Đề tài Thiết kế nút giao thông lập thể

Mục lục Mở đầu I/ Nhu cầu xây dựng nút giao khác mức 4 II/ Các nút giao khác mức tại Việt nam 4 Phần I: Tổng quan về thiết kế nútgiao thông lập thể Chương I: cấu tạo và yêu cầu kiến trúc nút giao khác mức trong đô thị và các tuyến giao thông I/ Cấu tạo nút giao khác mức trên các đô thị và tuyến giao thông I.1/ Nút giao ba nhánh ( ngã ba ): 5 I.2/ Nút giao bốn nhánh ( ngã tư ): 7 I.3/ Nút giao nhiều nhánh: 9 II/ Yêu cầu kiến trúc của kết cấu trong nút giao lập thể 10 II.1/ Cầu cong trong nút giao lập thể 11 II.1.1/ Công nghệ thi công cầu cong 11 II.1.2/ Mặt cắt kết cấu dầm bản 11 chương II: Nghiên cứu lựa chọn các tham số cơ bản của nút giao khác mức I/ Thiết kế tổ chức giao thông 15 II/ Thiết kế mặt bằng, bán kính cong 15 III/ Sơ đồ kết cấu nhịp 18 IV/ Khoảng tĩnh không dưới cầu và đường cong đứng trên cầu 19 V/ Thiết kế mặt cắt kết cấu: 20 VI/ Lựa chọn gối cầu 20 Chương iII: Tính toán thiết kế nút giao thông đồng văn I/ Phân tích đặc điểm nút giao 22 II/ Sự cần thiết phải thiết kế lại nút giao 1/ Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức 22 2/ Quy mô nút giao 23 III/ Thiết kế sơ bộ nút giao 1/ Quy mô và tốc độ thiết kế 23 2/ Quy phạm thiết kế 23 3/ Thiết kế sơ bộ 23 Phần II Tính toán thiết kế kết cấu cầu nhịp bản cong liên tục chương i : giới thiệu chung về Tính toán thiết kế kết cấu nhịp bản cong . I/ Cấu tạo kết cấu I.1/ Mặt cắt ngang: 39 I.2/ Bố trí cốt thép thường 40 I.3/ Bố trí cốt thép cường độ cao 42 I.4/ Phân đoạn đổ bê tông 44 II/ Tính toán nội lực. 1/ Mô hình tính toán kết cấu 44 2/ Tải trọng tác dụng 46 III/ Kiểm toán mặt cắt. 1/Các chỉ tiêu vật liệu 53 2/ Tính nội lực và ứng suất: 53 3/ Tính khả năng chịu lực cực hạn của kết cấu 54 Chương Ii: Công nghệ thi công dầm I/ Thiết kế và thi công 58 II/ Biện pháp thi công 58 II.1/ Phương pháp đúc dầm trên đà giáo cố định: 59 II.2/ Phương pháp đúc dầm trên đà giáo di động 59 II.3/ Đảm bảo giao thông trong quá trình thi công 60 Phần III Tính toán thiết kế cầu dầm bản rỗng liên tục 3 nhịp 25m chương I: điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng I/ Vị trí địa lý 61 II/ Đặc điểm khí hậu 61 III/ Điều kiện địa chất 61 Chương II Quy mô xây dựng và Tiêu chuẩn kỹ thuật I/ Tiêu chuẩn thiết kế 63 II/ Chỉ tiêu vật liệu 63 Vật liệu kết cấu Ký hiệu Cường độ 1 Bê tông dầm bản B 40 Mpa 2 Bê tông gờ chắn lan can, tường chắn B1 24 Mpa 3 Bê tông cột trụ C1 35 Mpa 4 Bê tông mố, bệ cọc trụ C2 24 Mpa 5 Bê tông cọc khoan nhồi C3 24 Mpa 6 Bản dẫn C4 24 Mpa 7 Bê tông lót móng E 16 Mpa 8 Thép cường độ cao Grade270 Fs=1860 Mpa Fy=1670 Mpa 9 Cốt thép thường SD395 SD295 fy=395 Mpa fy=295 Mpa III/ Thiết kế mặt đường 64 IV/ Thiết kế cầu vượt: 64 V/ Biện pháp thi công: 65 1/ Thi công kết cấu mố,trụ: 65 2/ Thi công kết cấu nhịp cầu 65 Chương III Số liệu tính toán I/ Cơ sở thiết kế 66 II/ Các trường hợp tải trọng 66 Vật liệu kết cấu Ký hiệu Cường độ 1 Bê tông dầm bản B 40 Mpa 2 Bê tông gờ chắn lan can, tường chắn B1 24 Mpa 3 Bê tông cột trụ C1 35 Mpa 4 Bê tông mố, bệ cọc trụ C2 24 Mpa 5 Bê tông cọc khoan nhồi C3 24 Mpa 6 Bản dẫn C4 24 Mpa 7 Bê tông lót móng E 16 Mpa 8 Thép cường độ cao Grade270 Fs=1860 Mpa Fy=1670 Mpa 9 Cốt thép thường SD395 SD295 fy=395 Mpa fy=295 Mpa III/ Các trường hợp tổ hợp 73 Chương IV Kết quả tính toán 75 Chương V Kiểm toán mặt cắt va tính bản mặt cầu I/ Kiểm toán nhịp biên 80 II/ Kiểm toán nhịp giũa 92 III/ Tính bản mặt cầu 104 Chương VI Tính toán mố cầu I/ Số liệu chung 108 II/ Số liệu kết cấu phần trên 108 III/ Số liệu mố 108 IV/ Tải trọng tác dụng lên mố 109 V / Kiểm toán các mặt cắt 117 VI/ Tính toán cọc khoan nhồi 129 Kết luận Tài liệu tham khảo Mở đầu I/ Nhu cầu xây dựng nút giao khác mức Với sự phát triển ngày càng tăng của nền kinh tế, lưu lượng giao thông tăng lên với tốc độ cao. Các tỉnh miền núi tăng 6~8%, các tỉnh đồng bằng tăng 8~12%, đặc biệt các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ chí Minh, Hải phòng vv.. tốc độ gia tăng lên đến 15~20%. Giao thông tại các điểm giao nhau của các tuyến đường, đặc biệt là các khu đô thị đã trở nên mãn tải, khi lưu lượng xe thông qua lớn hơn 400 xe/ngày đêm đòi hỏi phải bố trí các nút giao khác mức. Có nhiều dạng nút giao khác mức: Liên thông hoàn chỉnh, liên thông không hoàn chỉnh và nút giao trực thông. Các nhánh rẽ trong nút giao liên thông hoàn chỉnh thường nằm trên đường cong để nối tiếp tuyến vào cầu và phù hợp với địa hình. II/ Các nút giao khác mức tại Việt nam Trên thế giới với trình độ công nghệ hiện nay đã có nhiều cầu cong nhiêù tầng đặt trên tuyến và các nút giao khác mức. ở Việt Nam nút khác mức đã được thiết kế và xây dựng ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ chí Minh và các tuyến quốc lộ lớn như QL1, QL5, QL18 .vv. Các nút giao khác mức tại Việt nam được thiết kế chủ yếu bằng dầm thẳng bản mặt cầu cong. Dầm cầu có thể là dầm lắp ghép giản đơn mặt cắt chữ “T”, chữ “I”, chữ nhật hoặc dầm bản. Bản mặt cầu được đổ tại chỗ có mặt bằng cong theo yêu cầu của tuyến đường. Các cầu thiết kế như vậy giải quyết được vấn đề kết cấu nhưng nhịp nhỏ nhiều trụ, không thông thoáng phía dưới nên kiến trúc không đẹp và không vượt được nhịp lớn và khó áp dụng cho các cầu vượt qua các mặt cắt ngang đường có chiều rộng lớn. Các công trình có cầu vượt dầm cong chưa nhiều do công nghệ thi công chưa thuần thục cũng như thiết kế ứng dụng cầu dầm cong chưa được rộng rãi. Phần I Tổng quan về thiết kế nút giao thông lập thể Chương I: cấu tạo và yêu cầu kiến trúc nút giao khác mức trong đô thị và các tuyến giao thông I/ Cấu tạo nút giao khác mức trên các đô thị và tuyến giao thông Có nhiều dạng nút giao khác mức được thiết kế bằng cầu cong Tuỳ theo tính chất quan trọng và lưu lượng xe thết kế các luồng xe mà người ta chọn các loại nút giao khác mức hoặc nút giao đồng mức. Nút giao khác mức là điểm giao giữa các tuyến giao thông, khi đó các luồng xe chuyển hướng từ một tuyến sang một tuyến khác trên những cao độ khác nhau và các luồng xe khi lưu thông hạn chế xung đột với nhau. Các nút giao khác mức thường được xây dựng tại điểm giao nhau của các tuyến đường với đường cao tốc, xa lộ hay đường quốc gia để đảm bảo giữa các nhánh là liên thông giảm thiểu xung đột. Nút giao khác mức hoàn chỉnh là nút giao giữa các tuyến cao tốc, các tuyến có vai trò bình đẳng trong lưu thông. Nút giao khác mức không hoàn chỉnh là nút giao có phân ra đường chính và đường phụ. Tuyến chính khi lưu thông xung đột được loại bỏ hoàn toàn, nhánh phụ khi lưu thông vẫn tồn tại xung đột tại một số vị trí nhánh rẽ. Nút giao khác mức rất đa dạng được thiết kế tuỳ theo địa hình và yêu cầu giao thông, nút giao được bố trí cho ngã ba, ngã tư hoặc nhiều tuyến giao nhau, sau đây trình bày một số dạng nút giao có bố trí cầu cong. I.1/ Nút giao ba nhánh ( ngã ba ): Nút giao ba nhánh khác mức rất đa dạng, các ngã ba cơ bản được gồm: Loại nút giao nhánh rẽ: Đây là loại nút giao bố trí cho các luồng xe chỉ rẽ từ tuyến đường này sang tuyến đường khác. Các nhánh rẽ có thể là nhánh nối trực tiếp, nhánh rẽ nửa trực tiếp hoặc nhánh rẽ gián tiếp. Trên hình I.1 biểu diễn nhánh rẽ trái nửa trực tiếp. Đây là một ngã tư nhưng chỉ có một nhánh rẽ trái như một ngã ba. hình I.1 biểu diễn nhánh rẽ trái nửa trực tiếp hình I.2 biểu diễn nhánh rẽ dạng chữ Y Nút giao ba nhánh trompete: Nút giao này bố trí cho ngã ba trên đường cao tố khi lưu lượng xe > 1500 xe/h. Hình dáng nút giao có dạng kèn trompete quay trái hoặc quay phải, dạng quay trái là giải pháp thông dụng nên dùng, nút giao trompete thể hiện trên hình hình I.3. Hình I.3: Ngã ba dạng loa kèn (Trompete) Nút giao ngã ba hình quả lê: Trên hình I.4 thể hiện nút giao rẽ trái và rẽ phải hình quả lê. Loại này các nhánh rẽ bằng cầu vượt cong, có mặt bằng đối xứng chiếm dụng diện tích nhỏ và kiến trúc đẹp . Hình I.4: Ngã ba dạng quả lê Nút giao ngã ba nhánh hình tam giác: Trong nút giao này các nhánh rẽ trái nửa trực tiếp bố trí trên các cầu cong ba tầng. Loại nút giao này dùng thiết kế khi các dòng xe rẽ trái cần tốc độ cao. Nút giao này đẹp nhưng chiều dài cầu lớn do phải bố trí trên nhiều tầng cầu vượt. Hình I.5: Ngã ba nhánh hình tam giác. I.2/ Nút giao bốn nhánh ( ngã tư ): Nút giao hình hoa thị: Hình I.6 thể hiện nút giao hình hoa thị là dạng nút giao cơ bản, có các chỉ tiêu kinh tế tốt nhất để xây dựng nút giao các đường cao tốc. Nút giao hình hoa thị thường được thiết kế khi lưu lượng xe vượt quá 1500 xe/h. Dạng nút giao này được biến tấu thành niều dạng nút giao có các nhánh rẽ khác nhau như: Như nhánh rẽ hình nơ tròn, hình nơ vuốt dài, hình nơ bóp bẹp, nhánh rẽ trực tiếp vuông góc , nhánh rẽ vận dụng Hình I.6: Nút giao hình hoa thị Nút giao nhánh rẽ trực tiếp: Trên hình I.7 cho thấy một dạng nút giao khá phức tạp, các nhánh rẽ đều trực tiếp, không xung đột. Nút giao này chỉ thiết kế cho điểm giao nhau của các đường cao tốc nhiều là xe. Hình I.7: Nút giao nhánh rẽ trực tiếp Nút giao hình cối xay gió: Nút giao hình cối xay gió thường nhiều tầng có độ dốc dọc các nhánh lớn và tầm nhìn ở các đường cong lồi bị hạn chế. Nhưng nút giao này chiếm diện tích nhỏ phù hợp khi bố trí trong các khu đô thị Hình I.8: Nút giao hình cối xay gió Nút giao hình thoi: Khi giữa các đường cao tốc có độ chênh cao lớn người ta xây dựng nút giao có dạng hình thoi vì mục tiêu kinh tế. Tuy nhiên việc lưu thông các phương tiện không thuận lợi lắm do dốc dọc cao Hình I.9: Nút giao hình thoi I.3/ Nút giao nhiều nhánh: Nút giao nhiều nhánh thường xuất hiện trong giao thông thành phố khi các điểm giao là hội tụ nhiêù tuyến. Trong nút giao này các tuyến giao thông chính được ưu tiên vượt lên trên hoặc đi dưới độc lập, không xung đột với các tuyến khác. Các nhánh phụ sẽ phân, nhập luồng ở độ cao khác tuyến chính. Cầu vượt có thể là cầu chính vượt qua các nhánh và đảo tròn phân luồng phía dưới hoặc là cầu cong dạng hình xuyến đi trên cao để các làn xe giao lưu với nhau. Cầu cong chỉ thiết kế khi các tuyến phụ đi bên trên thể hiện trong hình 1.9a. Hình 1.9a: Nút giao nhiều nhánh Trong trường hợp nhiều tuyến đường quan trọng giao nhau sẽ thiết kế nút giao nhiều tầng. Nút giao loại này rất phức tạp, cầu cong nằm trên tuyến có đường cong chuyển tiếp. II/ Yêu cầu kiến trúc của kết cấu trong nút giao lập thể Nút giao lập thể thông thường được xây dựng trong các khu đô thị và vượt qua các đường lớn như xa lộ, đường cao tốc hoặc đường cấp quốc gia, công trình sẽ nằm trong quần thể kiến trúc nổi bật. Ngoài yêu cầu về giao thông, quy hoạch đòi hỏi công trình có tính thẩm mỹ cao. Cấu trúc công trình phải hài hoà với kiến trúc tổng thể và cảnh quan xung quanh. Do yêu cầu về kiến trúc cũng như hạn chế chiều cao xây dựng dầm cầu nên chọn với tỷ lệ chiều cao và chiều dài nhịp nhỏ, phát huy tối đa khả năng của vật liệu để đưa vào công trình cầu có chiều dài nhịp lớn. Các đường biên kết cấu cần nối với nhau êm thuận, tốt nhất vẫn là nối tiếp tuyến. Kích thước cần thanh mảnh tỷ lệ kiến trúc hợp lý. Kết cấu mố trụ cầu có thể là cột hình tròn, hình ôvan hoặc hình vuông có xà mũ thẳng hoặc cánh hẫng, kết cấu cần thanh mảnh tạo dáng kiến trúc đẹp, nếu có thể nên thiết kế lẩn xà mũ trong kết cấu nhịp. Trong phạm vi nút giao cần phải thiết kế cây xanh, vườn hoa và các trang trí cây cảnh để tạo ra quang cảnh đẹp, hài hoà. II.1/ Cầu cong trong nút giao lập thể Trong nút giao khi các tuyến vượt là đường cong thì cầu cũng được thiết kế cong, các yếu tố đường cong trên cầu sẽ được cân nhắc và theo yếu tố đường cong của đường. Câu vượt được thiết kế thẳng góc hoặc chéo phụ thuộc vào hướng tuyến đi bên dưới. Góc chéo nên hạn chế < 45o. Các cầu trên nhánh rẽ thường là cầu cong nối vào cầu vựơt chính và thông thường có quy mô mặt cắt ngang nhỏ hơn cầu chính. II.1.1/ Công nghệ thi công cầu cong Cầu cong bằng nhiều nhịp dầm thẳng nối tiếp được thi công bằng phương pháp lao kéo dọc, hoặc bằng cẩu như các dầm giản đơn thông thường, bản mặt cầu được đổ bê tông tại chỗ. Đôi khi các dầm cũng được đổ tại chỗ trên đà giáo. Cầu dầm bản cong ƯST nhiều nhịp liên tục thường được thi công đổ tại chỗ trên đà giáo cố định hoặc di động. Công nghệ thi công loại dầm này được trình bày chi tiết hơn trong phần công nghệ thi công dầm bản cong. II.1.2/ Mặt cắt kết cấu dầm bản Đã có nhiều công trình cầu được xây dựng với kết cấu nhịp bằng dầm bản nhịp giản đơn hoặc liên tục bằng BTCT thường, BTCT ƯST. Dầm bản là loại hình kết cấu có chiều cao thấp, tiết diện đặc hoặc rỗng bên trong bằng lỗ hình tròn hoặc vuông. Với những nhịp nhỏ (25M) cầu thường được xây dựng bằng dầm bản liên tục nhiều nhịp. Khi chiều rộng toàn cầu lớn hơn 15m cần xem xét tách thành hai bản riêng biệt để thuận lơị trong thi công và tránh các ứng suất cục bộ. II.1.2.1/ Dầm bản đặc Khi xây dựng công trình nhỏ hoặc hạn chế chiều cao xây dựng dầm được thiết kế bằng tiết diện đặc. Tiết diện hình chữ nhật như hình 1I.10a. Mặt cắt dạng này thường thiết kế cho các loại dầm giản đơn bê tông cốt thép thường hay bê tông thép ứng suất trước căng trước và rất thông dụng cho các cầu có nhịp ngắn. Tiết diện có hai đáy không bằng nhau như hình I.10b, I.10c thường được thiết kế cho các cầu nhịp liên tục bê tông dự ứng lực có nhịp lớn hơn 25m. Hình 1.10Các dạng khac nhau của dầm bản Ưu điểm của dầm bản đặc là dễ bố trí cốt thép, dễ sử lý kết cấu trong phạm vi các nhánh cong giao vào nhau, khả năng chống xoắn của dầm tốt và thi công đơn giản. Nhược điểm của dầm bản đặc là chưa sử dụng tối đa khả năng của vật liệu và tĩnh tải của dầm lớn. III.1.2.2/ Dầm bản rỗng Khi thiết kế các nịp lớn để giảm trọng lượng tĩnh tải cũng như tiết kiệm vật liệu dầm được thiết kế bằng tiết diện rỗng như hình I.11a, I. 11b, I. 11c. Hình I.11: Cắt ngang dầm bản rỗng Ưu điểm của dầm bản rỗng là sử dụng tối đa khả năng của vật liệu và tĩnh tải của dầm nhỏ. Nhược điểm của dầm bản rỗng là khó bố trí cốt thép dự ứng lực tại các mặt cắt kết cấu có nhánh cong giao vào nhau. III.1.3/ Chiều cao dầm bản Trong các nút giao khác mức, chiều cao dầm thường được dùng với trị số nhỏ nhất để làm giảm chiều cao xây dựng đồng thời giảm chiều dài cầu và dốc của đường lên cầu. H B Hình I.13 Dầm bản giản đơn thông thường có chiều cao H, chiều dài nhịp L thì chiều cao dầm được chọn theo tỷ lệ H/L = 1/15 ~ 1/20 Với dầm bản liên tục chiều cao dầm thường chọn theo tỷ lệ H/L = 1/20 ~ 1/30. Dầm bản rỗng có chiều cao lớn hơn dầm bản đặc với cùng chiều dài nhịp. Một số thông số giữa chiều cao và chiều dài nhịp như sau: TT Chiều dài nhịp (m) Chiều cao bản (cm) Tỷ lệ L/H Loại kết cấu áp dụng 1 7 30 1/23 BTCT Phổ biến 2 9 40 1/23 BTCT Phổ biến 3 12 52 1/23 BTCT/BTƯST Phổ biến 4 15 65 1/23 BTCT/BTƯST Đường L-HL, Đường HCM, QL1,QL18 5 18 75 1/24 BTƯST Đường Láng-Hoà lạc, Đường HCM, QL18 6 20 85 1/24 BTƯST QL18, QL6 7 22 100 1/22 BTƯST QL18, QL6, Đường HCM 8 24 100 1/24 Bản rỗng BTƯST - Liên tục Nút Ngã tư Mai Dịch 9 30 120 1/25 Bản rỗng BTƯST - Liên tục Nút Ngã tư Vọng 10 35 145 1/24 Bản rỗng BTƯST - Liên tục Nút Cái lân, Nút Vọng Chương II: Nghiên cứu lựa chọn các tham số cơ bản của nút giao khác mức I/ Thiết kế tổ chức giao thông Việc đầu tiên khi thiết kế nút giao là vấn đề tổ chức giao thông, theo mục đích được xác định trong quyết định đầu tư nút giao có tể là liên thông hoàn chỉnh, liên thông không hoàn chỉnh hoặc trực thông. Theo tiêu chuẩn thiết kế vị trí , chiều dài các luồng xe nhập và tách được xác định khi các phương tiện lưu thông qua nút giao. Khi thiết kế tổ chức giao thông cần xác định tuyến chính và tuyến phụ để xách định các điểm cho phép xung đột từ đó xác định phạm vi cầu trong nút. II/ Thiết kế mặt bằng, bán kính cong Mặt bằng: Trong nút giao khác mức thiết kế tổng thể mặt bằng rất quan trọng. Khi thiết kế mặt bằng cần kết hợp xem xét địa hình và trắc dọc mặt xe chạy phù hợp với các tiêu chuẩn thiết kế đường cũng như yêu cầu thiết kế kết cấu và kiến trúc tổng thể. Các vấn đề được xem xét nghiên cứu thiết kế mặt bằng gồm Phạm vi nút giao . Bán kính các nhánh Các điểm thay đổi về hướng tuyến Chiều dài và chiều rộng các làn phụ ( nhập và tách) Phạm vi các đảo, các loại tưòng chắn Thoát nước trong nút Bán kính : Bán kính cong bằng trong nút giao theo các tiêu chuẩn thiết kế phụ thuộc vào cấp đường, tốc độ thiết kế. Liên hệ các yếu tố trong đường cong theo công thức: V2 Rmin = ----------------- 127( emax + f ) Trong đó : R : Bán kính đường cong bằng V : Vận tốc thiết kế e : Siêu cao trên mặt cắt ngang f : Hệ số ma sát thường chọn từ 0,17 ~ 0,9 Do kết cấu dầm cầu thi công phức tạp nên hạn chế các thay đổi theo chiều dọc cầu. Thông thường nên chọn trị số siêu cao thấp 3~5% và không thay đổi trên chiều dài trên kết cấu nhịp. Đường cong bằng trong cầu thường là đường cong tròn bán kính nên dùng R >50m đối với các nút giao trên đường cao tốc. Trong thành phố do mặt bằng chật hẹp, tốc độ xe chạy <40 Km/h có thể chọn bán kính tối thiểu 15 m. Khi thiết kế bán kính cong trong nút cần tính toán sơ bộ nội lực trong kết cấu và khả năng chụi lực của mặt cắt để xác định giới hạn bán kính cong bằng nhỏ nhất. Việc xác định được thực hiện theo các bước: -Thiết kế sơ bộ mặt cắt -Bố trí cốt thép chống xoắn -Tính khả năng chống xoắn của mặt cắt -Tính mômen xoắn lớn nhất cho các bán kính khác nhau -Vẽ biểu đồ tương quan giữa mômen xoắn và bán kính -Lựa chọn và xác định bán kính hợp lý. Với các kỹ sư có kinh nghiệm việc chọn lựa theo kinh nghiệm của các công trình đã thiết kế và kiểm toán lại mặt cắt kết cấu Nối tiếp đường cong: Nối tiếp đường cong với đường thẳng, đường cong với đường cong theo các dạng sau. R R2 R1 R1 q1 q2 q R R R1 R2 R3 q3 R3 q2 R2 R1 R2 R1 q1 q2 q1 R2 Tiếp giáp giữa đường cong là đường tròn và đường thẳng thường là tiếp tuyến để việc lắp đặt ván khuôn, cốt thép thuận lợi. Các dạng mặt cắt thể hiện trên hình Vị trí các trụ được bố trí sao cho giản tiện cho việc tính toán kết cũng như thi công. Trong hình 2.1 cho thấy vị trí trụ đặt tại các đường tiếp giáp của các nhánh, nối tiếp cầu và đường là đường cong tròn. Cách bố trí kết cấu này tiện cho việc tính toán , thiết kế nhưng kiến trúc phần dưới không hài hoà. Đoạn cầu thẳng Đoạn cầu cccccccccong Hình 2.1: Tuyến thằng nối vào đường cong tròn Trong hình 2.2, phân chia các trụ theo đường hướng tâm, trong trường hợp này sẽ có nhịp chia tành ba nhánh phức tạp trong tính toán và thi công nhưng kiến trúc đẹp và hài hoà. Hình 2.2: Bố tri trụ hướng tâm Hình 2.3 biểu diễn tim tuyến là các đường cong nối tiếp. Cách bố trí này giải quyết tất cả các vấn đề về tuyến, thiết kế hình học mặt bằng và kiến trúc đẹp nhưng thi công phức tạp. Loại mặt bằng này thường xây dựng ở những nút giao trên tuyến có tiêu chuẩn thiết kế cấp cao. Hình 2.3: Tim tuyến đường cong nối tiếp Ngoài các trường hợp đặc biệt do điều kiện mặt bằng và tuyến nối, điểm thay đổi bán kính thông thường bố trí tại đỉnh trụ. III/ Sơ đồ kết cấu nhịp Nhịp giản đơn thường có chiều dài bằng nhau, số lượng nhịp phụ thuộc vào chiều cao đất đắp yêu cầu và dốc dọc cho phép trên cầu. Việc lựa chọn sơ đồ kết cấu có tầm quan trọng trong qúa trình thiết kế nút giao khác mức. Chiều dài kết cấu nhịp phụ thuộc chủ yếu chiều rộng mặt cắt ngang tuyến mà cầu phải vượt qua và khả năng chịu lực của kết cấu của mặt cắt. Chiều dài nhịp nhỏ nhất xác định như sau: Ln = B + K + T Trong đó : Ln : Chiều dài nhịp tối thiểu và nên thiết kế từ 25 đến 45m B : Tổng chiều rộng mặt cắt ngang đường K : Khoảng cách an toàn T : Chiều rộng trụ Sơ đồ nhịp biểu diễn như sau: Ltc = Lb + n . Ln + Lb Trong đó : Ltc : Tổng chiều dài cầu Ln : Chiều dài các nhịp giữa n : Số nhịp giữa Lb : Chiều dài nhịp biên, nhịp biên có chiều dài bằng 0,6 đến 0,7 Ln Trên trắc dọc tuyến khi cầu vượt nằm trên đường cong tròn bán thì chiều dài cầu xác định theo công thức: (Htk + Hxd +R –H )2 + R2 Ltc = ------------------------------ 2 Trong đó : Ltc : Tổng chiều dài cầu Htk : Chiều cao tĩnh không Hxd : Chiều cao xây dựng R : Bán kính đường cong đứng H : Chiều cao đất đắp sau mố Nếu không bị hạn chế do nối kết giữa các nhánh thường chiều dài nhịp biên được chọn sao cho mô men âm tại các đỉnh trụ và giữa các nhịp gần bằng nhau để số lượng cáp ít thay đổi trong suốt chiều dài. Chiều dài nhịp biên có thể bằng 0,6~0,8 chiều dài nhịp chính. Chiều dài nhịp phụ thuộc vào chiều cao dầm, bán kính cong. Việc xác định chiều dài lớn nhất dựa theo các khả năng chịu mô men uốn và xoắn, cũng như việc xác định chiều cao dầm và bán kính các bước tiến hành để chọn chiều dài nhịp như sau: Thiết kế sơ bộ mặt cắt Tính khả năng chống uốn của mặt cắt Tính khả năng chống xoắn của mặt cắt Tính mômen uốn cho các chiều dài nhịp khác nhau Tính mômen xoắn cho các chiều dài nhịp khác nhau Vẽ biểu đồ tương quan giữa mômen uốn, xoắn và chiều dài nhịp Lựa chọn và xác định chiều dài nhịp hợp lý. IV/ Khoảng tĩnh không dưới cầu và đường cong đứng trên cầu - Chiều cao tĩnh không dưới cầu phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp đường mà cầu vượt qua. Cao độ mặt cầu xác định theo công thức: Hmc = Hmđ + htk + D + Hxd + Sđ x i Trong đó: Hmc : Cao độ mặt cầu Hmđ : Cao độ mặt đường phía dưới Htk: Chiều cao dự trữ khi cần thiết thảm bù mặt đường hxd : Chiều cao xây dựng Sđ : Khoảng cách từ tim cầu đến mép ngoài đáy dầm i : Độ dốc ngang cầu htk : Chiều cao tĩnh không htk = 4.75m Khi cầu vượt qua đường cao tốc, htk = 4,5m Khi cầu vượt qua đường quốc gia, đường liên tỉnh, htk = 3,2m Khi cầu vượt qua đường cao địa phương và htk = 2,5m cho đường xe thô sơ . - Đường cong trên cầu thường là đường cong tròn, độ dốc dọc lớn nhất là điểm tiếp vào đường thẳng và xác định theo công thức: L: Khoảng cách từ đỉnh đường cong đến điểm xác định độ dốc dọc R: Bán kính đường cong đứng Để an toàn trong lưu thông độ dốc dọc lớn nhất trong đô thị nên chọn 4~5%. V/ Thiết kế mặt cắt kết cấu: - Chiều cao dầm: Dựa trên chiều rộng yêu cầu thiết kế mặt cắt kết cấu, với một dạng kết cấu chiều cao dầm cần lựa chọn để có chiều cao xây dựng thấp nhất. Các bước tính toán xác định chiều cao dầm như sau: Thiết kế sơ bộ mặt cắt Bố trí cốt thép chịu lực Tính khả năng chịu lực cực hạn của dầm theo từng chiều cao Tính mômen uốn lớn nhất cho các chiều cao khác nhau Vẽ biểu đồ tương quan giữa mômen uốn và chiều cao dầm Lựa cọn chiều cao dầm - Hình dạng mặt cắt: Tuỳ theo yêu cầu kiến trúc, mặt cắt phía đáy bản có thể là thẳng hoặc cong, tỷ lệ chiều rộng đáy dưới và mặt trên nên chọn từ 0,45 đến 0,8 chiều rộng mặt. Theo điều kiện thi công bản có tể chia thành hai phần riêng biệt. Đối với dầm bản mặt cắt ngang thông thường được thiết kế như trên Hình 2.4, 2.5, 2.6 cho các mặt cắt ngang ứng với 2 làn xe, 4 làn xe và 6 làn xe VI/ Lựa chọn gối cầu Gối cầu được lựa chọn theo nội lực theo phương đứng và phương ngang. Tuỳ theo thiết kế của mỗi nhà sản xuất cấu tạo gối cầu có nhiều loại: Gối thép, gối bản cao su có cốt thép, gối chậu cao su, gối bán di động. Gối chậu có khả năng chịu lực lớn và kích thước nhỏ. Gối cầu cố định, gối di động theo một phương và gối di động theo hai phương. Trong thiết kế thông thường bố trí phương di động theo phương tiếp tuyến với đường cong tại điểm đặt gối. Bố trí các gối như trên hình 2.7. Gối di động 2 phương Gối cố định Gối di động 1 phương Hình 2.7: Bố trí gối cầu Kích thước gối cầu phụ thuộc vào nội lực và biến dạng. Khi sản xuất chỉ tiêu kỹ tuật của từng loại gối được ghi cụ thể gồm: Khả năng chịu lực thẳng đứng, lực nằm ngang và khả năng biến dạng tối đa. Theo kết quả tính toán để chọn gối cầu cho từng vị trí. Chương iII: Tính toán thiết kế nút giao thông đồng văn I/ Phân tích đặc điểm nút giao - Nút giao Đồng Văn nằm trong địa phận tỉnh Hà Nam, đây là một nút giao ngã 4 giữa quốc lộ I và quốc lộ 38 ( giao giữa hướng đi Sài Gòn-Hà Nội và hướng đi Tế Tiêu-Hưng Yên), bên cạnh đó nút giao còn có giao cắt giữa hướng đi Tế Tiêu-Hưng Yên và đường sắt Bắc Nam. -Trong đó tuyến đường Sài Gòn –Hà Nội được quy hoạch là tuyến đường 2 chiều . Chiều đi từ Tp HCM đi Hà Nội có bề rộng làn đường là 14m , chiều đi từ Hà Nội đi TP HCM có bề rộng làn đường là 14m . Tuyến đường Tế tiêu – Hưng Yên được quy hoạch là tuyến đường 2 chiều , bề rộng làn đường của cả 2 chiều đi và về là 18m tai vi trí nút giao và 12m tại vị trí ngoài nút giao . Vận tốc hiên tại của nút là không được lớn hướng Sài Gòn-Hà Nội chỉ khoảng 30km/h còn hướng Tế Tiêu-Hưng Yên chi có khoảng 20-25km/h - Các giao cắt xung đột còn tồn tại trong nút giao hiên tại +/ Hướng Sài gòn-Hà Nội giao với hướng Tế Tiêu-Hưng Yên +/ Hướng Sài gòn-Hưng Yên giao với đường sắt Bắc Nam +/ Hướng Hưng Yên-Hà Nội giao với đường sắt Bắc Nam +/ Ngoài ra còn tồn tại các giao cắt do xe rẽ trái -Do đặc điểm của nút giao như trên và lưu lượng hiên tại của nút nên chọn tuyến Sài Gòn- Hà Nội làm tuyến chính để thiết kế lại nút giao ( hiện tai lưu lượng hướng Sài Gòn- Hà Nội lớn hơn nhiều so vơi hướng Tế tiêu – Hưng Yên) II/ Sự cần thiết phải thiết kế lại nút giao 1/ Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức -Hiện tại nút giao đang là nút giao cùng mức và thực tế cho thấy thường xuyên xảy ra ùn tắc tại khu vực này. Bên cạnh đó lưu lượng của hướng Sài Gòn-Hà Nội hiện nay lớn (trên 5000xcqd/ngàyđêm) và lưu lượng của Hướng Tế Tiêu- Hưng Yên trên 400xcqđ/ngàyđêm -Từ đặc điêm thực tế như trên theo TCVN4054-2005 điều 11.1.4 thì giao cắt này bắt buộc giải quyết bằng nút giao thông khác mức, mặt khác do tuyến đường sắt Bác Nam chạy song song với tuyến Sài Gòn- Hà Nội và khoảng cách giữa 2 tuyến này là rất gần (khoảng 15-25m) nên thường gây gián đoạn dòng xe của hướng Tế Tiêu-Hưng Yên từ đó gây nên gián đoạn dòng xe hướng Sài Gòn-Hà Nội 2/ Quy mô nút giao -Do tồn tại tuyến đường sắt nằm song song với hướng Sài Gòn- Hà Nội nên bắt buộc phải thiết kế nút giao khác mức kiểu liên thông (là nút giao khác mức có bố trí các nhánh nối để xe chuyển hướng) -Nút giao thiết kế vĩnh cửu - Có 2 hướng để giải quyết nút giao +/ Vẫn còn tồn tại giao cắt xung đột +/ Không còn tồn tại giao cắt xung đột, chỉ còn tồn tại giao cắt tách nhập làn III/ Thiết kế sơ bộ nút giao 1/ Quy mô và tốc độ thiết kế - Nút giao được thiết kế khác mức kiểu liên thông, thiết kế vĩnh cửu - Tuyến chính được thiết kế với tốc độ 80km/h, các đường nhánh thiết kế với tốc độ 40km/h 2/ Quy phạm thiết kế - TCXDVN 104 – 2007: Đường đô thị - TCVN 4054 – 2005: Đường ô tô - Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCH272-05 3/ Thiết kế sơ bộ 3.1/ Thiết kế mặt bằng nút giao 3.1.1/ Nguyên tắc thiết kế - Các yếu tố tuyến trên mặt bằng phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng với vận tốc thiết kế. -Mặt bằng tuyến phù hợp với các quy hoạch hai bên đường và các dự án khác có liên quan. - Tuyến phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật và hạn chế tới mức thấp nhất khối lượng xây dựng và giải phóng mặt bằng, tuy nhiên cũng phải đảm bảo an toàn và êm thuận tới mức tối đa cho người và phương tiện khi tham gia giao thông trong nút. -Phối hợp hài hoà giữa các yếu tố: bình đồ - trắc dọc - trắc ngang - cảnh quan. -Kết cấu cầu phù hợp với trình độ và năng lực thi công của nhà thầu trong nước. -Hạn chế chiều cao kiến trúc. -Đảm bảo tính thông thoáng và thẩm mỹ cao. -Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình thi công như độ rung và tiếng ồn… Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của nút giao Hạng mục Đơn vị Trị số Tốc độ thiết kế đường chính km/h 80 Tốc độ thiết kế nút giao km/h 40 Bề rộng một làn xe m 3,5-3.75 Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn m 60 Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường m 75 Tầm nhìn dừng xe tối thiểu m 40 Độ dốc siêu cao tối đa % 4 Độ dốc dọc tối đa % 5 Độ dốc ngang với mặt đường BTN % 0.15-0.25 3.1.2/ Các phương án thiết kế mặt bằng PHƯƠNG áN I Tổ chức giao thông của phương án +/ Đi từ Sài Gòn về Hà Nội và ngược lại thì chui dưới gầm cầu vượt +/ Đi từ Tế Tiêu về Hưng Yên và ngược lại thì đi trên cầu vượt +/ Đi từ Sài Gòn về Hưng Yên thì đi trên cầu vượt nhánh RamI +/ Đi từ Hưng Yên về Hà Nội thì đi trên cầu vượt nhánh RamII +/ Đi từ Hưng Yên vào Sài Gòn thì rẽ trái gián tiếp +/ Các hướng khác đã được trình bày trong bản vẽ đi cùng PHƯƠNG áN II Tổ chức giao thông của phương án +/ Đi từ Sài Gòn về Hà Nội và ngược lại thì chui dưới gầm cầu vượt +/ Đi từ Tế Tiêu về Hưng Yên và ngược lại thì đi trên cầu vượt +/ Đi từ Sài Gòn về Hưng Yên thì đi trên cầu vượt nhánh RamI +/ Đi từ Hưng Yên về Hà Nội thì đi trên cầu vượt nhánh RamII +/ Đi từ Hưng Yên vào Sài Gòn thì rẽ trái gián tiếp +/ Các hướng khác đã được trình bày trong bản vẽ đi cùng SO SáNH CáC PHƯƠNG áN Phương án I về mặt bằng chiếm dụng diện tích ít hơn nhưng vẫn cồn 2 hướng đi chưa được giải quyết Phương án II các hướng đi đã được giải quyết tuy nhiên diện tích chiếm dụng mặt bằng lại lớn Tuy nhiên do thiết kế nút giao là thiết kế vĩnh cửu nên chúng ta cần phải đảm bảo toàn bộ các hướng đi. Kiến nghị chọn phương án II 3.2/ Tính toán các yếu tố hình học của nút giao 3.2.1/Xác định tầm nhìn trên đường nhánh trong phạm vi nút giao thông khác mức. 3.2.1.1/ Tính toán tầm nhìn trên bình đồ. Khoảng cách tầm nhìn trên bình đồ của các cầu nhánh có một làn xe trong phạm vi nút giao thông khác mức được xác định theo điều kiện tầm nhìn hãm xe trước chướng ngại vật (tầm nhìn phía trước). Và được tính theo công thức: S = l1+l2+l0 Trong đó: - chiều dài đoạn đường ứng với thời gian phản ứng tâm lý của người lái xe = v.tf v - tốc độ chạy xe trên cầu nhánh, m/s tf - thời gian phản ứng tâm lý của lái xe, tf = . Chọn tf = 0,8s - chiều dài hãm xe. Trong đó: t- thời gian lái xe tác dụng và tăng lực hãm lên các bánh xe. Chọn loại phanh là phanh thuỷ lực nên chọn t = 0.2s K - hệ số sử dụng phanh, trị số K thay đổi từ 1,1 đến 2,0 (để đảm bảo cho xe chạy trên cầu nhánh an toàn thường chọn K = 2,0) - hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường, lấy = 0,5 - hệ số sức cản lăn, lấy f = 0,03 - độ dốc dọc đường nhánh, lấy trường hợp bất lợi nhất là xe xuống dốc, i= 0,08 - cự ly an toàn dừng xe trước chướng ngại vật. Thường chọn = 5m Từ đây, công thức được viết lại: 3.2.1.2/ Xác định tầm nhìn trên trắc dọc. Trong trường hợp tổng quát và để bảo đảm an toàn khi tính toán ta chọn % 3.2.2. Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh. Đối với các đường cong đứng lồi thì bán kính được xác định theo công thức Trong đó: S - tầm nhìn tính toán trên trắc dọc cầu nhánh. = 1,2 m chiều cao mắt người lái xe. Vậy bán kính đường cong đứng lồi là: Theo TCXDVN 104 : 2007 với tốc độ tính toán là 40km/h thì bán kính đường cong đứng tối thiểu mong muốn là 700m (bảng 29). Đồng thời chiều dài tối thiểu tiêu chuẩn của đường cong đứng là 35m. Khi mong muốn thiết kế đường cong đứng thỏa mãn tiêu chuẩn và tiếp tuyến với đường đổ dốc 4% trên trắc dọc thì sơ đồ tính toán bán kính đường cong đứng như sau: Trong đó: Tính cho trường hợp chiều dài đường cong đứng tối thiểu: l = 35m. Công thức tính chiều dài đường cong chắn góc là: m Tuy nhiên để thiên về an toàn cho nên kiến nghị chọn đường cong đứng của nhánh là 2000m. 3.2.3. Xác định bán kính đường cong nằm của các cầu nhánh. 1.Tính toán và thiết kế đường nhánh rẽ phải từ đường chính nối vào đường phụ ( nhánh rẽ phải trực tiếp với α < 900 RAM I ) Xác định bán kính đường cong nằm R1 theo công thức sau với: hệ số lực ngang ì = 0,16 isc = 4% vd = 11,1 m/s (=40km/h) = = 62,92m Chọn R1 = 60m Sử dụng đường cong tròn Clothoid để thiết kế đường cong chuyển tiếp với chiều dài được tính theo công thức : ==45,7m Chọn L = 45m Từ đó tính thông số của đường cong Clothoid C=R1xL = 60x45=2700 Chiều dài đoạn nối vào đường chính của nhánh rẽ phải được tính theo công thức (hoặc tra bảng để có) : l = 34,34m Chiều dài đoạn nâng siêu cao với bề rộng phần xe chạy b1=3.5m =8.888m Chọn l1 = 9m Tổng chiều dài bao gồm đoạn nối và đoạn nâng siêu cao của đường nhánh rẽ phải bằng l+l1 = 9+34,34=43,34 Kiểm tra điều kiện chiều dài đường cong chuyển tiếp đủ để bố rí đoạn nối và đoạn nâng siêu cao . Điều kiện này thỏa mãn : L = 45>(l+l1)= 43,34 Xác định góc ngoặt â của đường cong chuyển tiếp theo công thức : = Tính tọa độ chủa điểm cuối đường cong chuyển tiếp Clothoid theo các công thức sau : ==44,46 ==5,15 Xác định góc ở tâm ã ã= á – 2x â = Tính chiều dài đương cung tròn của nhánh rẽ phải 1 theo công thức : = 40,85m Chiều dài toàn bộ đường cong rẽ phải trên bình đồ của nhánh rẽ phải được tính theo công thức : Lh(MM1) = 2xL + L0 = 45x2+40,85 = 130,85m Khi đó , đường tang lớn của nhánh rẽ phải 1 được tính theo công thức = 74,52m Chiều dài đường tang TH1 =74,52m chính là khoảng cách A2M và A2M1 . Tức là A2M = A2M1 = 74,52m 2.Tính toán và thiết kế đường nhánh rẽ phải từ đường phụ nối vào đường chính ( nhánh rẽ phải trực tiếp với α > 900 – RAM II ) Xác định bán kính R1 theo công thức sau với: hệ số lực ngang ì = 0,16 isc = 4% vd = 11,1 m/s (=40km/h) = = 62,92m Chọn R1 = 60m Sử dụng đường cong tròn Clothoid để thiết kế đường cong chuyển tiếp với chiều dài được tính theo công thức : ==45,7m Chọn L = 45m Từ đó tính thông số của đường cong Clothoid C=R1xL = 60x45=2700 Chiều dài đoạn nối vào đường chính của nhánh rẽ phải được tính theo công thức (hoặc tra bảng để có) : l = 34,34m Chiều dài đoạn nâng siêu cao với bề rộng phần xe chạy b1=3.5m =8.888m Chọn l1 = 9m Tổng chiều dài bao gồm đoạn nối và đoạn nâng siêu cao của đường nhánh rẽ phải bằng l+l1 = 9+34,34=43,34 Kiểm tra điều kiện chiều dài đường cong chuyển tiếp đủ để bố rí đoạn nối và đoạn nâng siêu cao . Điều kiện này thỏa mãn : L = 45>(l+l1)= 43,34 Xác định góc ngoặt â của đường cong chuyển tiếp theo công thức : = Tính tọa độ chủa điểm cuối đường cong chuyển tiếp Clothoid theo các công thức sau : ==44,46 ==5,15 Xác định góc ở tâm ã ã= á – 2x â = Tính chiều dài đương cung tròn của nhánh rẽ phải theo công thức : = 68,06 m Chiều dài toàn bộ đường con rẽ phải trên bình đồ của nhánh rẽ phải được tính theo công thức : Lh(MM1) = 2xL + L0 = 45x2+68,06 = 158,06m Khi đó , đường tang lớn của nhánh rẽ phải 1 được tính theo công thức = 104,89m Chiều dài đường tang TH1 =104,89m chính là khoảng cách A2M và A2M1 . Tức là A2M = A2M1 = 104,89m 3/ Tính toán đường nhánh rẽ trái bán trực tiếp - Do thiết kế đường nhánh rẽ trái bán trực tiếp là sự kết hợp của 2 đường cong rẽ phải. Nên thay vì tính toán đường cong rẽ trái bán trực tiếp ta đi tính toán 2 đường cong rẽ phải - Tính toán đại diện đường cong rẽ phải tai RAM III với góc chuyển hướng là 151độ. Các đường cong còn lại tính tương tự( vì đều là đường cong rẽ phải) Xác định bán kính R1 theo công thức sau với: hệ số lực ngang ì = 0,16 isc = 4% vd = 11,1 m/s (=40km/h) = = 62,92m Chọn R1 = 60m Sử dụng đường cong tròn Clothoid để thiết kế đường cong chuyển tiếp với chiều dài được tính theo công thức : ==45,7m Chọn L = 45m Từ đó tính thông số của đường cong Clothoid C=R1xL = 60x45=2700 Chiều dài đoạn nối vào đường chính của nhánh rẽ phải được tính theo công thức (hoặc tra bảng để có) : l = 34,34m Chiều dài đoạn nâng siêu cao với bề rộng phần xe chạy b1=3.5m =8.888m Chọn l1 = 9m Tổng chiều dài bao gồm đoạn nối và đoạn nâng siêu cao của đường nhánh rẽ phải bằng l+l1 = 9+34,34=43,34 Kiểm tra điều kiện chiều dài đường cong chuyển tiếp đủ để bố rí đoạn nối và đoạn nâng siêu cao . Điều kiện này thỏa mãn : L = 45>(l+l1)= 43,34 Xác định góc ngoặt â của đường cong chuyển tiếp theo công thức : = Tính tọa độ chủa điểm cuối đường cong chuyển tiếp Clothoid theo các công thức sau : ==44,46 ==5,15 Xác định góc ở tâm ã ã= á – 2x â = Tính chiều dài đương cung tròn của nhánh rẽ phải 1 theo công thức : =113,07m Chiều dài toàn bộ đường con rẽ phải trên bình đồ của nhánh rẽ phải 1 được tính theo công thức : Lh(MM1) = 2xL + L0 = 45x2+113,07 = 203,07m Khi đó , đường tang lớn của nhánh rẽ phải 1 được tính theo công thức = 74,5m Chiều dài đường tang TH1 =75,5m chính là khoảng cách A2M và A2M1 . Tức là A2M = A2M1 = 74,5m 3.3/ Phương án về kết cấu - CầU CHíNH +/ Cầu được thiết kế gồm 12 nhịp dầm BTUST liên tục theo sơ đồ 12x30m . Mặt cắt ngang là dầm bản rỗng có chiều cao là 1.45m, đường kính các lỗ rỗng 950mm, khoảng cách tim các lỗ rỗng là 1400mm, bề rộng măt cấu là 18m +/ Độ dốc dọc của cầu là 4%,bán kính đường cong lõm: 4000m + / Độ dốc ngang của cầu là: 2% +/ Mặt cắt được đỡ bởi 2 trụ, chung bệ. +/ Móng cọc khoan nhồi đường kính 1.0m +/ Kết cấu mặt cầu gồm 3 lớp : Lớp phòng nước dày 4mm Lớp bê tông at phan hạt trung dày 40mm Lớp bê tông atphan hạt min dày 30mm + / Gối dùng cho cầu là loại gối chậu +/ Lan can cầu được thống nhất trong toàn dự án, được đúc sẵn bằng BTCT theo kích thước định hình. +/ Thoát nước: Các ống thoát nước trên mặt cầu ở mỗi bên được thu vào ống nhựa PVC có đường kính 200mm chạy dọc dưới cánh dầm. Các ống này chạy về mố và được dẫn xuống dưới. +/ Khe biến dạng: Toàn bộ dự án kiến nghị sử dụng khe biến dạng cao su cốt bản thép, bề mặt phía trên cao su được dán lớp hợp kim chống mài mòn. +/ Chiếu sáng : Trên tất cả các cầu nhánh bố trí chiếu sáng một bên phía lưng đường cong. - CầU NHáNH +/ Các nhánh cầu Ram I và Ram II có 8 nhịp dầm BTUST sơ đồ cầu như sau 8x25m. Mặt cắt ngang là dầm bản rỗng có chiều cao 1.45m, các lỗ rỗng có đường kính 850mm, khoảng cách giữa các tim lỗ rỗng là 1300mm, bề rộng cầu là 8m +/ Trụ hình ô van. +/ Móng cọc khoan nhồi đường kính 1.0m +/ Độ dốc dọc 4%, bán kính đường cong lồi 2000m +/ Độ dốc ngang 2%, đoạn cong có bố trí siêu cao 4% +/ Kết cấu mặt cầu gồm 3 lớp : Lớp phòng nước dày 4mm Lớp bê tông at phan hạt trung dày 40mm Lớp bê tông atphan hạt min dày 30mm +/ Gối dùng cho cầu là loại gối chậu +/ Lan can cầu được thống nhất trong toàn dự án, được đúc sẵn bằng BTCT theo kích thước định hình. +/ Thoát nước: Các ống thoát nước trên mặt cầu ở mỗi bên được thu vào ống nhựa PVC có đường kính 200mm chạy dọc dưới cánh dầm. Các ống này chạy về mố và được dẫn xuống dưới. +/ Khe biến dạng: Toàn bộ dự án kiến nghị sử dụng khe biến dạng cao su cốt bản thép, bề mặt phía trên cao su được dán lớp hợp kim chống mài mòn. +/ Chiếu sáng : Trên tất cả các cầu nhánh bố trí chiếu sáng một bên phía lưng đường cong -KếT CấU HầM CHUI Hầm gồm 3 loại: +/ Kết cấu hầm kín dài 25m, rộng 8m, Móng được đặt trên cọc đóng 40x40 (cm). Tĩnh không thông xe là 4,75m và 25cm dự phòng +/ Kết cấu hầm hở dài mỗi bên 170m , rộng 8m, móng đặt trên đệm cát đầm chặt k>0.95 +/ Tường hắn trọng lực mỗi bên dai 30m, rộng 8m, móng đặt trên đệm cát đầm chặt k>0.95 MặT CắT NGANG HầM KíN MặT CắT NGANG HầM Hở MặT CắT NGANG TƯờNG CHắN TRọNG LựC Phần II Tính toán thiết kế kết cấu cầu nhịp bản cong liên tục chương i : giới thiệu chung về Tính toán thiết kế kết cấu nhịp bản cong . I/ Cấu tạo kết cấu I.1/ Mặt cắt ngang: Mặt cắt bê tông được tạo rỗng bằng các lỗ tròn, bán kính và cự ly các lỗ bố trí sao cho đủ diện tích đặt cốt thép cường độ cao và cốt thép thường. Lỗ rỗng có cạnh chạy theo tim dầm và cạnh ngang hướng tâm đường cong bằng. Trong phạm vi đầu dầm, trên gối và chỗ nối cáp dầm được thiết kế đặc để bố trí neo. Chiều dài phần đặc thường từ 2,5 ~ 5 m, mặt cắt bê tông thể hiện trên hình 1.1. Hình 1.1: Cấu tạo kết cấu dầm I.2/ Bố trí cốt thép thường - Cốt thép thường được bố trí theo nội lực, chủ yếu là bản mặt cầu và cùng với cốt thép CĐC tham gia chịu lực của dầm. Thép ngang bản mặt cầu chống xoăn và chịu nội lực cục bộ do bánh xe đặt lên. Thép sườn đứng chịu lực cắt và chống xoắn. Tất cả các thanh thép có đường tim vuông góc với trục dầm cùng với bê tông tạo nên mômen chống xoắn và chống nứt. Thép chạy dọc theo trục dầm chủ yếu là thép cấu tạo và chống nứt. Tại các mối nối bê tông cần bố trí bổ sung vừa để làm mối nối đồng thời tăng cường chống nứt do chất lượng bê tông không đồng đều. Tại các vị trí gối cầu và điểm kích dầm phải bố trí cốt thép cục bộ. Cốt thép phải nằm trong bê tông đảm bảo chiều dày tầng bảo hộ cốt thép lớn hơn hoặc bằng: Mặt bản chạy trực tiếp: 60 mm Đáy bản: 25 mm Lộ ra trong không khí biển: 75 mm Cự ly tối thiểu giữa cốt thép ³ hoặc 1,5 lần đường kính cốt thép, hoặc 1,5 đường kính lớn nhất của cốt liệu hoặc 38 mm . Hình 3.2: Mặt cắt bố trí cốt thép thường I.3/ Bố trí cốt thép cường độ cao Cốt thép CĐC thường được bố trí trong sườn hoặc đáy dầm theo tính toán. Một số bó cáp đi dọc suốt chiều dài dầm tham gia chịu cả mômen âm và dương. Cáp CĐC trong dầm cong được uốn theo hai chiều. Dầm bản có chiều cao thấp nên đường tim cáp theo phương đứng cáp nên đi song song với trục dầm rồi chuyển hướng bằng các đường cong tròn. Theo phương ngang cáp thường song song với tim dầm. Tại đầu neo và ống nối đường cáp đi theo đường thẳng, chiều dài đoạn thẳng không nhỏ hơn quy định ghi trong tiêu chuẩn vật liệu của nhà sản suất. Bán kính tối thiểu của đường tim cáp R ³ 6000 mm, tại đầu neo có thể nhỏ hơn nhưng R ³ 3600 mm. Đối với ống bọc cáp bằng nhựa thì R ³ 9000mm. Đường kính ống bọc không vượt quá 0,4 chiều dày kết cấu. Cự ly tĩnh giữa ống gen của các bó cáp không nhỏ hơn 38mm hoặc 1.3 lần đường kính cốt liệu lớn nhất. Cự ly tối đa giữa các bó cáp không lớn hơn 4 lần chiều dày bản. Tại đầu dầm và các đầu nối cáp cự ly tim cáp cần phải được giãn ra đảm bảo cự ly tối thiểu giữa các neo theo quy định của nhà sản xuất đã được thí nghiệm. Hình 1.4, 1.5 thể hiện bố trí cáp CĐC trong dầm bản. R10000 R10000 R10000 R1000 L2 L3 L1 Hình 1.4: Sơ đồ đường tim cáp hình 1.5: Bố trí cốt thép CĐC I.4/ Phân đoạn đổ bê tông Phân đoạn đổ bê tông phụ thuộc vào tính toán và có vai trò quan trọng trong quyết định các giai đoạn thiết kế. Mối nối bê tông thường bố trí tại mặt cắt có giá trị mômen nhỏ, thông thường bằng 0,15 ~ 0,2 chiều dài nhịp. Có thể đổ bê tông một nhịp và vượt qua đỉnh trụ để giảm mối nối cáp hoặc bố trí nối đối xứng qua tim trụ. Sau mỗi đợt đổ bê tông, đủ cường độ cáp được căng kéo rồi mới đổ bê tông đoạn tiếp theo. II/ Tính toán nội lực. Kết cấu dầm bản cong ứng suất trước tính toán tương đối phức tạp, với công nghệ hiện nay việc tính toán thường sử dụng các phần mềm tính toán có sẵn trên máy. ở Việt nam phần mềm ứng dụng cho tính toán kết cấu siêu tĩnh chưa được phổ biến và được kiểm chứng do đó việc tính toán kết cấu chủ yếu sử dụng các phần mềm của các hãng sản suất phần mềm nổi tiếng như RM, midas…. Việc đưa các chỉ tiêu tính toán theo quy trình Việt Nam vào trong nội dung tính toán sẽ không đồng bộ với cách viết phần mềm theo một số quy trình thông dụng trên thế giới. Do đó trong tính toán sử dụng các chỉ tiêu tính toán tương đương, nên trong phần chương này trình bày phương pháp tính toán và các tác động của tải trọng vào kết cấu theo tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN272-05. 1/ Mô hình tính toán kết cấu Tính toán kết cấu nhịp dầm cong rất phức tạp cần mô hình hoá để tính theo các dạng kết cấu thông thường, tuỳ theo các công cụ sẵn có để lựa chọn mô hình tính toán thích hợp có kết quả sát với thực tế. Đối với dầm bản rỗng có thể đưa ra các mô hình tính toán như sau: Mô hình tính theo thanh cong: Lý thuyết tính toán: Khi chiều rộng mặt cầu vừa phải ( < 15m ) có thể áp dụng phương pháp tính toán thanh cong, người ta coi dầm như một thanh cong gối trên các gối đàn hồi. Thanh cong có đặc trưng hình học bằng đặc trưng hình học của dầm bản tương đương. chiều dài tính toán của thanh bằng chiều tại tim dầm (chiều dài trung bình). Trong tính toán các tải trọng tác dụng lên thanh theo đường tim thanh, mô men xoắn do đặt tải lệch tâm được tính riêng và đưa vào như một tải trọng. Sơ đồ tính như hình 3.6 HìNH 1.6 Nội dung và phương pháp tính toán: Như các phương pháp tính khác, đầu tiên số liệu đặc trưng hình học của dầm được xác định theo các phương trình cơ học. Đặc trưng hình học làm cơ sở tính toán nội lực, ứng suất và các biến dạng. Tính toán các tải trọng tác dụng lên kết cấu theo từng trường trường hợp riêng. Tải trọng được xếp dọc theo đường song song với tim dầm. Tính nội lực kết cấu bằng tra bảng có sẵn hoặc bằng các phương trình cơ học. Các chương trình tính toán kết cấu như MIDAS, Shap, Stad ….có thể giải bài toán nội lực thanh cong. Phạm vi áp dụng Phương pháp tính theo thanh cong áp dụng tính toán khi bề rộng mặt cầu không lớn, số lượng nhịp ít và giống nhau. Phương pháp này đơn giản dùng để tính toán thiết kế sơ bộ và khi không có các chương trình tính toán hiện đại có thể dùng để tính toán thiết kế. Mô hình tính toán mạng dầm: Đặc điểm tính toán: Phương pháp tính toán kết cấu bằng cách chia dầm thành nhiều phần tử nhỏ liên kết với nhau bằng các liên kết cứng tạo thành hệ kết cấu không gian. Nội dung tính toán Chia kết cấu thành nhiều phần tử nhỏ, cạnh các phần tử song song với tim dầm và vuông góc với trục dầm ( hướng tâm ), giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Có nhiều phương pháp chia các phần tử, hình 1.7 thể hiện cách phân khối trên kết cấu (a) và cách chia trên mặt cắt ngang (b) DL DL DL DL DL a b HìNH 1.7 Nội dung công việc tính toán cho mỗi trường hợp tải trọng rất lớn, trình tự có thể thực như sau: Chia các phần tử kết cấu theo mặt bằng và mặt cắt ngang Xác định toạ độ các điểm khống chế phần tử Tính đặc trưng hình học các phần tử Xếp tải trọng Thiết lập các ma trận toạ độ, đặc trưng hình học, tải trọng Lập phương trình tính toán Giải phương trình tìm các thành phần nội lực Tổ hợp nội lực Kiểm toán kết cấu. Phương pháp này thường được thiết kế trên các chương trình tính toán kết cấu hiện đại. Phạm vi áp dụng Mô hình tính toán mạng dầm đảm bảo chính xác, giải quyết được kết cấu có hình dạng phức tạp, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, thường phải nhờ đến công cụ máy tính. 2/ Tải trọng tác dụng 1/ Tĩnh tải bản thân Tất cả các chi tiết kết cấu đều sinh ra tải trọng bản thân, tĩnh tải xuất hiện theo từng giai đoạn bao gồm: Kết cấu bê tông cốt thép : 24,5 kg/m3 Kết cấu bê tông nhựa : 23 kg/m3 Kết cấu thép : 7850 kg/m3 Kết cấu hợp kim nhôm : 2800 kg/m3 2/ Lực căng kéo Lực nén vào bê tông do tiến hành căng kéo cốt thép cường độ cao phát sinh theo các giai đoạn thi công. Lực nén được tính với ứng suất trong cáp tại thời điểm đóng neo bằng 75% fs (cường độ cực hạn) hoặc bằng 83%fy (cường độ chảy). Với cáp loại 416 grade 270 cường độ chảy là 1680 Mpa, ứng suất tại thời điểm đóng neo là 1260Mpa, lực nén cho mỗi bó cáp là P = Aci . 1260 Mpa. Aci :là diện tích mặt cắt ngang bó cáp. Lực căng kéo được tính theo từng giai đoạn thi công, mỗi bước thi công sinh ra nội lực do số lượng bó cáp và lực được căng kéo. Đối với dầm bản ngoài tính toán bê tông cường độ cao thông thường cần phải tính bổ sung nội lực do cáp nằm trên đường cong gây nên. Đối với phương thẳng đứng tại các điểm uốn có một lực phân bố đều hướng tâm gây ra mômen âm bổ sung Đối với phương thẳng đứng tại các điểm uốn có một lực phân bố đều hướng tâm gây ra mômen xoắn trong dầm. Lực này có cao độ thay đổi theo đường tim cáp do đó mô men xoắn sẽ thay đổi dấu tại điểm tim cáp gặp trục trung hoà mặt cắt. Lực hướng tâm tính theo công thức: 8 x P x ( e2 - e1 ) / L2 Trong đó: P: Lực căng trong cáp trừ mất mát ứng suất do ma sát e1, e2 : Độ lệch tâm của cáp tại điểm đầu và cuối đoạn cong L: Chiều dài đoạn cong Sơ đồ tính như sau: Hình 1.8: Sơ đồ tính lực hướng tâm 3/ Hoạt tải Hoạt tải tính toán HL93 được tính gồm tải trọng làn cộng tác dụng với một trong hai loại tải trọng hoặc tải trọng xe tải hoặc tải trong xe 2 trục. Xe tải gồm 3 trục: Trục trước 35KN, Trục giữa 145KN và Trục sau 145KN. Cự ly giữa hai trục trước và giữa bằng 4,3m, cự ly giữa hai trục sau thay đổi từ 4,3 đến 9m. Xe hai trục gồm một cặp trục 110KN đặt cách nhau 1,2m Các làn xe được xếp trên mặt cắt ngang, đường đặt tải song song với đường tim dầm. Việc bố trí số làn xe một cách có lựa chọn để sinh ra nội lực lớn nhất trong kết cấu. 4/ Lực co giãn do nhiệt độ Nội lực do nhiệt độ sinh ra gồm 2 thành phần chính: Nội lực do nhiệt độ thay đổi đều trên toàn bộ kết cấu theo thời gian và nội lực do nhiêt độ khác nhau giữa các toạ độ mặt cắt trong kết cấu. Nội lực này tuỳ theo từng khu vực xây dựng theo tài liệu thống kê khí tượng của từng địa phương. Nội lực do nhiệt độ thay đổi đều trên toàn bộ kết cấu được xét hai trường hợp . - Nhiệt độ chênh dương: Là khoảng biến thiên nhiệt độ từ nhiệt độ thấp trung bình đến nhiệt độ cao nhất trong năm. - Nhiệt độ chênh âm: Là khoảng biến thiên nhiệt độ từ nhiệt độ thấp nhất đến trung bình nhiệt độ cao trong năm. Nhiệt độ trung bình cao Nhiệt độ thấp nhất Nhiệt độ chênh âm Nhiệt độ chênh dương Nhiệt độ trung bình thấp Nhiệt độ cao nhất Nội lực do nhiệt độ thay đổi cục bộ trong mặt cắt kết cấu được xét hai trường hợp . Nhiệt độ chênh dương: + - - + DT DTbot DTtop - DTbot stop DTtop = ---------- = Ec . a . t N/A - M/Wtop ----------------- = Ec . a . t sbot DTbot = ---------- = Ec . a . t N/A - M/Wbot ----------------- = Ec . a . t Gradient dương: DTtop – DTbot Nhiệt độ thay đổi đều: DTbot Nhiệt độ chênh âm: + - + - DTtop - DTbot DTbot DT stop DTtop = ---------- = Ec . a . t N/A - M/Wtop ----------------- = Ec . a . t sbot DTbot = ---------- = Ec . a . t N/A - M/Wbot ----------------- = Ec . a . t Gradient dương: DTtop – DTbot Nhiệt độ thay đổi đều: DTbot Trong đó : DTtop : Chênh lệch nhiệt độ thớ trên DTbot : Chênh lệch nhiệt độ thớ dưới Ec : Môđuyn đàn hồi vật liệu N : Tổng lực dọc các thành phần trong mặt cắt. N = S Ni = S Ai . D Ti Ni : Lực dọc thành phần Ai : Diện tích thành phần D Ti : Chênh nhiệt độ cục bộ các thành phần M : Mômen cục bộ M = S Ai . yi Yi = Toạ độ trong tâm các thành phần. a : Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu 5/ Lực gió Lực gió tác động vào kết cấu gồm: Lực gió vào dầm bản, Lực gió vào hoạt tải chạy trên cầu theo phương ngang và phương dọc cầu. Lực gió phụ thuộc vào cấp gió của từng vùng xây dựng theo số liệu thống kê khí tượng khu vực. Lực gío tác động theo phương ngang cầu vào kết cấu tính theo công thức: PD = 0.0006.V2 At Cd > 1,8 At (kN) Trong đó: PD: Lực gió tác động vào kết cấu V: Vận tốc gió tính toán At : Diện tích cản gió Cd :Hệ số cản Lực gío tác động theo phương dọc cầu vào kết cấu tính băng 25% theo phương ngang. Lực gío tác động vào hoạt tải tính theo phương ngang bằng 1.500 kN/m và Lực gío tác động vào hoạt tải tính theo phương dọc bằng 0,75 kN/m 6/ Lực ly tâm Lực ly tâm do xe chạy trên đường cong gây ra tính theo công thức: C = 4 v2/(3gR) Trong đó: v = Vận tốc xe chạy trên cầu g = Gia tốc trọng trường R = Bán kính cong bằng Đối với dầm cong lực ly tâm sẽ tạo nên sự bất lợi về xoắn tại mặt cắt đỉnh trụ. 7/ Lực hãm phanh Lực hãm được tính bằng 25% trọng lượng của xe tải hoặc xe hai trục thiết kế cho mỗi làn và đặt cách mặt đường xe chạy 1,8m 8/ Lực động đất Lực động đất tác dụng vào kết cấu phụ thuộc vào bản đồ ảnh hưởng động đất đến công trình, tính chất cơ lý của nền đất và đặc trưng kết cấu. - Khu vực ảnh ưởng có 3 loại: Vùng I: Động đất nhỏ hơn cấp 6.5, A ≤ 0.09 Vùng I: Động đất 6.5 ≤ cấp ≤ 7.5, gia tốc 0.09 ≤ A ≤ 0.19 Vùng I: Động đất 7.5 ≤ cấp ≤ 8, gia tốc 0.19≤ A ≤ 0.29 Tính chất nền có 4 loại từ tốt đến xấu: I, II, III, IV Phân tích kết cấu khi chịu ảnh hưởng động đất có 3 phương pháp: Phương pháp đàn hồi tải trọng phân bố đều Phương pháp đàn hồi dạng đơn Phương pháp đàn hồi dạng phức Phương pháp lịch sử thời gian Lực động đất tác dụng vào kết cấu tính theo công thức: Q = Cm• W / R Q = A • W (Cho trường hợp cầu một nhịp). Trong đó : Q : Lực động đất Cm: Hệ số đáp ứng đàn hồi W: Tải trọng thường xuyên ( Tĩnh tải) R : Hệ số điều chỉnh 10/ Lực do gối lún Lực do gối lún gây ra được tính với độ lún 20mm. Trong thiết kế cần có giải pháp thiết kế móng đảm bảo độ lún không vượt giá trị 20mm. 11/ Tải trọng thi công Tải trong thi công phát sinh cùng với các giai đoạn thi công, tải trọng gồm: Tải trong bản thân bê tông khi chưa chịu lực chung toàn bộ kết cấu. Các thiết bị thi công: Máy bơm bê tông, các ống cung cấp bê tông, máy đầm và các máy công tác khác Người công nhân thực hiện công tác đổ bê tông Tải trọng gió tác động vào các thiết bị thi công và kết cấu khi kết cấu hình thành có khả năng cản gió. Lực gió thi công có 3 thành phần, gió dọc , gió ngang và gió thẳng đứng gây mất ổn định kết cấu. 12/ Co ngót, từ biến Trong các chương trình tính hiện đại chỉ cần khai báo quy trình sử dụng sẽ có kết quả tính tổ hợp với các nội lực khác. Nói chung từ biến và co ngót Tổng biến dạng của dưới tải trong thường xuyên của các thành phần bê tông tính theo công thức: eci(t) = eci (to) + ecc (t) + ecs (t) + ecT (t) Trong đó: eci (to) : Biến dạng cục bộ tại thời điểm chịu lực ecc (t) : Biến dạng từ biến tại thời điểm t > to ecs (t) : Biến dạng co nghót ecT (t) : Biến dạng nhiệt độ (nếu có) Công thức tính biến dạng chung: e (t,to) = (so) F (t,to) / Eci Từ biến trong bê tông tính theo công thức: F (t,to) = Fo . b (t-to) Trong đó: F0 : Hệ số từ biến bc : Hệ số phát triển từ biến Co nghót trong bê tông tính theo công tức: e cs(t,ts) = ecso . bs (t-ts) Trong đó: Fecso : Hệ số co nghót bc : Hệ số liên quan đến sự phát triển co nghót III/ Kiểm toán mặt cắt. 1/Các chỉ tiêu vật liệu Bê tông Thông thường các công thức tính toán trong các quy trình các nước cường độ bê tông lấy theo cường độ chịu nén mẫu hình lăng trụ tại thời điểm 28 ngày gọi là fc’. Trong tính toán thiết kế có thể sử dụng cường độ bê tông là một biến thiên liên tục. Trong dầm bản BTCTƯST thường dùng bê tông có fc = 35 ~ 40 Mpa. Cường độ chịu kéo khi uốn bằng Mô đun đàn hồi của bê tông Ec = 0,043 yc . .yc lf tỷ trọng của bê tông Cốt thép Cốt thép tường được sử dụng với các loại SR 235, SD295, SD395 có cường độ chảy fy bằng 235, 295, 395 Mpa. Môđun đàn ồi cốt thép Es = 200000 Mpa. Thép cường độ cao tường dùng là loại ASTM A416 grade 270 có cường độ cực hạn fs = 1860 Mpa, cường độ chảy fy = 1670 kg/cm2. Các bó cáp tổ hợp từ các tao thép có đường kính 12,7mm (0,5 in) hoặc 15,2 (0,6 in) 2/ Tính nội lực và ứng suất: Theo từng giai đoạn chịu lực của kết cấu ứng suất phát sinh trong kết cấu sẽ được tính toán. Trong mỗi giai đoạn nội lực được tính và tổ hợp theo những tình huống bất lợi. ứng suất giai đoạn cuối cùng là tổng ứng suất qua các giai đoạn từ lúc thi công và trong khi khai thác, công thức tổng quát như sau: Các giai đoạn chịu lực bao gồm: Tĩnh tải bản thân (giai đọan I) Tĩnh tải giai đoạn II : Do căng kéo cáp ƯST, co nhót và từ biến trong bê tông. Tĩnh tải giai đoạn III: Do lớp phủ mặt cầu, gờ chắn xe, lan can và các phụ kiện khác. Hoạt tải khai thác tác dụng Các tải trọng khác tác động gồm: Lực gió, lực nhiệt độ, lực động đất, lực do gối lún …. Trong quá trình tính toán kết cấu kết hợp đều chỉnh thiết kế phù hợp để ứng suất trong bê tông và cốt thép nằm trong giới hạn cho phép. ứng suất từng giai đoạn tính theo công thức: f = N/ Atđ + Mi • Yi / Jtđ Trong đó : f : ứng suất trong kết cấu N: Lực dọc Atđ: Diện tích mặt cắt tính đổi Mi: Mômen do các thành phần lực gây ra Yi: Tung độ thớ cần xem xét Jtđ: Mômen quán tính tính đổi của tiết diện Điều kiện chịu lực theo các cường độ như sau: ứng suất trong bê tông chịu nén: f ≤ 0,6 f’ci (Mpa) ứng suất trong bê tông chịu kéo: f ≥ 0,25 √ f’c (Mpa) ứng suất trong thép CĐC: f ≤ fpt, fpu, fsa Trong đó: f’ci: Cường độ bê tông lúc bắt đầu đặt tải fpt: Cường độ trong thép ngay sau khi truyền lực fpu: Cường độ kéo quy định trong thép DƯL 3/ Tính khả năng chịu lực cực hạn của kết cấu 3.1/ Khả năng chịu mômen Trong trường hợp không có các chương trình tính toán, có tể chia dầm thành những phần có dạng chữ T hoặc chữ nhật để tính. ứng suất trong cốt thép ƯST bằng: Trong đó: Đối với mặt cắt chữ T Đối với mặt cắt chữ nhật Aps : Diện tích cốt tép DƯL fpu: Cường độ chịu kéo của cáp DƯL fpy: Giơí hạn chảy của thép DƯL . fy: Giơí hạn chảy của thép DƯL chịu nén f’y: Giơí hạn chảy của thép DƯL chịu kéo fpy: Giơí hạn chảy của thép DƯL chịu kéo b: Chiều rộng bản cánh chịu nén bw: Chiều rộng bản bụng hf: Chiều dày bản cánh chịu nén dp: Cự ly từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trong tâm MC c: Cự ly từ trọng tâm MC đến trọng tâm diện tích chịu nén b1: Hệ số quy đổi không lấy nhỏ hơn 0,65 và bằng 0,85 khi cường độ <28 ngày và giảm đi 0,05 cho mỗi 7Mpa vượt quá cường độ 28 ngày. Sức kháng uốn theo mômen của dầm bằng: Mr = j • Mn Trong đó: Mn : Sức kháng danh định j: Hệ số sức kháng j = Hệ số sức káng được lấy như sau: j = 0,9 Dùng cho bê tông cốt thép thường chịu kéo và uốn j = 1,0 Dùng cho bê tông DƯL chịu kéo và uốn j = 0,9 Dùng cho bê tông chịu cắt và xoắn j = 0,75 Dùng cho bê tông chịu nén dọc trục Sức kháng danh định Mn với mặt cắt chữ T. Sức kháng danh định Mn với mặt cắt chữ nhật. 3.2/ Khả năng chịu lực cắt Khả năng chịu lực cắt V = j. Vn nhưng không được lớn hơn 0,2.f’c. Acv hoặc 5,5Acv , trong đó Vn: Sức kháng danh định Acv :Diện tích bê tông Acf: Diện tích cốt thép chịu cắt c : Hệ số dính bám Pc : Lực nén tĩnh thường xuyên thẳng góc với mặt cắt. m: Hệ số ma sát 3.3/ Khả năng chống xoắn : Sức kháng cắt danh định lấy trị số nhỏ trong hai biểu thức: Vn = Vc + Vs + Vp Vn = 0,25 f’c . bv . dv + Vp Vc = 0,083 b. Vs = bv : Bề rộng hữu hiệu của bản bụng dv : Chiều cao cắt hữu hiệu s : Cự ly cốt đai b: Hệ số chỉ khả năng truyền lực kéo khi bị nứt chéo q: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo a: Góc nghiêng của côt tép đai so với trục dọc Av : Diện tích cốt thép chịu cắt Ap: Thành dự ứng lực theo chiều cắt q,b được tra trong các bảng của quy trình. ứng suất cắt trong bê tông xác định theo: Biến vị trong cốt thép: 3.4/ Khả năng chống xoắn và cắt kết hợp: Sức kháng xoăn tính toán xác định như sau: Tt = j. Tn Tn = Trong đó: Ao: Diện tích bao bởi dòng cắt At: Diện tích của một nhánh cốt thép ngang chịu xoắn (nhánh kín) q: Góc của vết nứt ứng với Vu = ứng suất cắt bằng : v = Để đơn giản trong tính toán cũng như độ an toàn cho kết cấu, chọn sơ đồ tính toán các thông số chịu xoắn của mặt cắt như hình 1.9 Bao ngoài mặt cắt tính toán Bao ngoài mặt cắt tính toán Bao trong mặt cắt tính toán Bao trong mặt cắt tính toán Đường tâm dòng cắt Hình 1.9 Mặt cắt tính toán chống xoắn 3.5/ Độ võng và độ vồng Độ võng , độ vồng được tính với các tải trọng Hoạt tải, tĩnh tải, tải trọng do căng kéo DƯL, do co nghót từ biến và tự cùng cốt thép. Độ võng, độ vồng tính theo các công thức kết cấu, mômen quán tính mặt cắt tính theo công thức: Trong đó : Mcr : Mômen nứt fr : Cường độ chịu kéo của bê tông = Yt : koảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo ngoài cùng (mm) Ma: Môme lớn nhất trong khi tính biến dạng (N.mm Chương Ii: Công nghệ thi công dầm I/ Thiết kế và thi công Thiết kế và thi công liên hệ mật thiết với nhau, từng giai đoạn thi công sẽ phát sinh nội lực trong kết cấu do đó mọi vấn đề thi công phải được đặt ra trong thiết kế. Công nghệ, thiết bị và vật liệu thi công là các thông số để người thiết kế định các kích thước mặt cắt và chi tiết cấu tạo kết cấu, như cáp dự ứng lực, cốt thép và neo. Các vấn đề liên quan được xem xét như sau: Số lượng và kích thước các bó cáp quy định chiều dày tối thiểu của các sườn trong dầm bản rỗng. Số lượng và kích thước các đầu neo quy định chiều cao tối thiểu đầu dầm Thời gian và khối lượng đổ bê tông và năng lực thiết bị thi công ảnh hưởng đến việc xác định kích thước các khối đúc dầm. Với đều kiện địa hình, công nghệ thi công cho phép đưa ra sơ đồ kết cấu một cách hợp lý cúng như chiều cao tĩnh không cần thiết. Cường độ vật liệu cho phép định ra các kích thước kết cấu nhỏ nhất. II/ Biện pháp thi công Có nhiều biện pháp thi công, tuỳ theo điều kiện cụ thể sẽ chọn một trong những phương pháp thích hợp. ở các nút giao khác mức có nhiều nhánh cong dầm bản thông thường được thi công theo phương pháp phân đoạn và đổ bê tông tại chỗ trên đà giáo. Các phương pháp thi công khác nhau về phương thức thực hiện nhưng chung một số nguyên tắc và trình tự thi công. Nguyên tắc thi công: Đà giáo ổn định, không bị lún hoặc biến dạng khi thi công. Trước khi đổ bê tông ván khuôn và đà giáo phải được kiểm tra và phải được chất tải khử lún. Bê tông phải được cung cấp liên tục. Trạm trộn cần phải kiểm định trước khi thi công đảm bảo hoạt động bình thường trong suốt thời gian đổ bê tông và cần thiết có trạm trộn dự phòng. Vật liệu phải đảm bảo chất lượng và đủ khối lượng cho từng đợt đổ bê tông. Cốt thép và ván khuôn phải chính xác, đúng thiết kế. Việc lắp đặt cốt thép, cung cấp bê tông theo một dây chuyền khép kín đảm bảo việc đổ bê tông đúng theo tiến độ và trình tự được đặt ra trong thiết kế và phải có lực lượng giám sát liên tục để phát hiện và sửa chữa kịp thời khi có sai sót. Phân đoạn đổ bê tông: Dầm bê tông được phân thành nhiều đoạn đổ bê tông, ranh giới các đoạn thường bố trí tại các mặt cắt có mômen nhỏ. Tại các khớp nối bê tông cần tăng cường thêm cốt thép thường. Trong dầm liên tục mối nối có thể bố trí tại mặt cắt cách gối khoảng 1/6 chiều dài nhịp . Trình tự thi công Trình tự đổ bê tông do người thiết kế quy định theo tính toán từng giai đoạn. Nên bố trí việc đổ bê tông từ trung tâm dầm ra các phía. Trình tự công tác đổ bê tông mỗi lần đổ như sau: Lắp đặt đà giáo, ván khuôn Lắp đặt cốt thép Chuẩn bị vật liệu Kiểm tra thiết bị trộn, chuyên chở và bơm bê tông lên cao Đổ bê tông Bảo dưỡng bê tông Căng kéo cốt thép cường độ cao khi bê tông đủ cường độ yêu cầu. Dỡ ván khuôn thi công các đoạn tiếp theo. II.1/ Phương pháp đúc dầm trên đà giáo cố định: Đây là phương pháp đổ bê tông tại chỗ trong ván khuôn trên đà giáo cố định nối liền với mặt đất thiên nhiên. Phương pháp thi công được miêu tả trong hình. Đầu tiên đổ bê tông đoạn dầm nhịp trung tâm, sau khi bê tông đủ cường độ căng kéo thép ƯST chuyển đà giáo sang đổ bê tông nhịp kề bên trái. Sau đó chuyển sang đổ bê tông nhịp bên phải Phương pháp này chắc chắn ổn định phù hợp với khu vực có địa hình thuận lợi và chiều cao thi công không lớn và giá thành thấp. Tuy nhiên phương pháp này phải tháo lắp đà giáo khi thi công xong từng đoạn nên mất nhiều thời gian, tiến độ thi công sẽ chậm. II.2/ Phương pháp đúc dầm trên đà giáo di động Đây là phương pháp đặt ván khuôn trên hệ đà giáo di động. Có hai phương pháp di động chính là đà giáo di động trên hệ giá đỡ đặt trên mặt đất và đà giáo đặt trên hệ dầm gánh gối lên các trụ mố . - Hệ giá đỡ đặt trên mặt đất phù hợp với khu vực có địa hình thuận lợi và chiều cao thi công không lớn. Hệ dầm gánh phù hợp với điều kiện cầu cao, địa hình thi công khó khăn. Sau khi thi công xong một đoạn dầm ván khuôn và đà giáo di động sang đoạn kế tiếp theo để thi công cho đến khi hoàn thành việc đúc dầm. Do cấu tạo đặc biệt của mũi dẫn nên phương pháp này có thể thi công cho các cầu cong có tỷ lệ bán kính trên chiều dài nhịp ≤ 6 Phương pháp này thường áp dụng khi chiều cao trụ lớn và cầu nhiều tầng, nhiều nhịp Ưu điểm của phương pháp này là hiện đại, tính công nghiệp cao, thi công nhanh, không phụ thuộc nhiều vào địa hình nhưng giá thành xây dựng cao và chỉ phù hợp với cầu nhiều nhịp. Cũng có thể thi công theo phương pháp đúc hẫng có đối trọng và thi công theo phương pháp đúc đẩy. Các phương pháp này chỉ đưa ra khi chiều dài nhịp nhỏ hoặc bố trí thêm các trụ tạm vì chiều cao dầm bản thấp bố trí thêm cáp dự ứng lực cho thi công sẽ khó khăn và giá thành xây dựng cao II.3/ Đảm bảo giao thông trong quá trình thi công Các nút giao lập thể thường được xây dựng ở khu đông dân và hệ thống đường giao thông đang được khai thác. Công tác đảm bảo giao thông rất quan trọng trong quá trình thi công, việc thi công công trình mới phải duy trì hệ thống giao thông hiện tại. Tuỳ điều kiện địa hình cụ thể để đưa ra phương án đảm bảo giao thông. Hoặc làm đường tránh tạm hoặc cần thiết nâng cao mặt cầu để đảm bảo tĩnh không thông xe bên dưới khi bố trí các đà giáo ván khuôn thi công dầm . Việc đảm bảo giao thông cần được xem xét khi thiết kế kết cấu công trình. Phần III Tính toán thiết kế cầu dầm bản rỗng liên tục 3 nhịp 25m chương I: điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng I/ Vị trí địa lý - Nút giao Đồng Văn nằm tronh địa phận tỉnh Hà Nam, đây là nút giao ngã 4 giữa quốc lộ I và quốc lộ 38 (giao giữa hướng đI Sài Gòn_ Hà Nội và hướng Tế Tiêu _ Hưng Yên),ngoài ra còn giao giữa hướng Tế Tiêu và đường sắt Bắc Nam. II/ Đặc điểm khí hậu - Nhiệt độ trung bình năm: 23,5oC. Mùa đông (từ tháng 11 đến hết tháng 2), nhiệt độ trung bình xấp xỉ 22oC. Mùa hè (từ tháng 5 đến hết tháng 9), nhiệt độ trung bình khoảng 28oC. - Lượng mưa trung bình năm: 2000-2900mm. Số ngày mưa: 140-160ngày/năm. Mùa mưa kéo dài 4 tháng, bắt đầu từ tháng 7 và kết thúc trong vòng từ tháng 10 đến tháng 11. - Độ ẩm trung bình năm xấp xỉ 90%. Độ ẩm lớn nhất vào tháng 9, tháng 12 và tháng1: 90-93%. Độ ẩm nhỏ nhất vào tháng 7: 75-80%. - Tốc độ gió tối đa hàng năm 40m/s. III/ Điều kiện địa chất - Căn cứ vào các tài liệu khoan thăm dò, kết quả thí nghiệm SPT tại hiện trường và kết quả thí nghiệm trong phòng, địa tầng khu vực nghiên cứu theo thứ tự từ trên xuống gồm các lớp đất sau: Lớp đất cũ: Đây là lớp đất đắp nền đường cũ, thành phần sét pha màu vàng nhạt, xám vàng trạng thái dẻo cứng. Phạm vi phân bố của lớp chủ yếu ở bên lề đường QL18 hiện tại. Bề dày lớp thay đổi từ 2.2 - 5.0m. Sức chịu tải qui ước R’ < 1.5KG/cm2. Lớp 1: Bùn sét màu đen, xám đen. với bề dày của lớp thay đổi từ 2.0 đến 4,0m. Đây là lớp có sức chịu tải rất yếu, sức chịu tải qui ước R’ < 1.0KG/cm2. Lớp 2: Sét màu nâu đỏ, vàng nhạt, trạng thái nửa cứng bề dày của lớp thay đổi từ 0.90m (LKC7) đến 5.30m (LKT2). Đây là lớp có khả năng chịu tải trung bình. Sức chịu tải qui ước R’ = 2.0KG/cm2. Lớp 3A: Đá sét bột kết phong hoá từ mạnh (mềm, dễ vỡ) đến mãnh liệt thành đất sét màu nâu xám, nâu tím, lẫn dăm sạn trạng thái cứng. Lớp này gặp tại hầu hết các lỗ khoan. Bề dày phát hiện của lớp này thay đổi từ 1.6m đến 7.8m. Đây là lớp đất có khả năng chịu tải tốt. Thí nghiệm SPT trong lớp này có giá trị N = 22~50. Sức chịu tải qui ước R’ = 4.0KG/cm2. Lớp 4: Đá sét bột kết màu xám vàng, tím nhạt, xám đen phong hoá từ nhẹ đến trung bình, nứt nẻ không đều. Bề dày thay đổi từ 3.50m đến 17,0m. Đây là lớp có khả năng chịu tải tốt. Thí nghiệm SPT trong lớp này có giá trị N ~50. RQD=20~40%. Lớp 5: Đá sét bột kết màu xám đen, tương đối cứng chắc, nứt nẻ ít. Lớp này nằm dưới lớp 3B và bề dày lớp đã khoan được từ 2.0m đến 5.0m. Đây là lớp có khả năng chịu tải tốt. Thí nghiệm SPT trong lớp này có giá trị N >50. RQD=70%. Chương II Quy mô xây dựng và Tiêu chuẩn kỹ thuật I/ Tiêu chuẩn thiết kế - Tải trọng: Hoạt tải thiết kế: HL_93 - Lực động đất : Cấp 8. - Tĩnh không thiết kế cho đường bộ Htt = 4.75m, B=25m Tĩnh không cho đường sắt Ht = 6.55m, B=16.835m - Tiêu chuẩn thiết kế tuyến: Tốc độ thiết kế trong nút V = 40 Km/h. Tốc độ thiết kế ngoài nút V = 80 Km/h. Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất trong nút Rmin = 60m Đường cong đứng lồi tối thiểu Rmin =700m (V=40Km/h) Rmin =5000m (V=80Km/h) Đường cong đứng lõm tối thiểu Rmin =1000m (V=40Km/h) Rmin =2000m (V=80Km/h) Độ dốc dọc imax = 8% (V=40Km/h) imax = 6% (V=80Km/h) II/ Chỉ tiêu vật liệu Các vật liệu chủ yếu được áp dụng vào thiết kế như sau: TT Vật liệu kết cấu Ký hiệu Cường độ 1 Bê tông dầm bản B 45 Mpa 2 Bê tông gờ chắn lan can, tường chắn B1 24 Mpa 3 Bê tông cột trụ C1 35 Mpa 4 Bê tông mố, bệ cọc trụ C2 30 Mpa 5 Bê tông cọc khoan nhồi C3 30 Mpa 6 Bản dẫn C4 24 Mpa 7 Bê tông lót móng E 16 Mpa 8 Thép cường độ cao Grade270 Fs=1860 Mpa Fy=1670 Mpa Vật liệu kết cấu Ký hiệu Cường độ 1 Bê tông dầm bản B 40 Mpa 2 Bê tông gờ chắn lan can, tường chắn B1 24 Mpa 3 Bê tông cột trụ C1 35 Mpa 4 Bê tông mố, bệ cọc trụ C2 24 Mpa 5 Bê tông cọc khoan nhồi C3 24 Mpa 6 Bản dẫn C4 24 Mpa 7 Bê tông lót móng E 16 Mpa 8 Thép cường độ cao Grade270 Fs=1860 Mpa Fy=1670 Mpa 9 Cốt thép thường SD395 SD295 fy=395 Mpa fy=295 Mpa III/ Thiết kế mặt đường Mặt đường thiết kế bằng bê tông nhựa với Eyc = 1780 daN/cm2 gồm: Lớp bê tông hạt mịn dày 5 cm, E=2700 Kg/cm2 Lớp bê tông hạt thô dày 7 cm, E=3000 Kg/cm2 Lớp cấp phối đá dăm loại I dày 30 cm, E=3500 Kg/cm2 IV/ Thiết kế cầu vượt: Kết cấu nhịp - Cầu vượt có 8 nhịp dầm bản bê tông cốt thép ƯST liên tục, chiề dài mỗi nhịp là 25m, được chia làm 2 liên: liên 5 nhịp và liên 3 nhip Sơ đồ nhịp: 8x25 = 200m. Mặt cắt ngang có tổng chiều rộng B = 8m. B = 0,5 + 0,5 + 2 x 3.5 = 8m Cầu dầm bản rỗng có chiều cao H = 1,45m Dầm bản rỗng bên trong bằng các lỗ tròn đường kính 850mm, bố trí 12 bó cáp ASTM A416 Grade270 độ trùng thấp (gồm 12 tao cáp đường kính 15,2mm) đi dọc suốt chiều dài dầm và Cắt ngang cầu dốc ngang i = 2%. Siêu cao: i = 4% được tạo bằng cách đặt nghiêng dầm i = 4% Lớp phủ mặt cầu gồm 2 lớp : Lớp phòng nước dày 4mm, lớp bê tông nhựa có chiều dày tổng cộng 7cm. - Gờ chắn lan can bằng BTCT đổ tại chỗ. Lan can cầu bằng hợp kim nhôm đúc sẵn lắp ghép. - ống thoát nước trên cầu bằng gang đúc, nối về mố M1 bằng ống nhựa f150 dày 6mm. Khe co giãn và cao su nhập ngoại. Gối cầu bằng gối chậu nhập ngoại. Kết cấu phần dưới: Mố M0 bằng BTCT loại tường thẳng, móng cọc khoan nhồi đường kính D = 1m có chiều dài cọc 20m. Các trụ bằng bê tông cốt thép dạng 1 cột đặc hai đầu tròn. Móng trụ bằng cọc khoan nhồi đường kính D=1m. Trụ T1đếnT8 có 6 cọc chiều dài 20m. Chiều dài cọc là dự kiến, khi thi công căn cứ vào địa chất thực tế quyết định chiều dài cọc chính thức. Thiết kế tường chắn Đầu các nhánh cầu vượt lên xuống thiết kế bằng tường chắn có cốt và tường chắn BTCT. Các tấm tường chắn hình lục giác đường kính D = 1700mm. Đỉnh tường chắn được lắp gờ chắn và lan can như trên cầu Hệ thống chiếu sáng Trên cầu và đường lắp đặt hệ thống chiếu sáng bằng đèn cao áp thuỷ ngân. Cự ly bố trí các cột trên cầu là 35m, cự ly bố trí các cột trên đường là 40m. V/ Biện pháp thi công: 1/ Thi công kết cấu mố,trụ: Hiện nay mặt bằng phần ao hồ tại vị trí nút đang được san lấp đến cao độ thiết kế theo quy hoạch Mặt bằng để thi công mố trụ được san lấp đến cao độ thiêt kế để tập kết các máy móc thi công. Móng mố là cọc khoan nhồi đường kính 1m được thi công bằng các máy khoan tự hành, các trụ sẽ được thi công dần từ trụ P8 về các phía. Trình tự thi công các mố trụ như sau - Tạo mặt bằng thi công theo cao độ thiết kế Khoan tạo lỗ Hạ lồng cốt thép Đổ bê tông bệ cọc Dựng đà giáo ván khuôn thi công phần thân trụ và xà mũ. 2/ Thi công kết cấu nhịp cầu Kết cấu dầm bản được đổ bê tông tại chỗ trên đà giáo. Từ trụ T8 về mố M0 trình tự như sau: Thi công liên 2 Lắp đà giáo, ván khuôn, đổ bê tông đoạn G1, L=30m tại nhịp 8. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G1. Lắp đà giáo, ván khuôn , đổ bê tông đoạn G2, L=25 m tại nhịp 7. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G2. Lắp đà giáo, ván khuôn , đổ bê tông đoạn G3, L=20m tại nhịp 6. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G3. Thi công liên 1 Lắp đà giáo, ván khuôn , đổ bê tông đoạn G4, L=30m tại nhịp 5. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G4. Lắp đà giáo, ván khuôn , đổ bê tông đoạn G5, L=25m tại nhịp 4. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G5. Lắp đà giáo, ván khuôn , đổ bê tông đoạn G6, L=25m tại nhịp 3. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G6. Lắp đà giáo, ván khuôn, đổ bê tông đoạn G7, L=25m tại nhịp 2. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G7. Lắp đà giáo, ván khuôn , đổ bê tông đoạn G8, L=20m tại nhịp 1. Căng kéo thép CĐC cho đoạn dầm G8.