CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN MÓNG TRỤ - ĐATN thiết kế cầu dầm supper T
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (226.56 KB, 27 trang )
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
CHƯƠNG V
TÍNH TOÁN MÓNG TRỤ
5.1
Số liệu về đòa chất:
Qua công tác khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng cấu trúc
đòa tầng của khu vực xây dựng cầu gồm các lớp sau:
Lớp đất đắp:
Nằm ngay trên tầng mặt ở vò trí 2 bên bờ sông.Đây là lớp đất sét, cát có
bề dày thay đổi từ 1 – 2.5m. Lớp này không lấy mẫu thí nghiệm.
Lớp đất 1:Lớp đất sét hữu cơ, màu xám đen, trạng thái rất mềm.
Bề dày trung bình: htb = 3 – 3.5m
Độ sệt:B = 1.32
Lực dính đơn vò: C = 0.3KG/cm2.
Góc ma sát trong: ϕ = 23°
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.475g/cm3.
Giá trò SPT = 0
Lớp đất 2:
Lớp 2a: Lớp đất sét lẫn ít cát mòn, màu xám đốm vàng nâu, trạng thái rất
rắn.
Bề dày trung bình :htb = 7 – 7.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.952g/cm3.
Giá trò SPT = 18
Lớp 2b:Lớp đất sét màu nâu vàng đốm xám, trạng thái rắn
Bề dày trung bình: htb = 2 – 2.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.977g/cm3.
Giá trò SPT = 22
Lớp 2c:Đất sét lẫn ít cát mòn, màu vàng nâu trạng thái rắn.
Bề dày trung bình:htb = 4 – 4.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.907g/cm3
Giá trò SPT = 12
Lớp 3:Đất sét pha cát, màu vàng nâu, trạng thái rắn.
Bề dày trung bình: htb = 2 – 2.5m
Độ sệt: B = 0.42
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.878g/cm3.
Giá trò SPT = 9
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 234
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
Lớp đất 4:
Lớp 4a:Đất sét màu xám đen, trạng thái rắn.
Bề dày trung bình: htb = 2 – 2.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.917g/cm3.
Giá trò SPT = 13
Lớp 4b:Đất sét màu xám đen trạng thái rắn
Bề dày trung bình: htb = 4 – 4.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.924g/cm3.
Giá trò SPT = 14
Lớp 4c: Đất sét màu xám đen, trạng thái rất rắn.
Bề dày trung bình: htb = 4 – 4.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.971g/cm3.
Giá trò SPT = 16
Lớp 4d: Đất sét màu xám đen, trạng thái rắn.
Bề dày trung bình: htb = 4 – 4.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.936g/cm3.
Giá trò SPT = 15
Lớp 4e: Đất sét lẫn ít cát mòn, màu xám đen, trạng thái rất rắn.
Bề dày trung bình: htb = 8 – 8.5m
Độ sệt: B < 0
Dung trọng tự nhiên: γ = 1.969g/cm3.
Giá trò SPT = 17
Lớp đất 4 là lớp đất khá tốt nên ta có thể thiết kế mũi cọc nằm trong lớp
đất này.
Chon phương án móng là phương án cọc khoan nhồi, đường kính cọc là
1m, chiều dài cọc là 36m.
Phần cọc ngàm trong bệ cọc là 150mm.
5.2
Số liệu thiết kế:
Cọc khoan nhồi đường kính D = 1m
Độ xiên của cọc trong đất: 0 độ
Cao độ đáy bệ cọc:E1 = -2.9m
Cao độ mặt đất tự nhiên:E2 = -2.2m
Cao độ mũi cọc:E3 = -37.9m
Chiều dài của cọc trong đất:L = E1 – E3 = -2.9 + 37.9 = 35m
Chiều dài tự do của cọc:L0 = 0m
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 235
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
Chiều dài cọc ngàm trong bệ: Lng = 0.15m
'
Cường độ bê tông thân cọc: f c = 40MPa
3
3
Trọng lượng riêng của bê tông cọc: γ c = 2500Kg / m = 24.5KN / m
'
1.5
× 40 = 33994.5
Mô dul đàn hồi của bê tông: E c = 0.043 × γ1.5
c × f c = 0.043 × 2500
MPa
D2
12
= π× = 0.7854m 2
Diện tích mặt cắt ngang: A c = π×
4
4
4
4
D
1
= π× = 0.04909m 4
Mô men quán tính: I = π×
64
64
Chu vi mặt cắt ngang: P = π× D = π×1 = 3.14m
Cường độ của thép: f y = 280MPa
Mô dun đàn hồi của thép: Es = 200000MPa
Đường kính thanh cốt thép: φ = 32mm
d2
322
= 804.2mm 2
Diện tích 1 thanh cốt thép: A b = π× = π×
4
4
Số lượng thanh thép:n = 16
2
Tổng diện tích thép: A s = n × A b = 16 × 804.2 = 12868mm
Đường kính cốt đai:φd = 12
5.3
Tính toán sức chòu tải của cọc:
[P] = min[Pvl , Pdn ]
trong đó:
P
Pvl
:sức chòu tải giới hạn của cọc
:sức chòu tải giới hạn của cọc theo vật liệu
Pđn
:sức chòu tải giới hạn của cọc theo đất nền
5.3.1 Tính toán sức chòu tải theo vật liệu:
Pvl = φ× (A s × f y + A c × f c' )
Trong đó:
φ = 0.9 – hệ số xét ảnh hưởng của uốn dọc.
As = 12868 mm2 – Diện tích thép dọc.
fy = 280MPa – Cường độ của thép chủ.
Ac = 785398 mm2 - Diện tích mặt cắt ngang của cọc.
f c' = 40MPa - Cường độ của bê tông.
⇒ Pvl = 0.9 × (12868 × 280 + 785398 × 40) = 31517064N = 3212.75T
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 236
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
5.3.2 Tính sức chòu tải của cọc theo đất nền.
(Theo TCVN205 –1998):
Pdn = m(m R × A p × q p + u × ∑ m f × f s × li )
Trong đó:
m = 1 –Hệ số điều kiện làm việc
mR = 1 – Hệ số diều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc.
qp – Cường độ chòu tải của đất dưới mũi cọc, (T/m2) lấy theo bảng A7
TCXD 205:1998 Với h = 35m, IL < 0 Ta có qp = 394.8T/m2.
u = P = 3.14m – Chu vi mặt cắt ngang của cọc.
mf – Hệ số điều kiện làm việc của đất mặt bên cọc. Lấy theo bảng A5
mf = 0.7 Đối với trường hợp đóng ống thép.
fs – Ma sát bên của lớp đất i,Tra theo bảng A2 dựa vào hi và độ sệt IL.
li – Chiều dày của lớp đất thứ i,(m).
hi – Khoảng cách từ vò trí đáy bệ cọc tới trọng tâm lớp đất thứ i
Ta tính sức chòu tải của mặt bên như bảng sau:
Lớp
đất
1
2a
2b
2c
3
4a
4b
4c
4d
4e
hi(m)
1
3
5
7
8.5
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
li(m)
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Σ fili(T/m)
IL
1.32
<0
<0
<0
0.42
<0
<0
<0
<0
<0
fi(T/m2)
0.2
4.8
5.6
6
6.275
6.5
6.78
7.06
3.656
7.62
7.9
8.18
8.46
8.74
9.02
9.3
9.58
9.86
fili(T/m)
0.4
9.6
11.2
12
6.275
13
13.56
14.12
7.312
15.24
15.8
16.36
16.92
17.48
18.04
18.6
19.16
19.72
244.79
⇒ Pdn = 1(1× 0.7854 × 394.8 + 3.14 × 0.7 × 244.79) = 848.4T
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 237
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
Khi tính toán sức chòu tải của cọc khoan nhồi làm việc ma sát ta phải kể
đến ảnh hưởng của lớp màng mỏng vữa sét bao quanh bằng hệ số 0.7.
Vì Pvl = 3151.606 T > Pđn = 848.39 T nên sức chòu tải tính toán là
Ptt = 0.7 × Pđn = 593.873 T
5.4
Xác đònh số lượng cọc và bố trí cọc trong móng:
BẢNG TỔ HP TẢI TRỌNG TẠI MẶT CẮT ĐÁY MÓNG
Tải trọng giới hạn
Sử dụng
Cường độ I
Cường độ II
Cường độ III
Đặc biệt
DC
1
1.25
1.25
1.25
1.25
DW
1
1.5
1.5
1.5
1.5
Hệ số tải trọng
LL,BR,
CE,PL WA WS WL
1
1
0.3 1
1.75
1
0
0
0
1
1.4 0
1.35
1
0.4 1
0.5
1
0
0
CV
0
0
0
0
1
Tải trọng
Ngang cầu
Mx
đứng
N(kN) Hy(kN) (kN.m)
13186.0 194.2 2112.9
17276.5
0.7
1.2
15152.8 644.6 6377.5
16791.1 240.2 2568.3
15759.5 3960.7 12554.4
Dọc cầu
My
Hx(kN)
190.3
284.4
0.0
247.1
2061.3
(kN.m)
2555.1
3819.2
0.0
3318.9
7367.8
Ta chọn tổ hợp nguy hiểm nhất là THGH cường độ I để tính toán có
Hx = 28.438 T
My = 381.916 Tm
N = 1727.651 T
Số lượng cọc được xác đònh sơ bộ theo công thức sau:
n = β×
trong đó
β
N
Ptt
1727.6505
593.873
= 1.2 ×
= 3.5 => Chọn n = 6 cọc
= 1.2 :hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng Hx và My
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 238
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
5.4.1 Tính toán nội lực cọc:
Ta tính với tổ hợp nguy hiểm nhất.
5.4.1.1
Xác đònh bề rộng tính toán bc:
Ta có: D = 1 > 0.8 nên bề rộng qui ước được tính theo công thức sau:
b c = D + 1 = 1 + 1 = 2m
5.4.1.2
Tính hệ số K:
Ta có:
h m = 2 × (D + 1) = 2 × (1 + 1) = 4m
Vậy chiều sâu đặt móng nằm trong 2 lớp đất.
Lớp đất 1: Đất sét hữu cơ có h = 2m, IL = 1.32 > 1 Tra bảng G1 ta được K
= 50T/m4.
Lớp đất 2a:Đất sét lẫn ít cát mòn có h = 7m, IL < 0 tra bảng G1 ta được K
= 600T/m4.
Hệ sô K được tính theo công thức:
K=
=
K1 × h1 × (2 × h m − h1 ) + K 2 × (h m − h1 ) 2
h 2m
50 × 2 × (2 × 4 − 2) + 600 × (4 − 2) 2
= 187.5T / m 4
2
4
5.4.1.3
α bd =
5
Xác đònh hệ số biến dạng của đất quanh cọc:
K × bc 5
187.5 × 2
=
= 0.29
Ec × I
3465289 × 0.04909
(1/m)
Trong đó:
Ec = 33994.5MPa = 3465289T/m2 – Mô đun đàn hồi của bê tông thân
cọc.
I = 0.04909m4 – Mô men quán tính mặt cắt ngang cọc.
5.4.1.4
đất:
Xác đònh chuyển vò đơn vò của cọc tại cao trình mặt
δ0HH - Chuyển vò ngang do H0 = 1 gây ra.
δ0HM - Chuyển vò ngang do M0 = 1 gây ra.
δ0MH - Chuyển vò xoay do H0 = 1 gây ra.
δ0MM - Chuyển vò xoay do M0 = 1 gây ra.
Chiều sâu tính đổi của cọc trong đất:
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 239
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
_
h = α × L = 0.29 × 35 = 10.15m
Trong đó: L = 35m Chiều sâu thực tế cọc hạ trong đất.
_
Tra bảng G2, TCXD205:1998 với h = 10.15m ta được giá trò của các hệ số:
A0 = 2.441
B0 = 1.621
C0 = 1.751
Các chuyên vò đơn vò của cọc tại cao trình mặt đất được xác đònh theo
công thức:
A0
2.441
=
= 0.000563 m/T
3
α × E b × I 0.29 × 3465289 × 0.04909
B
1.621
δ0HM = δ 0MH = 2 0
=
= 0.00011 m-1
2
α bd × E b × I 0.29 × 3465289 × 0.04909
C0
1.751
δ0MM =
=
= 0.000035 (T.m)-1
α bd × E b × I 0.29 × 3465289 × 0.04909
δ0HH =
3
bd
5.4.1.5
Xác đònh chuyển vò của cọc tại đỉnh cọc:
δ HH - Chuyển vò ngang do Hn = 1 gây ra.
δ HM - Chuyển vò ngang do Mn = 1 gây ra.
δ MH - Chuyển vò xoay do Hn= 1 gây ra.
δ MM - Chuyển vò xoay do Mn = 1 gây ra.
δ PP - Chuyển vò thẳng đứng do Pn = 1 gây ra
Do bệ trụ chôn trong đất nên ta có L0 = 0 , Vậy chuyển vò của cọc tại đầu cọc
cũng là chuyển vò của cọc tại cao trình mặt đất:
δ HH = δ0HH = 0.000563 m/T
δ HM = δ MH = δ0HM = 0.00011 T-1
δ MM = δ0MM = 0.000035 (T.m)-1
δ PP =
L0 + h
Kd
+
2.4986 × 10−5 (m/T)
E × A Ch × A =
Trong đó:
L0 = 0 – Chiều dài của cọc trên mặt đất.
EF
:độ cứng chòu uốn của tiết diện cọc với F = A c = 0.7854 m2
EF = Ec × A c = 3.39945e6 × 0.785398 = 2.66992e6 = 2.66992e6 T
EI
:độ cứng chòu uốn của tiết diện cọc
EI = Ec × I = 3.39945e6 × 0.0490874 = 166870.0 = 166870.0 T/ m2
h = 35m – Chiều dài cọc chôn sâu trong đất.
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 240
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
Kd =
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
D 1
= = 0.2 Hệ số xét đến sự giảm biến dạng của nền đối với những
5 5
đáy móng lớn.
C h = K × h = 600 × 35 = 21000T / m 3 - Hệ số nền của đất tại mũi cọc.
K = 600T/m4 - Hệ số ảnh hưởng của phản lực đất tại mũi cọc.
⇒ δ PP =
0 + 35
0.2
+
= 2.4986 × 10−5 T/m
3465289 × 0.7854 21000 × 0.8754
5.4.1.6
Xác đònh phản lực tại đỉnh cọc:
ρPP - Phản lực theo phương thẳng đứng do Chuyển vò thẳng đứng = 1 gây
ra.
ρHH - Phản lực ngang do chuyển vò ngang = 1 gây ra.
ρHM - Phản lực ngang do chuyển vò xoay = 1 gây ra.
ρMH - Phản lực Mô men do chuyển vò ngang = 1 gây ra.
ρMM - Phản lực mô men do chuyển vò xoay = 1 gây ra.
1
1
ρPP =
=
= 40022.4T / m
δPP 2.4986 ×10−5
δ MM
3.5 × 10−5
=
= 4606.95 T/m
2
δHH × δMM − δMH
0.00056 × 3.5 × 10−5 − 0.000112
δ HM
0.00011
ρMH = ρ HM =
=
= 14495.9 T/m
2
δ HH × δ MM − δ MH 0.00056 × 3.5 ×10−5 − 0.000112
δ HH
0.00056
ρMM =
=
= 74193.6 T/m
2
δ HH × δ MM − δ MH 0.00056 × 3.5 ×10−5 − 0.000112
ρHH =
5.4.1.7
Xác đònh các phản lực tại các liên kết của hệ cơ bản:
Xét theo phương ngang cầu:(Mx , Hy , NZ)
Ta có bảng đặc trưng hình học của các nhóm cọc:
Nhóm cọc
Số
cọc
2
2
2
xn
x2
α
tgα
sinα
cosα
sin2α
cos2α
1
-3 9
0
0
0
1
0
1
2
0
0
0
0
0
1
0
1
3
3
9
0
0
0
1
0
1
Trong đó:
Xn – Khoảng cách từ trọng tâm cọc tới trọng tâm mặt cắt theo phương
ngang cầu.
α - Góc xiên giữa trục dọc của cọc với trục thẳng đứng.
Các phản lực đơn vò được xác đònh theo các công thức sau:
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 241
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
n
r uu =
∑
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
n
∑
ρ × sin( α ) 2 +
PP
i =1
ρ × cos( α ) 2
HH
i =1
= 27613.44
n
r vv =
∑
ρ × cos( α ) 2 +
PP
i =1
n
∑
ρ × sin( α ) 2
MH
i =1
= 240134.4
n
r ww =
∑
i =1
+ 2×
ρ × cos( α ) 2 × ( x ) 2 +
i
PP
n
∑
i =1
n
∑
ρ × sin( α ) 2 × ( x ) 2 ...
i
HH
i =1
n
( ρ MH × sin( α ) × xi) + ∑ ( ρ MM)
i =1
= 1.52479e6
n
r uw =
∑
( ρ PP − ρ HH) × xi × sin( α ) × cos( α ) −
i =1
n
∑
( ρ MH × cos( α ) )
i =1
= −86785.2
Do hệ đối xứng nên: ruv = rvu = rvw = rwv = 0
5.4.1.7.1
Xét theo phương dọc cầu:(My, Hx , NZ)
Ta có bảng đặc trưng hình học của các nhóm cọc:
Nhóm cọc Số cọc xn
x2 α tgα sinα cosα sin2α cos2α
1
3
-1.5 2.25 0
0
0
1
0
1
2
3
1.5 2.25 0
0
0
1
0
1
Trong đó:
Xn – Khoảng cách từ trọng tâm cọc tới trọng tâm mặt cắt theo phương
dọc cầu.
α - Góc xiên giữa trục dọc của cọc với trục thẳng đứng.
Các phản lực đơn vò được xác đònh theo các công thức sau:
rvv = ∑ ki × ρ PP × Cos 2α + ∑ ki × ρ HH × Sin 2α = 6 × 40022.4 × 1 = 240134
ruu = ∑ k i ×ρPP × Sin 2α + ∑ k i ×ρHH Cos 2α = 6 × 4606.95 × 1 = 27641.7
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 242
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
ruw = rwu = ∑ k i × (ρPP − ρHH ) × x × Sinα × Cosα − ∑ k i × ρMH × Cosα
=-6×14495.9×1=-86976
rww = ∑ ki × ρ PP × xn2 × Cos 2α + ∑ ki × ρ HH × xn2 × Sin 2α + 2 × ∑ ki × ρ MH × xn × Sinα + ∑ ki × ρ MM
= 584822
Do hệ đối xứng nên ta có: rvu = ruv = rvω = rωv = 0
5.4.1.8
Xác đònh chuyển vò u, v ,w của bệ cọc:
Ta có bảng các tổ hợp nội lực tại đáy bệ cọc như sau:
TTGH
N(kN)
Hy(kN)
Mx(kN.m)
Hx(kN)
My(kN.m)
TTGH CĐI
1727.651
28.438
381.916
0.074
0.118
TTGH CĐII
1515.276
0.000
0.000
64.463
637.750
TTGH CĐIII
1679.108
24.713
331.889
24.021
256.835
TTGH SD
1318.596
19.025
255.506
19.422
211.290
TTGH ĐB
1575.954
206.125
736.779
396.074
1255.438
5.4.1.8.1
Hy , Nz)
Nhóm cọc Số cọc xn
1
2
3
2
2
2
-3
0
3
Xét trường hợp theo phương ngang cầu:(Mx,
x2
α
tgα
sinα
cosα
sin2α
cos2α
9
0
9
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
Ta xét cho trạng thái giới hạn cường độ I:
M x = 381.916T.m
H y = 28.438T
N z = 1727.6505T
Chuyển vò u, v,w của bệ cọc là nghiệm của hệ phương trình sau:
v × rvv = N z
u × ruu + w × ruw = H y
u × rwu + w × rww = M x
240134 × v = 1727.65
⇔
27641.7 × u − 86976 × w = 28.44
−86976 × u + 1485325.980 × w = 381.916
Giải hệ phương trình ta được:
u = 0.0072m
v = 0.0023m
w = 0.0004rad
Xác đònh nội lực tại đầu cọc:
P n = ρPP × (u × Sinα + (v + x × w) × Cosα)
H n = ρHH × (u × Cosα − (v + x × w) × Sinα) − ρMH × w
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 243
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
M n = ρMM × w − ρMH × (u × Cosα − (v + x × w) × Sinα)
Kết quả nội lực tính toán như bảng sau:
Nhóm Số
cọc cọc
1
2
2
2
3
2
xn sin cos u.sin
-3
0
3
0
0
0
1
1
1
0
0
0
u.cos (v + x.w)
Pn
0.0023 0.0060
0.0023 0.0072
0.0023 0.0084
Hn
Mn
241.230 4.740
287.942 4.740
334.654 4.740
-29.772
-29.772
-29.772
Ta nhận thấy nội lực trong nhóm cọc thứ 3 có nội lực lớn nhất.
Kiểm tra lại các giá trò tính toán:
Nhóm
Mn
cọc
1
-59.544
2
-59.544
3
-59.544
Tổng -178.631
P.cos
P.sin
P.x.cos
H.sin
H.cos
H.x.sin
482.459
575.884
669.308
1727.651
0.00
0.00
0.00
0.00
-1447.377
0.000
2007.924
560.546
0.00
0.00
0.00
0.00
9.479
9.479
9.479
28.438
0.00
0.00
0.00
0.00
P = ∑ P × Cosα − ∑ H × Sinα = 1727.651T
H = ∑ P × Sinα + ∑ H × Cosα = 28.438T
M = ∑ P × x × Cosα + ∑ H × x × Sinα + ∑ M = 381.916T.m
Sai số là 0%.
Tương tự ta tính cho các trạng thái giới hạn khác, ta lập được bảng sau:
Ta đổi đơn vò sang T, m.
Bảng tính chuyển vò của đài và nội lực lớn nhất tại đầu cọc
TTGH
N(T)
Hy(T)
Mx(T.m)
v (m)
u(m)
w(rad)
Pn(T)
Hn(T) Mn(T.m)
TTGH CĐI 1727.651
28.438
381.916
0.0072
0.0023
0.0004
334.654
4.740
-29.772
TTGH CĐII 1515.276
0.000
0.000
0.0063
0.0012
0.00000
252.546
5.640
-17.745
TTGH CĐIII 1679.108
24.713
331.889
0.0070
0.0021
0.0003
320.445
4.857
-28.196
TTGH SD 1318.596
19.025
255.506
0.0055
0.0019
0.0003
251.017
5.037
-25.791
TTGH ĐB 1575.954 206.125
736.779
0.0066
0.0087
0.0011
399.939 23.420 -117.358
v – chuyển vò theo phương thẳng đứng, m
u - chuyển vò theo phương ngang, m
w – chuyển vò xoay, rad
Pn, Hn, Mn – nội lực lớn nhất ở đầu cọc: lực dọc, lực cắt, momen ứng với các
trạng thái giới hạn
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 244
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
BẢNG TÍNH CHUYỂN VỊ BỆ CỌC VÀ NỘI LỰC TẠI ĐẦU CỌC
Xét trường hợp theo phương dọc cầu:(My, Hx, Nz)
Nhóm cọc Số cọc
1
2
3
3
xn
x2
α
tgα
-1.5
1.5
2.25
2.25
0
0
0
0
sinα cosα
0
0
1
1
sin2α
cos2α
0
0
1
1
Tính toán cho trạng thái giới hạn cường độ I.
M y = 626.02T.m
H x = 184.48T
N z = 1658.25T
Chuyển vò u, v,w của bệ cọc là nghiệm của hệ phương trình sau:
v × rvv = N z
u × ruu + w × ruw = H x
u × rwu + w × rww = M y
240134 × v = 1658.25
⇔
27641.7 × u − 86976 × w = 0.074
−86976 × u + 58482.98 × w = 0.118
Giải hệ phương trình ta được:
u = 0.000006m
v = 0.0072m
w = 0.000001rad
Xác đònh nội lực tại đầu cọc:
P n = ρPP × (u × Sinα + (v + x × w) × Cosα)
H n = ρHH × (u × Cosα − (v + x × w) × Sinα) − ρMH × w
M n = ρMM × w − ρMH × (u × Cosα − (v + x × w) × Sinα)
Kết quả nội lực tính toán như bảng sau:
α Sinα Cosα (v + x.w) Pn(T) Hn(T) Mn(T.m)
Nhóm cọc Số cọc x
1
3
-1.5 0
0
1
0.0072 287.874 0.012
-0.082
2
3
1.5 0
0
1
0.0072 288.009 0.012
-0.082
Ta nhận thấy nội lực trong nhóm cọc thứ 2 có nội lực lớn nhất.
Kiểm tra lại các giá trò tính toán:
Nhóm
Mn
Pcosα
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
Psinα
PxCosα
Hcosα Hsinα HxSinα
MSSV: CD03151
TRANG: 245
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
cọc
1
2
Tổng
(T.m)
-0.246
-0.246
-0.492
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
(T)
863.622
864.028
1727.651
(T)
0
0
0
(T.m)
(T)
-1295.433
1296.043
0.610
0.037
0.037
0.074
(T)
0
0
0
(T.m)
0
0
0
P = ∑ P × Cosα − ∑ H × Sinα = 1727.651T
H = ∑ P × Sinα + ∑ H × Cosα = 0.074T
M = ∑ P × x × Cosα + ∑ H × x × Sinα + ∑ M = 0.118T.m
Sai số của phép tính là 0%.
Các tổ hợp còn lại ta tính tương tự, kết quả tính toán như bảng sau:
Tổ
hợp
My
(T.m)
Hx
(T)
N
(T)
v
u
ω
Mn
(T.m)
Vn
(T)
Nn
(T)
CĐ1
0.118
0.074
1727.651
0.0072
0.0000
0.0000
-0.082
0.012
288.009
CĐ2
637.750
64.463
1515.276
0.0063
0.0023
0.0027
-13.812
-28.401
414.729
CĐ3
256.835
24.021
1679.108
0.0070
0.0009
0.0011
-4.722
-11.467
343.988
211.290
19.422
1318.596
0.0055
0.0007
0.0009
-3.741
-9.437
272.323
1255.438
396.074
1575.954
0.0066
0.0143
0.0080
-148.104
-50.520
745.337
Sử
dụng
Đặc
biệt
Qua kết quả tính toán ở trên ta nhận thấy Tổ hợp đặc biệt gây ra chuyển
vò tại đài cọc lớn nhất và Lực dọc trong cọc lớn nhất. Nên ta chọn tổ hợp đặc
biệt để Kiểm toán .
Kiểm tra chuyển vò ngang:
Ta có: u max = 1.43cm < [ u ] = 3.8cm ⇒ thõa điều kiện
Kiểm tra khả năng chòu lực dọc:
Tónh tải bản thân cọc: p c = γ c × A c × L = 2.5 × 0.7854 × 36.15 = 70.98T
Điều kiện kiểm tra:
Pn + γ DC × Pc = 385.17 + 1.25 × 70.98 = 473.9T < [P] = 514.2T ⇒ thõa điều kiện.
5.5
Tính toán sức chòu tải ngang của cọc:
Xác đònh mô men và chuyển vò ngang của 1 cọc thẳng đứng chòu mô
men và lực ngang tại cao trình mặt đất theo lý thuyết TERZAGHI.
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 246
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
σz =
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
ψ
M × C1
H × D1
K
× z e × (y0 × A1 − 0 × B1 + 2 0
+ 30
)
α bd
α bd
α bd × E × I α bd × E × I
2
M z = α bd
× E × I × y0 × A 3 − α bd × E × I × ψ 0 × B3 + M 0 × C3 +
H0
× D3
α bd
Q z = α 3bd × E × I × y 0 × A 4 − α 2bd × E × I × ψ 0 × B4 + M 0 × α bd × C 4 + H 0 × D 4
Trong đó:
Ze – Chiều sâu tính đổi xác đònh theo công thức: z e = α bd × z
Ai, Bi, Ci, Di – Các hệ số lấy theo bảng G3 phụ thuộc vào ze.
Mô men uốn và lực cắt tại cao trình mặt đất(Theo trạng thái giới hạn đặc biệt)
Do bệ trụ nằm trong đất nên ta có:
H 0 = H = 50.52 T
M 0 = M = -148.104 T.m
Chuyển vò ngang và góc xoay tại cao trình mặt đất:
0
y 0 = H 0 × δHH
+ M 0 × δ0HM = 50.52 × 0.000563 − 148.104 × 0.00011 = 0.012m
ψ 0 = H 0 × δ0MH + M 0 × δ0MM = 57.09 × 0.00011 − 164.1× 0.000035 = 0.00037rad
Kết quả tính toán ta lập thành các bảng sau:
BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ÁP LỰC σz (T/m2)
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 247
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
Z(m)
0
Ze
0
A1
1
B1
0
C1
0
D1
0
σz
0
0.3466
0.6932
1.0398
1.3865
1.7331
2.0797
2.4263
2.7729
3.1195
3.4661
3.8128
4.1594
4.506
4.8526
5.1992
5.5458
5.8924
6.2391
6.5857
6.9323
7.6255
8.3187
9.012
10.398
12.132
13.865
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.2
2.4
2.6
3
3.5
4
1
1
1
1
1
0.999
0.999
0.997
0.995
0.992
0.987
0.979
0.969
0.955
0.937
0.913
0.882
0.848
0.795
0.735
0.5749
0.3469
0.0332
-0.928
-2.928
-5.853
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.799
0.899
0.997
1.095
1.192
1.287
1.379
1.468
1.553
1.633
1.706
1.77
1.823
1.8871
1.8745
1.7547
1.0368
-1.272
-5.95
0.005
0.02
0.045
0.08
0.125
0.018
0.245
0.32
0.405
0.499
0.604
0.718
0.841
0.974
1.115
1.264
1.421
1.584
1.752
1.924
2.27217
2.60882
2.9067
3.225
2.463
-0.9268
0
0.001
0.005
0.011
0.021
0.036
0.057
0.085
0.121
0.167
0.222
0.288
0.365
0.456
0.56
0.678
0.812
0.961
1.126
1.308
1.72042
2.19535
2.72365
3.858
4.97982
4.5478
0.8834
1.7237
2.507
3.2163
3.8437
4.368
4.8251
5.1687
5.4215
5.6002
5.6716
5.6574
5.5716
5.4198
5.2151
4.9499
4.643
4.3799
3.9408
3.5587
2.7629
1.966
1.1999
-0.1991
-1.7104
-3.2968
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 248
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
MSSV: CD03151
TRANG: 249
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
z
ze
0
0.7
1.4
2.1
2.8
3.1
3.8
4.5
5.2
5.9
6.6
7.6
9
9.7
10.4
12.1
13.9
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
2.2
2.6
2.8
3
3.5
4
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
BẢNG KẾT QUẢ TÍNH Mz (T.m)
A3
B3
C3
D3
0
-0.0013
-0.0107
-0.036
-0.0853
-0.1214
-0.2215
-0.365
-0.5587
-0.8085
-1.118
-1.6933
-2.6213
-3.1034
-3.5406
-3.9192
-1.6143
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
0
-1E-04
-0.002
-0.011
-0.034
-0.055
-0.122
-0.238
-0.42
-0.691
-1.074
-1.906
-3.6
-4.717
-6
-9.544
-11.73
1
1
0.9997
0.9981
0.9918
0.9852
0.9598
0.9073
0.8105
0.6464
0.385
-0.271
-1.877
-3.108
-4.688
-10.34
-17.92
MSSV: CD03151
0
0.2
0.4
0.5997
0.7985
0.8971
1.0902
1.2732
1.4368
1.5662
1.6397
1.5754
0.9168
0.1973
-0.891
-5.854
-15.08
M(T.m)
-164.1
-125.6
-88.6
-54.59
-24.59
-11.34
11.362
28.853
41.203
48.771
52.052
50.359
39.593
32.197
24.349
6.7247
-0.935
TRANG: 250
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
MSSV: CD03151
TRANG: 251
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
BẢNG TÍNH GIÁ TRỊ LỰC CẮT Qz (T)
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 252
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
z
0
0.7
1.4
2.1
2.8
3.1
3.8
4.5
5.2
5.9
6.6
7.6
9
9.7
10.4
12.1
13.9
ze
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
2.2
2.6
2.8
3
3.5
4
A4
0
-0.02
-0.08
-0.17997
-0.31975
-0.40443
-0.60268
-0.83753
-1.105
-1.39623
-1.69889
-2.12481
-2.437
-2.34558
-1.96928
1.07408
9.244
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
B4
0
-0.004
-0.021
-0.072
-0.171
-0.243
-0.443
-0.73
-1.116
-1.613
-2.227
-3.36
-5.14
-6.023
-6.765
-6.789
-0.358
C4
0
-2E-04
-0.003
-0.016
-0.051
-0.082
-0.183
-0.356
-0.63
-1.036
-1.608
-2.849
-5.355
-6.99
-8.84
-13.69
-15.61
MSSV: CD03151
D4
1
1
0.9997
0.9974
0.9891
0.9803
0.9463
0.8754
0.7475
0.5287
0.1807
-0.692
-2.821
-4.445
-6.52
-13.83
-23.14
Q(T)
57.091
55.908
52.509
47.306
40.77
37.161
29.58
21.849
14.525
7.8227
1.973
-4.879
-10.24
-11.37
-11.57
-8.3
0.2626
TRANG: 253
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
MSSV: CD03151
TRANG: 254
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
5.6
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
Kiểm tra bê tông cọc:
5.6.1 Kiểm tra nén uốn:
Ta qui đổi tiết diện hình tròn về hình vuông:
a = Ac = 0.7854 = 0.886m
d2
322
= 16 × π ×
= 12868mm 2
4
4
Điều kiện kiểm tra:
'
Ta có: 0.1 × φ × f c × Ag = 0.1 × 0.75 × 30 × 785398 = 1767146 N = 1767.1KN
As = 16 × π ×
'
Nu = 385.17 x 9.81 = 3778.5KN > 0.1× φ × f c × Ag = 1767.1KN
Vậy ta kiểm toán mặt cắt theo điều kiện chòu nén uốn
Mux = 164.1 x 9.81 = 1609.8KN.m
Muy = 43.8 x 9.81 = 429.7KN.m
dc = 100 mm.
d s = h − d c = 886 − 100 = 786mm
f c' = 40MPa
f y = 280 MPa
0.05
0.05
β1 = 0.85 −
× ( f c' − 28 ) = 0.85 −
× ( 40 − 28 ) = 0.764
7
7
Xác đònh chiều cao chòu nén:
As × f y
12868 × 280
c=
=
= 156.55mm
'
0.85 × β1 × f c × b 0.85 × 0.764 × 40 × 886
a = β1 × c = 0.764 × 156.55 = 119.6mm
Sức kháng uốn của mặt cắt:
a
119.6
M n = As × f y × (d s − ) = 12868 × 280 × (786 −
)
2
2
=2616527648N.mm=2616.5KN.m
M r = φM × M n = 0.9 × 2616.5 = 2354.85
Sức kháng nén của mặt cắt:
Pr = φ × ( As × f y + Ac × f c' ) = 0.75 × (12868 × 280 + 785398 × 40)
= 26264220 N = 26264.2 KN
Điều kiện kiểm tra:
Pu M uy M ux
3778.5
1609.8
429.7
+
+
=
+
+
= 1 ⇒ thõa điều kiện
Pr M ry M rx 26264.2 2354.85 2354.85
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 255
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
5.6.2 Kiểm tra khả năng chòu cắt của cọcï:
Vu ≤ φ × Vn
Ta nhận thấy tải trọng va tàu gây ra lực cắt rất nên chọn tổ hợp đặc biệt
để thiết kế cốt đai Vu = Qz = 9.81× 57.09 = 560 KN
Xác đònh chiều cao chòu cắt hữu hiệu:
- d e − 0.5 × a = 786 − 0.5 ×119.6 = 726.2mm
dv = max
- 0.9 × d e = 0.9 × 786 = 707.4mm
- 0.72 × h = 0.72 × 886 = 637.9mm
Chọn dv = 726.2mm.
Khả năng chòu cắt của thép đai được xem là nhỏ nhất khi gốc nghiêng
của vết nứt
θ = 45° (5.8.3.4 22 TCN 272 - 05).
β = 2 (5.8.3.4 22 TCN 272 – 05).
Khả năng chòu cắt của bê tông:
1
1
×β× f c' × b × d v = × 2 × 40 × 886 × 726.2 = 678217N
12
12
Vu
560 ×1000
Vs =
− Vc ==
− 678217 = −55995N < 0 Bê tông đủ khả năng chòu
φv
0.9
Vc =
cắt
Nên ta bố trí cốt đai theo cấu tạo:
Chọn đai xoắn φ 12 a100 bố trí tại vò trí cọc trên đầu, Các đoạn cọc tiếp
theo biểu đồ lực cắt giảm dần ta bố trí a150 và a200.
d2
122
Av = 2 × π ×
= 2×π ×
= 226.19mm 2
4
4
Ta có : Vu = 560 KN > 0.5 × φ × Vc = 0.5 × 0.9 × 678.2 = 305.19 KN
Nên theo điều 5.8.2.4.1 ta kiểm tra cốt thép ngang tối thiểu:
Av × f y
226.19 × 280
=
= 136.2 ⇒ thõa
Ta có: S = 100 <
0.083 × f c' × b 0.083 × 40 × 886
Kiểm tra cốt đai theo điều kiện cấu tạo:
Vu
560 × 1000
=
= 0.021 < 0.1
Ta có : '
f c × b × d v 40 × 886 × 740.2
S = 100mm ≤ min(0.8 × d v ,600) = min(0.8 × 726.2,600) = 580.96mm ⇒ thõa điều kiện
5.6.3 Kiểm tra chống nứt:
Ta nhận thấy mô men tại vò trí đầu cọc là lớn nhất nên ta lấy mô men tại vò
trí đầu cọc dể kiểm tra
Ms = 1.72 x 9.81 = 16.87 KN.m
As = 12868 mm2
ds = 786mm
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 256
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
Giả sử xà mũ đặt trong điều kiện bình thường ta có Z = 30000N/mm
886
A = 100 × 2 ×
= 22150mm 2
8
Ứng suất cho phép trong cốt thép:
Z
30000
=
= 230.1MPa > 0.6 × f y = 0.6 × 280 = 168MPa
1/ 3
(d c × A)
(100 × 22150)1/3
Chọn f sa = 168MPa
Môđun đàn hồi của cốt thép thường: E s = 200000 MPA
f sa =
Môđun đàn hồi của bêtông:
'
E c = 0.043 × γ1.5
c × fc
với γ c = 2500 kg/m3
1.5
= 0.043 × 2500 × 40 = 33995 MPA
E
200000
s
Tỷ số mun đàn hồi: n = E = 33995 =5.88 Chọn n = 6
c
Hàm lượng cốt thép chòu kéo :
ρ=
As
12868
=
=0.0185
b × d s 886 × 786
ρ × n = 0.0185 × 7= 0.129
Bề rộng bêtông chòu nén :
x = d s × ( (ρ× n) 2 + 2 × ρ× n − ρ× n)
= 786 × ( 0.1292 + 2 × 0.129 − 0.129) = 310.5 mm
Momen quán tính của tiết diện :
Icr = b ×
x3
310.53
+ n × A s × (d s − x) 2 = 886 ×
+7 ×12868 × (786 − 310.5) 2 =2.9207 ×1010 mm 4
3
3
Ứng suất trong cốt thép :
ds − x
786-310.5
= 7 ×16.87 ×106 ×
=1.9MPa
Icr
2.9207 × 1010
Kiểm tra : f s = 1.9 MPa < f sa = 168 MPa => Thỏa điều kiện ở trạng thái
fs = n × Ms ×
giới hạn sử dụng
5.6.4 Kiểm tra ổn đònh đất nền quanh cọc:
Điều kiện kiểm tra:
σ z ≤ η1 × η2 ×
4
× (σ'v × tgϕ1 + ξ× C1 )
cos ϕ 1
Trong đó:
σ'v = ( γ w − 1) × z - Ứng suất có hiệu trong đất tại độ sâu z
γ w - Khối lượng thể tích tính toán của đất,(T/m 3).
ϕ1(°), C1(T/m2) – Góc ma sát trong và lực dính của đất.
ξ - hệ số lấy bằng 0.6 đối với cọc khoan nhồi.
η1 = 1
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 257
ĐATN: TK CẦU DẦM SUPER–T
GVHD: PGS_TS NGUYỄN BÁ HOÀNG
η2 - Hệ số xét đến phần tải trọng thường xuyên.
M + Mv
η2 = _ p
n× M p + M v
Mp – Mô men do tải trọng ngoài thường xuyên,(T.m)
Mv – Mô men ngoài do tải trọng tạm thời,(T.m).
_
n = 2.5
Do Mp = 0 nên ta có η2 = 1
3
Lớp 1: γ w = 1.475T / m
h = 2m
ϕ = 23°
C = 0.3KG/cm2 = 3T/m2.
3
Lớp 2a: γ w = 1.952T / m
h = 7m
3
Lớp 2b: γ w = 1.977T / m
h = 2m
3
Lớp 2c: γ w = 1.907T / m
h = 4m
Kết quả tính toán được lập thành bảng sau:
SVTH: HOÀNG PHÚ TUỆ
MSSV: CD03151
TRANG: 258
