Đề tài Thiết kế sơ bộ nút giao thông lập thể

mỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình đổi mới phát triển kinh tế đi lên của đất nước ta thì yêu cầu đòi hỏi về phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng GTVT một cách khoa học là một yêu cầu bức thiết vì GTVT là nền tảng để phát triển các ngành khác. Để đáp ứng được yêu cầu cấp bách này chúng ta cần phải đẩy mạnh xây dựng các đường ôtô cao tốc, nâng cấp hàng loạt các quốc lộ tỉnh lộ, xây dựng những cây cầu có quy mô lớn và có vẻ đẹp kiến trúc hiện đại…Thực tế hiện này là rất cần có những kỹ sư có trình độ chuyên môn tốt, vững vàng để có thể nhanh chóng nắm bắt được các công nghệ xây dựng Cầu - Đường tiên tiến hiện đại để góp phần xây dựng nên các công trình có chất lượng và có tính nghệ thuật cao. Sau thời gian học tập tại Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố -Trường ĐHGTVT, bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trường ĐHGTVT nói chung và các thầy cô trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹ được nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc của một kỹ sư tương lai. Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìm hiểu kiến thức tại trường , đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thời gian qua của mỗi sinh viên. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn CTGTTP, đặc biệt là sự giúp đỡ trực tiếp của : + Giáo viên hướng dẫn : - Th.s Trần Thu Hằng. + Giáo viên đọc duyệt : - Th.s Nguyễn Đức Vương. Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ còn có hạn chế nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp và vững vàng về trình độ chuyên môn khi công tác thực tế. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 05 năm 2008. Sinh viên Ngô Chung Thông NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… PHẦN I: THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO THÔNG LẬP THỂ TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG CẦU CONG TRONG CÁC NÚT GIAO LẬP THỂ CẤU TẠO NÚT GIAO KHÁC MỨC TRÊN CÁC ĐÔ THỊ VÀ TUYẾN GIAO THÔNG. 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. 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 thẻ 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. 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 và bán kính nhỏ. Hình I.9: Nút giao hình thoi 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. YÊU CẦU KIẾN TRÚC CỦA KẾT CẤU TRONG NÚT GIAO THÔNG 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. CẦU CONG TRONG NÚT GIAO THÔNG 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. 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. 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. 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 I.10: Cắt ngang dầm bản đặc 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. 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 Khi chiều rộng cầu lớn mặt cắt được chia thành hai cầu riêng biệt như hình I.12 sau 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. 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 GIỚI THIỆU CHUNG NÚT GIAO VĨNH TUY HỆ THỐNG QUY PHẠM ÁP DỤNG. Tiêu chuẩn đường Đô thị TCXDVN 104-2007. Tiêu chuẩn cầu đường bộ 22TCN 272-05. Tài liệu tham khảo: Tính toán và thiết kế chi tiết các yếu tố nút giao thông khác mức GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NÚT GIAO THÔNG VĨNH TUY. Dự án cầu Vĩnh Tuy thuộc tuyến đường vành đai hai, có điểm đầu cách ngã 3 Minh Khai 275m, vượt qua đê Hữu Hồng đi vào địa phận cảng Hà Nội, vượt qua dòng chủ sông Hồng, đi qua bãi sông tại địa bàn phường Long Biên, vượt qua đê Tả Hồng đi vào địa phận Thạch Bàn, vượt qua Quốc Lộ 5 và kết thúc gần khu đô thị mới Sài Đồng. Đây là một dự án giao thông trọng điểm để nối liền các khu vực hai bên sông Hồng, phục vụ các yêu cầu phát triển không gian thành phố Hà Nội về phía bắc. Sau khi hoàn thành, dự án sẽ góp phần phục vụ giao thông nội đô cũng như giao thông giữa hai bên sông Hồng, giúp giảm bớt lưu lượng giao thông qua cầu Chương Dương và cầu Long Biên, đồng thời thúc đẩy tiến trình phát triển đô thị của quận Long Biên. Đặc điểm nút giao Vĩnh Tuy. Nút giao giữa đường dẫn cầu Vĩnh Tuy với QL5 thuộc địa bàn quận Long Biên. QL5 hiện tại là trục đường quan trọng nối liền Hà Nội với Hải Phòng. Theo quy hoạch tại vị trí nút giao trục đường này có tổng bề rộng B=50m với quy mô 8 làn xe. Đây là vị trí nút giao phức tạp, mặt bằng bị hạn chế, bên phải QL5 là tuyến đường sắt quốc gia, bên trái QL5 là khu dân cư rất đông đúc, đặc biệt có thêm khu tái định cư QL5 và khu đô thị mới Sài Đồng. Hiện trạng giao thông tại vị trí xây dựng nút. Trong nút giao thông này, xe có nhiều chuyển động khác với trên đường thường. Ta thấy giữa các làn xe có bốn chuyển động: nhập dòng, tách dòng, cắt dòng và trộn dòng. Tương quan vị thế các xe trong các chuyển động tạo thành các xung đột. Các xung đột trong nút Vĩnh Tuy có ba loại: điểm nhập, điểm tách và điểm cắt. Chuyển động trộn dòng là tổng hợp của hai xung đột: một điểm nhập và một điểm tách. Trong các xung đột, nguy hiểm nhất là điểm cắt mà đặc biệt ở đây lại có sự giao cắt giữa đường ôtô và đường sắt. Cách tháo gỡ xung đột đầu tiên ta nghĩ tới là chấp nhận các xung đột có thể chấp nhận được. Như vậy thực tế hàng ngày ta chấp nhận sống chung với các xung đột. Điều này sẽ gây lãng phí thời gian tiền bạc và ô nhiễm môi trường. Khi đã chấp nhận các xung đột, muốn giảm độ nguy hiểm ta phải định vị nó để phân phối hợp lý mật độ xung đột và định trước các góc giao có lợi. Tức là phải có biện pháp phân định không gian. Một biện pháp nữa là phân định thời gian tức là dùng đèn tín hiệu phân thời gian thành các pha. Mỗi pha cấm một số luồng thông qua và một số luồng được phép thông qua. Như vậy số xung đột giảm rõ rệt và chỉ còn tồn tại xung đột chấp nhận được. Tuy nhiên với nút giao Vĩnh Tuy, khi mà các đường giao là QL5, đường sắt quốc gia và tuyến đường quan trọng vành đai 2 của thành phố Hà Nội thì sự giao cắt và thời gian chờ đợi qua nút lớn sẽ làm cho hiệu quả kinh tế xã hội của dự án đạt được là không cao. Như vậy một biện pháp đặt ra tích cực hơn là thiết kế nút giao khác mức để phân tách các luồng xe nhằm đảm bảo an toàn xe chạy và giảm thời gian thông qua của nút. THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO VĨNH TUY QUY MÔ VÀ TỐC ĐỘ THIẾT KẾ. Tuyến chính được thiết kế theo cấp đường trong thành phố là đường cấp I, tốc độ thiết kế tuyến chính là 60km/h. Khi đó tốc độ xe chạy trên đường nhánh được lựa chọn ở mức trung bình là 40km/h( Tham khảo bảng 2.1 sách tính toán và thiết kế chi tiết các yếu tố nút giao thông khác mức.) TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT.( TRÍCH TỪ TCXDVN 104-2007) Bảng 1: Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của nút giao Hạng mục Đơn vị Trị số Tốc độ thiết kế đường chính km/h 60 Tốc độ thiết kế nút giao km/h 40 Bề rộng một làn xe m 3,5 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 % 6 Độ dốc dọc tối đa % 7 Độ dốc ngang với mặt đường BTN % 0.15-0.25 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ Với mục đích góp phần nâng cao hiệu quả khai thác, tạo ra điều kiện giao thông thuận lợi cho các tuyến đường nhập nút, nút giao Vĩnh Tuy nói riêng và các nút giao trên tuyến đường dẫn hai đầu cầu Nhật Tân nói chung phải đáp ứng các nguyên tắc sau: Phù hợp với quy trình, quy phạm hiện hành; dảm bảo xe chạy an toàn. Phương án thiết kế phải đáp ứng tốt yêu cầu kinh tế - kỹ thuật. Hạn chế chiệm dụng mặt bằng; phù hợp với quy hoạch. Tổ chức giao thông rõ ràng, đảm bảo cho lái xe dễ nhận biết hướng đi đúng theo nhu cầu của mình. Công trình có kiến trúc đẹp, phù hợp với cảnh quan, phối hợp tốt với các công trình xung quanh, có khả năng phân kỳ xây dựng. Các kết cấu phải thanh mảnh, đẹp và dễ thi công trong điều kiện đô thị để đảm bảo giao thông thuận lợi và an toàn. Giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh cả trong giai đoạn thi công và giai đoạn khai thác. CÁC PHƯƠNG ÁN NÚT GIAO. Phương án 1: Dạng nút hoa thị chưa hoàn chỉnh. sµi ®ång 2F 2D 2E H¶i phßng §S. hµ néi - h¶i phßng 2C vÜnh tuy 2A 2B §S. hµ néi - h¶i phßng CÇu chui QL.5 Nút giao gồm có các thành phần sau : Cầu vượt quốc lộ 5 Các đường nhánh trong nút : 2A; 2B; 2C; 2D; 2E; 2F Tổ chức giao thông trong nút : Tổ chức giao thông tại phía cầu Chui Cầu Chui đi Hải Phòng: đi trên QL5 Cầu Chui đi Vĩnh Tuy: đi theo cầu nhánh rẽ phải 2B về Vĩnh Tuy Tổ chức giao thông tại phía Hải Phòng Hải Phòng đi cầu Chui: đi trên QL5. Hải Phòng đi khu đô thị Sài Đồng: đi theo cầu nhánh rẽ phải 2E về khu đô thị Sài Đồng Hải Phòng đi Vĩnh Tuy: đi theo cầu nhánh 2D lên cầu vượt về Vĩnh Tuy Tổ chức giao thông tại phía Vĩnh Tuy Vĩnh Tuy đi khu đô thị Sài Đồng : đi thẳng cầu vượt về khu đô thị Sài Đồng Vĩnh Tuy đi Hải Phòng : đi theo cầu nhánh rẽ phải 2A về Hải Phòng Vĩnh Tuy đi cầu Chui : đi theo cầu nhánh rẽ phải 2C về cầu Chui Tổ chức giao thông tại phía khu đô thị Sài Đồng : khu đô thị Sài Đồng đi Vĩnh Tuy : đi theo cầu vượt quốc lộ 5 về Vĩnh Tuy khu đô thị Sài Đồng đi cầu Chui : đi theo cầu nhánh rẽ phải 2F về cầu Chui Phương án 2: Nút giao vòng xuyến khác mức. Biện pháp tổ chức giao thông tại nút. Tổ chức giao thông tại phía cầu Chui Cầu Chui đi Hải Phòng: đi trên QL5 Cầu Chui đi Vĩnh Tuy: đi theo cầu nhánh rẽ phải về Vĩnh Tuy Cầu Chui đi khu đô thị Sài Đồng: đi theo cầu nhánh vào đảo tròn về khu đô thị Sài Đồng Tổ chức giao thông tại phía Hải Phòng Hải Phòng đi cầu Chui: đi trên QL5. Hải Phòng đi khu đô thị Sài Đồng: đi theo cầu nhánh rẽ phải về khu đô thị Sài Đồng Hải Phòng đi Vĩnh Tuy: đi theo cầu nhánh vào đảo tròn về Vĩnh Tuy Tổ chức giao thông tại phía Vĩnh Tuy Vĩnh Tuy đi khu đô thị Sài Đồng : đi theo cầu nhánh vào đảo tròn về khu đô thị Sài Đồng Vĩnh Tuy đi Hải Phòng : đi theo cầu nhánh rẽ phải về Hải Phòng Vĩnh Tuy đi cầu Chui : đi theo cầu nhánh vào đảo tròn về cầu Chui Tổ chức giao thông tại phía khu đô thị Sài Đồng. khu đô thị Sài Đồng đi Vĩnh Tuy : đi theo cầu nhánh vào đảo tròn về Vĩnh Tuy khu đô thị Sài Đồng đi cầu Chui : đi theo cầu nhánh rẽ phải về cầu Chui khu đô thị Sài Đồng đi Hải Phòng : đi theo cầu nhánh vào đảo tròn về Hải Phòng Đánh giá phương án. Phương án 1. Ưu điểm Giao thông được tổ chức tương đối mạch lạc, dễ nhận biết hướng đi, hành trình các tuyến thuận lợi, không bị kéo dài. Phương án giải quyết được triệt để các giao cắt trên mặt bằng, không có giao cắt giữa các dòng xe, các phương tiện đều đi trên các tuyến riêng biệt . Nhược điểm : Mặt bằng nút rộng, chiếm nhiều diện tích. Hướng đi từ cầu Chui về Sài Đông, từ Vĩnh Tuy về cầu Chui vẫn chưa giải quyết được (phương tiện phải quay đầu xe ) Phương án 2. Ưu điểm: Cách tổ chức giao thông như vậy đã xoá bỏ được các xung đột nguy hiểm nhất là các giao cắt mà thay vào đó là các điểm nhập và các điểm tách Nhược điểm : Tất cả các hướng xe đi qua nút đều bị giảm tốc độ. Như vậy các hướng được ưu tiên sẽ chịu thiệt thòi. Mặt bằng nút rộng, chiếm nhiều diện tích. Kiến nghị : Qua việc nhận xét ưu nhược điểm của các phương án nút giao đã nêu ở trên, ta có thể thấy phương án 2 đưa ra là khả thi hơn cả. Do đã giải quyết tôt đươc tât cả các giao cắt trên mặt băng và tổ trức tốt các luồng giao thông lưu hành trên nút. Vậy kiến nghị chọn phương án 2 thi công. THIẾT KẾ NÚT GIAO VÒNG XUYẾN LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT KẾ NÚT GIAO. Các thông số kỹ thuật thiết kế vòng xuyến Tốc độ tính toán trong vòng xuyến: vd = 40km/h = 11.11m/s. Góc giao của 2 đường ôtô: . Độ dốc dọc trên vòng xuyến: id = 0 %. Độ nghiêng siêu cao trên vòng xuyến: isc = 0%. Hệ số lực ngang lựa chọn: . Các thông số kỹ thuật thiết kế cầu nhánh. Tốc độ tính toán trong cầu nhánh: vd = 40km/h = 11.11m/s. Độ dốc dọc lớn nhất trên các cầu nhánh: id = 4%. Độ nghiêng siêu cao lớn nhất trên các cầu nhánh: isc = 4%. Hệ số lực ngang lựa chọn: LỰA CHỌN TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN TRÊN CÁC CẦU NHÁNH VÀ VÒNG XUYẾN. Vì nút giao khác mức thường chiếm dụng mặt bằng lớn, do đó để giảm kích thước của nút người ta thường giảm tốc độ ở các cầu nhánh. Vì vậy lựa chọn tốc độ tính toán của các cầu nhánh cần được luận chứng kỹ lưỡng. Không thể chọn tốc độ thiết kế của cầu nhánh bằng tốc độ xe chạy trên đường chính vào nút vì hai lý do sau: Thứ nhất là tốc độ xe rẽ lớn thì đòi hỏi phải thiết kế cầu rẽ có chiều dài lớn. Điều này dẫn đến khối lượng và gía thành xây dựng tăng lên, đồng thời tăng diện tích chiếm dụng mặt bằng. Thứ hai là không thể lựa chọn tốc độ trên cầu nhánh quá cao do thông thường cầu nhánh rẽ chỉ có một làn xe dành cho đi chung cả xe con và xe bus có tốc độ thiết kế thấp sẽ không đạt được tốc độ thiết kế cao. Trong thành phố, do điều kiện hạn hẹp về mặt bằng nên các nhà chuyên môn khuyên nên dung tiêu chuẩn ứng với điều kiện tối thiểu, nghĩa là tốc độ tính toán của các cầu nhánh trong các nút giao khác mức ở thành phố chỉ nên chọn V=25-40 km/h, chỉ đối với đường cao tốc thành phố mới chọn V=50km/h. Từ tất cả các điều trên và theo quy trình thiết kế đường đô thị mới nhất của nước ta: Đường đô thị - Yêu cầu thiết kế mang ký hiệu 104 – 2007 với vận tốc trên đường chính 60km/h ,vận tốc thiết kế trên cầu nhánh đều được chọn là 40km/h. Tại vòng xuyến các dòng xe nhập dòng vào vòng xuyến nên các phương tiện không thể đi với tốc độ cao được, vì vậy tốc độ thiết kế cho vòng xuyến được chọn là 30km/h XÁC ĐỊNH TẦM NHÌN TRÊN CẦU NHÁNH CÓ MỘT LÀN XE TRONG PHẠM VI NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC. 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). Sơ đồ tính toán tầm nhình cho đường nhánh có một làn xe 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 = 1,0s - Chiều dài hãm xe. 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 (f=0,02-0,03), lấy f = 0,02 - 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 chường ngại vật. Thường chọn = 5m Từ đây, công thức được viết lại: Vậy Xác định tầm nhìn trên trắc dọc. Trong trường hợp tổng quát và để bảo đảm an toàn khi tính toán ta chọn % Vậy 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 Kiến nghị chọn bán kính đường cong đứng lồi là: R = 1000 m. Đối với đường cong đứng lõm thì bán kính đường cong được tính với hai điều kiện: Bảo đảm tầm nhìn ban đêm Bảo đảm an toàn cho xe chạy khi đi vào đường cong lõm Bán kính đường cong lõm được xác định theo công thức Trong đó: S - Khoảng cách tầm nhìn trên trắc dọc - Chiều cao của đèn pha so với mặt đường. Chiều cao này phụ thuộc vào cấu tạo từng loại ô tô sẽ có giá trị khác nhau. Khi tính toán láy = 0,7m = 4-60 góc chiếu của pha ô tô, chọn = 50 Vậy bán kính đường cong đứng lõm là: Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007, với tốc độ thiết kế là 40km/h thì bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu mong muốn là 700m (bảng 29), Vậy chọn Thiết kế mặt bằng nút giao. 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… Giải pháp thiết kế. Phương pháp kết hợp vòng xuyến với các đường nhánh rẽ phải. Có 3 phương pháp kết hợp nhánh rẽ phải với vòng xuyến như sau: Đường nhánh rẽ phải tiếp tuyến với vòng xuyến Trục của đường nhánh rẽ phải tiếp tuyến với trục của vòng xuyến (hai trục này tiếp xúc với nhau tại một điểm) Đường nhánh rẽ phải nhập vào vòng xuyến một đoạn chung cd Sau khi xem xét và phân tích 3 phương pháp kết hợp trên và dựa vào hiện trạng của nút kiến nghị lựa chọn phương pháp đường nhánh rẽ phải nhập vào vòng xuyến một đoạn chung cd ( hình 3) Tính toán và lựa chọn bán kính của vòng xuyến và cầu nhánh. Xác định bán kính vòng xuyến theo công thức: R = Hệ số = 0,17 Độ dốc siêu cao isc= 0%. Vận tốc vd = 11.11m/s. R = . Kiến nghị chọn bán kính vòng xuyến là: R = 80m. Xác định bán kính cầu nhánh theo công thức: R = Hệ số = 0,17 Độ dốc siêu cao isc= 4%. Vận tốc vd = 11.11m/s. R = . Kiến nghị chọn bán kính vòng xuyến là: R = 60m. Phương án tuyến trên mặt bằng được đưa ra như sau. Bảng : Các thông số trên mặt bằng TT Tên cầu Bán kính đường cong nằm (m) 1 Vòng xuyến chính 80 2 Cầu nhánh 1 60 3 Cầu nhánh 2 60 4 Cầu nhánh 3 60 5 Cầu nhánh 4 60 6 Cầu nhánh 5 60 7 Cầu nhánh 6 60 8 Cầu nhánh 7 60 9 Cầu nhánh 8 60 Thiết kế trắc dọc tuyến. Nguyên tắc thiết kế trắc dọc. Trắc dọc thiết kế phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đối với cấp thiết kế. Cao độ thiết kế phù hợp với các cao độ khống chế. Đảm bảo tĩnh không yêu cầu khi giao cắt với các tuyến giao thông khác. Xác định các cao độ khống chế trên trắc dọc. Cao độ khống chế trắc dọc của nút được xác định như sau: Vòng xuyến vượt đường sắt và QL5 được khống chế bởi cao độ đường hiện tại, cao độ đường sắt,tĩnh không đường sắt và tĩnh không dưới cầu. Các cầu nhánh trong nút khống chế bởi cao độ đường hiện tại,cao độ vòng xuyến và tĩnh không đường sắt. Xác định độ dốc dọc . Độ dốc dọc trên cầu nhánh của nút giao được lựa chọn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hình, tốc độ tính toán, thành phần xe chạy trong nút…. Do chức năng sử dụng nên cấu tạo các loại xe khác nhau. Với các loại xe như xe con, xe du lịch thì có thể khắc phục được độ dốc dọc lớn (tới 10%) mà không cần giảm tốc độ. Nhưng với các loại xe khác như xe buýt thì độ dốc dọc lớn xe càng phải giảm tốc độ để tăng sức kéo khi leo dốc. Vì vậy, độ dốc dọc lớn nhất được lựa chọn trên đường nhánh phải đảm bảo khả năng chạy xe của các loại phương tiện có trong thành phần dòng xe. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007 qui định độ dốc dọc tối đa (bảng 24) đối với vận tốc thiết kế 40km/h là 7%. Như vậy kiến nghị chọn độ dốc dọc của các cầu nhánh trong nút là 4%. Kết quả thiết kế trắc dọc: Trắc dọc thiết kế đảm bảo tĩnh không đường sắt H = 6m tính từ đỉnh ray hiện tại tới dáy dầm và tĩnh không đường bộ H = 4.75m. STT Tên cầu Độ dốc dọc(%) Bán kính đường cong đứng(m) 1 Vòng xuyến chính 0 2 Cầu nhánh 1 4 1000 3 Cầu nhánh 2 4 1000 4 Cầu nhánh 3 4 1000 5 Cầu nhánh 4 4 1000 6 Cầu nhánh 5 4 1000 7 Cầu nhánh 6 4 1000 8 Cầu nhánh 7 4 1000 9 Cầu nhánh 8 4 1000 Bảng 4: Trắc dọc cầu Thiết kế trắc ngang. Nguyên tắc thiết kế mặt cắt ngang. Bề rộng mặt cắt ngang đảm bảo bố trí đủ số làn xe theo yêu cầu theo đúng quy định của quy trình. Mặt cắt ngang cần thoả mãn quy mô và yêu cầu kỹ thuật đối với cấp đường thiết kế. Các yếu tố trên mặt cắt ngang được bố trí hài hoà, đảm bảo phù hợp với các công trình hai bên tuyến, thuận tiện cho việc bố trí các công trình phục vụ trên tuyến và các khu đô thị. Mặt cắt ngang vừa đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật đồng thời cũng hạn chế tới mức thấp nhất giá thành xây dựng. Xác định độ dốc ngang và siêu cao. Tại nút giao thông có sự gặp gỡ và tiếp xúc của nhiều tuyến, nhiều đường cong theo chiều khác nhau, cấu tạo siêu cao sẽ tạo nên gờ lồi ở giữa phần xe chạy, xe chuyển làn sẽ không êm thuận nhất là các xe có chiều dài lớn như xe buýt. Vì vậy tại vòng xuyến nơi có nhiều dòng xe nhập dòng và tách dòng kiến nghị không bố trí siêu cao. Trên các đường giao thông thông thường, có quy định siêu cao theo trị số bán kính đường cong nằm nhưng trong nút giao thông, tốc độ xe phân tán, hệ số lực ngang biến đổi rất nhiều nên quy định này thường không chặt chẽ. Việc phối hợp các siêu cao, các mặt cắt ngang phải đảm bảo hai nguyên tắc: Đảm bảo êm thuận cho luồng xe chính. Hạn chế các chỗ có độ dốc nhỏ hơn 0.5% để đảm bảo thoát nước tốt. Căn cứ theo tốc độ thiết kế và TCXDVN 104-2007, kiến nghị chọn độ dốc siêu cao trong các cầu nhánh là isc = 3%. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 104 : 2007 độ dốc ngang phần xe chạy cho mặt đường bê tông nhựa là 15-25%o (bảng 12), mà trên vòng xuyến không bố trí siêu cao đồng thời các dòng xe nhập dòng vào vòng xuyến và tách dòng ra khỏi vòng xuyến từ nhiều hướng khác nhau nên trên vòng xuyến kiến nghị bố trí dốc ngang hai mái với độ dốc ngang là 2%o. Xác định chiều dài yêu cầu của đoạn trộn dòng của nút giao vòng xuyến khác mức An toàn xe chạy và khả năng thông hành của các đoạn trộn dòng phụ thuộc vào chiều dài của chúng. Đoạn trộn dòng NH phải thỏa mãn điều kiện NH > ltrộn dòng . Chiều dài đoạn trộn dòng được tra theo bảng , phụ thuộc vào tốc độ tính toán và thời gian t=3s-4s . Tính đoạn trộn dòng NH : Xác định góc ở tâm của đường nhánh theo công thức: Trong đó : và là khoảng cách giữa các trục đường chính và trục của đường nhánh = 6 m = 12.5 m R : bán kính vòng xuyến , R = 80 m r : bán kính nhánh rẽ , r = 60 m : góc chắn cung HD và TN Góc chắn các đoạn cung KL và MI bằng : Góc kẹp chắn cung MH: Chiếu dái đoạn trộn dòng MH theo công thức: Kiểm tra chiều dài MH đủ để trộn dòng theo điều kiện : Ta có vận tốc trong các nhánh rẽ V=40 km\h=11.111m\s nhưng trong đoạn trôn dòng ta chỉ tính với 70% vận tốc thiết kế trong nhánh (AASHTO)vậy trong đoạn trộn dòng V=30km\h=8.333m\s Ta có : ltr=(3 ÷ 4)V = (3 ÷ 4)8.333 ltr=25÷33 m MH = 28.6m nằm trong khoảng ltr=25÷33 m thỏa mãn, bảo đảm cho xe chạy tên đoạn trộn dòng có tốc độ Vtr=8.333m\s trong thời gian t>3s Vâỵ với bán kính vòng xuyến R=80 m va bán kính cong nằm của đường nhánh r=60 đảm bảo đoạn trộn dòng cho xe chạy an toàn khi nhập dòng và tách dòng. Kết quả thiết kế. Bề rộng mặt cắt ngang được thống kê dưới bảng sau: STT Tên cầu Bề rộng 1 làn(m) Số làn Bề rộng lan can 1 bên (m) Tổng bề rộng cầu(m) 1 Vòng xuyến chính 3.5 4 0.5 15 2 Cầu nhánh 1 3.5 3 0.5 11.5 3 Cầu nhánh 2 3.5 3 0.5 11.5 4 Cầu nhánh 3 3.5 2 0.5 8 5 Cầu nhánh 4 3.5 2 0.5 8 6 Cầu nhánh 5 3.5 3 0.5 11.5 7 Cầu nhánh 6 3.5 3 0.5 11.5 8 Cầu nhánh 7 3.5 2 0.5 8 9 Cầu nhánh 8 3.5 2 0.5 8 Bảng 5 : Tổng hợp bề rộng mặt cắt ngang. Giải pháp thiết kế kết cấu cầu trong nút giao. Kết cấu nhịp Kết cấu nhịp cầu của vòng xuyến và các cầu nhánh đều sử dụng dầm bản rỗng bằng BTCTDUL thi công đúc tại chỗ trên đà giáo cố định. Thiết kế sơ đồ kết cấu nhịp đảm bảo 2 nguyên tắc: Bố trí cấu tạo hợp lý đoạn tách từ vòng xuyến ra cầu nhánh theo vị trí tương đối của đường sắt và QL5. Đảm bảo sau khi san nền theo quy hoạch thì đáy dầm không quá sát mặt đất. Dầm bản cho các cầu trong nút có chiều cao H = 1.45m không đổi dọc theo suốt chiều dài cầu. Dầm được thiết kế có đáy phẳng, độ dốc ngang dầm được điều chỉnh bằng độ dốc xà mũ. Bề rộng đáy dầm cho các cầu khác nhau là khác nhau, bề rộng này được lựa chọn trên nguyên tắc giữ nguyên bề rộng cánh hẫng trên suốt chiều dài cầu. Dầm cầu được tạo rỗng bằng các lỗ tròn đường kính 0.95m và khoảng cách giữa các tim lỗ là 1.5m. MCN vòng xuyến MCN nhánh 2,3,6,7. MCN nhánh 3,4,7,8. Kết cấu phần dưới. Kết cấu phần dưới bằng BTCT đúc tại chỗ. Trụ cầu: Trụ vòng xuyến là dạng trụ thân cột hai thân liền bệ và có phần xà mũ độc lập. Trụ các cầu nhánh là dạng trụ thân cột độc lập. Tất cả bệ móng của các trụ liền khối có chiều dày 2m trên nền cọc khoan nhồi. Trụ nhánh 3,4,7,8. Trụ nhánh 1,2,5,6. Trụ vòng xuyến. Mố cầu. Mố cầu có bề rộng phù hợp với mặt cắt ngang cầu. Mố được thiết kế có tường cánh quặt thẳng song song với tim đường. Mố có cấu tạo liền khối. Mố nhánh 2,3,6,7. Mố nhánh 1,4,5,8. Giải pháp bố trí các kết cấu phụ trợ trên cầu. a. Bản mặt cầu. Mặt cầu là bộ phận chịu ảnh hưởng trực tiếp của bánh xe, đáp ứng yêu cầu chịu hao mòn, ít bị hao mòn và không gây xung kích lớn, đảm bảo cho xe chạy êm thuận. Kết cấu mặt cầu vừa đảm bảo thoát nước nhanh và trọng lượng bản thân nhẹ. Thiết kế lớp phủ mặt cầu dầy 74mm gồm các lớp sau: Lớp atphan hạt mịn: t = 30mm. Lớp atphan hạt trung: t = 40mm. Lớp phòng nước bằng vật liệu chuyên dụng: t = 4mm. b. Lan can Lan can cầu được thống nhất trong toàn dự án, được đúc sẵn bằng BTCT theo kích thước định hình dưới đây. Lan can c. 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. d. Chiếu sáng Trên tất cả các cầu nhánh bố trí chiếu sáng một bên phía lưng đường cong. e. Gối cầu. Toàn bộ dự án kiến nghị sử dụng gối chậu một phương và hai phương. g. 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. Các thông số vật liệu và kiểm toán sơ bộ mặt cắt dầm. Vật liệu xây dựng cầu. a. Bê tông Bê tông dầm bản: C40, f’c=40Mpa; Bê tông trụ, mố: C35, f’c=35Mpa; Bê tông cọc khoan nhồi, cọc đúc sẵn, cống hộp: C30, f’c=30Mpa; Tường lan can, tường chắn, dải phân cách giữa: C25, f’c=25Mpa; Bê tông lót móng: C15, f’c=15Mpa. (f’c là cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ tròn đường kính D=15cm, cao H=30cm tại tuổi 28 ngày) b. Cốt thép thường Cốt thép dầm, trụ, cọc khoan nhồi: CIII, giới hạn chảy fy=400Mpa; Cốt thép tròn trơn trong các cấu kiện: CI, giới hạn chảy fy=240Mpa. c. Cốt thép dự ứng lực Tao thép gồm 7 sợi, đường kính 15.2mm có độ tự chùng thấp, cấp 270 theo tiêu chuẩn ASTM416-90a. Các thông số cáp cho trong bảng sau: Các thông số Đơn vị Trị số Đường kính 1 tao Mm 15.2 Diện tích 1 tao mm2 140 Cường độ chảy Mpa 1670 Cường độ kéo đứt Mpa 1860 Mô đun đàn hồi Mpa 197000 Bó cáp dự ứng lực dọc sử dụng loại 12T15. Bó cáp dự ứng lực ngang sử dụng loại 3T15. PHẦN II:  THIẾT KẾ CẦU DẦM BẢN CONGCƠ SỞ LÝ THUYẾT CẤU TẠO KẾT CẤU 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 I.1. H×nh I.1: CÊu t¹o kÕt cÊu dÇm 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 >= hoặc 1,5 lần đường kính cốt thép, hoặc 1,5 đường kính lớn nhất của cốt liệu hoặc 38 mm (1,5 in) H×nh I.2: Mặt cắt bố trí cốt thép thường H×nh I.3: MÆt b»ng bè trÝ cèt thÐp th­êng 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 >= 6000 mm, tại đầu neo có thể nhỏ hơn nhưng R >= 3600 mm. Đối với ống bọc cáp bằng nhựa thì R >= 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 I.4, I.5 thể hiện bố trí cáp CĐC trong dầm bản. R8000 R8000 R8000 R8000 L1 L3 L2 H×nh I.4: S¬ ®å ®­êng tim c¸p H×nh I.5: Bè trÝ cèt thÐp C§C 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. 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 Microshop, Nova…. 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 TCN272-01 biên soạn dựa theo tiêu chuẩn thiết kế ASSHTO98. 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 I.6. Hình I.6: Mô hình tính toán theo thanh cong 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 Microfea, Shap, Stad ….cụ 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 I.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 I.7: Mô hình tính toán mạng dầm 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. Tải trọng tác dụng 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 : 2250 kg/m3 Kết cấu thép : 7850 kg/m3 Kết cấu hợp kim nhôm : 2800 kg/m3 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 lực hướng tâm như sau: H×nh I.8: S¬ ®å tÝnh lùc h­íng t©m 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. 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. NhiÖt ®é thÊp nhÊt NhiÖt ®é cao nhÊt NhiÖt ®é trung b×nh cao NhiÖt ®é chªnh ©m NhiÖt ®é chªnh d­¬ng NhiÖt ®é trung b×nh thÊp Nhiệt độ chênh âm: Là khoảng biến thiên nhiệt độ từ nhiệt độ thấp nhất đến trung bình nhiệt độ cao trong năm Nội lực do nhiệt độ thay đổi cục bộ trong mặt cắt kết cấu được xét hai trường hợp .Nhiệt độ chênh dương: Gradient dương: DTtop – DTbot Nhiệt độ thay đổi đều: DTbot=DTtop – DTbot Nhiệt độ chênh âm: Nhiệt độ thay đổi đều : DTbot = DTtop – Dbot Trong đó : DTtop : Chênh lệch nhiệt độ thớ trên DTbot : Chênh lệch nhiệt độ thớ dưới Ec : Môduyn đàn hồi của 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 : Mô men cục bộ M = S Ai . yi Yi = Tọa độ trọng tâm các thành phần a : Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu 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 bằng 25% theo phương ngang. Lực gío tác động vào hoạt tải tính theo phương ngang bằng 1.500 kN/m và lực gió tác động vào hoạt tải tính theo phương dọc bằng 0,75 kN/m 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. 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. Lực động đấ 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 4 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 Lực 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. 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. Co ngót, từ biến Trong các chương trình tính toán hiện đại chỉ cần khai báo quy trình sử dụng sẽ có kết quả tính tổ hợp với các nội lực khác. Tổng biến dạng của kết cấu nhịp dưới tác dụng của thường xuyên của các thành phần bê tông tính theo công thức sau: 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 ngót 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 ngót trong bê tông tính theo công thức: e cs(t,ts) = ecso . bs (t-ts) Trong đó: Fecso : Hệ số co ngót bc : Hệ số liên quan đến sự phát triển co ngót. kiÓm to¸n mÆt c¾t 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 (fc’)0.5 yc là 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 fps = 1860 Mpa, cường độ chảy fpy = 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) 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. Tính khả năng chịu lực cực hạn của kết cấu Khả năng chịu mô men Trong trường hợp không có các chương trình tính toán, có thể 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 cặt chữ nhật: Trong đó: 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 chịu nén f’y: Giơí hạn chảy của thép 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 kháng được lấy như sau: j = 0,9 Dùng cho bê tông cốt thép thường chịu kéo và chịu uốn j = 1,0 Dùng cho bê tông DƯL chịu kéo và uốn j = 0,9 Dùng cho bê tông chịu cắt và xoắt j = 0,75 Dùng cho bê tông chịu nén dọc trục. Sức kháng danh định Mn cho mặt cắt chữ T: Sức kháng danh định Mn cho mặt cắt chữ nhật: Khả năng chịu lực cắt Sức kháng cắt danh đinh phải lấy trị số nhỏ hơn của hai giá trị: Vn = Vc + Vs + Vp Vn = 0,25 f’c . bv . dv + Vp Vc = 0,083 β. Vs = bv : Bề rộng hữu hiệu của mặt cắt 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 cốt đai so với trục dọc Av : Diện tích cốt thép chịu cắt Ap: Thành phần DƯL theo chiều chịu cắt q,b được tra trong quy trình. Ứng suất cắt trong bê tông được xác định theo công thức: Biến dạng trong cốt thép: Khả năng chống xoắn và cắt kết hợp Sức kháng xoắn tính toán được 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 Vu = Ứng suất cắt bằng: v = Để đơn giản tính toán cũng như bảo đảm độ an toàn cho kết cấu, chọn sơ đồ tính toán các thông số chịu cắt và xoán như hình 1.9 Bao ngoµi mÆt c¾t tÝnh to¸n Bao ngoµi mÆt c¾t tÝnh to¸n Bao trong mÆt c¾t tÝnh to¸n Bao trong mÆt c¾t tÝnh to¸n §­êng t©m dßng c¾t H×nh I.9: Sơ đồ tính toán cắt xoắn 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 chùng 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 : Mô men nứt fr : Cường độ chịu kéo của bê tông = Yt : Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ chịu kéo ngoài cùng (mm) Ma: Mô men lớn nhất trong khi tính biến dạng (N.mm) TÍNH TOÁN NỘI LỰC GIỚI THIỆU CHUNG Cầu BTCTDƯL nằm trên đường cong tròn bán kính R = 45 m, gồm 4 nhịp liên tục, mỗi nhịp dài 30m. Khổ cầu: Làn xe cơ giới: 3.75 m Làn xe buýt: 3.75 m Lan can và giải an toàn 2.25 m Tổng bề rộng cầu: 9.75 m Chiều cao dầm H=1.45 m Dầm bản rỗng bên trong có các lỗ tròn đường kính 950 mm Cắt ngang cầu dốc ngang i= 6 %.Độ dốc dọc thiết kế i = 4.00% Tiêu chuẩn thiết kế: TCN272 – 05 của Bộ GTVT ban hành. Phương pháp thi công: Đúc tại chỗ từng nhịp một từ nhịp biên xuống. Phân đoạn đổ bê tông: Để đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu, tránh xuất hiện vết nứt tại vị trí danh giới giữa hai lần đúc, bố trí mối nối ở chỗ có mômen do tĩnh tải bằng 0. H×nh II.1: Mặt cắt ngang dầm Trình tự thi công kết cấu trụ T1, T2, T3, T4, M0 : Đổ bê tông trên đà giáo và căng kéo cốt thép đoạn dầm nhịp trên trụ T3, T4 Đổ bê tông trên đà giáo và căng kéo cốt thép đoạn dầm nhịp trên trụ T2, T3 Đổ bê tông trên đà giáo và căng kéo cốt thép đoạn dầm nhịp trên trụ T1, T2 Đổ bê tông trên đà giáo và căng kéo cốt thép đoạn dầm nhịp trên trụ M0, T1 Việc căng kéo cốt thép DƯL khi bê tông đủ cường độ 70%. H×nh II.2: Tổ chức thi công Các chỉ tiêu vật liệu: Các vật liệu chủ yếu được áp dụng vào kết cấu như sau: TT Vật liệu kết cấu Ký hiệu Cường độ 1 Bê tông dầm bản B 40 Mpa 2 Bê tông gờ chắn bánh, tương chắn B1 24 Mpa 3 Bê tông cột trụ C1 35 Mpa 4 Bê tông mố, bê cọc trụ C2 24 Mpa 5 Bê tông cọc khoan nhồi C3 24 Mpa 6 Bản dẫn C4 24 Mpa 7 Bê tông lot móng E 16 Mpa 8 Thép cường độ cao Grade270 Fps=1860 Mpa Fpy=1670 Mpa s« liÖu vµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n Vật liệu Bê tông Cường độ chịu nén lăng trụ: f’c= 45 Mpa Cường độ chịu nén ở thời điểm truyền lực: f’ci= 41 Mpa Mô đun đàn hồi: Ec=36057 Mpa yc- Trọng lượng của bê tông (kg/m3) yc= 2450 kg/m3 Hệ số giãn nở nhiệt α= 1.08E-05 /°C Thép Số liệu căng kéo: Dùng thiết bị và vật tư theo thiết kế của VSL hoặc loại tương đương. Cáp ƯST theo tiêu chuẩn ASTM A416 Grade 270, hoặc loại cáp 15.2mm Đường kính danh định d= 15.2 mm Diện tích As= 140 mm2 Trọng lượng W= 1.18 Kg/m Cường độ chảy fpy= 1670 Mpa Cường độ kéo đứt fpu= 1860 Mpa Lực kéo đứt Pn= 260.7 Kn Mô đun đàn hồi Ep=195000 Mpa Độ chùng 2.5% (Độ chùng thấp) Cốt thép thường: Loại SD 395 Cường độ chảy fy= 395 Mpa Mô đun đàn hồi Es= 200000 Mpa Kích thước dầm Dầm bản rỗng có chiều rộng 9.75 m, tạo lỗ rỗng bằng 3 lỗ có đường kính D= 950 mm. Chiều cao dầm không đổi H=1.45 m Tải trọng Tĩnh tải phần 1 Chương trình tính toán sẽ tự động tính DC theo số liệu đầu vào với trọng lượng riêng 24.5 Kn/m3 Tĩnh tải sẽ được tính toán theo trình tự hình thành kết cấu theo từng giai đoạn thi công. Tĩnh tải giai đoạn 2 Lớp phủ mặt xe chạy: Gồm lớp phòng nước và bê tông nhựa 23.00 KN/m3 è DW = 14.8925 KN/m Gờ chắn lan can: 10.25 KN/m Căng kéo cáp DƯL Cường độ kéo đứt một tao Pu=260.7 KN Lực căng lớn nhất khi kích Pj =208.6KN (80% GUST) Lực căng tại thời điểm t=0 Pa=202.3KN (80%*208.6 KN) Lực căng với độ chùng trung bình 198.3 KN(98*202 KN) Mất mát ứng suất do tụt neo: 6 mm cho mỗi đầu neo. Hoạt tải Tải trọng xe thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05 là HL-93. Đặt trên ba làn xe Hệ số xung kích IM= 25% Hệ số triết giảm làn xe: Một làn p=1.2 Hai làn p=1 Ba làn p=0.85 Bốn làn p=0.65 Lưc hãm Lực hãm được lấy bằng 25% của trọng lượng các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải theo điều 3.6.1.1và coi như đi cùng một chiều. Các lực này được coi là tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên mặt đường 1.8m theo cả hai chiều dọc để gây ra ứng lực lớn nhất. Tải trọng nhiệt Theo số liệu giả định sau: TH I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tmax 33.1 35.1 36.8 38.5 42.8 40.4 40 39 37.1 35.7 34.5 31.9 Tmax 2.7 5 8.5 9.8 15.4 20 21 20.9 16.1 12.4 6.8 5.1 Tmax 17.9 20.05 22.65 24.15 29.1 30.2 30.5 29.95 26.6 24.05 20.65 18.5 Nhiệt độ thay đổi đều: Nhiệt độ thay đổi đều trong phạm vi 17.9 ˚C-30.5˚C được xét đến trong quá trình xây dựng: Kiểm tra độ giãn dài lớn nhất: DT max= 42.8 - 17.9 = 24.9 ˚C Kiểm tra độ co ngắn lớn nhất: DT min= 2.7- 30.5 = -27.8˚C Sự phân bố nhiệt độ âm dương (Gradient nhiệt) trên mặt cắt ngang được tính theo qui trình 22 TCN272-05 và được chương trình Midas tự tính. Lực do gối lún trên trụ Giả thiết độ lún chênh giữa các trụ là 20 mm. Tổ hợp bất lợi nhất gây ra do độ chênh giữa các trụ sẽ được dùng để kiểm tra. Co ngót từ biến Co ngót từ biến tính theo qui trình CEB-FIB chương trình sẽ tự tính toán. Kết quả tính toán Kết quả tính toán nội lực được xuất ra từ chương trình tính toán Midas/Civil. Biểu đồ nội lực do một số tải trọng cơ bản gây ra a) Tĩnh tải: Biểu đồ mô men uốn do tĩnh tải bản thân dầm Biểu đồ lực cắt do tĩnh tải bản thân dầm Biểu đồ mô men xoắn do tĩnh tải bản thân dầm Biểu đồ lực dọc trục do tĩnh tải bản thân dầm b) Lớp phủ: Biểu đồ mô men uốn do lớp phủ Biểu đồ lực cắt do lớp phủ Biểu đồ mô men xoắn do lớp phủ Biểu đồ lực dọc trục do lớp phủ c) Hoạt tải: Biểu đồ mô men uốn do hoạt tải Biểu đồ lực cắt do hoạt tải Biểu đồ mô men xoắn do hoạt tải Biểu đồ lực dọc trục do hoạt tải d) Gối lún: Biểu đồ mô men uốn do gôí lún Biểu đồ lực cắt do gối lún Biểu đồ mo men xoắn do gối lún Biểu đồ lực dọc trục do gối lún  e) Co ngót, từ biến (CR, SH) Biểu đồ mô men uốn do co ngót, từ biến Biểu đồ lực cắt do co ngót, từ biến Biểu đồ mô men xoắn do co ngót từ biến Biểu đồ lực dọc trục do, co ngót, từ biến g) Dự ứng lực: Biểu đồ mô men uốn do DƯL Biểu đồ lực cắt do DƯL Biểu đồ mô men xoắn do DƯL Biểu đồ lực dọc trục do DƯL Kết quả tính toán nội lực tại một số mặt cắt đặc trưng a) Nhịp biên Mặt cắt Gối Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 5.66 0 140.41 0 -42.16 0 Dự ứng lực -27670 0 3153.27 0.21 -5129.31 1.84 TT lớp phủ 0.39 0 9.65 0 -2.9 0 TT lan can 0.25 0 6.15 0 -1.85 0 Chênh t˚ đều + 0 0 0 0 0 0 Chênh t˚ đều - 0 0 0 0 0 0 Gradien nhiệt + 0 0 0 0 0 0 Gradien nhiệt - 0 0 0 0 0 0 Hoạt tải lên + 14.89 0 366.78 440.49 0 0.25 DC xếp lên + 5.15 0 127.8 0 0 0 DW xếp lên + 0.39 0 9.6 0 0 0 Hoạt tải lên - 0 0 0 -412.96 -216.87 -0.27 DC xếp lên - 0 0 0 0 -38.37 0 DW xếp lên - 0 0 0 0 -2.88 0 Gối lún (max) 0 0 0 0 0 0 Gối lún(min) 0 0 0 0 0 0 TU+, CR, SH 0 0 0.04 0 -0.08 0 TU-, CR, SH 0 0 0.04 0 -0.08 0 Mặt cắt L/8 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân -43.71 -279.17 -1545.56 -2296.73 5912.56 -2990.57 Dự ứng lực -3.79 -23.25 -132.4 -193.41 502.8 -248.96 TT lớp phủ -3.79 -23.25 -132.4 -193.41 502.8 -248.96 TT lan can -2.42 -14.81 -84.38 -123.25 320.42 -158.66 Chênh t˚ đều + -106.68 1539.8 -8.65 -13.55 89.33 17007.36 Chênh t˚ đều - 106.68 -1539.8 8.65 13.55 -89.33 -17007.36 Gradien nhiệt+ 4.5 -50.87 24.25 77.64 -83.3 -567 Gradien nhiệt - 4.5 -50.87 24.25 77.64 -83.3 -567 Hoạt tải lên + -6.07 158.46 119.5 386.35 -394.36 1724.64 DC xếp lên + -28917.75 -1386 1485.19 -1183.64 -15063.4 -15213.08 DW xếp lên + 4.13 57.29 87.28 568.41 2395.63 617.03 Hoạt tải lên - 3.05 195.75 284.27 775.16 7483.15 2108.94 DC xếp lên - 0.23 14.7 21.35 58.23 562.11 158.42 DW xếp lên - -23.29 -142.13 -724.92 -1493.15 -250.37 -1525.63 Gối lún (max) -14.27 -257.68 -163.64 -607.9 -480.85 -2827.22 Gối lún(min) 14.27 257.68 163.64 607.9 480.85 2827.22 TU+, CR, SH 27.69 -403.66 -4.38 -13.2 -1.55 -4483.8 TU-, CR, SH 241.06 -3483.26 12.92 13.9 -180.22 -38498.52 Mặt cắt 2L/8 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 9.12 -277.27 -717.73 -1757.8 11136.82 -1762.47 Dự ứng lực -30589.44 -1376.55 -359.92 -1059.68 -16693.28 -9007.46 TT lớp phủ 0.75 -23.09 -60.1 -147.52 947.02 -146.74 TT lan can 0.48 -14.71 -38.3 -94.01 603.52 -93.52 Chênh t˚ đều + -208.93 1529.3 -4.64 -16.18 156.78 10105.44 Chênh t˚ đều - 208.93 -1529.3 4.64 16.18 -156.78 -10105.44 Gradien nhiệt + 7.86 -50.53 24.12 69.85 -198.34 -338.59 Gradien nhiệt - -32.49 424.51 300.48 660.5 -2342 2818.1 Hoạt tải lên + 17.09 56.9 217.03 402.02 4690.91 361.35 DC xếp lên + 34.1 194.42 512.15 694.39 14481.3 1235.29 DW xếp lên + 2.56 14.6 38.47 52.16 1087.8 92.79 Hoạt tải lên - -8.48 -141.16 -526.05 -1265.45 -568.44 -895.91 DC xếp lên - -24.33 -499.73 -1309.2 -2651.27 -1930.73 -3175.45 DW xếp lên - -1.83 -37.54 -98.34 -199.16 -145.03 -238.53 Gối lún (max) 31.45 255.93 164.1 627.44 1189.45 1794.21 Gối lún(min) -31.45 -255.93 -164.1 -627.44 -1189.45 -1794.21 TU+, CR, SH 54.5 -400.91 -5.48 -10.31 11.64 -2674.54 TU-, CR, SH 54.5 -400.91 -5.48 -10.31 11.64 -2674.54 Mặt cắt 3L/8 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 67.02 -270.74 -94.29 -343.09 12590.53 -908.69 Dự ứng lực -30641.33 -1344.18 -366.39 -664.88 -15562.92 -4502.76 TT lớp phủ 5.63 -22.55 -6.74 -27.31 1068.37 -75.74 TT lan can 3.58 -14.37 -4.29 -17.4 680.85 -48.27 Chênh t˚ đều + -390.37 1493.33 2.62 5.29 197.2 5083.11 Chênh t˚ đều - 390.37 -1493.33 -2.62 -5.29 -197.2 -5083.11 Gradiennhiệt + -35.36 153.67 120.66 211.95 -1384.8 504.89 Gradiennhiệt- 13.86 -49.34 23.88 41.91 -286.26 -171.56 Hoạt tải lên + 39.64 55.56 330.48 601.09 5356.18 177.73 DC xếp lên + 114.47 189.85 767.48 435.22 16910.68 607.79 DW xếp lên + 8.6 14.26 57.65 32.69 1270.29 45.66 Hoạt tải lên - -11.7 -137.84 -378.57 -837.27 -822.97 -453.18 DC xếp lên - -40.13 -487.98 -857.84 -798.85 -2784.24 -1609.23 DW xếp lên - -3.01 -36.66 -64.44 -60.01 -209.15 -120.88 Gối lún (max) 61.81 249.91 164.91 695.18 1675.38 1237.87 Gối lún(min) -61.81 -249.91 -164.91 -695.18 -1675.38 -1237.87 TU+, CR, SH 102.07 -391.48 -7.39 -8.46 24.52 -1358.2 TU-, CR, SH 882.8 -3378.15 -12.62 -19.04 -369.87 -11524.4 Mặt cắt L/2 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 107.86 -266.59 568.07 322.36 11736.76 32.14 Dự ứng lực 9.13 -22.2 51.11 29.01 988.32 2.56 TT lớp phủ 9.13 -22.2 51.11 29.01 988.32 2.56 TT lan can 5.82 -14.15 32.57 18.49 629.84 1.63 Chênh t˚ đều + -469.35 1470.41 5.78 15.69 186.62 -253.41 Chênh t˚ đều - 469.35 -1470.41 -5.78 -15.69 -186.62 253.41 Gradiennhiệt+ -43.48 151.32 120.99 126.96 -1828.61 -40.83 Gradien nhiệt - 16.47 -48.58 23.78 24.43 -374.05 5.44 Hoạt tải lên + 58.66 54.71 481.79 749.34 5210.73 29.54 DC xếp lên + 170.95 186.93 1180.65 601.02 16723.22 97.76 DW xếp lên + 12.84 14.04 88.69 45.15 1256.2 7.34 Hoạt tải lên - -14.64 -135.72 -256.83 -673.93 -1083.92 -18.79 DC xếp lên - -50.17 -480.49 -504.93 -218.06 -3659.09 -63.76 DW xếp lên - -3.77 -36.09 -37.93 -16.38 -274.86 -4.79 Gối lún (max) 75.03 246.07 165.26 737.46 2236.57 697.33 Gối lún(min) -75.03 -246.07 -165.26 -737.46 -2236.57 -697.33 TU+, CR, SH 122.77 -385.47 -8.22 -6.48 51.63 40.59 TU-, CR, SH 1061.48 -3326.29 -19.77 -37.87 -321.61 547.41 Mặt cắt Trụ T1 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 304.13 -225.01 3591.11 838.48 -18934.27 3675.76 Dự ứng lực 24.98 -18.74 290.1 66.58 -1586.34 306.18 TT lớp phủ 24.98 -18.74 290.1 66.58 -1586.34 306.18 TT lan can 15.92 -11.94 184.87 42.43 -1010.94 195.12 Chênht˚đều + -917.44 1241.07 22.15 4.64 -140.37 -20455.97 Chênh t˚đều - 917.44 -1241.07 -22.15 -4.64 140.37 20455.97 Gradiennhiệ+ -89.8 127.72 122.68 -739.84 -3568.63 -2086.45 Gradiennhiệt- 31.23 -41 23.24 -147.54 -702.96 679.57 Hoạt tải lên + 115.42 46.17 1092.91 1439.96 64.28 1869.98 DC xếp lên + 438.06 157.78 3842.38 2357.68 15.89 6614.39 DW xếp lên + 32.91 11.85 288.63 177.1 1.19 496.86 Hoạt tải lên - -31.43 -114.55 -9.2 -1046.24 -4478.68 -750.77 DC xếp lên - -107.53 -405.54 -1.74 -1468.95 -20990.29 -2565.77 DW xếp lên - -8.08 -30.46 -0.13 -110.34 -1576.74 -192.73 Gối lún (max) 150.16 207.69 167.11 1697.64 4349.26 3409.95 Gối lún(min) -150.16 -207.69 -167.11 -1697.64 -4349.26 -3409.95 TU+, CR, SH 240.25 -325.35 -12.53 43.75 231.34 5334.98 TU-, CR, SH 2075.13 -2807.49 -56.84 34.47 512.07 46246.92 b) Nhịp trong: Mặt cắt L/8 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 88.48 -90.18 -2274.5 -101.88 -8167.79 -482.15 Dự ứng lực -29063.4 -684.61 3622.71 -2320.66 11192.95 -4886.95 TT lớp phủ 7.21 -7.75 -193.79 -11.63 -670.92 -42.38 TT lan can 4.6 -4.94 -123.5 -7.41 -427.57 -27.01 Chênh t˚ đều + -987.78 765.2 -8.15 29.08 -136.73 5675.38 Chênh t˚ đều - 987.78 -765.2 8.15 -29.08 136.73 -5675.38 Gradien nhiệt + -104.6 99.6 -44.39 849.44 -3434.9 727.39 Gradien nhiệt - 32.03 -20.61 -8.16 168.41 -677.53 -153.65 Hoạt tải lên + 78.88 11.06 69.16 802.18 1324.64 284.18 DC xếp lên + 278.08 35.48 58.06 1483.68 2665.13 1025.56 DW xếp lên + 20.89 2.66 4.36 111.45 200.2 77.04 Hoạt tải lên - -57.45 -40.54 -780.34 -1179.43 -3118.3 -463.39 DC xếp lên - -182.82 -138.03 -2623.86 -1645.26 -11518.47 -1586.46 DW xếp lên - -13.73 -10.37 -197.1 -123.59 -865.24 -119.17 Gối lún (max) 173.25 104.46 334.66 918.9 3035.98 265.61 Gối lún(min) -173.25 -104.46 -334.66 -918.9 -3035.98 -265.61 TU+, CR, SH 259.15 -200.1 8.08 -42.65 207.92 -1524.49 TU-, CR, SH 2234.71 -1730.5 24.38 -100.81 481.39 -12875.24 Mặt cắt 2L/8 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 121.99 -72.17 -1676.29 -711.52 -1701.27 -207.21 Dự ứng lực -28332.84 -592.54 3553.96 -1308.71 -305.3 -2907.45 TT lớp phủ 10.12 -6.24 -141.54 -61.1 -121.9 -18.77 TT lan can 6.45 -3.98 -90.2 -38.94 -77.69 -11.96 Chênh t˚ đều + -1059.19 662.87 -6.79 10.69 -96.83 3419.01 Chênh t˚ đều - 1059.19 -662.87 6.79 -10.69 96.83 -3419.01 Gradien nhiệt + -113.97 88.84 -44.17 506.17 -3356.37 441.62 Gradien nhiệt - 33.93 -17.28 -8.19 100.92 -664.88 -91.45 Hoạt tải lên + 77.88 18.53 154.28 556.75 2735.49 244.29 DC xếp lên + 274.19 65.67 199.07 437.45 7297.65 882.18 DW xếp lên + 20.6 4.93 14.95 32.86 548.18 66.27 Hoạt tải lên - -47.7 -43.54 -632.25 -994 -2464.44 -328.74 DC xếp lên - -140.38 -148.35 -2072.93 -1251.06 -8881.43 -1130.63 DW xếp lên - -10.54 -11.14 -155.71 -93.98 -667.15 -84.93 Gối lún (max) 182.46 92.78 334.46 644 2025.39 151.52 Gối lún(min) -182.46 -92.78 -334.46 -644 -2025.39 -151.52 TU+, CR, SH 277.81 -173.27 7.73 -21.01 180.75 -935.28 TU-, CR, SH 2396.18 -1499.01 21.31 -42.4 374.41 -7773.31 Mặt cắt L/2 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 185.62 -37.4 -259.51 -127.74 5778.45 199.78 Dự ứng lực -25934.68 -409.08 210.01 318.28 -8962.48 916.81 TT lớp phủ 15.63 -3.34 -18.9 -8.71 497.96 16.74 TT lan can 9.96 -2.13 -12.04 -5.55 317.34 10.67 Chênh t˚ đều + -1162.21 458.84 -7.52 -5.46 -35.53 -929.66 Chênh t˚ đều - 1162.21 -458.84 7.52 5.46 35.53 929.66 Gradien nhiệt + -128.1 66.89 -44.15 -81.14 -3056.81 -138.87 Gradien nhiệt - 36.54 -10.75 -8.14 -15.68 -610.45 21.9 Hoạt tải lên + 74.21 32.92 443.66 834.94 3375.18 77.17 DC xếp lên + 260.84 119.11 882.89 574.85 10018.85 244.04 DW xếp lên + 19.59 8.95 66.32 43.18 752.59 18.33 Hoạt tải lên - -20.43 -47.91 -299.01 -635.99 -953.02 -41.77 DC xếp lên - -54.15 -163.36 -1132.6 -689.31 -3439.15 -22.26 DW xếp lên - -4.07 -12.27 -85.08 -51.78 -258.34 -1.67 Gối lún (max) 194.43 69.05 334.49 597.32 846.71 695.91 Gối lún(min) -194.43 -69.05 -334.49 -597.32 -846.71 -695.91 TU+, CR, SH 304.7 -119.81 7.86 7.58 120.34 200.12 TU-, CR, SH 2629.12 -1037.49 22.91 18.5 191.4 2059.44 Mặt cắt 3L/8 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 157.54 -56.07 -927.11 -594.46 3583.26 45.64 Dự ứng lực -26671.8 -508.48 261.29 -488.84 -7595.26 -725.04 TT lớp phủ 13.18 -4.9 -77.2 -49.47 320.18 3.15 TT lan can 8.4 -3.12 -49.2 -31.53 204.04 2 Chênh t˚ đều + -1112.22 569.4 -7.51 -23.29 -18.99 941.79 Chênh t˚ đều - 1112.22 -569.4 7.51 23.29 18.99 -941.79 Gradien nhiệt + -121.08 78.86 -44.2 220.19 -3205.35 115.78 Gradien nhiệt - 35.31 -14.27 -8.15 45.57 -639.99 -25.77 Hoạt tải lên + 76.6 25.29 304.88 645.57 3581.9 165.53 DC xếp lên + 269.35 91.16 505.59 31.61 10330.98 595.67 DW xếp lên + 20.23 6.85 37.98 2.37 776.04 44.75 Hoạt tải lên - -35.6 -45.78 -458.73 -848.44 -1681.36 -160.42 DC xếp lên - -95.11 -156.05 -1527.43 -688.66 -6062.17 -553.95 DW xếp lên - -7.14 -11.72 -114.74 -51.73 -455.37 -41.61 Gối lún (max) 188.7 81.97 334.52 550.94 747.97 466.49 Gối lún(min) -188.7 -81.97 -334.52 -550.94 -747.97 -466.49 TU+, CR, SH 291.65 -148.78 7.86 0.33 137.53 -288.32 TU-, CR, SH 2516.1 -1287.59 22.88 46.92 175.5 -2171.9 Mặt cắt tại trụ T2 Tải trọng Fx(KN) Fy(KN) Fz(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Mz(KN.m) Tt bản thân 275.74 26 2813.42 -46.47 -12918.16 300.92 Dự ứng lực -29023.2 -57.45 214.65 2341.88 15411.62 4507.06 TT lớp phủ 22.83 1.98 224.43 -4.35 -1067.98 28.37 TT lan can 14.55 1.26 143.03 -2.78 -680.6 18.08 Chênh t˚ đều + -1247.66 67.47 -10.75 13.36 118.37 -5048.79 Chênh t˚ đều - 1247.66 -67.47 10.75 -13.36 -118.37 5048.79 Gradien nhiệt + -142.55 23.37 -44.35 -933.32 -2216.86 -815.07 Gradien nhiệt - 38.09 1.45 -8.01 -188.17 -455 100.9 Hoạt tải lên + 69.18 56.27 1096.41 1194.73 2062.19 764.11 DC xếp lên + 305.75 202.34 3678.58 71.19 7435.77 2599.7 DW xếp lên + 22.97 15.2 276.33 5.35 558.56 195.28 Hoạt tải lên - -2.05 -51.63 -195.84 -1120.52 -6033.59 -615.46 DC xếp lên - -3.66 -176.27 -705.91 -120.86 -21561.56 -2222.71 DW xếp lên - -0.27 -13.24 -53.03 -9.08 -1619.65 -166.96 Gối lún (max) 200.71 30.14 334.78 1462.35 5201.36 1388.36 Gối lún(min) -200.71 -30.14 -334.78 -1462.35 -5201.36 -1388.36 TU+, CR, SH 326.93 -17.29 8.7 22.98 -15.17 1272.74 TU-, CR, SH 2822.25 -152.22 30.21 -3.74 -251.91 11370.33 KIỂM TOÁN DẦM NhỊp biên Số liệu Bê tông Cường độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi f’c= 40000 KN/m2 Tỷ trọng của bê tông = 2450 KN/m2 Mô đul đàn hồi của bê tông Ec=34980325 KN/m2 (Điều 5.4.2.4-22TCN272-05) Hệ số giãn nở nhiệt = 0.0000108 (Điều 5.4.2.4-22TCN272-05) Hệ số Poisson = 0.2 (Điều 5.4.2.5-22TCN272-05) Ứng suất nén lớn nhất trong giai đoạn khai thác ftcmax= 0.45*fc’ (Điều 5.9.4.2.1-22TCN-05) = 27000 KN/m2 Ứng suất chịu kéo trong giai đoạn khai thác ftcmax= 0.5*(fc’)0.5 (Điều 5.9.4.2.2-22TCN272-05) = 3435 KN/m2 Cáp dự ứng lực Cáp dự ứng lực theo tiêu chuẩn ASTM A416 Loại tao cáp DƯL T15 Đường kính danh định một tao 0.015 m Diện tích danh định một tao 1400.E-7 m2 Trọng lượng danh định một tao 1.18 Kg/m Giới hạn chảy Fpy=1670000 KN/m2 Giới hạn bền Fpu=1860000 KN/m2 Lực kéo đứt nhỏ nhất một tao cáp T= 260.7 KN Mô đun đàn hồi Ec=1.965E+08 KN/m2 Độ chùng ở 70% UTS 2.5% Cáp DƯL loại 12T15 Số lượng tao cáp trong một bó 12 tao Diện tích một bó cáp 0.00168 m2 Loại ống gel Đường kính trong 0.08 m Đường kính ngoài 0.087 m Diện tích ống gel 0.005944679 m2 Hệ số ma sát giữa cáp và ống =0.25 Hệ số ma sát cong K=0.00066 1/m Tụt neo lớn nhất 0.006 m Ứng suất kéo kích cho một bó cáp 1302000 KN/m2 Cốt thép thường Theo tiêu chuẩn ASTM A615 Loại cốt thép Cấp 60 Cường độ giới hạn chảy Fy=4200000 KN/m2 Mô đun đàn hồi Ec= 2E+0.5 KN/m2 Nội lực kiểm tra Nội lực kiểm tra được lấy từ kết quả của chương trình Midas 7.0.1 Trạng thái giới hạn cường độ I Mu=η{[1.25DC(max) + 0.9DC(min)] + [1.5DW(max)+0.65DW(min)] + 1.75( LL + IM) +0.5(TU + CR + SH)+1.0 SE} Qu=η{[1.25DC(max) + 0.9DC(min)] + [1.5DW(max)+0.65DW(min)] + 1.75( LL + IM) +0.5(TU + CR + SH)+1.0 SE} h=0,95 TTGH Tải Trọng Nội lực Mc(gối) Mc(L/4) Mc(L/2) Mc trụ Đơn vị Cường độ I DC(max) Mx 0 694.39 601.02 2357.68 KN.m My 0 14481.3 16723.22 15.89 KN.m Nx 5.15 34.1 170.95 438.06 KN Q 127.8 512.15 1180.65 3842.38 KN DC(min) Mx 0 -2651.27 -218.06 -1468.95 KN.m My -38.37 -1930.73 -3659.09 -20990.29 KN.m Nx 0 -24.33 -14.64 -107.53 KN Q 0 -1309.2 -504.93 -1.74 KN DW(max) Mx 0 52.16 45.15 177.1 KN.m My 0 1087.8 1256.2 1.19 KN.m Nx 0.39 2.56 12.84 32.91 KN Q 9.6 38.47 88.69 288.63 KN DW(min) Mx 0 -199.16 -16.38 -110.34 KN.m My -2.88 -145.03 -274.86 -1576.74 KN.m Nx 0 -1.83 -3.77 -8.08 KN Q 0 - 98.34 -37.93 -0.13 KN LL, IM Mx 440.49 -1265.45 749.34 1439.96 KN.m My -216.87 4690.91 5210.73 -4478.68 KN.m Nx 14.89 17.09 58.66 115.42 KN Q 366.78 -526.05 481.79 1092.91 KN TU, CR, SH Mx 0 -10.31 -6.48 43.75 KN.m My -0.08 11.64 51.63 231.34 KN.m Nx 0 472.37 1061.48 2075.13 KN Q 0.04 -5.48 -8.22 -12.53 KN SE Mx 0 -627.44 737.46 1697.64 KN.m My 0 1189.45 2236.57 -4349.26 KN.m Nx 0 31.45 75.03 150.16 KN Q 0 -164.1 165.26 167.11 KN Tổng Mx 732.314 4195.677 2521.78 5755.498 KN.m My 410.252 25940.47 29162.76 38626.22 KN.m Nx 31.426 304.875 879.459 1790.39 KN Q 775.233 1550.149 2027.337 6942.32 KN Trạng thái giới hạn sử dụng h=1 TTGH Tải Trọng Nội lực Mc(gối) Mc(L/4) Mc(L/2) Mc trụ Đơn vị TTSD DC Mx 0 -1851.81 340.85 880.91 KN.m My -44.01 11740.34 12366.6 -19945.21 KN.m Q 146.56 -756.03 600.64 3775.98 KN DW Mx 0 -147.52 29.01 66.58 KN.m My -2.9 947.02 988.32 -1586.34 KN.m Q 9.56 -60.1 51.11 290.1 KN LL, IM Mx 440.49 -1265.45 749.34 1439.96 KN.m My -216.87 4690.91 5210.73 -4478.68 KN.m Q 366.78 -526.05 481.79 1092.91 KN TU, CR, SH Mx 0 -10.31 -6.48 43.75 KN.m My -0.08 11.64 51.63 231.34 KN.m Q 0.04 -5.48 -8.22 -12.53 KN SE Mx 0 -627.44 -737.46 1697.64 KN.m My 0 1189.45 2236.57 -4349.26 KN.m Q 0 -164.1 165.26 167.11 KN Tổng Mx 440.49 3902.53 375.26 4128.84 KN.m My 263.86 18579.36 20853.85 30128.15 KN.m Q 523.03 1511.76 1290.58 5313.57 KN Tính toán quy đổi mặt cắt Các kích thước mặt cắt chưa quy đổi Tham số Kí hiệu Gối L/4 L/2 Trụ Chiều cao dầm H(m) 1.45 1.45 1.45 1.45 Chiều cao sườn h2(m) 1.2 1.2 1.2 1.2 Chiều cao cánh h1(m) 0.25 0.25 0.25 0.25 Bề rộng sườn b2(m) 4.8 4.8 4.8 4.8 Bề rộng bản mặt cầu b1(m) 9.45 9.45 9.45 9.45 Các kích thước và đặc trưng của mặt cắt quy đổi Tham số Kí hiệu Gối L/4 L/2 Trụ Chiều cao dầm H(m) 1.45 1.45 1.45 1.45 Chiều cao sườn h2(m) 0.803 0.803 0.803 0.803 Chiều cao cánh h1(m) 0.647 0.647 0.647 0.647 Bề rộng sườn b2(m) 4.8 2.15 2.15 4.8 Bề rộng bản mặt cầu b1(m) 9.45 9.45 9.45 9.45 Lựa chọn sơ bộ cáp dự ứng lực Diện tích cốt thép dự ứng lực cho mômen âm: A’ps = 0,01872 m2 Chọn A’ps = 0,0266 m2 Chọn loại bó 12T15'2 suy ra được số bó N=16 Lưu ý: Hàng 1: 8 bó, hàng 2: 8 bó. Bảng toạ độ cáp DƯL Mặt cắt Gối L/4 L/2 Trụ Hàng 1 0.646 1.15 1.15 0.2 Hàng 2 0.996 1.3 1.3 0.35 dp 0.821 1.225 0.275 Kiểm toán Đặc trưng hình học mặt mặt cắt: ( Hai giai đoạn ) Giai đoạn 1: (Mặt cắt bị giảm yếu bởi các ống đặt DƯL) Diện tích tiết diện Mặt cắt Mô tả Kích thước Gối L/4 L/2 Trụ Khối K1 Cánh dầm b 9.45 9.45 9.45 9.45 h 0.647 0.647 0.647 0.647 f1 6.11415 6.11415 6.11415 6.11415 Khối K2 Sườn dầm b 4.8 2.15 2.15 4.8 h 0.803 0.803 0.803 0.803 f2 3.8544 1.72645 1.72645 3.8544 Khối K3 0 gel f3 0.09507 0.08038 0.08038 0.08038 Tổng diện tích f1+f2-f3 9.87348 7.76022 7.76022 9.88817 F1+f2 9.96855 7.8406 7.8406 9.96855 Mô men tĩnh đối với đáy dầm: Mặt cắt Gối L/4 L/2 Trụ Đơn vị a1 1.1265 1.1265 1.1265 1.1265 m a2 0.4015 0.4015 0.4015 0.4015 m a3 0.629 0.225 0.225 1.175 m s1 6.88759 6.88759 6.88759 6.88759 m s2 1.54754 0.69317 0.69317 1.54754 m s3 0.0598 0.01809 0.01809 0.09445 m S 8.49493 7.59885 7.59885 8.52958 m Trong đó a1,a2,a3: Khoảng cách trọng tâm của từng khối đến đáy dầm. S1,S2,S3 : Là mô men tĩnh của từng khối với đáy dầm S: Là mô men tĩnh của mặt cắt với đáy dầm Trọng tâm : Trọng tâm Mặt cắt Gối L/4 L/2 Trụ Đơn vị Vớithớ dưới Yd1 0.86039 0.97921 0.97921 0.86261 m Với thớ trên Yd2 0.58962 0.47079 0.47079 0.58739 m e1 0.23138 0.75421 0.75421 0.31239 m e1 : là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới trục mặt cắt Mô men quán tính: Mặt cắt Gối L/4 L/2 Trụ Đơn vị 0.21329 0.21329 0.21329 0.21329 m 0.20711 0.09277 0.09277 0.20711 m -0.00072 -0.00072 -0.00072 -0.00072 m f1* 0.43301 0.13265 0.13265 0.42579 m f2* 0.81162 0.57619 0.57619 0.81951 m f3* -0.00509 -0.04572 -0.04572 -0.00784 m 1.65922 0.96845 0.96845 1.65714 m Trong đó : I01,I02,I03 : Là mô men quán tính chính của từng khối với trục trung hòa của nó. I1: Là mô men quán tính của cả khối có giảm yếu với trục trung tâm của mặt cắt Giai đoạn 2: Mặt cắt nguyên có kể cả cốt thép Mặt cắt Gối L/4 L/2 Trụ Đơn vị F1 9.87348 7.76022 7.76022 9.87348 Nd*Fd 0.15825 0.15825 0.15825 0.15825 F2 10.03173 7.91847 7.91847 10.04642 0.03662 0.11935 0.11935 0.04944 m d 0.00364 0.01507 0.01507 0.00492 m Yd2 0.86403 0.96413 0.96413 0.86753 m Yt2 0.58597 0.48587 0.48587 0.58247 m 0.23502 0.73913 0.73913 0.30747 m 1.65922 0.96845 0.96845 1.65714 m 0.00013 0.00176 0.00176 0.00024 m Nd*Fd* 0.00874 0.08645 0.08645 0.01496 m 1.66809 1.05667 1.05667 1.67234 m Trong đó: d: Khoảng cách giữa hai trục trung hòa của hai giai đoạn tính eII : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới trục trung hòa mới. Tính toán mất mát ứng suất Tổng mất mát ứng suất trước trong các cấu kiện kéo sau được xác định theo điều 5.9.5.1 ( TCN272-05) (5.9.5.1-2) Trong đó: Mất mát tức thời bao gồm: Mất mát do ma sát: Mất mát do thiết bị neo: Mất mát do co ngắn đàn hồi : Mất mát theo thời gian bao gồm: Mất mát do co ngót : Mất mát do từ biến : Mất mát do tự trùng thấp : Kết quả mất mát ứng suất được lấy từ trong mô hình kết cấu theo chương trình MidasCivil 7.0.1được tổng hợp trong bảng sau: Mặt cắt Gối L/4 L/2 Trụ Mất mát tức thời: ++ 59373.25679 62726.33643 61914.7669 62730.31591 Mất mát theo t :++ -5986.99947 -9472.48543 -8788.40416 -8031.46177 tổng mất mát : 53386.2573 53253.851 53126.36274 54698.85415 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cuờng độ a) Kiểm duyệt theo mô sức kháng uốn danh định Trạng thái giới hạn cuờng độ dùng để kiểm tra các mặt cắt theo cường độ và sự ổn định Sức kháng uốn danh định: Căn cứ vào điều 5.7.3.2, ta kiểm tra theo công thức: Trong đó : Φ =1 là hệ số sức kháng đối với cấu kiện chịu kéo khi uốn. Sức kháng uốn danh định của tiết diện chữ T: Trong đó : fps Là ứng suất trung bình trong thép ứng suất trước ở sức kháng danh định. Ta có theo điều 5.7.3.1.1 ( TCN 272-05): Với: Trong đó : c: Khoảng cách từ trục trung hòa đến mặt chịu nén dp: Là khoảng cách từ mép trên dầm đến trọng tâm bó thép d'p: Là khoảng cách từ mép dưới dầm đến trọng tâm bó thép b : Là chiều rộng cánh dầm bw: Là chiều rộng sườn dầm a : Chiều dày khối ứng suất quy đổi hiều rộng sườn dầm, a= c*β1 Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ fc’ KN/ 40000 40000 40000 40000 0.76429 0.76429 0.76429 0.76429 Aps 0.02656 0.02656 0.02656 0.02656 B m 9.45 9.45 9.45 9.45 Bw m 4.8 2.15 2.15 4.8 h1 m 0.647 0.647 0.647 0.647 h2 m 0.803 0.803 0.803 0.803 K 0.28430 0.2843 0.2843 0.2843 dp m 0.821 1.225 1.225 0.275 d'p m 0.629 0.225 0.225 1.175 C m 0.33593 -1.08906 -1.08906 0.36143 Tính lại c m 0.33593 0.1922 0.1922 0.36143 KN/ 1577586.11 1777031.71 1777031.71 1697342.108 A m 0.25674 0.1469 0.1469 0.27623 Vị trí trục trung Hoà Sườn Cánh Cánh Sườn Mn KN.m 20976.65 54350.887 54350.887 46744.141 Mu Kn.m 410.25275 25940.473 29162.765 38626.219 Kết luận Mn>Mu ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT b) Kiểm tra hàm lượng cốt thép Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa theo công thức de :là khoảng cách có hiệu tương ứng với từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép Lượng cốt thép tối thiểu phải thỏa mãn: Trong đó : Mcr: là mô men nứt Ig: mô men quán tính với trọng tâm không tính cốt thép Yt:khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến TTH fr: cường độ chịu kéo khi uốn Kết quả tính toán bảng sau: Tối đa Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ c M 0.33593 0.1922 0.1922 0.36143 de M 0.629 1.225 1.225 1.175 c/de 0.41907 0.1569 0.1569 0.3076 Kết luận ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT Tối thiểu fr KN/ 126 126 126 126 Ig M 1.65922 0.96845 0.96845 1.65714 Yt M 0.86038 0.9792 0.9792 0.86261 1.2Mcr KN.m 291.5853 149.53984 149.53984 290.46878 ФMn KN.m 20976.649 54350.887 54350.887 46744.1414 Kết luận ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng Các giới hạn ứng suất đối với bê tông: Trong đó: Fps1:Là tổng lực kéo trong các bó cáp ứng suất trước, đã trừ đi mất mát ứng suất tức thời (KN) Fps2:Là tổng lực kéo trong các bó cáp ứng suất trước, đã trừ đi tổng mất mát ứng suất KN) MA:Mô men do tải trọng thường xuyên và tải trọng nhất thời(KN.m) MTTBT :Mô men do tải trọng bản thân (KN.m). A :Diện tích mặt cắt theo giai đoạn 2 (m2) I :Mô men quán tính của tiết diện dầm giai đoạn 2 (m4) e: Độ lệch tâm của trọng tâm các bó thép ứng suất trước đến trục trung hòa của tiết diện (m) yt: Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ trên cùng của tiết diện yd:Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ dưới cùng của tiết diện Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ KN/ 1242627 1239274 1240085 1239270 KN/ 1248614 1248746 1248874 1247301 KN/ 40000 40000 40000 40000 KN/ 32000 32000 32000 32000 0.6 KN/ 24000 24000 24000 24000 KN/ -2828.42713 -2828.42713 -2828.42713 -2828.4271 KN 32915.1085 32915.1085 32936.6638 32915.0028 KN 33166.6977 33166.6977 33170.08381 33128.3184 A 7.91847 7.91847 7.91847 10.0464 I 1.05667 1.05667 1.05667 1.67234 KN.m 18579.36 18579.36 20853.85 30128.15 KN.m 11740.34 11740.34 12366.6 19945.21 e m 0.73913 0.73913 0.73913 0.30747 m 0.96413 0.96413 0.96413 0.86753 m 0.48587 0.48587 0.48587 0.58247 KN/ 1459.45141 1459.4514 2504.5595 8916.4927 Kết luận ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT KN/ 5999.38646 15642.61912 15088.4634 -145.63364 Kết luận ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT Kiểm toán sức kháng cắt cho tiết diện Kiểm toán theo công thức: Theo ( 5.8.2.1.2 -TCN272-05) Trong đó : φ: Hệ số sức kháng cắt. Theo quy định điều 5.5.3.3 ( TCN272-05) Vn:Sức kháng cắt danh định được xác định theo điều 5.8.3.3 (TCN272 -05) Lấy theo giá trị nhỏ hơn của : Vn= Vc +Vs + Vp Theo ( 5.8.3.3.1 -TCN272-05) Vn = 0.25f'c.bv.dv + Vp Theo ( 5.8.3.3.2 -TCN272-05) Trong đó: Vc Sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tông. Theo ( 5.8.3.3.3 -TCN272-05) Vs - Sức kháng cắt của cốt thép chịu cắt Theo ( 5.8.3.3.4 -TCN272-05) Trong đó : dv Chiều cao chịu cắt có hiệu được xác định trong điều 5.8.2.7 bv Bề rộng bụng có hiệu, lấy bằng bề rộng lớn nhất trong chiều cao dv s Cự ly cốt thép đai (m) q Hệ số chỉ khả năng bị nứt chéo truyền lực kéo ( Điêu 5.8.3.4 - TCN) a Góc nghiêng của cốt thép đai với trục dọc (đô). Trường hợp cốt thép đai thẳng đứng, a =0 Av Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s (mm) Vp Thành phần lực ứng suất trước trên hướng lực cắt tác dụng. Là dương nếu ngược chiều lực cắt (KN) a) Xác định Vp Công thức xác định : Trong đó : Astr:diện tích 1 bó cáp, m2 fp:ứng suất trong cáp sau mất mát , giá trị ứng với mỗi mặt cắt ai:Góc lệch của cáp i so với phương ngang Bảng góc i Mặt cắt M/c (Gối) M/c (L/4) M/c (L/2) M/c (Trụ) Hàng 1 6.5 0 0 0 Hàng 2 6.5 0 0 0 Bảng kết quả tính Vp Mặt cắt M/c (Gối) M/c (L/4) M/c (L/2) M/c (Trụ) A 0.00 0.00 0.00 0.00 f KN/ 1248614 1248746 1248874 1247301 Sin(αi) Hàng1 8 0.90563 0.00 0.00 0.00 Hàng2 8 0.90563 0.00 0.00 0.00 Tổng Sin() 1.81126 0.00 0.00 0.00 V KN 316.61748 0.00 0.00 0.00 b) Xác định dv và bv Chiều cao chịu cắt dv: Như đã tính ở phần tính chất vật liệu ta có: Mặt cắt M/c (Gối) M/c (L/4) M/c (L/2) M/c (Trụ) 0.9de 0.5661 1.1025 1.1025 1.0575 0.72h 1.044 1.044 1.044 1.044 chọn dv 1.044 1.1025 1.1025 1.0575 Bề rộng chịu cắt có hiệu của tiết diện bv: Bề rộng chịu cắt có hiệu ta sẽ lấy bằng chiều rộng của bản bụng: Mặt cắt M/c (Gối) M/c (L/4) M/c (L/2) M/c (Trụ) bv 4.8 2.15 2.15 4.8 c) Xác định và (TCN 5.8.3.4) Số liệu được tra từ bảng TCN 5.8.3.4.2.1 Để xác định được và phải thông qua các giá trị v/f'c và ex suy ra: Ứng biến trong cốt thép ở phía chịu kéo do uốn của cấu kiện phải xác định theo: Nếu giá trị εx tính từ phương trình TCN 5.8.3.4.2.1 là âm thì trị tuyệt đối của nó phải được giảm đi bằng cách nhân với hệ số Fc lấy theo: Trong đó: Ac: Diện tích bê tông ở phía chịu kéo uốn của cấu kiện, mm2 fpo: Ứng suất trong thép ứng suất trước khi ứng suất trong BT xung quanh nó bằng 0 fpe: ứng suất có hiệu trong thép ứng suất trước sau mất mát: fpe = 0.8*fpy fpc: Ứng suất nén tại trọng tâm tiết diện Kết quả tính V/f'c : Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ KN 775 1550 2027 6942 0.80 0.90 0.90 0.90 m 4.8 2.15 2.15 4.8 m 1.044 1.1025 1.1025 1.0575 KN/m 108.70706 726.63102 950.31216 1519.63962 0.00273 0.01816 0.02376 0.03799 Để xác định εx ta đi giả định εx = 25 cotg(εx) = 2.1445 fpe = 1.336E+06 KN/m2 Kết quả tính toán εx Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ KN 35484 35484 35484 35484 m 10.03 7.92 7.92 10.05 KN/m -3537.19139 -4481.191319 -4481.191319 -3532.021854 KN/m 1314924.711 1309300.172 1309300.172 1314955.512 KN.m 410.25275 25940.47295 29162.76513 38626.2191 m 1.044 1.1025 1.1025 1.0575 KN 775 1550 2027 6942 2.14 2.14 2.14 2.14 m 0.02656 0.02656 0.02656 0.02656 KN/m 1.965E+08 1.965E+08 1.965E+08 1.965E+08 KN/m 32979767 32979767 32979767 32979767 KN 31.426 304.87495 879.4587 1790.38995 -0.006454152 -0.001807162 -0.001094067 0.001904542 Mặt cắt nào có εx< 0 nên giá trị tuyệt đối của nó phải lấy như sau: ε'x= εx .Fε  Bảng tính lại εx : Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ m 0.0266 0.0266 0.0266 0.0266 KN/m 196500000.00 196500000.00 196500000.00 196500000.00 m 8.3561 6.0243 6.0243 8.2337 KN/m 32979766.6001 32979766.6001 32979766.6001 32979766.6001 0.0189 0.0263 0.0263 0.0192 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 Tra hình TCN 5.8.3.4.2-1 ta được: Mặt cắt Gối L/4 L/2 Trụ 24 27 27 27 3.80 4.80 4.80 4.80 Vậy giá trị q tính được gần sát với giả thiết do đó chọn nó để tính toán d) Tính Vc và Vs Chọn cốt đai chống cắt Để dễ dàng thi công, chọn cốt đai có đường kính không đổi, nhưng khoảng cách giữa các cốt đai thì thay đổi theo sự giảm của lực cắt theo chiều dài dầm s : là bước cốt đai bố trí tại mặt cắt tính toán Theo ( 5.8.2.5.1 -TCN272-05) Trong đó: Av : Diện tích cốt thép ngang trong cự ly s, m2 s : Cự ly giữa các bước cốt đai Kết quả tính toán sức kháng danh định Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ s mm 150.000 150.000 150.000 150.000 bv mm 4800.00 2150.00 2150.00 4800.00 dv mm 1044 1102.5 1102.5 1057.5 fy Mpa 420 420 420 420 f'c Mpa 40 40 40 40 Av mm 899.8938713 403.0774632 403.0774632 899.8938713 Vc KN 9996 5973 5973 12790 Vs KN 5908.36 2495.68 2442.08 5229.54 Vn1 KN 16221.14 8468.32 8414.72 18019.56 Vn2 KN 5.011E+04 2.370E+04 2.370E+04 5.076E+04 Vn KN 16221.14 8468.32 8414.72 18019.56 Vu KN 775 1550 2027 6942 φ Vn KN 14599.02511 7621.488523 7573.245411 16217.60004 Kết luận ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT Kiểm tra hiệu ứng xoắn Sức kháng xoắn tính toán, Tr phải được xác định như sau : Tr = φ .Tn Ở đây : Tn = Sức kháng xoắn danh định quy định trong điều 5.8.3.6 (KN.m) φ = Sức kháng xoắn danh định trong điều 5.5.4.2 Với bê tông tỷ trọng thường hiệu ứng xoắn phải được xem xét khi : Tu > 0,25 φ Tcr Trong đó : Ở đây : Tu:Mô men xoắn tính toán Tcr : Mô men nứt do xoắn Acp:Toàn bộ diện tích bao bọc bởi chu vi ngoài của mặt bê tông Pc:chiều dài chu vi ngoài của mặt cắt bê tông fpc:Ứng suất nén trong bê tông sau khi các tổn thất dự ứng lực đã xảy ra hoặc trọng tâm của mặt cắt chịu các tải trọng nhất thời hoặc chỗ nối giữa bản bung với bản cánh dầm khi trọng tâm nằm ở bản cánh dầm . Kết quả tính toán Tcr thể hiện trong bảng sau: Mặt cắt Đơn vị Gối L/4 L/2 Trụ f'c Mpa 40 40 40 40 Acp mm2 9968550.00 7840600.00 7840600.00 9968550.00 Pc mm 21800 21800 21800 21800 fpc Mpa 21.85549365 19.10611879 19.10806939 20.02352972 Tcr KN.m 32116.65339 18692.30567 18693.16638 30862.82918 Tu KN.m 732.314625 4195.6769 2524.7808 5755.49805 0.25*φ*Tcr KN.m 7226 4206 4206 6944 Kết luận ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT Nếu không đạt thì phải xét đến hiệu ứng xoắn Khi đó phải bố trí DƯL ngang. NhỊp trong Nội lực kiểm tra Nội lực kiểm tra được lấy từ kết quả của chương trình Midas 7.0.1 Trạng thái giới hạn cường độ I Mu=η{[1.25DC(max) + 0.9DC(min)] + [1.5DW(max)+0.65DW(min)] + 1.75( LL + IM) +0.5(TU + CR + SH)+1.0 SE} Qu=η{[1.25DC(max) + 0.9DC(min)] + [1.5DW(max)+0.65DW(min)] + 1.75( LL + IM) +0.5(TU + CR + SH)+1.0 SE} h=0,95 TTGH Tải Trọng Nội lực Trụ T7-1 Mc(L/4) Mc(L/2) Tru T7-2 Đơn vị Cường độ I DC(max) Mx 2357.68 437.45 574.85 71.19 KN.m My 15.89 7297.65 10018.85 7435.77 KN.m Nx 438.06 274.19 260.84 305.75 KN Q 3842.38 199.07 882.89 3678.58 KN DC(min) Mx -1468.95 -1251.06 -689.31 -120.86 KN.m My -20990.29 -8881.43 -3439.15 -21561.56 KN.m Nx -107.53 -140.38 -54.15 -3.66 KN Q -1.74 -2072.93 -1132.64 -705.91 KN DW(max) Mx 177.1 32.86 43.18 5.35 KN.m My 1.19 548.18 752.59 558.56 KN.m Nx 32.91 20.6 19.59 22.97 KN Q 288.63 14.95 66.32 276.33 KN DW(min) Mx -110.34 -93.98 -51.78 -9.08 KN.m My -1576.74 -667.15 -258.34 -1619.65 KN.m Nx -8.08 -10.54 -4.07 -0.27 KN Q -0.13 -155.71 -85.08 -53.03 KN LL, IM Mx 1439.96 -994 834.94 -1120.52 KN.m My -4478.68 2735.49 3375.18 -6033.59 KN.m Nx 115.42 77.88 74.21 69.18 KN Q 1092.91 -632.25 443.66 1096.41 KN TU, CR, SH Mx 43.75 -42.4 18.5 -3.74 KN.m My 231.34 374.41 191.4 -251.91 KN.m Nx 2075.13 2396.18 2629.12 2822.25 KN Q -12.53 7.73 22.91 30.21 KN SE Mx 1697.64 -644 597.32 -1462.35 KN.m My -4349.26 2025.39 846.71 -5201.36 KN.m Nx 150.16 182.46 194.43 200.71 KN Q 167.11 -334.46 334.49 334.78 KN Tổng Mx 5755.49805 2845.856575 2087.160925 3270.653825 KN.m My 38626.2191 8091.245475 16376.35318 36301.65223 KN.m Nx 1790.38995 1669.420275 1845.7664 2038.76935 KN Q 6942.32165 2975.987575 1188.226275 6280.9573 KN Trạng thái giới hạn sử dụng h=1 TTGH Tải Trọng Nội lực Trụ T7-1 Mc(L/4) Mc(L/2) Trụ T7-2 Đơn vị TTSD DC Mx 880.91 -750.46 -133.29 -49.25 KN.m My -19945.21 -1778.96 6095.79 -13598.76 KN.m Q 3775.98 -1766.49 -271.55 2956.45 KN DW Mx 66.58 -61.1 -8.71 -4.35 KN.m My -1586.34 -121.9 497.96 -1067.98 KN.m Q 290.1 -141.54 -18.9 224.43 KN LL, IM Mx 1439.96 -994 -635.99 -1120.52 KN.m My -4478.68 -2464.44 3375.18 -6033.59 KN.m Q 1092.91 -632.25 -299.01 1096.41 KN TU, CR, SH Mx 43.75 -42.4 7.58 -3.74 KN.m My 231.34 180.75 120.34 -251.91 KN.m Q -12.53 7.73 7.86 30.21 KN SE Mx 1697.64 -644 -597.32 -1462.35 KN.m My -4349.26 -2025.39 846.71 -5201.36 KN.m Q 167.11 -334.46 -334.49 334.78 KN Tổng Mx 4128.84 2491.96 1367.73 2640.21 KN.m My 30128.15 6209.94 10935.98 26153.6 KN.m Q 5313.57 2867.01 916.09 4642.28 KN Tính toán quy đổi mặt cắt Các kích thước mặt cắt chưa quy đổi Tham số Kí hiệu Trụ T1 L/4 L/2 Trụ T2 Chiều cao dầm H(m) 1.45 1.45 1.45 1.45 Chiều cao sườn h2(m) 1.2 1.2 1.2 1.2 Chiều cao cánh h1(m) 0.25 0.25 0.25 0.25 Bề rộng sườn b2(m) 4.8 4.8 4.8 4.8 Bề rộng bản mặt cầu b1(m) 9.45 9.45 9.45 9.45 Các kích thước và đặc trưng của mặt cắt quy đổi Tham số Kí hiệu Trụ T1 L/4 L/2 Trụ T2 Chiều cao dầm H(m) 1.45 1.45 1.45 1.45 Chiều cao sườn h2(m) 0.803 0.803 0.803 0.803 Chiều cao cánh h1(m) 0.647 0.647 0.647 0.647 Bề rộng sườn b2(m) 4.8 2.15 2.15 4.8 Bề rộng bản mặt cầu b1(m) 9.45 9.45 9.45 9.45 Lựa chọn sơ bộ cáp dự ứng lực Diện tích cốt thép dự ứng lực cho mômen âm: A’ps = 0.01872 m2 Chọn A’ps = 0,0266m2 Chọn loại bó 12T15'2 suy ra được số bó N=16 Lưu ý: Hàng 1: 8 bó, hàng 2: 8 bó. Bảng toạ độ cáp DƯL Mặt cắt Trụ T1 L/4 L/2 Trụ T2 Hàng 1 0.2 0.787 1.15 0.2 Hàng 2 0.35 1.137 1.3 0.35 dp 0.275 0.962 1.225 0.275 Kiểm toán Đặc trưng hình học mặt mặt cắt: ( Hai giai đoạn ) Giai đoạn 1: (Mặt cắt bị giảm yếu bởi các ống đặt DƯL) Diện tích tiết diện Mặt cắt Mô tả Kích thước Trụ T1 L/4 L/2 Trụ T2 Khối K1 Cánh dầm b 9.45 9.45 9.45 9.45 h 0.647 0.647 0.647 0.647 f1 6.11415 6.11415 6.11415 6.11415 Khối K2 Sườn dầm b 4.8 2.15 2.15 4.8 h 0.803 0.803 0.803 0.803 f2 3.8544 1.72645 1.72645 3.8544 Khối K3 0 gel f3 0.09506664 0.080384 0.080384 0.080384 Tổng diện tích f1+f2-f3 9.87348336 7.760216 7.760216 9.888166 f1+f2 9.96855 7.8406 7.8406 9.96855 Mô men tĩnh đối với đáy dầm: Mặt cắt Trụ T1 L/4 L/2 Trụ T2 Đơn vị a1 1.1265 1.1265 1.1265 1.1265 m a2 0.4015 0.4015 0.4015 0.4015 m a3 1.175 0.488 0.225 1.175 m s1 6.887589975 6.887589975 6.887589975 6.887589975 m s2 1.5475416 0.693169675 0.693169675 1.5475416 m s3 0.111703302 0.039227392 0.0180864 0.0944512 m S 8.546834877 7.619987042 7.59884605 8.529582775 m Trong đó a1,a2,a3: Khoảng cách trọng tâm của từng khối đến đáy dầm. S1,S2,S3 : Là mô men tĩnh của từng khối với đáy dầm S: Là mô men tĩnh của mặt cắt với đáy dầm Trọng tâm : Trọng tâm Mặt cắt Trụ T1 L/4 L/2 TrụT2 Đơn vị Vớithớ dưới Yd1 0.865635214 0.981929761 0.979205482 0.862605136 m Với thớ trên Yd2 0.584364786 0.468070239 0.470794518 0.587394864 m e1 0.309364786 0.493929761 0.754205482 0.312394864 m e1 : là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới trục mặt cắt Mô men quán tính: Mặt cắt Trụ T1 L/4 L/2 Trụ T2 Đơn vị 0.2132865 0.2132865 0.2132865 0.2132865 m 0.2071127 0.0927692 0.0927692 0.2071127 m -0.0007196 -0.0007196 -0.0007196 -0.0007196 m f1* 0.4160706 0.1277891 0.1326506 0.4257925 m f2* 0.8303206 0.5816388 0.5761917 0.8195146 m f3* -0.0090985 -0.0196110 -0.0457245 -0.0078447 m 1.6569723 0.9951531 0.9684540 1.6571420 m Trong đó : I01,I02,I03 : Là mô men quán tính chính của từng khối với trục trung hòa của nó. I1: Là mô men quán tính của cả khối có giảm yếu với trục trung tâm của mặt cắt Giai đoạn 2: Mặt cắt nguyên có kể cả cốt thép Mặt cắt Trụ T1 L/4 L/2 Trụ T2 Đơn vị F1 9.8734834 7.7602160 7.7602160 9.8881660 Nd*Fd 0.1491993 0.1491993 0.1491993 0.1491993 F2 10.0226827 7.9094153 7.9094153 10.0373653 0.0461570 0.0736940 0.1125269 0.0466091 m d 0.0046053 0.0093172 0.0142270 0.0046436 m Yd2 0.8702405 0.9726125 0.9649785 0.8672487 m Yt2 0.5797595 0.4773875 0.4850215 0.5827513 m 0.3047595 0.4846125 0.7399785 0.3077513 m 1.