chọn thiết kế cầu 4 làn xe cho đường cao tốc

luận về dải phân cách , gờ chắn, lan can. Thiết kế MCN cầu. Xác định kích thước gối cầu cao su. Các số liệu thiết kế được cho trong bảng sau: CĐĐS CĐTK MNCN MNTN Dầm ±0.00 +17.0 +15.0 +10.0 2 I33 Bài làm: Theo yêu cầu đề bài ta chọn thiết kế cầu 4 làn xe cho đường cao tốc với tốc độ thiết kế 80kmh cho xe tải thiết kế: Sử dụng dải phân cách giữa theo yêu cầu 4 làn xe ( TCVN 40542005) Do tốc độ thiết kế là 80kmh nên không sử dụng làn xe thô sơ và lề bộ hành. Thiết kế lan can tổ hợp : bê tông + thép. 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ Chiều dài toàn dầm L= 33m Khoảng cách đầu dầm đến tim gối a = 0.4m Khẩu độ tính toán Ltt=L2a=32.2m Tải trọng thiết kế Hoạt tải HL 93 Dạng kết cấu nhịp Cầu dầm Dạng mặt cắt I33 Vật liệu chế tạo dầm : BTCT dự ứng lực. Công nghệ chế tạo : Căng trước. Cấp bê tông: Dầm chủ: fc1 =50 MPa Bản mặt cầu: fc2 =30 MPa Loại cốt thép DUL : tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính Dps = 15.2 mm. Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa. Thép thường : G60 fu = 620 MPa , fy = 420MPa. Quy trình thiết kế : TCVN 118232017 luận về dải phân cách , gờ chắn, lan can. Thiết kế MCN cầu. Xác định kích thước gối cầu cao su. Các số liệu thiết kế được cho trong bảng sau: CĐĐS CĐTK MNCN MNTN Dầm ±0.00 +17.0 +15.0 +10.0 2 I33 Bài làm: Theo yêu cầu đề bài ta chọn thiết kế cầu 4 làn xe cho đường cao tốc với tốc độ thiết kế 80kmh cho xe tải thiết kế: Sử dụng dải phân cách giữa theo yêu cầu 4 làn xe ( TCVN 40542005) Do tốc độ thiết kế là 80kmh nên không sử dụng làn xe thô sơ và lề bộ hành. Thiết kế lan can tổ hợp : bê tông + thép. 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ Chiều dài toàn dầm L= 33m Khoảng cách đầu dầm đến tim gối a = 0.4m Khẩu độ tính toán Ltt=L2a=32.2m Tải trọng thiết kế Hoạt tải HL 93 Dạng kết cấu nhịp Cầu dầm Dạng mặt cắt I33 Vật liệu chế tạo dầm : BTCT dự ứng lực. Công nghệ chế tạo : Căng trước. Cấp bê tông: Dầm chủ: fc1 =50 MPa Bản mặt cầu: fc2 =30 MPa Loại cốt thép DUL : tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính Dps = 15.2 mm. Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa. Thép thường : G60 fu = 620 MPa , fy = 420MPa. Quy trình thiết kế : TCVN 118232017

Yêu cầu:

Cầu với 4 làn xe, hoạt tải HL93 với vận tốc thiết kế 80km/h

Tính và dự đoán sơ bộ phản lực tác dụng lên gối Ri (kN)

Lí luận về dải phân cách , gờ chắn, lan can

Thiết kế MCN cầu

Xác định kích thước gối cầu cao su

Các số liệu thiết kế được cho trong bảng sau:

Sử dụng dải phân cách giữa theo yêu cầu 4 làn xe ( TCVN 4054-2005)

Do tốc độ thiết kế là 80km/h nên không sử dụng làn xe thô sơ và lề bộ hành

Thiết kế lan can tổ hợp : bê tông + thép

1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

- Tải trọng thiết kế Hoạt tải HL 93

- Dạng kết cấu nhịp Cầu dầm

- Dạng mặt cắt I33

- Vật liệu chế tạo dầm : BTCT dự ứng lực

- Công nghệ chế tạo : Căng trước

Bản mặt cầu: fc2 =30 MPaLoại cốt thép DUL : tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính Dps = 15.2 mm

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa

- Thép thường : G60 fu = 620 MPa , fy = 420MPa

- Quy trình thiết kế : TCVN 11823-2017

2 THIẾT KẾ CẤU TẠO

2.1 Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu.

Thiết kế thượng tầng:

-Bề rộng 1 làn xe cơ giới xác định có vận tốc thiết kế là 80km/h : 3.5m -Bề rộng 4 làn xe cơ giới :3.5x4=14m

-Dải phân cách : rộng 0.5m cao 0.85m.

-Lan can : rộng 0.5m ,cao 0.81m.

2.2 Tỉnh tải sơ bộ

A TÍNH TOÁN LAN CAN:

1. Kích thước sơ bộ của lan can :

 Phần tường bê tông:

Bảng 1.Bảng kích thước của phần tường chắn bê tông

Hình 2 Kích thước lan canGiao thông ở Việt Nam chiều cao lan can phải lớn hơn 1370mm (9.3 TCVN 11823-2017) Để thỏa mãn điều kiện này, người ta thường lắp thêm “phần lan can kim loại” như sau

 Phần lan can kim loại:

- Thanh lan can thép :

+ Đường kính ngoài : D = 100mm

+ Đường kính trong : d = 92mm

- Cột lan can:

+ Chọn thép cacbon CT3

+ Khoảng cách giữa các cột lan can : L = 2400mm

+ Chiều cao cột lan can : Hcot = 560mm

- Khối lượng riêng thép lan can : γs = 78.5 kN/m3

2. Tính tải trọng sơ bộ.

Xét trên 1m theo phương ngang cầu:

- Trọng lượng phần lan can bê tông cốt thép:

DC2a = (A1×Wc) = 25×(0.5×0.15 + 0.4×0.31 + 0.3×0.35)

= 7.6 kN/m

- Trọng lượng thanh lan thép :

- Trọng lượng thanh lan can

- Mục đích chủ yếu của dãy phân cách đường ô tô là phải chặn giữ và chỉnh hướng các xe cộ sử dụng kết cấu Cần xem xét để:

+ Bảo vệ cho các người ngồi trên xe khi xe va vào dãy phân cách

+ Bảo vệ các xe khác ở gần nơi va chạm

+ Dáng vẻ và độ thoáng của tầm nhìn từ các xe chạy qua

- Thiết kế theo tiêu chuẩn về gờ chắn xe Đối với mức thiết kế TL3 cho đường cao tốc thì Htk > He-min = 685 mm ( TCVN 11823-2017)

Trọng lượng lớp phủ

(m)

Tỷ trọng(kN/m3)

Trọng lượng lớp phủ trênbản mặt cầu (kN/m2)

Tĩnh tải truyền xuống gối:

ƯỚC LƯỢNG PHẢN LỰC GỒI CẦU:

3.1 Tải trọng do nhóm tải trọng thường xuyên:

Tĩnh tải do kết cấu thượng tầng được truyền qua hai gối đối xứng qua tim trụ Theo phương ngang, các lực truyền xuống do tĩnh tải chỉ bao gồm lực nén và truyền đều xuống hai gối Vì thế, giá trị lực nén do tĩnh tải được xác định theo trắc dọc cầu và là nén đúng tâm, điểm đặt lực tại đỉnh trụ

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dầm truyền xuống được xác định giá trị ởgiai đoạn thi công Tĩnh tải do gờ chắn và lớp phủ được xác định ở giai đoạn khaithác

Như vậy, khi đặt tải lên đoạn kết cấu ngang gối lên 2 dầm dọc chủ nào thì chỉ

2 dầm dọc chủ đó tham gia chịu lực theo nguyên tắc đòn bẩy, nghĩa là theo nguyêntắc tính phản lực gối của dầm đơn giản (là dầm ngang)

Cụ thể là tải trọng từ dầm ngang sẽ phân bố xuống cho hai dầm chủ theo giátrị tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đặt tải trọng đến các dầm chủ theo đúngnguyên tắc phản lực gối của dầm đơn giản (đối với dầm chủ ở phía trong) hay dầmmút thừa (đối với dầm ở biên) Chính vì vậy, để xác định hệ số phân bố ngang củadầm chủ nào cần vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm ngang tựa trên dầmchủ đó

Sau khi vẽ được đường ảnh hưởng phản lực cho từng dầm ta sẽ xếp tải theo chiềungang sao cho bất lợi nhất, từ đó tính được hệ số phân bố ngang cho dầm đang xét

Hệ số phân bố ngang của 1 dầm được tính theo công thức sau:

g =

Trong đó:

g : Hệ số phân bố ngang

y i : Tọa độ đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm ngang.

Đối với tải trọng theo chiều ngang cầu là tải trọng phân bố đều thì hệ số phân

bố ngang tính theo công thức:

g =

Với là diện tích phần đường ảnh hưởng tương ứng bên dưới tải trọng phân bố đềuđang xét

Mặt cắt ngang cầu

3.2.1.1 Hệ số phân bố ngang của hoạt tải xe:

 Sơ đồ tính và giá trị hệ số phân bố ngang cho dầm số 2 và 11 :

TH1:

Hình 8 Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang cho dầm 2 và 11.

g =

TH2:

3.2.1.2 Hệ số phân bố ngang của tải trọng làn:

 Sơ đồ tính và giá trị hệ số phân bố ngang cho dầm 2 và 11:

 Sơ đồ tính và giá trị hệ số phân bố ngang của dầm 3,4,5,8,9,10:

TH 1 làn xe:

.

TH 2 làn xe:

 Sơ đồ tính và giá trị hệ số phân bố ngang của dầm 6 và 7:

3.2.1.3 Hệ số phân bố ngang của tải trọng làn cho xe thô sơ:

 Sơ đồ tính và giá trị hệ số phân bố ngang của dầm 1 và 12:

.

 Sơ đò tính và giá trị hệ số phân bố của dầm 2 và 11:

Bảng 3 Tổng hợp gái trị hệ số phân bố ngang của các dầm

3.2.2 Hoạt tải tác dụng lên gối

Bố trí hoạt tải HL-93 sao cho hiệu ứng lực bất lợi nhất :

Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế.Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế

Đối với mômen âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bành sau xe kia là 15000mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, khoảng cách giữa các trục 145kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm

Sơ đồ tác dụng và giá trị phản lực gối Rht do tác dụng của xe thiết kế HL-93:

 Tính toán hoạt tải làn:

-Áp lực truyền xuống dầm chính: PL=9.3/32200=0.00029N/

 Đối với trạng THGH Cường độ 1:

• Xe 2 trục thiết kế và hoạt tải làn:

Hình 9 Sơ đồ tính xe 2 trục tác dụng lên dầm chính.

• Xe 3 trục thiết kế và tải trọng làn:

Hình 10 Sơ đồ tính xe 3 trục tác dụng lên dầm chính

+(145+145)=332.66

2

+(110+110)=92.648

0.6574.6+(1+0.25)

+(145+145)=123.20

8

+(110+110)=185.296

0.6574.6+(1+0.25)

+(145+145)=246.41

6

+(110+110)=128.040

0.6574.6+(1+0.15)

+(145+145)=170.20

8

 Phản lực tác dụng lên từng gối:

3.2.3 Chọn kích thước gối cao su

Sau khi tính được Rtt và chọn được Rht thì ta tính tổng phản lực tại gối do tĩnh tải và hoạt tải tác dụng.

Rtt + Rht+ 403.335= 621.681 kN kg

Bảng 4 Bảng kích thước gối cao su đang sử dụng ở Việt Nam TCVN 10308 – 2014

Tham khảo kích thước gối cao su ứng với giá trị khả năng chịu nén của gối tươngứng hiện có trên thị trường:

Gối cao su bản thép Thuận Phát:

http://www.vtxdthuanphat.vn/san-pham/goi-cau-cao-su-cot-ban-thep-103.html

Công Ty cổ phần Duy Giang: 19.04.html

http://www.duygiang.com/goi-cau-cao-su-cot-ban-thep- Kích thước gối cao su được chọn:

Chiều rộng(mm) Chiều ngang(mm) Chiều dày (mm)

3.3 Kích thước đá kê gối:

+chiều rộng đá kê:

+chiều dài đá kê: chọn

+chiều dày đá kê: =100mm

3.4 Kích thước xà mũ:

Số lượng dầm chính; n=12

Chiều rộng gối cao sau: ==150mm

Chiều dài gối cao sau:=300mm

Khoảng cách giữa 2 đầu dầm: 50mm

Khoảng cách từ tim gối đến đầu dầm: =400mm

Khoảng cách nhỏ nhất từ mép đá kê gối đến mép mũ trụ:

Chọn bằng với chiều rộng cầu

4.Tính toán phản lực gối cầu

4.1 Theo phương dọc cầu:

Phản lực gối cầu :

Ri=(0.739x35+0.87x145+1x145+0.573x35+0.442x145+0.312x145)x4x0.65=1108.64 ( KN)

Phản lực gối cầu :

Ri=(0.024x35+0.155x145+0.285x145+0.739x35+0.87x145+1x145+0.573x35+0.442x145+0.312x145)x4x0.65=1276.704 ( KN)

Xếp xe 2 Trục :

TH 1: 1 nhịp + Tất cả làn xe:

Sơ đồ tính:

Hình 20 : Sơ đồ xêp xe 2 Trục theo phương dọc cầu-1 nhịpPhản lực gối cầu : Ri= (0.964x110+1x110)x4x0.65= 561.704 ( KN)

Phản lực gối cầu : Ri= (0.473+0.509+0.964+1)x110x4x0.65= 842.556 ( KN)

TH 2: 2 nhịp + Tất cả làn xe:

Sơ đồ tính:

Phản lực gối cầu : Ri= (0.964+1+0.573+0.536)x110x4x0.65= 878.878 ( KN)

Phản lực gối cầu :

Ri=(0.473+0.509+0.964+1+0.573+0.536+0.082+0.045)x110x4x0.65= 1196.052 (KN)

Tải trọng Làn:

Sơ đồ tính:

Hình 22 : Sơ đồ tính Tải trọng làn theo phương dọc cầu

Diện tích đường ảnh hưởng : = 33x1x0.5=16.5 m2

Phản lực gối : Ri=( x9.3)x2x4x0.65=797.94 KN

Tải trọng người đi bộ:

Sơ đồ tính:

Phản lực gối : Ri=(3x5x33x1x0.5)x2=495 KN

4.2 Theo phương ngang cầu:

TH 3 : Xếp 1 làn xe, trục xe cách mép dải phân cách 0.6m

Sơ đồ tính:

Hình 25: Xếp xe 1 làn, trục xe cách mép dải phân cách 0.6m

Bảng 3 : Tổng hợp HSPBN và Ri của các dầmSTT

HSPBN PL

Ri- xe2T(KN)

Ri- xe3T(KN)

Ri- Làn(KN)

Ri- PL(KN)

Hình 26: Xếp xe 2 làn, trục xe cách mép dải phân cách 0.6m

Bảng 4 : Tổng hợp HSPBN và Ri của các dầmSTT

Dầm

HSPBN( xe 2T-3T)

HSPBNLàn

HSPBN PL

Ri- xe2T(KN)

Ri- xe3T(KN)

Ri- Làn(KN)

Ri- PL(KN)

12.9084 0.0135

2

1593.089

16.275

9

1593.089

Lực va đâm thằng đầu tàu vào trụ phải được lấy như sau:

(3.7.3.1-1 [5])Trong đó:

- PS: Lực va tàu tĩnh tương đương (N)

- DWT: Tấn trọng tải của tàu (Mg)

- V: Vận tốc va tàu (m/s)

Vận tốc va thiết kế V có tính khuyến nghị dùng cho mỗi loại tàu thiết kế phải lấy như trong (Bảng 3.14.3-1 [5]) Đối với tàu tự hành có trọng tải 1000DWT:

V = 3.3 + VS Lực va của tàu tự hành vào trụ:

Lực va của sà lan vào trụ

Năng lượng tàu của sà lan:

Động năng của tàu chuyển động được hấp thụ trong quá trình va chạm không lệch tâm với trụ cầu được lấy như sau:

Trong đó:

- KE: Năng lượng va của sà lan (J)

- M: Lượng rẽ nước của sà lan (Mg) Giả sử: M = DWTsà lan = 500(Mg)

- CH∷ Hệ số khối lượng thủy động học Với tịnh không dưới sống tàu vượtquá 0.5 lần mớn nước: CH = 1.05

- V: Vận tốc va tàu (m/s) Đối với sà làn, vận tốc va được lấy như sau:

Chiều dài hư hỏng của mũi sà lan:

Chiều dài bị hư hỏng theo đường nằm ngang của mũi sà lan sông phải được lấy theo:

(3.14.9-1 [5])Lực va của sà lan vào trụ:

Với aB > 100mm, lực va vào trụ do sà lan sông phải được lấy như sau:

- 100% lực va thiết kế trong phương song song với đường tim luồng vận tải

- Hoặc 50% của lực va thiết kế trong phương thẳng góc với đường timluồng vận tải

Tải trọng gió (WS)

Tốc độ gió thiết kế V, phải được xác định theo công thức:

V = VB.STrong đó:

- VB: Tốc độ gió giật cơ bản trong 3s với chu kỹ xuất hiện 100 năm thíchhợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu Thành phố Hồ ChíMinh ứng với vùng tính gió là vùng II-A (Phụ lục E -TCVN 2737:1995)tra giá trị tốc độ gió thiết kế trong (Bảng 3.8.1.1-1), ta có: VB = 45m/s

- S: Hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quyđịnh trong (Bảng 3.8.1.1-2) Đối với khu vực mặt nước thoáng và độ caocủa mặt cầu trên mặt nước thông thuyền được xác định là 17 m, ta có:

- At: Diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính gió ngang

- Cd: Hệ số cản được quy định trong (Hình 3.8.1.2.1-1)

Tải trọng gió ngang tác động lên KCN:

Diện tích kết cấu hay cấu kiện đang xét phải là diện tích đặc chiếu lên mặt trướcvuông góc Đối với kết cấu phần trên (KCPT) có lan can đặc, diện tích chắn gió phải bao gồm diện tích của lan can đặc hứng gió (3.8.1.2.1 [5])Diện tích lan can đặc: 0.304 m2

Diệntích BMC: 4.3 m2

Tải trọng gió ngang tác động lên trụ cầu:

Đối với kết cấu phần dưới phải lấy lực gió đối với từng cấu kiện với các giá trị Cd

Tính toán tương tự gió ngang Lực gió lớn nhất ở MNTN, điểm đặt lực tại trọng tâm thân trụ

Độ lớn: 0.25 lần tải trọng gió ngang

Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL)

Tải trọng gió ngang tác động lên xe cộ

Độ lớn: tải trọng phân bố 1.5kN/m

Phương: nằm ngang, ngang với tim dọc kế cấu

Điểm đặt: cao độ 1800mm so với mặt đường

Chiều dài tải phân bố ảnh hưởng xuống trụ cầu ta lấy sơ bộ bằng chiều dài KCN

WL = 1.5×32.2 = 48.3 (kN)

Tải trọng gió dọc tác động lên xe cộ

Độ lớn: tải trọng phân bố 0.75kN/m

Phương: nằm ngang, song song với tim dọc kế cấu

Điểm đặt: cao độ 1800mm so với mặt đường

Chiều dài tải phân bố ảnh hưởng xuống trụ cầu ta lấy sơ bộ bằng chiều rộng KCN

WL' = 0.75×21.5 = 16.125 (kN)