ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU
THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 1
CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG
LỰC
DẦM T CĂNG TRƯỚC
(Thiết kế theo Quy Trình 22 TCN 272-05)
CHƯƠNG I
THIẾT KẾ CƠ SỞ
1.1. Nhiệm vụ thiết kế
1.1.1. Giới thiệu công trình
Trong phần này cần phải nêu được vị trí xây dựng công trình như: Công trình
thuộc địa phận tỉnh NGHỆ AN , huyện QUỲNH LƯU ,bắc qua sông MAI
GIANG
Khu vực xây dựng cầu là vùng đồng bằng, bờ sông rộng và bằng phẳng, dân
cư tương đối đông. Cầu nằm trên tuyến đường chiến lược được làm trong thời
kỳ chiến tranh nên tiêu chuẩn kỹ thuật thấp, không thống nhất. Mạng lưới
giao thông trong khu vực còn rất kém
1.1.2. Quy trình quy phạm sử dụng
Khi tiến hành thực hiện một dự án công trình cầu thì có rất nhiều quy trình
quy phạm đi kèm theo. Đối với từng hạng mục kết cấu đã có những quy trình
khác nhau (như riêng về cọc khoan nhồi cũng đã có những quy phạm riêng…)
và trong từng kết cấu theo từng công đoạn cũng có những quy phạm khác
nhau (quy trình về thiết kế, thi công, nghiệm thu….).Ở đây, có thể kể đến một
vài các quy trình, quy phạm được sử dụng như:
- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05;
- Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô: TCVN 4054: 2005;
- Tiêu chuẩn động đất TCXDVN 375: 2006.
-Tiêu chuẩn thi cụng và nghiệm thu cọc khoan nhồi: 22TCN 257 -2000;
- Tiêu chuẩn kỹ thuật hàn cầu thép: 22TCN 280 -01;
- Tiêu chuẩn kỹ thuật sơn cầu thép và kết cấu thép: 22TCN 235-97;
- Quy trình thiết kế cụng trình phụ tạm và thiết bị phụ trợ thi công cầu:
22TCN 200-89;
- Quy trình thi công và nghiệm thu cọc công trình nền móng: TCXD 79-1980;
- Quy trình thử nghiệm cọc: TCXD 88 -1992;
- Quy phạm thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép lắp
ghép: TCVN 4453 -1995;
- Quy trình thi công và nghiệm thu cầu dầm thộp liên kết bằng bu lông cường độ
cao: 22TCN24-84;
- Quy trình thi công và nghiệm thu dầm cầu bê tông cốt thép ứng suất trước:
22TCN 247 -98;
1.1.3. Mục tiêu của dự án
Thuận tiện cho giao thông đi lại, rút ngắn khoảng cách giữa 2 xã.
Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội cũng như về giao thông
vận tải ở hiện tại và trong tương lai, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của việc lưu
thông và vận chuyển hàng hoá cũng như sự tăng trưởng về lưu lượng và tải trọng
xe. Vì vậy, việc đầu tư xây dựng cầu này là cần thiết và cấp bách.
1.1.4. Sự cần thiết phải đầu tư
Một dự án được quyết định thực hiện hay không thì nó phải đạt được các mục
tiêu mà chủ đầu tư đề ra. Có rất nhiều các mục tiêu mà một công trình cầu cần
phải đạt được, tuy nhiên bên cạnh đó cũng còn tùy từng công trình mà người
ta xây dựng để đạt những mục tiêu khác nhau. Thông thường, một dự án có
cần phải đạt được một số mục tiêu sau:
- Mục tiêu về mặt thương mại – dịch vụ
- Mục tiêu kinh tế
- Mục tiêu về giao thông đi lại của người dân trong vùng
- Mục tiêu về quân sự
Và ngoài ra còn nhiều các mục tiêu khác nữa, nói chung tùy tùng vị trí xây
dựng và mục đích xây dựng của từng đơn vị chủ đầu tư.
1.2. Điều kiện tự nhiên
Khoảng cách giữa 2 xã cách nhau bởi con sông Châu Giang mỗi lần đi lại
phải mất quãng đường rất xa. Mà mùa mưa thì đường ngập nước đi lại khó
khăn nên người dân xin chính quyền xã đề lên Tỉnh xin ngân sách nhà nước
làm cây cầu nối liền 2 xã để người dân đi lại được thuận tiện hơn.
Vùng này có phong cảnh đẹp, là một nơi lý tưởng thu hút khách tham quan nên
lượng xe phục vụ du lịch rất lớn. Mặt khác trong vài năm tới nơi đây sẽ trở thành
một khu công nghiệp tận dụng vận chuyển bằng đường thủy và những tiềm năng
sẵn có ở đây.
1.3. Điều kiện địa chất
Tại vị trí khi xây dựng cầu về mặt địa chất gồm có các loại đất: đất cát pha,
cát hạt mịn, cát hạt vừa, sét chặt lẫn sỏi sạn
1.4. Điều kiện thủy văn
Tại vị trí xây dựng cầu thi hàng năm mực nước cao nhất là -11.47m và
mực nước thấp nhất là -16.97m
Tình hình xói lở: do dòng sông không uốn khúc và chảy khá êm nên tình hình
xói lở hầu như không xảy ra.
Ở những chổ có nước, mặt trên của bệ đặt thấp hơn mực nước từ 0,3÷ 0,5m,
còn ở những nơi không có nước mặt thì gờ móng đặt ở cao độ mặt đất sau khi sói
lở.
Do độ ẩm không khí khá cao thêm vào đó là điều kiện khí hậu khắc
nghiệt nên loại vật liệu chủ đạo là bê tông cốt thép. Kết cấu thép vẫn có thể sử
dụng nếu có điều kiện bảo quản tốt, sửa chữa gia cố kịp thời
1.5. Quy mô - Kỹ thuật - Cấp hạng công trình cầu
Theo số liệu cấp hạng công trình cầu là cấp IV địa hình đồng bằng
1.5.1. Vị trí cầu, quy mô, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền
Cầu nối liền giữa 2 xã Vũ Bản và Bồ Đề. Cầu được thiết kế với khổ cầu
là 7+2x1 và khổ thông thuyền là 30x5 . Tiến hành xây dựng cầu BTCT nhịp
giản đơn với chiều dài cầu là 146.47m
1.5.2. Tải trọng và tiêu chuẩn thiết kế
Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ là tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 với tải trọng
thiết kế là HL – 93 cùng với tải trọng người.
1.6. Lập các phương án cầu
Sơ đồ nhịp là 5 nhịp giản đơn mỗi nhịp 33m
Trên cơ sở phân tích và đánh giá ở phần trên, ta đề xuất các phương án vượt
sông như sau:
*Phương án I:
Loại cầu : Cầu nhịp giản đơn BTCT DƯL dầm chữ I.
Chọn chiều dài nhịp gồm: 5 nhịp 33 m bằng BTCT ƯST, mỗi nhịp có 5 dầm
chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m.
-Kết cấu mố trụ:
+Trụ cầu ta sử dụng trụ đặc thân hẹp, đổ tại chỗ.
+Mố cầu: sử dụng mố chữ U cải tiến.
-Các lớp mặt cầu gồm có:
+Lớp Bê tông atphan dày 10cm
+Lớp vữa đệm dày 5cm
+Khe co giản làm bằng cao su có cốt thép bản dày 8cm.
+Móng cọc khoan nhồi có đường kính 1,5m
*Phương án II:
Loại cầu : Cầu nhịp giản đơn BTCT DƯL dầm chữ T.
Chọn chiều dài nhịp gồm: 5 nhịp 33 m bằng BTCT ƯST, mỗi nhịp có 5 dầm
chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m.
-Kết cấu mố trụ:
+Trụ cầu ta sử dụng trụ đặc thân hẹp, đổ tại chỗ.
+Mố cầu: sử dụng mố chữ U cải tiến.
-Các lớp mặt cầu gồm có:
+Lớp Bê tông atphan dày 10cm
+Lớp vữa đệm dày 5cm
+Khe co giản làm bằng cao su có cốt thép bản dày 8cm.
+Móng cọc khoan nhồi có đường kính 1,5m
1.6.1. Sơ đồ nhịp
33000
50
146470
50
33000
33000
50
33000
MNCN: -11,47
MNTT: -13,97
MNTN: -16,97
-16,99
-17,45
-19,26
-21,47
-21,47
8 c?c
L= 15 m
8c?c
L= 15 m
6 c?c
L= 15 m
-32,45
-31,99
6 c?c
L= 15 m
-34,26
M1
6c?c
L= 15 m
-36,47
-36,47
T1
T2
T3
1.6.2. Kết cấu nhịp.
*Cầu dầm BTCT DƯL kéo trước nhịp giản đơn tiết diện dầm chủ chữ T
Mặt cắt ngang kết cấu nhịp
M2
MCN K? T C? U NH?P
1
2
MCN GI? A NH?
P
300
1
2MCN
T? I G? I
L?p bê tông nh?a dày 10 cm
500
L?p v?a d?m dày 5cm
100
200
1000
2%
L?p cách nu?c dày 1cm
2x2000
2x2000
1000
1.6.2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp
Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp là 33 m
1.6.2.2 Quy mô mặt cắt ngang cầu
Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:
+ Bề rộng phần xe chạy
Bxe 7m
+ Bề rộng người đi bộ
B 2 x1 m
+ Bề rộng chân lan can
B=0.5m
+ Bề rộng toàn cầu
B=10m
+ Số làn xe thiết kế
nlàn 2
Khoảng cách giữa các dầm chủ là S 1100 S 4900 mm
Số dầm chủ thiết kế chọn như sau :
=> chọn ndâm 5 dầm
=> chọn S=2000mm
+ Chiều dài phần cánh hẫng:
D=1000m
6.3 Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ
1.6.3.1 Tại mặt cắt L/2
300
200
200
200
1800
600
Cấu tạo mặt cắt L/2
- Chiều cao dầm chủ:
h
=
1650 mm
+ Bề rộng bầu dầm:
b1
=
600
mm
+ Chiều cao bầu dầm:
h1
=
300
mm
+ Bề rộng vút bầu dầm:
b2
=
200
mm
+ Chiều cao vút bầu dầm:
h2
=
200
mm
- Kích thước sườn dầm:
+ Bề rộng sườn dầm:
b3
=
200
mm
+ Chiều cao sườn dầm:
h3
=
750 mm
+ Bề rộng bản cánh trên:
b7
=
600 mm
+ Chiều cao cánh trên:
h5
=
200
- Kích thước bầu dầm:
- Kích thước bản cánh trên:
mm
+ Bề rộng vút bản cánh trên:
b4
=
200 mm
+ Chiều cao vút bản cánh trên:
h4
=
200 mm
+ Bề rộng sườn dầm:
b1
=
600 mm
+ Chiều cao sườn dầm:
h7
=
1450
+ Bề rộng bản cánh trên:
b7
=
600 mm
+ Chiều cao cánh trên:
h5
=
200 mm
- Chiều dày bản bêtông
ts
=
160 mm
- Chiều dài phần cánh hẫng
de=
- Chiều dài phần cánh hẫng phía trong
S/2 =
1000mm
- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp
Hcb =
1810 mm
1.6.3.2. Mặt cắt tại gối
1450
200
1800
600
Mặt cắt tại gối
Kích thước sườn dầm:
mm
- Kích thước bản cánh trên:
1.6.3.3. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu
1000mm
1.6.3.4. Kết cấu mố trụ.
7710
2300
1500
460
740
5500
1:1
500
2000
1000 1200
1000
3000
1000
1.7. Lựa chọn phương án
1.7.1. Tính toán khối lượng
DẦM CHỮ
DẦM CHỮ T
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ KỸ THUẬT
I: Chọn sơ bộ kết cấu nhịp
1. Lựa chọn dạng mặt cắt và kích thước mặt cắt ngang cầu
Chọn số dầm chủ: 5 dầm
Khoảng cách giữa dầm chủ : 2000mm
Lề người đi đồng mức với mặt cầu phần xe chạy và được ngăn cách bằng giải
phân cách
Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu, ¼ nhịp tính toán và giữa nhịp
Chiều rộng mối nối là 200mm
2. Thiết kế dầm chủ
Dầm chủ là dầm chữ T làm bằng BTCT DƯL
1
1
h(
) L 1,5 1,83 ( m).
18 22
+ Chiều cao dầm chủ
Chọn h=1,65m = 1650 mm
+ Chiều rộng bản cánh bf=2000 mm
+ Chiều dày bản cánh hf=200 mm
bw 15 20 (cm).
+Chiều dày sườn dầm
Chọn: bw = 20(cm) = 200 (mm).
+ Kích thước bầu dầm
+ Bề rộng bầu dầm:
b1
=
600
mm
+ Chiều cao bầu dầm:
h1
=
300
mm
+ Bề rộng vút bầu dầm:
b2
=
200
mm
+ Chiều cao vút bầu dầm:
h2
=
200
mm
200
300
200
200
1800
600
ta cã b¶ng sau:
tham sè
ChiÒu dµi nhÞp
KhÈu ®é nhÞp tÝnh
to¸n
T¶i träng HL93
Tæng bÒ réng cÇu
MÆt xe ch¹y
Gê ch¾n xe
LÒ ngêi ®i
Lan can
kÝ hiÖu
L
trÞ sè
33
®¬n vÞ
m
Ltt
32,4
m
B
B1
B2
B3
10
7
0
2
1
m
m
m
m
m
MCN K? T C? U NH?P
MCN GI? A NH?
P
300
1
2MCN
T? I G? I
L?p bê tông nh?a dày 10 cm
L?p v?a d?m dày 5cm
500
1
2
100
200
1000
2%
2x2000
L?p cách nu?c dày 1cm
2x2000
1000
§Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng chÞu lùc c¾t cña dÇm, sên dÇm ®îc më réng ë trªn gèi:
600
300
3. CÊu t¹o dÇm ngang.
+ ChiÒu réng dÇm ngang: Bn =1800 mm
+ ChiÒu cao dÇm ngang: n = 1150 (mm).
+ Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c dÇm ngang: 2000 (mm).
+ChiÒu dµy dÇm ngang: tn = 200 mm
+DiÖn tÝch dÇm ngang : A=1800x1150=2070000 ( mm2 )
+ThÓ tÝch dÇm ngang : V=0.414 ( m3)
II.TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM CHỦ
1. X¸c ®Þnh t¶i träng thêng xuyªn.
a. T¶i träng b¶n th©n cña c¸c bé phËn kÕt cÊu vµ thiÕt bÞ phô phi kÕt cÊu (DC).
*tÝnh cho dÇm trong
+ DÇm däc chñ:
- DiÖn tÝch tiÕt diÖn:
Aco =
h f .b f B S .hS b w ( h h f hS ) 2.( Fvutcanh Fvutsuon )
Aco = 0,2. 1,8+ 0,6.0,3 + 0,2(1,65 – 0,2 – 0,3) +2(0,5* 0,22 +0.5* 0.22 )
Aco = 0,85
DCl = BT . Aco .
→ Träng lîng dÇm chñ (trªn 1m dµi):
g1 = 24.525x0.85x 1 = 20.846(KN/m).
+ DÇm ngang:
Träng lîng dÇm ngang
Träng lîng mét dÇm ngang
Wn=Vn* Yc=0.4736*24.525=11.756 KN
Träng lîng r¶i ®Òu do dÇm ngang
g2=7*11.756/(32200/1000)=2.556KN/m
Träng lîng mèi nèi phÇn c¸nh T : g3 =(300/1000)*(160/1000)*24.525=1.177
KN/m
Tæng t¶i träng: g = g1 + g2 + g3= 24.58(KN/m).
b. T¶i träng b¶n th©n cña líp phñ mÆt vµ c¸c tiÖn Ých c«ng céng (DW).
Trọng lượng riªng BTAsphalt mặt cầu
KN/m3
Trọng lượng riªng lớp phßng nước
15KN/m3
yAtphan= 22.073
Yphßng
+ Líp phßng níc dµy 10 (cm):
q1 =
10.230
.15 0.345 (KN/m).
1000
+Líp bª t«ng xim¨ng b¶o vÖ 40 mm
q2=0.04*2.3*24.525=2. 256 KN/m
+ Líp bª t«ng Asfan dµy 5 (cm):
q3 =
50.2300
* 20.073 2.538 (KN/m).
1000
+Líp mui luyÖn dµy trung b×nh 20 mm
q4= (20*2300/100)*24.525 =1.128 (KN/m)
Tæng träng lîng líp phñ mÆt cÇu:
DWi = q1 + q2 + q3 + q4 = 6. 268 (KN/m).
* §èi víi dÇm biªn
T¶i träng DC
Trong lîng b¶n th©n dÇm chñ
17.695 KN/m
níc=
Träng lîng dÇm ngang ( chØ chÞu 1/2 so víi dÇm trong)
1.278 KN/m
Träng lîng mèi nèi phÇn c¸nh T
0.589 KN/m
Träng lîng lan can
6 KN/m
→ DCe = 25.561 KN/m
T¶i träng DW
+ Líp phßng níc dµy 10 (cm):
q1 =
10.230
.15 0.345 (KN/m).
1000
+Líp bª t«ng xim¨ng b¶o vÖ 40 mm
q2=0.04*2.3*24.525=2. 256 KN/m
+ Líp bª t«ng Asfan dµy 5 (cm):
q3 =
50.2300
* 20.073 2.538 (KN/m).
1000
+Líp mui luyÖn dµy trung b×nh 20 mm
q4= (20*2300/100)*24.525 =1.128 (KN/m)
Tæng träng lîng líp phñ mÆt cÇu:
DWi = q1 + q2 + q3 + q4 = 6. 268 (KN/m
2. X¸c ®Þnh néi lùc dÇm chñ do ho¹t t¶i ë c¸c mÆt c¾t ®Æc trng.
Ta tiÕn hµnh tÝnh to¸n t¹i c¸c mÆt c¾t: L tt/2, Ltt/4, Ltt/3, C¸ch gèi 1.5 m ,
gèi.
2.1. X¸c ®Þnh néi lùc tÝnh to¸n t¹i mÆt c¾t gi÷a dÇm.
a. Do t¶i träng b¶n th©n cña c¸c bé phËn kÕt cÊu vµ thiÕt bÞ phô phi kÕt cÊu
(DC)
Ta cã:
M = [(8,05.16,1).21.428] = 2777.138 (KN.m).
Q = 0 (KN).
b. Do t¶i träng b¶n th©n cña líp phñ mÆt vµ c¸c tiÖn Ých c«ng céng (DW).
Ta cã:
M = [(8,05.16,1).6.268] = 812.373 (KN.m).
Q = 0 (KN).
c. Do ho¹t t¶i:
+ Do xe t¶i thiÕt kÕ (xe 3 trôc):
§.a.h.M
4,3 m
145 KN
145 KN
4,3 m
0,366
35 KN
8,05
5,9
35 KN
145 KN
4,3 m
0,5 0,5
5,9
145 KN
4,3 m
0,4
§.a.h.Q
Ta cã:
M = [8,05.145 + 5,9(145 + 35)] . 0,653 = 1457.152(KN.m).
Q = [145.0,5 + 145.0,366 + 35.0,4]. 0,793 = 124,488 (KN).
+ Do xe 2 trôc:
110 KN
8,05
7,45
110 KN
1,2 m
§.a.h.M
0,5 0,5
0,463
§.a.h.Q
M = [8,05.110 + 110.7,45] . 0,653 = 1113,365 (KN.m).
Q = [110.0,5 + 110.0,463] .0,793 = 41,37 (KN).
+ Do t¶i träng lµn:
8,05
9,3 (KN/m)
§.a.h.M
9,3 (KN/m)
0,5 0,5
Ta cã:
110 KN
110 KN
1,2 m
§.a.h.Q
Ta cã:
M = [8,05. 16,1. 9,3]. 0,653 = 787.078 (KN.m).
Q = 0 (KN).
+ Do t¶i träng bé hµnh (PL):
8,05
3 (KN/m)
§.a.h.M
0,5 0,5
3 (KN/m)
Ta cã:
§.a.h.Q
M = [8,05. 16,1. 3]. 0,653= 253.896 (KN.m).
Q = 0 (KN).
+ Do lùc xung kÝch ®éng lùc cña xe (IM):
- Do xe 3 trôc:
MIM = 25%M3T = 0,25* 1821,441= 455.36 (KN.m).
QIM = 25%Q3T = 0,25*124,488 = 31.122 (KN).
- Do xe 2 trôc:
MIM = 25%M2T = 0,25. 1113,365 = 278.34 (KN.m).
QIM = 25%Q2T = 0,25. 105,09 = 26. 2725 (KN).
- Xem thêm -