Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu: Chương 4 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P2)

8/27/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: 

Website:  />
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG 
MỐ TRỤ CẦU
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học:  />Hà Nội, 8‐2013

Tính mố cầu (t.theo)
– Co ngót, từ biến của bê tông làm kết cấu nhịp (SH, CR)
• Tính lực dọc cầu tác dụng lên mố tương tự như đối với
nhiệt độ TU
– Tác động của gió (WS,WL)

Trước hết, cần phải căn
cứ vào bảng phân vùng
gió để xác định được vận
tốc gió thiết.
174

1


8/27/2013

Tính mố cầu (t.theo)
Tốc độ gió thiết kế được xác định theo phương trình
3.8.1.1‐1 như sau: 
V = VB.S
trong đó:
• VB = tốc độ gió giật cơ bản trong 3s với chu kỳ xuất hiện là
100 năm (chú ý, khi tính gió trong quá trình lắp ráp có thể
lấy 0.85 giá trị VB);
• S = hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và cao độ mặt
cầu theo quy định trong bảng tra 3.8.1.1‐2.
175

Tính mố cầu (t.theo)

176

2


8/27/2013

Tính mố cầu (t.theo)
 Tính tải trọng gió ngang trên kết cấu (WS)
Tải trọng gió ngang PD phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và
đặt tại trọng tâm của các phần diện tích chịu gió và được tính như sau:
PD = 0.0006V2AtCd ≥ 1.8 At (KN)
trong đó:
• V = tốc độ gió thiết kế tính theo phương trình 3.8.1.1‐1 (m/s)
• At = Diện tích của kết cấu hay cấu kiện cần tính tải trọng gió ngang (m2)
• Cd = Hệ số cản được quy định trong hình 3.8.1.2.1‐1

177

Tính mố cầu (t.theo)

178

3


8/27/2013

Tính mố cầu (t.theo)
 Tính tải trọng gió dọc trên kết cấu (WS)
Tải trọng gió dọc trên kết cấu được tính dựa trên quy định của điều
3.8.1.2.2 như sau:

179

Tính mố cầu (t.theo)
 Tính tải trọng gió trên xe cộ (WL)
Tải trọng gió dọc trên kết cấu được tính dựa trên quy định của điều
3.8.1.3. như sau:

180

4


8/27/2013

Tính mố cầu (t.theo)
 Tính tải trọng gió theo phương thẳng đứng
Tải trọng gió theo phương thẳng đứng được tính dựa trên quy định của
điều 3.8.2. như sau.
Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm của diện
tích thích hợp theo công thức:
Pv = 0.00045 V2Av (KN)
Trong đó:
• V = tốc độ gió thiết kế tính theo phương trình 3.8.1.1‐1 (m/s)
• Av = Diện tích phẳng của mặt cầu hay cấu kiện cần tính tải trọng gió
thẳng đứng(m2)
Chú ý, chỉ tính tải trọng này cho các TTGH không liên quan đến gió lên
hoạt tải và chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu. 
Phải đặt lực gió thẳng đứng cùng với lực gió nằm ngang theo quy định
theo điều 3.8.1.
181

Ví dụ: tính áp lực của gió
Tổng bề rộng cầu B = 12m; Chiều dài dầm L = 33m; Cầu được xây ở phân
vùng gió I, xa dân cư, thoáng không có cây cao. Gối trên mố là gối cố định
cao su cốt bản thép, tính áp lực gió truyền từ kết cấu nhịp xuống mố = ?
33m

Mố

182

5

8/27/2013

Ví dụ: tính áp lực của gió

183

Tính mố cầu (t.theo)
Lập sơ đồ tính sau khi tính toán các tải trọng tác dụng lên mố:

184

6


8/27/2013

Tính mố cầu (t.theo)
• 4.1.5. Kiểm tra mố cầu ở TTGH sử dụng
– Điều 11.5.2: phải nghiên cứu sự chuyển dịch quá mức ở TTGH 
sử dụng đối với các mố, tường chắn
– Điều 11.6.2: chuyển vị của mố và tường chắn ở TTGH sử dụng
• Chuyển vị và độ lún mố: xem phần móng (Chương 10 –
22TCN‐272‐05), các điều 10.6.2.2.3; 10.7.2.3 và 10.8.2.3
• Giới hạn đối với chuyển vị của tường chắn thông thường
được đề ra dựa trên chức năng và loại hình tường, tuổi thọ
dự kiến. Áp dụng các điều 10.6.2.2, 10.7.2.2 và 10.8.2.2 khi
thích hợp.
185

Tính mố cầu (t.theo)

– Lưu ý: AASHTO LRFD 1998 và 22TCN‐272‐05 quy định kiểm tra
ổn định tổng thể theo TTGH cường độ (điều 11.5.3)
Tuy nhiên, từ phiên bản AASHTO LRFD 2004 trở về sau lại quy
định việc kiểm tra ổn định tổng thể của nền đất ở TTGH sử
dụng (AASHTO 11.5.2)
• Ổn định tổng thể của nền đất (11.6.2.3)

186

7


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
– Mất ổn định tổng thể của nền đất sau tường chắn:

Theo AASHTO 
2004, ổn định
tổng thể mái
dốc cần được
kiểm tra theo
TTGH sử dụng.

187

Tính mố cầu (t.theo)
• 4.1.6. Kiểm tra mố cầu ở TTGH cường độ

– Theo điều (11.6.3) cần phải thiết kế các mố, tường chắn ở 
TTGH cường độ cho các nội dung sau:
• Sức chịu tải của nền đất,
hình (a);
• Lật mố, hình (b);
• Trượt mố, hình (c);
• Mất ổn định chung, hình (d);
(AASHTO 2004 kiểm tra nội
dung này ở TTGH sử dụng).
• Xói mòn dưới bề mặt;
• Sự phá hoại do kéo tuột các
neo đất, cốt gia cường đất
• Sức chịu tải của các cấu kiện mố.
188

8


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
• Các hệ số tải trọng khi kiểm tra sức kháng của nền đất

 DC
 EV
 EH
 WA

V

 1.25
 1.35
 1.50
  WAH  1.00

189

Kiểm tra mố cầu (t.theo)

Phân bố
ứng suất
tại đáy bệ
mố trên
nền đất

190

9


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)

Phân bố
ứng suất
tại đáy bệ
mố trên
nền đá

191

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
• Các hệ số tải trọng khi kiểm toán lật và trượt

 DC
 EV
 EH
 WA

V

 0.9
 1.00
 1.50
  W AH  1.00

192

10


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
 (1) Kiểm tra điều kiện chống lật
– Vị trí của trọng tâm phản lực nền được xác định bằng cách lấy
cân bằng mô men của các lực tác dụng lên bệ trụ. Ví dụ, sau
khi xác định được các tải trọng Mu, Vu, Hu theo TTGH–CĐ:
• ƩX =0 => xác định được lực ma sát F

• ƩY =0 => xác định được phản
lực nền N

Mu, Vu, Hu 
F

• ƩMC =0 => xác định độ lệch tâm e

e

M

C
N
e

C

N

B
193

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
Các điều kiện sau đây được dùng thay cho việc kiểm tra mômen
lật không vượt quá mômen chống lật (C11.6.3.3)
– Móng trên nền đất:
• Vị trí hợp lực của phản lực phải nằm
trong 1/2 bề rộng tính từ tim của
đáy bệ mố. Điểm lật giả thiết cách

mép đáy bệ mố B/4.
=> e < {emax = B/4}

B/2

B/2

Mu, Vu, Hu 
N

B/4

C

– Móng trên nền đá: 
• Vị trí hợp lực của phản lực phải nằm
trong 3/4 bề rộng tính từ tim của
đáy bệ mố. Điểm lật giả thiết cách
mép đáy bệ mố B/8.
=> e < {emax = 3B/8}

B/2

B/2

Mu, Vu, Hu 
B/8

N

C
194

11


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
 (2) Kiểm tra sức kháng đỡ của đất nền
– Công thức tổng quát:

 Ri  qult  qu _ max
Trong đó:
• qult = sức kháng ép mặt cực hạn của đất nền
• Ri = hệ số triết giảm do lực tác dụng nghiêng = (1 – Hn/Vn)3
• Hn = lực ngang tác dụng tại đáy móng (chưa nhân hệ số)
• Vn = lực đứng tác dụng tại đáy móng (chưa nhân hệ số)
• φ = Hệ số sức kháng
• qu_max = ứng suất lớn nhất tại đáy móng
195

Kiểm tra mố cầu (t.theo)

196

12


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
 (3) Kiểm tra sức kháng trượt
– Công thức tổng quát:

s Fru    i  Ph _ i

Trong đó:
• φs = hệ số sức kháng trượt (Bảng 10.5.5.1)
• Fru = lực ma sát = Nu tan(δb) + ca Be
• Nu = hợp lực theo phương đứng (đã nhân hệ số ở TTGHCĐ)
• δb = góc ma sát giữa đáy bệ móng và đất nền (độ)
• ca = lực dính
• Be = chiều dài có hiệu của bệ móng (phần chịu phản lực nền)
• Ph_i = tải trọng danh định theo phương ngang (gây trượt) 
• γi = hệ số tải trọng tương ứngvới tải trọng Ph_i.
197

Bảng 10.5.5.1: Hệ số sức kháng theo
TTGH Cường độ cho các móng nông

Kiểm tra mố cầu (t.theo)

(Sức kháng
đỡ của nền)

198

13

8/27/2013

Bảng 10.5.5.1: Hệ số sức kháng theo
TTGH Cường độ cho các móng nông
(t.theo)

Kiểm tra …
(Sức
kháng
trượt
của
nền)

199

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
 (4) Kiểm tra cường độ của các cấu kiện
–
–
–
–

Tường đỉnh
Tường thân
Tường cánh
Bệ mố

Nội dung kiểm tra:
– Uốn

– Nén uốn đồng thời (xem phần tính trụ)
– Cắt

200

14


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
– Một số tiết diện cần kiểm tra ở TTGH cường độ:
¸p lùc ®øng
do ho¹t t¶i

KCPT, LL+I
E

I
J
H

EQ, BR

1

D
G
X
PH2

Ht

3

B
K

+M

P2

F

PH1
P1

0.5H

2

+H

PV2


PV1

0.4Ht

+V

A

C

A1

Quy −íc
¸p lùc ngang
do ho¹t t¶i

4

(KA, KEA) s Ht

201

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
– Một số tiết diện cần kiểm tra ở TTGH cường độ:
5

1

1

2

2
5

3
4

3
4

202

15


8/27/2013

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
– Một số dạng phá hoại của bệ mố (hoặc bệ trụ) trên nền đất
theo TTGH cường độ:

Phá hoại do uốn

Phá hoại do cắt

Phá hoại do vỡ neo bê tông

203

Kiểm tra mố cầu (t.theo)
– Một số dạng phá hoại của bệ mố (hoặc bệ trụ) trên nền cọc
theo TTGH cường độ:
Phá hoại
do vỡ neo 

bê tông

Phá hoại
do cắt

Phá hoại
do uốn

Phá hoại
do tụt neo 
đầu cọc
204

16


8/27/2013

Ví dụ tính mố
Mố xây trên nền cát sỏi
Nền có chỉ số NSPT = 22
Sức kháng nền ước tính
là 1060 kPa
Đất đắp sau mố là cát
chặt vừa.

205

Ví dụ tính mố

206

17


8/27/2013

Ví dụ tính mố

207

Chú ý về góc ma sát 
trong phạm vi ví dụ này: 
Ta chỉ xét ảnh hưởng của
ma sát giữa đất và thân
mố tới áp lực ngang do 
đất đắp (áp lực P xiên
góc được tách ra 2 
thành phần Pv và Ph).
Không xét ảnh hưởng
của ma sát giữa đất và
thân mố tới áp lực ngang
do tĩnh tải và hoạt tải
chất thêm (coi  = 0).

208

18

8/27/2013

Ví dụ tính mố

209

210

19


8/27/2013

Lực tác dụng lên mố theo phương thẳng đứng (chưa nhân hệ số)
Tính trọng lượng mố và đất đắp sau mố
Vn (kN)
Khối 1 = (1.830)(0.610)(23.6) =
26.345
Khối 2 = (0.690)(1.525)(23.6) =
24.833
Khối 3 = (0.230)(0.915)(23.6) =
4.967
Khối 4 = (0.380)(2.440)(18.9) =
17.524
DL =
109.4
LL =
87.5
V D =
2.735

d (m)
0.915
1.105
1.335
1.640
0.990
0.990
1.640

Mô men (kN.m)
24.11
27.44
6.63
28.74
108.31
86.63
4.49

V L =

8.566

1.640

14.05

Pv =

8.222

1.830

15.05

d (m)
‐1.098

Mô men (kN.m)
‐19.36

Lực tác dụng lên mố theo phương ngang (chưa nhân hệ số)
Vn (kN)
Ph =
17.633
HD =

5.399

‐1.373

‐7.41

HL =
WS =
WL =
BR =
CR+SH+TU =

16.906

2.900
0.7
3.600
10.9

‐1.373
‐2.135
‐2.135
‐2.135
‐2.135

‐23.21
‐6.19
‐1.49
‐7.69
‐23.27
211

Các hệ số tải trọng cho TTGH Cường độ 1 và 3
TTGH

DC

EV

EH

LL

BR

LS

WS

WL

CR+SH+TU

Cường độ 1
Cường độ 1 (b)
Cường độ 3
Cường độ 3 (b)

1.25
0.9
1.25
0.9

1.35
1
1.35
1

1.5
1.5
1.5
1.5

1.75

1.75
0
0

1.75
1.75
0
0

1.75
1.75
0
0

0
0
1.4
1.4

0
0
0
0

0.5
0.5
0.5
0.5

Lực tác dụng lên mố theo phương thẳng đứng  và mô men tương ứng (sau khi nhân hệ số tải trọng)

Cường độ 1 Cường độ 1 (b) Cường độ 3 Cường độ 3 (b)
MVu

Vu

MVu

Vu

MVu

Vu

MVu

Khối 1 = 32.93

Vu

30.13

23.71

21.69

32.93

30.13

23.71

21.69

<‐‐‐     DC

Khối 2 = 31.04

34.30

22.35

24.70

31.04

34.30

22.35

24.70

<‐‐‐     DC

Khối 3 = 6.21

8.29

0.00

5.97

0.00

8.29

0.00

5.97

<‐‐‐     DC

Khối 4 = 23.66

38.80

17.52

28.74

23.66

38.80

17.52

28.74

<‐‐‐    EV

97.48 136.75 135.38 98.46

97.48

<‐‐‐     DC

DL = 136.75 135.38 98.46

LL = 153.13 151.59 153.13 151.59

0.00

0.00

0.00

0.00

<‐‐‐    LL

V D = 3.42

5.61

2.46

4.04

3.42

5.61

2.46

4.04

<‐‐‐     DC

V L = 14.99

24.58

14.99

24.58

0.00

0.00

0.00

0.00

<‐‐‐    LL

Pv  = 12.33

26.33

14.39

26.33

11.51

0.00

4.11

0.00

<‐‐‐    EH

Tổng cộng =  414.5

455.0

347.0

385.1

239.3

252.5

168.6

182.6
212

20


8/27/2013

Lực tác dụng lên mố theo phương ngang (sau khi nhân hệ số)
Cường độ 1 Cường độ 1 (b) Cường độ 3

Cường độ 3 (b)

MHu

Hu

MHu

Hu

MHu

Hu

MHu

Ph = 26.45

‐29.04

26.45

‐29.04

26.45

‐29.04

26.45

‐29.04

<‐‐‐    EH

HD =

8.10

‐11.12

8.10

‐11.12

8.10

‐11.12

8.10

‐11.12

<‐‐‐    EH

HL = 29.59

‐40.62

29.59

‐40.62

0.00

0.00

0.00

0.00

<‐‐‐    LS

0.00

0.00

0.00

4.06

‐8.67

4.06

‐8.67

<‐‐‐     WS
<‐‐‐     WL

Hu

WS =

0.00

WL =

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

BR =

6.30

‐13.45

6.30

‐13.45

0.00

0.00

0.00

0.00

<‐‐‐    BR

CR+SH+TU =

5.45

‐11.64

5.45

‐11.64

5.45

‐11.64

5.45

‐11.64

<‐‐‐    CR+SH+TU

Tổng cộng = 

75.9

‐105.9

75.9

‐105.9

44.1

‐60.5

44.1

‐60.5

(1) Kiểm tra ổn định chống lật

Cường độ 1
Vu = 414.5
Hu = 75.88
MVu = 455.02
MHu =
M =
Xo =
e =
e max =
% thiết kế dư =

‐105.9
349.1
0.8424
0.0726
0.4575
84.1%

Cường độ 1 (b) Cường độ 3
347.0
239.3
75.88
44.06
385.12
252.51

Cường độ 3 (b)
168.6
44.06
182.61

‐105.9
279.3
0.8047
0.1103
0.4575
75.9%

‐60.5
122.1
0.7244
0.1906
0.4575
58.3%

‐60.5
192.0
0.8025
0.1125
0.4575
75.4%

 = B/4
213

Tìm vị trí của trọng tâm phản lực nền “e” 
cho tổ hợp TTGH‐CĐ1
e

Mc Mc 30.08kNm



 0.0726m
N
Vu
414.5kN

Vu = 414.5kN 
Hu = 75.88kN
F
M = 349.1kNm

N

Xo

e

Vu= 414.5kN
Hu=75.88kN
Mc=30.08kNm 

emax
B/2 = 
915mm 
Xo 
e

B/2 = 
915mm 

F C
N
e

M M 349.1kNm


 0.8424m
N Vu 414.5kN

B
 Xo  0.915  0.8424  0.0726m
2

emax
B/2 = 
915mm 

B/2 = 
915mm 
214

21


8/27/2013

(2) Kiểm tra ổn định chống trượt
Cường độ 1

Vu = 414.5
Tan( b) = 0.577
Fr = 239.14
 s =

0.8

 s Fr = 191.3
Hu = 75.88
60.3%
% thiết kế dư =

Cường độ 1 (b) Cường độ 3
347.0
239.3
0.577
0.577
200.22

138.08

0.8

0.8

160.2
75.88
52.6%

110.5

44.06
60.1%

Cường độ 3 (b)
168.6
0.577
97.29
0.8

Hệ số s.kháng trượt

77.8
44.06
43.4%

(3) Kiểm tra sức kháng đỡ của nền
Cường độ 1
Vu = 414.5
Hu = 75.88
Hu / Vu = 0.18
Ri = 0.545

Cường độ 1 (b) Cường độ 3
347.0
239.3
75.88
44.06
0.22
0.18
0.477

0.543

Cường độ 3 (b)
168.6
44.06
0.26
0.403

qult =  1060.0

1060.0

1060.0

1060.0

Ri qult = 577.86
   = 0.45
   Ri qult = 260.0

505.59
0.45
227.5

575.72
0.45
259.1

427.29
0.45

192.3

215.60
5.2%

149.10
42.4%

116.38
39.5%

qmax = 245.99
5.4%
% thiết kế dư =

Hệ số sức kháng đỡ

215

Tìm áp lực đáy móng lớn nhất qmax
cho tổ hợp TTGH‐CĐ1

B/2 = 
915mm 

qmax 

B/2 = 
915mm 

N
414.5(kN / m)
kN

 246 2
m
2 Xo
2  0.8424m
F C

qmax

N
e
2Xo

216

22