Đề tài Thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn tiết diện super T căng trước

MỤC LỤC PHẦN THỨ NHẤT : SỐ LIỆU THIẾT KẾ CHƯƠNG MỞ ĐẦU 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 2 1.1 Qui mô công trình. 2 1.2 Nội dung và tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế: 2 1.3 Đặc điểm về địa chất: 2 1.3.1 Địa chất : 2 Cao độ mực nước thiết kế: 3 PHẦN THỨ HAI : THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG I : PHƯƠNG ÁN I 5 1.1 Chọn sơ đồ kết cấu nhịp: 5 1.2 Mố cầu: 5 1.3 Trụ cầu: 5 1.4 Các đặc trưng vật liệu sử dụng: 5 CHƯƠNG II : PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM GIẢN ĐƠN DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 9 2.1 Chọn sơ đồ kết cấu nhịp: 9 2.2 Mố cầu: 9 2.3 Trụ cầu: 9 2.4 Các đặc trưng vật liệu sử dụng: 9 2.5 Tính toán dầm thép liên hợp bê tông cốt thép: 12 2.5.1 Số liệu tính toán: 12 2.5.1.1 Phần dầm thép: 12 2.5.1.2 Phần bản bê tông cốt thép: 12 2.5.1.3 Sơ bộ chọn kích thước sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối 13 2.5.2 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm: 14 2.5.2.1 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm giai đoạn 1: 15 2.5.2.2 Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm giữa giai đoạn 2 (tiết diện liên hợp): 16 2.5.2.3 Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm biên giai đoạn 2 (tiết diện liên hợp): 20 2.5.3 Xác định hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu: 25 2.5.3.1 Tính cho dầm giữa: 25 2.5.3.2 Tính cho dầm biên: 27 2.5.4 Xác định nội lực do hoạt tải tại các mặt cắt: 29 2.5.4.1 Hoạt tải tác dụng lên cầu: 30 2.5.4.2 Nội lực do tĩnh tải tác dụng lên dầm chính: 35 2.5.5 Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt theo trạng thái giới hạn: 50 2.5.5.1 Trạng thái giới hạn cường độ I: (TTGHCĐ I) 50 2.5.5.2 Trạng thái giới hạn cường độ II: (TTGHCĐ II) 51 2.5.5.3 Trạng thái giới hạn cường độ III: (TTGHCĐ III) 51 2.5.5.4 Trạng thái giới hạn sử dụng: (TTGHSD) 51 2.5.5.5 Trạng thái giới đặc biệt: (TTGĐB) 51 2.5.5.6 Tổng hợp tổ hợp nội lực tại các mặt cắt: 53 2.5.6 Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn 1: 58 2.5.6.1 Kiểm tra các tỷ lệ cấu tạo chung: 59 2.5.6.2 Ứng suất lớn nhất ở thớ dưới (biên) dầm chủ (giữa dầm) 59 2.5.6.3 Ứng suất lớn nhất ở thớ trên (biên) dầm chủ (giữa dầm) 60 2.5.6.4 Kiểm tra độ mảnh bản bụng: 60 2.5.7 Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn II 60 2.5.7.1 Xác định mômen dẻo của tiết diện dầm biên trong giai đoạn II (tiết diện dầm liên hợp) 60 2.5.7.2 Xác định sức kháng uốn của tiết diện liên hợp: 65 2.6 Trình tự thi công: 65 2.7 Tổ chức thi công: 65 2.7.1 Chuẩn bị mặt bằng thi công: 66 2.7.2 Tập kết thiết bị, vật tư đến công trường: 66 2.7.3 Thi công cọc khoan nhồi: 66 2.7.4 Thi công mố, trụ: 66 2.7.5 Lao dầm: 67 2.7.6 Thi công bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành: 67 CHƯƠNG III 68 3.1 Về Kinh Tế 68 3.2 Về Kỹ Thuật 68 3.3 Về Mỹ Quan 68 3.4 Về duy tu bảo dưỡng 69 3.5 Kết luận 70 PHẦN THỨ BA : THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I : LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH 72 1.1 LAN CAN: 72 1.1.1 Thanh lan can: 72 1.1.1.1 Tải trọng tác dụng lên thanh lan can: 72 1.1.1.2 Nội lực lớn nhất ở giữa nhịp : 72 1.1.1.3 Kiểm tra tiết diện thanh: 73 1.1.2 Trụ lan can: 73 1.2 LỀ BỘ HÀNH: 78 1.2.1 Chọn kích thước lề bộ hành: 79 1.2.2 Tính nội lực cho bản lề bộ hành (tính trên 1m dài): 79 1.2.3 Tính cốt thép cho lề bộ hành 80 1.2.4 Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng 81 1.2.5 Kiểm toán bó vỉa chịu tải trọng va xe 82 1.2.5.1 Xác định : (Tính trên 1m dài) 83 1.2.5.2 Xác định 84 1.2.5.3 Chiều dài đường chảy 86 1.2.6 Kiểm tra trượt của lan can và bản mặt cầu: 87 CHƯƠNG II 90 I. BẢN MẶT CẦU 90 I.2.1 Khái niệm 90 I.2.2 Cấu tạo bản mặt cầu 90 I.2.3 Ngoại lực tác dụng lên bản mặt cầu : 91 I.2.3.1 Tĩnh tải : 91 I.2.3.2 Hoạt tải: 92 I.2.4 Tính nội lực bản chịu lực theo sơ đồ bản hai cạnh: 92 I.2.4.1 Do tĩnh tải: 92 I.2.4.2 Do hoạt tải: 93 I.2.4.3 Xét tính liên tục của bản 94 I.2.5 Tính bản chịu lực như dầm congxon đối với bản hẫng: 95 I.2.5.1 Do tĩnh tải: 95 I.2.5.2 Do hoạt tải: 96 I.2.5.3 Nội lực trong bản hẫng: 96 I.2.6 Tính toán thép cho bản mặt cầu: 96 I.2.6.1 Tính toán thép chịu mômen dương cho bản trong: 97 I.2.6.2 Tính toán thép chịu mômen âm cho bản trong: 98 I.2.6.3 Tính toán thép chịu mômen âm cho bản hẫng: 99 I.2.6.4 Tính toán thép phân bố dọc cầu: 99 I.2.7 Kiểm tra điều kiện chịu nứt của bản: 100 I.2.1.1. Kiểm tra điều kiện chịu nứt của phần bản chịu mômen dương: 100 I.2.1.2. Kiểm tra điều kiện chịu nứt của phần bản chịu mômen âm : 101 I.2.8 Trạng thái giới hạn mỏi 103 II. DẦM NGANG 104 II.2.1 Khái quát chung 104 II.2.2 Tính nội lực do tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang: 104 II.2.3 Tính nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang 106 II.2.3.1. Theo phương dọc cầu : 106 II.2.3.2. Theo phương ngang cầu : 108 II.2.3.4. Tổ hợp nội lực do hoạt tải gây ra : 109 II.2.4 Tổ hợp nội lực: 110 II.2.5 Tính toán cốt thép cho momen âm 110 II.2.6 Tính toán cốt thép cho momen dương 111 II.2.7 Kiểm tra ở trạng thái giới hạn sử dụng 112 II.2.7.1 Kiểm tra nứt với momen âm 112 II.2.7.2 Kiểm tra nứt với momen dương 114 II.2.8 Thiết kế lực cắt, bố trí cốt đai. 115 CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ DẦM CHU 119 3.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 119 3.2 THIẾT KẾ CẤU TẠO 119 3.2.1. Kích thước mặt cắt ngang cầu 119 3.2.2. Cấu tạo dầm chủ 122 3.2.3. Tính toán đặc trưng hình học dầm super-t 125 3.2.3.1. Mặt cắt trên gối x 0= 0 m 125 3.2.3.2. Mặt cắt tại chỗ thay đổi tiết diện x1 = 1.368 m 127 3.2.3.3. Mặt cắt giữa nhịp x4 = 17.25 m 128 3.2.3.4. Hệ số phân bố tải trọng 130 3.3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG 134 3.3.1. Xác định tĩnh tải tác dụng lên 1 dầm chủ : 134 3.3.1.1. Dầm chủ: 134 3.3.1.2. Bản mặt cầu: 134 3.3.1.3. Dầm ngang: 134 3.3.1.4. Ván khuôn lắp ghép: 135 3.3.1.5. Vách ngăn: 135 3.3.1.6. Tải trọng lan can và lề bộ hành 135 3.3.1.7. Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và tiện ích công cộng 136 3.3.1.8. Tổng tĩnh tải tác dụng lên các dầm dọc chủ 136 3.3.2. HOẠT TẢI HL93 137 3.3.2.1. Xe tải thiết kế 137 3.3.2.2. Xe hai trục thiết kế 137 3.3.2.3. Tải trọng làn 137 3.3.2.4. Tải trọng người đi bộ 138 3.3.2.5. Tải trọng xung kích 138 3.3.3. ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG MÔMEN VÀ LỰC CẮT TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG 138 3.3.3.1. Các mặt cắt đặc trưng 138 3.3.3.2. Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trưng 138 3.4 TỔ HỢP NỘI LỰC TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG THEO CÁC TTGH 3.4.1. TTGH cường độ I 150 3.4.2. TTGH cường độ II 150 3.4.3. TTGH cường độ III 150 3.4.4. TTGH Sử dụng 151 3.5 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP 153 3.5.1. Tính toán diện tích cốt thép 153 3.5.1.1. Tính toán sơ bộ số lượng cốt thép 153 3.5.1.2. Bố trí cốt thép tại các mặt cắt ngang dầm 154 3.5.1.3. Bố trí cốt thép theo phương dọc dầm 157 3.5.2. Đặc trưng hình học của các mặt cắt dầm 158 3.5.2.1. Mặt cắt tại gối x0 159 3.5.2.2. Mặt cắt tại đoạn dầm đặc x1 160 3.5.2.3. Mặt cắt giữa nhịp x5 162 3.5.3. TÍNH TOÁN CÁC MẤT MÁT DỰ ỨNG SUẤT 165 3.5.3.1. Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 165 3.5.3.2. Mất mát ứng suất do co ngót 168 3.5.3.3. Mất mát ứng suất do từ biến của bêtông 168 3.5.3.4. Mất mát ứng suất do tự chùng của cốt thép trong giai đoạn khai thác 3.5.3.5. Tổng mất mát dự ứng suất: 169 3.5.4. Kiểm toán dầm 170 3.5.4.1. Kiểm tra khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn truyền lực 170 3.5.4.2. Kiểm tra khả năng chịu uốn ở Trạng Thái Giới Hạn Sử dụng 171 3.5.4.3. Xác định sức kháng danh định 174 3.5.4.4. Kiểm tra độ vồng, độ võng của dầm 179 3.5.4.5. Tính duyệt theo lực cắt và xoắn: 181 CHƯƠNG IV : TRU, MÓNG TRỤ 188 4.1. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 188 4.2. CÁC ĐIỀU KIỆN CƠ BẢN 189 4.3. SỐ LIỆU KẾT CẤU PHẦN TRÊN. 190 4.4. VẬT LIỆU SỬ DỤNG 190 4.5. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU 191 4.5.1. Tĩnh tải: 191 4.5.1.1. Kết cấu phần trên: 191 4.5.1.2. Kết cấu phần dưới: 194 4.5.2. Hoạt tải HL93: 194 4.5.2.1. Xe tải thiết kế: 194 4.5.2.2. Xe hai trục thiết kế: 195 4.5.2.3. Tải trọng làn: 195 4.5.2.4. Tải trọng người bộ hành 195 4.5.2.5. Sơ đồ xếp tải: 195 4.5.2.6. Xếp hoạt tải theo phương ngang cầu để xác định nội lực lớn nhất. 197 4.5.3. Lực hãm xe (BR): 205 4.5.4. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu : 205 4.5.4.1. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thượng tầng 206 4.5.4.2. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu hạ tầng 208 4.5.4.3. Tải trọng gió tác dụng lên xe 208 4.5.4.4. Tải trọng nước tác dụng lên trụ: 210 4.5.4.5. Áp lực dòng chảy p 210 4.5.4.6. Tính va tàu . 211 4.6. TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN XÀ MŨ: 212 4.6.1. Tĩnh tải: 212 4.6.2. Hoạt tải: 213 4.6.3. Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt: 213 4.7. TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BỆ TRỤ: 214 4.7.1. Tĩnh tải: 214 4.7.2. Hoạt tải: 215 4.7.2.1. Theo phương dọc cầu: 215 4.7.2.2. Theo phương ngang cầu : 216 4.7.2.3. Hoạt tải khác 216 4.7.2.4. Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đỉnh móng: 217 4.8. THIẾT KẾ CỐT THÉP: 219 4.8.1. Thiết kế cốt thép cho xà mũ: 219 4.8.1.1. Kiểm tra theo TTGH CĐ: 219 4.8.1.2. Kiểm tra nứt theo TTGH SD: 220 4.8.1.3. Kiểm tra theo TTGH Mỏi: 222 4.8.1.4. Kiểm tra chịu cắt: 223 4.8.2. Thiết kế cốt thép cho thân trụ: 224 4.8.2.1. Thiết kế cốt thép theo trạng thái gới hạn cường độ I: 225 4.8.2.2. Thiết kế cốt thép theo TTGH ĐB: 229 4.9. THIẾT KẾ MÓNG TRỤ 231 4.9.1. Số liệu địa chất – thủy văn 231 4.9.2. Số liệu về móng thiết kế 233 4.9.2.1. Vật liệu làm móng 233 4.9.2.2. Phương án móng 234 4.9.3. Tải trọng tác dụng lên móng 234 4.9.3.1. Bảng tổ hợp tải trọng tại đỉnh bệ trụ 234 4.9.3.2. Tải trọng nước tác dụng lên trụ (tính đến đáy bệ) 234 4.9.3.3. Tổ hợp tải trọng tại đáy bệ 236 4.9.4. Thiết kế móng cọc 237 4.9.3.4. Tính toán nội lực trong cọc khoan nhồi 237 4.9.4.2. Trường hợp đặt tải để nội lực phát sinh theo PDC lớn nhất 237 4.9.4.3. Trường hợp đặt tải để nội lực phát sinh theo PNC lớn nhất 244 4.9.4.4. Thiết kế cốt thép dọc cho cọc 244 4.9.4.5. Thiết kế cốt thép đai cho cọc 246 4.9.4.6. Thiết kế cốt thép cho bệ cọc 248 4.9.4.7. Thiết kế cốt đai cho bệ cọc 249 4.9.4.8. Kiểm tra điều kiện nứt cho cọc và bệ 251 CHƯƠNG 5 : MỐ VÀ MÓNG MỐ 5.1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU 252 5.1.1. Tĩnh tải 252 5.1.1.1. Tĩnh tải do kết cấu phần trên : 252 5.1.1.2. Tĩnh tải do kết cấu phần dưới 256 5.1.2. Hoạt tải (LL) 259 5.1.2.1. Xếp tải dọc cầu 259 5.1.2.2. Xếp tải theo phương ngang cầu 260 5.1.2.3. Lực hãm xe (BR) 264 5.1.2.4. Lực ma sát (FR) 265 5.1.2.5. Lực li tâm (CE) 265 5.1.2.6. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu (WS) 265 5.1.2.7. Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL) 266 5.1.2.8. Nội lực do trọng lượng đất đắp 266 5.1.2.9. Nội lực do áp lực đất EH , LS 267 5.2 THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO CÁC MẶT CẮT 271 5.2.1. Tính cốt thép cho mặt cắt B-B 271 5.2.1.1. Phương dọc cầu 271 5.2.1.2. Phương ngang cầu 272 5.2.1.3. Thiết kế cốt đai cho thân Mố 273 5.2.1.4. Kiểm tra điều kiện chống nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng : 275 5.4.1. Kích thước mặt cắt kiểm toán 283 5.4.2. Kiểm tra cấu kiện chịu uốn: 283 5.4.3. Kiểm tra giới hạn cốt thép: 283 5.4.4. Kiểm tra cấu kiện chịu cắt 284 5.4.5. Kiểm tra nứt 285 5.4.6. Ứng suất cho phép trong cốt thép : 286 5.5.1. Kiểm tra cấu kiện chịu uốn: 287 5.5.2. Kiểm tra giới hạn cốt thép: 287 5.5.3. Kiểm tra cấu kiện chịu cắt 288 5.5.4. Kiểm tra nứt 289 5.7.1. Số liệu địa chất – thủy văn 293 Cao độ mực nước thiết kế: 295 5.7.2. Số liệu về móng thiết kế 295 5.7.2.1. Vật liệu làm móng 295 5.7.2.2. Phương án móng 295 5.7.3. Tải trọng tác dụng lên móng 296 5.7.4. Thiết kế móng cọc 299 PHẦN THỨ TƯ : THIẾT KẾ THI CÔNG CHƯƠNG I 317 1.1 TỔ CHỨC THI CÔNG 317 1.1.1 Đảm bảo giao thông 317 1.1.1.1 Biện pháp an toàn giao thông đường thủy: 317 1.1.1.2 Biện pháp an toàn giao thông đường bộ: 317 1.1.2 Yêu cầu vật liệu chủ yếu và tổ chức vận chuyển 317 1.1.2.1 Nguồn vật liệu rời và tổ chức vận chuyển 317 1.1.2.2 Yêu cầu về vật liệu chủ yếu 318 1.1.2.3 Yêu cầu về độ chặt 319 1.1.3 Mặt bằng thi công 320 1.1.4 Công tác chuẩn bị 320 1.2 BIỆN PHÁP THI CÔNG MỘT SỐ HẠNG MỤC CHỦ YẾU 321 1.2.1 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi BTCT 321 1.2.2 Công tác thử cọc 323 1.2.3 Công nghệ chế tạo dầm Super - T 323 1.3 TRÌNH TỰ THI CÔNG 331 1.3.1 Thi công mố M1, M2 331 1.3.2 Thi công trụ T1, T2 332 1.3.2.1 Công tác thi công móng, bệ trụ 332 1.3.2.2 Công tác thi công thân trụ (đốt 1 cao 3m) 332 1.3.2.3 Thi cống đốt thân trụ (đốt 2 cao 2.8m) 333 1.3.2.4 Thi công xà mũ 333 1.3.3 Công tác lao phóng dầm Super Tee (có hai cách) 334 1.3.3.1 Lao phóng thủy bằng 2 cẩu nổi 110T 334 1.3.3.2 Lao phóng thuỷ bằng giàn phóng 334 1.3.4 Công tác đổ dầm ngang: 335 1.3.5 Công tác đổ bêtông sàn: 335 1.3.6 Công tác làm bản liên tục nhiệt 336 1.3.7 Thi công lan can, lề bộ hành, lớp phủ : 336 1.3.8 Thi công đường 2 đầu cầu 336 1.4 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI THI CÔNG 337 1.5 TIẾN ĐỘ THI CÔNG 338 1.6 THIẾT BỊ THI CÔNG CHỦ YẾU 338 1.7 TỔ CHỨC KHAI THÁC 339 2.1 TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN: 340 2.1.1 Ván khuôn mố: 340 2.1.2 Tính sườn tăng cường: 342 2.2 Tính toán vách chống hố móng: 343 2.2.1 Tính toán chiều sâu đóng cọc ván thép: 343 2.2.2 Tính toán cọc ván thép theo điều kiện cường độ: 345 2.3 Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy 345 2.4 THIẾT KẾ THI CÔNG TRỤ T1 346 2.4.1 Các số liệu tính toán 346 2.4.2 Tính toán chiều dày lớp bêtông bịt đáy 346 2.4.3 Tính toán cọc ván thép 347 2.4.3.1 Xác định độ chôn sâu 347 2.4.3.2 Tính toán cọc ván thép 348 2.4.3.3 Tính toán nẹp ngang 349 2.4.3.4 Tính toán thanh chống 349 2.4.4 Tính toán ván khuôn Trụ 350 2.4.4.1 Tính ván lát 351 2.4.4.2 Tính nẹp ngang 352 2.4.4.3 Tính thanh giằng 352