Đồ Án Thiết Kế Cầu: Thiết Kế Sơ Bộ và Phân Tích

Đồ án nghiên cứu thiết kế cầu thiết kế sơ bộ, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cầu
• Đề tài: Đồ Án Thiết Kế Cầu Thiết Kế Sơ Bộ
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế cầu thiết kế sơ bộ

Đồ án thiết kế cầu thiết kế sơ bộ là một phần quan trọng trong lĩnh vực xây dựng cầu đường. Nó không chỉ giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết mà còn đảm bảo tính khả thi và an toàn cho công trình. Việc thiết kế cầu cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định hiện hành, nhằm đảm bảo chất lượng và độ bền của cầu.

1.1. Định nghĩa và vai trò của đồ án thiết kế cầu

Đồ án thiết kế cầu là tài liệu kỹ thuật mô tả chi tiết về cấu trúc, vật liệu và phương pháp thi công cầu. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông và khả năng chịu tải của cầu.

1.2. Các loại cầu phổ biến trong thiết kế

Trong thiết kế cầu, có nhiều loại cầu khác nhau như cầu dầm, cầu treo, cầu thép, và cầu bê tông cốt thép. Mỗi loại cầu có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện địa hình và yêu cầu kỹ thuật.

II. Thách thức trong thiết kế cầu thiết kế sơ bộ

Thiết kế cầu không chỉ đơn thuần là việc lựa chọn vật liệu và kích thước mà còn phải đối mặt với nhiều thách thức như điều kiện địa chất, khí hậu, và lưu lượng giao thông. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến tính khả thi và an toàn của cầu.

2.1. Điều kiện địa chất và ảnh hưởng đến thiết kế

Điều kiện địa chất nơi xây dựng cầu có thể ảnh hưởng lớn đến thiết kế. Việc khảo sát địa chất kỹ lưỡng giúp xác định loại nền móng phù hợp và đảm bảo tính ổn định cho cầu.

2.2. Tác động của khí hậu đến thiết kế cầu

Khí hậu cũng là một yếu tố quan trọng trong thiết kế cầu. Nhiệt độ, độ ẩm, và các hiện tượng thời tiết cực đoan có thể ảnh hưởng đến vật liệu và cấu trúc của cầu.

III. Phương pháp thiết kế cầu hiệu quả

Để đảm bảo tính hiệu quả trong thiết kế cầu, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và tiêu chuẩn kỹ thuật. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng và phân tích kết cấu giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro.

3.1. Sử dụng phần mềm trong thiết kế cầu

Phần mềm thiết kế cầu hiện đại giúp kỹ sư mô phỏng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến cầu, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu nhất.

3.2. Tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành là rất quan trọng. Các tiêu chuẩn này đảm bảo rằng cầu được thiết kế an toàn và có khả năng chịu tải tốt.

IV. Ứng dụng thực tiễn của đồ án thiết kế cầu

Đồ án thiết kế cầu không chỉ là lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn rõ rệt. Các cầu được thiết kế và xây dựng từ đồ án này đã góp phần quan trọng vào việc phát triển hạ tầng giao thông.

4.1. Các dự án cầu tiêu biểu tại Việt Nam

Nhiều dự án cầu lớn tại Việt Nam đã được thực hiện thành công dựa trên các đồ án thiết kế cầu. Những cầu này không chỉ đáp ứng nhu cầu giao thông mà còn góp phần phát triển kinh tế địa phương.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới

Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế cầu đã mang lại nhiều lợi ích, từ việc giảm chi phí xây dựng đến nâng cao độ bền và an toàn cho cầu.

V. Kết luận và tương lai của thiết kế cầu

Thiết kế cầu là một lĩnh vực không ngừng phát triển với nhiều thách thức và cơ hội. Tương lai của thiết kế cầu sẽ phụ thuộc vào việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến quy trình thiết kế.

5.1. Xu hướng phát triển trong thiết kế cầu

Xu hướng hiện nay là sử dụng vật liệu bền vững và công nghệ tiên tiến trong thiết kế cầu. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực thiết kế cầu là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội về hạ tầng giao thông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG PHÂN HIỆU TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THIẾT KẾ SƠ BỘ  GVHD: NGUYỄN THẠC QUANG SVTH: NGUYỄN HUY HOÀNG LỚP : CẦU ĐƯỜNG BỘ 2-K56 MSV : 5651014049 TP. HỒ CHÍ MINH -2018 SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 1 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG A: PHẦN THUYẾT MINH, TÍNH TOÁN PHẦN I :LÊN PHƯƠNG ÁN CẦU: 1) Vẽ lại mặt cắt ngang sông 2) Chọn sơ bộ Lcầu, Lnhịp - Chiều dài toàn cầu được lựa chọn theo công thức kinh nghiệm dựa vào MNCN. Ở đây ta chọn sơ bộ Lcầu = 176,7 m - Xác định nhịp thông thuyền: Thiết kế với sông cấp V: Theo tiêu chuẩn TCN TCVN11823- 2017 ta có khổ thông thuyền như sau: + Bề rộng khổ thông thuyền B tt = 25m + Tĩnh không dưới cầu : H tt =3,5m + Tĩnh không dây điện : h = 8m - Xác định chiều dài nhịp giữa: + Chọn bề rộng trụ: B trụ =1,75 m + Khi đó chiều dài nhịp giữa được xác định như sau: B trụ L giữa ≥ B tt + 2×2+2× = 25+4+ 1.75 m 2  Chọn chiều dài nhịp giữa: L giữa = 33 m Chọn chiều dài nhịp biên: Lbiên ≤ L giữa  Chọn chiều dài nhịp biên: Lbiên = 33 m - Xác định cao độ đáy dầm: Cao độ đáy dầm xác định dựa vào những điều kiện sau: + Dựa vào MNTT: CĐĐD ≥ MNTT+ H tt =52.63m (1) + Dựa vào MNCN: CĐĐD ≥ MNCN+0.63m ( so với mốc so sánh là +0.0m) - Chọn bán kính đường cong đứng : R Theo yêu cầu thiết kế: V tk =60 Km/h - Dựa vào TCVN 4054-2005 ta có bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu: Bán kính đường cong đứng lồi tối thiều giới hạn : R= 2500 m Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu thông thường: Chiều dài đường cong đứng tối thiểu: L= 50m  Chọn bán kính đường cong đứng lồi R=5500m 3.Lên phương án cầu SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 2 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG a) Phương án cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực căng sau - Thuyết minh giới thiệu chung về phương án Phương án cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực có những ưu điểm sau: +) Giảm được tiếng ồn. +) Chịu dao động tốt.

+) Dễ thi công ( Vật liệu có tính phổ biến, tạo hình) +) Giá thành rẻ +) Cho phép sử dụng cốt thép cường độ cao với bê tông cường độ cao để chế tạo dầm nên tận dụng được sự làm việc của vật liệu - Đề xuất bố trí chung phương án, cấu tạo kết cấu nhịp kết cấu mố trụ + Cầu dầm giản đơn BTCT dự ứng lực gồm 5 nhịp, chiều dài mỗi nhịp Ln=33m. Bố trí theo sơ đồ :5×33m. + Có tổng chiều dài toàn cầu LCầu = 5×33+0,05×6+5,7×2=176,7 m + Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu  Số lượng dầm chủ N b =6  Khoảng cách giữa 2 dầm chủ S=2000mm  Lề người đi bố trí cùng mức với mặt đường xe chạy, được ngăng cách với đường xe chạy bằng vạch sơn.  Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu; L/2; L/4; Gồm 5 mặt cắt  Số lượng dầm ngang N n = ( N b-1)×5= 25 (dầm)  Phần cánh hẫng S k = 1000 mm  Chiều dày bản mặt cầu h f = 180 mm  Chiều dày lớp phủ t 1 = 100 mm  Chọn độ dốc ngang cầu i = 2%  Chọn trụ thân hẹp có các kích thước như trong bản vẽ.

 Chọn mố chữ U có kích thước như trong bản vẽ. b) Phương án cầu thép liên hợp bản bê tông cốt thép. SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 3 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG - Thuyết minh giới thiệu chung về phương án. Phương án cầu thép liên hợp bản bê tông cốt thép có những ưu điểm sau: +) Vật liệu thép có khả năng chịu lực lớn, có độ tin cậy cao.

+) Kết cấu nhịp cầu thép có trọng lượng bản thân nhẹ và thanh mảnh hơn nhiều so với kết cấu nhịp cầu bê tông do đó khả năng vượt nhịp lớn. +) Kết cấu nhịp cầu thép có tính linh động cao, dễ chế tạo, dễ tháo lắp thi công lắp ghép do đó giảm được thời gian thi công. +) Thích hợp trong việc tiêu chuẩn và định hình hoá trong chế tạo do đó hạ được giá thành sản phẩm. +) Kết cấu nhịp cầu thép dễ kiểm tra, tăng cường khi cần thiết.

- Đề xuất bố trí chung phương án, cấu tạo kết cấu nhịp kết cấu mố trụ + Cầu dầm giản đơn BTCT dự ứng lực gồm 5 nhịp, chiều dài mỗi nhịp Ln=33m. Bố trí theo sơ đồ :5×33m. + Có tổng chiều dài toàn cầu LCầu = 5×33+0,05×6+5,5×2=176,3 m + Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu  Số lượng dầm chủ N b =6  Khoảng cách giữa 2 dầm chủ S=2000mm  Lề người đi bố trí cùng mức với mặt đường xe chạy, được ngăng cách với đường xe chạy bằng vạch sơn.  Phần cánh hẫng S k = 1000 mm  Chiều dày bản mặt cầu h f = 180 mm  Chiều dày lớp phủ t 1 = 100 mm  Chọn độ dốc ngang cầu i = 2%  Chọn trụ thân hẹp có các kích thước như trong bản vẽ.

 Chọn mố chữ U có kích thước như trong bản vẽ. PHẦN II: PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM BÊ TÔNG DƯL CĂNG SAU SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 4 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG I. CHỌN KÍCH THƯỚC DẦM CHỦ,KÍCH THƯỚC DẦM NGANG ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT.XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ. 1) Thiết kế dầm chủ Kích thước dầm chủ được lựa chọn như sau: - Chiều cao dầm chủ H = 1600 mm - Chiều cao bầu dưới H 1 = 250mm - Chiều cao vút dưới H 2 = 200 mm - Chiều cao sườn H 3 = 870 mm - Chiều cao vút trên H 4 = 110mm - Chiều cao gờ trên H 5 = 120mm - Chiều cao gờ trên cùng H 6= 50mm - Bề rộng bầu dưới dầm b1 = 650mm - Bề rộng sườn dầm b2 = 200mm - Bề rộng bản cánh trên b3 = 850 mm - Bề rộng gờ trên cùng b 4 =650 mm - Bề rộng vút dưới b5 =225 mm - Bề rộng vút trên b6 = 325mm - Chiều cao dầm liên hợp h= H+h f =1800mm Mặt cắt ngang dầm vị trí L/2  Mặt cắt quy đổi: - Nguyên tắc quy đổi: SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 5 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG Chiều cao dầm H không được quy đổi, chiều cao các bộ phận cấu tạo thành hi có thể thay đổi.

Thay đổi chiều dày bản cánh F c + F Vc 2 × 50250 + 2× 17875 h’c= = = 210 mm bc - bw 850 - 200 Thay đổi chiều dày bầu dầm F b + F Vb 2× 56250 + 2 × 22500 h’b= = = 350 mm bb - bw 650 - 200 Thay đổi chiều cao sườn dầm h’c = H-h’c- h’b =1600-210-350=1040 mm Mặt cắt ngang của dầm đã quy đổi tại vị trí L/2 - Chọn kích thước dầm ngang + Chiều cao dầm ngang Hn =200+870+110+120=1300mm + Bề rộng dầm ngang bn = 2000mm + Chiều dài dầm ngang In = 300mm - Dầm được chế tạo theo công nghệ kéo sau. Chiều cao dầm H= 1.6 m - Bê tông dầm có cường độ chịu nén f ' c =45 Mpa, Bê tông dầm ngang, bản mặt cầu có cường độ chịu nén f ' c = 35Mpa - Thép cường độ cao sử dụng là thép tự chùng ứng suất, loại bó 7 tao 15.2 mm theo tiêu chuẩn của ASTM A416-85 SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 6 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG - Dầm được thi công theo phương pháp lắp ghép, bê tông bản mặt cầu được thi công bằng phương pháp đổ tại chỗ. - Dọc theo chiều dài nhịp bố trí dầm ngang có kích thước thi công theo phương pháp đúc tại chỗ. Tính toán đặc trưng hình học của dầm a) Xác định bề rộng bản cánh có hiệu: - Không phải toàn bộ bản cánh sẽ tham gia làm việc với dầm chủ mà chỉ 1 phần bản cánh sẽ cùng tham gia làm việc với dầm chủ.

- Do đó ta phải xác định bề rộng bản cánh có hiệu: B ef +)Bề rộng bản cánh có hiệu của dầm trong ( dầm giữa ): Bề rộng bản cánh có hiệu ở dầm trong được xác định là giá trị nhỏ nhất trong 4 giá trị sau: 1  L = (33-0.1 m 4 tt  12t s+t w = 12×180+200=2360mm b  12t s+ c = 12×180+850/2= 2585 mm 2  S= 2000 ( S là khoảng cách trung bình của các dầm chủ liền kề nhau)  Bề rộng bản cánh có hiệu của dầm trong là B i =2000mm + Bề rộng bản cánh có hiệu ở dầm ngoài được xác định như sau: Bi B e= + min (…) 2 1  1/8 Chiều dài nhịp tính toán L = (33-0.05 mm 8 tt  6t s+t w =6×180+ 200=1280 mm  6t s+b c /4 = 6×180+850/4=1292.5 mm  Bề rộng phần hẫng Sk = 1000m SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 7 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG  B e =B i/2+1000= 2000 mm Vậy bề rộng bản cánh có hiệu ở dầm ngoài là Bef =2000 mm Mặt cắt ngang dầm đã quy đổi b) Tính toán các đặc trưng hình học : Giai đoạn chế tạo - Xét mặt cắt trên gối x0=0 b1 - b2 Chiều cao sườn H3’= H1+H2+H3 + H b3 - b2 4 650 - 200 = 250+200+870+ ×110 = 1396mm 850 - 200 Bề rộng sườn b3’= 650mm SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 8 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG Mặt cắt ngang dầm vị trí trên gối Diện tích mặt cắt ngang A = b1 × H ' 3+( b1 + b3 )×a3'/2+b3 × H 5+ H 6 × b 4 = 1067400 m m2 Tọa độ trọng tâm mặt cắt: b1 × H 2 / 2 + 100 × H 5 ×( H - H 6 - H 5 / 2)+ 100 × a3 ' ×( H 3 ' + 2 / 3 × a3 ' ) Yc= A = 800,73 mm Mô men quán tính của mặt cắt ngang đối với trục trung hòa: Jc= (J - Yc2×A) = 2,63×1011 mm4 - Xét mặt cắt giữa dầm :. Mặt cắt hưu hiệu giữa dầm SV NGUYỄN HUY HOÀNG- CDBO2 –K56 9 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD : NGUYỄN THẠC QUANG Trong tâm của mặt cắt : Yc = 794,186 (mm) Diện tích mặt cắt: A =614000 mm2 Mô men quán tính đối với trục X: I = 1,966×1011 mm4 3.