Thiết kế cầu dây văng 10

Thiết kế cầu dây văng

Tªn gäi c¸c kÝch thíc KÝ hiÖu Gi¸ trÞ §¬n vÞ

I.2Kích thớc thiết kế kết cấu nhịp cầu dẫn

I.2.1 – Cấu tạo mặt cắt ngang KCn cầu dẫn

+5.24

I.2.2 – Các kích thớc cơ bản của KCN cầu dẫn

- Kết cấu nhịp cầu dẫn đợc sử dụng kết cấu định hình dầm giản đơn L = 33 m với các kích thớc thiết kế cơ bản nh sau :

- Bảng các kích thớc thiết kế KCN cầu dẫn :

Tên gọi các kích thớc Kí hiệu Giá trị Đơn vị

I.2.3 – Tĩnh tải kết cấu nhịp cầu dẫn trên mố

- Tĩnh tải giai đoạn I: DC = 223KN /m

- Tĩnh tải giai đoạn II: DWTC = 36,4 KN /m

- Tĩnh tải tính toán toàn bộ : gTT = 259,4 KN /m

6 áp lực của đất sau mố

7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ

2 - Các mặt cắt cần kiểm toán với mố

1 Xác định tải trọng do trọng l– ơng bản thân của mố

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

Mặt cắt

I - I Mặt cắt II - II Mặt cắt III - III Mặt cắt IV - IVe1

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

- Chiều dài nhịp tính toán : L = 33 m

- Sơ đồ xếp tải trên nhịp dẫn nh sau :

+) Tổng diện tích ĐAH : S = 16,2

+) Diện tích ĐAH dơng: S+ = 16,2

+) Diện tích ĐAH âm: S- = 0

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

+) Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn I : DCTC = 183,04 (KN /m)

+) Tĩnh tải tĩnh tải giai đoạn I : DCTT = 1,25.183,04 = 228,8 (KN /m)+) Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn II : DWTC = 47,94 (KN /m)

+) Tĩnh tải tĩnh tải giai đoạn II : DWTT = 1,5 47,94 = 71,9 (KN /m)

+) Xe 2 trục thiết kế : PXT = 3 22O = 660 (KN)

- Nội lực do hoạt tải đợc 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 Ngời

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

- 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

Y 1.00 0.867 0.735 296.47+) Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục

P (KN) 110 110 Pi.Yi

Y 1.00 0.963 215.93Bảng tính toán áp lực từ KCN truyền xuống mố

áp lực do xe 2 trục P2T 183.5 401.5 KN

Tổ hợp : Xe tải + Làn + Ngời P1 1435.4 2842.7 KN

Tổ hợp : Xe 2 trục + Làn + Ngời P2 1230.0 2393.5 KNTổng áp lực do hoạt tải max Pht 1435.4 2842.7 KN

áp lực do tĩnh tải giai đoạn I PttI 2965.3 3706.6 KN

áp lực do tĩnh tải giai đoạn II PttII 776.6 1164.9 KN

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

- Chiều dài bản quá độ : Lqd = 4,0 (m)

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

+) Tung độ ĐAH khi xếp xe tải

II.3.1 – Tính áp lực đất tác dụng lên mố

1 Các công thức tính toán áp lực đất–

B K

).

sin(

) sin(

+

=

β θ δ θ

β ϕ δ

ϕ

r

) sin(

sin

.

) ( sin

2

2

δθθ

+) δ : Góc ma sát giữa đất đắp và tờng : δ = 24o

+) β : Góc giữa phơng đất đắp với phơng ngang : β = 0o

+) θ : Gócgiữa phơng đất đắp với phơng thẳng đứng : θ = 90o

+) ϕ : Góc nội ma sát của đất đắp : ϕ = 35o

Công thức tính áp lực đất do hoạt tải sau mố

B H h

K

LS = a eq.γ

Trong đó :

+) H : Chiều cao tờng chắn chịu áp lực đất

+) B : Bề rộng tờng chắn chịu áp lực đất

+) K : Hệ số áp lực đất chủ động

+) γ : Trọng lợng riêng của đất

+) heq : Chiều cao lớp đất tơng đơng của hoạt tải

- Chiều cao lớp đất tơng đơng của hoạt tải xác định theo chiều cao tờng chắn :

Chiều cao tờng chắn

H (mm) Chiều cao lớp đất tơng đơngheq (mm)

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Góc giữa mặt đất với phơng ngang β 0 độ

Góc giữa lng tờng với phơng ngang θ 90 độ

Hệ số áp lực đất chủ động (ϕ=35 độ) Ka 0.244

3 Tính áp lực đất tại mặt cắt đáy móng (mặt cắt I-I)–

- Sơ đồ tính áp lực đất mặt cắt đáy móng :

áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố LS 330.3 KN

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

áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố LS 167.1 KN

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

- Bảng kết quả tính áp lực đất tại mặt cắt chân tờng cánh:

hiệu Giá trị

Đơn vị

Chiều cao lớp đất tơng đơng của hoạt tải heq 0.76 m

áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố LS 41.5 KN

- Lực hãm xe đặt theo phơng dọc cầu , điểm đặt cách mặt đờng xe chạy 1,8 m

- Do thiết kế trên mố đặt gối di động nên lực hãm xe theo phơng dọc cầu là :

BR = 0.0 KN

II.3.3 – Tính tải trọng do lực ma sát gối cầu

- Lực ma sát gối cầu phải đợc xác định trên cơ sở của giá trị cực đại của hệ số ma sát giữa các mặt trợt Lực ma sát FR đợc 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 Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Hệ số ma sát gối với bê tông fmax 0.3

Tổng áp lực do KCN truyền xuống mố PKCN 5177.4 KN

Lực ma sát gối cầu FR 1553.22 KN

Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e2 2.77 m

Giá trị mô men với mặt cắt I-I My1 8185.47 KN.m

Giá trị mô men với mặt cắt II-II My2 4302.42 KN.m

Giá trị mô men với mặt cắt III-III My3 0 KN.m

Giá trị mô men với mặt cắt IV-IV My4 0 KN.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 đợc lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt trọng tâm tại trọng tâm của các phần diện tích chắn gió

t d

Ta giả thiết công trình đợc 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 4,61 m)

+) At : Diện tích cấu kiện chắn gió ngang At = 33,96 m2

+) 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 = 16 m

+) d : Chiều cao KCPT bao gồm cả lan can : d = 2,88 m

=> Tỉ số b / d = 16 / 2,88= 5,556 => Tra bảng ta có : Cd = 1,25

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

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

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

1 - Tính áp lực gió ngang tác dụng lên mố

Diện tích mố chịu áp lực gió ngang At (mo) 17.71 m2

áp lực gió ngang lên mố PD 12.58 <1,8.At

Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e2 2.3 m

Giá trị mô men với mặt cắt I-I Mx1 60.38 KN.mGiá trị mô men với mặt cắt II-II Mx2 28.93 KN.mGiá trị mô men với mặt cắt III-III Mx3 0 KN.mGiá trị mô men với mặt cắt IV-IV Mx4 0 KN.m

2 - Tính áp lực gió ngang tác dụng lên KCN

Diện tích KCN chịu áp lực gió ngang At(KCN) 60.39 m2

áp lực gió ngang lên KCN PD (KCN) 42.9 KN

áp lực gió ngang lên KCN truyền xuống mố PD 21.45 KN

Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e2 2.77 m

Cánh tay đòn với mặt cắt IV -IV e4 0 m

Giá trị mô men với mặt cắt I-I Mx1 113.04 KN.mGiá trị mô men với mặt cắt II-II Mx2 59.42 KN.mGiá trị mô men với mặt cắt III-III Mx3 0 KN.mGiá trị mô men với mặt cắt IV-IV Mx4 0 KN.m

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 trờng hợp này ta có áp lực gió dọc bằng 0

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

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Cánh tay đòn với mặt cắt III -III e3 0 m

Cánh tay đòn với mặt cắt IV -IV e4 0 m

Giá trị mô men với mặt cắt I-I My1 68.59 KN.m

Giá trị mô men với mặt cắt II-II My2 15.83 KN.m

Giá trị mô men với mặt cắt III-III My3 0 KN.m

Giá trị mô men với mặt cắt IV-IV My4 0 KN.m

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

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

c áp lực gió tác dụng lên xe cộ đợc lấy bằng 1,5 KN/m , tác dụng theo hớng nằm ngang , ngang với tim dọc của kết cấu và đặt cách mặt đờng 1,8 m

- áp lực gió tác dụng lên xe cộ đợc lấy bằng 0,75 KN/m , tác dụng theo hớng nằm ngang , dọc với tim dọc của kết cấu và đặt cách mặt đờng 1,8 m

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

Kí hiệu VùngTK m/sVB S Vtkm/s m/sV Cd hgm KN/m2qgd KN/m2qgnGiá trị I 38.00 0.81 30.78 25.00 1.20 1.80 0.8 1.5

Kí hiệu h xem L xem b xem WLdKN WLnKN e1m e2m e3m e4m

Giá trị 2.50 14.50 2.00 0.00 54.4 8.90 6.40 0.00 0.00

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

- áp lực nớc tác dụng lên mố đợc tính cho 2 trờng hợp

- Tác dụng theo phơng ngang hớng vào nền đờng :

n h

WA .γ2

e maxm

WAminKN

e minm

WVmaxKN

WVminKN

MC I - I 4.06 1.31 365.4 1.35 117.9 0.44 -4604.0 -1485.5

MC II - II 1.56 -1.19 124.8 0.52 0 0.00 -424.3 0.00III – Tổng hợp tải trọng tại các mặt cắt

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

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

Cờng độ I γn 1.75 1.00 0.00 0.00 1.00 0.5/1.2 γTG γSECờng độ II γn 0.00 1.00 1.40 0.00 1.00 0.5/1.2 γTG γSECờng độ III γn 1.35 1.00 0.40 1.00 1.00 0.5/1.2 γTG γSE

Kéo xuống (xét ma sát âm) DD 1.80 0.45

Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích DW 1.50 0.65

áp lực ngang của đất EH

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

1 Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn –

Tên tải trọng hiệuKí VtcKN Hxtc KN KN.mMytc HytcKN KN.mMxtc

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 560.7 -336.4 0.00

áp lực ngang do hoạt tải ϕ=35 LS 308.3 1172.6 0.00

áp lực đứng do hoạt tải ϕ=35 VS 8.8 -13.8 0.00

Gió ngang tác dụng lên KCN PDKCN 0.00 21.5 113.1

Gió tác dụng lên xe ngang cầu WLn 0.00 54.4 483.9

áp lực nớc ngang lớn nhất WAMAX -365.4 -494.5 0.00

áp lực nớc ngang nhỏ nhất WAMIN -117.9 -51.5 0.00Lực đẩy nổi của nớc lớn nhất WVMax -4604 0.00 0.00

Lực đẩy nổi của nớc nhỏ nhất WVMin -1485.5 0.00 0.00

Sử dụng 12849.0 12849.0 3063.4 3063.4 10462.4 10462.4 64.6 64.6536.0 536.0

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

1 Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn –

Tên tải trọng hiệuKí VtcKN Hxtc KN KN.mMytc HytcKN KN.mMxtc

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 560.7 -560.7 0.00

áp lực ngang do HT ϕ=35O LS 230.7 530.6 0.00Gió ngang tác dụng lên KCN PDKCN 0.00 21.5 59.4

Gió tác dụng lên xe ngang cầu WLn 0.00 54.4 0.00

Trạng thái

GH

V max

V min

Hx max

Hx min My max My min

Hy max

Hy min

Mx max

Mx minCờng độ I 11824.7 9283.7 2980.3 2561.4 6857.6 5927.2 0.00 0.00 0.00 0.00Cờng độ II 7605.9 5064.8 2475.6 2056.7 6474.7 83.2 30.0 30.0 83.283.2Cờng độ III 10868.8 8327.8 2787.0 2368.2 6771.4 23.8 63.0 63.0 23.8 23.8

Sử dụng 7754.1 7754.1 2357.2 2357.2 5887.1 17.8 6.0.8 60.8 17.8 17.8III.4 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tờng đỉnh ( mặt cắt III – III )

1 Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn –

Tên tải trọng hiệuKí VtcKN Hxtc KN KN.mMytc HytcKN KN.mMxtc

áp lực đất chủ động ϕ=35O EH 146.9 139.5 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 560.7 -224.3 0.00

Sử dụng 5018.2 5018.2 314.0 314.0 -26.0 -26.0 0.00 0.00 0.00 0.00III.5 – Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tờng cánh ( mặt cắt IV – IV )

1 Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn–

Tên tải trọng

Kíhiệu

VtcKN

Hxtc KN

MytcKN.m

HytcKN

MxtcKN.m

Cờng độ II 388.1 279.5 0.00 0.00 0.00 0.00 170.9 95.5 86.7 35.8Cờng độ III 388.1 279.5 0.00 0.00 0.00 0.00 253.5 178.1 163.0 112.1

Sử dụng 310.5 310.5 0.00 0.00 0.00 0.00 163.4 163.4 104.2 104.2

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 đợc tính nh sau :

+) Tải trọng gây ra mômen ra phía sông sẽ đợc lấy với hệ số tải trọng γmax +) Tải trọng gây ra mômen về phía đờng sẽ đợc lấy với hệ số tải trọng γmin.+) áp lực chủ động ngang của đất và áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố đợc tính với góc ma sát trong ϕ = 30O để gây ra hiệu ứng bất lợi nhất

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

+) Lực hãm và lực ma sát đợc tính cho trờng hợp hớng ra phía sông

+) áp lực ngang của nớc đợc tính với chiều cao ngập thấp nhất

- Khi tổ hợp tải trọng bất lợi về phía đờng thì các tải trọng đợc tính nh sau :

+) Các tải trọng gây ra mômen ra phía sông sẽ lấy với hệ số tải trọng γmin +) Các tải trọng gây ra mômen về phía đờng sẽ lấy với hệ số tải trọng γmax.+) áp lực chủ động ngang của đất và áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố đợc tính với góc ma sát trong ϕ = 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 đợc tính cho trờng hợp hớng về phía đờng

+) áp lực ngang của nớc đợc tính với chiều cao ngập cao nhất

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

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

Gờ kê bản quá độ Gk 0.90 12.2 0.00 -7.3 0.00 0.00

áp lực đất thẳng đứng EV 1.00 4527.1 0.00 -8148.8 0.00 0.00

áp lực đất chủ động ϕ=30O EH 1.50 0.00 3021.5 9653.6 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 1.25 3706.6 0.00 2038.6 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 1.50 1164.9 0.00 640.7 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 0.9 2668.8 0.00 1467.8 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 0.65 504.8 0.00 277.6 0.00 0.00

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

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

Tªn t¶i träng KÝ

hiÖu γ KNV

HxKN

My KN.m

HyKN

MxKN.m

Do tÜnh t¶i giai ®o¹n I DC 1.25 3706.6 0.00 556.0 0.00 0.00

Do tÜnh t¶i giai ®o¹n II DW 1.50 1164.9 0.00 174.7 0.00 0.00

Do tÜnh t¶i giai ®o¹n I DC 0.90 2668.8 0.00 400.3 0.00 0.00

Do tÜnh t¶i giai ®o¹n II DW 0.65 504.8 0.00 75.7 0.00 0.00

1 Tæ hîp t¶i träng bÊt lîi ra phÝa s«ng ( Tæ hîp I-a)–

hiÖu γ KNV KNHx KN.mMy KNHy KN.mMx

Gờ kê bản quá độ Gk 0.90 12.2 0.00 -4.9 0.00 0.00

áp lực đất chủ động ϕ=30O EH 1.50 0.00 266.9 253.4 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 1.25 3706.6 0.00 0.00 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 1.50 1164.9 0.00 0.00 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 1226.6 0.00 -490.6 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn I DC 1.25 3706.6 0.00 0.00 0.00 0.00

Do tĩnh tải giai đoạn II DW 1.50 1164.9 0.00 0.00 0.00 0.00

Do hoạt tải trên bản quá độ LLbqd 1.75 1226.6 0.00 -490.6 0.00 0.00

- Cốt thép đối với các mặt cắt I-I , II-II , III-III đợc tính và bố trí để đảm bảo chịu đợc

tổ hợp tải trọng theo TTGH cờng độ I với 2 tổ hợp bất lợi :

+) Tổ hợp Ia bất lợi ra phía sông

+) Tổ hợp Ib bất lợi về phía đờng

- Với mặt cắt IV-IV thì ta chỉ bố trí cốt thép chịu tải trọng theo phơng 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 phơng do đó trớc 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.ϕ.fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức :

O ry

rx rxy P P P

1 1 1 1

ϕ

− +

=

Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy

+) Nếu lực nén dọc trục Pu < 0,1.ϕ.fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức :

0 , 1

M M M

Trong đó :

+) ϕ : Hệ số sức kháng với cấu kiện chịu nén dọc trục , ϕ = 0,75

+) Pu : Lực nén tính toán trong mặt cắt dầm chủ

+) Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt

+) Mux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phơng x

+) Muy : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phơng y

+) Mrx : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phơng x

+) Mry : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phơng y

+) Prx : Sức kháng nén tính toán theo phơng x (khi chỉ xét độ lệch tâm ey)

+) Pry : Sức kháng nén tính toán theo phơng y (khi chỉ xét độ lệch tâm ex)

+) Prxy : Sức kháng nén tính toán theo 2 phơng

V.1.3 Tính toán và bố trí cốt thép chịu mômen uốn –

- Cốt thép tại các mặt cắt đợc bố trí theo cấu tạo sau đó kiểm tra khả năng chịu lực của mặt cắt Nếu không đạt thì ta phải bố trí lại cốt thép

- Xác định chiều cao vùng chịu nén theo công thức của mặt cắt chữ nhật ta có :

b f

f A f A a

C

Y S Y S

85 , 0

'.

) 2 (

á

a d f A

a d f A

M n = S Y S − − S Y S −

KN.m