THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05

THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05THIET KE TRU CAU THEO TIEU CHUAN 22TCN272-05

Chương XII

THIẾT KẾ TRỤ CẦU

1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Trụ mang kết cấu nhịp là loại trụ thân đặc BTCT khôngdự ứng lực Toàn cầu có 2 trụ chính

2 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA TRỤ:

MẶT BÊN TRỤ MẶT ĐỨNG TRỤ

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 216 LỚP: CẦU HẦM K48

2750

3000 1000

1500 1250

1500 1250 4500

Hình 1 Các kích thước chung của trụ.

Mực nước trung bình hàng

Cường độ chịu nén của

Modul đàn hồi của bê

3 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ:

3.1 TÜnh t¶i b¶n th©n vµ líp phđ mỈt cÇu cđa kÕt cÊu nhÞptruyỊn xuèng trơ:

43244.67 43244.67

7415.13 7415.13

N 1 = 43244.67 kN

3.2 Tĩnh tải do các thành phần của trụ

Công thức chung để xác định tĩnh tải cho các thành phần củatrụ là :

Pi = Vi γiTrong đó:

Pi : trọng lợng của cấu kiện

3.3 Hoạt tải người đi bộ:

3.6 Tải trọng gió tác động lên công trình :

•Phương dọc cầu

- Đối với kết cấu phần trên là giàn hay các dạng kết cấu khác có một bề mặt cản gió lớn song song với tim dọc của kết cấu thì phải xét tải trọng gió dọc Vì vậy ở đây ta không phải tính đến tải trọng gió dọc

•Phương ngang cầu

- Tải trọng gió ngang PD phải đợc lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng tâm của các phần diện tích thích hợp, đợc tính nh sau:

Tốc độ gió xét thêm : V25 = 25m/s

3.6.1 Tải trọng gió tác động lên công trình :

* Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu nhịp:

PD = 0.0006 V2 At Cd > 1.8 At (kN)

Trong đó :

V : Tốc độ gió thiết kế

trạng thái không có hoạt tải tác dụng

Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu phần trên

* Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu phần dưới:

- Theo phương dọc cầu :

Diện tích phần thân trụ chịu tải trọng gióù dọc: 39.9 m2

- Theo phương ngang cầu :

Diện tích phần thân trụ chịu tải trọng gióù ngang : 14.3 m2

3.6.2 Tải trọng gió tác động lên xe cộ :

• Phương dọc cầu

- Áp lực gió dọc tác dụng lên xe cộ đợc lấy bằng 0.75kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu cầu và đặt cách mặt đường:

h = 1.80 m Bề rộng phần xe chạy = 8.00 m

Qz =0.75kN/m * 8.00m

• Phương ngang cầu

- Áp lực gió ngang tác dụng lên xe cộ được lấy bằng 1.5 kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt cách mặt đường:

trọng tâm của diện tích thích hợp theo công thức:

Ta quy đổi về tải trọng rải đều dọc cầu bằng cỏch

3.7.Lực va xô tàu thuyền (CV) :

- Lực va đâm thẳng tàu vào trụ tính theo công thức :

nước

Độsâu Diệntích Thểtích Lực đẩynổi

0 Bệ 2.50 168.00 420.00 4200.00

Tổng 5014.73

3.9 Aùp lực dòng chảy (SP)

3.9.1.Aùp lực dòng chảy theo chiều dọc :

Py = 5.14•10-4•CD•V2 (3.7.3.1 22TCN272-05)

Trong đó:

Py :áp lực dòng chảy (MPa)

Cd :hệ số cản của trụ (tra bảng 3.7.3.1-1 ta có

Ta có bảng tổng hợp tải trọng tại đỉnh bệ móng, đáybệ móng Kết quả được tổng hợp trong các bảng sau :

TỔ HỢP TẢI TRỌNG TẠI MẶT CẮT ĐÁY

Cấu kiện + thiết bị phụ DC γ DC -58448 - - -

-Bê tơng bịt đáy γ DC -4872 - - - Lớp phủ + tiện ích DW γ DW -2901.0 - - - - Tải trọng đất chất thêm ES γ ES -1715.2 - - - - Hoạt tải xe LL γ LL -3011.0 - - - - Lực hãm xe dọc cầu BR γ BR - 162.5 2616.3 - - Lực đẩy nổi B γ B 5390.8 - - - -

-Ngang cầu - - - 105.0 1690.5 Lực ma sát FR γ FR - 2312.8 24978.1 - -

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 226 LỚP: CẦU HẦM K48

Lực do nhiệt độ biến đổi đều TU γ TU - - - -

-biệt

0.9

0

0.6 5

1 0

1 0 SDI 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.30 1.00 1.00 1.20 0.50 1.00 1.00 - - SDII 1.00 1.00 1.00 - 1.00 0.30 - 1.00 1.20 1.00 1.00 1.00 - -

TỔ HỢP TẢI TRỌNG MẶT CẮT ĐÁY BỆ (A-A)

II -57816 2345 25211 96 1141

4 KIỂM TOÁN :

4.1 Kiểm toán mặt cắt đỉnh trụ :

Các kích thước hình học của mặt cắt đỉnh móng

8.00 3.00 55.28 13.61 24

Các thông số kỹ thuật của trụ :

Mpa

Bảng tổ hợp tải trọng tới mặt cắt đỉnh móng

a) Xác định Mrx và Mry: sức kháng tính toán theo trục xvà 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 ngoàicùng chịu nén (trừ đi lớp bêtông bảo vệ và đường kínhthanh thép)

fy: giới hạn chảy của thép

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

c =

a = c b1; b1 = 0.85

b : bề rộng mặt cắt (theo mỗi phương là khác nhau)

Xét tới hiệu ứng độ mảnh:

+ Tính các bán kính quán tính

rx , ry = Chú ý là tính cho mặt cắt nguyên

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 làtrị số Mux, Muy sẽ được nhân thêm hiệu ứng độ mảnh (hệsố khuếch đại moment)

Hệ số khuếch đại moment:

(theo Giáo trình Thiết kế kết cấu bêtông theo tiêu chuẩn

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

b) Xác định theo công thức (b): (còn gọi là phương phápsố đo Bresler)

= + -

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

=

thuộc vào g

g : tỉ số khoảng cách giữa các tâm của các lớp thanhcốt thép ngoài biên trên toàn bộ chiều dày cột

γ = = 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 làgiá trị cần tìm.

Tính = + -

4.1.1.2 Nội dung kiểm toán :

Tổ hợp dùng để kiểm tra là : Cườngđộ I

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

= + -

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

+ ≤ 1Cụ thể như sau:

f Hệ số sức kháng đối với cấu kiện chịu

Pu Lực dọc trục tính toán lớn nhất Pu 63192 kN

Po = 0.85 f'c (Ag - Ast) + Ast fy Po kN

Prxy Sức kháng dọc trục tính toán khi uốn theo

Pry Sức kháng dọc trục tính toán khi chỉ có

Prx Sức kháng dọc trục tính toán khi chỉ có

Cốt thép bên ngoài biên trên toàn bộ chiều dày cột

Cốt thép bên ngoài biên trên toàn bộ chiều dày cột

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 232 LỚP: CẦU HẦM K48

Tra bảng = 1.76 Ksi

72959.3

4.1.2 Kiểm tra khả năng chịu cắt của thân trụ

4.1.2.1 Lý thuyết tính toán:

d b c f V

Vn

n

v v n

2

1 0.25 ' min

- Tính Vr = jv Vn

Trong đó: j = 0.9

S S

OK Av

Av

OK Vr

Vu

600maxmin

4.1.2.2 Nội dung kiểm toán:

Giá trị

Đ.viPhương ngang X

Đ.vịPhương dọc Y

sy

Cự ly cốt thép ngang theo

mmDiện tích cốt đai chịu cắt trong

TTGH Dọc cầu Ngang cầu

14969

17159

4.1.3 Kiểm tra nứt : (theo điều 5.7.3.4)

4.1.3.1 Lý thuyết tính toán:

Tổ hợp dùng để kiểm toán là Sử Dụng

- Điều kiện kiểm toán

fsa fs

6.0

- Tính: fsa =

Trong đó:

dc: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép ngoài cùngtới mép ngoài bêtông + Xác định trọng tâm đámcốt thép G, tính được hG

+ Xác định diện tích A (lấy phần diện tích bêtông cócùng trọng tâm với trọng tâm đám cốt thép rồi đem chiacho số lượng thanh có trong mặt cắt) Chú ý nếu trong mặtcắt có các thanh khác nhau về diện tích một thanh (to nhỏkhác nhau) thì phải qui về thanh tương đương bằng cách:

Số thanh tương đương n = Trong đó:

As: diện tích toàn bộ thép

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 236 LỚP: CẦU HẦM K48

- Tính r.n

4.1.3.2 Nội dung kiểm toán

Tổ hợp dùng để kiểm tra là TTGH Sử dụng

fs =

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

r : Hàm lượng cốt thép, r =

20000

24

17734.5

4.2 Kiểm toán mặt cắt đáy móng :

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 238 LỚP: CẦU HẦM K48

Kích thước đáy móng

4.2.1 Kiểm tra cấu kiện chịu uốn

Tổ hợp dùng để kiêm tra Cườngđộ III

Sức kháng uốn của cấu kiện

Mr = f MnTrong đó:

ds : Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu kéo đến mépchịu nén, ds = 2410 mm

mép chịu kéo, d's = 2410 mm

4.2.2 Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu

thoả mãn:

r min > 0.03 Trong đó:

4.2.4 Kiểm tra cấu kiện chịu cắt

Tổ hợp dùng để kiểm tra là Cườngđộ I

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 240 LỚP: CẦU HẦM K48

N = 68764 kNSức kháng cắt của cấu kiện

Vr = φ Vn

Trong đó:

dv : Chiều cao chịu cắt hữu hiệu, dv = 2320.0 mm

Diện tích cốt đai chịu cắt trong cự ly s, chọn 8 thanh f16, Av

4.2.5 Kiểm toán độ lệch tâm đáy móng:

(3/8B,B=9 m) Độ lệch tâm theo phương dọc cầu :

ex = Mx/P Độ lệch tâm theo phương ngang cầu :

Kiểm tra

Độ lệchtâm(ngang)

Kiểm traCường

Cường

Cường

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 242 LỚP: CẦU HẦM K48

4.2.6 Kiểm toán ứng suất đáy móng theo phương dọc cầu

Cường độ cho phép của đất nền [ R]= 1.000 Mpa

Tổ hợp Ứng suất

Max (MPa)

Kiểm tra

Ứùng suất Min (mpa)

Kiểm tra

4.2.7 Kiểm toán chống lật

(11.6.3.3)

Độ lệch tâm theo phương ngang cầu cho phép

Độ lệch tâm theo phương dọc cầu cho phép

Độ lệch tâm theo phương dọc cầu :

ex = Mx/P Độ lệch tâm theo phương ngang cầu :

Kiểm tra

Độ lệchtâm(ngang)

Kiểm traCường

Cường

Cường

5 BỐ TRÍ VÀ KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

Sử dụng cọc khoan nhồi đường kính D = 1500 mm , chiều dài cọc L= 40 m

5.1.Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu.

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

Qcoc = φ.(0,85.fc’.Ac + fy.As)

Trong đó :

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 244 LỚP: CẦU HẦM K48

+) φ : Hệ số sức kháng , với kết cấu chịu nén ta lấy φ

= 0,75

- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Cường độ chịu nén của

5.2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

- Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọcmóng mố

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

QR = φ qp.Qp + φ qs.Qs

Trong đó :

+ QS = qS AS : Sức kháng tại thân cọc+ QP = qP AP : Sức kháng tại chân cọc

á.Su

Trong đó :

+) N : Số búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa /300 mm)

+) á : Hệ số dính bám

hiện trường hoặc kết quả trong phòng thí nghiệm của cácmẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ sâu 2D ở dướichân cọc

Giá trị Su còn được tính theo công thức : Su = s.tg φ + C

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

+) Sức kháng tại thân cọc :

N

Su(kN/m2

+) Sức kháng mũi cọc :

SVTH: NGUYỄN QUANG THỌ Trang 246 LỚP: CẦU HẦM K48

Cát pha lẫn sỏi

Sức kháng

-> Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất

93363

3,1

+) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc : Qcoc = 10341.048(KN)

+) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P =

93363 (KN)

=> Số cọc bố trí trong móng là n = 12 (cọc) Bố trí thành 3hàng mỗi hàng 4 cọc

- Chiều dài cọc bố trí là 40 m

Sơ đồ bố trí cọc trong bệ móng:

Các giả thiết tính cọc bệ cao đối xứng:

- Cọc đợc liên kết ngàm cứng trong đài và ngàm trợt trong đất lại

- Đài cọc coi nh cứng tuyệt đối

- Mỗi tiết diện cọc đợc coi nh đối xứng so với trục bất kỳ đi quatrọng tâm của nó

- Mỗi tiết diện coi nh đều phẳng sau khi chịu uốn

Trong đó :

cát ϕ=22o

H = 2536.58 kN

a : là kích thớc bệ theo phơng ngang cầu, a =16 m

- Độ cứng của cọc khi chịu nén và chịu uốn:

E.F = 31.5ì106ì1.766 = 55.629ì106 kNE.J = 31.5 ì106ì 0.248 = 7.824 ì106 kN.m2

- Chiều dài của đoạn cọc ngàm trong đất L1 = 19 m

Nội dung tính toán:

- Xác định phản lực đơn vị

rvv =E

19

766.1

*

*12

1

E L

F

n Nn

*

*12

19

766.1

*

*4

*

*12

Thay các các giá trị chuyển vị đầu cọc vào công thức tính nội lực trong cọc thứ n:

Do móng cọc đài cao đối xứng chỉ gồm cọc thẳng đứng nên ta có :

sinδn =0

cosδn = 1

Kết quả tính toán lập thành bảng nh sau:

ω α

α

ω α

ω α

α

α ω α

α

ì+

−+

ì

=

M

N N

M

N Dn

M

N N

M

N Tn

M

N N

M

N Dn

Tn

N N

N N

L

J E sin

x cos u sin v L

J E M

L

J E sin

x cos u sin v L

J E M

L

J E sin

x cos u sin v L

J E Q

Q

cos x sin u cos v L

F E N

26

46

612

2 2

2 3

5.4.1.2 Kiểm toán móng cọc đài cao theo phơng dọc cầu:

5.4.1.2.1 Kiểm toán sức chịu tải của cọc:

Pcọc < P0

Pcọc = Nmax + G - T

+T : Lực ma sát xung quanh thân cọc :

T = mf .U ∑ (ftc

i li ) Trong đó

ϕtb: Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất

SVTH: NGUYEÃN QUANG THOẽ Trang 252 LễÙP: CAÀU HAÀM K48

0

238

56

8

*355

*116

*

++

++

=

=

∑

o o

o i

i i tb

h

h

ϕϕ

o

o

75,54

+Lực ngang : Hx = 284.310 kN

 P = P1 +Pn+ Wmk

Wmk : Trọng lợng của móng khối không tính đài chỉ tính cọc và đất

Pn : Trọng lợng gây nên bởi cột nớc phía trên tầng sét

Wmk= γđ v +γc.V c

c

c,V

γđ : Trọng lợng riêng trung bình của các lớp đất lấy gần đúng:

856

8

*155

*186

*

++

++

V : Thể tích của móng khối quy ớc

*3

468.97( / )

)/(219.672

365.842

08.856068

.18

*3.14153398.29

2 min

2 max

min max

m kN

m kN

W

M F

P

y y

Cờng độ tính toán chịu nén của đất nền nằm dới đáy móng khối quy

min

σ

Ta cũng có thể tham khảo công thức mà quy trình 79 (dùng cho đất dính):

SVTH: NGUYEÃN QUANG THOẽ Trang 254 LễÙP: CAÀU HAÀM K48

u :Chuyển vị ngang tại đáy bệ cọc u= 0.0019941 m

 Uđ=0.0019941 + 0.0000915*11.5= 3046.35*10 m = 0.305 cm

mãn,vậy trụ cầu thiết kế thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang chophép

4.4.2.2 Tính toán cọc chịu tác động theo phơng ngang cầu

Theo phơng ngang cầu lẽ ra cần tính nh đối với phơng dọc cầu, ở

đây ta dùng cách tính gần đúng để tính toán theo phơng ngang

- Nội lực dọc trục :

M N n

1 i

2 i

M min

L

L

*F

Jny

L

*0,5HM

n

NN

Chọn tổ hợp phụ ngang cầu1 để kiểm toán :

)5712.60(kN6.75

*9

19

*1.766

0.248

*275.303

9

*23.351

*0,5641.241112

6500.161

+

++

=

)5120.99(kN6.75

*9

19

*1.766

0.248

*275.303

9

*23.351

*0,5641.241112

- Kiểm toán điều kiện chịu lực của đất dới chân và xung quanh cọc:

Chuyển tải trọng từ đáy đài xuống đáy móng khối quy ớc

+Momen uốn : M =Mott+Hx.hm

= 12416.41+ 233.51 *19 = 16853.1 kNm

+Lực ngang : Hx= 233.51 kN

Ta thấy tổ hợp phụ ngang cầu 1 không nguy hiểm bằng tổ hợp phụ dọc cầu 1, mặt khác mô men kháng uốn theo phơng ngang lại lớn hơn phơng dọc cầu, do vậy kiểm toán này chắc chắn đạt

- Kiểm toán điều kiện chuyển vị ngang của đỉnh công trình:

+ Tơng tự nh trên ta thấy, tổ hợp phụ ngang cầu không nguy hiểm bằng tổ hợp phụ dọc cầu, mặt khác mômen kháng uốn theo ph-

ơng ngang cầu lớn hơn do vậy

kiểm toán này chắc chắn đạt