Chơng 8 Thiết kế mố cầu 8.1. Cấu tạo chung Cấu tạo chung 8.1.1.Các kích thớc cơ bản của mố. Theo phơng dọc cầu Kí Đơn Giá trị mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 1 hiệu vị Chiều rộng bệ mố ( dọc cầu) a 1 m 5.50 Bề rộng tờng cánh ( phần dới ) a 2 m 2.80 Bề dày tờng thân a 3 m 1.70 Khoảng cách từ tờng thân đến mép ngoài bệ a 4 m 0.50 Bề rộng từơng cánh ( phần đuôi ) a 5 m 2.30 Bề rộng tờng cánh ( toàn bộ) a 6 m 6.10 Khoảng cách từ tờng đầu đến mép ngoài bệ a 7 m 1.20 Bề dày tờng đầu a 8 m 0.50 Kích thớc phần đỡ bản dẫn a 9 m 0.30 Khoảng cách từ tim gối đến mép ngoài tờng thân a 10 m 0.78 Kích thớc đá kê gối theo phơng dọc cầu a 11 m 0.85 Chiều rộng đất đắp trớc mố a 12 m 0.50 Chiều dày bệ mố b 1 m 2.00 Kích thớc tờng cánh ( phơng đứng) b 2 m 2.20 Kích thớc tờng cánh ( phơng đứng) b 3 m 2.30 Kích thớc tờng cánh ( phơng đứng) b 4 m 1.50 Chiều cao mố ( từ đáy bệ đến đỉnh tờng đầu) b 5 m 8.00 Chiều cao tờng thân b 6 m 3.95 Chiều cao tờng đầu b 7 m 2.05 Tổng chiều cao tờng thân và tờng đầu b 8 m 6.00 Chiều cao đá kê gối b 9 m 0.20 Chiều cao từ đỉnh mấu đỡ bản quá độ tới đỉnh gờ lan can b 10 m 1.03 Kích thớc mấu đỡ bản quá độ b 11 m 0.30 Theo phơng ngang cầu Bề dày tờng cánh C 1 m 0.50 Chiều rộng bệ mố C 2 m 13.00 Chiều rộng mố C 3 m 11.00 Bề rộng đá kê gối C 4 m 1.00 Số lợng đá kê gối C 5 m 5.00 Chiều dày tờng che C 6 m 1.20 mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 2 8.1.2.Cấu tạo mặt cắt ngang cầu dẫn. 8.2. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu mố 8.2.1. Bêtông - Cờng độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày f c = 30 Mpa. - Trọng lợng riêng của bê tông bt = 24.5 kN/m 3 - Mô đun đàn hồi 32.28561'.043.0 5.1 == CcC fE Mpa.(5.4.2.4-1,22TCN272-05) 8.2.2.Cốt thép - Giới hạn chảy f y = 420 Mpa - Mô đun đàn hồi quy ớc E s = 200000Mpa 8.2.3.Đất đắp - Trọng lợng riêng của đất đắp: s = 18 kN/m 3 - Góc ma sát trong của đất đắp: =35 0 8.3. Yêu cầu tính toán Chọn và tính duyệt 4 mặt cắt đặc trng của mố: - Mặt cắt đáy móng (I-I) - Mặt cắt chân tờng thân (II-II) - Mặt cắt chân tờng đỉnh (III-III) - Mặt cắt tờng cánh (IV-IV) mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 3 Tính toán móng: - Xác định sức chịu tải của cọc - Bố trí cọc trong móng. - Kiểm toán sức chịu tải của cọc theo đất nền và theo vật liệu. 8.4. Phân tích kết cấu Các tải trọng tác dụng: Mố ở trên MNTT và hầu nh không ngập nớc nên không tính tải trọng va xô tàu bè và áp lực đảy nổi của nớc. Đất đắp sau mố sử dụng loại đất tốt, đầm chặt có =18 kN/m 3 , góc ma sát trong =35 0 . - Trọng lợng bản thân của KCN (DC) - Trọng lợng tĩnh tải phần II (DW) - Trọng lợng bản thân mố và bệ móng (DC) - Hoạt tải HL 93 (LL) và tải trọng ngời (PL) - áp lực đất (EV và LS) - áp lực ngang do hoạt tải chất thêm - Tải trọng gió thẳng đứng tác dụng lên kết cấu - Lực hãm xe (BR) - Lực ma sát gối cầu (FR) 8.4.1.Tĩnh tải KCN TLBT c a 1 d m DC 782,1 kN S l ng d m n g 5 kN Mối nối 165 kN Trọng lợng dầm ngang 117,8 kN Lớp tạo dốc ngang cầu 109,40 kN Tĩnh tải dầm tác dụng lên mố DC 4302,70 kN mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 4 8.4.2.Tĩnh tải phần II (DW) B rng cu BR w 11 m Lan can DW 454.4 kN Lp ph DW 1158,3 kN Tng cng DW 5915,40 kN 8.4.3.Tĩnh tải mố Thể tích các bộ phận mố: STT Các thành phần Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1 Bệ mố V1 121 (m3) 2 Tờng thân V2 81,8 (m3) 3 Tờng đầu V3 15 (m3) 4 Gờ kê V4 1,6 (m3) 5 Tờng cánh phần đuôi V5 6,1 (m3) 6 Tờng cánh phần thân V6 16,8 (m3) 7 Đá kê gối V7 0,1 (m3) 8 Tờng che V8 0.684 (m3) Tĩnh tải mố đối với từng mặt cắt: 8.4.3.1. Mặt cắt I-I STT Các thành phần P(kN) e(m) M(kNm) 1 Bệ mố 3025.00 0.000 0.000 2 Tờng thân 2044.25 -1.400 -2861.95 3 Tờng đầu 373.75 -0.800 -299.000 4 Gờ kê 40.50 -0.400 -16.200 5 Tờng cánh phần đuôi 152.38 3.734 568.915 6 Tờng cánh phần thân 420.00 0.850 357.000 7 Đá kê gối 25.00 -1.475 -36.875 8 Tờng che 17.10 -1.650 -28.215 Tổng 6097.98 -2316.3 8.4.3.2. Mặt cắt II-II STT Các thành phần P(kN) e(m) M(kNm) 1 Tờng thân 2149.14 0 0 2 Tờng đầu 323.4 0.6 194.04 3 Gờ kê 32.585 0.982 32.00 4 Đá kê gối 29.4 -0.15 -4.41 5 Tờng che 16.856 -0.27 -4.55 Tổng 4282.511 446.7 mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 5 8.4.3.3. Mặt cắt III-III STT Các thành phần P(kN) e(m) M(kNm) 1 Tờng đầu 323.4 0 0 2 Gờ kê 32.585 0.382 12.45 Tổng 355.985 12.45 8.4.4.Hoạt tải (LL,IM) - Chiều dài dầm L=33 m - Nhịp tính toán L s = 32,2 m - Nguyên tắc tính toán: Xếp tải trọng xe lên đờng ảnh hởng phản lực gối để xác định hiệu ứng tải lớn nhất. ii yPxeP = )( .)( L WlanP = - Trong đó: + Pi: tải trọng trục (kN) + Yi: tung độ đờng ảnh hởng phản lực gối. + WL: tải trọng làn (KN/m) + : diện tích đờng ảnh hởng phản lực gối. + Hệ số xung kích IM=25% + Số làn xe n=2 + Hệ số làn xe m=1 - Độ lệch tâm theo phơng dọc so với tim bệ móng S bLL =1.55m mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 6 Phn lc va mô men Ti trng Tung độ Phn lc DAH (kN) Xe ti 3 trc P 1 135 0,73 25,71 P 2 135 0,87 125,756 P 3 35 1 145 W L 9.3 16,2 150,66 Tổng cng 554.48625 Xe 2 trc P t1 110 1 110 P t2 110 0,96 105,926 W L 9.3 16,2 150,66 Tổng cng 462.32 - Tổng hợp tải trọng: 2 làn xe H ng m c Ph n l c (kN) Ho t t i 1042,5 8.4.5.Tải trọng ngời(PL) - Xếp tải tải trọng ngời (PL=3KN/m 2 ) lên đờng ảnh hởng phản lực gối, PL=2 ì q PL ì w ì mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 7 - qPL: tải trọng ngời rải đều (kN/m) - qPL=3 ì 1,0 = 3 (kN/m) - W: diện tích đờng ảnh hởng phản lực gối dơng. - W=0,5 ì 1 ì 32,2=16,1 (m) - Vậy PL=2 ì 3 ì 16,1 = 97,2 (KN) - Cánh tay đòn e = - 1,475m - Mômen do tải trọng ngời: M= -143,37(kNm) 8.4.6.Lực ma sát (FR) - Lực ma sát chung của gối cầu phải đợc xác định trên cơ sở của giá trị cực đại của hệ số ma sát giữa các mặt trợt. FR đợc xác định nh sau: FR = f max . N (KN). - Trong đó: + f max : là hệ số ma sát giữa bê tông và gối cầu (di dộng), f max = 0.05 + N: phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải (không kể xung kích) gây ra + N=DC+DW+LL (không xét IM)+ PL + N=4302,70 + 1612,70 + 145 + 125,756 + 25,71 = 6508,327(KN) + FR= 0,05 ì 6508,327= 325,4 (KN) 8.4.7.Lực hãm xe(BR) - Cầu đợc thiết kế cho 2 làn xe, lực hãm tính cho 2 làn chạy cùng 1 chiều. Lực hãm tính bằng 25% trọng lợng xe thiết kế, có tính hệ số làn xe bằng 1. Gối cố định chịu 100% lực hãm. - BR = 0.25 ì 2 ì 1 ì (145 ì 2+35) = 162.5 kN, điểm đặt lực cách mặt đờng 1800mm theo phơng dọc cầu. 8.4.8.áp lực đất thẳng đứng: - Chỉ tính cho mặt cắt đáy móng: Trọng lợng riêng của đất đắp s = 18 (kN/m3) Thể tích khối đất đắp Vđất 237,6 (m3) Tổng trọng lợng khối đất P= 4276,80 (kN) Độ lệch tâm của tải trọng e= 1.1 (m) Mômen M= 4704,48 (kNm) mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 8 8.4.9.áp lực đất (EH,LS) 8.4.9.1.áp lực đất tĩnh - Công thức tính áp lực đất tĩnh - Điểm đặt lực là tại 0.4 H - Trong đó : +) K = K a (hệ số áp lực đất chủ động ) nếu là tờng chắn công xon +) K = K O (hệ số áp lực đất tĩnh ) nếu là tờng chắn trọng lực. - Đối với tờng có dịch chuyển, K lấy bằng hệ số áp lực đất chủ động. - với: +) : Góc ma sát giữa đất đắp và tờng : = 24 o +) : Góc giữa phơng đất đắp với phơng ngang : = 0 o +) : Gócgiữa phơng đất đắp với phơng thẳng đứng : = 90 o +) : Góc nội ma sát của đất đắp : = 35 o - Thay vào ta có: r =3.005 K= 0.244 8.4.9.2.áp lực đất do hoạt tải chất thêm(LS) mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 9 BK H EH 2 . 2 = )sin(.sin. )(sin 2 2 + = r K a 2 )sin().sin( )sin().sin( 1 + + += r - Trong đó : +) H : Chiều cao tờng chắn chịu áp lực đất. +) B : Bề rộng tờng chắn chịu áp lực đất. +) K : Hệ số áp lực đất chủ động +) : Trọng lợng riêng của đất. +) h eq : Chiều cao lớp đất tơng đơng của hoạt tải . - Chiều cao lớp đất tơng đơng của hoạt tải xác định theo chiều cao tờng chắn : Chiều cao tờng chắn H (mm) Chiều cao lớp đất tơng đơng h eq (mm) 1500 1700 1500 ữ 3000 1200 3000 ữ 6000 760 9000 610 8.4.9.2.1. Kết quả tính toán áp lực đất tĩnh (EH) đối với từng mặt cắt nh sau: Mặt cắt H (m) B (m) EH = Hx (kN) e (m) M=My (kNm) Mặt cắt đáy móng 8 13 1574.64 -3.20 -5038.86 Mặt cắt chân tờng thân 6 11 885.74 -2.40 -2125.77 Mặt cắt chân tờng đỉnh 2,3 11 130.15 -0.92 -119.74 8.4.9.2.2. Kết qủa tính toán áp lực đất do hoạt tải chất thêm (LS) đối với từng mặt cắt: Mặt cắt H (m) b (m) h eq (m) LS = Hx (kN) M=My (Kk.m) Mặt cắt đáy móng 8 13 0.6475 259.82 -1039.26 Mặt cắt chân tờng thân 6 11 0.7475 224.39 -673.16 Mặt cắt chân tờng đỉnh 2,3 11 1.200 162.22 -186.55 8.4.9.2.3. Tính toán áp lực đất ứng với mặt cắt IV-IV Phân tích t ờng cánh: mai danh hùng Lớp Cầu hầm k45 10 BHhKLS eqa = [...]... kiểm toán theo công thức : M ux M uy + 1,0 M rx M ry - (5.7.4.5-3) Trong đó : + : Hệ số sức kháng với cấu kiện chịu nén dọc trục , = 0,75 + Pu : Lực nén tính toán trong mặt cắt cấu kiện + Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt + Mux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phơng x + Muy : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phơng y + Mrx : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phơng x + Mry : Mômen uốn tính toán. .. Chiều Hệ số cứng sâu m (kN/m4) =( matt/EI)1/ h (m) + mai danh hùng K2 = 1+ 25 htd = h (m) Lớp Cầu hầm k45 5 - 15000 0.356 25 8.896 Do htđ= 8.896 > 2.7, nên ta tính toán nh cọc có độ cứng hạn chế Phần này sẽ áp dụng lý thuyết tính theo khung phẳng dọc để tính toán 8.7.3.1.2 Các thông số tính toán chung: - Momen quán tính của cọc: ì D 4 ì 1,5 4 = = 0,249 m 4 64 64 Độ cứng chịu nén, chống uốn của cọc: J=... tải tính toán của cọc : Vu: Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc mai danh hùng 24 Lớp Cầu hầm k45 Vậy: n = 1.5x Vu 24011 = 1.5x = 3.817 (cọc) 6229, 284 QR Bố trí 6 cọc nh sau: Sơ đồ bố trí cọc trong móng 8.7.3.Kiểm toán cọc khoan nhồi: 8.7.3.1 .Tính toán nội lực cọc trong móng: 8.7.3.1.1 Đặc tính của cọc: - Đờng kính D =1.5 Chiều dàI L = 25 m Diện tích F = 1.767 m2 Chu vi U = 4.712 m Mômen quán tính. .. dụng theo phơng y + Mrx : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phơng x + Mry : Mômen uốn tính toán đơn trục theo phơng y + Prx : Sức kháng nén tính toán theo phơng x + Pry : Sức kháng nén tính toán theo phơng y + Prxy : Sức kháng nén tính toán theo 2 phơng 8.6.2 .Tính toán và bố trí cốt thép chịu mômen uốn - Cốt thép tại các mặt cắt đợc bố trí theo cấu tạo sau đó kiểm tra khả năng chịu lực của mặt cắt Nếu... 366.19 My (kN) 961.99 643.62 889.22 611.01 8.6 Chọn và tính duyệt mặt cắt 8.6.1.Các công thức tính duyệt - Do các mặt cắt chịu nén uốn đồng thời theo 2 phơng do đó trớc khi tính toán và bố trí cốt thép thì ta phải kiểm tra điều kiện làm việc của mặt cắt để áp dụng đúng các công thức kiểm toán - Nếu lực nén dọc trục Pu > 0,1..fc.Ag thì ta kiểm toán theo công thức : 1 1 1 1 = + Prxy Prx Pry PO - (5.7.4.5-1)... = 25 m Diện tích F = 1.767 m2 Chu vi U = 4.712 m Mômen quán tính I = 0.2485 m4 Chiều rộng tính toán của cọc: att = K1K2a Trong đó: K1 : Hệ số xét đến hình dạng tiết diện cọc khác với giả thiết tính toán là hình chữ nhật, cọc tròn K1 = 0.9 + K2 : Hệ số xét đến sự khác nhau của một bài toán không gian và một bài toán phẳng l 25 = 1+ = 17.67 2 K 2 = 2 d 1.5 Vậy att=0.92 ì 2 ì 1.5 = 2.7m Hệ số độ Chiều... hoạt tải sau mố: - Chỉ tính với mặt cắt đáy móng VS = heq (a2+a3).(B-1) VS = 0.6475 ì 18 ì 3.3 ì 11 = 423.077 kN M = 423.077 ì 1.1 = 465.384 kN.m 8.4.10.Tải trọng gió - Tốc độ gió thiết kế: V = VB.S - Trong đó: + VB :Tốc độ gió giật cơ bản trong 3s với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió có đặt cầu dang nghiên cứu, vùng tính gió là vùng II nên VB = 45m/s mai danh hùng 11 Lớp Cầu hầm k45... lấy thông số bề rộng vết nứt : Z = 17500 N/mm - ứng suất trong cốt thép chịu kéo đợc tính theo công thức : M tc fS = AS j.d S 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 đợc tính theo công thức : k = n + 2 n 2 + 2. n +) : Hàm lợng cốt thép chịu kéo bố trí... 200000 Mpa - Tính toán: - Diện tích mặt cắt nguyên Ag= 5500 ì 13000= 7.15 ì 107 (mm2) + 0,1 fc.Ag=0.1 ì 0.75 ì 30 ì 7.15 ì 107 = 1.608 ì 108(N)=160875 (KN) + Pu= 24011 (kN) + Do Pu< 0,1 fc.Ag: Vậy ta đi tính duyệt theo công thức (5.7.4.5-3) 8.6.4.1.Kiểm toán theo sức kháng uốn: Tên gọi các đại lợng Ký hiệu B rng ca mt ct Chiu sõu ca mt ct mai danh hùng b h 20 Mặt cắt I-I 13000 5500 Lớp Cầu hầm k45... 180256.18 kN Vs+Vc 180256.18 kN 0.25*fc*bv*dv Sc khỏng ct tớnh toỏn 540000 162230.56 đạt kN kN ng kớnh thanh Bc ct ai Vn Kim tra 8.7 Tính toán móng 8.7.1.Tổ hợp tải trọng tác dụng tại mặt cắt đáy móng: V (kN) 24011 H (kN) 3426.4 M (kN.m) 25080.5 8.7.2 .Tính toán sức chịu tải của cọc 8.7.2.1.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Qcoc = (0,85 f c Ac + f y AS ) - Trong đó + : hệ số sức kháng + Fc: . và tính duyệt mặt cắt 8.6.1.Các công thức tính duyệt - Do các mặt cắt chịu nén uốn đồng thời theo 2 phơng do đó trớc khi tính toán và bố trí cốt thép thì ta phải kiểm tra điều kiện làm vi c của. f max = 0 .05 + N: phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải (không kể xung kích) gây ra + N=DC+DW+LL (không xét IM)+ PL + N=4302,70 + 1612,70 + 145 + 125,756 + 25,71 = 6508,327(KN) + FR= 0 ,05 ì 6508,327=. Tớnh k [k = -n +sqrt((n) 2 +2n)] k 0.1184582 0.173086 0.1901979 Tớnh j [j = (1-k/3)] j 0.9 6051 39 0.942 305 0.9366007 ng sut kộo trong thộp fs = Ms/(Asjd s ) fs 22.787 64.017 165.268 MPa Giỏ