Thiết kế sơ bộ (30%)

PHẦN I: THIẾT KẾ SƠ BỘ (30%) CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU QUA SÔNG M8/07 1. QUY HOẠCH TỔNG THỂ XÂY DỰNG PHÁT TRIỂN TỈNH QUẢNG NAM: 1.1. Vị trí địa lý chính trị : Cầu qua sông M8/07 thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam. Công trình cầu M8/07 nằm trên tuyến đường nối trung tâm thị xã với một vùng có nhiều tìm năng trong chiến lược phát triển kinh tế của tỉnh, tuyến đường này là một trong những cửa ngõ quan trọng nối liền hai trung tâm kinh tế, chính trị. Khu vực xây dựng cầu là vùng đồng bằng, bờ sông rộng và bằng phẳng, dân cư tương đối đông. Cầu nằm trên tuyến đường chiến lược được làm trong thời kỳ chiến tranh nên tiêu chuẩn kỹ thuật thấp, không thống nhất. Mạng lưới giao thông trong khu vực còn rất kém. 1.2. Dân số đất đai và định hướng phát triển : Công trình cầu nằm cách trung tâm thị xã 3 km nên dân cư ở đây sinh sống tăng nhiều trong một vài năm gần đây, mật độ dân số tương đối cao, phân bố dân cư đồng đều. Dân cư sống bằng nhiều nghề nghiệp rất đa dạng như buôn bán, kinh doanh các dịch vụ du lịch. Bên cạnh đó có một phần nhỏ sống nhờ vào nông nghiệp. Vùng này có cửa biển đẹp, là một nơi lý tưởng thu hút khách tham quan nên lượng xe phục vụ du lịch rất lớn. Mặt khác trong vài năm tới nơi đây sẽ trở thành một khu công nghiệp tận dụng vận chuyển bằng đường thủy và những tiềm năng sẵn có ở đây. 2. THỰC TRẠNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG : 2.1. Thực trạng giao thông : Một là cầu qua sông M8/07 đã được xây dựng từ rất lâu dưới tác động của môi trường, do đó nó không thể đáp ứng được các yêu cầu cho giao thông với lưu lượng xe cộ ngày càng tăng. Hai là tuyến đường hai bên cầu đã được nâng cấp, do đó lưu lượng xe chạy qua cầu bị hạn chế đáng kể. 2.2. Xu hướng phát triển : Trong chiến lược phát triển kinh tế của tỉnh vấn đề đặt ra đầu tiên là xây dựng một cơ sở hạ tầng vững chắc trong đó ưu tiên hàng đầu cho hệ thống giao thông. 3. NHU CẦU VẬN TẢI QUA SÔNG M8/07: Theo định hướng phát triển kinh tế của tỉnh thì trong một vài năm tới lưu lượng xe chạy qua vùng này sẽ tăng đáng kể. 4. SỰ CẦN THIẾT PHẢI ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CẦU QUA SÔNG M8/07 : Qua quy hoạch tổng thể xây dựng và phát triển của tỉnh và nhu cầu vận tải qua sông M8 nên việc xây dựng cầu mới là cần thiết. Cầu mới sẽ đáp ứng được nhu cầu giao thông ngày càng cao của địa phương. Từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho các ngành kinh tế phát triển đặc biệt là ngành dịch vụ du lịch. Cầu M8/07 nằm trên tuyến quy hoạch mạng lưới giao thông quan trọng của tỉnh Quảng Nam. Nó là cửa ngõ, là mạch máu giao thông quan trọng giữa trung tâm thị xã và vùng kinh tế mới, góp phần vào việc giao lưu và phát triển kinh tế, văn hóa xã hội của tỉnh. Về kinh tế: phục vụ vận tải sản phẩm hàng hóa, nguyên vật liệu, vật tư qua lại giữa hai khu vực, là nơi giao thông hàng hóa trong tỉnh.Việc cần thiết phải xây dựng cầu mới là cần thiết và cấp bách nằm trong quy hoạch phát triển kinh tế chung của tỉnh. 5. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN NƠI XÂY DỰNG CẦU : 5.1. Địa hình : Khu vực xây dựng cầu nằm trong vùng đồng bằng, hai bên bờ sông tương đối bằng phẳng rất thuận tiện cho việc vận chuyển vật liệu, máy móc thi công cũng như việc tổ chức xây dựng cầu. 5.2. Khí hậu : Khu vực xây dựng cầu có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Thời tiết phân chia rõ rệt theo mùa, lượng mưa tập trung từ tháng 9 đến tháng 1 năm sau. Ngoài ra ở đây còn chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa đông bắc vào những tháng mưa, độ ẩm ở đây tương đối cao do gần cửa biển. 5.3. Thủy văn : Các số liệu đo đạc thủy văn cho thấy chế độ thủy văn ở khu vực này ổn định, mực nước chênh lệch giữa hai mùa: mùa mưa và mùa khô là tương đối lớn, sau nhiều năm khảo sát đo đạc ta xác định được: MNCN: 9,0m. MNTT: 6,0m MNTN: 2,0m 5.4. Địa chất : Trong quá trình khảo sát đã tiến hành khoan thăm dò địa chất và xác định được các lớp địa chất như sau: Lớp 1: Cát pha trạng thái rời rạc dày 1,5m. Lớp 2: Sét pha dày 5,5m. Lớp 3: Sét ở tạng thái nữa cứng dày vô cùng. Với địa chất khu vực như trên, xây dựng cầu ta dùng móng cọc khoan nhồi khoan xuống dưới lớp cuối cùng khoảng 5m là lớp sét ở trạng thái nữa cứng và tính toán cọc vừa chống vừa ma sát. 5.5. Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu : Vật liệu đá: vật liệu đá được khai thác tại mỏ gần khu vực xây dựng cầu. Đá được vận chuyển đến vị trí thi công bằng đường bộ một cách thuận tiện. Đá ở đây đảm bảo cường độ và kích cỡ để phục vụ tốt cho việc xây dựng cầu. Vật liệu cát: cát dùng để xây dựng được khai thác gần vị trí thi công, đảm bảo độ sạch, cường độ và số lượng. Vật liệu thép: sử dụng các loại thép trong nước như thép Thái Nguyên,… hoặc các loại thép liên doanh như thép Việt-Nhật, Việt-Úc…Nguồn thép được lấy tại các đại lý lớn ở các khu vực lân cận. Xi mămg: hiện nay các nhà máy xi măng đều được xây dựng ở các tỉnh thành luôn đáp ứng nhu cầu phục vụ xây dựng. Vì vậy, vấn đề cung cấp xi măng cho các công trình xây dựng rất thuận lợi, luôn đảm bảo chất lượng và số lượng mà yêu cầu công trình đặt ra. Thiết bị và công nghệ thi công: để hòa nhập với sự phát triển của xã hội cũng như sự cạnh tranh theo cơ chế thị trường thời mở cửa, các công ty xây dựng công trình giao thông đều mạnh dạn cơ giới hóa thi công, trang bị cho mình máy móc thiết bị và công nghệ thi công hiện đại nhất đáp ứng các yêu cầu xây dựng công trình cầu. Nhân lực và máy móc thi công: hiện nay trong tỉnh có nhiều công ty xây dựng cầu đường có kinh nghiệm trong thi công. Về biên chế tổ chức thi công các đội xây dựng cầu khá hoàn chỉnh và đồng bộ. Cán bộ có trình độ tổ chức và quản lí, nắm vững về kỹ thuật, công nhân có tay nghề cao, có ý thức trách nhiệm cao. Các đội thi công được trang bị máy móc thiết bị tương đối đầy đủ. Nhìn chung về vật liệu xây dựng, nhân lực, máy móc thiết bị thi công, tình hình an ninh tại địa phương khá thuận lợi cho việc thi công đảm bảo tiến độ đã đề ra. 6. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT ĐỂ THIẾT KẾ CẦU VÀ GIẢI PHÁP KẾT CẤU : 6.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật : Việc tính toán và thiết kế cầu dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật sau: - Quy mô xây dựng: vĩnh cửu. - Tải trọng: đoàn xe HL-93 và đoàn người 300daN/m2. - Khổ cầu B= 8,0+ 21,5(m) - Khẩu độ cầu: 245(m). - Độ dốc ngang : 2%. - Sông thông thuyền cấp: cấp VII. 6.2 Giải pháp kết cấu : 6.2.1 Kết cấu mố trụ: Kết cấu mố: - Mố được thiết kế bằng BTCT có f’c=30Mpa. Kết cấu trụ: - Dùng kết cấu trụ đặc thân hẹp bằng BTCT có f’c=30Mpa. Theo địa chất tại khu vực xây dựng cầu ta sử dụng móng cọc khoan nhồi tính toán theo cọc chống ngàm vào trong đá 1~1,5m. 6.2.2 Kết cấu nhịp: Từ các chỉ tiêu kỹ thuật, điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn, khí hậu, căn cứ vào khẩu độ cầu,… như trên ta có thể đề xuất các loại kết cấu như sau: Phương án 1: cầu dầm liên tục BTCT ƯST 3 nhịp: 70+100+70=240m Phương án 2: cầu BTCT ƯST dầm Super T 7 nhịp: 7 x 36= 252m Phương án 3: cầu dàn thép 3 nhịp: 3 x 80=240m Phương án 1: cầu dầm liên tục BTCT ƯST 70+100+70m Khẩu độ cầu : Vậy đạt yêu cầu. Kết cấu nhịp: - Cầu gồm 3 nhịp dầm bằng BTCT ƯST có f’c=50Mpa là dầm liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng theo sơ đồ 70+100+70m=240m. - Các lớp mặt cầu gồm : +Lớp BTN hạt mịn dày 6cm tạo mui luyện 2%. +Lớp phòng nước dày 1,5cm. - Lề bộ hành cùng mức. - Chân đế lan can tay vịn và dải phân cách bằng BTCT, phần trên của lan can tay vịn làm bằng các ống thép tráng kẽm, đáp ứng yêu cầu về mặt mỹ quan. - Gối cầu sử dụng gối cao su cốt bản thép. - Bố trí các lỗ thoát nước F =100 bằng ống nhựa PVC. Kết cấu mố, trụ: - Kết cấu mố: Hai mố chữ U bằng BTCT có f’c=30Mpa. Móng mố dùng móng cọc khoan nhồi bằng BTCT có f’c=30Mpa, chiều dài dự kiến 10,3m (mố M1) và 10,3m (mố M2). Trên tường ngực bố trí bản giảm tải bằng BTCT 30030020cm. Gia cố 1/4 mô đất hình nón bằng đá hộc xây vữa M100 dày 25cm, đệm đá 4x6 dày 10cm; chân khay đặt dưới mặt đất sau khi xói 0,5m tiết diện 10050cm. - Kết cấu trụ: Hai trụ sử dụng loại trụ đặc thân hẹp bằng BTCT có f’c = 30Mpa. Móng trụ dùng móng cọc khoan nhồi bằng BTCT có f’c=30Mpa, chiều dài dự kiến 10,3m (trụ T1; T2). Phương án 2: cầu dầm BTCT ứng suất trước 7 nhịp 36m Khẩu độ cầu : Vậy đạt yêu cầu. Kết cấu nhịp: - Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu gồm 7 nhịp: 36 x 7(m). - Dầm giản đơn BTCT ƯST tiết diện Super T có f’c = 40Mpa chiều cao dầm chủ 1,5m. - Mặt cắt ngang có 7 dầm chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2,4 m. - Chân đế lan can tay vịn và dải phân cách bằng BTCT, phần trên của lan can tay vịn làm bằng các ống thép tráng kẽm, đáp ứng yêu cầu về mặt mỹ quan. - Gối cầu sử dụng gối cao su cốt bản thép. - Bố trí các lỗ thoát nước F =100 bằng ống nhựa PVC - Các lớp mặt cầu gồm: +Lớp BTN hạt mịn dày 6cm tạo mui luyện 2%. +Lớp phòng nước 1,5cm. - Lề bộ hành cùng mức. - Chân đế lan can tay vịn và dải phân cách bằng BTCT, phần trên của lan can tay vịn làm bằng các ống thép tráng kẽm. Kết cấu mố trụ: -Kết cấu mố: Hai mố chữ U bằng BTCT có f’c=30Mpa. Móng mố dùng móng cọc khoan nhồi bằng BTCT có f’c=30Mpa, chiều dài dự kiến 10,3m (mố M1 và M2). Trên tường ngực bố trí bản giảm tải bằng BTCT 30030020cm. Gia cố 1/4 mô đất hình nón bằng đá hộc xây vữa M100 dày 25cm, đệm đá 4x6 dày 10cm; chân khay đặt dưới mặt đất sau khi xói 0,5m tiết diện 10050cm. -Kết cấu trụ: Bốn trụ sử dụng loại trụ đặc thân hẹp bằng BTCT có f’c=30Mpa. Móng trụ dùng móng cọc khoan nhồi bằng BTCT có f’c=30Mpa, chiều dài dự kiến 10,3m (trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6). Phương án 3: cầu dàn thép 3 nhịp 80m. Khẩu độ cầu : Vậy đạt yêu cầu. Kết cấu nhịp: - Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu gồm 3 nhịp dàn thép: 3 x 80(m). - Dàn thép gồm 10 khoan với d = 8m, chiều cao dàn chủ h = 9m. - Mặt cắt ngang có 6 dầm dọc phụ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 1,6 m. - Gối cầu sử dụng gối cao su cốt bản thép. - Bố trí các lỗ thoát nước F =100 bằng ống nhựa PVC - Các lớp mặt cầu gồm: +Lớp BTN hạt mịn dày 6cm tạo mui luyện 2%. +Lớp phòng nước 1,5cm. - Lề bộ hành khác mức. Kết cấu mố trụ: - Kết cấu mố: Hai mố chữ U cải tiến bằng BTCT có f’c=30Mpa. Móng mố dùng móng cọc khoan nhồi bằng BTCT có f’c=30Mpa, chiều dài dự kiến 10,3m (mố M1) và 10,3m (mố M2). Trên tường ngực bố trí bản giảm tải bằng BTCT 30030020cm. Gia cố 1/4 mô đất hình nón bằng đá hộc xây vữa M100 dày 25cm, đệm đá 4x6 dày 10cm; chân khay đặt dưới mặt đất sau khi xói 0,5m tiết diện 10050cm. - Kết cấu trụ: Năm trụ sử dụng loại trụ đặc thân hẹp bằng BTCT có f’c=30Mpa. Móng trụ dùng móng cọc khoan nhồi bằng BTCT có f’c=30Mpa, chiều dài dự kiến 10,3m (trụ T1, T2) CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU DẦM LIÊN TỤC BTCT DƯL 1.TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH: 1.1. Tính toán khối lượng kết cấu nhịp: Kết cấu nhịp: gồm 3 nhịp liên tục có sơ đồ như sau : 70 + 100 + 70 = 240m. Sử dụng kết cấu dầm hộp bêtông cốt thép, dạng thành xiên, bêtông dầm có cường độ 28 ngày f’c (mẫu hình trụ): 50 Mpa, cốt thép DƯL dùng loại tao có đường kính 15,2mm và 12,7mm. Mặt cắt ngang cầu có cấu tạo như sau: 1/2 mặt cắt ngang tại gối trên trụ 1/2 mặt cắt ngang tại gối trên mố Hình 1.2.1: Mặt cắt ngang dầm tại trụ và mố. Hình 1.2.2: Mặt cắt ngang dầm tại giữa nhịp. * Biên trên của bản đáy dầm là đường cong parabol có phương trình : y = a1.x2 + c1 (1) Hình1.2.3: Mặt cắt dọc cánh hẫng. Xác định các hệ số: Þ Thế vào phương trình (1) ta suy ra phương trình biên trên bản đáy dầm như sau: yt = .x2 + 2,25 * Biên dưới bản đáy có phương trình : y = a2.x2 + c2 (2) Xác định các hệ số : Þ Thế vào phương trình (2) ta suy ra phương trình biên dưới bản đáy dầm như sau: yd = .x2 + 2, 5 Từ phương trình đường cong biên trên và biên dưới bản đáy ta xác định được chiều cao dầm hộp, chiều dày bản đáy từng tiết diện như sau : (m) =yd – yt =.x2 +0,25 (m) Diện tích tại các mặt cắt: Phần tiết diện hình hộp có bản chắn ngang (trên trụ và trên mố): -Trên trụ: -Trên mố: Tính toán đốt hợp long ở giữa(đo trong Autocad): Ahl =7.653(m2) Từ đó ta tính được thể tích của mỗi đốt theo công thức sau: (m3) Với li : chiều dài đốt tính toán. Trọng lượng mỗi đốt tính toán : DCi = Vi x 25 (KN) Bảng 1.2.1: Bảng tính toán khối lượng các đốt dầm : Đốt Mặt cắt yd(m) Yt(m) A(m²) CD tính toán(m) Thể tích đốt(m³) KL đốt(KN) K0 S1 4,000 3,200 10,473 1 10,409 260,226 S2 3,938 3,160 10,345 S2 3,938 3,160 10,345 4,5 45,299 1132,474 S3 3,673 2,993 9,788 K1 S3 3,673 2.993 9,788 3 28,843 721,080 S4 3,511 2,890 9,441 K2 S4 3,511 2,890 9,441 3 27,830 695,758 S5 3,362 2,796 9,113 K3 S5 3,362 2,796 9,113 3 26,880 671,999 S6 3,224 2,709 8,807 K4 S6 3,224 2,709 8,807 3 25,996 649,894 S7 3,098 2.629 8,524 K5 S7 3,098 2,629 8,524 3 25,181 629,529 S8 2,985 2,557 8,264 K6 S8 2,985 2,557 8,264 3 24,439 610,981 S9 2,883 2,493 8,029 K7 S9 2,883 2,493 8,029 3 23,773 594,318 S10 2,793 2,436 7,820 K8 S10 2,793 2,436 7,820 3 23,184 579,604 S11 2,715 2,386 7,637 K9 S11 2,715 2,386 7,637 3 22,676 566,892 S12 2,650 2,345 7,481 K10 S12 2,650 2,345 7,481 3 22,249 556,227 S13 2,596 2,311 7,352 K11 S13 2,596 2,311 7,352 3 21,906 547,649 S14 2,554 2,284 7,252 K12 S14 2,554 2,284 7,252 3 21,648 541,189 S15 2,524 2,265 7,180 K13 S15 2,524 2,265 7,180 3 21,475 536,869 S16 2,506 2,254 7,137 K14 S16 2,506 2,254 7,137 3 21,388 534,705 S17 2,500 2,250 7,122 Tổng 9829,394 Vậy tổng khối lượng toàn bộ kết cấu nhịp là: DCtb= 9829,394 x 4 + 7,653 x 2 x 3 x 25 + 17,24 x 1,5 x 2 x 25 + 21,56 x 2 x 3 x 25 + 7,653 x 2 x 19 x 25 = 52262,876 (KN) Þ Trọng lượng bản thân dầm chủ trên một mét dài cầu là: DCdc = 52262,876 /240 = 217,76 (KN/m). 1.2. Tính toán khối lượng mố: Mố là loại mố chữ U BTCT M300, 2 mố có kích thước giống nhau như hình vẽ: Hình 1.2.4: Cấu tạo mố chữ U phương án I. -Tường cánh: -Tường ngực : -Thân mố: -Bệ mố: -Đá tảng: Thể tích bê tông của 1 mố: Trọng lượng bê tông của 1 mố: Trọng lượng bê tông của 2 mố: Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông của mố là 100Kg/m3. Khối lượng thép trong 2 mố: 2 x 196,729 x 0,10 = 39,346 (T) =393,46(KN) 1.3. Tính khối lượng trụ: Trụ T1 và trụ T2 có kích thướt giống nhau như hình vẽ dưới đây: Hình 1.2.5: Cấu tạo trụ liên tục + Thể tích bê tông 1 trụ: Trọng lượng bê tông 1 trụ : Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông trụ là 100Kg/m3. Khối lượng thép trong 1 trụ: 378,78 x 0,1= 37,878 (T) = 378,78(KN) + Trọng lượng bê tông cho cả 2 trụ : DC2tr = 9469,5 x 2 = 18939(KN) Tổng khối lượng thép cho cả 2 trụ : 378,78 x 2 = 757,56(KN) 2. TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÁC BỘ PHẬN TRÊN CẦU : 2.1. Trọng lượng các lớp mặt cầu: Kêt cấu lớp phủ mặt cầu dày 75mm gồm: + Lớp bê tông nhựa. + Lớp phòng nước. Thể tích lớp phủ mặt cầu: VMC = 0,075 x 11 x 240 = 198 ( m3 ). Trọng lượng lớp phủ mặt cầu trên một mét dài: DMC DMC = 18,56(KN/m). 2.2. Trọng lượng phần chân lan can tay vịn, lan can, tay vịn, đá vỉa : Cấu tạo của lan can, tay vịn, phần chân lan can tay vịn, đá vỉa như hình vẽ: Hình 1.2.6: Cấu tạo lan can, tay vịn và phần chân lan can tay vịn. - Tay vịn được làm bằng các ống INOX, đường kính F120, bề dày 2mm. Trọng lượng trên một mét dài của ống INOX này là 1 (Kg/m). Mỗi đoạn ống INOX dài lTV = 2m, số lượng ống INOX trên toàn bộ chiều dài cầu : nTV =528 Þ LTV = 528 x 2 = 1056 ( m ). Trọng lượng tay vịn bằng ống INOX trên một mét dài cầu: DWTV DWTV =0,044(KN/m). - Lan can làm bằng đai thép dày 2mm, rộng 50mm. Diện tích đai thép: ALC =0,00517(m2) (đo trong AUTOCD) Số lượng lan can bằng đai thép trên toàn bộ chiều dài cầu: nLC =242. Trọng lượng riêng của thép lấy bằng 7,85(T/m3). Trọng lượng lan can trên một mét dài cầu: DWLC DWLC =0,021(KN/m). - Trọng lượng phần chân của lan can tay vịn trên một mét dài cầu: DWclctv DWCLCTV = 6,625(KN/m). - Cứ 7m chừa 1m để thoát nước. Do vậy khối lượng của đá vỉa trên một mét dài cầu là: DWĐV DWĐV = 2,461(KN/m). Þ Tổng tĩnh tải giai đoạn 2: DW = DWMC +DWTV +DWLC +DWCLCTV +DWĐV = 27,711(KN/m) 3 .TÍNH TOÁN SỐ LƯỢNG CỌC TRONG BỆ MÓNG MỐ, TRỤ. 3.1. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc: Sức chịu tải tính toán của cọc khoan nhồi được lấy như sau: Ptt= min{Qr, Pr}. * Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu: - Sức kháng dọc trục danh định: Pn= 0,85.[0,85.f¢c.(Ap-Ast) +fy.Ast] (MN) Trong đó: f¢c: Cường độ chụ nén của BT cọc(Mpa); f¢c=30Mpa. Ap: Diện tích mũi cọc(mm2); AP =785mm2. Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 20f20 : Ast = 6283mm2 fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420Mpa Thay vào ta được: Pn= 0,85[0,85.30.(785-6283)+420.6283]=19130KN - S ức kháng dọc trục tính toán: Pr = f.Pn; MN Với f : Hệ số sức kháng mũi cọc, f = 0,75 Pr =0,75.19130=14347,5KN * Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền: - Giả sử ta có số liệu của thí nghiệm hện trường CPT có kết quả xuyên như sau:(Hình2.7) - Sức kháng tính toán của các cọc QR có thể tính như sau: QR = j.Qn = jqp.Qp + jqs.Qs Hình 1.2.7: Kết quả xuyên CPT Hình 1.2.8: Chia nền đất thành các lớp phân tố. + Qp : Sức kháng mũi cọc Qp= qp.Ap. qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc. Ap: Diện tích mũi cọc, Ap=0,785(m2) + Qs : Sức kháng than cọc + jqp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. + jqs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. * Tính sức kháng mũi cọc Qp: Sức kháng mũi cọc Qp (MN) có thể được tính như cho trong Hình 10.7.3.4.3b (Phương pháp tính sức chịu đầu cọc) -Trang 56. Với : qc1 : giá tri trung bình của qc trên toàn bộ chiều sâu 4D dưới mũi cọc (đoạn a-b-c-d). Đoạn a-b b-c c-d qci.Dzi 16,575 63,9 43,425 qx2 : là giả trị trung bình qc từ L xuống 4D+L theo con đường có qc nhỏ nhất (e-c-d), từ hình ta có ngay qcx2=28,7(MPa). - Từ kết quả xuyên ta thấy rằng từ 0,7D - 4D dưới mũi cọc, giá trị qcx vừa tính là nhỏ nhất (vì khi xD<4D thì cả qcx1 và qcx2 đều lớn hơn). Do đó, qc1=qcx=28,331(MPa). - qc2 : giá tri trung bình của qc trên toàn bộ khoảng cách 8D bên trên mũi cọc (đoạn e-f-g-h-i). Đoạn e-f f-g g-h h-i qci.Dzi 33,2 21,77 87 63,525 Þ Tuy nhiên trong mọi trường hợp thì qc<qpL=15(MPa), do đó qc=15(MPa). Þ Qp= qp.Ap.= 15.0,785=11,775(MN) =11775(KN). * Tính ma sát bề mặt danh định của cọc Qs : Sức kháng ma sát bề mặt danh định của cọc Qs (N) có thể tính như sau: Ks,c : các hệ số hiệu chỉnh., tra biểu đồ ta được Ks,c= 0,6. Li : chiều sâu đến điểm giữa khoảng chiều dài tại điểm xem xét (m). D : chiều rộng hoặc đường kính cọc xem xét (mm), D=1m. fsi : sức kháng ma sát đơn vị thành ống cục bộ lấy từ CPT tại điểm xem xét (MPa). asi: chu vi cọc tại điểm xem xét (m), asi =3,14m. hi : khoảng chiều dài tại điểm xem xét (m). N1 : số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 8D, 8 khoảng. N2 : số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 2D và mũi cọc, 3 khoảng. Bảng 1.2.2: Bảng tính toán sức kháng bề mặt. Lớp địa chất li(m) A=li/8Di(m) asi(m) hi(m) fsi(Mpa) Qs(MN) Sét pha 3m 3,500 0,438 3,140 1,000 0,020 0,016 4,500 0,563 0,050 0,053 5,500 0,688 0,070 0,091 6,500 0,813 0,060 0,092 Sét nửa cứng 7,500 0,938 0,159 0,281 8,500 1,063 0,150 0,300 9,500 1,188 0,120 0,268 10,500 1,313 0,160 0,396 11,500 1,438 0,150 0,406  12,500 1,563 0,170 0,500 Tổng 2,404 - Vậy QR = j.Qn = jqp.Qp + jqs.Qs = 0,55.11,775+0,55.2,404=7,79845(MN)=7798,45(KN). - Sức chịu tải tính toán của cọc: ÞPtt= min{QR, Pr}=min{7,798; 14,347}= 7,798MN. 3.2. Tính toán áp lực tác dụng lên mố, trụ: Để xác định phản lực lớn nhất tại đáy bệ mố, bệ trụ em sử dụng chương trình Midas Civil 6.3.0. *Các bước chính thực hiện trong chương trình: - Mô hình hóa kết cấu. - Khai báo các làn xe. - Khai báo các tải trọng theo 22TCN272-05: Xe Tải thiết kế + Tải trọng làn, Xe 2 trục + tải trọng làn. - Khai báo tải trọng đoàn người. - Khai báo các lớp xe. - Khai báo các trường hợp tải trọng di động, gán các tải trọng di động vào các làn cho phù hợp. - Khai báo các truờng hợp tải trọng di động và các tổ hợp tải trọng có xét đến hệ số tải trọng, hệ số xung kích. - Khai báo các trường hợp tải trọng thi công ứng với các giai đoạn thi công đúc hẫng. - Cụ thể các bước mô hình hóa kết cấu và tổ hợp tải trọng như sau: 3.2.1. Mô hình hóa kết cấu: - Sơ đồ cầu là một dầm hộp trên các trụ và 2 mố. - Toàn bộ kết cấu cầu liên tục sẽ được mô hình vào trong chương trình gần đúng như kết cấu thật, mô hình bài toán là mô hình không gian. - Dầm chủ tiết diện hộp thay đổi theo phương dọc cầu được mô tả trong chương trình là phần tử Beam ứng với các mặt cắt ngang tại các vị trí khác nhau. Mặt cắt ngang dầm chủ được khai báo trong chương trình với các thông số cụ thể như sau: (Xem hình vẽ) - Kết cấu trụ gồm mũ trụ, bệ thân trụ, bệ trụ cũng được mô tả bằng phần tử Beam với các kích thước theo các phương, sự thay đổi tiết diện của mặt cắt mũ trụ hoàn toàn tưong tự như kết cấu thật: - Trong chương trình không khai báo các phần tử mố, không có liên kết dầm với trụ mà chỉ tạo các gối cố định và gối di động nên khi tính phản lực tại trụ và mố cần phải cộng thêm phản lực do bản thân trụ và mố. - Để mô tả sự liên kết giữa mũ trụ và dầm chủ ta khai báo bằng các gối đàn hồi với các độ cứng rất lớn (1000000000). Khai báo MCN dầm chủ với các số liệu cụ thể như sau: Hình 1.2.9: Kết quả khai báo mặt cắt ngang dầm tại hợp long và đoạn dầm đúc trên giàn giáo. Hình1. 2.10: Kết quả khai báo mặt cắt ngang dầm tại trụ. Hình 1.2.11: Kết quả khai báo mặt cắt ngang dầm thay đổi từ trụ ra hợp long. Hình 1.2.12: Sơ đồ kết cấu hiểu thị dưới dạng không gian. 3.2.2. Khai báo các làn xe: - Cầu gồm 4 làn xe chạy rộng 12m. 2 làn xe ô t ô mỗi làn rộng 4 m 2 làn người đi bộ mỗi làn rộng 1,5 m Ta khai báo 4 làn xe với độ lệch tâm như sau: Bảng 1.2.3: Bảng tính toán độ lệch tâm các làn. Tên làn Độ lệch tâm (m) Làn bộ hành trái -5 Làn bộ hành phải 5 Làn xe chính trái -2 Làn xe chính phải 2 - Làn xe chính sẽ chịu hoạt tải xe chạy gồm các trường hợp tải trọng: xe hai trục+ tải trọng làn ( Hoat TademLan) và xe tải + tải trọng làn (Hoat TruckLan), là làn 1 và làn 2. - Làn 3, làn 4 được gán cho tải trọng người đi bộ. 3.2.3. Khai báo xe tiêu chuẩn theo AASHTO-LRFD (22TCN272-05). - Chọn mã thiết kế AASHTO-LRFD - Khai báo 2 trường hợp hoạt tải theo AASHTO-LRFD bao gồm: HL-93TDM: hoạt tải xe hai trục thiết kế và tải trọng làn (Tên: HL-93TDM) HL-93 TRK: hoạt tải xe tải thiết kế và tải trọng làn (Tên: HL-93TRK) - Khai báo trường hợp tải trọng đoàn người: q = 300daN/m2. Hình 1.2.13: Khai báo các trường hợp hoạt tải. 3.2.4. Khai báo các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng: - Tải trọng tác dụng thẳng đứng tính đến đỉnh trụ bao gồm: Trọng lượng bản thân dầm (tĩnh tải giai đoạn 1) Trọng lượng bản thân các lớp mặt cầu, lan can tay vịn dải phân cách (tỉnh tải giai đoạn 2) Hoạt tải HL-93, tải trọng người đi bộ Các trường hợp tải và hệ số tải trọng kèm theo theo TTGH cường độ: Bảng 1.2.4: Các hệ số tải trọng tính toán. STT Trường hợp Tải trọng Mô tả Hệ số tải trọng 1 DC Tỉnh tải giai đoạn 1 1,25 2 DW Tỉnh tải giai đoạn 2 1,5 3 HL93-TDM Hoạt tải xe 2 trục và tải trọng làn 1,75 4 HL93-TRK Hoạt tải xe tải và tải trọng làn 1,75 5 Doan nguoi Tải trọng người 1,75 Các tổ hợp tải trọng được khai báo trong chương trình: Bảng 1.2.5: Bảng khai báo các trường hợp tải trọng. STT Tên tổ hợp Mô tả Loai TH Công thức 1 TRK_max Hoạt tải xe tải, tải trọng làn cộng tác dụng với tải trọng người ADD 1,75(HL93-TRK+ Doan nguoi) 2 TDM_max Hoạt tải xe 2 trục,tải trọng làn cộng tác dụng với tải trọng người ADD 1,75(HL93-TDM + Doan nguoi) 3 Moving_max Lấy giá trị bất lợi của TRK_ max và TDM_max ENVE Max(TRK_max, TDM_max) 4 Tinh_max Cộng tác dụng của Tỉnh tải giai đoạn 1 và tỉnh tải giai đoạn 2 ADD (1,25DC+ 1, 5DW) 5 Tinh+Moving_max Cộng tác dụng của Tỉnh tải và hoạt tải(Tinh_max, Moving_max) ADD Hoatmax+Tinhmax 6 Baomomen Lấy giá trị bất lợi nhất trong 3 tổ hợp(Moving_max, Tinh_max, Tinh+ Moving_max) ENVE Max( Moving_max, Tinh_max,Tinh+ Moving_max) Ghi chú: Hệ số xung kích được khai báo cùng với lúc khai báo tải trọng xe hai trục và tải trọng xe tải: IM = 25% - Sau khi khai báo đầy đủ các thông số như Làn xe, Loại xe, Lớp xe, các trường hợp tải trọng và các tổ hợp tải trọng, chương trình sẽ tự động vẽ các ĐAH và các phản lực gối, xếp xe lên các ĐAH sao cho gây ra hiệu ứng bất lợi nhất đúng theo yêu cầu của qui trình thiết kế cầu AASHTO-LRFD (22TCN272-05). 3.2.5. Khai thác kết quả: Sau khi mô phỏng sơ đồ kết cấu và gắn các tải trọng tác dụng lên cầu. Tiến hành phân tích ta được kết quả như sau: Hình 1.2.14: Kết quả phản lực tai mố và trụ. - Phản lực tác dụng lên mố với tổ hợp tải trọng (6) trong bảng tổ hợp trên: 8528,063 (KN) - Trọng lượng bản thân của mố: DCmốtt = 1,25.DCbtmố = 1,25.4918,225 = 6147,781(KN). Vậy tổng áp lực tác dụng lên mố: Ap = 8528,063 +6147,781= 14675,844(KN) - Phản lực tác dụng lên trụ với tổ hợp tải trọng (6) trong bảng tổ hợp trên: 37169,485 KN - Trọng lượng bản thân của trụ: DCT1tt = DCT2tt =1,25.9469,5 =11836,875(KN) Vậy tổng áp lực tác dụng lên trụ: Ap = 37169,485 +11836,875= 49006,36(KN) 3.3. Tính toán số lượng cọc trong bệ móng mố, trụ cầu: 3.3.1. Tính toán số lượng cọc: Công thức tính toán : Trong đó : n: là số lượng cọc tính toán. b: hệ số kể đến độ lệch tâm của tải trọng, b= 1,6. Ptt : Sức chịu tải tính toán của cọc. AP : Tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng. Bảng 1.2.6: Bảng tính toán cọc tại mố và trụ STT Cấu kiện Ap(KN) Ptt(KN) n(cọc) chọn(cọc) 1 Mố M1 14675,844 7798 3,01 5 2 Trụ T1 49006,36 7798 10,00 10 3 Trụ T2 49006,36 7798 10,00 10 4 Mố M2 14675,844 7798 3,01 5 3.3.2. Sơ đồ bố trí cọc: Hình 1.2.15: Sơ đồ bố trí cọc tại mố. Hình 1.2.16: Sơ đồ bố trí cọc tại trụ. 4. TÍNH TOÁN CÁP DỰ ỨNG LỰC TRONG DẦM CHỦ. 4.1. Xác định sơ đồ tính: Do đặc điểm công nghệ thi công hẫng , tiết diện sẽ làm việc theo 2 giai đoạn khác nhau: + Giai đoạn 1 : Dầm làm việc như 1 dầm mút thừa tĩnh định. + Giai đoạn 2 : Dầm liên tục 3 nhịp. Sơ đồ tính: 7000 10000 7000 24000 Hình 1.2.17: Sơ đồ tính toán cáp dự ứng lực. Khi thi công theo công nghệ hẫng ta xem kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi và áp dụng nguyên lý cộng tác dụng. Từ đó tổng hợp nội lực trong giai đoạn thi công và khai thác rồi lấy giá trị Mmax , Mmin để tính toán bố trí cốt thép trong cả hai giai đoạn. 4.2. Tải trọng tác dụng: - Trọng lượng bản thân của các đốt dầm.(DC) - Hoạt tải thi công và thiết bị phụ (CLL): 4,48.10-4MPa.B = 5,376(KN/m) - Trọng lượng xe đúc + ván khuôn: + Xe đúc: 400(KN) + Ván khuôn: 300(KN) Þ Tổng trọng lượng xe đúc + ván khuôn: PXĐ+VK = 700(KN) - Tĩnh tải giai đoạn 2: DW = 27,711KN/m - Hoạt tải: HL-93, đoàn người tiêu chuẩn qn= 3KN/m. - Hệ số tải trọng lấy bằng (chỉ xét trong giai đoạn thi công) + 1,25: cho trọng lượng bản thân dầm. + 1,5: cho các thiết bị và cho các tác động xung kích. 4.3. Sơ đồ bố trí các nhóm cáp: Hình 1.2.18: Sơ đồ bố trí các nhóm cáp. - Nhóm 1 ứng với mômen (-) của tiết diện trên trụ. - Nhóm 2 ứng với mômen (+) của nhịp biên. - Nhóm 3 ứng với mômen (+) của tiết diện giữa nhịp. 4.4. Tính toán nội lực dầm chủ: 4.4.1. Giá trị momen âm lớn nhất của tiết diện trên trụ gây ra: (Tính cáp nhóm 1) Hình 1.2.19: Sơ đồ phân chia các khối đúc. Trong trường hợp này bất lợi nhất ta tính trong giai đoạn thi công đúc hẩng đối xứng cân bằng ứng với trường hợp cánh hẫng lớn nhất đó là khi đúc xong cánh mút thừa và tiến hành hợp long nhịp biên (khi bê tông chưa đông cứng). Tải trọng tác dụng: + Trọng lượng bản thân các đốt đúc hẫng (tức là trọng lượng phân bố đều của các đốt từ K0 đến K14) + Trọng lượng xe đúc + ván khuôn: PVK+XĐ =700(KN) + ½ trọng lượng bản thân của đốt hợp long: PHL= 382,65(KN) + Hoạt tải thi công và thiết bị phụ (CLL) (KN/m). + Lực căng cốt thép chịu momen âm cường độ cao. Tính toán bằng phần mềm MIDAS Civil ta có biểu đồ mômen do tải trọng tính toán gây ra tại tiết diện trên trụ có dạng như sau (hình 1.2.21) - Sơ đồ tính: Hình 1.2.20: Sơ đồ tính mômen tại tiết diện trụ. + Từ biểu đồ mômen trên ta được mômen âm lớn nhất do tải trọng tính toán gây ra tại tiết diện trên trụ: M1 = -372278KN.m Hình 1.2.21: Biểu đồ mômen âm lớn nhất trong giai đoạn thi công. 4.4.2. Giá trị momen dương lớn nhất của tiết diện giữa nhịp gây ra: Giá trị mômen dương lớn nhất để tính toán là giá trị mômen lớn nhất tịa tiết diện giữa nhịp trong giai đoạn khai thác nhưng trừ đi phần tĩnh tải bản thân vì đã có phần cốt thép trong giai đoạn thi công chịu. Hình 1.2.22: Biểu đồ mômen lớn nhất tại do tĩnh tải và hoạt tải. Giá trị momen uốn lớn nhất do tỉnh tải và hoạt tải gây ra trong dầm chủ ở các tiết diện: Vị trí Max(KNm) Min(KNm) Giữa nhịp giữa 59191 Giữa nhịp biên 48962 Trụ 1 -372278 Trụ 2 -372278 4.5. Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt ngang: Sử dụng chức năng SECTION PROPERTY trong MIDAS CIVIL ta có được đặc trưng hình học của mặt cắt ngang dầm chủ như sau: Đại lượng Mặt tai trụ Mặt cắt giữa nhip Đơn vị H 4 2.5 m A 22,22 7,24 m2 I 35,66 6,31 m4 Yt 1,782 0,953 m Yd 2,338 1,667 m Wt 20,011 6,621 m3 Wd 15,252 3,785 m3 Sử dụng cáp DƯL với các đặc trưng sau: Loại Cáp DƯL 22 tao 15.2 mm Diện tích 1 tao 140 mm2 Diện tích 1 bó 3080 mm2 Giới hạn bền fpu 1860 Mpa Giới hạn chảy fpy 1674 Mpa Môdun đàn hồi 197000 Mpa 4.6. Tính toán số bó cáp: -Với bó chịu mômen âm: + Ứng suất thớ trên: + Ứng suất thớ dưới: - Bó chịu mômen dương:( tiết diện ở giữa nhịp) +Ứng suất thớ dưới: - +Ứng suất thớ trên: Trong đó : + N'T: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen âm. N'T =n'bfKTAbó + NT: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen dương. NT = nbfKTAbó + e'T, eT: Khoảng cách từ trục trung hoà đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực. + A: Diện tích tiết diện bêtông. + M: Mômen do tải trọng tác dụng gây ra tại tiết diện tính toán. + W: Mômen kháng uốn tiết diện. + n'b, nb : Số bó cốt thép cần tính. + fKT: Ứng suất cho phép khi căng kéo cốt thép: fKT = 0.75fpy = 1252.5 Mpa = 1.2525 (KN/mm2) + Abó: Diện tích một bó cáp; Abó = 3080mm2 +Giả thiết aT = 150 (mm), a‘T = 250(mm). Bảng 1.2.7:Bảng tính toán số bó cáp tại trụ và giữa nhịp. Số bó cáp tại các tiết diện có momen lớn Tiết diện Giữa nhịp giữa Giữa nhịp biên Trụ 1, trụ 2 Thớ Trên Dưới Trên Dưới Trên Dưới Mmax, min (KN.m) 59191 59191 48962 48962 372278 372278 W (m3) 6,621 3,785 6,621 3,785 20,011 15,252 A (m2) 7,24 7,24 7,24 7,24 22,22 22,22 eT( e‘T ) (m) 1,517 1,517 1,517 1,517 1,532 1,613 fKT (KN/mm2) 1,2555 1,2555 1,2555 1,2555 1,2555 1,2555 Abo (mm2) 3080 3080 3080 3080 3080 3080 Số bó tính nb 25.41 nb 7.32 nb 21.18 nb 6.16 nb >= 39,62 nb <= 103,89 Số bó chọn 10 8 40 Hình 1.2.23: Bố trí cáp DƯL tại tiết diện trên trụ 1, 2 chịu momen âm. Hình 1.2.24: Bố trí cáp DƯL tại tiết diện giữa nhịp giữa và biên chịu momen dương. 5. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ. Dầm chủ có mặt cắt ngang dạng hộp do đó để tính toán ta quy đổi tiết diện hộp về tiết diện tiết diện chữ I lệch và sử dụng các công thức kiểm toán như đối với tiết diện chữ T trong quy trình. 5.1.Qui đổi tiết diện. Hình 1.2.25:Qui đổi tiết diện tại giữa nhịp Hình 1.2.26:Qui đổi tiết diện tại trụ. 5.2.Kiểm toán tiết diện. Công thức kiểm toán: Mmax Mr = jMn (Điều 5.7.3.2.1-1) Trong đó: Mr : Sức kháng uốn tính toán Mn: Sức kháng uốn danh định - Trong thực tiễn thiết kế, biểu đồ ứng suất bê tông chịu nén được quy ước coi như một khối hình chữ nhật, có cạnh là 0,85. phân bố trên một vùng giới hạn bởi mặt ngoài cùng chịu nén của mặt cắt và đường thẳng song song với trục trung hoà, cách thớ chịu nén ngoài cùng một khoảng: a = b1.c. Khoảng cách c phải tính vuông góc với trục trung hoà. Với bê tông có cường độ chịu nén khi uốn = 50 ( MPa ) > 28(MPa) thì hệ số: b1 = Ứng suất trung bình trong tao cáp ứng suất trước fps có thể lấy như sau: fps = fpu.(1-) < fpu = 1860000 ( KN/m2 ). k = 2.(1,04 - ) = 0,28 Sức kháng uốn danh định:( đối với mặt cắt chữ nhật ) Mn = ( giả thiết As, A's =0) Với cốt thép DƯL có dính bám với bê tông (đối với mặt cắt chữ T) c = [TCN 5.7.3.1.1-3] Trong đó : + Aps : Diện tích cốt thép dự ứng lực trong vùng chịu kéo. + fpu : Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của thép dự ứng lực, fpu = 1860 MPa. + As : Diện tích cốt thép thường chịu kéo, có thể chọn As = 0. + A's: Diện tích cốt thép thường chịu nén, có thể chọn A's = 0 + b1 = 0,693 + b : Bề rộng cánh chịu nén. + dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm cốt thép dự ứng lực. + fps : Ứng suất trung bình trong bó thép ứng suất trước ở sức kháng danh định + hf : Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện. + bW : Chiều rộng bản bụng. 5.2.1. Tiết diện tại gối: Aps = 40.3080 = 123200mm2 dp = 4000-250 = 3750mm b = 5000mm hf = 800mm bW = 3460mm Để tính toán chiều cao vùng nén, trước hết cần xác định trường hợp tính toán là trục trung hoà qua cánh hoặc qua sườn dầm. Muốn vậy giả thuyết trục trung hoà qua mép dưới bản chịu nén và bỏ qua cốt thép thường. Vậy trục trung hòa đi qua cánh sườn, áp dụng công thức đối với mặt cắt chữ nhật, sử dụng công thức [5.7.3.1.1-4] với bw = 34600mm. Khi đó c = 1394,1mm. Với a = c.b1 = 1394,1 x 0,693 = 996,11 (mm) : Chiều dày khối ứng suất tương đương ( MPa ). Sức kháng uốn danh định tiết diện chữ I: = 667621 (KN.m)Þ Mn = 667621 ( KN.m ). Sức kháng uốn tính toán: Mr = f.Mn = 667621 ( KN.m ) > Mu = 335168 ( KN.m ) Vậy kiểm toán đạt yêu cầu. 5.2.2. Tiết diện ở giữa nhịp: Aps = 10.3080 = 30800 mm2 dp = 2500-150 = 2350mm b = 12000mm hf = 350mm bW = 880mm Để tính toán chiều cao vùng nén, trước hết cần xác định trường hợp tính toán là trục trung hoà qua cánh hoặc qua sườn dầm. Muốn vậy giả thuyết trục trung hoà qua mép dưới bản chịu nén và bỏ qua cốt thép thường. Vậy trục trung hòa đi qua cánh dầm, áp dụng công thức đối với mặt cắt chữ nhật, sử dụng công thức [5.7.3.1.1-4] với bw = b = 12000mm. Khi đó c = 281,958mm. Với a = c.b1 = 281,958x 0,693 = 195,397 (mm) : Chiều dày khối ứng suất tương đương ( MPa ). Sức kháng uốn danh định tiết diện chữ I: Þ Mn = 174573 ( KN.m ). Sức kháng uốn tính toán: Mr = f.Mn = 174573 ( KN.m ) > Mu = 135893 ( KN.m ). Vậy kiểm toán đạt yêu cầu. 6. BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG PHƯƠNG ÁN I: STT KẾT CẤU HẠNG MỤC VẬT LIỆU ĐƠN VỊ KHỐI LƯỢNG 1 Nhịp BT Kết Cấu Nhip m3 3296,38 2 Cốt Thép Thường T 395,56 3 Thép Cường Độ Cao T 148,34 4 Mố Bê Tông Mố M300 m3 393,46 5 Đá Hộc Xây Vữa M100 m3 67,94 6 Cốt Thép Thường T 39,346 7 Trụ Bê Tông Trụ m3 757,56 8 Cốt Thép Trụ T 75,756 9 Cọc K-Nhồi Bê Tông Cọc M300 m3 235,5 10 Cốt Thép Cọc T 23,55 11 Bản Giảm Tải Bê Tông m3 16,20 12 Cốt Thép T 1,62 13 LC-TV Thép T 1,56 14 Bệ đỡ LC-TV Bê Tông m3 63,6 15 Cốt Thép T 6,36 16 Gờ Chắn Bánh Bê Tông m3 23,63 17 Cốt Thép T 2,363 18 Lớp Phủ MC BT Nhựa m3 159,85 19 Lớp Phòng Nước T 39,96 TỔNG DỰ TOÁN XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN I TT Hạng mục công trình Đơn vị Khối lượng Đơn giá(đ) Thành tiền(đ) I Phần trên KC nhịp 174,135,571 1 BTN chặt dày 6cm 100m2 26.64 3,713,206 98,919,808 2 Ống thép Tấn 1.56 4,580,675 7,145,853 3 BT Bệ đỡ lan can m3 63.60 610,614 38,835,050 4 CT Bệ đỡ lan can Tấn 6.36 4,596,676 29,234,859 II Kết cấu nhịp 9,950,859,491 1 BT Kết cấu nhịpM500 m3 3,296.38 1,868,382 6,158,897,057 2 CT thường nhịp Tấn 395.56 4,448,641 1,759,704,434 3 CT cường độ cao Tấn 148.34 13,700,000 2,032,258,000 III Mố 450,534,551 1 Bêtông mố M300 m3 393.46 610,614 240,252,184 2 ĐÁ hộc xây vữa m3 67.94 433,052 29,421,553 3 CT thường mố Tấn 39.35 4,596,676 180,860,814 IV Trụ 855,393,268 1 Bêtông trụ M300 m3 757.56 669,475 507,167,481 2 CT thường trụ Tấn 75.76 4,596,676 348,225,787 V Cọc khoan nhồi 257,921,390 1 Bêtông D100 m3 235.50 646,869 152,337,650 2 CT Cọc D100 Tấn 23.55 4,483,386 105,583,740 VI Bản giảm tải 17,338,562 1 Bêtông M300 m3 16.20 610,614 9,891,947 2 CT thường Tấn 1.62 4,596,676 7,446,615 AI Giá trị dự toán xây lắp chính 11,706,182,833 AII Giá trị DTxây lắp %AI 10.00 1,170,618,283 A Tổng giá trị DT xây lắp AI+AII 12,876,801,116 B Chi phí khác %A 10.00 1,287,680,112 C Dự phòng %(A+B) 10.00 1,416,448,123 D Trượt giá %A 6.00 772,608,067 TL Thu nhập chịu thuế %AI 60.00 7,023,709,700 G TỔNG DỰ TOÁN CÔNG TRÌNH 23,377,247,117 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN BTCT TIẾT DIỆN SUPER-T 1.TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH: 1.1. Tính toán khối lượng kết cấu nhịp: Kết cấu nhịp: gồm 7 nhịp, mỗi nhịp dài 36m mặt cắt ngang gồm 5 dầm Super-T bố trí cách nhau 2,4m: - Chiều dài mỗi nhịp 36m - Chiều cao dầm chủ 1,5m - Bản bêtông mặt cầu dày 15cm. - Bê tông dầm có cường độ 28 ngày f’c (mẫu hình trụ) : 40 Mpa - Cốt thép DƯL dùng loại tao thép 7 sợi xoắn có đường kính 15,2mm. Kích thướt mặt cắt ngang như hình vẽ: 1/2 mặt cắt ngang tại gối trên trụ 1/2 mặt cắt ngang tại gối trên mố Hình 1.3.1: Mặt chính diện dầm chủ. Hình 1.3.2: Mặt cắt dọc dầm chủ. - Diện tích mặt cắt ngang I-I: - Diện tích mặt cắt ngang II-II: - Diện tích mặt cắt ngang III-III: - Trong mỗi dầm ta bố trí 2 vách ngăn đứng, chiều dày của vách ngăn 20cm. Diện tích vách ngăn đứng: - Thể tích bê tông của 1 dầm chủ: - Khối lượng bê tông cho 1 dầm chủ: - Khối lượng bê tông cho 1 nhịp dầm chủ(có 5 dầm chủ): - Khối lượng bê tông dầm chủ cho cả cầu: - Khối lượng bê tông của bản đệm làm ván khuôn cho 1 nhịp: - Khối lượng bê tông c ủa bản đệm làm ván khuôn cho cả cầu: - Khối lượng bê tông của bản mặt cầu cho 1 nhịp: - Khối lượng bê tông của bản mặt cầu cho cả cầu: - Khối lượng bê tông cho cả cầu (dầm chủ + bản đệm +bản mặt cầu): DCbt = DCdccc+ DCbcc + DCbđ = 4121,09 (T) = 41210,9(KN) - Khối lượng bê tông trên một mét dài cầu chia đều cho 1 dầm chủ: DCdc = ( T/m ) Þ Tổng tĩnh tải giai đoạn 1: DC = 2,547(T/m) = 25,47(KN/m) 1.2. Tính toán khối lượng mố: Mố là loại mố chữ U BTCT M300, 2 mố có kích thước giống nhau như hình vẽ: -Tường cánh: Hình 1.3.3: Cấu tạo mố chữ U phương án II -Tường ngực : -Thân mố: -Bệ mố: -Đá tảng: Thể tích bê tông của 1 mố: Trọng lượng bê tông của 1 mố: Trọng lượng bê tông của 2 mố: Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông của mố là 100Kg/m3. Khối lượng thép trong 2 mố: 2 x 190,279 x 0,10 = 38,056 (T) = 380,56(KN) 1.3. Tính khối lượng trụ: Trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6 có kích thướt như hình vẽ dưới đây: +Thể tích bê tông thân trụ: +Thể tích bê tông xà mũ trụ: +Thể tích bê tông bệ trụ: Mặt cắt ngang thân trụ Hình 1.3.4: Cấu tạo trụ đặc phương án II. +Thể tích bê tông đá tảng: Bảng 1.3.1 : Kích thướt của trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6: Trụ Các kích thướt b1(m) b2(m) b3(m) b4(m) b5(m) b6(m) b7(m) b8(m) b9(m) b10(m) h1(m) h2(m) h3(m) h4(m) h5(m) R(m) T1 5,4 0,8 9 0,8 12 1,6 4 0,7 2 2,5 0,75 0,75 4 2 0,8 0,8 T2 5,4 0,8 9 0,8 12 1,6 4 0,7 2 2,5 0,75 0,75 12 2 0,8 0,8 T3 5,4 0,8 9 0,8 12 1,6 4 0,7 2 2,5 0,75 0,75 15 2 0,8 0,8 T4 5,4 0,8 9 0,8 12 1,6 4 0,7 2 2,5 0,75 0,75 15 2 0,8 0,8 T5 5,4 0,8 9 0,8 12 1,6 4 0,7 2 2,5 0,75 0,75 12 2 0,8 0,8 T6 5,4 0,8 9 0,8 12 1,6 4 0,7 2 2,5 0,75 0,75 4 2 0,8 0,8 Từ đó ta có bảng tổng hợp khối lượng của các trụ như sau: Bảng 1.3.2 : Bảng tính toán khối lượng các trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6: STT Trụ Thể tích(m3) Khối lượng(T) Tổng khốilượng mỗi trụ(T) Tổng khốilượng mỗi trụ(KN) Thân trụ Xà mũtrụ Đá tảng Bệ trụ Thân trụ Xà mũtrụ Đá tảng Bệ trụ 1 T1 42,598 32,25 4,48 97,2 106,496 80,625 11,2 243 441,321 4413,21 2 T2 122,470 32,25 4,48 97,2 306,176 80,625 11,2 243 641,001 6410,01 3 T3 159,744 32,25 4,48 97,2 399,36 80,625 11,2 243 734,185 7341,85 4 T4 159,744 32,25 4,48 97,2 399,36 80,625 11,2 243 734,185 7341,85 5 T5 122,470 32,25 4,48 97,2 306,176 80,625 11,2 243 641,001 6410,01 6 T6 42,598 32,25 4,48 97,2 106,496 80,625 11,2 243 441,321 4413,21 Tổng cộng 3633,014 36330,14 Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông trụ là 100Kg/m3. Khối lượng thép trong từng trụ như sau: Bảng 1.3.3 : Bảng tính toán khối lượng thép các trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6: STT Trụ Thể tích bê tông(m3) Hàm lượng thép(Kg/m3) Khối lượngthép(T) Khối lượngthép(KN) 1 T1 176,53 100 17,653 Thể tích bê tông(m3) 2 T2 256,4 100 25,64 176,53 3 T3 293,67 100 29,367 256,4 4 T4 293,67 100 29,367 293,67 5 T5 256,4 100 25,64 293,67 6 T6 176,53 100 17,653 256,4 Tổng 145,32 1453,2 2. TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÁC BỘ PHẬN TRÊN CẦU : 2.1. Trọng lượng các lớp mặt cầu: Kêt cấu lớp phủ mặt cầu dày 75mm gồm: + Lớp bê tông nhựa. + Lớp phòng nước. Thể tích lớp phủ mặt cầu: VMC = 0,075 x 11 x 240 = 198 ( m3 ). Trọng lượng lớp phủ mặt cầu trên một mét dài: DMC DMC = 18,56(KN/m). 2.2. Trọng lượng phần chân lan can tay vịn, lan can, tay vịn, đá vỉa : Cấu tạo của lan can, tay vịn, phần chân lan can tay vịn, đá vỉa như hình vẽ: 25 20 2000 2000 2000 600 600 250 200 3600 50 ?ng INOX Ø 12cm dày 2mm d ai thép dày 2mm 25 Hình 1.3.5: Cấu tạo lan can, tay vịn phương án II. -Tay vịn được làm bằng các ống INOX, đường kính F120, bề dày 2mm. Trọng lượng trên một mét dài của ống INOX này là 1 (Kg/m). Mỗi đoạn ống INOX dài lTV = 2,04m, số lượng ống INOX trên toàn bộ chiều dài cầu: nTV = 504 Þ LTV = 504 x 2,04 = 1028,16 ( m ). Trọng lượng tay vịn bằng ống INOX trên một mét dài cầu: DWTV DWTV =0,041(KN/m). -Lan can làm bằng đai thép dày 2mm, rộng 50mm. Diện tích đai thép: ALC =0,00513(m2) (đo trong AUTOCD) Số lượng lan can bằng đai thép trên toàn bộ chiều dài cầu: nLC =266. Trọng lượng riêng của thép lấy bằng 7,85(T/m3). Trọng lượng lan can trên một mét dài cầu: DWLC DWLC =0,021(KN/m). - Trọng lượng phần chân của lan can tay vịn trên một mét dài cầu: DWclctv DWCLCTV = 7,25(KN/m). - Cứ 7m chừa 1m để thoát nước. Do vậy khối lượng của đá vỉa trên một mét dài cầu là: DWĐV DWĐV = 2,5(KN/m). Þ Tổng tĩnh tải giai đoạn 2: DW = DWMC +DWTV +DWLC +DWCLCTV +DWĐV = 28,37(KN/m). 3 .TÍNH TOÁN SỐ LƯỢNG CỌC TRONG BỆ MÓNG MỐ, TRỤ. 3.1. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc: Sức chịu tải tính toán của cọc khoan nhồi được lấy như sau: Ptt= min{Qr, Pr}. * Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu: - Sức kháng dọc trục danh định: Pn= 0,85.[0,85.f¢c.(Ap-Ast) +fy.Ast] (MN) Trong đó: f¢c: Cường độ chụ nén của BT cọc(Mpa); f¢c=30Mpa. Ap: Diện tích mũi cọc(mm2); AP =785398mm2. Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 20f20 : Ast = 6283mm2 fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420Mpa Thay vào ta được: Pn= 0,85[0,85.30.(785398-6283)+420.6283]=19130KN - S ức kháng dọc trục tính toán: Pr = f.Pn; MN Với f : Hệ số sức kháng mũi cọc, f = 0,75 Pr =0,75.19130=14347,5KN * Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền: - Giả sử ta có số liệu của thí nghiệm hện trường CPT có kết quả xuyên như sau: Hình 1.3.6: Kết quả xuyên CPT Hình 1.3.7: Chia nền đất thành các lớp phân tố. - Sức kháng tính toán của các cọc QR có thể tính như sau: QR = j.Qn = jqp.Qp + jqs.Qs + Qp : Sức kháng mũi cọc Qp= qp.Ap. qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc. Ap: Diện tích mũi cọc, Ap=0,785(m2) + Qs : Sức kháng than cọc + jqp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. + jqs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. * Tính sức kháng mũi cọc Qp: Sức kháng mũi cọc Qp (MN) có thể được tính như cho trong Hình 10.7.3.4.3b(Phương pháp tính sức chịu đầu cọc)-Trang 56 Với : qc1 : giá tri trung bình của qc trên toàn bộ chiều sâu 4D dưới mũi cọc (đoạn a-b-c-d). Đoạn a-b b-c c-d qci.Dzi 16,575 63,9 43,425 qx2 : là giả trị trung bình qc từ L xuống 4D+L theo con đường có qc nhỏ nhất (e-c-d), từ hình ta có ngay qcx2=28,7(MPa). - Từ kết quả xuyên ta thấy rằng từ 0,7D - 4D dưới mũi cọc, giá trị qcx vừa tính là nhỏ nhất (vì khi xD<4D thì cả qcx1 và qcx2 đều lớn hơn). Do đó, qc1=qcx=28,331(MPa). - qc2 : giá tri trung bình của qc trên toàn bộ khoảng cách 8D bên trên mũi cọc (đoạn e-f-g-h-i). Đoạn e-f f-g g-h h-i qci.Dzi 33,2 21,77 87 63,525 Þ Tuy nhiên trong mọi trường hợp thì qc<qpL=15(MPa), do đó qc=15(MPa). Þ Qp= qp.Ap.= 15.0,785=11,775(MN) =11775(KN). * Tính ma sát bề mặt danh định của cọc Qs : Sức kháng ma sát bề mặt danh định của cọc Qs (N) có thể tính như sau: Ks,c : các hệ số hiệu chỉnh, tra biểu đồ ta được Ks,c= 0,6. Li : chiều sâu đến điểm giữa khoảng chiều dài tại điểm xem xét (m). D : chiều rộng hoặc đường kính cọc xem xét (mm)., D=1m fsi : sức kháng ma sát đơn vị thành ống cục bộ lấy từ CPT tại điểm xem xét (MPa). asi: chu vi cọc tại điểm xem xét (m), asi =3,14m. hi : khoảng chiều dài tại điểm xem xét (m). N1 : số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 8D, 8 khoảng. N2 : số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 2D và mũi cọc, 3 khoảng. Bảng 1.3.4: Bảng tính sức kháng bề mặt. Lớp địa chất li(m) A=li/8Di(m) asi(m) hi(m) fsi(Mpa) Qs(MN) Sét pha 3m 3,500 0,438 3,140 1,000 0,020 0,016 4,500 0,563 0,050 0,053 5,500 0,688 0,070 0,091 6,500 0,813 0,060 0,092 Sét nửa cứng 7,500 0,938 0,159 0,281 8,500 1,063 0,150 0,300 9,500 1,188 0,120 0,268 10,500 1,313 0,160 0,396 11,500 1,438 0,150 0,406  12,500 1,563 0,170 0,500 Tổng 2,404 - Vậy QR = j.Qn = jqp.Qp + jqs.Qs = 0,55.11,775+0,55.2,404=7,79845(MN)=7798,45(KN). - Sức chịu tải tính toán của cọc: ÞPtt= min{QR, Pr}=min{7,798; 14,347}= 7,798MN. 3.2. Tính toán áp lực tác dụng lên mố, trụ: 3.2.1. Áp lực tác dụng lên mố: - Trọng lượng bản thân mố: DCttmố = DCbtmố.1,25 = 5957,468(KN) - Trọng lượng kết cấu nhịp, trọng lượng lan can tay vịn, đá vĩa và các lớp mặt cầu truyền xuống:(tức là trọng lượng của tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II truyền xuống) G2tt=. Trong đó: DC: Tỉnh tải giai đoạn I tính chia đều cho một dầm chủ trên một mét dài cầu, DC = 25,47 (KN/m) DW: Tỉnh tải giai đoạn II trên một mét dài cầu, DW = 28,37 (KN/m). 5: Số lượng dầm chủ. Þ G2tt= 3631,36(KN). - Trọng lượng do hoạt tải: đah Rmố Hình 1.3.8: Đường ảnh hưởng phản lực tại mố. + Tải trọng do xe tải thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Trong đó: nXTTK: Hệ số vượt tải của xe tải thiết kế, nXTTK = 1,75. nTTL : Hệ số vượt tải của tải trọng làn, nTTL = 1,75. nPL : Hệ số vượt tải của tải trọng người, nPL = 1,75. n : Số làn xe, n =2. m : Hệ số làn xe, m = 1,0 (1+IM) = 1,25: Hệ số xung kích. Pi : Tải trọng của trục xe yi : Tung độ đường ảnh hưởng tương ứng dưới trục bánh xe pi. w : Diện tích đường ảnh hưởng, w = 17,7 T : Bề rộng đường người đi, T = 1,5m. Vậy : P1 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (145 x 1+145 x 0,8785+35 x 0,7571) + + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 17,7 + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 17,7 = 2162,514 (KN). Þ P1 = 2162,514 (KN). + Tải trọng do xe hai trục thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Trong đó : nXTTK : Hệ số vượt tải của xe hai trục thiết kế, nXTTK = 1,75 Vậy : P2 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (110 x 1+110 x 0,9961) + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 17,7 + + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 17,7 = 1815,553 (KN). Þ P2 = 1815,553 (KN). So sánh ta chọn giá trị của hoạt tải là: P1 = 2162,514 (KN). Vậy tổng tải trọng tác dụng lên mố cầu là: APmố = DCttmố + G2tt + P1 = 11751,854(KN) Þ APmố = 11751,854 (KN). 3.2.2. Áp lực tác dụng lên trụ: 3.2.2.1. Áp lực tác dụng lên trụ T1: - Trọng lượng bản thân trụ T1: DCttT1 = DCbtT1 x 1,25 = 4413,21 x 1,25 = 5516,513(KN) - Trọng lượng kết cấu nhịp, trọng lượng lan can tay vịn, đá vĩa và các lớp mặt cầu truyền xuống:(tức là trọng lượng của tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II truyền xuống) G2tt=. Trong đó: DC: Tỉnh tải giai đoạn I tính chia đều cho một dầm chủ trên một mét dài cầu, DC = 25,47 (KN/m) DW: Tỉnh tải giai đoạn II trên một mét dài cầu, DW = 28,37 (KN/m). 5: Số lượng dầm chủ. Þ G2tt= 7262,73(KN). - Trọng lượng do hoạt tải: ĐahT1 Hình 1.3.9: Đường ảnh hưởng phản lực tại trụ T1. + Tải trọng do xe tải thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Trong đó: w : Diện tích đường ảnh hưởng, w = 2 x 17,7 = 35,4. Vậy : P1 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (145 x 1+145 x 0,8787+35 x 0,8785) + + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 35,4 + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 35,4 = 3036,14 (KN). Þ P1 = 3036,14 (KN). + Tải trọng do xe hai trục thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Vậy : P2 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (110 x 1+110 x 0,9961) + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 35,4 + + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 35,4 = 2670,443 (KN). Þ P2 = 2670,443 (KN). So sánh ta chọn giá trị của hoạt tải là: P1 = 3036,14 (KN). Vậy tổng tải trọng tác dụng lên trụ T1 là: APT1 = DCttT1 + G2tt + P1 = 15815,383 (KN) Þ APT1 = 15815,383 (KN). 3.2.2.2. Áp lực tác dụng lên các trụ T2, T3, T4, T5, T6: Ta đi tính toán tương tự như ở phần 3.2.2.1. 3.2.3. Bảng tổng hợp áp lực tác dụng lên mố, trụ : Bảng 1.3.5: Bảng tính toán áp lực tác dụng lên mố trụ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN MỐ, TRỤ Thông số Mố M1 Mố M2 Trụ T1 Trụ T2 Trụ T3 Trụ T4 Trụ T5 Trụ T6 DCtt(KN) 5957.468 5957.468 5516.513 8012.513 9177.313 9177.313 8012.513 5516.513 1 G2tt(KN) 3631.360 3631.360 7262.730 7262.730 7262.730 7262.730 7262.730 7262.730 2 P1(KN) 2162.514 2162.514 3036.140 3036.140 3036.140 3036.140 3036.140 3036.140 3 P2(KN) 1815.553 1815.553 2760.443 2760.443 2760.443 2760.443 2760.443 2760.443 4 Max(P1,P2) 2162.514 2162.514 3036.140 3036.140 3036.140 3036.140 3036.140 3036.140 5 Ap(KN) 11751.34 11751.34 15815.38 18311.383 19476.183 19476.183 18311.383 15815.383 1+2+5 3.3. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc cho mố, trụ cầu: 3.3.1. Xác định số lượng cọc: Công thức tính toán : Trong đó: n: là số lượng cọc tính toán. b: hệ số kể đến độ lệch tâm của tải trọng, b = 1,6 AP: tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng. Ptt: sức chịu tải tính toán của cọc. Lập bảng tính toán như sau: Bảng 1.3.6: Bảng tính số cọc mố, trụ phương án II. STT Cấu kiện Ap(KN) Ptt(KN) n(cọc) Chọn(cọc) 1 Mố M1 11751,854 7798 2,41 5 2 Trụ T1 15815,383 7798 3,25 5 3 Trụ T2 18311,383 7798 3,76 5 4 Trụ T3 19476,183 7798 4,00 5 5 Trụ T4 19476,183 7798 4,00 5 6 Trụ T5 18311,383 7798 3,76 5 7 Trụ T6 15815,383 7798 3,25 5 8 Mố M2 11751,854 7798 2,41 5 3.3.2. Bố trí cọc cho mố, trụ cầu: 3.3.2.1. Sơ đồ bố trí cọc tại mố: Hai mố M1 và M2 có sơ đồ bố trí cọc giống nhau được thể hiện trong hình vẽ dưới đây: Hình 1.3.10:Bố trí cọc tại mố phương án II. 3.3.2.2. Sơ đồ bố trí cọc tại trụ: Các trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6 có sơ đồ bố trí cọc giống nhau được thể hiện trong hình vẽ dưới đây : Hình 1.3.11:Bố trí cọc tại trụ phương án II. 4. TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM CHỦ TẠI MẶT CẮT GIỮA NHỊP: 4.1. Bề rộng bản cánh hữu hiệu: Bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm giữa được lấy là giá trị nhỏ nhất trong 3 giá trị sau: + 1/4 chiều dài nhịp: Bbản1 = + 12 lần bề dày trung bình của bản cộng với giá trị lớn hơn trong 2 giá trị bề rộng sườn dầm và nữa bề rộng bản trên dầm Super T. Bbản2 = + Khoảng cách giữa các dầm: Bbản3 = 2,4m Vậy bề rộng hữu hiệu của dầm giữa: B = min(Bbản1, Bbản2 , Bbản3) = 2,18m 4.2. Tính các đặc trưng hình học: Mặt cắt giữa nhịp dầm chủ giai đoạn I và giai đoạn II : Hình 1.3.12: Mặt cắt ngang dầm giai đoạn I. Hình 1.3.13: Mặt cắt ngang dầm giai đoạn II. Sử dụng MIDAS Civil 6.3.0 để tính các đặc trưng hình học: + Giai đoạn I: Hình 1.3.14: Khai báo tiết diện dầm giai đoạn I Kết quả tính toán đặc trưng hình học của tiết diện giai đoạn I như sau: Hình 1.3.15: Kết quả đặc trưng hình học giai đoạn I. + Giai đoạn II: Hình 1.3.16: Khai báo tiết diện dầm giai đoạn II. Kết quả tính toán đặc trưng hình học của tiết diện giai đoạn II như sau: Hình 1.3.17: Kết quả đặc trưng hình học giai đoạn II Từ kết quả tính toán trong MIDAS Civil 6.3.0 ta tổng hợp lại thành bảng sau: Bảng 1.3.7: Bảng tính toán đặc trưng hình học mặt cắt giữa nhịp. Đặc trưng hình học Ký hiệu Mặt cắt giai đoạn I Mặt cắt giai đoạn II Đơn vị Diện tích A 0,6129 0,9669 m2 Mômen quán tính đối với trục trung hòa Id 0,1962 0,3311 m4 Khoảng cách từ trọng tâm đến thớ trên dầm yt 0,6886 0,560 m Khoảng cách từ trọng tâm đến thớ dưới dầm yd 0,8114 1,090 m Momen chống uốn đối với biên trên Wt 0,2849 0,5912 m3 Momen chống uốn đối với biên dưới Wd 0,2418 0,3037 m3 Chiều cao dầm h 1,5  1,65 m 5. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ TẠI MẶT CẮT GIỮA NHỊP: 5.1. Xác định nội lực do tỉnh tải: 5.1.1. Xác định tỉnh tải: Tỉnh tải bản thân dầm chủ + vách ngăn: DCdc =. Tỉnh tải của bản đệm làm ván khuôn: DCbđ Tỉnh tải bản mặt cầu: DCbmc = Tỉnh tải chân lan can tay vịn + đá vỉa + lan can tay vịn DWcđlctv = . Tỉnh tải lớp phủ mặt cầu: DWlp = Vậy tổng cộng tỉnh tải tác dụng lên các dầm chủ: - Dầm giữa: Giai đoạn khai thác: mặt cắt liên hợp DCg = DCdc + DCbđ + DCbmc =25,469 (KN/m) DWg = DWlp =3,712(KN/m) (Vì: đối với dầm giữa thì: DWcđlctv = 0). - Dầm biên: Giai đoạn khai thác: mặt cắt liên hợp DCg = DCdc + DCbđ + DCbmc =25,469 (KN/m) DWg = DWlp + DWcđ + DWlctv = 5,674(KN/m) 5.1.2. Nội lực do tỉnh tải gây ra: Đường ảnh hưởng mômen ở giữa nhịp: đah ML/2 Hình 1.3.18: Đường ảnh hưởng mômen giữa nhịp. Diện tích đường ảnh hưởng: w = . 5.1.2.1. Dầm giữa: Mô men tại vị trí giữa nhịp của dầm giữa: M = w ; M = w. Trường hợp tải Diên tích đah (w) Tỉnh tảigiai đoạn I (KN/m) Momen MDCdcg (KN.m) Tỉnh tảigiai đoạn II (KN/m) Momen MDWg (KN.m) Giai đoạn khai thác 156,645 25,469 3989,592 3,712 581,485 5.1.2.2. Dầm biên: Trường hợp tải Diên tích đah (w) Tỉnh tảigiai đoạn I (KN/m) Momen MDCdcb (KN.m) Tỉnh tảigiai đoạn II (KN/m) Momen MDWg (KN.m) Giai đoạn khai thác 156,645 25,469 3989,592 5,674 888,804 5.2. Xác định nội lực do hoạt tải: 5.2.1. Xác định hệ số phân bố ngang cho các dầm giữa:(dầm phía trong) Vì số dầm chủ Nb =5/3 nên ta dùng công thức để tính hệ số phân bố ngang. +Hệ số phân bố tải trọng cho mô men uốn: Khi cầu thiết kế chịu tải cho một làn xe ôtô: Trong đó: S: Khoảng cách giữa các dầm, S = 2400mm. L: Chiều dài nhịp, L = 36000mm. d: Chiều cao dầm chủ tại tiết diện giữa dầm, d = 1500mm. Vậy ta có: Khi cầu thiết kế chịu tải cho hai làn xe ôtô: Trong đó : S: Khoảng cách giữa các dầm, S = 2400mm. L: Chiều dài nhịp, L = 36000mm. d: Chiều cao dầm chủ tại tiết diện giữa dầm, d = 1500mm. Vậy ta có : . Vậy ta có hệ số phân bố tải trọng cho momen uốn cho các dầm giữa: Kiểm tra hệ số phân bố thõa mãn qui trình 22TCN 272-05 đối với phạm vi áp dụng: 1800mm ≤ S ≤ 3500mm 6000mm ≤ L ≤ 43000mm 450mm ≤ d ≤ 1700mm ÞTất cả đều thỏa phạm vi áp dụng. Vậy: gmg =0,551. + Hệ số phân bố tải trọng cho lực cắt: Khi cầu thiết kế chịu tải cho một làn xe ôtô: Khi cầu thiết kế chịu tải cho hai làn xe ôtô: Vậy: gvg =max(gvg1,gvg2) =0,766. 5.2.2. Xác định hệ số phân bố ngang cho dầm biên: + Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen: Khi một làn thiết kế chịu tải:dùng phương pháp đòn bẩy. Tải trọng làn Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế Hình 1.3.19: Sơ đồ tính hệ số phân phối ngang dầm biên. Ta tính được các giá trị: y1 = 1,396; y2 = 0,771; y3 = 0,667; y4 = 0,417. - Với một làn thiết kế ta lấy hệ số làn: m =1,2. Với xe tải thiết kế: Þ Với xe hai trục thiết kế: Với tải trọng người đi: Với tải trọng làn: - Khi hai làn thiết kế chịu tải: Với: e = de: Khoảng cách giữa tim bản bụng của dầm biên với mép trong của bó vỉa, lấy giá trị âm nếu ở về phía ngoài của bó vỉa, de = -0,8m = -800mm. Þ Kiểm tra hệ số phân bố: Theo qui trình 22TCN 272-05 với phạm vi áp dụng là: 0mm ≤ de ≤ 1400mm. 1800mm < S ≤ 3500mm Do vậy không thể áp dụng công thức trên để tính hệ số phân bố hoạt tải cho momen khi hai làn thiết kế chịu tải. Vậy: gmbXTTK = 0,25 gmbHTTK = 0,25 gmbPL = 1,95 gmbTTL = 0,64 + Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt: Khi một làn thiết kế chịu tải:dùng phương pháp đòn bẩy. Như trên đã tính ta có: . Khi hai làn thiết kế chịu tải: e = de = -800mm ≤ 0mm. Do vậy không thể áp dụng theo công thức trên. Vậy: gvbXTTK = 0,25 gvbHTTK = 0,25 gvbPL = 1,95 gvbTTL = 0,64 5.2.3. Xác định hệ số xung kích: Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, tác động tĩnh học của xe hai trục thiết kế hay xe tải thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỉ lệ phần trăm cho lực xung kích. Hệ số xung kích được lấy bằng : (1+IM/100) Với IM: Lực xung kích tính bằng phần trăm. Tất cả các trạng thái giới hạn khác trừ trạng thái giới hạn mỏi và giòn lấy IM = 25% Vậy: Þ Lực xung kích không được áp dụng cho tải trọng bộ hành và tải trọng làn thiết kế. 5.2.4. Xác định nội lực do hoạt tải gây ra: - Mô men ở vị trí giữa nhịp do tải trọng làn gây ra: qlàn =9,3KN/m w =156,645 đah ML/2 Hình 1.3.20: Xếp tải trọng làn đường ảnh hưởng mômen giữa nhịp. MTTL = qlàn x w = 9,3 x 156,645= 1456,798 ( KN.m ) Þ MTTL = 1456,798 (KN.m) - Mô men ở vị trí giữa nhịp do xe tải thiết kế gây ra: khoảng cách 2 trục sau là 4,3m Đah ML/2 Hình 1.3.21: Xếp xe tải trên đường ảnh hưởng mômen giữa nhịp. MXTTK = = 145 x 6,7 + 145 x 8,85 + 35 x 6,7 = 2489,25 (KN.m). MXTTK = 2489,25 ( KN.m ). + Mô men ở vị trí giữa nhịp do xe 2 trục thiết kế gây ra: Đah ML/2 Hình 1.3.22: Xếp xe hai trục trên đường ảnh hưởng mômen giữa nhịp. MHTTK = = 110 x 8,55 + 110 x 8,55 = 1881 (KN.m). MHTTK = 1881( KN.m ). * Vậy giá trị mômen do các loại hoạt tải gây ra: - Với các dầm giữa: + Xe tải thiết kế: = MXTTK x gmg x (1+IM) = 2489,25 x 0,551 x 1,25 = 1714,471 ( KN.m ) Þ MXTTKtt = 1714,471 ( KN.m ). + Xe hai trục thiết: MHTTKtt = MHTTK x gmg x (1+IM) = 1881 x 0,551 x 1,25 = 1295,538 ( KN.m ). Þ MHTTKtt = 1295,538 ( KN.m ). + Tải trọng làn: MTTLtt = MTTL x gmg = 1456,798 x 0,551 = 802,696 ( KN.m ). Þ MTTLtt = 802,696 ( KN.m ). So sánh giá trị mômen của 2 tổ hợp tải: Xe tải thiết kế + tải trọng làn và xe 2 trục thiết kế+ tải trọng làn, ta chọn giá trị tổ hợp tải bất lợi nhất là xe tải thiết kế + tải trọng làn. Vậy giá trị mômen do hoạt tải gây ra ở dầm giữa: MLLg = MXTTKtt + MTTLtt = 2517,167(KN.m) - Với dầm biên: + Xe tải thiết kế: = MXTTK x gmbXTTK x (1+IM) = 2489,25 x 0,25 x 1,25 = 777,891 ( KN.m ) Þ MXTTKtt = 777,891 ( KN.m ). + Xe hai trục thiết: MHTTKtt = MHTTK x gmbHTTK x (1+IM) = 1881 x 0,25 x 1,25 = 587,813( KN.m ). Þ MHTTKtt = 587,813 ( KN.m ). + Tải trọng làn: MTTLtt = MTTL x gmbTTL = 1456,798 x 0,64 = 932,351 ( KN.m ). MTTLtt = 932,351 ( KN.m ). + Tải trọng người đi: Coi như dầm biên chịu toàn bộ tải trọng người đi: PL = 300daN/m2 = 3KN/m2 MPLtt = PL x w x gmbPL = 3 x 156,456 x 1,95 = 915,267(KN.m) So sánh giá trị mômen của 2 tổ hợp tải: Xe tải thiết kế + tải trọng làn và xe 2 trục thiết kế+ tải trọng làn, ta chọn giá trị tổ hợp tải bất lợi nhất là xe tải thiết kế + tải trọng làn. Vậy giá trị mômen do hoạt tải gây ra ở dầm biên: MLLb = MXTTKtt + MTTLtt + MPLtt = 2625,509(KN.m) 5.2.5. Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn cường độ xem xét để đảm bảo yêu cầu giới hạn về độ bền và độ ổn định. Mỗi bộ phận kết cấu hoặc liên kết sẽ phải thoả mãn công thức sau ứng với mỗi trạng thái giới hạn: Trong đó: Hệ số sức kháng: f = 1,0 khi tính khả năng chịu uốn của kết cấu bê tông cốt thép DƯL. h = hD.hR.hI ≥ 0,95: hệ số điều chỉnh tải trọng. Trong đó : + hD = 0,95: Hệ số xét đến tính dẻo của kết cấu (chỉ áp dụng cho trạng thái giới hạn cường độ). + hR = 0,95: Hệ số xét đến tính dư của kết cấu (chỉ áp dụng cho trạng thái giới hạn cường độ). + hI =1,05: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khi khai thác Tổ hợp các hệ số : h = 0,95 x 0,95 x 1,05 = 0,95. Þ h = 0,95 Đối với trạng thái giới hạn sử dụng thì tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định. Theo qui trình 22TCN 272-05 đối với các trạng thái giới hạn khác(ngoài trạng thái giới hạn cường độ) thì các hệ số: hD, hR, hI lấy bằng 1. Do vậy hệ số điều chỉnh tải trọng: h = 1. Trạng thái giới hạn cường độ I: Tổ hợp cơ bản có xe trên cầu không xét gió. Hiệu ứng lực do nhiệt độ, co ngót và từ biến trong dầm giản đơn coi như bằng 0. Hệ số tải trọng : Tỉnh tải giai đoạn 1 : gp = 1,25 Tỉnh tải giai đoạn 2 : gp = 1,5 Hoạt tải : gLL = 1,75 Hiệu ứng tải: Q = hS(gi.Qi). Mômen uốn: - Dầm giữa: MuCĐ1g = h(1,25 x MDCdcg + 1,5 x MDWg + 1,75 x MLLg) = 0,95(1,25 x 3989,592+ 1,5 x 581,485+ 1,75 x 2517,167) = 9751,047 (KN.m) MuCĐ1g = 9751,047 ( KN.m ). - Dầm biên: MuCĐ1b = h(1,25 x MDCdcb + 1,5 x MDWb + 1,75 x MLLb) = 0,95(1,25 x 3989,592+ 1,5 x 888,804+ 1,75 x 2625,509) = 10308,532 (KN.m) MuCĐ1b = 10308,532 ( KN.m ). Căn cứ các giá trị nội lực tính toán thì dầm biên là dầm bất lợi hơn nên ta chọn dầm biên là dầm tính duyệt. Þ Momen tính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ I: MuCĐ = 10308,532 (KN.m) Trạng thái giới hạn sử dụng: Momen uốn: - Dầm biên: MuSD = h(MDCdcg + MDWg + MLLg) = 1(3989,592+ 888,804+2625,509) = 7503,905 (KN.m) MuSD = 7503,905 ( KN.m ). Þ Momen tính toán ứng với trạng thái giới hạn sử dụng: MuSD = 7503,905 (KN.m). 6. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC: 6.1. Tính toán diện tích cốt thép dự ứng lực: Chọn sử dụng loại tao thép đường kính 15,2mm có độ tự chùng thấp theo tiêu chuẩn ASTM A416M với các chỉ tiêu cơ lý như sau: Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn qui định của cốt thép dự ứng lực: fpu = 1860 MPa. Giới hạn chảy của cốt thép dự ứng lực : fpy = 0,9fpu = 1674 MPa. Môđun đàn hồi : EP = 197000 MPa Ứng suất khi căng tại đầu kích : fpj = 0,75fpu = 1395 MPa. Ứng suất trong thép DƯL ngay sau khi truyền lực: fpt = 0,74fpu = 1376 MPa. Ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng fpe = 0,8fpy = 1339 MPa Với quan điểm là chỉ xét trong tiết diện chỉ có một lớp thép DƯL, hoặc là lớp thép trên đối với tiết diện chịu mômen âm, hoặc là lớp thép dưới đối với tiết diện chịu mômen dương. Đối với cấu kiện BTCT dự ứng lực thì giới hạn ứng kéo trong bê tông ở trạng thái giới hạn sử dụng sau mất mát phải lớn hơn hoặc bằng -(tức là ứng suất kéo thớ dưới không được vượt quá ngưỡng cho phép). fd Þ P ³ Trong đó : MuSD : Mô men do tải trọng tính toán gây ra tại mặt cắt tính toán ở giai đoạn II lấy theo trạng thái giới hạn sử dụng. P : Lực nén do dự ứng lực. yc1 : Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt tính toán ở giai đoạn I đến thớ chịu kéo ngoài cùng. yc2 : Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt tính toán ở giai đoạn II đến thớ chịu kéo ngoài cùng. e : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép ứng suất trước phía chịu kéo đến trục trung hoà. Trong tính toán giả thiết rằng trọng tâm các bóa cáp cách thớ ngoài của tiết diện là 14cm . :Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày, = 40MPa A, Id1, Id2 : Diện tích của mặt cắt tính toán ở giai đoạn I và mô men quán tính của tiết diện tính toán lấy đối với trục trung hòa của tiết diện giai đoan I, II. Trong khi tính sơ bộ các bó thép ta giả sử ứng suất trong bó cáp còn lại sau mất mát là fps = 0,6fpu = 0,6 x 1860 = 1116 Mpa = 1116000 ( KN/m2 ). Xác định sơ bộ diện tích cốt thép ứng suất trước: Với: MuSD = 7503,905 ( KN.m ). yc1 = 0,8114m yc2 = 1,090m Id1 = 0,1962m4 Id2 = 0,3311m4 A = 0,6129m2 e = 0,8114 -0,14 = 0,6714m Þ P ≥ 5581,237(KN) APS = Vậy số tao thép dự ứng lực là : N = Với: Astr = 140 mm2 là diện tích của một tao 15,2mm Vậy chọn số tao thép là 36 tao ở thớ dưới và 2 tao ở chổ vút của sườn dầm. 6.2. Bố trí cốt thép dự ứng lực: Hình 1.3.23: Bố trí cốt thép DƯL dầm chủ phương án II. Trọng tâm cốt thép ứng suất trước đến biên dưới của dầm: 7. KIỂM TOÁN TIẾT DIỆN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠNG CƯỜNG ĐỘ I: Sức kháng uốn tính toán : Mr = f.Mn Trong đó : Mr : Sức kháng uốn tính toán Mn : Sức kháng uốn danh định f : Hệ số sức kháng, với bê tông cốt thép dự ứng lực thì f =1,0. Trong thực tiễn thiết kế, biểu đồ ứng suất bê tông chịu nén được quy ước coi như một khối hình chữ nhật, có cạnh là 0,85. phân bố trên một vùng giới hạn bởi mặt ngoài cùng chịu nén của mặt cắt và đường thẳng song song với trục trung hoà, cách thớ chịu nén ngoài cùng một khoảng: a = b1.c. Khoảng cách c phải tính vuông góc với trục trung hoà. Với bê tông có cường độ chịu nén khi uốn = 40 ( MPa ) > 28(MPa) thì hệ số: b1 = Ứng suất trung bình trong tao cáp ứng suất trước fps có thể lấy như sau : fps = fpu.(1-) < fpu = 1860000 (KN/m2 ). k = 2.(1,04 - ) = 0,28 Sức kháng uốn danh định:( đối với mặt cắt chữ nhật ) Mn = ( giả thiết As, A's =0) Với cốt thép DƯL có dính bám với bê tông (đối với mặt cắt chữ T) c = [TCN 5.7.3.1.1-3] Trong đó : + Aps : Diện tích cốt thép dự ứng lực trong vùng chịu kéo, Aps = 36 x 140= 5040 ( mm2 ). + fpu : Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của thép dự ứng lực, fpu = 1860 MPa. + As : Diện tích cốt thép thường chịu kéo, có thể chọn As = 0. + A's : Diện tích cốt thép thường chịu nén, có thể chọn A's = 0 + b1 = 0,76 + b : Bề rộng cánh chịu nén, b = 2180 mm.(sau khi qui đổi) + dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm cốt thép dự ứng lực, dp = 1650 – 135= 1515 mm + fps : Ứng suất trung bình trong bó thép ứng suất trước ở sức kháng danh định + hf : Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện, là chiều dày quy đổi từ cánh trên của dầm, hf = 225,69 mm + bW : Chiều rộng bản bụng, bW = 200 mm. Để tính toán chiều cao vùng nén, trước hết cần xác định trường hợp tính toán là trục trung hoà qua cánh hoặc qua sườn dầm. Muốn vậy giả thuyết trục trung hoà qua mép dưới bản chịu nén và bỏ qua cốt thép thường. Ta có: Vậy trục trung hòa đi qua cánh dầm, áp dụng công thức đối với mặt cắt chữ nhật, sử dụng công thức [5.7.3.1.1-4] với bw = b = 2180mm, c = 162,838mm Với a = c.b1 = 162,838 x 0,76 = 123,757(mm) : Chiều dày khối ứng suất tương đương ( MPa ). Sức kháng uốn danh định tiết diện chữ I: Þ Mn = 13310,57 ( KN.m ). Sức kháng uốn tính toán : Mr = f.Mn =13310,57 ( KN.m ) > Mu = 10308,532 ( KN.m ) Vậy kiểm toán đạt yêu cầu. 8. BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG VẬT LIỆU: BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG PHƯƠNG ÁN II STT KẾT CẤU HẠNG MỤC VẬT LIỆU ĐƠN VỊ KHỐI LƯỢNG 1 Nhịp BT Kết Cấu Nhip m3 1648,43 2 Cốt Thép Thường T 164,843 3 Thép Cường Độ Cao T 52,62 4 Mố Bê Tông Mố M300 m3 380,558 5 Đá Hộc Xây Vữa M100 m3 59.88 6 Cốt Thép Thường T 38,056 7 Trụ Bê Tông Trụ m3 1453,206 8 Cốt Thép Trụ T 145,321 9 Cọc K-Nhồi Bê Tông Cọc M300 m3 323,42 10 Cốt Thép Cọc T 32,342 11 Bản Giảm Tải Bê Tông m3 16.20 12 Cốt Thép T 1.62 13 LC-TV Thép T 1,638 14 Bệ đỡ LC-TV Bê Tông m3 73,08 15 Cốt Thép T 7,308 16 Gờ Chắn Bánh Bê Tông m3 23,63 17 Cốt Thép T 2,363 18 Lớp Phủ MC BT Nhựa m3 167,84 19 Lớp Phòng Nước T 41,96 TỔNG DỰ TOÁN XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN II TT Hạng mục công trình Đơn vị Khối lượng Đơn giá(đ) Thành tiền(đ) I Phần trên KC nhịp 189,577,697 1 BTN chặt dày 6cm 100m2 27.97 3,713,206 103,858,372 2 Ống thép Tấn 1.64 4,580,675 7,503,146 3 BT Bệ đỡ lan can m3 73.08 610,614 44,623,671 4 CT Bệ đỡ lan can Tấn 7.31 4,596,676 33,592,508 II Kết cấu nhịp 4,532,516,758 1 BT Kết cấu nhịp M400 m3 1648.43 1,868,382 3,079,896,940 2 CT thường nhịp Tấn 164 4,448,641 731,725,818 3 CT cường độ cao Tấn 52.62 13,700,000 720,894,000 III Mố 433,236,298 1 Bêtông mố M300 m3 380.56 610,614 232,374,043 2 ĐÁ hộc xây vữa m3 59.88 433,052 25,931,154 3 CT thường mố Tấn 38.06 4,596,676 174,931,102 IV Trụ 1,640,878,640 1 Bêtông trụ M300 m3 1,453.21 669,475 972,885,087 2 CT thường trụ Tấn 145.32 4,596,676 667,993,553 V Cọc khoan nhồi 354,212,042 1 Bêtông D100 m3 323.42 646,869 209,210,372 2 CT Cọc D100 Tấn 32.34 4,483,386 145,001,670 VI Bản giảm tải 17,338,562 1 Bêtông M300 m3 16.20 610,614 9,891,947 2 CT thường Tấn 1.62 4,596,676 7,446,615 AI Giá trị dự toán xây lắp chính 7,167,759,997 AII Giá trị DTxây lắp %AI 10.00 716,776,000 A Tổng giá trị DT xây lắp AI+AII 7,884,535,996 B Chi phí khác %A 10.00 788,453,600 C Dự phòng %(A+B) 10.00 867,298,960 D Trượt giá %A 6.00 473,072,160 TL Thu nhập chịu thuế %AI 60.00 4,300,655,998 G TỔNG DT CÔNG TRÌNH 14,314,016,713 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU DÀN THÉP 1.TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH: 1.1. Tính toán khối lượng kết cấu nhịp: Kết cấu nhịp: gồm 3 nhịp 80m, mặt cắt ngang gồm 6 dầm dọc phụ bố trí cách nhau 1.5m: - Chiều dài mỗi nhịp 80m - Chiều cao dàn chủ 9m - Bản bêtông mặt cầu dày 15cm. - Khoan dàn 8m. Kích thướt mặt cắt ngang như hình vẽ: 1/2 mặt cắt ngang tại gối trên trụ 1/2 mặt cắt ngang tại gối trên mố Hình 1.4.1: Mặt cắt ngang dàn chủ. Trọng lượng thép của giàn được xác định theo công thức gần đúng của giáo sư N.X.Xtơreletxki : Trong đó : + gg : Trọng lượng thép trên 1m dài giàn . + L : Nhịp tính toán của giàn , l = 79,4 (m) + 1,75 và 1,25 : Các hệ số tải trọng đối với hoạt tải và tĩnh tải. + R= 19000 (T/m2): cường độ của thép. + β= 0,12: hệ số xét đến trọng lượng hệ liên kết. + a,b : Các đặc trưng trọng lượng ,lấy tuỳ theo kết cấu nhịp khác nhau. Với cầu giàn , ta lấy a = b = 3,5 + : Trọng lượng riêng của thép làm giàn , = 7850 kg/m3 hay = 7,85 T/m3. + qmc : Trọng lượng phân bố đều mặt cầu và đường đi trên 1m dài giàn, tính chia đều cho các giàn chủ : Trọng lượng mặt đường và bản BTCT mặt cầu lấy khoảng 0,6(T/m2) Trọng lượng đường người đi lấy bằng 0,25T/m2. + qmc được tính như sau : qmc = ´(0,6´8+0,25´2´1,5+0,08´8+0,03´2´1,5 = 3,14 T/m = 31,4 KN/m Trong đó :0,08 và 0,03 là: Trọng lượng trên 1m2 của hệ dầm mặt cầu và dầm đường người đi + K0: tải trọng tương đương của hoạt tải thiết kế có kể đến lực xung kích và hệ số phân bố tải trọng. K0= (1+IM)gxttk.m.ktd+ gttl.0,93+ 0,3.gpl Trong đó: 1+IM: Hệ số xung kích được tính như sau: Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, tác động tĩnh học của xe hai trục thiết kế hay xe tải thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỉ lệ phần trăm cho lực xung kích. Hệ số xung kích được lấy bằng : (1+IM/100) Với IM: Lực xung kích tính bằng phần trăm. Tất cả các trạng thái giới hạn khác trừ trạng thái giới hạn mỏi và giòn lấy IM = 25% Vậy: Þ Ktd: tải trọng tương đương của xe tải thiết kế ứng với đường ảnh hưởng dạng tam giác đỉnh ¼ nhịp w =1182,27 đah ML/4 Hình 1.4.2: Đường ảnh hưởng mômen tại ¼ nhịp. Ta có: ω.ktd=Pi.yi =>ktd= Piyi/ω= (145x14,89+145.13,81+35.12,74)/1182,27 =3,897 KN/m gxttk, gttl, gpl: các hệ số phân phối ngang được xác định theo quy tắc đòn bẩy. * Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen: Hình 1.4.3: Chất tải tính toán hệ số phân bố hoạt đối với mômen. Ta tính được các giá trị: y1 = 1,191; y2 = 1,027; y3 = 0,937; y4 = 0,871. ; y5 = 0,675. ; y6 = 0,609. - Với một làn thiết kế ta lấy hệ số làn: m =1,2. Với xe tải thiết kế: Þ Với xe hai trục thiết kế: Với tải trọng người đi: Với tải trọng làn: Vậy: gmbXTTK = 0,927 gmbHTTK = 0,927 gmbPL = 1,996 gmbTTL = 2,783 * Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt: Khi một làn thiết kế chịu tải:dùng phương pháp đòn bẩy. Như trên đã tính ta có: gmbXTTK = 0,927 gmbHTTK = 0,927 gmbPL = 1,996 gmbTTL = 2,783. Do đó: K0= 1,25 x 0,927x1x3,897+2,783x9,3+3x1,996= 16,619 KN/m. ==>Thay các thông số đã biết vào công thức N.X-Xtơreletxki, ta có: gg = 9,332 KN/m. Trọng lượng hệ liên kết : glk = 0,11´gg = 1,027 KN/m Vậy trọng lượng của 1 nhịp giàn 80 m là: DC= 80´(9,332 +1,027) = 828,72 KN Trọng lượng toàn cầu: DCtoàncầu= 828,72´3=2486,16 KN Þ Tổng tĩnh tải giai đoạn 1: DC = 1,0359(T/m) = 10,359(KN/m) 1.2. Tính toán khối lượng mố: Mố là loại mố chữ U BTCT M300, 2 mố có kích thước giống nhau như hình vẽ: Hình 1.4.4: Cấu tạo mố chữ U phương án III. -Tường cánh: -Tường ngực : -Thân mố: -Bệ mố: -Đá tảng: Thể tích bê tông của 1 mố: Trọng lượng bê tông của 1 mố: Trọng lượng bê tông của 2 mố: Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông của mố là 100Kg/m3. Khối lượng thép trong 2 mố: 2 x 204,966 x 0,10 = 40,993 (T) = 409,93(KN) 1.3. Tính khối lượng trụ: Trụ T1, T2 có kích thướt giống nhau như hình vẽ dưới đây: Hình 1.4.5: Cấu tạo trụ đặc phương án III. +Thể tích bê tông thân trụ: +Thể tích bê tông xà mũ trụ: +Thể tích bê tông bệ trụ: +Thể tích bê tông đá tảng: + Thể tích bê tông 1 trụ: Trọng lượng bê tông 1 trụ : + Trọng lượng bê tông cho cả 2 trụ : DC2tr = 6191,5 x 2 = 12383(KN) Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bêtông trụ là 100Kg/m3. Khối lượng thép trong 1 trụ: 247,66 x 0,1= 24,766 (T) = 247,66 (KN) Tổng khối lượng thép cho cả 2 trụ : 247,66 x 2 = 495,32(KN) 2. TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÁC BỘ PHẬN TRÊN CẦU : 2.1. Trọng lượng bản mặt cầu và hệ dầm của nhịp giàn thép . - Bản mặt cầu của nhịp giàn thép . 8×0,15×25 = 30 KN/m . - Bản bộ hành . 1,5× 0,15×25×2 = 11,25 KN/m - Trọng lượng hệ dầm cầu ; Lấy bằng 0,08 (T/m2) 9,56×0,08 = 0,7648 (T/m)=7,648 KN/m - Trọng lượng dầm phần bộ hành ; Lấy bằng 0,03 (T/m2) 1,74× 0,03×2,0 = 0,1044 (T/m)=1,044 KN/m Dbchd = 49,942(KN/m). 2.2. Trọng lượng các lớp mặt cầu: Kêt cấu lớp phủ mặt cầu dày 75mm gồm: + Lớp bê tông nhựa. + Lớp phòng nước. Thể tích lớp phủ mặt cầu: VMC = 0,075 x 13 x 240 = 234 ( m3 ). Trọng lượng lớp phủ mặt cầu trên một mét dài: DMC DMC = 21,938(KN/m). 2.3. Trọng lượng phần lan can, tay vịn, đá vỉa : * Trọng lượng lan can tay vịn lấy bằng 0.05 (T/m)=0,5KN/m * Trọng lượng gờ chắn bánh (đá vỉa) - Cứ 7m chừa 1m để thoát nước. Do vậy khối lượng của đá vỉa trên một mét dài cầu là: DWĐV DWĐV = 0,352(KN/m). Þ Tổng tĩnh tải giai đoạn 2: DW = 72,232(KN/m). 3 .TÍNH TOÁN SỐ LƯỢNG CỌC TRONG BỆ MÓNG MỐ, TRỤ. 3.1. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc: Sức chịu tải tính toán của cọc khoan nhồi được lấy như sau: Ptt= min{Qr, Pr}. * Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu: - Sức kháng dọc trục danh định: Pn= 0,85.[0,85.f¢c.(Ap-Ast) +fy.Ast] (MN) Trong đó: f¢c: Cường độ chụ nén của BT cọc(Mpa); f¢c=30Mpa. Ap: Diện tích mũi cọc(mm2); AP =785398mm2. Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 20f20 : Ast = 6283mm2 fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420Mpa Thay vào ta được: Pn= 0,85[0,85.30.(785398-6283)+420.6283]=19130KN - S ức kháng dọc trục tính toán: Pr = f.Pn; MN Với f : Hệ số sức kháng mũi cọc, f = 0,75 Pr =0,75.19130=14347,5KN * Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền: - Giả sử ta có số liệu của thí nghiệm hện trường CPT có kết quả xuyên như sau: Hình 1.4.6: Kết quả xuyên CPT. Hình 1.4.7: Chia nền đất thành các lớp phân tố. - Sức kháng tính toán của các cọc QR có thể tính như sau: QR = j.Qn = jqp.Qp + jqs.Qs + Qp : Sức kháng mũi cọc Qp= qp.Ap. qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc. Ap: Diện tích mũi cọc, Ap=0,785(m2) + Qs : Sức kháng than cọc + jqp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. + jqs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. * Tính sức kháng mũi cọc Qp: Sức kháng mũi cọc Qp (MN) có thể được tính như cho trong Hình 10.7.3.4.3b(Phương pháp tính sức chịu đầu cọc)-Trang 56 Với : qc1 : giá tri trung bình của qc trên toàn bộ chiều sâu 4D dưới mũi cọc (đoạn a-b-c-d). Đoạn a-b b-c c-d qci.Dzi 16,575 63,9 43,425 qx2 : là giả trị trung bình qc từ L xuống 4D+L theo con đường có qc nhỏ nhất (e-c-d), từ hình ta có ngay qcx2=28,7(MPa). - Từ kết quả xuyên ta thấy rằng từ 0,7D - 4D dưới mũi cọc, giá trị qcx vừa tính là nhỏ nhất (vì khi xD<4D thì cả qcx1 và qcx2 đều lớn hơn). Do đó, qc1=qcx=28,331(MPa). - qc2 : giá tri trung bình của qc trên toàn bộ khoảng cách 8D bên trên mũi cọc (đoạn e-f-g-h-i). Đoạn e-f f-g g-h h-i qci.Dzi 33,2 21,77 87 63,525 Þ Tuy nhiên trong mọi trường hợp thì qc<qpL=15(MPa), do đó qc=15(MPa). Þ Qp= qp.Ap.= 15.0,785=11,775(MN) =11775(KN). * Tính ma sát bề mặt danh định của cọc Qs : Sức kháng ma sát bề mặt danh định của cọc Qs (N) có thể tính như sau: Ks,c : các hệ số hiệu chỉnh., tra biểu đồ ta được Ks,c= 0,6. Li : chiều sâu đến điểm giữa khoảng chiều dài tại điểm xem xét (m). D : chiều rộng hoặc đường kính cọc xem xét (mm)., D=1m fsi : sức kháng ma sát đơn vị thành ống cục bộ lấy từ CPT tại điểm xem xét (MPa). asi: chu vi cọc tại điểm xem xét (m), asi =3,14m. hi : khoảng chiều dài tại điểm xem xét (m). N1 : số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 8D, 8 khoảng. N2 : số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 2D và mũi cọc, 3 khoảng. Bảng 1.4.1: Bảng tính toán sức kháng bề mặt cọc. Lớp địa chất li(m) A=li/8Di(m) asi(m) hi(m) fsi(Mpa) Qs(MN) Sét pha 3m 3,500 0,438 3,140 1,000 0,020 0,016 4,500 0,563 0,050 0,053 5,500 0,688 0,070 0,091 6,500 0,813 0,060 0,092 Sét nửa cứng 7,500 0,938 0,159 0,281 8,500 1,063 0,150 0,300 9,500 1,188 0,120 0,268 10,500 1,313 0,160 0,396 11,500 1,438 0,150 0,406  12,500 1,563 0,170 0,500 Tổng 2,404 - Vậy QR = j.Qn = jqp.Qp + jqs.Qs = 0,55.11,775+0,55.2,404=7,79845(MN)=7798,45(KN). - Sức chịu tải tính toán của cọc: ÞPtt= min{QR, Pr}=min{7,798; 14,347}= 7,798MN. 3.2. Tính toán áp lực tác dụng lên mố, trụ: 3.2.1. Áp lực tác dụng lên mố: - Trọng lượng bản thân mố: DCttmố = DCbtmố.1,25 = 6405,188(KN) - Trọng lượng kết cấu nhịp, trọng lượng lan can tay vịn, đá vĩa và các lớp mặt cầu truyền xuống:(tức là trọng lượng của tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II truyền xuống) G2tt=. Trong đó: DC: Tỉnh tải giai đoạn I tính một mét dài cầu, DC = 10,359 (KN/m) DW: Tỉnh tải giai đoạn II trên một mét dài cầu, DW = 72,232 (KN/m). Þ G2tt= 4851,87(KN). - Trọng lượng do hoạt tải: đah Rmố Hình 1.4.8: Đường ảnh hưởng phản lực tại mố. + Tải trọng do xe tải thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Trong đó: nXTTK: Hệ số vượt tải của xe tải thiết kế, nXTTK = 1,75. nTTL : Hệ số vượt tải của tải trọng làn, nTTL = 1,75. nPL : Hệ số vượt tải của tải trọng người, nPL = 1,75. n : Số làn xe, n =2. m : Hệ số làn xe, m = 1,0 (1+IM) = 1,25: Hệ số xung kích. Pi : Tải trọng của trục xe yi : Tung độ đường ảnh hưởng tương ứng dưới trục bánh xe pi. w : Diện tích đường ảnh hưởng, w = 39,7 T : Bề rộng đường người đi, T = 1,5m. Vậy : P1 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (145 x 1+145 x 0,9458+35 x 0,8917) + + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 39,7 + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 39,7 = 3288,418 (KN). Þ P1 = 3288,418 (KN). + Tải trọng do xe hai trục thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Trong đó : nXTTK : Hệ số vượt tải của xe hai trục thiết kế, nXTTK = 1,75 Vậy : P2 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (110 x 1+110 x 0,9849) + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 39,7 + + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 39,7 = 2872,743 (KN). Þ P2 = 2872,743 (KN). So sánh ta chọn giá trị của hoạt tải là: P1 = 3288,418 (KN). Vậy tổng tải trọng tác dụng lên mố cầu là: APmố = DCttmố + G2tt + P1 = 14545,476(KN) Þ APmố = 14545,476 (KN). 3.2.2. Áp lực tác dụng lên trụ T1,T2: Vì 2 trụ có kết cấu như nhau nên ta chỉ cần tính cho một trụ. - Trọng lượng bản thân trụ T1: DCttT1 = DCbtT1 x 1,25 = 6191,5 x 1,25 = 7739,375(KN) - Trọng lượng kết cấu nhịp, trọng lượng lan can tay vịn, đá vĩa và các lớp mặt cầu truyền xuống:(tức là trọng lượng của tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II truyền xuống) G2tt=. Trong đó: DC: Tỉnh tải giai đoạn I tính chia đều cho một dầm chủ trên một mét dài cầu, DC = 10,359 (KN/m) DW: Tỉnh tải giai đoạn II trên một mét dài cầu, DW = 72,232 (KN/m). Þ G2tt= 9703,74(KN). - Trọng lượng do hoạt tải: ĐahT1 Hình 1.4.9: Đường ảnh hưởng phản lực tại trụ. + Tải trọng do xe tải thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Trong đó: w : Diện tích đường ảnh hưởng, w = 1 x 79,4 = 79,4. Vậy : P1 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (145 x 1+145 x 0,9458+35 x 0,9458) + + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 79,4 + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 79,4 = 5214,213 (KN). Þ P1 = 5214,213 (KN). + Tải trọng do xe hai trục thiết kế + tải trọng làn + người gây ra: Vậy : P2 = 1,75 x 2 x 1 x 1,25 x (110 x 1+110 x 0,9849) + 1,75 x 2 x 1 x 9,3 x 79,4 + + 1,75 x 2 x 1,5 x 3 x 79,4 = 4790,253 (KN). Þ P2 = 4790,253 (KN). So sánh ta chọn giá trị của hoạt tải là: P1 = 5214,213 (KN). Vậy tổng tải trọng tác dụng lên trụ T1 là: APT1 = DCttT1 + G2tt + P1 = 15815,383 (KN) Þ APT1 = 22657,328 (KN). 3.3. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc cho mố, trụ cầu: 3.3.1. Xác định số lượng cọc: Công thức tính toán : Trong đó: n: là số lượng cọc tính toán. b: hệ số kể đến độ lệch tâm của tải trọng, b = 1,6 AP: tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng. Ptt: sức chịu tải tính toán của cọc. Lập bảng tính toán như sau: Bảng 1.4.2: Bảng tính toán số cọc tại mố và trụ. STT Cấu kiện Ap(KN) Ptt(KN) n(cọc) Chọn(cọc) 1 Mố M1 14545,476 7798 2,98 5 2 Trụ T1 22657,328 7798 4,65 6 3 Trụ T2 22657,328 7798 4,65 6 4 Mố M2 14545,476 7798 2,98 5 3.3.2. Bố trí cọc cho mố, trụ cầu: 3.3.2.1. Sơ đồ bố trí cọc tại mố: Hai mố M1 và M2 có sơ đồ bố trí cọc giống nhau được thể hiện trong hình vẽ dưới đây: Hình 1.4.10: Sơ đồ bố trí cọc tại mố. 3.3.2.2. Sơ đồ bố trí cọc tại trụ: Các trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6 có sơ đồ bố trí cọc giống nhau được thể hiện trong hình vẽ dưới đây : Hình 1.4.11: Sơ đồ bố trí cọc tại trụ. 4 .TÍNH TOÁN KIỂM TRA TIẾT DIỆN THANH DÀN: 4.1. Tính toán tiết diện thanh dàn: Hình 1.4.12: Sơ đồ tính toán thanh dàn. Việc chọn tiết diện thanh dàn thường bắt đầu từ thanh có lực nén lớn nhấtlà thanh 1-2 thanh biên chịu nén, các kích thước cơ bản của thanh này sẽ quyết định bề rộng b của tất cả mọi thanh và cố gắng giữ không đổi để các thanh xiên liên kết vào nút được thuận lợi. Chiều cao h của các thanh biên cũng nên giữ cố định để việc cấu tạo giàn đơn giản. Có thể xác định sơ bộ h và b theo công thức kinh nghiệm: Trong đó: l - nhịp của dàn (m); l = 80m Trong quy trình thiết kế cầu 22TCN 272-05 không đưa ra công thức tính toán diện tích tiết diện cụ thể nêndiện tích tiết diện được tính sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau: Trong đó: 0,82- hệ số uốn dọc R0 = 1900Kg/cm2 N- nội lực tính toán của thanh được xác định như sau: Diện tích đường ảnh hưởng: ω = 84,64 Tổng tĩnh tải giai đoạn 1: DC = 1,0359(T/m) = 10,359(KN/m) Tổng tĩnh tải giai đoạn 2: DW = 22,232(KN/m). Hình 1.4.13: Đường ảnh hưởng lực dọc thanh biên trên1-2. *Nội lực do tĩnh tải + XTTK+ người + TTL. N1-2=(10,359x1,25+22,232 x 1,5)x84,64+1,75x(1,864x145+2,132x145+35x1,942 +3x84,64+ 9,3x84,64) = 6873,37KN. *Nội lực do tĩnh tải + XHTTK+ người + TTL. N1-2=(10,359x1,25+22,232 x 1,5)x84,64+1,75x(2,132x110+110x2,080 +3x84,64+ 9,3x84,64) = 6551,24 KN. So sánh chọn N=12251,36KN để tính toán. Diện tích tiết diện: Vậy chọn kích thước tiết diện thanh dàn như sau: Hình 1.4.14: Tiết diện ngang thanh biên trên 1-2. 4.2. Kiểm toán tiết diện thanh: Sức kháng nén dọc trục tính toán : Pr = f.Pn Trong đó : Pr : Sức kháng nén dọc trục tính toán Pn : Sức kháng nén dọc trục danh định f : Hệ số sức kháng, đối với nén thì f =0,9. Độ mảnh: λ = Trong đó : K- hệ số chiều dài quy định, với liên kết bu lông K=0,75 l - Chiều dài không giằng, l=8000mm rs- bán kính chuyển hồi theo mặt phẳng bùng(mm). Fy- Cường độ chảy, Fy =250(Mpa) E- môđun đàn hồi, E = 200000(Mpa) rs=min(rx,ry) với: rx= , ry= Ixng=2 xx 4x 64 + 40 x 3 = 174852,67cm Iyng= x 3x 40 + 2(64x 4 + 64 x 4 x )=27946,67 cm Ang= 632cm rs = ry= = 6,65cm Kiểm tra độ mảnh: λ = = Pn = 0,88FyAng=0,66x250x 63200 = 10428000(N) = 10428KN. Vậy: Pr = f.Pn= 0,9x10428 = 9385,2KN > 6783,37KN Vậy kiểm tra đạt yêu cầu. 5. BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG VẬT LIỆU: BẢNG TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG PHƯƠNG ÁN III STT KẾT CẤU HẠNG MỤC VẬT LIỆU ĐƠN VỊ KHỐI LƯỢNG 1 Nhịp BT Kết Cấu Nhip m3 693,427 2 Cốt Thép Hình T 248,616 3 Mố Bê Tông Mố M300 m3 409,932 4 Đá Hộc Xây Vữa M100 m3 59.88 5 Cốt Thép Thường T 40,993 6 Trụ Bê Tông Trụ m3 495,32 7 Cốt Thép Trụ T 49,532 8 Cọc K-Nhồi Bê Tông Cọc M300 m3 177,881 9 Cốt Thép Cọc T 17,788 10 Bản Giảm Tải Bê Tông m3 16.20 11 Cốt Thép T 1.62 12 Gờ Chắn Bánh Bê Tông m3 23,63 13 Cốt Thép T 2,363 14 Lớp Phủ MC BT Nhựa m3 167,84 15 Lớp Phòng Nước T 41,96 TỔNG DỰ TOÁN XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN III TT Hạng mục công trình Đơn vị Khối lượng Đơn giá(đ) Thành tiền(đ) I Phần trên KC nhịp 1,065,217,778 1 BTN chặt dày 6cm 100m2 279.73 3,713,206 1,038,695,114 2 BT gờ chắn bánh m3 23.63 610,614 14,428,809 3 CT Gờ chắn banh Tấn 2.63 4,596,676 12,093,855 II Kết cấu nhịp 3,507,628,776 1 BT Kết cấu nhịp M400 m3 693.43 1,868,382 1,295,586,525 2 CT thường nhịp Tấn 497.24 4,448,641 2,212,042,251 III Mố 464,672,911 1 Bêtông mố M300 m3 409.93 610,614 250,310,218 2 ĐÁ hộc xây vữa m3 59.88 433,052 25,931,154 3 CT thường mố Tấn 40.99 4,596,676 188,431,539 IV Trụ 559,286,913 1 Bêtông trụ M300 m3 495.32 669,475 331,604,357 2 CT thường trụ Tấn 49.53 4,596,676 227,682,556 V Cọc khoan nhồi 194,816,175 1 Bêtông D100 m3 177.88 646,869 115,065,705 2 CT Cọc D100 Tấn 17.79 4,483,386 79,750,470 VI Bản giảm tải 17,338,562 1 Bêtông M300 m3 16.20 610,614 9,891,947 2 CT thường Tấn 1.62 4,596,676 7,446,615 AI Giá trị dự toán xây lắp chính 5,808,961,114 AII Giá trị DTxây lắp %AI 10.00 580,896,111 A Tổng giá trị DT xây lắp AI+AII 6,389,857,226 B Chi phí khác %A 20.00 1,277,971,445 C Dự phòng %(A+B) 10.00 766,782,867 D Trượt giá %A 10.00 638,985,723 TL Thu nhập chịu thuế %AI 60.00 3,485,376,669 G TỔNG DỰ TOÁN CÔNG TRÌNH 12,558,973,929 CHƯƠNG V: SO SÁNH CHỌN PHƯƠNG ÁN 1. Cơ sở để chọn phương án đưa vào thiết kế kỹ thuật: - Dựa vào tổng giá thành xây dựng ban đầu. - Dựa vào các yêu cầu về kỹ thuật và mỹ quan. - Dựa vào điều kiện tận dụng nguồn nhân lực và vật liệu địa phương. - Dựa vào các yêu cầu về khai thác, sử dụng và duy tu bảo dưỡng. 2. So sánh các phương án theo giá thành dự toán: - Phương án 1: Cầu dầm liên tục BTCT dự ứng lực. Sơ đồ cầu : 70+100+70m Tổng giá thành công trình: 23377247117 đồng. - Phương án 2: Cầu dầm Super T bê tông cốt thép ứng suất trước, bản đổ sau Sơ đồ cầu : 7 x 36m Tổng giá thành công trình: 14314016713 đồng. - Phương án 3: Cầu dầm dàn thép. Sơ đồ cầu : 3 x 80m Tổng giá thành công trình: 12558973929 đồng. 3. So sánh các phương án theo điều kiện thi công chế tạo: 3.1. Phương án I: Cầu liên tục Ưu điểm: - Khả năng vượt nhịp lớn do biểu đồ mômen hai dấu - Do chịu lực thẳng đứng nên mố trụ có cấu tạo nhỏ, tiết kiệm vật liệu - Tận dụng được vật liệu và nguồn nhân lực địa phương - Hình dáng kiến trúc đẹp - Sử dụng được các công nghệ thi công tiên tiến Nhược điểm: - Sơ đồ kết cấu siêu tĩnh nên rất nhạy cảm với những tác động như mố trụ bị lún, sự thay đổi của môi trường - Thi công đòi hỏi công nghệ cao, tuân thủ theo một qui trình nghiêm ngặt đòi hỏi sự chính xác cao trong thi công - Sử dụng nhiều thép cường độ cao ảnh hưởng nhiều tới giá thành của công trình - Thời gian thi công thường kéo dài. 3.2. Phương án II: Cầu dầm Super T bê tông cốt thép ứng suất trước, bản đổ sau a) Ưu điểm: - Các nhịp cầu đều nhau do đó khi thi công chế tạo chỉ cần một bộ ván khuôn (nếu không yêu cầu về tiến độ ), dễ tiêu chuẩn hoá kết cấu. - Tận dụng được vật liệu địa phương, do đó sẽ giảm được giá thành của công trình - Trong phương án này ít sử dụng các loại vật liệu đắt tiền và quí hiếm . - Quá trình thi công kết cấu nhịp đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp . - Trong quá trình thi công công nghệ và máy móc không đòi hỏi quá cao do đó tận dụng được nguồn nhân lực địa phương đáng kể . - Do kết cấu làm việc riêng lẽ do đó ít chịu sự tác động của mố trụ bị lún và môi trường xung quanh. b) Nhược điểm: - Kết cấu khá nặng - Do số lượng trụ nhiều, do đó tốn vật liệu để thi công trụ - Khả năng vượt nhịp ngắn, do đó số trụ thi công nhiều dẫn tới ảnh hưởng dòng chảy của sông - Cầu rung mạnh khi có hoạt tải. 3.3. Phương án III: Cầu dàn thép: a) Ưu điểm: - Giá thành rẽ. - Khả năng vượt nhịp lớn. - Kết cấu nhẹ. - Tận dụng được nguồn nhân lực địa phương đáng kể. - Do kết cấu làm việc riêng lẽ do đó ít chịu sự tác động của mố trụ bị lún và môi trường xung quanh. b) Nhựơc điểm : - Tuổi thọ công trình thấp. - Chi phí về duy tu bảo dưỡng rất cao. - Thi công rất phức tạp và khó khăn. - Cầu rung mạnh khi có hoạt tải. 4. So sánh phương án theo điều kiện khai thác sử dụng 4.1. Phương án I: a) Ưu điểm : - Xe chạy êm thuận - Chất lượng khai thác tốt - Ít cản trở dòng chảy của sông - Tuổi thọ của công trình cao b) Nhược điểm : - Khi một bộ phận của công trình bị hư hỏng sẽ gây ảnh hưởng đến toàn bộ công trình, mặt khác khi một bộ phận của công trình gặp phải sự cố hay muốn mở rộng cầu thì rất khó khăn 4.2. Phương án II: a) Ưu điểm: - Trong giai đoạn khai thác sử dụng ít duy tu bảo dưỡng - Ít chịu sự tác động của môi trường - Có thể mở rộng cầu khi cần thiết - Có thể sửa chữa dễ dàng khi có một bộ phận của cầu bị hư hỏng b) Nhược điểm: - Kết cấu nặng - Bản mặt cầu không liên tục , xe chạy không êm thuận . 4.3. Phương án III: a) Ưu điểm . - Kết cấu nhẹ. - Ít cản trở dòng chảy của sông . b). Nhược điểm : - Tuổi thọ của công trình thấp. - Trong giai đoạn khai thác sử dụng phải thường xuyên duy tu bảo dưỡng - Chịu sự tác động của môi trường rất lớn. 5. Kết luận: - Bên cạnh những vấn đề nêu trên còn đặc biệt chú ý công trình xây dựng nhằm mục đích giao lưu kinh tế của vùng với các khu vực xung quanh, vấn đề kinh tế được đặt lên hàng đầu. Như vậy qua việc phân tích trên ta thấy rằng: + Phương án I không những vừa đáp ứng về yêu cầu giao thông mà mỹ quan cũng khá đẹp nhưng so với 2 phương án kia thì giá thành đắt hơn 23377247117 đồng. + Phương án II là phương án có giá thành rẻ hơn 14314016713 đồng, nó cũng đáp ứng được về nhu cầu giao thông nhưng không đáp ứng được yêu cầu mỹ quan do phải dùng nhiều trụ , trong quá trình khai thác cầu rung mạnh khi có hoạt tải. + Phương án III là phương án có giá thành rẽ nhất 12558973929 đồng nhưng nó rất tốn kém về mặt duy tu bảo dưỡng đay là nhược điểm rất lớn của cầu thép. - Hơn nữa vùng này có cửa biển đẹp, là một nơi lý tưởng thu hút khách tham quan du lịch trong tương lai. Do đó mặt dù phương án I có giá thành đắt hơn so với phương án I và II nhưng nó đáp ứng yêu cầu giao thông tốt hơn và đáp ứng được yêu cầu mỹ quan. Vì vậy qua việc phân tích trên ta chọn phương án I: Cầu dầm liên tục đưa vào thiết kế kỹ thuật. PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT (45%) CHƯƠNG I: THIẾT KẾ TIẾT DIỆN HỘP 1. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG: 1.1. Sơ bộ tính toán các kích thước của mặt cắt ngang: Kết cấu thi công bằng phương pháp hẫng có mặt cắt ngang thích hợp nhất là tiết diện hộp. Với cầu có bề rộng B =12m (quy định khổ cầu và các kết cấu phụ trợ) thì dùng một hộp 2 sườn: Hình 2.1.1: Các kích thước cơ bản của tiết diện hộp. - Cự li 2 sườn chỗ tiếp giáp bản mặt cầu là L1: L1 = B = 0,5.12 = 6m - Chiều dài cánh hẫng: L2 = L1 = 0,5.6 = 3m - Sườn dầm có thể bố trí đứng hoặc xiên, bố trí đứng thì đổ bêtông dễ hơn nhưng bề rộng bản đáy lớn, kích thước xà mũ trụ lớn nên vừa tốn kém vừa không đẹp, sườn xiên đổ bêtông khó hơn. Nên ta chọn sườn xiên. Độ xiên nằm trong khoảng . - Bề dày của bản mặt cầu phụ thuộc vào khoảng cách 2 sườn được chịu hoạt tải trực tiếp, có độ dày đủ bố trí cốt thép và ngoài ra cần xem xét khi nó là cánh nén do mômen dương và chịu kéo do mômen âm. Được xác định theo công thức: t1 = L1 = .6 và 20cm t1=25cm= 0,25m. - Cánh mút thừa của bản có bề dày ở mút đủ để bố trí lan can nên t420cm t4=25cm = 0,25m. - Bề dày cánh mút thừa tại chỗ tiếp giáp với sườn dầm lấy t5=(23) t4. t5=(23) t4 = =(23). 25 = 50cm = 0,5m. - Chiều dài vủt trong phổ biến được dùng trong thực tế: Lv=(0,20,3) L1. Lv= 0,25.6 = 1,5m. - Bề dày bản đáy được chọn phụ thuộc vào trọng lượng bản thân, lực nén do mômen uốn theo phương dọc cầu, tải trọng tác dụng cục bộ,... + Bề dày đáy tại giữa nhịp lấy theo yêu cầu đủ bố trí 1 bó cáp đường kính cộng với 2 lớp bảo vệ trên và dưới lấy bằng đường kính , để hài hòa cân đối lấy 1/3 bề dày sườn dầm và bề dày tối thiểu của nó là 18cm. Hay nói cách khác t3=max(18cm, 3, ). t3 = max(18cm; 4,8; ). Lấy t3 = 25cm = 0,25m. + Tại vị trí trụ do mômen uốn lớn nên bản biên dưới phải lấy lớn hơn tại giữa nhịp và có thể đén 2m và thường nằm trong khoảng t3 = Lnh. Với Lnh là chiều dài nhịp chính, Lnh=100m. t3 = . 100 = .100 = 0,8m. 1.2. Các mặt cắt ngang hộp tại các vị trí điển hình: 1.2.1. Mặt cắt ngang hộp trên trụ: Hình 2.1.2: Mặt cắt ngang tiết diện hộp tại trụ. 1.2.2. Mặt cắt ngang hộp tại mép trụ: Hình 2.1.3: Mặt cắt ngang tiết diện hộp tại mép trụ. 1.2.3. Mặt cắt ngang hộp tại hợp long và doạn dầm đúc trên đà giáo: Hình 2.1.4: Mặt cắt ngang tiết diện hộp không thay đỏi. 1.2.4. Mặt cắt ngang hộp trên mố: Hình 2.1.5: Mặt cắt ngang tiết diện hộp tại mố. * Tiết diện ngang hộp có chiều cao thay đổi từ tiết diện mép trụ ra tiết diện giữa nhịp nên chiều cao dầm và chiều rộng, bề dày bản đáy cũng thay đổi. 2. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN HỘP THEO CHIỀU DÀI NHỊP: Tính toán tiết diện ngang hộp tại từng mặt cắt đốt dầm với chiều dày bản đáy thay đổi từ mép trụ ra giữa nhịp là 0,8m0,25m. Chiều cao hộp thay đổi từ từ mép trụ ra giữa nhịp là 4m2,5m. * Biên trên của bản đáy dầm là đường cong parabol có phương trình : y = a1.x2 + c1 (1) Hình 2.2.6: Mặt cắt dọc phân đốt dầm. Xác định các hệ số: Þ Thế vào phương trình (1) ta suy ra phương trình biên trên bản đáy dầm như sau: yt = .x2 + 2,25 * Biên dưới bản đáy có phương trình : y = a2.x2 + c2 (2) Xác định các hệ số : Þ Thế vào phương trình (2) ta suy ra phương trình biên dưới bản đáy dầm như sau: yd = .x2 + 2, 5 Từ phương trình đường cong biên trên và biên dưới bản đáy ta xác định được: - Chiều cao dầm hộp như sau: (m) - Chiều dày bản đáy từng tiết diện như sau: =yd – yt =.x2 +0,25 (m) * Chênh lệch cao độ tim cầu được xác định theo đường cong: ycđ = a3.x2 + c3 (3) Với cầu có độ dốc dọc 3% và chiều dài đoạn dốc là 120m nên cao độ chênh lệch là 3,6m Xác định các hệ số : Þ Thế vào phương trình (3) ta suy ra phương trình chênh lệch cao độ tại các mặt cắt như sau: ycđ = .x2 * Chiều rộng bản đáy được xác định: Sườn dầm là sườn xiên với tỷ lệ 1:5 nên ta có thể xác định chiều rộng bản đáy theo công thức sau: b = 6,43 - yd. Bảng2.1.1: Bảng tính toán tiết diện hộp theo chiều dài nhịp: Mặt cắt Chiều cao hộp(m) Cao độ tim cầu(m) Cao độ đáy gầm cầu(m) Bề dày bản đáy(m) Chiều rộng đáy(m) 1 2.50 13.87 11.37 0.50 5.43 2 2.50 13.87 11.37 0.50 5.43 HLB 2.50 13.96 11.46 0.25 5.43 S’16 2.50 13.98 11.48 0.25 5.43 S’15 2.51 14.01 11.51 0.25 5.43 S’14 2.52 14.05 11.53 0.26 5.42 S’13 2.55 14.10 11.54 0.27 5.41 S’12 2.60 14.14 11.55 0.29 5.39 S’11 2.65 14.19 11.54 0.30 5.37 S’10 2.72 14.25 11.53 0.33 5.34 S’9 2.79 14.31 11.52 0.36 5.31 S’8 2.88 14.38 11.49 0.39 5.28 S’7 2.98 14.45 11.46 0.43 5.24 S’6 3.10 14.52 11.42 0.47 5.19 S’5 3.22 14.60 11.38 0.52 5.14 S’4 3.36 14.68 11.32 0.57 5.09 S’3 3.51 14.77 11.26 0.62 5.03 S’2 3.67 14.86 11.19 0.68 4.96 S’1 3.94 15.01 11.07 0.78 4.85 S0 4.00 15.10 11.10 0.80 4.83 S1 3.94 15.18 11.18 0.78 4.83 S2 3.67 15.35 11.41 0.68 4.85 S3 3.51 15.47 11.80 0.62 4.96 S4 3.36 15.59 12.08 0.57 5.03 S5 3.22 15.72 12.36 0.52 5.09 S6 3.10 15.85 12.63 0.47 5.14 S7 2.98 15.99 12.89 0.43 5.19 S8 2.88 16.13 13.24 0.39 5.28 S9 2.79 16.27 13.48 0.36 5.31 S10 2.72 16.42 13.70 0.33 5.34 S11 2.65 16.57 13.92 0.30 5.37 S12 2.60 16.73 14.14 0.29 5.39 S13 2.55 16.90 14.34 0.27 5.41 S14 2.52 17.06 14.54 0.26 5.42 S15 2.51 17.23 14.73 0.25 5.43 S16 2.50 17.41 14.91 0.25 5.43 HLG 2.50 17.47 14.97 0.25 5.43 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỘP THEO PHƯƠNG NGANG CẦU 1. CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU: Với cầu có bề rộng xấp xỉ B =12m, cự ly tim hai thành hộp khoảng B/2 = 6m, nói chung không cần cáp dự ứng lực ngang để chống nứt. Bản mặt cầu có các kích thướt như hình vẽ trên: Hình 2.2.1: Cấu tạo bản mặt cầu. 2. NGUYÊN TẮC TÍNH: Sử dụng phương pháp phân tích gần đúng để thiết kế bản mặt BTCT của cầu dầm hộp đổ tại chỗ và đúc liền khối. Khi tính toán hiệu ứng lực trong bản, phân tích một dải bản rộng 1m theo chiều dọc cầu. Mô hình hoá sơ đồ làm việc của kết cấu thành hai sơ đồ: dầm hai đầu ngàm và dầm công xôn, với các sườn dầm hộp là các điểm ngàm cứng.(như hình vẽ). Các tải trọng tác dụng lên kết cấu là: Lan can, tay vịn, bệ đỡ lan can tay vịn, đá vĩa: DWLC, DWĐV Trọng lượng bản thân của bản mặt cầu: DCbmc Trọng lượng lớp phủ mặt cầu : DWlp Tải trọng người : PL Tải trọng xe : LL Lực xung kích : IM, lấy bằng 25% Về nguyên tắc để tính toán nội lực trong bản mặt cầu ta xếp tải lên sơ đồ kết cấu sao cho gây ra nội lực nguy hiểm nhất và lấy kết quả đó để thiết kế. Đối với dầm hai đầu ngàm, để đơn giản cho quá trình tính toán ta giả thiết đây là dầm đơn giản và xếp tải lên đường ảnh hưởng sao cho nội lực lớn nhất và sẽ nhân giá trị nội lực này với hệ số ngàm. Còn phần công xôn ta trực tiếp xếp tải sao cho nội lực lấy với đầu ngàm là lớn nhất. Sau đó lựa chọn giá trị lớn nhất để tính toán trong các bước tiếp theo. Tính toán hiệu ứng lực của từng tải trọng thành phần gây ra trong bản mặt cầu, sau đó tổ hợp lại như đúng như điều 3.4.1-1 quy trình 22TCN 272-05: [3.4.1-1] Trong đó : hi : Hệ số điều chỉnh tải trọng. gi : Hệ số tải trọng. Qi : Tải trọng quy định. Kết quả tính toán cho hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm: tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn cường độ 1 và tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng. Dùng nội lực này để tính toán và kiểm tra tiết diện bản. 3. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG BẢN MẶT CẦU: Như trên đã phân tích, ta sẽ tính toán cho 2 phần: + Phần cánh hẫng được tính như dầm công xôn (có một đầu ngàm vào sườn dầm), với chiều dài tính toán bằng khoảng cách từ đầu cánh hẫng đến tim sườn dầm . + Phần nhịp bản được tính với sơ đồ dầm hai đầu ngàm với chiều dài tính toán là khoảng cách giữa hai tim sườn dầm. Để đơn giản cho quá trình xác định nội lực, khi tính toán ta coi sơ đồ làm việc của bản như một dầm đơn giản (nghĩa là không xét đến hiện tượng ngàm giữa bản và sườn dầm). Sau khi có kết quả nội lực, ta đem kết quả tính nhân với hệ số ngàm tại tiết diện tương ứng thì ta sẽ có kết quả tính toán. 3.1. Tính toán nội lực do các lực thành phần gây ra: 3.1.1. Nội lực phần nhịp bản giữa hai sườn dầm: 3.1.1.1. Nội lực do trọng lượng bản thân bản mặt cầu gây ra: a)Tính toán mômen theo công thức sau: Trong đó: M0DC : Mô men tại tiết diện giữa nhịp tính toán của bản giữa 2 sườn dầm do trọng lượng bản thân bản gây ra. DCbmc : Trọng lượng bản mặt cầu, được tính bằng trọng lượng của một mét dài bản mặt cầu chia cho chiều rộng toàn bộ bản mặt cầu. Khối lượng riêng của bê tông lấy sơ bộ 2500 kG/m3. DCbmc = (kN/m) Với: A1/2 = 2.(1,5. = 4,076(m2) đah Mgiữa Hình 2.2.2: Đường ảnh hưởng mômen giữa nhịp bản. Do đó: (kN.m) Þ M0DC = 38,214 (kN.m). b)Tính toán lực cắt theo công thức sau: Trong đó : Q0DC : Lực cắt tại gối do trọng lượng bản thân bản mặt cầu gây ra. A1/2 : Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại gối của bản mặt cầu. đah Qgối Hình 2.2.3: Đường ảnh hưởng lực cắt giữa nhịp bản. Do đó: (kN) Þ Q0DC = 25,476 (kN). 3.1.1.2. Nội lực do trọng lượng lớp phủ mặt cầu gây ra: Tính toán mômen theo công thức: Trong đó : M0DW : Mômen tại tiết diện giữa nhịp bản do trọng lượng lớp phủ mặt cầu gây ra. DWlp : Trọng lượng lớp phủ mặt c