- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
1

Phụ lục
Phần 1: giới thiệu chung
1. Tiêu chuẩn thiết kế
1.1 Tiêu chuẩn thiết kế. 4
1.2 Phơng pháp tính toán thiết kế 4
1.3 Phơng trình tổng quát của TTGH 4
1.4 Các TTGH theo 22TCN 272 05 6
1.4.1 Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 05 6
1.4.2 Trạng thái giới hạn cờng độ. 6
1.4.3 Trạng thái giới hạn sử dụng 6
1.4.4 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gy. 7
1.4.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt 7
2 Nội dung tính toán thiết kế.
2.1 Trình tự tính toán thiết kế mố trụ. 8
2.2 Sơ đồ khối 8
2.3 Nội dung tính toán thiết kế Mố cầu 9
Phần 2: Ví dụ tính toán thiết kế mố chữ U BTCT
1 Số liệu tính toán thiết kế.
1.1 Số liệu chung 10
1.2 vật liệu chế tạo mố 10

4.9.1 áp lực gió ngang. 30
4.9.2 áp lực gió dọc. 30
4.9.3 áp lực gió thẳng đứng. 31
4.9.4 áp lực gió tác dụng lên xe cộ 31
4.10 áp lực nớc tác dụng lên mố 32
5 Tổ hợp tải trọng
5.1 Hệ số tải trọng. 33
- Hệ số tải trọng dùng cho các tải trọng thờng xuyên 34
5.2 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt đáy móng (mặt cắt I I) 34
5.3 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tờng thân (mặt cắt II II). 35
5.4 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt chân tờng đỉnh (mặt cắt III III). 35
5.5 Tổng hợp nội lực tại mặt cắt tờng cánh (mặt cắt IV IV) 36
6 tổ hợp tải trọng bất lợi
6.1 Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng bất lợi 37
6.1.1 Nguyên tắc chung 37
6.1.2 Tổ hợp tải trọng Ia: Bất lợi ra phía sông 37
6.1.3 Tổ hợp tải trọng Ib: Bất lợi vào bờ. 37
6.2 Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt đáy bệ (Mặt cắt I-I) 39
6.3 Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt chân tờng thân (MC II-II) 41
6.4 Tổ hợp tải trọng đối với mặt cắt chân tờng đỉnh (MC III-III) 43
7 Tính toán và bố trí cốt thép
7.1 Nguyên tắc tính toán và bố trí cốt thép. 44
7.2 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt đáy móng (Mặt cắt I - I) 48
7.3 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt chân tờng thân (MC II - II) 50
7.4 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt chân tờng đỉnh (MC III - III) 52
7.5 Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt tờng cánh (MC IV - IV) 54
8 Tính toán và bố trí cọc
8.1 Tính sức chịu tải của cọc 56
8.3 Sơ bộ kiểm toán nội lực dọc trục cọc trong móng 60



- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
4

Hớng dẫn thiết kế môn học
Thiết kế Mố cầu dầm



Trong đó :
+
i
: Hệ số điều chỉnh tải trọng liên quan đến tính dẻo và tính d cũng nh
tầm quan trọng trong khai thác.
+
i
: Hệ số tải trọng
+ Q
i
: ứng lực do tải trọng
+ R
n
: Sức kháng danh định.
+ R
r
: Sức kháng tính toán.
+ : Hệ số sức kháng
- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
5


i
min
.
Trong đó:
+
D
: Độ dẻo: Độ dẻo của vật liệu rất quan trọng cho độ an toàn của cầu. Nếu
vật liệu dẻo, khi một bộ phận chịu lực quá tải nó sẽ phân bố nội lực sang bộ
phận khác.
1 -
D

1,05 cho các cấu kiện và liên kết không dẻo.
2 -
D
=1,0 cho các thiết kế thông thờng, theo đúng yêu cầu của tiêu
chuẩn thiết kế.
3 -
D

0,95 cho các cấu kiện có dùng các biện pháp để tăng thêm tính
dẻo.
+
R
: Độ d thừa: Độ d thừa có ý nghĩa đối với giới hạn an toàn của cầu. Một
số kết cấu siêu tĩnh đợc cọi là d thừa vì nó có nhiều liên kết hơn so với yêu
cầu cân bằng tĩnh định. Hệ cầu có một đợc tiếp đất đợc coi là không d thừa
(không nên dùng loại này).
Trong trạng thái giới hạn cờng độ (TTGH cờng độ).
1 -
Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
6

1.4 Các TTGH theo 22TCN 272 05.
1.4.1 Các TTGH theo tiêu chuẩn 22TCN 272 05.
Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 05 (AASHTO 98) phân thành các TTGH:
+ Trạng thái giới hạn cờng độ.
+ Trạng thái giới hạn sử dụng.
+ Trạng thái giới hạn đặc biệt.
+ Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gy.
1.4.2 Trạng thái giới hạn cờng độ.
- Là TTGH đảm bảo về cờng độ và ổn định của các bộ phận kết cấu khi chịu tác
dụng của các tổ hợp tải trọng tính toán theo kinh nghiệm có thể xảy ra trong thời
gian sử dụng. Các tải trọng này có thể dẫn đến tình trạng nguy hiểm và h hỏng kết
cấu nhng toàn bộ kết cấu vẫn còn.
+ TTGH cờng độ I: Là tổ hợp tải trọng cơ tính toán khi có xe chạy bình
thờng và trên cầu không có gió.
+ TTGH cờng độ II: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi trên cầu có gió với vận
tốc gió V > 25m/s và với vận tốc gió nh vậy thì trên cầu không cho phép có
xe chạy.
+ TTGH cờng độ III: Là tổ hợp tải trọng tính toán khi có xe chạy bình
thờng và trên cầu có gió với vận tốc V = 25m/s.
- Tính toán theo TTGH cờng độ bao gồm việc kiểm toán về độ bền chịu uốn, chịu

1.4.5 Trạng thái giới hạn đặc biệt.
- Là TTGH đảm bảo cầu vẫn tồn tại sau những dới tác dụng của các tải trọng bình
thờng phát sinh cùng với các tải trọng đặc biệt nh: lực động đất, lực va xô tàu
thuyền, tải trọng thi công
- Tải trọng khi tính theo TTGH cờng độ là tải trọng tính toán, tức là có xét đến hệ
số vợt tải và hệ số xung kích, các hệ số này đợc quy định cụ thể trong bảng. - HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

Không
đạt
Đạt
Phân tích các điều kiện
thiết kế.
Sơ bộ đề xuất các giải
pháp kết cấu.
Bắt đầu

Phân tích kết cấu dới
tác dụng của tải trọng.
Xác định
nội lực

Tính toán kiểm tra theo
các điều kiện khống chế
S


trên đờng cong bằng), lực hm, lực ma sát gối cầu, áp lực gió, lực thuỷ tĩnh
Bớc 4: Tổng hợp nội lực do tải trọng tác dụng lên từng mặt cắt theo các TTGH.
Bớc 5: Tổ hợp tải trọng bất lợi nhất tác dụng lên từng mặt cắt.
Bớc 6: Căn cứ vào phơng án cầu cụ thể đ đợc thành lập để xác định các kích
thớc cơ bản của mố, trụ.
Bớc 7: Tính toán bố trí cốt thép và kiểm toán khả năng chịu mômen, chịu cắt và
khả năng chống nứt của từng mặt cắt.
Bớc 8: Tính toán bố trí cọc trong bệ móng. Kiểm toán đất nền dới đáy móng
theo điều kiện về cờng độ, khả năng chống lật và chống trợt
Bớc 9: Tính toán các công trình phụ trợ phục vụ cho việc thi công mố.
- Tính khối lợng bêtông thi công.
- Tính ván khuôn.
- Tính vòng vây cọc ván thi công.
- Tính chiều dày lớp bêtông bịt đáy
Bớc 10: Hoàn thiện các bản vẽ thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công - HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -



1.2 vật liệu chế tạo mố.
- Bê tông cấu tạo Mố
Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Cờng độ chịu nén f
c

30 MPa
Cờng độ chịu cắt khi uốn R
c
53 kG/cm
2

Trọng lợng riêng của bê tông

b

2.5 T/m
3

Mô đun đàn hồi của bê tông E
b
294000 kG/cm
2

35 kN
145 kN

- Hệ số xung kích:
1 + IM = 1,25
- Hệ số làn: Cầu đợc thiết kế 2 làn nên ta lấy hệ số làn: m = 1,0.
1.4 Đất đắp sau mố.
- Trọng lợng riêng của đất: = 1,8 T/m
3
.
- Góc nội ma sát của đất:
tc
= 35
o
.
- Hệ số vợt tải: n = 1,2.
1.5 Số liệu về các lớp đất nền.
STT

Loại đất

H
m
e

B T/m
3

C
kG/cm
- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
12
2 cấu tạo kết cấu nhịp
2.1 Quy mô mặt cắt ngang cầu.
- Cấu tạo mặt cắt ngang cầu:

Hình 2: Mặt cắt ngang cầu.
- Bảng các kích thớc cơ bản của mặt cắt ngang cầu:
các kích thớc Kí hiệu

Giá trị

Đơn vị
Chiều rộng phần xe chạy B

cau
1200

cm

2.2 Cấu tạo dầm chủ.
- Kết cấu nhịp cầu dẫn đợc sử dụng kết
cấu định hình dầm giản đơn L = 33 m với
các kích thớc thiết kế cơ bản nh sau :
- Cấu tạo dầm chủ:

Hình 3: Mặt cắt ngang dầm chủ
- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
13
- Bảng các kích thớc thiết kế KCN:



Chiều rộng bản cánh

B
c

180

cm

Chiều dày bản cánh

h
c

15

cm

Chiều rộng bản bụng

B

20

cm

Chiều cao bầu dầm

h


dầm

Khoảng cách giữa các dầm chủ

a
dc

220

cm

Chiều dài mối nối dầm

a
n

40

cm

Diện tích mặt cắt dầm chủ kể cả mối nối

F
dc

7487

cm2


tc

9,091

T/m

Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn

DW
tc

4,418

T/m- Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn: DC
TC
= 9,091 T/m
- Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn: DW
TC
= 4,418 T/m
- Tĩnh tải tiêu chuẩn toàn bộ: g
TT
= 13,51 T/m
- Tĩnh tải giai đoạn I tính toán: DC
TT
= 11,36 T/m
- Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn: DW
TC

= H
d
+ h
g
+ h
dk

Trong đó :
+ h
td

: Chiều cao tờng đỉnh.
+ h
g

: Chiều cao gối cầu, phụ thuộc vào loại gối ứng với loại kết cấu nhịp.
+ h
dk

: Chiều cao của đá kê gối: h
dk


20cm.
- Tờng thân:
+ Chiều cao tờng thân phụ thuộc vào chiều cao mố :
h
tt
= H
mo


1,0m
- Bề rộng của mố thờng đợc lấy bằng bề rộng của cầu, tuy nhiên trong một số
trờng hợp ta có thể cấu tạo bề rộng của mố bằng với bề rộng phần xe chạy khi đó
đờng ngời đi bộ sẽ bố trí trên bản công xon BTCT trên tờng cánh dọc.
- Bệ móng mố có thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nếu lớp đất tốt nằm ở độ sâu

3m. Trong trờng hợp lớp đất tốt nằm sâu >3m thì ta có thể đặt bệ móng trên kết
cấu móng cọc đóng, cọc khoan nhồi hoặc móng giếng chìm.

- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
15
- Trong mố chữ U BTCT thờng có cấu tạo bản quá độ đợc đổ bêtông tại chỗ hoặc
lắp ghép, đặt với độ dốc i =
10%
ữ
15% về phía nền
đờng. Một đầu bản kê lên gờ
kê tại tờng đỉnh mố và một
đầu đợc kê trên dầm kê tại
nền đờng sau mố. Hình 4: Cấu tạo bản quá độ
Tác dụng của bản quá độ:

3.2 Xác định các kích thớc cơ bản của mố
- Căn cứ vào phơng án cầu, điều kiện địa chất kỹ thuật tại vị trí đặt mố ta chọn mố
chữ U BTCT với các kích thớc nh hình vẽ.
1
:
1

Hình 5: Cấu tạo mố UBTCT

10%
Dầm kê
Chốt thép
Bản quá độ
Đá dăm đệm
Gờ kê
Tờng đỉnh

16
-

24
- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT


+ Chiều cao gối h
go
5.6

cm
+ Bề rộng gối cầu b
g
31

cm
+ Chiều dài gối L
g
46

cm
+ Khoảng cách giữa các gối cầu a
g
250

cm
Kích thớc đá kê gối
+ Chiều cao đá kê gối h
dk
20

cm
+ Chiều cao toàn bộ gối h
g
25.6


tt

170

cm
Kích thớc cấu tạo tờng cánh
+ Phần tờng cánh ngậm vào nền đờng S 100

cm
+ Chiều dài tờng cánh L
tc
550

cm
+ Chiều cao đuôi tờng cánh h
1c
150

cm
+ Chiều dài tiết diện chân tờng cánh l
c
170

cm
+ Bề rộng vát tờng cánh b
vc
380

cm

- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
17
+ Chiều rộng bản quá độ b
qd
1000

cm
Kích thớc gờ kê bản quá độ
+ Chiều dài gờ kê bản quá độ l
gk
1000

cm
+ Chiều rộng gờ kê bản quá độ b
gk
30

cm
+ Chiều cao gờ kê bản quá độ h
gk1
30

- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
18
4 Xác định tải trọng tác dụng lên mố.
4.1 Các tải trọng tác dụng lên mố.
- Mố ở trên mực nớc thông thuyền và hầu nh không ngập nớc nên không tính tải

thành 3 phần nh hình vẽ:
+ Phần 1: Có tiết diện hình chữ nhật, đợc tính
toán theo sơ đồ bản ngàm 2 cạnh. Tuy nhiên để đơn
giản có thể tính theo sơ đồ bản ngàm 1 cạnh.
+ Phần 2: Có tiết diện hình chữ nhật, đợc tính
theo sơ đồ bản ngàm 1 cạnh.
+ Phần 3: Có tiết diện hình tam giác, tuy nhiên
trong tính toán ta có thể tính đổi về tiết diện hình
chữ nhật nh hình vẽ và đợc tính toán theo sơ đồ
bản ngàm 1 cạnh. Hình 7: Chia tờng cánh
II
IV
I
II
I
IV
IIIIII
1
2
3
- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
19

1
1
'
od




+
=
Trong đó:
+ : Hệ số độ rỗng của đất.
+ : Trọng lợng riêng khô của đất đắp,
đ
= 2,7 T/m
3
.
+

: Trọng lợng của nớc,
o
= 1,0 T/m
3
.

1

T.m
e
2

m
M
2

T.m
e
3

m
M
3

T.m
e
4

m
M
4

T.m
Tờng thân 234.2

0.85


0.00

Tờng cánh
+ Khối 1 27.63

-0.85

-23.4

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00


0.00

2.75

39.19

+ Tổng 58.79

-135.6

0.00

0.00

85.69

Bệ móng mố 286.0

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00


-1.35

-0.4

-0.54

0.00

0.00

Đất đắp
+ Khối 1 283.1

-1.10

-311.4

0.00

0.00


-377.3

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

+ Tổng 497.4

-1136

0.00

0.00

0.00

T
3,5
T
Xếp xe tải thiết kế

Hình 8: Tung độ ĐAH phản lực gối và sơ đồ xếp tải
+ Diện tích ĐAH dơng: S
+
= 16,2
+ Diện tích ĐAH âm: S
-
= 0
+ Tổng diện tích ĐAH : S = 16,2
- Xếp tải trọng bất lợi lên ĐAH:
+ Nội lực do hoạt tải đợc lấy với hiệu ứng lớn nhất trong số các hiệu ứng sau:
1 - Hiệu ứng 1: Xe tải thiết kế (với cự ly trục sau thay đổi từ 4,3 đến 9 m)
tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng Ngời.
2 - Hiệu ứng của 1 xe 2 trục tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng Ngời.
+ Tung độ ĐAH khi xếp xe tải
P (T) 14.5 14.5 3.5 P
i
.Y
i

x (m) 0 4,3 8,6
Y 1.00 0.87 0.73 29.65

+ Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục
P (T) 11 11 P
i

P
lan
15.36

26.88

T
áp lực thẳng đứng do tải trọng Ngời
P
Ng
9.72

17.01

T
áp lực thẳng đứng do xe tải
P
XT
29.65

64.85

T
áp lực thẳng đứng do xe 2 trục
P
2T
21.59

47.23



291.45

T
+ áp lực thẳng đứng do tĩnh tải giai đoạn II P
tt
II
71.57

107.36

T
Tổng áp lực do tĩnh tải và hoạt tải trên KCN P
N
328.29

616.28

T
Cánh tay đòn với mặt cắt I I e
1
1

1

m
Cánh tay đòn với mặt cắt II II e
2
0.15


+ Diện tích ĐAH âm : S
-
= 0
+ Tổng diện tích ĐAH : S = 2

Hình 9: ĐAH phản lực bản quá độ

- Xếp xe tải và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có
+ Tung độ ĐAH khi xếp xe tải
P (T) 14.5 14.5 3.5 P
i
.Y
i

Y 0.00 1.00 0.00 14.50
14,5
T
11
T
11
T
Xếp xe 2 trục thiết kế
14,5
T
3,5
T
Xếp xe tải thiết kế

1.90

3.32

T
áp lực thẳng đứng do tải trọng Ngời
P
Ng
1.20

2.10

T
áp lực thẳng đứng do xe tải
P
XT
14.50

31.72

T
áp lực thẳng đứng do xe 2 trục
P
1
18.70

40.91

T
Tổng hợp áp lực do hoạt tải

Cánh tay đòn với mặt cắt II -II e
2
-1

-1

m
Cánh tay đòn với mặt cắt III -III e
3
-0.4

-0.4

m
Cánh tay đòn với mặt cắt IV -IV e
4
0

0

m

4.6 Xác định áp lực đất tác dụng lên mố.
4.6.1 áp lực đất tĩnh EH.
-
á
p lực đất ngang của đất đắp tác dụng lên tờng mố tính theo công thức:
BK
H
EH
Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
24
4.6.2 áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố EL
- Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tờng chắn, tác dụng
của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tơng đơng có chiều cao là h
eq
, tra bảng.
Bảng : Chiều cao lơp đất tơng đơng
Chiều cao tờng H (mm) h
eq
(mm)

1500 1700
3000 1200
6000 760

9000 610
Ghi chú:
+ Đối với các tờng chắn có chiều cao trung gian h
eq
đợc xác định bằng
nội suy tuyến tính.
+ Các giá trị trong bảng đối với h

.
- Vị trí đặt hợp lực tại 0,5H tính từ đáy móng. Hình 11:
á
p lực đất do hoạt tải LS
M
- HD TKMH Mố trụ cầu -Bài giảng Mố trụ cầu

- Nguyễn Văn Vĩnh -Bộ môn Cầu Hầm - ĐH GTVT
25
4.6.3 Tính hệ số áp lực đất
- Hệ số áp lực đất tĩnh K
O

sin1


+
+
+=


r

Trong đó :
+ : Góc ma sát giữa đất đắp và tờng: = 24
o
+ : Góc giữa phơng đất đắp với phơng ngang: = 2
o
+ : Gócgiữa phơng đất đắp với phơng thẳng đứng: = 90
o
+ : Góc nội ma sát của đất đắp : = 35
o
+
min
: Góc nội ma sát của đất đắp nhỏ nhất: = 30
o
+
max
: Góc nội ma sát của đất đắp lớn nhất: = 40
o
- Bảng kết quả tính hệ số áp lực đất:
Các đại lợng Kí hiệu

Giá trị Đơn vị
Góc ma sát giữa đất và tờng


r
1

3.005 + Hệ số áp lực đất chủ động (=35 độ)

K
a1

0.244 Góc ma sát nhỏ nhất


2

30

độ

+ Hệ số

r
2

2.774



0.199