Thiết kế cầu qua sông v5 đatn

Tính toán khối lượng bê tông cốt thép cho mố: .... Tính toán khối lượng bê tông cốt thép cho trụ: .... Xác định số lượng cọc trong các móng mố và trụ cầu: .... Xác định số lượng cọc tron

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN 1 THIẾT KẾ SƠ BỘ 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỒ ÁN 2

1.1 Các số liệu ban đầu: 2

1.2 Đánh giá điều kiện địa phương: 2

1.2.1 Điều kiện địa hình: 2

1.2.2 Điều kiện địa chất: 2

1.2.3 Điều kiện khí hậu, thủy văn: 3

1.2.4 Điều kiện cung ứng nguyên vật liệu, nhân lực, thiết bị: 3

1.2.5 Hiện trạng kinh tế và xã hội khu vực: 3

1.3 Sự cần thiết phải đầu tư: 4

1.4 Qui mô và tiêu chuẩn thiết kế: 4

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU 5

2.1 Lựa chọn kết cấu thượng bộ: 5

2.2 Lựa chọn kết cấu hạ bộ: 5

2.3 Đề xuất 2 giải pháp kết cấu như sau: 5

2.3.1 Phương án 1: 5

2.3.1.1 Kết cấu thượng bộ: 5

2.3.1.2 Kết cấu hạ bộ: 6

2.3.2 Phương án 2: 7

2.3.2.1 Kết cấu thượng bộ: 7

2.3.2.2 Kết cấu hạ bộ: 7

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG ÁN 1: CẦU DẦM I BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC 8

3.1 Giới thiệu chung về phương án: 8

3.2 Tính toán khối lượng kết cấu nhịp: 9

1.1.3.1 Tính khối lượng của dầm chủ: 10

1.1.1 Dầm ngang: 10

1.1.2 Dải phân cách cứng: 11

1.1.3 Lan can, tay vịn: 11

2 Tính toán khối lượng cho mố và trụ: 13

2.1 Tính toán khối lượng bê tông cốt thép cho mố: 13

2.2 Tính toán khối lượng bê tông cốt thép cho trụ: 14

3 Tính toán số lượng cọc cho mố và trụ: 15

3.1 Tính áp lực thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ cọc của mố và trụ cầu: 15

3.1.1 Mố A (~Mố B): 15

3.1.2 Trụ 1 (~Trụ 2): 18

3.1.3 Trụ 3: 20

3.2 Tính toán và xác định số lượng cọc cho mố, trụ: 20

3.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc: 21

3.2.2 Xác định số lượng cọc trong các móng mố và trụ cầu: 24

3.2.2.1 Số lượng coc cần thiết trong mố, trụ cầu: 24

3.2.2.2 Mặt bằng bố trí cọc: 25

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG ÁN 2: CẦU GIÀN THÉP 28

4.1 Giới thiệu chung về phương án: 28

4.2 Tính toán khối lượng các bộ phận trên cầu: 29

4.2.1 Tĩnh tải các lớp phủ mặt cầu và thiết bị: 29

4.2.2 Tĩnh tải phần lan can, tay vịn: 29

4.2.3 Tĩnh tải bản mặt cầu: 30

4.3 Tính toán khối lượng kết cấu nhịp: 30

4.4 Tính toán khối lượng mố trụ: 32

4.4.1 Tính toán khối lượng mố: 32

4.4.2 Khối lượng trụ: 34

4.5 Tính toán số lượng cọc cho mố và trụ: 34

4.5.1 Áp lực lớn nhất tác dụng lên mố, trụ: 34

4.5.2 Tính toán và xác định số lượng cọc cho mố, trụ: 36

4.5.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc: 36

4.5.2.2 Xác định số lượng cọc trong các móng mố và trụ cầu: 39

CHƯƠNG 5 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN 43

5.1 Cơ sở để chọn phương án đưa vào thiết kế kỹ thuật: 43

5.2 So sánh các phương án theo giá thành dự toán: 43

5.3 So sánh các phương án theo điều kiện thi công chế tạo: 43

5.3.1 Phương án 1: Cầu dầm đơn giản BTCT DUL 43

5.3.2 Phương án 2: Cầu giàn thép 44

5.4 So sánh phương án theo điều kiện khai thác sử dụng: 44

5.5 Kết luận và kiến nghị: 44

PHẦN 2 THIẾT KẾ KỸ THUẬT 45

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 46

1.1 Cấu tạo mặt cắt ngang cầu: 46

1.2 Phân tích cấu tạo và chọn sơ đồ tính: 46

1.3 Tải trọng tác dụng: 47

1.3.1 Tĩnh tải: 47

1.3.2 Hoạt tải: 47

1.4 Xác định nội lực: 48

1.5 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu: 56

5.1 Bố trí cốt thép chịu mômen âm 58

5.2 Bố trí cốt thép chịu mômen dương 59

5.3 Bố trí cốt thép chịu mômen âm của phần hẫng 62

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẦM CHỦ (DẦM TRONG) BTCT ƯST CHỮ I 66

A XÁC ĐỊNH NỘI LỰC: 66

1 Xác định nội lực do tĩnh tải tại các mặt cắt đặc trưng: 66

1.1 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ: 66

1.2 Xác định nội lực dầm chủ do tĩnh tải: 67

1.2.1 Mômen: 68

1.2.2 Lực cắt: 70

2 Xác định nội lực do hoạt tải tại các tiết diện đặc trưng: 73

2.1 Tính hệ số phân bố lực ngang: 73

2.1.1 Hệ số phân bố ngang đối với mômen: 75

2.1.2 Hệ số phân bố ngang đối với lực cắt: 75

2.1.3 Hệ số phân bố của tải trọng người đi bộ: 76

2.2 Xác định nội lực do hoạt tải gây ra: 76

2.2.1 Moment: 76

2.2.2 Lực cắt: 80

3 Tổ hợp nội lực: 86

B TÍNH VÀ BỐ TRÍ THÉP DỰ ỨNG LỰC 87

1 CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU CHO DẦM CHỦ 87

1.1 Thép: 87

1.1.1 Thép ứng suất trước: 87

1.2 Vật liệu bê tông: 87

2 Chọn sơ bộ số lượng cáp dự ứng lực: 88

3 Bố trí cáp D.Ư.L: 88

2 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN DẦM 90

2.1 Đặc trưng hình học tiết diện trong giai đoạn 1: (chưa căng kéo cốt thép) 91

2.1.1 Tiết diện tại gối: 91

2.1.2 Tiết diện tại giữa nhịp: 92

2.2.2 Mặt cắt tại giữa nhịp: 95

2.3 Đặc trưng hình học tiết diện trong giai đoạn 3: Dầm I và bản mặt cầu đã đông cứng 96 2.3.1 Mặt cắt tại gối: 96

2.3.2 Mặt cắt tại giữa nhịp: 98

3 TÍNH MẤT MÁT ỨNG SUẤT TRONG THÉP CƯỜNG ĐỘ CAO 99

3.1 Mất mát do thiết bị neo: 99

3.2 Mất mát ứng suất do ma sát giữa cốt thép DƯL và thành ống: 100

3.3 Mất mát ứng suất do nén đàn hồi: (A5.9.5.2.3b) 101

3.4 Mất mát ứng suất do co co ngót trong bê tông: 102

3.5 Mất mát ứng suất do từ biến của bê tông: (A5.9.5.4.3) 103

3.6 Mất mát ứng suất do tự chùng của cáp DƯL: (A5.9.5.4.4) 103

3.6.2 Sau khi truyền lực: 104

3.7 Tổng hợp các mất mát ứng suất: 104

4 KIỂM TOÁN DẦM THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG: 104

4.1.1 Kiểm tra ứng suất trong bê tông (TCN A.5.9.4): 104

4.1.2 Giai đoạn thi công: 105

4.1.3 Giai đoạn khai thác sử dụng: 108

5 Kiểm tra độ võng do hoạt tải: 110

6 Kiểm toán theo TTGH cường độ 1 (THGHCD1): 111

6.1 Kiểm toán theo điều kiện mô men kháng uốn: 111

7 Bố trí cốt đai trong dầm theo cấu tạo: 117

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRỤ SỐ 3 118

1 Tải trọng và tổng hợp nội lực: 118

1.1 Số liệu chung: 118

1.2 Kết cấu phần trên: 118

7.1.3 Số liệu trụ: 118

1.4 Kích thước trụ: 119

1.2 Tính toán các tải trọng tác dụng lên trụ: 119

1.2.1 Tĩnh tải: 119

1.2.2 Hoạt tải: 120

1.2.2.1 Tính phản lực do hoạt tải: 120

1.2.2.2 Phản lực do người đi trên kết cấu nhịp: 126

1.3 Lực hãm xe (BR): 127

1.4 Lực ly tâm (CE): 127

7.5 Tải trọng gió (WL, WS): 127

1.5.1 Tải trọng gió tác động lên công trình: WS 128

1.5.1.1 Tải trọng gió ngang Pd: 128

1.5.1.2 Tải trọng gió dọc Pd: 130

1.5.1.3.Tải trọng gió ngang Pd với vận tốc gió 25 m/s: 130

1.5.1.4 Tải trọng gió dọc Pd với vận tốc gió 25 m/s: 131

1.5.2 Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ: WL (A.3.8.1.3) 131

1.5.2.1 Tải trọng gió ngang: 131

1.5.2.2 Tải trọng gió dọc: 131

7.5.3 Tải trọng nước: 132

7.5.3.1 Áp lực thủy tĩnh: 132

1.5.3.2 Áp lực dòng chảy (p): 133

1.5.4 Tính hệ số phân bố tải trọng: 134

1.6 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên các mặt cắt: 135

1.6.1 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên các mặt cắt X-X: 135

1.7 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt đỉnh móng (I-I): 139

1.8 Mặt cắt tại đáy móng II-II: 148

1.9 Kiểm toán mặt cắt trụ: 156

1.9.1 Kiểm toán mặt cắt xà mũ: 156

1.9.1.1.Vật liệu: 157

1.9.1.2 Bảng tổng hợp tải trọng tới mặt cắt X-X: 157

7.9.1.3 Tính toán cốt thép: 157

1.9.1.3.1 Kiểm tra cấu kiện chịu uốn: 158

7.9.1.4 Kiểm tra cấu kiện chịu cắt: 159

1.9.1.5 Kiểm tra nứt: 161

1.9.2 Tính đặc trưng hình học của mặt cắt thân trụ: 164

1.9.3 Số liệu thiết kế: 165

1.9.4 Tính toán cấu kiện chịu nén: 166

1.9.5 Tính tra khả năng chịu cắt của thân trụ: 171

1.9.6 Kiểm tra nứt: 174

1.9.7 Kiểm tra mặt cắt tại đáy móng (VII-VII) 175

1.9.7.1 Số liệu thiết kế: 176

1.10 Thiết kế cọc bê tông cốt thép: 177

1.10.1 Kiểm tra điều kiện: 177

1.10.2 Xác định tải trọng làm việc của cọc: 177

1.10.3 Kiểm tra cường độ của nền đất: 179

1.10.3.1.Kiểm tra cường độ của đất tại đáy móng khối quy ước: 179

1.10.3.2 Tính toán độ lún của móng cọc: 181

1.10.4 Tính toán đài cọc: 182

1.10.4.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc: 183

1.4.4.2.Tính toán theo điều kiện chịu uốn: 184

1.10.5 Kiểm tra cường độ của cọc khi vận chuyển và treo lên giá búa: 189

PHẦN 3 THIẾT KẾ THI CÔNG 191

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ THI CÔNG TRỤ T3 192

1.1.Thiết kế thi công trụ T3 192

1.1.1 Số liệu thiết kế 192

1.1.2.1 Các đặc điểm thi công: 192

1.1.3 Đề xuất giải pháp thi công: 194

1.1.4 Trình tự thi công chung : 195

1.1.5 Thi công các hạng mục: 196

1.1.5.1 Dọn dẹp mặt bằng thi công: 196

1.1.5.2 Xây dựng nhà ở ,lán trại cho công nhân: 196

1.1.5.3 Chuẩn bị vật liệu và đúc cọc: 196

1.1.5.4 Định vị tim trụ: 198

1.1.5.5 Thi công đóng cọc: 198

1.1.5.6 Đào đất hố móng: 204

1.1.6 Thi công bệ trụ: 205

1.1.6.1 Chọn máy trộn bê tông: 205

1.1.6.2 Kỹ thuật đổ bê tông: 206

1.1.6.3 Tính toán ván khuôn bệ trụ: 207

1.1.7 Thi công thân trụ: 212

1.1.7.1 Các bước thi công: 212

1.1.7.2 Chọn máy trộn bê tông: 212

1.1.7.3 Kỹ thuật đổ bê tông: 212

1.1.7.4 Tính toán ván khuôn thân trụ: 212

1.1.8 Thi công xà mũ trụ: 215

1.1.8.1 Các bước thi công: 215

1.1.8.2 Chọn máy trộn bê tông: 215

1.1.8.3 Kỹ thuật đổ bê tông: 215

1.1.8.4 Tính toán ván khuôn: 215

CHƯƠNG 2: THI CÔNG THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP 217

2.1 Giới thiệu chung: 217

2.2 Đặc điểm lao lắp các dầm chủ BTCT ƯST đúc sẵn: 217

2.3 Các điều kiện để chọn phương án thi công: 218

2.4 Các phương án thi công: 218

2.4.1 Phương án 1: 218

2.4.2 Phương án 2: 219

2.5 Ưu nhược điểm của các phương án: 219

2.5.1 Phương án 1: Dùng cần trục long môn 219

2.5.2 Phương án 2: Dùng tổ hợp giá ba chân loại lớn 220

2.6 So sánh chọn phương án: 220

2.6.1 Phương án 1: 220

2.6.2 Phương án 2: 220

2.7 Trình tự thi công chi tiết lao lắp dầm bằng tổ hợp mút thừa: 221

2.8 Tính toán tổ hợp lao dầm: 222

2.8.1 Kiểm tra lật theo phương dọc cầu: 222

2.8.2 Kiểm tra lật theo phương ngang cầu: 224

2.8.3 Tính cáp treo dầm: 226

2.8.4 Thi công dầm ngang và bản mặt cầu: 226

2.8.5 Hoàn thiện: 226

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG TRỤ T3 227

TÀI LIỆU THAM KHẢO 234

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.20 Tổng hợp khối lượng phương án 1 27

Bảng 4.1 Tĩnh tải các lớp phủ mặt cầu và thiết bị 29

Bảng 4.2 Thể tích các bộ phận của mố trái và phải 33

Bảng 4.3 Bảng thống kê khối lượng bê tông, thép 1 mố 33

Bảng 4.4 Bảng thống kê khối lượng bê tông, thép trụ 1 34

Bảng 4.6 Áp lực do hoạt tải tác dụng lên mố, trụ 36

Bảng 4.7 Áp lực lớn nhất tại mố, trụ 36

Bảng 4.8 Áp lực tác dụng lên mố, trụ : 36

Bảng 4.15 Thống kê toàn bộ khối lượng cầu phương án 2 41

Bảng 7.1: Tĩnh tải do các thành phần của trụ T4 120

Bảng 7.2 Khối lượng các bộ phận tại mặt cắt 120

Bảng 7.3: Tính toán giá trị hoạt tải 121

Bảng 7.4: Tính toán giá trị hoạt tải 123

Bảng 7.5: Tính toán giá trị hoạt tải 125

Bảng 7.6 Tính các hệ số cản Cd của các kết cấu 129

Bảng 7.7: Tải trọng gió ứng với vận tốc thiết kế 130

Bảng 7.8 Tải trọng gió với vận tốc gió 25m/s 130

Bảng 7.11 Tính áp lực thủy tĩnh 132

Bảng 7.13 Tính áp lực dòng chảy: 133

Bảng 7.14 tổ hợp tải trọng xét tới mặt cắt X-X 138

Bảng 7.15: Bảng tổ hợp tải trọng ở TTGHSD tại mặt cắt X-X 138

Bảng 7.16: Bảng tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI tại mặt cắt X-X 139

Bảng 7.17: Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt đỉnh móng 139

Bảng 7.18: Bảng tổ hợp 1 cường độ I 140

Bảng 7.19: Bảng tổ hợp 2: cường độ II 141

Bảng 7.20: Bảng tổ hợp 3 cường độ III.1 142

Bảng 7.21: Bảng tổ hợp 4 cường độ III.2 143

Bảng 7.22: Bảng tổ hợp trạng thái GHĐB I.1 144

Bảng 7.23: Bảng tổ hợp trạng thái GHĐB I.2 145

Bảng 7.24: Bảng tổ hợp THGHSD I.1 146

Bảng 7.25: Bảng tổ hợp THGHSD I.2 147

Bảng 7.26: Bảng tổ hợp tải trọng tại đỉnh bệ (I-I) 148

Bảng 7.28: Bảng tổ hợp cường độ II mặt cắt II-II 149

Bảng 7.29: Bảng tổ hợp cường độI III.1 mặt cắt II-II 150

Bảng 7.30: Bảng tổ hợp cường độI III.2 mặt cắt II-II 151

Bảng 7.31: Bảng tổ hợp theo THGHĐB I.1 mặt cắt II-II 152

Bảng 7.32: Bảng tổ hợp theo THGHĐB I.2 mặt cắt II-II 153

Bảng 7.33: Bảng tổ hợp theo THGHSD I.1 mặt cắt II-II 154

Bảng 7.34: Bảng tổ hợp theo THGHSD I.2 mặt cắt II-II 155

Bảng 7.36: Số liệu kiểm toán xà mũ 157

Bảng 7.37: Các tổ hợp tải trọng tác dụng lên xà mũ 157

Hình 7.14: Tiết diện xà mũ 157

Bảng 7.38: Kiểm toán cắt tiết diện XI-XI 160

Bảng 7.39: Kiểm tra nứt 162

Bảng 7.40: Tính toán phản lực gối 163

Hình 7.16: Quy đổi tiết diện ngang thân trụ 165

Bảng 7.41: Số liệu ban đầu 165

Bảng 7.42 Tổ hợp tải trọng xét tới mặt cắt VI-VI (đỉnh bệ móng) 166

Bảng 7.43: Bảng tính mô men kháng uốn các tiết diện 169

Bảng 7.44: Bảng đặc trưng hình học các tiết diện 170

Bảng 7.45: Kết quả thể hiện ở bảng sau: 171

Bảng 7.46: Kết quả thể hiện ở bảng sau: 172

Bảng 7.47: Kết quả thể hiện ở bảng sau: 173

Bảng 7.48: Kết quả thể hiện ở bảng sau: 174

Bảng 7.49: Kết quả thể hiện ở bảng sau: 175

Bảng 7.50: Kết quả thể hiện ở bảng sau: 175

Bảng 7.51: Số liệu ban đầu 176

Bảng 7.52 Tổ hợp tải trọng đến mặt cắt đáy móng: 176

Bảng 7.53: Kết quả ở bảng sau 179

Bảng 7.54: Tổ hợp TTGH sử dụng 179

Bảng 7.55 Bảng tính toán ứng suất 182

Bảng 7.56 Ta có kết quả sau 184

Bảng 7.57: Bảng Tổ hợp nội lực tại mặt cắt 185

Bảng 7.58: Bảng Kiểm tra sức kháng uốn 186

Bảng 7.59: Bảng Kiểm tra sức kháng cắt 188

Bảng 3.1 Trình tự thi công trụ T3 233

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.1 1/2 chính diện cầu 8

Hình 3.2 Mặt cắt ngang cầu 8

Hình 3.3 Mặt cắt ngang dầm I tại giữa nhịp và tại gối 9

Hình 3.4 1/2 Chính diện dầm 9

Hình 2.1 : Cấu tạo mố A và mố BTính toán khối lượng 13

Hình 2.6 Cấu tạo trụ 14

Hình 2.9: Diện tích đường ảnh hưởng tại mố 16

Hình 2.9: Diện tích đường ảnh hưởng tại trụ 18

Hình 4.1 1/2 chính diện cầu 28

Hình 4.2 Mặt cắt ngang cầu 29

Hình 4.3 Đường ảnh hưởng mômen tại ¼ nhịp 31

Hình 4.4 Chất tải tính toán hệ số phân bố hoạt đối với mômen 31

Hình 4.5 Cấu tạo mố trái và mố phải 32

Hình 4.6 Cấu tạo trụ cầu 34

Hình 4.7 Đường ảnh hưởng phản lực tại mố và chất tải bất lợi 35

Hình 4.8 Đường ảnh hưởng phản lực tại trụ và chất tải bất lợi 35

Hình 3.2 Sơ đồ tính bản hẫng 49

Hình 3.3 Mô hình tính toán nội lực bản kiểu dầm 51

Hình3.4 sơ đồ xếp tải 52

Hình 4: Chiều cao hữu hiệu của bản mặt cầu 57

Hình 5 Tiết diện nứt chịu mômen dương 63

Hình 6 Tiết diện nứt chịu mômen âm 64

Hình13.Tiết diện quy đổi 74

Hình 7.2: Đường ảnh hưởng phản lực gối 120

Hình 7.3: Xếp xe lệch tâm theo phương dọc cầu 122

Hình 7.4: Xếp xe lệch tâm theo phương ngang cầu 124

Hình 7.6: Đường ảnh hưởng phản lực gối 126

Hình 7.7 Xếp xe lệch tâm theo phương dọc cầu 126

Hình 7.8: Xếp xe lệch tâm theo phương dọc cầu 126

Hình 7.9: Mô phỏng tải trọng gió tác dụng lên công trình 128

Hình 7.10: Mô phỏng áp lực thủy tĩnh tác dụng lên công trình 132

Hình 7.11 Đường ảnh hưởng tại gối 134

Hình 7.10: Mô hình mặt cắt X-X 135

Hình 7.11 Khoảng cách tim dầm ngoài tới đá vỉa 136

Hình 7.12: Xếp xe lên đường ảnh hưởng phản lực trụ T4 137

Hình 7.14: Tiết diện xà mũ 157

Hình 7.16: Quy đổi tiết diện ngang thân trụ 165

Hình 7.18 Mặt bằng bố trí cọc trụ T4 178

Hình 7.19: Đài cọc 183

Hình 7.20: Mặt bằng bố trí cọc trụ T4 và các mặt cắt tính toán 184

Hình 7.21: Sơ đồ kiểm tra cọc khi vận chuyển 189

Hình 7.22: Sơ đồ kiểm tra cọc khi treo lên giá búa 190

Hình 7.1.1 Dọn dẹp mặt bằng 196

Hình 7.1.2 Sơ đồ đúc cọc 197

Hình 7.1.3 Định vị tim trụ cầu T3 198

Hình 7.1.4 Kỹ thuật đóng cọc 202

Hình 7.1.6 Sơ đồ thi công hố móng 205

Hình 9.1 Cần trục long môn 219

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn phát triển hiện nay, nhu cầu về xây dựng hạ tầng cơ sở đã trở nên thiết yếu nhằm phục vụ cho sự tăng trưởng nhanh chóng và vững chắc của đất nước, trong

đó nổi bật lên là nhu cầu xây dựng, phát triển mạng lưới giao thông vận tải

Nhận thức về tầm quan trọng của vấn đề đó, là một sinh viên ngành Xây dựng Cầu đường thuộc trường Đại học Đà Nẵng phân hiệu tại Kon Tum, trong những năm qua, với sự dạy dỗ tận tâm của các thầy cô giáo trong khoa, em luôn cố gắng học hỏi

và trau dồi chuyên môn để phục vụ tốt cho công việc sau này, mong rằng sẽ góp một phần công sức nhỏ bé của mình vào công cuộc xây dựng đất nước

Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp với đề tài thiết kế cầu qua sông 015/L đã phần nào giúp em làm quen với nhiệm vụ thiết kế một công trình giao thông để sau này khi tốt nghiệp ra trường sẽ bớt đi những bỡ ngỡ trong công việc

Do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế và lần đầu tiên vận dụng kiến thức cơ bản để thực hiện tổng hợp một đồ án lớn nên chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót Vậy kính mong quý thầy cô thông cảm và chỉ dẫn thêm cho em

Trước hết cho phép em bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo, ThS Nguyễn Hoàng Vĩnh, khoa xây dựng Cầu đường, trường Đại học Bách khoa – Đại học

Đà Nẵng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn trong khoa cũng như các thầy cô trong trường đã giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt 5 năm học vừa qua Chính các thầy cô đã xây dựng cho em kiến thức nền tảng và chuyên môn cùng với sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Cuối cùng cho em được cảm ơn các thầy trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp đã dành thời gian quý báu của mình để đọc và nhận xét cho đồ án của em

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày tháng 6 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Lê Ngọc Nghĩa

PHẦN 1 THIẾT KẾ SƠ BỘ



CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN 1 CẦU DẦM I BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN 2 CẦU GIÀN THÉP

CHƯƠNG 5: LUẬN CHỨNG KINH TẾ KỸ THUẬT - SO SÁNH CHỌN

PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỒ ÁN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẦU QUA SÔNG V5 1.1 Các số liệu ban đầu:

- Mặt cắt ngang sông

- Mặt cắt địa chất và các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất, gồm 3 lớp:

+ Lớp 1: Á sét dày từ 6-10m

+ Lớp 2: Sét dẻo cứng dày từ 8-12m

+ Lớp 3: Sét nửa cứng có chiều dày vô cùng

Chiều dày các lớp được ghi rõ tại các vị trí lỗ khoan, đối với những vị trí không

có trị số chiều dày ta có thể dùng các phương pháp của địa chất công trình cho các lớp gần nhau có cùng tính chất

- Các số liệu thuỷ văn:

+ Mực mước cao nhất: +29,00 m

+ Mực nước thông thuyền: +26,00 m

+ Mực nước thấp nhất: +23,00 m

+ Cấp sông: sông cấp IV, có thông thuyền

1.2 Đánh giá điều kiện địa phương:

1.2.1 Điều kiện địa hình:

- Cầu nằm trong vùng đồng bằng, địa hình ở đây tương đối bằng phẳng, rất thuận tiện cho việc đúc dầm ở hiện trường

- Mặt cắt dọc sông gần đối xứng, do đó rất thuận tiện cho việc bố trí kết cấu nhịp đối xứng

- Sông cấp IV, khẩu độ thông thuyền ≥ 20 m, chiều cao tĩnh không ≥ 4m và khẩu độ cầu L0=121 m nên chọn những giải pháp kết cấu phù hờp với điều kiện thi công

1.2.2 Điều kiện địa chất:

- Qua thăm dò địa chất khu vực dự kiến xây dựng cầu cho thấy cấu tạo các lớp được mô tả cụ thể như sau:

1.2.3 Điều kiện khí hậu, thủy văn:

- Cầu nằm trong miền khí hậu Miền Trung có hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng

10 đến tháng 1 năm sau, mùa khô từ tháng 2 đến tháng 9 hàng năm

-Tình hình xói lở: do dòng sông không uốn khúc và chảy khá êm nên tình hình xói lở hầu như không xảy ra

-Ở những chổ có nước, mặt trên của bệ đặt thấp hơn mực nước tối thiểu 0,3÷ 0,5m, còn ở những nơi không có nước mặt thì gờ móng đặt ở cao độ mặt đất sau khi xói lở

-Do độ ẩm không khí khá cao thêm vào đó là điều kiện khí hậu khắc nghiệt nên loại vật liệu chủ đạo là bê tông cốt thép Kết cấu thép vẫn có thể sử dụng nếu có điều kiện bảo quản tốt, sửa chữa gia cố kịp thời

- Nhận xét: Với những đặc điểm khí tượng thủy văn khu vực nêu trên, việc thi công cầu tương đối thuận lợi, tuy nhiên không nên thi công vào mùa mưa vì ảnh hưởng không tốt đến việc thi công Do mùa khô kéo dài gần 8 tháng nên thời gian thi công tốt nhất vào tháng 2 đến tháng 9

1.2.4 Điều kiện cung ứng nguyên vật liệu, nhân lực, thiết bị:

-Nguồn vật liệu cát, sỏi, đá hộc có thể dùng vật liệu địa phương Nguồn vật liệu được lấy từ mỏ, bãi khai thác đảm bảo tiêu chuẩn để làm vật liệu xây dựng cầu:

+ Đá hộc lấy tại mỏ đá Kim Long cách công trình 7Km

+ Cát sạn lấy tại đại lý cách công trình 3Km

+ Xi măng, sắt thép lấy tại cơ sở phân phối cách công trình 10Km

- Địa phương có nguồn lao động dồi dào, chất lượng tốt, có thể tận dụng lao động địa phương trong quá trình thi công

- Vận chuyển vật liệu bằng ô tô, các thiết vị máy móc phục vụ thi công đơn vị thi công tự cung cấp

1.2.5 Hiện trạng kinh tế và xã hội khu vực:

- Qua kết quả báo cáo và khảo sát thống kê cho thấy khu vực đầu tư xây dựng

có mật độ phân bố dân trung bình, nghề nghiệp chủ yếu là nông nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, bên cạnh đó là buôn bán nhỏ và tập trung Nhân dân ở đây cũng là nguồn nhân lực cần thiết trong quá trình xây dựng công trình cầu

- Hệ thống giáo dục văn hoá xã hội: tại huyện có các trường phổ thông trung học, trung tâm y tế, ở cấp xã đều có trường tiểu học và các trường mẫu giáo, trạm y tế, dân cư trong khu vực được dùng điện 100%

- Mặc dù trong những năm gần đây đã có nhiều chuyển biến tích cực về mọi mặt đời sống kinh tế, văn hoá, xã hội nhưng nhìn chung mức sống của người dân vẫn đang còn ở mức thấp

4

1.3 Sự cần thiết phải đầu tư:

- Để cân bằng kinh tế cho hai bên bờ sông thì nhất thiết phải xây dựng công trình này bởi vì hiện tại việc giao thông của hai vùng chủ yếu là tàu và thuyền, do đó khi công trình này được đưa vào sử dụng thì nó sẽ thuận lợi cho việc giao thương giữa các vùng ở hai bên bờ sông ,điều này sẽ đáp ứng được nhu cầu giao thông, trao đổi buôn bán, giao lưu văn hóa giữa các vùng của địa phương Từ đó sẽ phát triển được ngành dịch vụ du lịch của địa phương nói riêng, nâng cao đời sống kinh tế, văn hóa của người dân địa phương nói chung

- Đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội và an ninh quốc phòng cũng như về giao thông vận tải ở hiện tại và trong tương lai

1.4 Qui mô và tiêu chuẩn thiết kế:

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05

- Quy mô xây dựng: Vĩnh cửu

CHƯƠNG 2

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU 2.1 Lựa chọn kết cấu thượng bộ:

- Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước công nghệ thi công cầu ngày càng

phát triển mạnh mẽ, việc áp dụng các công nghệ thi công hiện đại vào các công trình cầu không còn là một vấn đề quá lớn Tuy nhiên việc áp dụng công nghệ thi công còn phụ thuộc vào tình hình khu vực và điều kiện thi công

- Trên cơ sở đó ta đề xuất kết cấu thượng bộ của 2 phương án là cầu đơn giản dầm I thi công bằng lao dầm, và cầu giàn thép nhịp giản đơn thi công bằng lao kéo dọc

2.2 Lựa chọn kết cấu hạ bộ:

- Kết cấu hạ bộ của 2 phương án cầu cũng được đề xuất với kết cấu trụ đặc

- Sử dụng mố chữ U bê tông cốt thép và dùng loại cọc khoan nhồi với cầu dầm I BTCT ứng suất trước và cầu giàn thép để tăng cường sức chịu tải khi chịu tải trọng lớn

từ kết cấu thượng bộ Mặt dù cấu tạo trụ cầu và một số bộ phận hơi phức tạp, thi công tương đối khó khăn nhưng với ưu điểm nổi trội là tăng vẽ mỹ quan cho công trình cầu

2.3 Đề xuất 2 giải pháp kết cấu như sau:

 n bt t : Tổng bề rộng trụ

 bm : Tổng chiều dài kết cấu nhịp bị mố chiếu chỗ (vì là mố vùi

nên không có phần chắn nước ứng với MNCN do mô đất chiếm chỗ)

) 1

Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu, L/2: như vậy có 3 mặt cắt

Số lượng dầm ngang trong một nhịp là : Nn = (Nb-1) x 3 = (5-1)x 3 = 12 dầm

Vậy kết cấu nhịp phương án I là:

+ Cầu dầm I BTCT DƯL nhịp giản đơn 4 nhịp Mặt cắt ngang dầm là dạng I gồm

5 dầm, chiều dài mỗi nhịp là Lnhịp = 32 m, tổng chiều dài cầu 4x32 = 128m

+ Dầm dài 32m, chiều cao dầm 1,6m

+ Trụ lan can tay vịn bằng BTCT, tay vịn bằng ống thép tráng kẽm

+ Các lớp mặt cầu: Lớp bê tông nhựa dày 7cm

Lớp phòng nước dày 0,5cm

+ Khe co giãn bằng cao su cốt thép bản

+ Bố trí các ống thoát nước bằng ống nhựa PVC = 15cm

2.3.1.2 Kết cấu hạ bộ:

+ Trụ cầu bằng BTCT f'c = 30 Mpa

+ Mố cầu dạng mố chữ U BTCT f'c = 30 Mpa

+ Cọc khoan nhồi BTCT f'c = 30 Mpa, đường kính cọc là D=100cm

- Giải pháp thi công chỉ đạo công trình:

+ Thi công bán lắp ghép, dầm I được thi công theo công nghệ cẩu lắp

+ Thi công mố: Lắp dựng ván khuôn và đổ bê tông tại chỗ

+ Thi công trụ: Lắp dựng ván khuôn và đổ bê tông tại chỗ

+ Cọc được thi công theo công nghệ thi công cọc bê tông cốt thép

+ Trụ lan can tay vịn bằng BTCT, tay vịn bằng ống thép tráng kẽm

+ Các lớp mặt cầu: Lớp bê tông nhựa dày 7cm

Lớp phòng nước dày 0,5cm

+ Khe co giản bằng cao su cốt thép bản

+ Bố trí các ống thoát nước bằng ống nhựa PVC = 15cm

2.3.2.2 Kết cấu hạ bộ:

+ Trụ và mố cầu bằng BTCT f'c = 30Mpa

+ Phần móng trụ cầu sử dụng cọc khoan nhồi BTCT f'c = 30Mpa, D = 100cm

- Giải pháp thi công chỉ đạo công trình:

+ Giàn thép thi công theo phương pháp lao lắp

+ Thi công mố: Lắp dựng ván khuôn và đổ bê tông tại chỗ

+ Thi công trụ: Lắp dựng ván khuôn và đổ bê tông tại chỗ

+ Cọc được thi công theo công nghệ thi công cọc bê tông cốt thép

8

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG ÁN 1: CẦU DẦM I BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC

3.1 Giới thiệu chung về phương án:

Kết cấu nhịp cầu dầm I bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp đơn giản gồm 4

nhịp 32m Mặt cắt ngang dầm là dạng I

Một nhịp có 3 dầm ngang đặt ở hai đầu nhịp và giữa nhịp Gồm 5 dầm chủ cao

1,6m khoảng cách hai dầm chủ là 2,1 m, phần hẫng 1,05m Bản mặt cầu dày 20cm

66 50

3500 1500

500 1500 1500

MB T3

T2 T1

MA

1500 500 3500

500 1250 1250 500

500 1250 1250

800 1900 800 800

1900 800

3.3 m 3.3 m

6.8 m

400 2685

3.2 Tính toán khối lượng kết cấu nhịp:

Chiều cao dầm chủ 1,6m Gồm 5 dầm chủ, mỗi dầm đặt cách nhau 2,1m Tại các đoạn ở hai đầu và ở giữa dầm chủ có bố trí các dầm ngang Các tấm đan được đặt trên khe của dầm chủ để đổ bản mặt cầu sau này

Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm : Ag = 0.631 m2

Diện tích mặt cắt ngang tại đầu dầm : A’g = 1.068 m2

Thể tích một dầm I chưa kể đoạn vút đầu dầm :

V1g = 0.631*(32 – 3*2)+1.068*1.5*2 = 19.61 m3

* Tính toán đoạn vút đầu dầm:

Chiều dài đoạn vút nguyên : Lvuốt= (1:1.5)m chọn Lvuốt =1.5m

Diện tích mặt cắt ngang đoạn vút hai bên dầm: Vbh = (0.631+1.068)/2 = 0.849m3Thể tích đoạn vút một dầm : Vvuốt = 2*1.5*Vbh = 2*1.5*0.849 = 2.547 m3

Thể tích toàn bộ một dầm I là: V1tg = V1g + Vvuốt = 19.61 + 2.547 = 22.157 m3

1450225

Khối lượng phân cách cứng toàn nhịp: 4.32 * 25 = 108 (kN)

1.1.3 Lan can, tay vịn:

Vì có dải phân cách cứng nên ta thiết kế lan can tay vịn có các thông số kỹ thuật cho như trên hình vẽ:

150

100

+ Với diện tích mcn phần bệ Ab =0.25 * 0.2=0.05 m2, liên tục ở 2 bên cầu

+ Diện tích phần trụ : At = 0.15 * 0.15=0.0225 m2, các trụ cách nhau 2m, tổng số lượng là 17 trụ, bố trí 2 bên

+ Vậy, khối lượng toàn bộ lan can là: Gp = 5.072 * 25=126.8 (kN)

Bảng tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần trên của nhịp 32 m

2 Tính toán khối lượng cho mố và trụ:

2.1 Tính toán khối lượng bê tông cốt thép cho mố:

- Kết cấu mố: Hai mố chữ U bằng BTCT có f’c = 30Mpa Móng mố sử dụng

móng cọc BTCT có f c, 30Mpa, kích thước 40x40cm chiều dài dự kiến L=19m

- Trên tường ngực bố trí bản giảm tải bằng bê tông cốt thép 200*200*18(cm) Gia cố 1/4 mô đất bằng đá hộc xây vữa M100 dày 25cm, đệm đá 4x6 dày 10cm

1500 500 3435

14

Tính toán khối lượng

(Cấu tạo mố A giống mố B)

Bảng tổng hợp khối lượng cho 1 mố

(kN)

3 Bê tông tường đỉnh (0.4*2.09+(0.35+0.2)*0.2/2)*10.5*25 233.888

4 Bê tông tường cánh (1*3.435+(3.435+1.5)*4.09/2)*0.5*2*25 338.177

2.2 Tính toán khối lượng bê tông cốt thép cho trụ:

- Kết cấu trụ: sử dụng loại trụ đặc thân hẹp bằng BTCT có f’c = 30Mpa Móng

trụ sử dụng móng cọc BTCT có f c, 30Mpa, kích thước 40x40cm chiều dài dự kiến

5200

Hình 2.6 Cấu tạo trụ

(Trụ 2 và 3 cấu tạo như nhau, tương tự như trụ 1 chỉ khác về chiều cao thân trụ)

TT Hạng mục tính toán Cách tính Khối lượng

3 Tính toán số lượng cọc cho mố và trụ:

3.1 Tính áp lực thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ cọc của mố và trụ cầu:

P + CD1

PL LL

CD Tru Mo

P : Trọng lượng bản thân mố hoặc trụ 1

CD PL LL

P  : Áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố hoặc trụ

Hình 2.9: Diện tích đường ảnh hưởng tại mố

- Trọng lượng do kết cấu nhịp 32m truyền xuống:

1

CD KCN

- ω=15.7 m2: Diện tích đường ảnh hưởng

- PL = 3.1 (kN/m2) : Tải trọng đoàn người

P  =3955.05 +4372.147 +2016.976=10344.17 (kN)

+ω: diện tích đ.a.h.Rg (MA)

+ DW: tải trọng của các lớp phủ mặt cầu

Hình 2.9: Diện tích đường ảnh hưởng tại trụ

- Trọng lượng do kết cấu nhịp 32m truyền xuống:

- ω= 31.4 m2: Diện tích đường ảnh hưởng

- PL = 3.1 (kN/m2) : Tải trọng đoàn người

3.2 Tính toán và xác định số lượng cọc cho mố, trụ:

Chọn cọc BTCT kích thước 40x40 cm Bê tông làm cọc f’c=30Mpa

Dự kiến chiều dài cọc là 18 m

3.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc:

a) Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu:

Pvl=φ(Ra.Fa+Rb.Fb) Trong đó:

+ φ: hệ số uốn dọc 0.59

+Ra: cường độ chịu nén của cốt thép trong cọc Dùng 4d16 nên

Ra=280Mpa=28×104kN/m2

+Fa: diện tích ngang của cốt thép dọc, Fa=4×3.14×0.0082=0.000804 m2

+Rb: cường độ chịu nén của bê tông, bê tông cọc dùng cấp độ bền f’c=30Mpa, nên Rb=30Mpa=3×104 kN/m2

+Fb: diện tích ngang của thân cọc, Fb=0.4×0.4=0.16 m2

Do vậy Pvl=0.59×(28×104×0.000804+3×104×0.16)=2964.821 kN

b) Sức chịu tải của nền đất:

Cấu tạo địa chất:

+ Lớp 1: Á sét dày từ 6-10m, giả sử lớp này có độ sệt B= 1.0

+ Lớp 2: Sét dẻo cứng dày từ 8-12m, giả sử lớp này có độ sệt B= 0.4

+ Lớp 3: Sét nửa cứng có chiều dày vô cùng, giả sử lớp này có độ sệt B= 0.3

Để tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền ta dựa vào 2 giả thiết sau:

+Lực ma sát quanh thân cọc phân bố đều theo chiều sâu trong phạm vi mỗi lớp đất +Phản lực ở mũi cọc phân bố đều trên tiết diện ngang của cọc

Sức chịu tải của cọc được dự tính theo tiêu TCVN 205-1998, công thức sau:

Pđn=m× (mr×F×R + u×mf×∑fili) Trong đó:

+m: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, chọn m=1

+mr; mf: hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến ma sát giữa đất với cọc và sức chịu tải ở mũi cọc

+fi: lực ma sát đơn vị giới hạn trung bình của mỗi lớp đất mà cọc đi qua, tra bảng P.L 3.4 sách nền móng

Tra bảng P.L 3.5 sách nền móng ta có: mr=mf=1

+F=Diện tích tiết diện ngang mũi cọc tỳ lên lớp đất chịu lực ở mũi cọc:

F=0.16m2+u: chu vi tiết diện ngang của thân cọc: u=2×(0.4+0.4)=1.6m

+R: cường độ trung bình của lớp đất mũi cọc phụ thuộc vào loại đất trạng thái của đất và khoảng cách từ mặt đất tự nhiên, tra bảng P.L 3.4 sách nền móng

+li: chiều dày của lớp đất phân tố thứ i

22

+n: số lớp đất phân tố được chia

Kết quả được thể hiện ở bảng sau:

z (m)

R (T/m2)

tk

dn

Sức chịu tải tính toán của mố

Pttmo=min(Pđn;Pvl)=min(1043.17 ; 2964.821)= 1043.17 (kN)

z (m)

R (T/m2)

z (m)

R (T/m2)

3.2.2 Xác định số lượng cọc trong các móng mố và trụ cầu:

3.2.2.1 Số lượng coc cần thiết trong mố, trụ cầu:

tk

CĐ i

Bảng tổng hợp số lượng cọc bố trí trong mố trụ cầu

Cấu kiện Tải trọng

(kN)

Sức chịu tải (kN)