Đồ Án Cầu Thép- Bách Khoa TP.HCM

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẦU ðƯỜNG

ðỒ ÁN CẦU THÉP

GVHD: ThS. NGUYỄN TĂNG THANH BÌNH
SVTT: TRỊNH THÀNH LINH
MSSV: 80901409
LỚP:

XD09CD01

NHÓM: A07


ðỒ ÁN CẦU THÉP

Mục lục
Chương 1.

THI CÔNG CẦU THÉP............................................................. 4

1.1 THUYẾT MINH BIỆN PHÁP THI CÔNG VÒNG VÂY HỐ MÓNG .. 4
1.1.1 Phạm vi áp dụng ................................................................................ 4
1.1.2 Phương pháp tính toán ....................................................................... 4
1.1.3 Thi công cọc ván thép ........................................................................ 5
1.1.4 Ưu ñiểm ............................................................................................. 5
1.1.5 Nhược ñiểm ....................................................................................... 6
1.2 TÍNH TOÁN VÒNG VÂY CỌC VÁN THÉP THI CÔNG MÓNG ....... 6
1.2.1 Thông số ban ñầu ............................................................................... 8

1.2.2 Tính chiều dày lớp bê tông bịt ñáy .................................................... 9
1.2.3 Tính chiều sâu CVT và kiểm tra ổn ñịnh chống lật của tường cọc
ván ............................................................................................................. 11
1.2.4 Tính toán ñộ bền các bộ phận của vòng vây cọc ván thép .............. 17
1.3 TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN THI CÔNG BỆ MÓNG .......................... 28
1.3.1 Thông số ban ñầu ............................................................................. 28
1.3.2 Áp lực ngang của bê tông tác dụng vào ván khuôn ......................... 29
1.3.3 Tính toán nội lực ván khuôn ............................................................ 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 35
Chương 2.

THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP ................................................. 37

2.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................... 37
2.2 CẤU TẠO .............................................................................................. 37
2.2.1 Vật liệu ............................................................................................. 37
2.2.2 Kích thước cơ bản các bộ phận cầu ................................................. 37
2.2.3 Kích thước mặt cắt dầm chủ ............................................................ 37
2.2.4 Tính toán ñặc trưng hình học ........................................................... 37
2.3 TẢI TRỌNG VÀ HIỆU ỨNG TẢI TRỌNG ......................................... 37
2.3.1 Hệ số tải trọng .................................................................................. 37
2.3.2 Xác ñịnh nội lực do tĩnh tải ............................................................. 37
2.3.3 Xác ñịnh nội lực do hoạt tải ............................................................. 37

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 2


ðỒ ÁN CẦU THÉP

2.3.4 Tổ hợp nội lực .................................................................................. 37
2.4 KIỂM TOÁN .......................................................................................... 37
2.4.1 Xác ñịnh ñặc trưng hình học dầm giai ñoạn chảy dẻo ..................... 37
2.4.2 Kiểm tra tính cân xứng của mặt cắt dầm chủ .................................. 37
2.4.3 Kiểm toán dầm chủ theo TTGH cường ñộ 1 ................................... 37
2.4.4 Kiểm toán dầm chủ theo TTGH mỏi ............................................... 37
2.4.5 Kiểm toán dầm chủ theo TTGH sử dụng......................................... 37
2.4.6 Tính toán bố trí sường tăng cường................................................... 37
2.4.7 Tính toán bố trí neo liên kết ............................................................. 37
2.4.8 Thiết kế tính toán mối nối ................................................................ 37
2.5 KẾTLUẬN ............................................................................................. 37

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 3


ðỒ ÁN CẦU THÉP

Chương 1.THI CÔNG CẦU THÉP
1.1 THUYẾT MINH BIỆN PHÁP THI CÔNG VÒNG VÂY HỐ
MÓNG
1.1.1 Phạm vi áp dụng
• Cọc ván thép (CVT) ñược sử dụng phổ biến ñể gia cố hố hóng sâu >5m
hoặc ñóng qua lớp ñất ñá cứng.
• Sử dụng rộng rãi trong các trường hợp ñất nền không ổn ñịnh và thấm
nước thậm chí cả những loại ñất nền phức tạp.
• Thích hợp với mọi chiều sâu nước.
• Có nhiều loại vòng vây CVT: vòng vây cọc ván ñơn, vòng vây cọc ván

kép và ñất ñắp, vòng vây có ngăn nhiều ô khép kín.

1.1.2 Phương pháp tính toán
Nội dung tính toán:
•
•
•
•

Chiều sâu chôn cọc trong ñất nền
Chiều dày lớp bê tông bịt ñáy
Ổn ñịnh chống lật của tường cọc ván
ðộ bền các bộ phận của vòng vây: cọc ván thép vành ñai và khung
chống.

Các dữ kiện ñể tính toán:
• Kích thước bệ móng,cao ñộ ñặt ñáy móng.
• Tình hình ñịa chất lòng sông.
• ðiều kiện thủy văn: mực nước thi công,mược nước cao nhất,mực nước
thấp nhất,vận tốc nước,mức xói chung và xói cục bộ.
• Những ñặc trưng kỹ thuật của cọc ván thép.
• ðiều kiện thông thuyền trên sông.
• ðiều kiện cung ứng vật tư và thiết bị thi công
Khi tính toán vòng vây cọc ván cần chú ý:
• Ổn ñịnh chống lật
• Ổn ñịnh chống trược khi cọc ván ngàm ít hoặc không ngàm trong nền
• Ổn ñịnh chống chuyển vị lớn ở ñỉnh vòng vây do ứng lực cắt thẳng
ñứng và nằm ngang
• Ổn ñịnh chống phá hoại theo dạng mặt cong trong phạm vi ñáy vòng
vây

• Ổn ñịnh chống xé rách mộng nối cọc ván do lực theo hướng vĩ tuyến

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 4


ðỒ ÁN CẦU THÉP

• Ổn ñịnh chống trược dạng lăng thể dưới ñáy vòng vây
• Ổn ñịnh chống nghiêng lệch do ñất ñắp bị thất thoát và lọt ra ngoài
vòng vây
• Ổn ñịnh chống cắt trượt tổng thể công trình
• Ổn ñịnh chống cắt dọc theo dọc ñường tim thẳng ñứng
• Ổn ñịnh chống lún lệch và khả năng chịu lực của ñất nền.

1.1.3 Thi công cọc ván thép
Trên mặt bằng kích thước vòng vây phải lớn hơn kích thước của móng
ít nhất 0.75m mỗi bên. ðối với những bệ móng ñược xây dựng trên cạn thì
kích thước vòng vây phải phù hợp với việc bố trí ván khuôn. ðối với móng có
bố trí cọc xiên vị trí cọc ván thép phải ñược tính toán sao cho mũi cọc ván
thép phải cách xa cọc móng không nhỏ hơn 1m với loại vòng vây không có bê
tông bịt ñáy và không nhỏ 0.5m với loại vòng vây có lớp bịt ñáy.
ðỉnh vòng vây phải cao hơn mực nước ngầm 0.3m và cao hơn mực
nước thi công 0.7m. ðể giảm bớt chiều dài tự do của các thanh chống ngang ta
có thể ñóng thêm các thanh chống ñứng ở những chỗ giao nhau của hệ thanh
chống. ðể ñảm bảo ñiều kiện hợp long cho vòng vây cọc ván ñược dễ dàng,
ngay từ ñầu nên xỏ vòng vây cọc ván theo từng nhóm 6-12 thanh ăn khớp vào
từng nhóm ñã ñóng trước. Với giải pháp này khả năng hợp long sẽ dễ dàng vì
chỉ cần ñộ nghiêng lớn hơn ñộ dốc 1:300 ñã gây khó khăn cho việc hợp long

khép kính vòng vây.
Cọc ván thường ñược ñóng bằng búa máy (búa rung là hiệu quả nhất).
Ta có thể ñóng một lúc 2-3 cọc ván ñã ñược liên kết thành mảng. Cần chú ý là
mũi cọc cần ñược cắt vát với ñộ xiên 1:4,tuy nhiên nếu trong ñất có lẫn tạp
chất như ñá, rễ cây… thì phải cắt cọc vuông góc với trục.
Trình tự thi công cọc ván thép gồm các bước cơ bản sau: ñóng cọc ñịnh
vị, liên kiết và hạ xà dẫn hướng, xỏ toàn bộ cọc ván thép ñến chỗ gỗ ñệm thì
tháo bu lông tạm ñể ñóng cọc. Có thể trát ñất sét chèn khe hở giữa các cọc ñể
nước bên ngoài không tràn vào, bôi mỡ trước khi ñóng ñể tháo lên dễ dàng.

1.1.4 Ưu ñiểm
• ðóng qua ñược các lớp ñất ñá cứng khác nhau, nơi có chiều sâu ñào lớn
và mực nước cao, ít bị cong vênh.
• CVT có khả năng tái sử dụng lại cao nên làm giảm chi phí vật liệu.
• Khớp mộng ñảm bảo khả năng chịu lực và ngăn nước tốt.
• Vật liệu thép có cường ñộ lớn nên làm giảm tiết diện các bộ phận vòng
vây.

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 5


ðỒ ÁN CẦU THÉP

• Dễ thi công và có khả năng cơ giới hóa cao.
• Ngoài ra,có thể xoay ñược xung quanh trục của khớp nên cho phép cấu
tạo ñược những góc gãy khúc.

1.1.5 Nhược ñiểm

• Vật liệu thép bị gỉ nhanh chóng trong ñất chứa nhiều axít, ñất phèn,
nước biển.
• Tính toán thiết kế phức tạp.
• Cần phải có máy móc thi công chuyên biệt khi hạ và nhổ cọc ván thép.

1.2 TÍNH TOÁN VÒNG VÂY CỌC VÁN THÉP THI CÔNG
MÓNG
13000
11000

1000

4600

1000

1200

7000

9000

1200

1000

1000

1200

4300

4300

1200

Hình 1. Kích thước các bộ phận trên mặt bằng của vòng vây cọc thép

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 6


ðỒ ÁN CẦU THÉP

MNTC +2.5m

2000

h

500

t

500

CVT : AU 18

Hình 2. Thông số cơ bản của vòng vây

Trình tự thi công vòng vây hố móng như sau:
•
•
•
•
•
•
•

Hạ cọc ñịnh vị.
Lắp hệ vành ñai khung chống, thanh dẫn hướng.
Hạ vòng vây CVT.
Lắp thanh chống tạm thời ở cao ñộ +2.8m
ðào ñất hố móng ñến cao ñộ thiết kế.
ðổ bê tông bịt ñáy.
Khi bê tông bịt ñáy ñạt cường ñộ, tiến hành hút nước trong hố móng
ñồng thời kết hợp lắp tiếp các tầng khung chống phía trong bên dưới.
• ðổ 10cm bê tông tao phẳng.
• Xử lý ñầu cọc, nối cốt thép ñầu cọc.
• Lắp ván khuôn, ñặt cốt thép, ñổ bê tông bệ móng.

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 7


ðỒ ÁN CẦU THÉP

1.2.1 Thông số ban ñầu

CVT hạ lớp ñất tốt có tính chất cơ lý:
•
•
•
•
•
•
•

ðịa chất : sét pha cát.
ðộ ẩm : W=23%
Dung trọng tự nhiên : γ=1.87T/m3
Dung trọng khô : γ’=1.02 T/m3
Lực dính : c=0.25 T/m2
Góc ma sát trong : φ=21019’
Cao trình ñường xói cục bộ : +7.0m

Chọn bê tông bịt ñáy là B15 :
• Rb = 8.5 Mpa = 850 T/m2
• Rbt = 0.75 Mpa = 75 T/m2
• γbt = 2.4 T/m3
Gọi chiều dày lớp bê tông bịt ñáy là t (m).
Lớp ñệm là lớp nằm giữa lớp bê tông bịt ñáy và lớp bùn. Cấu tạo gồm cát
thô và ñá dăm, γlop_dem =2 T/m3 . Có tác dụng :
• Nâng cao ñộ lớp bê tông bịt ñáy ñể ñạt ñến cao ñộ thiết kế.
• Là lớp phân cách giữa lớp bùn và lớp bê tông bịt ñáy mới ñược ñổ.
Nhằm không cho lớp bê tông bị lẫn và lớp bùn làm giảm cường ñộ và
ảnh hưởng ñến tính toàn khối của bê tông.
• Tạo ñộ bằng phẳng ñể bề dày lớp bê tông bịt ñáy ñồng ñều.
Cao ñộ ñáy bệ móng nằm thấp hơn cao ñộ ñường xói cục bộ 0.5m, vậy ñáy

hố móng ñã nằm trong lớp ñất tốt, dưới lớp bùn. Do ñó, chỉ cần bố trí lớp ñệm
(cát thô + ñá dăm) theo cấu tạo có chiều dày tương ñối nhỏ. Chọn chiều dày
lớp ñệm là 0.5m
Do vòng vây có dạng hình chữ nhật không quá phức tạp, diện tích mặt
bằng thi công rộng nên ta chọn CVT dạng chữ U, loại AU 18 theo Catalog của
nhà sản xuất Acerlor, phiên bản General Catalog, Edition 2006. Một số thông
số chính của CVT chữ U, loại PU 6:
• Khối lượng : 0.076 T/m2 của tường CVT.
• Moment quán tính : 6780 cm4/m.
Ưu ñiểm của cọc ván thép tiết diện chữ U so với các tiết diện khác:
• Nguồn cung cấp dồi dào, do ñây là tiết diện xuất hiện ñầu tiên nên có
nhiều nhà sản xuất ñể lựa chọn.
• Tiết diện có bề rộng tương ñối lớn (lớn hơn tiết diện chữ Z) nên có thể
giảm số lượng cọc, giảm thời gian ñóng cọc, tăng tốc ñộ thi công.

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 8


ðỒ ÁN CẦU THÉP

• Tiết diện chữ U có moment kháng uốn lớn nên ít bị cong vênh, ñóng
qua ñược các lớp ñất ñá cứng, chướng ngại vật, tái sử dụng ñược nhiều
lần.
• Khi nối các CVT lại với nhau, ta ñược moment kháng uốn của vòng
vây gấp ñôi moment kháng uốn của từng cọc ñơn lẻ.
• Mối nối giữa các CVT tương ñối kín nước.
Nhược ñiểm của CVT chữ U so với các dạng tiết diện khác:
• Chiếm diện tích thi công lớn do tiến diện nối lại lớn gấp ñôi tiết diện 1

CVT.
• Khó dùng cho các vòng vây có hình dạng phức tạp : hình tròn, ovan, …
những hình có góc chuyển hướng khác 900 .
• Trọng lượng trên 1 ñơn vị chiều dài lớn.

1.2.2 Tính chiều dày lớp bê tông bịt ñáy
1.2.2.1 Trường hợp 1
Xét toàn bộ vòng vây chịu tác dụng của lực ñẩy nổi. ðiều kiện an toàn
của vòng vây :
Pg ≥ k × Pdn

, với k = 1.3÷1.5

Lực ñẩy nổi tác dụng lên vòng vây :
Pdn = H × F × γ = (10 + t ) ×117 ×1 = 117(10 + t ) , (T)

Trong ñó:
• H (m) : chiều sâu cột nước tính từ ñáy lớp bê tông bịt ñáy ñến mực
nước thi công
• F = 9×13 = 117m2 : diện tích chịu tác dụng của lực ñẩy nổi, tính theo
ñường tim vòng vây cọc ván thép (CVT)
• γ =1 T/m3 : dung trọng của nước
Lực cản chống ñẩy nổi:
Pg = P1 + P2 + P3

Trọng lượng của các bộ phận vòng vây (P1):
Chọn sơ bộ chiều sâu cắm vào ñất của CVT dưới ñường xói là
h= 6m. Vậy chiều dài sơ bộ của CVT là L= 0.7+9.5+6 = 16.2m.
Vòng vây lúc này có CVT, hệ vành ñai, khung chống và bê tông
bịt ñáy. Bỏ qua trọng lượng của bộ phận thiết bị dùng ñể ñóng cọc,

vành ñai, khung chống. Trọng lượng của bản thân vòng vây và lớp bê
tông bịt ñáy :

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 9


ðỒ ÁN CẦU THÉP

P1 = C × L × γ CVT + F × t × γ bt
= 44 ×16.2 × 0.076 + 117 × t × 2.4
= 54.17 + 280.8t (T )

Do lực ma sát giữa cọc chính và ñất (khi cọc bị nhổ) lớn hơn ma sát
giữa bê tông bịt ñáy và CVT, nên ta lấy ma sát giữa bê tông bịt ñáy và CVT ñể
tính toán (CVT bị nhổ trước khi cọc chính vị nhổ).
Lực ma sát giữa cọc chính của móng công trình với lớp bê tông bịt ñáy:
P2 = n × Ftx × f1 = 6 × (π ×1.2 × t ) × 5 = 113.1t , (T )

Lực ma sát giữa chân CVT và ñất:
P3 = C × h × f 2 = 44 × 6 × 2.5 = 660 T
⇒ Pg = 54.17 + 280.8t + 113.1t + 660 = 714.17 + 393.9t (T )

Trong ñó:
• n : số cọc chính của móng công trình.
• Ftx (m2) : diện tích tiết xúc giữa mặt bên 1 cọc với bê tông bịt ñáy.
• f1 =5 T/m2 : lực ma sát ñơn vị giữa cọc chính và bê tông bịt ñáy, (f1 =
2÷6 T/m2, tham khảo tài liệu ðh BKDN).
• C = 44m : chu vi vòng vây, tính theo ñường tim CVT.

• h : chiều sâu nằm trong ñất của CVT. Chiều sâu tối thiểu của CVT phải
thấp hơn ñường xói cục bộ 2m nên ta chọn h=2m.
• f2 : lực ma sát ñơn vị của ñất và CVT trong phạm vi cắm CVT, f2 = c
=2.5 T/m2.
ðiều kiện an toàn của vòng vây:
Pg ≥ k × Pdn
⇒ 714.17 + 393.9t ≥ 1.3 × 117 × (10 + t )
⇒
t ≥ 2.94 m

Chọn chiều dày lớp bê tông bịt ñáy t = 3.0 m

1.2.2.2 Trường hợp 2 (theo ñiều kiện ổn ñịnh về cường ñộ)
Tách một dải bê tông bịt ñáy có bề rộng b=1m dọc theo ñường tim trụ
theo hướng thượng lưu – hạ lưu và coi nó như dầm có chiều dài l=2.2m. Dầm
có 1 ñầu ngàm tại tim hàng cọc biên, còn 1 ñầu hẫng là chỗ tiếp giáp với cọc
ván thép.
Tải trọng tác dụng bao gồm:
• Trọng lượng bản thân của lớp bê tông bịt ñáy là tải trọng phân bố ñều:
q1 = γ bt × t × b = 2.4 × 3 ×1 = 7.2 T / m

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 10


ðỒ ÁN CẦU THÉP

• Áp lực ñẩy nổi của nước, là lực phân bố ñều:
q2 = γ × H × b = 1×14.1×1 = 14.1T / m

• Lực ma sát với cọc ván thép ở ñầu hẫng, là lực tập trung
P4 = b × t × f3 = 1× 3 × 3.5 = 10.5 T

Trong ñó:
• f3 = 3.5 T/m2 : lực ma sát ñơn vị giữa bê tông bịt ñáy và CVT, f3 =
3.5÷4 T/m2
P4

q1

q2

l

Hình 3. Sơ ñồ tính toán dải bê tông rộng 1m theo ñiều kiện ổn ñịnh về cường ñộ

Nội lực trong dầm:
M max =

( q1 − q2 ) l 2 + Pl = 7.2 − 14.1 2.22 + 10.5 × 2.2 = 6.40 T .m
2

2

Moment kháng uốn của dầm:
b t 2 1× 32
W=
=
= 1.5 m3
6

6

Ứng suất kéo trong dầm:
σ=

M 6.40
=
= 4.267 T / m2 < Rbt = 75T / m 2
W
1.5

Vậy chiều dày lớp bê tông bịt ñáy ñã chọn thỏa ñiều kiện ổn ñịnh về
cường ñộ.

1.2.3 Tính chiều sâu CVT và kiểm tra ổn ñịnh chống lật của tường cọc
ván
Giả thiết tính toán:
• Lòng sông bị xói ñến ñường xói cục bộ có cao trình -7.0m.
• Vòng vây ñã khép kín bằng CVT và cọc ván ñã hạ ñến ñáy sông.
• Vòng vây ñã lắp ñặt khung chống tạm thời ở cao ñộ +2.8m và tiến hành
ñào ñất trong vòng vây ñến cao ñộ ñáy lớp ñệm ñể chuẩn bị thi công
lớp ñệm, ñổ bê tông bịt ñáy.
• Mực nước trong vòng vây có cao ñộ bằng với mực nước xung quanh.

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 11


ðỒ ÁN CẦU THÉP

• ðất dưới ñáy sông là ñất sét không thấm nước, không áp lực nước tác
dụng vào CVT ở dưới lớp ñất sét. Do ñó không xét ñến áp lực lỗ rỗng
trong ñất, áp lực ñẩy nổi bằng 0 : γ’ = γ = 1.87 T/m3
• Lấy lực dính của ñất : c = 0 ñể xét ñến trường hợp nguy hiểm hơn. Nếu
xét lực dính c ≠ 0, thì phải ñồng thời bớt ñi ở áp lực chủ ñộng 1 giá trị
−2c k a và cộng thêm cho áp lực bị ñộng cùng 1 giá trị 2c k p , do ñó sẽ

ít nguy hiểm hơn.
• Không xét ñến khả năng chuyển vị của tường CVT về phía hố móng,
tạo ra khe hở thẳng ñứng giữa ñất và vòng vây do tường CVT ñược ñổ
bê tông bịt ñáy và lắp ñặt thanh chống trước khi hút cạn nước trong hố
móng.
Tiến hành xác ñịnh chiều sâu tối thiểu của cọc ván thép theo phương pháp
cân bằng. Xem như CVT quay xung quanh ñiểm O tại vị trí thanh chống tạm
của vòng vây. Tính toán áp lực ñất tác dụng vào CVT theo lý thuyết Rankine.

1.2.3.1 Trường hợp 1: áp lực bên ngoài là áp lực chủ ñộng, bên trong là
áp lực bị ñộng

h

t + 500

y

P

y

a

H

pw

H

aw

y

pw

y

aw

+2.5m

Hình 4. Sơ ñồ áp lực tác dục vào CVT

Hệ số áp lực ñất chủ ñộng và bị ñộng:

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 12


ðỒ ÁN CẦU THÉP

21.320 
 0 ϕ
2
0
K a = tan  45 −  = tan  45 −
 = 0.4668
2
2 



21.320 
ϕ

K p = tan 2  450 +  = tan 2  450 +
 = 2.1423
2
2 


2

Hệ số vượt tải của áp lực ñất chủ ñộng và bị ñộng:
na = 1.2
n p = 0.8

Áp lực nước chủ ñộng và bị ñộng:
Paw = γ w × H aw = 1 × 9.5 = 9.5 T / m 2

Ppw = γ w × H pw = 1×13.5 = 13.5 T / m 2

Áp lực ñất chủ ñộng và bị ñộng :
Pa1−1 = K a × na × γ w × H aw = 0.4668 × 1.2 × 1 × 9.5 = 5.3215 T / m 2

Pa1− 2 = Pa1−1 + K a × na × γ × h
= 5.3215 + 0.4668 × 1.2 × 1.87 × h
= 5.3215 + 1.0475h (T / m 2 )

Pp1−1 = K p × n p × γ w × H pw = 2.1423 × 0.8 ×1×13.5 = 23.1368 T / m 2
Pp1− 2 = Pp1−1 + K p × n p × γ × ( h − t − 1)
= 23.1368 + 2.1423 × 0.8 ×1.87 × ( h − 4 )
= 23.1368 + 3.2049( h − 4) (T / m 2 )

Lực ngang của nước và ñất tác dụng vào CVT:
Eaw =

1
1
Paw × H aw = 9.5 × 9.5 = 45.125 (T )
2
2

E pw =

1
1
Ppw × H pw = 13.5 ×13.5 = 91.125 (T )
2
2

Ea =
=

Pa1−1 + Pa1−2
×h
2
5.2315 + [5.2315 + 1.0475h]

2
= 5.2315h + 0.5238h 2 (T )

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

h

Page 13


ðỒ ÁN CẦU THÉP

Pp1−1 + Pp1− 2

Ep =

×h
2
23.1368 + [ 23.1368 + 3.2049(h − 4) ]

=

2

( h − 4)

= 23.1368 ( h − 4 ) + 1.6025 ( h − 4 ) (T )
2

ðiểm ñặt của các lực so với ñiểm O:
yaw =

2
2
H aw + 0.3 = 9.5 + 0.3 = 6.6333 (m)
3
3

y pw =

2
2
H pw + 0.3 = 13.5 + 0.3 = 9.3 (m)
3
3

ya =

Pa1−1 + 2 Pa1− 2 h
× + H aw + 0.3
Pa1−1 + Pa1− 2 3

=

5.3215 + 2 × [5.3215 + 1.0475h] h
× + 9.5 + 0.3
5.3215 + [5.3215 + 1.0475h]
3

=

5.3215 + 0.6983h
h + 9.8 (m)
10.643 + 1.0475h

yp =

Pp1−1 + 2 Pp1−2
Pp1−1 + Pp1−2

×

h − t −1
+ H pw + 0.3
3

=

23.1683 + 2 × [ 23.1683 + 3.2049(h − 4) ] h − 4
×
+ 13.5 + 0.3

23.1683 + [ 23.1683 + 3.2049(h − 4) ]
3

=

23.1683 + 2.1366(h − 4)
(h − 4) + 13.8 (m)
46.3366 + 3.2049(h − 4)

Moment do áp lực chủ ñộng gây ra:
Ml = Eaw×yaw + Ea×ya
Moment do áp lực bị ñộng gây ra:
M g = E pw × y pw + E p × y p

ðiều kiện ñể CVT ổn ñịnh:
Ml = m×Mg
Hệ số ñiều kiện làm việc : xét tương tự như ñối với CVT không có văng
chống, m=0.95
Ta tiến hành lập bảng, dùng phép tính thử dần ñể tìm ñộ sâu chôn CVT.
Bảng 1. Bảng tính thử dần chiều sâu h của ñáy CVT

h
(m)
4

Ea
(T)
29.31

ya

(m)
11.99

Ep
(T)
0.00

yp
(m)
13.80

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Ml
(T.m)
650.67

m×Mg
(T.m)
805.09

Ml - m×Mg
(T.m)
-154.42

Page 14


ðỒ ÁN CẦU THÉP

5
39.25 12.57 24.74 14.31 792.92 1141.43
-348.51
6
50.25 13.17 52.68 14.84 961.13 1547.85
-586.72
7
62.29 13.78 83.83 15.39 1157.38 2030.44
-873.07
8
75.38 14.39 118.19 15.94 1383.77 2595.30 -1211.53
9
89.51 15.00 155.75 16.51 1642.39 3248.51 -1606.11
Do phương trình ñược thiết lập ở trên là phương trình bậc 2 nên có 2 nghiệm,
ta loại bỏ nghiệm không hợp lý.
Từ kết quả trên cho thấy, CVT ổn ñịnh với mọi ñộ sâu cắm cọc. Ta
chọn chiều sâu chôn CVT thấp hơn 2m so với ñáy lớp ñệm : h = 6.0m

1.2.3.2 Trường hợp 2: áp lực bên ngoài là áp lực bị ñộng, bên trong là
áp lực chủ ñộng

h

t + 500

y

a

y

p

H

aw

H

pw

y

aw

y

pw

+2.5m

Hình 5. Sơ ñồ áp lực tác dục vào CVT

Áp lực nước chủ ñộng và bị ñộng:
Paw = γ w × H aw = 1× 13.5 = 13.5 T / m 2

Ppw = γ w × H pw = 1× 9.5 = 9.5 T / m 2

Áp lực ñất chủ ñộng và bị ñộng :

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 15


ðỒ ÁN CẦU THÉP

Pa1−1 = K a × na × γ w × H aw = 0.4668 × 1.2 × 1× 13.5 = 7.5622 T / m 2

Pa1−2 = Pa1−1 + K a × na × γ × ( h − 1 − t )
= 7.5622 + 0.4668 ×1.2 ×1.87 × ( h − 4 )
= 7.5622 + 1.0475 ( h − 4 ) (T / m2 )
Pp1−1 = K p × n p × γ w × H pw = 2.1423 × 0.8 ×1× 9.5 = 16.28 T / m2
Pp1− 2 = Pp1−1 + K p × n p × (γ − γ w ) × h
= 16.28 + 2.1423 × 0.8 × 1.87 × h
= 16.28 + 3.205h (T / m 2 )

Lực ngang của nước và ñất tác dụng vào CVT:
Eaw =

1
1
Paw × H aw = 13.5 ×13.5 = 91.125(T )
2
2

E pw =

1
1

Ppw × H pw = 9.5 × 9.5 = 45.125 (T )
2
2

Pa1−1 + Pa1−2
× (h − t − 1)
2
7.5622 + 7.5622 + 1.0475 ( h − 4 ) 

Ea =
=

2

( h − 4)

= 7.5622 ( h − 4 ) + 0.5238 ( h − 4 ) (T )
2

Ep =
=

Pp1−1 + Pp1− 2

×h
2
16.28 + [16.28 + 3.205h ]

2
= 16.28h + 1.6025h 2 (T )

h

ðiểm ñặt của các lực so với ñiểm O:
yaw =

2
2
H aw + 0.3 = 13.5 + 0.3 = 9.3 (m)
3
3

y pw =

2
2
H pw + 0.3 = 9.5 + 0.3 = 6.6333 (m)
3
3

ya =

Pa1−1 + 2 Pa1− 2 h − t − 1
×
+ H aw + 0.3
Pa1−1 + Pa1− 2
3

=

6.5622 + 2 × 7.5622 + 1.0475 ( h − 4 )  h − 4
×
+ 13.5 + 0.3
3
7.5622 + 7.5622 + 1.0475 ( h − 4 ) 

=

7.5622 + 0.6983 ( h − 4 )
( h − 4 ) + 13.8 (m)
15.1244 + 1.0475 ( h − 4 )

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 16


ðỒ ÁN CẦU THÉP

yp =

Pp1−1 + 2 Pp1− 2
Pp1−1 + Pp1− 2

h
× + H pw + 0.3
3

=

16.28 + 2 × [16.28 + 3.205h ] h
× + 9.5 + 0.3
16.28 + [16.28 + 3.205h ]
3

=

16.28 + 2.1367h
h + 9.8 (m)
32.56 + 3.205h

Moment do áp lực chủ ñộng gây ra:
Ml = Eaw×yaw + Ea×ya
Moment do áp lực bị ñộng gây ra:
M g = E pw × y pw + E p × y p

ðiều kiện ñể CVT ổn ñịnh:
Ml = m×Mg
Hệ số ñiều kiện làm việc : xét tương tự như ñối với CVT không có văng
chống, m=0.95
Ta tiến hành lập bảng, dùng phép tính thử dần ñể tìm ñộ sâu chôn CVT.
Bảng 2. Bảng tính thử dần chiều sâu h của ñáy CVT

m×Mg Ml - m×Mg
h
Ea
ya
Ep
yp
Ml

(m)
(T)
(m)
(T)
(m)
(T.m)
(T.m)
(T.m)
4
29.31 11.99 0.00 13.80 650.67 805.09
-154.42
5
39.25 12.57 24.74 14.31 792.92 1141.43
-348.51
6
50.25 13.17 52.68 14.84 961.13 1547.85
-586.72
7
62.29 13.78 83.83 15.39 1157.38 2030.44
-873.07
8
75.38 14.39 118.19 15.94 1383.77 2595.30 -1211.53
9
89.51 15.00 155.75 16.51 1642.39 3248.51 -1606.11
Do phương trình ñược thiết lập ở trên là phương trình bậc 2 nên có 2 nghiệm,
ta loại bỏ nghiệm không hợp lý.
Từ kết quả trên, ta chọn chiều sâu chôn CVT thấp hơn 2m so với ñáy
lớp ñệm : h = 6.0m

1.2.4 Tính toán ñộ bền các bộ phận của vòng vây cọc ván thép

1.2.4.1 Kiểm tra khả năng chịu lực của CVT
Tách tường CVT ra thành từng ñoạn dài 1m và xét 4 sơ ñồ tính của CVT
ñể tìm ra nội lực lớn nhất trong quá trình thi công:
• Sơ ñồ 1: Tường CVT ñược tính như 1 dầm consone tựa trên các gối là
các ñiểm tựa của hệ thanh chống và 1 ñiểm tựa cách mặt bê tông bịt
ñáy 0.5m. ðầu ngàm của consone tại vị trí ñáy lớp ñệm. Trong vòng

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 17


ðỒ ÁN CẦU THÉP

vây ñã ñược hút hết nước. CVT chịu tất cả các áp lực ñất, nước chủ
ñộng và bị ñộng.
• Sơ ñồ 2 : Tường CVT coi như dầm liên tục có gối tựa là các ñiểm tiếp
xúc với các tầng thanh chống, 1 ñiểm tựa cách mặt bê tông bịt ñáy 0.5m
và có ñầu mút thừa ở tại ñáy CVT. Trong vòng vây ñã ñược hút hết
nước, CVT chịu tất cả các áp lực ñất, nước chủ ñộng và bị ñộng.
• Sơ ñồ 3 : Tường CVT coi như dầm liên tục như trên, nhưng ñầu dưới
lại là 1 khớp giả ñịnh trong ñất và cách ñáy hố móng 0.5h’. Với h’ là
khoảng cách trong lớp ñất dưới ñáy hố móng từ ñáy CVT ñến ñáy lớp
ñệm Chỉ xét áp lực chủ ñộng tác dụng vào CVT. Áp lực ñất và nước chỉ
ñược tính từ khớp trở lên.
• Sơ ñồ 4 : Xét ñến trường hợp nguy hiểm trong quá trình thi công là sau
khi ñã chóng xong tầng thanh chống 1 và tháo bỏ thanh chống tạm.
Chuẩn bị lắp ñặt tầng thanh chống thứ 2. Nước trong vòng vây ñược hạ
ñến cao ñộ -4.5m. Áp lực tác dụng vào CVT bao gồm áp lực ñất, nước
chủ ñộng và bị ñộng.

Áp lực bị ñộng của lớp cát ñệm (Pa1) và lớp ñất dưới ñáy móng (Pa2) :
Do bê tông bịt ñáy ñược ñổ trong trường hợp hố móng ñầy nước, áp lực
bị ñộng ñược xét ñến sau khi bê tông bịt ñáy ñã ñược ñông cứng nên vẫn duy
trì áp lực như ban ñầu mặc dù trong hố móng lúc này ñã hút cạn nước.
Pp1−1 = k p × n p × p = k p × n p × (10γ w + t × γ bt )
= 2.1423 × 0.8 × (10 × 1 + 3 × 2.4 )
= 29.48 T / m 2

Pp1− 2 = Pp 2 −1 = k p × n p × p = k p × n p × (10γ w + t × γ bt + 0.5 × γ lop _ dem )
= 2.1423 × 0.8 × (10 ×1 + 3 × 2.4 + 0.5 × 2 )
= 31.19 T / m 2

Pp 2− 2 = Pp 2 −1 + k p × n p × γ (13 − 11)
= 31.19 + 2.1423 × 0.8 × 1.87(13 − 11)
= 37.17 T / m 2

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 18


ðỒ ÁN CẦU THÉP

Hình 6. Hình biểu diễn sơ ñồ tính 1, 2 của CVT ñược mô hình trong SAP 2000

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 19

ðỒ ÁN CẦU THÉP

Hình 7. Hình biểu diễn sơ ñồ tính 3, 4 của CVT ñược mô phỏng trong SAP 2000

Ta tiến hành mô hình lần lượt 4 sơ ñồ tính của CVT với tải trọng, trong
SAP 2000 v14. Dùng SAP2000 giải nội lực trong trong CVT của từng sơ ñồ,
ta thu ñược kết quả như sau:

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 20


ðỒ ÁN CẦU THÉP

Từ kết quả trên, suy ra : Mmax = 202.44 T.m
Moment cho phép của CVT :

[ M ] = W × f y = 0.6 ×10−3 × 27000 = 16.2 T .m < M max
Cần thiết kế lại sơ ñồ CVT với nhiều tầng thanh chống hơn và chọn lại
CVT có W lớn hơn ñể ñảm bảo CVT ñủ khả năng chịu lực.

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 21


ðỒ ÁN CẦU THÉP

1.2.4.2 Tính toán nội lực của vành ñai và thanh chống

4000

4500

4500

4500

4500

Hình 8.Sơ ñồ vành ñai, thanh chống

Vành ñai thiết kế là vành ñai hình chữ nhật, ñược tính toán giống như
dầm liên tục có các gối tựa giữa là các thanh chống, 2 gối biên là ñiểm tựa của
nó lên 2 vành ñai vuông góc.
Lực tác dụng lên vành ñai là các phản lực gối trong sơ ñồ tính 1 của
CVT.

Hình 9. Phản lực gối trong sơ ñồ tính 1 củ CVT

Vành ñai ở tầng 2 chịu áp lực lớn hơn ñược chọn ñể tính toán. Áp lực
phân bố ñều truyền từ CVT tác dụng vào vành ñai : p =27.47 T/m2 . Thanh
vành ñai ñược tính như cột chịu nén uốn. Mô hình tính toán các vành ñai trong
SAP 2000 như sau:

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 22

ðỒ ÁN CẦU THÉP

Hình 10. Mô hình tính toán, tải trọng, moment và phản lực gối của vành ñai 1

Hình 11. Mô hình tính toán, tải trọng, moment và phản lực gối của vành ñai 2

1.2.4.3 Kiểm tra ñộ bền của thanh chống
Thanh chống ñược tính với sơ ñồ cột chịu nén ñúng tâm. Lực tác dụng
vào thanh chông chính bằng phản lực gối tựa của vành ñai. Kiểm tra khả năng
chịu lực của các thanh chống theo ñiều 5.3, TCXDVN 338:2005.
Các giả thiết tính toán:
• Xem 2 ñầu thanh chống là 2 khớp, hệ số chiều dài tính toán : µx= µy=1

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 23


ðỒ ÁN CẦU THÉP

Bảng 3. Các thông số tính toán 2 thanh chống

N1 =

Thanh số 1
128.08 T

N2 =

Thanh số 2

154.4 T

l0_1 =

9 m

l0_2 =

13 m

Chọn tiết diện thanh chống là 2 thanh I60, khoảng cách giữa 2 sườn dầm
c=300mm. Kích thước bản giằng 10×200×400, cách nhau l=1000mm
ðặc trưng hình học của I60 (theo TCVN 1655-75)
190 mm
600 mm
12 mm
17.8 mm
20 mm
138 cm2

b=
h=
d=
t=
R=
F0 =

75806 cm4
2560 cm3

Jx0 =
Wx0 =
rx0 =

23.6 cm

Jy0 =

1735 cm4
182 cm3

Wy0 =
ry0 =
fy =
f=
E=

3.54
Thép CT42s
240
230
5
2.1×10

cm
Mpa
MPa
MPa

Thanh chống chọn 2 I60, hệ liên kết bằng bản giằng tại 2 bảnh cánh

trên và cánh dưới. Kích thước bản giằng 10×200×400, cách nhau l=1000mm.
Khoảng cách giữa 2 sườn dầm c =300mm. Thanh chống số ñược tính toán như
tiết diện cột rỗng chịu nén ñúng tâm.
 N1 = 128.08T < N 2 = 154.2T
, và cả 2 thanh chống có tiết diện như
l
=
9
m
<
l
=
13
m
1
2

Do 

nhau, nên chỉ cần kiểm tra cho thanh chống số 2.
Một số ñặc trưng hình học của thanh chống :
F = 2 × F0 = 2 × 138 = 276 cm 2

J y = 2 ( J y 0 + F0 × (c / 2)2 ) = 2 (1735 + 138 × (30 / 2) 2 ) = 65570 cm3

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 24

ðỒ ÁN CẦU THÉP

Jy

ry =

A

Wy =

Jy
x

=
=

31070
= 10.6 cm
276

65570
= 2676 cm3
24.5

Hình 12. Hình biểu diễn các trục tính toán cột rỗng, trích TCXDVN 338:2005

Moment quán tính tiết diện từng nhánh lấy tương ứng với trục 1-1:
I f = I f 1 = J y 0 = 1735 cm3

Moment quán tính của bản thân bản giằng ñối với trục x-x:

1× 203
= 666.67 cm 4
12

Ib =

Ta có :
n=

I f 1b
I bl

=

1735 × 30
= 0.7807
666.67 ×100

I b l 666.67 × 100
=
= 1.28 < 5
Ifb
1735 × 30

ðộ mảnh của thanh chống số 2 theo phương y-y :
λy =

l0 _ 2
ry

=

13
= 122.64
0.106

ðộ mảnh tương ñương:
λ0 = λ y 2 + 0.82λ12 (1 + n)
= 122.642 + 0.82 × 8.412 (1 + 0.7807) = 123.06

λ0 = 123.06 > λx =

l0
13
=
= 55.08
rx 0.236

Thanh chống là tiết diện cột rỗng, chịu nén ñúng tâm :
λ0 = λ0

f
230
= 123.06 ×
= 4.073
E
2.1×105

Do 2.5 ≤ λ0 ≤ 4.5 nên ta dùng công thức 5.22, TCXDVN 338:2005

SVTH : TRỊNH THÀNH LINH - 80901409

Page 25