Tài liệu THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT - Chương 6 pdf

THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
CHƯƠNG 6
TÍNH TOÁN TRỤ CẦU
Nguyễn Mạnh Cường 1 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
1. GIỚI THIỆU CHUNG:
Trụ mang kết cấu nhịp là loại trụ thân đặc BTCT không dự ứng lực. Toàn cầu có 2 trụ
chính.
Tên trụ tính toán: T1
Quy trình tính toán: Theo tiêu chuẩn 22 TCN - 272 - 05.
2. KẾT CẤU PHẦN TRÊN:
- Số lượng dầm : N = 1dầm
- Chiều dài tính toán nhịp chính: Lng = 90 m
- Chiều dài tính toán nhịp biên: Lss = 60 m.
- Chiều dài thực tế nhịp chính: Lchinh = 90 m.
- Chiều dài thực tế nhịp biên: Lbiên = 60 m.
- Chiều cao dầm trung bình dầm hộp: Htb = 4.5 m.
- Chiều cao gờ đỡ lan can: Hg = 0.7 m.
- Chiều cao lan can: Hlc = 0.5 m.
- Khổ cầu: B = 8 m.
- Bề rộng mặt cầu: W = 12.5 m.
- Số làn xe thiết kế: n = 2 Làn.
- Hệ số làn xe: m = 0.85.
- Hệ số xung kích: IM = 0.25.
- Trọng lượng riêng bê tông : gbt = 24.5 kN/m3.
- Trọng lượng riêng nước: gn = 10 kN/m3.
- Lớp phủ mặt cầu, lớp phòng nước: 0.114 m.
3. SỐ LIỆU TRỤ:
- Loại trụ: Trụ đặc BTCT.

Nguyễn Mạnh Cường 2 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
- Loại cọc: Cọc khoan nhồi d = 1500 mm.
- Số cọc trong móng: ncọc = 12 Cọc.
- Cao độ mực nước cao nhất MNCN = + 20.7m.
- Cao độ mực nước thấp nhất MNTN =+ 14 m.
- Cao độ mực nước thi công: MNTC = + 16.2 m.
- Cao độ mặt đất thiên nhiên: MĐTN = + 11.2 m.
- Chiều sâu xói chung công xói cục bộ: hxc+b = 3.24 m.
- Cao độ MĐTN sau xói chung và xói cục bộ: MĐSX =7.96m .
- Cao độ đỉnh móng: CĐIM = 13.5 m.
- Cao độ đáy móng: CĐĐM = 10.5m.
K. thớc m
bh
9.00
b1 0.00
dh
3.00
dd 0.00
h1 0.00
h2 0.00
bc
6.5
dc
3.00
hc
9.00
r
1.25

hSF
8.24
hSO
-5.54
b
16.00
d
11.5
h
3.00
Nguyễn Mạnh Cường 3 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
4. CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ:
4.1. Tĩnh tải :
Công thức chung để xác định tĩnh tải là :
Pi = Vi . gi
Pi : trọng lượng của cấu kiện.
Vi : thể tích các cấu kiện.
gi : trọng lượng riêng của các cấu kiện
DC: Gồm có
+ Trọng lượng kết cấu phần trên: trọng lượng bn thân dầm, giá đỡ lan can, lan can...
+Trọng lượng kết cấu phần dưới hay trọng lượng của các bộ phận cấu tạo nên trụ.
DW : gồm có
+Trọng lượng của các lớp phủ mặt cầu.
+Trọng lượng các hạng mục kết cấu và lớp phủ.
Vậy ta có thể tổng hợp các trọng lượng như sau :
4.1.1. Tĩnh tải kết cấu phần trên + thiết bị phụ DC + DW
Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Tĩnh tải kết cấu phần trên + thiết bị phụ DC

- Trọng lợng bản thân dầm
35000.00 KN
- Trọng lợng cột đèn
0.00 KN
- Trọng lợng dầm ngang và mối nối
0.00 KN
- Trọng lợng gờ chắn đỡ lan can
1102.50 KN
- Trọng lợng lan can
48.60 KN

Tổng cộng 36151.10 KN
Tĩnh tải lớp phủ + tiện ích DW

- Trọng lợng lớp phủ

5236.86 KN
4.1.3. Tĩnh tải do các thành phần của trụ
Nguyễn Mạnh Cường 4 Lớp Cầu Đường Sắt – K42

60 90 60
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
STT Hạng mục Thể tích T/Lượng
1 Bệ trụ 552.00 13524.00
2 Thân trụ 219.68 5382.13
3 Xà mũ 0.00 0.00
4 Đá kê gối 0.96 23.43
5 Tường che 0.00 0.00
6 Khối neo 0.76 18.50

Tổng cộng 773.39 18948.06
Bảng tổng hợp tĩnh tải tại 2 mặt cắt
STT Hạng mục Đỉnh móng Đáy móng
1 Bệ trụ 13524.00
2 Thân trụ 5382.13 5382.13
3 Xà mũ 0.00 0.00
4 Đá kê gối 23.43 23.43
5 Tờng che 0.00 0.00
6 Khối neo 18.50 18.50
Tổng cộng 5424.06 18948.06
4.2. Hoạt tải xe :
Được tính toán bằng cách xếp tải lên đường ảnh hưởng phản lực gối. Đường ảnh hưởng
phản lực gối tại trụ T1 được vẽ dưới đây :
Tính toán giá trị hoạt tải
Tải trọng Điểm Tung độ Trục xe P/lực gối Tổng cộng Đơn vị
1 0.940 35.00 65.80 kN
2 0.971 145.00 281.59 kN
3 1.000 145.00 290.00 kN
Nguyễn Mạnh Cường 5 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
Truck 4 0.864 0.00 0.00 kN
5 0.852 0.00 0.00 kN
6 0.758 0.00 0.00 637.39 kN
Tandem 7 0.989 110.00 217.58 kN
3 1.000 110.00 220.00 437.58 kN
Lane WL 100.46 9.30 1934.21 kN
Hoạt tải trên nhịp dẫn LL 2314.44 kN
Xung kích IM 143.41 kN
4.3. Hoạt tải người đi bộ:

Tải trọng tiêu chuẩn người đi bộ q
nd
= 3 kN/m
2
Bề rộng đường người đi bộ B
nd
= 1.5 m
Phản lực gối do tải trọng người đi bộ PL
t
= 452.05 kN
PL
p
= 452.05 kN.
4.4. Lực hãm xe (BR)
Lực hãm xe nằm ngang cách phía trên mặt đường là:
h
BR
= 1.8 m.
BR= 162.5 kN.
4.5. Lực ly tâm (CE)
Lực ly tâm nằm ngang cách phía trên mặt đường một khoảng: h
CE
= 1.8 m
CE = SP.C
V = 60 m/s.
g = 9.807 m/s
2
.
CE = .
R = ∝ (m)

C = 0 m .
⇒ CE = 0 kN.
Trong đó:
P : Tải trọng trục xe
V : Vận tốc thiết kế đường ô tô = 60 km/h
Nguyễn Mạnh Cường 6 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
g : Gia tốc trọng trường.
R : Bán kính cong của làn xe.
4.6. Tải trọng gió tác động lên công trình :
Kích thước các bộ phận hứng gió :
STT Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị
1 Bề rộng mặt cầu W 12.500 m
2
Chiều cao dầm hộp và bề dày lớp phủ mặt
cầu
h
g
4.614 m
3 Chiều cao toàn bộ kết cấu trên
h
s
5.200 m
4 Chiều cao gối cầu và đá kê gối
h
b
0.301 m
5 Chiều cao xà mũ

h
cb
0.000 m
6 Chiều cao lan can


h
lc
0.500 m
7
K/c đáy dầm đến trọng tâm chắn gió của
KCPT
h
cg
2.600 m
8 Chiều cao thân trụ


h
c
9.000 m
9 Chiều cao bệ trụ h 3.000 m
10 Bề rộng xà mũ


d
h
9.000 m
11 Bề rộng thân trụ

d
c
9.000 m
12 Chiều sâu dòng chảy
h
SF
8.240 m
13 Chiều dày lớp đất phủ trên bệ trụ
h
so
0.000 m

Tốc độ gió thiết kế tính theo công thức:
V = V
B
. S = 38 m/s.
Trong đó:
V
B
: Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm
S : Hệ số điều chỉnh.
4.6.1. Tải trọng gió tác động lên công trình :
4.6.1.1. Tải trọng gió ngang PD với vận tốc 38 m/s :
Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu nhịp:
PD = 0.0006 V
2
. A
t

. C
d
> 1.8 A
t
(kN).
Trong đó :
Nguyễn Mạnh Cường 7 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
V : Tốc độ gió thiết kế
A
t
: Diện tích kết cấu hay cấu kiện phải tính gió ngang trạng thái không có hoạt tải tác
dụng.
C
d
: Hệ số cản tra bảng trong quy trình
Kết quả được cho trong bảng sau:
Kí hiệu Giá trị Đơn vị


A
t
156.00 m
2


C
d
1.30

1.8 A
t
2808.00 kN


0.0006 V
2
A
t
C
d
1757.06 kN


P
D
2808.00 kN
Cánh tay đòn tính đến đỉnh trụ

Z
1
2.90 m
Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z
2
11.90 m
Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Z
3
14.90 m
* Tải trọng gió tác dụng lên lan can :
PD = 0.0006 V
2
. A
t
. C
d
> 1.8 A
t
(kN).
Trong đó:
V : Tốc độ gió thiết kế.
A
t
: Diện tích kết cấu hay cấu kiện phải tính gió ngang trạng thái không có hoạt tải tác
dụng.
C
d
: Hệ số cản.
Kết quả được tổng hợp trong bảng sau:
Kí hiệu Giá trị Đơn vị



A
t

90.00 m
2


C
d
1.30


1.8 A
t
162.00 kN


0.0006 V
2
A
t
C
d
101.37 kN


P
D
210.60 kN
Cánh tay đòn tính đến đỉnh trụ

Z
1

5.75 m
Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z
2
14.75 m
Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Z
3
17.75 m
Nguyễn Mạnh Cường 8 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
* Tải trọng gió tác dụng lên đỉnh trụ :
Kết quả tính tải trọng gió tác dụng lên đỉnh trụ được tổng hợp trong bảng sau:
Kí hiệu Giá trị Đơn vị



A
t
0.00 m
2


C
d
1.00

1.8 A
t
0.00 kN


0.0006 V
2
A
t
C
d
0.00 kN


P
D
0.00 kN
Cánh tay đòn tính đến đỉnh trụ

Z
1
0.00 m
Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z
2
10.00 m
Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Z
3
12.50 m
* Tải trọng gió tác dụng lên thân trụ :
Kí hiệu Giá trị Đơn vị



A
t
2.28 m
2


C
d
1.00


1.8 A
t
4.10 kN


0.0006 V
2
A
t
C
d

1.98 kN


P
D
4.10 kN
Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z
2
8.62 m
Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Z
3
11.62 m
4.6.1.2. Tải trọng gió dọc
Đối với mố, trụ, kết cấu phần trên là giàn hay các dạng kết cấu khác có bề mặt cản gió lớn,
song song với tim dọc của kết cấu nhịp, thì phải xét tới tải trọng gió dọc. Tuy nhiên trong
trường hợp này, cầu thiết kế không thuộc các dạng trên nên không xét tới tải trọng gió dọc PD.
4.6.1.3. Tải trọng gió ngang PD với vận tốc 25 m/s :
* Tác dụng lên KCN :
Kết quả tổng hợp tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp được cho trong bảng sau:
Nguyễn Mạnh Cường 9 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
Kí hiệu Giá trị Đơn vị

A
t
1560.00 m
2


C
d
1.00


1.8 A
t
2808.00 kN


0.0006 V
2
A
t
C
d
585.00 kN


P
D
2808.00 kN
Cánh tay đòn tính đến đỉnh trụ

Z
1
2.90 m
Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z
2
11.90 m
Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Z
3
14.90 m
* Tác dụng lên lan can :
Kí hiệu Giá trị Đơn vị



A
t
90.00 m
2


C
d
0.80


1.8 A

t
162.00 kN


0.0006 V
2
A
t
C
d
27.00 kN


P
D
129.60 kN
Cánh tay đòn tính đến đỉnh trụ

Z
1
5.75 m
Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z
2
15.75 m
Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Z
3

18.25 m
* Tác dụng lên thân trụ :
Kí hiệu Giá trị Đơn vị



A
t
2.28 m
2


C
d
1.00


1.8 A
t
4.10 kN


0.0006 V
2
A
t
C
d
0.86 kN

P
D
4.10 kN
Cánh tay đòn tính đến đỉnh bệ

Z
2
8.62 m
Cánh tay đòn tính đến đáy bệ

Z
3
11.62 m
4.6.2 Tải trọng gió tác động lên xe cộ (WL):
Kí hiệu Giá trị Đơn vị
4.6.2.1 Tải trọng gió ngang

Nguyễn Mạnh Cường 10 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ 1.50 kN/m
Điểm đặt lực cách mặt đờng h 1.80 m
WLngang 450.00 kN
4.6.2.2 Tải trọng gió dọc


Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ 0.75 kN/m
Điểm đặt lực cách mặt đờng h 1.80 m
WLdọc 223.50 kN

4.7. Tải trọng nước
4.7.1. Áp lực nước tĩnh :
Tính theo công thức :
WA = g
w
h
2
/2
h: chiều sâu cột nước
Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Tính tại mặt cắt đỉnh bệ

Chiều cao cột nớc từ MNTT đến mặt cắt đỉnh
bệ
8.24 m
Áp lực nớc tĩnh WA 339.49 kN/m
Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét 2.75 m
Tính tại mặt cắt đáy bệ
Chiều cao cột nớc từ MNTT đến mặt cắt đáy bệ 11.24 m
Áp lực nớc tĩnh WA 631.69 kN/m
Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt đang xét 3.75 m
Tính tại mặt cắt đỉnh trụ WA 0.00 kN/m
4.7.2 Lực đẩy nổi :
Được tính theo công thức :
B = g
w
.Vo
Ta có bảng tổng hợp tải trọng tại đỉnh bệ móng, đáy bệ móng. Kết quả được tổng hợp
trong các bảng sau :
Hạng mục Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Tính tại mặt cắt đỉnh bệ

Chiều cao cột nớc từ MNTT đến mặt cắt đỉnh
bệ
h nớc
1
8.24 m
Nguyễn Mạnh Cường 11 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN TRU
CẦU
Áp lực đẩy nổi B 2011.28 kN
Tính tại mặt cắt đáy bệ
Chiều cao cột nớc từ MNTT đến mặt cắt đáy bệ h nớc
2
11.24 m
Áp lực đẩy nổi B 2356.28 kN
Tính tại mặt cắt đỉnh trụ B 0.00 kN
Nguyễn Mạnh Cường 12 Lớp Cầu Đường Sắt – K42
THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG 6:TÍNH TOÁN TRỤ CẦU
5. TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC MẶT CẮT:
Bảng tải trọng xét tại mặt cắt đỉnh móng
Tải trọng Ghi chú Hệ số Gravity Dọc cầu Ngang cầu

g N H
y
z M
x
H
x
z M

y
KN KN m KNm KN m KNm
Cấu kiện+thiết bị phụ DC
g
DC
41575.16
Lớp phủ + tiện ích DW g
DW
5236.88
Hoạt tảI xe LL + IM
g
LL
2457.86
TảI trọng ngời PL 2làn2nhịp g
PL
904.10
Lực đẩy nổi B g
WA
2011.28
Gió trên hoạt tảI WL g
WL
225.00 15.72 3535.88 450.00 15.72 7071.75
Gió ngang WS
Gió tác động lên KCPT V thiết kế g
WS
2808.00 11.90 33418.01
V=25 m/s 2808.00 11.90 33418.01
Gió tác động lên KCPD V thiết kế g
WS
4.10 35.38

V=25 m/s 4.10 35.38
Gió tác động lên lan can V thiết kế g
WS
210.60 14.75 3106.56
V=25 m/s 129.60 14.75 1911.73
Gió dọc WS
Gió tác động lên lan can V thiết kế g
WS
0.00
V=25 m/s 0.00
Gió tác động lên KCPT V thiết kế g
WS
0.00
V=25 m/s 0.00
Gió tác động lên KCPD V thiết kế g
WS
0.00 0.00
Nguyễn Mạnh Cường 13 Lớp Cầu Đường Sắt – K42