TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤ CẦU
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (587.37 KB, 19 trang )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
CHƯƠNG VII
TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤ CẦU
I. GIỚI THIỆU CHUNG:
Trụ mang kết cấu nhịp là loại trụ thân đặc BTCT khơng DƯL. Tồn cầu có
2 trụ chính: T3, T4.
Tên trụ tính tốn: T3
Quy trình tính tốn: Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05.
Kết cấu phần trên:
- Số lượng dầm
: n = 1 dầm
- Chiều dài tính tốn nhịp chính
: 70(m)
- Chiều dài tính tốn nhịp biên
: 46(m).
- Khổ cầu
: 1.5×2 + 7.5 (m).
- Bề rộng tồn cầu
: 12 m.
II. KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA TRỤ:
Cấu tạo trụ P3.
Cao độ đỉnh trụ
Cao độ mặt đất tự nhiên
Cao độ đỉnh bệ cọc
Cao độ đáy bệ cọc
Mực nước cao nhất
SVTH: PHẠM THẾ VINH
EL1
GL
EL2
EL3
MNCN
Trang 1
+23
+13.05
+12.55
+9.55
+17
m
m
m
m
m
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
Mực nước thấp nhất
Mực nước thi cơng
Tỷ trọng bê tơng
Cường độ chịu nén của bê tơng
Modul đàn hồi của bê tơng
Giới hạn chảy của thép
Modul đàn hồi của thép
Dọc cầu
Kích thước bệ:
Ngang cầu
Cao bệ
Dọc cầu
Kích thước thân trụ: Ngang cầu
Cao trụ
Đường kính cọc khoan nhồi
Số cọc sử dụng
Chiều dài cọc dự kiến
MNTN
13.05
MNTC
+16.00
gc
25.00
f'c
24.00
Ec
26332.01
f'y
420.00
Es
200000.00
b
12
d
17
h
3.0
bc
3.0
dc
9.0
hc
10.45
D
1.50
n
12
L
35.00
m
m
kN/m3
MPa
MPa
MPa
MPa
m
m
m
m
m
m
m
m
m
- Quy đổi mặt cắt thân trụ về mặt cắt chữ nhật:
Mơmen qn tính :
h(m)
b(m)
I(m4)
A(m2)
6
3
54
46.26
Mơmen qn tính của hình chữ nhật tương đương = b.h3/12, gữi ngun b xác
định h.
Chiều dày h = 3 m.
Chiều rộng b = 8.408 m.
- Ghi chú:
Trục X phương thẳng đứng
Trục Y phương dọc cầu
Trục Z phương ngang cầu
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 2
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
III. TÍNH TỐN CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG ĐỈNH BỆ VÀ ĐÁY BỆ
III.1. Tải trọng tác dụng trong giai đoạn khai thác:
III.1.1. Tĩnh tải DC+DW:
- Kết cấu phần trên và lực điều chỉnh, kết quả lấy từ Midas
Tác dụng tại đỉnh trụ:
PKCN = -20593.02KN.
- Tĩnh tải do trọng lượng của thân trụ và bệ cọc:
EL1
(m)
24,000
GL
(m)
11,000
EL2
(m)
13,000
EL3
(m)
10,500
A1
(m2)
120,750
A2
(m2)
12,849
H
(m)
0,000
N1
(KN)
-3534
N2
(KN)
-11080
A1: Diện tích bệ cọc
A2: Diện tích thân trụ
N1: Trọng lượng thân trụ
N2: Trọng lượng thân trụ + bệ cọc
- Tải trọng tác dụng tại:
+ Đỉnh bệ: N = PKCN + N1 = - 26909 KN.
+ Đáy bệ:
N = PKCN + N2 = - 41597.4 KN.
- Tải trọng đất tác dụng lên bệ cọc(ES) : tải trọng do đất đắp tác dụng lên bệ theo
phương thẳng đứng ES=Vđất.gđất.
ES = 0 KN.
III.1.2. Hoạt tải LL và PL:
- Dùng chương trình MiDas/Civil 7.01 sau khi tổ hợp tải trọng ta có tải
trọng do hoạt tải tác dụng bệ cọc là:
PLL+PL = -2544.6KN.
III.1.3. Lực đẩy nổi:(B)
- Lực đẩy nổi là lực hướng lên trên , lấy bằng tổng các thành phần thẳng đứng của
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 3
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
áp lực thuỷ tĩnh , tác dụng lên các bộ phận nằm dưới mực nước thiết kế.
EL1
(m)
23,00
GL
(m)
13,00
EL2
(m)
12.55
EL3
(m)
9.55
h
(m)
8.41
b1
(m)
3.0
- Áp lực nước đẩy nổi tác dụng tại mặt cắt đáy bệ:
Cao độ mực nước
Hmax (m)
Diện
tích
(m2)
25.07
204
25.07
204.00
Độ sâu
17
Thân
Bệ
(m)
4.45
3.0
13,05
Thân
Bệ
0.5
3.0
Thể tích
(m3)
111.56
612.00
Tổng
Hmin (m)
12,53
612.00
Tổng
Lực đẩy
nổi
(KN)
1115.55
6120.00
7235.55
125.35
6120.0
6245.34
III.1.4. Áp lực dòng chảy:(SP)
III.1.4.1. Áp lực dòng chảy theo chiều dọc:
- Áp lực dòng chảy theo chiều dọc của kết cấu bên dưới tính theo cơng thức:
P = 5,14.10-4.C .V2
(3.7.3.1 - 22 TCN 272-01)
D
d
- Trong đó:
Py
- áp lực dòng chảy (MPa)
CD
- hệ số cản của trụ.
CD = 0.7
(Bảng 3.7.3.1-1).
V
- vận tốc nước thiết kế cho xói trong các TTGH cường độ và sử
dụng và theo lũ kiểm tra xói trong TTGH đặc biệt,
V= 1.6 m/s
- Tác động do áp lực dòng chảy theo chiều dọc cầu gây ra tại mặt cắt đáy bệ:
Diện
tích
(m2)
Qy
Mz
(KN)
(KN•m)
Hmax (m)
17.00
Thân
13.92
12.82
65.77
Hmin (m)
13.05
Thân
2.07
1.91
6.02
III.1.4.2. Áp lực dòng chảy theo chiều ngang:
- Áp lực ngang phân bố đều tác dụng lên kết cấu bên dưới do dòng chảy xiên góc Ư
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 4
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
đối với trục dọc của trụ tính theo cơng thức
PX = 5,14.10-4.CL.V2
( 3.7.3.1 22 TCN 272-01)
- Trong đó:
PX
- áp lực dòng chảy (MPa)
CL
- hệ số cản của trụ theo phương ngang ứng với góc xiên của dòng
o
chảy =5 tra bảng A.3.7.2.3.2-1, ta có CL= 0.5
V - Vận tốc nước thiết kế cho xói V= 1.6 m/s
Tải trọng tác dụng lên mặt phẳng đáy bệ và đỉnh bệ dưới tác dụng của áp lực nước
chảy theo chiều ngang cầu.
Diện tích
Qz
My
(m )
(KN)
(KN•m)
2
Hmax (m)
17.00
Thân
39.01
25.67
131.67
Hmin (m)
13.05
Thân
5.80
3.82
12.04
III.1.5. Lực va xơ tàu thuyền:(CV)
- Lực va đâm thẳng tàu vào trụ tính theo cơng thức :
Ps = 1,2.105.V.sqrt(DWT)
(3.14.5- 22TCN272-01)
- Trong đó:
Ps: Lực va tàu
DWT: Trọng tải của tàu , DWT = 300 (tấn)
V: Vận tốc va tàu (m/s) , V = 4,1 (m/s)
- Thay số vào phương trình ta có:
Ps = 8521,7 (KN)
Và điểm đặt của lực tại mực nước cao nhất trung bình năm 17.8m
- Phương ngang cầu:
N
= 0(KN)
Qz
= 8521,7 (KN)
My
= 59225.7 (KN.m)
III.1.6. Tải trọng gió tác dụng lên cơng trình:(WS)
- Tốc độ gió thiết kế phải được xác định theo cơng thức :
V = VB . S (m/s)
Trong đó:
+ VB: Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm
thích hợp với vùng tính gió có đặt cầu đang nghiên cứu, giả sử vùng tính gió I
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 5
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
VB = 38(m/s)
+ S : Hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và cao độ mặt cầu, ứng
với cao độ mặt cầu cao hơn mặt đất xây dựng xung quanh 10m, khu vực có
rừng S =1
Thay vào cơng thức trên ta có :
V = 38(m/s)
III.1.6.1. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu phần trên:
III.1.6.1.1. Tải trọng gió ngang .
- Tải trọng gió ngang Pn tính theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng tâm
của các phần diện tích thích hợp , và được lấy như sau :
Pn = 0,0006.V2.At.Cd >=1,8.At (KN)
Trong đó :
V
: Tốc độ gió thiết kế , theo tính tốn ở trên ta có : V = 38(m/s)
A
: Diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m2)
t
Cd
: Hệ số cản -> Cd = 1
Theo phương ngang cầu:
N
=
0 KN
Qz
=
1680.2 kN
My
=
26883.0 kN.m
III.1.6.1.2. Theo phương dọc cầu:
Tại trụ ta bố trí gối di động do đó tải trọng gió tác dụng lên kết cấu phần trên
theo phương dọc cầu là :
N
= 0 KN
Qz
= 0 KN
My
= 0 KN.
III.1.6.2. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu phần dưới:
Cơng thức tính tốn :
Pd = 0,0006.V2.At.Cd >= 1,8.At (KN)
Trong đó:
V
(Điều 3.8.1.2.1)
: Tốc độ gió thiết kế , theo tính tốn ở trên ta có : V = 38(m/s)
At
: Diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m2)
Cd
: Hệ số cản -> Cd = 1
- Diện tích phần thân trụ chịu tải trọng gió ngang:
At
= 29.9 m2
- Tải trọng gió ngang tác động lên thân trụ:
Qz
= 53.7 KN
- Khoảng cách tới đáy bệ cọc (mặt cắt A-A):
e
= 8.0 m
-> My = 53.7×8 = 429.8 kN.m
III.1.7. Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ(WL):
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 6
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
III.1.7.1. Tải trọng gió dọc.
- Tải trọng gió ngang lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0,75 (kN/m), tác
dụng nằm ngang , song song với tim dọc kết cấu và đặt ở 1,8 m trên mặt
đường. Do bố trí gối di động trên trụ P6 nên: WLdọc = 0(KN)
III.1.7.2. Tải trọng gió ngang.
- Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 1,5 (kN/m)
tác dụng theo hướng nằm ngang , ngang vói tim dọc của kết cấu và đặt ở 1.8m
trên mặt đường.
N
= 0.0 kN
Qz
= 168.59 kN
My
= 26883.0 kNm
III.1.7.3. Tải trọng gió thẳng đứng (kết quả lay từ Midas).
N
= 2017.7 kN
Qz
= 0 kN
My
= 0 kNm
III.1.8. Lực hãm xe (BR).
- Lực hãm BR lấy bằng 25% trọng lượng các trục xe tải hoặc xe đặc biệt
trên tất cả các làn xe chạy cùng một hướng
- Lực hãm nằm theo phương dọc cầu cách mặt cầu 1,8m
- Tại trụ P3 ta bố trí gối di động do đó: Ta có BR = 0(KN).
III.1.9. Lực ma sát(FR).
Lực ma sát FR tính theo cơng thức
sau:
FR=f.N
Trong đó :
f : Hệ số ma sát f = 0.05
N : Phản lực tại gối cầu
Khoảng cách từ gối xuống mặt phẳng đáy bệ e =13.5m
N
= 0.0 kN
Qz
= 42.2 kN
My
= 568.1 kN.
III.2. Tổ hợp tải trọng tcá dụng tại mặt cắt đỉnh bệ và đáy bệ.
Tổ hợp tải trọng và kiểm tốn theo các trạng thái giới hạn. Hệ số tải
trọng tương ứng với mỗi trạng thái giới hạn theo bảng dưới đây.
STT
Kí
hiệu
Cường độ I
Max
Min
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Tổ hợp tải trọng
Cường độ II
Cường độ III
Max
Min
Max
Min
Trang 7
Sử dụng
Max
Min
mỏi
-
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
DC
DW
LL
IM
PL
ES
WS
WL
BR
FR
CV
SP
1.25
1.50
1.75
1.75
1.75
1.50
1.75
1.00
-
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
0.90
0.65
-
1.25
1.50
1.50
1.40
1.00
-
0.90
0.65
-
1.25
1.50
1.35
1.35
1.35
1.50
0.4
1.00
1.35
1.00
0.9
0.65
-
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.3
1.0
1.0
1.0
-
BẢNG TẢI TRỌNG XÉT TỚI MẶT CẮT ĐÁY BỆ (A-A)
Dọc cầu
g
Tải trọng
N (KN)
Qy
Mz
(hệ số)
KN
KNm
-21004.38
Cấu kiện + thiết bị phụ DC
gDC
-3171,03
Lớp phủ + tiện ích DW
gDW
Tải trọng đất chất thêm ES
gES
-2544,60
Hoạt tải xe LL
gLL
Lực hãm xe dọc cầu BR
gBR
7235.55
Lực đẩy nổi B
gB
12.82
65.77
Áp lực dòng chảy WA
Dọc cầu
gWA
Ngang cầu
Gió ngang
Gió tác động lên KCPT
Với V thiết kế
Với V=25m/s
Gió tác động lên KCPD Với V thiết kế
Với V=25m/s
Gió dọc
Gió tác động lên KCPT
Gió tác động lên KCPD
Gió thẳng đứng
Gió trên hoạt tải WL
Dọc cầu
Ngang cầu
Lực ma sát FR
Lực động đất EQ
Lực va tàu CV
gWS
gWS
gWS
gWS
gWL
gFR
gEQ
gCV
0.75
0.75
--
Ngang cầu
Qz
My
KN
KNm
-
-
25.67
-
-
-
1680,19
1680,19
53.73
53.73
26883,04
26883,04
429.84
429.84
2017,69
-
-42.24
-
-568.12
-
-
-
-1680.2
8521,69
26883.0
59225.75
-
gWS
1.0
1.0
-
131.67
III.2.. Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy bệ.
Nội lực tại mặt cắt A-A theo trạng thái giới hạn:
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 8
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
N
(kN)
Qy
(kN)
Mz
(kN.m)
Qz
(kN)
My
(kN.m)
-38175
-30897
-40175
-29050
19,81
19,81
19,81
19,81
10319
10319
10319
10319
27,2
2445,0
549,4
545,3
126
38287
14283
8303
TTGH
CĐ I
CĐ II
CĐ III
SD
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
IV. KIỂM TỐN CÁC MẶT CẮT THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN.
IV.1. Kiểm tốn mặt cắt đáy bệ A-A:
Kích thước mặt cắt kiểm tốn ứng với tổ hợp tải trọng gây ra ứng lực lớn
hơn là tổ hợp tải trọng tương ứng với hệ số max:
+ Chiều rộng mặt cắt
b
= 12m
+ Chiều cao mặt cắt
h
= 2.5 m
+ Cường độ giới hạn chảy của thép fy
= 420 MPa
+ Cường độ chịu nén của bê tơng
f’c
= 24 MPa
IV.1.1. Kiểm tra cấu kiện chịu uốn (Kiểm tra theo trạng thái giới hạn cường độ)
IV.1.1.1. Kiểm tra sức kháng uốn.
- Với mặt cắt chữ nhật khoảng cách từ trục trung hòa tới mặt chịu nén.
c
As . f y
0,85.1. f ' c .b
- Trong đó:
+ As : Diện tích cốt thép bố trí trên mặt cắt ngang
+ fy
: Cường độ chảy của cốt thép
+ b : Chiều rộng của bản cánh chịu nén
b=17000 mm
+ : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất tương đương =0,85
- Trên mặt cắt ngang bố trí: 170 thanh đường kính = 22 mm
-> As =
172× 2/4= 65382.77 mm2.
=> c =
93.16 mm.
- Mơ men kháng uốn tính tốn:
a
M r .M n . As . f y . d s
2
Trong đó:
a
: Chiều dày của khối ứng suất tương đường a= 1*c =
79.18mm.
ds
: khoảng cách từ thớ chịu nén ngồi cùng đến trọng tâm cốt
thép chịu kéo ds=2900mm.
=>
Mr = 70694.1 KN.m
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 9
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
- Mơ men tính tốn: Mu = 45602 KN.m
Mr > Mu: Mặt cắt đủ khả năng chịu uốn.
IV.1.1.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
'
min
f
24
0.03 c 0.03.
0.00171
fy
420
Trong đó:
min : Tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích ngun
min
As
65382.77
0.00175 > 0.00171
b.d 17000 2200
=>
Đạt
IV.1.1.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:
c
0, 42
de
Trong đó:
+ de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngồi cùng
đến trong tâm lực kéo của cốt thép de = ds =2900
+ c/de = 93.16/2900 = 0.03 < 0.42
=>
Đạt
IV.1.2. Kiểm tra cấu kiện chịu cắt (Kiểm tra theo trạng thái giới hạn cường độ):
IV.1.2.1. Kiểm tốn sức kháng cắt:
Vu <= f.Vn
Trong đó:
+ f
: Hệ số sức kháng cắt f = 0.9
+ Vn
: Sức kháng cắt danh định là trị số của
Vn =Vc+ Vs+ Vp
Vn=0,25.bvdv + Vp
Vc 0, 083.
f 'c .bv .d v
+ bv : Bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất
trong chiều cao dv
+ S : Cự ly cốt thép đai
+
: Hệ số chỉ khả năng của bê tơng bị nứt chéo truyền lực kéo được
quy định trong 5.8.3.4,
= 2
+q
: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo (5.8.3.4)
q = 450
0
+a
: Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục tọa độ a = 90
+ Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s mm2
+ Vp : Thành phần dự ứng lực hữu hiệu trên hướng lực cắt tác dụng là
dương nếu ngược chiều lực cắt.
- Chọn cự ly giữa các cốt thép ngang : S = 600 mm.
- Số lượng cốt đai trong cự ly s là: 600/150 +1 = 5
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 10
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
- Khi đó chọn đường kính cốt đai f10mm thì diện tích cốt thép đai : Av = 392.5mm2
- Sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tơng:
Vc = 38709.78KN
- Sức kháng cắt của cốt thép ngang:
Vs = 769.3KN
Vn=0,25.f'c .bv.dv = 39479.08 (KN)
- Sức kháng cắt tính tốn: Vr = 35531.17 (kN)
Vu = 18240.8(kN) < Vr
=>
Đạt.
IV.1.2.2. Cự ly tối đa của cốt thép ngang:
- Cự ly tối đa của cốt thép ngang khơng được vượt q trị số sau:
Nếu Vu < 0,1fc’.bv.dv
thì s <= 0,8dv <= 600 mm
Nếu Vu >= 0,1fc’.bv.dv
thì s <= 0,4dv <= 300 mm
- Ta có:
0,1fc’.bv.dv = 112200(KN) > V
- Vậy cự ly tối đa của cốt thép ngang: S = 600mm là thoả mãn (Điều 5.8.2.7)
IV.1.2.3. Kiểm tra khống chế nứt bằng phân bố cốt thép (Kiểm tra theo trạng thái
giới hạn sử dụng)
Ứng suất trong cốt thép chịu kéo ở trạng thái giới hạn sử dụng khơng
được vượt q 0,6fy..
f sa
Z
2
dc .A 3
0.6 f y
Trong đó:
+ A : Diện tích phần bê tơng có cùng trọng tâm với cốt thép chịu kéo
và được bao bởi mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hòa,
chia cho số lượng các thanh hay sợi mm2. A = 19767.44 mm2
+ Z : Thơng số bề rộng vết nứt
+ 0,6fy =0,6×420= 252 (Mpa)
+ dc =125 mm
+ Z thơng số bề rộng vết nứt = 30000 (N/mm)
Vậy: fsa = 206Mpa < 252Mpa
=> Kiểm tra
Đạt.
IV.2. Kiểm tốn mặt cắt B-B (Mặt cắt đỉnh bệ)
IV.2.1. Kiểm tốn theo trạng thái giới hạn cường độ I.
IV.2.1.1. Kiểm tra cấu kiện chịu uốn theo 2 phương:
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 11
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
- Trị số tải trọng dọc trục tính tốn:
N = -15224.51 (kN)
- Nếu lực tính tốn dọc trục nhỏ hơn 0,1.j.f'c.Ag: kiểm tốn uốn theo 2 phương
theo điều kiện:
Mux/Mrx + Muy/Mry <= 1
(1-a)
Trong đó:
+) Mux : Mơmen uốn tính tốn tác dụng theo phương x
+) Muy : Mơmen uốn tính tốn tác dụng theo phương y
+) Mrx : Mơmen uốn tính tốn đơn trục theo phương x
+) Mry : Mơmen uốn tính tốn đơn trục theo phương y
- Nếu lực tính tốn dọc trục khơng nhỏ hơn 0,1. .f'c.Ag: kiểm tốn uốn theo
2
phương theo điều kiện:
1
1
1
1
(1-b)
Prxy Prx Pry .Po
Trong đó:
+ Po = 0,85.f'c.(Ag-Ast) + Ast.fy
+ Ag : Diện tích ngun của mặt cắt mm2
+ Ast : Gới hạn chảy quy định của cốt thép Mpa
+ : Hệ số sức kháng = 0,75 với cấu kiện chịu nén dọc trục
+ Prxy : Sức kháng dọc trục tính tốn khi uốn theo hai phương
+ Prx : Sức kháng dọc trục tính tốn khi khi chỉ có độ lệch tâm ey
+ ex : Độ lệch tâm của lực dọc trục tính tốn tác dụng theo hướng trục X,
ex=Muy/Pu.
+ ey: Độ lệch tâm của lực dọc trục tính tốn tác dụng theo hướng trục Y,
ey=Mux/Pu
+ Pry: Sức kháng dọc trục tính tốn khi khi chỉ có độ lệch tâm e
+ Pu: Lực dọc trục tính tốn
- Kiểm tra 0,1. .f'c.Ag:
+ = 0.75
+ f'c: Cường độ quy định của bê tơng, tuổi 28 ngày = 24 (MPa)
+ Ag: Diện tích mặt cắt ngun = 120.75 (m2)
=>
0,1.f'c.Ag = 217350(KN).
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 12
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
So sánh N = -31760,5 (KN) < 0,1.f'c.Ag = 217350 (KN).
Kiểm tốn theo (1- a):
Mux/Mrx + Muy/Mry < 1
Mrx sức kháng uốn theo trục x:
M rx . Asx . f y .(d s a / 2)
(A.5.7.3.2)
Mry sức kháng uốn theo trục y:
M ry . Asy . f y .(d s a / 2)
Trong đó :
+ ds : Chiều cao có hiệu của mặt cắt;
+ As : Diện tích cốt thép chịu kéo
+ a = b1.c
: Chiều dày khối ứng suất tương đương
c As . f y / 0,85. f c ' .1.b
+ b1 = 0,85 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất.
Phương dọc:
a = 83.46 mm.
Phương ngang:
a = 86.69 mm
+ b Chiều rộng của mặt cắt
+j
: Hệ số sức kháng, đối cầu kiện chịu uốn j =0,9
+ As : Diện tích cốt thép
Phương ngang :
86 – D20
Diện tích: As= 26348.40 mm2.
Phương dọc :
61 – D20
Diện tích: As= 13174.20 mm2.
+ fy : Cường độ cốt thép :
fy = 420 MPa .
+ Chiều dày lớp bêtơng bảo vệ. 80mm
+ d : Chiều cao có hiệu của mặt cắt. d =h-dc-f/2
Phương dọc cầu : d = 2507.50 mm.
Phương ngang cầu : d = 4913.75 mm.
Trị số sức kháng tính tốn:
Phương dọc
:
Mrx = 16840.97 KNm.
Phương ngang
:
Mry = 24542.25 KNm.
Mơmen tính tốn theo trục x
:
Mux = 10319.17 KNm
Mơmen tính tốn theo trục y
:
Muy = 38286.67 KNm
Xác định tỷ số độ mảnh kLu/r.
(5.7.4.3)
r: bán kính qn tính:
rx
Ix
= 1445.18mm
A
ry
Iy
A
750.56mm
A
: Diện tích mặt cắt ngang. A
= 13016241 mm2.
I
: Mơmen qn tính: Ix
= 2.7×1013 mm4,
Iy=7.3×1012 mm4.
K
: Hệ số chiều dài hữu hiệu. k
=2
Lu
= 11m
: Chiều dài thanh chịu nén Lu
Tỷ số độ mảnh theo phương dọc
:k.Lu/rx
= 15.22 < 22
Bỏ qua hiệu ứng độ mảnh.
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 13
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
Tỷ số độ mảnhtheo phương ngang :k.Lu/ry
-
= 29.31 > 22
Cần kiểm tra hiệu ứng độ mảnh.
Xét đến hiệu ứng độ mảnh theo phương ngang:
b
Cm
P
1 u
Pe
j
: Hệ số sức kháng nén dọc trục: j =0.75
Cm = 1
Pu
: Lực dọc tính tốn.
Pu = 31760 KN
Pe
: Tải trọng uốn dọc Ơle.
Pe
=
Pe 2 .E.I /(k .Lu ) 2 =
1.6×109KN.
E
: Mơđun đàn hồi của bêtơng.
E = 26332014 KN/m2.
I
: Mơmen qn tính của cốt thép dọc xung quanh trục. I =3.9E+10
4
mm .
Tacó:
b 1.016
Mơmen qn tính tăng lên:
Muxtt = b .Mux =
-10319.17 KNm.
tt
Muy = b .Muy =
39344.61 KNm.
Kiểm tốn :
Mux
Muy
Mry
Mrx
Mux/Mrx Muy/Mry
Mux/Mrx+Muy/Mry
kNm
kNm
kNm
kNm
-10319,17
38286,67
-10319
39344,61
-0,61
1,60
0,99
IV.2.1.2. Kiểm tra cấu kiện chịu cắt (Kiểm tra theo trạng thái giới hạn cường độ):
IV.2.1.2.1. Kiểm tốn sức kháng cắt:
Vu =< j.Vn
Trong đó:
+ j
: Hệ số sức kháng cắt j = 0.9
+ Vn : Sức kháng cắt danh định là trị số của
Vn =Vc+ Vs+ Vp
Vn=0,25.bvdv + Vp
Vc 0, 083.
f 'c .bv .d v
+ bv : Bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất
trong chiều cao dv
+ S : Cự ly cốt thép đai
+b
: Hệ số chỉ khả năng của bê tơng bị nứt chéo truyền lực kéo được
quy định trong 5.8.3.4,
b=2
+q
: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo (5.8.3.4) , q = 450
+a
: Góc nghiêng của cốt thép ngang với trục tọa độ,
a = 900
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 14
Lớp : Cầu Hầm- K48
Đạt
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
+ Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S mm2
+ Vp : Thành phần dự ứng lực hữu hiệu trên hướng lực cắt tác dụng là
dương nếu ngược chiều lực cắt.
- Chọn cự ly giữa các cốt thép ngang: S = 600 mm.
- Số lượng cốt đai trong cự ly s là: 600/150 +1 = 5
- Khi đó chọn đường kính cốt đai f18 mm thì diện tích cốt thép đai :
Av = 993.00 mm2
- Sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tơng:
Vc = 9933.81 KN
- Sức kháng cắt của cốt thép ngang:
Vs = 1696.04 KN
Vn=0,25.f'c .bv.dv = 73291.45 (KN)
- Sức kháng cắt tính tốn: Vr = 10466.87 (KN)
Vu = 2445.02 (KN) < Vr
=>
Đạt.
IV.2.1.2.2. Cự ly tối đa của cốt thép ngang:
- Cự ly tối đa của cốt thép ngang khơng được vượt q trị số sau:
Nếu Vu < 0,1fc’.bv.dv
thì S ≤ 0,8dv ≤ 600 mm
Nếu Vu ≥ 0,1fc’.bv.dv
thì S ≤ 0,4dv ≤ 300 mm
- Ta có:
0,1fc’.bv.dv = 29316.57(KN) > Vu
- Vậy cự ly tối đa của cốt thép ngang: S = 600mm là thoả mãn (Điều 5.8.2.7)
IV.2.2. Kiểm tra khống chế nứt bằng phân bố cốt thép (Kiểm tra theo trạng thái
giới hạn sử dụng)
Ứng suất trong cốt thép chịu kéo ở trạng thái giới hạn sử dụng khơng
được vượt q 0,6fy..
f sa
Z
2
dc .A 3
0.6 f y
Trong đó:
+ A : Diện tích phần bê tơng có cùng trọng tâm với cốt thép chịu kéo
và được bao bởi mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hòa,
chia cho số lượng các thanh hay sợi mm2. A = 15403.84 mm2
+ Z : Thơng số bề rộng vết nứt Z = 30000 N/mm
+ 0,6fy =0,6.420= 252 (Mpa)
+ dc =75 mm
+ Z thơng số bề rộng vết nứt = 30000 (N/mm)
Vậy: fsa = 219.82Mpa < 252Mpa
=> Kiểm tra
Đạt.
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 15
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
V. TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MĨNG
- Móng bệ tháp được thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150cm
- Chiều dài cọc L = 35m.
- Chu vi cọc
Pu
= 47100
- Diện tích mũi cọc
Ap
= 1770000
- Chiều dài cọc trong đất
L
= 350000
- Chiều sâu cọc xun trong tầng chịu lực
Dp
= 35000
- Cao độ mặt đất
Hmđ
= + 7.77
- Mực nước thấp nhất
Hn
= + 13.05
- Cao độ đáy bệ
Hđb
= + 9.22
- Cao độ mũi cọc
Hmc
= - 25.45
- Tổng phản lực thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ cọc :
P = 67389.115 kN.
mm
mm2
mm
mm
m
m
m
m
V.1. Tính tốn sức chịu tải của cọc theo vật liệu
- Cơng thức tính tốn sức chịu tải của cọc theo vật liệu
'
Qcoc .(0,85. f c . Ac f y . As )
- Bảng tính tốn sức chịu tải của cọc theo vật liệu :
Tên gọi các đại lượng
Kí hiệu
Mác bê tơng chế tạo cọc
Thép chế tạo cọc
Đường kính cọc thiết kế
D
Đường kính cốt thép
d
Số thanh thép thiết kế
nthanh
Diện tích phần bê tơng
Ac
Diện tích phần cốt thép
As
Hệ số uốn dọc
Cường độ chịu nén của bê tơng
fc '
Cường độ chịu kéo của thép
fy
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Qvl
Giá trị
M300
AII
1.5
28
16
1.77
0.0088
0.9
24000
420000
35754.75
Đơn vị
m
mm
Thanh
m2
m2
KN/m2
KN/m2
KN
V.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc theo đất nền.
- Bảng số liệu địa chất khảo sát tại khu vực thi cơng cọc khoan nhồi
Cao
C
độ
Su
2)
SPTtb
(độ)
(Kn/m
h
đỉnh
(kpa)
STT
Loại đất
e (số búa/ kN/m3
(m) lớp
30cm)
đất
(m)
Sét pha màu vàng lẫn sỏi sạn,
Lớp 1
7
+9.1 0.916 6.7
18.9 15023 14.7 101
trạng thái dẻo mềm
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 16
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sét pha màu xám xanh,
trạng thái dẻo
Sét màu nâu đỏ đốm xám xanh,
Lớp 3
trạng thái cứng
Cát pha màu xám,
Lớp 4
tráng thái nửa cứng
Lớp 2
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
8
+1.1 0.811
27
17.8 11027 13.7
10
-6.9 0.459
50
21.4 23047 43.6 131.2
-16.9 0.727
34
26.6 15023
98.7
35
- Cơng thức tính tốn sức chịu tải của cọc theo đất nền theo điều 10.7.2.3-2 như
sau.
QR = qp.Qp + ưqs.Qs
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 mũi cọc
+) qS : Sức kháng đơn vị tại thân cọc
+) qP : Sức kháng đơn vị tại mũi cọc
+) AS : Diện tích bề mặt thân cọc
+) AP : Diện tích bề mặt mũi cọc
+) ưqs : Hệ số sức kháng tại thân cọc (theo 10.5.5-2).
+) ưqp : Hệ số sức kháng tại mũi cọc (theo 10.5.5-2).
D 2 (1.5) 2
Diện tích mặt cắt ngang một cọc: AP
1,77(m 2 )
4
Chu vi tiết diện cọc: P D .1,5 4,71(m)
4
Sức kháng tại thân cọc :
- Sức kháng thân cọc trong đất dính được xác định theo phương pháp a:
qs = aSu
(10.8.3.3.1-1)
Trong đó:
a: hệ số dính bám.
Su : cường độ kháng cắt khơng thốt nước trung bình (Mpa)
- Sức kháng thân cọc đơn vị trong đất rời được tính theo chỉ số SPT như sau:
qs =0,0025.N < 0,19Mpa (theo Quiros và Reese – 10.8.3.4.2-1)
- Bảng tính tốn sức chịu tải của cọc theo đất nền :
qs
Li
As
Su
Qs
φqs.Qs
STT
Loại đất
SPT
α (kN/m2
(m) m2
(Mpa)
(KN)
(KN)
)
Sét pha màu vàng lẫn sỏi sạn,
1
6.21 29.2 6.7 101 0.5 50.5 1622.1 1054.4
trạng thái dẻo mềm
Sét pha màu xám xanh,
2
8 37.68 27 98.7 0.5 49.35 2046
1329.9
trạng thái dẻo
Sét màu nâu đỏ đốm xám xanh,
3
10 47.1 50 131.2 0.5 65.6 3398.7 2209.1
trạng thái cứng
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 17
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4
Cát pha màu xám,
tráng thái nửa cứng
Sức kháng thân cọc
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
10.8 50.7
34
-
-
85
4309.5 2801.175
Qthan
7394.575
Sức kháng mũi cọc:
Do mũi cọc đặt vào lớp đất cát theo 10.8.3.4.3-1, ta có:
Theo Reese và Wright, qp = 0.064 N đói với chỉ số SPT N <60
Vậy, mũi cọc đặt vào tầng đất có SPT = 34, nên:
qp = 0,064×34 = 2.176 Mpa = 2176 kN
qp 0.45
Qp = qp ×AP × qp=0,45× 1,77×2.176×106=1,733×106 N= 1733kN.
=> sức kháng tính tốn của cọc theo đất nền là:
Q = 7394.575+1733 = 9127.575 (KN).
Vậy : Sức chịu tải tính tốn của cọc :
Qcoc = Min(Qr ; Qvl ) = Min(9127.575 ; 35754.75) = 9127.575
(KN).
V.3. Tính tốn số cọc trong móng.
n .
P
Qcoc
Trong đó :
+) : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mơ men với móng cọc đài
thấp ta lấy = 1,5
+) Qcoc : Sức chịu tải tính tốn của cọc :
Qcoc = 9127.575 KN.
+) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 67389.115 (KN)
n 1. 5.
67389.115
= 11.1(cọc)
9127.575
Số cọc bố trí trong móng là n = 12 (cọc) . Bố trí thành 3 hàng mỗi hàng 4
cọc
- Chiều dài cọc bố trí là 35m.
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 18
Lớp : Cầu Hầm- K48
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: TH.S NGÔ CHÂU PHƯƠNG
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỌC TRONG MĨNG
SVTH: PHẠM THẾ VINH
Trang 19
Lớp : Cầu Hầm- K48
