ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

đảm bảo độ cứng , xét đến khả năng mở rộng cầu trong tương lai- Kết cấu phù hợp với trình độ và năng lực thi công hiện tại.. - Các yếu tố trên mặt bằng phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật

I KHÁI NIỆM

Việc thiết kế và lựa chọn phương án cầu là một bài toán tổng thể nhiều mặt: Kỹ

thuật công nghệ, quy hoạch, môi trường, kinh tế Các phương án cầu nêu ra phải thỏa

mãn yêu cầu kỹ thuật, kinh tế, công nghệ thi công, điều kiện khai thác duy tu bảo

dưỡng, ý nghĩa quốc phòng và yêu cầu mỹ quan

Trong thiết kế, người ta phải thành lập nhiều phương án, sau đó tính toán cụ thể

từng phương án và đánh giá chúng để từ đó lựa chọn ra phương án tối ưu nhất

II.1 Mặt cắt địa chất

Hình 1 Tiết diện mặt cắt sông theo phương án 2Địa chất mặt cắt sông được khảo sát và thiết kế dựa trên thí nghệm địa tầng và khảosát địa chất mặt cắt sông :

Lớp 1 : Đất sét cứng

Lớp 2 : Cát bùn

Cao độ tính toán của mực nước thủy văn :

+ Chiều cao mực nước cao nhất : HMNCN = 96 (m)

+ Chiều cso mực nước thấp nhất : HMNTN = 64 (m)

+ Chiều cao mực nước thông thuyền : HMNTT = 86 (m)

Cấp đường sông thiết kế :

Cấp Sông

II.2 Thông số thiết kế

Kết cấu tầng trên : Mặt cắt đá balat bề dày 0,5m

Tải trọng thiết kế : T- 22

đảm bảo độ cứng , xét đến khả năng mở rộng cầu trong tương lai

- Kết cấu phù hợp với trình độ và năng lực thi công hiện tại

- Đảm bảo tính thông thoáng và thẩm mỹ

- Các yếu tố trên mặt bằng phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng vớivận tốc thiết kế

- Mặt bằng tuyên phải phù hợp với các quy hoạch 2 bên đường và các dự ánkhác liên quan

- Thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng và hạn chế mức thấp nhất khối lượngxây dựng và giải phóng mặt bằng

- Phối hợp hài hòa giữa các yếu tố : bình đồ - trắc dọc – trắc ngang – cảnh quan

- Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình thi công

- Đảm bảo kinh tế

2 Chọn vị trí xây dựng cầu :

- Phù hợp với quy hoạch phát triển giao thông trong khu vực

- Thuận lợi cho hoạt động giao thông

- Thỏa mãn các tiêu chuẩn về các yếu tố hình học của tuyến và cầu

- Thỏa mãn yêu cầu về thủy văn , thủy lực

- Thuận lợi cho thi công và tổ chức thi công

- Có giá thành xây đắp công trình hợp lý …

3 Đề xuất các phương án thiết kế cầu

3.1 Phương án dầm Bê Tông DUL

Chọn cầu gồm 3 nhịp, chiều dài mỗi nhịp là 23,6m với 2 trụ và 2 mố

Sơ bộ ta chọn như sau

Hình 1.2 : Mặt cắt sông phương án dầm DUL

3.2 Phương án dầm Bê Tông

Chọn cầu gồm 5 nhịp, các nhịp bằng nhau dài 16,5m, thiết kế 4 trụ và 2 mố

Sơ bộ như sau

MNTT như sau:

Trong đó : MNCN : mực nước cao nhất

MNTT : mực nước thông thuyền chọn sao cho thỏa mãn :

Chọn cao độ cót 0.0 cao hơn MNTN 1m để dễ đo đạc trắc quan tắc và cao độ của MNTT là +0,65m

Vậy chiều cao đỉnh trụ sơ bộ :

 Chọn

4.2 Mố cầu

Mố cầu đường sắt khác mố cầu ô tô là thân mố thường hẹp hơn, chịu hoạt tải lớn và cấu tạománg balat trên đỉnh mố Nếu chọn phương án mố chữ U thì do có bề rộng tườngc ánh lớnrộng hẹp của khổ tàu nên chịu cả hoạt tải và tĩnh tải lớn , nên quá trình khai thác thường dễphát sinh các vết nứt tại góc liên kết giữa tường trước và cánh Nếu giải pháp tăng bề dàycánh để tạo tiết diện đặt tại mặt cắt tường đỉnh mố thì có thể đáp ứng được khả năng chịu lựcnhưng dẫn đến tốn vật liệu Mác bê tông thườngduùng cho trụ đặc là B20 trở lên biên pháp

đổ tại chỗ

Để thoát nước ra sau mố, đồng thời để tăng dần độ cứng của nền đường khi vào cầu, mặt trêncủa mố nên có xu hướng ngả về phía nền đường Ngoài ra phần bệ móng( đài) cũng nên dàithêm về phía nền đường một đoạn khoảng 30-50 cm , so với bệ móng để tạo ra một đối trọngđảm bảo độ ổn định mố Một phần do địa chất và caaos sông nên chiều cao đất đắp lớn , H>

Hình 1.4 : Mặt cắt Mố phương án dầm Bê tông

Hình 1.5 : Mặt cắt Mố phương án dầm DUL

4.3 Trụ cầu

Chọn phương án trụ thân hẹp đặc loại nặng thường có dạng một tường dày , song song vớidòng nước vì chiều cao trụ lớn nên thân trụ làm nghiêng so với dòng nước Vì chiều cao trụlớn nên thân thân trụ cho phù hợp với kích thước theo yêu cầu chịu lực truyền tải trọng tốthơn đến kết cấu móng bên dưới Ngoài ra để giảm bớt khối lượng vật liệu xây dựng và giảmtrọng lượng bản thân trụ , nên chọn dùng phương án trụ đặt thân hẹp

Ta chọn kích thước và bề rộng của trụ phụ thuộc vào chiều cao đỉnh trụ Btrụ= 0,2 đến 0,3Htheo phương dọc cầu ( H là cao độ mép trên bệ đến cao độ mép trên xà mũ ) còn phương cầuvào khoảng cách các gối và bề rộng làn xe lửa quyết định , lưu ý từ mép mép gối ngoài đếnmép mũ trụ cách 1 đoạn 20cm và vát với độ dốc 1:10 để thoát nước

Hình 1.6 : Mặt cắt Trụ cầu phương án dầm Bê tông

Hình 1.7 : Mặt cắt Trụ cầu phương án dầm DUL

5 Sơ bộ mặt cắt các phương án

Phương án dầm bê tông chiều dài nhịp là 96,9m với 5 nhịp 16,5m

Phương án dầm DUL với chiều dài nhịp là 70,8m với 3 dầm, có chiều dài mỗi dầm là23,6m

Ta chọn phương án DUL để thiết kế

Tính toán và bố trí cốt thép dầm cạnh mố dài 23,6m theo yêu cầu

Ta chọn sơ bộ mắt cắt theo 2 phương án với các dầm có kích thước sẵn :

 Dầm Bê tông

 Dầm DUL

Hình 1.8 : Mặt cắt Dầm Bê tông thường

Hình 1.9 : Mặt cắt Dầm Bê tông DUL

Chọn dầm bê tông DUL có chiều dài là L=23,6 m và thép chịu lực AIII để tính toán

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

Thép tính toán thép A-III có:

• Cường độ tính toán của cốt thép dọc Rs =365 MPa

• Cường độ tính toán của cốt thép ngang Rsw =290 Mpa

• Cường độ tính toán chịu nén Rsc = 365 Mpa

• Môdun đàn hồi Es =20.104 Mpa

Hệ số điều kiện làm việc γ =b 1

Cấp độ bền của bê tông B=40 Mpa

Chiều dài tính toán của dầm : L dam =23, 6( )m

, chiều cao của dầm B=2430 (mm),chiều rộng của dầm B = 760 (mm)

Tiết diện mặt cắt ngang dầm chữ T

1 Tĩnh TảiTải trọng bản thân : 1 1

.1 25.0,18.1

bt

4,5 (kN/m)Tải trọng đá lớp đá balat g2 =γbalat.h1=20.0,5.1 10(= kN m/ )

Tải trọng lề bộ hành g3 =3,3(kN m/ )

Tải trọng tay vịn G4 =0,7(kN)

2 Hoạt tảiTải trọng người :

g

2

1,5.220

97,06( / ) 2,7 2.0,35

2

l l

0,163.0,9.22.1000.150

1326( ) 365

b b s

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

1 Kiểm tra độ bền của bản mặt cầu

2 Kiểm tra mỏi

Hệ số qui đổi bê tông về thép

4

5,83336000

23, 419

x

2 9

2 9

11,817

0,323 36,527

tt ht

M M

σρ

.47, 20.10 13545,386 / 22.10 /139526120,8.10

5 3

157016,109.47,926.10

3,58.10 ( ) 0,00358 0,02 ( ) 210000.10

s cr

18 (6 ).1000 6.18 30 1000 147000

147000

1020,83 8.18

I Nội lực do tác dụng

1 Nội lực do tĩnh tải

Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc bao gồm : bản thân dầm và tải trọng do tà vẹt,tay vịn, lan can

G g l

Tĩnh tải n f Tải trọng tiêu chuẩn

(kN)

Tải trọng tính toán(kN)

Đường ảnh hưởng M1/4

Đường ảnh hưởng Q gối

Đường ảnh hưởng Q1/4

Đường ảnh hưởng Q L/2

Hình 3 : Đường ảnh hưởng của tải trọng tĩnh tác dụng lên dầm

Bảng 5 : Mô men do tĩnh tải tính toánBảng 2.4: Mômem do tĩnh tải và hoạt tải người gây ra

b( T.m) Mm(T.m) Mn(T.m)L/2 65,551 470,348 402,562 402,562L/4 49,166 352,781 301,938 301,938Bảng 2.5: Lực cắt do tĩnh tải và hoạt tải người gây ra

2 Nội lực do hoạt tải

Nội lực do hoạt tải tàu được xác định theo công thức :

Với :

Hệ số vượt tải nh được lấy từ điều 2.23

Tính cho mô men và lực cắt tại vị trí L , L/2 , L/4 theo các bảng sau :

Bảng 8 Mô men tại vị trí L/2 và L/4

Vị trí nh (T/m) Mb(T.m) Mm(T.m) Mn(T.m)L/2 1,231 1,233 0,5 10,046 65,551 499,762 380,298 329,263L/4 1,231 1,233 0,5 10,828 49,166 404,021 335,126 266,185

Bảng 9 Lực cắt tại vị trí L và L/4

Vị trí nh (T/m) Qb(T.m) Qm(T.m) Qn(T.m)

L 1,231 1,233 0,5 11,967 11,45 103,988 97,409 68,511L/4 1,248 1,269 0,5 11,911 5,725 53,997 42,926 34,095L/2 1,134 1,318 0,5 13,182 2,862 28,193 22,862 18,863

Bảng 10 Tổng hợp nội lực của dầm dọc (theo điều kiện bền)

Chiều cao cánh dầm quy đổi :

Chọn bề rộng qui đổi : bf= 2060 mm ( Phần cánh trên )

 = 137,375 =

Chọn 1 bó là 40 tao nên số bó cáp là

' 378,19

9, 4540

M : moment uốn lớn nhất của bản mặt cầu

x : Chiều cao vùng bê tông chịu nén

b : Bề rộng của tiết diện

0

h

: Chiều cao làm việc của tiết diện

a : Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt thép chịukéo

As : Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo

Chiều cao làm việc của tiết diện:

0 1534, 25( )

6

320,988 280.51954, 2 1534, 25 10 19984, 27( )

Kiểm tra mất mát ứng suất của dầm bê tông DUL căng trước theo 6 trường hợp sau:

• Do từ biến của bê tông (σbt)

Hao tổn do từ biến của bê tông xảy ra sau một qúa trình chịu nén lâu dài Đối với

Trong đó k =1 đối với bê tông đông cứng tự nhiên, k =0,85 đối với bê tông dưỡng

hộ nhiệt; trị số σbH được lấy bằng σbH khi tính ứng suất hao do từ biến nhanh

• Bê tông bị cốt thép vòng, hoặc cốt thép xoắn ốc ép lõm xuống ( σel)

Các cốt thép ứng lực trước ép lõm mặt bê tông xuống, do đó đường kính vòng thépgiảm đi, gây ra sự hao ứng suất

Đường kính của cấu kiện <3m, ứng suất hao lấy bằng σel= 300 kG/cm2 = 30 (Mpa)

• Do sự biến dạng của neo và sự ép sát các tấm đệm (σneo)

Trong đó: + L - căng trước là khoảng cách giữa hai bệ căng, ( L= Ldầm+1,5.2)

+λ - tổng số biến dạng của bản thân neo, của khe hở tại neo, của sự épsát các tấm đệm Lấy λ = 2mm cho mỗi đầu neo

10.2

.20.10 150,37623,6 2.1,5 10

: chiều cao bên trên vùng chịu nén (mm)

Tính đặc trưng hình học của tiết diện chữ T DUL:

,

.1243,311( )