THIẾT KẾ MỐ CẦU

THIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦUTHIẾT KẾ MỐ CẦU

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỐ CẦU

I KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA KẾT CẤU

I.1 Kích thước thiết kế mố

I.1.1 Cấu tạo mố M 1 :

MC CAÀU MOÁ M1

I.1.2 Các kích thước cơ bản của mố:

- Kích thước theo phương dọc cầu:

4 Khoảng cách từ tường thân tới mép ngoài bệ a4 1.4 m

7 Khoảng cách từ tường đầu đến mép ngoài bệ a7 1.3 m

10 Khoảng cách từ tim gối đến mép ngoài tường thân a10 0.85 m

11 Kích thước đá kê gối theo phương dọc cầu a11 0.9 m

14 Kích thước tường cánh (phương đứng) b2 1.74 m

17 Chiều cao mố từ đáy bệ đến đỉnh tường đầu b5 7.8 m

18 Chiều cao tường thân b6 3.35 m

20 Tổng chiều cao tường thân và tường đàu b8 5.3 m

22 Chiều cao từ đỉnh mấu đỡ bản quá độ tới đỉnh gờ lan can b10 1 m

- Kích thước theo phương ngang cầu:

STT Tên kích thước Ký hiệu Giá trị Đơn vị

I.2.1 Cấu tạo mặt cắt ngang KCN cầu dẫn

I.2.2 Các kích thước cơ bản của KCN cầu dẫn

- Kết cấu nhịp cầu dẫn được sử dụng kết cấu định hình dầm giản đơn L = 33 m với các kích thước thiết kế cơ bản như sau:

- Bảng các kích thước thiết kế KCN cầu dẫn:

Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị

II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ

II.1 Nguyên tắc chung khi tính toán mố

II.1.1 Các tải trọng tác dụng lên mố:

- Mố ở trên mực nước thông thuyền và hầu như không ngập nước nên không tính tải trọng va xô tầu bè và cũng không tính tải trọng gió Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt đầm chặt có  = 1.8 T/m3  = 300

- Nên tải trọng tác dụng lên mố gồm :

7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ

II.1.2 Các mặt cắt cần kiểm toán với mố

- Mặt cắt I-I : mặt cắt bệ móng mố

- Mặt cắt II-II : mặt cắt chân tường thân

- Mặt cắt III-III : mặt cắt chân tường đỉnh

- Mặt cắt IV-IV : mặt cắt bệ

II.2 Xác định các tải trọng tác dụng lên mố

II.2.1 Xác định tải trọng do trọng lượng bản thân của mố:

Khối lượng

- Bảng tính nội lực cho mặt cắt I-I do trọng lượng bản thân mố:

II.2.2.1 Hoạt tải xe ô tô lên KCN

- Chiều dài nhịp tính toán : L = 33 m

- Sơ đồ xếp tải trên nhịp dẫn như sau :

+) Tổng diện tích ĐAH : S = 16,2

+) Diện tích ĐAH dương: S+ = 16,2

+) Diện tích ĐAH âm: S- = 0

II.2.3 Tính tải trọng do lực hãm xe

- Lực hãm xe được lấy bằng 25% trọng lượng các trục xe tải hay xe 2 trục thiết kế trên tất cả các làn xe chạy cùng một chiều

- Lực hãm xe đặt theo phương dọc cầu , điểm đặt cách mặt đường xe chạy 1,8 m

- Do thiết kế trên mố đặt gối di động nên lực hãm xe theo phương dọc cầu là:

BR = 0 kN

II.2.4 Tính tải trọng do lực ma sát gối cầu

- Lực ma sát gối cầu phải được xác định trên cơ sở của giá trị cực đại của hệ số ma sát giữa các mặt trượt Lực ma sát FR được xác định theo công thức sau:

FR = fmax N Trong đó :

+) fmax : là hệ số ma sát giữa bê tông với gối di động cao su : fmax = 0,3 +) Tổng áp lực lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN truyền xuống mố

N =DC+DW+m*Lane*(MAX(R3+R2+R1,R1'+R2')+RWL)

ta có : N = 3087 kN

Vậy ta có : FR = 0,3 3059.4 = 926.2 kN

II.2.5 Lực ly tâm (CE)

- Lực ly tâm được lấy bằng tách số của các trọng lượng trục của xe tải hay xe hai trục

II.2.6 Tải trọng gió (WS,WL)

II.2.6.1 Tải trọng gió tác dụng lên công trình(WS)

II.2.6.1.1Tải trọng gió ngang

Đối với mố tính duyệt theo phương dọc cầu nên coi như tải trọng gió ngang không tính

II.2.6.1.2Tải trọng gió dọc

- Đối với mố trụ 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 tính đến tải trọng gió dọc

II.2.6.2 Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ(WL)

II.2.6.2.1 Tải trọng gió ngang

- Áp lực gió dọc tác dụng lên xe cộ lay bằng 1.5kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang song song với tim dọc kết cấu và đặt cách mặt đường 1.8m

Trị số tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ: WLN = 24.8 kN

II.2.6.2.2 Tải trọng gió dọc

- Áp lực gió dọc tác dụng lên xe cộ lay bằng 0.75kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang song song với tim dọc kết cấu và đặt cách mặt đường 1.8m

- Vì tại mố đặt gối di động nên ta có: WLD = 0 kN

II.2.6.3 Tải trọng gió thẳng đứng

- Chỉ tính tải trọng này cho các trạng thái giới hạn không liên quan đến gió lên hoạt tải và chỉ tính khi lay hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu

- Phải lay tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theo công thức:

PV =0.00045*V2*AV (KN)

gR

2 v 3 4

C 

Trong đó: V Tốc độ gió thiết kế 38m/s

Av Diện tích phẳng của mặt cầu 137.25m2

PV = 128.66 kN

II.2.7 Nội lực do trọng lượng đất đắp

- Chiều rộng mố chịu tác dụng của các lớp (c5=c3-2*c1): c5 = 11.00 m

- Diện tích tác dụng của các lớp (Ftđ=c5*(a1-a3-a4)): Ftđ = 30.8 m2

- Trọng lượng riêng của lớp đất đắp sau mố: gđ = 18kN/m3

Bảng tính nội lực cho mặt cắt I-I bởi trọng lượng đất đắp

II.2.8.1 Áp lực ngang đất EH

- Áp lực ngang của đất đắp lên mố tính theo công thức

EH=(g*H2*K*c5)/2 (KN) Trong đó :

H : Chiều cao áp lực đất

HđI-I : Chiều cao áp lực đất tác dụng tại mặt cắt I-I (=b5) = 7.8 m

HđII-II : Chiều cao áp lực đất tác dụng tại mặt cắt II-II (=b5) = 5.3 m

HđIII-III : Chiều cao áp lực đất tác dụng tại mặt cắt III-III(=b5) = 1.95 m

K = Ka (hệ số áp lực đất chủ động ) nếu là tường chắn công xon

ka=sin2(q+j')/(T*sin2(q)*sin(q-d)) Trong đó : T = [1+sqrt(sin(j'+d)*sin(j'-b)/(sin(q+d)*sin(q+b)))]2

d : Góc ma sát giữa đất đắp và tường : d = 24o

b : Góc giữa phương đất đắp với phương ngang : b = 2o

q : Góc giữa phương đất đắp với phương thẳng đứng : q = 90o

j' : Góc nội ma sát của đất đắp : j'= 35o

Ta có: T = 3.057

Ka = 0.240

Bảng tính áp lực ngang của đất (EH) tại các mặt cắt

II.2.8.2 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố

- Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tường chắn, tác dụng của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao heq

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

g : Trọng lượng riêng của đất

heq : Chiều cao lớp đất tương đương phụ thuộc vào chiều cao tường chắn(m)

Chiều cao tường chắn

H (mm)

Chiều cao lớp đất tương đương heq (mm)

Bảng tính áp lực ngang do hoạt tải sau mố (LS) tại các mặt cắt

III TỔNG HỢP TẢI TRỌNG TẠI CÁC MẶT CẮT

III.1 Bảng hệ số tải trọng theo các TTGH cường độ

III.1.1 - Bảng hệ số tải trọng max

Áp lực ngang của đất (EH) b EH 1447.28 -4515.51

Gió lên công trình (WS) Ngang cầu

III.3.3.2 Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt III-III theo các TTGH cường độ:

III.5.2 Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt V – V theo các TTGH cường độ:

2 Hoạt tải sau mố

IV.1.1 Nguyên tắc chung

- Cốt thép đối với các mặt cắt I-I , II-II , III-III được tính và bố trí để đảm bảo chịu được tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ I

- Với mặt cắt V-V thì ta, VI1 – VI1,VI2 – VI2 , VII3 – VII3 chỉ bố trí cốt thép chịu

tải trọng theo phương ngang cầu

IV.1.2 Công thức kiểm tra điều kiện làm việc của mặt cắt

- Do các mặt cắt chịu nén uốn đồng thời theo 2 phương do đó trước khi tính toán

và bố trí cốt thép thì ta phải kiểm tra điều kiện làm việc của mặt cắt để áp dụng đúng các công thức kiểm toán

+) Nếu lực nén dọc trục Pu > 0,1 ư.fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức :





ry uy

rx

ux

M

M M

M

Trong đó :

+ ư : Hệ số sức kháng với cấu kiện chịu nén dọc trục , ư = 0,75

+ Pu : Lực nén tính toán trong mặt cắt dầm chủ

+ Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt

+ Mux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương x

+ Muy : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương y

+ Mrx : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phương x

+ Mry : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phương y

+ Prx : Sức kháng nén tính toán theo phương x (khi chỉ xét độ lệch tâm ey) + Pry : Sức kháng nén tính toán theo phương y (khi chỉ xét độ lệch tâm ex) + Prxy : Sức kháng nén tính toán theo 2 phương

IV.1.3 Tính toán và bố trí cốt thép chịu mômen uốn

- Cốt thép tại các mặt cắt được bố trí theo cấu tạo sau đó kiểm tra khả năng chịu lực của mặt cắt Nếu không đạt thì ta phải bố trí lại cốt thép

- Xác định chiều cao vùng chịu nén theo công thức của mặt cắt chữ nhật ta có :

b f

f A f A a

C

Y S Y S

85,0

- Mômen kháng uốn danh định của mặt cắt theo công thức của mặt cắt chữ nhật

) 2 ' (

'.

) 2 (

¸

a d f A

a d f A

M n  S Y S   S Y S 

- Mômen kháng uốn tính toán của mặt cắt :

Mr = ư.Mn Với : ư: Hệ số sức kháng , với kết cấu BTCT không DƯL lấy: = 0,9

- Công thức kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu

+ Kiểm tra theo cường độ : 1,33

max



TT r

M M

+ Kiểm tra hàm lượng thép :

y

c

f

f P

'

Trong đó :

+ fc : Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày ,

fc = 30 Mpa = 0,3 T/cm2 ứng với bê tông mác f’c=24 Mpa + fy : Giới hạn bền của thép : fy = 420 Mpa

+ pmin : hàm lượng cốt thép chịu kéo bố trí

Với AS : Diện tích cốt thép chịu kéo bố trí

Ag : Tiết diện nguyên của mặt cắt

IV.1.4 Kiểm toán khả năng chịu cắt của mặt cắt

- Công thức kiểm toán :

n

u φ.V

V Trong đó:

+  : Hệ số sức kháng cắt được xác định theo trong bảng 5.5.2.2-1,

 = 0.9 (với kết cấu BTCT thông thường) + Vn : Sức kháng cắt danh định được xác định theo điều 5.8.3.2

p s c n1 n

Vdb0.25fV

VVVVminV

dfA

Lấy dv = 0,72 h + bv : bề rộng bụng có hiệu, lấy bằng bệ rộng lớn nhất trong chiều cao dv + S : Cự ly cốt thép đai

+  : Hệ số chỉ khả năng bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo được quy định trong điều 5.8.3.4 , lấy  = 2

+  : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định trong điều 5.8.3.4

Lấy  = 45o +  : Góc nghiêng của cốt thép đai đối với trục dọc (độ) Nếu cốt đai thẳng đứng,  = 900

+ Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm2)

+ VP : Thành phần lực ứng suất trước có hiệu trên hướng lực cắt tác dụng,

là dương nếu ngược chiều lực cắt (N) Với kết cấu BTCT thường VP = 0

IV.1.5 Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt

- Sử dụng tải trọng được tổ hợp theo TTGH sử dụng , tức là tải trọng tiêu chuẩn

+ Tĩnh tải không xét hệ số tải trọng

+ Hoạt tải không xét hệ số tải trọng , hệ số xung kích

- Điều kiện kiểm toán : Các cấu kiện được thiết kế sao cho ứng suất kéo trong cốt thép chịu kéo ở TTGH sử dụng fsa phải thoả mãn :

Trong đó :

+ dC : Chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến tâm của thanh thép hay sợi thép đặt gần mép bê tông nhất Mục đích là nhằm đảm bảo chiều dày thực của lớn bê tông bảo vệ dc < 5 cm

+ Abt : Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo

và được bảo bởi các mặt ngang và các đường thẳng song song với trục TTH

) / ( 52 , 2 2 , 4 6 , 0 6 , 0 ) (

2 3

/

A d

Z f

c sa

Với : + Nthanh : là số thanh thép thường chịu kéo trong phạm vi Abt

+ Z : là thông số bề rộng vết nứt (N/mm) Z được xác định như sau :

1 - Với điều kiện môi trường thông thường

đó ta lấy thông số bề rộng vết nứt : Z = 25000 N/mm = 250 KN/cm

- Ứng suất trong cốt thép chịu kéo được tính theo công thức :

S S

tc S

d j A

M f



Trong đó :

+ MTC : là mômen tại mặt cắt theo TTGH sử dụng

+ AS : Diện tích cốt thép chịu kéo bố trí

+ dS : Chiều cao có hiệu của mặt cắt

+ j : Thông số tính toán : j = 1- k/3

Với k được tính theo công thức : k .n 2.n2 2..n

+) r : Hàm lượng cốt thép chịu kéo bố trí :

S

S

d b

IV.2 Tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt II – II (Mặt cắt đỉnh bệ)

- Cường độ chiệu nén của bêtông f c ’ = 24Mpa

- Tải trọng dùng để kiểm toán

- Nếu lực tính toán dọc trục nhỏ hơn 0,1 ư.f'c.Ag: kiểm toán uốn theo 2 phương theo điều kiện

M uy rx

rx

1111

+ Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt mm2

+ Ast : Gới hạn chảy quy định của cốt thép MPa

+ ư : Hệ số sức kháng = 0,75 với cấu kiện chịu nén dọc trục

+ Prxy : Sức kháng dọc trục tính toán khi uốn theo hai phương (N)

+ Prx : Sức kháng dọc trục tính toán khi khi chỉ có độ lệch tâm ey (N) + ex : Độ lệch tâm của lực dọc trục tính toán tác dụng theo hướng trục

+ As Diện tích thép

Phương dọc 53 thanh F18 As X = 13611 mm2

Phương ngang 10 thanh F16 As Y = 1986.00 mm2

+ dc Chiều dày lớp phủ bê tông

dc = 60.0 mm (phương dọc)

dc= 40.0 mm (phương ngang) + d Chiều cao có hiệu của mặt cắt

Phương dọc dex = 1731 mm Phương ngang dey = 12952 mm + a=cb1 Chiều dày của khối ứng suất tương đương

b1 Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất b1 = 0.85 Phương dọc ax = 22 mm

Phương ngang ay = 23 mm

- Trị số sức kháng tính toán:

+ Phương ngang Mrx = 9714.64 (KN.m)

+ Phương dọc Mry = 8851.05 (KN.m)

+ Mux Mô men tính toán theo trục x = 0.0 (KN)

+ Muy Mô men tính toán theo trục y = 10200.49 (KN.m)

- Xác định tỷ số độ mảnh K.Lu/r

+ R: Bán tính quán tính

m A

+ I : Mô men quán tính Ix = 329.55 m4; IY = 6.318 m4

+ K: Hệ số chiều dài hữu hiệu = 2

+ Lu Chiều dài thanh chịu nén = 5.3 m

+ Tỷ số độ mảnh theo phương ngang K.Lu/r= 3 < 22 Bỏ qua hiệu ứng

độ mảnh (5.7.4.3 22 TCN 272-05)

+ Tỷ số độ mảnh theo phương dọc K.Lu/r= 18 < 22 Bỏ qua hiệu

ứng độ mảnh (5.7.4.3 22 TCN 272-05)

db = 1 Kiểm toán theo công thức (1-a) :

IV.2.2.2 Kiểm toán cấu kiện chịu cắt:

IV.2.2.2.1 Kiểm toán sức kháng cắt:

s

g g

d Avf

+ : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo (5.8.3.4) -> =450

+ Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s (mm2 )

10 thanh F12 -> Av = 713.3 mm2+ Vp : Thành phần dự ứng lực hữu hiệu trên hướng lực cắt tác dụng là dương nếu ngược chiều lực cắt

- Sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tông

IV.2.2.2.2 Cự ly tối đa của cốt thép ngang

Cự ly tối đa của cốt thép ngang không được vượt quá trị số sau:

Nếu Vu<0.1fc’bvdv thìsd v 600 mm Nếu Vu>= 0,1 fc’ bv dv thì sd v 300 mm

- Kiểm tra cự ly tối đa của cốt thép ngang S < 0053max =600mm

(5.8.2.722TCN272-05)

IV.2.2.3 Kiểm tra khống chế nứt bằng phân bố cốt thép(5.7.3.4)

Các cấu kiện phải được cấu tạo sao cho ứng suất trong cốt thép thường ở trạng thái giới hạn sử dụng fsa không vượt quá

y c

A d

+ Z : Thông số về về rộng vết nứt phụ thuộc vào môi trường

Ứng suất trong cốt thép chịu kéo ở trạng thái giới hạn sử dụng không được vượt quá 0,6fy (theo 5.7.3.4 22 TCN 272- 05)

Ta thấy : fsa = 214 < 0.6fy = 252 ->Kiểm tra Đạt

IV.3 Tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt III – III (mặt cắt chân tường đỉnh)

IV.3.1 Bảng tổng hợp tải trọng xét tới mặt cắt III-III

- Chiều cao có hiệu của mặt cắt d =440mm

- Chiều dày của lớp phủ bêtông d c =51mm

- Cường độ của thép f y =420MPa

- Cường độ chiệu nén của bêtông f c ’ = 24Mpa

- Tải trọng dùng để kiểm toán

 = 0.85: hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất

Chiều dày khối ứng suất tương đương: a = 17.96mm

0 '

Kiểm tra lượng cốt thép tối đa 0.42 > c/de = 0.04 Đạt.

IV.3.2.2 Kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện

Sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bêtông Vc = 4651.68KN

Sức kháng cắt của cốt thép ngang:

+ 0.6fy = 252 Mpa + dc = 50mm + n = 50 + A = 52000 mm2+ Z = 30000 + fsa = 218.2 Mpa

Ta thấy : fsa = 218.2 < 0.6fy = 252->Kiểm tra Đạt

IV.4 Tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt IV – IV

IV.4.1 Bảng tổng hợp tải trọng xét tới mặt cắt IV- IV