Thiết kế đồ án cầu bê tông cốt thép - Chương III: Tính toán mố cầu

[r]

Trang 1

CH ƯƠ NG III TÍNH TOÁN M C U Ố Ầ

Do chi u cao đ t đ p sau m trung bình, nên ch n lo i m ch U b ng BTCT,ề ấ ắ ố ọ ạ ố ữ ằ

lo i m này dùng cho k t c u nh p v i kh u đ L < 42m, chi u cao đ t đ p t 4 –ạ ố ế ấ ị ớ ẩ ộ ề ấ ắ ừ 10m

u đi m c a m ch U là nh có tƯ ể ủ ố ữ ờ ường cánh d c t o ra m t đ i tr ng cho m ,ọ ạ ộ ố ọ ố

đ m bào n đ nh t ng th ch ng l t và ch ng trả ổ ị ổ ể ố ậ ố ượt cho công trình dưới tác d ng c aụ ủ

áp l c đ y ngang.ự ẩ

Tường cánh d c và tọ ường cánh trướ ạc t o thành ti t di n ch U cùng ch u nénế ệ ữ ị

l ch tâm Nh tệ ờ ường cánh ngàm vào móng, vi c ch n gi đ t đ p trong lòng m cóệ ắ ữ ấ ắ ố

hi u qu , có kh năng ngăn ng a t t các hi n tệ ả ả ừ ố ệ ượng lún s t và t o ra đ nén ch t d nụ ạ ộ ặ ầ

d n cho kh i đ t đ ng sau tầ ố ấ ở ằ ường trước, đ m b o xe ch y êm thu n khi ra vào c u.ả ả ạ ậ ầ

Nhược đi m c a m ch U là n ng và t n kém v t li u nh t là đ i v i trể ủ ố ữ ặ ố ậ ệ ấ ố ớ ườ ng

h p đợ ường đ u c u đ p cao vì kh i lầ ầ ắ ố ượng v t l êu t l v i bình phu ng chi u caoậ ị ỷ ệ ớ ơ ề

m ố

Kích th ướ c chung m ố

B ng kích thả ước m theo các phố ương nh sau:ư

I TÍNH TOÁN T I TR NG TÁC D NG LÊN M Ả Ọ Ụ Ố

Giai đo n thi t k s b ch xét t i m t c t đáy bạ ế ế ơ ộ ỉ ạ ặ ắ ệ

M tính toán: M2ố

1 Tĩnh t i k t c u nh p tác d ng lên m : ả ế ấ ị ụ ố

L y k t qu chấ ế ả ở ương tính toán thi t k d m ch ế ế ẩ ủ

- Tĩnh t i, d m ch , m t c u, lan can: ả ầ ủ ặ ầ

DCdc = DCdc/2 DCdc = 4.498x103 KN

- L p ph : ớ ủ

DW = DW/2 DW = 429 KN

2 Tĩnh t i b n thân m : ả ả ố

- T i tr ng b n thân m gây ra l c d c và mômen t i m t c t đáy b ả ọ ả ố ự ọ ạ ặ ắ ệ

- L c d c th ng đ ng đự ọ ẳ ứ ược tính b ng cách nhân ph n th tích m v i kh i lằ ầ ể ố ớ ố ượ ng riêng c a BTủ

- Mômen t i m t c t đáy b đạ ặ ắ ệ ược tính b ng cách tích c a l c th ng đ ng v i đ l chằ ủ ự ẳ ứ ớ ộ ệ tâm c a chúng so v i tr c tr ng tâm Tr c tr ng khi tính đ i v i m t c t đáy b là chiủ ớ ụ ọ ụ ọ ố ớ ặ ắ ệ

gi a b m ữ ệ ố

Quy ước: Mômen mang d u dấ ương khi hướng ra sông, mang d u âm khi hấ ướng vào bờ

Đ lêch tâm c a các b ph n so v i m t c t đáy b và tr ng lộ ủ ộ ậ ớ ặ ắ ệ ọ ượng các b ph n:ộ ậ

SVTH: HOÀNG LONG HÙNG MSSV: CĐ04ĐT030 Trang 1

Trang 2

Đ l ch tâmộ ệ Tr ng lọ ượng

T ng tác d ng tĩnh t i b n thân m : ổ ụ ả ả ố

= > L c th ng đ ng : ự ẳ ứ

= > Mômen :

3./ Ap l c đ t tác d ng lên m : ự ấ ụ ố

K t c u áo đế ấ ường:

T ng b dày trung bình: hổ ề k = 50cm

Kh i lố ượng riêng trung bình: γk = 2300kg/m3

Đ t d p sau m : ấ ắ ố

Kh i lố ượng riêng trung bình: γs = 1800kg/m3

Góc n i ma sát trung bình: ộ ψs = 350

Chi u cao d t đ p: hề ấ ắ s = 503.3cm

B r ng đ t đ p sau m : bề ộ ấ ắ ố s = 1150cm

Chi u dày ph n đ t đ p tác d ng: Iề ầ ấ ắ ụ s = 245cm

Di n tích tác d ng c a ph n đ t đ p: Ss = Isệ ụ ủ ầ ấ ắ bs Ss = 29.4m2

L c th ng đ ng do áp l c đ t gây ra t i đáy móng: ự ẳ ứ ự ấ ạ

Ps = (hk.γk + hs.γs).Ss.g = Ps = 2.942 x103 KN

4./ T i tr ng do ho t t i : ả ọ ạ ả

Ltt = 29.2 m

Phương trình tung đ độ ường nh hả ưởng: y(x) := x/Ltt

Tung đ độ ường nh hả ưởng t i các đi m:ạ ể

y1 = y(Ltt) y1 = 1

y2 = y(Ltt – 4.3m) y2 = 0.853

y3 = y(Ltt – 8.6m) y3 = 0.706

y1’ = y1 y1’ = 1

y2’ = y(Ltt – 1.2m) y2’ = 0.959

Ph n l c do xe t i thi t k :ả ự ả ế ế

P3tr c ụ = 145kN.y1 + 145kN.y2 + 35kN.y3 P3tr c ụ = 293.4 KN

Ph n l c do xe 2 tr c thi t k :ả ự ụ ế ế

P = 110kN.y1’ + 110kN.y2’ P = 215.5KN

Trang 3

T i tr ng làn:ả ọ

WL = ½.Ltt.9.3kN/m WL = 135.78.kN

T i tr ng ngả ọ ười đi PL = 3Kpa.1m.nle.Ltt/2 PL = 87.6 KN

Ho t t i xe thi t k : LL = max(Ptruck, Ptandem) LL = 293.4 KNạ ả ế ế

5./ T ng l c th ng đ ng tác d ng t i đáy b m theo TTGH c ổ ự ẳ ứ ụ ạ ệ ố ườ ng đ I: ộ

Nbe = 1.25DCdc + 1.5.DW + 1.25.Pbt + 1.25.Ps + 1.75.LL.(1 + IM) + 1.75.PL

Nbe = 1.3974 x104 KN

II Tính toán s b s l ơ ộ ố ượ ng c c: ọ

1 S li u s b ố ệ ơ ộ:

Đường kính c c: D = 0.35mọ

Chu vi c c: U = 1.4m ọ

Di n tích mũi c c: Ap = 0.123mệ ọ 2

Chi u dài c c trong đ t Lc = 20mề ọ ấ

2 Các thông s đ a ch t: ố ị ấ

HL p ớ = đ a ch t ị ấ (1)

SPTL p ớ = đ a ch t ị ấ (2)

3./ Ướ c tính s c kháng c a c c: ứ ủ ọ

3.1.1 Tính s c kháng thành bên đ n v cho c c ứ ơ ị ọ

- Phương pháp α :

Các ph n sau không tính s đóng góp vào phát tri n s c kháng thông qua ma sát thànhầ ự ể ứ bên

+ Ít nh t 1500mm trên cùng c a c c đóng.ấ ủ ọ

+ Chi u dày đáy c c khoan l y b ng đề ở ọ ấ ằ ường kính c cọ

qs = α.Su

Su: cường đ kháng c t không thoát nộ ắ ước trung bình (10.6.3.1.2b)

α: H s dính (b ng 10.8.3.3.1-1)ệ ố ả

Su ph i đả ược xác đ nh t k t qu thí nghi m hi n trị ừ ế ả ệ ệ ường ho c k t qu trong phòngặ ế ả thí nghi m c a các m u nguyên d ng l y trong kho ng đ sâu 2D dệ ủ ẫ ạ ấ ả ộ ở ưới chân c giáọ

tr Sị u còn được tính theo công th c : ứ Su = σ’v.tgρ + c

σ’v: ng su t h u hi u th ng đ ng ứ ấ ữ ệ ẳ ứ

ρ: Góc n i ma sát trong c a l p đ tộ ủ ớ ấ

L p đ t s 1 là đ t dính (sét) có các thông s tính toán nh sau: ớ ấ ố ấ ố ư

N1 = SPTlop1 = 7 c1 = 15.2 kN/m2

γ1 = 18.2kN/m3 h1 = 27.6m ρ1 = 16.6

σ’v1 = h1.γ1 = 502.32.kN/m2

Su1 = σ’v1.tan(ρ1) + c1 Su1 = 0.165.MPa

Trang 4

Tra b ng 10.8.3.3.1-1 ta đả ược α1 = 0.55 => qs1 = α1.Su1 qs1 = 0.091.MPa

- S c kháng bên danh đ nh cho c c khoan trong đ t r i (Phứ ị ọ ấ ờ ương pháp Meyerhof)

qs = 0.00096.N 10.8.3.4.2-1

N: s búa SPT TB ch a hi u chính (búa/300mm); N = 12ố ư ệ

qs2 = 0.00096MPa xN qs2 = 0.012.MPa

3.1.2/ Tính s c kháng đ n v t i mũi c c : ứ ơ ị ạ ọ

Mũi c c đ t t i v trí l p đ t s 2 có ch s SPT: N := 12ọ ặ ạ ị ớ ấ ố ỉ ố

Theo REESE và O’NEILL (10.8.3.4.3-1):

Qp = 0.057N v i Nớ <=75

Qp = 4.3 v i Nớ >75

Qp1 = 0.684.MPa

Theo REESE và WRIGHT (1977)

Qp = 0.064N v i Nớ <=60

Qp = 3.8 v i Nớ >60

Qp2 = 0.786.Mpa

= >S c kháng đ n v t i mũi c c ứ ơ ị ạ ọ : qp := min(Qp1,Qp2) qp = 0.684.MPa

3.1.3/ S c kháng đ tính toán c a c c: (10.7.3.2) ứ ỡ ủ ọ

QR = ψ.Qn = ψq.Qult

hay QR = ψ.Qn = ψqp.Qp + ψqs.Qs

V i Qớ p= qp.Ap

Qs=qs.As

Trong đó:

ψp: h s s c kháng đ c a 1 c c đ nệ ố ứ ỡ ủ ọ ơ

Qult: S c kháng đ c a 1 c c đ nứ ỡ ủ ọ ơ

Qp: S c kháng mũi c cứ ọ

qp: S c kháng đ n v mũi c cứ ơ ị ọ

qR: S c kháng đ n v thân c c ứ ơ ị ọ

ψqp: H s s c kháng mũi c c dùng cho các phệ ố ứ ọ ương pháp tách r i s c kháng c a c cờ ứ ủ ọ

do s c kháng c a mũi c c và s c kháng thân c c l y theo b ng 10.5.5-3ứ ủ ọ ứ ọ ấ ả

ψqs: H s s c kháng thân c c dùng cho các phệ ố ứ ọ ương pháp tách r i s c kháng c a c cờ ứ ủ ọ

Di n tích mũi c c: Aệ ọ p = 1.225 x 105.mm2

Di n tích m t bên t i các l p c a c c:ệ ặ ạ ớ ủ ọ

h1 = 27.6m h2 = 2.6m - D

As1 = U.h1 = 38.64m2 As2 = U.h2 = 3.15m2

- H s s c kháng thành bên c c:ệ ố ứ ọ

Đ t dính: ấ ψqs1 := 0.50 (b ng 10.5.5-3)ả

Đ t r i: ấ ờ ψqs2 := 0.25

= >S c kháng thân c c: Qs = ứ ọ ψqs1.qs1.As1 + ψqs2.qs2.As2 Qs = 1.762 x 103.kN

- H s s c kháng mũi c c đ i v i đ t r i:ệ ố ứ ọ ố ớ ấ ờ

Trang 5

= >S c kháng mũi c c: Qp = ứ ọ ψqs.qp.Ap Qp = 26.948.kN

QR = Qp + Qs QR = 1.783 x103.kN

3.1.4/ S c kháng đ tính toán c a c c theo đ t n n có xét đ n nh h ứ ở ủ ọ ấ ề ế ả ưở ng c a ủ nhóm c c: ọ

H s chi t gi m xét đ n kh năng ch u t i c a nhóm c c l y theo đi u 10.8.3.9.3ệ ố ế ả ế ả ị ả ủ ọ ấ ề

N i suy gi a 2 giá tr ộ ữ ịη = 0.65 và η = 1 ta được:

= > Qg = η.QR Qg = 1.248 x103.kN

3.1.5 S c ch u t i c a c c theo v t li u: ứ ị ả ủ ọ ậ ệ

Các thông s v t li u làm c cố ậ ệ ọ

- Đường kính c t ch : ố ủ φ = 22mm

- S lố ượng c t ch : n = 8ố ủ

- Cường đ bêtông làm c c: f’c = 30ộ ọ MPa

Cường đ ch y c a thép: f’ộ ả ủ y = 420MPa

Di n tích m t c t ngang c c: Aệ ặ ắ ọ d = Ap = 1.225 x 105 mm2

Di n tích thép: ệ

S c ch u t i c a c c theo v t li u:ứ ị ả ủ ọ ậ ệ

QRm = 0.85.[0.85.f’c.(Ad – At) + f’y.At]

QRm = 3.675 x 103 KN

So sánh các giá tr tính toán trên ta có s c ch u t i tính toán c a c c là:ị ứ ị ả ủ ọ

Qtt = min(Qg,QRm)

Qtt = 1.248 x103 kN

T i tr ng th ng đ ng tác d ng t i đáy b :ả ọ ẳ ứ ụ ạ ệ

NCd1 = 1.3974 x104 kN

H s xét đ n l c ngang: ệ ố ế ự β = 1.5

S lố ượng c c c n thi t:ọ ầ ế

Chon s lố ượng c c thi t k c a m l : Nọ ế ế ủ ố coc = 18 c cọ

Trang 6

L p đ t s 1 là đ t dính (sét) có các thông s tính toán nh sau:ớ ấ ố ấ ố ư

N1 = SPTlop1 = 7 c1 = 15.2 kN/m2

γ1 = 18.2kN/m3 h1 = 27.6m ρ1 = 16.6

σ’.V1 = h1.γ1 = 502.32.kN/m2

Su1 = σ’v1.tan(ρ1) + c1 = 0.165 MPa

Tra b ng 10.8.3.3.1-1 ta đả ược: α1 = 0.55

=> qs1 := α1xSu1 qs1 = 0.091 MPa

- S c kháng bên danh đ nh cho c c trong đ t r i (Phứ ị ọ ấ ờ ương pháp Meyerhof)

L p đ t s 2 là đ t r iớ ấ ố ấ ờ

qs = 0.00096.N 10.8.3.4.2-1

N: s búa SPT TB ch a hi u chính (búa/300mm) N = 12ố ư ệ

qs2 = 0.00096MPa.N qs2 = 0.012 MPa

7.2.3 Tính s c kháng đ n v t i mũi c c : ứ ơ ị ạ ọ

Mũi c c đ t t i v trí l p đ t s 3 có ch s SPT: N = 15ọ ặ ạ ị ớ ấ ố ỉ ố

Theo REESE và O’NEILL (10.8.3.4.3-1):

Qp = 0.057N v i Nớ <=75

Qp = 4.3 v i Nớ >75

Qp1 = 0.855Mpa

- Theo REESE và WRIGHT (1977)

Qp = 0.064N v i Nớ <=60

Qp = 3.8 v i Nớ >60

Qp2 = 0.96 Mpa

= >S c kháng đ n v t i mũi c c ứ ơ ị ạ ọ : qp := min(Qp1,Qp2) = 0.855MPa

7.3.3/ S c kháng đ tính toán c a c c: ứ ỡ ủ ọ (10.7.3.2)

QR = ψ.Qn = ψq.Qult

hay QR = ψ.Qn = ψqp.Qp + ψqsQs

V i Qớ p= qp.Ap

Qs=qs.As

Trong đó:

ψp: h s s c kháng đ c a 1 c c đ nệ ố ứ ỡ ủ ọ ơ

Qult: S c kháng đ c a 1 c c đ nứ ỡ ủ ọ ơ

Qp: S c kháng mũi c cứ ọ

qp: S c kháng đ n v mũi c cứ ơ ị ọ

qs: S c kháng đ n v thân c c ứ ơ ị ọ

ψqp: H s s c kháng mũi c c dùng cho các phệ ố ứ ọ ương pháp tách r i s c kháng c a c cờ ứ ủ ọ

ψqs: H s s c kháng thân c c dùng cho các phệ ố ứ ọ ương pháp tách r i s c kháng c a c cờ ứ ủ ọ

Di n tích mũi c c: Aệ ọ p = 1.225 x 105 mm2

Di n tích m t bên t i các l p c a c c:ệ ặ ạ ớ ủ ọ

h1 = 27.6 m h2 = 2.6m

As1 = U x h1 = 38.64m2 As2 = U x h2 = 3.64m2

Trang 7

Đ t dính: ấ ψqs1 = 0.50 (b ng 10.5.5-3)ả

Đ t r i: ấ ờ ψqs2 = 0.25

= > S c kháng thân c c: ứ ọ

Qs = ψ.qs1.qs1.As1 + ψqs2.qs2.As2

Qs = 1.763 x 103 kN

- H s s c kháng mũi c c đ i v i đ t r i:ệ ố ứ ọ ố ớ ấ ờ

ψqs = 0.25

= >S c kháng mũi c c: ứ ọ

Qp = ψqs.qp.Ap

Qp = 26.184.kN

= >S c kháng tính toán: ứ

QR = Qp + Qs

QR = 1.789 x103 kN

7.3.4/ S c kháng đ tính toán c a c c theo đ t n n có xét đ n nh h ứ ở ủ ọ ấ ề ế ả ưở ng c a ủ nhóm c c: ọ

H s chi t gi m xét đ n kh năng ch u t i c a nhóm c c l y theo đi u 10.8.3.9.3ệ ố ế ả ế ả ị ả ủ ọ ấ ề

N i suy gi a 2 giá tr ộ ữ ịη = 0.65 và η =1 ta được:

= > Qg = η.QR Qg = 0.7x1.789.103 = 1.252 x103.kN

7.3.5/ S c ch u t i c a c c theo v t li u: ứ ị ả ủ ọ ậ ệ

Các thông s v t li u làm c c :ố ậ ệ ọ