Chng 2: Thiết kế ph-ơng án Cỗu 1.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật và nguyên tắc thiết kế. 1.1.1. Quy trình thiết kế - Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn AASHTO LRFD 1998 - Tiêu chuẩn thiết kế đ-ờng ô tô TCVN 4054 - 98. - Tiêu chuẩn thiết kế áo đ-ờng mềm 22 TCN 211- 95. - Quy trình khảo sát đ-ờng ô tô 22TCN-263-2000 1.1.2. Các nguyên tắc thiết kế: - Công trình thiết kế vĩnh cửu, hình thức cầu đẹp. - Đáp ứng đ-ợc các yêu cầu về nhu cầu giao thông trong t-ơng lai . - Thời gian thi công ngắn, thuận lợi, tính cơ giới cao. - Sử dụng các công nghệ mới hiện đại trên cơ sở phát huy đ-ợc khả năng sẵn có của các đơn vị thi công trong n-ớc. - Giá thành xây lắp công trình hợp lý. 1.1.3. Các thông số kỹ thuật cơ bản 1.1.3.1. Qui mô công trình: - Cầu đ-ợc thiết kế bằng BTCT và BTCT-DƯL - Tải trọng: + Xe HL 93 - Tần suất lũ thiết kế: P1% - Độ dốc dọc thiết kế i = 2% trên cầu chính và 4% trên cầu dẫn,phần cầu chính bố trí một đ-ờng cong đứng bán kính R = 5000m. - Độ dốc ngang 2% - Động đất cấp 6. 1.1.3.2. Khổ cầu: - K = 11 + 2x0.5 (m) - Ba làn xe ô tô chạy rộng 11m - Bề rộng gờ chân lan can mỗi bên 0.5m. 1.1.3.3. Khổ thông thuyền: - Cục đ-ờng sông có văn bản số/CĐS-QLĐS đề nghị tĩnh không thông thuyền tạo cầu X là sông cấp I: B = 50m, H = 7m. - Vậy thiết kế cầu có tĩnh không thông thuyền cấp I (B = 50m, H = 7m) 1.2. Ph-ơng án vị trí cầu: - Việc lựa chọn vị trí tuyến và vị trí cầu cầu dựa trên các nguyên tắc cơ bản nh- sau: + Phù hợp với quy hoạch phát triển giao thông trong khu vực, ít tác động đến môi tr-ờng dân sinh và xã hội. + Thuận lợi cho hoạt động giao thông của thành phố VP + Thoả mãn các tiêu chuẩn về hình học của tuyến và cầu. + Thoả mãn yêu cầu về thuỷ văn thuỷ lực. + Thuận lợi cho thi công và tổ chức thi công. + Có giá thành xây lắp công trình hợp lý. - Từ các đặc điểm về địa hình, chiều dài tuyến, tổng diện tích giải phóng mặt bằng ta chọn ph-ơng án vị trí cầu có mặt cắt sông nh- hình vẽ trong các bản vẽ kèm theo. 1.3. Ph-ơng án kết cấu cầu 1.3.1. Nguyên tắc lựa chọn loại hình kết cấu - Thoả mãn khẩu độ thoát n-ớc (tr-ờng hợp này đề bài không khống chế) và khổ thông thuyền. - Phù hợp với các điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu (đặc biệt là điều kiện địa chất và thuỷ lực, thuỷ văn) - Thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế và khai thác. - Công nghệ thi công phù hợp với năng lực các nhà thầu trong n-ớc. - Chi phí xây dựng hợp lý. 1.3.2. Khái quát chung về đề xuất ph-ơng án về sơ đồ cầu : Trên cơ sở các nguyên tắc đã nêu, một số lựa chọn chung nhất để tiến hành thiết lập các ph-ơng án là: 1.3.2.1. Yêu cầu về đảm bảo khẩu độ thoát n-ớc, các cao độ khống chế: - Khẩu độ thoát n-ớc tối thiểu: Không khống chế - Cao độ đỉnh trụ hoặc mố lớn hơn cao độ Hmax 1% là 0.5m: Hđt,m 8.47 + 0.5 = 8.97m - Mực n-ớc thông thuyền: Htt = +8.06 m - Cao độ đáy dầm lớn hơn cao độ khống chế của khổ thông thuyền là +15.06m. - Tĩnh không ngang tại vị trí nhịp thông thuyền 50m 1.3.2.2. Ph-ơng án về vật liệu kết cấu: - Trong điều kiện hiện tại về công nghệ thi công, giá thành xây dựng tại Việt Nam, đang có rất nhiều công trình cầu đã sử dụng vật liệu kết cấu là bê tông cốt thép, hoặc bê tông cốt thép ứng suất tr-ớc. Mặt khác, đây là vùng biển nồng độ muối cao nên khó có thể áp dụng các kết cấu cầu kim loại. Do đó trong công trình này ta lựa chọn vật liệu xây dựng là bê tông cốt thép ứng suất tr-ớc. 1.3.2.3. Loại hình kết cấu phần trên: - ứng với khẩu độ cầu đã tính toán và địa hình thực tế tại khu vực xây dựng các loại hình kết cấu sau có thể đ-ợc cân nhắc xem xét : + Cầu Extradosed + Cầu dầm liên tục thi công bằng công nghệ đúc hẫng. + Cầu dây văng khẩu độ nhịp trung bình 1.3.2.4. Loại hình kết cấu d-ới: - Dựa vào kết quả thăm dò địa chất khu vực, kết cấu nền móng đề xuất dùng cho các ph-ơng án là cọc khoan nhồi đ-ờng kính từ 1m 2.0m. - Có 3 ph-ơng án kết cấu sau đ-ợc đ-a vào xem xét, cùng với ph-ơng án vị trí tuyến đã đ-ợc chọn để tiến hành so sánh tổng mức đầu t- . 1.4. ph-ơng án kết cấu 1: cầu liên tục 3 nhịp 1.4.1. Tổng quát 1.4.1.1. Sơ đồ nhịp: - Cầu dầm bê tông cốt thép ƯST giản đơn + liên tục: ( 40m+80m+120m+80m+40m ) 1.4.1.2. Kết cấu phần trên: - phần cầu chính là cầu dầm hộp liên tục: Sơ đồ nhịp: 80m + 120m + 80m , có chiều cao thay đổi từ 6.0m tại đỉnh trụ đến 3.0m tại vị trí giữa nhịp. Chiều dài toàn cầu tính đến đuôi mố là 374.20m trong đó phần cầu chính nằm trên đ-ờng cong đứng R = 5000m là - Phần cầu dẫn là dầm giản đơn BTCT DƯL Super T cao 175cm. 1.4.1.3. Các kích th-ớc cơ bản dầm liên tục đ-ợc chọn nh- sau + Dầm liên tục có mặt cắt ngang là 1 hộp đơn thành xiên có chiều cao thay đổi + Chiều cao tại vị trí trên trụ chọn H = 6m, khi đó H/l = 6/120 = 1/20 nằm trong khoảng H = (1/15 1/20)l, với l là khoảng cách tim 2 trụ (l = 120m) + Chiều cao tại vị trí giữa nhịp chọn h = 3.0m, khi đó H/l = 3/120 = 1/40 nằm trong khoảng H = (1/30-1/50)l + Chiều cao dầm thay đổi theo đ-ờng cong bậc 2 Chiều cao dầm tại vị trí bất kỳ cách giữa nhịp một đoạn x đ-ợc tính theo công thức sau: m mp hx L hh y 2 2 . )( Trong đó: h p , h m : Chiều cao dầm tại đỉnh trụ và giữa nhịp L : Chiều dài phần cánh hẫng. 1.4.1.4. Các kích th-ớc mặt cắt ngang dầm hộp đ-ợc chọn sơ bộ: + Bề rộng hộp D = (0.510.59)B, trong đó B là bề rộng mặt cầu, B = 12m, chọn D tại đỉnh trụ bằng 6.7m Khi đó D/B = 6.7/12 = 0.56 + Chiều cao bản mặt cầu ở cuối cánh vút : d4 = 25cm + Chiều cao bản mặt cầu ở đầu cánh vút : d3 = 60cm + Chiều cao bản mặt cầu tại vị trí giữa nhịp bản: d1 = 30cm + Bề dày s-ờn dầm: Bề dầy s-ờn dầm thay đổi tuyến tính từ trên đỉnh trụ tới giữa nhịp 60cm - 30cm + Bề dày bản đáy hộp thay đổi từ 110cm tại vị trí đỉnh trụ và giảm theo đ-ờng cong tới 30cm tại vị trí giữa nhịp. Bề dày bản đáy tại vị trí bất kỳ cách giữa nhịp một đoạn L x đ-ợc tính theo công thức sau: 1 2 2 12 hL L hh h xx Trong đó: h 2 , h 1 : Bề dày bản đáy tại đỉnh trụ và giữa nhịp L : Chiều dài phần cách hẫng. + Tại vị trí đỉnh trụ, dầm đ-ợc thiết kế dầm ngang đặc, chỉ chừa lại một lối thông có kích th-ớc 1.5x1m và đ-ợc tạo vút 20x20cm 1.4.1.5. Kích th-ớc chung dầm Super T 40 m: 810157 3 1 0 70 21 5 30 23 23 31 31 1 0 24 24 810157 10 39 1039 21 5 30 57 3 79 3 57 200 175 1.4.1.6. Kết cấu phần d-ới: - Mố hai đầu cầu kết cấu chữ U BTCT tựa trên nền móng cọc khoan nhồi đ-ờng kính 100cm. Sử dụng các trụ BTCT có tiết diện thân đặc đặt trên nền móng các cọc khoan nhồi đ-ờng kính (1 1.5)m 1.4.1.7. Ph-ơng pháp thi công: - Phần dầm nhịp liên tục có tiết diện thay đổi đ-ợc thi công bằng ph-ơng pháp đúc hẫng cân bằng, phần dầm nhịp liên tục có tiết diện không đổi đ-ợc thi công đổ tại chỗ trên giàn giáo cố định, các nhịp giản đơn thi công bằng giá lao. 1.4.2. Tính toán sơ bộ khối l-ợng kết cấu ph-ơng án 1 1.4.2.1. Tính toán kết cấu nhịp: - Kết cấu phần trên: 2% 2% 50 550 550 50 25 60540 30 300 1/2 MặT CắT giữa nhịp1/2 MặT CắT TRÊN TRụ 265 6 0 3 0 265 150 150 123 154 30 30 30 20 50 11020 110 30 30 200 400 200 Mặt cầu có độ dốc ngang 2% và độ dốc dọc không đổi trên cầu dẫn 4% và thay đổi đều trên cầu chính với bán kính cong là R=5000m Lớp phủ mặt cầu gồm các lớp: Bêtông nhựa hạt vừa 75mm. Lớp phòng n-ớc 4mm. Sơ đồ phân đốt thi công nhịp chính 6.7 60.0 5.54x4=16.01.0 8x4.5=36.0 3.0 K0 X K1K2 K3 K4 K5 K6K7K8 K9K10K11K12 Y 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 HL 1.5 3.0 Tính chiều cao mỗi đốt dầm hộp tại đáy biên ngoài theo đ-ờng cong bậc 2 có ph-ơng trình là: Y 1 = a 1 X 2 + b 1 , a 1 = 2 56 0.30.6 = 9.5663 x 10 -4 ; b 1 = 3.0 m Chú ý: chiều cao phần đốt hợp long và phần đốt trên trụ là không đổi . Bảng tổng hợp chiều cao tiết diện Thứ tự Tiết diện a 1 b 1 x(m) h(m) 1 S1 0.00095663 3 -1.00 3.00 2 S2 0.00095663 3 0.00 3.00 3 S3 0.00095663 3 4.50 3.019 4 S4 0.00095663 3 9.00 3.077 5 S5 0.00095663 3 13.50 3.174 6 S6 0.00095663 3 18.00 3.310 7 S7 0.00095663 3 22.50 3.484 8 S8 0.00095663 3 27.00 3.697 9 S9 0.00095663 3 31.50 3.949 10 S10 0.00095663 3 36.00 4.240 11 S11 0.00095663 3 40.00 4.531 12 S12 0.00095663 3 44.00 4.852 13 S13 0.00095663 3 48.00 5.204 14 S14 0.00095663 3 52.00 5.587 15 S15 0.00095663 3 57.50 6.000 16 S16 0.00095663 3 59.00 6.000 Phần cầu dẫn: dầm SUPER T Chiều dài: 40 m Chiều cao: 1750 mm Bản mặt cầu là bản liên tục nhiệt đổ tại chỗ, dày 200mm. Mặt cắt ngang phần cầu dẫn 1250 2350 2350 2350 2350 1250 10001000 1000 1000 4700 10001000 2% Bê tông nhựa 75mm Lớp phòng n-ớc 4mm Bản mặt cầu 200mm Bản đúc sẵn 80mm 11000 12000 2% 500500 Tính toán khối l-ợng công tác phần kết cấu nhịp chính: Bảng tính toán xác định thể tích các khối đúc hẫng STT Tên đốt Tên mặt cắt Chiều dài đốt X (m) Diện tích mặt cắt Thể tích V(m3) 1 K0 S16 59.00 31.9528 2 K0 S15 1.5 57.50 31.9528 47.9292 3 K0 S14 5.5 52.00 14.7242 84.4267 4 K1 S13 4 48.00 13.8962 57.2408 5 K2 S12 4 44.00 13.1366 54.0656 6 K3 S11 4 40.00 12.4445 51.1622 7 K4 S10 4 36.00 11.8189 48.5268 8 K5 S9 4.5 31.50 11.1933 51.7774 9 K6 S8 4.5 27.00 10.6491 49.1454 10 K7 S7 4.5 22.50 10.1850 46.8768 11 K8 S6 4.5 18.00 9.7995 44.9651 12 K9 S5 4.5 13.50 9.4912 43.4041 13 K10 S4 4.5 9.00 9.2587 42.1872 14 K11 S3 4.5 4.50 9.1005 41.3082 15 K12 S2 4.5 0.00 9.0153 40.7606 16 1/2HL S1 1 -1.00 9.0153 9.0153 Tổng thể tích 712.7914 Thể tích khối đúc phần dầm hộp có chiều cao thay đổi: V h thay đổi = 4 x 712.7914 = 2851,1656 m 3 Phần dầm hộp đúc trên giàn giáo có chiều cao không đổi h = 3 m, chiều dày bản đáy cũng không đổi bằng 40 cm, chiều dày bản s-ờn không đổi t s = 40 cm. Nh- vậy tiết diện không đổi có diện tích mặt cắt ngang A = 9.0153 m 2 . Thể tích phần khối đúc phần dầm hộp đúc trên giàn giáo là: V h không đổi = A x 19 x 2 = 9.0153 x 19 x 2 = 342.5814 m 3 Thể tích bê tông phần vách trên trụ là: A vách = 24,1623- 1.76= 22.4023 m 2 V vách = 2xV 1vách = 4 x (3 x A vách ) = 4 x (3 x 22.4023) = 268.8276 m 3 Thể tích bê tông phần nhịp liên tục là: V liên tục = V h thay đổi + V h không đổi + V vách = 3462.5746 m 3 Tính toán khối l-ợng công tác phần kết cấu nhịp dẫn: Thể tích dầm Super T của cầu dẫn: V dc =n.V 1dầm =2x5x28.7=287 m 3 Thể tích của dầm ngang: V dn =0.25x1.42x2.35x4x6x2=40.04m 3 Thể tích bản: V b = 2x40x2.40= 192 m 3 Thể tích của tấm đúc sẵn: V T = 2x40x0.128 = 10.2 m 3 Thể tích bê tông phần nhịp cầu dẫn: V nhịp cầu dẫn = V Dc + V Dn + V B + V T = 287+ 40.04+ 192+ 10.2 = 529.24 m 3 Thể tích bê tông kết cấu nhịp toàn cầu V kết cấu nhịp toàn cầu = V liên tục + V nhịp cầu dẫn = 3991.82 m 3 Khối l-ợng thép đ-ợc tính theo hàm l-ợng cốt thép th-ờng và cốt thép DƯL tham khảo của các cầu cùng kiểu kết cấu và có chiều dài nhịp t-ơng đ-ơng đ-ợc thiết kế và thi công trong thời gian gần đây. - Hàm l-ợng cốt thép th-ờng: 110 (kg/m 3 bê tông) - Hàm l-ợng cốt thép DƯL dầm hộp: 40 (kg/m 3 bê tông) - Hàm l-ợng cốt thép DƯL dầm giản đơn: 30 (kg/m 3 bê tông) 1.4.2.2. Tính toán kết cấu trụ: Ph-ơng án I có 4 trụ từ P2 P5: Khối l-ợng trụ cầu Trụ Chiều cao (m) Xà mũ (m3) Thân trụ Bệ trụ Tổng P2 10.300 40.320 114.742 552.000 707.062 P3 17.500 0.000 409.472 768.000 1177.472 P4 18.100 0.000 423.511 768.000 1191.511 P5 8.200 40.320 91.348 552.000 683.668 Tổng 80.640 1039.073 2640.000 3759.713 Tổng khối l-ợng bê tông trụ: V= 3759.713 m 3 Hàm l-ợng cốt thép sơ bộ: 80 (kg/m 3 ) Tính toán khối l-ợng công tác lan can và lớp phủ mặt cầu - Lan can: V Lan can = 2 x A Lan can x L lan can = 2 x 0.3 x 374.2 = 224.52 m 3 - Diện tích lớp phòng n-ớc dày 0.4 cm: A Phòng n-ớc = 11 x 374.2 = 4116.2 m 2 - Thể tích bê tông nhựa: V Bê tông nhựa = 0.075 x A = 0.075 x 11 x 374.2 = 308.715 ( m 3 ) [...].. .24 0 24 0 1600 1600 300 1500 1600 Cấu tạo trụ cầu P6 15 1600 D = 1.5m 1600 00 2R 1.4 .2. 3 Tính toán kết cấu mố: Thể tích của mố = Thể tích của thân mố + thể tích của cánh mố + thể tích bệ mố Khối l-ợng mố cầu Bệ mố T-ờng cánh T-ờng đỉnh T-ờng tr-ớc Tổng Mố A1 97.500 25 .510 20 .735 111 .24 0 25 4.985 A6 97.500 25 .510 20 .735 111 .24 0 25 4.985 Vậy : Tổng khối l-ợng công tác bê tông mố: Vmố = 509.97... Vậy : Tổng khối l-ợng công tác bê tông mố: Vmố = 509.97 m3 Khối l-ợng bản quá độ cho cầu: V=11 .2 m3 Cấu tạo mố cầu Mặt cắt a - a 800 1000 2% 3000 1850 25 0 B 6000 1000 750 7800 500 326 5 400 Bản quá độ B 1:1 26 00 01 10 1500 MĐTN 22 00 500 1000 1800 5000 20 00 1000 1000 500 Mặt cắt B - b 500 800 1000 1000 A 6500 10@500 5500 Cốt thép chờ 500 3800 8800 1700 A Figure 1 . thiết kế đ-ờng ô tô TCVN 4054 - 98. - Tiêu chuẩn thiết kế áo đ-ờng mềm 22 TCN 21 1- 95. - Quy trình khảo sát đ-ờng ô tô 22 TCN -26 3 -20 00 1.1 .2. Các nguyên tắc thiết kế: - Công trình thiết kế vĩnh. ngang phần cầu dẫn 125 0 23 50 23 50 23 50 23 50 125 0 10001000 1000 1000 4700 10001000 2% Bê tông nhựa 75mm Lớp phòng n-ớc 4mm Bản mặt cầu 20 0mm Bản đúc sẵn 80mm 11000 120 00 2% 500500 Tính toán khối. 57.50 31.9 528 47. 929 2 3 K0 S14 5.5 52. 00 14. 724 2 84. 426 7 4 K1 S13 4 48.00 13.89 62 57 .24 08 5 K2 S 12 4 44.00 13.1366 54.0656 6 K3 S11 4 40.00 12. 4445 51.1 622 7 K4 S10 4 36.00 11.8189 48. 526 8 8 K5