BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II

-

KHOA CÔNG TRÌNH

–
BỘ MÔN : CẦU HẦM thut

LỚP :CĐ1 – K44 Tp.

Hå

ChÝ

Minh,

05/2008

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 1 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II

-

kÕ

tèt

nghiƯp GVHD : HỒ VIỆT LONG
GVĐD : SVTH : TRẦN QUANG PHONG

LỚP :CĐ1 – K44


những kiến thức mới nhằm hoàn thiện cơ sở lý thuyết tính toán áp dụng vào thực tế.
Đồ án tốt nghiệp của em có thể hoàn thành là nhờ sự trực tiếp hướng dẫn
tận tình của thầy Hồ Việt Long , em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến Thầy. Em
cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Công Trình đã truyền đạt cho em
nguồn kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin kính chúc quý
thầy cô luôn dồi dào sức khoẻ để dẫn dắt chúng em trên con đường tri thức.
Mặc dù đã được chuẩn bò và hết sức cố gắng nhưng do thời gian có hạn và
kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi sai sót, em kính
mong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô
Xin chân thành biết ơn!!!

Sinh viên
Trần Quang Phong
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 3 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



 TP.HCM, ngày tháng năm 2008Giáo viên hướng dẫn

Hồ Việt Long
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 4 -
SVTH
TP.HCM, ngày tháng năm 2008Giáo viên đọc duyệt

5
PHẦN I THIẾT KẾ SƠ BỘ
9

Phương án sơ bộ I
: Cầu liên tục BTCT.
10

Chương I : Giới thiệu chung về phương án
11

I. Tiêu chuẩn thiết kế
11

II. Sơ đồ kết cấu
11

Chương II : Tính toán phương án sơ bộ.
14

I. Nội dung tính toán 14

II. Tính toán kết cấu nhòp 14
Chương III : Thiết kế trụ cầu
33

I. Tính áp lực thẳng đứng tác dụng lên bệ cọc 33

II. Tính toán và bố trí cọc trong móng 35
Chương IV : Thiết kế mố cầu

GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 6 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG

I. Số liệu vòm 56

II. Xác đònh tải trọng 56

III. Mô hình hóa và tính toán nội lực 60

IV. Kiểm toán kết cấu 60
Chương III : Tính toán trụ cầu
74

I. Số liệu trụ 74

II. Tải trọng tác dụng 74

III. Tính toán và bố trí cọc trong bệ móng 77
Chương IV : Thiết kế mố cầu
81

I. Kích thước mố 81

II. Tính tải trọng tác dụng lên mo 82

III. Tính toán số lượng và bố trí cọc trong bệ 85
Chương V : Tổ chức thi công
89

Chương III : Tính toán mố cầu
111

I. Tính tải trọng tác dụng lên mố 112

II. Tính toán số lượng và bố trí cọc trong bệ 115
Chương IV : Tổ chức thi công
119

I. Thi công mố 119

II. Thi công trụ cầu 119

III. Thi công kết cấu nhòp 120
PHẦN II SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT
121

I. Khái niệm chung về so sánh các phương án kết 121
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 7 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG
cấu cầu

II. So sánh các phương án 121

III. Chọn phương án kỹ thuật 125
Chương I : Giới thiệu chung về phương án
127


I. Tính áp lực thẳng đứng tác dụng lên bệ cọc 196

II. Tính toán các loại tải trọng tác dụng lên đỉnh
bệ và đáy bệ 197

III. Kiểm toán mặt cắt theo các TTGH 206

IV. Bố trí và kiểm tra sức chòu tải của cọc 209

V. Tính nội lực đầu cọc 212
Chương IV : Thiết kế mố cầu
218

I. Tính tải trọng tác dụng lên mố 218

II. Tính toán tónh tải mố 222

III. Tính toán và bố trí cốt thép tại các mặt cắt 225

IV. Tính toán và bố trí cọc 240

V. Tính nội lực đầu cọc 243
PHẦN III THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG
245
I. Thi công mố cầu
245

I.1. Cấu tạo mố 245



IV.4. Tính toán vòng vây cọc ván thép 267

IV.5. Tính toán đà giáo thi công đốt đỉnh trụ K0 269
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 9 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG PHẦN I :

Lương – Hải Dương, cầu sông Gianh, cầu Hòa Bình…
Từ phân tích trên có thể lựa chọn phương án cầu BTCT DƯL thi công
bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng để giải quyết vấn đề kết cấu cho phương
án này.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 11 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG
Chương I :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN.

I Tiêu chuẩn thiết kế :

• Qui trình thiết kế 22TTCN 272 – 05 của Bộ Giao Thông Vận Tải.
• Qui trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18 – 79 Bộ Giao
Thông.
II Sơ đồ kết cấu :


4300
900
5500
450
550
3900

Mặt cắt ngang kết cấu nhòp.
- Vật liệu dùng cho kết cấu nhòp chính :
+ Bê tông cấp A có :
Cường độ : f’
c
= 50Mpa.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 12 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG
Trọng lượng riêng : γ
c
= 25kN/m3.
Mô đun đàn hồi : E
c
= 38006.99Mpa.
+ Cốt thép cường độ cao lấy theo tiêu chuẩn ASTM A416M grade 270 có các
chỉ tiêu sau :
Diện tích một tao : A
ps
= 98.71mm2.
Cường độ tính toán : f

90001400016000140003000
9000
14000
16000
140003000
9000
14000
16000
140003000
1100012000
16000
140003000
110001200016000140003000
10%
Cäc khoan nhåi D = 1.2m
L = 43.21m, N = 8 cäc.
1
:
1
.
2
5
-1.577
-44.787
7.023
100
15900
3%
-8.8
-2

13
41.07
28.92
35
15 5
20
25
25
10
28.62
11.67 24.67
16.4
69.99
104.99
119.99
124.99
144.99
169.99
194.99
204.99
233.61
PHƯƠNG ÁN ĐÚC HẪNG
TL : 1/500
70000 102000 70000
50
33000
L = 43.21m, N = 8 cäc.
Cäc khoan nhåi D =1.5m
10%
Cäc khoan nhåi D =1.5m

0.12
0.95
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 14 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG Chương II
: TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ.

I Nội dung tính toán :

- Tính duyệt kết cấu nhòp trong giai đoạn khai thác.
- Tính duyệt hai mặt cắt trên trụ và giữa trụ.
- Tính toán 1 trụ, 1 mố và sơ bộ tính toán số cọc.
II Tính toán kết cấu nhòp :

II.1.1 Chia đốt dầm :

Công tác chia đốt dầm tùy thuộc vào năng lực thi công của xe đúc, ta chia như
sau :
hl
K12
K11
K10
K9K8
K7
K6

y
A1(0;0)

- Theo đònh lý Vi ét thì nghiệm của phương trình thỏa mãn :
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=×
−=+
a
c
xx
a
b
xx
21
21

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 15 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG
- Với x
1
= 0,x

∆
−=
a
b
x
a
b
a
y
2
44
2

- Vậy ta có : y = -b
2
/4a = 3 =>b
2
= -12a (2)
- Thay (1) vào (2), ta được : (-97a)
2
+ 12a = 0
⎢
⎣
⎡
=⇒−=
=
⇒
123711.0001275.0
)(0
ba

Vò trí các mặt cắt.

Mặt cắt K.c lẻ (m) y (m) y’ (m)
Chiều cao
dầm (m)
Chiều dày
bản đáy(m)
S0 0.00 0.00 0.00 5.50 0.90
S1 4.50 0.53 0.45 4.97 0.82
S2 3.00 0.86 0.73 4.64 0.77
S3 3.00 1.16 0.98 4.34 0.73
S4 3.00 1.44 1.22 4.06 0.68
S5 3.00 1.69 1.44 3.81 0.65
S6 4.00 2.00 1.70 3.50 0.60
S7 4.00 2.27 1.93 3.23 0.56
S8 4.00 2.49 2.12 3.01 0.53
S9 4.00 2.67 2.27 2.83 0.50
S10 4.00 2.82 2.39 2.68 0.48
S11 4.00 2.92 2.48 2.58 0.46
S12 4.00 2.98 2.53 2.52 0.45
S13 4.00 3.00 2.55 2.50 0.45
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 16 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG
II.3 Tính toán sơ bộ đặc trưng hình học các mặt cắt :
Sử dụng chương trình Midas 6.3.0 để tính đặc trưng hình học của các mặt cắt.
Kết quả như sau :


S12 4.00 2.52 0.45 7.8 10.21 5.29 1.45
S13 4.00 2.50 0.45 7.8 10.19 5.24 1.43
L : chiều dài đốt. B
đ
: chiều rộng đáy dầm.
H : chiều cao mặt cắt. F : diện tích mặt cắt.
H
d
: chiều dày bản đáy. J : mômen quán tính của mặt cắt.
Y
b
: khoảng cách từ trọng tâm đến đáy dầm.
II.4 Xác đònh tònh tải giai đoạn I và giai đoạn II :
II.4.1 Tónh tải giai đoạn I :

Trong giai đoạn I, tónh tải tác dụng là trọng lượng bản thân dầm và các thiết
bò thi công. Việc tính toán được qui về giá trò rải đều trên toàn kết cấu. Cơ sở
tính toán : tính diện tích trung bình cho từng đốt dầm, từ đó xác đònh trọng
lượng của từng đốt.
Tên
đốt
MC
Delta x
(m)
F
MC

(m
2
)

SVTH
: TRẦN QUANG PHONG
S5 3.00 12.390
k5 4.00 12.135 1213.500 303.375
S6 4.00 11.880
k6 4.00 11.650 1165.000 291.250
S7 4.00 11.420
k7 4.00 11.230 1123.000 280.750
S8 4.00 11.040
k8 4.00 10.885 1088.500 272.125
S9 4.00 10.730
k9 4.00 10.605 1060.500 265.125
S10 4.00 10.480
k10 4.00 10.395 1039.500 259.875
S11 4.00 10.310
k11 4.00 10.260 1026.000 256.500
S12 4.00 10.210
k12 4.00 10.200 1020.000 255.000
S13 4.00 10.190
HL
S14 2.00 10.190
2.00 10.190 509.500 254.750
Tổng 15452.125 4138.875
Tónh tải giai đoạn I (tónh tải giai đoạn I được tính với giá trò trung bình) :
Vậy DC = 15452.13 × 2 = 30904.26kN
DC
tt
= 1.25×30904.26 = 38630.33kN
II.4.2 Tónh tải giai đoạn II :
Tónh tải giai đoạn II gồm các bộ phận sau :

• Tính trọng lượng chân lan can :
+ Chiều rộng chân lan can : 50cm.
+ Chiều cao chân lan can : 50cm.
+ Trọng lượng rải đều phần chân lan can : 6.25kN/m
• Tính trọng lượng cột lan can và tay vòn :
+ Trọng lượng một cột lan can : 0.28kN
+ Khoảng cách bố trí các cột lan can : 3m.
+ Trọng lượng rải đều của cột lan can : 0.21kN/m
+ Trọng lượng rải đều của phần tay vòn : 0.7kN/m
+ Trọng lượng rải đều của lan can và tay vòn : 0.91kN/m
⇒ Trọng lượng rải đều của gờ chắn và lan can :
DW
gc+lc
= 7.16kN/m
⇒ DW
tt
gc+lc
= 1.5×7.16 = 10.74kN/m
⇒ Tónh tải giai đoạn II :
DW
tt
= 40.82 + 10.74 = 51.56kN/m.
II.5 Quan điểm tính toán nội lực và tính toán bố trí cốt thép DƯL :
II.5.1 Tính toán nội lực :

- Nội lực để tính toán cầu dầm BTCT DƯL liên tục đúc hẫng cân bằng là
mômen uốn M
i
và lực cắt Q
i

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SƠ BỘ
GVHD
: HỒ VIỆT LONG - 19 -
SVTH
: TRẦN QUANG PHONG

II.5.2 Xác đònh các sơ đồ tính của kết cấu nhòp để tính toán nội lực :

Với phương pháp thi công đúc hẫng, xin đưa ra trình tự thi công cơ bản sau :
- Thi công đúc hẫng cân bằng kết cấu nhòp từ trụ, đoạn nhòp biên thi công
một phần trên đà giáo cố đònh.
- Tiến hành hợp long nhòp biên.
- Hợp long nhòp giữa sau khi đã hạ kết cấu nhòp xuống gối chính.
Sơ đồ các tải trọng tương ứng theo các giai đoạn thi công kết cấu nhòp chính :
 Thi công đúc hẫng cân bằng từ trụ : Đổ bê tông xong đốt hợp long biên nhưng bê tông vẫn chưa đông cứng :

FT/2 FT/2
HL/2 HL/2

 Hợp long nhòp biên và bê tông đã đông cứng:

FT/2 FT/2,
DC + CLL

 Hạ kết cấu nhòp :
nhòp xuống gối chính với các tải trọng tương ứng.
 Sơ đồ 1 :
sơ đồ dầm giản đơn nút thừa chòu các loại tải trọng : DC,
CLL, 1/2FT, 1/2HL theo chiều trọng lực.
 Sơ đồ 2
: sơ đồ liên tục 3 nhòp chòu các loại tải trọng : FT, CLL, HL,
VK theo chiều ngược với trọng lực.
 Sơ đồ 3
: dầm liên tục chòu các loại tải trọng : DW và hoạt tải.
Trong đó : DC : tải trọng bant thân. HL : tải trong đốt hợp long.
FT : tải trọng xe đúc. VK : tải trọng ván khuôn.
CLL : tải trọng thi công. DW : tải trọng giai đoạn II.
Đặc điểm của dầm thi công theo công nghệ này là tải trong thi công được xét
như tổ hợp chính và cộng tác dụng đến kết cấu trong cả giai đoạn khai thác.
Đối với tónh tả và tả trọng thi công thì tiến hành lập biểu đồ nội lực. Đối với
hoạt tải phải xây dựng đường bao. Giá trò nội lực dùng cho tính toán là đường
bao tổng hợp cộng đại số theo từng mặt cắt từ đường bao nội lực do hoạt tải và
biểu đồ nội lực do tónh tả và tải trọng thi công.
II.6 Tính nội lực và bố trí cốt thép mặt cắt đỉnh trụ tong giai đoạn thi công :
II.6.1 Tính nội lực (mômen) :

- Nội lực mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn thi công do :
+ Trọng lượng các đốt đúc.
+ Tải trọng xe đúc : P
xe
= 800kN.
+ Tả trọng thi công : q
TC
= 0.24kN/m
2

là chiều dài nhòp qui ước.
Đối với dầm liên tục thì : l
i
= 0.8l đối với nhòp giữa
l
i
= 0.6l đối với nhòp biên.
Đối với mặt cắt trên đỉnh trụ, ta có l
i
= 0.8×70000 = 56000m
b : chiều rộng thực của bản cánh tính từ bản bụng dầm ra mỗi phía, nghóa là
b
1
, b
2
, b
3
trong bản vẽ (mm):
5500
b2=3350b2=3350
b1=2350
b1=2350
3350 3350

Ta có : b1 = 2350mm, b2= 3350mm, b3 = 2611mm.
Kiểm tra điều kiện, ta thấy :
b1, b2, b3 < 0.1×56000 = 5600.
b1, b2, b3 < 3×d
o
= 3×5500 = 16500.

+ Nếu M
tt
< M
c
=> thì trục trung hòa đi qua sườn dầm. Khi đó, ta tính theo
các công thức của mặt cắt chữ T.
- Xác đònh chiều cao vùng chòu nén : c = a/β
1
.
Tính diện tích cốt thép DƯL cần thiết :
py
u
ps
fh
M
A
85.09.0 ×
=

Trong đó :
- A
ps
: diện tích cốt thép DƯL.
- M
u
: mômen tính toán.
- d
b
: khoảng cách từ thớ chòu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL.
- f’c : cường độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’

1
: chiều dày khối ứng suất tương đương.
- f
ps
: ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở suất kháng uốn danh đònh
tính theo 5.7.3.1.1-1.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++==
2
h
- dhb.β85f,0)d (d.fA)'d (d.fAM M
f
pf1
'
cPSySspy
'
S
tt
C
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

p
< 0.42 với d
c
làkhoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chòu nén ngoài
cùng đến trọng tâm của cốt thép chòu kéo (mm).
Bảng tính toán và bố trí cốt thép tại mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công.

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trò Đơn vò
Tổng giá trò mômen tại mặt cắt đỉnh trụ M
tt
365234.64 kN
Chiều cao mặt cắt h 5.5 m
Chiều cao bố trí cốt thép DƯL a
tp
0.2 m
Chiều cao có hiệu của mặt cắt d
p
5.3 m
Bề rộng bản cánh chòu kéo b
k
12.5 m
Chiều dày bản cánh chòu kéo h
k
0.42 m
Bề rộng bản cánh chòu nén b 5.8 m
Bè dày bản cánh chòu nén h
f
0.93 m
Bề dày bản bụng b
w

s
0.00031 m
2
Chiều cao bố trí cốt thép thường chòu nén a’
ts
0.46 m
Khoảng cách đến mép chòu nén ngoài
cùng
d’
s
0.46 m
Khoảng cách bố trí @ 0.2 m
Số thanh thép trên một lưới n
th
28 Thanh
Số lưới thép chòu nén bố trí n
luoi
2 lưới
Tổng diện tích thép thường chòu nén A’
s
0.0176 m
2
Xác đònh vò trí TTH

Mô men quán tính bản cánh M
c
925290 kN.m
Vò trí TTH TTH Qua cánh
Tính toán cốt thép DƯL


2
Kết luận : bố trí cốt thép DƯL giai đoạn thi công
- Số bó thép DƯL là : n = 28 bó loại 19 tao 15.2mm.
- Diện tích cốt thép bố trí : A
ps
= 0.047m
2
.
II.6.3 Tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công :
Xác đònh vò trí TTH của mặt cắt :
- Giả thiết TTH đi qua mép dưới của bản cánh, khi đó mặt cắt làm việc
giống như mặt cắt chữ nhật. Ta tính hai giá trò :
+ Lực nén trong bản dầm : N
1TC
= 0.85b
1
f’
c.
.b.h
f
= 183864kN.
+ Lực kéo trong cốt thép DƯL (với giả thiết bỏ qua lực kéo trong cốt thép
thường) : N
2TC
= A
ps
.f
ps
= 50866kN.
Nếu N

+ d
b
: khoảng cách từ thớ chòu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL.
+ f’
c
: cường độ của bê tông tuổi 28 ngày, f’
c
= 50Mpa.
+ b : bề rộng mặt cắt chòu nén.
+ b
w
: bề dày bản bụng.
+ h
f
: chiều dày cánh chòu nén.
+ β
1
: hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β
1
= 0.85
+ f
pu
: cường độ chòu kéo của cốt thép dự ứng lực, f
pu
= 1860Mpa.
p
pu
ps1
'
c

⎜
⎝
⎛
=