Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Phụ lục Phần 1: giới thiệu chung Tiêu chuẩn thiết kế 1.1 Tiêu chuẩn thiết kế 1.2 Phơng pháp tính toán thiết kế 1.3 Phơng trình tổng quát TTGH 1.4 Các TTGH theo 22TCN 272 05 1.4.1 Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 05 1.4.2 Trạng thái giới hạn cờng độ 1.4.3 Trạng thái giới hạn sử dụng 1.4.4 Trạng thái giới hạn mỏi đứt g y 1.4.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt Nội dung tính toán thiết kế 2.1 Trình tự tính toán thiết kế mố trụ 2.2 Sơ đồ khối 2.3 Nội dung tính toán thiết kế Mố cầu Phần 2: Ví dụ tính toán thiết kế mố chữ U BTCT Số liệu tính toán thiết kế 1.1 Số liệu chung 10 1.2 vật liệu chế tạo mố 10 1.3 Các hệ số tính toán 11 1.4 Đất đắp sau mố 11 1.5 Số liệu lớp đất 11 cấu tạo kết cấu nhịp 2.1 Quy mô mặt cắt ngang cầu 12 2.2 Cấu tạo dầm chủ 12 Kích thớc cấu tạo mố 3.1 Nguyên tắc xác định kích thớc mố 14 3.2 Xác định kích thớc mố 15 Xác định tải trọng tác dụng lên mố 4.1 Các tải trọng tác dụng lên mố 18 4.2 Các mặt cắt kiểm toán 18 4.3 Xác định trọng lợng phận mố 19 4.4 Xác định áp lực thẳng đứng từ kết cấu nhịp 21 - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 4.5 Xác định áp lực thẳng đứng hoạt tải độ 22 4.6 Xác định áp lực đất tác dụng lên mố 23 4.7 Lực h m hoạt tải KCN (BR) 29 4.8 Lực ma sát gối cầu 29 4.9 áp lực gió tác dụng lên mố 30 4.9.1 áp lực gió ngang 30 4.9.2 áp lực gió dọc 30 4.9.3 áp lực gió thẳng đứng 31 4.9.4 áp lực gió tác dụng lên xe cộ 31 4.10 áp lực nớc tác dụng lên mố 32 Tổ hợp tải trọng 5.1 Hệ số tải trọng 33 - Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thờng xuyên 34 5.2 Tổng hợp nội lực mặt cắt đáy móng (mặt cắt I I) 34 5.3 Tổng hợp nội lực mặt cắt chân tờng thân (mặt cắt II II) 35 5.4 Tổng hợp nội lực mặt cắt chân tờng đỉnh (mặt cắt III III) 35 5.5 Tổng hợp nội lực mặt cắt tờng cánh (mặt cắt IV IV) 36 tổ hợp tải trọng bất lợi 6.1 Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng bất lợi 37 6.1.1 Nguyên tắc chung 37 6.1.2 Tổ hợp tải trọng Ia: Bất lợi phía sông 37 6.1.3 Tổ hợp tải trọng Ib: Bất lợi vào bờ 37 6.2 Tổ hợp tải trọng mặt cắt đáy bệ (Mặt cắt I-I) 39 6.3 Tổ hợp tải trọng mặt cắt chân tờng thân (MC II-II) 41 6.4 Tổ hợp tải trọng mặt cắt chân tờng đỉnh (MC III-III) 43 Tính toán bố trí cốt thép 7.1 Nguyên tắc tính toán bố trí cốt thép 44 7.2 Tính toán bố trí cốt thép mặt cắt đáy móng (Mặt cắt I - I) 48 7.3 Tính toán bố trí cốt thép mặt cắt chân tờng thân (MC II - II) 50 7.4 Tính toán bố trí cốt thép mặt cắt chân tờng đỉnh (MC III - III) 52 7.5 Tính toán bố trí cốt thép mặt cắt tờng cánh (MC IV - IV) 54 Tính toán bố trí cọc 8.1 Tính sức chịu tải cọc 56 8.3 Sơ kiểm toán nội lực dọc trục cọc móng 60 - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Kiểm toán móng 9.1 Xác định điều kiện kiểm toán móng cọc 61 9.2 Kiểm toán bệ cọc theo TTGH cờng độ 61 9.3 Kiểm toán bệ cọc theo TTGH sử dụng 64 9.4 Kiểm toán móng theo TTGH cờng độ 64 9.5 Kiểm toán móng theo TTGH sử dụng 67 10 Tính toán thi công 10.1 Xác định khối lợng bêtông chế tạo mô 68 10.2 Chọn búa đóng cọc 68 10.3 Tính độ chối lý thuyết cọc 69 10.4 Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy hố móng 69 - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Hớng dẫn thiết kế môn học Thiết kế Mố cầu dầm Phần 1: giới thiệu chung tiêu chuẩn thiết kế 1.1 Tiêu chuẩn thiết kế - Quy trình tính toán thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn Bộ GTVT ban hành: 22TCN 272 - 05 1.2 Phơng pháp tính toán thiết kế - Tuỳ vào quan điểm tính toán thiết kế mà có phơng pháp tính toán khác nh tính theo ứng suất cho phép, tính theo nội lực giới hạn tính theo TTGH tính toán thiết kế theo 22TCN 272 05 nên phơng pháp tính toán đợc áp dụng tính toán theo TTGH: [ ] S S gh Trong đó: + S: Nội lực lớn xuất phận kết cấu có xét tới tất yếu tố làm gia tăng tác động tải trọng + [Sgh]: Khả chịu lực giới hạn phận kết cấu có xét đến tất yếu tố làm giảm khả chịu lực kết cấu 1.3 Phơng trình tổng quát TTGH - Phơng trình bản: Q i i i .Rn = Rr Trong : + i: Hệ số điều chỉnh tải trọng liên quan đến tính dẻo tính d nh tầm quan trọng khai thác + i: Hệ số tải trọng + Qi: ứng lực tải trọng + Rn: Sức kháng danh định + Rr : Sức kháng tính toán + : Hệ số sức kháng - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - - Hệ số sức kháng : Đối với TTGH hệ số sức kháng đợc sử dụng để xét đến tính thất thờng tính chất kết cấu, vật liệu độ xác phơng trình thiết kế đánh giá khả chịu tải, tình h hỏng công trình - Hệ số điều chỉnh tải trọng: i + i = D R I 0,95 tải trọng dùng hệ số tải trọng imax + i = D R I 1,0 tải trọng dùng hệ số tải trọng imin Trong đó: + D: Độ dẻo: Độ dẻo vật liệu quan trọng cho độ an toàn cầu Nếu vật liệu dẻo, phận chịu lực tải phân bố nội lực sang phận khác - D 1,05 cho cấu kiện liên kết không dẻo - D =1,0 cho thiết kế thông thờng, theo yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế - D 0,95 cho cấu kiện có dùng biện pháp để tăng thêm tính dẻo + R: Độ d thừa: Độ d thừa có ý nghĩa giới hạn an toàn cầu Một số kết cấu siêu tĩnh đợc cọi d thừa có nhiều liên kết so với yêu cầu cân tĩnh định Hệ cầu có đợc tiếp đất đợc coi không d thừa (không nên dùng loại này) Trong trạng thái giới hạn cờng độ (TTGH cờng độ) - R 1,05 cho phận không d thừa - R=1,0 cho mức d thừa thông thờng - R 0,95 cho mức d thừa đặc biệt + I: Độ quan trọng: Dung TTGH cờng độ TTGH đặc biệt - I 1,05 cho cầu quan trọng - I=1,0 cho cầu điển hình - I 0,95 cho cầu tơng đối quan trọng - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 1.4 Các TTGH theo 22TCN 272 05 1.4.1 Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 05 Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 05 (AASHTO 98) phân thành TTGH: + Trạng thái giới hạn cờng độ + Trạng thái giới hạn sử dụng + Trạng thái giới hạn đặc biệt + Trạng thái giới hạn mỏi đứt g y 1.4.2 Trạng thái giới hạn cờng độ - Là TTGH đảm bảo cờng độ ổn định phận kết cấu chịu tác dụng tổ hợp tải trọng tính toán theo kinh nghiệm xảy thời gian sử dụng Các tải trọng dẫn đến tình trạng nguy hiểm h hỏng kết cấu nhng toàn kết cấu + TTGH cờng độ I: Là tổ hợp tải trọng tính toán có xe chạy bình thờng cầu gió + TTGH cờng độ II: Là tổ hợp tải trọng tính toán cầu có gió với vận tốc gió V > 25m/s với vận tốc gió nh cầu không cho phép có xe chạy + TTGH cờng độ III: Là tổ hợp tải trọng tính toán có xe chạy bình thờng cầu có gió với vận tốc V = 25m/s - Tính toán theo TTGH cờng độ bao gồm việc kiểm toán độ bền chịu uốn, chịu cắt, chịu xoắn chịu lực dọc trục Hệ số sức kháng đợc xác định theo thống kê thờng lấy nhỏ có giá trị khác vật liệu TTGH cờng độ khác - Tải trọng tính theo TTGH cờng độ tải trọng tính toán, tức có xét đến hệ số vợt tải hệ số xung kích, hệ số đợc quy định cụ thể bảng 1.4.3 Trạng thái giới hạn sử dụng - Là TTGH nhằm hạn chế ứng suất, biến dạng độ mở rộng vết nứt điều kiện sử dụng bình thờng Mục đích TTGH để đảm bảo thực chức cầu trớc tuổi thọ sử dụng - TTGH sử dụng: Là tổ hợp tải trọng tính toán có xe chạy bình thờng cầu có gió với vận tốc V = 25m/s - Tải trọng tính theo TTGH sử dụng tải trọng tiêu chuẩn, tức không xét đến hệ số vợt tải hệ số xung kích - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 1.4.4 Trạng thái giới hạn mỏi đứt g y - Là TTGH nhằm hạn chế phát triển vết nứt tránh tợng đứt g y xe tải thiết kế Xe tải thiết kế để tính mõi xe tải đơn, có khoảng cách trục xe cố định - Trạng thái giới hạn phá hoại giòn phải đợc xét đến nh số yêu cầu tính bền vật liệu theo Tiêu chuẩn vật liệu 1.4.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt - Là TTGH đảm bảo cầu tồn sau dới tác dụng tải trọng bình thờng phát sinh với tải trọng đặc biệt nh: lực động đất, lực va xô tàu thuyền, tải trọng thi công - Tải trọng tính theo TTGH cờng độ tải trọng tính toán, tức có xét đến hệ số vợt tải hệ số xung kích, hệ số đợc quy định cụ thể bảng - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Nội dung tính toán thiết kế 2.1 Trình tự tính toán thiết kế mố trụ - Quá trình thiết kế kết cấu tập hợp giai đoạn: + Phân tích điều kiện thiết kế + Sơ đề xuất giải pháp kết cấu + Phân tích kết cấu dới tác dụng tải trọng + Tính duyệt kiểm toán kết cấu theo điều kiện giới hạn + Xuất kết + Thực vẽ cấu tạo chi tiết vẽ thi công 2.2 Sơ đồ khối Bắt đầu Phân tích điều kiện thiết kế Sơ đề xuất giải pháp kết cấu Không đạt Phân tích kết cấu dới tác dụng tải trọng Xác định nội lực Tính toán kiểm tra theo điều kiện khống chế S [Sgh] Đạt Xuất kết Kết thúc - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 2.3 Nội dung tính toán thiết kế Mố cầu Bớc 1: Phân tích số liệu toán nh: Khổ cầu, quy mô tải trọng, chiều dài nhịp, quy mô mặt cắt ngang cầu vật liệu chế tạo mố Bớc 2: Căn vào phơng án cầu cụ thể đ đợc thành lập để xác định kích thớc mố Bớc 3: Tính toán tải trọng tác dụng lên mố: + Trọng lợng phận mố + áp lực thẳng đứng từ kết cấu nhịp truyền xuống mố + áp lực thẳng đứng hoạt tải đứng độ + áp lực đất tĩnh áp lực đất hoạt tải + Các tải trọng khác tác dụng lên mố nh: lực ly tâm (chỉ tính với cầu nằm đờng cong bằng), lực h m, lực ma sát gối cầu, áp lực gió, lực thuỷ tĩnh Bớc 4: Tổng hợp nội lực tải trọng tác dụng lên mặt cắt theo TTGH Bớc 5: Tổ hợp tải trọng bất lợi tác dụng lên mặt cắt Bớc 6: Căn vào phơng án cầu cụ thể đ đợc thành lập để xác định kích thớc mố, trụ Bớc 7: Tính toán bố trí cốt thép kiểm toán khả chịu mômen, chịu cắt khả chống nứt mặt cắt Bớc 8: Tính toán bố trí cọc bệ móng Kiểm toán đất dới đáy móng theo điều kiện cờng độ, khả chống lật chống trợt Bớc 9: Tính toán công trình phụ trợ phục vụ cho việc thi công mố - Tính khối lợng bêtông thi công - Tính ván khuôn - Tính vòng vây cọc ván thi công - Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy Bớc 10: Hoàn thiện vẽ thiết kế kỹ thuật thiết kế thi công - Nguyễn Văn Vĩnh - tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Phần 2: Thiết kế mố chữ U BTCT Số liệu tính toán thiết kế 1.1 Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu đợc thiết kế vĩnh cửu - Tần suất thiết kế: P = 1% - Quy trình thiết kế: 22TCN 272 05 - Chiều dài nhịp : L = 33 (m) - Điều kiện thông thuyền: Sông thông thuyền cấp V + Bề rộng thông thuyền : Btt = 25 (m) + Tĩnh không thông thuyền : Htt = 3,5 (m) - Khổ cầu : G8 + 2x1,5 + 2x0,5 (m) + Bê rộng phần xe chạy: Bxe = (m) + Lề ngời bộ: 2x1,5 (m) + Bề rộng toàn cầu: B = + 2x1,5 + 2x0,5 = 12,00 m - Tải trọng thiết kế: Hoạt tải tiêu chuẩn HL93 + Trọng lợng xe tải thiết kế: 32,5T + Trọng lợng xe trục thiết kế: 22T + Tải trọng làn: 0,948 T/m 35 kN 4300 mm + Tải trọng Ngời: 300 (kG/m ) 145 kN 145 kN 4300 mm tới 900mm Hình 1: Xe tải thiết kế 600 mm Nói chung 300mm Mút thừa mặt cầu Làn thiết kế 3600 mm 1.2 vật liệu chế tạo mố - Bê tông cấu tạo Mố Tên gọi đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Cờng độ chịu nén fc 30 MPa Cờng độ chịu cắt uốn Rc 53 kG/cm2 Trọng lợng riêng bê tông b 2.5 T/m3 Mô đun đàn hồi bê tông Eb 294000 kG/cm2 - Nguyễn Văn Vĩnh - 10 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - - Kiểm tra cờng độ mặt cắt : Mr 205 = = 1,537 > 1,33 => Đạt M tt 1336 Ta có : - Kiểm tra hàm lợng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,00018 < 0,03 fc/ fy = 0,002 => Không đạt Điều kiện hàm lợng cốt thép tối thiểu không đạt diện tích mặt cắt lớn Do ta cần đảm bảo khả chịu lực mặt cắt đợc - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu lực 7.5.3 Kiểm toán khả chịu cắt Kí bv Vu dv 0.5.j Sbt 0,1.fc Avcần n As hiệu T T T (Vc+Vp) bv.dv cm mm cm nhánh cm2 Giá trị 67.38 650 36 957.41 702 30 16 0.211 2.01 Kí n Avbt Vc Vs Vn Vn Vr hiệu cm độ độ độ T T T T T Giá trị 0.00 90 45 2128 0.00 1755 1755 1580 Đạt ! KL - Kiểm tra khả chịu cắt: Ta có: Vr = 1580 T > Vu = 67,38 T => Đạt Kết luận: Nh ta thấy với tiết diện bê tông mặt cắt đ đảm bảo khả chịu lực cắt nhng ta bố trí cốt thép đai theo cấu tạo 7.5.4 Kiểm toán khả chống nứt n As cm2 6.79 34 129.25 0.0046 Abt A 0.6fy fsa fs cm cm2 cm2 T/cm2 T/cm2 T/cm2 6.4 8320 244.71 2.52 2.15 1.42 Đạt Đạt Kí Mtc Z ats ds hiệu T.m T/cm cm cm Giá trị 74.14 25 6.4 43.6 dc Kí hiệu k Giá trị 0.2199 j 0.93 Es/Ec KL r - Kiểm tra ứng suất sử dụng cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 2,15 T/cm2 < 0,6.fy = 2,52 T/cm2 => Đạt - Kiểm tra ứng suất cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 1,42 T/cm2 < fsa = 2,17 T/cm2 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu chống nứt - Nguyễn Văn Vĩnh - 55 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Tính toán bố trí cọc 8.1 Tính sức chịu tải cọc 8.1.1 Sức chịu tải cọc theo vật liệu - Móng bệ thấp đợc thiết kế với móng cọc đóng d = 40 cm - Công thức tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu ' Qvl = (0,85 f c Ac + f y As ) Trong đó: + fc : Cờng độ chịu nén bê tông tuổi 28 ngày + AC : Diện tích phần bê tông tiết diện cọc + fy : Giới hạn chảy thép chế tạo cọc + AS : Diện tích phần cốt thép tiết diện cọc + : Hệ số sức kháng, với kết cấu chịu nén ta lấy = 0,75 - Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu đại lợng Cờng độ chịu nén bê tông Thép chế tạo cọc Cờng độ chịu kéo thép Hệ số điều kiện làm việc Hệ số đồng vật liệu cọc Kích thớc cọc Kí hiệu Giá trị Đơn vị fc' 300 AIII T/m2 fy 30000 0.9 0.7 0.4 T/m2 22 mm m k a Đờng kính cốt thép Số thép Diện tích phần bê tông Diện tích phần cốt thép nth Ac As Hệ số uốn dọc Sức chịu tải cọc theo vật liệu Qvl - Nguyễn Văn Vĩnh - 56 tailieuxdcd@gmail.com m 0.003 Thanh m2 m2 0.75 374,42 T 0.16 Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 8.1.2 - Sức chịu tải cọc theo đất - Bảng số liệu địa chất khảo sát khu vực thi công cọc móng mố H C R' STT Loại đất m e B T/m kG/cm độ kG/cm2 Lớp Sét pha cát 8.5 0.7 0.4 1.8 0.14 22 1.2 Lớp Cát pha sét 7.5 0.5 0.2 1.7 0.12 25 2.5 Lớp Cát hạt vừa 9.6 1.7 0.06 38 2.5 vô hạn 2.1 40 3.3 Lớp Cát hạt thô - Công thức tính toán sức chịu tải cọc theo đất : sử dụng công thức tính toán sức chịu tải cọc theo quy trình 22TCN 18 79 n tc Qr = k m2 U 1. f i Li + Ac R tc Trong : + Qr: Sức chịu tải tính toán cọc theo đất + k: Hệ số đồng vật liệu cọc , k = 0.7 + m2: Hệ số điều kiện làm việc cọc , tra bảng lấy m2 = 0.9 + U: Chu vi tiết diện cọc + n: Số lớp đất cọc qua + li: Bề dày tầng đất thứ i + fitc: Lực ma sát đơn vị tiêu chuẩn ( tra bảng sách Nền Móng - ĐH GTVT) + Ac: Tiết diện ngang cọc + RTC: Cờng độ đất vị trí mũi cọc (tra bảng 3-15 , giáo trình Nền móng - ĐHGTVT) + i: Hệ số tra bảng 16 , giáo trình Nền móng - ĐHGTVT - Nguyễn Văn Vĩnh - 57 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - - Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất D U Hi Li (m) (m) (m) (m) Loại đất Sét pha cát 0.4 1.6 8.5 5.75 Cát pha sét 0.4 1.6 7.5 12.25 Cát hạt vừa 0.4 1.6 9.6 20.8 Cát hạt thô 0.4 1.6 2.6 26.9 Sức kháng thành cọc Qthan Sức kháng mũi cọc Loại đất Cát hạt thô D m 0.4 Rtc Ac T/m2 m2 600 0.160 i 0.7 0.9 1 fitc Qs T/m2 (T) 2.9 27.60 4.6 49.68 7.9 121.34 9.3 38.68 237.32 m2 0.9 Qmui k 0.7 96 Q cọc theo đất Qr 209.99 T Q cọc theo vật liệu Qvl 374,42 T Qi tính toán cọc Qtt 209.99 T Chiều dài cọc Lc 26 m Sức kháng mũi cọc - Nguyễn Văn Vĩnh - 58 tailieuxdcd@gmail.com T Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 8.2 - Tính toán số cọc móng - Công thức tính toán: n = P Qcoc Trong : + : Hệ số xét đến loại móng độ lớn mô men với móng cọc đài cao ta lấy = 1,5 + Qcoc : Sức chịu tải tính toán cọc : Qcoc = 209.99 T + P: Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc: P = 2066,89 T (lấy từ tổ hợp tải trọng theo TTGH cờng độ bất lợi phía sông: Tổ hợp I) n = 1,5 2066,89 = 14,76 (cọc) 209,99 => Số cọc bố trí móng n = 24 (cọc) Bố trí thành hàng hàng cọc - Chiều dài cọc bố trí 26 m - Sơ đồ bố trí cọc móng - Nguyễn Văn Vĩnh - 59 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 8.3 Sơ kiểm toán nội lực dọc trục cọc móng 8.3.1 Công thức tính nội lực cọc móng - ta tính toán cho trờng hợp ngoại lực tác dụng mặt phẳng tính toán, nghĩa tác dụng theo phơng dọc ngang cầu Khi cọc mép có giá trị nội lực lớn nhỏ - Nội lực dọc trục cọc đợc tính theo công thức : Nn = P M y x n n ni x i2 Trong : + Nn : Nội lực dọc cọc thứ n + P : Tổng áp lực thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ + My : Mômen trục qua trọng tâm nhóm cọc móng + xn : Khoảng cách từ hàng cọc thứ n đến trục xét + xi : Khoảng cách từ hàng cọc thứ i đến cọc xét + ni : Số cọc hàng cọc thứ i 8.3.2 Kiểm toán khả chịu lực cọc - Tải trọng sử dụng tính toán nội lực cọc tổ hợp tải trọng theo TTGH cờng độ I Theo tính toán ta thấy tổ hợp tải trọng I (bất lợi phía sông) gây nội lực bất lợi móng cọc ta kiểm toán theo tổ hợp tải trọng ta có : P = 2066,89 T My = 1389,68 T.m - Với tổ hợp tải trọng I cọc bất lợi cọc xiên với nội lực : + Nội lực lớn cọc N max = 2066,89 11389,68.150 + =154,16T 24 (8.150 + 8.0 + 8.(150) Vậy Nmax = 154,16 < Qcoc = 209,99 T => Đạt + Nội lực nhỏ cọc N = 2066,89 11389,68.150 = 38,36 T 24 (8.150 + 8.0 + 8.(150) Vậy Nmin = 38,36 < Qcoc = 209,99 T => Đạt - Nguyễn Văn Vĩnh - 60 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Tính toán móng cọc 9.1 Xác định điều kiện kiểm toán móng cọc - Sử dụng lý thuyết tính toán theo Quy trình 22TCN 18 79 (Bộ GTVT) - Móng cọc đài thấp: Kết cấu móng thoả m n đồng thời điều kiện sau đợc tính toán thiết kế theo móng cọc đài thấp + Đài cọc nằm đất đáy đài nằm thấp MNTN 0,5 m + Theo điều kiện chịu áp lực ngang móng cọc đợc gọi đài thấp lực đẩy ngang HX đất xung quanh chịu : Điều kiện: hm 0,7.hmin Trong : hmin chiều sâu tối thiểu đài cọc đợc xác định nguyên tắc lực đẩy ngang đất chịu - Móng cọc đài cao : kết cấu móng không thoả m n điều kiện móng cọc đài thấp móng cọc đài cao - Tính chiều sâu chôn móng tối thiếu: (theo công thức QT 79) hmin = 2.H x 2.H x = tg (45o ) B B.P Trong : + hm: Chiều sâu chôn móng mố: hm = 3,0 m + Hx: Tổng áp lực ngang tác dụng lên mố: Hx = 349,6 T + f: Góc nội ma sát đất đắp trớc mố, f = 40o + B: Bề rộng bệ móng mố, B = 14 m + : Trọng lợng riêng đất đắp, = 1,8 T/m3 Tính toán ta có : hmin = tg (45o 40 2.349,6 ) = 3,59 m 1,8.14 - Kiểm tra điều kiện kiểm toán móng cọc : Ta có : 0,7 hmin = 0,7.3,59 = 2,51 m < hm = 3,0 m Kiểm toán móng cọc theo điều kiện móng cọc bệ thấp 9.2 Kiểm toán bệ cọc theo TTGH cờng độ 9.2.1 Nội dung kiểm toán bệ cọc theo TTGH cờng độ - Kiểm toán nội lực dọc trục cọc - Kiểm toán lực ngang tác dụng lên cọc - Kiểm toán ổn định chống lật bệ cọc - Kiểm toán độ lệch tâm hợp lực vị trí đáy bệ - Nguyễn Văn Vĩnh - 61 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 9.2.2 Kiểm toán sức chịu tải cọc - Công thức kiểm toán : Nmax + Nbt Qcoc Trong : + Nnax: Nội lực tính toán lớn cọc, Nmax = 154,16 T + Nbt : Trọng lợng thân cọc , Nbt = Ac.Lcoc.bt = 0,16 26 2,5 = 10,14 T + Qcoc: Sức chịu tải cọc theo đất nền, Qcoc = 209,99 T - Kiểm tra : Nmax + Nbt = 154,16 +10,14 = 164,30 T Qcoc = 209,99 T => Đạt 9.2.3 Kiểm toán lực ngang tác dụng lên hệ cọc - Sử dụng công thứ kiểm toán QT 22TCN 18 79 (Giáo trinh Nền móng công trình Trờng Đại học GTVT) Hx m2 n.P + TX tc coc Trong : + HX : Ngoại lực ngang tác dụng lên bệ móng, HX = 322,6 T + n : Số cọc bố trí móng, n = 24 cọc + PcocTC : Sức chịu lực ngang tiêu chuẩn cọc, tra bảng 3-20 sách Giáo trình Nền móng công trình Trờng ĐH GTVT Đối với cọc BTCT , kích thớc 40x40 cm , đất cát hạt thô ta có: PcocTC = T + TX : Tổng hình chiếu trục ngang Ox nội lực dọc trục cọc + m2 : Hệ số điều kiện làm việc hệ cọc, phụ thuộc vào số cọc bệ Đối với móng cọc bệ cao , số cọc móng n = 24 cọc => ta lấy m2 = - Tính sức chịu lực ngang hệ cọc theo nội lực cọc : + Số hàng cọc xiên: nh =1 hàng + Tổng số cọc xiên: nx = cọc + Độ nghiêng hàng cọc xiên: / + Góc nghiêng cọc: = 8,13o + Nội lực dọc cọc: Nmax = 154,16 T + Tổng hình chiếu lực dọc cọc lên phơng ngang : Tx = nx N max sin = 8.154,16.sin(8,13o ) =174,4 T - Kiểm tra : 322,6 Hx = = 0,880 < => Đạt n.P + TX 24.8 + 174,4 tc coc - Nguyễn Văn Vĩnh - 62 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 9.2.4 Kiểm toán ổn định chống lật - Công thức kiểm toán ổn định chống lật : (theo công thức QT 79) eo m2 với eo = M Y y P Trong : + m2: Hệ số điều kiện làm việc hệ cọc , phụ thuộc vào số cọc bệ Đối với móng cọc bệ thấp, số cọc móng n = 24 cọc => ta lấy m2 = 1,0 + Khoảng cách từ điểm lật với trục trọng tâm mặt cắt : y= Lm = = 2m 2 + eo: Độ lệch tâm hợp lực tác dụng lên bệ móng + My: Tổng mômen tác dụng lên bệ cọc, My = 1389,68 T.m + P: Tổng áp lực thẳng đứng tác dụng lên bệ cọc: P = 2066,89 T => Độ lệch tâm hợp lực: eo= 1389,68 = 0,67 m 2066,89 - Kiểm tra ổn định chống lật: eo 0,67 = = 0,31 < m = => Đạt y 2,2 9.2.5 Kiểm toán độ lệch tâm hợp lực - Công thức kiểm tra : (theo công thức QT 79) C= eo C gh với = Ư W = h F Trong : + W: Mômen kháng uốn mặt cắt + F: Diện tích mặt cắt: F = 4,4 13 = 567,2 m2 + h: Chiều cao mặt cắt: h = Lm = 4,4 m + Cgh: Độ lệch tâm giới hạn cho phép , lấy nh sau: - Đối với đất : Cgh = cho tải trọng phụ cầu lớn cầu trung Cgh = 1,2 cho tải trọng phụ cầu nhỏ - Đối với đá: Cgh = 1,2 Nh đất cát sỏi , tính toán cho cầu lớn , ta lấy Cgh =1,0 - Ta có: = Ư W h 4,4 = = = 0,733 6 F - Kiểm tra: - Nguyễn Văn Vĩnh - C= eo = 0,67 = 0,914 C gh = 1,0 => Đạt 0,733 63 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 9.3 Kiểm toán bệ cọc theo TTGH sử dụng 9.3.1 Nội dung kiểm toán bệ cọc theo TTGH sử dụng - Kiểm toán chuyển vị ngang đỉnh mố - Kiểm toán chống nứt mặt cắt bệ cọc 9.3.2 - Kiểm toán chuyển vị ngang mố - Do mố đợc tính toán thiết kế theo điều kiện móng cọc bệ thấp nên chuyển vị ngang đỉnh mố không đáng kể ta không cần kiểm toán - Kiểm toán chống nứt mặt cắt bệ cọc đợc kiểm tra phần tính toán bố trí cốt thép mặt cắt nên ta kiểm tra lại 9.4 Kiểm toán móng theo TTGH cờng độ 9.4.1- Nội dung kiểm toán móng theo TTGH cơng độ + Kiểm toán sức kháng đỡ đất dới đáy móng + Kiểm toán ổn định chống trợt + Kiểm toán ổn định chống lật 9.4.2 Tính ứng suất dới đáy móng - Với mục đích tính toán độ lún nhóm cọc, tải trọng đợc giả định tác động lên móng tơng đơng đặt 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp chịu lực nh hình vẽ - Công thức tính kích thớc móng khối tơng đơng + Chiều rộng móng: Bm = (nh 1).ah + 2. D Db + tg + Chiều dài móng: Lm = (nc 1).ac + 2. D + Db tg + Diện tích móng tơng đơng: Am = Bm Lm + Thể tính móng: Vm = Am.H - Vcoc + Trọng lợng móng: Gm = Vm.dat + Gcoc Trong : + nh: Số hàng cọc bố trí, nh = hàng + nc: Số cột cọc bố trí, nc = hàng + ah: Khoảng cách hàng cọc, ah= 1,5 m + ac: Khoảng cách cột cọc, ac= 1,65 m + Db: 1/3 Chiều sâu chôn cọc vào đất, Db = 8,45 m + : Góc nghiêng phần chân móng tơng đơng, = 25O + H : Khoảng cách từ đáy móng đến mặt đất H = Lcoc + Df = 25,35 + = 28,35 m - Nguyễn Văn Vĩnh - 64 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - + Df: Chiều sâu chôn móng, Df = m + Vcoc: Thể tích cọc móng Vcoc = ncoc.Acoc.L coc = 24 0,16 25,35 = 97,34 m3 + Gcoc: trọng lợng cọc móng Gcoc = ncoc Acoc Lcoc bt= 24.0,16 25,35 2,5 = 243,4 T + dat: Trọng lợng riêng trung bình đất dới đáy móng đợc tính theo công thức: dat h h i i = 1,97 T/m3 i - Chuyển hệ tải trọng trọng tâm đáy móng + Pm = Pbe + Gm + Mym = Mybe + Hxm = Hxbe Trong đó: + Pbe, Hxbe, Mybe: Hệ tải trọng mặt cắt đáy bệ tháp + Pm, Hxm, Mym: Hệ tải trọng đáy bệ móng tơng đơng - Tính ứng suất dới đáy móng = Pm M y Am Ư Wy Trong : + Pm: Tổng áp lực thẳng đứng dới đáy móng + My: Tổng mômen chuyển trọng tâm đáy móng + Wy: Mômen kháng uốn tiết diện đáy móng Ư Wy = - Nguyễn Văn Vĩnh - Lm Bm 65 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - Kết tính ứng suất dới đáy móng hiêu Lcọc m Df m H m Db/3 m nh hàng nc cột ncoc cọc ah m ac m Giá trị 25.35 28.35 8.45 24 1.5 1.65 Kí hiêu độ T/m f độ B m L m Atđ m2 Wy m3 Gcọc T Vm T Giá trị 25 1.97 40 11.28 19.83 223.7 420.6 243.4 6244.6 hiêu Pbệ T Hxbệ T Mybệ T.m Pm T Hxm T Mym T.m qmax T/m2 qmin T/m2 Qn T Giá trị 2066.9 323 1390 14585 323 1389.7 68.50 61.89 12238 Kí Kí Ac m2 0.160 Gm T 12518 9.4.3 Kiểm toán ổn định chống trợt - Công thức kiểm toán : QR = Hx Qq = .Qn Trong : + Hx: Tổng áp lực đẩy ngang đáy móng tơng đơng, Hx = 349,6T + Qn: Sức kháng trợt danh định đất + : Hệ số sức kháng đất (tra bảng 10.5.5-1), lấy = 0,5 - Sức kháng trợt danh định đất Qn = Pm tg = Pm tg = 14870 tg40o = 12477 T - Sức kháng trợt tính toán đất Qn = 0,5 12477 = 6238,5 T > Hx = 349,6 T => Đạt 9.4.4 Kiểm toán sức kháng đỡ đất - Đối với đất vị trí mũi cọc đất rời sức kháng đỡ đợc tính theo công thức sau : qult = 0,5.g..Bm.CW1 CW2.m.10-9 + g..CW2.Df.qm.10-9 (Mpa) - Điều kiện đảm bảo cờng độ đất : qmax .qult Trong đó: + : Hệ số sức kháng đất (tra bảng 10.5.5-1), lấy = 0,5 + g: Gia tốc trọng trờng , g = 9,81 m/s2 + : Trọng lợng riêng đất vị trí đáy móng (kG/ m3) + CW1, CW2: Hệ số cho chiều sâu mực nớc ngầm (bảng 10.6.3.1.2c 1) + m, qm: Hệ số điều chỉnh khả chịu lực theo hình dạng chiều sâu chôn móng - Nguyễn Văn Vĩnh - 66 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - + Df: Chiều sâu chôn móng, Df = 3,0 m = 3000 mm - Công thức xác định hệ số: m , qm m = S C i qm = q.Sq Cq iq.dq Trong : + Nq , N : Hệ số khả chịu tải (bảng 10.6.3.1.2c-2) + Sq , S: Hệ số hình dạng (bảng 10.6.3.1.2c-3 , 4) + Cq , C: Hệ số ép lún (bảng 10.6.3.1.2c-5) + iq , i: Hệ số xét đến độ nghiêng 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 đất Kí hiêu Df m c T/m2 T/m3 f độ B m Giá trị 27.69 2.10 40 Kí hiêu Df/B H/P L/B CW1 CW2 Giá trị 0.27 0.022 1.76 0.5 0.5 L m g m/s2 Pm T Hxm T Qr T 9.81 14585 323 6119 Ng Nq Sg Sq 110 64 0.8 1.42 0.5 Nqm qult T/m2 .qult T/m2 qmax T/m2 43.47 57.06 302.62 151.3 68.50 11.28 19.83 Kí hiêu C Cq i iq dq Giá trị 0.65 0.65 0.76 0.84 1.15 N m Kết luận Đạt - Ta có: qmax = 68,50 < qult = 151,3 => Đạt Kết luận: Đất đảm bảo khả chịu lực 9.5 Kiểm toán móng theo TTGH sử dụng - Nội dung kiểm toán móng theo TTGH sử dụng + Kiểm toán độ lún ổn định móng + Kiểm toán chuyển vị ngang đỉnh mố - Do mố đợc thiết kế theo điều kiện móng cọc bệ thấp nên chuyển vị ngang mố nhỏ ta không cần kiểm toán chuyển vị ngang mố - Nguyễn Văn Vĩnh - 67 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 10 Tính toán thi công 10.1 Xác định khối lợng bêtông chế tạo mô Các phận mố Kí hiệu Giá trị đơn vị - Tờng thân Vtt 93.23 m3 - Tờng đỉnh Vtd 11.58 m3 - Tờng cánh Vtc 23.97 m3 - Bệ móng mố Vbm 114.4 m3 - Bản độ Vqd 8.00 m3 - Gờ kê độ Vgk 0.54 m3 - Lớp đá dăm đệm Vdd 8.58 m3 - Tổng khối lợng bê tông Vbt 260.30 m3 10.2 Chọn búa đóng cọc - Công thức lựa chọn giá búa: K = Q+q K max E - Bảng kết tính toán lựa chọn giá búa Các đại lợng Kí hiệu Giá trị đơn vị Sức chịu tải cọc theo đất Qdn 209.99 T Diện tích tiết diện cọc Ac 0.16 m2 Chiều dài cọc thiết kế Loại búa đóng cọc Lcoc D-J2 25.35 m Hệ số hiệu dụng búa lớn Trọng lợng phần búa rơi kmax Q 5.6 T Trọng lợng phần tĩnh Qtinh 2.5 T Độ cao rơi Ho 2.5 m Chiều cao búa Hbua 4.5 m Năng lợng cần thiết búa Ecan Năng lợng đóng cọc thiết kế búa E 5.25 6.25 T.m T.m Trọng lợng cọc đệm (cọc thép) qcd T Trọng lợng đệm đầu cọc qdc 0.1 T Trọng lợng cọc Tổng trọng lợng cọc Hệ số hiệu dụng búa qcoc q k 10.14 10.24 2.53 T T Đạt - Nguyễn Văn Vĩnh - 68 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT Bài giảng Mố trụ cầu - HD TKMH Mố trụ cầu - 10.3 Tính độ chối lý thuyết cọc - Công thức tính toán: m.n.F Q.H Q + k q P P.( + n.F ) Q + q m e = - Bảng tính độ chối lý thuyết cọc: Các đại lợng Kí hiệu Loại công trình thiết kế Giá trị đơn vị Vĩnh cửu Hệ số phụ thuộc loại công trình m 0.5 Cọc BTCT Hệ số phụ thuộc vật liệu làm cọc n 150 T/m2 Sức chịu tải cọc độ sâu lớn Ptt 210.0 T Độ chối lý thuyết độ sâu lớn e 0.0870 cm Loại cọc thiết kế 10.4 Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy hố móng - Công thức tính toán: hBT U H ( BT U + k.u.[ ] U ).m - Kết tính toán chiều dày lớp bêtông bịt đáy hố móng Các đại lợng Kí hiệu Giá trị đơn vị Diện tích đáy hố móng Abm 57.2 m2 Chiều sâu chôn móng hm m Kích thớc cọc thiết kế a 0.4 m Chu vi cọc U 1.6 m Số lợng cọc móng ncoc 24 cọc với thành cọc [T] 20 T/m2 Hệ số điều kiện làm việc m 0.9 Chiều dày lớp BT bịt đáy cần thiết hbt 0.558 m Chiều dày lớp bê tông bịt đáy TK htk 0.8 m Bán kính hoạt động ống Rhd m Diện tích hoạt động ống Ahd 28.27 m2 Số ống đổ bê tông bịt đáy cần thiết no 2.02 ống Số ống đổ thiết kế ntk ống Lực giới hạn trợt bê tông bịt đáy - Nguyễn Văn Vĩnh - 69 tailieuxdcd@gmail.com Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT