Giảm lún đường đầu cầu bằng mố mở rộng có bản giảm tải toàn khối

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Lún đầu cầu đã trở thành một hiện tượng khá phổ biến, không những ở Việt Nam mà ngay cả các nước phát triển trên thế giới như Nhật Bản, Trung Quốc, Đ

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Lún đầu cầu đã trở thành một hiện tượng khá phổ biến, không những ở Việt Nam

mà ngay cả các nước phát triển trên thế giới như Nhật Bản, Trung Quốc, Đức và Cộnghòa Pháp [1] Lún nền đường đầu cầu dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vựctiếp giáp nền đường và mố cầu, tạo thành điểm gãy khúc trên trắc dọc tuyến đường,nghiêm trọng hơn nó tạo thành những hố (rãnh) sâu sát mố cầu Hiện tượng này làmgiảm năng lực thông hành, gây hỏng hóc phương tiện, hàng hóa, phát sinh tải trọngxung kích phụ thêm lên mố cầu, tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng, gây cảm giáckhó chịu cho người tham gia giao thông và làm mất an toàn giao thông Để giải quyếtvấn đề đó đã có nhiều giải pháp được đưa ra và cũng khắc phục được hiện tượng lúnđầu cầu như: kéo dài chiều dài nhịp cầu, làm sàn giảm tải gia cố cọc [1-6] Tuy đãkhắc phục được việc lún đầu cầu nhưng chi phí tốn kém, bên cạnh đó có những biệnpháp tiết kiệm hơn như làm bản quá độ tuy nhiên hiện tượng lún vẫn xảy ra Chính từnhững vấn đề đó nhóm nghiên cứu xin đưa một giải pháp mới nhằm hạn chế lún đầucầu bằng việc thiết kế mố có bản giảm tải toàn khối, từ đề tài này nhóm nghiên cứu hivọng sẽ giúp hạn chế việc lún đột ngột ở đường đầu cầu và tạo độ êm thuận hơn khi xechạy vào cầu mà chi phí xây dựng không cao

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

■ Tìm ra được giải pháp mới trong việc hạn chế lún đột ngột đường đầu cầu bằng biện pháp tiết kiệm hơn so với các biện pháp khác

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

■ Đối tượng nghiên cứu: Các hệ thống cầu trên địa bàn Đông Nam Bộ nói riêng vàcác công trình cầu cả nước nói chung với những cầu có chiều cao mố vừa và nhỏ

■ Phạm vi nghiên cứu: Vì thời gian (12 tháng) có giới hạn nên đề tài chỉ nghiên cứutrong những giới hạn sau đây:

- Các công trình cầu vừa và nhỏ phù hợp với kết cấu của mố có bản giảm toàn khối

1

- Từ cơ sở tính toán đưa ra một số ví dụ cụ thể của việc tính kết cấu và tính lún khi có bản bản giảm tải toàn khối.

- Đề tài tập trung chủ yếu vào khả năng chịu tải của mố, và tính lún nền đất sau mố khi có bản giảm tải toàn khối

4 ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI

Trên thế giới và Việt Nam có rất nhiều công trình, đề tài nghiên cứu liên quan đến việc tìm giải pháp khắc phục lún đầu cầu Do đó qua đề tài nghiên cứu này, nhóm tác giả mong muốn có những đóng góp sau:

■ Chuyển dịch độ lún ra khỏi phạm vi mố bằng bản giảm tải toàn khối

■ Tăng độ lớn bán kính trên đương cong đứng trên đường đầu cầu nên xe chạy vào cầu êm thuân hơn

■ Đề tài hy vọng giúp nhà thiết kế có thể cân nhắc việc đưa ra giải pháp hạn chế lúncầu cho từng công trình làm sao phù hợp nhất, giữa việc giảm lún và chi phí phải

bỏ ra

■ Hy vọng từ đề tài này sẽ có các đề tài tiếp theo phát triển hơn nữa mố mở rộng có bản giảm tải toàn khối

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

■ Tìm hiểu về thiết kế mố và tính lún nền đất theo tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài từ đó nghiên cứu thiết kế mố mở rộng có bản giảm tải toàn khối, và tính lúnnền đất khi có bản giảm tải toàn khối

■ Xây dựng phần mềm excel thiết kế mố có bản giảm tải toàn khối và tính lún nềnđất khi có bản giảm tải toàn khối

6 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

Ngoài phần mở đầu đề tài gồm 4 chương:

■ Chương 1: Tổng quan hiện trạng lún và các phương pháp giảm lún đường đầu cầu

ở Việt Nam hiện nay

■ Chướng 2: Nghiên cứu tính toán mố mở rộng có bản giảm tải toàn khối

■ Chương 3: Nghiên cứu tính lún nền đường đầu cầu

■ Chương 4: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I:

2

TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG LÚN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM LÚN

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU Ở VIỆT NAM HIỆN NAY

L -I -r -V - ỵ- J

11 \ \

Hình 1.1: Cấu tạo chung của mố cầu

1.2 HIỆN TRẠNG LÚN VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU Ở

NƯỚC TA HIỆN NAY

■ Lún đường đầu cầu về bản chất do phần cầu quá cứng, còn phần nền đường lại mềm hơn Lún nền đường đầu cầu dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường và mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc tuyến đường, thậm chí tạo thành những hố (rãnh) lún sâu sát mố cầu Hiện tượng này làm giảm

3

năng lực thông hành, gây hỏng hóc phương tiện, hàng hóa, phát sinh tải trọng xungkích phụ thêm lên mố cầu hoặc cống, tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng, gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông và làm mất an toàn giao thông [1].

Ở Cộng hòa Pháp, đã có những nghiên cứu đánh giá về xử lý đoạn đường đắpcao đầu cầu nhằm đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng, đảm bảo an toàngiao thông, bảo vệ ổn định nền đường đắp cao đầu cầu và bảo vệ công trìnhcầu Sau các nghiên cứu, đánh giá, các chuyên gia đưa ra nhận định về nhữngnguyên nhân có thể gây lún nền đường đắp cao kề giáp với mố cầu Cụ thể là

do lún nền đất tự nhiên; Lún do chính bản thân nền đắp; Lún do sự khó khăntrong đầm nén đất đắp sát mố và tường cánh dẫn đến hậu quả sau một vài nămkhai thác đã xuất hiện lún gây ra sự chênh cao giữa mặt đường và bản quá độcủa công trình cầu Các giải pháp khắc phục được tập trung vào gia tải trước;

Sử dụng đoạn nền đắp đặc biệt; Bản quá độ Tại Đức, người ta không quáquan tâm đến mức độ chênh lún giữa nền đường và cầu nhưng yêu cầu phải giatải trước đoạn nền đường đầu cầu, cống rất nghiêm ngặt, khống chế cả độ lún

cố kết và lún từ biến Trong “Quy phạm xây dựng đường trên đất yếu” banhành năm 1990 của Bộ GTVT Đức đã quy định về việc gia tải trước như sau:Chiều cao gia tải trước và thời gian tác dụng phải bảo đảm trong suốt thời kỳvận doanh khai thác đường không làm cho đất yếu phải chịu tải quá tình trạngban đầu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng xe chạy [1]

Tại Trung Quốc, đã có những tài liệu nghiên cứu về đặc điểm khu vực nềnđường đầu cầu và hai bên cống như sau: thường là nền đắp cao; diện tích thicông hẹp, khó triển khai các loại máy lu lớn để đầm nén; thi công nền đườngsau khi cầu đã làm xong nên thời gian ổn định ngắn; nền mặt đường là kết cấumềm, trong quá trình sử dụng dễ biến dạng và lún, trong khi đó kết cấu cầu có

độ cứng rất lớn, ít biến dạng, ít lún hoặc không lún Các giải pháp thiết kế chủyếu hay sử dụng là bố trí bản quá độ bằng bê tông cốt thép hoặc bố trí các đoạn

4

đường quá độ; Chọn vật liệu đắp sau lưng mố thích hợp; Đầm nén đất đạt độchặt cao; Tăng cường các biện pháp thoát nước sau mố cầu [1].

■ Briaud và các cộng sự (1997) [9] đã tóm tắt các nhân tố khác nhau gây ra hiện tượng lún lệch giữa đường và cầu Những nhân tố này được liệt kê theo nhóm

và được sắp xếp theo thứ tự mà chúng góp phần vào hiện tượng lún không đều đoạn đường dẫn vào cầu:

Lực lõ ngangđoững suit phLranÕ rtaahữcũa nẾnđâp

Sự phát tri ấn cùa khe hờ da xót mùn

Sự giãn nở cùa áo đường đo hiệu úng nhiặt

AplựcngartglSnmô

* iỉptacđụng

Cácttiãu tính

Sự giãn nử đonhtỆĩ cùa câu nốiíẩJỊỊn£

Yầsự gi3n nửtõaĩĩ

5

Một số hình ảnh chung về lún đầu cầu:

Hình 1.3: Lún đầu cầu ở cầu vượt Tân Cảng (Tp.HCM)

Hình 1.4: Cầu ông Cộ “cũ” (Hiệp An, Tp.Thủ Dầu Một)

Hình 1.5: Cầu nối Đại lộ Hậu Giang với đường Lê Hồng Phong, Đồng Nai (hướng đi)

Hình 1.6: Cầu nối Đại lộ Hậu Giang với đường Lê Hồng Phong, Đồng Nai (hướng về)

1.2.1 Giải pháp giảm lún đường đầu cầu bằng bản quá độ

Hình 1.7: Mố có bản quá độ [2].

Mục đích của bản quá độ cho cầu là để bắc qua phần có nguy cơ lún do nhiều

nguyên nhân khác nhau có thể xuất hiện ở phía sau mố cầu Bản quá độ còn làmgiảm lực xung kích giữa đường đầu cầu và kết cấu cầu, chuyển tiếp từ kết cấu có độ cứng nhỏ (đường) đến kết cấu có độ cứng lớn (cầu) Giải pháp bản gác đỡ (bản quáđộ) là phương pháp giảm lún phổ biến nhất ở đầu cầu và hai bên cống, tùy theo chiều dài đặt bản gác đỡ có thể phân chia 3 loại đặt cao, trung bình và thấp Trong

đó: đặt cao là mặt bản bằng với mặt đỉnh mố, đặt trung bình là đầu bản phía xa mố đặtgiữa tầng mặt và tầng móng của áo đường, đặt thấp là đầu bản phía xa mố đặt sâu dưới tầng móng áo đường [3, 6]

■ Ưu điểm: dễ thi công, thời gian thi công nhanh, tiết kiệm được chi phí

■ Nhược điểm: chỉ áp dụng với nền đất tốt, chiều cao đất đắp không lớn, hiệntượng lún vẫn xảy ra sau vài năm sử dụng, vẫn chưa thể khắc phục được tình trạng lún khi nền đất yếu

1.2.2 Giải pháp dùng sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép đóng sâu

Hình 1.8: Sàn giảm tải sau mố [10]

Hình 1.9: Sàn giảm tải ở những cầu dẫn vào cầu Phú Mỹ (thành phố Hồ Chí Minh) [10] Sàn giảm tải có tác dụng nâng đỡ trực tiếp phần đất đắp nền đường dẫn sau mố Là kết cấu BTCT có hệ cọc BTCT xuyên qua nền đất yếu, có tác dụng truyền tải trọng từ đất đắp, hoạttải xuống lớp đất tốt hơn phía dưới [11]

■ ưu điểm: đây là một giải pháp đảm bảo độ lún tối thiểu và độ ổn định, độ an toàn

cao cho kết cấu tường chắn, quy trình thi công đơn giản không yêu cầu thiết bị thicông đặc chủng.

■ Nhược điểm: giá thành cao, vẫn có độ lún chênh lệch ở cuối đoạn xử lý với đườngbình thường nếu chiều cao đất đắp lớn, thì cần có thời gian thi công đóng cọc và sàngiảm tải

1.2.3 Giải pháp kéo dài nhịp cầu

Hình 1.10: Đường vào cầu Sài Gòn (Tp.Hồ chí Minh)

Chiều dải nhịp cầu được kéo dài vào phía đường rất lớn nhằm hạ thấp chiều cao nền đườngđắp đầu cầu tối đa

■ ưu điểm: giảm chiều cao đất đắp sau mố, độ lún lệch giữa mố và đường khôngđáng kể

■ Nhược điểm: do việc kéo dài nhịp cầu dẫn đến rất tốn kém trong việc đầu tưxây dựng

1.3 GIẢM LÚN ĐẦU CẦU BẰNG MỐ MỞ RỘNG CÓ BẢN GIẢM TẢI TOÀN KHỐI

Hình 1.11: Mô hình mố mở rộng có bản giảm tải toàn khối

Mố mở rộng có bản giảm tải toàn khối: Là loại mố có bản giảm tải bê tông cốt thép được liên kết ngay tại bệ mố Nhằm chuyển độ lún của đường ra xa mố, giảm độ lún đột ngột từ đường vào cầu [12]

■ Ưu điểm: Dịch chuyển độ lún ra xa vị trí mố cầu, tăng độ êm thuận cho xe khi chạy trên đoạn đường khi vào cầu, chi phí cho việc xây dựng không cao

■ Nhược điểm: Hiện tượng lún vẫn xảy ra Nhưng độ lún có giảm hơn và vị trí lún

ra xa nơi tiếp giáp với mố cầu

■ Tuy nhiên chỉ áp dụng cho nền đất có chỉ tiêu cơ lý không quá yếu và chiều cao đất đắp sau mố không quá lớn, rất phù hợp cho các cầu vừa và nhỏ ở khu vực Đông Nam Bộ

■ Xác định các loại tải trọng đối với tiết diện cần tính toán của các bộ phận mố.

■ Lập các tổ hợp tải trọng nhằm xác định các trị số nội lực bất lợi rất có khả năngxuất hiện trong quá trình xây dựng và khai thác công trình

■ Kiểm tra các tiết diện theo các trạng thái giới hạn.

Hình 2.1: Kích thước hình học của mở rộng có bản giảm tải toàn khối

2.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ CẦU

2.2.1 Phản lực gối dưới tác dụng của trọng lượng bản thân kết cấu nhịp

Xác định dựa vào thiết kế cụ thể Ví dụ nhịp dầm giản đơn:

R t = g L /2 (2.1)

Trong đó: g - trọng lượng bản thân kết cấu nhịp trên 1 đơn vị chiều dài nhịp (kN/m 3 ) L

- chiều dài nhịp tính toán (m).

Bảng 2.1: Tính kết cấu phần trên

2.1.1 Tĩnh tải giai đoạn 1- DC1

1 Bản BTCT mặt cầu = 0.5x( dài x rộng x bề dày )x wc kN

3 Tấm bê tông ván khuôn ( tấm đan)= 0.5x(dài x rộng x dày)x kN

4 Dầm ngang = 0.5 x (Diện tích x số lượng )x wc kN

5 Dầm chủ = 0.5x trọng lượng một dầm x số dầm kN

2.1.2 Tĩnh tải giai đoạn 2 -DW

1 Lớp phủ mặt cầu = 0.5 x( dài x rộng x dày)x Y lp kN

2.2.2 Trọng lượng bản thân

Xác định theo kích thước hình bao của các bản vẽ kỹ thuật Khi tính toán nên chia

mố trụ thành các khối hình học đơn giản để tính thể tích, trọng lượng và cánh tay đòn

từ trọng tâm của các khối này đến 1 trục nào đó cần tính moment

3 Tường đầu (trên) Vtfi = a8.b7.c3 (m3) kN

4 Tường cánh (phần đuôi) Vtcd = (2b4 + b3).a5.C1 (m3) kN

5 Tường cánh (phần thân) Vtct = 2.(b2 + b3 + b4).a2.c1 (m3) kN

6 Đá kê gối V đkg = n g.(a 11.b 9.c 4 ) (m3) kN

2.2.3 Phản lực gối do hoạt tải thẳng đứng gây ra

Các tải trọng truyền từ kết cấu nhịp

Hoạt tải trên kết cấu nhịp truyền xuống mố: (LL+IM)

+ Tổ hợp (1): xe 3 trục+ tải trọng làn+ Tổ hợp (2): xe 2 trục+ tải trọng làn

Hình 2.2 Hoạt tải xe trên kết cấu nhịp (LL) [13]

Ghi chú: nét đứt thể hiện vị trí tải của xe hai trục thiết kế.

Công thức xác định phản lực do tải trọng trục xe gây ra:

Y LL: hệ số tải trọng

: tải trọng trục bánh xe tại điểm đang xét y t : tung độ đường ảnh hưởng tại

vị trí đang xét IM: là hệ số xung kích.

Area: diện tích đường ảnh hưởng tại vị trí đang xét.

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

hệ số C lấy như sau:

(2.6)v= 17m/sg= 9,81m/s2R= 0,00 mĐặt cách mặt xe chạy là 1,8m

Hệ số tính toán lực ly tâm C: 0,00 m

Trị số lực ly tâm: CE: 0,00 kN

2.2.6 Tải trọng gió (WS, WL)

2.2.6.1 Tải trọng gió ngang

■ Áp lực gió ngan tác dụng lên xe được lấy bằng 1,5 kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và cách mặt đường =1,8 (m)

■ Trị số tải trọng gió ngang tác dụng lên xe: WLN= 1.5*Ld ầ m*0,5 (kN)

■ Vì tại mố đặt gối di động nên ta có WLD= 0,00 (kN).

- gđ- trọng lượng riêng của lớp đất sau mố (kN/m 3 ).

- b 8 : chiều cao đất đắp sau mố, bằng chiều cao tường thân cộng chiều cao tường đỉnh (m).

- (1): là khối khép kín, được bao bọc bởi hai bên tường cánh, tường thân, tường đỉnh.

- (2) khối đất trong phạm vi bản giảm tải toàn khối.

1 + sqrt(sin( s + ỳ) six(q) - /3)-ạ

sin( 0 + S) + Sin(0 + f) S: Góc ma sát giữa đất đắp và tường = 24° f: Góc của đất đắp với

0: Góc của đất đắp sau tường với phương thẳng đứng = 90 ° ỳ: Góc nội ma sát có hiệu =35 °

2.2.8.2 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố (LS)

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

Áp lực ngang do hoạt tải sau mố tính theo công thức:

LS= K*heq*Y*H*C5 (kN) (2.12)Với vị trí hợp lực đặt tại 0.5H

Trong đó:

K: hệ số áp lực đất

h eq : chiều cao lớp đất tương đương phụ thuộc vào chiều cao tường chắn (m)

C 5 : chiều dài bệ mố trừ chiều dày của 2 tường cánh (m)

Ỵ trọng lượng riêng của đất đắp (kN/m 3 )

H: chiều cao tường chắn (m)

Vị trí đặt hợp lực 0.5H tính từ đáy móng.

Đối với tường chắn có chiều cao trung gian, heq được xác định bằng nội suy tuyến tính

2.2.8.3 Áp lực thẳng đứng (VS)

Do lớp đất tương đương tác dụng tới mặt cắt A-A khi thiết kế mố

Hình 2.6: Chiều dày lớp đất tương đương

Trị số VS được tính như sau:

VS= heq*Y*(ara3-a4+ao)*C5 (kN)

Trong đó:

a 1 -a 3 -a 4 +a 0 : chiều dài cột đất tương đương h eq gây ra do áp lực thẳng đứng xét

tại mặt cắt A-A (m).

C 5 : chiều rộng bệ mố theo phương ngang cầu (m).

ỵ: trọng lượng riêng của lớp đất sau mố (kN/m 3 ).

Chiều cao tường (mm) Heq (mm)

2.3 CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ

+ Tường cánh được kiểm toán riêng

Hình 2.8: Cách phân chia mặt cắt tường cánh

2.3.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mố cầu

Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng:

Khi thành lập tổ hợp tải trọng đối với mố cầu thì ta phải thành lập 2 tổ hợp:

Tổ hợp tải trọng I: bất lợi ra phía sông

Tổ hợp tải trọng II: bất lợi vào bờ

Về nguyên tắc tất cả các TTGH ta đều phải lập với 2 tổ hợp tải trọng I và II, tuy nhiêntrong kiểm toán mố ta chỉ kiểm toán theo TTGH cường độ I, TTGH sử dụng

cơ trượt do tác dụng của hoạt tải xe, tổ hợp tải trọng này cũng cần được sử dụng để khảo sát ổn định mái dốc.

- Trạng thái giới hạn giai đoạn thi công: khi tải trọng xe lu cộng với lớp đất bên trên

tác dụng lên bản giảm tải toàn khối có thể bỏ qua do tải trọng này nhỏ hơn nhiều so

với tải trọng của toàn bộ chiều dày kết cấu phần đường đầu cầu và hoạt tải của đoàn xe HL93 gây ra.

2.4 TÍNH DUYỆT MỐ CẦU

2.4.1 Tính duyệt khả năng chịu uốn

2.4 1.1 Chịu uốn 1 phương:

❖ Với mặt cắt chữ nhật khoảng cách từ trục trung hòa tới mép chịu nén:

Trong đó:

(2.14)

+ A s : diện tích cốt thép chịu uốn bố trí trên mặt cắt ngang (mm 2 ) +f y : cường độ chảy của cốt thép (MPa).

+ /ỉ: hệ số quy đổi hình khối ứng suất tương đương.

+f c : cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa).

+ b: chiều rộng của bản cánh chịu nén (mm).

❖ Mômen kháng uốn tính toán (N.mm) :

Mr= (pM„ Ọ*As*fy*(ds

-Trong đó:

+ a: chiều dày khối ứng suất tương đương a= /)*c (mm).

+ d s : khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo (mm).

+ ọ: là hệ số sức kháng uốn.

❖ Kết cấu đủ khả năng chịu uốn khi:

Mr > Mu

Trong đó:

+ M u : mômen tại mặt cắt kiểm toán (N.mm).

+ M r : mômen kháng uốn tính toán (N.mm).

2.4.I.2 Chịu uốn 2phương:

❖ Nếu lực tính toán dọc trục P u < 0,1*ọ*fc*Ag, kiểm toán uốn 2 phương theođiều kiện:

Trong đó:

■h M ux : mômen uốn tính toán theo phương x (N.mm).

+ M uy : mômen uốn tính toán theo phươngy (N.mm).

+ M rx : mômen kháng uốn đơn trục theo phương x (N.mm).

+ d s :chiều cao có hiệu có của mặt cắt (mm).

+ A s :diện tích cốt thép chịu kéo (mm 2 ).

+ fy:cường độ chảy của cốt thép (MPa).

+ ọ:hệ số sức kháng + a= p 1 *c : chiều dày khối ứng suất tương đương (mm)

0,85#f>

+ /ỉ: hệ số quy đổi hình khối ứng suất tương đương.

+f c : cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa).

+ A g : diện tích nguyên của mặt cắt (mm 2 )

+ ọ: hệ số sức kháng = 0.75 với cấu kiện chịu nén dọc trục.

+ P rxy : sức kháng dọc trục tính toán khi uốn theo hai phương (N)

+ P rx : sức kháng dọc trục tính toán khi chỉ có độ lệch tâm e x (N)

+ e x: độ lệch tâm của lực dọc trục tính toán theo hướng trục X, e x

+ P ry : sức kháng dọc trục tính toán khi chỉ có độ lệch tâm e y (N)

+ e y: độ lệch tâm của lực dọc trục tính toán theo hướng trục X, (mm) + P u : lực dọc trục tính toán (N)

2.4.2 Tính duyệt khả năng chịu cắt

Trong đó:

+ ọ: Hệ sô sức kháng cắt

+ V n : Sức kháng cắt danh định là trị số nhỏ hơn của:

+ B: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định trong điều 5.8.3.4 [7]

+ a: Góc nghiêng của thép ngang đối với trục dọc (độ).

+Av: Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm 2 ).

2.4.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

Trong đó:

+ P mm: là tỷ lệ giữa diện tích thép chịu kéo và diện tích nguyên.

+fy: cường độ chảy của cốt thép (MPa).

+f' c : cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa).

2.4.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa

+ Z: Thông số bề rộng vết nứt (N/mm).

+ d c : Chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu nén ngoài cùng đến tâm của thanh thép gần nhất (mm).

+fs: Ứng suất trong cốt thép chủ dưới tác dụng của ngoại lực (N/mm 2 ).

2.5 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC

2.5.1 Khả năng chịu tải của cọc theo đất nền

Khả năng chịu tải của cọc theo đất nền Được xác định bằng công thức:

QR 1= h*(fpq*Qp+ fqs*Qs) (2.31)Với: QP= qp*Ap

QS= qs*As

Trong đó:

+ h: Hệ số hữu hiệu của cọc + Q P: Sức kháng mũi cọc (N) + Q s : Sức kháng thân cọc (N) + q p : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) + q s : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) + A S : Diện tích bề mặt thân cọc (mm 2 ) +f pq : Hệ số sức kháng mũi cọc

+f qs : Hệ số sức kháng thân cọc

Các hệ số sức kháng mũi cọc fpq, hệ số sức kháng thân cọc fqs phụ thuộc vào chỉ tiêu cơ lý của đất.

2.5.2 Khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu

Khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu được xác định theo công thức:

Trong đó:

+0 : Hệ số sức kháng

+ fy: Cường độ của thép fy (MPa).

+fc: Cường độ của bê tông thân cọc fc (MPa).

+ Ac: Diện tích mặt cắt ngang cọc: Ap (mm 2 ).

+ As: Diện tích cốt thép As (mm 2 ).

Sức chịu tải tính toán của một cọc là: QR = min(QR1;QR2) - W (KN)

Trong đó W là trọng lượng bản thân của 1 cọc (KN)

2.5.3 Xác định số lượng cọc trong móng

Số cọc cần

Nt P Trong đó:

+ /3: Hệ số kể đến việc các cọc trong móng chịu nén không đồng đều: /3 = 1,2 + P: Sức chịu tải tính toán của cọc (kN).

+ N tt : Tải trọng thẳng đứng lớn nhất tại tiết diện A-A (N).

2.5.4 Kiểm tra nội lực đầu cọc

Lực dọc trục đầu cọc của cọc thứ i được tính theo công thức:

1n £i%i2 s?yĩ2

Trong đó:

+ n: là số cọc đã chọn

+ Ni: lực dọc trục tại đầu cọc của cọc thứ i (N)

+ N: tổng áp lực thẳng đứng tại đáy đài (N)

+ Mx, My: moment tại đáy đài theo phương x,y (N.mm)

(2.33)

+ xi, yi: Khoảng cách từ trục trung hòa của mặt cắt đáy đài đến cọc thứ i (mm).

BẺ MÓHình 2.9: Hình minh họa bố trí cọc trong bệ mố2.6 VÍ DỤ TÍNH TOÁN MỐ CẦU CÓ BẢN GIẢM TẢI TOÀN KHỐI THEO TIÊU

Bảng 2.4: Số liệu kết cấu phần trên

Số liệu kết cấu phần trên

- Chiều dày bản mặt cầu : t deck = 0,2 m

-Diện tích của mỗi dầm ngang F = 0,363 m2

-Chiều rộng của dầm ngang dọc cầu b = 0,2 m

-Diện tích của gờ lan can F1C = 0,313 mm2

-Chiều cao dầm tính đến lớp phủ H dầm = 1,82 m-Chiều dày của lớp bê tông tấm đan h đan 0,2 m-Chiều dày lớp bản mặt cầu h bmc 0,2 m

2.6.1 Chọn kích thước mố

Bảng 2.5: Kích thước theo phương dọc cầu

Đơnvịtính

2 Bề rộng tường cánh (phần dưới) a2 1,250 m

4 Khoảng cách từ tường thân đến mép ngoài bệ a4 0,500 m

5 Bề rộng tường cánh (phần đuôi) a5 1,751 m

7 Khoảng cách từ mép tường đầu đến mép bệ a7 0,950 m

9 Chiều rộng bản giảm tải toàn khối (dọc cầu ) ao 3,000 m

10 Khoảng cách từ tim gối đến mép ngoài tường thân a10 0,450 m

11 Kích thước đá kê gối theo Phương dọc cầu a 11 0,600 m

12 Chiều rộng đất đăp trước mố a 12 0,500 m

14 Kích thước tường cánh (phương đứng) b 2 0,500 m

15 Kích thước tường cánh (phương đứng) b 3 1,140 m

16 Kích thước tường cánh ( phương đứng) b4 1,600 m

17 Chiều cao mố ( từ đáy bệ đến đỉnh tường đầu) b5 4,740 m

20 Tổng chiều cao tường thân và tường đầu bs 3,240 m

21 Chiều cao đá kê gối (tính cho trường hợp gối biên) b9 0,200 m

22 Chiều dày bản giảm tải toàn khối bo1 0,200 m

23 Chiều dày bản giảm tải toàn khối b 02 0,750 m

Bảng 2.6: Kích thước theo phương ngang cầuSST Tên kích thước Ký hiệu Giá trị ĐV tính

2 Chiều rộng bệ mố ( phương ngang cầu) C2 13 m

3 Bề rộng mố (phương ngang cầu) C3 12,1 m

6 Chiều rộng bản giảm tải toàn khối C0 13 m

2.6.2 Tải trọng tác dụng

Bảng 2.7: Tính kết cấu phần trên

Trị số Đơn vị

2.1.1 Tĩnh tải giai đoạn 1 - DC1

1 Bản BTCT mặt cầu = 0,5x( dài x rộng x bề dày )x wc 889,35 kN

3 Tấm bê tông ván khuôn ( tấm đan)= 0,5x(dài x rộng x dày)x Ybt 889,35 kN

4 Dầm ngang = 0,5 x (Diện tích x số lượng )x wc 1010,71 kN

5 Dầm chủ = 0,5x trọng lượng một dầm x số dầm 1220,65 kN

2.1.2 Tĩnh tải giai đoạn 2 -DW

1 Lớp phủ mặt cầu = 0,5 x( dài x rộng x dày)x Yip 324,00 kN

Bảng 2.8: Tính toán tĩnh tải do trọng lượng bản thân mố

1 Bệ mố V bm = b 1-a 1.c 2 58,5 1433,3

2 Tường thân Vtt = a3.b6.c3 18,5 452,1

3 Tường đầu (trên) Vtđ = a8.b7.c3 7,3 179,6

4 Tường cánh (phần đuôi) Vtcd = (2.b4 + b3).a5.c1 2,3 55,9

5 Tường cánh (phần thân) Vtct = 2.(b2 + b3 + b4).a2.c1 2,4 59,5

6 Đá kê gối V đkg = n g.(a 11.b 9.c 4 ) 1,2 30,6

7 Tường tai Vtt= 2.a7.1,5.0,2 0,6 14,0

8 Bản giảm tải toàn khối Vbgt= a0.(b01+b02)/2.c0 18,5 453,9

3 Tường đầu P3 179,6 0,100 17,965

4 Tường cánh (phân đuôi) P4 59,5 2,299 128,402

5 Tường cánh (phân thân) P5 59,5 0,775 46,140

8 Bản giảm tải bản toàn khối P8 453,9 3,000 1361,588

Bảng 2.10: Bảng tính nội lưc cho tiết diện B-B bởi trọng lượng bản thân

Bảng 2.11: Bảng tính nội lực cho tiết diện C-C bởi trọng lượng bản thân

3 Làn thiết kế (Uniform Lane Load) Wl 9,30 kN/m

4 Tải trọng người đi (Pedestrian Load) PL 3,00 kN/m

Bảng 2.13: Hoạt tải xe trên kết cấu nhịp

Bảng 2.14: Tính áp lực ngang của đất đắp lên tường (EH)

Tiết diện áp lực ngang của đất đắp lên tường (EH)

Bảng 2.15: Tính áp lực ngang do hoạt tải sau mố (LS)

Tiết diện Áp lực ngang do hoạt tải sau mố (LS)

H(m) heq(m) LS(kN) M(kNm)A-A 4,74 0,945 371,059 -879,410B-B 3,24 1,165 312,695 -506,566C-C 2,02 1,527 255,517 -258,072

115,2 435,4

Dọc cầu 7 WSGió lên

Bảng 2.18: Tổ hợp tải trọng xét tới mặt cắt A-A (ứng với hệ số tải trọng max)

Trạng thái giới

Cường độ I 16.972,37 2.045,54 0,00 0,00 7.543,52Cường độ II 13.704,33 1.396,18 161,25 609.54 6.161,13Cường độ III 16.234,83 1.901,61 68,57 325,80 7.257,87

Áp lực ngang của đất (EH) Ỵ EH - 169,04 - - -136,59

Áp lực ngang do hoạt tải sau

Bảng 2.23: Tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt D-DTên kết cấu Công thức tính toán

Thể

(m3) (kN) (m) (kN.m)1.Bệ mố V bm=(h 1 .(a l -a 3 -a 4 ).c 2 +V bản giảm tải 42,9 1051 2,125 2233 7 DC3.Tường cánh

(phần đuôi) Vtcđ=(2.b4+b3).a5.ci 2,28 55,86 2,04884 114.4 7 DC4.Tường cánh

(phân thân) Vtct=2.(b2+b4+b3).a2.ci 2,43 59,54 0,625 37,21 7 DC

LVz(kN)

e(m)

LMy(kN.m)1.Bệ mố V bm =b 1.a 4 C 2 9,75 175,5 -0,25 -43,88

Bảng 2.27: Tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt F-F

Tên tải trọng Công thức tính toán

SQy (kN) (m)e (kN.m)EMz1.Áp lực ngag của đất (EH) Qy=0,5.Ka.gđ.htb .a5 .(hi+h2) 39,48 0,95216 37,592.Hoạt tải sau mố (LS) Qv=0,5.Ka.gd.heq.a5.(hi+h2) 41,17 0,95216 39,20

Bảng 2.28: Bảng tổ hợp tải trọng xét tới mặt cắt F-F

(kN) (kN.m)Cường độ I 131,26 124,98Cường độ II 59,21 56,38Cường độ III 114,79 109,30