thiết kế tính toán cầu dầm cáp hỗn hợp

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)
1
1
Phần I : Thiết kế sơ bộ các Phơng án cầu 5
Chơng i : Phơng án sơ bộ i 5
I Giới thiệu chung về phơng án 5
I.2.1 Kết cấu phần trên 5
II Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văng 6
III Tính toán kết trụ tháp 15
IV - Tính toán thiết kế mố cầu 21
IV.3.1.1 - Các tải trọng tác dụng lên mố 22
IV.3.1.3 Sơ đồ làm việc của nhịp dẫn với sơ đồ khai thác 22
V Dự kiến công tác thi công 27
Chơng II : Phơng án sơ bộ II 29
I Tổng quan về công nghệ thi công cầu BTCTDƯL bằng phơng pháp đúc
hẫng cân băng 29
II Giới thiệu chung về phơng án 29
II.2.1 Kết cấu phần trên 30
III tính toán kết cấu nhịp 31
IV tính toán thiết kế trụ cầu 46
V thiết kế mố cầu 51
V.2.1.1 - Các tải trọng tác dụng lên mố 51
V.2.1.3 Sơ đồ khai thác 52
VI Dự kiến công tác thi công 56

Chơng III : Phơng án sơ bộ IIi 58
I Tổng quan về cầu extrados 58
II Giới thiệu chung về phơng án 58
II.2.1 Kết cấu phần trên 58
III tính toán kết cấu nhịp 60
IV tính toán thiết kế trụ cầu 75
V Tính toán thiết kế mố cầu 79
V.2.1.1 - Các tải trọng tác dụng lên mố 80
V.2.1.3 Sơ đồ khai thác 81
VI Dự kiến công tác thi công 85
Phần II : Thiết kế kỹ thuật 87
Chơng IV : Tính toán bản mặt cầu 87
I kích thớc hình học của mặt cắt dầm chủ 87
II Tính toán nội lực bản mặt cầu 88
IV Tính toán và bố trí cốt thép bản mặt cầu 98
Chơng V : Tính toán kết cấu nhịp 104
I kích thớc hình học của mặt cắt dầm chủ 104
II Tính toán nội lực dầm chủ 105
III bố trí cốt thép dầm chủ và kiểm tra theo THGH cđ1 116
IV kiểm tra theo THGH Sd 143
V Kiểm tra các giới hạn cốt thép 165
Chơng VI : tính duyệt cáp văng 168
I Đặc điểm cấu tạo của hệ cáp văng 168
II Tính toán nội lực trong cáp văng 169
III Tính toán và kiểm duyệt cáp văng 173
2
2
Chơng VIi : thiết kế mố M0 175
I kích thớc hình học của kết cấu 175
II kiểm toán các mặt cắt 176

II.1.1 - Các tải trọng tác dụng lên mố 176
II.1.2 - Các mặt cắt cần kiểm toán với mố 177
II.2.1 Các tải trọng tác dụng lên mặt cắt I-I 178
- Mặt cắt I-I là mặt cắt tờng đỉnh nên chỉ có các loại tải trọng sau tác dụng lên:
178
II.2.3 Sơ đồ tính toán mặt cắt I-I 178
II.2.4 Nội lực tại mặt cắt I-I do tĩnh tải 178
II.2.5 Nội lực tại mặt cắt I-I do hoạt tải 180
II.2.6 Tổ hợp nội lực tại mặt cắt I-I 181
183
II.2.7 Bố trí cốt thép và kiểm duyệt 183
II.3.1 Các tải trọng tác dụng lên mặt cắt II-II 189
- Mặt cắt I-I là mặt cắt tờng trớc nên có các loại tải trọng sau tác dụng lên:.189
II.3.2 Sơ đồ tính toán mặt cắt II-II 190
II.3.3 Nội lực tại mặt cắt II-II do tĩnh tải 192
II.3.3 Nội lực tại mặt cắt II-II do hoạt tải 193
II.3.4 Tổ hợp nội lực tại mặt cắt II-II 196
II.3.5 Bố trí cốt thép và kiểm duyệt 200
II.4.1 Các tải trọng tác dụng lên mặt cắt III-III 203
- Mặt cắt I-I là mặt cắt tờng trớc nên có các loại tải trọng sau tác dụng lên:.203
II.4.2 Sơ đồ tính toán mặt cắt III-III 204
II.4.3 Nội lực tại mặt cắt III-III do tĩnh tải 205
II.4.4 Nội lực tại mặt cắt II-II do hoạt tải 206
II.4.5 Tổ hợp nội lực tại mặt cắt III-III 208
II.4.6 Bố trí cốt thép và kiểm duyệt 211
IV.5.1 Các tải trọng tác dụng lên mặt cắt III-III 214
- Mặt cắt IV-IV là mặt cắt tờng cánh, chịu uốn theo phơng ngang cầu , tải
trọng tác dụng lên chỉ có: 214
IV.5.2 Sơ đồ tính toán mặt cắt IV-V 214
IV.5.3 Nội lực tại mặt cắt IV-IV áp lực ngang tĩnh của đất 214

II.5.4 Tổ hợp nội lực tại mặt cắt IV-IV 215
II.5.5 Bố trí cốt thép và kiểm duyệt 215
III Tính toán và bố trí cọc trong móng 218
VI Tính toán thiết kế móng cọc bệ cao 221
Chơng ViII : Thiết kế Trụ tháp 226
I Kích thớc hình học của kết cấu 226
IIXác định nội lực tại các mặt cắt trong giai đoạn thi công 227
IIiXác định nội lực tại các mặt cắt trong giai đoạn khai thác 228
IV Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt kiểm toán 235
V Tính toán và bố trí cốt thép cho các mặt cắt 257
VI Tính toán và bố trí cọc trong móng 282
VII Tính toán thiết kế móng cọc bệ cao 285
Chơng XII : Thiết kế thi công cầu 290
3
3
I. Thi công mố cầu: 290
II Thi công cọc khoan nhồi trong móng 298
III Thi công bệ tháp 305
IV Thi công tháp cầu 307
V Thi công kết cấu nhịp chính 309
VI Thi công kết cấu nhịp cầu dẫn 310
VII Công nghệ thi công cáp văng 311
Phần III : Tính toán một số thiết bị thi công 316
I Tính chiều dày lớn bê tông bịt đáy 316
Ii Tính toán đà giáo mở rộng trụ 317
Iv - Thiết kế - tính toán vòng vây cọc ván thép 320
4
4
Phần I : Thiết kế sơ bộ các Phơng án cầu
Chơng i : Phơng án sơ bộ i

Thiết kế Cầu dây văng
I Giới thiệu chung về phơng 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 Ngời 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 lợng dây cho một cột tháp 24 dây
- Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp :
+ Bê tông mác 450
+ Cốt thép cờng 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
- Phơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đờng 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
- Trụ cầu : đợc xây dựng trên móng cọc cọc khoan nhồi đờng kính 1,5m.
5
5
- Phơng 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 đợc 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 trng 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 phơng 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 phơng 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 nhợc
điểm khác nhau. Song theo xu hớng thi công hiện nay thì việc sử dụng loại tiết diện
nào ngoài việc đảm bảo đợc điều kiện chịu lực đồng thời đảm bảo công nghệ thi
công đơn giản nhất phù hợp với trình độ thi công và đã đợc sử dụng trong nớc.
Theo thống kê các cầu dây văng trên thế giới và trong nớc 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 .
6
6
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 đợc 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 đờng kính ngoài 15,2 mm. Đồng thời
sử dụng dây văng đợc tổ hợp từ các tao thép giảm đợc độ giãn của dây ( do độ võng
của trọng lợng bản thân gây ra khi chịu tác dụng của hoạt tải ).
Các tao thép đợc căng kéo riêng biệt và đợc ghép thành bó lớn trong các khối
neo ở ngay hiện trờng. Công tác lắp đặt dây văng rất đơn giản vì dây đợc 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 đợc kẹp chặt bằng nêm 3 mảnh hình côn có ren răng. Bên ngoài
khối neo đợc ren răng và dùng một êcu đủ lớn để xiết neo theo nguyên tắc vặn bu -
lông.
Phơng án dùng dây văng tổ hợp từ các tao thép 7 sợi và hệ neo kẹp là phơng
án tối u nhất vì so với các dây văng sử dụng cáp xoắn ốc hay cáp kín thờng phải
dùng neo đúc, loại neo này cần đợc đổ ở nhiệt độ 450
0
ữ 500
0
là yêu cầu khó đảm
bảo ở ngay tại công trờng. 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.
7
7
II.4 Hình dạng và tiết diện của tháp cầu
- Chiều cao tháp cầu đợc 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
24.904
8 0.421 4' 0.464
24.904
8 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 lợngbản thân dầm chủ : DC
dc
+) Trọng lợng dầm ngang : DC
dn
8
8
+) Trọng lợng tai đeo dây văng : DC
td
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 lợng gờ chắn bánh
+) Trọng lợng phần chân lan can
+) Trọng lợng lan can tay vịn
+) Trọng lợng lớp phủ mặt cầu
+) Trọng lợng phần lề Ngời 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
9
9
Lớp bê tông bảo vệ 12.24 KN/m

Lớp chống thấm 11.475 KN/m
Lớp bê tông mui luyện dày 3.93975 KN/m

58.15975
KN/m
3- Tổng hợp

Tĩnh tải giai đoạn 1 tiêu chuẩn
258.95068
3
KN/m
Tĩnh tải giai đoạn 1 tính toán
323.68835
4
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
317.11043
3
KN/m
Tĩnh tải tính toán 2 giai đoạn

410.92797
9
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 đợc 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 :
+) Đờng kính danh định : 15,2 mm
+) Giới hạn chảy : f
py
= 1670 Mpa
+) Giới hạn bền : f
pu
= 1860 Mpa
+) Cờng 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
=> Cờng độ sử dụng của cáp với tổ hợp tải trọng chính là :
10
10

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
- Nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I đợc 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
3193.64
8 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
2918.54
5 3' 0.435 23.5323 0.399 2918.545
4
0.464
3
24.904

8 0.421 2767.15 4'
0.46
4
24.904
8 0.421 2767.15
5 0.5000 26.5651 0.447 2605.641 5' 0.500 26.5651
0.44
7 2605.641
6 0.5455 28.6105 0.479
2433.48
2 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
1854.54
3 9' 0.808 38.9275 0.628 1854.543
10 1.0000 45 0.707
1647.95
2 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
11
11
i
I
tt
i
Sin
dg
S

.
=
g
g
I
tt
g
Sin
ddg
S

.2
).( +
=
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 đợc 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 chơng
trình Midas/Civil 6.30 ta sẽ xác định đợc nội lực trong dây theo sơ đồ khai thác.
b- Khai báo sơ đồ cầu dây văng bằng CT Midas/Civil6.30
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
12
12
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
6218.6
4 2' 3060.48
484.5
6
542.9
3 5697.42
3 2918.55 508.16 628.12 5733.67 3' 2918.55
529.4

3 551.29 5605.3
4 2767.15 512.11
523.4
5 5329.7 4' 2767.15 556.06 559.63 5474.03
5 2605.64 507.93
454.8
6
4975.6
6 5' 2605.64 566.55 565.19 5300
6
2433.4
8
493.5
9
462.6
6
4757.8
3 6'
2433.4
8 560.37
564.4
4 5074.14
7 2250.43
466.6
4 470.01 4505.02 7' 2250.43 529.73
548.8
3 4766.63
8 2056.87
429.5
8

469.1
6 4206.15 8' 2056.87
483.4
2 528.09 4410.94
9
1854.5
4 375
457.3
5
3847.6
5 9'
1854.5
4
419.7
3
497.8
9 3997.88
10
1647.9
5 302.5
432.3
9 3426.08 10'
1647.9
5 336.01
451.9
1 3515.25
11
1447.4
5
214.8

5 377.7 2925.75 11'
1447.4
5 236.79 388.25 2978.1
12 1561.59
146.4
3 365.3 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 đợc 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 tơng
ứng theo qui phạm hiện hành .
+) f
ul
: Cờng độ tính toán của vật liệu làm dây, f
ul
= 8370 (KG/cm
2
)
13
13
Các công thức trên xuất phát từ điều kiện tận dụng hết khả năng làm việc của dây
( trờng 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
đợc
(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
4975.66
2 0.00594 42.46 43 60.2
6
4757.83
2 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
11
2925.74
6 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
14
14
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 đợc kiểm tra
theo điều kiện biến dạng cho phép của hệ
- Độ võng của nút dây thứ i do hoạt tải đợc 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}
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 tơng 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
- Phơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đờng kính 1,5m.
- Tháp cầu đợc 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
15
15
+) 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 lợng của tháp :
13350
17100
17100
1750 75 1750
750
750
2000
600
500
500
1000
20857,1
1
4
7
8
5
,
1
1500

6308,7
2000
3000
2500
700
700
62500
1050
1050
1050
1050
1050
1050
- Bảng tính toán trọng phản lực truyền xuống 1 chân tháp
+ Do tĩnh tải
(Cha tính hệ số tĩnh tải)
TL của giằng ngang tháp 273.6 KN
TL của bệ tháp 23196.96 KN
áp 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 đợc kết quả dới đây:
(Cha 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
16
16
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 đợc lấy bằng 90% giá trị phản lực tính đợc
cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Ngời
- 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
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
4975.66
2 2225.18 5' 0.447 5299.996 2370.2301
6 0.479
4757.83
2 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
2925.74
6 2355.39 11' 0.805 2978.099 2397.5358
12 0.914 2931.401 2678.75 12' 0.913 2449.627 2238.4976
17
17
iidv
SP

sin.

=
2
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 đợc 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

: Cờng độ chịu nén của bê tông
+) A
c
: Diện tích phần bê tông trên mặt cắt ngang cọc
+) f
y
: Cờng 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 lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Mác bê tông chế tạo cọc
Grade300

Thép chế tạo cọc
AII
Đờng kính cọc thiết kế D 1.5 m
Đờng kính cốt thép d 28
mm
Số thanh thép thiết kế nthanh 28 Thanh
Hệ số uốn dọc 0.75
Cờng độ chịu nén của bê tông fc' 3000 KN/m2
Cờng 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
18
18
) 85,0.(

'
sycccoc
AfAfQ +=

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 cha hiệu chỉnh (búa /300 mm)
+) : Hệ số dính bám
+) S
u
: Cờng độ kháng cắt không thoát nớ trung bình . Giá trị S
u
phải đợc xác

định từ kết quả thí ngiệm hiện trờng hoặc kết quả trong phòng thí nghiệm của các
mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ sâu 2D ở dới chân cọc.
Giá trị S
u
còn đợc 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
19
19
spsppqR
QQQ

+=
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
12243.5
2
KN

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl
49200.2
KN
Sức chịu tải tính toán của cọc Qcoc
12243.5
2
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
- Sơ đồ bố trí cọc trong móng bệ tháp
20
20
848,19
52,12243
9,162002
.5,1 ==n
13350
17100

1050
4@3750
1050
1050
3@3750
1050
IV - Tính toán thiết kế mố cầu
IV.1 Kích thớc thiết kế mố
IV.1.1 Cấu tạo mố M
1
20300
64602500
21300
6500
5006500
2000
1000
24604000
1700
1500
1200
200
IV.1.2 Các kích th ớc cơ bản của mố
Chiều rộng mố Bm 20.3 m
Chiều rộng bệ mố Bbm 21.3 m
Chiểu cao bệ mố Hbm 2.5 m
Chiều dày bệ mố Dbm 6.5 m
Chiều cao tờng trớc Htt 4 m
Chiều dày tờng trớc Btt 1.7 m
Chiều cao tờng đỉnh Htd 2.46 m

Chiều dày tờng đỉnh Btd 0.5 m
Chiều cao tờng chắn Htch 1.5 m
Chiều rộng tờng chắn Btch 1.2 m
21
21
Chiều dày tờng chắn ttch 0.2 m
Chiều rộng tờng cánh Btc 6.5 m
Chiều day tờng cánh ttc 0.5 m
Cao đuôi tờng cánh 2 m
Vát tờng cánh 3.2 m
IV.2 Kích thớc thiết kế kết cấu nhịp cầu dẫn
2800
2200
1000
1000
250
500
250
600
250
20300
5001500250
500
250250
500
2501500500
7000 300 7000
10300
IV.3 Xác định tải trọng tác dụng lên mố
IV.3.1 Nguyên tác chung khi tính toán mố

IV.3.1.1 - 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 và cũng không tính tải trọng gió. Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt
đầm chặt có = 1.8 T/m
3
. = 35
0
.
- Nên tải trọng tác dụng lên mố gồm :
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
7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ
IV.3.1.2 Tĩnh tải do TLBT của mố
(Cha tính hệ số tĩnh tải)
TL 2 tờng cánh 836.496 KN
TL tờng trớc 3312.96 KN
TL tờng đỉnh 599.256 KN
TL 2 tờng chắn 17.28 KN
TL bệ mố 8307 KN
TL mố
13072.99
2
KN
IV.3.1.3 Sơ đồ làm việc của nhịp dẫn với sơ đồ khai thác.
- Nhịp dẫn gồm 2 nhịp liên tục, mặt cắt ngang dang hộp có chiều cao không đổi
22
22
Xe tải
Xe 2 trục

1,2m
4.3 m 4.3 m
4.00 m
1.00
Sơ đồ xếp tải trên bản quá độ
- Sử dụng CT Midas/Civil 6.30 để xác định phản lực do TTBT KCN, tĩnh tải giai
đoạn 2, hoạt tải truyền xuống dáy bệ.
( Cha tính các hệ số IM và hê số hoạt tải)
Phản lực do KCN truyền xuống 3838.05 KN
Phản lực do TT gđ2 872.358 KN
Phản lực do hoạt tải 1480.04 KN
Phản lực do Ngời 163.125 KN
IV.3.1.4 Xác định tải trọng do hoạt tải trên bản qúa 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
+) Tổng diện tích ĐAH : S = 2
+) Diện tích ĐAH dơng : S
+
= 2
+) Diện tích ĐAH âm : S
-
= 0
- 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) 145 145 35 Pi.Yi

Y 0.00 1.00 0.00 145
+) Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục
P (T) 110 110 Pi.Yi
Y 0.70 1 187
Phản lực do hoạt tải truyền từ bản quá độ xuống mố:
P=1*145+0.5*4*1*9.3+0.5*4*1*4.5=172,6 KN
23
23
IV.3.1.5- Tổng hợp áp lực thẳng đứng truyền xuống bệ móng (mặt cắt I-I)
P
tt
=13072,992.1,25+1,25.3838,05+1,5.872,358
+1,75.(1480,04.1,25+172,6.1,25+163,25)
P
tt
= 26347,95 KN
IV.3.2 Bố trí cọc trong móng mố
- Móng bệ tháp đợc thiết kế với móng cọc đóng d = 40 cm
IV.3.2.1 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

: Cờng độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày.
+) A
C
: Diện tích phần bê tông của tiết diện cọc.
+) f
y

: Giới hạn chảy của thép chế tạo cọc
+) A
S
: Diện tích phần cốt thép của tiết diện cọc.
+) : Hệ số sức kháng , với kết cấu chịu nén ta lấy = 0,75
- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Mác bê tông chế tạo cọc
M300
Thép chế tạo cọc
AII
Hệ số điều kiện làm việc
m
0.9
Hệ số đồng nhất vật liệu cọc
k
0.7
Đờng kính cọc thiết kế d 0.4 m
Đờng kính cốt thép 22
mm
Số thanh thép thiết kế nthanh 8 Thanh
Diện tích phần bê tông Ac
0.16
M2
Diện tích phần cốt thép As 0.003 M2
Hệ số uốn dọc 0.75
Cờng độ chịu nén của bê tông fc' 3000 KN/m2
Cờng độ chịu kéo của thép fy 240000 KN/m2
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl
360.73

KN
IV.3.2.2 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
- Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi công cọc móng mố
STT Loại đất
H
m e B

KN/m
3
C
KN/m2

độ
R'
KN/m
2
24
24
) 85,0.(
'
sycccoc
AfAfQ +=

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 : sử dụng công thức tính
toán sức chịu tải của cọc theo quy trình 22TCN 18 79 .
Trong đó :

+) Q
r
: Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền
+) k : Hệ số đồng nhất vật liệu cọc , k = 0.7
+) m
2
: Hệ số điều kiện làm việc của cọc , tra bảng lấy m
2
= 0.9
+) U : Chu vi tiết diện cọc
+) n : Số lớp đất nền cọc đi qua
+) l
i
: Bề dày tầng đất thứ i
+) f
i
tc
: Lực ma sát đơn vị tiêu chuẩn ( tra bảng sách Nền Móng - ĐH GTVT)
+) A
c
: Tiết diện ngang của cọc
+) R
TC
: Cờng độ đất nền tại vị trí mũi cọc ( tra bảng 3-15 , giáo trình Nền
móng - ĐHGTVT)
+)
i
: Hệ số tra bảng 3 16 , giáo trình Nền móng - ĐHGTVT
- 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 6 73.04 50 276.90 0.49 135.68 2877,26 0.45
Tổng sức kháng thành cọc Qthâncọc
5042,8536
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
9078,53
KN
25
25






+=

n
tc
ci
tc
ir
RALfUmkQ

1
212