Thiết Kế Và Tính Toán Cầu Dầm Cáp Hỗn Hợp (EXTRADOSED BRIDGE)

TrƯờng Đại học giao thông vận tải h 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
Lớp : Cầu - Đờng bộ A K41
Trờng : ĐH Giao thông vận tải Hà Nội.

Hà Nội : Tháng 5 - 2005


Đồ án tốt nghiệp

giới thiệu công trinh cầu

1

Trờng Đại học giao thông vận tải h Nội
Khoa công trình
bộ môn cầu hầm
----------------------------

Đồ án tốt nghiệp

thiết kế cầu dầm cáp hỗn hợp
- extradosed bridge -

Giáo viên hớng dẫn : PGS-TS Trần đức nhiệm
Giáo viên đọc duyệt : THS Nguyễn văn chừng
Sinh viên thực hiện : Nguyễn trung kiên
Lớp : Cầu - Đờng bộ A K41
Trờng : ĐH Giao thông vận tải Hà Nội.

Hà Nội, 5 - 2005
Nguyễn trung kiên

1

lớp cầu đờng bộ a - k41


§å ¸n tèt nghiÖp

giíi thiÖu c«ng trinh cÇu

2

Lêi nãi ®Çu

Hµ Néi th¸ng 5 n¨m 2005.
Sinh viªn : NguyÔn Trung Kiªn.

NguyÔn trung kiªn

2

líp cÇu ®−êng bé a - k41


§å ¸n tèt nghiÖp

giíi thiÖu c«ng trinh cÇu

3

NHËn xÐt cña gi¸o viªn h−íng dÉn.
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

NguyÔn trung kiªn

3

líp cÇu ®−êng bé a - k41


§å ¸n tèt nghiÖp

giíi thiÖu c«ng trinh cÇu

4

NHËn xÐt cña gi¸o viªn ®äc duyÖt
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

NguyÔn trung kiªn

4

líp cÇu ®−êng bé a - k41


Đồ án tốt nghiệp

giới thiệu công trinh cầu

5

Mục lục
STT Tên mục
1
2
3
4
Phần I
5
Chơng I
6

Chơng II

7

Chơng III

8
9
10
11

12
13
14
15
16
17

Chơng IV
Phần II

Nội dung thiết kế
Nhận xét của giáo viên hớng dẫn
Nhận xét của giáo viên đọc duyệt
Tổng quan
Thiết kế sơ bộ Các phơng án
Phơng án sơ bộ I :
Cầu treo dây văng
Phơng án sơ bộ I :
Cầu liên tục đúc hẫng
Phơng án sơ bộ I :
Cầu dầm cáp hỗn hợp
So sánh lựa chọn PA thiết kế kĩ thuật
Thiết kế kĩ thuật

Nguyễn trung kiên

5

Trang
3

4
6
6
9
38
72
105
109
109
126
154
201
209
232
281
322

lớp cầu đờng bộ a - k41


Đồ án tốt nghiệp

giới thiệu công trinh cầu

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 nớc 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 nớc , trạng thái chặt
+) Lớp 4 : Cát hạt thô bão hoà nớc , trạng thái chặt
Lớp

1
2
3
4

Chiều Hệ số Độ sệt

dày
rỗng
B
KN/m3
Hm
e
8,5
0,7
0,4

18
7,5
0,5
0,2
18
9,6
18
Vô hạn
18

Lực dính
C
KN/m2
14
12
6

Cờng độ
R
KN/m2
120
250
250
330

Góc ma
sát
độ
22
25

38
40

II Các phơng án v phơng 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 đờng ôtô
- Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN 272 01 (Bộ GTVT)
II.1.2 Các nguyên tắc thiết kế
- Công trình đợc thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp vơi squy mô
của tuyến đờng.
Nguyễn trung kiên

6

lớp cầu đờng bộ a - k41


Đồ án tốt nghiệp

giới thiệu công trinh cầu

7

- Đáp ứng đợc yêu cầ quy hoạch , phân tích tơng lai của tuyến đờng.
- Thời gian thi công ngắn.
- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dỡng
- Giá thành xây dựng thấp.
II.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản.

II.2.1 Quy mô xây dựng
- Cầu đợc 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 - 2001
+) Hoạt tải thiết kế : HL93
+) Tải trọng Ngời : 3 KN/m2
- 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 : Bxe = 4x3,75 m
+) Phần lề bộ hành : Ble = 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 đờng cong tròn R = 3000 m
- Độ dốc dọc cầu : i = 3%

Nguyễn trung kiên

7

lớp cầu đờng bộ a - k41


Đồ án tốt nghiệp

giới thiệu công trinh cầu

8

III Các phơng án cầu v so sánh lựa chọn .
III.1 Nguyên tắc lựa chọn phơng 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 nhng có u tiên việc
tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nớc.
- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công.
- Đạt hiệu quả kinh tế cao , giá thành rẻ.

Nguyễn trung kiên

8

lớp cầu đờng bộ a - k41


§å ¸n tèt nghiÖp

NguyÔn trung kiªn

giíi thiÖu c«ng trinh cÇu

9

9

líp cÇu ®−êng bé a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 9

Đồ án tốt nghiệp

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/m2
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 dới
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
Nguyễn trung kiên

9

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 10

Đồ án tốt nghiệp

- Trụ cầu : đợc xây dựng trên móng cọc cọc khoan nhồi đờng kính 1,5m.
- 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 dg= 8 m
- Chiều dài khoang dầm cạnh tháp dt= 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
1
1
=

ữ
.
l
100
300

Vậy sơ bộ ban đầu chọn dầm chủ có mặt cắt ngang gồm hai chữ T có kích thứơc
nh hình vẽ .

Nguyễn trung kiên

10

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 11

Đồ án tốt nghiệp

Mặt cắt ngang nhịp chính
20300
500

500

500 1500 250 250

250 250 1500 500
300

250

1500

1000

7000

500
250

600

250

2000

7000

1000

2800

10300

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 4500ữ 5000 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.

Nguyễn trung kiên

11

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 12

Đồ án tốt nghiệp
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 : hct= 14m
+) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : htt = 29,5 m
+) Chiều cao bố trí dây văng : hdv =16,5 m
+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : hdt = 2,5m
1 - Bảng tính toán góc nghiêng dây văng nhịp biên :
Dây
nhịp
biên
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

tgi
0.3918

0.4117
0.4354
0.4642
0.5
0.5454
0.6052
0.6875
0.80761
1
1.357
2.25

i(độ)
21.3998
22.3801
23.5323
24.9048
26.5651
28.6105
31.185
34.5085
38.9275
45
53.6156
66.0375

sini
0.364
0.380
0.399

0.421
0.447
0.478
0.517
0.566
0.628
0.707
0.805
0.913

Dây
nhịp
giữa
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
10'
11'
12'

tgi
0.391
0.411
0.435

0.464
0.5
0.545
0.605
0.6875
0.807
1
1.357
2.25

i(độ)
21.3998
22.3801
23.5323
24.9048
26.5651
28.6105
31.185
34.5085
38.9275
45
53.6156
66.0375

sini
0.364
0.380
0.399
0.421
0.447

0.478
0.517
0.566
0.628
0.707
0.805
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 : DCdc
+) Trọng lợng dầm ngang : DCdn
+) Trọng lợng tai đeo dây văng : DCtd
Nguyễn trung kiên

12

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 13

Đồ án tốt nghiệp

DCITC = DCdc+ DCdn+ DCtd
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
DWIITC = DWgc+ DWclc+ DWlc+tv+ DWng
Ta có bảng tính sau:
1- Tĩnh tải rải đều giai đoạn 1:DC1

Đơn vị

1.1- Do TLBT của dầm chủ
1.2- Do tai đeo dây văng
Chiều cao tai đeo
Chiều dài tai đeo
Chiều dày tai đeo
Khoảng cách giữa các tai đeo
Số lợng tai đeo

htd
ltd
dtd
atd
ntd


2- Tĩnh tải rải đều giai đoạn 2:DW
2.1- Do trọng lợng chân lan can
Chiều rộng chân lan can ngoài
Chiều cao chân lan can ngoài

Chiều rộng chân lan can trong
Chiều cao chân lan can trong
2.2- Trọng lợng cột lan can và tay vịn
Trọng lợng dải đều của cột lan can
Trọng lợng dải đều phần tay vịn
2.3- Trọng lợng gờ chắn bánh
Chiều rộng chân gờ
Chiều rộng đỉnh gờ
2.4- Trọng lợng lớp phủ
Lớp bê tông Atphan
Lớp bê tông bảo vệ
Lớp chống thấm
Nguyễn trung kiên

KN/m
KN/m
m
m
m
m

258.95

KN/m

Blcn
Hlcn
Blct
Hlct

6.72
0.3
0.3
0.2
0.25

Pclc
Ptv

1.66 KN/m
0.13 KN/m
0.7 KN/m

Bg
Hg

13

255.87
3.08106195
0.8
0.8
1.02
9
89

3
0.25
0.25
46.77975

19.125
12.24
11.475

KN/m
m
m
m
m

KN/m
m
m
KN/m
KN/m
KN/m
KN/m

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 14

Đồ án tốt nghiệp

Lớp bê tông mui luyện dày

3.93975
KN/m
58.15975 KN/m

3- Tổng hợp
Tĩnh tải giai đoạn 1 tiêu chuẩn
Tĩnh tải giai đoạn 1 tính toán
Tĩnh tải giai đoạn 2 tiêu chuẩn
Tĩnh tải giai đoạn 2 tính toán
Tĩnh tải tiêu chuẩn 2 giai đoạn
Tĩnh tải tính toán 2 giai đoạn

258.950683
323.688354
58.15975
87.239625
317.110433
410.927979

KN/m
KN/m
KN/m
KN/m
KN/m
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 : fpy = 1670 Mpa
+) Giới hạn bền : fpu = 1860 Mpa
+) Cờng độ sử dụng : f = .fpu
= 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 :
fsa = 0,45.1860.102 = 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

Nguyễn trung kiên

14

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 15

Đồ án tốt nghiệp

- 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
I

Si =

gtt .d
Sin i

+) Nội lực trong dây thứ i
+) Nội lực trong dây giữa

gtt .(d + d g )
I

Sg =

2.Sin g

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

Dây
nhịp
biên
1
2
3
4
5
6

7
8
9
10
11
12

tgi
0.3919
0.4118
0.4355
0.4643
0.5000
0.5455
0.6053
0.6875
0.8077
1.0000
1.3571
2.25

i(độ)
21.3998
22.3801
23.5323
24.9048
26.5651
28.6105
31.185
34.5085

38.9275
45
53.6156
66.0375

sini
0.365
0.381
0.399
0.421
0.447
0.479
0.518
0.567
0.628
0.707
0.805
0.914

Si(KN)
3193.648
3060.482
2918.545
2767.15
2605.641
2433.482
2250.429
2056.873
1854.543
1647.952

1447.45
1561.588

Dây
nhịp
giữa
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
10'
11'
12'

tgi
0.392
0.412
0.435
0.464
0.500
0.545
0.605
0.688
0.808
1.000

1.357
2.250

i(độ)
21.3998
22.3801
23.5323
24.9048
26.5651
28.6105
31.185
34.5085
38.9275
45
53.6156
66.0375

sini Do DL1
0.365 3016.223
0.381 3060.482
0.399 2918.545
0.421
2767.15
0.447 2605.641
0.479 2433.482
0.518 2250.429
0.567 2056.873
0.628 1854.543
0.707 1647.952
0.805

1447.45
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
Nguyễn trung kiên

15

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 16

Đồ án tốt nghiệp

c - Bảng tính toán nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải
Dây
nhịp
biên
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12

Do DL2
490.04
500.23
508.16
512.11
507.93
493.59
466.64
429.58
375
302.5
214.85
146.43

Do PL
164.83
140.78
116.04
97.03
87.52
83.37
82.56

81.37
76.53
76.48
73.28
89.88

Do Tr+La
747.23
638.32
512.08
426.42
367.34
379.29
387.45
387.79
380.82
355.91
304.42
275.42

Dây
nhịp
giữa
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'

8'
9'
10'
11'
12'

Do DL2
400.4
484.56
529.43
556.06
566.55
560.37
529.73
483.42
419.73
336.01
236.79
130.35

Do PL
91.65
97.57
98.22
98.71
98.82
98.24
95
92.52
89.21

85.16
81.59
80.05

Do Tr+La
416.01
445.36
453.07
460.92
466.37
466.2
453.83
435.57
408.68
366.75
306.66
237.73

3 Tổng hợp nội lực trong dây văng
Dây
nhịp
biên
1
2
3
4
5

DL1
3193.65

3060.48
2918.55
2767.15
2605.64

DL2
490.04
500.23
508.16
512.11
507.93

LL
912.06
779.1
628.12
523.45
454.86

Nguyễn trung kiên

Tổng
6650.14
6218.64
5733.67
5329.7
4975.66
16

Dây

nhịp
giữa
1'
2'
3'
4'
5'

DL1
3016.22
3060.48
2918.55
2767.15
2605.64

DL2
400.4
484.56
529.43
556.06
566.55

LL
507.66
542.93
551.29
559.63
565.19

Tổng

5441.29
5697.42
5605.3
5474.03
5300

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 17

Đồ án tốt nghiệp

6
7
8
9
10
11
12

2433.48
2250.43
2056.87
1854.54
1647.95
1447.45
1561.59

493.59

466.64
429.58
375
302.5
214.85
146.43

462.66
470.01
469.16
457.35
432.39
377.7
365.3

4757.83
4505.02
4206.15
3847.65
3426.08
2925.75
2931.4

6'
7'
8'
9'
10'
11'
12'

2433.48
2250.43
2056.87
1854.54
1647.95
1447.45
1275.18

560.37
529.73
483.42
419.73
336.01
236.79
130.35

564.44
548.83
528.09
497.89
451.91
388.25
317.78

5074.14
4766.63
4410.94
3997.88
3515.25

2978.1
2449.63

II.6.3 Chọn tiết diện trong dây văng
- Tiết diện của các dây văng đợc xác định theo công thức
A=

S
f ul

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 .
+) ful : Cờng độ tính toán của vật liệu làm dây, ful = 8370 (KG/cm2)
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
1
2
3
4
5
6

7
8
9
10

Si(KN)
6650.138
6218.638
5733.666
5329.699
4975.662
4757.832
4505.023
4206.150
3847.650
3426.083

Nguyễn trung kiên

Diện
tích cần Số tao
thiết
cần thiết
0.00795
56.75
0.00743
53.07
0.00685
48.93
0.00637

45.48
0.00594
42.46
0.00568
40.60
0.00538
38.45
0.00503
35.89
0.0046
32.84
0.00409
29.24

17

Diện tích
dây cáp tính
đợc
Chọn số
tao
(cm2)
57
79.8
54
75.6
50
70
46
64.4

43
60.2
41
57.4
39
54.6
36
50.4
33
46.2
30
42

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 18

Đồ án tốt nghiệp

11
12

2925.746
2931.401

Dây nhịp
giữa
1'
2'

3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
10'
11'
12'

Si(KN)
5441.288
5697.415
5605.302
5474.032
5299.996
5074.140
4766.634
4410.941
3997.879
3515.251
2978.099
2449.627

0.0035
0.0035

24.97
25.02

Diện
tích cần
thiết
0.0065
0.00681
0.0067
0.00654
0.00633
0.00606
0.00569
0.00527
0.00478
0.0042
0.00356
0.00293

Số tao
cần
thiết
46.44
48.62
47.83
46.71
45.23
43.30
40.68
37.64
34.12
30.00

25.41
20.90

25
26

35
36.4

Chọn số
tao
47
49
48
47
46
44
41
38
35
30
26
21

Diện tích
dây cáp
tính đợc(cm2)
65.8
68.6
67.2

65.8
64.4
61.6
57.4
53.2
49
42
36.4
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
Yi =



1
lo .Soh
li .Sih



+

2

E Ao . cos o .tg i Ai . cos i .sin i

Trong đó :
+) E : Mô đun đàn hồi của vật liệu dây
+) Soh, Sih : Nội lực tiêu chuẩn trong dây neo và dây thứ i do hoạt tải
+) Ao,Ai : Diện tích dây neo và dây thứ i
+) lo , li : Hình chiếu của dây neo và dây thứ i ên mặt bằng
- Điều kiện đảm bảo về độ cứng : yi < {y}

Nguyễn trung kiên

18

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 19

Đồ án tốt nghiệp

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 : hct= 12,6m
+) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : htt = 25 m
+) Chiều cao bố trí dây văng : hdv =18 m
+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : hdt = 2,5m
III.2 Tính toán thiết kế

III.2.1 - Tính trọng lợng của tháp :
2000

700

700

500

500

2500

3000

20857,1

600

2000

1500

1000

1750 75 1750

62500

14785,1

750

750

6308,7

1050

1050
17100

Nguyễn trung kiên

1050

1050
17100

19

1050

1050

13350

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 20

Đồ án tốt nghiệp

- 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
TL của bệ tháp
áp lực đẩy nổi ứng với MNTN
TL cua thap

273.6
23196.96
-9830.2
3091.2

KN
KN
KN
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
Phan luc do TT gd 2
Phan luc do Truck+Lane
Phan luc do PL

71823.96
6501.44
4742.56
1061.853

KN
KN
KN
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 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 :
PttHT = 0,9.1,75.1,25.4747,56+1,75.1061,853=11205,0015KN
- Tổng phản lực do tĩnh tải:
PttTT = 1,25.(273,6+23196,96+3091,2)-0,9.9830,2+1,25.71823,96+1,5.6501,44
PttTT =123887,1 KN
- Tổng phản lực do cả hoạt tải và tĩnh tải:
Ptt=11205,0015+123887,1=135082,3 KN
III.2.2 - Tính phản lực xét đến nội lực trong dây văng

Pdv = S i . sin i
Trong đó :
+)



Si : 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

Nguyễn trung kiên

20

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 21

Đồ án tốt nghiệp

Dây
nhịp
biên sini
1 0.365
2 0.381
3 0.399
4 0.421
5 0.447

6 0.479
7 0.518
8 0.567
9 0.628
10 0.707
11 0.805
12 0.914
Tổng

Si(KN)
6650.138
6218.638
5733.666
5329.699
4975.662
4757.832
4505.023
4206.150
3847.650
3426.083
2925.746
2931.401

Dây
nhịp
Pdv(KN) giữa
sini
Si(KN)
2426.46
1'

0.365 5441.288
2367.75
2'
0.381 5697.415
2289.26
3'
0.399 5605.302
2244.4
4'
0.421 5474.032
2225.18
5'
0.447 5299.996
2278.3
6'
0.479 5074.140
2332.71
7'
0.518 4766.634
2382.91
8'
0.567 4410.941
2417.62
9'
0.628 3997.879
2422.61
10'
0.707 3515.251
2355.39
11'

0.805 2978.099
2678.75
12'
0.913 2449.6272
25742.6 Tổng

Pdv(KN)
1985.3829
2169.2898
2238.0108
2305.1769
2370.2301
2429.7628
2468.1759
2498.9253
2512.0154
2485.6576
2397.5358
2238.4976
28098.661

=> Tổng phản lực truyền lên trụ tháp khi xét đến nội lực trong dây văng là :
Pdv = 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

Qcoc = .(0,85. f c . Ac + f y . As )
'

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Trong đó :
+) fc : Cờng độ chịu nén của bê tông
+) Ac : Diện tích phần bê tông trên mặt cắt ngang cọc
+) fy : Cờng độ chịu kéo của thép
+) As : 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
Mác bê tông chế tạo cọc
Thép chế tạo cọc
Nguyễn trung kiên

Kí hiệu

21

Giá trị Đơn vị
Grade300
AII

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 22

Đồ án tốt nghiệp

Đờng kính cọc thiết kế
Đờng kính cốt thép

Số thanh thép thiết kế
Hệ số uốn dọc
Cờng độ chịu nén của bê tông
Cờng độ chịu kéo của thép
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

D
d
nthanh

fc'
fy
Qvl

1.5
m
28
mm
28
Thanh
0.75
3000
KN/m2
240000 KN/m2
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

Lớp 1
Lớp 2
Lớp 3
Lớp 4

Loại đất
Sét pha cát
Cát pha sét
Cát hạt vừa
Cát hạt thô

H
m
8.5
7.5
9.6
vô hạn

e
0.7
0.5

B
0.4
0.2


C
3
KN/m KN/m2

18
14
17
14
17
6
21


độ
22
25
38
40

R'
KN/m2
120
250
250
330

QR = pq .Q p + ps .Qs
- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
Trong đó :
+) QR : Sức chịu tải của cọc theo đất nền
+) QS = qS. AS : Sức kháng tại thân cọc
+) QP = qP. AP : Sức kháng tại chân cọc
+) qS : Sức kháng đơn vị tại thân cọc
+) qP : Sức kháng đơn vị tại chân cọc

+) AS : Diện tích bề mặt thân cọc
+) AP : 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 : qP = 0,064. N (Mpa), qS = .Su
Trong đó :
+) N : Số búa SPT cha hiệu chỉnh (búa /300 mm)
+) : Hệ số dính bám

Nguyễn trung kiên

22

lớp cầu đờng bộ a - k41


TKsb1- pa cầu dây văng 23

Đồ án tốt nghiệp

+) Su : Cờng độ kháng cắt không thoát nớ trung bình . Giá trị Su 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 Su còn đợc tính theo công thức : Su = .tg + C
- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
D

Li
As
(m2)

Loại đất
(m) (m)
Sức kháng tại
thân cọc
Sét pha cát
1.5 8.5 30.63
Cát pha sét
1.5 7.5 35.34
Cát hạt vừa
1.5 9.6 45.24
Cát hạt thô
1.5 17
73.04
Tổng sức kháng thành cọc Qthâncọc

N



qs
(T/m2)

10 62.48 0.55 34.37
15 128.58 0.55 70.72
25 201.32 0.5 100.66
50 276.90 0.49 135.68

Ap (m2)
1.767

Cát hạt thô
Sức kháng tại mũi cọc
Sức chịu tải của cọc theo đất nền
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Sức chịu tải tính toán của cọc
Tổng chiều dài của cọc

Su
(KN/m
2)

N
50

qp
(KN/m2)
3200
Qmui
Qr
Qvl
Qcoc
L coc

Qs
(KN)

qs

1052.65

2499.37
4553.81
9910.57
8567.8436

0.65
0.55
0.45
0.45
KN

Qp (T)
5654.88
3675.67
12243.52
49200.2
12243.52
42.6

qp
0.65
KN
KN
KN
KN

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

+) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc : Qcoc = 12243,52 KN
+) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 162002,9 KN

162002,9
= 19,848
12243,52
Số cọc bố trí trong móng là n = 20 (cọc) . Bố trí thành nh hình vẽ
n = 1,5.

- Chiều dài cọc bố trí là 42,6 m

Nguyễn trung kiên

23

lớp cầu đờng bộ a - k41