Tính toán thiết kế tháp cầu

Chương IX Tính toán Thiết kế Tháp cầu * * * I – Kích thước hình học của kết cấu I.1 – Cấu tạo tháp và trụ tháp - Tháp cầu được thiết kế là tháp mềm bằng BTCT , dạng hình thang gồm 2 cột BTCT ngàm trực tiếp vào trực tiếp vào móng . - Do điều kiện địa hình và địa chất tại khu vực đặt tháp ở 2 phía cầu là tương tự như nhau do đó để thuận tiện cho công tác tính toán và thiết kế thì ta thiết kế tháp cầu 2 bên là như nhau , do vậy ta chỉ cần tính toán cho 1 tháp - Phương án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đường kính f1,5m. - Tháp cầu được cấu tạo như sau : +) Chiều cao toàn bộ của tháp h th = 53,05 m +) Chiều cao từ bệ tháp đến đáy dầm : hct= 10,3 m +) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : htt = 25 m +) Chiều cao bố trí dây văng : hdv =18 m +) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : hdt = 2,5m - Cầu có hai mặt phẳng dây bố trí thẳng đứng. I.2– Tải trọng kết cấu nhịp tác dụng lên tháp cầu. - Tải trọng tính cho 1 dầm chủ ( 1 làn thiết kế cầu) +) Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn : DCTC = 123,65 KN/m +) Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn : DWTC = 24,16 KN/m +) Tĩnh tải tiêu chuẩn toàn bộ : gTT = 147,82 KN/m +) Tĩnh tải giai đoạn I tính toán : DCTT = 154,57 KN/m +) Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn : DWTC =36,24 KN/m +) Tĩnh tải tính toán toàn bộ : gTT = 190,81 KN/m II – Xác định tải trọng tác dụng lên tháp II.1. – Nguyên tác chung khi tính toán tháp a - Các tải trọng tác dụng lên mố - Nên tải trọng tác dụng lên tháp gồm : 1 Trọng lượng bản thân tháp 2 Phản lực thẳng đứng do trọng lượng kết cấu nhịp 3 Phản lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên kết cấu nhịp 4 Lực hãm dọc cầu 5 Ma sát gối cầu 6 áp lực của đất 7 áp lực thuỷ tĩnh 8 Lực đẩy nổi của nước - Do tính chất đối xứng của 2 nhánh cột tháp do đó tải trọng được xác định cho một nửa cầu từ đó tính toán và thiết kế cho một nhánh cột tháp . - Các mặt cắt cần kiểm toán với tháp cầu - Mặt cắt I-I : Mặt cắt bệ móng tháp - Mặt cắt II-II : mặt cắt chân tháp - Mặt cắt III-III : mặt cắt tại vị trí thanh ngang dưới (tại vị trí gối cầu) - Mặt cắt IV-IV : mặt cắt tại vị trí thanh ngang trên (điểm neo dây dưới cùng trên tháp) II.2 – Xác định các tải trọng thẳng đứng tác dụng lên tháp II.2.1 – Xác định tải trọng do trọng lương bản thân của tháp Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị M1x KN.m M2x KN.m M3x KN.m M4x KN.m Trọng lượng phần chân tháp Pct 689.94 0 0.0 0.0 0 Trọng lượng phần thân tháp Ptt 689.9 0 5005.5 5005.5 0 Trọng lượng phần đỉnh tháp Pdt 156.3 0 0.0 1093.8 0 Trọng lượng dầm ngang trên Pdnt 562.5 0 3656.3 7593.8 0 Trọng lượng dầm ngang dưới Pdnd 1811.3 0 24451.9 0.0 0 Trọng lượng nửa tháp tháp Pth 4650.1 Trọng lượng 1/2 bệ tháp Pbt 2280 0 0 0 0 Trong đó : M1x, M3x, M3x, M4x : là mômen của tải trọng với các mặt cắt kiểm toán. II.2.2 – Xác định tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN. 1 – Nguyên tắc xác định nội lực do hoạt tải . - Nội lực do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN được tính trực tiếp trên mô hình bằng phần mềm Sap 2000 . - Tĩnh tải trên KCN gồm có : +) Lực căng trước trong dây văng. +) Tĩnh tải giai đoạn I +) Tĩnh tải giai đoạn II. - Với mỗi tổ hợp thì nội lực do hoạt tải gây ra được lấy giá trị lớn nhất trong các hiệu ứng sau : +) Hiệu ứng 1 : Xe tải thiết kế + tải trọng làn + tải trọng Người . Cự ly bánh giữa các trục sau của xe tải thay đổi từ 4,3 9,0 . +) Hiệu ứng 2 : Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn + tải trọng Người - Nội lực do hoạt tải gây ra được lấy giá trị lớn nhất trong 2 trường hợp xếp tải . 2 – Tổng hợp nội lực tiêu chuẩn tại các mặt cắt do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN. - Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt I – I và II - II Tên tải trọng VtcKN Hxtc +KN Mytc +KN.m Hxtc -KN Mytc -KN.m a - Nội lực do tĩnh tải Lực căng trong dây văng -714.2 -399.3 -20671.5 -399.3 -20671.5 Tĩnh tải giai đoạn I -10746 487.8 22677.3 487.8 22677.3 Tĩnh tải giai đoạn II -3904 80.7 3219.8 80.7 3219.8 b – Do hoạt tải trên KCN Xe tải -446.0 131.5 3246.3 -132.8 -3205.9 Xe 2 trục -302.5 89.3 2203.4 -90.3 -2179.2 Ttải trọng làn -1545.4 281.3 7767.5 -234.7 -5907.5 Tải trọng Người -747.8 136.1 3758.5 -113.6 -2858.5 - Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt III-III (mặt cắt tại gối) Tên tải trọng VtcKN Hxtc +KN Mytc +KN.m Hxtc -KN Mytc -KN.m a - Nội lực do tĩnh tải Lực căng trong dây văng -714.2 -399.3 -20671.5 -399.3 -20671.5 Tĩnh tải giai đoạn I -10746 487.8 22677.3 487.8 22677.3 Tĩnh tải giai đoạn II -3904 80.7 3219.8 80.7 3219.8 b– Do hoạt tải trên KCN Xe tải -446.0 131.5 3246.3 -132.8 -3205.9 Xe 2 trục -302.5 89.3 2203.4 -90.3 -2179.2 Ttải trọng làn -1545.4 281.3 7767.5 -234.7 -5907.5 Tải trọng Người -747.8 136.1 3758.5 -113.6 -2858.5 - Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt IV-IV (mặt cắt neo dây) Tên tải trọng VtcKN Hxtc +KN Mytc +KN.m Hxtc -KN Mytc -KN.m a - Nội lực do tĩnh tải Lực căng trong dây văng -714.2 -399.9 -16552.2 -399.9 -16552.2 Tĩnh tải giai đoạn I -10746 487.8 17653.4 487.8 17653.4 Tĩnh tải giai đoạn II -3904 80.7 2388.0 80.7 2388.0 b – Do hoạt tải trên KCN Xe tải -446.0 131.5 1948.9 -132.8 -1857.8 Xe 2 trục -302.5 89.3 1322.5 -90.3 -1263.1 Ttải trọng làn -1545.4 281.3 4869.8 -234.7 -3490.4 Tải trọng Người -747.8 136.1 2356.3 -113.6 -1688.9 Trong đó : +) Vtc : Lực nén tiêu chuẩn tại các mặt cắt . +) HxTC + : Lực cắt tiêu chuẩn tại các mặt cắt , có chiều hướng ra sông. +) MyTC + : Mômen tiêu chuẩn tại các mặt cắt , có chiều hướng ra sông. +) HxTC - : Lực cắt tiêu chuẩn tại các mặt cắt , có chiều hướng về phía đường. +) MyTC - : Mômen tiêu chuẩn tại các mặt cắt , chiều hướng về phía đường. II.3 – Xác định các tải trọng ngang tác dụng lên tháp II.3.1 – Tính tải trọng do lực hãm xe - Lực hãm xe được lấy bằng 25% trọng lượng các trục xe tải hay xe 2 trục thiết kế trên tất cả các làn xe chạy cùng một chiều. - Lực hãm xe đặt theo phương dọc cầu , điểm đặt cách mặt đường xe chạy 1,8 m. - Bảng tính toán lực hãm xe và mômen với các mặt cắt : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Lực hãm do xe tải BR XT 121.875 KN Lực hãm do xe 2 trục BR 2T 82.5 KN Giá trị lực hãm tác dụng lên mố BR 121.875 KN Cánh tay đòn với mặt cắt I -I e1y 18.33 m Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e2y 14.33 m Cánh tay đòn với mặt cắt III -III e3y 0 m Cánh tay đòn với mặt cắt IV -IV e4y 0 m Mômen với mặt cắt I-I M1y 2234.0 KN.m Mômen với mặt cắt II-II M2y 1746.5 KN.m Mômen với mặt cắt III-III M3y 0.0 KN.m Mômen với mặt cắt IV-IV M4y 0.0 KN.m II.3.2 – Tính tải trọng do lực ma sát gối cầu - Lực ma sát gối cầu phải được xác định trên cơ sở của giá trị cực đại của hệ số ma sát giữa các mặt trượt . Lực ma sát FR được xác định theo công thức sau : FR = fmax. N Trong đó : +) fmax : là hệ số ma sát giữa bê tông với gối neo : fmax = 0,3. +) N: 1/2 Tổng áp lực lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN . - Nội lực tại các mặt cắt do lực ma sát gối cầu : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Hệ số ma sát gối với bê tông fmax 0.05 áp lực do KCN truyền xuống tháp PKCN 7264.33 KN Lực ma sát gối cầu FR 363.22 KN Cánh tay đòn với mặt cắt I -I e1y 14.30 m Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e2y 10.30 m Cánh tay đòn với mặt cắt III -III e3y 0.00 m Cánh tay đòn với mặt cắt IV -IV e4y 0.00 m Mômen với mặt cắt I-I M1y 5194 KN.m Mômen với mặt cắt II-II M2y 3741 KN.m Mômen với mặt cắt III-III M3y 0.00 KN.m Mômen với mặt cắt IV-IV M4y 0.00 KN.m II.3.3 – Tính tải trọng do áp lực gió tác dụng lên tháp II.3.3.1 – Tính áp lực gió ngang - Tải trọng gió ngang phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt trọng tâm tại trọng tâm của các phần diện tích chắn gió . Công thức tính áp lực gió ngang : Trong đó : +) V : Tốc độ gió thiết kế V = VB.S +) VB : Tốc độ gió cơ bản trong 3 giây với chu kì xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu xây dựng . Ta giả thiết công trình được xây dựng tại khu vực I (tra bảng) ta có : VB = 38 m/s +) Tốc độ gió xét thêm : VTC = 25 m/s +) S : Hệ số điều chỉnh áp lực gió : S = 0,81 +) At : Diện tích cấu kiện chắn gió ngang . +) Cd : Hệ số cản gió phụ thuộc vào tỷ số b/d . +) b : Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can : b = 16 m +) d : Chiều cao KCPT bao gồm cả lan can đặc nếu có : d = 2,83 m => Tỉ số b / d = 2,83 / 16 = 0,177 => Tra bảng ta có : Cd = 1,2 - Ta phải tính áp lực gió ngang tác dụng lên mố và lên KCN. - Bảng tính toán áp lực gió ngang tác dụng lên tháp cầu : Mặt cắt Vùng VBm/s Vtkm/s Vtcm/s Atm2 PD V tk PD V = 25 exm Mx Vtk Mx V=25 I-I I 38 30.78 25 148.4 101.2 66.8 28.5 2886.6 1904.3 II-II I 38 30.78 25 148.4 101.2 66.8 26.5 2684.3 1770.8 III-III I 38 30.78 25 114.1 77.8 51.3 21.4 1663.7 1097.6 IV-IV I 38 30.78 25 51.3 35.0 23.1 10.3 358.3 236.4 - Bảng tính toán áp lực gió ngang tác dụng lên KCN : Mặt cắt Vùng VBm/s Vtkm/s Vtcm/s Atm2 PD V tk PD V = 25 exm Mx Vtk Mx V=25 I-I I 38 30.78 25 288.1 98.3 64.8 15.6 1534.2 1012.1 II-II I 38 30.78 25 288.1 98.3 64.8 11.6 1141.2 752.9 III-III I 38 30.78 25 288.1 98.3 64.8 0.0 0.0 0.0 IV-IV I 38 30.78 25 288.1 98.3 64.8 0.0 0.0 0.0 II.3.3.2 – Tính áp lực gió dọc. - Công thức tính áp lực gió dọc cầu - Bảng tính toán áp lực gió dọc tác dụng lên tháp cầu : Mặt cắt Vùng VBm/s Vtkm/s Vtcm/s Atm2 PDV tk PDV = 25 eym My Vtk MyV=25 I-I I 38 30.78 25 106.1 72.4 47.7 28.5 2064.5 1361.9 II-II I 38 30.78 25 106.1 72.4 47.7 26.5 1919.7 1266.4 III-III I 38 30.78 25 85.5 58.3 38.5 21.4 1246.6 822.4 IV-IV I 38 30.78 25 41.0 28.0 18.5 10.3 286.7 189.1 - Ta bỏ qua áp lực gió tác dụng lên KCN theo phương dọc cầu. II.3.3.4– Tính áp lực gió thẳng đứng PV - áp lực gió thẳng đứng được đặt vào trọng tâm của tiết diện thích hợp. - Công thức tính áp lực gió thẳng đứng : Trong đó : +) V : Tốc độ gió thiết kế ứng với vùng xây dựng công trình. +) AV : Diện tích bề mặt chắn gió . - Do áp lực gió tác dụng thẳng đứng lên bề mặt mố là không đáng kể do đó ở đây ta chỉ tính áp lực gió tác dụng thẳng đứng lên KCN và truyền xuống mố . - Bảng tính toán áp lực gió thẳng đứng tác dụng lên KCN : Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tốc độ gió thiết kế Vtk 30.78 m/s Tốc độ gió xét thêm V 25 m/s Diện tích KCN chịu áp lực gió Av 2216 m2 áp lực gió thẳng đứng với Vtk Pv 472.38 KN áp lực gió thẳng đứng với V=25m/s Pv 311.63 KN Cánh tay đòn với mặt cắt I -I e1y 0 m Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e2y 0 m Cánh tay đòn với mặt cắt III -III e3y 0 m Cánh tay đòn với mặt cắt IV -IV e4y 0 m II.3.3.5 – Tính áp lực gió tác dụng lên xe cộ : WL - áp lực gió tác dụng lên xe cộ chỉ được xét đến trong tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ III . - áp lực gió tác dụng lên xe cộ được lấy bằng 1,5 KN/m , tác dụng theo hướng nằm ngang , ngang với tim dọc của kết cấu và đặt cách mặt đường 1,8 m. - áp lực gió tác dụng lên xe cộ được lấy bằng 0,75 Kn/m , tác dụng theo hướng nằm ngang , dọc với tim dọc của kết cấu và đặt cách mặt đường 1,8 m. - Kích thước của xe thiết kế được giả định lấy như sau : +) Chiều dài xe : L = 14,5 m +) Chiều cao xe : hxe = 2,5 m +) Bề rộng xe : bxe = 2,0 m. - Bảng tính toán áp lực gió tác dụng lên xe cộ : Mặt cắt qgdKN/m2 qgnKN/m2 h xem L xem WLdKN eym MyKN.m WLnKN exm MxKN.m I-I 0.75 1.50 2.50 14.50 3.75 18.33 68.74 54.38 18.33 996.69 II-II 0.75 1.50 2.50 14.50 3.75 14.33 53.74 54.38 14.33 779.19 III-III 0.75 1.50 2.50 14.50 3.75 0.00 0.00 54.38 0.00 0.00 IV-IV 0.75 1.50 2.50 14.50 3.75 0.00 0.00 54.38 0.00 0.00 II.3.3.6 – Tính áp lực gió tác dụng lên hệ dây văng : Pdv - Theo quy định của quy trình thì đối vơi KCPT kiểu dàn thì áp lực gió sẽ được tính riêng cho từng bộ phận riêng rẽ , cho cả nơi hứng gió và nơi khuất gió , không xét phân bao bọc . Như vậy đối với kết cấu Cầu Dây văng thì áp lực gió tác dụng lên KCPT được tính cho phần diện tích của các dây văng. - áp lực gió tác dụng lên hệ dây văng chỉ tính theo phương ngang cầu , còn theo phương dọc cầu thì ta không xét đến . - Diện tích chắn gió của hệ dây văng được tính theo công thức : Trong đó : +) : là tổng chiều dài các dây văng trên cả nhịp biên và nhịp giữa = 668 + 668 = 1336 m +) dong : là đường kính ống bọc cáp dây văng , lấy dong = 0,5 m - áp lực gió tác dụng lên hệ dây văng được chia làm 2 phần bằng nhau : một phần truyền lên tháp tại vị trí đầu trên của các dây văng , phần còn lại được truyền lên KCN tại vị trí đầu dưới của các dây văng. Bảng tính áp lực gió lên hệ dây văng theo phương ngang cầu : Mặt cắt áp lực gió lên hệ dây Truyền lên Tháp Truyền lên KCN d ongm Atm2 Pdv V tk Pdv V=25 exm MxVtk MxV=25 exm Mx Vtk MxV=25 I-I 0.5 668.6 456.08 300.88 46.80 10672.34 7040.48 15.62 3560.87 2349.08 II-II 0.5 668.6 456.08 300.88 42.80 9760.17 6438.73 11.62 2648.70 1747.33 III-III 0.5 668.6 456.08 300.88 32.50 7411.35 4889.22 0.00 0.00 0.00 IV-IV 0.5 668.6 456.08 300.88 10.25 2337.42 1541.99 0.00 0.00 0.00 II.3.4 – Tính tải trọng do áp lực nước tác dụng lên tháp - Khi tính toán áp lực nước tác dụng lên tháp cầu thì ta coi như chỉ tính với mặt cắt đáy bệ tháp , còn các mặt cắt khác do ở cao độ cao hơn mực nước nên áp lực nước là không đáng kể do đó ta có thể bỏ qua . - Số liệu tính toán áp lực nước : +) Mực nước cao nhất : MNCN = 1,65 m +) Mực nước thấp nhất : MNTN = -1,10 m +) Cao độ đáy móng : CĐĐM = -5,60 m +) Cao độ đỉnh móng : CĐĐM = -1,60 m +) Chiều cao ngập nước lớn nhất : hmax = 7,25 m +) Chiều cao ngập nước nhỏ nhất : hmin = 4,50 m - Tác dụng theo phương thẳng đứng (áp lực đẩy nổi ) +) Vn : Thể tích kết cấu ngập trong nước. - Tính áp lực dòng chảy theo phương dọc cầu : Trong đó : +) Ad : Diện tích cản dòng chảy theo phương dọc cầu. +) WAd : áp lực dòng chảy theo phương dọc cầu. +) V : Tốc độ dòng chảy thiết kế : , lấy V = 3 m/s +) CD ; Hệ số cản dòng chảy theo phương dọc cầu , CD phụ thuộc vào cấu tạo đầu trụ , với loại đầu trụ đa giác , tra bảng ta có CD = 1,40 - Tính áp lực dòng chảy theo phương ngang cầu : Trong đó : +) An : Diện tích cản dòng chảy theo phương ngang cầu. +) WAn : áp lực dòng chảy theo phương ngang cầu. +) V : Tốc độ dòng chảy thiết kế : , lấy V = 3 m/s +) CL ; Hệ số cản dòng chảy theo phương ngang cầu , CL phụ thuộc vào hướng của dòng chảy so với phương ngang cầu , giả thiết hướng của dòng chảy so với phương ngang cầu là q = 90O , tra bảng ta có : CL = 1,00. - Bảng tính toán áp lực nước đối với mặt cắt I-I (mặt cắt đáy bệ ) áp lực CD CL h maxm h minm W maxT e m MmaxT.m W minT em MmaxT.m Dọc cầu 1.40 1.00 7.25 4.50 1972.06 2.42 4765.82 122.40 1.50 183.61 Ngang cầu 1.40 1.00 7.25 4.50 1972.06 2.42 4765.82 34.97 1.50 52.46 Đẩy nổi 1.40 1.00 7.25 4.50 1972.06 0.00 0.00 -2016 0.00 0.00 II.4 – Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt kiểm toán. II.4.1. – hệ số tải trọng theo các TTGH cường độ 1 - Bảng hệ số tải trọng theo các trọng thái giới hạn : (Bảng 3.4.1.1) Tổ hợp tải trọng Trạng thái GH DC DD DW EH EV ES LL IM CE BR PL LS EL WA WS WL FR TU CR SR TG SE Cường độ I gn 1.75 1.00 0.00 0.00 1.00 0.5/1.2 gTG gSE Cường độ II gn 0.00 1.00 1.40 0.00 1.00 0.5/1.2 gTG gSE Cường độ III gn 1.35 1.00 0.40 1.00 1.00 0.5/1.2 gTG gSE Đặc biệt gn 0.50 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 Sử dụng 1.00 1.00 1.00 0.30 1.00 1.00 1/1.20 gTG gSE Mỏi chỉ có LL , IM và CE 0 0.75 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 2 - Bảng các hệ số tải trọng cho tĩnh tải : (Bảng 3.4.1.2) Loại tải trọng Kí hiệu Hệ số tải trọng Lớn nhất Nhỏ nhất Cấu kiện và thiết bị phụ DC 1.25 0.90 Kéo xuống (xét ma sát âm) DD 1.80 0.45 Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích DW 1.50 0.65 áp lực ngang của đất EH +) Chủ động 1.50 0.90 +) Nghỉ 1.35 0.90 Các ứng suất lắp giáp bị hãm EL 1.00 1.00 áp lực đất thẳng đứng EV +) ổn định tổng thể 1.35 N/A +) Kết cấu tường chắn 1.35 1.00 +) Kết cấu vùi cứng 1.30 0.90 +) Khung cứng 1.35 0.90 +) KC vùi mềm 1.95 0.90 +) Cống hộp thép mềm 1.50 0.90 Tải trọng chất thêm ES 1.50 0.75 II.4.2 – Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt 1 – Nội lực mặt cắt I-I (mặt cắt đáy bệ ) Trạng thái giới hạn Hướng ra sông Hướng về Đường Ngang cầu VKN Hx KN MyKN.m V KN HxKN My KN.m Hy  KN MxKN.m Cường độ I 122402 9061.5 152063.9 108743 -7600.0 -104056.6 3568.5 8623.9 Cường độ II 106162 5240.4 53936.3 92146 -4313.3 -21130.6 5404.0 60855 Cường độ III 118991 8209.7 130610.3 104975 -6940.8 -83699.5 4324.1 25160 Sử dụng 87646 6011.1 64430.1 87646 -5198.4 -37927.1 3936.7 18001 2 – Nội lực mặt cắt II-II (mặt cắt chân tháp) Trạng thái giới hạn Hướng ra sông Hướng về Đường Ngang cầu VKN Hx KN MyKN.m V KN HxKN My KN.m Hy  KN MxKN.m Cường độ I 33696 2814.2 70871 26688 -2129.2 -45326 0 41392 Cường độ II 26405 835.96 21001 19397 -372.39 -4597.8 917.75 64120 Cường độ III 32820 2361.7 59418 25812 -1727.3 -35963 377.79 48203 Sử dụng 22847 1221.3 25919 22847 -814.97 -12668 184.11 37106 3 – Nội lực mặt cắt tại mặt cắt III –III (mặt cắt tại gối) Trạng thái giới hạn Hướng ra sông Hướng về Đường Ngang cầu VKN Hx KN MyKN.m V KN HxKN My KN.m Hy  KN MxKN.m Cường độ I 31628 2183.8 41011 31628 -1500 -22382 0 17116 Cường độ II 22617 452.5 12497 22617 9.872 -857.19 747.49 40197 Cường độ III 29569 1784.8 34424 29569 -1151.6 -17392 291.33 26356 Sử dụng 20252 729.04 12911 20252 -323.98 -3794.6 105.67 16956 4 – Nội lực mặt cắt mặt cắt IV – IV (mặt cắt neo dây) Trạng thái giới hạn Hướng ra sông Hướng về Đường Ngang cầu VKN Hx KN MyKN.m V KN HxKN My KN.m Hy  KN MxKN.m Cường độ I 28874 1462 19105 28874 -1709.9 -17341 0 0 Cường độ II 20127 -110.85 2200 20127 -357.15 -1722.9 368.2 3774.1 Cường độ III 26875 1100.9 15225 26875 -1399.2 -13755 219.84 2253.3 Sử dụng 18179 195.06 4707.1 18179 -724.15 -5473.8 52.05 533.51 III – Tính toán và bố trí cốt thép cho các mặt cắt III.1. – Nguyên tắc Tính và bố trí cốt thép III.1.1 – Nguyên tắc chung - Theo phương dọc cầu cốt thép tại các mặt cắt được tính toán và bố trí đảm bảo khả năng chịu lực theo cả 2 tổ hợp theo TTGH cường độ I là +) Tổ hợp Ia bất lợi ra phía sông . +) Tổ hợp Ib bất lợi về phía đường . - Theo phương ngang cầu thì cốt thép được bố trí để đảm bảo khả năng chịu lực với một tổ hợp tải trọng ngang cầu. III.1.2 – Công thức kiểm tra điều kiện làm việc của mặt cắt . - Do các mặt cắt chịu nén uốn đồng thời theo 2 phương do đó trước khi tính toán và bố trí cốt thép thì ta phải kiểm tra điều kiện làm việc của mặt cắt để áp dụng các đúng các công thức kiểm toán. +) Nếu lực nén dọc trục Pu > 0,1.j.fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức : Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy +) Nếu lực nén dọc trục Pu < 0,1.j.fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức : Trong đó : +) j : Hệ số sức kháng với cấu kiện chịu nén dọc trục , j = 0,75 +) Pu : Lực nén tính toán trong mặt cắt dầm chủ +) Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt . +) Mux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương x +) Muy : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương y +) Mrx : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phương x +) Mry : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phương y +) Prx : Sức kháng nén tính toán theo phương x (khi chỉ xét độ lệch tâm ey) +) Pry : Sức kháng nén tính toán theo phương y (khi chỉ xét độ lệch tâm ex) +) Prxy : Sức kháng nén tính toán theo 2 phương . III.1.3 – Tính toán và bố trí cốt thép chịu mômen uốn . - Cốt thép tại các mặt cắt được bố trí theo cấu tạo sau đó kiểm tra khả năng chịu lực của mặt cắt . Nếu không đạt thì ta phải bố trí lại cốt thép . - Xác định chiều cao vùng chịu nén theo công thức của mặt cắt chữ nhật ta có : cm - Xác định chiều cao vùng chịu nén thực : c = cm - Kiểm tra hàm lượng thép tối đa : - Tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt theo công thức của mặt cắt chữ nhật T.m - Mômen kháng uốn tính toán của mặt cắt : Mr = j.Mn Với : j : Hệ số sức kháng , với kết cấu BTCT không DƯL lấy : j = 0,9 - Công thức kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu +) Kiểm tra theo cường độ : +) Kiểm tra hàm lượng thép : Trong đó : +) fc : Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày , fc = 30 Mpa = 3 KN/cm2 ứng với bê tông mác M300. +) fy : Giới hạn bền của thép : fy = 420 Mpa = 42 KN/cm2 +) pmin : hàm lượng cốt thép chịu kéo bố trí . Với : AS : Diện tích cốt thép chịu kéo bố trí . Ag : Tiết diện nguyên của mặt cắt. III.1.4 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của mặt cắt . - Công thức kiểm toán : Trong đó: +) j : Hệ số sức kháng cắt được xác định theo bảng 5.5.2.2-1, j = 0.9 (với kết cấu BTCT thông thường) +) Vn : Sức kháng cắt danh định được xác định theo điều 5.8.3.2. Với: +) +) +) +) dv : chiều cao chịu cắt có hiệu được xác định trong điều 5.8.2.7 , Lấy dv = 0,72. h +) bv : bề rộng bụng có hiệu, lấy bằng bệ rộng lớn nhất trong chiều cao dv. +) s : Cự ly cốt thép đai. +) b : Hệ số chỉ khả năng bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo được quy định trong điều 5.8.3.4. , lấy b = 2 +) q : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định trong điều 5.8.3.4 Lấy q = 45o +) a : Góc nghiêng của cốt thép đai đối với trục dọc (độ). Nếu cốt đai thẳng đứng, a = 900. +) Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm2). +) VP : Thành phần lực ứng suất trước có hiệu trên hướng lực cắt tác dụng, là dương nếu ngược chiều lực cắt (N). Với kết cấu BTCT thường VP = 0 III.1.5 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt. - Sử dụng tải trọng được tổ hợp theo TTGH sử dụng , tức là tải trọng tiêu chuẩn +) Tĩnh tải không xét hệ số tải trọng. +) Hoạt tải không xét hệ số tải trọng , hệ số xung kích. - Điều kiện kiểm toán : Các cấu kiện được thiết kế sao cho ứng suất kéo trong cốt thép chịu kéo ở TTGH sử dụng fsa phải thoả mãn : Trong đó : +) dC : Chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến tâm của thanh thép hay sợi thép đặt gần mép bê tông nhất. Mục đích là nhằm đảm bảo chiều dày thực của lớn bê tông bảo vệ dc < 5 cm. +) Abt : Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được bảo bởi các mặt ngang và các đường thẳng song song với trục TTH . Và => Với : +) Nthanh : là số thanh thép thường chịu kéo trong phạm vi Abt. +) Z : là thông số bề rộng vết nứt (N/mm) . Z được xác định như sau : 1-Với điều kiện môi trường thông thường Z 30000 N/mm = 300 KN/cm 2- Với điều kiện môi trường khắc nghiệt Z 23000 N/mm = 230 KN/cm 3 -Với kết cấu vùi dưới đất Z 17500 N/mm = 175 KN/cm Giả sử ta thiết kế cho kết cấu dầm chủ trong điều kiện môi trường bình thường khi đó ta lấy thông số bề rộng vết nứt : Z = 25000 N/mm = 250 KN/cm - ứng suất trong cốt thép chịu kéo được tính theo công thức : Trong đó : +) MTC : là mômen tại mặt cắt theo TTGH sử dụng. +) AS : Diện tích cốt thép chịu kéo bố trí. +) dS : Chiều cao có hiệu của mặt cắt . +) j : Thông số tính toán : j = 1- k/3 Với k được tính theo công thức : +) r : Hàm lượng cốt thép chịu kéo bố trí : +) n : Tỉ số giữa mô đun đàn hồi của thép với môđun đàn hồi của bê tông . III.2. – Tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt I – I (Mặt cắt đáy móng) - Đối với mặt cắt đáy móng khi tính toán theo TTGH cường độ I với 2 tổ hợp tải trọng bất lợi Ia và Ib thì sẽ có một tổ hợp tải trọng bất lợi hơn do đó ta sẽ tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt cho tổ hợp này sau đó cốt thép chịu tổ hợp thứ 2 sẽ được bố trí giống như cốt thép chịu tổ hợp tải trọng lớn hơn. - Theo tính toán ta thấy tổ hợp tải trọng Ia lớn hơn tổ hợp Ib do đó ta tính toán và bố trí cốt thép theo tổ hợp này. III.2.1 – Xác định công thức kiểm toán mặt cắt - Đặc trưng hình học của mặt cắt : +) Chiều cao mặt cắt : h = 12000 cm +) Bề rộng mặt cắt : b = 38000 cm +) Diện tích nguyên của mặt cắt : Ag = 4,56 . 106 cm2 - Nội lực tính toán tại mặt cắt I – I +) Pu = 122402 KN +) Mux = 8623,87 KN.m +) Muy = 152063,9 KN.m - Giá trị so sánh : 0,1.j.fc.Ag = 0,1 . 0,75 .4*4,56.106 = 1368000 KN - So sánh ta có : Pu = 122402 KN Kiểm toán theo điều kiện chịu uốn 2 phương - Công thức kiểm toán : III.2.2 – Bố trí cốt thép theo phương dọc cầu 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Muy Kí hiệu MuyKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 152064 1200 3800 4.56E+06 28 2 150 16.4 1183.6 1847.3 acm ccm c/ds MnyKN.m MryKN.m Mr//Mtt PnyKN PryKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 8.01 10.01 0.008 915190 823671 5.417 12460243 9345183 0.0004 0.002 KL Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1=> Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,0004 Không đạt Điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu không đạt vì diện tích mặt cắt là rất lớn . Do đó ta chỉ cần đảm bảo khả năng chịu lực của mặt cắt là được. - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuyKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Anhánhcm2 Giá trị 9061.52 3800 864 1343317 984960 30 16 0.390 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnyKN VryKN 0 0.00 90 2 45 2985149 0.00 2462400 2462400 2216160 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chông nứt của mặt cắt Kí hiệu My tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 64430 200 16.4 1183.6 6.35 300 1847.26 0.0004 0.070 0.977 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 6.4 124640 415.47 25.20 14.44 3.02 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 14,44 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 3,02 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.2.3 – Bố trí cốt thép theo phương ngang cầu 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Mux Kí hiệu MuxKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 8623.9 3800 1200 4560000 28 2 50 16.9 3783 615.8 acm ccm c/ds MnxKN.m MrxKN.m Mr//Mtt PnxKN PrxKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 8.452 10.56 0.0028 977279 879551 101.99 12422214 9316661 0.0001 0.002 KL Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,0001 Không đạt Điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu không đạt vì diện tích mặt cắt là rất lớn . Do đó ta chỉ cần đảm bảo khả năng chịu lực của mặt cắt là được. - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuxKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Anhánhcm2 Giá trị 3568.5 1200 2736 1343317 984960 30 16 0.123 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnxKN VrxKN 0 0.00 90 2 45 2985149 0.00 2462400 2462400 2216160 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu Mx tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 18001 200 16.9 3783.1 5.71 100 615.75 0.0001 0.039 0.99 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 Giá trị 6.4 40560 405.6 25.20 14.55 0.78 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 14,55 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 0,78 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.2.4 – Kiểm toán mặt cắt theo điều kiện chịu uốn 2 phương. - Mômen uốn tính toán theo trục Oy : Muy = 152063,9 KN.m - Mômen uốn tính toán theo trục Ox : Mux = 8623,87 KN.m - Mômen kháng uốn tính toán theo trục Oy : Mry = 823671 KN.m - Mômen kháng uốn tính toán theo trục Ox : Mrx = 879551 KN.m - Tỉ số kiểm tra : => Đạt - Cốt thép trên mặt cắt được bố trí như sau : III.3. – Tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt II – II (Mặt cắt chân tháp) III.3.1 – Xác định công thức kiểm toán mặt cắt - Đặc trưng hình học của mặt cắt : +) Chiều cao mặt cắt : h = 350 cm +) Bề rộng mặt cắt : b = 200 cm +) Diện tích nguyên của mặt cắt : Ag = 70000 cm2 - Nội lực tính toán tại mặt cắt I I– II +) Pu = 33696 KN +) Mux = 41392 KN.m +) Muy = 70871 KN.m - Giá trị so sánh : 0,1.j.fc.Ag = 0,1 . 0,75 .4. 70000 = 21000 KN - So sánh ta có : Pu = 33696 KN > 21000 KN => Kiểm toán theo điều kiện chịu nén lệch tâm : - Công thức kiểm toán : Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy III.3.2 – Bố trí cốt thép chịu uốn theo phương dọc cầu . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Muy Kí hiệu MuyKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 70871 350 200 70000 32 8 20 48.9 301.1 1286.80 acm ccm c/ds MnyKN.m MryKN.m Mr//Mtt PnyKN PryKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 79.479 99.35 0.33 141254 127128 1.794 230136 172602 0.018 0.003 KL Đạt Đạt 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuyKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Anhánhcm2 Giá trị 2814 200 252 23811 20160 30 16 0.024 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnyKN VryKN 0 0.00 90 2 45 52914 0.00 50400 50400 45360 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu My tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 25919 200 48.9 301.1 5.71 160 1286.8 0.021 0.387 0.87 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 6.4 19560 122.25 25.20 21.70 7.68 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 21,7 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 7,68 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.3.3 – Bố trí cốt thép chịu uốn theo phương ngang cầu . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Mux Kí hiệu MuxKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 41392 200 350 70000 32 4 35 21.4 178.6 1125.95 acm ccm c/ds MnxKN.m MrxKN.m Mr//Mtt PnxKN PrxKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 39.739 49.67 0.2781 75063 67557 1.632 225169 168877 0.016 0.003 KL Đạt  Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,016 > 0,03 . fc/ fy = 0,002 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuxKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh n thanh Giá trị 917.75 350 144 23811 20160 30 16 0.042 0 0 Ascm2 Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnxKN VrxKN 0 36.00 90 2 45 52914 7257.55 50400 50400 45360 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu Mx tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 37106 200 21.4 178.6 5.71 140 1125.95 0.018 0.362 0.88 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 Giá trị 6.4 14980 107 25.20 22.69 20.99 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 22,69 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 20,99 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.3.4 – Kiểm toán cường độ mặt cắt theo điều kiện chịu nén lệch tâm - Lực nén tính toán : Pu = 33696 KN - Sức kháng dọc trục tính toán theo trục Oy : Pry = 172602 KN - Sức kháng dọc trục tính toán theo trục Ox : Prx = 168877 KN - Sức kháng dọc trục : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy = 331132 KN - Sức kháng dọc trục theo 2 phương : => Prxy = 1/ 7,69.10-6 = 130064 KN > 33696 KN => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu nén lệch tâm. - Cốt thép được bố trí trên mặt cắt như sau : III.4. – Tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt III – III (Mặt cắt tại gối) III.4.1 – Xác định công thức kiểm toán mặt cắt - Đặc trưng hình học của mặt cắt : +) Chiều cao mặt cắt : h = 318 cm +) Bề rộng mặt cắt : b = 200 cm +) Diện tích nguyên của mặt cắt : Ag = 63000 cm2 - Nội lực tính toán tại mặt cắt III – III +) Pu = 31628 KN +) Mux = 17116 KN.m +) Muy = 41011 KN.m - Giá trị so sánh : 0,1.j.fc.Ag = 0,1 . 0,75 . 4. 63000 = 18900 KN - So sánh ta có : Pu = 31628 KN > 18900 KN => Kiểm toán theo điều kiện chịu nén lệch tâm : - Công thức kiểm toán : Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy III.4.2 – Bố trí cốt thép chịu uốn theo phương dọc cầu . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Muy Kí hiệu MuyKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 41011 318 200 63000 32 5 20 26.4 288.6 804.25 acm ccm c/ds MnyKN.m MryKN.m Mr//Mtt PnyKN PryKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 49.674 62.09 0.2152 89095 80186 1.955 196195 147146 0.013 0.003 KL Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,013 > 0,03 . fc/ fy = 0,002 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuyKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Ascm2 Giá trị 2184 200 227 21430 18144 30 16 0.024 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnyKN VryKN 0 0.00 90 2 45 47622 0.00 45360 45360 40824 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu My tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 12911 200 26.4 288.6 5.71 100 804.25 0.0139 0.3273 0.89 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 6.0 10560 105.6 25.20 23.29 6.24 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 23,29 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 6,24 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.4.3 – Bố trí cốt thép chịu uốn theo phương ngang cầu . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Mux Kí hiệu MuxKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 17116 200 318 63000 32 3 31 11.933 188.1 747.95 acm ccm c/ds MnxKN.m MrxKN.m Mr//Mtt PnxKN PrxKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 29.331 36.66 0.195 54472 49025 2.864 194457 145843 0.012 0.003 KL Đạt Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,012 > 0,03 . fc/ fy = 0,002 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuxKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Ascm2 Giá trị 747.49 318 144 21430 18144 30 16 0.037 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnxKN VrxKN 0 0.00 90 2 45 47622 0.00 45360 45360 40824 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu Mx tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 16956 200 11.93 188.1 5.71 93 747.95 0.0126 0.3145 0.90 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 Giá trị 6.4 7518 80.839 25.20 24.91 13.47 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 24,91 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 13,47 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.4.4 – Kiểm toán cường độ mặt cắt theo điều kiện chịu nén lệch tâm - Lực nén tính toán : Pu = 31628 KN - Sức kháng dọc trục tính toán theo trục Oy : Pry = 147146 KN - Sức kháng dọc trục tính toán theo trục Ox : Prx = 145843 KN - Sức kháng dọc trục : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy = 430577 KN - Sức kháng dọc trục theo 2 phương : => Prxy = 1/ 1,06.10-5 = 94732 KN > Pu =31628 KN => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu nén lệch tâm. - Cốt thép được bố trí trên mặt cắt như sau : III.5. – Tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt IV – IV (Mặt cắt neo dây) III.2.1 – Xác định công thức kiểm toán mặt cắt - Đặc trưng hình học của mặt cắt : +) Chiều cao mặt cắt : h = 250 cm +) Bề rộng mặt cắt : b = 200 cm +) Diện tích nguyên của mặt cắt : Ag = 50000 cm2 - Nội lực tính toán tại mặt cắt I – I +) Pu = 28874 KN +) Mux = 3774 KN.m +) Muy = 19105 KN.m - Giá trị so sánh : 0,1.j.fc.Ag = 0,1 . 0,75 . 4. 50000 = 15000 KN - So sánh ta có : Pu = 28874 KN > 15000 KN => Kiểm toán theo điều kiện nén lệch tâm. - Công thức kiểm toán : Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy III.5.2 – Bố trí cốt thép chịu uốn theo phương dọc cầu . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Muy Kí hiệu MuyKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 19105 250 200 50000 32 3 20 26.4 223.6 482.55 acm ccm c/ds MnyKN.m MryKN.m Mr//Mtt PnyKN PryKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 29.805 37.26 0.167 42297 38067 1.992 150901 113176 0.010 0.003 KL Đạt Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,01 > 0,003 . fc/ fy = 0,002 => Đạt Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuyKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Ascm2 Giá trị 1710 200 180 17008 14400 30 16 0.024 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnyKN VryKN 20 0.00 90 2 45 37796 0.00 36000 36000 32400 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu My tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 5474 200 26.4 223.6 5.71 60 482.55 0.0108 0.2949 0.90 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 6.0 10560 176 25.20 19.64 5.63 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 19,64 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 5,63 KN/cm2 Đạt Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.4.3 – Bố trí cốt thép chịu uốn theo phương ngang cầu . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn : Mux Kí hiệu MuxKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 3774 200 250 50000 32 2 25 16.4 183.6 402.12 acm ccm c/ds MnxKN.m MrxKN.m Mr//Mtt PnxKN PrxN P min 0.03..fc/fy Giá trị 19.87 24.84 0.1353 29331 26398 6.994 148418 111313 0.008 0.003 KL Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,0008 Không đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuxKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Ascm2 Giá trị 368.2 250 144 17008 14400 30 16 0.030 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnxKN VrxKN 0 0.00 90 2 45 37796 0.00 36000 36000 32400 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu Mx tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 534 200 16.4 183.6 5.71 50 402.12 0.0088 0.2703 0.91 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 Giá trị 6.0 8200 164 25.20 20.11 0.79 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 20,11 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 0,79 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu chống nứt. III.4.4 – Kiểm toán cường độ mặt cắt theo điều kiện chịu nén lệch tâm - Lực nén tính toán : Pu = 28874 KN - Sức kháng dọc trục tính toán theo trục Oy : Pry = 113176 KN - Sức kháng dọc trục tính toán theo trục Ox : Prx = 111313 KN - Sức kháng dọc trục : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy = 204148 KN - Sức kháng dọc trục theo 2 phương : => Prxy = 1/ 1,13.10-5 = 88588 KN > Pu = 28874 KN => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu nén lệch tâm. - Cốt thép được bố trí trên mặt cắt như sau : IV – Tính toán xà ngang liên kết các nhánh tháp IV.1 – Tính toán thiết kế xà ngang trên IV.1.1 – Nguyên tắc tính toán. - Xà ngang trên được tính với sơ đồ dầm ngàm 2 đầu , tuy nhiên để tính toán đơn giản thì ta có thể tính với sơ đồ dầm giản đơn sau đó nhân hệ số điều chỉnh để xét đến tính ngàm của dầm ngang . - Tải trọng tác dụng lên dầm ngang trên chỉ có trọng lượng bản thân của dầm. IV.1.2 – Tính toán nội lực do trọng lượng bản thân dầm. - Các đặc trưng hình học của mặt cắt xà ngang trên : +) Chiều dài dầm ngang : Ldnt = 900 cm. +) Chiều cao mặt cắt : h = 150 cm. +) Chiều rộng mặt cắt : b = 130 cm. +) Diện tích mặt cắt : AC = 150.130 = 19500 cm2. +) Trọng lượng bản thân dải đều : qdnt = gc.AC = 25. 1,95 = 48,75 KN/m. - Nội lực tính theo sơ đồ dầm giản đơn : +) Mômen tại mặt cắt giữa nhịp : Mgn = = 493,59 KN.m +) Lực cắt tại gối : VO = = 219,38 KN. - Nội lực tính theo sơ đồ ngàm 2 đầu : +) Mômen tiêu chuẩn mặt cắt giữa nhịp : MgTC= 0,5 . Mgn =0,5 . 493,59 = 246,8 KN.m +) Mômen tại tiêu chuẩn mặt cắt gối : MOTC= - 0,7 . Mgn = - 0,7 . 493,59 = -345,52 KN.m +) Mômen tính toán mặt cắt giữa nhịp : MTTgn = 1,25. 246,8 = 308,5 KN.m +) Mômen tại tính toán mặt cắt gối: MTTgn = 1,25. (-345,52) = - 431,9 KN.m +) Lực cắt tính toán tại gối : VOTT = 1,25 . 219,38 = 274,22 KN. IV.1.2 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn - Cốt thép được tính toán theo giá trị lớn nhất giữa mômen xà ngang tại gối và tại mặt cắt giữa nhịp sau đó tiến hành bố trí giống nhau cả thớ trên và thớ dưới. Kí hiệu MuyKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 431.89 150 130 19500 32 2 13 24.6 125.4 209.10 acm ccm c/ds MnyKN.m MryKN.m Mr//Mtt PnyKN PryKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 26.49 33.12 0.264 9850 8865 20.53 59497 44623 0.011 0.003 KL Đạt Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,011 > 0,03 . fc/ fy = 0,003 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện . Kí hiệu VuxKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt cm f mm Av cầncm2 n nhánh Ascm2 Giá trị 274.22 130 108 5744.4 4212 30 16 0.013 2 3.22 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnxKN VrxKN 0 0.00 90 2 45 12765 0.00 10530 10530 9477 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt Kí hiệu Mx tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 345.52 200 24.6 125.4 5.71 26 209.10 0.0128 0.3165 0.89 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 Giá trị 6.4 6396 246 25.20 17.19 1.47 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 17,19 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 1,47 KN/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chống nứt. Cốt thép được bố trí trên mặt cắt như sau : IV.2 – Tính toán thiết kế xà ngang dưới IV.2.1 – Nguyên tắc tính toán. - Xà ngang dưới được tính với sơ đồ ngàm 2 đầu , tuy nhiên để tính toán đơn giản thì ta có thể tính với sơ đồ dầm giản đơn sau đó nhân hệ số điều chỉnh để xét đến tính ngàm của xà ngang . - Tải trọng tác dụng lên xà ngang dưới gồm có : +) Trọng lượng bản thân của dầm. +) Tổng áp lực truyền xuống dầm do tĩnh tải và hoạt tải trên kết cấu nhịp. +) Bỏ qua áp lực gió thẳng đứng tác dụng lên kết cấu nhịp IV.2.2 – Tính toán nội lực do trọng lượng bản thân dầm. - Các đặc trưng hình học của mặt cắt xà ngang trên : +) Chiều dài xà ngang : Ldnt = 1800 cm. +) Chiều cao mặt cắt : h = 200 cm. +) Chiều rộng mặt cắt : b = 200 cm. +) Diện tích mặt cắt : AC = 200.200 = 40000 cm2. +) Trọng lượng bản thân dải đều : qdnt = gc.AC = 25. 4 = 100 KN/m. - Nội lực tính theo sơ đồ dầm giản đơn : +) Mômen tại mặt cắt giữa nhịp : Mgn = = 4050 KN.m +) Lực cắt tại gối : VO = = 900 KN. - Nội lực tính theo sơ đồ ngàm 2 đầu : +) Mômen tại tiêu chuẩn mặt cắt giữa nhịp : MgTC= 0,5 . Mgn =0,5 . 4050 = 2025 KN.m +) Mômen tại tiêu chuẩn mặt cắt gối : MOTC= - 0,7 . Mgn = - 0,7 . 4050 = - 2835 KN.m +) Mômen tại tính toán mặt cắt giữa nhịp : MTTgn = 1,25. 2025 = 2531,3 KN.m +) Mômen tại tính toán mặt cắt gối : MTTgn = 1,25. (–2835) = - 3544 KN.m +) Lực cắt tính toán tại gối : IV.2.3 – Tính toán nội lực dầm do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN - Nội lực dầm do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN được tính theo phương pháp ĐAH . - Dùng chương trình Sap2000 vẽ ĐAH phản lực gối của dầm liên tục ta có : +) Diện tích ĐAH dương : v+ = 33,87 +) Diện tích ĐAH âm : v- = - 6,06 +) Tổng diện tích ĐAH : v = 27,81 1 - Phản lực do tĩnh tải - áp lực tiêu chuẩn do tĩnh tải Ptttc = (DCTC +DWTC). = (123,65 + 24,16). 27,81 = 4110,6 KN - áp lực tính toán do tĩnh tải +) Do tĩnh tải giai đoạn I : PTTI = 1,25. DCTC . v+ + 0,9. DCTC . v- = 4560,7 KN +) Do tĩnh tải giai đoạn II : PTTI = 1,5. DWTC . v+ + 0,65. DWTC . v- = 1132,3 KN 2 - Phản lực do hoạt tải - Khi tính phản lực tác dụng lên gối trụ thì ta tính như sau : +) 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 - Tính phản lực do tải trọng làn PLantt = glan. qlan . v+ = 1,75 . 9,3 . 33,87 = 551,2 KN - Tính phản lực do tải trọng Người PNGtt = gNG. qNG . v+ = 1,75 . 4,5 . 33,87 = 266,7 KN - Tính phản lực do xe tải thiết kế : xếp 2 xe lên ĐAH phản lực gối ( 2 xe đặt cách nhau 15 m , khoảng cách trục sau bằng 4,3m) PttXT = gxt . m.IM. +) Xếp xe 1 : P (KN) 145 145 35 Pi . Yi Y 0.493 0.659 0.827 195.99 +) Xếp xe 2 : P (KN) 145 145 3.5 Pi . Yi Y 0.827 0.658 0.491 232.51 => PttXT = 1,75 . 1 . 1,25 . (195,99 + 232,51 ) = 796,7 KN - Tính tổng phản lực do hoạt tải thiết kế : PttHT = 0,9 . 796,7 + 0,9. 551,2 + 266,7 = 1479,9 KN 3 – Tổng áp lực từ KCN truyền xuống gối (tính cho 1 nửa cầu). PKCN = 4560,7+ 1132,3 +1479,9 = 7264,3 KN 4 – Tính toán nội lực xà ngang do áp lực từ KCN . - Sơ đồ tính : dầm giản đơn sau đó nhân hệ số điều chỉnh để xét đến tính ngàm . - Chiều dài tính toán xà ngang : Ldnd = 18 m. - Khoảng cách từ vị trí đặt áp lực KCN đến gối : a = 4,44 m - Nội lực dầm tính theo sơ đồ giản đơn : +) Giá trị mômen giữa nhịp Mgn =PKCN . a = 7264,3 . 4,44 = 32253,6 KN.m +) Giá trị lực cắt : VO = PKCN = 7264,3 KN - Nội lực tính theo sơ đồ ngàm 2 đầu : +) Mômen tại mặt cắt giữa nhịp : MgTC= 0,5 . Mgn =0,5 . 32253,6 = 16126,8 KN.m +) Mômen tại mặt cắt gối : MOTC= - 0,7 . Mgn = - 0,7 . 32253,6 = - 22577,5 KN.m IV.2.4 – Tổng hợp nội lực tính toán xà ngang : - Nội lực tính toán được lấy giá trị tổng cộng giữa nội lực do trọng lượng bản thân và nội lực do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN. - Nội lực tiêu chuẩn : +) Mômen giữa nhịp : MgTC = 12974,8 KN.m +) Mômen tại gối : MOTC = -18164,7 KN.m +) Lực cắt tại gối : VOTC = 5832,3 KN - Nội lực tính toán : +) Mômen giữa nhịp : MgTT = 18658,1 KN.m +) Mômen tại gối : MOTT = -26121,3 KN.m +) Lực cắt tại gối : VOTT = 8389,3 KN IV.2.5 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt . 1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn - Cốt thép được tính toán theo giá trị lớn nhất giữa mômen xà ngang tại gối và tại mặt cắt giữa nhịp sau đó tiến hành bố trí giống nhau cả thớ trên và thớ dưới. Kí hiệu MuKN.m hcm bcm Agcm2 fmm n hang n thanh atscm dscm Ascm2 Giá trị 26121 200 200 40000 32 4 20 21.4 178.6 643.40 acm ccm c/ds MnKN.m MrKN.m Mr//Mtt PnKN PrKN P min 0.03..fc/fy Giá trị 53.0 66.23 0.3708 41104 36993 1.416 128668 96501 0.016 0.003 KL Đạt Đạt Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : > 1,33 => Đạt - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,016 > 0,03 . fc/ fy = 0,003 => Đạt Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực 2 – Kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện. Kí hiệu VuKN bvcm dvcm 0.5.j.Vc+Vp 0,1.fc.bv.dv S bt f mm Av cầncm2 n nhánh Ascm2 Giá trị 8389.33 200 144 11783 8640 30 16 0.021 0 0.00 n thanh Av btcm2 a độ b độ q độ VcKN VsKN VnKN VnKN VrKN 0 0.00 90 2 45 26186 0.00 21600 21600 19440 KL Đạt ! Kết luận: Như vậy ta thấy với tiết diện bê tông của mặt cắt cũng đã đảm bảo khả năng chịu lực cắt nhưng ta vẫn bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 3 – Kiểm toán khả năng chống nứt của mặt cắt. Kí hiệu Mx tcKN.m ZKN/cm atscm dscm Es/Ec n thanh Ascm2 r k j Giá trị 18164.7 200 21.4 178.6 5.71 80 643.40 0.0180 0.3623 0.88 dccm Abtcm2 Acm2 0.6fyKN/cm2 faKN/cm2 fsKN/cm2 Giá trị 6.4 8560 107 25.20 22.69 17.98 KL Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng trong cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 22,69 KN/cm2 Đạt - Kiểm tra ứng suất trong cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 17,98 T/cm2 Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả năng chống nứt. - Cốt thép được bố trí trên mặt cắt như sau : V – Tính toán và bố trí cọc trong móng V.1 – Tính toán số cọc cần thiết trong móng - Móng bệ tháp được thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150cm V.1.1- 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' 300 KN/m2 Cường độ chịu kéo của thép fy 24000 KN/m2 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 36457 KN V.1.2 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền - Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọc khoan nhồi STT Loại đất H m e g T/m3 C KG/cm2 j độ R' KG/cm2 Lớp 1 Bùn sét xám đen 3.53 0.5 2 0.5 22 1.5 Lớp 2 Sét xám đen nâu 7.86 0.6 1.95 0.68 20 1 Lớp 3 Cát hạt trung 16.7 1.95 0.02 38 2.5 Lớp 4 Sét xám đen 4.05 0.6 1.95 0.68 20 1 Lớp 5 Cát hạt trung vô hạn 1.95 0.02 38 2.5 - Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền Trong đó : +) QR : Sức chịu tải của cọc theo đất nền +) QS = qS. AS : Sức kháng tại thân cọc +) QP = qP. AP : Sức kháng tại chân cọc +) qS : Sức kháng đơn vị tại thân cọc +) qP : Sức kháng đơn vị tại chân cọc +) AS : Diện tích bề mặt thân cọc +) AP : Diện tích bề mặt chân cọc +) jqS : Hệ số sức kháng tại thân cọc +) jqP : Hệ số sức kháng tại chân cọc - Theo Reese và Wright (1977 ) ta có : qP = 0,064. N (Mpa), qS = a.Su Trong đó : +) N : Số búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa /300 mm) +) a : Hệ số dính bám +) Su : Cường độ kháng cắt không thoát nướ trung bình . Giá trị Su phải được xác định từ kết quả thí ngiệm hiện trường hoặc kết quả trong phòng thí nghiệm của các mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ sâu 2D ở dưới chân cọc. Giá trị Su còn được tính theo công thức : Su = s.tgj + C - Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền Loại đất D m Li m As m2 N Su KN /m2 a qsKN /m2 QsKN jqs Sức kháng thân cọc Bùn sét xám đen 1.5 5.28 16.63 12 110.60 0.28 30.97 515.16 0.65 Sét xám đen nâu 1.5 7.86 37.04 15 104.40 0.65 67.86 2513.43 0.65 Cát hạt trung 1.5 16.7 78.70 25 197.32 0.38 74.98 5900.89 0.45 Sét xám đen 1.5 4.05 19.09 15 104.40 0.3 31.32 597.73 0.65 Cát hạt trung 1.5 10.11 40.57 25 197.32 0.38 74.98 3042.32 0.45 Sức kháng thành cọc Qthan 6381.56 KN Sức kháng mũi cọc Loại đất D m Ap m2 N qp KN /m2 Qp KN jqp Cát hạt trung 1.5 1.767 25 1600 2827.44 0.65 Sức kháng mũi cọc Qmui 1837.84 KN Q cọc theo đất nền Qr 8219.4 KN Q cọc theo vật liệu Qvl 36457 KN Qi tính toán của cọc Qcoc 8219.4 KN Chiều dài cọc Lcoc 44 m L coc V.1.3 - Tính số cọc trong móng Trong đó : +) b : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mô men với móng cọc đài cao ta lấy b = 1,5 +) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc : Qcoc = 8219,4 KN +) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 95494 KN Số cọc bố trí trong móng là n = 24 (cọc) . Bố trí thành như hình vẽ -Chiều dài cọc bố trí là 44 m - Sơ đồ bố trí cọc trong móng bệ tháp V.2 – sơ bộ kiểm toán nội lực cọc V.2.1 – Công thức tính nội lực cọc trong móng . - ở đây ta tính toán cho trường hợp ngoại lực tác dụng trong 1 mặt phẳng tính toán , nghĩa là tác dụng theo phương dọc hoặc ngang cầu . Khi đó các cọc ở mép ngoài cùng sẽ có giá trị nội lực lớn nhất hoặc nhỏ nhất . - Nội lực dọc trục của các cọc được tính theo công thức : Trong đó : +) Qn : Nội lực dọc trong cọc thứ n. +) P : Tổng áp lực thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ. +) My : Mômen đối với trục đi qua trọng tâm của nhóm cọc trong móng. +) xn : Khoảng cách từ hàng cọc thứ n đến trục đang xét. +) xi : Khoảng cách từ hàng cọc thứ i đến cọc đang xét. +) ni : Số cọc trong hàng cọc thứ i. +) Qcoc : Sức chịu tải của cọc được tính theo đất nền : Qcoc = 8219,4 KN V.2.2 – Kiểm toán khả năng chịu lực của cọc. - Tải trọng sử dụng tính toán nội lực cọc là tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ I . Theo tính toán ta thấy tổ hợp tải trọng Ia (bất lợi ra phía sông) gây ra nội lực bất lợi hơn trong móng cọc do đó ta sẽ kiểm toán theo tổ hợp tải trọng này . ta có : P = 122402 KN , My = 152064 KN.m - Với tổ hợp tải trọng Ia thì cọc bất lợi nhất là cọc ngoài cùng với nội lực : +) Nội lực lớn nhất trong cọc =6212,1 KN Đạt +) Nội lực nhỏ nhất trong cọc =2988,1 KN Đạt VI – Tính toán thiết kế móng cọc bệ cao. VI.1– Tính nội lực cọc do tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu - Diện tích cọc : A = m2 - Mômen quán tính của cọc : J = m4 Môđun chống uốn của cọc : W = m4 -Độ cứng của cọc khi chịu nén và chịu uốn: E.A=31.106.1,767=54,78.106 KN E.J=31.106.0,248=7,704.106 KN.m2 -Hệ số tính đến ảnh hưởng tương hỗ của các cọc k= Trong đó: k1=0,45 khi có 4 cọc trong 1 hàng song song với mặt phẳng tác dụng của ngoại lực lp=3 m khoảng cách tĩnh giữa các cọc Vậy k==0,78 -Chiều rộng tính toán của cọc -Chiều dài tự do của cọc lo=1,75 m -Chiều sâu hạ cọc trong đất h=42,25 m -Hệ số tỷ lệ của 3 lớp đất trên cùng m1=1500; m2=3000; m3=5000 KN/m4 -Chiều dày các lớp đất : h1=3,53 m; h2=7,86 m; h3=16,7 m -Chiều dày hm đất: hm=2.(d+1)=2.(1,5+1)=5 m -Giá trị tính đổi của hệ số tỷ lệ m===1630 KN/m4 Hệ số biến dạng =0,206 Chiều sâu tính đổi của độ sâu chôn móng 8,7 m >2,5 m Ta có: Kh==0,011 Chuyển vị đơn vị: Với: A1 -10.3941 B1 -22.4761 C1 -22.4287 D1 -11.1581 A2 -2.794565 B2 -17.2176 C2 -32.9695 D2 -32.2161 A3 24.9767 B3 11.9485 C3 -19.6011 D3 -41.3554 A4 49.0851 B4 62.7054 C4 30.0745 D4 -17.6764 Thay vào ta có: dHH= 3.6200E-05 dMH= 4.9736E-06 dMM= 1.1043E-06 Chuyển vị ngang và góc xoay tại mặt phẳng đáy bệ =5,7222.10-5 =1,3315.10-6 =7,05.10-6 =2,571.10-11 Chiều dài chịu nén của cọc =179 m Các đặc trưng độ cứng của cọc Có 3 hàng cọc,mỗi hàng có: n1=n2=n3= 8 cọc, Toạ độ các hàng cọc là X1=4,5 m ;X2=0; X3=-4,5 m Góc nghiêng của các cọc so với phương thẳng đứng: Các hệ số của phương trình chính tắc: =1242950 Hệ phương trình chính tắc Giải ra ta có : c= 0.01667122 a= 0.01642022 b= 0.00171089 Lực tác dụng tại đầu cọc VI.2– Kiểm toán bệ cọc theo các TTGH VI.2.1 – Kiểm toán móng cọc bệ cao theo TTGH cường độ . 1 – Nội dung kiểm toán bệ cọc theo TTGH cường độ +) Kiểm toán nội lực dọc trục trong cọc. +) Kiểm toán lực ngang tác dụng lên cọc. +) Kiểm toán ổn định chống lật của bệ cọc. +) Kiểm toán độ lệch tâm của hợp lực tại vị trí đáy bệ. 2 – Kiểm toán sức chịu tải của cọc . - Công thức kiểm toán : Nmax + Nbt Qcoc Trong đó : +) Nnax : Nội lực tính toán lớn nhất trong cọc , Nmax = +) Nbt : Trọng lượng bản thân cọc , Nbt = Ac.Lcoc.gbt = 1,767.44.25 = 1943,7 KN +) Qcoc : Sức chịu tải của cọc theo đất nền , Qcoc = 8219,4 KN - Kiểm tra : Nmax + Nbt = 6041+1943,7 = 7984,7 KNQcoc = 8219,4 KN => Đạt 3 – Kiểm toán lực ngang tác dụng lên hệ cọc - Công thứ kiểm toán theo QT 22TCN – 18 –79 (Giáo trình Nền móng công trình – Trường Đại học GTVT) Trong đó : +) HX : Ngoại lực ngang tác dụng lên bệ tháp, HX = 367 KN +) n : Số cọc bố trí trong móng , n = 24 cọc +) QcocTC : Sức chịu lực ngang tiêu chuẩn của một cọc , đối với cọc khoan nhồi D = 150 cm ta lấy sức chịu lực ngang của cọc QcocTC = 200 KN +) : Tổng hình chiếu trên trục ngang Ox của nội lực dọc trục trong cọc. Do ta không bố trí cọc xiên nên =0 T +) m2 : Hệ số điều kiện làm việc của hệ cọc , phụ thuộc vào số cọc trong bệ. Đối với móng cọc bệ cao , và số cọc trong móng n = 24 cọc => ta lấy m2 = 0,9. - Kiểm tra : => Đạt 4 – Kiểm toán ổn định chống lật - Công thức kiểm toán ổn định chống lật : (theo công thức của QT 79) với eo = Trong đó : +) m2 : Hệ số điều kiện làm việc của hệ cọc , phụ thuộc vào số cọc trong bệ. Đối với móng cọc bệ cao , và số cọc trong móng n = 24 cọc => ta lấy m2 = 0,9. +) Khoảng cách từ điểm lật với trục trọng tâm mặt cắt : y = m +) eo : Độ lệch tâm của hợp lực tác dụng lên bệ móng . +) My : Tổng mômen tác dụng lên bệ cọc , My = 152064 KN.m +) P : Tổng áp lực thẳng đứng tác dụng lên bệ cọc : P = 122402 KN => Độ lệch tâm của hợp lực : eo=m - Kiểm tra ổn định chống lật : => Đạt 5 – Kiểm toán độ lệch tâm của hợp lực - Công thức kiểm tra : (theo công thức của QT 79) với Trong đó : +) W : Mômen kháng uốn của mặt cắt . +) F : Diện tích mặt cắt : F = 12. 38 = 456 m2 +) h : Chiều cao mặt cắt : h = Lbt = 12 m +) Cgh : Độ lệch tâm giới hạn cho phép , lấy như sau : 1 - Đối với nền đất : Cgh = 1 cho tải trọng phụ của cầu lớn – cầu trung Cgh = 1,2 cho tải trọng phụ của cầu nhỏ. 2 - Đối với nền đá : Cgh = 1,2. Như vậy đối với đất nền là cát sỏi , và tính toán cho cầu lớn , ta lấy Cgh =1,0 - Ta có : - Kiểm tra : => Đạt VI.2.2 – Kiểm toán bệ cọc theo TTGH sử dụng 1 – Nội dung kiểm toán bệ cọc theo TTGH sử dụng. +) Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh tháp. +) Kiểm toán chống nứt các mặt cắt tháp. 2 - Kiểm toán chuyển vị ngang của tháp. - Công thức kiểm toán : uth = u + hth.v + dth 38 mm Trong đó : +) uth : chuyển vị ngang của đỉnh tháp theo phương dọc cầu +) u : chuyển vị ngang của đáy bệ theo phương dọc cầu, u = 0,0072 m +) v : Góc xoay của đáy bệ. v = 0,00054 rad +) hth : chiều cao tháp tính từ đáy bệ , hth = 53,05 + 4 = 57,05 m +) dth : Biến dạng đàn hồi của thân tháp , dth = 0 m Tính toán ta có : uth = 0,0072+57,05.0,00054 + 0 = 0,038 m Đạt VI.3– Kiểm toán nền móng theo các TTGH VI.3.1 – Kiểm toán theo TTGH cường độ . 1- Nội dung kiểm toán nền móng theo TTGH cương độ . +) Kiểm toán sức kháng đỡ của nền đất dưới đáy móng. +) Kiểm toán ổn định chống trượt. +) Kiểm toán ổn định chống lật 2 – Tính ứng suất dưới đáy móng. - Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc , tải trọng được giả định tác động lên móng tương đương đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp chịu lực như hình vẽ. - Công thức tính kích thước móng khối tương đương. +) Chiều rộng móng : Bm = (nh – 1).ah + 2.(+.tg.a) +) Chiều dài móng : Lm = (nc – 1).ac + 2.(+ Db.tg.a) +) Diện tích móng tương đương : Am = Bm . Lm +) Thể tính móng : Vm = Am.H - Vcoc +) Trọng lượng móng : Gm = Vm.gdat + Gcoc Trong đó : +) nh : Số hàng cọc bố trí , nh = 3 hàng +) nc : Số cột cọc bố trí , nc = 8 hàng +) ah : Khoảng cách giữa các hàng cọc , ah= 4,8 m +) Db : 1/3 Chiều sâu chôn cọc vào trong đất : Db = 14,67 m +) a : Góc nghiêng của phần chân móng tương đương , a = 25O +) H : Khoảng cách từ đáy móng đến mặt đất H = Lcoc + Df = 44 + 0 = 44 m +) Df : Chiều sâu chôn móng , Df = 0 m +) : Vcoc : Thể tích cọc trong móng Vcoc = ncoc . Acoc . L coc = 24. 1,767 . 44 = 1865,95 m3 +) Gcoc : trọng lượng cọc trong móng Gcoc = ncoc. Acoc. Lcoc . gbt= 24.1,767. 44. 25 = 46648,8 KN +) .gdat : trọng lượng riêng trung bình của đất dưới đáy móng được tính theo công thức : . gdat = 19,5 KN/m3 – Chuyển hệ tải trọng về trọng tâm đáy móng . +) Pm = Pbe + Gm +) Mym = Mybe +) Hxm = Hxbe Trong đó : +) Pbe , Hxbe , Mybe : Hệ tải trọng tại mặt cắt đáy bệ tháp. +) Pm , Hxm , Mym : Hệ tải trọng tại đáy bệ móng tương đương. – Tính ứng suất dưới đáy móng Trong đó : +) Pm : Tổng áp lực thẳng đứng dưới đáy móng. +) My : Tổng mômen chuyển về trọng tâm đáy móng. +) Wy : Mômen kháng uốn của tiết diện đáy móng – Kết quả tính ứng suất dưới đáy móng. Kí hiêu L cọcm Dfm Hm Db/3m nhhàng nccột ncoccọc ahm acm Acm2 Giá trị 44 0 44 14.67 3 8 24 4.5 4.8 1.767 a độ g KN/m3 jfđộ Bm Lm Atđm2 Wym3 G cọcKN Vmm3 GmKN Giá trị 25 19.5 40 24.18 48.78 1179.4 4752.6 46652.8 50026.8 947134 PbệKN HxbệKN MybệKN.m P mKN HxmKN MymKN.m q maxKN/m2 q minKN/m2 Giá trị 122402 9062 152064 1069537 9062 152064 938.86 874.86 3 – Kiểm toán ổn định chống trượt. - Công thức kiểm toán : Hx Qq = j . Qn Trong đó : +) Hx : Tổng áp lực đẩy ngang tại đáy móng tương đương, Hx = 9062 KN +) Qn : Sức kháng trượt danh định của nền đất. +) j : Hệ số sức kháng của đất nền (tra bảng 10.5.5-1), lấy j = 0,5. - Sức kháng trượt danh định của đất nền Qn = Pm. tgd = Pm. tgj = 1069537 . tg40o = 819312 KN - Sức kháng trượt tính toán của đất nền Qn = 0,5 . 819312= 409656 KN> Hx = 9062 KN => Đạt 4 – Kiểm toán sức kháng đỡ của đất nền - Đối với đất nền tại vị trí mũi cọc là đất rời thì sức kháng đỡ được tính theo công thức sau : qult = 0,5.g.g.Bm.CW1 .CW2.Ngm.10-9 + g.g.CW2.Df.Nqm.10-9 (Mpa) - Điều kiện đảm bảo cường độ đất nền : qmax j.qult Trong đó : +) j : Hệ số sức kháng của đất nền (tra bảng 10.5.5-1), lấy j = 0,5. +) g : Gia tốc trọng trường , g = 9,81 m/s2 +) g : Trọng lượng riêng của đất nền tại vị trí đáy móng. (Kg / m3) +) CW1 , CW2 : Hệ số cho các chiều sâu mực nước ngầm (bảng 10.6.3.1.2c –1) +) Ngm , Nqm: Hệ số điều chỉnh khả năng chịu lực theo hình dạng và chiều sâu chôn móng. +) Df : Chiều sâu chôn móng , Df = 0 m = 0 mm - Công thức xác định các hệ số : Ngm , Nqm Ngm = Ng .Sg .Cg .ig Nqm = Nq.Sq .Cq .iq.dq Trong đó : +) Nq , Ng : Hệ số khả năng chịu tải (bảng 10.6.3.1.2c-2) +) Sq , Sg : Hệ số hình dạng. (bảng 10.6.3.1.2c-3 , 4) +) Cq , Cg : Hệ số ép lún. (bảng 10.6.3.1.2c-5) +) iq , ig : Hệ số xét đến độ nghiêng của tải trọng. (bảng 10.6.3.1.2c-7) +) dq : Hệ số độ sâu (bảng 10.6.3.1.2c-9) - Bảng kiểm toán sức kháng đỡ của đất nền. Kí hiêu Dfm c KN/m2 gT/m3 jfđộ Bm Lm gm/s2 V mm3 HxmKN Giá trị 0 197 19.50 40 24.18 48.78 9.81 1144577 9062 Df/B H/V L/B CW1 CW2 Ng Nq Sg Sq j Giá trị 0.00 0.008 2.02 0.5 0.5 78 49 0.89 1.23 0.5 Cg Cq ig iq dq Ngm Nqm qultKN/m2 j.qultKN/m2 q maxKN/m2 Giá trị 0.65 0.65 0.76 0.84 1.15 34.29 37.84 1982.68 991.34 1002.48 KL Đạt VI.3.2 – Kiểm toán theo TTGH sử dụng . - Nội dung kiểm toán nền móng theo TTGH sử dụng . +) Kiểm toán độ lún ổn định của nền móng . +) Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh tháp. +) Kiểm toán chống nứt các bộ phân móng. - Khả năng chống nứt các bộ phận móng đã được kiểm toán trong phần tính toán và bố trí cốt thép tại các mặt cắt của tháp. - Chuyển vị ngang của đỉnh tháp đã được kiểm tra trong phần kiểm toán bệ móng.