Đồ Án Thiết Kế Cầu Dầm Đơn Giản BTCT Dự Ứng Lực Căng Sau 7x31m ( Kèm Bản Vẽ Cad, Bảng Tính)

Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT



GVHD: Đỗ Quang Trung

CHƯƠNG 1:
M.1. Đặc điểm của khu vực xây dựng cầu:
M.1.1. Địa hình:
Khu vực ven sông khá bằng phẳng, mặt cắt ngang sông gần như đối xứng.
M.1.2. Địa chất:
Địa chất lòng sông tương đối tốt, số liệu khảo sát địa chất lòng sông cho thấy có
3 lớp đất.
+ lớp 1: cát hạt nhỏ
+ lớp 2: á sét
+ lớp 3: cát hạt trung lẫn dăm sạn
M.1.3. Thuỷ văn:
Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy:
+ Mực nước cao nhất: + 8 m
+ Mực nước thông thuyền: + 6,5 m
+ Mực nước tự nhiên: + 2,6 m
M.1.4. Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công:
Nguồn nhân công lao động khá đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công đúng tiến độ công
việc. Các vật liệu địa phương( đá, cát...) có thể tận dụng trong quá trình thi công.
M.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật:
- Cầu vượt sông cấp V có yêu cầu khẩu độ thông thuyền là 25m
- Khẩu độ cầu: L0 = 238 m
- Khổ cầu: 9+ 2.1,0 (m)
- Tải trọng thiết kế: 0,65.HL93 + tải trọng đoàn người:4 kN/m2
M.3. Đề xuất các phương án vượt sông:
M.3.1. Giải pháp chung về kết cấu:

M.3.1.1. Kết cấu nhịp:
Do sông cấp V yêu cầu khẩu độ thông thuyền 25m, nên bố trí nhịp giữa tối thiểu ≥25m
M.3.1.2. Mố:
Chiều cao đất đắp sau mố tương đối nhỏ <6 m, do vậy ta chọn mố chữ U cải tiến
M.3.1.3. Trụ:
Chiều cao trụ không lớn lắm, ta dùng trụ đặc thân hẹp, không giật bậc.


Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT



GVHD: Đỗ Quang Trung

M.3.1.4. Móng:
Điều kiện địa chất lòng sông khá tốt nên đề xuất dùng móng cọc đóng ma sát
đài thấp hoặc đài cao.
M.3.2. Đề xuất các phương án vượt sông:
M.3.2.1. Phương án 1: Cầu dầm đơn giản BTCT dự ứng lực căng sau 7x35m
Khẩu độ tính toán: L0tt = 7x35+8x0,05-(6.1,6+2x1+2x1) = 231,8 m
Kiểm tra điều kiện:

Ltt0 − L0
L0

=

231,8 − 238
238

= 2,6% < 5% → Đạt

M.3.2.3. Phương án 2: Cầu dầm thép liên hợp( 5 nhịp 50 m)
Khẩu độ tính toán: L0tt =5x50+ 6x0,1 – (4x1,6 + 2x1 + 2x1 ) = 240,2 m
Kiểm tra điều kiện:

Ltt0 − L0
L0

=

240.2 − 238
238

= 0,9% < 5% → Đạt


Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT



GVHD: Đỗ Quang Trung

CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 1
2.1. Cấu tạo chung và tính toán khối lượng các hạng mục công trình:
50

35000

II

50

35000

II

35000

50

17500
I

17500

50

35000

50

50

35000

35000

I

Hình 2-1: Sơ đồ bố trí mặt đứng cầu
2.1.1. Khối lượng kết cấu nhịp:
Mặt cắt ngang kết cấu nhịp.
½ mặt cắt giữa dầm
½ mặt cắt nhịp đầu dầm

12000
11000

700

11000/2

200

750

100

1000

200 500

200 500

200

100
1600

200
700

11000/2

200

90
2000

100
2000

2000

2000

2000

1000

200

Hình 2-2: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp
Sơ đồ phân nhịp là 7x35m. Mỗi nhịp gồm có 5 dầm chủ mặt cắt chữ I ứng suất
trước, bêtông dầm có cường độ 28 ngày f’c (mẫu hình trụ) là 40Mpa. Trong đó, dầm
được thi công theo phương pháp căng sau.
Các lớp mặt cầu: Do các lớp mặt cầu không tham gia chịu sức kháng, ta chọn
cấu tạo như sau:

- Lớp BTN hạt mịn dày 7.0cm.
- Lớp bảo vệ dày 4cm.
- Lớp phòng nước dày 0.5cm.
- Lớp tạo mui luyện 2% dày trung bình 4.5cm.
Để phân cách phần lề người đi và làn xe chạy trên cầu, ta vạch sơn gián đoạn
20cm
Các thông số của vật liệu được chọn tính toán sơ bộ:
- Dung trọng của bêtông ximăng là 24 KN/m3.
- Dung trọng của bê tông nhựa 2,25 KN/m3.
- Dung trọng của cốt thép là 7.85 T/m3.
2.1.1.1 Các lớp mặt cầu: DW




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

Bảng 2-1: Bảng tổng hợp khối lượng các lớp mặt cầu 1 nhịp 35m
Thể
Dung
Khối
Diện tích mc
TT
Tên lớp mặt cầu
tích
trọng
lượng
ngang (m2)

3
3
(m )
(KN/m )
(KN)
1 Bêtông nhựa dày 7.0cm
0.77
26.95
22.5
606.375
2 Lớp bảo vệ dày 4 cm
0.44
15.4
24
369.6
Lớp phòng nước dày
3
0.044
1.54
15
23.1
0.4cm
Lớp tạo mui luyện dày
4
0.55
19.25
24
462
trung bình 5cm
Tổng khối lượng các lớp mặt cầu 1 nhịp 35m là: 1461.075

Ghi
chú

DW = 1461.075/(6*35) = 6.958 KN/1m dc
2.1.1.2 Tĩnh tải DC:
2.1.1.2.1. Lan can, tay vịn, gờ chắn bánh: DC1
Kích thước chi tiết:

700

200

500

300

100

500

Hình 2-3: Cấu tạo lan can
Sơ bộ chọn hàm lượng cốt thép theo thể tích bêtông trong bệ đở lan can, gờ
chắn là 1.5%.
Bảng 2-2: Bảng tổng hợp khối lượng lan can, tay vịn, gờ chắn bánh 1 nhịp 35m
TT
Chi tiết
Đơn vị
Khối lượng (KN) Ghi chú
1

2
3
4

Bệ đở lan can bêtông

KN

315

Lan can tay vịn BTCT
KN
119,808
Cột lan can
KN
25.536
Cốt thép
KN
6.905
Tổng khối lượng lan can, tay vịn 1 nhịp 35m là:
467.249
DC1 = 467.249/(6*35) = 2.225 KN/1m dc
2.1.1.1.2. Dầm ngang: DC2
Dầm ngang được bố trí tại 5 vị trí: Hai dầm ngang đầu dầm, hai dầm ở vị trí
1/4L và một dầm ngang ở chính giữa dầm.




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

Sơ bộ chọn hàm lượng cốt thép theo thể tích bêtông trong dầm ngang là 2%.
G = 5*0.2*1.2*10*24*(1 + 2% ) = 293.76 KN
DC2 = 293.76/(6*35) = 1.399 KN/1m dc
2.1.1.1.3. Bản mặt cầu: DC3
G = 0.2*12*35*24*(1+3%)= 2076.48 KN
DC3 = 2076.48 /(6*35) = 9.888 KN/1m dc
2.1.1.1.4. Bản đáy: DC4
G = 5*1.45*0.07*35*24*(1+3%)= 439.089 KN
DC4 = 439.089 /(6*35) = 2.091 KN/1m dc
2.1.1.1.5. Dầm chủ: DC5
Mặt cắt ngang dầm chủ có cấu tạo như sau:
Mặt cắt tại giữa nhịp
Mặt cắt tại gối
75
55
15 10 9

75
55

3
5

160

91

160

27.5

15

22.5

65

65

Hình 2-4: mặt cắt dầm chủ 35m
Sơ bộ chọn hàm lượng cốt thép thường theo thể tích bêtông trong dầm chủ là
2.11 KN/m3.
Thép dự ứng lực theo thể tích bêtông trong dầm chủ là 0.7%.
Bảng 2-5: Bảng tổng hợp khối lượng dầm chủ 35m
Diện tích
Thể tích Khối lượng
TT
Chi tiết
Ghi chú
2
(KN)
mặt cắt ngang(m )
(m3)
1

2

3
4

Bêtông đoạn
giữa dầm
Bêtông hai
đoạn vút đầu
dầm(1.5m)
Bêtông hai
đoạn đầu dầm
(1.5m)
Cốt thép trong
dầm chủ

0.5715

16.5735

397.764

1.04225

3.12675

9.38025

0.80688

2.42064

7.26192

(2.11+0.007*78.5)*
(16.5735+3.12675+2.42064)

58.83051

Lấy tb




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

Tổng khối lượng 1 dầm chủ nhịp 35m là:

473.2367

DC5 = 473.2367/35 = 13.521 KN/1mdc
Bảng 2-11: Bảng tổng kết khối lượng của kết cấu phần trên
Tổng khối
TT
Hạng mục
Số cấu kiện
lượng (KN)
1 Các lớp mặt cầu
1
1461.075

2 Lan can tay vịn
2
467.249
3 Dầm ngang
5
293.76
4 Bản mặt cầu
1
2076.48
5 Bản đáy
5*35
439.089
6 Dẩm chủ
6
3698.844
DW
1
1461.075
Tổng khối lượng 1
DC
1
6975.422
nhịp dầm 35m là:
DC+ DW
1
8436.497
DC/1mdc = DC1+ DC2+ DC3+ DC4+ DC5 = 29.123 KN/1mdc
2.1.2. Khối lượng kết cấu hạ bộ:
2.1.2.1. Mố:
Khoảng cách từ đáy kết cấu nhịp đến mặt đất tự nhiên tại vị trí đặt mố khoảng

từ 4-:-5m nên ta sử dụng mố chữ U có các kích thước như trên hình vẽ sau:

400
3000

2730

200

300
1600

850
600

2203

150

1500

4332

3800

1100

4000

1648

4980

1500

1500

2000

5000
6000

Hình 2-6: Cấu tạo mố cầu
Bêtông mố có cường độ 28 ngày f’c (mẫu hình trụ) là 25Mpa.
Sơ bộ chọn hàm lượng cốt thép theo thể tích bêtông trong mố là 0.9%.


Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT



GVHD: Đỗ Quang Trung

Vì mố 1 và mố 2 có kích thước như nhau nên ta chỉ tính khối lượng cho 1 mố.
Bảng 2-12: Bảng tổng hợp khối lượng 1 mố
Diện tích mc dọc
KT theo phương Khối lượng Ghi
TT
Chi tiết
2

tim cầu (m )
ngang cầu (m)
(KN)
chú
1 Bệ móng mố
7,988
12
2300,5
2 Thân mố
5,4
12
1440
3 Tường đỉnh
1,038
12
298,9
4 Tường cánh
16,046
2*0,3
231,1
5 BT lót móng mố
0,81
12
233,28
6 Đá kê gối
0,135
0.85*6
16,524
7 Bản giảm tải
0,373

3,5*3
94
8 Cốt thép
40,348
Lan can tay vịn
9
78,8
trên mố
Tổng khối lượng 1 mố cầu là:
4523,452
2.1.2.2. Trụ:
Chọn loại trụ thân hẹp, thân trụ không giật bậc, kích thước chi tiết như hình vẽ.
Có 2 loại trụ theo chiều cao trụ : trụ 8.9m và trụ 6.1m, nên ta chỉ việc tính khối
lượng cho 2 trụ.
Sơ bộ chọn hàm lượng cốt thép theo thể tích bêtông trong trụ là 1.0%.
Bêtông trụ có cường độ 28 ngày f’c (mẫu hình trụ) là 30 Mpa
Hình chiếu trụ có các kích thước như sau:
Chiếu đứng trụ
Chiếu bên trụ loại 1 và 2
2000

750

750

1500

250

7000

2500

1600

1800

1500

1800

7000/2
8000/2

150

5200

TT Loại

Hình 2-7: Cấu tạo trụ cầu
Bảng 2-13: Bảng tổng hợp khối lượng trụ
Diện tích mc
Chiều cao, bề Khối lượng
Chi tiết
2
tiết diện (m )
dày (m)
(KN)

Ghi
chú


Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

TRU 8,9M

BT lót móng trụ
Bệ móng trụ
Thân trụ
Xà mũ trụ
Đá kê gối
Cốt thép

47,04
41,6
10,651
-

GVHD: Đỗ Quang Trung

169,344
1497,6
2275
705,6
36,72
46,837
Tổng khối lượng 1 trụ cầu 8,9m là:
4730,5

1
BT lót móng trụ
47,04
0,15
169,344
2
Bệ móng trụ
41,6
1,5
1497,6
3
Thân trụ
10,651
6.2
1584,869
4
Xà mũ trụ
705,6
5
Đá kê gối
36,72
6
Cốt thép
39,941
Tổng khối lượng 1 trụ cầu 6,1m là:
4034,074
Bảng 2-14: Bảng tổng kết khối lượng của kết cấu phần dưới
Tổng khối lượng
Tổng khối lượng
TT

Hạng mục
Số cấu kiện
bêtông (T)
thép (T)
1 Mố cầu
1
4483,104
40,348
2 Trụ 8,9m
1
4684,264
46,837
3 Trụ 6,1m
1
3994,133
9.984
2.1.3. Tính toán và bố trí cọc trong mố và trụ cầu:
2.1.3.1. Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu:
2.1.3.1.1. Mố cầu:
Hai mố ở hai đầu cầu có chiều cao và tải trọng tác động như nhau, nên ta chỉ
tính cho một mố, còn mố kia tương tự.
Tĩnh tải tác dụng xuống mố:
DCf = 1.25*DCbt+0.5*(1.25*DC1+1.5*DW)
Trong đó:
+ DCttbt: Trọng lượng bản thân của mố M1.
+ DCtt1: Trọng lượng của kết cấu nhịp.
+ DW : Trọng lượng lan can tay vịn, các lớp mặt cầu.
DCf = 1.25*4523,452+0.5*(1.25*6975.422+1.5*1461.075)
= 11109.76 (KN).
Hoạt tải đứng trên KCN tác dụng xuống mố:

Chiều dài tính toán của nhịp: Ltt = L – 2a = 35 – 2*0.35 = 34.3m
Ta có đường ảnh hưởng phản lực tại mố như hình vẽ.
Phản lực tính toán tại mố do hoạt tải gây ra:
Trường hợp hoạt tải là xe tải thiết kế HL-93
TRU 6,1M

1
2
3
4
5
6



0,15
1,5
8,9
-




GVHD: Đỗ Quang Trung

35KN

145KN

145KN

Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

0.7493

0.8746

TTL: 9.3KN
DW+DC

w = 17.5

Hình 2-8: Đường ảnh hưởng phản lực tại mố
Rf = 0.65*m*n*nh((1+IM)*ΣPiyi+q1*Σϖ+)+nh*2*T*QL* Σϖ+.
Trong đó:
+ m = 2: Số làn xe.
+ n = 1: Hệ số làn xe.
+ nh = 1,75: Hệ số vượt tải.
+ (1+IM)=1,25: Hệ số xung kích.
+ Pi: Tải trọng trục bánh xe.
+ yi: Tung độ đường ảnh hưởng tương ứng.
+ q1= 9.3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế.
+ 2: Số làn người đi bộ.
+ T = 1.0 m: Bề rộng làn người đi bộ.
+ QL = 4 KN/m2: Tải trọng đoàn người.
+ Σϖ+ = 17.15 m2: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên mố.
Rf =0.65*2*1*1.75*(1.25*(145*(0.8746+1)+35*0.7493)+9.3*17.15)
+1.75*2*1*4*17.15 = 1450.509 (KN).
Trường hợp hoạt tải là xe hai trục:
110KN

110KN

1.2M

0.965

TTL: 9.3KN
DW+DC

w = 17.5

Rf = m*n*nh((1+IM)*ΣPiyi+q1*Σϖ+)+nh*2*T*QL* Σϖ+.
Trong đó:
+ m = 2: Số làn xe.
+ n = 1: Hệ số làn xe.




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

+ nh = 1,75: Hệ số vượt tải.
+ (1+IM)=1,25: Hệ số xung kích.
+ Pi: Tải trọng trục bánh xe.
+ yi: Tung độ đường ảnh hưởng tương ứng.
+ q1= 9.3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế.
+ 2: Số làn người đi bộ.

+ T = 1.0 m: Bề rộng làn người đi bộ.
+ QL = 4 KN/m2: Tải trọng đoàn người.
+ Σϖ+ = 17.15 m2: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên mố.
R’f =2*1*1.75*(1.25*110*(0.965+1)+9.3*17.15)
+1.75*2*1*4*17.15 = 1217.628 (KN).
So sánh hai loại hoạt tải ta có: Rf > R’f. Hoạt tải HL-93 xe hai trục bất lợi hơn
→ Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mố tính đến đáy đài:
Rap = DCf + Rf = 11109.76 + 1450.509 = 12560.27 (KN).
2.1.3.1.2. Trụ cầu:
Ở đây có 6 trụ, trong đó có 3 trụ 8.9m và 3 trụ 6.2m tải trọng tác dụng như
nhau, nên ta chỉ tính cho hai trụ, còn các trụ kia tương tự.
*/ Tĩnh tải tác dụng xuống trụ: DCf = 1,25*DCbt+(1,25*DC1+1,5*DW)
Trong đó:
+ DCttbt: Trọng lượng bản thân của trụ.
+ DCtt1: Trọng lượng của kết cấu nhịp.
+ DW : Trọng lượng lan can tay vịn, đá vỉa, các lớp mặt cầu.
*/ Hoạt tải đứng trên KCN tác dụng xuống trụ:
Trường hợp hoạt tải là xe tải thiết kế HL-93
Ta có đường ảnh hưởng phản lực xuống trụ như hình vẽ.

8746

35KN

145KN

145KN

+

4300

8746

4300

TTL 9,3KN/m

+
w = 17.15

34300

34300

Hình 2-9: Đường ảnh hưởng phản lực tại trụ
Phản lực tính toán tại trụ do hoạt tải gây ra:
Rf = m*n*nh((1+IM)*ΣPiyi+q1*Σϖ+)*0.65 + nh*2*T*QL* Σϖ+
Trong đó:
+ m = 2: Số làn xe.
+ n= 1: Hệ số làn xe.




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

+ nh = 1,75: Hệ số vượt tải.

+ (1+IM) = 1,25: Hệ số xung kích.
+ Pi: Tải trọng trục bánh xe.
+ yi: Tung độ đường ảnh hưởng tương ứng.
+ q 1= 9,3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế.
+ 2: Số làn người đi bộ.
+ T = 1,0 m: Bề rộng làn người đi bộ.
+ QL = 4 KN/m2: Tải trọng đoàn người.
+ Σϖ+: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên trụ.
=> Rf = 2065.932 KN
Trường hợp hoạt tải là hai trục R’f :
Ta có đường ảnh hưởng phản lực xuống trụ như hình vẽ.
1200

9650

110KN

110KN

+

TTL 9,3KN/m

+
w = 17.15

34300

34300

Hình 2-9: Đường ảnh hưởng phản lực tại trụ
Phản lực tính toán tại trụ do hoạt tải gây ra:
R’f = m*n*nh((1+IM)*ΣPiyi+q1*Σϖ+) + nh*2*T*QL* Σϖ+
Trong đó:
+ m = 2: Số làn xe.
+ n= 1: Hệ số làn xe.
+ nh = 1,75: Hệ số vượt tải.
+ (1+IM) = 1,25: Hệ số xung kích.
+ Pi: Tải trọng trục bánh xe.
+ yi: Tung độ đường ảnh hưởng tương ứng.
+ q 1= 9,3 KN/m: Tải trọng làn thiết kế.
+ 2: Số làn người đi bộ.
+ T = 1,0 m: Bề rộng làn người đi bộ.
+ QL = 4 KN/m2: Tải trọng đoàn người.
+ Σϖ+: Tổng diện tích đ.a.h phản lực lên mố.
R’f = 1820.579 KN < Rf = 2065.932 KN. Hoạt tải HL-93 xe hai trục bất lợi hơn.
Bảng 2-15: Bảng tổng hợp tải trọng thẳng đứng tác dụng lên trụ tính đến đáy đài
TT
Loại trụ
DCttbt
DCtt1
DW
DCf
Rf
Rp


Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

(KN)



(KN)

(KN)
(KN)
4730,5 6975.422 1461.075 16824.015
18889.95
1 Trụ 8.9m
2065.932
4034,074 6975.422 1461.075 15953.453 2065.932 18019.38
2 Trụ 6.2m
2.1.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc, số cọc và cách bố trí cọc trong mố và trụ:
2.1.3.2.1. Tính toán sức chịu tải của cọc:
Theo số liệu khảo sát địa chất thì tính chất của các lớp địa chất ở dưới lòng sông
như sau:
- Lớp I: Cát hạt nhỏ, chiều dày từ 4-:- 8.5m
- Lớp II: Á sét. Có chiều dày trung bình vào khoảng 4-:-6.5 m.
- Lớp III: Cát hạt trung lẫn dăm sạn dày ∞.
Từ tính chất của các lớp đất nêu trên ta nhận thấy lớp đất tốt nằm ở độ sâu
không lớn lắm lại phù hợp với cọc ma sát. Nên ta chọn cọc ở đây là cọc đóng.
Chọn cọc BTCT kích thướt (40x40) cm
Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu:
Sức kháng dọc trục danh định: Pn= 0.85[0.85*f’c*(Ap-Ast)+fy*Ast]; MN
Trong đó:
+ f’c: Cường độ chịu nén của bêtông cọc (Mpa); f’c=30Mpa
+ Ap: Diện tích mũi cọc (mm2)
+ Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 8Φ20: Ast = 2027mm2
+ fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 420Mpa

Thay vào ta được:
Pn= 0.85[0.85*30*(160000-2514)+420*2514] = 4311007 (N)= 4311.007 (KN)
Sức kháng dọc trục tính toán: Pr = φ.Pn;
Với φ: Hệ số sức kháng mũi cọc, φ = 0.55
Pr = 0.55*4311.007 = 2371.054 (kN)
Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền:
Sức chịu tải của cọc được chia thành sức kháng bên và sức kháng mũi như sau:
Pu = Qf + Qp
Qf: sức kháng bên
Qp: sức kháng mũi
*/Xác định sức kháng bên Qf: Qf = u*Σfi*∆zi
Trong đó:
+ fi: Ma sát bên đơn vị của cọc;
+ u: Chu vi thân cọc; u = 1.6 m;
+ ∆zi: Chiều dài đoạn phân tố cọc mà trên đó fi được coi là hằng số;
+ u∆zi: Diện tích xung quanh của đoạn phân tố cọc.
*/Xác định sức kháng mũi Qp: QP = qP .Ac.
+ qP : Sức kháng mũi đơn vị của cọc.

(KN)

GVHD: Đỗ Quang Trung

(KN)




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

+ Ac : Tiết diện ngang mũi cọc.
Từ thí nghiệm CPT hiện trường, ta dự báo sức chịu tải của cọc như sau:
a) Sức kháng mũi cọc:
Sức kháng mũi cọc, qp(MPa) có thể được xác định như trong hình sau:

Với:

qp =

qc1 + qc 2
2

Ở đây:
qc1
=
giá trị trung bình của qc trên toàn bộ chiều sau yD dưới mũi cọc (đường
a-b-c). Tổng giá trị qc theo cả hướng xuống (đường a-b) và hướng lên (đường b-c).
Dùng các giá trị qc thực dọc theo đường b-c. Tính toán qc1 cho các giá trị từ 0.7 => 0.4
và sử dụng tối thiểu giá trị qc1 thu được (MPa).




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

qc2

=
giá trị trung bình của qc trên toàn bộ chiều sau 8D bên trên mũi cọc
(đường c-e). sử dụng quy tắc đường tối thiểu như đối với đường b-c trong tính toán qc1.
Bỏ qua đỉnh lõm nhỏ ‘x’ nếu trong cát, nhưng đưa vào đường nhỏ nhất nếu trong sét.
b) Ma sát bề mặt:
Sức kháng ma sát bề mặt danh định của cọc có thể tính như sau:
N
 N  Li 

Qs = K s ,c  ∑ 
÷f si asi hi + ∑ f si asi hi 
i =1
 i =1  8 Di 

1

2

Ở đây:
Ks,c = các hệ số điều chỉnh: Kc cho đất sét và Ks cho đất cát
Li
= chiều sâu đến khoảng giữa điểm chiều dài tại điểm xem xét (mm)
D
= chiều rộng hoặc đường kính cọc xem xét (mm)
fsi
= sức kháng ma sát đơn vị thành ống cục bộ lấy theo CPT tại điểm xem
xét(MPa)
asi
= chu vi cọc tại điểm xem xét (mm)
hi

= khoảng chiều sâu tại điểm xem xét (mm)
N1
= số khoảng giữa mặt đất và điểm cách mặt đất 8D
N2
= số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 8D và mũi cọc.

*/ Sức kháng mũi cọc:
+/ xác định qc2:
Đoạn

e-f

f-g

g-i

∑




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

qc2i. ∆zi

22 + 8
× 0.5
2
= 7.5
qc 2 =

8 + 2.25
× 0.7
2
= 3.5875

8 × 2 = 16

∑

Z

=

GVHD: Đỗ Quang Trung

27.0875

27.0875
= 8.465MPa
0.5 + 2 + 0.7

+/ xác định qc1:
qcx1: là giá trị trung bình từ L => L+4B
Đoạn

a-b

b-d

qc2i. ∆zi

22 + 28
× 0.5
2
= 12.5

28 + 22
× 1.1
2
= 27.5

∑

∑
40

40
= 25MPa
Z
0.5 + 1.1
qcx2: là giá trị trung bình từ L => L+4B; L theo đường có qc bé nhất
qcx2 = 22MPa
q + qcx 2
= 23.5MPa
Vậy qcx = cx1
2
Từ 0.7B => 4B dưới mũi cọc, giá trị qcx vừa tính là nhỏ nhất ( vì khi xB < 4B cả qcx1,
qcx2 điều lớn hơn) => qc1 = qcx = 23.5 MPa
q + qc 2 23.5 + 8.465

=
= 15.9825MPa
Vậy q p = c1
2
2
Tuy nhiên trong mọi trường hợp, qp phải nhỏ hơn giá trị giới hạn qPL. Với đất rời chặt,
rất chặt ta có: qPL =150 kg/cm2 = 15 MPa
Do đó qp = 15MPa
=> Sức kháng mũi Qp = qp.Ac = 15*(0,4x0,4) = 2.4 MPa.m2 = 240 T = 2354.4 KN
*/ Sức kháng bên cọc:
Đối với mố 1+2, chọn chiều dài cọc là 16.5m, chia cọc thành các đoạn có ∆zi = 1m,
qcx1 =

=

riêng ở mũi cọc thì ∆zi = 0.5m

*/ Kết quả tính toán sức kháng bên ( mố 1+2) được tổng hợp trong bảng sau:
Loại đất
sâu(m)
fsi
Li
Di
asi
hi
Qs(N)
cát hạt
nhỏ chặt

Kc

Ks

0-:-1

0.03

500

400

1600

1000

55500

1

1-:-2

0.042

1500

400

1600

1000

78960

0.8




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

vừa

cát hạt
trung lẫn
dăm sạn
chặt

á sét

GVHD: Đỗ Quang Trung

2-:-3

0.05

2500

400

1600

1000

92625

0.65

3-:-4

0.058

3500

400

1600

1000

55680

0.6

4-:-5

0.065

4500

400

1600

1000

54080

0.52

5-:-5.9

0.073

5450

400

1600

900

52560

0.5

12.3-:-13

0.04

12650

400

1600

700

17920

0.4

13-:-14

0.09

13500

400

1600

1000

54720

0.38

14-:-14.5

0.12

14500

400

1600

500

34560

0.36

5.9-:-7

0.022

6550

400

1600

1100

48012.8

1.24

7-:-8

0.023

7500

400

1600

1000

44896

1.22

8-:-9

0.035

8500

400

1600

1000

49280

0.88

9-:-10

0.042

9500

400

1600

1000

55104

0.82

10-:-11

0.048

10500

400

1600

1000

54528

0.71

11-:-12

0.052

11500

400

1600

1000

56576

0.68

12-:-12.3

0.055

12150

400

1600

300

17424

0.66

TỔNG CỘNG:

822426

2.1.3.2.2. Số lượng cọc và cách bố trí cọc trong mố và trụ:
Công thức tính toán: n = β .

N
Ptt

Trong đó: n là số lượng cọc tính toán.
β: hệ số kể đến độ lệch tâm của tải trọng, β = 1,5
N: Tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng.
Ptt: Sức chịu tải tính toán của cọc. Ptt = Pu/1.25.
*/ Chọn cọc cho mố 1+2:
BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG
Sức kháng mũi

Qp =

2354.4

kN

Sức kháng bên

Qf =

822.43

kN

Sức chịu tải cực hạn

Qu =

3176.8

kN

Sức chịu tải huy động

Qhd =

1752,6

kN

Sức chịu tải cho phép

[Q] =

1397.8

kN

Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT



GVHD: Đỗ Quang Trung

Sức chịu tải của cọc theo
VL có hệ số

Pr =

2371

kN

Áp lực có hệ số tác dụng
lên mố

Aap =

12560

kN

Hệ số

β=

1.5

Số cọc tính toán

n=

13.48

cọc

Số cọc chọn

nc =

15

cọc

*/ Kết quả tính toán sức kháng bên ( trụ) được tổng hợp trong bảng sau:
Đối với trụ, chọn chiều dài cọc là 19.5m, chia cọc thành các đoạn có ∆zi = 1m, riêng ở
mũi cọc thì ∆zi = 0.5m
Loại
đất

cát hạt
nhỏ
chặt
vừa

cát hạt

trung
lẫn
dăm
sạn
chặt

á sét

sâu(m)

fsi

Li

Di

asi

hi

Qs(N)

Kc

Ks

0-:-1

0.03

500

400

1600

1000

61050

1.1

1-:-2

0.042

1500

400

1600

1000

83895

0.85

2-:-3

0.05

2500

400

1600

1000

114000

0.8

3-:-3.8

0.058

3400

400

1600

800

48998.4

0.66

9.3-:-10

0.035

9650

400

1600

700

17640

0.45

10-:-11

0.04

10500

400

1600

1000

27520

0.43

11-:-12

0.05

11500

400

1600

1000

32800

0.41

12-:-13

0.06

12500

400

1600

1000

37440

0.39

13-:-14

0.09

13500

400

1600

1000

53280

0.37

14-:-15

0.12

14500

400

1600

1000

69120

0.36

15-:-16

0.1

15500

400

1600

1000

56000

0.35

16-:-17

0.2

16500

400

1600

1000

108800

0.34

17-:-18

0.2

17500

400

1600

1000

108800

0.34

18-:-19

0.2

18500

400

1600

1000

105600

0.33

19-:-19.5

0.2

19250

400

1600

500

52800

0.33

3.8-:-5

0.018

4400

400

1600

1200

43891.2

1.27

5-:-6

0.02

5500

400

1600

1000

40000

1.25

6-:-7

0.022

6500

400

1600

1100

48012.8

1.24


Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT



GVHD: Đỗ Quang Trung

7-:-8

0.023

7500

400

1600

1000

45264

1.23

8-:-9

0.035

8500

400

1600

1000

52640

0.94

9-:-9.3

0.042

9150

400

1600

300

17740.8

0.88

TỔNG CỘNG:

1225292

*/ Chọn cọc cho trụ:
+/ Đối với trụ 8.9m
BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG
Sức kháng mũi

Qp =

2354.
4

kN

Sức kháng bên

Qf =

1225.

3

kN

Sức chịu tải cực hạn

Qu =

3579.
7

kN

Sức chịu tải huy động

Qhd =

1752,
6

kN

Sức chịu tải cho phép

[Q] =

1575.
1

kN

Sức chịu tải của cọc theo VL có hệ số

Pr =

2371

kN

Áp lực có hệ số tác dụng lên trụ 8.9m

Aap =

18890

kN

Hệ số

β=

1.5

Số cọc tính toán

n=

17.99
0

cọc

Số cọc chọn

nc =

18

cọc

+/ Đối với trụ 6.1m
BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG
Sức kháng mũi

Qp =

2354.4

kN

Sức kháng bên

Qf =

1225.3

kN

Sức chịu tải cực hạn

Qu =

3579.7

kN

Sức chịu tải huy động

Qhd =

1752,6

kN

Sức chịu tải cho phép

[Q] =

1575.1

kN




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

Sức chịu tải của cọc theo VL có hệ số

Pr =

2371

kN

Áp lực có hệ số tác dụng lên trụ 6.2m

Aap =

18019

kN

Hệ số

Β=

1.5

Số cọc tính toán

N=

17.16

cọc

Số cọc chọn

nc =

18

cọc

*/ Mặt bằng bố trí cọc:
+/ bố trí cọc trong mố:

800

1700

5000

1700

800

12000

800

2600

2600

2600

2600

800

+/ bố trí cọc trong trụ:

800

1800

5200

1800

800

8000

600 1360

1360

1360

1360

1360 600

2.1.4. Tính toán sơ bộ cốt thép ưst trong dầm và kiểm toán dầm chủ nhịp 35m:
2.1.4.1. Xác định nội lực:

2.1.4.1.1 Tải trọng:
 Tĩnh tải:
+/ DW = 6.958 KN/m dc
+/ DC = 29.123 KN/m dc
 Hoạt tải:
+/ HL93M
+/ HL93K
2.1.4.1.2 Xác định hệ số phân bố ngang:
*/ Xác định hệ số phân bố ngang cho dầm trong:




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

Với trường hợp nhiều làn xe:
Hệ số phân bố về mô men uốn:
g dg1

 S 
= 0,075 + 

 2900 

0.6

 S
* 

 Ltt





0.2

 Kg
* 
3
 Ltt t S





0.1

Trong đó :
- S : Khoảng cách giữa các dầm, S = 2000 mm.
- L : Chiều dài nhịp tính toán, Ltt = 34300 mm.
- Kg : Tham số độ cứng dọc (m4).
- tS : Chiều dày của bản bêtông (mm).
K
Trong thiết kế sơ bộ có thể cho các số hạng  g3
 Lt S
0.6

0. 1


 =1.

0.2

 2000 
 2000 
= 0, 075 + 
Vậy ta có: mg
÷ *
÷ *1 = 0,528
 2900 
 34300 
*/Xác định hệ số phân bố ngang cho dầm bất lợi nhất, dầm biên số 1:
Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen:
+/ Khi một làn thiết kế chịu tải:
Dùng phương pháp đòn bẩy.
MI
momen

145/2KN

145/2KN
PL

y1

y2

y3

y4

Hình 2-15: Đường ảnh hưởng tính hệ số phân bố cho dầm biên
Ta tính được các giá trị: Y1=1,25; Y2= 0,95; Y3=0,75; Y4= 0,05.
Với một làn thiết kế, ta lấy hệ số làn: m = 1.2
1
- Xe tải thiết kế: g XTTK 1 = 1.2 × × ( y2 + y4 ) = 0.6
2




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

- Xe hai trục thiết kế: gHTTK1 = 0.6
 y + y3 
- Với tải trọng người đi bộ: g PL1 = 1.2 ×  1
÷× 1.0 = 1.2
 2 
+/ Khi hai làn thiết kế chịu tải:
d
ME
MI
= (0.77 + e )mg momen
Hệ số về momen uốn: mg momen
2800

d
500
) = 0.949 < 1, lấy e = 1
Với e = 0.77 + e = (0.77 +
2800
2800
de: Khoảng cách giữa tim bản bụng của dầm biên với mép trong của bó vỉa, lấy
giá trị âm nếu ở về phía ngoài của bó vỉa .
ME
MI
= mg momen
= 0.528
Vậy: gmb2 = mg momen
MI
= 0.528
Tổng hợp HSPPN: +/ dầm trong: mg momen

+/ dầm ngoài:

mg HL = 0.6
mg PL = 1.2

+/ Xác định hệ số xung kích:
Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, tác động tĩnh học của xe hai trục thiết kế hay
xe tải thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỉ lệ phần trăm
cho lực xung kích. Hệ số xung kích được lấy bằng: (1+IM/100)
Với IM: Lực xung kích tính bằng phần trăm. Tất cả các trạng thái giới hạn khác
trừ trạng thái giới hạn mỏi và giòn lấy IM = 25%.
Vậy (1 + IM ) = 1 +

25
= 1.25 ⇒
100

(1 + IM ) = 1.25

Lực xung kích không được áp dụng cho tải trọng bộ hành và tải trọng làn thiết
kế.
2.1.4.1.2. Mô men tại ½ nhịp




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

145KN

145KN

4.3M

110KN
4.3M
35KN

110KN

1.2M

TTL: 9.3KN
PL 4KN
DW
DC
0

5

10
0

5

10

15

20

25

30

34.3

dahM x=17.15m

Sơ đồ chất tải dah M1/2 dầm biên
*/ Do tĩnh tải:

M1/2DC = DC * ω = 29.123 *147.06 = 4283 KN.m
M1/2DW = DW* ω = 6.958*147.06 = 1023.243 KN.m
*/ Do hoạt tải:
Mô men ở vị trí giữa nhịp do tải trọng làn gây ra:
MTTL = g.ω = 9.3*147.06= 1367.67 (kN.m)
Mô men ở vị trí giữa nhịp do xe tải thiết kế gây ra:
3

MXTTK =

∑ ( P . y ) = 145*6.44 + 145*8.575+35*6.44 = 2402.575 (kN.m).
i =1

i

i

Vậy giá trị momen do các loại hoạt tải gây ra:
Với các dầm giữa:
Xe tải thiết kế:
MI
MXTTKtt = MXTTK* mg momen
*(1+IM) = 2402.575 * 0.528*1.25 = 1585.7 (kN.m).
MI
Tải trọng làn: MTTLtt = MTTL * mg momen
= 1367.67 *0.528= 722.13 (kN.m).

Vậy giá trị mômen do hoạt tải gây ra ở dầm giữa:
Mg = MXTTKtt + MTTLtt = 1585.7 +722.13 = 2307.83 (kN.m).
Với dầm biên :

Xe tải thiết kế:
MXTTKtt = MXTTK* mg HL *(1+IM) = 2402.575 *0.6*1.25 = 1801.93 (kN.m).
Tải trọng làn:
MTTLtt = MTTL* mg HL = 1367.67 *0.6 = 820.602 (kN.m).


Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT



GVHD: Đỗ Quang Trung

Tải trọng người đi:
Coi như dầm biên chịu toàn bộ tải trọng người đi: PL = 4kN/m2
MPLtt = PL*ω* mg PL =4*147.06*1.2 = 705.888 (kN.m).
Vậy giá trị mômen do hoạt tải gây ra ở dầm biên :
Mb = MXTTKtt + MTTLtt + MPLtt = 1801.93 +820.602 +705.888 = 3328.42 (kN.m)
Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn:
Trạng thái giới hạn cường độ xem xét để đảm bảo yêu cầu giới hạn về độ bền và
độ ổn định. Mỗi bộ phận kết cấu hoặc liên kết sẽ phải thoả mãn công thức sau ứng với
mỗi trạng thái giới hạn: η ∑ ( γ i Qi ) ≤ φ .Rn = Rr
Trong đó:
+ Hệ số sức kháng: φ = 1.0 khi tính khả năng chịu uốn của kết cấu bêtông cốt
thép DƯL.
+ η = ηD*ηR*ηI ≥ 0.95: hệ số điều chỉnh tải trọng.
Trong đó :
+ ηD = 0.95: Hệ số xét đến tính dẻo của kết cấu (chỉ áp dụng cho trạng thái giới
hạn cường độ).
+ ηR = 0.95: Hệ số xét đến tính dư của kết cấu (chỉ áp dụng cho trạng thái giới
hạn cường độ).

+ ηI =1.05: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khi khai thác.
Tổ hợp các hệ số: η = 0.95* 0.95 * 1.05 = 0.95.
Đối với trạng thái giới hạn sử dụng thì tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định.
Theo qui trình 22 TCN 272-05 đối với các trạng thái giới hạn khác (ngoài trạng thái
giới hạn cường độ) thì các hệ số: ηD, ηR, ηI lấy bằng 1.
Do vậy hệ số điều chỉnh tải trọng: η = 1.
Trạng thái giới hạn cường độ I:
Tổ hợp cơ bản có xe trên cầu không xét gió. Hiệu ứng lực do nhiệt độ, co ngót
và từ biến trong dầm giản đơn coi như bằng 0.
+ Hệ số tải trọng: Tĩnh tải DC : γp = 1.25
Tĩnh tải DW : γp = 1.5
Hoạt tải
: γLL = 1.75
+ Hiệu ứng tải: Q = ηΣ(γi.Qi).
Mômen uốn:
MuCĐ1b = η*(1.25* MDCdcb+1.5*MDWb+1.75*MLLb)
= 0.95*(1.25* 4283 +1.5*1023.243 +1.75*3328.42)
= 12077.68 (KN.m).
⇒ Momen tính toán ứng với trạng thái giới hạn cường độ I:
MuCĐ = 12791.729 (KN.m).
Trạng thái giới hạn sử dụng:




Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

GVHD: Đỗ Quang Trung

*Momen uốn:

- Dầm giữa:
MuSD = η.(MDCdcb + MDWb + MLLb)
= 1*(4283 +1023.243 +3328.42) = 8634.77 (kN.m)
⇒ Momen tính toán ứng với trạng thái giới hạn sử dụng: MuSD = 8634.77
(kN.m)
2.1.4.2. Tính diện tích cốt thép DƯL:
Thép ƯST:
Chọn sử dụng loại tao thép đường kính 12,7mm có độ tự chùng thấp theo tiêu
chuẩn ASTM A416M với các chỉ tiêu cơ lý như sau:
- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn qui định của cốt thép dự ứng lực: f pu = 1860
MPa.
- Giới hạn chảy của cốt thép dự ứng lực: fpy = 0,9fpu = 1674 MPa.
- Môđun đàn hồi: EP = 197000 MPa
- Ứng suất khi căng tại đầu kích: fpj = 0,75fpu = 1395 MPa.
- Ứng suất trong thép DƯL ngay sau khi truyền lực: fpt = 0,74fpu = 1376 MPa.
- Ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng fpe = 0,8fpy = 1339 Mpa
- Hệ số sức kháng đối với cấu kiện BTCT chịu uốn và chịu kéo DƯL Φ = 1
- Diện tích của 1 tao cáp Aps = 98.7mm2
- Bê tông dầm f c' = 45MPa
- Mô men uốn tính toán theo TTGH cường độ 1 Mu = 12077.68 KN.m
- Diện tích cốt thép:
Apsg

Mu
12077.68 × 106
=
=
= 4715.6mm 2
3
0.85 × f pu × 0.9 × H 0.85 × 1860 × 0.9 × 1.8 × 10

- Số tao cáp DƯL cần thiết
n≥

Apsg
Aps1

=

4715.6
= 47.78
98.7

- Chọn 1 bó thép DƯL gồm 7 tao, số bó = 47.78/7 = 6.83
- Chọn số bó thép DƯL bố trí trong dầm là 7 bó, số tao = 7*7 = 49 tao
- Diện tích thép DƯL trong dầm
Aps = n × Aps1 = 49 × 98.7 = 4836.3 >Apsg
- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến đáy dầm:
3 × 10 + 3 × 28 + 1× 46
a=
= 22.86 (cm)
7
- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến biên chịu nén:
dp = 180-22.86 = 157.14 (cm)




GVHD: Đỗ Quang Trung

10

25

28

46

15

Đồ án môn học: Thiết kế cầu BTCT

65

Hình 2-19: Bố trí bó cáp dầm I 35m
Kiểm toán tiết diện theo trạng thái giới hạn cường độ I:
Sức kháng uốn tính toán: Mr = φ.Mn
Trong đó :
- Mr: Sức kháng uốn tính toán.
- Mn: Sức kháng uốn danh định.
- φ: Hệ số sức kháng, với bêtông cốt thép dự ứng lực thì φ =1.0
Trong thực tế thiết kế, biểu đồ ứng suất bêtông chịu nén được quy ước coi như
/
một khối hình chữ nhật, có cạnh là 0,85. f C phân bố trên một vùng giới hạn bởi mặt
ngoài cùng chịu nén của mặt cắt và đường thẳng song song với trục trung hoà, cách thớ
chịu nén ngoài cùng một khoảng: a = β1.c. Khoảng cách c phải tính vuông góc với trục
trung hoà.
Với bêtông có cường độ chịu nén khi uốn f C/ = 45 ( MPa ) > 28(MPa) thì hệ số:
 f ′ − 28 
c

÷ = 0, 73.
β1 = 0,85 − 0, 05 × 
÷
7


Ứng suất trung bình trong tao cáp ứng suất trước fps có thể lấy như sau:
c

fps = fpu.(1- k. d ) < fpu = 1860000 ( KN/m2 ).
p

f py

k = 2.(1,04 -

f pu

) = 0,28

Sức kháng uốn danh định:



a
2

a
2

/
Mn = A ps . f ps  d p −  + 0.85 f c ( b − bw ).β1 .h f . −

hf 
 [TCN 5.7.3.2.2-1]
2 

(giả thiết As, A's =0)
Với cốt thép DƯL có dính bám với bêtông (với mặt cắt chữ T)