Hướng dẫn thiết kế môn học mố trụ cầu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (658.12 KB, 69 trang )
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
1
Phụ lục
Phần 1: giới thiệu chung
1. Tiêu chuẩn thiết kế
1.1 Tiêu chuẩn thiết kế. 4
1.2 Phơng pháp tính toán thiết kế 4
1.3 Phơng trình tổng quát của TTGH 4
1.4 Các TTGH theo 22TCN 272 05 6
1.4.1 Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 05 6
1.4.2 Trạng thái giới hạn cờng độ. 6
1.4.3 Trạng thái giới hạn sử dụng 6
1.4.4 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gy. 7
1.4.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt 7
2 Nội dung tính toán thiết kế.
2.1 Trình tự tính toán thiết kế mố trụ. 8
2.2 Sơ đồ khối 8
2.3 Nội dung tính toán thiết kế Mố cầu 9
Phần 2: Ví dụ tính toán thiết kế mố chữ U BTCT
1 Số liệu tính toán thiết kế.
1.1 Số liệu chung 10
1.2 vật liệu chế tạo mố 10
1.3 Các hệ số tính toán. 11
1.4 Đất đắp sau mố 11
1.5 Số liệu về các lớp đất nền. 11
2 cấu tạo kết cấu nhịp
2.1 Quy mô mặt cắt ngang cầu 12
2.2 Cấu tạo dầm chủ 12
3 Kích thớc cấu tạo mố.
3.1 Nguyên tắc xác định các kích thớc của mố 14
3.2 Xác định các kích thớc cơ bản của mố 15
4 Xác định tải trọng tác dụng lên mố.
4.1 Các tải trọng tác dụng lên mố. 18
4.2 Các mặt cắt kiểm toán. 18
4.3 Xác định trọng lợng các bộ phận mố. 19
4.4 Xác định áp lực thẳng đứng từ kết cấu nhịp 21
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
2
4.5 Xác định áp lực thẳng đứng do hoạt tải trên bản quá độ 22
4.6 Xác định áp lực đất tác dụng lên mố 23
4.7 Lực hm do hoạt tải trên KCN (BR) 29
4.8 Lực ma sát gối cầu 29
4.9 áp lực gió tác dụng lên mố. 30
4.9.1 áp lực gió ngang. 30
4.9.2 áp lực gió dọc. 30
4.9.3 áp lực gió thẳng đứng. 31
4.9.4 áp lực gió tác dụng lên xe cộ 31
4.10 áp lực nớc tác dụng lên mố 32
5 Tổ hợp tải trọng
5.1 Hệ số tải trọng. 33
- Hệ số tải trọng dùng cho các tải trọng thờng xuyên 34
5.2 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt đáy móng (mặt cắt I I) 34
5.3 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tờng thân (mặt cắt II II). 35
5.4 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tờng đỉnh (mặt cắt III III). 35
5.5 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt tờng cánh (mặt cắt IV IV) 36
6 tổ hợp tải trọng bất lợi
6.1 Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng bất lợi 37
6.1.1 Nguyên tắc chung 37
6.1.2 Tổ hợp tải trọng Ia: Bất lợi ra phía sông 37
6.1.3 Tổ hợp tải trọng Ib: Bất lợi vào bờ. 37
6.2 Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt đáy bệ (Mặt cắt I-I) 39
6.3 Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt chân tờng thân (MC II-II) 41
6.4 Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt chân tờng đỉnh (MC III-III) 43
7 Tính toán và bố trí cốt thép
7.1 Nguyên tắc tính toán và bố trí cốt thép. 44
7.2 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt đáy móng (Mặt cắt I - I) 48
7.3 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt chân tờng thân (MC II - II) 50
7.4 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt chân tờng đỉnh (MC III - III) 52
7.5 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt tờng cánh (MC IV - IV) 54
8 Tính toán và bố trí cọc
8.1 Tính sức chịu tải của cọc 56
8.3 Sơ bộ kiểm toán nội lực dọc trục cọc trong móng 60
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
3
9 Kiểm toán móng.
9.1 Xác định điều kiện kiểm toán móng cọc 61
9.2 Kiểm toán bệ cọc theo các TTGH cờng độ 61
9.3 Kiểm toán bệ cọc theo các TTGH sử dụng. 64
9.4 Kiểm toán nền móng theo các TTGH cờng độ 64
9.5 Kiểm toán nền móng theo các TTGH sử dụng 67
10 Tính toán thi công.
10.1 Xác định khối lợng bêtông chế tạo mô. 68
10.2 Chọn búa đóng cọc 68
10.3 Tính độ chối lý thuyết của cọc 69
10.4 Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy hố móng 69
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
4
Hớng dẫn thiết kế môn học
Thiết kế Mố cầu dầm
Phần 1: giới thiệu chung
1 tiêu chuẩn thiết kế
1.1 Tiêu chuẩn thiết kế.
- Quy trình tính toán thiết kế cầu cống theo các trạng thái giới hạn do Bộ GTVT
ban hành:
22TCN 272 - 05
1.2 Phơng pháp tính toán thiết kế
- Tuỳ vào quan điểm tính toán thiết kế mà có các phơng pháp tính toán khác nhau
nh tính theo ứng suất cho phép, tính theo nội lực giới hạn và tính theo các TTGH.
ở đây chúng ta tính toán thiết kế theo 22TCN 272 05 nên phơng pháp tính toán
đợc áp dụng là tính toán theo các TTGH:
[
]
gh
SS
Trong đó:
+ S: Nội lực lớn nhất xuất hiện trong bộ phận kết cấu có xét tới tất cả các yếu
tố làm gia tăng tác động của tải trọng.
+ [S
gh
]: Khả năng chịu lực giới hạn của bộ phận kết cấu có xét đến tất cả các
yếu tố làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu.
1.3 Phơng trình tổng quát của TTGH.
- Phơng trình cơ bản:
=
rniii
RRQ
Trong đó :
+
i
: Hệ số điều chỉnh tải trọng liên quan đến tính dẻo và tính d cũng nh
tầm quan trọng trong khai thác.
+
i
: Hệ số tải trọng
+ Q
i
: ứng lực do tải trọng
+ R
n
: Sức kháng danh định.
+ R
r
: Sức kháng tính toán.
+ : Hệ số sức kháng
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
5
- Hệ số sức kháng : Đối với một TTGH nào đó thì hệ số sức kháng đợc sử dụng
để xét đến tính thất thờng trong tính chất của kết cấu, của vật liệu và độ chính xác
của các phơng trình thiết kế đánh giá khả năng chịu tải, tình huống h hỏng của
công trình.
- Hệ số điều chỉnh tải trọng:
i
+
i
=
D
.
R
.
I
0,95 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng
i
max
.
+
i
=
IRD
1
1,0 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng
i
min
.
Trong đó:
+
D
: Độ dẻo: Độ dẻo của vật liệu rất quan trọng cho độ an toàn của cầu. Nếu
vật liệu dẻo, khi một bộ phận chịu lực quá tải nó sẽ phân bố nội lực sang bộ
phận khác.
1 -
D
1,05 cho các cấu kiện và liên kết không dẻo.
2 -
D
=1,0 cho các thiết kế thông thờng, theo đúng yêu cầu của tiêu
chuẩn thiết kế.
3 -
D
0,95 cho các cấu kiện có dùng các biện pháp để tăng thêm tính
dẻo.
+
R
: Độ d thừa: Độ d thừa có ý nghĩa đối với giới hạn an toàn của cầu. Một
số kết cấu siêu tĩnh đợc cọi là d thừa vì nó có nhiều liên kết hơn so với yêu
cầu cân bằng tĩnh định. Hệ cầu có một đợc tiếp đất đợc coi là không d thừa
(không nên dùng loại này).
Trong trạng thái giới hạn cờng độ (TTGH cờng độ).
1 -
R
1,05 cho các bộ phận không d thừa.
2 -
R
=1,0 cho các mức d thừa thông thờng.
3 -
R
0,95 cho các mức d thừa đặc biệt.
+
I
: Độ quan trọng:
Dung trong các TTGH cờng độ và TTGH đặc biệt.
1 -
I
1,05 cho các cầu quan trọng.
2 -
I
=1,0 cho các cầu điển hình.
3 -
I
0,95 cho các cầu tơng đối ít quan trọng.
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
6
1.4 Các TTGH theo 22TCN 272 05.
1.4.1 Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 05.
Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 05 (AASHTO 98) phân thành các TTGH:
+ Trạng thái giới hạn cờng độ.
+ Trạng thái giới hạn sử dụng.
+ Trạng thái giới hạn đặc biệt.
+ Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gy.
1.4.2 Trạng thái giới hạn cờng độ.
- Là TTGH đảm bảo về cờng độ và ổn định của các bộ phận kết cấu khi chịu tác
dụng của các tổ hợp tải trọng tính toán theo kinh nghiệm có thể xảy ra trong thời
gian sử dụng. Các tải trọng này có thể dẫn đến tình trạng nguy hiểm và h hỏng kết
cấu nhng toàn bộ kết cấu vẫn còn.
+ TTGH cờng độ I: Là tổ hợp tải trọng cơ tính toán khi có xe chạy bình
thờng và trên cầu không có gió.
+ TTGH cờng độ II: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi trên cầu có gió với vận
tốc gió V > 25m/s và với vận tốc gió nh vậy thì trên cầu không cho phép có
xe chạy.
+ TTGH cờng độ III: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi có xe chạy bình
thờng và trên cầu có gió với vận tốc V = 25m/s.
- Tính toán theo TTGH cờng độ bao gồm việc kiểm toán về độ bền chịu uốn, chịu
cắt, chịu xoắn và chịu lực dọc trục. Hệ số sức kháng đợc xác định theo thống kê
và thờng lấy nhỏ hơn 1 và có giá trị khác nhau đối với các vật liệu và TTGH
cờng độ khác nhau.
- Tải trọng khi tính theo TTGH cờng độ là tải trọng tính toán, tức là có xét đến hệ
số vợt tải và hệ số xung kích, các hệ số này đợc quy định cụ thể trong bảng.
1.4.3 Trạng thái giới hạn sử dụng.
- Là TTGH nhằm hạn chế ứng suất, biến dạng và độ mở rộng vết nứt trong điều
kiện sử dụng bình thờng. Mục đích của TTGH này để đảm bảo thực hiện chức
năng của cầu trớc tuổi thọ sử dụng.
- TTGH sử dụng: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi có xe chạy bình thờng và trên
cầu có gió với vận tốc V = 25m/s.
- Tải trọng khi tính theo TTGH sử dụng là tải trọng tiêu chuẩn, tức là không xét đến
hệ số vợt tải và hệ số xung kích.
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
7
1.4.4 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gy.
- Là TTGH nhằm hạn chế sự phát triển vết nứt và tránh hiện tợng đứt gy do xe tải
thiết kế. Xe tải thiết kế để tính mõi là một xe tải đơn, có khoảng cách các trục xe cố
định.
- Trạng thái giới hạn phá hoại giòn phải đợc xét đến nh một số yêu cầu về tính
bền của vật liệu theo Tiêu chuẩn vật liệu.
1.4.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt.
- Là TTGH đảm bảo cầu vẫn tồn tại sau những dới tác dụng của các tải trọng bình
thờng phát sinh cùng với các tải trọng đặc biệt nh: lực động đất, lực va xô tàu
thuyền, tải trọng thi công
- Tải trọng khi tính theo TTGH cờng độ là tải trọng tính toán, tức là có xét đến hệ
số vợt tải và hệ số xung kích, các hệ số này đợc quy định cụ thể trong bảng.
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
8
2 Nội dung tính toán thiết kế.
2.1 Trình tự tính toán thiết kế mố trụ.
- Quá trình thiết kế kết cấu là một tập hợp các giai đoạn:
+ Phân tích các điều kiện thiết kế.
+ Sơ bộ đề xuất các giải pháp kết cấu.
+ Phân tích kết cấu dới tác dụng của tải trọng.
+ Tính duyệt và kiểm toán kết cấu theo các điều kiện giới hạn.
+ Xuất kết quả.
+ Thực hiện các bản vẽ cấu tạo chi tiết và bản vẽ thi công.
2.2 Sơ đồ khối.
Không
đạt
Đạt
Phân tích các điều kiện
thiết kế.
Sơ bộ đề xuất các giải
pháp kết cấu.
Bắt đầu
Phân tích kết cấu dới
tác dụng của tải trọng.
Xác định
nội lực
Tính toán kiểm tra theo
các điều kiện khống chế
S
[S
gh
]
Xuất kết quả
Kết thúc
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
9
2.3 Nội dung tính toán thiết kế Mố cầu.
Bớc 1: Phân tích các số liệu của bài toán nh: Khổ cầu, quy mô tải trọng, chiều
dài nhịp, quy mô mặt cắt ngang cầu và vật liệu chế tạo mố.
Bớc 2: Căn cứ vào phơng án cầu cụ thể đ đợc thành lập để xác định các kích
thớc cơ bản của mố.
Bớc 3: Tính toán các tải trọng tác dụng lên mố:
+ Trọng lợng các bộ phận mố.
+ áp lực thẳng đứng từ kết cấu nhịp truyền xuống mố.
+ áp lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên bản quá độ.
+ áp lực đất tĩnh và áp lực đất do hoạt tải.
+ Các tải trọng khác tác dụng lên mố nh: lực ly tâm (chỉ tính với cầu nằm
trên đờng cong bằng), lực hm, lực ma sát gối cầu, áp lực gió, lực thuỷ tĩnh
Bớc 4: Tổng hợp nội lực do tải trọng tác dụng lên từng mặt cắt theo các TTGH.
Bớc 5: Tổ hợp tải trọng bất lợi nhất tác dụng lên từng mặt cắt.
Bớc 6: Căn cứ vào phơng án cầu cụ thể đ đợc thành lập để xác định các kích
thớc cơ bản của mố, trụ.
Bớc 7: Tính toán bố trí cốt thép và kiểm toán khả năng chịu mômen, chịu cắt và
khả năng chống nứt của từng mặt cắt.
Bớc 8: Tính toán bố trí cọc trong bệ móng. Kiểm toán đất nền dới đáy móng
theo điều kiện về cờng độ, khả năng chống lật và chống trợt
Bớc 9: Tính toán các công trình phụ trợ phục vụ cho việc thi công mố.
- Tính khối lợng bêtông thi công.
- Tính ván khuôn.
- Tính vòng vây cọc ván thi công.
- Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy
Bớc 10: Hoàn thiện các bản vẽ thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
10
Phần 2: Thiết kế mố chữ U BTCT
1 Số liệu tính toán thiết kế.
1.1 Số liệu chung
- Quy mô thiết kế: Cầu đợc thiết kế vĩnh cửu.
- Tần suất thiết kế: P = 1%.
- Quy trình thiết kế: 22TCN 272 05.
- Chiều dài nhịp : L = 33 (m).
- Điều kiện thông thuyền: Sông thông thuyền cấp V.
+ Bề rộng thông thuyền : Btt = 25 (m)
+ Tĩnh không thông thuyền : Htt = 3,5 (m)
- Khổ cầu : G8 + 2x1,5 + 2x0,5 (m)
+ Bê rộng phần xe chạy: B
xe
= 8 (m)
+ Lề ngời đi bộ: 2x1,5 (m).
+ Bề rộng toàn cầu: B = 8 + 2x1,5 + 2x0,5 = 12,00 m.
- Tải trọng thiết kế: Hoạt tải tiêu chuẩn HL93.
+ Trọng lợng xe tải thiết kế: 32,5T.
+ Trọng lợng xe 2 trục thiết kế: 22T.
+ Tải trọng làn: 0,948 T/m
+ Tải trọng Ngời: 300 (kG/m
2
).
Hình 1: Xe tải thiết kế
1.2 vật liệu chế tạo mố.
- Bê tông cấu tạo Mố
Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Cờng độ chịu nén f
c
30 MPa
Cờng độ chịu cắt khi uốn R
c
53 kG/cm
2
Trọng lợng riêng của bê tông
b
2.5 T/m
3
Mô đun đàn hồi của bê tông E
b
294000 kG/cm
2
35 kN
145 kN
145 kN
4300
mm
4300
mm
tới 900mm
600 mm Nói chung
300mm Mút thừa của mặt cầu
Làn thiết kế 3600 mm
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
11
1.3 Các hệ số tính toán.
- Hệ số tải trọng:
+ Tĩnh tải giai đoạn I: n
tt1
= 1,25 và 0,9
+ Tĩnh tải giai đoạn II: n
tt2
= 1,5 và 0,65
+ Hoạt tải và đoàn Ngời: n
ht3
= 1,75.
- Hệ số xung kích:
1 + IM = 1,25
- Hệ số làn: Cầu đợc thiết kế 2 làn nên ta lấy hệ số làn: m = 1,0.
1.4 Đất đắp sau mố.
- Trọng lợng riêng của đất: = 1,8 T/m
3
.
- Góc nội ma sát của đất:
tc
= 35
o
.
- Hệ số vợt tải: n = 1,2.
1.5 Số liệu về các lớp đất nền.
STT
Loại đất
H
m
e
B
T/m
3
C
kG/cm
2
độ
R'
kG/cm
2
Lớp 1
Sét pha cát 8.5 0.7 0.4 1.8 0.14 22 1.2
Lớp 2
Cát pha sét 7.5 0.5 0.2 1.7 0.12 25 2.5
Lớp 3
Cát hạt vừa 9.6 1.7 0.06 38 2.5
Lớp 4
Cát hạt thô vô hạn
2.1 0 40 3.3
Trong đó:
+ H: Chiều dày lớp đất.
+ : Trọng lợng riêng lớp đất.
+ C: Cờng độ lực dính.
+ : Góc nội ma sát của đất.
+ R: Cờng độ tiêu chuẩn của đất nền.
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
12
2 cấu tạo kết cấu nhịp
2.1 Quy mô mặt cắt ngang cầu.
- Cấu tạo mặt cắt ngang cầu:
Hình 2: Mặt cắt ngang cầu.
- Bảng các kích thớc cơ bản của mặt cắt ngang cầu:
các kích thớc Kí hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều rộng phần xe chạy B
xe
800
cm
Lề ngời đi bộ b
le
300
cm
Chiều rộng lan can b
lcn
100
cm
Chiều cao lan can h
lcn
45
cm
Chiều rộng gờ chắn bánh b
gc
0
cm
Chiều cao gờ chắn bánh h
gc
0
cm
Chiều rộng toàn cầu B
cau
1200
cm
2.2 Cấu tạo dầm chủ.
- Kết cấu nhịp cầu dẫn đợc sử dụng kết
cấu định hình dầm giản đơn L = 33 m với
các kích thớc thiết kế cơ bản nh sau :
- Cấu tạo dầm chủ:
Hình 3: Mặt cắt ngang dầm chủ
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
13
- Bảng các kích thớc thiết kế KCN:
các kích thớc Kí hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều dài nhịp thiết kế
L
33
m
Chiều dài nhịp tính toán
L
tt
32.4
m
Chiều cao dầm chủ
H
dc
170
cm
Chiều rộng bản cánh
B
c
180
cm
Chiều dày bản cánh
h
c
15
cm
Chiều rộng bản bụng
B
20
cm
Chiều cao bầu dầm
h
d
26
cm
Chiều rộng bầu dầm
b
d
62
cm
Diện tích mặt cắt ngang dầm chủ
F
dc
6892
cm2
Số dầm chủ
n
dc
65
dầm
Khoảng cách giữa các dầm chủ
a
dc
220
cm
Chiều dài mối nối dầm
a
n
40
cm
Diện tích mặt cắt dầm chủ kể cả mối nối
F
dc
7487
cm2
Trọng lợng 1 dầm chủ
P
dc
60.00
T
Chiều dày lớp phủ mặt cầu
h
mc
12
cm
Tổng trọng lợng KCN
P
N
300.00
T
Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn
DC
tc
9,091
T/m
Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn
DW
tc
4,418
T/m
- Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn: DC
TC
= 9,091 T/m
- Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn: DW
TC
= 4,418 T/m
- Tĩnh tải tiêu chuẩn toàn bộ: g
TT
= 13,51 T/m
- Tĩnh tải giai đoạn I tính toán: DC
TT
= 11,36 T/m
- Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn: DW
TC
= 6,627 T/m
- Tĩnh tải tính toán toàn bộ: g
TT
= 17,99 T/m
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
14
3 Kích thớc cấu tạo mố.
3.1 Nguyên tắc xác định các kích thớc của mố.
- Mố gồm 4 bộ phận: tờng đỉnh, thân mố, bệ móng mố và tờng cánh đợc cấu tạo
bằng BTCT.
- Tờng đỉnh: có tác dụng chắn đất cho đầu dầm.
+ Chiều dày: = 40
ữ
50cm.
+ Chiều cao : h
td
= H
d
+ h
g
+ h
dk
Trong đó :
+ h
td
: Chiều cao tờng đỉnh.
+ h
g
: Chiều cao gối cầu, phụ thuộc vào loại gối ứng với loại kết cấu nhịp.
+ h
dk
: Chiều cao của đá kê gối: h
dk
20cm.
- Tờng thân:
+ Chiều cao tờng thân phụ thuộc vào chiều cao mố :
h
tt
= H
mo
- h
td
.
+ Chiều dày: tờng thân thờng đợc cấu tạo có chiều dày không đổi >150cm.
- Tờng cánh đợc đổ bêtông thẳng góc và liền khối với tờng thân, chiều dày của
tờng cánh khoảng 40
ữ
50cm để đảm bảo bố trí các lớp cốt thép chịu lực.
Chiều dài tờng cánh đợc xác định theo công thức:
SHnL
c
+
=
.
Trong đó:
+ 1: n: Độ dốc của taluy nón mố
1 Có gia cố bằng đá xây hoặc bản bêtông: 1: n = 1: 1
2 Không gia cố (trồng cỏ): 1: n = 1: 1,25
3 Phần taluy ngập nớc: 1: n = 1: 1,5
+ H: Chiều cao mố: H
6m.
+ S: Chiều dài phần đuôi tờng cánh ăn sâu vào nền đờng.
1 Nếu H
6m thì lấy S
0,65m
2 Nếu H >6m thì lấy S
1,0m
- Bề rộng của mố thờng đợc lấy bằng bề rộng của cầu, tuy nhiên trong một số
trờng hợp ta có thể cấu tạo bề rộng của mố bằng với bề rộng phần xe chạy khi đó
đờng ngời đi bộ sẽ bố trí trên bản công xon BTCT trên tờng cánh dọc.
- Bệ móng mố có thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nếu lớp đất tốt nằm ở độ sâu
3m. Trong trờng hợp lớp đất tốt nằm sâu >3m thì ta có thể đặt bệ móng trên kết
cấu móng cọc đóng, cọc khoan nhồi hoặc móng giếng chìm.
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
15
- Trong mố chữ U BTCT thờng có cấu tạo bản quá độ đợc đổ bêtông tại chỗ hoặc
lắp ghép, đặt với độ dốc i =
10%
ữ
15% về phía nền
đờng. Một đầu bản kê lên gờ
kê tại tờng đỉnh mố và một
đầu đợc kê trên dầm kê tại
nền đờng sau mố. Hình 4: Cấu tạo bản quá độ
Tác dụng của bản quá độ:
+ Bản quá độ đợc bố trí nhằm tăng dần độ cứng từ đờng vào cầu do đó đảm
bảo êm thuận cho xe chạy.
+ Khi có hoạt tải trên bản, áp lực của bản sẽ truyền xuống 2 gối tự do nh một
dầm giản đơn. Phần đất dới đáy bản do lún và yếu nên coi nh không dính
vào đáy bản. Do đó việc cấu tạo và bố trí bản quá độ hợp lý không những làm
giảm mà còn có thể triệt tiêu hoàn toàn áp lực đất do hoạt tải tác dụng lên
tờng mố.
Kích thớc của bản quá độ :
+ B
qd
: Bề rộng bản quá độ theo phơng ngang cầu, phụ thuộc vào bề rộng của
lòng mố, thờng B
qd
= 10
ữ
12m.
+ L
qd
: Chiều dài bản quá độ, L
qd
= 2
ữ
6m.
+
qd
: Chiều dày bản quá độ,
qd
= 16
ữ
25 cm
3.2 Xác định các kích thớc cơ bản của mố
- Căn cứ vào phơng án cầu, điều kiện địa chất kỹ thuật tại vị trí đặt mố ta chọn mố
chữ U BTCT với các kích thớc nh hình vẽ.
1
:
1
Hình 5: Cấu tạo mố UBTCT
10%
Dầm kê
Chốt thép
Bản quá độ
Đá dăm đệm
Gờ kê
Tờng đỉnh
16
-
24
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
16
- Bảng các kích thớc cấu tạo mố.
các kích thớc Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Số làn xếp tải n
l
2
làn
Chiều cao mố H
mo
650
cm
Chiều rộng mố B
mo
1200
cm
Góc nghiêng taluy nón mố 1:n 1:1
Loại gối Gối
Cao su
+ Hệ số ma sát gối với bê tông f 0.3
+ Bố trí gối cố định hay di động trên mố? Gối
Cố định
+ Chiều cao gối h
go
5.6
cm
+ Bề rộng gối cầu b
g
31
cm
+ Chiều dài gối L
g
46
cm
+ Khoảng cách giữa các gối cầu a
g
250
cm
Kích thớc đá kê gối
+ Chiều cao đá kê gối h
dk
20
cm
+ Chiều cao toàn bộ gối h
g
25.6
cm
+ Bề rộng đá kê gối b
dk
100
cm
+ Chiều dài đá kê gối L
dk
100
cm
Chiều cao tờng đỉnh h
td
190.6
cm
Bề dầy tờng đỉnh
td
50
cm
Chiều cao tờng thân h
tt
459.4
cm
Bề dầy tờng thân
tt
170
cm
Kích thớc cấu tạo tờng cánh
+ Phần tờng cánh ngậm vào nền đờng S 100
cm
+ Chiều dài tờng cánh L
tc
550
cm
+ Chiều cao đuôi tờng cánh h
1c
150
cm
+ Chiều dài tiết diện chân tờng cánh l
c
170
cm
+ Bề rộng vát tờng cánh b
vc
380
cm
+ Chiều cao vát tờng cánh H
2c
356
cm
+ Bề dầy tờng cánh
tc
50
cm
Khoảng cách từ mép mố đến mép móng k
c
50
cm
Kích thớc cấu tạo bản quá độ
+ Chiều dài bản quá độ l
qd
400
cm
+ Chiều dày bản quá độ
qd
20
cm
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
17
+ Chiều rộng bản quá độ b
qd
1000
cm
Kích thớc gờ kê bản quá độ
+ Chiều dài gờ kê bản quá độ l
gk
1000
cm
+ Chiều rộng gờ kê bản quá độ b
gk
30
cm
+ Chiều cao gờ kê bản quá độ h
gk1
30
cm
+ Chiều cao gờ kê bản quá độ h
gk2
60
cm
Kích thớc cấu tạo bệ móng mố
+ Chiều cao bệ móng h
m
200
cm
+ Chiều dài bệ móng L
m
440
cm
+ Bề rộng bê móng B
m
1300
cm
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
18
4 Xác định tải trọng tác dụng lên mố.
4.1 Các tải trọng tác dụng lên mố.
- Mố ở trên mực nớc thông thuyền và hầu nh không ngập nớc nên không tính tải
trọng va xô tầu bè. Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt có = 1.8 T/m
3
, = 35
0
và
đợc đầm chặt với độ chặt k = 0,95
ữ
0,98.
- Các tải trọng tác dụng lên mố gồm:
STT Tải trọng tác dụng
1 Trọng lợng bản thân mố
2 Phản lực thẳng đứng do trọng lợng KCN
3 Phản lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên KCN
4 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ
5
áp lực đất tĩnh và áp lực đất do hoạt tải.
6 Lực hm dọc cầu.
7 Ma sát gối cầu.
8
áp lực gió.
4.2 Các mặt cắt kiểm toán.
- Mặt cắt I-I: Mặt cắt đáy bệ móng mố
- Mặt cắt II-II: Mặt cắt chân tờng đỉnh
- Mặt cắt III-III: Mặt cắt chân tờng thân
- Mặt cắt IV-IV: Mặt cắt chân tờng cánh
Hình 6: Các mặt cắt kiểm toán mố
- Để đơn giản và thuận tiện trong tính toán gần đúng thì tờng cánh mố đợc chia
thành 3 phần nh hình vẽ:
+ Phần 1: Có tiết diện hình chữ nhật, đợc tính
toán theo sơ đồ bản ngàm 2 cạnh. Tuy nhiên để đơn
giản có thể tính theo sơ đồ bản ngàm 1 cạnh.
+ Phần 2: Có tiết diện hình chữ nhật, đợc tính
theo sơ đồ bản ngàm 1 cạnh.
+ Phần 3: Có tiết diện hình tam giác, tuy nhiên
trong tính toán ta có thể tính đổi về tiết diện hình
chữ nhật nh hình vẽ và đợc tính toán theo sơ đồ
bản ngàm 1 cạnh. Hình 7: Chia tờng cánh
II
IV
I
II
I
IV
IIIIII
1
2
3
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
19
4.3 Xác định trọng lợng các bộ phận mố.
- Công thức tính trọng lợng các bộ phận mố:
G = V.
Trong đó:
+ V: Thể tích của bộ phận mố trụ.
+ : Trọng lợng riêng của bêtông, = 2,2
ữ
2,5 T/m
3
.
+ Đối với bộ phận mố trụ nằm dới nớc (kể cả mực nớc ngầm) khi tính toán
ta phải xét thêm cả áp lực thuỷ tĩnh. Khi đó ta có trọng lợng riêng của bêtông là:
= - 1 T/m
3
.
+ Đối với mố trụ đặt trong đất cát, á sét hoặc phù xa thì áp lực thuỷ tĩnh phải
tính trong mọi trờng hợp cho dù ảnh hởng của có là nhỏ hay lớn.
- Công thức tính trọng lợng đất đắp trong lòng mố:
G = V.
đ
Trong đó:
+ V: Thể tích của khối đất đắp trong lòng mố.
+ : Trọng lợng riêng của đất đắp,
đ
= 1,8 T/m
3
.
- Đối với phần đất đắp nằm dới mực nớc thì phải xét đến áp lực đẩy nối của
nớc. Khi đó trọng lợng riêng của đất đợc tính theo công thức:
)(
1
1
'
od
+
=
Trong đó:
+ : Hệ số độ rỗng của đất.
+ : Trọng lợng riêng khô của đất đắp,
đ
= 2,7 T/m
3
.
+
: Trọng lợng của nớc,
o
= 1,0 T/m
3
.
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
20
- Bảng kết quả tính toán trọng lợng các bộ phận mố:
Mặt cắt I - I Mặt cắt II - II Mặt cắt III - III Mặt cắt IV - IV
Tên các
bộ phận
G
tc
T
e
1
m
M
1
T.m
e
2
m
M
2
T.m
e
3
m
M
3
T.m
e
4
m
M
4
T.m
Tờng thân 234.2
0.85
199.1
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Tờng đỉnh 28.59
0.25
7.15
-0.60
-17.1
0.00
0.00
0.00
0.00
Tờng cánh
+ Khối 1 27.63
-0.85
-23.4
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
+ Khối 2 16.91
-3.60
-60.8
0.00
0.00
0.00
0.00
2.75
46.50
+ Khối 3 14.25
-3.60
-51.3
0.00
0.00
0.00
0.00
2.75
39.19
+ Tổng 58.79
-135.6
0.00
0.00
85.69
Bệ móng mố 286.0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Bản quá độ 20.00
-0.15
-3.00
-1.00
-20.0
-0.4
-8.00
0.00
0.00
Gờ kê BQĐ 1.35
-0.15
-0.20
-1.00
-1.35
-0.4
-0.54
0.00
0.00
Đất đắp
+ Khối 1 283.1
-1.10
-311.4
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
+ Khối 2 116.3
-3.85
-447.7
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
+ Khối 3 98.01
-3.85
-377.3
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
+ Tổng 497.4
-1136
0.00
0.00
0.00
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
21
4.4 Xác định áp lực thẳng đứng từ kết cấu nhịp.
- Chiều dài nhịp tính toán : L = 33 m
- Vẽ đờng ảnh hởng phản lực gối:
1
14,5
T
11
T
11
T
Xếp xe 2 trục thiết kế
14,5
T
3,5
T
Xếp xe tải thiết kế
Hình 8: Tung độ ĐAH phản lực gối và sơ đồ xếp tải
+ Diện tích ĐAH dơng: S
+
= 16,2
+ Diện tích ĐAH âm: S
-
= 0
+ Tổng diện tích ĐAH : S = 16,2
- Xếp tải trọng bất lợi lên ĐAH:
+ Nội lực do hoạt tải đợc lấy với hiệu ứng lớn nhất trong số các hiệu ứng sau:
1 - Hiệu ứng 1: Xe tải thiết kế (với cự ly trục sau thay đổi từ 4,3 đến 9 m)
tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng Ngời.
2 - Hiệu ứng của 1 xe 2 trục tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng Ngời.
+ Tung độ ĐAH khi xếp xe tải
P (T) 14.5 14.5 3.5 P
i
.Y
i
x (m) 0 4,3 8,6
Y 1.00 0.87 0.73 29.65
+ Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục
P (T) 11 11 P
i
.Y
i
Y 1.00 0.96 21.59
+ Phản lực do hoạt tải gây ra đợc tính cho trờng hợp xếp xe trên cả 2 làn.
- Tĩnh tải kết cấu nhịp đợc tính cho toàn bộ cầu:
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
22
- Bảng tính toán áp lực từ KCN truyền xuống mố
Giá trị
các đại lợng
Kí
hiệu
TC TT
Đơn
vị
áp lực thẳng đứng do tải trọng làn
P
lan
15.36
26.88
T
áp lực thẳng đứng do tải trọng Ngời
P
Ng
9.72
17.01
T
áp lực thẳng đứng do xe tải
P
XT
29.65
64.85
T
áp lực thẳng đứng do xe 2 trục
P
2T
21.59
47.23
T
Tổng hợp áp lực do hoạt tải
+ Tổ hợp 1 : Xe tải + Làn + Ngời P
1
109.45
217.48
T
+ Tổ hợp 2 : Xe 2 trục + Làn + Ngời P
2
93.34
182.24
T
+ Phản lực lớn nhất do hoạt tải trên KCN
(xếp trên 2 làn)
P
ht
109.45
217.48
T
áp lực do tĩnh tải
+ áp lực thẳng đứng do tĩnh tải giai đoạn I P
tt
I
147.27
291.45
T
+ áp lực thẳng đứng do tĩnh tải giai đoạn II P
tt
II
71.57
107.36
T
Tổng áp lực do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN P
N
328.29
616.28
T
Cánh tay đòn với mặt cắt I I e
1
1
1
m
Cánh tay đòn với mặt cắt II II e
2
0.15
0.15
m
Cánh tay đòn với mặt cắt III III e
3
0
0
m
Cánh tay đòn với mặt cắt IV IV e
4
0
0
m
4.5 Xác định áp lực thẳng đứng do hoạt tải trên bản quá độ.
- Chiều dài bản quá độ : L
qd
= 4,0 (m)
- Bề rộng bản quá độ : B
qd
= 11 (m)
- Vẽ ĐAH phản lực gối trên bản quá độ
tại vị trí vai kê
+ Diện tích ĐAH dơng : S
+
= 2
+ Diện tích ĐAH âm : S
-
= 0
+ Tổng diện tích ĐAH : S = 2
Hình 9: ĐAH phản lực bản quá độ
- Xếp xe tải và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có
+ Tung độ ĐAH khi xếp xe tải
P (T) 14.5 14.5 3.5 P
i
.Y
i
Y 0.00 1.00 0.00 14.50
14,5
T
11
T
11
T
Xếp xe 2 trục thiết kế
14,5
T
3,5
T
Xếp xe tải thiết kế
1
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
23
+ Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục
P (T) 11 11 P
i
.Y
i
Y 0.70 1 18.70
- Bảng tính toán áp lực truyền lên vai kê khi hoạt tải trên bản quá độ
Giá trị
Tên gọi các đại lợng
Kí
hiệu
TC TT
Đơn
vị
áp lực thẳng đứng do tải trọng làn
P
lan
1.90
3.32
T
áp lực thẳng đứng do tải trọng Ngời
P
Ng
1.20
2.10
T
áp lực thẳng đứng do xe tải
P
XT
14.50
31.72
T
áp lực thẳng đứng do xe 2 trục
P
1
18.70
40.91
T
Tổng hợp áp lực do hoạt tải
+ Tổ hợp 1 : Xe tải + Làn + Ngời P
2
35.19
74.27
T
+ Tổ hợp 2 : Xe 2 trục + Làn + Ngời P
ht
43.59
92.65
T
+ Phản lực lớn nhất do hoạt tải trên KCN
(xếp trên 2 làn) P
QD
43.59
92.65
T
Cánh tay đòn với mặt cắt I -I e
1
-0.15
-0.15
m
Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e
2
-1
-1
m
Cánh tay đòn với mặt cắt III -III e
3
-0.4
-0.4
m
Cánh tay đòn với mặt cắt IV -IV e
4
0
0
m
4.6 Xác định áp lực đất tác dụng lên mố.
4.6.1 áp lực đất tĩnh EH.
-
á
p lực đất ngang của đất đắp tác dụng lên tờng mố tính theo công thức:
BK
H
EH
2
.
2
=
(KN/m)
Trong đó:
+ EH: Hợp lực của áp lực đất tĩnh.
+
: Trọng lợng riêng của đất đắp (KN/m
3
)
+ H: Chiều cao tờng chắn (m)
+ K: Hệ số áp lực đất
1 Tờng trọng lực: K = K
o
.
2 Tờng công xon: K = K
a
. Hình 10:
á
p lực đất tĩnh
- Vị trí đặt hợp lực tại 0,4H tính từ đáy móng.
EH
M
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
24
4.6.2 áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố EL
- Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tờng chắn, tác dụng
của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tơng đơng có chiều cao là h
eq
, tra bảng.
Bảng : Chiều cao lơp đất tơng đơng
Chiều cao tờng H (mm) h
eq
(mm)
1500 1700
3000 1200
6000 760
9000 610
Ghi chú:
+ Đối với các tờng chắn có chiều cao trung gian h
eq
đợc xác định bằng
nội suy tuyến tính.
+ Các giá trị trong bảng đối với h
eq
đợc xác định từ tính toán lực ngang
đối với tờng do sự phân bố áp lực hoạt tải xe thiết kế. Sự phân bố áp lực
là kết qủa giải bài toán không gian đàn hồi với hệ số Poatxon bằng 0,5.
-
á
p lực đất ngang do hoạt tải sau mố đợc tính theo công thức:
BHhKLS
eq
=
Trong đó:
+ LS: Hợp lực của áp lực đất tĩnh.
+
: Trọng lợng riêng của đất đắp (KN/m
3
)
+ H: Chiều cao tờng chắn (m).
+ h
eq
: Chiều cao lớp đất tơng đơng.
+ K: Hệ số áp lực đất
1 Tờng trọng lực: K = K
o
.
2 Tờng công xon: K = K
a
.
- Vị trí đặt hợp lực tại 0,5H tính từ đáy móng. Hình 11:
á
p lực đất do hoạt tải
LS
M
- HD TKMH Mố trụ cầu -
Bài giảng Mố trụ cầu
- Nguyễn Văn Vĩnh -
Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
25
4.6.3 Tính hệ số áp lực đất
- Hệ số áp lực đất tĩnh K
O
sin1
=
O
K
- Hệ số áp lực đất chủ động K
a
)sin(.sin.
)(sin
2
2
+
=
r
K
a
2
)sin().sin(
)sin().sin(
1
+
+
+=
r
Trong đó :
+ : Góc ma sát giữa đất đắp và tờng: = 24
o
+ : Góc giữa phơng đất đắp với phơng ngang: = 2
o
+ : Gócgiữa phơng đất đắp với phơng thẳng đứng: = 90
o
+ : Góc nội ma sát của đất đắp : = 35
o
+
min
: Góc nội ma sát của đất đắp nhỏ nhất: = 30
o
+
max
: Góc nội ma sát của đất đắp lớn nhất: = 40
o
- Bảng kết quả tính hệ số áp lực đất:
Các đại lợng Kí hiệu
Giá trị Đơn vị
Góc ma sát giữa đất và tờng
24
độ
Góc giữa mặt đất với phơng ngang
0
độ
Góc giữa lng tờng với phơng ngang
90
độ
Góc ma sát có hiệu của đất đắp
1
35
độ
+ Hệ số
r
1
3.005
+ Hệ số áp lực đất chủ động (=35 độ)
K
a1
0.244
Góc ma sát nhỏ nhất
2
30
độ
+ Hệ số
r
2
2.774
+ Hệ số áp lực đất chủ động (=30 độ)
K
a2
0.296
Góc ma sát lớn nhất
3
40
độ
+ Hệ số
r
3
3.223
+ Hệ số áp lực đất chủ động (=40 độ)
K
a3
0.199
