Chương I THIẾT KẾ SƠ BỘ * PHƯƠNG ÁN I : CẦU DẦM BTCT DƯL * PHƯƠNG ÁN II : CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU.. I.1.Đánh giá điều ki
Trang 1Đề tài : THIẾT KẾ CẦU QUA SÔNG MC 2 Các số liệu ban đầu
I.1.Địa chất: Địa chất ở khu vực xây dựng cầu được chia thành4 lớp khá rõ rệt:
- Lớp 1
- Lớp 2
- Lớp 3 -Lớp 4
I.2.Thuỷ văn:
- Mực nước cao nhất : -1.5 m
- Mực nước thấp nhất: -12.8 m
- Mực nước thông thuyền -6.5 m
I.3.Các tiêu chuẩn kỹ thuật của công trình:
- Tải trọng thiết kế : 0.65 HL-93 +3 KN/m2
- Khẩu độ cầu : Lo = 240.45 m
- Khổ cầu : 8 + 2x1.5m
- Cấp sông : Cấp V
I.4.Lựa chọn các kích thước
Cao độ đáy dầm (CDĐD) : Bằng max của 2 giá trị
+ MNCN +h( h>1m)
+MNTT + H tt = -6.5 + 3.5 = -3 m
CĐĐD = MNCN + 2,0 = -1.5+ 1 =- 0.5 m
(song cấp V , khổ thông thuyền 25m x 3,5m)
Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) :
CĐĐT = CĐĐD – hgối – hđá kê gối
Chọn hgối = 0.1 m , hđá kê gối = 0.2 m
CĐĐT =- 0 5 – 0.1 – 0.2 = -0.8 m
Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) :
CĐĐB ≤ MNTT – 0.5m
CĐĐB ≤ -12.8 – 0.5 = -13.3m
Cao độ đáy bệ (CĐĐB) :
CĐĐB = CĐĐB - hbệ(1.5m ÷ 2m )
CĐĐB = -13.3 –1.8= -15.1 m
Trang 2
Chương I THIẾT KẾ SƠ BỘ
* PHƯƠNG ÁN I : CẦU DẦM BTCT DƯL
* PHƯƠNG ÁN II : CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU I.1.Đánh giá điều kiện địa hình:
Mặt cắt dọc song không đối xứng, do đó rất khó cho việc bố trí kết cấu nhịp đối xứng, nên chọn giải pháp kết cấu nhịp không đối xứng sau cho khổ thông thuyền nằm ở nhịp có chìu sâu sâu nhất trong mặt cắt sông
Sông cấp V, chiều rộng khổ gầm cầu 25 m nên chọn những giải pháp kết cấu phù hờp với điều kiện thi công
I.2.Các giải pháp kết cấu:
I.2.1.Nguyên tắc chung:
- Đảm bảo mọi chỉ tiêu kỹ thuật đã được duyệt
- Kết cấu phải phù hợp với khả năng và thiết bị của các đơn vị thi công
- Ưu tiên sử dụng các công nghệ mới tiên tiến nhằm tăng chất lượng công trình, tăng tính thẩm mỹ
- Quá trình khai thác an toàn và thuận tiện và kinh tế
I.2.2.Giải pháp kết cấu công trình :
*Kết cấu hạ bộ:
- Kết cấu mố chọn loại mố chữ U cải tiến
- Dùng trụ cầu toàn khối cho kết cấu cầu dơn giản
ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ
Trên cơ sở phân tích và đánh giá ở phần trên, ta đề xuất các phương án vượt sông như sau:
II.1.Phương án I:cầu BTCT DUL DẦM I
- Chiều dài toàn cầu: 230,35m
- Loại cầu: Cầu giản đơn BTCT DƯL
- Mô tả kết cấu phần trên :
+ Sơ đồ nhịp: Sơ đồ 7 nhịp: 3 nhịp 25m,1 nhịp chính 35m, 4 nhịp 30m
+ dầm chữ I BTCT DƯL
+ Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác345
Trang 3+ Các lớp mặt cầu gồm: Lớp BT nhựa
Lớp phòng nước
Lớp tạo độ dốc
- Mô tả kết cấu phần dưới:
+ Dạng mố: Mố chữ U cải tiến BTCT Mác300
+ Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp
+ Móng: Móng cọc BTCT Mác300
- Đường dẫn hai đầu cầu :
+ Lớp BTN mịn 5cm
+ Lớp BTN thô 7cm
+ Lớp CPĐD dày 30cm
+ Lớp CP đất đồi K98
+ Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95
-Phương pháp thi công chỉ đạo:
+ Dầm BTCT chữ I được đúc trên bờ, dùng cần cẩu lao lắp lên nhịp
1 Số liệu chung tính toán cho cầu
1.1 Số liệu chung
- Qui mô thiết kế : cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng dầm thép liên hợp BTCT
- Quy trình thiết kế:TCVN 11823 - 2017
- Chiều dài nhịp :L=25,35,30
- Khổ cầu :
+ Bề rộng phần xe chạy : Bxe = 8 m
+ Bề rộng phần người đi bộ: Blề = 2 ×1.5m
+ Chân lan can : 2x0,5 m => bclc = 0,5 m
+ Bề rộng toàn cầu : Bcầu = 8 + 2x1.5 + 2x0.5= 12 m
- Tải trọng thiết kế :
+ Tải trọng 0.65HL93+3 Kn/m2
II.1.Phương án II:cầu DẦM THÉP bản BTCT
-Chiều dài toàn cầu: 226,25 m
- Loại cầu: Cầu dầm thép bản btct
- Mô tả kết cấu phần trên :
+ Sơ đồ nhịp: Sơ đồ6 nhịp: 2 nhịp 36m,1 nhịp chính 40m, 3 nhịp 38m
+ dầm chữ I BTCT DƯL
Trang 4+ Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác345
+ Các lớp mặt cầu gồm: Lớp BT nhựa
Lớp phòng nước
Lớp tạo độ dốc
- Mô tả kết cấu phần dưới:
+ Dạng mố: Mố chữ U cải tiến BTCT Mác300
+ Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp
+ Móng: Móng cọc BTCT Mác300
- Đường dẫn hai đầu cầu :
+ Lớp BTN mịn 5cm
+ Lớp BTN thô 7cm
+ Lớp CPĐD dày 30cm
+ Lớp CP đất đồi K98
+ Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95
-Phương pháp thi công chỉ đạo:
+ Dầm BTCT chữ I được đúc trên bờ, dùng cần cẩu lao lắp lên nhịp
1 Số liệu chung tính toán cho cầu
1.1 Số liệu chung
- Qui mô thiết kế : cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng dầm thép liên hợp BTCT
- Quy trình thiết kế:TCVN 11823 - 2017
- Chiều dài nhịp :L= 38,35,30m
- Khổ cầu :
+ Bề rộng phần xe chạy : Bxe = 8 m
+ Bề rộng phần người đi bộ: Blề = 2 ×1.5m
+ Chân lan can : 2x0,5 m => bclc = 0,5 m
+ Bề rộng toàn cầu : Bcầu = 8 + 2x1.5 + 2x0.5= 12 m
- Tải trọng thiết kế :
+ Tải trọng 0.65HL93+3 Kn/m2
Trang 5CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CƠ SỞ
II.1 Thiết kế cơ sơ phương án cầu bê tông
II.1.1 Thuyết minh cấu tạo :
- Dầm chủ :
+ Chiều cao dầm :h=1.65m
ℎ
𝑙 =
1.65
35 = 0.047 ≥ 0.045
+ Chiều dài nhịp :
Xác định nhịp thông thuyền:
Thiết kế với sông cấp V: Theo tiêu chuẩn TCVN 11823-2017 ta có khổ thông thuyền như sau:
Bề rộng khổ thông thuyền Btt= 25m
Tĩnh không dưới cầu : Htt=3.5m
Trang 6
Chọn bề rộng trụ: Btrụ =1.8 m
Khi đó chiều dài nhịp giữa được xác định như sau:
𝐿𝑔𝑖ữ𝑎 ≥ 𝐵𝑡𝑡 + 2×2+2× Btrụ
2 = 25+4+1.8 = 30.8 m
Chọn chiều dài nhịp giữa: Lgiữa = 35 m
Chiều dài nhịp biên: Lbiên ≤ Lgiữa
Chọn chiều dài nhịp biên: Lbiên trái = 25 m , Lbiênphải = 30 m
Khoảng cách giữa các dầm chủ: Chọn là 2.4m
Khoảng cách giữa các dầm ngang tại nhịp giữa là: 5 m
- Mố : Tính các cao độ khống chế :
htường đỉnh= hđá kê gối + h gối + hdầm +hbản mặt cầu +hlớp phủ
hường đỉnh = 0.3 + 0.2 +1.65+ 0.2+0.105 =2.26 m
Cao độ xà mũ :
CĐXM = CĐMC – h(tường đỉnh) = +0.56 – 2.26 = - 2
Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) :
CĐĐB = MNXM– htường thân = -2 -2.5 = -4.5
Cao độ đáy bệ (CĐĐB) :
CĐĐB = CĐĐB - hbệ(1.5m ÷ 2m )
= -4.5 - 1.5 = - 6
- Trụ:
Cao độ đáy dầm (CDĐD) : Bằng max của 2 giá trị
+ MNCN +h( h>1m)
+MNTT + H tt = -6.5 + 3.5 = -3 m
CĐĐD = MNCN + 2,0 = -1.5+ 1 =- 0.5 m
(song cấp V , khổ thông thuyền 25m x 3,5m)
Trang 7Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) :
CĐĐT = CĐĐD – hgối – hđá kê gối
Chọn hgối = 0.1 m , hđá kê gối = 0.2 m
CĐĐT =- 0 5 – 0.1 – 0.2 = - 0.8 m
Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) :
CĐĐB ≤ MNTT – 0.5m
CĐĐB ≤ -12.8 – 0.5 = -13.3m
Cao độ đáy bệ (CĐĐB) :
CĐĐB = CĐĐB - hbệ(1.5m ÷ 2m )
CĐĐB = -13.3 –1.8= -15.1 m
II.1.2 Tính toán sơ bộ :
Tính ở trạng thái giới hạn cường độ I,tính ở mặt cắt giữa nhịp ,tính
mômem :
1.Phương án thiết kế sơ bộ
- Sơ đồ mặt cắt ngang cầu : u
- Sơ đồ mặt cắt ngang dầm chính : 35m
2%
2%
Trang 8-
- Bố trí dầm chính và dầm ngang :
- Chiều dài nhịp chính: Lnhịp=35m
- Chiều dài nhịp tính toán : Ltt=34.4m
- Bê tông:
+ Trọng lượng riêng: γ=25 kN/ m3
+ Cường độ chịu nén: dầm chính : fc ’=50 Mpa
+Bản mặt cầu, dầm ngang : fc ’=30 Mpa
2.Tính khối lương kết cấu nhịp
2.1 Tĩnh tải giai đoạn 1: Bao gồm: trọng lượng bản thân dầm chính, bản mặt
cầu, dầm ngang
2.1.1 Trọng lượng bản thân dầm chính ( tĩnh tải rãi đều trên 1m dầm chính)
- Diện tích mặt cắt tại gối: Agối = 1103500.52mm2 = 1.1 m2
Trang 9- Diện tích mặt cắt vát ( nhỏ ): Avát = 635239.25 mm2 = 0.64 m2
- Thể tích dầm chính:
Vch= Agối x ( 0.3+1.7 ) x 2 + 1
2 (Agối + Avát) x 1 x 2 + Avát x 29 = 24.7 m3
- Tĩnh tải dầm chủ xem như rãi đều suốt chiều dài dầm:
DC1 = 𝑉∗𝛾
35 = 17.64 KN/m
2.1.2.Tĩnh tải dầm ngang:
- Diện tích dầm ngang tại gối :A = 10199577,12 mm2
= 10.20 m2
- Thể tích dầm ngang tại gối :V1 = 10 20 × 0.3 = 3.06 m3
- Diện tích dầm ngang tại gữa nhịp :A = 10321000 mm2
= 10.32 m2
- Thể tích dầm ngang tại giữa nhịp :V2 = 10.32 × 0.3 = 3.096 m3
- Tĩnh tải dầm ngang xem như phân bố đều trên các dầm chủ:
DC2 = 𝑛V∗𝛾
5×35 = 3.53 kN/m
2.1.3Tải trọng do lan can cầu, tay vịnh
- Diện thích phần lan can :A= 219000mm2=0.22m2
- Tĩnh tải lan can :
qlan can = 0.22∗2∗25
5 = 2.2 kN/m
- Giả sử tĩnh tải tay vịnh: qtv =2 KN/m
DC3 =4.2 KN/m
2.1.4 Tĩnh tải bản mặt cầu:
- Bản mặt cầu là khối bê tông kích thước : 12x35x0.2 m3
- Thể tích bản mặt cầu: Vbmc = 12*35*0.2=84 m3
- Tĩnh tải bản mặt cầu : xem như phân bố đều cho tất cả các dầm chính:
Trang 10DC4 = 𝑉∗𝛾
5∗35 = 12 kN/m
2.1.5 Tĩnh tải các công trình phụ trợ :
DC5 =0.5 KN/m
DC = DC1 + DC2+ DC3+ DC4+ DC5
DC= 17.64+3.53+4.2+12+0.5=38.87 KN/m
2.2 Tĩnh tải giai đoạn 2:Tải trọng của lớp phủ mặt cầu,
- Chiều dày lớp phủ trên cầu:lớp mui luyện 15mm,lớp phòng nước 10mm, lớp
bê tông bảo vệ 30 mm,lớp bê tông nhựa 50mm
- Lớp bê tông asphant có chiều dày t=0.05m γ = 2320 kg/m 3
- Lớp phòng nước có chiều dày t= 0.01m γ =1800 kg/m 3
- Lớp bê tông bảo vệ : t= 0.03m γ =2500 kg/m 3
- Lớp mui luyện : : t= 0.015m γ =2500 kg/m 3
- Diện tích phủ :35*8= 280 m2
- Tĩnh tải lớp phủ: xem như rãi đều trên tất cả các dầm chính:
DW =((0.05×23.2)+(0.01×18)+(0.03×25)+(0.015×25))∗280
3.Nội lực do hoạt tải chưa tính đến hệ số
Hoạt tải xe ôtô thiết kế và quy tắc xếp tải (Điều 3.6.1.3)
Dah Momen tại mặt cắt giữa nhịp :
Trang 11Hình 2.9: Hệ lực đặt lên đường ảnh hưởng momen tại mặt cắt giữa nhịp
Mômen tại mặt cắt L/2 chưa tính các hệ số
i i
xetai P
M ; M làn 9 3 M;
Xe tải thiết kế
y35 6.45 m
y145 6.45 m
y145 8.60 m
Xe hai trục y110 8.60 m
y110 8.00 m
Momen
M3tr 2408 kN.m
M2tr 1826 kN.m
Mlan 1376 kN.m
Bảng 2.7: Bảng tung độ nội lực do hoạt tải tại các mặt cắt dầm chủ chưa hệ số
Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen
* Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen trong các dầm giữa
- Điều kiện áp dụng:
1100≤ S=2000≤ 4900mm : Khoảng cách giữa các tim dầm chủ
110≤ts=200≤ 300 mm : Chiều dày bản mặt cầu
6000≤L=34400≤73000 mm : Chiều dài kết cấu nhịp
Trang 12- Với một làn thiết kế chịu tải
mg 1lan =0.06 + ( 𝑆
4300 )0.4 ∗ (𝑆
𝐿 )0.3 ∗ ( 𝐾𝑔
𝐿∗𝑡𝑠3)0.1 = 0.06 + (2400
4300 )0.4∗ (2300
34400 )0.3 ∗ (1) 0.1 = 0.4117
2900 )0.6∗ (𝑆
𝐿 )0.2∗ ( 𝐾𝑔
𝐿∗𝑡𝑠3)0.1 = 0.075 + (2400
2900 )0.6∗ (2400
34400 )0.2 ∗ (1) 0.1 = 0.5991
=> mg giữa = max (mg 1lan , mg ≥2 lan ) = max ( 0.4117;0.5991) = 0.5991
* Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen trong các dầm biên
mgLL = m* ½ ( 1.042+0.292) = 0.8087
mglan = m* ωlan = 1.2* ½ *( 3000*1.042)=0.8004
- Nhiều làn chịu tải: tra bảng
mg≥2lan = e*mgdam trong = ( 0.77 +de/2800 )* mgdam trong = (0.77+
750/2800)*0.5991=0.6218
=> mgbiên= max (mg1lan, mg≥2 lan) = max (0.8087; 0.6218 ) = 0.8087
Tổng hợp hệ số phân bố ngang hoạt tải:
Tải trọng Loại dầm
Tại dầm giữa:
Trang 13LL 3 trục = 1,05×nlàn × m × M3 trục ×mg
= 1,05×2 × 1 × 2480× 0.5991=3120 KN/m
LLlàn = 1,05×nlàn × m × Mlàn × mg
=1,05×2× 1× 1376× 0.5991 =1731,16 KN/m
LLdầm giữa =3120 +1731,16 = 4851,16 KN/m
Tại dầm biên:
LL 3 trục = 1,05×nlàn × m × M3 trục ×mg
= 1,05 × 2 × 1 × 2480× 0.8087= 4211,56 KN/m
LLlàn = 1,05×nlàn × m × Mlàn × mg
=1,05×2× 1× 1376× 0.8004 =2312,84 KN/m
LLdầm biên =4211,56 +2312,84 = 6524,40 KN/m
IM = 33%
MCĐ1 =1.75LLdầm biên +1.25DC+ 1,5DW+1.75IM
MCĐ1 =1.75×6524,40 +1.25×38.87 + 1,5× 3.58 +1.75×1.33
MCĐ1 =11473,99 KN/m