượng bản thân bản mặt cầu trên 1m dài theo phương dọc cầu:

Tính toán nội lực bản thân bản mặt cầu sẽ được tự động tính toán khi khai báo đúng tiết diện trong chương trình Midas

Hình 3.19 Biểu đồ momen do trọng lượng bản thân

Trang 34

Hình 3.20 Biểu đồ lực cắt do trọng lượng bản thân

Bảng 3.1 Kết quả nội lựcNỘI LỰC -chưa có hệ số tải trọng

 Trọng lượng lan can trên 1m dài theo phương dọc cầu :

Bảng 3.2 Tính trọng lượng gờ chắn và lan canTrọng lượng của

phần lan can (kN/m)

Trọng lượng phần gờchắn xe (kN.m)

Trọng lượng phần gờchắn kết hợp lan can

Hình 3.21 Biểu đồ momen do lan can

Hình 3.22 Biểu đồ lực cắt do lan canBảng 3.3 Kết quả nội lựcNỘI LỰC -chưa có hệ số tải trọng

Vị trí tác dụng MomenGIỮA NHỊPLực cắt MomenTRÊN GỐILực cắt MomenBẢN HẪNGLực cắtLan can, gờ chắn -1.900 0.000 -2.500 0.000 -21.100 8.300

 Trọng lượng lớp phủ trên 1m dài theo phương dọc cầu :

Bảng 3.4 Tính trọng lượng lớp phủ

Trang 35

Lớp Chiều dầy (m) 

DW (kN/m) (kN/m3)

Bảng 3.6 Tổng hợp nội lực do tĩnh tảiNỘI LỰC DO TĨNH TẢI-chưa có hệ số tải trọng

Trang 36

Momen Lực cắt Momen Lực cắt Momen Lực cắt

Lan can, gờ chắn -1.900 0.000 -2.500 0.000 -21.100 8.300

3.3.2 Hoạt tải và hiệu ứng của hoạt tải

Nhịp tính toán của bản lấy tương đương là S= 6400mm > 4600mm Theo điều

3.6.1.3.3 TCN 272-05 thì hoạt tải thiết kế gồm có bánh xe của trục nặng xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế và tải trọng làn

Vị trí tác động của bánh xe lên bản : tim bánh xe cách mép đá vỉa 300mm và cách méplàn 600mm (22 TCN272-05, điều 3.6.1.3.1)

Chiều rộng dải bản tương đương (22 TCN272-05, điều 4.6.2.1.3)

 Đối với vị trí có Moment dương : E = 660 + 0.55 S

 Đối với vị trí có Moment âm : E = 1220 + 0.25 S

 Đối với phần hẫng: E = 1140 +0.833X

 Đối với xe 3 trục:

Nếu E < 4300mm: 2

truc P

P

tt

E  E

Nếu E ≥ 4300 mm : 2 trục của xe 3 trục có bề rộng vùng ảnh hưởng chồng lên nhau,

nên bề rộng vùng ảnh hưởng sẽ tính cho cả 2 trục: P P  truc ; Ett   E 4300 mm

 Đối với xe 2 trục:

Nếu E < 1200mm: 2

truc P

P

tt

E  E

Nếu E ≥ 1200 mm : 2 trục của xe 3 trục có bề rộng vùng ảnh hưởng chồng lên nhau,

nên bề rộng vùng ảnh hưởng sẽ tính cho cả 2 trục: P P  truc ; Ett   E 1200 mm

 Tác dụng của tải trọng bánh xe được quy về tải tập trung theo phương ngang cầu cócường độ phân bố cho 1000mm chiều rộng bản (theo phương dọc cầu):

Trang 37

Hình 3.25 Mô hình hoạt tải trong tính toánCông thức tính toán hiệu ứng hoạt tải tại các mặt cắt:

• y1, y2, y3, y4: tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí đặt tải trọng trục LL

• Ωlàn : diện tích đường ảnh hưởng trên phần đặt tải trọng làn, được tính chia nhỏ bản mặt cầu thành từng đoạn 0.1m, xấp xỉ diện tích đường ảnh hưởng theo diện tích của các hình thang với cạnh đáy là các tung độ đường ảnh hưởng

• R làn =3.1 N/mm : tải trọng làn

3.3.2.1Tính toán nội lực tại mặt cắt giữa bản mặt cầu

Trang 38

Hình 3.26 Đường ảnh hưởng moment tại mặt cắt 1-1

Trang 39

Hình 3.29 Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt 1-1

Trang 40

3.3.2.2 Tính toán nội lực tại mặt cắt trên gối

Hình 3.32 Đường ảnh hưởng Moment tại mặt cắt 2-2

Định dạng
Số trang	208
Dung lượng	22,28 MB