Bài thiết kế mố trụ cầu

2.Tính toán tải trọng,tổ hợp tải trọng2.1.Tĩnh tải Tĩnh tải bao gồm: -Trọng lượng bản thân mố -Trọng lượng kết cấu phần trên... Tĩnh tải của kết cấu phần trên gồm các phần sau:aTrọng lượ

Phụ lục

Phụ lục 1

PHẦN I: SỐ LIỆU CHUNG 2

PHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TOÁN 2

1.Lựa chọn các kích thước: 2

1.1.Kích thước kết cấu tầng trên: 2

1.2.Kích thước dầm chủ: 3

1.3.Kích thước và số lượng dầm ngang: 4

1.4.Xác định các kích thước cơ bản của mố: 4

2.Tính toán tải trọng,tổ hợp tải trọng 7

2.1.Tĩnh tải 7

2.1.1.Trọng lượng bản thân mố 7

2.1.2.Tĩnh tải từ kết cấu tầng trên 8

2.2Áp lực đất nằm ngang EH: 12

2.3 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố : LS 13

2.4.Áp lực đất thẳng đứng EV: 14

2.5 Hoạt tải xe ôtô (LL): 14

2.6 Tải trọng người(PL): 16

2.7.Lực li tâm(CE): 17

2.8.Lực hãm xe(BR): 17

2.9.Lực ma sát(FR): 18

2.10.Tải trọng gió(WS,WL) 18

3.Tính toán tại mặt cắt đỉnh bệ và đáy móng: 19

3.1.Mặt cắt đỉnh bệ : 21

3.2.Mặt cắt đáy móng 24

3.3.Tính duyệt theo trạng thái giới hạn cường độ I: 26

3.3.1Tính sức kháng đỡ của đất (khả năng chịu tải của đất nền) 26

3.3.2Tính độ ổn định lật 27

3.3.3 Tính độ ổn định trượt 27

4.Tính toán các bộ phận: 28

4.1.Tính toán tường thân 28

4.2.Tính toán tường cánh 31 4.3Xác định số lượng cốt thép chịu lực: 34 PHẦN III : BẢN VẼ 43

+Kích thước gối cao su:

-Gối cố định 410(dọc cầu)x460(ngang cầu)x50 mm(cao)

+Nền móng :Móng trên nền thiên nhiên (trên tầng đá gốc)

PHẦN II : NỘI DUNG TÍNH TOÁN

 Chiều dài nhịp tính toán:

Ls=L-2x0.3=30-0.6=29.4 m

1.2.Kích thước dầm chủ:

Đầu dầm chủ ở gối mở rộng như hình vẽ phía trên

1.3.Kích thước và số lượng dầm ngang:

Chọn số lượng dầm ngang : 3 dầm , bề dày d=150 mm tổng số dầm ngang

hb=20 cm: Chiều cao bản mặt cầu

hđk=20 cm: Chiều cao đá kê gối

hg=5 cm: Chiều cao gối

h1=160 + 20 +20 +5=205 (cm)

• Chọn bề rộng tường đỉnh:

b1=50 (cm)

 Kích thước tường thân:

• Chiều cao tường thân:

• Độ ngập sâu của tường cánh vào trong đất:Chọn bằng 65(cm)

• Do chiều cao mố H=7 m nên độ dốc của taluy là 1: 1

Chiều dài của tường cánh:

2.Tính toán tải trọng,tổ hợp tải trọng

2.1.Tĩnh tải

Tĩnh tải bao gồm:

-Trọng lượng bản thân mố -Trọng lượng kết cấu phần trên

Tĩnh tải của kết cấu phần trên gồm các phần sau:

a)Trọng lượng bản thân dầm chữ I:

b)Trọng lượng bản thân của bản mặt cầu:

Diện tích mặt cắt ngang bản mặt cầu:

S=0.074 x 11.4 = 0.84 m2

Trọng lượng trên 1 m dài:

q=S x =0.84 x 25 =21 kN/m

c)Trọng lượng dầm ngang.

Để thiên về an toàn đồng thời dễ tính toán coi dầm ngang là hình chữ nhật kích thước 2.3 x 1.6 m.

Khi đó diện tích 1 dầm ngang: S=2.3 x1.5 =3.68 m2

Bề dày 1 dầm ngang là d = 0.15 m

Trọng lượng của 12 dầm ngang :

P=12 x S x d x =12 x 3.68 x 0.15 x25 =165.6 (kN)

d)Trọng lượng lan can.

Chọn lan can như hình vẽ

Để thiên về an toàn đồng thời dễ tính toán coi toàn bộ lan can là đặc và bằng bêtông

Diện tích mặt cắt ngang của lan can:

Bảng tính tĩnh tải kết cấu phần trên:

STT Tên kết cấu Trọng lượng trên 1 m dài q (kN/m) Phản lực gối(kN)

Bđ-Chiều rộng của đất đắp ,Bđ =bề rộng mố -bề dày tường cánh

=0o

-Góc của phương tường chắn so với phương nằm ngang ,

=90o

-Góc ma sát trong có hiệu của đất đắp, =30o

Từ đó rút gọn công thức trên ta được K=Ka= (450 )=

Vị trí đặt hợp lực tại 0.4H (m)

2.3 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố : LS

Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tường chắn ,tác dụng của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao heq ,với heq tra theo bảng

Khi đó áp lực ngang đất do hoạt tải tính theo công thức:

LS=Kh eq H B đ

Trong đó: LS-Hợp lực áp lực ngang đất do hoạt tải sau mố(kN)

heq-Chiều cao lớp đất tương đương(m)

+Với chiều cao tường H=7000 mm thì tra bảng và nội suy tuyến tính :

heq=710 (mm)=0.71 (m) +Với chiều cao tường H = 9000 mm tra bảng heq=610mm=0.61 (m)

-Trọng lượng riêng của đất đắp.

18 kN/m3H-Chiều cao tường lấy bằng khoảng cách từ mặt đất đắp đến đáy bệ móng(m)

Bđ=10.6 m theo mục 2.2

-Hệ số áp lực đất,K= theo mục 2.2

Vị trí hợp lực đặt tại 0.5H +Đối với mặt cắt đỉnh bệ:

H=7 m

Chiều rộng mố chịu tác dụng của các lớp: 11.4-2x0.4=10.6 m

Phản lực gối do xe hai trục:

R Tandem =110 x 1+110 x 0.96 = 215.6(kN)

-Phản lực gối do xe ba trục:

R Truck =145x1+145 x 0.85+35 x 0.71 = 293.1 (kN) Vậy phản lực gối do xe tải thiết kế:R=max(R truck ,R tandem )= 293.1 (kN)

-Phản lực gối do tải trọng làn:

R WL =9.3 x x 1 x 29.4=136.71 (kN)-Số làn xe:n= 2 làn

2.6 Tải trọng người(PL):

-Đối với tất cả đường bộ hành rộng hơn 600 mm phải lấy tải trọng người đi

bộ bằng q=3x10-3 Mpa và phải lấy đồng thời cùng xe tải thiết kế,lực xung kích không áp dụng cho tải trọng bộ hành.

Trị số của tải trọng bộ hành:

PL=m.b ng n ng (q .1)(kN) Trong đó:m-Hệ số làn,m=1

q=3x10-3 Mpa=3kN/m 2

bng-Bể rộng lề đường đi bộ,bng=1.5 m nng-Số lề người đi,nng= 2

Ls-Chiều dài nhịp tính toán,Ls=29.4 m

-Cầu được thiết kế với 2 làn xe,lực hãm tính cho một làn xe chạy cùng chiều.

-Lực hãm lấy bằng 25% trọng lượng xe thiết kế,xe thiết kế là xe tải

Để thiên về an toàn ta cho lực hãm xe hướng ra phía sông

2.9.Lực ma sát(FR):

Lực ma sát chung gối cầu phải được xác định trên cơ sở của giá trị cực đại của hệ số ma sát giữa các mặt trượt.FR được xác định như sau:

FR=f max N (kN)

Trong đó :-fmax là hệ số ma sát giữa bêtông và gối cầu fmax =0.3

-N là phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải(không kể xung kích gây ra):

N=1663.05+310.02+1074.53+132.3=3179.9 (kN)

FR = 0.3 x 3179.9 = 953.97 (kN)

Lực ma sát có chiều hướng ra sông

2.10.Tải trọng gió(WS,WL)

2.10.1.Tải trọng gió tác động lên công trình(WS).

a)Tải trọng gió ngang:

Tải trọng gió ngang PD phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng tâm của các phần thích hợp,được tính như sau:

PD=0.0006.V2.At.Cd 1.8At (kN)Trong đó:

V-Tốc độ gió thiết kế =38m/sV=VB.S

VB-Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kì xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu

+Chiều cao bản mặt cầu: 0.2 m

+Chiều cao lan can: 1.1 m

+Chiều dài nhịp: 29.4 m

là đặc:

A t =(1.6+0.2+1.1) x 29.4= 85.26 (m 2 )

Cd-Hệ số cản phụ thuộc vào tỉ số

b : Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can =11400(mm)

d : Chiều cao KCPT bao gồm cả lan can đặc nếu có=1874(mm)

Tra bảng ta được C d =1.2

Vậy P D = 0.0006 x 38 2 x 85.26 x 1.2 = 88.64 (kN)

b)Tải trọng gió dọc:

-Đối với mố, trụ,kết cấu phần trên là giàn hay các dạng kết cấu khác có một

bề mặt cản gió lớn song song với tim dọc kết cấu thì phải xét tải trọng gió dọc.Vì vậy ở đây ta không phải tính tải trọng gió dọc

2.10.2.Tải trọng gió thẳng đứng

-Chỉ tính tải trọng này cho các trạng thái giới hạn không liên quan đến gió trên hoạt tải và chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu -Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theo công thức:

Pv=0.00045xV2xAv

Trong đó: V-Tốc độ gió thiết kế = 38 m/s

Av-Diện tích phẳng của mặt cầu = 11.4 x 29.4=335.16 m2

Trị số tải trọng thẳng đứng: P v =0.00045 x 38 2 x 335.16 =217.79 (kN)

Pv đặt tại giữa nhịp

3.Tính toán tại mặt cắt đỉnh bệ và đáy móng:

Công thức kiểm toán:V=

Trong đó:

-Sức kháng đỡ của đất dưới đáy móng(Mpa)

Do dưới đáy móng là đá có cường độ là 30 Mpa nên ta có :

=30 Mpa

:Hệ số sức kháng dùng cho địa kĩ thuật

Với móng nông tra bảng A.10.5.5-1 ta có:

=0.6

:Diện tích có hiệu của móng.

B,L :Chiều rộng và dài của đáy móng.

e B,e L:Độ lệch tâm của tải trọng theo hai phương của móng

Gió lên công

tải trọng

Tường cánh(phần đuôi)

Tường cánh(phần thân)

1.3 5

0.0 0

0.6 1.5 =0.15Tường cánh(phần đuôi) 304.15

-0.6-0.35=1.45Tải trọng người(PL) (Dọc cầu) 132.3

-0.6-0.35=1.45

Áp lực ngang do hoạt tải sau mố(LS) 316.09 4.5

Gió lên công

Tường cánh(phần đuôi)

Tường cánh(phần thân)

Áp lực ngang do hoạt tải sau

3.3.1Tính sức kháng đỡ của đất (khả năng chịu tải của đất nền).

Kiểm toán cho mặt cắt đáy móng(mặt cắt 2-2):

Tải trọng tại mặt cắt kiểm toán:

B:chiều rộng của móng

B=4.8 m

:Độ lệch tâm treo phương B của móng.

= =1.2 m

eL= = = 0.02 m

=12.2 – 2 x 0.02 = 12.16 m = 4.8 – 2 x 1.2 = 2.4 m =12.16 x 2.4 = 29.18m2 V=

=0.6 x 30 x 103 x 29.18=525240 kN

V= = 16242 kN 525240 kN Đạt

3.3.2Tính độ ổn định lật.

Thay cho việc kiểm tra tỉ số giữa mômen ổn định và mômen lật ,để đảm bảo

ổn định lật cần kiểm tra độ lệch tâm của hợp lực đối với đáy móng hữu hiệu

4.Tính toán các bộ phận:

4.1.Tính toán tường thân.

4.1.1 Tính tại mặt cắt 1-1

 Sơ đồ tính :Thanh 1 đầu ngàm, một đầu tự do

a)R b :Phản lực gối trên bản quá độ sinh ra do:

+Hoạt tải trên bản quá độ:

Xếp tải trên đường ảnh hưởng phản lực gối tại bản quá độ như hình vẽ

Ta có :

 Độ lệch tâm của các lực so với trọng tâm mặt cắt 1-1:

+Phản lực gối trên bản quá độ Rb: e1 = + = 0.4 m

+Trọng lượng tường đỉnh N01: e2= 0

+ Áp lực ngang của đất do tĩnh tải E0: e3 = 0.4 x 2.05 = 0.82 m

+ Áp lực ngang của đất do hoạt tải trên bản quá độ Eb :e4 = 0.5 x 2.05=

4.1.2 Tính tại mặt cắt 2-2

 Sơ đồ tính :Thanh 1 đầu ngàm, một đầu tự do

 Độ lệch tâm của các lực so với trọng tâm mặt cắt 2-2:

-Phản lực gối tại bản quá độ Rb: e1= + =0.9 m

-Trọng lượng tường đỉnh N01: e2 = =0.5 m

-Phản lực gối do hoạt tải,tĩnh tải trên kết cấu nhịp: e4 = 0.3 =0.4m-Lực hãm xe T: e5 =6 -1.95 +0.2+0.05 =4.3 m

-Áp lực ngang của đất do tĩnh tải E0: e6 = 0.5 x 7 =3.5 m

-Áp lực ngang của đất do hoạt tải trên bản quá độ Eb: e7=0.4 x 7=2.8m

Nội lực tổng cộng tại tiết diện 2-2:

= Rb+Rt+Rh+N01+N02 =3870.22 +1973.07 +1206.83 +292.25

+1945.25 = 9287.62 kN

= Eo + Eb + T =1558.2 + 316.09+ 162.5=2036.79 kN = -Rb e1 -N01 e2 + N02 e3 + (Rt+Rh) e4 + T e5 + E0 e6+ Eb e7

=-3870.22 x 0.9 - 292.25 x 0.5 +0 +(1973.07+1206.83 ) x 0.4 +162.5 x 4.3 +1558.2 x 3.5 + 316.09x 2.8 =4680.14 kNm

4.2.Tính toán tường cánh.

Tường cánh mố được thiết kế như một bản chịu tác dụng của áp lực đất do tĩnh tải và hoạt tải Bản được tính như bản mút thừa ngàm vào tường và bản ngàm 2 cạnh(ngàm vào tường thân và bệ móng).Tuy nhiên vì việc phân tích bản ngàm 2 cạnh còn có thể phức tạp nên có thể thiết kế chúng theo phương pháp gần đúng như sau

Chia tường cánh thành 4 phần A, B ,C ,D như hình vẽ

Phần A và D được thiết kế như một dầm mút thừa ngàm vào ab và ef.Hợp lực áp lực đất tác dụng vào phần A và D coi như tải trọng phân bố đều tác dụng vào tiết diện ngàm ab và ef.

Phần B và C được thiết kế như các dầm mút thừa ngàm vào bc và cd.Trên hình vẽ phần B được tính theo 2 dầm mút thừa có chiều dài bd’ và b’o,ngàm tại b và b’.Tính mômen tại mặt cắt ngàm Mb và Mb’ chịu tải trọng rải đều.Phần C được tính theo 2 dầm mút thừa dd’ và c’o,ngàm tại d và c’.Tính mômen tại mặt cắt ngàm Md và Mc’,chịu tải trọng hình thang

-Với kích thước của mố đã chọn ta có:

+ Ứng với p2 :H= ab= x4.7 =2.35 m p2 =16.57 kN/m

+ Ứng với p3 :H= ab= 4.7 m p3 =66.27 kN/m

+ Ứng với p4 :H= ab’= ab +bb’=4.7 + 1.15 =5.85 m p4 =102.67 kN/m+ Ứng với p5 :H= ac= 7 m p5 =147 kN/m

Sơ đồ tải trọng tính các phần D,A,B,C như hình vẽ

Me = p1l12= x 18.3 x 2.852 Ma p2l22 x 16.57 x 2.3 2

Mb = p3 2= x 66.27 x 2.3 2 Mb’ = p4 2= x 102.67 x 1.152 =175.24 kNm =59.14 kNm

Md = (2p3 +p5) 2 Mc’ = (2p4 +p5) 2

= x (2 x 66.27+ 147) x 2.32 = (2x102.67+147)x1.152

4.3Xác định số lượng cốt thép chịu lực:

4.3.1.)Bố trí thép cho tường thân:

Chọn chiều cao hữu hiệu của tiết diện ds = 0.8 x 1600 =1280 mm

Giả thiết cốt thép chảy dẻo:fs = fy =420 MPa

Từ điều kiện về cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu :

Bố trí cốt thép thành 50 cột ,mỗi cột chỉ gồm một thanh 22,khoảng cách từ cốt thép ngoài cùng đến mép bêtông là 65 mm, bước cốt thép 200 mm,các kích thước khác như hình vẽ.

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

2.15 x 10-3

2.14 x 10-3

ĐẠT Kiểm tra mômen uốn:

Giả thiết tiêt diện ở trạng thái cân bằng ứng suất khi đó fs = fy Xác định chiều cao vùng nén :

Từ điều kiện về cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu :

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Giả thiết tiêt diện ở trạng thái cân bằng ứng suất khi đó fs = fy.Xác định chiều cao vùng nén :

Chọn chiều cao hữu hiệu của tiết diện ds = 0.5 x 4700 =2350 mm

Giả thiết cốt thép chảy dẻo:fs = fy =420 MPa

Từ điều kiện về cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu :

= = 0.00018 <0.42 Đạt

Chọn 7 thanh 18 có diện tích As = x 7 = 1780.38 mm2

Bố trí cốt thép thành 7 hàng ,khoảng cách từ cốt thép ngoài cùng đến mép bêtông là 400 mm, bước cốt thép 650 mm

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Giả thiết tiêt diện ở trạng thái cân bằng ứng suất khi đó fs = fy.Xác định chiều cao vùng nén :

Chọn chiều cao hữu hiệu của tiết diện ds = 0.5 x 2300 =1150 mm

Giả thiết cốt thép chảy dẻo:fs = fy =420 MPa

Từ điều kiện về cường độ Mu Mr = Mn,ta lấy với trường hợp tối thiểu :

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

2.76 x 10-3

Với ds = = 115 cm =1150 mm

ds :Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ trên của mặt cắt

2.14 x 10-3

ĐẠT Kiểm tra mômen uốn:

Giả thiết tiêt diện ở trạng thái cân bằng ứng suất khi đó fs = fy.Xác định chiều cao vùng nén :

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Giả thiết tiêt diện ở trạng thái cân bằng ứng suất khi đó fs = fy.Xác định chiều cao vùng nén :

0.9AsFy(ds - )= 0.9 x 1271.7 x 420 x(1150 )

= 540.223 kNm

= 540.223 kNm > Mu = 146.46 kNm ĐẠT

PHẦN III : BẢN VẼ