Tài liệu Bài tập lớn Thiết kế môn học mố trụ cầu

BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU PHẦN I SỐ LIỆU CHUNG Nhiệm vụ : +Thiết kế trụ số: T2 +Thiết kế dựa theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05 Các thông số cho như sau: -Mặt cắt ngang KCN (định hình) +Chiều dài nhịp:lnhịp=L1 = L2= L3 =L4 =L5 =33, 0 m, h=1. 8 m , tiết diện I. + Chiều dài nhịp tính toán:Ltt=34. 4m +Khổ cầu:9,2+ 2x1.15 -Chiều cao các kết cấu bên trên +Lớp phủ mặt cầu: 10 cm +Bản: 20 cm +Gối: * Gối cố định: 310 x460 x56 (mm)-Gối cao su bản thép *Gối di động: 410 x460 x80 (mm)-Gối cao su bản thép -Điều kiện nền móng gồm 3 lớp: + Lớp 1: Bùn sét dẻo chảy. + Lớp 2: Cát pha sét, trạng thái chặt vừa. + Lớp 3: Đá Với điều kiện nền móng ở đây ta sử dụng móng cọc đường kính nhỏ với cao độ mũi cọc đặt vào sâu trong lớp đá (lớp 3) là 0,5m. -Hoạt tải :HL_93 + Người: 3 kN/m Nguyễn Văn B -1- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU - MNCN = 32, 0 m - MNTN = 22, 0 m - MNTT = 27, 0 m Nguyễn Văn B -2- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Mục Lục I. Lựa chọn kích thước và kết cấu nhịp II. Tính toán các tải trọng tác dụng lên kết cấu  Tĩnh tải  Hoạt tải  Lực hãm xe  Lực li tâm  Lực gió ngang cầu  Lực gió dọc cầu  Áp lực nước  Các loại lực khác III. Tổ hợp tải trọng IV. Kiểm toán mặt cắt đỉnh móng , đáy móng, xà mũ theo các nội dung  Chọn và bố trí cốt thép  Kiểm toán sức kháng uốn  Kiểm toán sức kháng cắt  Kiểm toán nứt V. Bản vẽ trụ cầu Nguyễn Văn B -3- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU I. Chọn cấu tạo kết cấu nhịp-Cấu tạo trụ: I. 1 Chọn cấu tạo kết cấu nhịp: Căn cứ số liệu về khổ cầu, chiều dài nhịp chọn kết cấu nhịp như sau : Mặt cắt ngang gồm 5 dầm chủ dạng chữ I đặt cách nhau 2, 30m. Toàn nhịp có 5 dầm ngang bố trí theo cấu tạo, mặt cầu bằng bê tông cốt thép đúc tại chỗ dầy 20 cm, phía trên là lớp phủ mặt cầu bằng bê tông át phan dày trung bình 10 cm. Cấu tạo lề người đi kiểu đồng mức. Lan can, tay vịn bằng bê tông cồt thép. Nguyễn Văn B -4- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Cấu tạo dầm chủ: Mặt cắt giữa nhịp S be s Kích thước g f e d Tấm bản đúc sẵn j k c h m b (mm) a 300 b 250 c 900 d 120 e 130 f 100 g 180 j 650 k 850 m 200 n 650 a n Trọng lượng dầm chủ: P5dc=5*(A*L)*gbt=5*0. 71975*35*24. 53=3089, 7 kN I. 2 Chọn cấu tạo trụ: Trụ thiết kế kiểu trụ thân hẹp cao 6. 8 m, móng trụ là móng nông. Kính thước của trụ, kết cấu nhịp, cũng như bố trí tổng thể trình bày trên hình vẽ. I. 2. 1. Xác định kích thước mũ trụ: ' Bmin '' b b =b3 +b2'+b2''+ 0 + 0 + 2*(15 20)+2*b1 2 2 Amin= (n-1)*a2 +a0+2*(15-20)+2*a1 Nguyễn Văn B -5- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Trong đó : Amin, Bmin : chiều rộng và chiều dài tối thiểu của mũ trụ ; ( n-1) : số khoảng cách giữa tim các dầm chủ ; b’0, b’’0 : kích thước thớt gối theo phương dọc cầu ; a0 : kích thước thớt gối theo phương ngang cầu 15 - 20 cm :khoảng cách nhỏ nhất từ mép thớt gối đến mép bệ kê gối; b2, và b2, , : khoảng cách từ tim gối đến đầu dầm của các dầm nhịp phải và bên trái trụ phụ thuộc vào chiều dài nhịp; b3 : khoảng cách giữa hai đầu dầm cạnh nhau ; Với: b3=5+0. 00001*ỏ*L= 5. 495cm T0 : hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ trung bình L : Chiều dài nhịp dầm b1, a1 khoảng cách nhỏ nhất từ mép bệ gối đến mép mũ trụ theo phương dọc cầu và theo phương ngang cầu; a2 : khoảng cách giữa tim các dầm kề nhau theo phương ngang cầu; b2, =b2, , =30 cm b’0=31 cm (gối cố định) b1=25 cm (Vì L=35 m) n=5 dầm a2=240cm a0=46 cm a1=30cm (gối phẳng) b’’0 = 41 cm(gối di động) a0 = 46 cm Do đó : Bmin = 5. 495 +2*30+41/2+31/2+2*15+2*25= 181. 495 cm =>chọn B=250 cm Amin = 240*(5-1) + 46+2*15+2*30 = 1096 cm =>chọn A=1140 cm Nguyễn Văn B -6- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU I. 2. 2. Lựa chọn kích thước thân trụ và bệ móng: Căn cứ vào qui trình ta lựa chọn kích thước thân trụ và bệ móng như hình vẽ : II. Tải trọng tính toán Tải trọng tác dụng lên trụ có nhiều loại, ta sẽ lần lượt tính cho từng loại tải trọng, sau đó tổ hợp các nội lực để chọn tổ hợp nội đưa vào tính toán. II. 1. Tĩnh tải: 1. 1. Trọng lượng KCN: a. Trọng lượng bản thân dầm chủ: Mặt cắt ngang dầm chủ thay đổi theo chiều dài dầm, để đơn giản ta có thể lấy mặt cắt ngang giữa nhịp làm mặt cắt tính toán: A=A1+A2+ A3+ A4+ A5+ A6 Trong đó: Nguyễn Văn B -7- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU A1=52000 mm2 A2=102000 mm2 A3=57750 mm2 A4=17800 mm2 A5=85000 mm2 A6=162500 mm2 Vậy A=637250 mm2 Trọng lượng dầm chủ: P5dc=5*(A*L)*gbt=5*0. 63725*35*24. 53=2735, 55 kN b. Trọng lượng lan can, gờ chắn: Plc=10. 69 kN Pgờ= 404. 3 kN c. Trọng lượng dầm ngang Chiều cao 1. 12 m Chiều rộng 1. 8 m Chiều dày 2 dầm ở gối 0. 4 m Chiều dày 3 dầm ở giữa nhịp 0. 2 m Vậy P5dn= 276. 87744 kN 1. 2. Trọng lượng lớp phủ và tiện ích: Pbản mc=hb*Btc*L*gbt=0. 18*13*35*24. 53= 2009 kN Plớp phủ= hlp*Bxc*L*glp=0. 07*12*35*21. 58= 634, 452 kN 1. 4. Trọng lượng bản thân trụ Nguyễn Văn B -8- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU -Đá kê gối: Pđá kê =5*Vđá kêbênphải*gbt + 5*Vđá kêbêntrái*gbt =5*(0. 76*0. 61*0. 2)*24. 53 + *(0. 76*0. 61*0. 2)*24. 53 =22. 74 kN - Mũ trụ: amt = 11, 4 m bmt = 2. 5 m hmt = 1. 2 M Vmt = 11, 88 m3 Pmũ trụ = 291, 416 kN att = 7 M rt = 2 M h= 6, 8 M V= 89, 363 m3 Pthân trụ = 2192. 07 kN -Thân trụ: -Bệ móng: am = 9 M bm = 6 M hm = 2 M V= 108 m3 Pmóng = 2649, 24 kN Vậy trọng lượng trụ tại đỉnh trụ : P= 2483. 48 kN trọng lượng trụ tại chân trụ: P= 5132. 73 kN Nguyễn Văn B -9- Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU II. 2. Hoạt tải: WL = 9. 3 KN/m 35 KN 145 KN 145 KN 110 KN 4. 3 m 35 KN 145 KN 145 KN 110 KN 4. 3 m 15. 0 m 4. 3 m 4. 3 m 1 . 6 5 1 2 2 7 3 4 m Tính toán giá trị hoạt tải Tải trọng Xe tải Nguyễn Văn B Điểm Tung độ ĐAH Tải trọng Phản lực 1 0. 75 35. 0 52. 5 2 0. 875 145. 0 253. 75 3 1 145. 0 290 4 0. 564 35. 0 39. 47 5 0. 439 145. 0 127. 29 6 0. 314 145. 0 91. 047 - 10 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Xe hai trục 7 0. 965 110 212. 33 3 1 110 220 34. 4 9. 3 639. 84 Tải trọng làn WL Tổng cộng Ri Hoạt tải trên nhịp dẫn Do xe tải 854, 07 Do xe 2 trục 432, 33 LL=1286. 265 kN Mô men theo phương dọc cầu: M= 270. 67 kN Mô men theo phương ngang cầu : II. 3. Tải trọng người đi bộ: 3. 1. Trường hợp người đi trên cả 2 lề trên cả 2 nhịp: Nguyễn Văn B - 11 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Tải trọng tiêu chuẩn người đi bộ: q= Bề rộng người đi bộ Bnd= 1. 5 m Phản lực gối do người đi bộ: PLt=103, 2 kN 3 kN/m PLp=103, 2 kN 3. 2. Trường hợp người đi trên cả 2 lề nhịp phải (trái): Tải trọng tiêu chuẩn người đi bộ: q= Bề rộng người đi bộ Bnd= 1. 5 m Phản lực gối do người đi bộ: PLt=0 kN 3 kN/m PLp=103, 2 kN 3. 3. Trường hợp người đi trên 1 lề cả 2 nhịp (xếp lệch tâm): Nguyễn Văn B - 12 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Tải trọng tiêu chuẩn người đi bộ: q= Bề rộng người đi bộ Bnd= 1. 5 m Phản lực gối do người đi bộ: PLt=51. 6 kN 3 kN/m PLp=51. 6 kN Mô men ngang cầu do tải trọng người xếp lệch tâm gây ra: e= 5. 25 m M=270, 9 kN/m II. 4. Lực hãm xe Lực hãm xe bằng 25% tổng trọng lượng các trục xe tải hay xe 2 trục thiết kế của tất cả các làn Lực hãm xe nằm ngang và cách phía trên mặt đường một khoảng: hBR=1. 8 m BR=162. 5 kN II. 5. Lực ly tâm Lực ly tâm nằm cách mặt đường nằm ngang một khoảng: hCE=1. 8 m CE=4V2/3gR Vì R= CE=0 Nguyễn Văn B - 13 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU II. 6. Tải trọng gió (WL, WS) Kích thước kết cấu hứng gió Bề rộng mặt cầu W 13. 00 Chiều cao dầm và bề dày lớp phủ nhịp trái hg 1. 838 Chiều cao dầm và bề dày lớp phủ nhịp phải hg 1. 838 Chiều cao toàn bộ kết cấu trên nhịp trái hs 2. 65 Chiều cao toàn bộ kết cấu trên nhịp phải hs 2. 65 Chiều cao gối cầu và đá kê gối hb 0. 250 Chiều cao xà mũ hcb 1. 200 Chiều cao lan can hlc 0. 600 K/c từ đáy dầm đến trọng tâm chắn gió của KCPT nhịp trái hcgt 1. 025 K/c từ đáy dầm đến trọng tâm chắn gió của KCPT nhịp phải hcgp 1. 025 Chiều cao thân trụ hc 6, 8 Chiều cao bệ trụ h 2. 000 Bề rộng xà mũ bh 11. 4 Bề rộng thân trụ bc 7 Chiều sâu dòng chảy hSF 1. 000 Chiều dày lớp đất phủ trên bệ móng hso 0. 5 Tốc độ gió thiết kế tính theo công thức: V=VBxS VB: tốc độ gió giật cơ bản VB=38 m/s S:hệ số điều chỉnh S=1 V=38 m/s 6. 1. Tải trọng gió tác động lên công trình (WS) 6. 1. 1. Tải trọng gió ngang PD Nguyễn Văn B - 14 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU PD=0. 0006*V2*At*Cd>1. 8At (kN) V:tốc độ gió thiết kế Cd:hệ số cản At:diện tích k/c hay cấu kiện phải tính gió ngang trạng thái ko co hoạt tải tác dụng Tải trọng gió ngang tác dụng lên KCN V=38 m/s At=185, 5 m2 b d 12 2,65 3,7 Tra bảng có Cd=1. 42 PD=228, 22 kN 1. 8At=333, 9 kN Vậy WS1=333. 9 kN Đặt cách đáy móng 13, 328 m Đặt cách đỉnh móng 11, 328 m Tải trọng gió ngang tác dụng lên mũ trụ V=38 m/s At=3 m2 Cd=1 PD= 3. 08811 kN 1. 8At=5. 4 kN Vậy WS2=5. 4 kN Đặt cách đáy móng 9, 4 m Đặt cách đỉnh móng 7, 4 m Tải trọng gió ngang tác dụng lên thân trụ V=38 m/s At=13, 6 m2 Cd=1 PD= 11, 78 kN 1. 8At=24, 48 kN Nguyễn Văn B - 15 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM Vậy WS3=24, 48 kN BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Đặt cách đáy móng 5. 4 m Đặt cách đỉnh móng 3. 4 m 6. 2. Tải trọng gió tác động lên xe cộ (WL) Tải trọng gió ngang Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ Điểm đặt lực cách mặt đường = 1. 5 kN/m h WL = 1. 8 m = 49. 5 kN Cách đáy móng 13. 638 m Cách đỉnh móng 11. 638 m Tải trọng gió ngang dọc cầu Tái trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ Điểm đặt lực cách mặt đường = 0. 75 kN/m h WL = 1. 8 m = 24. 75 kN Cách đáy móng 13, 638 m Cách đỉnh móng 11, 638 m 6. 3. Lực gió thẳng đứng V PV=0. 00045V2AV Trong đó: V=VB*S VB=38 m/s S=1. 1(Tra bảng phụ thuộc vào độ cao từ trọng tâm thân trụ tới MNTK) AV=Btc*L=10*35=350 m2 Nguyễn Văn B - 16 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU PV= 297, 48 kN Độ lệch tâm e=Btc/4=3 m Nguyễn Văn B - 17 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM Bảng 1: BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Lực gió theo phương ngang cầu Ngang đáy móng TT Ngang Ngang đỉnh móng Tay đòn TT Ngang Tay đòn 9, 328 WS1 228. 22 11. 328 WS1 228. 22 WS2 5, 4 9, 4 WS2 5, 4 7, 4 WS3 49, 5 5. 4 WS3 49, 5 3. 4 Tổng 228, 22 Tổng 228, 22 WL 49, 5 WL 49. 5 13, 638 Dọc đáy móng TT Dọc WS1 57. 055 WS2 1. 35 WS3 12. 375 Tổng 70. 78 WL 24, 75 11. 368 Dọc đỉnh móng Tay đòn TT 11. 328 WS1 9, 4 WS2 5. 4 WS3 Tổng 13, 638 WL Dọc 57. 055 1. 35 12. 375 Tay đòn 9, 328 7, 4 3. 4 70. 78 24, 75 11. 368 II. 7. Lực do nước WA Áp lực nước tĩnh Tính tại mặt cắt đỉnh bệ Chiều cao cột nước từ MNTN tính đến đỉnh móng Nguyễn Văn B - 18 - h=1 m Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Áp lực nước tĩnh 9, 81 kN. m Vị trí đặt lực tính tính từ mặt cắt đang xét 0. 333 m Áp lực đẩy nổi Chiều cao cột nước từ MNTN tính đến đỉnh móng h=1 m Thể tích thân trụ Vthân trụ = 9, 585 m3 Thể tích móng Vmóng = 108 Tại đỉnh móng WA1 =- 94, 02 kN Tổng thể tích V = 117, 58 Tại đáy móng WA2 =- 1153, 51N Lực do dòng chảy m3 m3 v=1. 5 m/s Áp lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc trụ P=5. 14*10-4*C0*V2=5. 14*10-4*0. 7*1. 52=8. 10-4 MPa Diện tích phần trụ chịu áp lực dòng chảy A=2. 1=2 m2 Tác dụng lên trụ tại đỉnh móng Aan=2*2=4 m2 WS1=3200 N =3. 2 kN Đặt cách đáy móng 2. 5 m Tác dụng lên trụ tại đáy móng Aan=2*6=12 m2 WS1=9600 N =9. 6 kN Đặt cách đáy móng 1. 5 m III. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên các mặt cắt III. 1. Các tổ hợp và hệ số tổ hợp tại m/c đỉnh móng Nguyễn Văn B - 19 - Cầu Anh - K46 BỘ MÔN CẦU HẦM BÀI TẬP LỚN MỐ TRỤ CẦU Dọc cầu hệ số N cấu kiện và thiết bị phụ DC DC 5367. 3 Lớp phủ và tiện ích DW 634. DW 453 tải trọng hoạt tải xe LL+IM Tải trọng ngời đi bộ 2 làn-2 nhịp LL 1493. 91 PL 205. 2 lực đẩy nổi B Ngang cầu Qy Z1 Mx 3. 2 2. 5 8 24. 75 11. 363 281. 23 Qy Z2 My -94. 02 Dọc cầu áp lực dòng chảy P Ngang cầu WA Dọc cầu Gió trên hoạt tải WL Ngang cầu WL 11. 49. 5 363 562. 47 333. 9 11. 328 3782. 42 333. 9 11. 328 3782. 42 24. 48 3. 4 83. 232 24. 48 3. 4 83. 232 5. 4 7. 4 39. 96 5. 4 7. 4 39. 96 Gió ngang WS Gió tác KCPT Gió tác KCPD động Với V thiết lên kế Với V=25m/s động WS Với V thiết lên kế Với V=25m/s WS Với V thiết Gió tác động lên lan kế can Với V=25m/s Nguyễn Văn B WS - 20 - Cầu Anh - K46