Đang tải... (xem toàn văn)
tính toán cầu dẫn
Chương 6: Tính toán cầu dẫn Chương 6 Tính toán cầu dẫn 1 Giới thiệu kết cấu cầu dẫn. Cầu tàu cảng Cát Lái mở rộng được bố trí 3 cầu dẫn, cầu dẫn số 1 có chiều dài 59.5m và cầu dẫn số 2, 3 có chiều dài 35.5m. Bề rộng mỗi cầu dẫn rộng 15m, đoạn tiếp giáp giữa cầu dẫn và cầu chính được mở rộng 20.1m cho cầu 1 và 25.2m cho cầu 2, 3. Bố trí dầm cầu dẫn. ♦ Hệ thống dầm dọc cầu dẫn bao gồm: 4 dầm dọc DDCD1 kích thước tiết diện 80x100cm. Dầm xiên DX có kích thước tiết diện 80x100cm. ♦ Hệ thống dầm ngang cầu dẫn bao gồm: 9 dầm ngang DNCD2 cho cầu dẫn số 1 và 5 DNCD2 cho mỗi cầu dẫn 2, 3, kích thước tiết diện 60x80cm. Phía giáp cầu chính bố trí 1 dầm ngang DNCD1 cho cầu dẫn số 1 và 1 dầm ngang DNCD4 cho mỗi cầu dẫn 2, 3 và phía giáp mố cầu dẫn bố trí 1 dầm ngang DNCD3 cho mỗi cầu dẫn, kích thước tiết diện 80x100cm. Bê tông sử dụng cho các dầm cầu dẫn mác M#300 . ♦ Bản mặt cầu dẫn. Kích thước 1 bản mặt cầu dẫn là 60x15.0m và phần mở rộng 5.1x5.5m dày 35cm. Cảng có 3 cầu dẫn 1,2,3 trong đó cầu dẫn 2 và 3 có kết cấu như nhau nên tính toán chung cho cầu dẫn số 1. 80x100CM DẦM DỌC CẦU DẪN DẦM XIÊN CẦU DẪN 60x80CM 80x100CM DẦM NGANG CẦU DẪN DẦM NGANG CẦU DẪN 80x100CM 102 Chương 6: Tính toán cầu dẫn 2 Tính toán khung dọc. 2.1 Mặt cắt ngang cầu dẫn. 80x100CM DẦM NGANG CD +5.25 6 : 1 1 3 -20.14 -18.04 -17.34 80x100CM DẦM NGANG CD DÀY 35CM BẢN MẶT CẦU 80x100CM DẦM DỌC CD D700xT110MM 1 DÀI 35M CỌC BTCT 40x40CM +2.70 +4.19 2 : 1 2 : 1 1:1 CỌC BTCT ƯST DÀI 40M 60x80CM DẦM NGANG CD DÀY 6CM BÊ TÔNG PHỦ 2.2 Sức chòu tải và chiều dài tính toán của cọc BTULT D = 600 mm. Với kết cấu bến như phương án 1 ta chọn cọc bêtông ứng lực trước có chiều dài là 40m gồm 2 cọc nối nhau,với bước khung ngang là 4.75m,khung dọc là 6.0m.Tính toán sức chòu tải với cọc ở vò trí ngoài cùng vò trí sát cầu chính 2.2.1 Sức chòu tải theo vật liệu. Sức chòu tải theo vật liệu được cho ở số liệu bên của cọc BTULT D = 600mm là 170T. 2.2.2 Sức chòu tải theo đất nền. Theo tiêu chuẩn về móng cọc TCXD 205 : 1998 – MÓNG CỌC – TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ . Sức chòu tải của cọc được kiểm tra theo sức chòu tải của đất nền. Tính cho cọc ngoài cùng, độ sâu cọc cắm vào lớp đất 5a : với cọc BTCTULT có tiết diện d=600 mm ,L=32m. 103 Chương 6: Tính toán cầu dẫn Lớp 1 2 3 4 5a Chiều dày(m) 5.6 4.25 4.35 7.35 12.3 a. Tính theo chỉ tiêu cơ lí đất nền. Sức chòu tải của cọc theo cơ lí của đất nền được tính là sức chòu tải của một cọc do ma sát và phản lực mũi cọc gây ra: Sức chòu tải tính toán ( cho phép) của cọc đơn theo đất nền : Q a = tc tc k Q Trong đó : K tc : hệ số an toàn lấy k tc = 1,4 ( do sức chòu tải được xác đònh bằng tính toán , kể cả theo thử động cọc mà không kể đến biến dạng đàn hồi của đất). Q tc : Sức chòu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn. Q a : Sức chòu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền. ♦ Chòu tải nén : Q tc = m×[m r ×A p ×q p + Σ(m f ×f si ×l i )] Trong đó : m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất , lấy m = 1. m r : Hệ số xét đến mở rộng mũi cọc, lấy m r = 1 m f : Hệ số xét đến ma sát đất với mũi cọc, lấy m f = 1 A p : Diện tích tiết diện ngang của cọc : Cọc d=60cm : A P =3.14x0.3 2 = 0.283 m 2 . U : Chu vi cọc : Cọc d=60cm : u = 3.14x0.6 = 1.88 m. l i : Chiều dày lớp đất mà cọc đi qua (m). q p : Sức chòu tải của đất nền dưới mũi cọc. f si : Lực ma sát của lớp đất thứ i tác dụng lên cọc . Q tc : Sức chòu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn. Sức chòu tải của mũi cọc q p được tra bảng phụ thuộc vào độ sâu và loại đất: (TCXD 205 : 1998 – MÓNG CỌC – TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ ) 104 Chương 6: Tính toán cầu dẫn Ta có cọc d=60 cm được thiết kế đóng sâu 20.85 m , mũi cọc cắm vào lớp 5a: 4.9m , là lớp cát bột ,hạt nhỏ- trung, đôi chỗ lẫn ít sỏi sạn laterit , kết cấu chặt vừa- chặt , do đó tra bảng và nội suy tuyến tính, ta được q p = 325 (T/m 2 ). Tính lực ma sát của lớp đất tác dụng lên cọc: Q S = A S ×f S = ∑ iS .lf Xác đònh f si : Lớp 2: Cát bột ,hạt mòn-trung , tra bảng lực ma sát bên và nội suy tuyến tính gần đúng (TCXD 205 : 1998 – MÓNG CỌC -TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ ) ta được : Z = 1.125 m f s21 = 2.38 T/m 2 . Z = 3.25 m f s22 = 3.075 T/m 2 . Lớp 3: sét, với I L =0,29 Z =5.425 m f s31 = 4.085 T/m 2 . Z = 7.6 m f s32 = 4.36 T/m 2 . Lớp 4: sét cát, với I L =0,5 Z = 9.27m f s41 = 2.66 T/m 2 . Z = 10.95 m f s42 = 2.719 T/m 2 . Z = 12.95 m f s43 = 2.759 T/m 2 . Z = 14.95 m f s44 = 2.799 T/m 2 . Lớp 5: Cát lẫn sỏi sạn, hạt nhỏ-trung, Z = 16.9 m f s51 = 5.29 T/m 2 . Z = 18.9 m f s52 = 5.49 T/m 2 . Z = 19.9 m f s53 = 5.59 T/m 2 . ∑f si h i =(2.38x2.25+3.075x2)+(4.085x2.35+4.36x2)+(2.66x1.35)+(2.719+2.7 59+2. 799)x2+(5.29+5.49)x2 +5.59 = 77.1T. Từ số liệu đó ta thế vào công thức: Q tc = m×(m r ×q p ×A P +∑m f ×f si ×l i ). Q tc =325 ×0.283 +1.88× 77.1= 237 T Sức chòu tải tính toán (cho phép) của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lí của đất nền: Q a = tc tc k Q = 4.1 237 = 169 T. k tc : hệ số an toàn lấy k tc = 1,4 . ♦ Chòu tải nhổ : 105 Chương 6: Tính toán cầu dẫn Với cọc có tiết diện ngang d=60cm : mum f. f i .l i =1.88× 77.1=144.9 T Q nh = 4.1 9.144 =103.5T b. Tính theo chỉ tiêu cường độ của đất nền. Sức chòu tải cho phép của cọc : Q a = P P S S FS Q FS Q + Trong đó : FS S = 1.5 : Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên. FS P = 2 : Hệ số an toàn cho sức chống mũi cọc. Q S : Sức kháng ma sát của đất xung quanh cọc. Q S = A s × f s Q P : Sức kháng mũi của nền dưới mũi cọc. Q p = A p × q p Trong đó : A P : diện tích tiết diện ngang mũi cọc. Cọc d=60cm : A p =3.14x0.3 2 = 0.283 m 2 A s : diện tích xung quanh cọc :A s = L p × U ( 2 m ). L p : chiều dài cọc đi qua lớp đất (m) L p =32 -6.96 -4.19 =20.85 m. U: chu vi cọc: Cọc d=60cm : u = 3.14x0.6 = 1.88 m. ♦ Thành phần lực ma sát bên : f s = σ’ hi tgϕ a + C a σ’ hi :ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc, σ’ hi = γ i ’×h i (1-sinϕ i ).T/ 2 m f s i = γ i ’×h i ×(1-sinϕ i )× tgϕ ai + C ai γ i ’ : trọng lượng đất đẩy nổi của lớp i. h i : bề dày lớp đất thứ i. C : lực dính của đất. ϕ : góc nội ma sát của đất . 106 Chương 6: Tính toán cầu dẫn C ai : lực dính giữa đất và cọc. ϕ ai : góc ma sát của cọc và đất. Đối với cọc BTCT ta có : = = ϕϕ i CCi Lực ma sát có các kết quả tính toán được trình bày sau đây: Lớp 2: f s2 = (1× 2 25.4 )× (1-sin24 0 )× tg24 0 +0 = 0.56 T/m 2 . Lớp 3:f s3 =(1× 2 35.4 +4.25)×(1-sin12 0 55’ )× tg12 0 55’+3.1= 4.24 T/m 2 . Lớp4:f s4 =1.05( 2 35.7 +4.35+4.25)x(1-sin16 0 19’)tg16 0 19’+2.84=5.55 T/m 2 . Lớp5:f s5 =1×( 2 9.4 +7.35+4.35+4.25)×(1-sin24 0 )×tg 24 0 +0 = 4.86T/m 2 Từ kết quả trên, ta có sức chòu tải của cọc do thành phần lực ma sát là: Q s = uΣ( f si ×l i ) Q s =1.88( 0.56x4.25+4.24x4.35+5.55x7.35+4.86x4.9) = 160.6 T ♦ Sức chòu tải mũi cọc: Q p = A p ×q p . Trong đó : q p : Cường độ chòu tải của đất dưới mũi cọc. A p : Tiết diện ngang của mũi cọc . Cọc d=60cm : A P =3.14x0.3 2 = 0.283 m 2 Cường độ chòu tải của đất dưới mũi cọc : q p = c×N c + σ’ VP ×N q + γ×d p ×N γ Trong đó: c = 0 T/ 2 m : Lực dính của đất tại mũi cọc . γ = 1 T/ 3 m : Trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc. d p =0.6m : đường kính mũi cọc ( cạnh cọc ) σ’ VP : Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất, T/ 2 m . Ứng suất bản thân tại mũi cọc được tính như sau: σ’ VP = 1x4.25+1×4.35+1.05×7.35 + 1×4.9 = 21.21 T/m 2 . 107 Chương 6: Tính toán cầu dẫn Nc , Nq , Nγ : Hệ số sức chòu tải , phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất (ϕ), hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc. Góc ma sát trong của đất : ϕ = 24 0 , tra Bảng các hệ số sức chòu tải của Terzaghi ( Giáo trình nền móng – Đại Học Bách Khoa T.P Hồ Chí Minh ) N q = 11.401 ; N c = 23.361 ; Nγ = 8.76. q p = 0x23.361 + 21.21x11.401 + 1x0.6x8.76 = 247.07 T/ 2 m . Sức chòu tải mũi cọc : Q p = A p ×q p = 0.283 ×247,07 = 69.9 T Sức chòu tải cho phép của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền : Q a = .141 2 9.69 5.1 160 25.1 =+=+ p s Q Q T c. Sức chòu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên động chuẩn: ( SPT) Công thức tính sức chòu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên động chuẩn được tính theo công thức( Meyerhof (1956) ,TCXD 205 : 1998 ) Q u = K 1 × N×A p + K 2 ×N tb ×A s Trong đó: K 1 = 400 : Hệ số cho cọc đóng . N là chỉ số SPT trung bình của đất trong khoảng 1D = 0.6 m dưới mũi cọc là N = 20 và 4D = 4× 0.6 = 2.4 m trên mũi cọc là N = 20 vì cọc cắm vào lớp đất 5a là 4.9 m . Như vậy, N =20. A p = F ( m 2 ): tiết diện ngang của cọc. K 2 = 2 : Hệ số lấy cho cọc đóng. N tb =16 : Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời A s : diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời. Vậy sức chòu tải cực hạn của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên động chuẩn là: Q u = 400×20×3.14x0.3 2 + 2x16x3.14x0.6x(4.9+4.25) = 2812 kPa = 281.2T Sức chòu tải tiêu chuẩn : Q tc = k Q u = 5.2 2.281 = 112.4T k = 2.5: Hệ số an toàn. 108 Chương 6: Tính toán cầu dẫn Vậy để thiên về an toàn ,ta thiết kế sơ bộ sẽ lấy sức chòu tải của cọc P c =112 T .Để kiểm chứng kết quả tính toán lý thuyết cần tiến hành công tác thử cọc tại hiện trường để xác đònh sức chòu tải sau cùng của cọc. 2.2.3 Chiều dài chòu uốn của cọc tính cho cầu dẫn số 1. L u = L o + ηd = L o + 8 x 0.6 = L o + 4.8 Bảng chiều dài tính toán của cọc L o 11.15 10.55 8.55 6.55 4.55 2.55 2.25 1.95 1.65 1.35 1.05 L u 15.95 15.35 13.35 11.35 9.35 7.35 7.05 6.75 6.45 6.15 5.85 2.3 Tải trọng và tính toán nội lực. 2.3.1 Tải trọng tác dụng lên khung dọc. Trọng lượng bản thân. Tải của xe vận chuyển H30. a. Trọng lượng bản thân. Do bản làm việc theo bản bê bốn cạnh truyền lên khung. Do dầm ngang chòu tải từ hai bản tác dụng vào với L 1 = 4.75m và L 2 = 6m. Tải trọng bản thân phân bố đều của bản q=1.1x(0.35x2.5 +0.06x2)= 1.09T/m 2 0.3958 62 75.4 2 2 1 = × == l l β q 1 = q x(1 – 2β 2 + β 3 ) = qx0.749 x4.75/2 + qx0.749x4.5/2 = 3.77 T/m 109 Chương 6: Tính toán cầu dẫn q 1 Tải do sàn truyền vào dầm dọc, dầm dọc truyền vào dầm ngang. Do bản làm việc theo bản bê bốn cạnh. qxL 1 Với L 1 = 4.75 (m) (lấy cho cạnh lớn là L = 4.75 (m) thiên về an toàn Ta có: q = 1.09T/m 2 Quy đổi ra thành tải phân bố đều q 2 = 1.09x4.75x5/8 = 3.23 T/m q 2 Khi đó thì tại những giao của dầm ngang truyền xuống dầm dọc có lực tập trung. P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 với p 1 = p 2= p 3= p 4 = p 5 = p 6 = p 7 = p 8 = p 9 = p 10 = p 11 = 3.23x(4.75+4.5)/2 = 14.93 T b. Tải do ôtô gây ra. Tải xe tác dụng lên cầu dẫn. 110 Chương 6: Tính toán cầu dẫn P2 P1P2 P1P2 P1P1 Với p1 = 12T , p2 = 6T Giải nội lực khung dọc cầu dẫn bằng phần mềm Sap2000 ta có Biểu đồ lực dọc trong cọc Biểu đồ mômen trong cọc 111 [...]... dụng Như đã tính ở trên ta có tải tác dụng vàokhung ngang là tải phân bố đều q1 = 3.23T/m 3.2 Chiều dài tính toán của cọc Lấy chiều dài nguy hiểm nhất là 15.95m (đã tính toán ở khung dọc bên trên) 3.3 Nội lực khung ngang cầu dẫn Dùng sap 2000 để tính khung ngang cầu dẩn 113 Chương 6: Tính toán cầu dẫn 114 ...Chương 6: Tính toán cầu dẫn Biểu đồ momen dương dầm dọc Biểu đồ momen âm dầm dọc Biểu đồ lực cắt dầm dọc 112 Chương 6: Tính toán cầu dẫn Ta có momen âm lớn nhất trong dầm là:M=-30.03Tm,momen dương lớn nhất là:M=32.08Tm,lực cắt lớn nhất trong dầm là Q=42.6T,lực dọc lớn nhất trong cọc là 77.17 T 3 Tính toán khung ngang 3.1 Tải trọng tác dụng Như đã tính ở trên ta có tải tác dụng . Chương 6: Tính toán cầu dẫn Chương 6 Tính toán cầu dẫn 1 Giới thiệu kết cấu cầu dẫn. Cầu tàu cảng Cát Lái mở rộng được bố trí 3 cầu dẫn, cầu dẫn số 1 có. đó cầu dẫn 2 và 3 có kết cấu như nhau nên tính toán chung cho cầu dẫn số 1. 80x100CM DẦM DỌC CẦU DẪN DẦM XIÊN CẦU DẪN 60x80CM 80x100CM DẦM NGANG CẦU DẪN