Đồ án môn học: TK cầu BTCT
PHẦN I:THIẾT KẾ SƠ BỘ
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VƯỢT SÔNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN
VƯỢT SÔNG
1. Đặc điểm của khu vực xây dựng cầu:
1.1. Địa hình:
Khu vực ven sông khá bằng phẳng, mặt cắt ngang sông gần như đối xứng.
1.2. Địa chất:
Địa chất lòng sông tương đối tốt, số liệu khảo sát địa chất lòng sông cho thấy có
3 lớp đất.
+ lớp 1: cát hạt nhỏ.
+ lớp 2: á sét.
+ lớp 3: cát hạt trung lẫn dăm sạn.
1.3. Thuỷ văn:
Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy:
+ Mực nước cao nhất: + 8 m
+ Mực nước thông thuyền: + 6.5 m
+ Mực nước thấp nhất: + 2.6 m
1.4. Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công:
Nguồn nhân công lao động khá đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công đúng tiến độ
công việc. Các vật liệu địa phương( đá, cát ) có thể tận dụng trong quá trình thi công.
2. Các chỉ tiêu kỹ thuật:
- Cầu vượt sông cấp IV có yêu cầu khẩu độ thông thuyền là 40m
- Khẩu độ cầu: L
0
= 168 m
- Khổ cầu: 8+ 2 x 1.25 (m)
- Tải trọng thiết kế: HL93 và Đoàn người PL = 4 KN/m
2
3. Đề xuất các phương án vượt sông:
3.1. Giải pháp chung về kết cấu:
3.1.1. Kết cấu nhịp:
Do sông cấp IV yêu cầu khẩu độ thông thuyền 40m, nên bố trí nhịp giữa tối thiểu
≥40m
Trang 1
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
3.1.2. Mố:
Chiều cao đất đắp sau mố tương đối nhỏ ta dùng mố chữ U cải tiến.
3.1.3. Trụ:
Chiều cao trụ lớn hơn 10m, ta dùng trụ đặc thân hẹp, giật bậc.
3.1.4. Móng:
Điều kiện địa chất lòng sông khá tốt nên đề xuất dùng móng cọc đóng ma sát
đài thấp hoặc đài cao.
3.2. Đề xuất các phương án vượt sông:
3.2.1. Phương án 1: Cầu Bê Tông Cốt Thép UST ( một nhịp 42 m+ 4 nhịp 33m)
Khẩu độ tính toán: L
0
tt
= 42+4.33-2.1-5.1,6=164m
Kiểm tra điều kiện: == 2.38% < 5% → Đạt
3.2.2. Phương án 2: Cầu dầm thép liên hợp : 45x4m
Khẩu độ tính toán: L
0
tt
=45.4-4.1,6-2.1 = 171.6 m
Kiểm tra điều kiện: =
168
1686.171
−
= 2.14% < 5% → Đạt
Trang 2
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
CHƯƠNG 1
CẦU DẦM GIẢN ĐƠN BÊTÔNG CỐT THÉP
DỰ ỨNG LỰC CĂNG SAU
( 2 NHỊP 33m + 1 NHỊP 42m + 2 NHỊP 33m)
1.NHỊP GIỮA 42m :
500
LOP BT ATPHAN DAY 7.0cm
LOP BAO VE DÀY 3cm
LOP PHONG NUOC DAY 1cm
LOP TAO MUI LUYEN 2% DAY TB 4.0cm
BAN MAT CAU DAY 20cm
3500 3500 500
R
3
1
0
190
190
1500
200
200200
1500
1500
300
300
300
2%
2%
R
3
1
0
600
600
600
2100
200
600500
600
500
200
250
600
200
MAT CAT NGANG CAU TL 1/50
MAT CAT II-II TL 1/50
MAT CAT I-I TL 1/50
Chiều rộng phần xe chạy 8 (m)
Chiều rộng phần người đi bộ 2x1,25 (m)
Bố trí lề người đi bộ cùng mức với mặt đường xe chạy ta dùng vệt sơn phân làn
20 cm.
Chiều rộng cột lan can là : 50 cm
Chiều rộng bản mặt cầu xác định :
B
mc
= 8 + 2x1,25 + 2x0,2 + 2x0,5 = 11.9 (m)
1.1. Bản mặt cầu:
1.1.1. Số liệu chọn
:
Theo 22TCN272-05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn 175 mm.
ở đây ta chọn 200 mm (chiều dày lớp chịu lực)
Chiều dày
c
ác lớp còn lại
:
+ lớp đệm tạo phẳng và độ dốc ngang cầu 2% dày tb: h
đ
= 40 (
mm).
Trang 3
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
+ lớp phòng nước có bề dày: h
pn
= 10 (mm).
+ lớp bảo vệ có bề dày: h
bv
= 30 (mm).
+ lớp bêtông (BT) nhựa dày: h
bn
= 70 (mm)
1.1.2. Tính toán các thông số sơ bộ:
Dung trọng của BT ximăng là: γ
bt
= 2,4 (T/m
3
) .
Dung trọng của BT nhựa là: γ
bn
= 2,25 (T/m
3
).
Dung trọng của cốt thép ( CT) là: γ
ct
= 7,85 (T/m
3
).
Dung trọng lớp phòng nước là: γ
pn
= 1,5 (T/m
3
).
1.1.3.Tính toán trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
Bề rộng các lớp phủ: B
lp
= B+2(b
vs
+ b
lc
)= 8 + 2(0,2 +1,25) = 10,9 (m)
Lớp BT nhựa: DW
1
=L
nh
×B
lp
×h
bn
×γ
bn
=42×10,9×0,07×2,25= 72.1035(T)
Lớp BT bảo vệ: DW
2
=L
nh
×B
lp
×h
bv
×γ
bt
=42×10,9×0,03×2,4= 32.9616(T)
Lớp phòng nước: DW
3
=L
nh
×B
lp
×h
bn
×γ
pn
=42×10,9×0,01×1,5= 6,867(T)
Lớp đệm bằng BT: DW
4
=L
nh
×B
lp
×h
đ
×γ
bt
=42×10,9×0,04×2,4= 43.9488(T)
Tổng khối các lớp phủ :
DW=(DW
1
+DW
2
+DW
3
+DW
4
)
=(72.1035+32.9616+6.867+43.9488)=155.8809 (T).
1.2. Lan can :
Vì không có dãi phân cách nên ta thiết kế lan can tay vin cứng có khả năng
chống lại lực va của xe, các thông số kỹ thuật cho như trên hình vẽ:
600500
R
3
1
0
190
500
310190
Trang 4
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Cấu tạo lan can
+Với diện tích phần bệ A
b
=500×500-(π× 310
2
)÷4= 174600 mm
2
,liên tục ở 2 bên cầu
+diện tích phần trụ :A
t
= 600×100+(π× 50
2
)÷2=63900 mm
2
,các trụ cách nhau 2m,
tổng số lượng là 21 trụ
+diện tích của lan can tay vịn : A
tv
=( π×50
2
)+ (π×25
2
)=9800 mm
2
,gồm 20 đoạn, dài
2m,bố trí 2 bên
+thể tích bê tông V
bt
=0,1746× 2× 42+0,0639× 21× 2+0,0098×20×2×2= 18,134 m
3
+Hàm lượng cốt thép trong lan can chiếm k
p
= 1,5 %
+Ta có thể tích cốt thép trong lan can : V
sp
= V
p
.k
p
= 18,134×1,5% = 0,272 m
3
+Khối lượng cốt thép trong lan can là: G
sp
= V
sp
.γ
s
= 0,272 ×7,85 = 2,135 (T)
+Thể tích BT trong lan can: V
cp
= V
bt
– V
sp
= 18,134 – 0,272 =17,862 m
3
+Khối lượng BT trong lan can: G
cp
= V
cp
.γ
c
= 17,862×2,4 = 42,87 (T)
+Vậy, khối lượng toàn bộ lan can là: G
p
= G
sp
+ G
cp
= 2,135 + 42,87 = 45.005 T
1.4. Dầm ngang :
Dầm ngang được bố trí tại 5 vị trí : hai dầm ngang đầu dầm, hai dầm ở vị trí 1/4L và
một dầm ngang ở chính giữa dầm.
Dầm ngang được bố trí tại vị trí : hai đầu dầm cầu, L/4, L/2
Số lượng dầm ngang : N
n
= (N
b
- 1)×5 = 20 dầm
N
n
: là số dầm ngang
N
b
: là số dầm chủ (chọn =5 dầm )
1.4.1. Dầm ngang giữa nhịp:
50
1500
200 1800
100135050
50 2100
Các thông số của dầm ngang này:
Trang 5
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Chiều cao dầm ngang: H
hn
≥
3
2
d =
3
2
×2100=1400 mm . Ta chon H
hn =
1500 mm Bề
rộng dầm ngang: b
hn
= 20 cm = 200 mm
Diện tích mặt cắt dọc một dầm ngang : A
hn
= 3,2575 m
2
Thể tích một đoạn dầm ngang : 0,2×3,2575 =0,6515 m
3
Thể tích một dầm: V
1hn
= 4×0,6515 = 2.606 m
3
Thể tích toàn bộ 3 dầm ngang kiểu này là : V
hbb
= 3×2.606 = 7.818 m
3
1.4.2. Dầm ngang tại hai đầu nhịp:
1800
1900
Chiều cao dầm ngang: H
hbs
= 1.9 m
Chiều rộng dầm ngang : B
hbs
= 20 cm
Diện tích mặt cắt dọc một dầm ngang : A
hbs
= 3.42 m
2
Thể tích một đoạn dầm ngang : 0.2×3.42 =0.684 m
3
Thể tích một dầm ngang: V
1hbs
= 4×0,684 = 2.736 m
3
Thể tích 2 dầm ngang loại này: V
hbs
= 2×2.736 = 5.472 m
3
Tính tổng cộng dầm ngang:
Vậy, tổng thể tích 5 dầm ngang: V
hb
= V
hbb
+ V
hbs
= 7.818 + 5.472 = 13.29 m
3
Hàm lượng cốt thép theo thể tích trong dầm ngang là k
hb
= 2%
Suy ra : thể tích cốt thép : V
shb
= k
hb
.V
hb
= 2%×13.29 = 0.2658 m
3
Khối lượng cốt thép trong dầm ngang: G
shb
= V
shb
.γ
s
=0,2658×7,85 =2.086 T
Thể tích BT trong dầm ngang : V
chb
= V
hb
– V
shb
= 13.0242 m
3
Khối lượng BT trong dầm ngang : G
chb
= V
chb
.γ
c
= 13.0242×2,4 =31.2580 T
Khối lượng toàn bộ dầm ngang là: G
hb
= G
shb
+ G
chb
= 2.086 + 31.2580 = 33.344 T
1.5. Dầm chủ :
1.5.1. Cấu tạo dầm:
Đối với nhịp 42 m chọn dầm chữ T có bầu:
Chọn số dầm chủ là N
b
=5 dầm, khoảng cách các dầm chủ tính theo công thức sau :
S = = = 2,38 m → chọn S=2,4 m.
Suy ra : chọn phần cách hẫng
Trang 6
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
S
k
=
( )
2
1 SNbBmc ×−−
=
( )
2
4,2159.11 ×−−
= 1,15 m
Chiều cao dầm chủ được xác định theo tiêu chuẩn AASHTO :
d
dc
= chọn d
dc
= 2.1m.
L: chiều dài một nhịp 42 m.
Kích thước dầm chủ được thể hiện như sau: đơn vị (mm).
Phần mối nối thi công giữa 2 dầm chủ : 300 mm
150
2100
1500
200
150
200
100
200
600
600
200
200
200
2100
+ Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm : A
g
= 0,960 m
2
+
Diện tích mặt cắt ngang tại đầu dầm : A
’
g
= 1.560 m
2
Thể tích một dầm T chưa kể đoạn vút đầu dầm : V
1g
= 0,960 ×34,9 = 33.504 m
3
Tính toán đoạn vút đầu dầm:
Trang 7
1000
2100
300
2100
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Chiều dài đoạn vút nguyên : L
bhgr
= a + H
g
= 0,4 +2,1 = 2,5 m
Thể tích đoạn vút hai bên dầm : V
bhgr
= 1.56×2,5=3.9 m
3
Thể tích đoạn vút một dầm : V
bhgr
= 2.V
bh
= 2× 3.9 =7.8 m
3
Chiều dài đoạn vút xiên dầm : L
bhsk
= 1,00 m
Thể tích đoạn vút xiên : V
bhsk
= 2.L
bhsk
.( 0,960 +1.560)/2 = 2.646 m
3
Thể tích toàn bộ đoạn vút của một dầm T:V
bh
=V
bhgr
+ V
bhsk
= 7.8 +2.646 =10.446 m
3
Thể tích toàn bộ một dầm T là: V
1tg
= V
1g
+ V
bh
= 33.504 +10.446 = 43.95 m
3
1.5.2. Tính khối lượng của dầm chủ:
Trong dầm chính thì lượng thép chiếm khoảng 210kg/m
3
Suy ra : khối lượng thép trong 1 dầm chủ : 43.95 x 0,21 = 9.2295 T
Thể tích của thép trong dầm :
85,7
2295,9
= 1,175m
3
Suy ra thể tích thực của bêtông : 43.95 – 1,175 = 42.775 m
3
Khối lượng thực của bêtông : 42.775 x 2,4 = 102.66 T
Suy ra khối lượng dầm chủ : 102.66+9,2295 = 111.8895 T
Khối lượng 5 dầm chủ : 559.4475 T
Phần mối nối thi công,có 4 mối nối : 0,18×0,3×42×2,4×4=21.77 T
Phần cánh hẩng : 0,18×1.15×42×2×2,4=41.7312 T
Bảng tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần trên của nhịp 42m:
STT Hạng mục Số
lượng
Tổng khối lượng (T)
1 Lan can 2 45.005
2 Lớp phủ mặt cầu 1 155.8809
3 Dầm ngang 5 33.344
4 Dầm chủ 5 559.4475
5 Mối nối thi công 4 21.77
6 Phần cánh hẫng 2 41.7312
Tổng cộng 857.1786
2.Các nhịp 33m :
2.1. Bản mặt cầu :
2.1.1. Số liệu chọn
:
Theo 22TCN272-05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn 175 mm.
ở đây ta chọn 200 mm (chiều dày lớp chịu lực)
Chiều dày
c
ác lớp còn lại
:
+ lớp đệm tạo phẳng và độ dốc ngang cầu 2% dày tb: h
đ
= 40 (
mm).
Trang 8
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
+ lớp phòng nước có bề dày: h
pn
= 10 (mm).
+ lớp bảo vệ có bề dày: h
bv
= 30 (mm).
+ lớp bêtông (BT) nhựa dày: h
bn
= 70 (mm)
2.1.2. Tính toán các thông số sơ bộ:
Dung trọng của BT ximăng là: γ
bt
= 2,4 (T/m
3
) .
Dung trọng của BT nhựa là: γ
bn
= 2,25 (T/m
3
).
Dung trọng của cốt thép ( CT) là: γ
ct
= 7,85 (T/m
3
).
Dung trọng lớp phòng nước là: γ
pn
= 1,5 (T/m
3
).
2.1.3.Tính toán trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
Bề rộng các lớp phủ: B
lp
= B+2(b
vs
+ b
lc
)= 8 + 2(0,2 +1,25) = 10,9 (m)
Lớp BT nhựa: DW
1
=L
nh
×B
lp
×h
bn
×γ
bn
=33×10,9×0,07×2,25= 56.6527(T)
Lớp BT bảo vệ: DW
2
=L
nh
×B
lp
×h
bv
×γ
bt
=33×10,9×0,03×2,4= 25.8984(T)
Lớp phòng nước: DW
3
=L
nh
×B
lp
×h
bn
×γ
pn
=33×10,9×0,01×1,5= 5.3955(T)
Lớp đệm bằng BT: DW
4
=L
nh
×B
lp
×h
đ
×γ
bt
=33×10,9×0,04×2,4= 34.5312(T)
Tổng khối các lớp phủ :
DW = DW
1
+DW
2
+DW
3
+DW
4
= 56.6527+25.8984+5.3955+34.5312 = 122.4778 (T).
2.2. Lan can :
Vì không có dãi phân cách nên ta thiết kế lan can tay vin cứng có khả năng chống
lại lực va của xe, các thông số kỹ thuật cho như trên hình vẽ:
600500
R
3
1
0
190
500
310190
+Với diện tích phần bệ A
b
=500×500-(π× 310
2
)÷4= 174600mm
2
,liên tục ở 2 bên cầu
+diện tích phần trụ :A
t
= 600×100+(π× 50
2
)÷2=63900 mm
2
,các trụ cách nhau 2m,
tổng số lượng là 16 trụ
Trang 9
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
+diện tích của lan can tay vịn : A
tv
=( π×50
2
)+ (π×25
2
)=9800 mm
2
,gồm 15 đoạn, dài
2m,bố trí 2 bên
+thể tích bê tông V
bt
=0,1746× 2× 33+0,0639× 16× 2+0,0098×15×2×2= 13.1088 m
3
+Hàm lượng cốt thép trong lan can chiếm k
p
= 1,5 %
+Ta có thể tích cốt thép trong lan can : V
sp
= V
p
.k
p
= 13.1088 ×1,5% = 0,196 m
3
+Khối lượng cốt thép trong lan can là: G
sp
= V
sp
.γ
s
= 0,196 ×7,85 = 1,5386 T
+Thể tích BT trong lan can: V
cp
= V
bt
– V
sp
= 13.1088 – 0,196 =12,9128 m
3
+Khối lượng BT trong lan can: G
cp
= V
cp
.γ
c
= 12,9128×2,4 = 30.9907 T
+Vậy, khối lượng toàn bộ lan can là: G
p
= G
sp
+ G
cp
= 1,5386 + 30.9907 = 32.5293 T
2.3. Dầm ngang :
Dầm ngang được bố trí tại 3 vị trí : hai đầu dầm cầu, L/2
Số lượng dầm ngang : N
n
= (N
b
- 1)×3 = 12 dầm
N
n
: là số dầm ngang
N
b
: là số dầm chủ
2.3.1. Dầm ngang giữa nhịp:
50
1200
200 1800
100105050
50 2100
Các thông số của dầm ngang này:
Chiều cao dầm ngang: H
hn
≥
3
2
d =
3
2
×1700 =1133 mm .Ta chon H
hn =
1200 mm
Bề rộng dầm ngang: b
hn
= 20 cm = 200 mm
Diện tích mặt cắt dọc một dầm ngang : A
hn
= 2,6175 m
2
Thể tích một đoạn dầm ngang : 0,2×2,6175 =0,5235 m
3
Thể tích một dầm: V
1hn
= V
hbb
= 4×0,5235 = 2,094 m
3
Trang 10
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
2.3.2. Dầm ngang tại hai đầu nhịp:
1800
1500
Chiều cao dầm ngang: H
hbs
= 1,5 m
Chiều rộng dầm ngang : B
hbs
= 20 cm
Diện tích mặt cắt dọc một dầm ngang : A
hbs
= 2,70 m
2
Thể tích một đoạn dầm ngang : 0,2×2,70 =0,54 m
3
Thể tích một dầm ngang: V
1hbs
= 4×0,54 = 2,16 m
3
Thể tích 2 dầm ngang loại này: V
hbs
= 2×2,16 = 4.32 m
3
Tính tổng cộng dầm ngang:
Vậy, tổng thể tích 3 dầm ngang: V
hb
= V
hbb
+ V
hbs
= 2,094 + 4.32 = 6.414 m
3
Hàm lượng cốt thép theo thể tích trong dầm ngang là k
hb
= 2%
Suy ra : thể tích cốt thép : V
shb
= k
hb
.V
hb
= 2%×6.414 = 0,1282 m
3
Khối lượng cốt thép trong dầm ngang: G
shb
= V
shb
.γ
s
=0,1282×7,85 =1,0063T
Thể tích BT trong dầm ngang : V
chb
= V
hb
– V
shb
= 6.2858 m
3
Khối lượng BT trong dầm ngang : G
chb
= V
chb
.γ
c
= 6.2858×2,4 =15.0859 T
Khối lượng toàn bộ dầm ngang là: G
hb
= G
shb
+ G
chb
= 1,0063 + 15.0859 = 14.127 T
2.4. Dầm chủ :
2.4.1. Cấu tạo dầm:
Đối với nhịp 33 m chọn dầm chữ T có bầu:
Chọn số dầm chủ là N
b
=5 dầm, khoảng cách các dầm chủ tính theo công thức sau :
S = = = 2,38 m → chọn S=2,4 m.
Suy ra : chọn phần cách hẫng
S
k
=
( )
2
1 SNbBmc ×−−
=
( )
2
4,2159.11 ×−−
= 1,15 m
Chiều cao dầm chủ được xác định theo tiêu chuẩn AASHTO :
d
dc
= chọn d
dc
= 1,7 m.
L: chiều dài một nhịp 33 m.
Kích thước dầm chủ được thể hiện như sau: đơn vị (mm).
Trang 11
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
1700
1700
150
2100
1500
200
150
200
100
200
600600
200
200
200
2100
Giữa Dầm Đầu Dầm
+ Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm : A
g
= 0,88 m
2
+
Diện tích mặt cắt ngang tại đầu dầm : A
’
g
= 1,32 m
2
Thể tích một dầm T chưa kể đoạn vút đầu dầm : V
1g
= 0,88 ×27,3 = 24.024 m
3
Tính toán đoạn vút đầu dầm:
Chiều dài đoạn vút nguyên : L
bhgr
= a + H
g
= 0,4 +1,7 = 2,1 m
Thể tích đoạn vút hai bên dầm : V
bhgr
= 2,1×2,5=5,25 m
3
Thể tích đoạn vút một dầm : V
bhgr
= 2.V
bh
= 2× 5,25 =10,5 m
3
Chiều dài đoạn vút xiên dầm : L
bhsk
= 0,75 m
Thể tích đoạn vút xiên : V
bhsk
= 2.L
bhsk
.( 0,88 +1,32)/2 = 1,65 m
3
Thể tích toàn bộ đoạn vút của một dầm T:V
bh
=V
bhgr
+ V
bhsk
= 10,5+1,65 =12,15 m
3
Thể tích toàn bộ một dầm T là: V
1tg
= V
1g
+ V
bh
= 24.024 +12,15 = 36.174 m
3
2.4.2. Tính khối lượng của dầm chủ:
Trong dầm chính thì lượng thép chiếm khoảng 210kg/m
3
Suy ra : khối lượng thép trong 1 dầm chủ : 36.174 x 0,21 = 7.5965 T
Thể tích của thép trong dầm :
85,7
5965.7
= 0,9677 m
3
Trang 12
300
1700
750
1700
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Suy ra thể tích thực của bêtông : 36.174 – 0,9677 = 35.2063 m
3
Khối lượng thực của bêtông : 35.2063×2,4 = 84.4951 T
Suy ra khối lượng dầm chủ : 84.4951 + 7.5965 = 92.0916 T
Khối lượng 5 dầm chủ : 460.458 T
Phần mối nối thi công,có 4 mối nối : 0,18×0,3×33×2,4×4=17.1072 T
Phần cách hẩng : 0,18×1.15×33×2×2,4=32.7888 T
Bảng tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần trên của nhịp 33 m:
STT Hạng mục Số
lượng
Tổng khối lượng (T)
1 Lớp phủ mặt cầu 2 122.4778
2 Lan can tay vịn 1 32.5293
3 Dầm ngang 3 14.127
4 Dầm chủ 5 460.458
5 Nối thi công 4 17.1072
6 Phần cánh hẫng 2 32.7888
Tổng cộng 679.4881
3. Mố và trụ cầu:
3.1 Mố :
Ta có chiều cao đất đắp của mố là 5 m. dầm kê lên mố là dầm có nhịp 33m,
chọn mố chữ U có các kích thước cho như trên hình vẽ sau:
Trang 13
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Các dầm chủ phân bố trên toàn bộ bề rộng cầu, mố làm nhiệm vụ kê đỡ kết cấu nhịp
nên chọn bề rộng mố theo phương ngang cầu: A
mo
=B
mc
=11,9 m
Tính trọng lượng mố:
Thể tích phần bệ: V
b
=(4,2×1,7)×12.9=96.106 (m
3
)
Thể tích tường trước, tường đỉnh, tai kê bản giảm tải: V
t
=9,72×11.9=115.67 (m
3
)
Thể tích phần đá kê: V
đk
=(1×0,25×1)×5=1,25 (m
3
)
Thể tích phần tường cánh: V
c
=(2,826×0,5)×2=2,826 (m
3
)
Tổng thể tích mố: V
m
=V
b
+V
t
+V
đk
+V
c
=96.106+115.67+1,25+2,826=215.852 (m
3
)
Hàm lượng cốt thép trong mố: k
tm
=0,15(T/m
3
)
Khối lượng cốt thép: Q
ct
=k
tm
×V
m
= 0,15×215.852 = 32.3778 (T)
Thể tích cốt thép: V
ct
=Q
ct
/γ
ct
= 32.3778 /7,85 = 4.1245 (m
3
)
Thể tích bê tông: V
bt
=V
m
–V
ct
= 215.852-4.1245 = 211.7266 (m
3
)
Khối lượng bê tông: Q
bt
=V
bt
×γ
bt
= 211.7266×2,4 = 508.1438 (T)
Khối lượng mố: Q
m
=Q
ct
+Q
bt
=32.3778+508.1438= 540.5216 (T)
3.2.Trụ cầu :
Chọn loại trụ đặc thân hẹp.
Tính 2 loại trụ: trụ nối nhịp 33 m với nhịp 42 m & trụ nối 2 nhịp 33 m.
Trang 14
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
3.2.1.Trụ nối giữa nhịp 33 m và nhịp 42 m(2 trụ):
Chọn kích thước như hình vẽ :
Tính cho một trụ:
Thể tích bệ trụ: V
b
=(4×1,5)×11,90=71.4 (m
3
)
Thể tích thân trụ: V
tt
=(1,6×5.75)×6,6+(1.2x5.75)x6.2=103.5 (m
3
)
Thể tích xà mũ: V
xm
=15.7125×1.6 = 25.14 (m
3
)
Thể tích gối: V
g
=0.375×1,00×5 = 1.875 (m
3
)
Thể tích toàn trụ: V
t
=V
b
+V
tt
+V
xm
+V
g
= 71.4+103.5+25.14+1.875=201.915 (m
3
)
Hàm lượng cốt thép trong trụ: k
tt
= 0,15 (T/m
3
)
Khối lượng cốt thép: Q
ct
=(k
tt
×V
t
) = 0,15×201.915 = 30.2872(T)
Thể tích cốt thép: V
ct
= Q
ct
/γ
ct
= 30.2872 /7,85 = 3.8582(m
3
)
Thể tích bê tông: V
bt
=V
t
– V
ct
=201.915 – 3.8582 =198.0568 (m
3
)
Khối lượng bê tông: Q
bt
=V
bt
×γ
bt
= 198.0568×2,4 = 475.3363 (T)
Khối lượng trụ: Q
t
=V
bt
+ V
ct
= 475.3363+30.2872 = 505.6235 (T)
3.2.2.Trụ nối giữa nhịp 33m và nhịp 33(2 trụ):
Trang 15
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Tính cho một trụ:
Thể tích bệ trụ: V
b
=(4×1,5)×11,90=71.4 (m
3
)
Thể tích thân trụ: V
tt
=(1,6×9.5)×6,6=100.32 (m
3
)
Thể tích xà mũ: V
xm
=15,8625×2.0=31.725 (m
3
)
Thể tích gối: V
g
=0.25×1,00×5=1.25 (m
3
)
Thể tích toàn trụ: V
t
=V
b
+V
tt
+V
xm
+V
g
=71.4+100.32+31.725+1.25=204.695 (m
3
)
Hàm lượng cốt thép trong trụ: k
tt
=0,15 (T/m
3
)
Khối lượng cốt thép: Q
ct
=(k
tt
×V
t
)=0,15×204.695 = 30.7042 (T)
Thể tích cốt thép: V
ct
=Q
ct
/γ
ct
= 30.7042 /7,85 = 3.9113 (m
3
)
Thể tích bê tông : V
bt
=V
t
– V
ct
=204.695 – 3.9113 =200.7836 (m
3
)
Khối lượng bê tông: Q
bt
=V
bt
×γ
bt
= 200.7836×2,4 = 481.8807 (T)
Khối lượng trụ: Q
t
=Q
ct
+Q
bt
=30.7042+481.8807=512.5849 (T)
4.Tính toán số lượng cọc trong mố và trụ cầu:
4.1.Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu:
4.1.1.Xét mố cầu:
Ở đây hai mố ở hai đầu cầu có chiều cao và tải trọng tác động như nhau, nên ta
chỉ tính cho một mố còn mố kia tương tự.
Các tải trọng tác dụng lên mố:
∑
1CD
P
=
1CD
MO
P
+
1CD
PLLL
P
+
+
1CD
KCN
P
Trong đó :
1CD
MO
P
- trọng lượng bản thân của mố.
Trang 16
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
1CD
MO
P
= 1,25×540.5216 = 675.652 T = 6628.1461 kN.
1CD
PLLL
P
+
– áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố.
1CD
KCN
P
– tĩnh tải ở kết cấu nhịp phần trên tác dụng lên mố.
1CD
KCN
P
= (1,25DC + 1,5DW).
Với: DC - tĩnh tải bản thân của hệ thống dầm chủ và dầm ngang,lan can tay vịn, bản
mặt cầu
DC =557.0103 T
DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu
DW = 122.4778 T
Suy ra:
1CD
KCN
P
= 1/2(1,25×557.0103 + 1,5. 122.4778)
=439.9897 T =4316.2989 kN
P
ht2tr
=η×[(γ
PL
×2×T×PL×ω
PL
)+(γ
LL
×m×n×TTL×ω
TTL
)+(γ
LL
×m×n×(1+IM)×ΣP
i
×y
i
]
Hệ số điều chỉnh tải trọng: η=1
Hệ số tải trọng: γ
PL
=γ
LL
=1,75
Chiều dài tính toán của nhịp: L
tt
= L – 2a =33-2x0.4=32.2m
Bề rộng phần người đi bộ: T=1.25 (m)
Số làn xe:n=2; hệ số làn xe m=1
Hệ số xung kích: IM=0,25
Diện tích đah R
m
: ω
PL
=ω
TTL
=½×L
tt
33
=32,2/2=16,1
P
i
: tải trọng trục bánh xe.
y
i
: tung độ đường ảnh hưởng tương ứng .
Σω: Tổng diện tích đah áp lực lên mố
q
1
= 9,3 KN/m; HL93 tải trọng thiết kế
PL = 4,0 KN/m
2
: Tải trọng đoàn người.
Xét xe tải thiết kế ( xe 3 trục):
145 KN 145 KN 35 KN
4.3 m
4.3 m
4.0 KN/m
9.3 KN/m
1
0.87
0.74
32.2
d.a.h.Rg(Ma)
P
ht2tr
=η×[(γ
PL
×2×T×PL×ω
PL
)+(γ
LL
×m×n×TTL×ω
TTL
)+(γ
LL
×m×n×(1+IM)×ΣP
i
×y
i
]
Trang 17
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
=1x[1.75x2x1.25x4x16.1+1.75x1x2x9.3x16.1+1.75x1x2x1.25x(145x(1+0.87)+35x0.7
4)=2105.3987(KN)
Xét xe tandem:
110 KN
1.2 m
4.0 KN/m
9.3 KN/m
1
32.2
d.a.h.Rg(Ma)
110 KN
0.96
1CD
PLLL
P
+
=1,75×2×1 [(1+0,25) x(110×(1+0,96) ) + 9,3×16.1 ]
+ 1,75×2×1,25×4,0×16.1 = 1749.055 kN.
Như vậy, ta chọn xe tải thiết kế để tính toán.
Ta có :
1CD
P
= 6628.1461 +4316.2989 +2105.3987 =13049.8437 kN.
4.1.2.Xét trụ cầu :
Các tải trọng tác dụng lên trụ:
∑
1CD
P
=
1CD
MO
P
+
1CD
PLLL
P
+
+
1CD
KCN
P
Trong đó :
1CD
MO
P
- trọng lượng bản thân của trụ.
1CD
MO
P
= 1,25.G
t
1CD
PLLL
P
+
– áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên trụ
1CD
KCN
P
– tĩnh tải ở kết cấu nhịp phần trên tác dụng lên trụ
1CD
KCN
P
= (1,25DC + 1,5DW).
Với: DC - tĩnh tải bản thân của hệ thống dầm chủ và dầm ngang,lan can tay vịn, bản
mặt cầu
DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu
1CD
PLLL
P
+
=
LL
γ
×n×m (1+IM)ΣP
i
y
i
+ 9,3Σω+
PL
γ
.2T.PL.ω
LL
γ
: hệ số vượt tải;
LL
γ
= 1,75.
PL
γ
=1,75
Chiều dài tính toán của nhịp: L
tt
= L – 2a
(1+ IM): hệ số xung kích; (1+IM) =1,25
Trang 18
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
n : số làn xe; n = 2
m: hệ số làn xe; m= 1
P
i
: tải trọng trục bánh xe.
y
i
: tung độ đường ảnh hưởng tương ứng .
Σω: Tổng diện tích đah áp lực lên mố
q
1
= 9,3 KN/m; 0,5HL93 tải trọng thiết kế
T = 1.25 m: Bề rộng làn người đi bộ.
PL = 4,0 KN/m
2
: Tải trọng đoàn người.
4.1.2.1. Tính áp lực tác dụng lên trụ:
4.1.2.1.1 Trụ đỡ nhịp 42m & 33m: (T3 & T4)
4.1.2.1.1.1 Tĩnh tải:
Nhịp 42m: DC=6879.7304 (KN); DW=1529.1916 (KN)
Nhịp 33m: DC=5464.2710 (KN); DW=1201.5072 (KN)
Tải bản thân các bộ phận KC & thiết bị phụ phi KC:
DC=(6879.7304 +5464.2710)=12344.001(KN)
Tải bản thân các lớp phủ & tiện ích công cộng:
DW=(1529.1916 +1201.5072)=2730.6988(KN)
Trọng lượng bản thân trụ: Q
t
=4960.1665(KN)
Hệ số tải trọng: γ
t
=1,25; γ
DC
=1,25; γ
DW
=1,5
Trọng lượng bt trụ (có kể hệ số tải trọng): P
bt
=Q
t
×γ
t
=4960.1665×1,25=6200.2081
(KN)
Tĩnh tải phần kết cấu nhịp: P
kcn
=½ ×(γ
DC
×DC +γ
DW
×DW)
=½×(1,25×12344.001+1,5×2730.6988)=9763.0247
(KN)
Tĩnh tải: P
tt
=P
bt
+P
kcn
=6200.2081 +9763.0247 =15963.2328 (KN)
4.1.2.1.2 Hoạt tải:
Chiều dài tính toán nhịp 42m: L
tt
42
=L
nh
-2×a=42-2×0,4=41,2 (m)
P
ht
=η×[(γ
PL
×2×T×PL×ω
PL
)+(γ
LL
×m×n×TTL×ω
TTL
)+(γ
LL
×m×n×(1+IM)×ΣP
i
×y
i
]
Các hệ số lấy như tính hoạt tải cho mố
a.Trường hợp 1: Tải trọng đoàn người, tải trọng làn, xe 2 trục
Trang 19
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
41.2m
32.2m
0.981
4KN/m
9.3KN/m
2
1
0.985
110KN
110KN
1.2m
Diện tích đah R
T
: ω
PL
=ω
TTL
=½×(L
tt
33
+L
tt
42
)=½×(32,2+41,2)=36,7
b.Trường hợp 2:Tải trọng đoàn người, tải trọng làn, xe 3 trục
41.2m
32.2m
0.866
145KN
145KN
35KN
4.3m
4.3m
4KN/m
9.3KN/m
2
1
0.897
c.Trường hợp 3: Tải trọng đoàn người, tải trọng làn, 2 xe 3 trục cách nhau 15m
145KN
145KN
35KN
1
0.866
0.897
4.3m
4.3m
0.532
0.427
15m
145KN
145KN
4.3m
4.3m
0.323
32.2m 41.2m
35KN
4KN/m
9.3KN/m
2
Bảng 1.4.1.2.1 Kết quả tính áp lực trụ T3&T4
Trụ Xếp xe P
ht
(KN) Max P
ht
(KN) P
tt
(KN) P
ap
T3
(KN)
T3 & T4
THa 2782.9725
3830.6756 15963.2328 19793.9087
THb 3161.4318
THc 3830.6756
4.1.2.2 Trụ đỡ 2 nhịp 33m: (T1 & T2)
Trụ Xếp xe P
ht
(KN) Max P
ht
(KN) P
tt
(KN) P
ap
T1
(KN)
T1 & T2
THa 2556.2075
3372.3375 14918.1727 18290.5102
THb 2928.3537
THc 3372.3375
5. Tính toán sức chịu tải của cọc, số cọc và cách bố trí cọc trong mố và trụ:
5. Tính toán sức chịu tải của cọc, số cọc và cách bố trí cọc trong mố và trụ:
5.1. Tính toán sức chịu tải của cọc:
5.1. Tính toán sức chịu tải của cọc:
Trang 20
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Theo số liệu khảo sát địa chất thì tính chất của các lớp địa chất ở dưới lòng
sông như sau:
- Lớp I: cát hạt nhỏ
- Lớp II: á sét
- Lớp III: cát hạt trung lẫn dăm sạn
Từ tính chất của các lớp đất nêu trên ta nhận thấy lớp đất tốt nằm ở độ sâu
không lớn lắm lại phù hợp với cọc ma sát. Nên ta chọn cọc ở đây là cọc đóng.
Chọn cọc BTCT kích thước (45x45) cm,chiều dài 15m
Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu:
Sức kháng dọc trục danh định: P
n
= 0.85[0.85*f’c*(Ap-Ast)+fy*Ast]; MN
Trong đó:
+ f’c: Cường độ chịu nén của bêtông cọc (Mpa); f’c=30Mpa
+ Ap: Diện tích mũi cọc (mm
2
)
+ Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm
2
); dùng 8Φ20: Ast = 2027mm
2
+ fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420Mpa
Thay vào ta được:
P
n
= 0.85[0.85*30*(160000-2514)+420*2514] = 4311007 (N)= 4311.007 (KN)
Sức kháng dọc trục tính toán: P
r
= φ.Pn;
Với φ: Hệ số sức kháng mũi cọc, φ = 0.55
P
r
= 0.55*4311.007 = 2371.054 (kN)
Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền:
Ta chọn sức chịu tải của cọc theo đât nền là Pđn = 1200(KN)
Khi đó sức chịu tải tính toán của cọc là : P
tt
= min (2371.054,1200) = 1200(KN)
5.2 Tính số cọc:
Dựa vào điều kiện địa chất: Lớp 1: cát hạt nhỏ
Lớp 2: á sét
Lớp 3: cát hạt trung lẫn dăm sạn
Lớp đất tương đối tốt nên ta chọn cọc ma sát kích thước 45x45 (cm)
+ chiều dài cọc: L
cọc
=15 (m)
+ Sức chịu tải cọc đơn: P
cọc
=1200 (KN )
Lấy hệ số kinh nghiệm: β=1,5
5.2.1 Số cọc trong mố:
Áp lực lên mố: P
ap
m
=13049.8437 (KN)
Số cọc trong mố: n=β×(P
ap
m
/P
cọc
)=1,5×(13049.8437 /1200)=16.31 (cọc)
Chọn số cọc trong mố là: n=18 (cọc) để thuận tiện bố trí
Trang 21
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
5.2.2 Số cọc trong trụ:
5.2.2.1 Trụ T3 & T4:
Áp lực lên trụ: P
ap
t
=19793.9087 (KN)
Số cọc trong trụ: n=β×(P
ap
m
/P
cọc
)=1,5×(19793.9087/1200)=24.74 (cọc)
Chọn số cọc trong trụ là: n=27 (cọc) để thuận lợi cho việc bố trí.
5.2.2.2 Trụ T1 & T2:
Áp lực lên trụ: P
ap
t
=18290.5102 (KN)
Số cọc trong trụ: n=β×(P
ap
m
/P
cọc
)=1,5×(18290.5102 /1200)=22.86 (cọc)
Chọn số cọc trong trụ là: n=24 (cọc).
Kết quả tính số cọc trong mố & trụ
Hạng mục
Áp lực P
ap
(KN)
Kích thước cọc
(cm×cm)
Chiều dài cọc
L
cọc
(m)
Số cọc n
Mố 13049.8437 45x45 15 18
Trụ T3&T4 19793.9087 45x45 15 24
Trụ T1&T2 18290.5102 45x45 15 24
5.3 Bố trí cọc: Theo hình
Bố trí cọc dưới đáy mố
Bố trí cọc dưới đáy trụ (T1,T2,
Trang 22
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
Bố trí cọc dưới đáy trụ (T3&T4)
Trang 23
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP
NHỊP (4×45m)
2.1.Mặt cắt ngang :
Cấu tạo mặt cắt ngang bản mặt cầu như hình vẽ:
MAT CAT NGANG CAU TL 1/50
MAT CAT II-II TL 1/50
MAT CAT I-I TL 1/50
900 300
600
12502002001250300200
100
200200
300
2200
200
1:10
10001000
22002200
10001000500 1000
2200
1:10
L? P BT ATPHAN DÀY 7cm
L? P B? O V? DÀY 3cm
L? P PHÒNG NU? C DÀY 1cm
L? P T? O MUI LUY? N 2% DÀY TB 4cm
B? N M? T C? U DÀY 20cm
2%
2%
900 300
200
100 200
600
V? CH SON PHÂN LÀN b=200
2200
3500 3500
Chiều rộng phần xe chạy 8 (m)
Chiều rộng phần người đi bộ 2x1,25(m)
Bố trí lề người đi bộ cùng mức với mặt đường xe chạy ta dùng vệt sơn phân làn
20 cm.
Chiều rộng cột lan can là : 50 cm
Chiều rộng bản mặt cầu xác định :
B
mc
= 8 + 2x1,25+ 2x0,2 + 2x0,5 = 11,9 (m)
2.2.Tính toán khối lượng 1 nhịp 45(m):
2.2.1. Bản mặt cầu: tính cho 1 nhịp
2.2.1.1. Số liệu chọn:
Theo 22TCN272-05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn 175 mm.
ở đây ta chọn 200 mm (chiều dày lớp chịu lực)
Chiều dày
c
ác lớp còn lại
:
+ lớp đệm tạo phẳng và độ dốc ngang cầu 2% dày tb: h
đ
= 40 (
mm).
+ lớp phòng nước có bề dày: h
pn
= 10 (mm).
Trang 24
Đồ án môn học: TK cầu BTCT
+ lớp bảo vệ có bề dày: h
bv
= 30 (mm).
+ lớp bêtông (BT) nhựa dày: h
bn
= 70 (mm)
Sơ đồ bản mặt cầu giống như phương án I.
2.2.1.2.Tính toán trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
Bề rộng các lớp phủ: B
lp
= B+2(b
vs
+ b
lc
)= 8 + 2(0,2 +1,25) = 10,9 (m)
Lớp BT nhựa: DW
1
=L
nh
×B
lp
×h
bn
×γ
bn
=45×10,9×0,07×2,25= 77.2537(T)
Lớp BT bảo vệ: DW
2
=L
nh
×B
lp
×h
bv
×γ
bt
=45×10,9×0,03×2,4= 35.316(T)
Lớp phòng nước: DW
3
=L
nh
×B
lp
×h
bn
×γ
pn
=45×10,9×0,01×1,5= 7.3575(T)
Lớp đệm bằng BT: DW
4
=L
nh
×B
lp
×h
đ
×γ
bt
=45×10,9×0,04×2,4= 47.088T)
Tổng khối các lớp phủ :
DW = DW
1
+DW
2
+DW
3
+DW
4
= 77.2537+35.316+7.3575+47.088 = 167.0152 (T).
2.2.1.3. Bản mặt cầu:
2.2.1.3. Bản mặt cầu:
Trọng lượng bản mặt cầu trên 1m dài cầu: g
mc
= γ.A
g
.
+ γ = 2.4 (T/m
3
): khối lượng riêng của bê tông.
+ A
g
= 0.2x11.9 = 2.38 (m
2
): Diện tích mặt cắt ngang của bản mặt cầu.
+ g
mc
= 2.4x2.38 = 5.712 T.
Trọng lượng bản mặt cầu = 5.712x45 = 257.04 T
2.2.2. Lan can :
Vì không có dãi phân cách nên ta thiết kế lan can tay vin cứng có khả năng chống
lại lực va của xe, các thông số kỹ thuật cho như trên hình vẽ:
600500
R
3
1
0
190
500
310190
+Với diện tích phần bệ A
b
=500×500-(π× 310
2
)÷4= 174600mm
2
,liên tục ở 2 bên cầu
Trang 25