Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Phơng án sơ bộ 1 Cầu dàn Giản đơn 1. Giới thiệu chung về phơng án. 1.1. Sơ đồ bố trí chung của cầu: Dựa vào cấp sông, khổ thông thuyền, mặt cắt sông và mặt cắt địa chất của sông, ta đa ra phơng án cầu dàn giản đơn 3 nhịp với chiều dài các nhịp bố trí nh sau: 80.0 80.0 80.0 1.2. Mô tả tóm tắt kết cấu phần trên. 1.2.1. Chiều cao dàn chủ: Chiều cao dàn chủ đợc chọn theo yêu cầu sau: + Trọng lợng thép của dàn chủ nhỏ. + Bảo đảm tĩnh không thông thuyền và thông xe. + Chiều cao kiến trúc nhỏ đối với cầu dầm chạy trên. + Đảm bảo độ cứng theo phơng đứng của kết cấu nhịp: f < [f]. + Đảm bảo mỹ quan và phù hợp với cảnh quan ở khu vực xây cầu. Theo kinh nghiêm thì đối với cầu ô tô, dàn liên tục có chiều cao dàn chủ đợc chọn theo số liệu sau: h = ( 10 1 : 7 1 )L chính = ( 10 1 : 7 1 )x80 11 ữ 8 (m). Ta chọn chiều cao dàn bằng h = 10 m. 1.2.2. Khoảng cách tim hai dàn chủ: Khoảng cách tim hai dàn chủ của cầu do số làn xe quyết định. Vì cầu có có 2 làn xe chạy nên ta chọn khoảng cách giữa hai tim dàn chủ là 8m + 2*0.8 = 9.6m Lề ngời đi bố trí hẫng ngoài dàn để đảm bảo an toàn cho ngời đi bộ. Nguyễn Hồng Trang 1 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 1.2.3. Chiều dài khoang dàn Chiều dài khoang là khoảng cách giữa hai nút liên tiếp trên đờng biên xe chạy và cũng là khoảng cách giữa các dầm ngang, và là khẩu độ tính toán của các dầm dọc. Nh vậy chiều dài khoang không những ảnh hởng đến các thanh trong dàn mà còn ảnh hởng tới kích thớc của dầm dọc và dầm ngang. Đối với dàn tam giác không có thanh đứng thì có thể chọn chiều dài khoang trong khoảng (1.0ữ1.2)*h. Lấy chiều dài khoang d = 10 m. 1.2.4. Góc nghiêng của thanh xiên với phơng ngang: Góc nghiêng của thanh xiên dàn không có thanh đứng thanh thanh treo so với phơng ngang nằm trong khoảng hợp lí là 30 0 ữ 70 0 . tg = 10/5 = 63 0 nằm trong khoảng hợp lý. 1.2.5. Tiết diện các thanh dàn chủ. Các thanh biên trên và biên dới đợc chọn có kích thớc bằng nhau. Các thanh có hình dạng là chữ H đợc tổ hợp từ các bản thép. h b h c t Loại thanh mm mm mm mm Thanh biên trên 500 500 24 20 Nguyễn Hồng Trang 2 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Thanh biên dới 500 500 24 20 Thanh xiên trong 500 400 20 18 Thanh cổng cầu (tiết diện hộp) 500 600 20 24 1.2.6. Cấu tạo hệ dầm mặt cầu: Hệ dầm mặt cầu bao gồm dầm dọc và dầm ngang để đỡ mặt cầu và truyền tải trọng từ mặt cầu tới dàn chủ. Để đảm bảo cho tải trọng truyền vào các nút dàn chủ, dầm ngang đợc bố trí tại các nút dàn còn dầm dọc tựa lên dầm ngang. Dầm dọc và dầm ngang phải đợc liên kết chắc chắn để tạo thành hệ dầm mặt cầu. Chọn liên kết giữa dầm dọc và dầm ngang là dạng cánh trên dầm dọc và dầm ngang bằng nhau, cánh dới dầm dọc cao hơn dầm ngang và có vai kê. Dầm dọc và dầm ngang đều chọn thanh mặt cắt chữ I với các kích thớc nh sau: - Kích thớc dầm dọc + Chiều cao h = 700 + Chiều rộng bản cánh b = 350mm + Bề dày bản bụng w = 18m + Bề dày bản cánh t = 30m Diện tích dầm dọc A = 0.03252 m 2 Dầm dọc có chiều dài 10m bằng chiều dài khoang dàn chủ. Mặt cắt ngang ta bố trí 5 dầm dọc khoảng cách giữa các dầm dọc là 1.5m - Chọn dầm ngang: + Tiết diện chữ I có chiều cao h= 1000mm + Chiều rộng b= 350mm + Chiều dày bản bụng w= 18mm + Chiều dày bản cánh t= 30mm Diện tích dầm ngang A=0.03792 m 2 Dầm ngang có chiều dài 8.92 m Tổng số có tất cả 9 dầm ngang. 1.3. Mô tả tóm tắt kết cầu phần dới: - Hai mố có cấu tạo giống nhau, theo kiểu mố chữ U bằng BTCT, bê tông M300. Thân mố đặt trên móng cọc khoan nhồi kích thớc 1500 mm dài 35.0m. Nguyễn Hồng Trang 3 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật - Trụ của dàn đều có cấu tạo giống nhau, là loại trụ thân cột, trụ đặt trên hệ móng cọc bệ cao. Các cọc là cọc khoan nhồi có đờng kính cọc 1500 mm. Bê tông thân trụ M300. 1.4. Mặt cầu và các công trình phụ khác: Lớp phủ mặt cầu xe chạy dày 74 mm. Bao gồm phòng nớc 4 mm lớp bê tông nhựa 70 mm. Mặt cầu có độ dốc ngang 2%. Hệ thống thoát nớc dùng ống gang bố trí dọc cầu để thoát nớc xuống gầm cầu. Toàn cầu có 2 khe co giãn tại các mố và 2 khe co giãn tại trụ. Gối cầu dùng con lăn bằng thép. Lan can trên cầu dùng lan can thép. 2. Nội dung tính toán: 2.1. Tĩnh tải của cầu: Tĩnh tải của cầu gồm trọng lợng bản thân các cấu kiện cầu DC (trọng lợng các thanh dàn chủ, trọng lợng dầm dọc và trọng lợng dầm ngang), và tĩnh tải chất thêm (tĩnh tải phần 2 hay tĩnh tải của bản mặt cầu và các công trình phụ khác). 2.1.1. Trọng lợng bản thân các cấu kiện cầu DC: 2.1.1.1. Trọng lợng các thanh dàn chủ: Diện tích các thanh dàn chủ đợc tính trong bảng sau: Bảng 4.3 h b h c t A Loại thanh mm mm mm mm m 2 Thanh biên trên 500 500 24 20 0.03304 Thanh biên dới 500 500 24 20 0.03304 Thanh xiên trong 500 400 20 18 0.02428 Thanh cổng cầu (tiết diện hộp) 500 600 20 24 0.04704 Trọng lợng của từng loại thanh đó đợc tính trong bảng sau: Bảng 4.4 Nguyễn Hồng Trang 4 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật A Dung trọng Chiều dài Trọng lợng Loại thanh m 2 kN/m 3 m kN Thanh biên trên 0.03304 78.5 10 25.9364 Thanh biên dới 0.03304 78.5 10 25.9364 Thanh xiên trong 0.02428 78.5 11.18 21.3089 Thanh cổng cầu (tiết diện hộp) 0.04704 78.5 11.18 41.2837 Tổng trọng lợng các thanh dàn chủ đợc cho trong bảng sau: Bảng 4.5 Trọng lợng Số thanh P thanh,i Loại thanh kN kN Thanh biên trên 25.9364 14 363.1096 Thanh biên dới 25.9364 16 414.9824 Thanh xiên trong 21.3089 28 596.6492 Thanh cổng cầu (tiết diện hộp) 41.2837 4 165.1348 P thanh 1539.876 2.1.1.2. Trọng lợng dầm ngang: Ta bố trí dầm ngang tại các nút dàn, do vậy toàn cầu có 9 dầm ngang. Kích thớc dầm ngang là dầm chữ I chọn sơ bộ nh trên. Từ đó ta tính đợc trọng lợng dầm ngang trong bảng sau: Bảng 4.6 F Dung trọng Chiều dài dầm Trọng lợng P damngang m 2 KN/m 3 M KN KN 0.03792 78.5 8.92 26.5523 238.97 2.1.1.3. Trọng lợng dầm dọc: Khẩu độ dầm dọc bằng khoảng cách giữa hai dầm ngang. Toàn cầu có 40 dầm dọc. Trong khoảng cách hai dàn chủ ta bố trí 6 dầm dọc khoảng cách giữa các dầm dọc là 1.48 m (khoảng cách tim hai dàn chủ 9 m). Mặt cắt ngang dầm dọc đã cho trong bảng 4.2. Từ đó ta tính đợc trọng lợng dầm dọc nh sau: Nguyễn Hồng Trang 5 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Bảng 4.7 F Dung trọng Chiều dài dầm dọc Trọng lợng P damdoc m 2 kN/m 3 m kN kN 0.03252 78.5 10 25.5282 1021.1280 Tổng hợp tĩnh tải do dàn chủ: P thanh P damngang P damdoc DC kN kN kN kN 1539.8760 238.97 1021.1280 2799.974 Vậy trọng lợng giải đều của dàn chủ là: 80 974.2799 == nhip I l DC DC DC I = 34.9996 (KN/m) 2.1.1.4. Trọng lợng hệ liên kết dọc: Lấy theo qui trình ta có trọng lợng hệ liên kết dọc là 2x1kN/m. 2 .1.1.5. Trọng lợng phần lề ngời đi và hệ liên kết: Lấy bằng 25% trọng lợng dàn chủ tức là: G lk = 0.25*34.9996 = 8.7499 (KN/m) 2.1.1.6. Tĩnh tải giai đoạn 1 tính cho 1 m dài cầu(cho một dàn chủ): DC = 22.875 (KN/m). 2.1.1.7. Tĩnh tải phần 2 của cầu: Tĩnh tải phần 2 gồm có mặt cầu và lớp phủ cùng các thiết bị công trình phụ khác trên cầu sau khi sơ đồ kết cầu đã hoàn chỉnh. *Tải trọng do trọng lợng bản mặt cầu: - Bản mặt cầu phần xe chạy rộng 8.5m + BTCT dày 15 cm: DC ban,II = 31.2375 kN/m + 0.4cm lớp phòng nớc : DW phongnuoc = 0.15 kN/m + 7 cm bê tông at phan: DW lopphu = 16.5375 kN/m - Phần lề ngời đi và xe thô sơ rộng 1.5*2m gồm: Nguyễn Hồng Trang 6 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật + Bản BTCT dày 8cm: 5.88 kN/m + Lớp phòng nớc dày 0.4cm: 0.05kN/m + 3 cm bê tông at phan: 2 kN/m Vậy tĩnh tải tiêu chuẩn cho 1m dài cầu là: DC mc = 37.14375 kN/m Tĩnh tải rải dều của lớp phủ tính cho 1m cầu là DW cover = 18.7375 kN/m + Lan can tay vịn lấy DW raling = 1 kN/m - Vậy tĩnh tải phần 2: DC II = 37.1437 kN/m DW = 19.7375 kN/m - Tĩnh tải giai đoạn II tính cho 1 m của một giàn chủ là : DC II = 18.572 kN/m DW = 9.869 (KN/m) 2.2. Tính hệ mặt cầu: 2.2.1. Tính dầm dọc: Dầm dọc làm việc nh một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi. Dầm dọc chịu uốn dới tác dụng của tải trọng thẳng đứng đồng thời dầm dọc còn chịu lực dọc do tham gia làm việc chung với dàn chủ. Để đơn giản tính toán, có thể coi dầm dọc liên kết bằng khớp với dầm ngang, nghĩa là đối với tải trọng thẳng đứng đợc phép tính dầm dọc nh một dầm giản đơn có khẩu độ bằng khoảng cách giữa hai dầm ngang, tức là bằng chiều dài khoang dàn d. 2.2.1.1. Tính hệ số phân bố ngang cho dầm dọc: Tính hệ số phân bố ngang theo nguyên tắc đòn bẩy, vẽ đờng ảnh hởng phản lực gối của dầm ngang (coi dầm ngang kê lên các gối là các dầm dọc). Xếp xe thiết kế trên mặt cắt ngang cầu để xác định tung độ đờng ảnh hởng phản lực gối. Tính hệ số phân bố ngang theo công thức: = i y 2 1 *mg g hệ số phân bố ngang của dầm dọc Nguyễn Hồng Trang 7 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật m- hệ số làn xe, cầu 1 làn xe thì m =1.2; 2 làn m = 1.0 ; y i tung độ đờng ảnh hởng tại tại vị trí trục xe thiết kế - Đối với dầm trong + Một làn chịu tải K 1 = 0.57 ĐAH phản lực gối trong của dầm ngang (xếp 2 làn) + Hai làn chịu tải Không thể xếp hai làn xe trong trờng hợp này nên K 2 =0 - Đối với dầm giữa: + Một làn chịu tải K 1 = 0.39 Nguyễn Hồng Trang 8 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật ĐAH phản lực gối giữa của dầm ngang (xếp 1 làn) + Hai làn chịu tải K 2 = 0.65 ĐAH phản lực gối giữa của dầm ngang (xếp 2 làn) - Đối với dầm biên (Theo phơng pháp đòn bẩy) + Một làn chịu tải: Nguyễn Hồng Trang 9 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật K 1 = 0.588 ĐAH phản lực gối biên của dầm ngang + Hai làn thiết kế chịu tải: K b = e.K t Do khoảng cách giữa hai dầm dọc không đủ để bố trí hai làn xe nên trong trờng hợp này hệ số phân bố ngang lấy bằng 0 và ta lấy hệ số phân bố ngang của một làn chịu tải để khống chế . K 2 = 0 5.5.2. Hệ số phân bố ngang đối với lực cắt Công thức tính hệ số phân bố ngang K = i y 2 1 - Đối với dầm trong + Một làn thiết kế chịu tải K t = 0.57 Nguyễn Hồng Trang 10 Lớp cầu hầm K41 [...]... 22 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 145kn/2 145kn/2 145kn/2 145kn/2 Ta có hệ số phân bố ngang cho từng dầm là : Hệ số làn m = 0.85 1 = 0.170 2 = 0.404 3 = 0.514 4 = 0.404 5 = 0.170 1 Phân bố phản lực cho các dầm dọc (tính V) + Để đợc lực cắt bất lợi nhất ta xếp tải lệch về sát mép cầu (cách mép cầu 0.6m) Nguyễn Hồng Trang 23 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp 145kn/2 Thiết kế kỹ thuật... Hồng Trang 21 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật + Để đợc mô men bất lợi nhất ta xếp tải ở chính giữa cầu theo sơ đồ sau : 110kn 110kn Xe 2 trục thiết kế Hoạt tải làn 9.3kN/m Xe 3 trục thiết kế 35kn 145kn Xe 3 trục thiết kế 145kn Ta có phản lực từ dầm dọc truyền xuống : RLL+IM RLane Dầm trong 309.5 93 kN Dầm ngoài 309.5 93 kN 1 Phân bố phản lực cho các dầm dọc (tính M) Tính hệ số phân... Hệ số sức kháng tại mũi cọc ( lấy qp = 0,6 đối với đất sét ) qs : Hệ số sức kháng thành bên qs = 0,45 đối với đất cát Nguyễn Hồng Trang 35 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật qs = 0,65 đối với cát sét - Khi tính sức kháng thành bên bỏ qua 1,2m chiều dài cọc tính từ mặt đất trở xuống và 1D tình từ chân cọc trở lên QS = qs As * Tính sức kháng thành bên : qs : sức kháng đơn vị thân... Fyc Nguyễn Hồng Trang 17 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật Giả thiết biên chịu nén đợc liên kết dọc toàn bộ và tiết diện đặc chắc, ta có Mn =Mp D t D t D M p = Pt + t + Pw + Pc + c 4 2 2 2 2 Trong đó D: Chiều cao bản bụng = 0.64 (m) tt : Bề dày cánh wới = 0.03 (m) tc : Bề dày cánh trên = 0.03 (m) Pt , Pw, Pc : Lực dẻo của cánh trên, bụng dầm và cánh dới: Bản biên trên : Pt... 527.132 2.6.6.7 Tính duyệt 2.6.6.7.1 Kiểm tra yêu cầu cấu tạo chung (6.10.2) Cấu kiện chịu uốn phải đảm bảo yêu cầu sau về cấu tạo: I 0.1 yc 0.9 Iy Trong đó: - Iyc = 238000000 mm4, là mômen quán tính của mặt cắt đối với trục thẳng đứng trong mặt phẳng của bản bụng Nguyễn Hồng Trang 28 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật - Iy = 119000000 mm4, là mômen quán tính của bản cánh chịu nén của... - Hệ số sức kháng đối với nén theo quy định trong Điều 6.5.4.2 Giá trị nội Sức kháng Đơn vị Tên thanh lực 1_2 2002.6 2314.7 KN 1_10 836.93 963.1 KN 13_14 3181.61 3261.23 KN Nguyễn Hồng Trang 32 Kết luận Đạt Đạt Đạt Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 3 Tính toán trụ cầu: 5300 500 600 3.1 Cấu tạo của trụ cầu: 1800 1800 600 600 600 1800 4000 12600 3000 500 2500 500 7500 13600 3.2Tải trọng... Trang 12 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật ĐAH phản lực gối biên của dầm ngang + Hai làn thiết kế chịu tải: Kb = e.Kt Do khoảng cách giữa hai dầm dọc không đủ để bố trí hai làn xe nên trong trờng hợp này hệ số phân bố ngang lấy bằng 0 và ta lấy hệ số phân bố ngang của một làn chịu tải để khống chế K2= 0 Lấy các giá trị lớn nhất trờng hợp thiết kế cho 1 làn chịu tải và thiết kế cho 2 làn.. .Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật ĐAH phản lực gối trong của dầm ngang (xếp 2 làn) + Hai làn chịu tải Không thể xếp hai làn xe trong trờng hợp này nên K2=0 - Đối với dầm giữa: + Một làn chịu tải K1= 0.39 ĐAH phản lực gối giữa của dầm ngang (xếp 1 làn) Nguyễn Hồng Trang 11 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật + Hai làn chịu tải K2 = 0.65 ĐAH phản... tĩnh tải kết cấu nhịp và hoạt tải truyền xuống: Nguyễn Hồng Trang 33 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật - Phản lực gối do tĩnh tải bản thân kết cấu nhịp (DC + DW) là : 2052.64 (kN) 3.2.3 Hoạt tải xe tác dụng lên kết cấu nhịp: Vẽ đờng ảnh hởng phản lực gối tại trụ, xếp hoạt tải thiết kế lên vị trí bất lợi nhát trên đờng ảnh hởng ta xác định đợc phản lực gối do các tải trọng của một dàn (... nén Ta có: bf 200000 E 0.35 =9.197 Đạt = = 5.8333 0.382 = 0.382x 345 Fyc 2t f 2x0.03 Bản cánh có mặt cắt đặc chắc Nguyễn Hồng Trang 29 Lớp cầu hầm K41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật 2.3 Tính nội lực các thanh dàn chủ: Hình 3.1 Sơ đồ các thanh trong dàn Ta cần tính nội lực các thanh + Thanh 1-10.( Thanh cổng cầu) + Thanh 1-2 + Thanh 13-14 Tên thanh _1_2 Loại tải trọng w (kN/m) Nmax (kN) Nmin (kN) . (6.10.4-1) trong đó: f = hệ số kháng uốn đợc quy đỉnh ở Điều 6.5.4.2, f =1 M n sức kháng uốn danh định (N-mm) 2.2.1.4.2. Độ mảnh của bản bụng của mặt cắt đặc chắc (6.10.4.1.2) Điều kiện