Cầu dầm- Vòm liên hợp ống thép nhồi bêtông

Chương phương án sơ bộ II Cầu Dầm- vòm liên hợp ống thép nhồi bêtông Giới thiệu chung về phương án: Đặc điểm làm việc của cầu vòm ống thép nhồi bêtông: Vòm là kết cấu có hình dáng kiến trúc đẹp, đặc biệt hợp lý khi xây dựng cầu trong thành phố và các khu du lịch. Kết cấu cầu vòm thông thường (không có thanh căng) có đặc điểm khác biệt với cầu dầm là có lực đẩy ngang. Lực dẩy ngang truyền lên mố trụ khá lớn, do đó phải tăng kích thước, tăng vật liệu làm mố trụ. Khi nền đất càng yếu thì phí tổn xây dựng mố trụ cầu vòm càng lớn và đó là một trong các lý do làm cho cầu vòm bị hạn chế phát triển. Khắc phục các nhược điểm trên nhằm làm cho cầu vòm phát huy được ưu điểm của nó là vấn đề cần thiết và phương án kết cấu liên hợp ra đời trong đó có phương án cầu vòm có thanh căng như cầu dầm cứng – vòm cứng, vòm cứng – dầm mềm, …đặc biệt là sự nghiên cứu và ứng dụng kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bêtông (CFST – Concrete Filled Steel Tube). Dùng ống thép nhồi bêtông có các ưu điểm như: Bêtông nhồi trong ống thép không những không bị co ngót mà trái lại còn nở thể tích tạo điều kiện cho bêtông và vỏ thép cùng nhau làm việc dưới tác dụng của tải trọng khai thác. Việc nhồi bêtông đã tăng khả năng chống gỉ phía trong của ống thép, giảm độ mảnh của vòm, tăng ổn định cục bộ của vách ống thép. Lượng thép khi dùng trong ống tròn nhồi bêtông ít hơn so với kết cấu BTCT thông thường (tỉ lệ tiết kiệm thép khoảng 40%) và giá thành của kết cấu ống thép nhồi bêtông thấp hơn của kết cấu BTCT. Với các đặc điểm trên, cầu vòm ống thép nhồi bêtông đang ngày càng được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, đặc biệt là ở Trung Quốc. Có thể kể đến một số cầu nổi tiếng ở đây như: Cầu Đông Hà Uông Mãng Tứ Xuyên, cầu Vọng Giang, cầu Văn Phong An Dương, cầu Hạ Lao Câu, … với khẩu độ không ngừng đột phá, hình thức không ngừng sáng tạo mới và kĩ thuật ngày một nâng cao. Tại Việt Nam những năm gần đây, cầu vòm thép ống nhồi bêtông cũng đang ngày càng được áp dụng nhiều như cầu Cần Giuộc, cầu Sông Hàn và sắp tới sẽ là cầu Đông Trù, cầu Hàn, … Bố trí chung phương án: Kết cấu phần trên: - Sơ đồ bố trí chung toàn cầu: 4x40m + 113m + 4x40m Kết cấu nhịp chính: Nhịp chính có chiều dài nhịp 113m là kết cấu liên hợp Dầm Cứng – Vòm Cứng trong đó dầm cứng là dầm BTCT dự ứng lực còn vòm sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông. Nhịp dẫn 2 bờ dùng kết cấu dầm Supre T định hình. Mỗi bên bờ bố trí 4 dầm dẫn với chiều dài nhịp là 40m. Kết cấu phần dưới: Trụ: Sử dụng trụ phần cầu chính là có hai phần. Phía trên MNTT 0.5m sử dụng thân cột, phía dưới sử dụng thân đặc để chống va xô. Trụ làm bằng BTCT đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính 2.0m. Chiều dài cọc là 30 m. Mố: Dùng mố chữ U BTCT đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính 1.5m. Chiều dài cọc là 25 m. Lựa chọn các kích thước cơ bản của nhịp chính. Đường cong trục vòm: Qua kinh nghiệm thiết kế và thi công cho thấy rằng đường cong trục vòm dạng PARABOL là hợp lý. Phương trình đường cong trục vòm: Trong đó: f: Đường tên của vòm. L: Chiều dài nhịp vòm. Đường tên vòm: Tham số quan trọng nhất là tỷ số giữa đường tên vòm f với nhịp vòm là l. Tỷ số này càng nhỏ tức là vòm càng thoải thì lực đẩy ngang càng lớn và ngược lại thường dùng tỷ lệ: f/l = 1/4 - 1/6 Với chiều dài nhịp tính toán l = 110m ta chọn f = 24m. Độ lệch tâm: Lực đẩy ngang từ vòm sẽ truyền vào dầm cứng gây ra lực kéo lệch tâm trong dầm cứng như vậy trụ mố sẽ không chịu lực đẩy ngang này. Trong dầm cứng còn xuất hiện mô men uốn dương do tĩnh tải và hoạt tải thẳng đứng, vì vậy cần phải tạo một độ lệch tâm của điểm đặt lực đẩy ngang từ vòm sao cho nó gây ra mô men âm trong dầm cứng nhằm giảm bớt trị số mô men dương tổng cộng trong dầm cứng. Nhờ đó sẽ tiết kiệm được vật liệu và cải thiện được trạng thái làm việc của dầm cứng. Tuy nhiên không thể tạo độ lệch tâm trên quá lớn được vì nó sẽ tạo hiệu ứng ngược lại. Chọn độ lệch tâm là e = 20 cm. Lựa chọn tiết diện vòm: Vòm chủ làm việc theo hai giai đoạn: Giai đoạn I: Giai đoạn thi công, bêtông chưa chịu lực, mômen uốn và lực dọc trục do mặt cắt thép chịu. Giai đoạn II: Giai đoạn khai thác, mặt cắt làm việc là mặt cắt liên hợp vòm ống thép nhồi bêtông. Vật liệu làm vòm: Phần bêtông: Tham số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Tỷ trọng của Bêtông kN/m3 24 Cường độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày f'c MPa 50 Môđun đàn hồi Ec = 0.043 Ec MPa 35749.53 Phần thép: Tham số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Tỷ trọng của thép kN/m3 78.5 Cường độ chịu kéo nhỏ nhất fu MPa 400 Cường độ chảy nhỏ nhất fy MPa 250 Môđun đàn hồi Es MPa 200000 Hệ số môdun đàn hồi Tiết diện vòm chủ: Đặc trưng hình học của vòm chủ: Tên gọi các đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Đường kính ngoài của ống thép D = 100 cm Chiều dày của ống thép tv = 1.6 cm Đường kính của lõi bêtông d = 98.4 cm Chiều cao đoạn giữa h = 65.1 cm Bề dày ống thép đoạn giữa t = 1.6 cm Bề rộng đoạn giữa b = 70 cm Chiều cao vòm hv = 240 Mô đuyn đàn hồi của bê tông Ec = 35749.52867 Mpa Mô đuyn đàn hồi của thép Es = 200000 Mpa Diện tích ống thép A = 20264.96327 cm2 Diện tích phần bêtông Acr = 19344.24968 cm2 Diện tích phần thép As = 920.713586 cm2 Diện tích quy đổi Aqđ = 24495.16283 cm2 Mômen quán tính ống thép I = 110725181.4 cm4 Mômen quán tính phần bêtông Icr = 105311184.8 cm4 Mômen quán tính phần thép Is = 5413996.559 cm4 Mômen quán tính quy đổi Iqđ = 135599676.8 cm4 Trong đó: Iqđ = Sbêtông + n.Sthép , cm4 Fqđ = Fbêtông + n.Fthép , cm2 Lựa chọn tiết diện dầm chủ: Vật liệu làm dầm: Bê tông dùng cùng loại với bê tông nhồi trong ống. Thép dự ứng lực: Dùng loại bó 12 tao15.2mm có các thông số cơ bản sau Diện tích một tao As = 1680 mm2 Mô đun đàn hồi Et = 197000MPa Cường độ chiệu kéo Fpu = 1860MPa Giới hạn chảy Fpy = 85%Fpu = 1581MPa Đặc trưng hình học của dầm chủ: Mặt cắt ngang cầu gồm 2 dầm chữ nhật. Khoảng cách giữa tim 2 dầm chủ là 14600mm. Dầm chủ được chia thành 3 đốt, chiều dài mỗi đốt 37.5m+35m+37.5m, các đốt được đúc trong xưởng sau đó đưa ra công trường cẩu lắp. Dầm được cấu tạo từ bê tông cốt thép dự ứng lực theo công nghệ kéo sau. Như vậy dầm chủ sẽ làm việc theo hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Mặt cắt làm việc là dầm bêtông cốt thép dự ứng lực có mặt cắt ngang hình chữ nhất, dầm làm việc chịu uốn dưới tác dụng của tĩnh tải. Giai đoạn 2: Dầm chủ và vòm làm việc đồng thời, lúc này trong mặt cắt dầm xuất hiện cả lực kéo dọc trục và mômen uốn. Kích thước (cm) DD giữa nhịp DD đầu nhịp Cao 180 280 Rộng 120 120 Cao 0 Rộng 0 Bộ phận DD giữa nhịp DD đầu nhịp Diện tích Trọng tâm Diện tích Trọng tâm Khối K1 21600 90 33600 140 Khối K2 0 0 0 0 MM tĩnh S, cm3 1944000 4704000 yb, cm 90 140 yt, cm 90 140 MMQT Ix, cm4 43740000 219520000 Thanh treo: Vật liệu làm thanh treo: Thanh treo được chế tạo bằng bó cáp dự ứng lực bọc trong ống thép mạ kẽm, loại 19C15.2mm. Mặt cắt ngang thanh treo gồm một bó cáp dự ứng lực loại 19 tao, mỗi tao có 7 sợi xoắn có đường kính danh định 15.2mm. Cáp 19C15.2 mm, tiêu chuẩn ASTM Ký hiệu Đơn vị Giá trị Cường độ chịu kéo fpu MPa 1860 Cấp thép 270 Giới hạn chảy fpy MPa 1581 Số tao cáp cường độ cao tao 19 Diện tích cáp mm2 2660 Môđun đàn hồi cáp Ep MPa 197000 Đặc trưng hình học thanh treo: Diện tích toàn bộ cáp: As = 2660 mm2. Số lượng thanh treo toàn cầu là 2x20 thanh. Dầm ngang: Vật liệu: a. Bêtông: Tham số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Cấp bêtông Tỷ trọng của Bêtông kN/m3 24 Cường độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày f'c MPa 30 Môđun đàn hồi Ec = 0.043 Ec MPa 27617.5 b. Thép dự ứng lực: Cáp 12C15.2 mm, tiêu chuẩn ASTM Ký hiệu Đơn vị Giá trị Cường độ chịu kéo fpu MPa 1860 Cấp thép 270 Giới hạn chảy fpy MPa 1581 Môđun đàn hồi cáp Ep MPa 197000 Hệ số môdun đàn hồi Tiết diện dầm ngang: Các số liệu thiết kế: Dầm ngang bằng BTCT dự ứng lự kéo trước có các tham số sau: Tham số Đơn vị Ký hiệu Trị số Số lượng Số lượng dầm ngang nd 22 Khoảng cách giữa hai dầm ngang m 5 20 Khoảng cách giữa hai dầm ngang đầu nhịp 7.5 2 Chiều cao dầm ngang m H 1.35 Chiều dài nhịp m L 15 Chiều dài nhịp tính toán m Ltt 14.6 Đặc trưng hình học dầm ngang: Dầm ngang được phân ra làm các bộ phận nhỏ để tính đặc trưng hình học như hình vẽ: Diện tích nguyên: Bộ phận Kích thước (cm) DN giữa nhịp DN đầu nhịp Khối K1 Cao 35 41 Rộng 70 110 Khối K2 Cao 46.25 100 quy đổi Rộng 140 140 Khối K4 Cao 50 Rộng 70 Diện tích Adn, cm2 12425 18375.6 Mômen tĩnh và mômen quán tính đối với thớ chịu kéo lớn nhất của bêtông: Bộ phận Dầm ngang giữa nhịp Dầm ngang đầu nhịp Diện tích Trọng tâm Diện tích Trọng tâm Khối K1 2450 113.75 4510 120.5 Khối K2 6475 73.125 14000 50 Khối K4 3500 25 MMT S, cm3 839671.875 1243455 yb, cm 67.57922535 67.17747164 yt, cm 63.67077465 73.82252836 ei, cm 67.57922535 67.17747164 MMQT, Ix, cm4 13900846.49 25233222.89 Dầm dọc phụ – Bản mặt cầu: Vật liệu làm bản mặt cầu: Bêtông: Tham số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Cấp bêtông Tỷ trọng của Bêtông kN/m3 24 Cường độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày f'c MPa 30 Môđun đàn hồi Ec = 0.043 Ec MPa 27617.5 Thép thường: Dùng thép hợp kim thấp có các chỉ tiêu: Giới hạn chảy tối thiểu của thép thanh fy MPa 420 Môđun đàn hồi Es MPa 200000 Tỷ trọng của thép gt kN/m3 78.5 Hệ số môdun đàn hồi Tiết diện bản mặt cầu: Giai đoạn I, tiết diện bản khoét lỗ lắp ghép: Giai đoạn II, tiết diện liên hợp với bản bêtông đúc tại chỗ Đặc trưng hình học bản mặt cầu: Giai đoạn I: Tham số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Chiều cao bản h m 0.35 Chiều rộng 1 đốt b m 1.24 Số lỗ trong một đốt m 3 Đường kính lỗ d m 0.19 Diện tích 1 lỗ F1 m2 0.028 Khoảng cách các lỗ a m 0.36 Diện tích MCN 1 đốt F2 m2 0.382 Số đốt trong một MCN cầu n 10 Tổng diện tích bản trên MCN cầu F m2 3.821 Giai đoạn II: Tham số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Diện tích dầm bản F m 3.821 Chiều cao bản BT đổ sau h m 0.1 Chiều rộng bản BT đổ sau b m 1.24 Số bản trong một MCN cầu n 10 Diện tích bản BT đổ sau Fđs m2 1.24 Tổng diện tích Ft m2 5.061 Hệ liên kết trên: Là ống thép nhồi bêtông giống vật liệu làm dầm chủ. Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị Đường kính ngoài của ống thép Dlk = 0.7 m Chiều dày của ống thép tlk = 0.012 m Đường kính của thanh xiên hệ LK dxlk = 0.36 m Đường kính lõi BT hệ LK Dbtlk = 0.688 m Đường kính lõi BT thanh xiên dxbt = 0.348 m Mô đuyn đàn hồi của bê tông Eblk = 35749.52867 Mpa Mô đuyn đàn hồi của thép Etlk = 200000 Mpa Diện tích ống thép Flk = 0.871477802 m2 Diện tích phần bêtông Fbtlk = 0.838641876 m2 Diện tích phần thép Ftlk = 0.032835926 m2 Diện tích quy đổi Fqdlk = 1.022341788 m2 Mômen quán tính ống thép Jlk = 0.40154444 m4 Mômen quán tính phần bêtông Jbtlk = 0.387044666 m4 Mômen quán tính phần thép Jtlk = 0.014499774 m4 Mômen quán tính quy đổi Jqdlk = 0.468163354 m4 Các tải trọng tác dụng lên kết cấu nhịp: Tải trọng tác dụng thường xuyên DC: Tĩnh tải của dầm chủ: Tính được tải trọng rải đều tác dụng lên một dầm chủ theo bảng sau: Tham số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Diện tích dầm dọc giữa nhịp F1 mm2 23787.5 Chiều dài dầm dọc giữa nhịp L1 m 102.6 Diện tích dầm dọc đầu nhịp F2 mm2 33600 Chiều dài dầm dọc đầu nhịp L2 m 11 Tổng tĩnh tải dầm dọc Pdc kN 6744.474 Tĩnh tải rải đều trên 1 dầm chủ DCdc kN/m 122.6268 Tĩnh tải của dầm ngang: Tham số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Chiều dài dầm ngang Ln m 15 Số lượng dầm ngang giữa nhịp n1 20 Diện tích MCN DN giữa nhịp F1 m2 1.2425 Trọng lượng 1 DN giữa nhịp P1 kN 447.3 Số lượng dầm ngang đầu nhịp n2 2 Diện tích MCN DN đầu nhịp F2 m2 1.838 Trọng lượng 1 DN đầu nhịp P2 kN 661.522 Tổng tĩnh tải dầm ngang P kN 10269.043 Chiều dài nhịp tính toán Ltt m 110 Chiều dài nhịp tính toán của DN Lntt m 14.6 Tĩnh tải rải đều dọc cầu DCdnd kN/m 93.355 Tĩnh tải rải đều ngang cầu DCdnn kN/m 29.543 Tĩnh tải bản mặt cầu: Tham số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Khoảng cách dọc cầu m 5 Diện tích 1 khoang BMC GĐ1 Fb m2 3.821 Chiều dài nhịp dọc cầu ldc m 5 Chiều dài 1 khoang l1k m 4.3 Tĩnh tải một khoang BMC Pb kN 394.376 Số khoang BMC theo phương dọc n 21 Tổng tĩnh tải bản mặt cầu P2 kN 8281.893 Chiều dài nhịp tính toán Ltt 110.000 Diện tích 1 khoang bản BT đổ sau Fđs m2 1.24 Tổng tĩnh tải bản BT đổ sau P3 kN 2687.328 Tĩnh tải rải đều dọc cầu do BMC DCb kN/m 75.290 Tĩnh tải rải đều do bản BT đổ sau DC'b kN/m 24.430 Tổng tĩnh tải rải đều dọc cầu GĐII DC kN/m 110.029 Trọng lượng của các thanh treo: Tên thanh Diện tích m2 Chiều dài m Trọng lượng kN Thanh V1 0.0443 7.2992 2.2103 Thanh V2 0.0443 10.8694 3.2915 Thanh V3 0.0443 14.0430 4.2525 Thanh V4 0.0443 16.8198 5.0933 Thanh V5 0.0443 19.2000 5.8141 Thanh V6 0.0443 21.1835 6.4147 Thanh V7 0.0443 22.7702 6.8952 Thanh V8 0.0443 23.9603 7.2556 Thanh V9 0.0443 24.7537 7.4959 Thanh V10 0.0443 25.1504 7.6160 Tổng 227.7807  Tải trọng thanh treo rải đều trên 1m dài dầm chủ là: DC = 1.035kN/m Trọng lượng của ống nhồi bê tông: Đoạn vòm Diện tích m2 Chiều dài, m Góc nghiêng Chiều dài (m) Thể tích m3 Khối lượng 1 2.4495 7.5 39 9.651 23.640 1134.698 2 2.4495 5 36 6.180 15.139 726.664 3 2.4495 5 32 5.896 14.442 693.220 4 2.4495 5 29 5.717 14.003 672.159 5 2.4495 5 25 5.517 13.514 648.658 6 2.4495 5 22 5.393 13.209 634.053 7 2.4495 5 18 5.257 12.878 618.138 8 2.4495 5 13 5.132 12.570 603.348 9 2.4495 5 9 5.062 12.400 595.212 10 2.4495 5 5 5.019 12.294 590.130 11 2.4495 2.5 0 2.500 6.124 293.942 Tổng 55 61.324 7210.222 Trọng lượng vòm rải đều trên 1m dài dầm chủ: DC = 131.065KN/m Trọng lượng của hệ giằng phía trên: Tham số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Diện tích quy đổi của hệ LK ngang Fqdlk m2 1.022 Chiều dài của thanh LK Llk m 13.6 Thể tích của hệ lk ngang Vlk m3 13.904 Số thanh trong hệ liên kết nlk 8 Trọng lượng toàn bộ hệ LK Glk kN 2669.539 Trọng lượng vòm rải đều trên 1m dài dầm chủ: DC = 13.205kN/m Tổng hợp tải trọng do tĩnh tải giai đoạn 1 ta có: DC = DC+ DC+ DC+ DC+ DC+ DC= 307.477 KN/m Tĩnh tải giai đoạn 2- DW: Lớp phủ mặt cầu: Lớp phủ MC bao gồm : + Lớp bê tông atphan + Lớp bê tông bảo vệ + Lớp phòng nước  + Lớp bê tông tạo dốc. Tên lớp Bề dày DWtc Đơn vị Lớp BT át phan 5 15.1875 KN/m Lớp BT bảo vệ 3 9.72 KN/m Lớp phòng nước 3 6.075 KN/m Lớp BT tạo dốc 1 3.24 KN/m Tổng 12 34.2225 KN/m Lớp phủ mặt cầu rải đều trên 1 m dài dầm là: DW = 17.111kN/m. Trọng lượng của lan can, tay vịn, gờ chắn bánh: Trọng lượng rải đều của lan can, gờ chắn: DW= 10,79 kN/m Tổng tĩnh tải giai đoạn II: DW = DW + DW = 27.901 kN/m Hoạt tải tác dụng trên cầu: Bài toán tính toán cầu là bài toán không gian nhưng ở đây ta sử dụng sơ đồ tính gần đúng theo bài toán phẳng để thiên về an toàn. Hoạt tải tác dụng gồm: Hoạt tải HL93. Hoạt tải xe 2 trục thiết kế. Tải trọng làn thiết kế. Tải trọng người đi bộ. Hệ số phân bố ngang của hoạt tải: Ta thấy khoảng cách tim 2 dầm chủ và tim hai vòm chủ đều là 15.8 m vậy theo quy định của 22TCN.272–05 ta tính hệ số phân bố ngang của dầm chủ và vòm theo quy tắc đòn bẩy. Do hai mặt phẳng vòm đối xứng nên chỉ cần tính cho một vòm. Sơ đồ tính toán hệ số phân bố ngang. Từ sơ đồ ta tính được hệ số phân bố ngang cho các tải trọng như sau: + Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng người: K= 1.4475 + Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng làn: K = 1.5765 + Hệ số phân bố ngang đối với xe hai trục thiết kế: K = 1.054 + Hệ số phân bố ngang đối với xe tải thiết kế: K = 1.054 Lực xung kích: + Không áp dụng cho tải trọng làn và tải trọng bộ hành + Lực xung kích cho xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế là (1 + IM/100) Trạng thái giới hạn Công thức Giá trị TTGH mỏi và giòn 1 + IM/100 1.15 TTGH khác 1 + IM/100 1.25 Tính nội lực trong cầu vòm: Dùng chương trình SAP mô hình hoá sơ đồ kết cấu như sau: Vẽ đường ảnh hưởng các bộ phận cần tính nội lực. Tiếp đó tiến hành xếp tải trực tiếp lên đường ảnh hưởng đã vẽ. Tính nội lực do từng loại tải trọng gây ra trên kết cấu sau đó chọn tổ hợp tải trọng tác dụng theo yêu cầu thiết kế. Trong thiết kế sơ bộ chỉ tính toán theo TTGHCĐI: Nội lực trong các khoang dầm dọc: Đặc điểm chịu lực của dầm dọc: Trong kết cấu cầu liên hợp vòm cứng – dầm cứng, dầm dọc sẽ chịu lực kéo uốn kết hợp với lực kéo do lực đẩy ngang tại chân vòm truyền xuống. Vì vậy ta phải tính toán cả mômen và lực dọc xuất hiện trong dầm. Diện tích đường ảnh hưởng của các khoang dầm dọc: Khoang Diện tích Diện tích dầm ĐAH wN, m2 ĐAH wM, m2 w+M w-M D1 62.942 4.669 50.35 -45.681 D2 62.942 2.185 112.114 -109.929 D3 62.942 2.479 145.248 -142.769 D4 62.942 2.569 164.046 -161.477 D5 62.942 2.799 170.147 -167.348 D6 62.942 2.959 164.755 -161.796 D7 62.942 3.389 150.042 -146.653 D8 62.942 3.54 127.387 -123.847 D9 62.942 3.491 99.591 -96.1 D10 62.942 3.977 81.153 -77.176 D11 62.942 3.773 75.292 -71.519 Bảng tổng hợp nội lực trong các khoang dầm: Khoang Lực dọc (kN) Mômen (kNm) TTGHCĐ TTGHSD TTGHCĐ TTGHSD D1 30537.590 23230.413 5885.939 3785.232 D2 30537.590 23230.413 10421.868 6152.765 D3 30537.590 23230.413 13035.985 7673.108 D4 30537.590 23230.413 14327.982 8419.524 D5 30537.590 23230.413 14692.545 8648.626 D6 30537.590 23230.413 14217.334 8391.533 D7 30537.590 23230.413 13229.956 7866.167 D8 30537.590 23230.413 11692.285 7001.140 D9 30537.590 23230.413 9877.196 5959.519 D10 30537.590 23230.413 8870.299 5428.059 D11 30537.590 23230.413 8400.933 5141.418 Nội lực max 30537.590 23230.413 14692.545 8648.626 Kết luận: Dầm chủ chịu kéo lệch tâm kết hợp chịu uốn với lực kéo và mômen uốn lớn nhất xuất hiện trong đoạn dầm D5 với các giá trị xét ở TTGHCĐ trong giai đoạn khai thác là: Mtt = 14692.545 kNm; Ntt = 30537.590 kN Đường ảnh hưởng lực dọc và mômen trong đoạn dầm D5: Nội lực trong các đoạn vòm: Đặc điểm chịu lực của vòm ống thép nhồi bêtông: Kết cấu vòm trong cầu vòm ống thép nhồi bêtông chủ yếu chịu nén kết hợp với một phần mômen uốn. Diện tích đường ảnh hưởng của các đoạn vòm: Đoạn vòm WM(+) WM(-) WN V1 14.518 -14.945 -80.909 V2 21.844 -21.639 -77.407 V3 27.049 -26.844 -74.332 V4 30.125 -29.945 -71.768 V5 31.090 -30.877 -69.464 V6 30.037 -29.594 -67.458 V7 26.943 -26.642 -65.781 V8 22.335 -22.013 -64.437 V9 17.685 -17.192 -63.460 V10 15.391 -14.990 -62.869 V11 14.840 -14.421 -62.867 Bảng tổng hợp nội lực trong các đoạn vòm: Đoạn vòm Lực dọc (kN) Mômen (kNm) Ntctổng Ntttổng Mtctổng Mtttổng V1 29680.951 38938.489 -649.480 894.804 V2 28406.798 37271.541 1106.876 4745.998 V3 27287.179 35806.403 1328.056 5816.651 V4 26350.313 34578.957 1436.737 6418.123 V5 25512.965 33483.881 1470.922 6595.046 V6 24781.314 32525.884 1489.862 6422.727 V7 24168.683 31723.297 1311.466 5745.660 V8 23675.214 31075.725 1146.532 4845.710 V9 23312.823 30598.556 1034.392 3988.828 V10 23089.404 30302.556 917.554 3509.952 V11 23081.722 30289.433 885.101 3375.539 Kết luận: Có hai mặt cắt nguy hiểm là mặt cắt có lực dọc lớn nhất và mặt cắt có mômen lớn nhất. Đoạn V1 Đoạn V5 Nmax kN Mt/ứng kNm Nt/ứng kN Mmax kNm 38938.489 894.804 33483.881 6595.046 Đường ảnh hưởng lực dọc trong thanh vòm V1 và V5: Đường ảnh hưởng mômen của đoạn vòm V1 và V5: Nội lực trong các thanh treo: Đặc điểm chịu lực của thanh treo: Thanh treo trong cầu vòm chỉ chịu lực dọc trục là lực nén. Trong SAP nó được mô hình hoá bằng cách giải phóng liên kết hai đầu thanh. Diện tích đường ảnh hưởng lực dọc trục trong các thanh treo: Thanh treo WN (+) WN (-) T1 5.785 0.000 T2 5.142 0.000 T3 4.928 0.000 T4 5.014 0.000 T5 5.012 0.000 T6 4.957 0.000 T7 5.011 0.000 T8 5.007 0.000 T9 4.964 0.000 T10 5.010 0.000 Bảng tổng hợp lực dọc trong thanh treo: Thanh treo Ntctổng(kN) Ntttổng(kN) T1 2144.320 2822.833 T2 1909.463 2515.171 T3 1835.042 2419.327 T4 1870.043 2466.757 T5 1872.465 2471.318 T6 1854.793 2449.231 T7 1876.857 2479.164 T8 1876.809 2479.724 T9 1862.006 2460.729 T10 1879.617 2484.154 Nội lực max 2144.320 2822.833 Kết luận: Theo tính toán ở trên thì thanh T1 có hiệu ứng tải bất lợi nhất: Đường ảnh hưởng lực dọc trong thanh treo T1: Tính duyệt các bộ phận chịu lực chính của KCN: Tính duyệt thanh treo: Thanh treo làm bằng thép và chỉ chịu kéo do đó ở đây ta tính duyệt như kết cấu chịu kéo đúng tâm do đó ta chỉ kiểm toán ứng suất trong thanh theo TTGHCĐI. Theo tính toán ở trên thì thanh T1 có hiệu ứng tải bất lợi nhất: Theo TTGH CĐI, ta tính duyệt sự kéo chảy trong mặt cắt nguyên của thép: Công thức tính duyệt: fu < fr Trong đó: fr: Sức kháng kéo của mặt cắt nguyên thép fu : ứng suất trong thép dự ứng lực tính theo TTGH Cường độ Sức kháng của mặt cắt thép: Sức kháng kéo danh định: fn = fpy = 0.85fpu = 0.85*1860 = 1581 MPa Sức kháng kéo tính toán: fr = jfn = 0.95x1581 = 1501.95 MPa Trong đó: j = 0.95 là hệ số sức kháng kéo của thép ứng suất trong cốt thép ở TTGHCĐI là: Trong đó : Ntt = 2822.833kN: Lực dọc trục xuất hiện trong thanh As = 2660mm2: Diện tích mặt cắt ngang thanh. So sánh thấy: Đạt Tính duyệt vòm chủ: Trong thiết kế sơ bộ ta chỉ tính duyệt các đoạn vòm theo điều kiện chịu nén cục bộ là nén đúng tâm. Tính duyệt đối với đoạn vòm có lực dọc trục lớn nhất và đoạn vòm có mômen uốn lớn nhất. Đoạn V1 Đoạn V5 Nmax kN Mt/ứng kNm Nt/ứng kN Mmax kNm 38938.489 894.804 33483.881 6595.046 Công thức tính duyệt: N1ống ≤ Nr Trong đó: + Nr: Độ bền của ống thép nhồi bêtông khi chịu nén đúng tâm. + N1ống: Nội lực quy đổi ra thanh chịu nén của 1 ống thép nhồi bêtông. Tính toán khả năng chịu lực của ống thép nhồi bêtông: Độ bền của ống thép nhồi bêtông khi chịu nén đúng tâm được tính theo công thức 62, 63 trong giáo trình: “Kết cấu ống thép nhồi bêtông” của các tác giả A. I. KIKIN, R. S. SANZHAROVSKI và V. A. TRULL – Nhà xuất bản xây dựng Moskva (Giáo trình này được nhà xuất bản xây dựng dịch và xuất bản năm 1999). Trong đó: f: Hệ số điều kiện làm việc. Ac: Diện tích phần bêtông nhồi trong ống. As: Diện tích phần vỏ ống thép, fy : Độ bền tính toán của vỏ ống thép, fy = 250 MPa f’c : Độ bền tính toán của phần lõi bêtông, lấy theo bảng, f’c = 50 MPa. Các giá trị trên được ghi trong bảng sau: f 0.9 Ac 249.317 cm2 As 7604.665 cm2 fy 40 MPa f’c 250 MPa Nr 39830.62 kN Thay số ta có: Nr = 39830.62kN Kiểm toán đoạn vòm V1: Nội lực trong đoạn vòm V1 trong giai đoạn khai thác là: Đoạn V1 N0 (kN) M0 (kNm) 38938.489 894.804 Nội lực qui đổi ra thanh chịu nén: Công thức: Trong đó: z: Khoảng cách tim 2 ống, z = 1.4m Vậy nội lực trong 1 ống là: N1ống = 20439.308kN Kiểm tra: Đạt Kiểm toán đoạn vòm V5: Nội lực trong đoạn vòm V5: Đoạn V5 N0 kN M0 kNm 33483.881 6595.046 Nội lực qui đổi ra thanh chịu nén: Công thức: Trong đó: z: Khoảng cách tim 2 ống, z = 1.4m Vậy nội lực trong 1 ống là: N1ống = 21185.446kN Kiểm tra: Đạt Tính duyệt dầm dọc: Nội lực lớn nhất xuất hiện trong dầm chủ: Dầm chủ chịu kéo lệch tâm kết hợp chịu uốn với lực kéo và mômen uốn lớn nhất xuất hiện trong đoạn dầm D5 với các giá trị xét ở TTGHCĐ trong giai đoạn khai thác là: Mu = 14692.545 kNm Pu = 30537.590 kN Dầm chủ chịu kéo lệch tâm nên độ lệch tâm, tạo hiệu ứng mômen cho dầm chủ: Độ lệch tâm của lực dọc trục so với tim dầm chủ: e = 20 cm = 0.2 m Mômen do lực dọc trục đặt lệch tâm gây ra: Me = P x e = 30537.590 x 0.2 = 6107.518kNm Mômen do lực dọc trục lệch tâm gây ra có tác dụng làm giảm mômen kéo thớ dưới, do đó hiệu ứng mômen còn lại là: Mu = Mmax – Me = 14692.545 – 6107.518 = 8666.960kNm Như vậy, lúc này coi dầm chủ đồng thời chịu uốn và chịu kéo đúng tâm với hiệu ứng tải lớn nhất xuất hiện trong khoang dầm D5 là: Pu = 30537.590 kN; Mu = 8666.960 kNm Tính lượng cốt thép cần thiết trong dầm dọc: Lượng cốt thép chịu lực dọc trục: Lực dọc trục trong dầm là: Pu = 30537.590 kN Cường độ chịu kéo của cốt thép dự ứng lực: fpu = 1860 MPa Đối với cấu kiện chịu kéo, ta thiết kế chịu kéo theo mô hình chống và giằng, thanh giằng chịu kéo có sức kháng danh định như sau: Pn = fyAst + Aps[fpe + fy] Trong đó: + Ast : Tổng diện tích của cốt thép dọc thường xung quanh thanh giằng, mm2 + Aps : Diện tích thép dự ứng lực, mm2 + fy: Cường độ chảy của cốt thép dọc, MPa + fpe : ứng suất trong thép dự ứng lực do tạo DƯL sau khi đã xét mất mát, MPa Lấy gần đúng: Bỏ qua sức kháng kéo của cốt thép thường và bêtông, ta có: Pn = Aps (fpe + fy ) Giả sử Pn = Pu, ta có diện tích cốt thép dự ứng lực cần thiết: Chọn loại thép 12tao15.2 có diện tích cáp thép As = 1680 mm2 Số bó thép cần thiết: Chọn 12 bó. Do dầm chịu kéo đúng tâm nên bố trí thớ trên 6 bó và thớ dưới 6 bó. Lượng cốt thép chịu mômen: Mômen do tải trọng tác dụng lên khoang dầm D5 (có xét đến hiệu ứng lệch tâm của lực dọc trục): Mu = 8666.960kNm Lượng cốt thép phải thoả mãn yêu cầu sau đây: Mu Ê Mr = jMn Trong đó: + Mn: Mômen kháng uốn danh định + j: Hệ số sức kháng mômen Tính sơ bộ lượng cốt thép ta lấy: Mn = Mu = 8666.960kNm Bỏ qua sức kháng kéo của cốt thép thường, ta có: Trong đó: + Aps : Diện tích cốt thép DUL, mm2 + dp: Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực, mm + f’c : Cường độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’c = 30 MPa. + b : Bề rộng mặt cắt chịu nén, mm + bw: Bề dày bản bụng, mm, với mặt cắt hình chữ nhật ta lấy bw = b + hf: Chiều dày cánh chịu nén + b1: Hệ số quy đổi hình khối ứng suất, với BT có f’c = 28 MPa thì b1 = 0.85, hệ số b1 giảm đi theo tỷ lệ 0.05 cho từng 7 MPa vượt quá 28 MPa Do đó: + fpu: Cường độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa. + fpy: Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa. + c: Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với Giả thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo. + a = c. b1: Chiều dày của khối ứng suất tương đương + fps: ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh định tính theo công thức: ) Trong đó: Từ yêu cầu lượng cốt thép tối đa: ị Lấy lượng cốt thép tối đa: c = 0.42de Trong đó: + de: Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm các bó thép dự ứng lực. Ta lấy de = dp vì bỏ qua cốt thép thường + Do mặt cắt hình chữ nhật, b = bw nên ta có: Tham số Đơn vị Giá trị fpu MPa 1860 fpy MPa 1581 k 0.38 h mm 1800 dp mm 1650 c mm 693 a mm 579.348 f'c MPa 50 b1 0.836 b mm 1200 bw mm 1200 fps MPa 1563.144 Mu N.mm 8666.960 Aps mm2 4075.912 As mm2 1680 n2 bó 2.426 Chọn n2 bó 4 Tổng lượng cốt thép bố trí trên một mặt cắt ngang dầm dọc là: bó Trong đó: Số bó bố trí phía trên là 6 bó. Số bó bố trí phía dưới là 10 bó. Tính duyệt dầm chủ theo TTGHCĐ: Đặc điểm chịu lực của dầm chủ: Dầm chủ làm việc vừa chịu kéo vừa chịu uốn nên phải kiểm toán cả hai. Tính duyệt dầm chủ theo điều kiện chịu uốn: Xác định ứng suất trung bình trong cốt thép: Trong đó: Với mặt cắt hình chữ nhật Trong đó: Aps: Diện tích mặt cắt cốt thép dự ứng lực, mm2 fpu: Cường độ chịu kéo quy định của cốt thép dự ứng lực, MPa fpy: Giới hạn chảy của cốt thép dự ứng lực, MPa As: Diện tích mặt cắt cốt thép thường chịu kéo, mm2 fy: Giới hạn chảy của cốt thép thường chịu kéo, MPa A’s: Diện tích mặt cắt cốt thép dự ứng lực, mm2 f’y: Giới hạn chảy của cốt thép thường chịu nén, MPa bw: Chiều rộng bản cánh chịu nén, mm, với mặt cắt hình chữ nhật b = bw hf: Chiều dày bản cánh chịu nén , mm dp: Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm các bó thép dự ứng lực, mm c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt cất chịu nén b1: Hệ số quy đổi hình khối ứng suất, với bêtông có cường độ f’c = 28 MPa thì b1 = 0.85, hệ số b1 giảm đi theo tỷ lệ 0.05 cho từng 7 MPa vượt quá 28 MPa Bỏ qua cốt thép thường, ta có: Tham số Đơn vị Giá trị fpu MPa 1860 fpy MPa 1581 k 0.38 dp mm 1650 f'c MPa 50 b1 0.85 bw mm 1200 Aps mm2 6720 c mm 270.378 fps MPa 1744.180 Xác định sức kháng uốn: Với mặt cắt chữ nhật chịu uốn một trục ta lấy sức kháng danh định như sau (bỏ qua sức kháng uốn của cốt thép thường): Trong đó: a: Chiều dầy khối ứng suất tương đương, mm. a = b1c = 0.836 x 270.378 = 229.821mm Xác định sức kháng uốn tính toán: Với: f = 1, là hệ số sức kháng Tính duyệt theo điều kiện: Lập được bảng sau: a = 229.8213479 mm Mn = Mr = 17992.6112 kNm Đạt Mu = 8666.960 kNm Tính duyệt theo điều kiện chịu kéo: Sức kháng kéo danh định: Đối với cấu kiện chịu kéo, ta thiết kế chịu kéo theo mô hình chống và giằng, thanh giằng chịu kéo có sức kháng danh định như sau: Pn = fyAst + Aps[fpe + fy] Trong đó: + Ast : Tổng diện tích của cốt thép dọc thường xung quanh thanh giằng, mm2 + Aps : Diện tích thép dự ứng lực, mm2 + fy: Cường độ chảy của cốt thép dọc, MPa + fpe : ứng suất trong thép dự ứng lực do tạo DƯL sau khi đã xét mất mát, MPa Lấy gần đúng: Bỏ qua sức kháng kéo của cốt thép thường, ta có: Pn = Aps (fpe + fy ) = 20160 x (1116 + 420) x 10-3 = 30965.760kN Sức kháng kéo tính toán: Pr = j Pn Trong đó: j là hệ số sức kháng, đối với cấu kiện DƯL chịu kéo uốn kết hợp thì j = 1.0 Pr = j Pn = 30965.760kN Tính duyệt: Lập được bảng sau: Aps = 20160 mm2 fpe = 0.6fpu = 1116 MPa fy = 420 MPa fpe + fy 1536 MPa Pn = 30965.760 kN Pr = 30965.760 kN Pu = 30127.923 kN Đạt Tính toán thiết kế trụ cầu: Tính toán áp lực thẳng đứng tác dụng lên bệ cọc: Tính áp lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân trụ: Cấu tạo trụ P5: Bảng tính toán trọng lượng trụ và bệ trụ: Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị a) Kích thước cơ bản trụ Chiều cao trụ phần thân đặc htđ 8 m Chiều dày thân trụ phần thân đặc dtđ 3 m Bề rộng thân trụ phần thân đặc btđ 18 m Trọng lượng thân trụ phần thân đặc Ptđ 10800 KN Chiều cao trụ phần thân cột htc 5.5 m Chiều dày thân trụ phần thân cột dtc 2 m Bề rộng thân trụ phần thân cột btc 2 m Trọng lượng thân trụ phần thân cột Ptc 863.9 KN Bề rộng xà mũ trụ bxm 18 m Chiều cao xà mũ trụ hxm 2 m Chiều dày xà mũ trụ dxm 4.25 Chiều dài phần cánh hẫng ch 0 m Trọng lợng xà mũ trụ Pxm 3825 KN b) Kích thước bệ trụ Chiều cao bệ trụ hbt 3 m Bề rộng bệ trụ bbt 19 m Chiều dày bệ trụ dbt 11 m Trọng lượng bệ trụ Pbt 15675 KN Tổng trọng lượng trụ Ptr 31163.9 KN Tính áp lực nước đẩy nổi ứng với mực nước thấp nhất Công thức tính: Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao mực nớc thấp nhất MNTN -0.40 m Chiều cao phần bệ tháp ngập trong nước hbtn 4.92 m áp lực đẩy nổi tác dụng lên tháp Pdn -2656.8 KN Tính toán phản lực gối từ KCN truyền xuống trụ do tĩnh tải và hoạt tải: Do KCN chính là vòm giản đơn nên ta có đường ảnh hưởng phản lực gối của 2 dầm gác lên trụ P5 như sau: Phản lực gối do tĩnh tải: Tổng tĩnh tải DC từ KCN truyền xuống: DCtc = 307kN/m Tổng tĩnh tải DW từ KCN truyền xuống: DWtc = 27.9kN/m Phản lực tính toán do tĩnh tải tính theo công thức: Ptttt = qtt . = (1.25 x 307 + 1.5x 27.9) x 1 x 110 = 46393(kN) Phản lực gối do hoạt tải: Để đạt hiệu ứng tải lớn nhất ta xếp xe như sau: +) Sử dụng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15 m (khoảng cách trục sau là 4,3 m). +) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế được lấy bằng 90% giá trị phản lực tính được cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Người. Tính phản lực do tải trọng làn: PLantt = glan. qlan . v+ = 1.75 * 9.3 * 110 * 1 = 1828.8(kN) Tính phản lực do tải trọng Người: PNGtt = gNG. qNG . v+ = 1.75 * 6 *110 * 1 = 1732.5(kN) Tính phản lực do xe tải thiết kế: xếp 2 xe lên ĐAH phản lực gối ( 2 xe đặt cách nhau 15 m, khoảng cách trục sau bằng 4,3m): PttXT = gxt . m.IM. +) Xếp xe 1: P (kN) 35 145 145 Pi . Yi Y 0.92 0.96 1 316.6 +) Xếp xe 2: P (kN) 35 145 145 Pi . Yi Y 0.89 0.85 0.81 272.8 => PttXT = 1.75 * 1 * 1.25 * (316.6 + 272.8 ) = 1289.4(kN) Tính tổng phản lực do hoạt tải thiết kế xếp tải 1 làn: PttHT = 0,9 * 1289.4 + 0,9* 1828.8 + 1732.5 = 4538.8(kN) Tính tổng phản lực do hoạt tải thiết kế xếp tải 2 làn: PttHT = 2 * 4538.8 = 9077.6(kN) Tổng phản lực do KCN truyền lên trụ: PKCN = P tt + PHoat = 46393 + 9077.6 = 57942kN Tính duyệt mặt cắt đáy bệ cọc: Trong thiết kế sơ bộ chỉ kiểm toán mặt cắt đáy bệ theo điều kiện chịu nén đúng tâm. Tổng phản lực thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ cọc: P = PTR + PĐK + PKCN +PĐN = 83103.75kN Tính và bố trí cọc trong móng: Móng cọc được thiết kế với cọc khoan nhồi đường kính D = 1.50m. 2.7.3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Mác bê tông chế tạo cọc f’c 30 Mpa Đường kính cọc thiết kế D 1.5 m Đường kính cốt thép d 28 mm Số thanh thép thiết kế nthanh 24 Thanh Diện tích phần bê tông Ac 1.767 m2 Diện tích phần cốt thép As 0.015 m2 Hệ số uốn dọc j 0.9 Cường độ chịu kéo của thép fy 420 Mpa Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 18738.57 kN 2.7.3.2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền: Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền: Bảng số liệu địa chất: STT Loại đất H (m) e B g (kN/m3) C  KG/cm2 s KG/cm2 j (độ) R'  KG/cm2 Lớp 1 Sét dẻo cứng 5.61 0.7 0.4 18 0.14 2.6 22 1.2 Lớp 2 Sét 5.00 0.5 0.2 18 0.12 2.2 25 1.2 Lớp 3 Cát hạt vừa Vô hạn 17 0.06 1.8 38 2.5 Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền Loại đất D m Li m As m2 N Su kN/m2 a qskN/m2 QskN jqs Sức kháng thân cọc Sét dẻo cứng 1.5 0 0.00 10 62.5 0.55 34.4 0.0 0.65 Sét 1.5 4.73 22.29 15 68.0 0.55 37.4 833.1 0.65 Cát hạt vừa 1.5 25.27 119.08 50 201.3 0.5 100.7 11987.0 0.45 Sức kháng thành cọc Qthan 5935.65 kN Sức kháng mũi cọc Loại đất D m Ap m2 N qp kN/m2 Qp kN jqp Cát hạt thô 1.5 1.767 50 3200 5654.9 0.65 Sức kháng mũi cọc Qmui 3675.7 kN Q cọc theo đất nền Qr 9611.3 kN Q cọc theo vật liệu Qvl 18739 kN Qi tính toán của cọc Qcoc 9611.3 kN Chiều dài cọc Lcoc 30 m 2.7.3.3 Tính toán số cọc trong móng: Số cọc trong móng được tính theo công thức sau: Trong đó : +) b : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mô men, móng cọc đài cao: b = 1,5 +) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc: Qcoc =9611.3 kN +) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 83103.75kN ị Số cọc bố trí trong móng là n = 15 cọc. Bố trí thành 3 hàng, mỗi hàng 5 cọc. Chiều dài cọc bố trí là 30m. 2.8 – Tính toán thiết kế mố cầu 2.8.1 – Kích thước thiết kế mố Mố sử dụng là mố chữ U BTCT. Toàn cầu có 2 mố A0, A1. Phương án cầu bố trí đối xứng do đó sự làm việc của hai mố là như nhau ở đây ta tính mố đại diện là mố A0 Quy trình tính toán: Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 - 05. Vật liêu sử dụng: Bêtông có f’c= 30Mpa, Tải trọng tác dụng lên mố gồm: + Trọng lượng bản thân mố + Tĩnh tải kết cấu nhịp + Tải trọng lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng + Hoạt tải trên kết cấu nhịp + Hoạt tải trên lăng thể trượt Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao mố hmo 600 cm Chiều rộng mố bmo 1300 cm Loại gối Gối Cao su Hệ số ma sát gối với bê tông f 0.5 Chiều cao tường đỉnh htd 223 cm Bề dầy tường đỉnh dtd 50.0 cm Chiều cao tường thân htt 377 cm Bề dầy tường thân dtt 210 cm Chiều dài tường cánh ltc 577.5 cm Chiều cao đuôi tường cánh h1c 180 cm Chiều dài tiết diện chân tường cánh lcc 227.5 cm Bề dầy cánh dtc 50.0 cm Chiều dài bản quá độ lqd 500 cm Chiều dày bản quá độ dqd 30.0 cm Chiều rộng bản quá độ bqd 1200 cm Chiều cao bệ móng hm 200 cm Chiều dài bệ móng lm 650 cm Bề rộng bê móng bm 1600 cm 2.8.2 – Kích thước Cơ bản của nhịp dẫn Kết cấu nhịp cầu dẫn sử dụng super – T chiều dài 40m bằng BTCT DƯL, lắp ghép bằng giá Long môn. Bảng kích thước KCN cầu dẫn: Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều dài nhịp thiết kế L 40 m Chiều dài nhịp tính toán Ltt 39 m Chiều cao dầm chủ hdc 195 cm Chiều rộng nắp hộp Bc 1300 cm Diện tích mặt cắt ngang dầm chủ Fdc 10015.97 cm2 Trọng lượng KCN Pdc 6009.58 kN Chiều dày lớp phủ mặt cầu hmc 12 cm Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn DCtc 150.24 kN/m Tĩnh tải KCN cầu dẫn trên mố: + Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn : DCTC = 150.24 kN/m + Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn : DWTC = 40.51 kN/m + Tĩnh tải giai đoạn I tính toán : DCTT = 187.80 kN/m + Tĩnh tải giai đoạn II tính toán : DWTC = 60.77 kN/m 2.8.3.Tải trọng tác dụng lên mố: 2.8.3.1. Nguyên tắc chung khi tính toán mố: a - Khái quát: 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 g = 18 kN/m3 , j = 350. Tải trọng tác dụng lên mố gồm: 1 Trọng lượng bản thân mố 2 Phản lực thẳng đứng do trọng lượng KCN 3 Phản lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên KCN 4 Lực hãm dọc cầu 5 Ma sát gối cầu 6 áp lực của đất sau mố 7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ b - Tải trọng tác dụng lên mố: Trọng lượng bản thân mố. Tên các bộ phận của mố Gtc (kN) Mặt cắt I - I e1 (m) M1(kN.m) Tường thân 2573.03 0.700 1801.12 Tường đỉnh 362.38 -0.100 -36.24 Tường cánh +) Khối 1 341.25 -0.613 -209.02 +) Khối 2 122.50 -3.500 -428.75 +) Khối 3 157.50 -3.500 -551.25 Tường cánh 621.25 -1189.02 Bệ móng mố 5200.00 0.000 0.00 Bản quá độ 450.00 -0.500 -225.00 Gờ kê bản quá độ 15.00 -0.500 -7.50 Đất đắp sau mố +) Khối 1 4892.40 -1.625 -7950.15 +) Khối 2 604.80 -4.250 -2570.40 +) Khối 3 777.60 -4.250 -3304.80 Đất đắp sau mố 6274.80 -13825.35 Phản lực do hoạt tải trên kết cấu nhịp. Xếp tải bất lợi lên sơ đồ kết cấu ta có hiệu ứng tải do các tải trọng gây ra như sau. Hoạt tải trên kết cấu nhịp được tính cho cả 2 làn: 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 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: * Do xe 3 trục: Điểm ĐAH P (kN) Ri (kN) 1 1.000 145.000 145.000 2 0.890 145.000 129.013 3 0.779 35.000 27.282 Tổng 301.29 * Do xe 2 trục: Điểm ĐAH P (kN) Ri (kN) 1 1.000 110.000 110.000 2 0.969 110.000 106.615 Tổng 216.615 * Do tải trọng làn: R = 0.5x39x1x9.3 = 181.350kN * Do tải trọng xe thô sơ (người): R = 0.5x39x1x3x2 =117 kN Bảng tổ hợp phản lực do hoạt tải trên KCN: Số làn 2.0 Hệ số triết giảm 1.0 Tổ hợp: Xe 3trục + làn + người 1206.31 kN Tổ hợp: Xe 2trục + làn + người 1036.95 KN Phản lực do hoạt tải trên bản quá độ. - Chiều dài bản quá độ : Lqd = 5.0 (m) - Bề rộng bản quá độ : Bqd = 12.0 (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 P (kN) 145 145 35 Pi.Yi Y 0.140 1.000 0.000 165.30 +) Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục P (kN) 110 110 Pi.Yi Y 0.760 1.000 193.60 Bảng tính toán áp lực truyền lên vai kê khi hoạt tải trên bản quá độ Tải trọng Tiêu chuẩn Tính toán Đơn vị áp lực thẳng đứng do tải trọng làn Plan 23.70 41.48 kN áp lực thẳng đứng do tải trọng Người PNg 15.00 26.25 kN áp lực thẳng đứng do xe tải PXT 165.30 361.59 kN áp lực thẳng đứng do xe 2 trục P2T 193.60 423.50 kN Tổ hợp : Xe tải + Làn + Người P1 408.00 858.64 kN Tổ hợp : Xe 2 trục + Làn + Người P2 464.60 982.45 kN Tổng áp lực do hoạt tải trên bản qua độ (2 làn) Pht bqd 464.60 982.45 kN 2.8.3.2. Bảng tổ hợp tải trọng thẳng đứng dưới đáy móng: Tên tải trọng Kí hiệu Vtc(kN) Hệ số tải trọng Vtt (kN) a - Trọng lượng các bộ phận mố Tường thân Gtt 2573.03 1.25 3216.28 Tường đỉnh Gtd 362.38 1.25 452.97 Tường cánh Gtc Khối 1 Gtc1 341.25 1.25 426.56   Khối 2 Gtc2 122.50 1.25 153.13   Khối 3 Gtc3 157.50 1.25 196.88 Bệ móng mố Gm 5200.00 1.25 6500.00 Bản quá độ Gqd 450.00 1.25 562.50 Gờ kê bản quá độ Gk 15.00 1.25 18.75 b - áp lực đất áp lực đất thẳng đứng EV Khối 1 EV1 4892.40 1.35 6604.74 Khối 2 EV2 604.80 1.35 816.48 Khối 3 EV3 777.60 1.35 1049.76 c - áp lực do tĩnh tải kết cấu nhịp Do tĩnh tải giai đoạn I DC 2929.67 1.25 3662.09 Do tĩnh tải giai đoạn II DW 789.95 1.50 1184.92 d - áp lực do hoạt tải Do hoạt tải trên KCN LL(kcn) 1206.31 1.75 2638.80 Do hoạt tải trên bản quá độ LL(bqd) 464.60 1.75 1016.31 Tổng 28500.17 Vậy tải trọng tập trung lớn nhất xuất hiện ở đáy móng là 28500.17kN 2.8..4.Xác định số lượng cọc: 2.8.4.1. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Bê tông chế tạo cọc f’c 30 Mpa Đường kính cọc thiết kế D 1.5 m Đường kính cốt thép d 28 Số thanh thép thiết kế nthanh 24 Diện tích phần bê tông Ac 1.767 m2 Diện tích phần cốt thép As 0.015 m2 Hệ số uốn dọc j 0.9 Cường độ chịu kéo của thép fy 420 Mpa Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 18738.6 kN 2.8.4.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền: - Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền - Bảng số liệu các lớp địa chất STT Loại đất H (m) e B g (kN/m3) C KG/cm2 s KG/cm2 j (độ) R' KG/cm2 Lớp 1 Sét dẻo cứng 2.98 0.7 0.4 18 0.14 2.6 22 1.2 Lớp 2 Sét 4 0.5 0.2 18 0.12 2.2 25 1.2 Lớp 3 Cát hạt vừa Vô hạn 17 0.06 1.8 38 2.5 Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền: Loại đất D m Li m As m2 N Su kN/m2 a qskN/m2 QskN jqs Sức kháng thân cọc Sét dẻo cứng 1.5 2.98 14.04 10 62.5 0.55 34.4 482.6 0.65 Sét 1.5 4 18.85 15 68.0 0.55 37.4 704.5 0.65 Cát hạt vừa 1.5 18.02 84.92 50 201.3 0.5 100.7 8547.9 0.45 Sức kháng thành cọc Qthan 4618.18 kN Sức kháng mũi cọc Loại đất D m Ap m2 N qp kN/m2 Qp kN jqp Cát hạt thô 1.5 1.767 50 3200 5654.9 0.65 Sức kháng mũi cọc Qmui 3675.7 kN Q cọc theo đất nền Qr 8293.8 kN Q cọc theo vật liệu Qvl 18739 kN Qi tính toán của cọc Qcoc 8293.8 kN Chiều dài cọc Lcoc 25 m 2.8.4.3. Tính toán số cọc trong móng: Số cọc trọng móng được tính theo công thức sau: Trong đó : +) b : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mômen với móng cọc đài cao: b = 1,5 +) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc: Qcoc =8293.8kN +) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 28500.17kN => Số cọc bố trí trong móng là n = 8cọc. Bố trí thành 2 hàng mỗi hàng 4 cọc Chiều dài cọc bố trí là 25 m 2.9 – Dự kiến công tác thi công 2.9.1 – Thi công trụ - Phương pháp thi công các trụ giống nhau giống nhau, với mực nước thấp nhất là -0.4 m , ta chọn mực nước thi công 1m. - Với MNTC như vậy ta tiến hành thi công trụ như sau : +) Đắp đảo, làm đường công vụ vào đảo, khi đắp gạt bỏ lớp đất yếu dày 2m. +) Lắp dựng máy khoan, đưa máy lên đảo và tiến hành khoan cọc, giữ thành ống vách bằng vữa sét. Thi công đổ bê tông cọc khoan bằng phương pháp rút ống thẳng đứng. +) Hạ vòng vây cọc ván thép.Tiến hành đào đất trong hố móng. +) Đổ bê tông bịt đáy bằng phương pháp vữa dâng. +) Hút nước trong hố móng. Đập đầu cọc ,lắp dựng đà giáo ván khuôn đổ bê tông bệ cọc . +) Đổ bê tông thân trụ bằng ván khuôn trượt . 2.9.2 – Thi công mố - Mố cầu được bố trí đối xứng và được thi công trong điều kiện không ngập nước do đó ta đề xuất biện pháp thi công mố như sau : +) Gạt lớp đất yếu, đắp đến cao độ thiết kế +) Lắp dựng, đưa máy đóng cọc lên đảo và tiến hành đóng cọc. +) Đào đất hố móng , đập BT đầu cọc ,đổ lớp BT tạo phẳng, lắp dựng đà giáo ván khuôn, đổ BT bệ cọc +) Lắp dựng đà giáo ván khuôn,.đổ BT thân mố, +) Tường đỉnh, tường cánh được thi công sau khi thi công xong kết cấu nhịp 2.9.3 – Thi công kết cấu nhịp 2.9.3.1 – Thi công kết cấu nhịp cầu dần Nhịp cầu dẫn được lắp ghép bằng giá long môn tại công trường. 2.9.3.2 – Thi công kết cấu nhịp cầu chính Các đốt dầm được đúc trong xưởng. Vận chuyển ra công trường. Tiến hành cẩu lắp. Thi công dầm ngang. Thi công bản mặt cầu. Thi công thanh treo, thanh vòm. Nối dầm chủ. Tháo trụ tạm. Thi công lớp thủ và các tiện ích. Hoàn thiện cầu.