Tài liệu THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT - Chương 7 doc

II.3 – Xác định các tải trọng nằm ngang tác dụng lên mố+ b: Góc giữa phương đất đắp với phương ngang : b=2o + q: Gócgiữa phương đất đắp với phương thẳng đứng : q=90o + : Trọng lượng riên

CHƯƠNG 7

TÍNH TOÁN 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

500

500 500

I.1.2 – Các kích th ước cơ bản của mố ơ bản của mố ản của mố c c b n c a m ủa mố ố

II.1 – Nguyên tác chung khi tính toán mố

NguyÔn M¹nh Cêng 292 Líp CÇu §êng S¾t – K42

I

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  = 350

- Nên tải trọng tác dụng lên mố gồm :

7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ

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 đỉnh

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

- Mặt cắt IV-IV : mặt cắt chân tường cánh

trọng thẳng đứng tác dụng lên mố

1 – Xác định tải trọng do trọng lương bản thân của mố

- Bảng tổng hợp tải trọng do trọng lượng bản thân mố

Mặt cắt

IV - IVe1

m

M1T.m

e2m

M2T.m

e3m

M3T.m

e4(m)

M4T.m

Tường cánh

2 – Xác định tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải trên kết cấu nhịp

- Chiều dài nhịp tính toán : L = 60 m

- Sơ đồ xếp tải trên nhịp như sau :

+) Tổng diện tích ĐAH : S = 263,2

+) Diện tích ĐAH dương: S+ = 263,2

+) Diện tích ĐAH âm: S- = 0

- Tĩnh tải kết cấu nhịp được tính cho toàn bộ cầu

+) Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn I : DCTC = 11,231 (T/m)

+) Tĩnh tải tĩnh tải giai đoạn I : DCTT = 1,25.11,231 = 14,04 (T/m)

+) Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn II : DWTC = 2x2,09 = 4,418 (T/m)

+) Tĩnh tải tĩnh tải giai đoạn I : DWTT = 1,5 4,418 = 6,627 (T/m)

- Hoạt tải trên kết cấu nhịp được tính cho cả 2 làn

+) Tải trọng Người : qNG = 2.0,6 = 1,2 (T/m)

+) Tải trọng làn : qLan = 2.0,948 = 1,896 (T/m)

+) Xe tải thiết kế : PXT = 2 33,24 = 66,48 (T)

+) Xe 2 trục thiết kế : PXT = 2 22 = 44 (T)

- Nội lực do hoạt tải được lấy với hiệu ứng lớn nhất trong số các hiệu ứng sau :

+) Hiệu ứng 1 : Xe tải thiết kế (với cự ly trục sau thay đổi từ 4,3 đến 9 m ) tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng đoàn Người

+) Hiệu ứng của 1 xe 2 trục thiết kế tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng Người

- Xếp xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có

+) Tung độ ĐAH khi xếp xe tải ĐAH khi xếp xe tải AH khi x p xe t i ếp xe tải ản của mố

+) Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục

NguyÔn M¹nh Cêng 294 Líp CÇu §êng S¾t – K42

P (T) 11 11 Pi.Yi

- B ng tính toán áp l c t KCN truy n xu ng m ản của mố ực từ KCN truyền xuống mố ừ KCN truyền xuống mố ền xuống mố ố ố

áp lực do tĩnh tải giai đoạn I PttI 181.93 227.42 T

áp lực do tĩnh tải giai đoạn II PttII 71.57 107.36 T

3 – Xác định tải trọng do hoạt tải trên bản qúa độ

- Chiều dài bản quá độ : Lqd = 5,0 (m)

- Bề rộng bản quá độ : Bqd = 11 (m)

- Vẽ ĐAH phản lực gối trên bản quá độ tại vị trí vai kê

+) Tổng diện tích ĐAH : S = 2,5

+) Diện tích ĐAH dương : S+ = 2,5

+) Diện tích ĐAH âm : S- = 0

- Xếp xe tải và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có

+) Tung độ ĐAH khi xếp xe tải ĐAH khi xếp xe tải AH khi x p xe t i ếp xe tải ản của mố

- B ng tính toán áp l c truy n lên vai kê khi ho t t i trên b n quá ản của mố ực từ KCN truyền xuống mố ền xuống mố ạt tải trên bản quá độ ản của mố ản của mố độ ĐAH khi xếp xe tải

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị

II.3 – Xác định các tải trọng nằm ngang tác dụng lên mố

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

+) q: Gócgiữa phương đất đắp với phương thẳng đứng : q=90o

+) : Trọng lượng riêng của đất.: Trọng lượng riêng của đất

+) heq : Chiều cao lớp đất tương đương của hoạt tải

- Chiều cao lớp đất tương đương của hoạt tải xác định theo chiều cao tường chắn :

NguyÔn M¹nh Cêng 296 Líp CÇu §êng S¾t – K42

B K H



sin 1



O K

)sin(

.sin

)(sin2

).

sin(

) sin(

Chiều cao tường chắn

EH LS

- Bảng tính áp lực đất tại mặt cắt đáy móng :

Kí hiệu H

m

Bm

heqm

d độ

bđộ

qđộ

Kí hiệu j

EHT

eEHm

LST

eLSm

VST

eVSm

4 – Tính áp lực đất tại mặt cắt chân tường thân (mặt cắt II-II)

- Sơ đồ tính áp lực đất mặt cắt chân tường thân :

NguyÔn M¹nh Cêng 298 Líp CÇu §êng S¾t – K42

EH LS

- Bảng kết quả tính áp lực đất mặt cắt chân tường thân

Kí hiệu H

m

Bm

heqm

dđộ

bđộ

q độ

Kí hiệu j

EHT

eEHm

LST

eLSm

VST

eVSm

5 – Bảng tính toán áp lực đất tại mặt cắt chân tường đỉnh (mặt cắt III-III)

- Sơ đồ tính áp lực đất mặt cắt chân tường đỉnh :

LS EH

- Bảng kết quả tính áp lực đất tại mặt cắt chân tường đỉnh

Kí hiệu H

m

Bm

heqm

dđộ

bđộ

q độ

Kí hiệu j

EHT

eEHm

LST

eLSm

VST

eVSm

6 – Bảng tính toán áp lực đất tại mặt cắt chân tường cánh (mặt cắt IV-IV)

- Để tính được áp lực đất tác dụng lên tường cánh thì ta chia tường cánh thành 3 khối sau đó tính áp lực đất tác dụng lên tường cánh của từng khối:

NguyÔn M¹nh Cêng 300 Líp CÇu §êng S¾t – K42

q độ

Bm

heqm

EHT

eEHm

LST

eLSm

- Lực hãm xe được 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 T

II.3.3 – 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

ta có : N = 362,95 TVậy ta có : FR = 0,3 362,95 = 108,89 T

- Cánh tay đòn của lực ma sát FR với các mặt cắt như sau :

+) Với mặt cắt I-I : e1y = hm+htt + hg = 2 + 4,52 + 0,28 = 6,8 m

+) Với mặt cắt II-II : e2y = htt + hg = 4,52 + 0,28 = 4,8 m

+) e3y = e4y = 0 m

II.3.4 – Tính tải trọng do áp lực gió tác dụng lên mố.

II.3.4.1 – Tính áp lực gió ngang

- Tải trọng gió ngang phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt trọng tâm tại trọng tâm của các phần diện tích chắn gió

- Công thức tính áp lực gió ngang :

Trong đó :

+) V : Tốc độ gió thiết kế

V = VB.S+) VB : Tốc độ gió cơ bản trong 3 giây với chu kì xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu xây dựng

Ta giả thiết công trình được xây dựng tại khu vực I (tra bảng) ta có :

VB = 38 m/s +) S : Hệ số điều chỉnh áp lực gió : S = 0,81 (ứng với độ cao mặt cầu là 9,46m)+) At : Diện tích cấu kiện chắn gió ngang

+) Cd : Hệ số cản gió phụ thuộc vào tỷ số b/d

+) b : Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can : b = 14 m

+) d : Chiều cao KCPT bao gồm cả lan can đặc nếu có : d = 2,7 m

=> Tỉ số b / d = 2,7 / 14 = 5,185 => Tra bảng ta có : Cd = 1,2

- Ta phải tính áp lực gió ngang tác dụng lên mố và lên KCN

- Bảng tính toán áp lực gió ngang tác dụng lên công trình :

NguyÔn M¹nh Cêng 302 Líp CÇu §êng S¾t – K42

t d

t

P  0 , 0006 2  1 , 8

TK m/s m/s m/s

At m2

PD VtkT

PD V25T

e1xm

e2xm

e3xm

e4xm

II.3.4.2 – Tính áp lực gió dọc

- Đối với mố trụ có kết cấu phần trên là giàn hay các dạng kết cấu có bề mặt chắn gió là đáng

kể thì ta sẽ phải xét đến áp lực gió dọc Tuy nhiên do ở đây ta thiết kế mố cho kết cấu nhịp cầu dẫn giản đơn L = 33 m do đó diện tích chắn gió là không đáng kể vì vậy trong trường hợpnày ta có áp lực gió dọc bằng 0

- Do áp lực gió tác dụng thẳng đứng lên bề mặt mố là không đáng kể do đó ở đây ta chỉ tính

áp lực gió tác dụng thẳng đứng lên KCN và truyền xuống mố

- Bảng tính toán áp lực gió thẳng đứng tác dụng lên KCN :

II.3.4.4 – Tính áp lực gió tác dụng lên xe cộ : WL

v

P 0 00045 2



- áp lực gió tác dụng lên xe cộ chỉ được xét đến trong tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ III

- áp lực gió tác dụng lên xe cộ được lấy bằng 1,5 Kn/m , tác dụng theo hướng nằm ngang , ngang với tim dọc của kết cấu và đặt cách mặt đường 1,8 m

- áp lực gió tác dụng lên xe cộ được lấy bằng 0,75 Kn/m , tác dụng theo hướng nằm ngang , dọc với tim dọc của kết cấu và đặt cách mặt đường 1,8 m

- Bảng tính toán áp lực gió tác dụng lên xe cộ :

Kí hiệu Vùng

TK

VBm/s

qgdT/m2

qgnT/m2

Kí hiệu h xe

m

L xem

b xem

WLdT

WLnT

e1m

e2m

e3m

e4mGiá trị 2.50 14.50 2.00 0.00 5.44 10.30 8.30 0.00 0.00

II.3.5 – Tính tải trọng do áp lực nước tác dụng lên mố.

- áp lực nước tác dụng lên mố được tính cho 2 trường hợp

- Tác dụng theo phương ngang hướng vào nền đường :

n h

+) h : Chiều cao nước ngập

+) gn : Trọng lượng riêng của nước : gn = 1 T/m3

- Tác dụng theo phương thẳng đứng (áp lực đẩy nổi )

ng

n V

+) Vn : Thể tích kết cấu ngập trong nước

- Bảng tính toán áp lực nước tác dụng lên mố :

m

CĐĐMm

MNCNm

MNTNm

Kí hiệu hn max

m

hn minm

WAmax

T

e maxm

WAmin

T

e minm

III – TỔNG HỢP TẢI TRỌNG TẠI CÁC MẶT CẮT.

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

1 - Bảng hệ số tải trọng theo các trọng thái giới hạn : (Bảng 3.4.1.1)

Tổ hợp

tải trọng

Trạng thái GH

DCDDDWEHEVES

LLIMCEBRPLLSEL

TUCRSR

TG

SE

Cường độ II gn 0.00 1.00 1.40 0.00 1.00 0.5/1.2 gTG SECường độ III gn 1.35 1.00 0.40 1.00 1.00 0.5/1.2 gTG SE

2 - Bảng các hệ số tải trọng cho tĩnh tải : (Bảng 3.4.1.2)

Lớn nhất Nhỏ nhất

III.2 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt đáy móng ( mặt cắt I –I)

a – Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn

Tên tải trọng

Kíhiệu

VtcT

Hxtc T

ex m

MytcT.m

Hytc T

ey m

MxtcT.m

Tĩnh tải giai đoạn I DC 181.9 0.80 145.55 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 43.59 -0.35 -15.26 0.00

áp lực ngang do hoạt tải =35 độ)=35 LS 28.49 4.25 121.10 0.00

áp lực đứng do hoạt tải =35 =35 độ) VS 0.25 -1.00 -0.25 0.00

Lực đẩy nổi của nớc lớn nhất WVMax -222.3 0.00 0.00 0.00

V min

Hxmax

Hx min My max My min

Hymax

Hymin

Mxmax

MxminCường độ I 1982.5 1443.4 485.0 370.6 653.74 592.01 0.00 0.00 0.00 0.00Cường độ II 1660.0 1120.9 422.7 308.3 241.47 179.74 8.44 8.44 52.60 52.60Cường độ III 1909.5 1370.4 470.8 356.3 560.09 498.36 7.85 7.85 71.03 71.03

Sử dụng 1371.8 1371.8 355.8 355.8 472.55 472.55 7.25 7.25 67.28 67.28

III.3 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tường thân ( mặt cắt II – II )

a – Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn

Tên tải trọng

Kíhiệu

VtcT

Hxtc T

ex m

MytcT.m

Hytc T

ey m

MxtcT.m

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 43.59 -1.00 -43.59 0.00

Hymax

Hymin

Mxmax

MxminCường độ I 1007.5 776.2 318.5 251.6 1120.2 920.82 0.00 0.00 0.00 0.00Cường độ II 685.6 454.2 263.3 196.4 1002.3 25.72 5.36 5.36 25.7 25.7Cường độ III 934.7 703.3 297.4 230.4 1093.4 7.35 6.97 6.97 7.35 7.35

Sử dụng 671.0 671.0 232.8 232.8 891.0 5.51 6.59 6.59 5.51 5.51

III.4 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tường đỉnh ( mặt cắt III – III )

a – Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn

Tên tải trọng

Kíhiệu

VtcT

Hxtc T

ex m

MytcT.m

Hytc T

ey m

MxtcT.m

NguyÔn M¹nh Cêng 308 Líp CÇu §êng S¾t – K42

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 43.59 -0.40 -17.44 0.00

V min

Hx max

Hx min My max

My min

Hymax

Hymin

Mxmax

MxminCường độ I 499.54 355.59 50.73 44.52 -1.13 -3.39 0.00 0.00 0.00 0.00Cường độ II 404.18 260.23 15.52 9.31 2.15 -0.11 0.00 0.00 0.00 0.00Cường độ III 477.74 333.80 42.68 36.48 -0.38 -2.64 0.00 0.00 0.00 0.00

Sử dụng 352.62 352.62 26.44 26.44 -1.62 -1.62 0.00 0.00 0.00 0.00

III.5 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tường cánh ( mặt cắt IV – IV )

a – Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn

Tên tải trọng

Kíhiệu

VtcT

Hxtc T

ex m

MytcT.m

Hytc T

ey m

MxtcT.mTrọng lượng tường cánh Gtc

V min

Hx max

Hx min My max

My min Hy max

Hymin Mx max

MxminCường độ I 71.69 51.62 0.00 0.00 124.52 89.66 28.24 21.88 106.43 84.88Cường độ II 71.69 51.62 0.00 0.00 124.52 89.66 12.87 6.51 44.05 22.50

Cường độ III 71.69 51.62 0.00 0.00 124.52 89.66 24.55 18.20 91.61 70.06

Sử dụng 57.35 57.35 0.00 0.00 99.62 99.62 15.59 15.59 57.83 57.83

IV – Tổng hợp tải trọng bất lợi theo TTGHCĐ I

IV.1 – Nguyên tắc tổng hợp tải trọng bất lợi

- Khi tổ hợp tải trọng bất lợi ra phía sông thì các tải trọng được tính như sau :

+) Các tải trọng gây ra mômen hướng ra phía sông sẽ được lấy với hệ số tải trọng max +) Các tải trọng gây ra mômen hướng về phía đường sẽ được lấy với hệ số tải trọng

min

+) áp lực chủ động ngang của đất và áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố được tính vớigóc ma sát trong = 30=35 độ): Trọng lượng riêng của đất O để gây ra hiệu ứng bất lợi nhất

+) Hoạt tải có tính đến hệ số xung kích IM

+) Lực hãm và lực ma sát được tính cho trường hợp hướng ra phía sông

+) áp lực ngang của nước được tính với chiều cao ngập thấp nhất

- Khi tổ hợp tải trọng bất lợi về phía đường thì các tải trọng được tính như sau :

+) Các tải trọng gây ra mômen hướng ra phía sông sẽ được lấy với hệ số tải trọng min +) Các tải trọng gây ra mômen hướng về phía đường sẽ được lấy với hệ số tải trọng

max

+) áp lực chủ động ngang của đất và áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố được tính vớigóc ma sát trong =35 độ): Trọng lượng riêng của đất.= 40O để gây ra hiệu ứng bất lợi nhất

+) Hoạt tải không tính đến hệ số xung kích IM

+) Lực hãm và lực ma sát được tính cho trường hợp hướng về phía đường

+) áp lực ngang của nước được tính với chiều cao ngập cao nhất

IV.2 – tải trọng bất lợi tại mặt cắt đáy bệ ( mặt cắt I – I )

a – Tổ hợp tải trọng bất lợi ra phía sông ( Tổ hợp I-a)

Tên tải trọng

Kí hiệu g

V T

HxT

My T.m

HyT

MxT.m

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 1.25 227.42 0.00 181.93 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 1.50 107.36 0.00 85.89 0.00 0.00

Do hoạt tải trên KCN LLkcn 1.75 239.42 0.00 191.53 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 95.36 0.00 -33.38 0.00 0.00

HxT

My T.m

HyT

MxT.m

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 0.9 163.74 0.00 130.99 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 0.65 46.52 0.00 37.22 0.00 0.00

Do hoạt tải trên KCN LLkcn 1.75 239.42 0.00 191.53 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 95.36 0.00 -33.38 0.00 0.00

áp lực ngang do HT j=40O LS 1.75 0.00 40.66 155.54 0.00 0.00

IV.3 – tải trọng bất lợi tại mặt cắt chân tường thân ( mặt cắt II – II )

a – Tổ hợp tải trọng bất lợi ra phía sông ( Tổ hợp I-a)

V T

HxT

My T.m

HyT

MxT.m

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 1.25 227.42 0.00 34.11 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 1.50 107.36 0.00 16.10 0.00 0.00

Do hoạt tải trên KCN LLkcn 1.75 239.42 0.00 35.91 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 95.36 0.00 -95.3 0.00 0.00

b – Tổ hợp tải trọng bất lợi về phía đường ( Tổ hợp I-b)

NguyÔn M¹nh Cêng 312 Líp CÇu §êng S¾t – K42

Tên tải trọng Kí

hiệu g

V T

HxT

My T.m

HyT

MxT.m

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 0.90 163.74 0.00 24.56 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 0.65 46.52 0.00 6.98 0.00 0.00

Do hoạt tải trên KCN LLkcn 1.75 239.42 0.00 35.91 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 95.36 0.00 -95.36 0.00 0.00

IV.4 – tải trọng bất lợi tại mặt cắt chân tường đỉnh ( mặt cắt III – III )

a – Tổ hợp tải trọng bất lợi ra phía sông ( Tổ hợp I-a)

hiệu 

V T

HxT

My T.m

HyT

MxT.m

áp lực đất chủ động j=30O EH 1.50 0.00 18.80 16.75 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 1.25 227.4 0.00 0.00 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 1.50 107.3 0.00 0.00 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 95.36 0.00 -38.14 0.00 0.00

HxT

My T.m

HyT

MxT.m

áp lực đất chủ động j=40O EH 0.90 0.00 7.59 6.77 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 1.25 227.42 0.00 0.00 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 1.50 107.36 0.00 0.00 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 95.36 0.00 -38.14 0.00 0.00

+) Tổ hợp Ia bất lợi ra phía sông

+) Tổ hợp Ib bất lợi về phía đường

- Đối với mặt cắt IV-IV thì ta chỉ bố trí cốt thép chịu tải trọng theo phương ngang cầu

V.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 các đúng các công thức kiểm toán

+) Nếu lực nén dọc trục Pu > 0,1.=35 độ)fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức :

O ry

rx

1 1 1 1







Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy

NguyÔn M¹nh Cêng 314 Líp CÇu §êng S¾t – K42