Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu CHNG TÍNH TỐN MỐ CẦU Ngun M¹nh Cêng 35 Líp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu I KCH THC HèNH HC CỦA KẾT CẤU I.1 – Kích thước thiết kế mố I.1.1 – Cấu tạo mố M1 7100 5400 500 1200 12500 5000 8.475 2960 500 1700 600 1700 2800 500 3800 1700 1600 2000 1700 1940 1940 1.25 18.59 500 500 5750 6250 500 2000 1700 2960 300 10% 300 300 4% Cäc khoan nhåi D=1000mm L=31 m, N=8 cäc -12.41 1000 3000 1250 1000 5500 5500 1250 I.1.2 – Các kích thước mố Tên gọi kích thước Chiều cao mố Chiều rộng mố Loại gối Hệ số ma sát gối với bê tông Chiều cao tường đỉnh Bề dầy tường đỉnh Chiều cao tường thân Bề dầy tường thân Chiều dài tường cánh Chiều cao đuôi tường cánh Chiều dài tiết diện chân tường cánh Bề dầy cánh Chiều dài độ Chiều dày độ Chiều rộng độ Chiều cao bệ móng Chiều dài bệ móng Bề rộng bê móng Kí hiệu hmo bmo Gối f htd dtd htt dtt ltc h1c lcc dtc lqd dqd bqd hm lm bm Giá trị 820 1250 Cao su 0.30 290 50.0 280 160 550 150 170 50.0 500 20.0 1100 200 500 1350 Đơn vị cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm II – XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ II.1 – Ngun tác chung tính tốn mố Ngun Mạnh Cờng 36 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu - Các tải trọng tác dụng lên mố - Mố mực nước thông thuyền không ngập nước nên khơng tính tải trọng va xơ tầu bè khơng tính tải trọng gió Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt đầm chặt có γ = 1.8 T/m3 ϕ = 350 - Nên tải trọng tác dụng lên mố gồm : Trọng lượng thân mố Phản lực thẳng đứng trọng lượng KCN Phản lực thẳng đứng hoạt tải đứng KCN Lực hãm dọc cầu Ma sát gối cầu áp lực đất sau mố Phản lực truyền xuống từ độ - Các mặt cắt cần kiểm toán với mố - Mặt cắt I-I : Mặt cắt bệ móng mố - Mặt cắt II-II : mặt cắt chân tường đỉnh - Mặt cắt III-III : mặt cắt chân tường thân - Mặt cắt IV-IV : mặt cắt chân tường cánh I I II II II.2 – III IV IV IV IV Xác định tải III trọng thẳng đứng tác dụng lên mố – Xác định tải trọng trọng lương thân mố - Bảng tổng hợp tải trọng trọng lượng thân mố Tên phận mố Mặt cắt Ptc T Tường thân Tường đỉnh Tường cánh +) Khối e1 m 250.84 0.65 31.85 0.05 Ngun M¹nh Cêng 21.13 -0.85 Mặt cắt Mặt cắt II - II e2 M2 I-I M1 Mặt cắt III - III e3 M3 IV - IV e4 M4 T.m -19.11 m 0 T.m 0 (m) 0 T.m 0 0 0 0.00 T.m m 163.04 1.59 -0.6 -17.96 37 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuËt +) Khối +) Khối Tường cánh Bệ móng mố Bản độ Gờ kê Đất đắp sau mố +) Khối +) Khối +) Khối Đất đắp sau mố 22.05 15.75 58.93 280.00 22.00 1.35 chơng 7:tính toán mố cầu -3.6 -3.6 -0.35 -0.35 -79.38 -56.70 -154.04 0.00 -7.70 -0.47 252.72 -1 167.83 -3.85 119.88 -3.85 540.43 -252.72 -646.15 -461.54 -1360.41 0 -1 -1 0 0.00 -22 -1.35 0 0 2.75 60.64 2.75 43.31 0.00 103.9 0 0 -0.4 -8.8 0 -0.4 -0.54 0 0 0.00 0 0 0 0 0.00 0 0 0 0.00 – Xác định tải trọng tĩnh tải hoạt tải kết cấu nhịp - Chiều dài nhịp tính tốn : L = 60 m - Sơ đồ xếp tải nhịp sau : +) Tổng diện tích ĐAH : S = 263,2 +) Diện tích ĐAH dương: S+ = 263,2 +) Diện tích ĐAH âm: S- = - Tĩnh tải kết cấu nhịp tính cho tồn cầu +) Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn I : DCTC = 11,231 (T/m) +) Tĩnh tải tĩnh tải giai đoạn I : DCTT = 1,25.11,231 = 14,04 (T/m) +) Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn II : DWTC = 2x2,09 = 4,418 (T/m) +) Tĩnh tải tĩnh tải giai đoạn I : DWTT = 1,5 4,418 = 6,627 (T/m) - Hoạt tải kết cấu nhịp tính cho +) Tải trọng Người : qNG = 2.0,6 = 1,2 (T/m) +) Tải trọng : qLan = 2.0,948 = 1,896 (T/m) +) Xe tải thiết kế : PXT = 33,24 = 66,48 (T) +) Xe trục thiết kế : PXT = 22 = 44 (T) - Nội lực hoạt tải lấy với hiệu ứng lớn số hiệu ứng sau : +) Hiệu ứng : Xe tải thiết kế (với cự ly trục sau thay đổi từ 4,3 đến m ) tổ hợp với tải trọng tải trọng đoàn Người +) Hiệu ứng xe trục thiết kế tổ hợp với tải trọng tải trọng Người - Xếp xe tải thiết kế xe trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có +) Tung độ ĐAH xếp xe tải P (T) 14.5 14.5 Y 1.00 0.867 +) Tung độ ĐAH xếp xe trục Ngun M¹nh Cêng 38 3.5 0.735 Pi.Yi 29.647 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu P (T) 11 11 Y 1.00 0.963 - Bảng tính tốn áp lực từ KCN truyền xuống mố Tên gọi đại lượng Pi.Yi 21.593 Kí hiệu áp lực tải trọng Plan áp lực tải trọng Người PNg áp lực xe tải PXT áp lực xe trục P2T Tổ hợp : Xe tải + Làn + Người P1 Tổ hợp : Xe trục + Làn + Người P2 Tổng áp lực hoạt tải max Pht áp lực tĩnh tải giai đoạn I PttI áp lực tĩnh tải giai đoạn II PttII Tổng áp lực từ KCN PKCN – Xác định tải trọng hoạt tải qúa độ Giá trị TC 30.71 19.44 59.29 43.18 109.45 93.34 109.45 181.93 71.57 362.95 TT 53.75 34.02 129.70 94.47 217.48 182.24 217.48 227.42 107.36 552.25 T T T T T T T T T T TT 6.64 4.20 63.44 81.81 74.27 92.65 92.65 T T T T T T T - Chiều dài độ : Lqd = 5,0 (m) - Bề rộng độ : Bqd = 11 (m) - Vẽ ĐAH phản lực gối độ vị trí vai kê +) Tổng diện tích ĐAH : S = 2,5 +) Diện tích ĐAH dương : S+ = 2,5 +) Diện tích ĐAH âm : S- = - Xếp xe tải xe trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có +) Tung độ ĐAH xếp xe tải P (T) 14.5 14.5 Y 0.00 1.00 +) Tung độ ĐAH xếp xe trục P (T) Y 11 0.70 11 3.5 0.00 Pi.Yi 14.50 Pi.Yi 18.70 - Bảng tính tốn áp lực truyền lên vai kê hoạt tải độ Tên gọi đại lượng Kí hiệu áp lực tải trọng áp lực tải trọng Người áp lực thẳng đứng xe tải áp lực thẳng đứng xe trục Tổ hợp : Xe tải + Làn + Người Tổ hợp : Xe trục + Làn + Người Tổng áp lực từ qua độ NguyÔn M¹nh Cêng Plan PNg PXT P2T P1 P2 Pht bqd 39 Giá trị TC 3.792 2.4 29 37.4 35.19 43.59 43.59 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu II.3 Xỏc nh tải trọng nằm ngang tác dụng lên mố II.3.1 – Tính áp lực đất tác dụng lên mố – Các cơng thức tính tốn áp lực đất EH = γ H 2 K B - Công thức tính áp lực đất tĩnh Trong : +) K = Ka (hệ số áp lực đất chủ động ) tường chắn công xon +) K = KO (hệ số áp lực đất tĩnh ) tường chắn trọng lực - Cơng thức tính hệ số áp lực đất : +) Tính hệ số áp lực đất tĩnh KO K O = 1− sin ϕ +) Tính hệ số áp lực đất chủ động Ka Trong : sin (θ + ϕ ) Ka = r sin θ sin( θ − δ )  sin(ϕ + δ ) sin(ϕ − β )  r = 1 +  sin(θ − δ ) sin(θ + β )   +) d: Góc ma sát đất đắp tường : d=24o +) b: Góc phương đất đắp với phương ngang : b=2o +) q: Gócgiữa phương đất đắp với phương thẳng đứng : q=90o +) j: Góc nội ma sát đất đắp : j=35o +) j: Góc nội ma sát đất đắp nhỏ : j=30o +) j: Góc nội ma sát đất đắp lớn : j=40o - Công thức tính áp lực đất hoạt tải sau mố LS = K a heq γ.H B Trong : +) H : Chiều cao tường chắn chịu áp lực đất +) B : Bề rộng tường chắn chịu áp lực đất +) K : Hệ số áp lực đất chủ động +) : Trọng lượng riêng đất +) heq : Chiều cao lớp đất tương đương hoạt tải - Chiều cao lớp đất tương đương hoạt tải xác định theo chiều cao tường chắn : Nguyễn Mạnh Cờng 40 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu Chiu cao tường chắn Chiều cao lớp đất tương đương H (mm) ≤ 1500 1500 ÷ 3000 3000 ÷ 6000 ≥ 9000 heq (mm) 1700 1200 760 610 – Bảng hệ số tính tốn áp lực đất Tên gọi đại lượng Góc ma sát đất tường Góc mặt đất với phương ngang Góc lng tờng với phương ngang Góc ma sát có hiệu đất đắp Hệ số Hệ số áp lực đất chủ động (=35 độ) Góc ma sát nhỏ Hệ số Hệ số áp lực đất chủ động (=30 độ) Góc ma sát lớn Hệ số Hệ số áp lực đất chủ động (=40 độ) Kí hiệu d b q j1 r1 Ka1 j2 r2 Ka2 j3 r3 Ka3 Giá trị 24 90 35 3.005 0.244 30 2.774 0.296 40 3.223 0.199 Đơn vị độ độ độ độ độ độ – Tính áp lực đất mặt cắt đáy móng (mặt cắt I-I) - Sơ đồ tính áp lực đất mặt cắt đáy móng : Ngun M¹nh Cêng 41 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu LS EH - Bng tính áp lực đất mặt cắt đáy móng : Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị H B heq d b q m 8.5 j m 12 m 0.635 độ 24 EH độ eEH độ 90 LS eLS VS eVS độ 35 30 40 r 3.01 2.77 3.22 T 190.70 230.96 155.52 m 3.825 3.825 3.825 T 28.49 34.51 23.24 m 4.25 4.25 4.25 T 0.25 0.25 0.25 m -1 -1 -1 Ka 0.244 0.296 0.199 – Tính áp lực đất mặt cắt chân tường thân (mặt cắt II-II) - Sơ đồ tính áp lực đất mặt cắt chân tường thân : Ngun M¹nh Cêng 42 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu LS EH - Bng kết tính áp lực đất mặt cắt chân tường thân Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị H B heq d b q m 6.5 j m 12 m 0.735 độ 24 EH độ eEH độ 90 LS độ 35 30 40 r 3.01 2.77 3.22 Ka 0.244 0.296 0.199 T 111.52 135.06 90.94 m 2.925 2.925 2.925 T 25.22 30.54 20.57 eLS VS m T 3.25 0.00 3.25 0.00 3.25 0.00 eVS m 0 – Bảng tính tốn áp lực đất mặt cắt chân tường đỉnh (mặt cắt III-III) - Sơ đồ tính áp lực đất mặt cắt chân tường đỉnh : Nguyễn Mạnh Cờng 43 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu LS EH - Bảng kết tính áp lực đất mặt cắt chân tường đỉnh Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị H B heq d b q m 1.98 j m 12 m 1.540 độ 24 EH độ eEH độ 90 LS eLS VS eVS độ 35 30 40 r 3.01 2.77 3.22 T 10.35 12.53 8.44 m 0.891 0.891 0.891 T 16.10 19.49 13.13 m 0.99 0.99 0.99 T 0.00 0.00 0.00 m 0 Ka 0.244 0.296 0.199 – Bảng tính tốn áp lực đất mặt cắt chân tường cánh (mặt cắt IV-IV) - Để tính áp lực đất tác dụng lên tường cánh ta chia tường cánh thành khối sau tính áp lực đất tác dụng lên tường cánh khối: Ngun M¹nh Cêng 44 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu 6.4 17920 256 2.52 KL 2.12 Đạt 0.62 Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 2,12 T/cm2 < 0,6.fy = 2,52 T/cm2 => Đạt - Kiểm tra ứng suất cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 0,62 T/cm2 < fsa = ,122 T/cm2 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu chống nứt V.3 – Tính tốn bố trí cốt thép mặt cắt II – II (Mặt cắt chân tường thân) V.3.1 – Bố trí cốt thép chịu mơ men bất lợi phía sơng – Bố trí cốt thép chịu mơ men uốn - Bảng tính tốn bố trí cốt thép Kí Mu hiệu T.m Giá trị 1286 a h b Ag f n n ats cm 170 c cm 1300 cm2 221000 Mn mm 24 Mr hang Mr/ 68 Pn cm 6.4 Pr c/ds 0.030 Đạt T.m 2089 T.m 1880 /Mtt 1.461 Đạt T T 46055 34541 0.001 cm cm Giá trị 3.898 4.872 KL ds As cm cm2 163.6 307.63 P 0.03 .fc/fy 0.002 Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : M r 1880 = = 1,461 > 1,33 => Đạt M tt 1286 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,001 < 0,03 fc/ fy = 0,002 => Không đạt Điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu khơng đạt diện tích mặt cắt lớn Do ta cần đảm bảo khả chịu lực mặt cắt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu lực – Kiểm toán khả chịu cắt tiết diện Kí Vu bv dv hiệu Giá trị T 378.3 T 1300 T 122 Ngun M¹nh Cêng 0.5.j 0,1.fc S bt f Av cần n As Vc+Vp bv.dv 6510.4 4773.6 cm 30 mm 16 cm2 0.422 nhánh cm2 0.00 64 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu n Av bt  cm2 0.00 độ 90  Vs độ 90  Vc T 14467 T 0.00 KL Vn Vn Vr T T T 11934 11934 10741 Đạt ! Kết luận: Như ta thấy với tiết diện bê tông mặt cắt đảm bảo khả chịu lực cắt ta bố trí cốt thép đai theo cấu tạo c – Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt Kí M tc Z hiệu T.m T/cm Giá trị 893.01 25 ats ds cm 6.4 cm 163.6 Es/Ec 6.35 dc cm 6.4 n As r cm2 k 68 307.63 0.0014 0.1267 Abt A 0.6fy fa j 0.96 fs cm2 cm2 T/cm2 T/cm2 T/cm2 16640 244.71 2.52 2.15 1.85 Đạt Đạt KL - 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 = 1,85 T/cm2 < fsa = 2,15 T/cm2 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu chống nứt V.3.2 – Bố trí cốt thép chịu mơ men bất lợi phía đường – Bố trí cốt thép chịu mơ men uốn - Bảng tính tốn bố trí cốt thép Kí Mu hiệu T.m Giá trị -196.7 a h b Ag f n n ats cm 170 c cm 1300 cm2 2.105 Mn mm 20 Mr hang Mr/ 68 Pn cm 6.4 Pr c/ds 0.021 Đạt T.m -1456 T.m -1310 /Mtt 6.662 Đạt T T 674.2 505.6 0.001 cm cm Giá trị 2.707 3.383 KL ds As cm cm2 163.6 213.63 P 0.03 .fc/fy 0.002 - Kiểm tra cường độ mặt ct : Nguyễn Mạnh Cờng 65 Lớp Cầu Đờng Sắt – K42 ThiÕt kÕ kü tht Ta có : ch¬ng 7:tính toán mố cầu Mr 1310 = = 6,66 > 1,33 => Đạt M tt − 196,7 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,001 < 0,03 fc/ fy = 0,002 => Không đạt Điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu không đạt diện tích mặt cắt lớn Do ta cần đảm bảo khả chịu lực mặt cắt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu lực – Kiểm toán khả chịu cắt tiết diện Tên gọi đại lượng Kí hiệu Vu bv dv a b q Vc Vs Vn Vn j Vr Lực cắt tính tốn Bề rộng mặt cắt Chiều cao hữu hiệu mặt cắt Góc nghiêng thép đai với trục dọc Hệ số bị nứt chéo bê tơng Góc nghiêng ứng suất nén chéo Cường độ chịu cắt bê tông Cường độ chịu cắt cốt thép Cường độ chịu cắt mặt cắt Cường độ chịu cắt danh định Hệ số sức kháng Cường độ chịu cắt tính tốn Kí Vu bv dv hiệu Giá trị T 13.61 n T 1300 Av bt T 122  cm2 0.00 độ 90 0.5.j 13.61 1300 122 90 45 14467 0.00 11934 11934 0.9 10741 Đơn vị T cm cm độ Kết luận độ T T T T Đạt ! 0,1.fc S bt f Av cần n As Vc+Vp bv.dv 6510.4 4773.6  cm 30 Vc mm 16 Vs cm2 0.422 Vn nhánh Vn cm2 0.00 Vr T 14467 T 0.00 T T 11934 11934  độ 45 KL Ngun M¹nh Cêng Giá trị 66 T 10741 t ! Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu Kt luận: Như ta thấy với tiết diện bê tông mặt cắt đảm bảo khả chịu lực cắt ta bố trí cốt thép đai theo cấu tạo – Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt - Do tổ hợp tải trọng theo TTGH sử dụng gây nội lực bất lợi theo phía sơng ta khơng cần kiểm toán khả chống nứt tiết diện mặt cắt bố trí cốt thép chịu tổ hợp tải trọng Ib (bất lợi phía đường) V.4 – Tính tốn bố trí cốt thép mặt cắt III – III (Mặt cắt chân tường đỉnh) - Đối với mặt cắt chân tường đỉnh tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ I Ia Ib gây nội lực bất lợi phía đường ta tính tốn bố trí cốt thép cho mặt cắt để đảm bảo chịu tổ hợp tải trọng Ib (bất lợi phía đường) – Bố trí cốt thép chịu mơ men uốn - Bảng tính tốn bố trí cốt thép Kí Mu hiệu T.m Giá trị -19.3 a Giá trị KL cm 1.46 h b Ag f n n ats cm 50 c cm 1200 cm2 60000 Mn mm 20 Mr hang Mr/ 34 Pn cm 6.4 Pr cm 1.833 c/ds 0.042 Đạt T.m -192 T.m -173 /Mtt 8.96 Đạt T T 12577 6.106 ds As cm cm2 43.6 106.81 P 0.03 0.002 fc/fy 0.002 Đạt - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : Mr − 73,01 = = 8,96 > 1,33 => Đạt M tt − 19,3 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,002 < 0,03 fc/ fy = 0,002 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu lực – Kiểm toán khả chịu cắt tiết diện Kí Vu bv dv 0.5.j 0,1.fc S bt f Av cần n As hiệu Giá trị T 30.57 T 1200 T 36 Vc+Vp 1767.5 bv.dv 1296 cm 30 mm 16 cm2 0.390 nhánh cm2 0.00 Nguyễn Mạnh Cờng 67 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mè cÇu n Av bt  cm2 0.00 độ 90   Vc Vs Vn Vn Vr độ 45 T 3928 T 0.00 T 3240 T 3240 T 2916 Đạt ! KL Kết luận: Như ta thấy với tiết diện bê tông mặt cắt đảm bảo khả chịu lực cắt ta bố trí cốt thép đai theo cấu tạo – Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt Tên gọi đại lượng Mômen tiêu chuẩn Thông số bề rộng vết nứt Tỉ số mô đun đàn hồi Số cốt thép chịu kéo bố trí Diện tích cốt thép bố trí Hàm lượng thép bố trí Thơng số tính tốn k Thơng số tính tốn j KC từ mép bê tông cốt thép chịu kéo Vị trí trọng tâm cốt thép Chiều cao có hiệu mặt cắt Diện tích bê tơng bao bọc cơt thép Diện tích phần bê tơng tính đổi ứng suất SD cốt thép chịu kéo ứng suất cốt thép chịu kéo Giá trị so sánh Kí M tc Z ats ds hiệu Giá trị T.m -0.82 T/cm 25 cm 6.4 cm 43.6 Kí hiệu My tc Z n n As r k j dc ats ds Abt A fa fs 0.6fy Es/Ec 6.35 dc n Giá trị -0.82 25 6.35 34 106.81 0.002 0.1486 0.95 6.4 6.4 43.6 15360 451.76 1.75 0.019 2.52 As cm2 34 106.81 Abt A cm cm2 cm2 6.4 15360 451.76 KL r 0.002 0.6fy Đơn vị T.m T/cm Kết luận cm2 cm cm cm cm2 cm2 T/cm2 T/cm2 T/cm2 k 0.1486 fa Đạt Đạt j 0.95 fs T/cm2 T/cm2 T/cm2 2.52 1.75 0.019 Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 1,75 T/cm2 < 0,6.fy = 2,52 T/cm2 => Đạt Nguyễn Mạnh Cờng 68 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu - Kiểm tra ứng suất cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 0,019 T/cm2 < fsa = 1,75 T/cm2 => Đạt - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu chống nứt V.5 – Tính tốn bố trí cốt thép mặt cắt IV – IV (Mặt cắt chân tường cánh) – Bố trí cốt thép chịu mơ men uốn - Bảng tính tốn bố trí cốt thép Kí Mux h Ag f n n ats ds As cm 50 c hiệu T.m Giá trị 127.4 a b cm 650 cm2 32500 Mny mm 20 Mry hang Mr/ 33 Pny cm 6.4 Pry cm 43.6 cm2 103.6 0.03 c/ds 0.075 Đạt T.m 184 T.m 166 /Mtt 1.34 Đạt T T P 0.003 fc/fy 0.002 Đạt cm cm Giá trị 2.627 3.284 KL - Kiểm tra cường độ mặt cắt : Ta có : Mr 166 = = 1,34 > 1,33 => Đạt M tt 127,4 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : Pmin = 0,003 > 0,003 fc/ fy = 0,002 => Đạt Như ta thấy khả chịu uốn mặt cắt không đảm bảo điều kiện > 1,33 Mtt nhiên lớn Mtĩnh tải ta chấp nhân Hàm lượng cốt thép tối thiểu bố trí hợp lý - Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu lực – Kiểm tốn khả chịu cắt tiết diện Ngun M¹nh Cờng 69 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu Kớ Vu bv dv 0.5.j 0,1.fc S bt f Av cần n As hiệu Giá trị T 64.90 n T 650 Av bt T 36  Vc+Vp 957.41 bv.dv 702  cm 30 Vc mm 16 Vs cm2 0.211 Vn nhánh Vn cm2 0.00 Vr cm2 0.00 độ 90  độ 45 T 2128 T 0.00 T 1755 T 1755 T 1580 Đạt ! KL Kết luận: Như ta thấy với tiết diện bê tông mặt cắt đảm bảo khả chịu lực cắt ta bố trí cốt thép đai theo cấu tạo – Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt Kí M tc Z ats ds hiệu Giá trị T.m 65.55 T/cm 25 cm 6.4 cm 43.6 n As 6.35 dc 33 Abt cm2 103.6 A cm 6.4 cm2 8320 cm2 252.12 Es/Ec KL r 0.004 0.6fy k 0.19 fa j 0.94 fs T/cm2 T/cm2 T/cm2 2.52 2.13 1.55 Đạt Đạt - Kiểm tra ứng suất sử dụng cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 2,13 T/cm2 < 0,6.fy = 2,52 T/cm2 => Đạt - Kiểm tra ứng suất cốt thép chịu kéo : Ta có fs = 1,55 T/cm2 < fsa = 2,13 T/cm2 => Đạt Như ta thấy ứng suất sử dụng cốt thép chịu kéo fsa > 0,6.fy , nhiên khơng lớn nhiều ta chấp nhận - Kết luận : Mặt cắt coi đảm bảo khả chu chng nt Nguyễn Mạnh Cờng 70 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mè cÇu VI TÍNH TỐN CỌC KHOAN NHỒI VI.1 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Các thông số kỹ thuật cọc: Đường kính cọc D = 1m Diện tích tiết diện cọc As = 3.14*12/4 = 0.785 m2 Chiều dài cọc L = 31m Chiều dài cọc chôn đất: L1 = 31m Chi vi cọc P = 3.14*1= 3.14m Sức chịu tải cọc tính theo cơng thức sau: (10.7.3.2-2 22TCN-272-01 ) QR=ϕpqQP+ϕqsQS với: Qp = qp Ap (10.7.3.2-3) Qs = qs As (10.7.3.2-4) đó: Qp = sức kháng mũi cọc (N) Qs = sức kháng thân cọc (N) qp = sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) qs = sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) As = diện tích bề mặt thân cọc (mm2) Ap = diện tích mũi cọc (mm2) ϕqp = hệ số sức kháng sức kháng mũi cọc quy định cho Bảng 10.5.5-3 dùng cho phương pháp tách rời sức kháng cọc sức kháng mũi cọc sức kháng thân cọc Đối với đất sét ϕqp = 0.55 ϕqs = hệ số sức kháng sức kháng thân cọc cho Bảng 10.5.5-3 dùng cho phương pháp tách rời sức kháng cọc sức kháng mũi cọc sức kháng thân cọc Đối với đất sét ϕqs = 0.65, Đối với đất cát ϕqs = 0.55 Ngun M¹nh Cêng 71 Líp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu Khớ tớnh sc khỏng thnh bờn bỏ qua 1.5m chiều dài cọc tính từ mặt đất trở xuống 1D tính từ chân cọc trở lên Bảng 10.7.1 – Sức chịu tải cọc theo ma sát thành bên Chiều Số dày lớp thực đất (m) Lớp Lớp2 Lớp Lớp Tổng Chiều dày tính Loại N đất tốn Su α qs (dính) qs (rời) Qs (Mpa) (Mpa) (kN) (m) 4.5 Rời 12 0.03 190.76 7.5 7.5 Rời 23.5 0.05875 622.6 9 Rời 35 0.0875 1112.74 8.5 7.5 Dính 50 0.6 0.35 0.21 34.5 3214.58 5140.67 Sức chịu tải đơn vị mũi cọc xác định sau: qp = NcSu ≤ (10.8.3.3.2-1) Nc = 6[1+ 0,2 (Z/D)] ≤ (10.8.3.3.2-2) đây: đó: D = đường kính cọc khoan (mm) Z = độ xuyên cọc khoan (mm) Su = cường độ kháng cắt khơng nước (MPa), Su = 0.6 Nc = 6[1+0.2(7.5/1)] = 15 > 9, lấy Nc = qp = 9*0.6 = 5.4>4, lấy qp = Sức chịu tải mũi cọc QRmũicọc = =ϕpq qp Ap = 0.55x4x0.785x1000 = 1727kN Tổng sức chịu tải cọc đơn QR = 5140.67 + 1727kN = 6867.67 kN Ngun M¹nh Cêng 72 Líp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cầu S cc cn b trớ N = 1.5x Vu 18912.87 = 1.5x = 4.13 cọc QR 6867.67 Bố trí cọc sau: 5500 5500 1250 1000 5000 3000 1000 1250 13500 Hình 10.7.1 – Mặt bố trí cọc khoan nhồi VI.2 Kiểm tốn sức chịu tải cọc theo đất VI.2.1 Tính tốn nội lực cọc theo khung phẳng dọc Các số liệu để tính tốn nội lực: Số cọc móng N cọc Đờng kính cọc khoan nhồi D m Khối lợng riêng bê tông cọc khoan nhồi yc 2400 kg/m3 Cờng độ chịu nén bê tông cọc khoan nhồi f'c 28 Mpa Modul đàn hồi bêtông chế tạo cọc E 2.68x107 KN/m2 Nguyễn Mạnh Cờng 73 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cÇu Khoảng cách cọc theo phương dọc x m y m Chiều sâu hạ cọc đất h 31 m Chiều dày lớp đất thứ h1 m Chiều dày lớp đất thứ hai h2 7.5 m Chiều dày lớp đất thứ ba h3 m Chiều dày lớp đất thứ t h4 8.5 m Chiều dài tự cọc lo m phương ngang Tính tốn nội lực cọc Diện tích cọc Acọc 1.767 m2 Mơmen qn tính Icọc 0.049 m4 Momen chống uốn Wcọc 0.098 m3 Độ cứng chịu nén EA 2.10x107 Độ cứng chịu uốn EI 1.31x106 KNm2 Hệ số hình dạng tiết diện ngang k 0.9 Hệ số ảnh hưởng tương hỗ k 1.2 Chiều rộng tính tốn cọc khoan b 1.050 m Chiều dày lớp đất ứng suất không phụ thuộc m hm 5.000 m Hệ số tỷ lệ lớp đất thứ m1 4000 m Giá trị tính đổi hệ số tỷ lệ m m 4000 Hệ số biến dạng c 0.317 Chiều sâu tính đổi z z 5.000 Hệ số ảnh hởng đất quanh cọc kh Hệ số phụ k -979.715 Các chuyển vị đơn vị HH 4.225x10-5 KN m m Ta có hệ phương trình tắc sau: 2x106v + 0.u + 0.w = 14574.292 0.v + 499267.6u -1321725w = 3663.67 0.v - 1321725u + 56317038w = 12567.602 Giải hệ phương trình ta tính chuyển vị: chuyển vị đứng v = 0.00647m chuyển vị ngang u = 0.00845m Nguyễn Mạnh Cờng 74 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mè cÇu góc xoay w = 0.000421rad Từ tính Po = 2890.1 kN, Ho = 457.96kN, Mo = 1693.8kNm Po + Trọng lượng cọc = 2890.1 + 608.68 = 3498.78kN < sức chịu tải cọc QR = 6867.67kN => Đạt 10.4.2.2 Tính nội lực cọc theo khung phẳng ngang Bề rộng tính tốn cọc att = 0.9(1.5+1) = 2.25m Hệ số tỉ lệ m = 4000 Tổ hợp nội lực tính tốn: Lực ngang Lực dọc Mô men H(kN) P(kN) M(kN.m) 457.96 2890.1 1693.8 Các giá trị hàm số ảnh hưởng A1 -5.8533 C1 -0.9267 hh = B1 A2 B2 A3 -5.9499 -6.5331 -12.1581 -1.61428 D1 C2 D2 C3 4.5478 -10.6084 -3.76647 -17.9186 4.225E-05 dhm = 9.9079E-06 mm = Yo = jo = 3.7426E-06 dmh = B3 A4 -11.73066 9.24368 D3 C4 -15.0755 -15.6105 B4 -0.35762 D4 -23.1401 9.9082E-06 0.03613 -0.010876 Bảng tính giá trị mômen theo chiều sâu z: ztd =a*h 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 A3 -0.0001667 -0.0013333 -0.0045 -0.0106666 -0.0208328 -0.0359975 -0.0571581 -0.0853084 -0.1214359 -0.1665179 -0.2215144 B3 -8.33333E-06 -0.000133333 -0.000674999 -0.002133323 -0.005208258 -0.010799611 -0.020006776 -0.034128155 -0.054660054 -0.083294755 -0.12191737 Ngun M¹nh Cêng C3 0.99999975 0.999992 0.99993925 0.999744001 0.999218756 0.99805604 0.995798437 0.99180871 0.985240056 0.975006614 0.959754404 75 D3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.4999 0.5997 0.6993 0.7985 0.897 0.9944 1.0902 a^2*E*J 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 a^3*E*J 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 a 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 Mz 1694 1823 1946 2060 2160 2244 2310 2357 2383 2390 2377 2345 Lớp Cầu Đờng S¾t – K42 z 0.00 0.28 0.57 0.85 1.13 1.42 1.70 1.98 2.27 2.55 2.83 3.12 ThiÕt kÕ kü thuËt 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.2 2.4 2.6 2.8 3.5 -0.2873603 -0.3649531 -0.4551381 -0.5586882 -0.6762801 -0.8084632 -0.9556233 -1.1179381 -1.2953249 -1.6933056 -2.1411253 -2.6212037 -3.1033344 -3.540495 -3.888 -1.55 -0.172600959 -0.237599285 -0.319336439 -0.420392408 -0.543483508 -0.691436429 -0.867154473 -1.07357436 -1.31361182 -1.905676489 -2.663283789 -3.599904903 -4.717522325 -5.999842189 -9.544254097 -11.73066 ch¬ng 7:tÝnh toán mố cầu 0.937832951 0.907267926 0.865735306 0.810537633 0.73858319 0.646369079 0.52996942 0.385030188 0.206772487 -0.27084191 -0.94872255 -1.87697952 -3.10669467 -4.68446429 -10.3060327 -17.9186 1.1834 1.2732 1.3582 1.4368 1.507 1.5662 1.6116 1.6397 1.6463 1.5754 1.352 0.9169 0.1976 -0.891 -5.842 -15.08 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 163606.82 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 57762.38 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 2295 3.40 2228 3.68 2147 3.97 2053 4.25 1947 4.53 1832 4.82 1710 5.10 1581 5.38 1449 5.66 1180 6.23 913 6.80 659 7.36 426 7.93 221 8.50 88 9.91 57 11.33 Mô men lớn Mu = 2390kNm, độ sâu h = 2.55m 10.4.3 Kiểm tốn cọc theo vật liệu Thơng số tiết diện cọc: Đường kính cọc: D = 1000 mm Diện tích cọc: As = 785000 mm2 Quy đổi tiết diện tròn cọc tiết diện vng diện tích: h d Cạnh tiết diện vuông:a = 1329mm Chiều rộng mặt cắt b, bw = 886mm h = 886mm Chiều cao mặt cắt ds = 821.5mm d Chiều dày lớp phủ bê tông dc = 50mm c Cường độ chịu kéo cốt thép fy = 420Mpa Cường độ chịu nén bê tơng fc = 28Mpa Chiều cao có hiệu mặt cắt b, bw Bố trí 11 No29, đường kính danh định28.7mm, diện tích 645 mm2 Kiểm toán sức kháng uốn Theo điều 5.7.3.2.1 22TCN-272-05 sức kháng uốn tính tốn tính sau: Mr = ϕ Mn Trong Mn = Sức kháng uốn danh nh Nguyễn Mạnh Cờng 76 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 7:tính toán mố cÇu ϕ = Hệ số sức kháng quy định điều 5.5.4.2, ϕ = 0.9 Vậy Mr = 0.9Mn Theo 5.7.3.2.3 22TCN-272-05, sức kháng uốn danh định mặt cắt chữ nhật tính sau: Mn = Asfy(ds - a ) (N.mm) Trong đó: As = Diện tích cốt thép thường (mm2), As = 8582.4mm2 fy = giới hạn chảy cốt thép thường, fy = 420Mpa ds = chiều cao có hiệu mặt cắt, ds = 821.5mm β = Hệ số quy đổi hình khối ứng suất, β = 0.85 1 c = khoảng cách tử thớ ngồi chịu nén đến vị trí trục trung hoà c= As f y 0.85 f c' β1b = 170.94mm a = c β = 145.3 Mr = 0.9Mn = 2429.4kN > Mu = 2390kN => Đạt Kiểm toán sức kháng cắt Sức kháng cắt danh định, Vn, phải xác định trị số nhỏ : Vn = Vc + Vs (5.8.3.3-1) ′ Vn = 0,25 f c bv dv (5.8.3.3-2) : Vc = 0,083 β Vs = ′ f c bv dv (5.8.3.3-3) A v f y d v (cotgθ + cotgα)sinα s (5.8.3.3-4) : Ngun M¹nh Cêng 77 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật bv = chơng 7:tính toán mố cầu b rng bn bụng hữu hiệu lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv xác định Điều 5.8.2.7 (mm), bv = 821.5mm dv = chiều cao chịu cắt hữu hiệu xác định Điều 5.8.2.7 (mm), d v = max(0.9de, 0.72h) s = cự ly cốt thép đai (mm), s = 150mm β = hệ số khả bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo quy định Điều 5.8.3.4 β = θ = góc nghiêng ứng suất nén chéo xác định Điều 5.8.3.4 (độ), 45 α = góc nghiêng cốt thép ngang trục dọc (độ) Av = diện tích cốt thép chịu cắt cự ly s (mm2) Bố trí Cốt đai No16 @ 150mm, Av = 397mm2 Sức kháng cắt tính tốn Vr = ϕ Vn Trong ϕ = Hệ số sức kháng lấy theo điều 5.8.3.3 22TCN-272-05, ϕ = 0.9 Vc = 0,083 β Vs = ′ f c bv dv = 639 kN A v f y d v (cotgθ + cotgα)sinα s = 914kN ′ 0,25 f c bv dv = 5095 kN Vậy Vr = 0.9x(639 + 914) = 1398kN > Vu = 458kN Đạt Ngun M¹nh Cêng 78 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 ... 163606.82 163606.82 163606.82 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 577 62.38 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35... chơng 7: tính toán mố cầu -3 .6 -3 .6 -0 .35 -0 .35 -7 9.38 -5 6 .70 -1 54.04 0.00 -7 .70 -0 . 47 252 .72 -1 1 67. 83 -3 .85 119.88 -3 .85 540.43 -2 52 .72 -6 46.15 -4 61.54 -1 360.41 0 -1 -1 0 0.00 -2 2 -1 .35 0 0 2 .75 ... -0 .420392408 -0 .543483508 -0 .691436429 -0 .8 671 54 473 -1 . 073 574 36 -1 .31361182 -1 .905 676 489 -2 .66328 378 9 -3 .599904903 -4 .71 7522325 -5 .999842189 -9 .5442540 97 -1 1 .73 066 chơng 7: tính toán mố cầu 0.9 378 32951