thiết kế cầu qua sông với phương án '''''''' dầm bê tông cốt thép'''''''', chương 2 ppt

Chng 2: Thiết kế ph-ơng án Cỗu
1.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật và nguyên tắc thiết kế.
1.1.1.
Quy trình thiết kế
- Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn AASHTO LRFD 1998
- Tiêu chuẩn thiết kế đ-ờng ô tô TCVN 4054 - 98.
- Tiêu chuẩn thiết kế áo đ-ờng mềm 22 TCN 211- 95.
- Quy trình khảo sát đ-ờng ô tô 22TCN-263-2000
1.1.2.
Các nguyên tắc thiết kế:
- Công trình thiết kế vĩnh cửu, hình thức cầu đẹp.
- Đáp ứng đ-ợc các yêu cầu về nhu cầu giao thông trong t-ơng lai .
- Thời gian thi công ngắn, thuận lợi, tính cơ giới cao.
- Sử dụng các công nghệ mới hiện đại trên cơ sở phát huy đ-ợc khả năng sẵn có của
các đơn vị thi công trong n-ớc.
- Giá thành xây lắp công trình hợp lý.
1.1.3.
Các thông số kỹ thuật cơ bản
1.1.3.1.
Qui mô công trình:
- Cầu đ-ợc thiết kế bằng BTCT và BTCT-DƯL
- Tải trọng: + Xe HL 93
- Tần suất lũ thiết kế: P1%
- Độ dốc dọc thiết kế i = 2% trên cầu chính và 4% trên cầu dẫn,phần cầu chính bố trí
một đ-ờng cong đứng bán kính R = 5000m.
- Độ dốc ngang 2%
- Động đất cấp 6.
1.1.3.2. Khổ cầu:
- K = 11 + 2x0.5 (m)
- Ba làn xe ô tô chạy rộng 11m
- Bề rộng gờ chân lan can mỗi bên 0.5m.

1.1.3.3. Khổ thông thuyền:
- Cục đ-ờng sông có văn bản số/CĐS-QLĐS đề nghị tĩnh không thông thuyền tạo
cầu X là sông cấp I: B = 50m, H = 7m.
- Vậy thiết kế cầu có tĩnh không thông thuyền cấp I (B = 50m, H = 7m)
1.2. Ph-ơng án vị trí cầu:
- Việc lựa chọn vị trí tuyến và vị trí cầu cầu dựa trên các nguyên tắc cơ bản nh- sau:
+ Phù hợp với quy hoạch phát triển giao thông trong khu vực, ít tác động đến môi
tr-ờng dân sinh và xã hội.
+ Thuận lợi cho hoạt động giao thông của thành phố VP
+ Thoả mãn các tiêu chuẩn về hình học của tuyến và cầu.
+ Thoả mãn yêu cầu về thuỷ văn thuỷ lực.
+ Thuận lợi cho thi công và tổ chức thi công.
+ Có giá thành xây lắp công trình hợp lý.
- Từ các đặc điểm về địa hình, chiều dài tuyến, tổng diện tích giải phóng mặt bằng ta
chọn ph-ơng án vị trí cầu có mặt cắt sông nh- hình vẽ trong các bản vẽ kèm theo.
1.3. Ph-ơng án kết cấu cầu
1.3.1.
Nguyên tắc lựa chọn loại hình kết cấu
- Thoả mãn khẩu độ thoát n-ớc (tr-ờng hợp này đề bài không khống chế) và khổ
thông thuyền.
- Phù hợp với các điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu (đặc biệt là điều kiện địa
chất và thuỷ lực, thuỷ văn)
- Thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế và khai thác.
- Công nghệ thi công phù hợp với năng lực các nhà thầu trong n-ớc.
- Chi phí xây dựng hợp lý.
1.3.2.
Khái quát chung về đề xuất ph-ơng án về sơ đồ cầu :
Trên cơ sở các nguyên tắc đã nêu, một số lựa chọn chung nhất để tiến hành thiết lập
các ph-ơng án là:
1.3.2.1. Yêu cầu về đảm bảo khẩu độ thoát n-ớc, các cao độ khống chế:

-
Khẩu độ thoát n-ớc tối thiểu: Không khống chế
- Cao độ đỉnh trụ hoặc mố lớn hơn cao độ Hmax 1% là 0.5m: Hđt,m
8.47 + 0.5 =
8.97m
- Mực n-ớc thông thuyền: Htt = +8.06 m
- Cao độ đáy dầm lớn hơn cao độ khống chế của khổ thông thuyền là +15.06m.
- Tĩnh không ngang tại vị trí nhịp thông thuyền
50m
1.3.2.2. Ph-ơng án về vật liệu kết cấu:
- Trong điều kiện hiện tại về công nghệ thi công, giá thành xây dựng tại Việt Nam,
đang có rất nhiều công trình cầu đã sử dụng vật liệu kết cấu là bê tông cốt thép,
hoặc bê tông cốt thép ứng suất tr-ớc. Mặt khác, đây là vùng biển nồng độ muối cao
nên khó có thể áp dụng các kết cấu cầu kim loại. Do đó trong công trình này ta lựa
chọn vật liệu xây dựng là bê tông cốt thép ứng suất tr-ớc.
1.3.2.3. Loại hình kết cấu phần trên:
- ứng với khẩu độ cầu đã tính toán và địa hình thực tế tại khu vực xây dựng các loại
hình kết cấu sau có thể đ-ợc cân nhắc xem xét :
+ Cầu Extradosed
+ Cầu dầm liên tục thi công bằng công nghệ đúc hẫng.
+ Cầu dây văng khẩu độ nhịp trung bình
1.3.2.4. Loại hình kết cấu d-ới:
- Dựa vào kết quả thăm dò địa chất khu vực, kết cấu nền móng đề xuất dùng cho
các ph-ơng án là cọc khoan nhồi đ-ờng kính từ 1m 2.0m.
- Có 3 ph-ơng án kết cấu sau đ-ợc đ-a vào xem xét, cùng với ph-ơng án vị trí tuyến
đã đ-ợc chọn để tiến hành so sánh tổng mức đầu t- .
1.4. ph-ơng án kết cấu 1: cầu liên tục 3 nhịp
1.4.1.
Tổng quát
1.4.1.1.

Sơ đồ nhịp:
- Cầu dầm bê tông cốt thép ƯST giản đơn + liên tục: ( 40m+80m+120m+80m+40m )
1.4.1.2. Kết cấu phần trên:
- phần cầu chính là cầu dầm hộp liên tục:
Sơ đồ nhịp: 80m + 120m + 80m , có chiều cao thay đổi từ 6.0m tại đỉnh trụ đến 3.0m
tại vị trí giữa nhịp. Chiều dài toàn cầu tính đến đuôi mố là 374.20m trong đó phần
cầu chính nằm trên đ-ờng cong đứng R = 5000m là
- Phần cầu dẫn là dầm giản đơn BTCT DƯL Super T cao 175cm.
1.4.1.3. Các kích th-ớc cơ bản dầm liên tục đ-ợc chọn nh- sau
+ Dầm liên tục có mặt cắt ngang là 1 hộp đơn thành xiên có chiều cao thay đổi
+ Chiều cao tại vị trí trên trụ chọn H = 6m, khi đó H/l = 6/120 = 1/20 nằm trong
khoảng H = (1/15
1/20)l, với l là khoảng cách tim 2 trụ (l = 120m)
+ Chiều cao tại vị trí giữa nhịp chọn h = 3.0m, khi đó H/l = 3/120 = 1/40 nằm trong
khoảng H = (1/30-1/50)l
+ Chiều cao dầm thay đổi theo đ-ờng cong bậc 2
Chiều cao dầm tại vị trí bất kỳ cách giữa nhịp một đoạn x đ-ợc tính theo công thức
sau:
m
mp
hx
L
hh
y


2
2
.
)(

Trong đó:
h
p
, h
m
: Chiều cao dầm tại đỉnh trụ và giữa nhịp
L : Chiều dài phần cánh hẫng.
1.4.1.4. Các kích th-ớc mặt cắt ngang dầm hộp đ-ợc chọn sơ bộ:
+ Bề rộng hộp D = (0.510.59)B, trong đó B là bề rộng mặt cầu, B = 12m, chọn D tại
đỉnh trụ bằng 6.7m
Khi đó D/B = 6.7/12 = 0.56
+ Chiều cao bản mặt cầu ở cuối cánh vút : d4 = 25cm
+ Chiều cao bản mặt cầu ở đầu cánh vút : d3 = 60cm
+ Chiều cao bản mặt cầu tại vị trí giữa nhịp bản: d1 = 30cm
+ Bề dày s-ờn dầm: Bề dầy s-ờn dầm thay đổi tuyến tính từ trên đỉnh trụ tới giữa
nhịp 60cm - 30cm
+ Bề dày bản đáy hộp thay đổi từ 110cm tại vị trí đỉnh trụ và giảm theo đ-ờng cong
tới 30cm tại vị trí giữa nhịp.
Bề dày bản đáy tại vị trí bất kỳ cách giữa nhịp một đoạn L
x
đ-ợc tính theo công thức
sau:
1
2
2
12
hL
L
hh
h

xx



Trong đó:
h
2
, h
1
: Bề dày bản đáy tại đỉnh trụ và giữa nhịp
L : Chiều dài phần cách hẫng.
+ Tại vị trí đỉnh trụ, dầm đ-ợc thiết kế dầm ngang đặc, chỉ chừa lại một lối thông có
kích th-ớc 1.5x1m và đ-ợc tạo vút 20x20cm
1.4.1.5. Kích th-ớc chung dầm
Super T 40
m:
810157
3
1
0
70
21
5 30
23 23
31 31
1
0
24
24
810157

10 39
1039
21
5 30
57
3
79
3
57
200
175
1.4.1.6. Kết cấu phần d-ới:
- Mố hai đầu cầu kết cấu chữ U BTCT tựa trên nền móng cọc khoan nhồi đ-ờng kính
100cm.
Sử dụng các trụ BTCT có tiết diện thân đặc đặt trên nền móng các cọc khoan nhồi
đ-ờng kính (1
1.5)m
1.4.1.7. Ph-ơng pháp thi công:
- Phần dầm nhịp liên tục có tiết diện thay đổi đ-ợc thi công bằng ph-ơng pháp đúc
hẫng cân bằng, phần dầm nhịp liên tục có tiết diện không đổi đ-ợc thi công đổ tại
chỗ trên giàn giáo cố định, các nhịp giản đơn thi công bằng giá lao.
1.4.2.
Tính toán sơ bộ khối l-ợng kết cấu ph-ơng án 1
1.4.2.1.
Tính toán kết cấu nhịp:
- Kết cấu phần trên:
2%
2%
50 550 550 50
25

60540
30
300
1/2 MặT CắT giữa nhịp1/2 MặT CắT TRÊN TRụ
265
6
0
3
0
265
150
150
123
154
30
30
30
20
50
11020
110
30
30
200 400 200
Mặt cầu có độ dốc ngang 2% và độ dốc dọc không đổi trên cầu dẫn 4% và thay đổi
đều trên cầu chính với bán kính cong là R=5000m
Lớp phủ mặt cầu gồm các lớp:
Bêtông nhựa hạt vừa 75mm.
Lớp phòng n-ớc 4mm.
Sơ đồ phân đốt thi công nhịp chính

6.7
60.0
5.54x4=16.01.0 8x4.5=36.0
3.0
K0
X
K1K2
K3
K4
K5
K6K7K8
K9K10K11K12
Y
12
3
4
5 6 7 8 9 10
11 12
13
14
1516
HL
1.5
3.0
Tính chiều cao mỗi đốt dầm hộp tại đáy biên ngoài theo đ-ờng cong bậc 2 có
ph-ơng trình là:
Y
1
= a
1

X
2
+ b
1
, a
1
=
2
56
0.30.6

= 9.5663 x 10
-4
; b
1
= 3.0 m
Chú ý: chiều cao phần đốt hợp long và phần đốt trên trụ là không đổi
.
Bảng tổng hợp chiều cao tiết diện
Thứ tự Tiết diện a
1
b
1
x(m) h(m)
1 S1 0.00095663 3 -1.00 3.00
2 S2 0.00095663 3 0.00 3.00
3 S3 0.00095663 3 4.50 3.019
4 S4 0.00095663 3 9.00 3.077
5 S5 0.00095663 3 13.50 3.174
6 S6 0.00095663 3 18.00 3.310

7 S7 0.00095663 3 22.50 3.484
8 S8 0.00095663 3 27.00 3.697
9 S9 0.00095663 3 31.50 3.949
10 S10 0.00095663 3 36.00 4.240
11 S11 0.00095663 3 40.00 4.531
12 S12 0.00095663 3 44.00 4.852
13 S13 0.00095663 3 48.00 5.204
14 S14 0.00095663 3 52.00 5.587
15 S15 0.00095663 3 57.50 6.000
16 S16 0.00095663 3 59.00 6.000
Phần cầu dẫn: dầm SUPER T
Chiều dài: 40 m
Chiều cao: 1750 mm
Bản mặt cầu là bản liên tục nhiệt đổ tại chỗ, dày 200mm.
Mặt cắt ngang phần cầu dẫn
1250 2350 2350 2350 2350 1250
10001000
1000
1000
4700
10001000
2%
Bê tông nhựa 75mm
Lớp phòng n-ớc 4mm
Bản mặt cầu 200mm
Bản đúc sẵn 80mm
11000
12000
2%
500500

Tính toán khối l-ợng công tác phần kết cấu nhịp chính:
Bảng tính toán xác định thể tích các khối đúc hẫng
STT Tên đốt Tên mặt cắt Chiều dài đốt X (m)
Diện tích mặt
cắt
Thể tích V(m3)
1 K0 S16 59.00 31.9528
2 K0 S15 1.5 57.50 31.9528 47.9292
3 K0 S14 5.5 52.00 14.7242 84.4267
4 K1 S13 4 48.00 13.8962 57.2408
5 K2 S12 4 44.00 13.1366 54.0656
6 K3 S11 4 40.00 12.4445 51.1622
7 K4 S10 4 36.00 11.8189 48.5268
8 K5 S9 4.5 31.50 11.1933 51.7774
9 K6 S8 4.5 27.00 10.6491 49.1454
10 K7 S7 4.5 22.50 10.1850 46.8768
11 K8 S6 4.5 18.00 9.7995 44.9651
12 K9 S5 4.5 13.50 9.4912 43.4041
13 K10 S4 4.5 9.00 9.2587 42.1872
14 K11 S3 4.5 4.50 9.1005 41.3082
15 K12 S2 4.5 0.00 9.0153 40.7606
16 1/2HL S1 1 -1.00 9.0153 9.0153
Tổng thể tích 712.7914
Thể tích khối đúc phần dầm hộp có chiều cao thay đổi:
V
h thay đổi
= 4 x 712.7914 = 2851,1656 m
3
Phần dầm hộp đúc trên giàn giáo có chiều cao không đổi h = 3 m, chiều dày bản đáy
cũng không đổi bằng 40 cm, chiều dày bản s-ờn không đổi t

s
= 40 cm. Nh- vậy tiết
diện không đổi có diện tích mặt cắt ngang A = 9.0153 m
2
.
Thể tích phần khối đúc phần dầm hộp đúc trên giàn giáo là:
V
h không đổi
= A x 19 x 2 = 9.0153 x 19 x 2 = 342.5814 m
3
Thể tích bê tông phần vách trên trụ là:
A
vách
= 24,1623- 1.76= 22.4023 m
2
V
vách
= 2xV
1vách
= 4 x (3 x A
vách
) = 4 x (3 x 22.4023) = 268.8276 m
3
Thể tích bê tông phần nhịp liên tục là:
V
liên tục
= V
h thay đổi
+ V
h không đổi

+ V
vách
= 3462.5746 m
3
Tính toán khối l-ợng công tác phần kết cấu nhịp dẫn:
Thể tích dầm Super T của cầu dẫn: V
dc
=n.V
1dầm
=2x5x28.7=287 m
3
Thể tích của dầm ngang: V
dn
=0.25x1.42x2.35x4x6x2=40.04m
3
Thể tích bản: V
b
= 2x40x2.40= 192 m
3
Thể tích của tấm đúc sẵn: V
T
= 2x40x0.128 = 10.2 m
3
Thể tích bê tông phần nhịp cầu dẫn:
V
nhịp cầu dẫn
= V
Dc
+ V
Dn

+ V
B
+ V
T
= 287+ 40.04+ 192+ 10.2 = 529.24 m
3
Thể tích bê tông kết cấu nhịp toàn cầu
V
kết cấu nhịp
toàn cầu
= V
liên tục
+ V
nhịp cầu dẫn
= 3991.82 m
3
Khối l-ợng thép đ-ợc tính theo hàm l-ợng cốt thép th-ờng và cốt thép DƯL tham
khảo của các cầu cùng kiểu kết cấu và có chiều dài nhịp t-ơng đ-ơng đ-ợc thiết kế
và thi công trong thời gian gần đây.
- Hàm l-ợng cốt thép th-ờng: 110 (kg/m
3
bê tông)
- Hàm l-ợng cốt thép DƯL dầm hộp: 40 (kg/m
3
bê tông)
- Hàm l-ợng cốt thép DƯL dầm giản đơn: 30 (kg/m
3
bê tông)
1.4.2.2. Tính toán kết cấu trụ:
Ph-ơng án I có 4 trụ từ P2 P5:

Khối l-ợng trụ cầu
Trụ Chiều cao (m) Xà mũ (m3) Thân trụ Bệ trụ Tổng
P2 10.300 40.320 114.742 552.000 707.062
P3 17.500 0.000 409.472 768.000 1177.472
P4 18.100 0.000 423.511 768.000 1191.511
P5 8.200 40.320 91.348 552.000 683.668
Tổng 80.640 1039.073 2640.000 3759.713
Tổng khối l-ợng bê tông trụ: V= 3759.713 m
3
Hàm l-ợng cốt thép sơ bộ: 80 (kg/m
3
)
Tính toán khối l-ợng công tác lan can và lớp phủ mặt cầu
- Lan can:
V
Lan can
= 2 x A
Lan can
x L
lan can
= 2 x 0.3 x 374.2 = 224.52 m
3
- Diện tích lớp phòng n-ớc dày 0.4 cm:
A
Phòng n-ớc
= 11 x 374.2 = 4116.2 m
2
- Thể tích bê tông nhựa:
V
Bê tông nhựa

= 0.075 x A = 0.075 x 11 x 374.2 = 308.715 ( m
3
)
Cấu tạo trụ cầu P6
15
1600
1600
R
2
0
0
300
1600
240 240
1600
1500 1600
D = 1.5m
1.4.2.3. Tính toán kết cấu mố:
Thể tích của mố = Thể tích của thân mố + thể tích của cánh mố + thể tích bệ mố.
Khối l-ợng mố cầu
Mố
Bệ mố T-ờng cánh T-ờng đỉnh T-ờng tr-ớc Tổng
A1 97.500 25.510 20.735 111.240 254.985
A6 97.500 25.510 20.735 111.240 254.985
Vậy :
Tổng khối l-ợng công tác bê tông mố: V
mố
= 509.97 m
3
Khối l-ợng bản quá độ cho cầu: V=11.2 m3

Cấu tạo mố cầu
800 1000
1850
2200 1800 1000
1
:
1
1000
1500
6500
100010008005001700
8800
5005500
10@500
Cèt thÐp chê
400
500
32652600
6000
250750
3800
B¶n qu¸ ®é
1
0
0
1
M§TN
3000
2%
BB

A
MÆt c¾t B - b
MÆt c¾t a - a
A
5000
1000500 2000 1000
500
7800
Figure 1