ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CẦU DẦM CÁP HỖN HỢP(EXTRADOSED)

TrƯờng Đại học giao thông vận tải hà Nội
Khoa công trình
bộ môn cầu hầm




Đồ án tốt nghiệp

thiết kế &tính toán
cầu dầm cáp hỗn hợp
(extradosed bridge)



Giáo viên hớng dẫn! PGS-TS Trần đức nhiệm
Giáo viên đọc duyệt! Nguyễn văn chừng
Sinh viên thực hiện! Nguyễn trung kiên

Trờng : ĐH Giao thông vận tải Hà Nội.



Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
1

1

Tr ờng Đại học giao thông vận tải hà Nội
Khoa công trình

bộ môn cầu hầm




Đồ án tốt nghiệp

thiết kế cầu dầm cáp hỗn hợp
- extradosed bridge -





Giáo viên h ớng dẫn ! PGS-TS Trần đức nhiệm
Giáo viên đọc duyệt ! THS Nguyễn văn chừng
Sinh viên thực hiện ! Nguyễn trung kiên
Lớp : Cầu - Đ ờng bộ A K41
Tr ờng : ĐH Giao thông vận tải Hà Nội.



"# $%&' ( ) *++(
§å ¸n tèt nghiÖp giíi thiÖu c«ng trinh cÇu
NguyÔn trung kiªn líp cÇu ®Hêng bé a - k41
2

2

Lêi nãi ®Çu


























Hµ Néi th¸ng 5 n¨m 2005.
Sinh viªn : NguyÔn Trung Kiªn.
§å ¸n tèt nghiÖp giíi thiÖu c«ng trinh cÇu

NguyÔn trung kiªn líp cÇu ®Hêng bé a - k41
3

3

$",- ./0 123 4&56 7&8- 9:;-4 <=->

§å ¸n tèt nghiÖp giíi thiÖu c«ng trinh cÇu
NguyÔn trung kiªn líp cÇu ®Hêng bé a - k41
4

4

$",- ./0 123 4&56 7&8- ?@1 <ABC0

Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
5

5

DE1 FE1

GHH


H8- IE1

$%& <A-4 09&J0 KJ

HL3-4

1

Nhận xét của giáo viên h ớng dẫn
M

2

Nhận xét của giáo viên đọc duyệt

4
3

HN-4 OA3-

6
4

P9Q- R

H9&J0 KJ ST U% V51 W9:T-4 5-

6
5

Ch ơng I Ph ơng án sơ bộ I :
VQA 0LX6 <YB 7Z-4
9
6

Ch ơng II Ph ơng án sơ bộ I :
VQA F&8- 0E1 ?[1 9=-4

38
7

Ch ơng III Ph ơng án sơ bộ I :
VQA <QI 15W 9\- 9]W
72
8

Ch ơng IV So sánh lựa chọn PA thiết kế kĩ thuật 105
9

P9Q- RR

H9&J0 KJ K^ 09A,0

109
10

109
11

126
12

154
13

201
14

209
15

232
16

281
17

322













Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
6

6

Tổng quan
I Đặc điểm khu vực xây dựng cầu
I.1 Đặc điểm về địa hình Thuỷ văn.
- Chế độ thuỷ văn ít thay đổi
+) MNCN : 1,55 m
+) MNTT : 1,48m
+) MNTN : -2,47 m
- Khẩu độ thoát n ớc yêu cầu : L = 400m
I.2 Đặc điểm về Địa chất
- Đã tiến hành khoan tại 4 lỗ khoan ỏ vị trí xây dựng cầu dự kiến và có kết quả sau
:
+) Lớp 1 : Lớp sét pha cát trạng thái dẻo cứng :
+) Lớp 2 : Cát pha sét trạng thái nửa cứng
+) Lớp 3 : Cát hạt vừa bão hoà n ớc , trạng thái chặt
+) Lớp 4 : Cát hạt thô bão hoà n ớc , trạng thái chặt
Lớp

Chiều
dày
H m
Hệ số
rỗng
e
Độ sệt

B


KN/m
3

Lực dính
C
KN/m
2

C ờng độ
R
KN/m
2

Góc ma
sát
độ
1 8,5 0,7 0,4 18 14 120 22
2 7,5 0,5 0,2 18 12 250 25
3 9,6 18 6 250 38
4 Vô hạn

18 330 40

II Các phHơng án và phHơng pháp xây dựng
II.1 Quy trình thiết kế và các nguyên tắc chung
II.1.1 Quy trình thiết kế
- Quy trình thiết kế : Quy trình thiết kế đ ờng ôtô
- Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN 272 05 (Bộ GTVT)
II.1.2 Các nguyên tắc thiết kế
- Công trình đ ợc thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp vơi squy mô
của tuyến đ ờng.
Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu

Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
7

7

- Đáp ứng đ ợc yêu cầ quy hoạch , phân tích t ơng lai của tuyến đ ờng.
- Thời gian thi công ngắn.
- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo d ỡng
- Giá thành xây dựng thấp.

II.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản.
II.2.1 Quy mô xây dựng
- Cầu đ ợc thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ >100 năm.
II.2.2 Tải trọng thiết kế
- Sử dụng cấp tải trọng theo quy trình thiết kế cầu : 22TCN 272 - 2005
+) Hoạt tải thiết kế : HL93
+) Tải trọng Ng ời : 3 KN/m
2

- Hệ số tải trọng
+) Tĩnh tải giai đoạn 1 :
1
= 1,25
+) Tĩnh tải giai đoạn 2 :
2
= 1,5
+) Hoạt tải :
1
= 1,75
- Hệ số động (hệ số xung kích ) : IM = 1+ 25 / 100 = 1,25

II.2.3 KHổ cầu thiết kế
- Mặt cắt ngang thiết kế cho 2 làn xe với vận tốc thiết kế : V=60 km/h
- Mặt cắt ngang khổ : K = 4x7,5+2x1,5
+) Phần xe chạy : B
xe
= 4x3,75 m
+) Phần lề bộ hành : B
le
= 2x1,5m
II.2.4 KHổ thông thuyền
- Sông thông thuyền cấp I :
+) Tĩnh cao : H = 10 m
+) Tĩnh ngang : B = 80m
II.2.5 Trắc dọc cầu
- Cầu nằm trên đ ờng cong tròn R = 3000 m
- Độ dốc dọc cầu : i = 3%

Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
8

8

III Các phHơng án cầu và so sánh lựa chọn .
III.1 Nguyên tắc lựa chọn ph ơng án cầu
- Đáp ứng yêu cầu thông thuyền
- Giảm tối thiểu các trụ giữa sông
- Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nh ng có u tiên việc
tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong n ớc.
- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công.

- Đạt hiệu quả kinh tế cao , giá thành rẻ.


§å ¸n tèt nghiÖp giíi thiÖu c«ng trinh cÇu
NguyÔn trung kiªn líp cÇu ®Hêng bé a - k41
9

9


Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
9

9

Phần I : Thiết kế sơ bộ các PhHơng án cầu

Ch ơng i : Ph ơng án sơ bộ i
Thiết kế Cầu dây văng

I Giới thiệu chung về phHơng án
I.1 Tiêu chuẩn thiết kế
- Quy trình thiết kế : 22TCN 272 01 Bộ Giao thông vân tải
- Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18 79 Bộ Giao
thông vân tải
- Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Ng ời bộ hành 3KN/m
2
I.2 sơ đồ kết cấu
I.2.1 Kết cấu phần trên

- Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 2@40+110+230+110+2@40
- Kết cấu cầu gồm 2 nhịp dẫn 40 m và hệ cầu dây văng ba nhịp .
- Chiều cao cột tháp dự tính : 62,5 m tính từ đỉnh bệ tháp
- Mặt cắt ngang nhịp chính có chiều cao không đổi dạng mặt cắt hộp
- Chiều dài một khoang sơ bộ chọn 9 m .
- Số l ợng dây cho một cột tháp 24 dây
- Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp :
+ Bê tông mác 450
+ Cốt thép c ờng độ cao dùng các loại tao đơn 7 sợi .
+ Thép cấu tạo dùng thép CT3
I.2.2 Kết cấu phần d ới
I.2.2.1 - Cấu tạo tháp cầu
- Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT tại chỗ . Bê tông chế tạo M300
- Ph ơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đ ờng kính 1,5m.
I.2.2.2 - Cấu tạo trụ cầu
- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông tại chỗ mác M300
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
10
10
- Trụ cầu : đ ợc xây dựng trên móng cọc cọc khoan nhồi đ ờng kính 1,5m.
- Ph ơng án móng : Móng cọc đài cao .
I.2.2.3 - Cấu tạo mố cầu
- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo M300.
- Mố đ ợc đặt trên móng cọc khoan nhồi 1.5m.
II Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văng
II.1 Chọn sơ đồ nhịp cầu
Với cầu dây văng có thể có các sơ đồ một, hai, ba và nhiều nhịp, trong đó hệ
ba nhịp là hệ đặc tr ng của cầu dây văng, nó có u điểm về kết cấu, khả năng chịu
lực cũng nh công nghệ thi công .

Nghiên cứu các đặc điểm địa chất - địa hình - thủy văn và kiến trúc cảnh quan xung
quanh, điều kiện kinh tế - xã hội - chính trị của các vùng mà tuyến đi qua. Ta quyết
định chọn ph ơng án cầu dây văng ba nhịp có hai mặt phẳng giàn dây đối xứng qua
tháp cầu.
Sơ đồ phân nhịp 110 + 230 + 110 m.
Từ những phân tích đã nêu ở trên ,áp dụng cụ thể cho ph ơng án cầu ở đây ,chọn :
- Chiều dài khoang dầm d=9 m.
- Chiều dài khoang dầm giữa nhịp chính d
g
= 8 m
- Chiều dài khoang dầm cạnh tháp d
t
= 12m
II.2 hình dạng và chiều cao dầm cứng
Mỗi một loại tiết diện dầm đa năng hoặc đơn năng đều có u điểm và nh ợc
điểm khác nhau. Song theo xu h ớng thi công hiện nay thì việc sử dụng loại tiết
diện nào ngoài việc đảm bảo đ ợc điều kiện chịu lực đồng thời đảm bảo công
nghệ thi công đơn giản nhất phù hợp với trình độ thi công và đã đ ợc sử dụng trong
n ớc.
Theo thống kê các cầu dây văng trên thế giới và trong n ớc đã và đang xây
dựng, tỉ số chiều cao dầm chủ
h
l
=
1
100
ữ
1
300
.

Vậy sơ bộ ban đầu chọn dầm chủ có mặt cắt ngang gồm hai chữ T có kích thứơc
nh hình vẽ .
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
11
11
70003007000
500 1500 250
500
250 250
500
250 1500 500
10300
20300
250
600
250
500
250
1000
1000
2000
2800
1500
Mặt cắt ngang nhịp chính

II.3 Lựa chọn các thiết bị phụ cho cầu dây văng
Hiện nay, các tao cáp đơn đ ợc sử dụng rộng rãi cho kết cấu BTCT Ư.S.T và
cầu dây văng vì các tao đơn dễ vận chuyển, dễ lắp đặt và thích hợp với hệ neo
thông dụng nhất hiện nay là neo kẹp.

Sử dụng loại tao đơn gồm 7 sợi thép 5 đ ờng kính ngoài 15,2 mm. Đồng
thời sử dụng dây văng đ ợc tổ hợp từ các tao thép giảm đ ợc độ giãn của dây ( do
độ võng của trọng l ợng bản thân gây ra khi chịu tác dụng của hoạt tải ).
Các tao thép đ ợc căng kéo riêng biệt và đ ợc ghép thành bó lớn trong các
khối neo ở ngay hiện tr ờng. Công tác lắp đặt dây văng rất đơn giản vì dây đ ợc
lắp từng tao nhỏ lên không cần giàn dáo. Hệ neo dùng với loại dây văng này là neo
kẹp 3 mảnh giống hệ neo dùng trong cầu BTCT - ƯST.
Khối neo là khối thép hình trụ có khoan các lỗ hình côn để luồn các tao thép
và các tao thép này đ ợc kẹp chặt bằng nêm 3 mảnh hình côn có ren răng. Bên
ngoài khối neo đ ợc ren răng và dùng một êcu đủ lớn để xiết neo theo nguyên tắc
vặn bu - lông.
Ph ơng án dùng dây văng tổ hợp từ các tao thép 7 sợi và hệ neo kẹp là
ph ơng án tối u nhất vì so với các dây văng sử dụng cáp xoắn ốc hay cáp kín
th ờng phải dùng neo đúc, loại neo này cần đ ợc đổ ở nhiệt độ 450
0
ữ 500
0
là yêu
cầu khó đảm bảo ở ngay tại công tr ờng. Đồng thời việc vận chuyển lắp đặt các bó
cáp lớn và dài sẽ gặp khó khăn hơn và việc điều chỉnh nội lực dây văng bằng cách
thay đổi chiều dài dây cũng rất hạn chế.


Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
12
12
II.4 Hình dạng và tiết diện của tháp cầu
- Chiều cao tháp cầu đ ợc chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau :
+) Đảm bảo liên kết giữa dây văng và tháp

+) Đảm bảo cho goc nghiêng của dây văng hơp lý trong quá trình chịu lực
Góc nghiêng của dây văng giữa = 20
ữ
25
o
- Từ các phân tích trên ta chọn tháp cầu có các thông số nh sau
+) Chiều cao toàn bộ của tháp h
th
= 62,5 m
+) Chiều cao từ bệ tháp đến đáy dầm : h
ct
= 14m
+) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : h
tt
= 29,5 m
+) Chiều cao bố trí dây văng : h
dv
=16,5 m
+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : h
dt
= 2,5m
1 - Bảng tính toán góc nghiêng dây văng nhịp biên :
Dây
nhịp
biên
tgi i(độ) sini
Dây
nhịp
giữa
tgi i(độ) sini

1

0.3918

21.3998

0.364

1'

0.391 21.3998

0.364
2

0.4117

22.3801

0.380

2'

0.411 22.3801

0.380
3

0.4354

23.5323

0.399

3'

0.435 23.5323

0.399
4

0.4642

24.9048

0.421

4'

0.464 24.9048

0.421
5

0.5

26.5651

0.447

5'

0.5 26.5651

0.447
6

0.5454

28.6105

0.478

6'

0.545 28.6105

0.478
7

0.6052

31.185

0.517

7'

0.605 31.185 0.517
8

0.6875

34.5085

0.566

8'

0.6875 34.5085

0.566
9

0.80761

38.9275

0.628

9'

0.807 38.9275

0.628
10

1

45

0.707

10'

1 45 0.707
11

1.357

53.6156

0.805

11'

1.357 53.6156

0.805
12

2.25

66.0375

0.913

12'

2.25 66.0375

0.913

II.5 Tính toán nội lực
II.5.1 Tính tĩnh tải
II.5.1.1 - Tính tĩnh tải giai đoạn I
- Tĩnh tải giai đoạn I gồm có các bộ phân sau :
+) Trọng l ợngbản thân dầm chủ : DC
dc

+) Trọng l ợng dầm ngang : DC
dn

+) Trọng l ợng tai đeo dây văng : DC
td

Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
13
13
DC
I
TC
= DC
dc
+ DC
dn
+ DC
td

II.5.1.2 - Tính tĩnh tải giai đoạn II
- Tĩnh tải giai đoạn II gồm có các bộ phận sau :
+) Trọng l ợng gờ chắn bánh
+) Trọng l ợng phần chân lan can
+) Trọng l ợng lan can tay vịn
+) Trọng l ợng lớp phủ mặt cầu
+) Trọng l ợng phần lề Ng ời đi bộ
DW
II
TC
= DW
gc
+ DW
clc
+ DW
lc+tv
+ DW
ng

Ta có bảng tính sau:
1- Tĩnh tải rải đều giai đoạn 1:DC1

Đơn vị
1.1- Do TLBT của dầm chủ

255.87 KN/m
1.2- Do tai đeo dây văng 3.08106195

KN/m
Chiều cao tai đeo htd 0.8

m
Chiều dài tai đeo ltd 0.8

m
Chiều dày tai đeo dtd 1.02

m
Khoảng cách giữa các tai đeo atd 9

m
Số lợng tai đeo ntd 89





258.95
KN/m
2- Tĩnh tải rải đều giai đoạn 2:DW


2.1- Do trọng lợng chân lan can 6.72

KN/m
Chiều rộng chân lan can ngoài Blcn 0.3

m
Chiều cao chân lan can ngoài Hlcn 0.3

m
Chiều rộng chân lan can trong Blct 0.2

m
Chiều cao chân lan can trong Hlct 0.25

m


2.2- Trọng lợng cột lan can và tay vịn


1.66



KN/m
Trọng lợng dải đều của cột lan can Pclc 0.13

KN/m
Trọng lợng dải đều phần tay vịn Ptv 0.7

KN/m
2.3- Trọng lợng gờ chắn bánh 3

KN/m
Chiều rộng chân gờ Bg 0.25

m
Chiều rộng đỉnh gờ Hg 0.25

m
2.4- Trọng lợng lớp phủ 46.77975

KN/m
Lớp bê tông Atphan 19.125 KN/m
Lớp bê tông bảo vệ 12.24 KN/m
Lớp chống thấm 11.475 KN/m
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
14
14
Lớp bê tông mui luyện dày 3.93975 KN/m



58.15975

KN/m
3- Tổng hợp



Tĩnh tải giai đoạn 1 tiêu chuẩn
258.950683

KN/m
Tĩnh tải giai đoạn 1 tính toán
323.688354

KN/m
Tĩnh tải giai đoạn 2 tiêu chuẩn
58.15975

KN/m
Tĩnh tải giai đoạn 2 tính toán
87.239625

KN/m
Tĩnh tải tiêu chuẩn 2 giai đoạn
317.110433

KN/m
Tĩnh tải tính toán 2 giai đoạn

410.927979

KN/m

II.5.2 Tính hoạt tải
II.5.2.1 - Hoạt tải xe tính toán theo quy trình 22TCN 272 - 01
- Hoạt tải xe HL 93 lấy theo quy trình 22TCN 272 01 . Tuỳ thuộc vào dạng
ĐAH mà xếp tải sao cho đạt đ ợc hiệu bất lợi nhất.
+) Hệ số điều chỉnh tải trọng :
i
= 1
+) Hệ số tải trọng của hoạt tải :
i
= 1,75
+) Hệ số xung kích 1+IM/100 = 1+25/100 = 1,25

II.6 Tính toán nội lực và chọn tiêt diện dây văng
II.6.1 Chọn loại cáp làm dây văng
- Sử dụng loại cáp CĐC loại bó xoắn 7 sợi của hãng VSL có các chỉ tiêu nh sau :
+) Đ ờng kính danh định : 15,2 mm
+) Giới hạn chảy : f
py
= 1670 Mpa
+) Giới hạn bền : f
pu
= 1860 Mpa
+) C ờng độ sử dụng : f = .f
pu

= 0,45 với tổ hợp tải trọng chính
= 0,5 với tổ hợp tải trọng phụ
= 0,56 với tổ hợp tải trọng thi công
=> C ờng độ sử dụng của cáp với tổ hợp tải trọng chính là :
f
sa
= 0,45.1860.10
2
= 873 Mpa
II.6.2 Tính nội lực trong dây văng
II.6.2.1 Tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn I
a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
15
15
- Nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I đ ợc tính với sơ đồ của giai đoạn thi

công
- Công thức tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn I
+) Nội lực trong dây thứ i
+) Nội lực trong dây giữa

b- Bảng tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I

Dây
nhịp
biên

tgi i(độ) sini
Si(KN)
Dây
nhịp
giữa

tgi i(độ) sini

Do DL1
1 0.3919

21.3998

0.365

3193.648

1'

0.392

21.3998

0.365

3016.223

2 0.4118

22.3801

0.381

3060.482

2'

0.412

22.3801

0.381

3060.482

3 0.4355

23.5323

0.399

2918.545

3'

0.435

23.5323

0.399

2918.545

4 0.4643

24.9048

0.421

2767.15

4'

0.464

24.9048

0.421

2767.15

5 0.5000

26.5651

0.447

2605.641

5'

0.500

26.5651

0.447

2605.641

6 0.5455

28.6105

0.479

2433.482

6'

0.545

28.6105

0.479

2433.482

7 0.6053

31.185

0.518

2250.429

7'

0.605

31.185

0.518

2250.429

8 0.6875

34.5085

0.567

2056.873

8'

0.688

34.5085

0.567

2056.873

9 0.8077

38.9275

0.628

1854.543

9'

0.808

38.9275

0.628

1854.543

10 1.0000

45 0.707

1647.952

10'

1.000

45

0.707

1647.952

11 1.3571

53.6156

0.805

1447.45

11'

1.357

53.6156

0.805

1447.45

12 2.25 66.0375

0.914

1561.588

12'

2.250

66.0375

0.914

1275.184


II.6.2.2 - Tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải
a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải
- Nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải đ ợc tính với sơ đồ
KCN cầu hoàn chỉnh trong giai đoạn khai thác.
- Để tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải gđ2 và hoạt tải thì ta sử dụng ch ơng
trình Midas/Civil 6.30 ta sẽ xác định đ ợc nội lực trong dây theo sơ đồ khai thác.
b- Khai báo sơ đồ cầu dây văng bằng CT Midas/Civil6.30

i
I
tt
i
Sin
dg
S

.
=
g
g
I
tt
g
Sin
ddg
S
.2
).( +
=
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
16
16


c - Bảng tính toán nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải
Dây
nhịp

biên Do DL2 Do PL Do Tr+La

Dây
nhịp
giữa

Do DL2 Do PL Do Tr+La

1 490.04 164.83

747.23 1' 400.4 91.65 416.01
2 500.23 140.78

638.32 2' 484.56 97.57 445.36
3 508.16 116.04

512.08 3' 529.43 98.22 453.07
4 512.11 97.03 426.42 4' 556.06 98.71 460.92
5 507.93 87.52 367.34 5' 566.55 98.82 466.37
6 493.59 83.37 379.29 6' 560.37 98.24 466.2
7 466.64 82.56 387.45 7' 529.73 95 453.83
8 429.58 81.37 387.79 8' 483.42 92.52 435.57
9 375 76.53 380.82 9' 419.73 89.21 408.68
10 302.5 76.48 355.91 10' 336.01 85.16 366.75
11 214.85 73.28 304.42 11' 236.79 81.59 306.66
12 146.43 89.88 275.42 12'

130.35

80.05

237.73


3 Tổng hợp nội lực trong dây văng
Dây
nhịp
biên DL1 DL2 LL Tổng
Dây
nhịp
giữa

DL1 DL2 LL Tổng
1

3193.65

490.04

912.06

6650.14

1' 3016.22

400.4

507.66

5441.29

2

3060.48

500.23

779.1

6218.64

2' 3060.48

484.56

542.93

5697.42

3

2918.55

508.16

628.12

5733.67

3' 2918.55

529.43

551.29

5605.3

4

2767.15

512.11

523.45

5329.7

4' 2767.15

556.06

559.63

5474.03

5

2605.64

507.93

454.86

4975.66

5' 2605.64

566.55

565.19

5300

Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
17
17
6

2433.48

493.59

462.66

4757.83

6' 2433.48

560.37

564.44

5074.14

7

2250.43

466.64

470.01

4505.02

7' 2250.43

529.73

548.83

4766.63

8

2056.87

429.58

469.16

4206.15

8' 2056.87

483.42

528.09

4410.94

9

1854.54

375

457.35

3847.65

9' 1854.54

419.73

497.89

3997.88

10

1647.95

302.5

432.39

3426.08

10' 1647.95

336.01

451.91

3515.25

11

1447.45

214.85

377.7

2925.75

11' 1447.45

236.79

388.25

2978.1

12

1561.59

146.43

365.3

2931.4

12' 1275.18

130.35

317.78

2449.63


II.6.3 Chọn tiết diện trong dây văng
- Tiết diện của các dây văng đ ợc xác định theo công thức

ul
f
S

A =
Trong đó :
+) S : Nội lực tĩnh tải và hoạt tải trong dây văng xác định với các hệ số t ơng
ứng theo qui phạm hiện hành .
+) f
ul
: C ờng độ tính toán của vật liệu làm dây, f
ul
= 8370 (KG/cm
2
)
Các công thức trên xuất phát từ điều kiện tận dụng hết khả năng làm việc của dây (
tr ờng hợp dây nhiều khoang nhỏ ) . Theo đó tiết diện của tất cả các dây văng khác
nhau . Tuy nhiên trong tính toán thiết kế khi sự khác biệt không lớn thì ta có thể
chọn tiết diện của một số dây giống nhau hoặc do một số mục đích nào đó trong
quá trình thiết kế thì ta cũng có thể tăng hoặc giảm tiết diện của một số dây.
Bảng chọn tiết diện dây văng

Dây
nhịp
biên Si(KN)
Diện
tích cần
thiết
Số tao
cần thiết

Chọn số
tao
Diện tích

dây cáp tính
đ ợc
(cm2)
1 6650.138

0.00795

56.75 57 79.8
2 6218.638

0.00743

53.07 54 75.6
3 5733.666

0.00685

48.93 50 70
4 5329.699

0.00637

45.48 46 64.4
5 4975.662

0.00594

42.46 43 60.2
6 4757.832

0.00568

40.60 41 57.4
7 4505.023

0.00538

38.45 39 54.6
8 4206.150

0.00503

35.89 36 50.4
9 3847.650

0.0046

32.84 33 46.2
10 3426.083

0.00409

29.24 30 42
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
18
18
11 2925.746

0.0035

24.97 25 35
12 2931.401

0.0035

25.02 26 36.4

Dây nhịp
giữa Si(KN)
Diện
tích cần
thiết
Số tao
cần
thiết
Chọn số
tao
Diện tích
dây cáp
tính đ-
ợc(cm2)
1' 5441.288

0.0065 46.44 47 65.8
2' 5697.415

0.00681

48.62 49 68.6

3' 5605.302

0.0067 47.83 48 67.2
4' 5474.032

0.00654

46.71 47 65.8
5' 5299.996

0.00633

45.23 46 64.4
6' 5074.140

0.00606

43.30 44 61.6
7' 4766.634

0.00569

40.68 41 57.4
8' 4410.941

0.00527

37.64 38 53.2
9' 3997.879

0.00478

34.12 35 49
10' 3515.251

0.0042 30.00 30 42
11' 2978.099

0.00356

25.41 26 36.4
12' 2449.627

0.00293

20.90 21 29.4

II.6.4 Điều kiện làm việc tốt của dây văng
- Để dây văng làm việc tốt trong quá trình chịu tác dụng của tải trọng thì dây văng
phải thoả mãn các điều kiện sau :
+) Đảm bảo điều kiện về độ bền : đảm bảo khả năng chịu lực
+) Đảm bảo điều kiện về độ cứng : tức là dây văng cần phải đ ợc kiểm tra
theo điều kiện biến dạng cho phép của hệ
- Độ võng của nút dây thứ i do hoạt tải đ ợc xác định theo công thức sau

+








=
iii
h
ii
ioo
h
oo
i
A
Sl
tgA

Sl
E
Y
sin.cos.
.
.cos.
.1
2

Trong đó :
+) E : Mô đun đàn hồi của vật liệu dây
+) S
o
h
, S
i
h
: Nội lực tiêu chuẩn trong dây neo và dây thứ i do hoạt tải
+) A
o
,A
i
: Diện tích dây neo và dây thứ i
+) l
o
, l
i
: Hình chiếu của dây neo và dây thứ i ên mặt bằng
- Điều kiện đảm bảo về độ cứng : y
i

< {y}

Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
19
19
III Tính toán kết trụ tháp
III.1 Cấu tạo tháp và trụ tháp
- Do điều kiện địa hình và địa chất tại khu vực đặt tháp ở 2 phía cầu là t ơng tự nh
nhau do đó để thuận tiện cho công tác tính toán và thiết kế thì ta thiết kế tháp cầu 2
bên là nh nhau , do vậy ta chỉ cần tính toán cho 1 tháp
- Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT tại chỗ . Bê tông chế tạo M300
- Ph ơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đ ờng kính 1,5m.
- Tháp cầu đ ợc cấu tạo nh sau :
+) Chiều cao toàn bộ của tháp h
th
= 62,5 m
+) Chiều cao từ bệ tháp đến đáy dầm : h
ct
= 12,6m
+) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : h
tt
= 25 m
+) Chiều cao bố trí dây văng : h
dv
=18 m
+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : h
dt
= 2,5m
III.2 Tính toán thiết kế

III.2.1 - Tính trọng l ợng của tháp :
13350
17100
17100
1750 75 1750
750
750
2000
600
500
500
1000
20857,1
14785,1
1500
6308,7
2000
3000
2500
700
700
62500
1050
1050
1050
1050
1050
1050

Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng

Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
20
20
- Bảng tính toán trọng phản lực truyền xuống 1 chân tháp
+ Do tĩnh tải
(Ch a tính hệ số tĩnh tải)
TL của giằng ngang tháp

273.6 KN

TL của bệ tháp

23196.96

KN

5p lực đẩy nổi ứng với MNTN -9830.2

KN

TL cua thap

3091.2 KN


+ Với sơ đồ khai thác, sử dụng CT Midas/Civil 6.30 đ ợc kết quả d ới đây:
(Ch a tính hệ số IM và hệ số hoạt tải)
Phản lực của TLBT KCN 71823.96

KN

Phan luc do TT gd 2

6501.44

KN
Phan luc do Truck+Lane

4742.56

KN
Phan luc do PL

1061.853

KN

Với hoạt tảii : Khi tính phản lực tác dụng lên gối trụ thì ta tính nh sau :
+) Sử dụng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15 m ( khoảng cách trục sau lấy
bằng 4,3 m )
+) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế đ ợc lấy bằng 90% giá trị phản lực tính
đ ợc cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Ng ời
- Tổng phản lực do hoạt tải thiết kế :
P
tt
HT
= 0,9.1,75.1,25.4747,56+1,75.1061,853=11205,0015KN
- Tổng phản lực do tĩnh tải:
P
tt
TT

= 1,25.(273,6+23196,96+3091,2)-0,9.9830,2+1,25.71823,96+1,5.6501,44
P
tt
TT
=123887,1 KN
- Tổng phản lực do cả hoạt tải và tĩnh tải:
P
tt
=11205,0015+123887,1=135082,3 KN
III.2.2 - Tính phản lực xét đến nội lực trong dây văng
Trong đó :
+)

S
i
: Tổng nội lực trong các dây văng do tĩnh tải và hoạt tải
- Bảng tính toán phản lực truyền lên trụ tháp khi xét đến nội lực trong dây văng
iidv
SP sin.

=
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
21
21
Dây
nhịp
biên
sini
Si(KN) Pdv(KN)

Dây
nhịp
giữa
sini
Si(KN) Pdv(KN)
1

0.365

6650.138

2426.46

1'

0.365

5441.288

1985.3829

2

0.381

6218.638

2367.75

2'

0.381

5697.415

2169.2898

3

0.399

5733.666

2289.26

3'

0.399

5605.302

2238.0108

4

0.421

5329.699

2244.4

4'

0.421

5474.032

2305.1769

5

0.447

4975.662

2225.18

5'

0.447

5299.996

2370.2301

6

0.479

4757.832

2278.3

6'

0.479

5074.140

2429.7628

7

0.518

4505.023

2332.71

7'

0.518

4766.634

2468.1759

8

0.567

4206.150

2382.91

8'

0.567

4410.941

2498.9253

9

0.628

3847.650

2417.62

9'

0.628

3997.879

2512.0154

10

0.707

3426.083

2422.61

10'

0.707

3515.251

2485.6576

11

0.805

2925.746

2355.39

11'

0.805

2978.099

2397.5358

12

0.914

2931.401

2678.75

12'

0.913

2449.6272

2238.4976

Tổng

25742.6

Tổng 28098.661


=> Tổng phản lực truyền lên trụ tháp khi xét đến nội lực trong dây văng là :
P
dv
= 135082,3+25742,6+28098,661 = 162002,9 (KN)

III.3 Tính toán số cọc cần thiết trong móng
- Móng bệ tháp đ ợc thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150cm
III.3.1 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu
- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Trong đó :
+) f
c

: C ờng độ chịu nén của bê tông
+) A
c
: Diện tích phần bê tông trên mặt cắt ngang cọc
+) f
y
: C ờng độ chịu kéo của thép
+) A
s
: Diện tích phần thép trên mặt cắt ngang cọc
+) : Hệ số uốn dọc , = 0,75
- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Tên gọi các đại l ợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Mác bê tông chế tạo cọc

Grade300

Thép chế tạo cọc

AII

) 85,0.(
'
sycccoc
AfAfQ +=
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
22
22
Đ ờng kính cọc thiết kế D 1.5 m
Đ ờng kính cốt thép d 28
mm
Số thanh thép thiết kế nthanh 28 Thanh
Hệ số uốn dọc


0.75

C ờng độ chịu nén của bê tông fc' 3000 KN/m2

C ờng độ chịu kéo của thép fy 240000 KN/m2

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl
49200,19

KN



III.3.2 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

- Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọc khoan nhồi

STT Loại đất
H
m e B


KN/m
3
C
KN/m2


độ
R'
KN/m
2

Lớp 1 Sét pha cát 8.5 0.7 0.4 18 14 22 120
Lớp 2 Cát pha sét 7.5 0.5 0.2 17 14 25 250
Lớp 3 Cát hạt vừa

9.6

17 6 38 250
Lớp 4 Cát hạt thô vô hạn


21

40 330

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
Trong đó :
+) Q
R
: Sức chịu tải của cọc theo đất nền
+) Q
S
= q
S
. A
S
: Sức kháng tại thân cọc
+) Q
P
= q
P
. A
P
: Sức kháng tại chân cọc
+) q
S
: Sức kháng đơn vị tại thân cọc
+) q
P
: Sức kháng đơn vị tại chân cọc
+) A
S
: Diện tích bề mặt thân cọc

+) A
P
: Diện tích bề mặt chân cọc
+)
qS
: Hệ số sức kháng tại thân cọc
+)
qP
: Hệ số sức kháng tại chân cọc
- Theo Reese và Wright (1977 ) ta có : q
P
= 0,064. N (Mpa), q
S
= .S
u

Trong đó :
+) N : Số búa SPT ch a hiệu chỉnh (búa /300 mm)
+) : Hệ số dính bám
spsppqR
QQQ


+
=
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
23
23
+) S

u
: C ờng độ kháng cắt không thoát n ớ trung bình . Giá trị S
u
phải đ ợc
xác định từ kết quả thí ngiệm hiện tr ờng hoặc kết quả trong phòng thí nghiệm của
các mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ sâu 2D ở d ới chân cọc.
Giá trị S
u
còn đ ợc tính theo công thức : S
u
= .tg + C
- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
Loại đất


D

(m)

Li

(m)

As
(m2) N

Su
(KN/m
2)

qs
(T/m2)

Qs
(KN)
qs
Sức kháng tại
thân cọc






Sét pha cát


1.5

8.5

30.63 10

62.48 0.55

34.37 1052.65 0.65

Cát pha sét

1.5

7.5

35.34 15

128.58

0.55

70.72 2499.37 0.55

Cát hạt vừa


1.5

9.6

45.24 25

201.32

0.5

100.66

4553.81 0.45

Cát hạt thô

1.5

17

73.04 50

276.90

0.49

135.68

9910.57 0.45

Tổng sức kháng thành cọc Qthâncọc

8567.8436

KN



Ap (m2) N
qp
(KN/m2) Qp (T)
qp
Cát hạt thô 1.767 50 3200 5654.88 0.65
Sức kháng tại mũi cọc Qmui

3675.67
KN
Sức chịu tải của cọc theo đất nền Qr
12243.52

KN
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl
49200.2
KN
Sức chịu tải tính toán của cọc Qcoc
12243.52

KN
Tổng chiều dài của cọc
L coc 42.6


III.3.3 - Tính số cọc trong móng
Trong đó :
+) : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mô men với móng cọc đài cao
ta lấy = 1,5
+) Q
coc
: Sức chịu tải tính toán của cọc : Q
coc
= 12243,52 KN
+) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 162002,9 KN
Số cọc bố trí trong móng là n = 20 (cọc) . Bố trí thành nh hình vẽ
- Chiều dài cọc bố trí là 42,6 m
848,19

52,12243
9,162002
.5,1 ==n