Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp Bản Mặt Cầu BTCT Tuyến LRT Tân An – Tân Kiên

• Tác giả: Nguyễn Tấn Nam
• Người hướng dẫn: ThS. Bùi Thị Ninh
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Trình Giao Thông
• Đề tài: Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp Bản Mặt Cầu BTCT Tuyến LRT Tân An – Tân Kiên
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. QUY HOẠCH TUYẾN ĐƯỜNG SẮT NHẸ TÂN AN – TÂN KIÊN
• 1.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.3. MỤC ĐÍCH, MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. ĐẶC ĐIỂM CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. Một vài chỉ tiêu kinh tế - xã hội, điều kiện tự nhiên liên quan đến khu vực nghiên cứu
• 1.5. Tổng hợp phân tích và đánh giá hiện trạng giao thông tỉnh Long An
• 1.5.1. Mạng lưới giao thông trong khu vực
• 1.5.2. Hiện trạng hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật khu vực nghiên cứu
• 1.5.3. Tổng quan về việc hình thành các khu đô thị trong khu vực nghiên cứu
• 1.6. KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI HÌNH GIAO THÔNG CÔNG CỘNG TRÊN THẾ GIỚI
• 1.6.1. So sánh các loại hình giao thông công cộng
• 1.7. MÔ HÌNH VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT NHẸ LRT (LIGHT RAIL TRANSIT)
• 1.7.1. Một số đặc trưng trong khai thác vận tải hành khách công cộng bằng đường sắt nhẹ
• 1.7.2. Ưu nhược điểm của đường sắt nhẹ
• 1.8. PHƯƠNG TIỆN VÀ NĂNG LỰC CHUYÊN CHỞ CỦA LRT
• 1.8.1. Lựa chọn phương tiện sử dụng trên tuyến
• 1.8.2. Xác định một số chỉ tiêu về tuyến đường sắt nhẹ. Quy hoạch các cơ sở hạ tầng liên quan đến đường sắt
• 1.8.3. Khả năng tiếp cận của hành khách
• 1.8.4. Hệ thống thông tin tín hiệu
• 1.8.5. Hệ thống cấp điện cho tuyến
• 1.8.6. Hệ thống trạm dừng, nhà chờ, bến bãi cho tuyến
• 1.9. CÁC KINH NGHIỆM VỀ TỔ CHỨC, QUẢN LÝ ĐƯỜNG SẮT NHẸ TRÊN THẾ GIỚI
• 1.10. DỰ BÁO NHU CẦU GIAO THÔNG TRONG KHU VỰC LẬP QUY HOẠCH
• 1.10.1. Xác định khu vực hấp dẫn của tuyến đường sắt nhẹ
• 1.10.2. Khảo sát lưu lượng giao thông
• 1.10.3. Đánh giá dự án xây dựng tuyến đường sắt nhẹ
• 1.10.4. Dự báo nhu cầu vận chuyển hành khách trong tương lai
• 1.11. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TUYẾN TRONG QUY HOẠCH
• 1.11.1. Tiêu chí đánh giá và chọn phương án tuyến
• 1.11.2. Đề xuất phương án tuyến
• 1.11.3. Bình đồ và trắc dọc tuyến
• 1.12. TÍNH TOÁN SƠ BỘ CHI PHÍ ĐƯỜNG SẮT NHẸ TÂN AN – TÂN KIÊN
• 1.12.1. Dự kiến thời gian xây dựng
• 1.12.2. Ước tính chi phí tuyến đường sắt
• 2. THIẾT KẾ KỸ THUẬT
• 2.1. SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT
• 2.2. SỐ LIỆU BAN ĐẦU
• 2.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ KẾT CẤU
• 2.3.1. Thiết kế mặt cắt ngang cầu
• 2.3.2. Thiết kế thoát nước mặt cầu
• 2.3.3. Thiết kế cơ sở các bộ phận chính
• 2.4. THIẾT KẾ DẦM CHỦ
• 2.4.1. Khai báo vật liệu
• 2.4.2. Khai báo tiết diện
• 2.4.3. Tải trọng tác dụng lên cầu
• 2.4.4. Xây dựng mô hình
• 2.4.5. Tổ hợp tải trọng
• 2.4.6. Xuất biểu đồ nội lực
• 2.4.7. Kiểm toán thiết kế dầm
• 2.4.8. Thiết kế mối nối
• 2.4.9. Tính toán kiểm tra bản nối
• 2.4.10. Tính toán kiểm tra neo (Vị trí đầu dầm)
• 2.4.11. Kiểm tra độ võng
• 2.5. THIẾT KẾ MŨ TRỤ VÀ THÂN TRỤ
• 2.5.1. Số liệu kết cấu tầng trên
• 2.5.2. Khai báo vật liệu
• 2.5.3. Khai báo tiết diện
• 2.5.4. Xây dựng mô hình
• 2.5.5. Kiểm toán thiết kế mũ trụ và thân trụ
• 2.6. THIẾT KẾ BỆ CỌC VÀ CỌC KHOAN NHỒI
• 2.6.1. Khai báo vật liệu
• 2.6.2. Khai báo tiết diện
• 2.6.3. Xây dựng mô hình
• 2.6.4. Kiểm toán thiết kế bệ cọc và cọc
• 3. THIẾT KẾ THI CÔNG
• 3.1. THIẾT KẾ VÒNG VÂY CỌC VÁN THÉP
• 3.1.1. Thiết kế vòng vây cọc ván
• 3.1.2. Tính độ ổn định của vòng vây trong giai đoạn thi công
• 3.1.3. Kiểm tra bền cọc vòng vây
• 3.2. CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI
• 3.2.1. Chuẩn bị thi công
• 3.2.2. Công tác khoan tạo lỗ
• 3.2.3. Hạ khung cốt thép
• 3.2.4. Trình tự thi công
• 3.2.5. Vật liệu và thiết bị
• 3.3. THIẾT KẾ VÁN KHUÔN
• 3.3.1. Yêu cầu và mục đích thiết kế ván khuôn
• 3.3.2. Thi công bệ móng
• 3.3.3. Thi công thân trụ
• 3.3.4. Thi công mũ trụ
• 3.4. BIỆN PHÁP ĐỔ BÊ TÔNG VÀ BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG
• 3.4.1. Biện pháp đổ bê tông
• 3.4.2. Biện pháp bảo dưỡng bê tông
• 4. TỔ CHỨC THI CÔNG
• 4.1. TỔ CHỨC THI CÔNG TỔNG THỂ
• 4.1.1. Công tác chuẩn bị, định vị hố móng
• 4.1.2. Thi công cọc khoan nhồi và trụ
• 4.1.3. Thi công kết cấu nhịp
• 4.2. TRÌNH TỰ THI CÔNG CHI TIẾT
• 4.2.1. Công tác chuẩn bị, định vị hố móng
• 4.2.2. Thi công cọc khoan nhồi
• 4.2.3. Thi công trụ
• 4.2.4. Thi công kết cấu nhịp
• 4.2.5. Thi công đổ bê tông sàn
• 4.2.6. Thi công lan can, lớp phủ
• 4.2.7. Thi công đường 2 bên đầu cầu
• 4.3. BỐ TRÍ NHÂN LỰC THI CÔNG
• 4.3.1. Công tác chuẩn bị chung
• 4.3.2. Thi công bệ móng
• 4.3.3. Thi công thân trụ
• 4.3.4. Thi công mũ trụ
• 4.3.5. Công tác chuẩn bị thi công nhịp
• 4.3.6. Vận chuyển và tập kết bãi dầm
• 4.3.7. Thi công nhịp
• 4.3.8. Thi công kết cấu tầng trên
• 4.4. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI THI CÔNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC HÌNH
• PHỤ LỤC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp LRT Tân An

Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào thiết kế cầu dầm thép liên hợp bản mặt cầu BTCT cho tuyến LRT Tân An – Tân Kiên. Mục tiêu là làm quen với nhiệm vụ thiết kế một công trình giao thông, từ đó giảm bớt bỡ ngỡ khi ra trường. Đồ án bao gồm quy hoạch tuyến đường sắt nhẹ, thiết kế kỹ thuật, thiết kế thi công và tổ chức thi công. Do thời gian và trình độ còn hạn chế, không tránh khỏi sai sót, mong nhận được sự chỉ dẫn từ quý thầy cô. Đề tài này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông công cộng ngày càng tăng cao, đặc biệt là ở các tỉnh thành đang phát triển như Long An. Việc áp dụng kết cấu thép liên hợp hứa hẹn mang lại nhiều ưu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế.

1.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu Thiết Kế Cầu LRT Tân An Tân Kiên

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế một cầu dầm thép liên hợp phù hợp với tuyến LRT Tân An – Tân Kiên. Điều này bao gồm lựa chọn phương án kết cấu hợp lý, tính toán tải trọng, kiểm tra độ bền và ổn định của cầu. Ngoài ra, đồ án cũng đề cập đến các vấn đề liên quan đến thi công và bảo trì cầu. Cần đảm bảo cầu đáp ứng các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành và phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn của khu vực.

1.2. Phạm Vi Nghiên Cứu Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế kết cấu phần trên của cầu, bao gồm dầm thép, bản mặt cầu BTCT và các liên kết giữa chúng. Đồ án cũng đề cập đến thiết kế mũ trụ và thân trụ, nhưng không đi sâu vào thiết kế móng. Tuyến đường sắt nhẹ từ Tân An đến Tân Kiên được xem xét để đảm bảo cầu phù hợp với khổ cầu và tải trọng thiết kế của cầu LRT.

II. Thách Thức Thiết Kế Cầu LRT Tuyến Tân An Tân Kiên

Việc thiết kế cầu dầm thép liên hợp bản mặt cầu BTCT cho tuyến LRT Tân An – Tân Kiên đặt ra nhiều thách thức. Đầu tiên, cần đảm bảo cầu có khả năng chịu tải trọng lớn từ tàu LRT và các phương tiện giao thông khác. Thứ hai, cần lựa chọn vật liệu và phương pháp thi công phù hợp để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của cầu. Thứ ba, cần xem xét các yếu tố địa chất, thủy văn của khu vực để đảm bảo cầu ổn định và an toàn trong quá trình sử dụng. Cuối cùng, cần tối ưu hóa thiết kế để giảm thiểu chi phí xây dựng cầu và bảo trì.

2.1. Yêu Cầu Về Tải Trọng Thiết Kế Cầu Dầm Thép LRT

Tải trọng tác dụng lên cầu bao gồm tĩnh tải (trọng lượng bản thân cầu, lớp phủ mặt cầu, đường ray) và hoạt tải (tải trọng tàu LRT, tải trọng người và phương tiện khác). Tải trọng thiết kế cầu phải được xác định chính xác để đảm bảo cầu có đủ khả năng chịu lực. Cần xem xét các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành để xác định các hệ số tải trọng phù hợp. Việc tính toán tải trọng động do tàu LRT gây ra cũng rất quan trọng để đảm bảo cầu không bị rung động quá mức.

2.2. Điều Kiện Địa Chất Thủy Văn Khu Vực Tân An Tân Kiên

Khu vực tuyến LRT Tân An – Tân Kiên có địa chất phức tạp, với nhiều lớp đất yếu và mực nước ngầm cao. Điều này đòi hỏi phải có giải pháp thiết kế móng phù hợp để đảm bảo cầu ổn định. Cần thực hiện khảo sát địa chất kỹ lưỡng để xác định các thông số địa chất cần thiết cho thiết kế móng. Ngoài ra, cần xem xét ảnh hưởng của lũ lụt và xói lở đến mố trụ cầu.

2.3. Bài Toán Kinh Tế Trong Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp

Việc lựa chọn giải pháp thiết kế cầu phải đảm bảo tính kinh tế, tức là giảm thiểu chi phí xây dựng cầu và bảo trì mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Cần so sánh các phương án kết cấu khác nhau để lựa chọn phương án tối ưu. Ngoài ra, cần xem xét tuổi thọ cầu và chi phí bảo trì cầu trong quá trình sử dụng để đánh giá hiệu quả kinh tế của từng phương án.

III. Phương Pháp Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp Bản BTCT

Phương pháp thiết kế cầu dầm thép liên hợp bản mặt cầu BTCT bao gồm các bước sau: (1) Xác định tải trọng thiết kế cầu. (2) Lựa chọn sơ đồ kết cấu và kích thước sơ bộ của các bộ phận cầu. (3) Tính toán nội lực trong các bộ phận cầu. (4) Kiểm tra độ bền và ổn định của các bộ phận cầu. (5) Thiết kế chi tiết các liên kết giữa các bộ phận cầu. (6) Kiểm tra độ võng và dao động của cầu. (7) Lập bản vẽ thi công. Các phần mềm thiết kế cầu chuyên dụng như SAP2000, Midas Civil được sử dụng để hỗ trợ quá trình tính toán và kiểm tra.

3.1. Tính Toán Nội Lực Cầu Dầm Thép Liên Hợp Bằng Phần Mềm

Sử dụng phần mềm thiết kế cầu như SAP2000 hoặc Midas Civil để xây dựng mô hình kết cấu cầu và tính toán nội lực (mô men, lực cắt, lực dọc) trong các bộ phận cầu dưới tác dụng của các tải trọng thiết kế. Mô hình phải thể hiện đúng sơ đồ kết cấu, kích thước và vật liệu của cầu. Kết quả tính toán nội lực là cơ sở để kiểm tra độ bền và ổn định của cầu.

3.2. Kiểm Tra Độ Bền Và Ổn Định Của Dầm Thép Liên Hợp

Kiểm tra độ bền của dầm thép và bản mặt cầu BTCT theo các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành. Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm thép và ổn định cục bộ của các bản thành phần. Đảm bảo ứng suất trong các bộ phận cầu không vượt quá giới hạn cho phép. Tính toán và kiểm tra các liên kết giữa dầm thép và bản mặt cầu BTCT để đảm bảo khả năng truyền lực giữa hai bộ phận.

3.3. Thiết Kế Chi Tiết Liên Kết Thép Bê Tông Trong Cầu

Thiết kế chi tiết các liên kết giữa dầm thép và bản mặt cầu BTCT, bao gồm liên kết bằng neo và liên kết bằng ma sát. Tính toán số lượng và bố trí neo để đảm bảo khả năng truyền lực cắt giữa dầm thép và bản mặt cầu BTCT. Kiểm tra khả năng chịu lực của các neo và bản mặt cầu BTCT tại vị trí liên kết.

IV. Ứng Dụng Thiết Kế Cầu Dầm Thép Cho Tuyến LRT Tân An

Thiết kế cầu dầm thép liên hợp bản mặt cầu BTCT cho tuyến LRT Tân An – Tân Kiên được thực hiện dựa trên các số liệu địa chất, thủy văn và giao thông thực tế của khu vực. Kết quả thiết kế cho thấy cầu có khả năng chịu tải trọng lớn, ổn định và an toàn trong quá trình sử dụng. Thiết kế cũng được tối ưu hóa để giảm thiểu chi phí xây dựng cầu và bảo trì. Các giải pháp thiết kế cầu được đề xuất có thể áp dụng cho các dự án tương tự trong tương lai.

4.1. Kết Quả Tính Toán Thiết Kế Dầm Thép Liên Hợp LRT

Kết quả tính toán cho thấy dầm thép có đủ khả năng chịu lực dưới tác dụng của tải trọng thiết kế. Ứng suất trong dầm thép không vượt quá giới hạn cho phép. Độ võng của dầm thép nằm trong phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn thiết kế cầu. Các liên kết giữa dầm thép và bản mặt cầu BTCT được thiết kế đảm bảo khả năng truyền lực giữa hai bộ phận.

4.2. Đánh Giá Tính Khả Thi Của Giải Pháp Thiết Kế Cầu

Giải pháp thiết kế cầu dầm thép liên hợp được đánh giá là khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế. Vật liệu và phương pháp thi công được lựa chọn phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực. Chi phí xây dựng cầu được ước tính là hợp lý so với các phương án kết cấu khác. Tuổi thọ cầu được dự kiến là trên 100 năm với chi phí bảo trì hợp lý.

4.3. So Sánh Ưu Nhược Điểm Của Cầu Dầm Thép Liên Hợp

Ưu điểm của cầu dầm thép liên hợp bao gồm khả năng vượt nhịp lớn, thi công nhanh, giảm trọng lượng kết cấu. Nhược điểm của cầu dầm thép liên hợp bao gồm chi phí xây dựng ban đầu cao hơn so với cầu bê tông cốt thép, yêu cầu kỹ thuật thi công cao hơn. Tuy nhiên, với tuyến LRT Tân An – Tân Kiên, ưu điểm của cầu dầm thép liên hợp vượt trội hơn so với nhược điểm.

V. Kết Luận Triển Vọng Thiết Kế Cầu Dầm Thép LRT

Đồ án đã trình bày quá trình thiết kế cầu dầm thép liên hợp bản mặt cầu BTCT cho tuyến LRT Tân An – Tân Kiên. Kết quả thiết kế cho thấy giải pháp này khả thi và hiệu quả. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ thi công cầu mới để giảm thiểu chi phí xây dựng và nâng cao tuổi thọ cầu. Việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế cầu tiên tiến cũng rất quan trọng để đảm bảo an toàn và bền vững cho công trình.

5.1. Bài Học Kinh Nghiệm Từ Thiết Kế Cầu LRT Tân An Tân Kiên

Quá trình thiết kế cầu cho tuyến LRT Tân An – Tân Kiên đã mang lại nhiều bài học kinh nghiệm quý báu. Việc khảo sát địa chất kỹ lưỡng, lựa chọn vật liệu phù hợp và áp dụng các phần mềm thiết kế cầu chuyên dụng là rất quan trọng. Ngoài ra, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các kỹ sư thiết kế, kỹ sư thi công và chủ đầu tư để đảm bảo chất lượng công trình.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Thiết Kế Cầu Dầm Thép

Trong tương lai, cần tập trung nghiên cứu và phát triển các giải pháp thiết kế cầu mới, sử dụng vật liệu tiên tiến và công nghệ thi công cầu hiện đại. Nghiên cứu về liên hợp thép bê tông cường độ cao, sử dụng vật liệu composite để gia cường cầu, áp dụng công nghệ BIM (Building Information Modeling) trong thiết kế và thi công cầu. Cần chú trọng đến bảo trì cầu và kiểm định cầu định kỳ để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ cầu.