Thiết kế về cầu liên tục liên hợp thép - Bê tông cốt thép

Chương III : Phương án sơ bộ III Thiết kế Cầu liên tục liên hợp thép - BTCT * * * I – Giới thiệu chung về phương án I.1 – Tiêu chuẩn thiết kế - Quy trình thiết kế : 22TCN – 272 – 05 Bộ Giao thông vân tải - Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Người bộ hành 300 Kg/m2 I.2 – sơ đồ kết cấu I.2.1 – Kết cấu phần trên - Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 64 + 80 + 80 + 64 ( m ) - Kết cấu cầu đối xứng gồm 4 nhịp hệ kết cấu cầu liên tục liên hợp thép - BTCT - Dầm liên tục 4 nhịp 64 + 80 + 80 +64 m tiết diện dầm thép có chiều cao không đổi : h = 3.5 m - Mặt cắt dầm chủ là dạng mặt cắt chữ I có bản cánh không đối xứng Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị Số dầm chủ thiết kế ndc 5 cm Khoảng cách giữa các dầm chủ d 300 cm Chiều dài phần cánh trong ct 150 cm Chiều dài phần cánh hẫng ch 125 cm Chiều cao bản bụng mặt cắt gối hb 307.5 cm Chiều cao bản bụng mặt cắt giữa nhịp hbg 307.5 cm Chiều dày bản bụng db 2 cm Bề rộng bản cánh trên bc 60 cm Chiều dày bản cánh trên dc 4 cm Bề rộng bản cánh dưới bd 80 cm Chiều dày bản cánh dưới dd 4 cm Chiều cao dầm chủ mặt cắt gối h 315 cm Chiều cao dầm chủ mặt giữa nhịp hg 315 cm - Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp. 1- Bê tông mác M400 có: +) f’c = 40 (MPa). +) gc = 25 (kN/m3). +) Ec = 0,043. gc1,5.= 33994 (MPa). 2- Cốt thép DƯL của hãng VSL theo tiêu chuẩn ASTM - grade 270 có các chỉ tiêu sau: +) Diện tích một tao Astr = 98.71mm +) Cường độ cực hạn: fpu = 1860 MPa +) Độ chùng sau 1000h ở 200C là 2.5% 3- Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 và EC 5-12. 4- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu: +) Rs = 300 (MPa). +) Es = 200000 (MPa). +) fy = 420 (MPa). 5- Thép chế tạo dầm : sử dụng thép M270M, cấp 345 W +) Cường độ chịu kéo của thép : Fy = 345 (Mpa) +) Cường độ chịu kéo khi uốn : Fu = 485 (Mpa) +) Es = 200000 (MPa). +) Trọng lượng riêng của thép : g = 78,5 (KN /m3) +) Hệ số tính đổi từ bê tông sang thép : n = 7 (khi xét mặt cắt liên hợp dài hạn n = 21) 1I.2.2 – Kết cấu phần dưới 1 - Cấu tạo trụ cầu : - Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông tại chỗ mác M300 - Trụ cầu được xây dựng trên móng cọc khoan nhồi: D = 150 cm 2 - Cấu tạo mố cầu - Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo M300. II – tính toán kết cấu nhịp II.1 – Yêu cầu tính toán cho phương án sơ bộ - Trong phương án sơ bộ yêu cầu tính toán KCN trong giai đoạn khai thác. - Tiết diện tại hai mặt cắt. + Mặt cắt gối + Mặt cắt giữa. - Tính toán một trụ , một mố: kiểm toán và tổ hợp chất tại mắt cắt đỉnh bệ móng, sơ bộ tính cọc. II.2 – Tính toán kết cấu nhịp - Cần kiểm toán tại 2 mặt cắt trên đỉnh trụ và mặt cắt giữa nhịp II.2.1 – Sơ bộ chọn các kích thước cầu chính - Chiều dài kết cấu nhịp: đối với kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên Lnb= (0,7 á 0,8) chiều dài nhịp giữa Lng. +) Trong phương án này chọn Lng = 80 m. +) Lấy : Lnb = 64 m - Xác định kích thước mặt cắt ngang: Dựa vào công thức kinh nghiệm mối quan hệ, ta chọn mắt cắt ngang như hình vẽ II.2.2 – Tính đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn I 1 – Các công thức tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I - Giai đoạn I chỉ là giai đoạn mới chi có dầm thép tham gia chịu lực do đó ĐTHH của mặt cắt giai đoạn I sẽ là ĐTHH của dầm thép với các kích thước như hình vẽ a- Xác định trọng tâm mặt cắt : - Chọn hệ trục đi qua mép bản cánh dưới . - Toạ độ trọng tâm mặt cắt tính từ mép bản cánh dưới được tính theo công thức YO = b- Tính các đặc trưng hình học của mặt cắt - Công thức tính diện tích mặt cắt: - Tính mômen quán tính của mặt cắt: +) Công thức tính mômen quán tính của phần bản bụng: +) Công thức tính mômen quán tính bản cánh trên : +) Công thức tính mômen quán tính bản cánh dưới : +) Công thức tính mômen quán tính của mặt cắt: Jt=Jb+ Jct+ Jcd - Tính mômen tĩnh cảu mặt cắt đối với trục trung hoà : - Tính moomen kháng uốn của mặt cắt : 2 – Tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I - Thay các kích thước của mặt cắt vào các công thức ta tính được các đặc trưng hình học của mặt cắt dầm trong giai đoạn I (kết quả tính toán được lập thành bảng) Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Mặt Cắt Đơn vị Diện tích mặt cắt At 1174 cm2 Mô men tĩnh của mặt cắt So 467718 cm3 Vị trí TTH so với đáy mặt cắt Yo 146.9 cm Mô men quán tính của bản bụng Jb 4891347.43 cm4 Mô men quán tính của bản cánh trên Jct 6621431.59 cm4 Mô men quán tính của bản cánh dưới Jcd 6719497.43 cm4 Mô men quán tính của mặt cắt Jt 18232276.46 cm4 Mômen kháng uốn của mặt cắt Wt 124110.37 cm3 Mô men tĩnh của mặt cắt St 66790.68 cm3 II.2.3 – Tính đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn II 1 – Các công thức tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II - Giai đoạn II là giai đoạn mà dầm thép và bản BTCT đã tạo hiệu ứng liên hợp để cùng tham gia chịu lực do đó ĐTHH giai đoạn II sẽ là ĐTHH của mặt cắt liên hợp - Tính diện tích mặt cắt tính đổi của dầm chủ : +) Tính đổi phần bản bê tông : +) Tính đổi phần vút bản bê tông : +) Diện tích mặt cắt tính đổi dầm chủ: Atd= At + Ac+ Av - Công thức tính mômen tĩnh của tiết diện liên hợp với trục trung hoà của tiết diện thép (trục I-I): - Tính khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến trọng tâm tiết diện liên hợp: - Tính mômen quán tính của tiết diện liên hợp với trục trung hoà của nó (trục II-II) +)Mômen quán tính của dầm thép: +)Mômen quán tính của phần bản bê tông : +)Mômen quán tính của phần vút bản bê tông : +)Mômen quán tính của dầm liên hợp : Jtd=JtII + Jban + Jvut - Tính mômen tĩnh của bản bê tông với trục trong hoà của tiết diện liên hợp. 2 – Tính đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II Mặt cắt dầm biên : - Bảng tính ĐTHH mặt cắt giai đoạn II Tên các đặc trưng hình học của dầm Kí hiệu Không từ biến Có từ biến Đơn vị Giá trị Giá trị Mặt cắt Mặt cắt Bề rộng cánh hẫng b1 125 125 cm Bề rộng cánh trong b2 150 150 cm Bề rộng tính toán bản bb 275 275 cm Diện tích bản tính đổi Ac 962.5 320.83 cm2 Diện tích phần vút bản Av 114.28 38.09 cm2 Diện tích mặt cắt tính đổi Atd 2250.78 1532.9 cm2 Mômen tĩnh của mc với trục I-I SxI 269829 134470 cm4 KC giữa hai trục I-I và II-II Z 119.88 87.72 cm MMQT dầm thép với trục II-II JtII 35104683 27266188 cm4 MMQT bản BTCT với trục II-II Jban 4827142 3395042.6 cm4 MMQT vút bản với trục II-II Jvut 415702 352856.15 cm4 MMQT mc liên hợp với trục II-II Jtd 40347527 31014086 cm4 MM tĩnh của bản vói trục II-II Sban 73951 36193.8 cm3 II.2.4 – Tính tĩnh tải giai đoạn I 1 – Chọn cấu tạo các bộ phận liên kết của cầu a- Chọn cấu tạo hệ liên kết ngang tại gối - Tại gối trong quá trình thi công sẽ phải bố trí kích để kích dầm do đó hệ liên kết ngang tại gối phải được cấu tạo đảm bảo chịu lực . - Hệ liên kết ngang tậi các mặt cắt tại gối được cấu tạo từ các thanh thép góc đều cánh L 100x100x10 và thanh thép I90 - Dầm ngang I90 được tổ hợp từ các thép bản với kích thước như sau : Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao bản bụng hbn 84 cm Chiều dày bản bụng dbn 2 cm Bề rộng bản cánh bcn 40 cm Chiều dày bản cánh dcn 3 cm Chiều cao dầm ngang hdn 85 cm Diện tích mặt cắt dầm ngang Fdn 408 cm2 Mômen quán tính của dầm ngang Jdn 454320 cm4 Trọng lượng trên 1 m dài gn 3.2028 KN/m Số liên kết ngang theo phương dọc cầu nd 3 Số liên kết ngang theo phương ngang cầu nn 4 Tổng số liên kết ngang trên toàn cầu nlkn 12 thanh Chiều dài mỗi thanh liên kết ngang Ln 2.9 m Trọng lượng dầm ngang Pdn 74.30 KN Trọng lượng dầm ngang dải đều qdn 0.17 KN /m b- Chọn cấu tạo hệ liên kết ngang tại các mặt cắt ngoài gối - Hệ liên kết ngang tậi các mặt cắt ngoài gối được cấu tạo từ các thanh thép góc đều cánh L 100x100x10 - Cấu tạo hệ liên kết ngang như sau : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng thanh trên 1 m dài glkn 0.15 KN /m Chiều dài thanh ngang Ltn 2.42 m Số thanh ngang trên 1 mặt cắt ntn 8 thanh Chiều dài thanh xiên Ltx 3.371 m Số thanh xiên trên 1 mặt cắt ntx 8 thanh Khoảng cách giữa các liên kết ngang alkn 5 m Trọng lượng liên kết ngang dải đều qlkn 0.36 KN /m c - Chọn cấu tạo hệ liên kết dọc cầu - Hệ liên kết ngang tậi các mặt cắt ngoài gối được cấu tạo từ các thanh thép góc đều cánh L 100x100x10 Cấu tạo hệ liên kết dọc dưới như sau : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng thanh trên 1 m dài glkd 0.15 KN /m Chiều dài 1 thanh liên kết dọc Llkd 5.86 m Số thanh liên kết dọc trên 1 khoang nlkd 8 thanh Chiều dài khoang liên kết dọc Lkh 5 m Trọng lượng liên kết dọc dải đều qlkd 0.29 KN /m d- Chọn cấu tạo sườn tăng cường đứng cho các dầm chủ - Hệ sườn tăng cường cho các dầm chủ được cấu tạo từ các thanh thép bản có chiều dày 3 cm - Cấu tạo hệ sườn tăng cường đứng cho dầm chủ như sau : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao sườn tăng cường tại gối hsg 307 cm Chiều cao sườn tăng cường tại giữa nhịp hsg 307 cm Chiều cao trung bình sườn tăng cường hs 307 cm Chiều dày sườn tăng cường ds 23 cm Bề rộng sườn tăng cường bs 3 cm Trọng lượng thanh sườn tăng cường gs 0.75 KN Khoảng cách giữa các sườn tăng cường as 2 m Trọng lượng sườn tăng cường dải đều qs 0.75 KN /m 2 – Tổng hợp tĩnh tải giai đoạn I - Trọng lượng của dầm chủ. (KN/m) - Trọng lượng neo liên kết : qneo=0,1 (KN/m) - Trọng lượng bản bê tông : KN/m - Trọng lượng mối nối dầm : qmn=0,1 (K N /m) - Bảng tổng hợp tĩnh tải giai đoạn I (Tính cho 1 m dài 1 dầm chủ) Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng dầm chủ qdc 9.25 KN / m Trọng lượng dầm ngang qdn 0.17 KN / m Trọng lượng liên kết ngang qlkn 0.36 KN / m Trọng lượng sườn tăng cường qs 0.75 KN / m Trọng lượng liên kết dọc qlkd 0.29 KN / m Trọng lượng bản bê tông cốt thép qb 19.76 KN / m Trọng lượng chân lan can glc 2.00 KN / m Trọng lượng mối nối dầm qmn 0.1 KN / m Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn I DCtc 32.68 KN / m Tĩnh tải tính toán giai đoạn I DCtt 40.85 KN / m II.2.4 – Tính tĩnh tải giai đoạn II 1 – Tĩnh tải giai đoạn II - Tĩnh tải giai đoạn II gồm có các bộ phận sau : +) Trọng lượng lan can tay vịn +) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu +) Trọng lượng phần lề Người đi bộ DWIITC = (DWgc+ DWlc+tv+ DWng ) - Tính trọng lượng lớp phủ mặt cầu Tên gọi các đại lượng Dày h (cm) DWtc Đơn vị Lớp bê tông Atphan 5 1.15 KN /m2 Lớp bê tông bảo vệ 3 0.69 KN /m2 Lớp chống thấm 3 0.69 KN /m2 Lớp bê tông mui luyện dày 1.03 0.24 KN /m2 Chiều dày lớp phủ mặt cầu hmc 120. 3 cm Trọng lượng lớp phủ mặt cầu DWmcTC 2.77 KN /m2 Trọng lượng dải đều lớp phủ mặt cầu tính cho toàn cầu DWmctc= 2,77.10,5= 29,05 KN /m - Tính trọng lượng của lan can + tay vịn +gờ chắn bánh + lề Người đi bộ Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1- Tính trọng lượng cột lan can và tay vịn Trọng lượng 1 cột lan can Pclc 0.276 KN Khoảng cách bố trí cột lan can aclc 2 m Trọng lượng dải đều của cột lan can Pclc 0.138 KN /m Trọng lượng dải đều phần tay vịn Ptv 0.7 KN /m Trọng lượng dải đều lan can và tay vịn Plv 1.68 KN /m 2 - Tính trọng lượng lề người đi bộ Bề rộng lề người đi bộ ble 1.5 cm Chiều dày trung bình lề người đi bộ hle 10 cm Trọng lượng lề người đi bộ DWNG 6.9 KN /m 2 – Tổng hợp tĩnh tải tải giai đoạn II +) Tính tải giai đoạn II tiêu chuẩn DWIITC = KN /m +) Tĩnh tải giai đoạn II tính toán DWIItt = g . DWIITC = 1,5.7,53 = 11,29 KN /m II.2.5 – Tính hệ số phân bố ngang 1- Tính hệ số phân bố mômen a - Công thức tính toán hệ số phân bố mô men - Công thức hệ số phân bố cho dầm giữa Với : - Điều kiện áp dụng công thức : +) 1100 S 4900 (mm) +) 110 ts 300 (mm) +) 600 L 73000 (mm) +) 4 ndc (dầm) Trong đó : +) L : Chiều dài nhịp , L = 90000 (mm) +) S : Khoảng cách giữa các dầm chủ, S = 3000 (mm) +) n = : tỷ số giữa mô đun đàn hồi của dầm với mô đun đàn hồi của bản. +) kg : Tham số độ cứng dọc. +) I : Mômen quán tính của dầm không liên hợp. +) J : Mô men quán tính chống xoắn của dầm không liên hợp. +) ts : Chiều dày bản bê tông mặt cầu. +) eg : Khoảng cách giữa trọng tâm dầm chủ và trọng tâm của bản bê tông . +) A : Diện tích mặt cắt ngang của dầm (có liên hợp) - Công thức tính hệ số phân bố mô men cho dầm biên gdb = e . gdg Với : Trong đó : +) de : Chiều dài hẫng của phần đường xe chạy , de = 1060 mm +) gdb : Hệ số phân bố ngang mô men cho dầm biên. +) gdg : Hệ số phân bố ngang mô men cho dầm giữa. b - Bảng tính hệ số phân bố mô men cho đầm chủ. Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị MC gối MC giữa Chiều dài tính toán nhịp L 80000 80000 m Số dầm chủ thiết kế ndc 5 5 dầm Mômen quán tính của dầm (không liên hợp) I 1.8E+11 1.24E+9 mm4 Mômen quán tính chống xoắn của dầm J 1.8E+11 1.24E+9 mm4 Tỉ số I/J I/J 1 1 Diện tích mặt cắt ngang dầm A 225078 225078 mm2 Tỉ số EB/ED n 5.714 5.714 Kc giữa trọng tâm dầm chủ và trọng tâm bản eg 2575 1825 mm Tham số độ cứng dọc kg 1.194E+13 5.141E+12 Chiều dày bản bê tông mặt cầu ts 245 245 mm KC giữa các dầm chủ S 3000 3000 cm Chiều dài phần hẫng của đờng xe chạy de 1060 1060 mm Hệ số phân bố ngang mômen cho dầm giữa gdg 0.565 0.526 Hệ số tính đổi từ dầm giữa sang dầm biên e 1.150 1.150 Hệ số phân bố ngang mômen cho dầm biên gdb 0.650 0.605 II.2.6 – Tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ Vẽ ĐAH mômen mặt cắt đỉnh trụ - Đường ảnh hưởng MC đỉnh trụ : - Sơ đồ xếp xe tải thiết kế : - Sơ đồ xếp bất lợi lờn DAH để tớnh Momen õm tại mặt cắt đỉnh trụ : - Diện tích ĐAH mômen mặt cắt đỉnh trụ +) Diện tích ĐAH dương : S+ = 222.987 +) Diện tích ĐAH âm : S- = -1526.776 +) Tổng diện tích ĐAH : S = - 1303.789 Tính nội lực mặt cắt đỉnh trụ Theo cách xếp tải tiến hành tổ hợp tải trọng ta được mômen đỉnh trụ lớn nhắt là : = - 40720 KN.m 3- Tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ - Công thức tính ứng suất trong mép trên bản bê tông trong giai đoạn khai thác. - Công thức tính ứng suất trong mép dưới bản bê tông trong giai đoạn khai thác. - Công thức tính ứng suất trong mép trên bản thép trong giai đoạn khai thác. - Công thức tính ứng suất trong mép dưới bản thép trong giai đoạn khai thác. Trong đó : +) Hệ số tính chuyển từ bê tông sang thép : n = 7,1 +) Nội lực do tĩnh tải giai đoạn II : MTTII +) MHTTT: Hiệu ứng do hoạt tải +) ybt: Là khoảng cách từ trục II-II đến mép trên bản bê tông. ybt= h - (Yo+Z)+hv+hc = 153.62 cm +) ybd: Là khoảng cách từ trục II-II đến mép dưới bản bê tông. ybd=h - (Yo+Z)+hv = 133.62 cm +) ytt: Là khoảng cách từ trục II-II đến mép trên bản thép. Ytt=h - (Yo+Z) = 113.62 cm +) ytd: Là khoảng cách từ trục II-II đến mép dưới bản thép. ybd= (Yo+Z) = 336.38 cm - Thay số và tính toán ta có : +) ứng suất trong mép trên bản bê tông T/c sbt = 0,32 kN/cm2 > Rk= 0,16 kN/cm2 => Không đạt +) ứng suất trong mép dưới bản bê tông 0.279 sbt = 0,279 kN/cm2 > Rk= 0,16 kN/cm2 => Không đạt => Như vậy ta thấy bê tông bản mặt cầu chịu ứng suất kéo vượt quá khả năng chịu kéo cho phép của bê tông do vậy ta phải tạo DƯL trong bản mặt cầu. +) ứng suất trong mép trên dầm thép stt = 16,30 kN/cm2 đạt +) ứng suất trong mép dưới dầm thép < stt = 19.6 kN/cm2 đạt II.2.7 – Tính duyệt mặt cắt giữa nhịp 1- Vẽ ĐAH mômen mặt cắt giữa nhịp Sử dụng chương trỡnh Midas Civil ta cú Momen tại MC giữa nhịp : Mu= 29675.1 kN.m - Thay số và tính toán ta có : +) ứng suất trong mép trên bản bê tông Đạt +) ứng suất trong mép dưới bản bê tông Đạt +) ứng suất trong mép trên dầm thép Đạt +) ứng suất trong mép dưới dầm thép Đạt III – tính toán thiết kế trụ cầu. III.1 – Tính áp lực thẳng đứng tác dụng lên bệ cọc III.1.1 – Tính áp lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân trụ - Cấu tạo tru cầu - Bảng tính toán trọng lượng trụ và bệ trụ : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao trụ htr 13 m Bề rộng thân trụ btr 10.5 m Chiều dày thân trụ dtr 3 m Bề rộng xà mũ trụ bxm 15 m Chiều cao xà mũ trụ hxm 1.50 m Chiều dày xà mũ trụ dxm 4 m Chiều dài phần cánh hẫng ch 2.25 m Chiều cao bệ trụ hbt 2.50 m Bề rộng bệ trụ bbt 16 m Chiều dày bệ trụ dbt 7 m - Bảng tính áp lực do trọng lượng bản thân trụ : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng thân trụ Pttr 9828 KN Trọng lượng xà mũ trụ Pxm 2160 KN Trọng lượng bệ trụ Pbt 6720 KN Tổng trọng lượng trụ Ptr 19008 KN III.1.2 - Tính áp lực nước đẩy nổi ứng với mực nước thấp nhất - Theo như bố trí cấu tạo thì đỉnh bệ của cả 3 trụ đều đặt dưới mực nước thấp nhất 1.3 m ( chìm trong mặt đất tự nhiên 0.5m) do đó ta chỉ tính áp lực nước đẩy nổi tác dụng lên phần bệ tháp ngập trong nước. - Công thức tính - Tính toán : III.1.3 - Tính phản lực của kết cấu nhịp và hoạt tải truyền lên trụ - Để tính được phản lực của kết cấu nhịp lên móng trụ tháp thì trong phương án sơ bộ ta tính gần đúng như sau : bằng phản lực của dầm liên tục (tĩnh tải + hoạt tải ) - Dùng chương trình Midas Civil ta có : Gồm: +Tĩnh tải 1 + tĩnh tải 2 +) Sử dụng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15 m ( khoảng cách trục sau lấy bằng 4,3 m ) +) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế được lấy bằng 90% giá trị phản lực tính được cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Người Tổng phản lực do KCN truyền lên trụ PKCN = PTTR + PĐN + PKCN = 1,25.(19008-4165) + 6406 = 24959.75 kN III.2 – Tớnh duyệt mặt cắt chõn trụ - Trong phương án sơ bộ ta chỉ tiến hành kiểm toán mặt cắt chân tháp theo điều kiện chịu nén đúng tâm . - Tổng phản lực thẳng đứng tác dụng lên chân trụ : P = PTTR + PĐN + PKCN = 24959.75 kN - Tổng diện tích chân tháp : ATH = 3 x 9.5 + 3.14 x12 = 31.64 (m2 ) - ứng suất pháp tại mặt cắt chân tháp (kN/m2) < Rn = 15000 (kN/m2 ) Bê tông M400 III.3 – Tớnh duyệt mặt cắt đỏy bệ cọc - Tổng phản lực thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ cọc P = PTR + Pdn + PKCN = 24959.75 kN - Diện tích mặt cắt bệ tháp : Abe = 16.7 = 112 (m2) - ứng suất pháp tại mặt cắt đáy bệ (kN/m2) < Rn = 11500 (kNm2 ) Bê tông fc’ =30Mpa III.4 – Tính và bố trí cọc trong móng - Móng của trụ được thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150cm III.4.1- Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu - Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu Trong đó : +) fc’ : Cường độ chịu nén của bê tông +) Ac : Diện tích phần bê tông trên mặt cắt ngang cọc +) fy : Cường độ chịu kéo của thép +) As : Diện tích phần thép trên mặt cắt ngang cọc +) j : Hệ số uốn dọc , j = 0,75 - Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Mác bê tông chế tạo cọc M300 Thép chế tạo cọc AII Đường kính cọc thiết kế D 1.5 m Đường kính cốt thép d 28 mm Số thanh thép thiết kế nthanh 24 Thanh Diện tích phần bê tông Ac 1.767 M2 Diện tích phần cốt thép As 0.015 M2 Hệ số uốn dọc j 0.75 Cường độ chịu nén của bê tông fc' 3000 KN /m2 Cường độ chịu kéo của thép fy 240000 KN /m2 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 36457 KN III.4.2 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền Các thông số kỹ thuật của cọc: Đường kính cọc D = 1.5m Diện tích tiết diện cọc As = 3.14*1.52/4 = 1.766 m2 Chiều dài cọc L = 25 m Chiều dài cọc chôn trong đất: L1 = 25 – 1.5 = 23.5 m Chi vi cọc P = 3.14*1.5 = 4.71m Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức sau: (10.7.3.2-2 22TCN-272-01 ) QR=jpqQP+jqsQS với: Qp = qp Ap (10.7.3.2-3) Qs = qs As (10.7.3.2-4) trong đó: Qp = sức kháng mũi cọc (N) Qs = sức kháng thân cọc (N) qp = sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs = sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) As = diện tích bề mặt thân cọc (mm2) Ap = diện tích mũi cọc (mm2) jqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-3 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. Đối với đất sét jqp = 0.55. jqs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 10.5.5-3 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. Đối với đất sét jqs = 0.65, Đối với đất cát jqs = 0.55. - Với đất dớnh, sức khỏng thõn cọc tớnh theo phương phỏp a như sau: Trong đú: Su: Cường độ khỏng cắt khụng thoỏt nước trung bỡnh (Mpa), Su = Cuu a : Hệ số kết dớnh - Với đất rời sức khỏng thõn cọc đơn vị được ước tớnh theo chỉ số SPT (N) như sau: qs = 0,0025 N < 0,19 (Mpa) (theo Quiros và Reese – 10.8.3.4.2-1) Khí tính sức kháng thành bên bỏ qua 1.5m chiều dài cọc tính từ mặt đất trở xuống và 1D tính từ chân cọc trở lên. Sức chịu tải của cọc theo ma sát thành bên Số lớp đất Chiều dày thực (m) Chiều dày tính toán (m) Loại đất N Su N/mm2 a qs (Mpa) Qs (kN) jqsQS Lớp 1 8.9 7.4 Dính 12 0.0746 0.55 0.03 1045.62 679.65 Lớp2 10 10 Rời 23.5 0.059 2778.90 1528.39 Lớp 3 4.6 3.6 Rời 35 0.088 1492.13 820.67 Tổng 23.5 3028.99 Sức chịu tải tại đơn vị tại mũi cọc được xác định như sau: qp = NcSu Ê 4 (10.8.3.3.2-1) ở đây: Nc = 6[1+ 0,2 (Z/D)] Ê 9 (10.8.3.3.2-2) trong đó: D = đường kính cọc khoan (mm) Z = độ xuyên của cọc khoan (mm) Su = cường độ kháng cắt không thoát nước (MPa), Su = 0.6 Nc = 6[1+0.2(3.6/1.5)] = 8.88 < 9, lấy Nc = 8.88 qp = 8.88*0.6 = 5.3>4, lấy qp = 4. Sức chịu tải tại mũi cọc QRmũicọc = =jpq qp Ap = 0.65x4x1.766 x1000 = 4592.25kN Tổng sức chịu tải của một cọc đơn QR = 4592.25 + 3028.99 = 7621.24 kN = QR Số cọc cần bố trí N = 1.5x= 1.5x = 4.9cọc Bố trí 8 cọc như sau: IV – Tính toán thiết kế mố cầu iV.1 – Kích thước thiết kế mố IV.1.1 – Cấu tạo mố M1 IV.1.2 – Các kích thước cơ bản của mố Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao mố hmo 720 cm Chiều rộng mố bmo 1450 cm Loại gối Gối Cao su Hệ số ma sát gối với bê tông f 0.30 Chiều cao tường đỉnh htd 280 cm Bề dầy tường đỉnh dtd 50.0 cm Chiều cao tường thân htt 444 cm Bề dầy tường thân dtt 170 cm Chiều dài tường cánh ltc 550 cm Bề dầy cánh dtc 50.0 cm Chiều dài bản quá độ lqd 50 cm Chiều dày bản quá độ dqd 30 cm Chiều rộng bản quá độ bqd 1350 cm Chiều cao bệ móng hm 200 cm Chiều dài bệ móng lm 700 cm Bề rộng bê móng bm 1550 cm IV.2 – Xác định tải trọng tác dụng lên mố IV.2.1 – Nguyên tác chung khi tính toán mố 1 - Các tải trọng tác dụng lên mố - Mố ở trên mực nước thông thuyền và hầu như không ngập nước nên không tính tải trọng va xô tầu bè và cũng không tính tải trọng gió. Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt đầm chặt có g = 1.8 T/m3 . j = 350. - Nên tải trọng tác dụng lên mố gồm : 1 Trọng lượng bản thân mố 2 Phản lực thẳng đứng do trọng lượng KCN 3 Phản lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên KCN 4 Lực hãm dọc cầu 5 Ma sát gối cầu 6 áp lực của đất sau mố 7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ 2 - Các mặt cắt cần kiểm toán với mố - Mặt cắt I-I : Mặt cắt bệ móng mố - Mặt cắt II-II : mặt cắt chân tường đỉnh - Mặt cắt III-III : mặt cắt chân tường thân - Mặt cắt IV-IV : mặt cắt chân tường cánh IV.2.2 – XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LấN MỐ + tĩnh tải bản thõn mố Tường đỉnh: VTĐ = 0.5 ´ 2.8´15.5 = 21.7 m3 WTĐ = 2.4´VTĐ = 24´21.7 = 520.8 (KN) Tường cánh: VTC = 2´0.5(1.5´7+0.5´2.2´5.3+1.7´2) = 24,55 (m3) WTC = 24´24,55 = 589,3 (KN) Tường thân: WTT = 1.8´3.5´13´24 = 2508,4 KN Bệ cọc: WBÊ = 24´2´5´13 = 2800 (KN) Vai kê: WVai =12´0.3125 ´ 24 = 90 (KN) + Phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp: Sử dụng chương trình Midas Civil 6.3.0 để tính phản lực tác dụng lên gối kê của mố cầu: Kết quả từ Midas Civil : P= 6242.6 kN Tổng trọng lượng tỏc dụng lờn mố : P =1,25x (318,5+589,3+2508,4+3120+90+2800)+6242.6 =14156.6 (KN) IV.2.3 – Bố trí cọc trong móng mố Các thông số kỹ thuật của cọc: Đường kính cọc D = 1.5m Diện tích tiết diện cọc As = 3.14*1.52/4 = 1.766 m2 Chiều dài cọc L = 20m Chiều dài cọc chôn trong đất: L1 = 18.5m Chi vi cọc P = 3.14*1.5= 4.71m Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức sau: (10.7.3.2-2 22TCN-272-01 ) QR=jpqQP+jqsQS với: Qp = qp Ap (10.7.3.2-3) Qs = qs As (10.7.3.2-4) trong đó: Qp = sức kháng mũi cọc (N) Qs = sức kháng thân cọc (N) qp = sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs = sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) As = diện tích bề mặt thân cọc (mm2) Ap = diện tích mũi cọc (mm2) jqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-3 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. Đối với đất sét jqp = 0.55. jqs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 10.5.5-3 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. Đối với đất sét jqs = 0.65, Đối với đất cát jqs = 0.55. Khí tính sức kháng thành bên bỏ qua 1.5m chiều dài cọc tính từ mặt đất trở xuống và 1D tính từ chân cọc trở lên. - Với đất dớnh, sức khỏng thõn cọc tớnh theo phương phỏp a như sau: Trong đú: Su: Cường độ khỏng cắt khụng thoỏt nước trung bỡnh (Mpa), Su = Cuu a : Hệ số kết dớnh - Với đất rời sức khỏng thõn cọc đơn vị được ước tớnh theo chỉ số SPT (N) như sau: qs = 0,0025 N < 0,19 (Mpa) (theo Quiros và Reese – 10.8.3.4.2-1) Khí tính sức kháng thành bên bỏ qua 1.5m chiều dài cọc tính từ mặt đất trở xuống và 1D tính từ chân cọc trở lên. – Sức chịu tải của cọc theo ma sát thành bên Số lớp đất Chiều dày thực (m) Chiều dày tính toán (m) Loại đất N Su N/mm2 a qs (Mpa) Qs (kN) jqsQS Lớp 1 10.3 8.8 Dính 12 0.0746 0.55 0.03 1243.44 808.24 Lớp2 8.2 7.2 Rời 23.5 0.059 2000.8 1100.44 Tổng 27.5 1908.68 Sức chịu tải tại đơn vị tại mũi cọc được xác định như sau: qp = NcSu Ê 4 (10.8.3.3.2-1) ở đây: Nc = 6[1+ 0,2 (Z/D)] Ê 9 (10.8.3.3.2-2) trong đó: D = đường kính cọc khoan (mm) Z = độ xuyên của cọc khoan (mm) Su = cường độ kháng cắt không thoát nước (MPa), Su = 0.6 Nc = 6[1+0.2(7.2/1.5)] = 11.76 > 9, lấy Nc = 9 qp = 9*0.6 = 5.4>4, lấy qp = 4. Sức chịu tải tại mũi cọc QRmũicọc = =jpq qp Ap = 0.65x4x1.766x1000 = 4591.6 kN Tổng sức chịu tải của một cọc đơn QR = 1908.68 + 4591.6kN = 6500.28 kN Số cọc cần bố trí N = 1.5x= 1.5x = 4.14 cọc Bố trí 6 cọc như sau: V – Dự kiến công tác thi công V.1 – Thi công trụ - Phương pháp thi công các trụ chính giống nhau giống nhau, với mực nước thấp nhất là 2.48 m , ta chọn mực nước thi công 3.48 m. - Với MNTC như vậy ta tiến hành thi công trụ như sau : +) Dùng 2 xà lan và đóng mỗi bên xà lan 4 cọc để định vị ,sau đó tiến hành lắp dựng các dầm định hình xung quanh những vị trí khoan cọc +) Lắp dựng máy khoan, đưa máy lên xà lan và tiến hành khoan cọc, khoan tuần hoàn nghịch,để lại ống vách sau khi khoan. Thi công đổ bê tông cọc khoan bằng phương pháp rút ống thẳng đứng. +) Đổ bê tông bịt đáy bằng phương pháp vữa dâng. +) Hút nước trong hố móng. Cắt ống vách và đập đầu cọc, đổ bê tông bệ cọc +) Đổ bê tông thân trụ. V.2 – Thi công mố - Mố cầu được bố trí đối xứng và được thi công trong điều kiện không ngập nước do đó ta đề xuất biện pháp thi công mố như sau : +) Gạt lớp đất yếu, đắp đến cao độ thiết kế +) Lắp dựng, đưa máy khoan cọc và tiến hành đổ bê tông cọc khoan nhồi +) Đào đất hố móng , đập BT đầu cọc ,đổ lớp BT tạo phẳng, lắp dựng đà giáo ván khuôn, đổ BT bệ cọc +) Lắp dựng đà giáo ván khuôn,.đổ BT thân mố, +) Tường đỉnh, tường cánh được thi công sau khi thi công xong kết cấu nhịp V.3 – Thi công kết cấu nhịp – Thi công kết cấu nhịp cầu chính - Đặc điểm của KCN nhịp cầu chính là dầm liên hợp thép – BTCT có chiều cao mặt cắt không đổi , do đó ta dùng biện pháp thi công bằng cách lao kéo dọc KCN - Công tác thi công phần KCN dầm thép: +) Chế tạo dầm tại công xưởng và vận chuyển đến công trường . +) Mở rộng trụ bằng hệ đà giáo thép, thi cụng hệ thống đường trượt con lăn +) Tiến hành lắp đặt hệ thống tời mỳp kộo , hóm lờn dầm thộp +) Tiến hành lao kộo dầm vào vị trớ +) Tiến hành hạ dầm xuống gối - Công tác điều chỉnh nội lực trong dầm: Sử dụng hệ thống kích và tăng đơ để kích dầm tại vị trí giữa nhịp nhằm tạo ra hiệu ứng DƯL trước trong dầm thép. - Công tác thi công bản mặt cầu : Các bản mặt cầu được thi công theo phương pháp đổ bê tông tại chỗ : +) Lắp dựng hệ thống ván khuôn bản mặt cầu. +) Bố trí cốt thép bản mặt cầu. +) Đổ bê tông bản mặt cầu. +) Đổ bê tông luôn phần chân lan can , kẻ vạch sơn gờ chắn bánh - Công tác hoàn thiện cầu : +) Tháo dỡ ván khuôn bản mặt cầu. +) Thi công lớp phủ mặt cầu . +) Lắp dựng hệ thông lan can , tay vịn và hệ thống đèn chiếu sáng trên cầu. +) Hoàn thiện và đưa công trình cầu vào sử dụng.