Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng MỤC LỤC MỤC LỤC .1 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ KHU VỰC TUYẾN I ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN: I.1 Đòa hình I.2 Đòa chất : II QUI MÔ, TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH : II.1 Quy mô công trình : Qui mô vónh cửu CHƯƠNG II THIẾT KẾ LAN CAN .11 I TÍNH TOÁN THANH LAN CAN: 11 II TÍNH TOÁN CỘT LAN CAN: 12 III TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BULÔNG GIỮA CỘT LAN CAN VÀ TRỤ BÊ TÔNG 14 III.1 Về mặt cấu tạo 14 III.2 Kiểm tra mối nối: .15 IV TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA GỜ CHẮN XE 16 IV.1 Khả chòu lực gờ chắn có xe va: .18 IV.2 Kiểm tra hàm lượng thép min: 20 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 23 I TẢI TRỌNG TÁC DỤNG : 24 I.1 Tỉnh tải : 24 I.2 Hoạt tải : 28 II TỔNG HP NỘI LỰC CHO BMC : 35 II.1 Hệ số điều chỉnh tải trọng : 35 II.2 Tổ hợp tải trọng TTGH CĐ (Mu), TTGH SD (Ms): .35 II.3 Chọn bố trí cáp DUL : 37 II.4 Tính mát ứng suất : .40 II.5 Biểu đồ mômen lực dọc cáp dự ứng lực gây .43 III KIỂM TOÁN THEO TTGH SỬ DỤNG : 44 III.1 Giai đoạn truyền lực căng : .44 III.2 Giai đoạn sử dụng : 45 III.3 Kiểm toán trạng thái cường độ: .46 III.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép: 47 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -1- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng CHƯƠNG I GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ KHU VỰC TUYẾN I Điều kiện tự nhiên: I.1 Đòa hình + Đòa hình khu vực xây dựng cầu thấp phẳng, cao độ bình quân khoảng từ +0.0 đến +1.0, bò chia cắt mạnh hệ thống ao hồ, kênh rạch nhỏ vuông nuôi tôm + Khu vực cầu bờ phía Cà Mau có số nhà dân nằm gần bờ sông Ông Đốc đường hữu, qui mô nhà chủ yếu nhà tạm, cấp 4, có vài nhà vừa xây dựng + Dọc bờ sông phía Cà Mau có đường đất đắp vừa thi công năm 2003, chủ yếu lấy từ đất đào cải tạo sông Đốc, chiều rộng đường khoảng 12m Dọc theo đường có đường điện trung – hạ Đường điện cần di dời để xây dựng cầu + Tuyến sông Ông Đốc sông Cái Tàu, nối với sông Tắc Thủ cửa sông Ông Đốc, tuyến sông cấp II III thuộc Trung ương quản lý Thượng nguồn bờ Tây sông Đốc Cụm công nghiệp Khí – Điện – Đạm Cà Mau Sông Ông Đốc qua huyện U Minh Thới Bình đoạn ngắn, lại phần lớn qua huyện Trần Văn Thời biển Tây cửa sông Đốc + Chiều rộng mặt sông Đốc khu vực xây dựng cầu khoảng 110m; cao độ đáy sông -5.0m Đây tuyến sông nên mật độ thông thuyền cao  Một số nhận xét có liên quan tới việc lựa chọn kết cấu thi công công trình: + Cần lưu ý lựa chọn loại hình kết cấu nhòp, trụ biện pháp tổ chức thi công gây ảnh hưởng bất lợi cho giao thông đường thủy + Có thể bố trí công trường bờ, bên đầu cầu + Việc vận chuyển vật tư, thiết bò thi công đến công trường thực đường thủy I.2 Đòa chất : Căn vào kết khảo sát, đòa tầng phân bố sau: + Lớp 1: Bùn sét màu xám xanh, xám đen, trạng thái chảy, dày khoảng 19m ÷ 21m Các tiêu - lý chủ yếu lớp đất sau : - Lực dính c : 0.075 kG/cm2 - Góc ma sát ϕ : 3052’ - Dung trọng tự nhiên γ : 1.56 g/cm3 - Độ ẩm tự nhiên W % : 68.1% - Hệ số rỗng tự nhiên ε0 : 1.89 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -2- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng - Độ sệt B : 1.39  Nhận xét : Đây lớp đất chòu lực yếu, tính nén lún cao + Lớp 2a: Sét cát trạng thái dẻo cứng, dày khoảng 2.5m ÷ 5.3m Các tiêu lý chủ yếu lớp đất sau : - Lực dính c : 0.27 kG/cm2 - Góc ma sát ϕ : 17039’ - Dung trọng tự nhiên γ : 2.06 g/cm3 - Độ ẩm tự nhiên W % : 20.2% - Hệ số rỗng tự nhiên ε0 : 0.59 - Độ sệt B : 0.41 + Lớp 2b: Sét trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng, dày khoảng 3.1m ÷ 6.4m Các tiêu - lý chủ yếu lớp đất sau : - Lực dính c : 0.54 kG/cm2 - Góc ma sát ϕ : 13039’ - Dung trọng tự nhiên γ : 1.96 g/cm3 - Độ ẩm tự nhiên W % : 27.8% - Hệ số rỗng tự nhiên ε0 : 0.78 - Độ sệt B : 0.23  Nhận xét: Đây lớp đất chòu lực tương đối tốt, nhiên chiều dày lớp đất mỏng không thích hợp cho việc đặt móng kết cấu mố - trụ cầu + Lớp 3: Cát sét, trạng thái dẻo, dày khoảng 2.1m ÷ 4.3m Các tiêu - lý chủ yếu lớp đất sau : - Lực dính c : 0.23 kG/cm2 - Góc ma sát ϕ : 21001’ - Dung trọng tự nhiên γ : 1.92 g/cm3 - Độ ẩm tự nhiên W % : 27.2% - Hệ số rỗng tự nhiên ε0 : 0.79 - Độ sệt B : 0.5  Nhận xét : Đây lớp đất chòu lực yếu, không thích hợp cho việc đặt móng kết cấu mố - trụ cầu + Lớp 4: Sét, trạng thái dẻo cứng - nửa cứng, dày khoảng 3.7m ÷ 10.5m Các tiêu - lý chủ yếu lớp đất sau : - Lực dính c : 0.296 kG/cm2 - Góc ma sát ϕ : 22054’ - Dung trọng tự nhiên γ : 2.02 g/cm3 - Độ ẩm tự nhiên W % : 22.9 % - Hệ số rỗng tự nhiên ε0 : 0.65 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -3- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng - Độ sệt B : 0.22  Nhận xét : Đây lớp đất chòu lực tốt, xét đặt móng kết cấu mố - trụ cầu + Lớp 5: Sét kẹp cát, trạng thái dẻo mềm, dày khoảng 6.8m ÷ 25.6m Các tiêu - lý chủ yếu lớp đất sau : - Lực dính c : 0.23 kG/cm2 - Góc ma sát ϕ : 17027’ - Dung trọng tự nhiên γ : 1.83 g/cm3 - Độ ẩm tự nhiên W % : 33.6 % - Hệ số rỗng tự nhiên ε0 : 0.97 - Độ sệt B : 0.68  Nhận xét : Đây lớp đất chòu lực trung bình, không thích hợp cho việc đặt móng kết cấu mố - trụ cầu + Lớp 6: Cát hạt bụi, lẫn bột sét, kết cấu chặt vừa đến chặt, dày khoảng 3.4 ÷ 9.9m Các tiêu - lý chủ yếu lớp đất sau : - Tỷ trọng : 2.67 g/cm3 - Góc nghiêng trạng thái khô : 35000’ - Góc nghiêng trạng thái ướt : 24000’ - Hệ số rỗng lớn : 1.51 - Hệ số rỗng nhỏ : 0.67  Nhận xét : Đây lớp đất chòu lực tốt, xét đặt móng kết cấu mố - trụ cầu + Lớp 7: Sét kẹp cát, trạng thái dẻo mềm, dày khoảng 4.0m ÷ 11.5m Các tiêu - lý chủ yếu lớp đất sau : - Lực dính c : 0.26 kG/cm2 - Góc ma sát ϕ : 20035’ - Dung trọng tự nhiên γ : 1.83 g/cm3 - Độ ẩm tự nhiên W % : 33.6 % - Hệ số rỗng tự nhiên ε0 : 0.97 - Độ sệt B : 0.68  Nhận xét : Đây lớp đất chòu lực trung bình, không thích hợp cho việc đặt móng kết cấu mố - trụ cầu  Kết luận + Với đặc điểm phân bố đòa tầng đặc trưng - lý lớp đất nêu số kết luận sau: + Đối với kết cấu móng mố trụ cầu sàn giảm tải sau mố, có giải pháp móng cọc thích hợp GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -4- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng + Lớp cát số có khả chòu tải tốt, nhiên chiều dày lớp không lớn biến động nhiều qua lỗ khoan, đặt cọc vào lớp sức chòu tải cọc không đủ để chòu lực Lớp số lớp số có khả chòu lực trung bình (SPT=10÷17), rong lớp số có chiều dày không ổn đònh, để tăng độ tin cậy cho hệ móng mố – trụ cầu, mũi cọc móng mố trụ cần xuyên qua lớp số 5, 6, để đặt vào lớp 8- cát chặt Cao độ mũi cọc sâu -66m + Đối với đường đắp cao đầu cầu, cần có giải pháp xử lý phần đắp cao khoảng từ 2.0-2.5m trở lên để đảm bảo ổn đònh sớm triệt tiêu lún II Qui Mô, Tiêu Chuẩn Kỹ Thuật Công Trình : II.1 Quy mô công trình : Qui mô vónh cửu II.1.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật : + Vận tốc thiết kế : Vận tốc thiết kế 80Km/h + Tải trọng : - Tải trọng HL-93 theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 - Tải trọng va tàu : theo tiêu chuẩn phân cấp kỹ thuật đường thủy sông Ông Đốc thuộc sông cấp III, lực va tàu tương ứng với sông cấp III sau :  Dọc theo tim cầu từ phía nhòp thông thuyền : 55 Tấn  Ngang tim cầu từ phía thượng lưu : 70 Tấn  Ngang tim cầu từ phía hạ lưu : 55 Tấn + Khổ cầu : - Đường xe chạy (4 xe) × 3.5m = 14000mm - Dải lan can bên × 1.9m = 3800mm - Tổng chiều rộng = 17800mm + Tónh không thông thuyền: H =12m, tính từ mực nước +0.96 ứng với tần suất 5% + Độ dốc dọc cầu: Độ dốc dọc lớn 4% + Hệ thống chiếu sáng: Trên cầu có bố trí hệ thống chiếu sáng với độ rọi trung bình 20 Lux II.1.2 Giải Pháp Thiết Kế :  Vò trí cầu : + Cầu Khánh An vượt sông Khánh An Km 8+720, tim cầu phía bên phải cầu hữu (hướng Cà Mau – Tắc Thủ), cách cầu cũ khoảng 350m Tim cầu trùng với tim tuyến xiên góc với dòng chảy khoảng 830  Phương án kết cấu cầu: + Do vò trí sông yêu cầu thông thuyền lớn, bề rộng sông cao độ mực nước không cho phép thiết kế với độ nhòp nhỏ nên kết cấu nhòp lựa chọn sau: - Kết cấu nhòp : GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -5- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng Gồm nhòp bố trí theo sơ đồ : 3x33m + [65m + 100m + 65m]+ 3x33m Nhòp : Gồm nhòp liên tục bố trí theo sơ đồ 65m+100m+65m BTCT M500 dự ứng lực hậu áp đổ chỗ, nhòp thông thuyền rộng 100m Mặt cắt ngang dạng hộp thành xiên thành với thông số sau : ° Chiều rộng hộp: 17.80m ° Chiều cao hộp thay đổi từ H = 5.2m trụ T4, T5 đến H=2.2m nhòp trụ T3, T6 ° Mặt hộp căng cáp dự ứng lực ngang với khoảng cách 1.0m/1sợi Cáp ngang dùng bó tao 15.2mm, ống ghen dùng ống dẹt kích thước 20x75mm  Sơ đồ phân đốt sau : Khối đúc đà giáo đỉnh trụ: gồm K0 dài 12m, khối K1, K2 dài 2.5m bên Các khối từ K3 – K12 dài 3m Khối K13, K14 dài 4m Các khối hợp long dài 2m Khối đúc đà giáo bờ dài 14m, gồm 4m – 4m – 3m – 3m - Nhòp dẫn :  Mặt cắt ngang gồm phiến dầm BTCT M420 ứng suất trước căng sau đúc sẵn, mặt cắt chữ “I” , cao 1.65m, khoảng cách dầm 2.1m  Dầm ngang BTCT M300 đổ chỗ  Bản mặt cầu BTCT M300 đổ chỗ dầy 25cm Khi thi công dùng ván khuôn đáy panel BTCT M200 dày cm đúc sẵn Tấm panel để lại với kết cấu  Bề mặt lớp BTCT mặt cầu (phần trải bêtông nhựa) phun lớp chống thấm  Lớp phủ mặt cầu lớp BTN hạt mòn dày 5cm tạo, dốc ngang mái 2% Trước thi công lớp BTN hạt mòn cần tưới lớp nhựa dính bám tiêu chuẩn 1.0 kg/m2 - Trắc dọc cầu tạo theo đường cong tròn lồi R=3000m - Mặt cầu có kết cấu liên tục nhiệt theo liên :  Liên : gồm nhòp 1, 2, (nhòp giản đơn)  Liên : gồm nhòp 4, 5, (nhòp liên tục)  Liên : gồm nhòp 7, 8, (nhòp giản đơn)  Bố trí khe liên tục nhiệt trụ T1,T2 T7,T8  Khe hở liên trụ T3 T6 bố trí khe co giãn cao su Khe co giãn sử dụng loại khe co giãn cao su thép, tham khảo loại khe co giãn hãng VSL chế tạo hay loại khe co giãn khác có tính kỹ thuật tương đương   GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -6- Đồ n Tốt Nghiệp:  Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng Gối cầu cao su mua nước ngoài, tham khảo loại gối Standard K hãng VSL chế tạo Một số thông số kỹ thuật chủ yếu gối sau: GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -7- Đồ n Tốt Nghiệp: Vò trí đặt gối - Mố M1, M2 : cố đònh - Trụ T3, T6 + Di động song hướng 22K0700 + Di động hướng dọc 21K0700 Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng Khả chòu nén tối thiểu (KN) Khả dòch chuyển tối thiểu (mm) (dọc cầu/ngang cầu) Kích thước gối (mm) Chiều dày (mm) Hình dạng cao su 000 250×500 50 CN 000 100/20 770x690 152 HT 000 100/0 770x690 148 HT - Trụ T4: + Di động hướng 25 000 0/20 1320x1380 257 HT ngang 31K2500 + Cố đònh hướng 25 000 0/0 1280x1280 235 HT 30K2500 - Trụ T5 : + Di động song 25 000 250/25 2140x1800 315 HT hướng 22K2500 + Di động hướng 25 000 0/250 – 2175x1880 315 HT dọc 21K2500 250/0 - Các trụ lại : 000 25/0 250×500 50 CN Di động  Ghi hình dạng cao su: ° CN : cao su hình chữ nhật ° HT : cao su hình trò ° Kích thước gối cầu (trụ chính) hãng khác khác nên đònh chọn loại gối sử dụng cho công trình cần xem xét chi tiết kích thước gối, đảm bảo đủ mặt bố trí gối kê tạm, liên kết tạm đỉnh trụ T4,T5 - Hệ thống thoát nước mặt cầu gồm ống gang Φ150 mm phân bố dọc theo chiều dài cầu sát mép bên lan can, khoảng cách ống khoảng 12m GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -8- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng theo phương dọc cầu Nước dẫn theo ống gang đổ vào hệ thống cống thoát nước công trình - Chiếu sáng : cột đèn chiếu sáng bố trí cách khoảng 30m theo phương dọc cầu; theo mặt cắt ngang bố trí cột bên lan can  Công tác căng cáp dự ứng lực + Sau kết thúc đổ bê tông cho đoạn dầm, chờ cho bê tông đạt 90% cường độ thiết kế tiến hành căng kéo cáp dự ứng lực + Khi căng cáp theo mặt cắt ngang dầm, cần tiến hành đối xứng để tránh tượng xoắn vặn dầm + Việc căng kéo thực hai kích đặt hai đầu đoạn dầm thực đầu một, nghiêm cấm việc thực căng kéo đồng thời hai kích + Đối với dầm hộp nhòp chính, để căng bó cáp thớ hộp, cần để sẵn số lỗ mặt hộp với kích thước đủ để đưa người thiết bò căng cáp vào lòng hộp Vò trí lỗ chọn đặt gần sát trụ T3 T6 Các lỗ này, sau kết thúc công việc lòng hộp, bòt lại đan bê tông với kết cấu phù hợp để sử dụng lại cần kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa lòng hộp sau + Trước tiến hành căng kéo, cần làm vệ sinh ống gen cách bơm nước rửa ống, sau làm khô ống + Trình tự căng kéo tiến hành theo bước cấp tải sau: - Bước - Căng so dây: lực căng so dây lực nhỏ thường không xác đònh rõ ràng dấu hiệu việc so dây kim đồng hồ hết dao động bắt đầu tăng Đánh dấu để đo độ dãn dài cáp - Bước 2: Căng cáp theo cấp 20%Ptk đến đạt 80%Ptk, dừng lại phút đo độ dãn dài cáp - Bước 3: Căng đến 100%Ptk, dừng lại phút đo độ dãn dài cáp, nghỉ 10 phút - Bước 4: Căng đến 105%Ptk, dừng lại phút đo độ dãn dài cáp, nghỉ 10 phút để ứng suất căng kéo đạt tới ổn đònh đóng neo cáp, sau hồi kích Việc hồi kích phải tiến hành từ từ, tránh tình trạng hồi kích nhanh gây dãn cáp, dẫn đến mát ứng suất thép cường độ cao - (Ptk – lực căng theo thiết kế: 18.7 T/1 sợi 15.2sợi mm, 13.2 T/1 sợi 12.7sợi mm) - Số lượng sợi cáp bò đứt sợi, dòch trượt bó sợi không sợi không vượt 1% tổng số sợi mặt cắt Nếu vượt số cho phép phải thay sợi cáp khác GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -9- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng  Công tác bơm vữa bảo vệ cáp dự ứng lực + Vữa bơm lấp lòng ống tạo lỗ gồm: xi măng nước có kết hợp với phụ gia hóa dẻo, phụ gia trương nở (có thể thàm khảo phụ gia INTRAPLAST “Z” hãng SIKA), không dùng phụ gia đông cứng nhanh Vữa bơm chất xâm thực làm gỉ cốt thép, co ngót; độ linh động vữa khoảng 13-15 giây Cường độ vữa R28= 500KG/cm2 + Việc bơm vữa phải tiến hành sau căng kéo cáp để tránh gỉ cốt thép, không chậm ngày + Tiến hành bơm vữa từ đầu thấp lên đầu cao ống tạo lỗ với áp lực khoảng 10KG/cm2, trường hợp cao độ hai đầu ống gen phải lắp ống ven vữa vào phía đầu thoát khí nâng cao độ miệng ống ven lên cao cao độ phía đầu lắp ống bơm vữa + Lắp van vào đệm neo hai đầu bó cáp Van nối với ống dẫn vữa máy bơm gọi cửa vào, van đầu bên gọi cửa Bơm liên tục vào ống vữa đầy lỗ thoát cửa khóa van cửa lại, giữ máy thời gian đònh (tối thiểu phút) với đồng hồ áp lực đạt (6-7kG/cm2), sau khóa van cửa vào + Trường hợp ống bơm vữa bò tắc, áp lực bơm vượt áp lực cho phép cần tiến hành dừng bơm xói rửa ống tạo lỗ máy bơm nước áp lực cao từ phía ngược chiều vữa hoàn toàn tiến hành lại công tác bơm vữa + Đổ bê tông bòt đầu đầu dầm + Sau bơm vữa tháo van xong, làm vệ sinh làm nhám mặt bêtông khu vực hốc neo, lắp ván khuôn tiến hành đổ bêtông bòt đầu neo + Bêtông bòt đầu neo dùng bêtông có phụ gia trương nở mác với bêtông dầm Việc bảo dưỡng tương tự bê tông dầm + Trong thi công tuyệt đối không hàn cốt thép bòt đầu dầm vào neo GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -10- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng Hình 28: Đường ảnh hưởng mặt cắt 3-3 tính mômen dương  y + y3 + y    M3LL−3 = m ( + IM ) P × 1m ×   + p × S = +    SW     266 + 788 + 444  = 1.25 × 72500 × 1000 ×  + 3.1 × 2155100 =  3710     = 43272791(N.mm) - Mặt cắt 4-4 : M 4LL− Hình 29: Đường ảnh hưởng mặt cắt 4-4 tính mômen âm    y + y2 + y3 + y + y + y  = m ( + IM ) P × 1m ×  + p × S =  − SW        536 + 443 + 393 + 300 + 248 + 230  = 0.85 1.25 × 72500 × ×  + 3.1 × 3056553 =  2606     = −71606276(N.mm) GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -34- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng Hình 30: Đường ảnh hưởng mặt cắt 4-4 tính mômen dương    y y + y3 + y  M 4LL− = m ( + IM ) P × 1m ×  + + p × S =  SW +    SWcs     451 40  = 1.25 1.25 × 72500 × ×  + + 3.1 × 319532 =   2101 2606    = 27293879(N.mm) II Tổng hợp nội lực cho BMC : II.1 Hệ số điều chỉnh tải trọng : η = ηD ηR ηi Các hệ số ηD , ηR , ηi lấy sau : + ηD = 0.95 với kết cấu có phận dẻo + ηR = 1.05 với phận không dư thừa + ηi = 1.05 với kết cấu quan trọng η = ηD ηR ηi = 0,95.1, 05.1, 05 = 1, 045 Momen sau tổ hợp xong nhân với hệ số điều chỉnh tải trọng II.2 Tổ hợp tải trọng TTGH CĐ (Mu), TTGH SD (Ms): + Hệ số tải trọng : γ DC = 1, 25 γ DW = 1,5 γ LL,PL = 1,75 + Theo tính toán bước trên, ta tổ hợp thành bảng tính sau: GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -35- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng Mặt cắt MDW MPL Mlcan -1901746 -10593000 -22594324 -3475664 -2951406 -6295700 2154028 -768672 -1636221 -4329473 1414062 3023259 -4327571 1414841 3024736 2153936 -768774 -1636427 -3477749 -2952389 -6297589 -1901746 -10593000 -22594324 MDC -43603861 -23388424 8900682 -18432257 -18415117 8899898 -23407130 -43603860 Mll+ 31730502 43272791 27293879 27293879 43272791 31730502 Mll-62209262 -83804512 -71606276 -71606276 -83804512 -62209262 + Mômen dương trạng thái giới hạn sử dụng tạimặt cắt 1-1: M1s−1 = - 43603860.5 – 1901746 – 10593000 – 22594324 + = 78692931(N.mm) + Mômen dương trạng thái giới hạn cường độ tạimặt cắt 1-1: M1s−1 = -1.25x43603860.5 – 1.5x1901746 – 1.75x10593000 – 1.25x22594324 + 1.75x0 = -104138100(N.mm) + Tương tự lập bảng tính mômen dương âm mặt cắt lại: Mặt cắt MsMs+ Mu+ Mu1 -140902193 -78692931 -104138100 -213004309 -119915706 -4380692 8044767 -194141508 8649816 51922607 86693826 10966441 -89930685 8969470 24483439 -148591832 -89909387 8990768 24510928 -148564343 8648635 51921426 86692275 10964890 -119939369 -4404355 8014176 -194172098 -140902193 -78692931 -104138100 -213004309 Hình 31: Biểu đồ bao mômen mặt cắt GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -36- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng II.3 Chọn bố trí cáp DUL : + Cáp sử dụng loại tao cáp cường độ cao theo tiêu chuẩn ASTM A416-99 Grace 270 có tiêu sau : - Đường kính danh đònh tao cáp : 15.2 mm - Diện tích tao cáp : 140 mm2 - Giới hạn chảy : 1670 MPa - Giới hạn kéo đứt : 1860 MPa - Mun đàn hồi : 197000 Mpa - Lực căng tao dự kiến : 0.78fpu = 1450N/mm2 + Số bó cáp chọn sơ theo công thức : Mu 213004309 n = 1.1 × = 1.1 × = 0.8 0.855Fpu h 0.855 ×1041600 × 329 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -37- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng + Trong đó: - Mu: momen lớn chiều dài dầm trạng thái cường độ (Lấy mặt M = 213004309 cắt 2-2) u (N.mm) - Fpu: lực kéo đứt nhỏ bó cáp DUL Chọn loại bó tao, tao loại 15.2mm, có cường độ kéo đứt nhỏ :Fpu= 1860x140x4 = 1041600N - h = 329mm : Chiều cao dầm + Chọn loại bó tao 15.2mm bố trí cho BMC phạm vi dãi rộng 1m theo phương dọc cầu Vậy bố trí bó cáp cách 1m theo phương dọc cầu + ng gen sử dụng cho BMC loại ống gen hình ovan dẹp, thép, loại VSL type S 5-4 Hình 32: Các thông số ống gen + Diện tích ống gen: A po = h × b = 0.71 × 2.83 = 2.01 + Diện tích cáp DUL: A ps = 140 × = 560 + Hệ số qui đổi thép DUL sang BT : n= in2 = 1297mm2 (mm2) E pu Ec GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -38- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng + Modun đàn hồi betông : ' 1,5 E c = 0.043 × γ1,5 × 50 = 35750 Mpa c × f c = 0.043 × (2.4 × 10 ) ⇒n= E pu Ec = 197 × 103 = 5.51 35750 + Sơ đồ bố trí cáp mặt cầu: Hình 33: Mặt cắt tính toán phần nắp BMC + Tính đặc trưng hình học : - Mặt cắt 1-1: Hình 34: Tiết diện mặt cắt 1-1 - Toạ độ trọng tâm cáp DUL so với mép BT: d ps1 = 329 − 80 = 249 mm - Giai đoạn (giai đoạn căng cáp): Tiết diện khoét lỗ A10 = b w × h − A po = 1000 × 329 − 1297 = 327703mm  Momen quán tính tỉnh đôí với trục x-x : h2 − A po × (h − d ps1 ) 3292 = 1000 × − 1297 × (329 − 249) = 54016740 (mm3 ) K x = bw ×  Toạ độ trọng tâm tiết diện (so với trục x ): K 540016740 y to1 = 1x = = 165mm 327703 A0 y bo1 = h − y to1 = 329 − 165 = 164mm  Momen quán tính (đối với trục 0-0) : (bỏ qua phần giảm yếu) Io1 = b w h 1000.3293 = = 2967607417 mm 12 12 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -39- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng - Giai đoạn (giai đoạn sử dụng ): Tiết diện bít lỗbởi cáp DUL :  Momen quán tính tónh cáp DUL lấy TTH tiết diện giai đoạn : K 0−0 = n.A ps (y t 01 − 90) = 5.51× 560 × (165 − 80) = 262276 mm  Diện tích tiết diện gđ 2: A g1 = A o1 + nA ps = 327703 + 5.51× 560 = 330788 mm  Độ lệch tâm : C=  K 0−0 262276 = = 0.79 mm A g1 330788 Ta thấy C nhỏ, tính gần sau: y t1 = y tg1 = y bo1 = 164 mm y b1 =y bg1 =y to1 = 165mm e1 = 164 − 90 = 74 mm I1 = I g1 = 2967607417+327703 × 0.79 + 5.51 × 560 × 84 = 2989583930 mm - Tại mặt cắt khác có bố trí cáp tương tự nên không cần tính lại II.4 Tính mát ứng suất : + US cáp thời điểm căng cáp (chưa bò mát US): f pj = 0.78f pu = 0.78 × 1860 = 1450 MPa + Khi tạo DƯL dầm nhờ căng cáp , trình căng trình sử dụng ứng suất tạo trước mát phần + Theo 5.9.5.1-2 thành phần mát ứng suất gồm : ∆f PT = ∆f PF + ∆f PA + ∆f PES + ∆f PSR + ∆f PCR + ∆f PR (5.9.5.1) + Trong : - Mất mát tức thời :   ∆f PF :mất mát ứng suất ma sát (MPa) ∆f PA :mất mát thiết bò neo (MPa)  ∆f PES :mất mát đàn hồi(MPa) - Mất mát dài hạn :    ∆f PSR :mất mát co ngót(MPa) ∆f PCR :mất mát từ biến bêtông (MPa) ∆f PR :mất mát tự chùng nhão cốt thép dự ứng lực(MPa) GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -40- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng II.4.1 Do ma sát ∆f PF : + Sử dụng cáp kéo đầu , mát ứng suất ma sát tăng dần từ đầu neo chủ động sang đầu bò động + Dùng công thức gần tính mát ma sát sau : ∆f pf = f pj ( −µ.α − K.x) + Hệ số ma sát : sử dụng tao có ống thép mạ cứng : K = 6, 6.10−7 ; µ = 0, - x : Chiều dài bó cáp DUL từ đầu kích (chủ động) đến vò trí xét - α :Tổng giá trò tuyệt đối thay đổi góc đường trục cáp DUL tính từ đầu kích chủ động đến vò trí xét Hình 35: Bố trí cáp DUL BMC MẤT MÁT DO MA SÁT Mặt cắt α (rad) x(mm) µα + Kx 1–1 2–2 3–3 4–4 0.000 0.000 0.070 0.150 3188 3703 6189 8675 0.002 0.002 0.018 0.036 ∆fpA (Mpa) 3.051 3.544 26.223 51.802 II.4.2 Ma sát ép sít neo: + Khi đóng chêm (nêm) vào ụ neo để giữ cáp DUL, bó cáp cho phép trượt ụ neo đoạn đònh tùy theo loại neo mà nhà sản xuất cung cấp Đọan trượt cáp gây mát ép sít neo + Độ sít neo tạm lấy bằng: ∆ = (mm) + Gọi L chiều dài bó cáp : L = 17814mm tính mát ma sát theo công thức gần sau (xem mát xảy toán chiều dài sợi cáp) ∆f pA = ∆ × Ep = ×197 × 103 = 66.35 MPa L 17814 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -41- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng II.4.3 Mất mát nén đàn hồi: + Bản chất mát nén đàn hồi tao cáp kéo sau làm dầm co ngắn đàn hồi, gây nên mát US bó căng trước Trong trường hợp có bó cáp phạm vi dãi xét nên mát nén đàn hồi ∆f pES = Mpa + Mất mát co ngót BT (không đổi toàn tiết diện ): + Độ ẩm tương đối bao quanh kết cấu H = 70% ∆fpSR = 93 − 0.85H = 93 − 0.85 × 70 = 33.5 (Mpa) II.4.4 Mất mát từ biến : ∆fpCR = n CR.TR fcgp − n CR.LT ∆fcdp n CR.TR = 12; n CR.LT = + fcpg: US BT trọng tâm bó cáp TLBT + lực căng cáp gây mặt cắt có giá trò nội lực tỉnh tải GĐ1 lớn Ta chọn mặt cắt 1-1: + Lực cáp dự ứng lực: Pi = fpj − ∆fpA − ∆fpF A ps = ( 1450 − 3.051 − 66.35 ) 560 = 773135 (N) P P e M f cpg = − i − i e + DC e A1 I1 I1 ( ) 773135 773135.(84) 43603860.5 − (84) + (84) 327703 2967607417 2967607417 = -1.58Mpa =− + ∆fcdp : thay đổi US BT trọng tâm bó cáp tải trọng thường xuyên (tỉnh tải) trừ tải trọng tác động trước lúc thực căng cáp DUL M 1901746.4 + 22594324 ∆f cdp = DW × e = × 84 = 0.6Mpa I1 2967607417 + Thay vào : ∆f pCR = n CR.TR f cgp − n CR.LT ∆f cdp = 12 × 1.58 − × 0.6 = 14.78Mpa II.4.5 Mất mát chùng nhão giai đoạn khai thác : ∆f pR = 138 − 0.3∆f pF − 0.4∆f pES − 0.2( ∆f pSR + ∆f pCR ) = 138 − 0.3 × 3.051 − 0.4 × − 0.2 × (35.5 + 14.78) = 127 ( MPa ) GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -42- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng II.4.6 Tổng hợp mát US cho tiết diện : Mặt cắt Ma sát p sít neo Kí hiệu – ∆fpF 3.051 ∆fpA Nén đàn hồi ∆fpES 2–2 3–3 4–4 3.544 26.223 51.802 66.350 66.350 66.350 66.350 0.000 0.000 0.000 0.000 Co ngót ∆fpSR Từ biến ∆fpCR 14.708 23.328 34.605 26.288 33.500 33.500 33.500 33.500 Chùng nhão ∆fpR2 127.443 125.571 116.512 110.502 Tổng cộng ∆fpT 245.052 252.293 277.190 288.442 24435333.0 24435333.0 23334250.5 32386062.6 32386062.6 31606343.1 31606343.1 32743846.7 6986208.9 26388112.1 -45444794.5 -44994505.3 2739274.9 2739274.9 36119697.8 2908624.8 38854754.1 966683.3 -1431491.3 -2398174.6 6265516.2 6265516.2 39656700.7 12482307.9 49082628.9 47271994.1 47271994.1 48472396.1 48472396.1 36447689.6 34794215.9 36447689.6 -58554928.7 II.5 Biểu đồ mômen lực dọc cáp dự ứng lực gây -433175.5 -432591.9 -433175.5 -440332.9 -440332.9 -438701.7 -438701.7 -444954.6 583.9 -443971.2 583.9 -513998.9 -513999.0 -590506.1 1273.9 -590924.0 1273.9 983.3 983.3 -678965.8 -709975.4 564.6 564.6 -666071.3 -665507.5 -656093.6 -656093.6 -659030.5 -659030.5 -644899.4 -645983.0 -645983.0 -943.9 -943.9 Hình 36: Biểu đồ mômen cáp dự ứng lực gây Hình 37: Biểu đồ lực dọc cáp gây Mặt cắt Lực dọc Mômen -665508 49082629 -666071 36692769 -678964 -58554929 -590506 38854754 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -43- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng III Kiểm toán theo TTGH sử dụng : III.1 Giai đoạn truyền lực căng : + Cáp DUL ngang căng sau cáp dọc căng xong Tại thời điểm căng cáp DUL ngang, tuổi BT dầm ngày + Cường độ chòu nén BT truyền lực căng (5 ngày): t f' = ×f = × 50 = 30.3 ci α + β.t c + 0.85 × (Mpa) + Với α =4; β =0.85 ( bảo dưỡng nước) + Ứng suất nén cho phép : 0,6.f’ci=0.6x30.3= 18.18 Mpa f ' + Ứng suất kéo cho phép : 0,25 ci =1.37 Mpa + Ta cần kiểm tra US mặt cắt 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 + Xét mặt cắt 1-1 : III.1.1 Thớ trên: + Ứng suất thớ trên: P MP M fst = − i − i y tg + DC y tg A1 I1 I1 665508 49082629 43603860 − × (165) + × (165) 327703 2967607417 2967607417 = −2.335Mpa + Ta thấy thớ chòu nén ft = 2.335 < 18.18 Mpa + Vậy thớ thoả đk sử dụng giai đoạn truyền lực =− III.1.2 Thớ : fst = − Pi M Pi M + y tg − DC y tg A1 I1 I1 665508 49082629 43603860 + × (165) − × (165) 327703 2967607417 2967607417 = −1.726Mpa + Ta thấy thớ chòu nén ft = 1.726< 18.18 MPa + Vậy thớ thoả đk sử dụng  Tính tương tự ta US thớ thớ cho mặt cắt lại  Ứng suất mặt cắt giai đoạn truyền lực MẶT CẮT mặt cắt 1-1 mặt cắt 2-2 mặt cắt 3-3 mặt cắt 4-4 US thớ -2.335 -2.772 0.698 -2.937 =− GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -44- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng US thớ -1.726 -1.293 -4.833 -0.666  Thay vào điều kiện sử dụng ta thấy thoả Vậy giai đoạn truyền lực dầm không bò phá hoại III.2 Giai đoạn sử dụng : + Giai đoạn BT dầm đủ cường độ : f’c = 50 MPa + Ứng suất nén cho phép giai đoạn 2: 0,45.f’c=0,45x50=22.5 N/mm2 f ' + Ứng suất kéo cho phép giai đoạn 2: 0,5 c =3.53 N/mm2 + Mặt cắt 1-1 : III.2.1 Ứng suất thớ : ft = M M + M LL − Pf M Pf − y to1 + DC y to1 + DW y tg1 A 01 Io1 Io1 I g1 665508 49082629 43603860 97298332 − × 165 + × 165 + × 165 327703 2967607417 2967607417 2989583930 = 3.035N / mm =− + Ta thấy thớ chòu kéo ft=3.035 < 3,53 Mpa Vậy thớ thoả đk nứt giai đoạn sử dụng III.2.2 Thớ : + US thớ tính công thức : M M + M LL −P M P f t = f + f y to1 − DC y to1 − DW y tg1 A 01 Io1 Io1 Ig1 665508 49082629 43603860 97298332 + × 165 − × 165 − × 165 327703 2967607417 2967607417 2989583930 = −7.096N / mm =− + Ta thấy thớ chòu nén fb =7.096 < 18.18Mpa Vậy thớ thoả đk nứt giai đoạn sử dụng + Tính tương tự ta US thớ thớ cho mặt cắt lại + Ứng suất mặt tính toán giai đoạn sử dụng ứng với biểu đồ bao âm MẶT CẮT mặt cắt 1-1 mặt cắt 2-2 mặt cắt 3-3 mặt cắt 4-4 US thớ 3.035 2.555 0.703 1.009 -7.096 -6.620 -4.847 -4.613 US thớ GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -45- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng + Ứng suất mặt tính toán giai đoạn SD ứng với biểu đồ bao dương MẶT CẮT mặt cắt 1-1 mặt cắt 2-2 mặt cắt 3-3 mặt cắt 4-4 US thớ -0.399 -3.821 -1.686 -4.450 -3.663 -0.244 -2.458 0.846 US thớ  Kết luận : Vậy dầm đảm bảo không nứt giai đoạn sử dụng III.3 Kiểm toán trạng thái cường độ: + Cốt thép thường sử dụng thép CI : fy = 300 MPa + Cường độ chảy dẻo cáp DUL 75% cường độ kéo đứt cáp DUL: fpy=0,75.fpu=0,75.1860=1395 Mpa + Hệ số :  f  1395   k = 1, 04 − py  = 1, 04 − = 0.58 f pu  1860    + Betông cấp 50 => 28 MPa < f c′ = 45 MPa< 56MPa nên f c' − 28 β1 = 0,85 – 0,05 50 − 28 = 0,85 – 0,05 = 0,69 + Xét mặt cắt 1-1 : - Cốt thép DUL có diện tích : Aps=560 mm2 - Cốt thép thường φ20a150 (thớ trên) có diện tích : A1cay π.202 s As = 1000 = 1000 = 2094 mm d × 150 - Chọn khoảng cách từ trọng tâm cốt thép thường đến mép BT thớ dầm =30 mm => ds = h – 30 = 329-30 = 299 mm Ø20a150 30 530 c 600 30 70 1000 Ø13a150 Hình 38: Tiết diện 2-2 GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -46- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng M1u−1 = −213004309 Nmm - Theo bảng 5.9: - Cân lực theo phương ngang : c= (căng thớ trên) : A ps f pu + A s f y 560 ×1860 + 2094 × 300 = A 560 × 1860 0.85f 'c β1b + k ps f pu 0.85 × 50 × 0.69 ×1000 + 0.58 × 299 d ps2 = 53.27 mm a = β.c = 0.69 ×53.27 = 36.7 mm - Lấy momen trọng tâm betông vùng nén: a a   M n = A ps f pu d ps −  + A s f y  d s − ÷ 2 2   36.7  36.7    = 560 ×1860 ×  249 − ÷+ 2094 × 300 ×  299 − ÷     = 416549370 Nmm - Thay vào điều kiện cường độ: φ.M n > M u - Với φ hệ số sức kháng, với dầm BT DUL φ =1 ⇔ 416549370 > 213004309 (đúng) - Vậy tiết diện nhòp thoả điều kiện cường độ III.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép: + Hàm lượng thép tối đa : c d = 53.27 = 0.18 < 0, 42 299 Xét tỉ số : ps2 + Hàm lượng thép tối thiểu : => thoả điều kiện phá hoại dẻo M r > [ 1.2* M cr ,1.33* M u ] (**) + Trong : - Mu : momen tải trọng tác dụng TTGH CĐ Mu= 213004309 Nmm - Mcr: Mômen tác dụng để thớ đạt ứng suất lớn fr: M cr = M tt1 + M tt + M - Tính momen phụ thêm (M):  tt1 Tỉnh tải giai đoạn 1: M = M DC =43603861Nmm tt Tỉnh tải giai đoạn : M = M DW = 24496070 Nmm f = 0, 63 f 'c = 4.455 - Cường độ chòu kéo uốn: r Mpa  GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -47- Đồ n Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp ng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng - Momen phụ thêm : fr + M= Pf P e M tt1 M tt + f y bo1 − y bo1 − y bg1 A o1 Io1 Io1 Ig1 y bg1 Ig1 665508 49082629 43603861 24496070 + 165 − 165 − 165 327703 2967607417 2967607417 2967607417 = × 2967607417 165 = 97633530 Nmm 4.455 + - Mômen tác dụng để thớ dầm đạt giá trò fr M cr = M tt1 + M tt + M = 43603861+24496070 +97633530 = 165733461( Nmm ) [ 1.2M cr ;1.33M u ] = [ 198880153;283295731] = 283295731( Nmm ) φf M n = 0.9 × 416549370 = 374894433 > 283295731 (Nmm) - Vậy thoả điều kiện cốt thép  Kết luận : Mặt cắt 1-1 thoả điều kiện cường độ GVHD: PGS-TS Lê Thò Bích Thủy - SVTH: Nguyễn Quốc Huy -Trang: -48-