Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu SỐ LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN : TRẦN VĂN PHÚC MSSV : CĐ02134 CHUYÊN NGÀNH : CẦU ĐƯỜNG LỚP : CĐ02B Đề tài : THIẾT KẾ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG Qui mô thiết kế : Vónh cửu Tổng chiều dài cầu : 229 m Khổ cầu : 2x1.2 + 2x0.5 + 14.85 = 18.25m Trong đó: Phần vòm : 2x1.2 m Lan can : 2x0.5 m Phần xe chạy : 14.85m Tải trọng thiết kế : HL93, Người 300KG/m2 Khổ thông thuyền Chiều cao thông thuyền :6m Bề rộng thông thuyền : 50 m Giải pháp kết cấu nhòp : Nhòp dẫn : dầm I33m căng trước Nhòp : vòm ống thép nhồi bêtông có chiều dài 97.6m Sơ đồ kết cấu nhòp : 2x33 + 97.6 + 2x33 (m) Điều kiện đòa chất : Lớp : Bùn sét hữu màu xám xanh , đôi chỗ lẫn cát hữu : Chiều dày lớp : h1 = 12.8 m Các tiêu lý :     Trọng lượng thể tích : γw = 1.48 T/m3 Độ sệt : B = 1.24 Lực dính : c = 0.082 (KG/cm2) Góc ma sát : ϕ = 6004’ trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu Lớp : Cát hạt mòn đến trung ,đôi chỗ lẩn sỏi sạn ,màu xám xanh xám trắng ,kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻo cứng : Chiều dày lớp : h2 = m Các tiêu lý :     Trọng lượng thể tích : γw = 1.85 T/m3 Tỷ trọng : G = 2.69 Lực dính : c = 0.14 (KG/cm2) Góc ma sát : ϕ = 10 049’ Lớp : Sét cát màu xám vàng ,màu xanh ,trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng mặt lẩn nhiều đá dăm sạn : Chiều dày lớp : h3 = 10.2 m Các tiêu lý :     Tỷ trọng : G = 2.73 Trọng lượng thể tích : γw = 2.01 T/m3 Lực dính : c = 0.313 (KG/cm2) , Góc ma sát : ϕ = 21028’ Lớp : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng : Chiều dày lớp : h4 = 4.1 m Các tiêu lý :     Trọng lượng thễ tích : γw = 1.74 T/m3 Tỷ trọng : G =2.73 Lực dính : c = 0.125 (KG/cm2) Góc ma sát : ϕ = 70.10’ Lớp : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng : Chiều dày lớp : h4 = 19.9 m Các tiêu lý :     Trọng lượng thễ tích : γw = 1.983 T/m3 Tỷ trọng : G =2.73 Lực dính : c = (KG/cm2) Góc ma sát : ϕ = 230.52’ Lớp : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng : trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu Chiều dày lớp : h6 Các tiêu lý :     Trọng lượng thễ tích : γw = 2.12 T/m3 Tỷ trọng : G =2.73 Lực dính : c = 0.355 (KG/cm2) Góc ma sát : ϕ = 260.39’ trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG Hiện nay, việc xây dựng cầu qua sông rộng sâu, có nhu cầu lưu thông đường thuỷ lớn điều kiện đòa chất phức tạp đòi hỏi phải sử dụng loại nhòp độ lớn hàng trăm mét Với độ nhòp lớn vậy, số cấu kiện chòu lực nén vòm cầu vòm, mạ cong cầu giàn, hệ móng cọc kết cấu trụ, thân trục cần có khả chòu lực cao độ cứng lớn Trong trường hợp kích thước mặt cắt ngang cấu kiện lớn, dẫn đến tăng chi phí xây dựng tăng độ phức tạp trình vận chuyển, thi công Vì kết cấu ống thép nhồi bêtông nghiên cứu phát triển để khắc phục nhược điểm Kết cấu ống thép nhồi bêtông đáp ứng yêu cấu chòu lực cao, độ cứng lớn, giảm trọng lượng thân cấu kiện Cầu vòm ống thép nhồi bêtông xây dựng Liên Xô từ năm 1930 với cầu độ 140m qua sông Ixet 101m qua sông Neva [13] Trong thời gian từ năm 1990 đến nay, cầu vòm ống thép nhồi bêtông phát triển mạnh mẽ Trung Quốc, với nhiều loại hình kết cấu nhòp vòm chạy trên, chạy dưới, chạy giữa, kết cấu có căng Với tiết diện tổ hợp từ ống thép trở lên, cầu vòm ống thép nhồi bêtông vượt nhòp lên tới 360m Hiện nay, nước khác giới sử dụng kết cấu ống thép nhồi bêtông lónh vực xây dựng Nga, Pháp, Mỹ, Cannada, nhiều nước khác quan tâm đến kết cấu Tại Việt Nam xây dựng xong cầu vòm ống thép nhồi đường Nguyễn Văn Linh – thành phố Hồ Chí Minh tư vấn nước thiết kế phía Bắc có số cầu thiế kế cầu Hàn, cầu Đông Trù … chuyên gia kỹ sư Tổng công ty Tư Vấn Thiết Kế Giao Thông Vận Tải chủ trì trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 1.1 Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông Cột thép bêtông liên hợp đònh nghóa kết cấu chòu nén thép bọc bêtông bêtông nhồi ống thép Tùy thuộc chủng loại hình dạng chia làm loại cột liên hợp thường dùng xây dựng sau [13] : - Loại : thép kết cấu (cốt cứng ) bọc bêtông (hình a, b,c) - Loại : bêtông nhồi hộp, ống thép (hình f, g, i) - Loại : hỗn hợp loại (hình d, h) Hình 1.1 Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông Loại : đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật phòng cháy, đơn giản cần tăng cường độ cách thêm cốt thép lớp bêtông Tuy nhiên việc kiểm tra xử lý kết cấu thép bên thực Chủng loại kết cấu phù hợp cho công trình chòu động đất lớn với tải trọng ngang lặp Loại : ống thép nhồi bêtông sử dụng nhiều trụ cầu mà phải chòu tải trọng va xe, vành cầu vòm, cột nhà cao tầng không thiết có cốt thép bên Loại : có tính chống cháy cao có ưu điểm hai chủng loại kết cấu trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 1.2 Đặc điểm làm việc kết cấu ống thép tròn nhồi bêtông chòu nén Hình 1.2 Trạng thái ứng suất cấu kiện ống thép tròn nhồi bêtông chòu nén Trong phận kết cấu ống thép nhồi bêtông chòu lực dọc trục có thành phần ứng suất sau [13] : - Trong bêtông :ứng suất nén dọc trục σcBc áp lực ngang σr - Trong ống thép :ứng suất dọc trục σzs ứng suất tiếp σθs Nguyên nhân gây xuất áp lực ngang σr lên bêtông ứng suất tiếp σθs ống thép hệ số nở ngang hai loại vật liệu khác nhau, hệ số nở ngang bêtông lớn thép giai đoạn làm việc p lực ngang σ r lên bêtông không cho phép bêtông tự phát triển biến dạng theo phương ngang tạo trạng thái ứng suất ba chiều bêtông trạng thái chòu lực chiều, khả chòu lực dọc trục bêtông tăng lên đáng kể Đây đặc điểm chòu lực quan trọng kết cấu ống thép nhồi bêtông 1.3 Ưu điểm kết cấu ống thép nhồi bêtông Kết cấu ống thép nhồi bê tông có số điểm lợi vượt trội so với kết cấu thép bê tông cốt thép kết cấu bê tông cốt cứng Sự làm việc đồng thời ứng suất phân bố theo hướng mặt cắt đạt tới mức tối ưu Vỏ thép bên trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu chòu kéo chòu uốn tốt, đồng thời độ cứng kết cấu ống thép nhồi bê tông tăng mô đun đàn hồi vỏ thép lớn bê tông nhiều, cường độ chòu nén bê tông tăng đáng kể có hiệu ứng bó chống nở hông ống thép, bê tông bên làm giảm khả ổn đònh cục vỏ thép Hiệu ứng bó bê tông tiết diện hình tròn lớn nhiều so với vỏ thép dạng hộp chữ nhật hình dạng tròn thông thường hay áp dụng nhiều Ống thép nhồi bê tông tính toán thiết kế kết cấu liên hợp gồm ống thép lõi bê tông làm việc Khi chòu ứng suất vật liệu bê tông nhồi ống thép có ưu điểm sau [13] : - Có cường độ chòu lực cao với kích thước nhỏ kinh tế - Đơn giản liên kết với kết cấu khác - Khả chòu biến dạng dẻo đảm bảo đặc tính dẻo kết cấu - Giảm ổn đònh cục thường xẩy kết cấu thép - Thuận lợi thi công chế tạo lắp đặt - Kết cấu thép đựợc nghiên cứu tăng vào vò trí cần thiết - Bê tông ống chòu nén cao có ống thép bên - Thường thiết kế chống cháy cho bê tông không cần đề cập tới nằm thép - Không cần ván khuôn, đà giáo thi công - Thông thường kết cấu thép nhồi bê tông có độ giảm chấn cao so với kêt cấu thép tốt công trình vùng động đất Với ưu điểm kết cấu ống thép nhồi bêtông, việc áp dụng kết cấu cho cầu vòm độ lớn đáp ứng vấn đề sau [5] : - Phù hợp với đặc điểm chò nén kết cấu vòm - Phù hợp với yêu cầu dộ cứng cao kết cấu - Việc sử dụng vỏ thép làm ván khuôn kết cấu thi công kết cấu nhòp kết hợp với biện pháp lắp ráp dần đốt vỏ thép làm cho biện pháp thi công trở thành yếu tố đònh khả vượt nhòp kết cấu vòm - Kiểu dáng loại cầu mảnh, nhẹ nhàng so với loại cầu vòm (thép, bê tông cốt thép, …) có khả vượt nhòp tương đương khác Nó trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu góp phần làm đa dạng hoá loại hình kết cấu cầu độ nhòp lớn nâng cao hiệu kiến trúc công trình - Kết cấu cầu vòm có kéo không truyền lực đẩy ngang vào mố nên việc thiết kế mố trụ không phức tạp Toàn lực đẩy ngang sinh sườn vòm cân nhờ cáp kéo đặt tự mặt phẳng dầm dọc dầm ngang GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH Kết cấu thượng gồm sườn vòm với tiết diện hình tròn giằng chân vòm Cáp giằng gồm bó, bó gồm 22 tao Þ 15.24mm, hai đầu neo chặt chân vòm Cáp treo gồm 55 Þ mm hợp thành Dầm ngang loại dầm đúc sẵn BTCT DƯL căng sau Dầm dọc loại dầm BTCT thường đúc sẵn có tiết diện hình hộp rỗng, dầm mặt cầu sử dụng loại dầm T đúc sẵn BTCT Chân vòm cấu tạo thép hàn liên kết đồng thời cho đổ bêtông vào khoang trống bên Hệ dầm ngang gồm dầm ngang dầm ngang Dầm ngang sử dụng loại dầm có phần bụng đặc hình chữ nhật, hai bên hông có phần colson rộng 300mm để đỡ dầm dọc biên dầm T mặt cầu Dầm ngang (dầm ngang chân vòm) có tiết diện hình chữ nhật Phần sườn vòm có giằng ngang chòu tải trọng gió khoảng cách 10.4m Các khoang cáp treo cách 5.2m, riêng khoang cách 7.2m 2.1 Hệ thống quy trình tải trọng áp dụng Quy trình – quy phạm thiết kế Hiện chưa có quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thép nhồi bêtông, phạm vi đồ án này, em tham khảo tiêu chuẩn khác ASSHTO LRFD, tiêu chuẩn châu u Eurocode 1994 (EC4), tiêu chuẩn CECS 28 -90 (Trung Quốc) Về bản, phận kết cấu tính toán theo quy trình thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05 ban hành Tải trọng - Hoạt tải thiết kế : HL93 - Hệ số xung kích : µ = 1.25 trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 2.2 Cấu tạo chi tiết 2.2.1 Sơ đồ kết cấu Sơ đồ bố trí nhòp Cầu vòm đồ án thiết kế theo phương án cầu vòm xe chạy Thanh giằng chân vòm có phương án bố trí giằng : cáp dự ứng lực giằng chân vòm thép hộp, cáp dự ứng lực có lợi thi công, điều chỉnh nội lực, kết hợp với công nghệ chống gỉ nên phương án cáp dự ứng lực giằng chân vòm chọn lựa Sơ đồ kết cấu nhòp : 2x33 + 97.6 + 2x33 m Phương trình đường tim vòm Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghóa lớn khai thác, thông thường cầu vòm thép nhồi bêtông công trình cầu vòm khác thường chọn đường cong tim vòm đường cong parabol bậc bậc đường cong dạng dây xích Các đường cong có đường cong áp lực trùng với đường cong tim vòm Cầu vòm đồ án sử dụng đường cong parabol bậc có phương trình sau : y=4 f ( L − x) x L2 Trong : f : đường tên vòm L : chiều dài nhòp, tỉ lệ f/L = 1/5 2.2.2 Các cấu tạo chủ yếu Mặt cắt ngang vành vòm Có nhiều chủng loại mặt cắt vành vòm hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn … vành vòm tổ hợp từ 2, 3, hay nhiều ống thép nhồi bêtông Do độ cầu đồ án không lớn (97.6 m), để đơn giản trình thi công chế tạo, mặt cắt ngang vành vòm lựa chọn có hình dạng số 8, gồm hai ống thép có đường kính D = 1m liên kết với qua thép Chiều cao vành vòm H = 2.4m, mặt cắt có tỷ lệ H/L = 2.4/ 97.6 = / 122 trang SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu Chiều dày ống thép Thép kết cấu dùng cho vành vòm phù hợp với tiêu chuẩn ASSHTO M270M Grade 345W ASTM A709M Grade 345W có giới hạn chảy tối thiểu fy = 345 MPa Theo số tài liệu Trung Quốc lấy chiều dày vành vòm t = ∼ 16 mm chọn chiều dày vành vòm t = 12 mm Sơ đồ cáp treo Dầm dọc mặt cầu hệ thống dầm ngang liên kết với vòm chủ yếu qua hệ thống cáp treo, cáp treo phải bố trí nhằm đáp ứng đầy đủ yêu cầu thi công khai thác Bước cáp treo lựa chọn vào kích thước dầm vành vòm để bố trí đầu neo, khả cẩu lắp dầm ngang mặt cầu Bước cáp treo không nên lựa chọn dài làm tăng nội lực cáp, ngắn làm tăng số lượng cáp treo Bước cáp treo lựa chọn 5.2m Kết cấu giằng ngang Vòm ống thép nhồi bêtông có khả chòu nén cao, tính toán ổn đònh mặt phẳng vòm cần thiết Mặt cắt ngang vành vòm có hình số 8, độ cứng mặt phẳng vòm lớn nhiều so với độ cứng mặt phẳng vòm Để tăng cường độ cứng dùng giằng ngang nhằm làm giảm chiều dài tự vành vòm Cấu tạo giằng ngang ống thép tròn nhồi bêtông 2.2.3 Mặt cắt ngang cấu kiện 2400 Diện tích mặt cắt A = 2.273 m2 Mômen quán tính Ix = 1.0867 m4 Iy = 0.1553 m4 900 600 600 Ø1000 900 Vành vòm 1000 trang 10 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu Trọng lượng lớp bêtông bit đáy Pbt = F.h γb = 209x1.5x2.3 = 721 T Lực ma sát cọc bêtông bòt đáy : Pc = n.U.h.τ = 14x3.768x1.5x10 = 791 T Lực ma sát chân cọc ván thép đất Pvt = C.d.c = 61.1x4.3x0.82 = 215 T Tổng cộng lực giữ : Pgiu = 205 + 721 + 791 + 215 = 1932 T Ta thấy Pgiu > Pdn , chiều dày lớp bêtông bòt đáy 1.5 m thỏa mãn yêu cầu TÍNH CỌC VÁN THÉP 3.1 Kiểm tra ổn đònh tường cọc ván Cọc ván tính trường hợp bất lợi đào xong đất đáy móng, chuẩn bò đổ lớp bêtông bòt đáy Khi cọc ván có xu hướng quay quanh điểm O, cọc ván có chống với sơ đồ tính sau [10] : B 8.52 Đỉnh bệ -0.52 O -4.52 8.52 +4.0 C Eb Ec -11.3 D Hình 12.3 Sơ đồ tính toán ổn đònh cọc ván thép Điều kiện để cọc ván không lật quanh điểm O : Mlật ≤ kMgiữ trang 218 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu Trong : k : hệ số ổn đònh, k = 0.8 Mlật : momen lật điểm O Mgiữ : momen giữ điểm O p lực đất chủ động tác dụng lên cọc ván độ sâu z : P = γdnλaz Trong : γdn : trọng lượng riêng đất có xét đẩy γ dn = γ − γ n 14.8 − 10 = = 1.44 KN / m3 1+ ε + 2.341 γ0 : trọng lượng riêng đất γn : trọng lượng riêng nước ε : hệ số rỗng đất λa : hệ số áp lực đất chủ động 60 '   ϕ 2 λa = tg  45 − ÷ = tg  45 − ÷= 2    = 0.81 ⇒ P = 1.44x0.81xz = 1.17z Tại B : z = 0, P = Tại D : z = 6.78 (m), P = 7.93 KN/m2 Trọng tâm biểu đồ áp lực đất chủ động cách O đoạn : h1 = 8.52 (m) p lực đất bò động tác dụng lên cọc ván độ sâu z : P = γdnλpz Trong : λp : hệ số áp lực đất bò động trang 219 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu  ϕ 60 '   λ p = tg  450 + ÷ = tg  450 + ÷= 2    = 1.24 ⇒ P = 1.44x1.24xz = 1.79z Tại A : z = 0, P = Tại C : z = 6.78 (m), P = 12.13 KN/m2 Trọng tâm biểu đồ áp lực đất bò động cách O đoạn : h2 = 8.52 (m) Momen lật điểm O M lat = E1h1 = = × 7.93 × 6.78 × 8.52 = 229 KNm Momen giữ điểm O M giu = E2 h2 = = ×12.13 × 7.68 × 8.52 = 397 KNm Điều kiện ổn đònh : Mlật = 229 ≤ kMgiữ = 0.8x397 = 317.6 KNm (Thỏa) Vậy cọc ván thép thỏa điều kiện ổn đònh 3.2 Tính sức chòu tải cọc ván Trường hợp bất lợi sau đổ bêtông bòt đáy hút nước khỏi hố móng Sơ đồ tính xem dầm giản đơn kê lên gối : điểm O điểm cách lớp bêtông bòt đáy 0.5m Tải trọng tác dụng chủ yếu áp lực nước [10] Sơ đồ tính : trang 220 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 8.02 O B 8.02 T/m C Hình 12.4 Sơ đồ tính sức chòu tải cọc ván thép Để đơn giản ta tách dải tường cọc ván có bề rộng 1m theo phương đứng để tính, momen lớn cọc ván : Mmax = 28.2 Tm Phản lực O : RO = 9.7 T Khả chòu uốn dải cọc ván thép có bề rộng m theo phương đứng : [M] = W/m [σ] = 3150x1700 = 5355000 KGcm = 53.55 Tm Ta thấy : [M] = 53.55 Tm > Mmax = 28.2 Tm Vậy cọc ván thép đủ khả chòu lực 3.3 Tính sức chòu tải vành đai Sơ đồ tính toán vành đai : trang 221 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu Hình 12.5 Sơ đồ tính toán vành đai Chọn tiết diện vành đai : 30cm 2.52cm 40cm Hình 12.6 Tiết diện vành đai Vành đai gồm 2[ 30 + giằng 1x40, có đặc trưng hình học sau : F = 81 cm2 JY = 25403 cm4 trang 222 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 3.3.1 Tính vành đai ngắn Sơ đồ tính toán vành đai ngắn : b a 3.5 3.3 3.5 Hình 12.7 Sơ đồ tính toán vành đai ngắn Lực tác dụng phản lực O cọc ván : p = 9.7 T/m Giải hệ ta momen lớn sau : Mmax = 12.0 Tm Ra = 37.1 T Rb = 37.1 T ng suất : σ= M 12 ×105 y= × 20 = 945Kg / cm J 25403 ng suất cho phép : [σ] = 1700 KG/cm2 Vậy : σ = 945 KG/cm2 < [σ] = 1700 KG/cm2, vành đai ngắn đạt yêu cầu 3.3.2 Tính vành đai dài Sơ đồ tính toán vành đai dài : Hình 12.8 Sơ đồ tính toán vành đai dài Lực tác dụng phản lực O cọc ván : p = 9.7 T/m Giải hệ ta momen lớn sau : Mmax = 16.75 Tm R0 = 44.5 T trang 223 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu R1 = 38.2 T R2 = 38.2 T R3 = 44.5 T ng suất : σ= M 16.75 × 105 y= × 20 = 1319 KG / cm J 25403 ng suất cho phép : [σ] = 1700 KG/cm2 Vậy : σ = 1319 KG/cm2 < [σ] = 1700 KG/cm2, vành đai dài đạt yêu cầu 3.4 Tính sức chòu tải chống Lực tác dụng lên chống phản lực tác dụng lên gối sơ đồ tính vành đài Công thức kiểm tra cường độ : σ= N ≤ [σ ] ϕF Trong : F : diện tích chống ϕ : hệ số uốn dọc Chọn thép hình I 30 làm chống, có đặc trưng hình học sau : 20 F = 93 cm2 JY = 9974 cm4 9974 = 10.35cm 93 30 ry = lo = 200 cm : chiều dài tự chống ⇒ λy = 13.5 l0 200 = = 19.32 ry 10.35 ⇒ ϕ = 0.97 Hình 12.9 Tiết diện chống trang 224 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu ng suất lớn chống : σ max = Ta thấy : N max 44500 = = 493 KG / cm ϕ F 0.97 × 93 σmax = 493 KG/cm2 < [σ] = 1700 KG/cm2 Vậy chống đủ khả chòu lực trang 225 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bản vẽ Supper – Structure of arch bridge, Xom Cui bridge [2] Cầu bê tông cốt thép đường ô tô Lê Đình Tâm, tập 1, Nhà xuất xây dựng [3] Cầu vòm ống thép nhồi bê tông Phùng Mạnh Tiến – Vũ Trí Thắng Tạp chí Giao Thông Vận Tải 6/2004 [4] Cơ học kết cấu Lều Thọ Trình, tập 1, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2004 [5] Kết cấu ống thép nhồi bê tông Nguyễn Viết Trung – Trần Việt Hùng Nhà xuất xây dựng, 2006 [6] Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas / Civil Ngô Đăng Quang (chủ biên), tập Nhà xuất xây dựng, 2005 [7] Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính toán, công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông Nguyễn Duy Dương Luận văn thạc só, 2005 [8] Quy phạm thiết kế thi công kết cấu cầu ống thép nhồi bê tông CECS 28 – 90, Trung Quốc [9] TCXD 205 : 1998, Móng cọc - tiêu chuẩn thiết kế Nhà xuất xây dựng, 2002 [10] Thi công móng trụ mố cầu Nguyễn Trâm, Nguyễn Tiến Oanh, Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hòa Nhà xuất xây dựng, 2005 [11] Thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bê tông Đông Trù Nguyễn Trung Hồng, Trần Quốc Bảo Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải [12] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05 Nhà xuất Giao thông vận tải, 2005 [13] Tính toán cấu kiện ống thép nhồi bê tông tác dụng lực dọc trục mômen uốn Đỗ Minh Dũng, Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải trang 226 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu MỤC LỤC CHƯƠNG Giới thiệu công trình 1.Tổng quan cầu vòm ống thép nhồi bêtông 1.1.Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông 1.2.Đặc điểm làm việc kết cấu ống thép tròn nhồi bêtông chòu nén 1.3.Ưu điểm kết cấu ống thép nhồi bêtông 2.Giới thiệu khái quát công trình 2.1.Hệ thống quy trình tải trọng áp dụng 2.2.Cấu tạo chi tiết 2.2.1 Sơ đồ kết cấu 2.2.2 Các cấu tạo chủ yếu 2.2.3 Mặt cắt ngang cấu kiện 10 2.2.4 Các đặc trưng vật liệu 13 2.2.5 Hệ thống chống gỉ 14 CHƯƠNG Tính toán lan can 16 1.Sơ đồ tính toán .16 2.Điều kiện kiểm toán 17 3.Xác đònh số liệu tính toán 17 3.1.Xác đònh lực va ngang xe Ft 17 3.2.Xác đònh tổng sức kháng cực hạn hệ lan can 17 3.3.Sức kháng gờ bêtông 17 3.3.1 Tính sức kháng cột lan can .21 3.3.2 Tính sức kháng cột lan can .22 3.3.3 Trường hợp va chạm nhòp lan can 22 3.3.4 Trường hợp va chạm cột lan can 23 3.4.Tính toán chống trượt cho lan can 24 4.Kiểm toán lan can 26 4.1.Tính nội lực lan can 26 4.2.Tính sức kháng uốn lan can 28 4.3.Kết luận : .28 4.4.Cột lan can 28 4.4.1 Tính nội lực cột lan can : 28 4.4.2 Tính khả chòu lực cột lan can : .30 5.Kiểm toán sức chống nhổ bulông .30 CHƯƠNG Kiểm toán dầm dọc T mặt cầu 32 1.Nội lực tính toán 32 1.1.Các trường hợp tải trọng tác dụng : .32 1.1.1 Tỉnh tải : 32 trang 227 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 1.1.2 Hoạt tải : .33 1.2.Tính hệ số phân bố ngang : 33 1.2.1 Dầm R0 : .34 1.2.2 Dầm R1 : .35 1.2.3 Dầm R2 36 1.2.4 Dầm R3 : .37 1.2.5 Tính hệ số phân bố ngang cho dầm gối 38 1.3.Xác đònh lực cắt mômen hoạt tải .40 1.3.1 Mặt cắt gối (vò trí 100) : 40 1.3.2 Mặt cắt ¼ dầm (vò trí 102) : .42 1.3.3 Mặt cắt 1/2 dầm (vò trí 102) : 44 1.4.Xác đònh lực cắt mômen tónh tải 46 1.5.Tổng hợp nội lực : 47 2.Kiểm toán .49 2.1.Dầm T mặt cầu nhòp .49 2.1.1 Thiết kế cốt thép theo TTGH CĐ cho tiết diện dầm : 49 2.1.2 Kiểm tra nứt theo TTGH SD mặt cắt nhòp : .50 2.1.3 Tính toán cốt đai chòu cắt : 52 2.2.Dầm T mặt cầu đầu nhòp 54 2.3.Dầm dọc biên đầu nhòp 55 2.4.Dầm dọc biên nhòp .56 CHƯƠNG Kiểm toán dầm dọc 57 1.Nội lực tính toán 57 2.Kiểm toán .58 2.1.Tiết diện kiểm toán .58 2.2.Thiết kế cốt thép theo TTGH CĐ 58 2.2.1 Cốt thép chòu momen dương 58 2.2.2 Cốt thép chòu momen âm 59 2.3.Kiểm tra nứt theo TTGH SD mặt cắt nhòp 60 2.4.Tính toán cốt đai chòu cắt : 62 CHƯƠNG Kiểm toán dầm ngang DƯL .65 1.Thông số vật liệu 65 2.Nội lực tính toán 65 3.Chọn bố trí cáp dự ứng lực 68 4.Tính đặc trưng hình học mặt cắt 69 5.Tính mát ứng suất 70 5.1.Do ma sát : 71 5.2.Mất mát ép sít neo φPA 73 5.3.Mất mát nén đàn hồi : 73 5.4.Mất mát co ngót BT (không đổi toàn tiết diện ): 75 5.5.Mất mát từ biến : 75 trang 228 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 5.6.Mất mát chùng nhão giai đoạn khai thác : 76 5.7.Tổng hợp mát ƯS cho tiết diện : 77 6.Kiểm toán dầm theo trạng thái giới hạn sử dụng 77 6.1.Trong giai đoạn truyền lực căng : 77 6.1.1 Xét mặt cắt gối : 77 6.1.2 Tính tương tự cho mặt cắt lại 78 6.2.Kiểm tra khả chòu uốn TTGH Sử dụng (giai đoạn 2) : .79 6.2.1 Mặt cắt nhòp: 79 6.2.2 Tính tương tự cho mặt cắt lại 80 7.Kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ .80 7.1.Sức kháng uốn .80 7.2.Sức kháng cắt 84 7.2.1 Xét mặt cắt gối 84 7.2.2 Xét mặt cắt lại 87 CHƯƠNG Tính toán sườn vòm ống thép nhồi bêtông 89 1.Phân tích kết cấu 89 1.1.Liên kết phận kết cấu cầu 89 1.2.Tải trọng tác dụng: 90 1.3.Phân bố hoạt tải kết cấu cầu vòm: .90 1.4.Sơ đồ tính toán kết cấu: .90 2.Tính toán nội lực cầu vòm theo học kết cấu .92 2.1.Tính nội lực vòm có kéo 92 2.1.1 Xác đònh σ11 93 2.1.2 Xác đònh 1P .94 2.1.3 Xác đònh ∆1t 94 2.1.4 Xác đònh ∆1Z 94 2.1.5 Xác đònh nội lực sườn vòm: 94 2.1.6 Nội lực kéo: 95 2.2.Độ cứng dầm dọc ảnh hưởng đến nội lực vòm: 95 2.3.Kiểm tra ổn đònh sườn vòm 97 3.Tính toán kết cấu theo phương pháp PTHH 97 3.1.Mô hình tính toán : 98 3.1.1 Phần tử dây cáp phương pháp PTHH : 98 3.1.2 Phần tử dầm chòu uốn 99 3.1.3 Vector tải căng cáp: 101 3.2.Tính toán lực căng treo giằng 101 3.3.Mô hình hoá kết cấu MIDAS / Civil 7.0.1 : 103 3.3.1 Các số liệu đầu vào : 104 3.3.2 Tính toán lực căng MIDAS : 106 3.4.Kết tính toán nội lực: 107 4.Nghiên cứu làm việc ống thép nhồi bê tông .112 trang 229 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 4.1.Kết cấu thép nhồi bêtông chòu tải dọc trục: 112 4.2.Độ cứng cột thép nhồi bêtông chòu tải dọc trục: 112 5.Khả chòu lực kết cấu ống thép nhồi bêtông theo CECS 28-90 113 5.1.Điều kiện lực nén 113 5.2.Khả chòu lực 113 5.2.1 Khả chòu tải cột đơn : 113 5.2.2 Khả chòu tải cột tổ hợp : .116 5.3.Tính toán tổng thể kết cấu vành vòm 119 5.3.1 Tính sức chòu tải cột đơn : .119 5.3.2 Tính sức chòu tải cột tổ hợp : 121 5.4.Tính toán ổn đònh kết cấu vành vòm 124 5.4.1 Tính toán ổn đònh tổng thể mặt phẳng vành vòm 124 5.4.2 Tính toán ổn đònh tổng thể mặt phẳng vành vòm 128 6.Kiểm toán cáp treo 130 7.Kiểm toán cáp giằng 131 CHƯƠNG Tính toán trụ 133 1.Giới thiệu chung 133 2.Cấu tạo trụ 133 3.Các loại tải trọng tác dụng lên trụ : .135 3.1.Tải trọng kết cấu nhòp : .135 3.1.1 Nhòp dẫn : 135 3.1.2 Nhòp vòm : 141 3.2.Lực hãm xe – BR .143 3.3.Tónh tải trụ – DC 144 3.4.Tải trọng gió : 145 3.4.1 Tải trọng gió tác dụng lên thân trụ KCN (WS) 145 3.4.2 Tải trọng gió tác dụng lên xe (WL) 147 3.5.Lực đẩy B 148 4.Tổng hợp tải trọng 149 4.1.Tải trọng tác dụng lên mặt cắt A – A (đáy bệ) 149 4.2.Tải trọng tác dụng lên mặt cắt B – B (đỉnh bệ) 150 5.Tổ hợp tải trọng 150 5.1.Mặt cắt A – A (đáy bệ) : 150 5.1.1 Các tổ hợp : 150 5.1.2 Tổ hợp tải trọng đáy bệ : 156 5.2.Mặt cắt B – B (đỉnh bệ) : 157 5.2.1 Các tổ hợp : 157 5.2.2 Tổ hợp tải trọng đỉnh bệ : .159 6.Kiểm toán tiết diện 160 6.1.Kiểm toán mặt cắt b - b (đỉnh bệ) : 160 6.1.1 Đặc trưng hình học : 160 trang 230 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 6.1.2 Các thông số kỹ thuật trụ 160 6.1.3 Kiểm toán cấu kiện chòu nén : 160 6.1.4 Kiểm toán khả chòu cắt tiết diện : .163 6.1.5 Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt : 165 6.2.Kiểm toán mặt cắt a - a (đáy bệ) : .168 6.2.1 Các thông số tính toán : .168 6.2.2 Các tổ hợp tải trọng nguy hiểm mặt cắt đáy móng: .168 6.2.3 Kiểm toán cấu kiện chòu nén 168 6.2.4 Kiểm toán khả chòu cắt tiết diện 171 6.2.5 Kiểm toán nứt tiết diện : 172 CHƯƠNG Tính toán cọc khoan nhồi .174 1.Đòa chất khu vực 174 2.Tính toán sức chòu tải cọc theo vật liệu 175 3.Tính toán sức chòu tải cọc theo đất .176 3.1.Công thức tính toán sức chòu tải cọc theo đất .176 3.2.Sức kháng mũi cọc .178 3.3.Tổng hợp sức kháng 178 3.4.tính toán số lượng cọc 179 3.5.Xác đònh nội lực đầu cọc 179 3.6.Kiểm tra sức chòu tải cọc .191 3.6.1 Kiểm tra sức chòu tải cọc : 191 3.6.2 Kiểm tra chuyển vò đỉnh trụ : 191 4.Thiết kế cốt thép cho cọc khoan nhồi .192 4.1.Thiết kế cốt thép chòu mômen uốn 192 4.2.Thiết kế cốt thép chòu cắt 193 5.Tính cốt thép cho đài cọc 194 5.1.1 Tính cốt thép theo phương dọc cầu .194 5.1.2 Tính cốt thép theo phương ngang cầu 195 5.1.3 Tính toán chọc thủng cho đài cọc 195 CHƯƠNG Thi công mố cầu 197 1.Một số kích thước 197 2.Phương án thi công 197 3.Các lưu ý trình thi công 198 3.1.Thi công kết cấu phần .198 3.2.Thi công toàn cầu 199 CHƯƠNG 10 Thi công trụ cầu 201 1.Thi công móng trụ .201 1.1.Kích thước móng trụ cầu 201 1.2.Trình tự bước công nghệ .201 1.3.Thi công vòng vây cọc ván thép 202 trang 231 SVTH: Trần Văn Phúc Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Mai Lựu 1.4.Thi công đảo cát 203 1.5.Công tác khoan tạo lỗ 203 1.5.1 Khoan tạo lỗ 203 1.5.2 Rửa hố khoan 203 1.5.3 Công tác cốt thép 204 1.5.4 Công tác bê tông 205 1.6.Thi công bệ móng trụ 207 2.Thi công thân trụ .207 3.ThI công mũ trụ 207 CHƯƠNG 11 Thi công kết cấu nhòp 208 1.Trình tự bước thi công 208 2.chế tạo lắp đặt kết cấu vành vòm 209 2.1.Xác đònh trục vành vòm để chế tạo 209 2.2.Xác đònh phân đoạn 210 2.3.Lắp đặt thử trường 210 2.4.Lắp đặt chân vòm 210 2.5.Lắp đặt kết cấu vành vòm thép 211 3.Bơm bê tông vào ống vòm 212 3.1.Lựa chọn phương pháp bơm bê tông 212 3.2.Công nghệ bơm bêtông vào ống thép sườn vòm .213 4.Công nghệ kích nâng dầm ngang .214 4.1.Phương pháp nâng liên tục 214 4.2.Kiểm soát cao độ dầm ngang trình lao lắp 214 5.Công nghệ căng kéo căng 214 5.1.Nguyên tắc kiểm soát căng kéo 214 5.2.Quá trình kéo .215 6.Biện pháp ổn đònh tổng thể cầu trình thi công 215 CHƯƠNG 12 Tính toán thi công vòng vây cọc ván thép 216 1.Sơ đồ bố trí 216 2.Tính chiều dày lớp bêtông bòt đáy 217 3.Tính cọc ván thép 218 3.1.Kiểm tra ổn đònh tường cọc ván 218 3.2.Tính sức chòu tải cọc ván .220 3.3.Tính sức chòu tải vành đai 221 3.3.1 Tính vành đai ngắn 223 3.3.2 Tính vành đai dài .223 3.4.Tính sức chòu tải chống 224 trang 232 SVTH: Trần Văn Phúc