Tiểu Luận Đồ Án Tốt Nghiệp Về Thiết Kế Cầu Extradosed

Đồ án nghiên cứu Tiểu luận đồ án tốt nghiệp thiết kế cầu extradosed, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Nguyễn Văn Toàn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Thị Bích Thủy
• Trường học: ĐH Tôn Đức Thắng
• Chuyên ngành: Kỹ Sư Cầu Đường
• Đề tài: Thiết Kế Cầu Extradosed
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về cầu Extradosed

Cầu Extradosed là một loại cầu hiện đại, kết hợp giữa cầu dầm cứng và cầu dây văng. Thiết kế cầu này mang lại nhiều lợi ích về mặt kết cấu và thẩm mỹ. Cầu Extradosed có khả năng vượt nhịp lớn mà không cần nhiều trụ, giúp giảm thiểu ảnh hưởng đến dòng chảy và cảnh quan xung quanh. Đặc điểm nổi bật của cầu này là việc sử dụng cáp văng để tăng cường khả năng chịu lực, đồng thời giảm thiểu khối lượng vật liệu cần thiết. Theo nghiên cứu, cầu Extradosed có thể được áp dụng cho nhiều loại công trình giao thông, đặc biệt là ở những khu vực có yêu cầu về tải trọng lớn và không gian hạn chế.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật của cầu Extradosed

Cầu Extradosed thường được thiết kế với dầm hộp có chiều cao thay đổi, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực. Kết cấu này cho phép giảm thiểu khối lượng và chi phí xây dựng. Cáp văng được bố trí theo chiều dài dầm, giúp tăng cường khả năng chịu kéo và giảm ứng suất trong kết cấu. Theo tiêu chuẩn thiết kế, cầu Extradosed có thể chịu được tải trọng lớn, đồng thời đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Việc lựa chọn vật liệu cũng rất quan trọng, với bê tông cốt thép và cáp cường độ cao được ưu tiên sử dụng để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của cầu.

II. Quy trình thiết kế cầu Extradosed

Quy trình thiết kế cầu Extradosed bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc khảo sát địa chất đến việc lựa chọn phương án thiết kế. Đầu tiên, cần tiến hành phân tích địa hình và điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu. Sau đó, các thông số kỹ thuật như tải trọng, kích thước và hình dạng cầu sẽ được xác định. Việc lựa chọn phương án thiết kế cũng cần dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, như 22 TCN 272-05. Đặc biệt, trong quá trình thiết kế, cần chú ý đến các yếu tố như độ dốc, bán kính cong và khổ thông thuyền để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho cầu.

2.1. Các nguyên tắc chung trong thiết kế cầu

Các nguyên tắc thiết kế cầu Extradosed bao gồm việc đảm bảo tính ổn định, an toàn và hiệu quả kinh tế. Cần phải tính toán kỹ lưỡng các yếu tố như tải trọng tĩnh và động, ứng suất trong các thành phần kết cấu, và khả năng chịu lực của vật liệu. Ngoài ra, việc thiết kế cũng cần phải xem xét đến các yếu tố môi trường và thẩm mỹ, nhằm tạo ra một công trình không chỉ bền vững mà còn hài hòa với cảnh quan xung quanh. Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong thiết kế và thi công cũng là một yếu tố quan trọng giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả của cầu.

III. Phân tích và đánh giá phương án thiết kế

Trong quá trình thiết kế cầu Extradosed, việc phân tích và đánh giá các phương án thiết kế là rất cần thiết. Mỗi phương án sẽ có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu quả và chi phí xây dựng. Phương án 1 có thể là cầu dầm liên tục, trong khi phương án 2 là cầu Extradosed. Cần phải so sánh các yếu tố như chi phí xây dựng, thời gian thi công, và khả năng chịu tải để đưa ra quyết định cuối cùng. Đặc biệt, cầu Extradosed thường có chi phí bảo trì thấp hơn và tuổi thọ cao hơn so với các loại cầu truyền thống.

3.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế

Đánh giá hiệu quả kinh tế của cầu Extradosed cần xem xét nhiều yếu tố, bao gồm chi phí xây dựng, chi phí bảo trì và lợi ích kinh tế từ việc cải thiện giao thông. Cầu Extradosed thường có chi phí xây dựng cao hơn ban đầu, nhưng lại tiết kiệm chi phí bảo trì trong dài hạn. Hơn nữa, việc giảm thiểu số lượng trụ cũng giúp giảm thiểu tác động đến môi trường và cảnh quan. Do đó, việc lựa chọn cầu Extradosed có thể mang lại lợi ích kinh tế lớn hơn trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN TẠI VỊ TRÍ XÂY DỰNG CẦU 1. GIỚI THIỆU CHUNG Cầu K bắc qua sông Cầu, nằm trên đường Quốc Lộ X thuộc địa phận huyện Hiệp Hòa với phố Nỉ thuộc huyện Sóc Sơn. Đầu phía Tây là thôn An Lạc, xã Trung Giã, huyện Sóc Sơn, Hà Nội. Đầu phía Đông của cầu là thôn Hương Ninh, xã Hợp Thịnh, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Dự án báo cáo nghiên cứu khả thi xây dựng Cầu K nghiên cứu những nội dung chủ yếu sau đây: Phân tích quy hoạch phát triển văn hoá, kinh tế, giao thông vận tải khu vực liên quan đến sự cần thiết đầu tư xây dựng cầu Đánh giá hiện trạng khai thác tuyến đường, các công trình trên tuyến Rà soát, đánh giá lại quy mô công trình cầu K trong các nghiên cứu có trước Lựa chọn quy mô công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật Chọn phương án kỹ thuật cầu và các giải pháp xây dựng Xác định tổng mức đầu tư Phân tích hiệu quả kinh tế Kiến nghị phương án đầu tư. ĐỊA HÌNH Cầu K được bắc qua sông Cầu, còn gọi là sông Như Nguyệt, sông Thị Cầu, sông Nguyệt Đức (xưa kia còn có tên là sông Vũ Bình), là con sông quan trọng nhất trong hệ thống sông Thái Bình. Sông Cầu dài 288 km với chiều sâu trung bình là 3-7 m. Do địa hình ở đây bằng phẳng nên hai bờ sông ở đoạn làm cầu tương đối ổn định.

Hình dạng chung của mặt cắt sông không đối xứng, phần nông nằm bên bờ trái. SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Bảng 1.1 STT Lớp đất Chiều dày (m) 1 Đất sét pha cát lẫn sỏi sạn L1 14.00 2 Đất sét lẫn bột và hữu cơ L2 21.00 3 Đất sét lẫn bột, cát mịn L3 18.00 5 Sét pha cát trạng thái dẻo cứng L5 20 1.KHÍ TƯỢNG &THUỶ VĂN 1.Khí tượng Theo thống kê trạm khí tượng Bắc giang, đặc trưng khí tượng của khu vực xây dựng cầu theo các biểu sau: Lượng mưa: Bảng 1.2 Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm Lượng mưa 3067.1 bình (mm) Độ ẩm không khí: Bảng 1.3 Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm Độ ẩm tuyệt đối trung 78 78 78 81 85 86 87 87 88 87 81 76 83 bình tháng, năm(%) SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY 1.Thuỷ văn Chế độ thuỷ văn ở đây chia ra làm hai mùa rõ rệt, một mùa mưa và một mùa khô. Mùa mưa ở đây hay mùa lũ thường xảy ra vào tháng 10 và tháng 12 trong năm, lũ sớm bắt đầu vào tháng 9. Số liệu thiết kế thuỷ văn: Mực nước cao nhất ứng với p=1%: +4.2m Mực nước thông thuyền ứng với p=5%: +1.5 m Mực nước thi công: +0.000 m Mực nước thấp nhất: +0.

Nhận xét: Sơ bộ ta thấy địa chất ở đây tương đối tốt và ổn định do đó ta có thể sử dụng trụ hay mố đặt trên hệ móng cọc. Cọc khoan nhồi hoặc cọc đóng sẽ được lựa chọn,đặc biệt khi có địa hình ổn định. CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN 2.QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG 2.Quy trình thiết kế Tiêu chuẩn thiết kế cầu: 22 TCN 272 – 05.Các thông số kỹ thuật 2.Quy mô công trình Căn cứ vào kích thước và vai trò kinh tế xã hội của cầu bắc qua sông Cầu thì cầu phải được thiết kế với quy mô của cầu lớn, vĩnh cửu bằng bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực. Cầu đặt trên Quốc Lộ thuộc đường cấp III đồng bằng.Tải trọng thiết kế  Kiến nghị dùng tải trọng theo 22 TCN 272 - 05 + Hoạt tải thiết kế : HL93 + Người đi bộ : 3KN/m2  Tốc độ thiết kế: V = 80 Km/h 2.Khổ cầu SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Chọn khổ cầu: B= 8+ c+ 8+ 2  1.Độ dốc dọc cầu Theo tiêu chuẩn đường cấp III đồng bằng:  Bán kính cong đứng lồi tối thiểu Rmin = 5000m  Độ dốc dọc tối đa imax = 4% Trong dự án này áp dụng bán kính cong R = 5000 m để thiết kế đường cong đứng trên cầu.Tiêu chuẩn kỹ thuật tuyến hai đầu cầu Đảm bảo khai thác êm thuận, an toàn đường hai đầu cầu bắc qua sông Cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp III đồng bằng phù hợp với cải tạo nâng cấp đường Quốc Lộ.

+ Bề rộng nền đường: Bn= 24.60m + Bề rồng mặt đường: Bm = 21.60m + Độ dốc dọc: imax = 6% + Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất: Rmin=250m + Bán kính đường cong đứng lồi nhỏ nhất: Rmin= 5000m + Bán kính đường cong đứng lõm nhỏ nhất: Rmin= 3000m + Kết cấu mặt đường: 7cm bê tông at phan 25cm cấp phối đá dăm loại I 50cm móng Đất đắp tiêu chuẩn 2.Cấp thông thuyền : Sông thông thuyền cấp I -Khổ tĩnh không : H=20 m ( nhịp lớn ) - Chiều dài : B= 80m SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY 2.ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG CẦU 586.1 Mặt cắt ngang sông giả định. Mặt cắt ngang sông cho thấy độ sâu của lòng sông không đối xứng, có độ lệch chút ít. Điều kiện địa chất tại vị trí cầu nếu dùng móng cọc khoan nhồi có thể đặt cọc vào lớp cát sỏi sạn. Điều đó cho phép có thể sử dụng nhịp liên tục để tránh quá nhiều trụ và xe chạy êm thuận hơn.

Căn cứ vào tính chất của nền đất đắp tại 2 đầu cầu cho phép chiều cao đắp tối đa là 6. Căn cứ vào các yêu cầu của khổ thông thuyền. Căn cứ vào điều kiện thi công có thể đáp ứng được. Căn cứ vào yêu cầu về mỹ quan và cảnh quan xung quanh.

Sau khi xem xét và lựa chọn kiến nghị 3 phương án xây dựng cầu K như sau:  Phương án 1: Cầu chính dầm liên tục BTCT DƯL 3 nhịp+ cầu dẫn dầm Super T Sơ đồ nhịp: 440+45+80+120+80+45+440 m Cầu chính dầm liên tục BTCT DƯL 3 nhịp (80+120+80), tiết diện hộp thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng, chiều cao dầm thay đổi từ 5.5m trên đỉnh trụ cho tới 2. Cầu dẫn là cầu nhịp đơn giản dầm Super T, bên trái 440m + 45m, bên phải 440m + 45m, chiều cao dầm là 1. Tổng chiều dài nhịp là 690 m Ưu ,nhược điểm của phương án 1 - Ưu điểm: + Tránh được bố trí trụ ở chỗ sâu nhất của lòng sông. + Sơ đồ cầu đối xứng hình dáng đẹp hợp với cảnh quan.

+ Cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng đối với nhịp liên tục , và phương pháp lao lắp với nhịp dẫn là phương pháp quen thuộc với các nhà thầu trong nước. Quá trình thi công kết cấu nhịp không gây cản trở thông thương. SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY + Cầu bằng BTCT nên chi phí cho công tác duy tu bảo dưỡng trong giai đoạn khai thác thấp. + Cầu làm việc với biểu đồ mô men hai dấu, tận dụng được khả năng làm việc của vật liệu.

- Nhược điểm: + Số lượng trụ nhiều (12 trụ), làm ảnh hưởng đến dòng chảy. + Kích thước kết cấu nhịp liên tục lớn lại bằng BTCT do đó khối lượng vật liệu lớn,kết cấu nặng nề. + Thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng đổ bê tông tại chỗ do đó việc kiểm soát chất lượng bê tông khó khăn.  Phương án 2:Cầu chính là cầu Extradosed( cầu dầm cáp hỗn hợp)+ cầu dẫn dầm SuperT Sơ đồ nhịp: 440+(88+150+88)+440 m Cầu chính là cầu Extradosed nhịp (88+150+88),tiết diện hộp thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng, chiều cao dầm thay đổi từ 4.5m trên trụ cho tới 2.5m ở giữa nhịp Cầu dẫn là cầu nhịp đơn giản dầm Super T, nhịp 440m mỗi bên, chiều cao dầm là 1.75m Tổng chiều dài nhịp là 646m.

Ưu ,nhược điểm của phương án 2 - Ưu điểm: + Ưu điểm nổi bật của cầu Extradosed( cầu dầm cáp hỗn hợp) là về mặt kết cấu:kết hợp giữa kết cấu của cầu dầm cứng và cầu dây văng do vậy đã phát huy được ưu điểm của hai loại kết cầu trên. Trên quan điểm kết cấu, cầu dầm cáp hỗn hợp là một dạng đặc biệt của cầu dầm cứng nhịp lớn được bố trí thêm cáp văng làm việc chịu kéo dọc theo chiều dài dầm để tăng cường khả năng chịu lực của toàn cầu cũng như vượt được khẩu độ lớn hơn. Kích thước dầm nhỏ hơn phương án 1 do đó kết cấu đỡ nặng nề hơn. Chiều dài của cáp văng ngắn, giảm được sự dao động của cáp văng do tải trọng gió do đó giảm ứng suất mỏi trong cáp văng.

+Sự biến thiên ứng suất trong cáp văng nhỏ, do vậy ứng suất chịu kéo cho phép đối với cáp văng có thể được lấy bằng hoặc nhỏ hơn 60% cường độ giới hạn của cáp cường độ cao. +Không cần thiết phải điều chỉnh lực căng trong cáp văng sau khi thi công. +Sử dụng kết cấu yên ngựa đặt ở trên đỉnh cột tháp (Pylon) để lắp đặt cáp văng, do đó việc lắp đặt cáp văng rất đơn giản và giảm giá thành nhân công. +Hệ thống neo cáp văng có thể sử dụng như hệ thống neo trong cầu dầm cứng.

Không nhất thiết phải sử dụng hệ thống neo đắt tiền như trong cầu dây văng. SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY +Giá thành xây dựng cũng như duy tu bảo dưỡng thấp hơn so với cầu dây văng. +Đoạn dầm có chiều cao thay đổi chỉ ở trong phạm vi từ tim trụ đến điểm neo dây đầu tiên, phần dầm còn lại có chiều cao không đổi do vậy thi công sẽ đơn giản hơn so với dầm cứng có chiều cao thay đổi liên tục khi sử dụng công nghệ đúc hẫng cân bằng. + Hình dạng cầu đẹp, phù hợp với cảnh quan thiên nhiên + Số trụ ít do đó ít ảnh hưởng đến dòng chảy - Nhược điểm: + Công nghệ thi công đòi hỏi nhiều kinh nghiệm với độ phức tạp cao + Thi công đốt đúc trên đà giáo phức tạp hơn so với phương án 1 và 2 do đó việc kiểm tra chất lượng bê tông khó khăn hơn.

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG PHƯƠNG ÁN 1 3.