CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Đề tài Thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực – nhịp giản đơn Loại dầm: I33 – căng trước 1.2 Cơ sở lý thuyết Dựa theo tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành TCVN 11823:2017 được Bộ giao thông vận tải ban hành dựa trên Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng AASHTO LRFD của Mỹ 1.3 Tiêu chuẩn thiết kế và tải trọng Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823-2017 Hoạt tải thiết kế HL-93 Chiều dài nhịp: 𝐿 = 33 𝑚 Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: 𝑎 = 0.4 𝑚 Chiều dài nhịp tính toán: 𝐿 = 32.4 Số liệu thiết kế mặt cắt ngang 1.1 Cấp đường, tốc độ thiết kế Đường cấp III đồng bằng, vận tốc thiết kế: 80 km/h Số làn xe cơ giới: 2 Tổng chiều rộng cầu: 9.2 Kiểm soát nội lực Trong đồ án này quan điểm thiết kế của sinh viên là làm cho nội lực dầm trong lớn hơn nội lực dầm biên từ quan điểm trên nên phần phân tích này được hình thành Các điều kiện sau đây trong phân tích này cân được lưu ý và kiểm soát Theo “6.1 TCVN 11823-3:2017” xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn: - Khi thiết kế phần hẫng: 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can - Khi thiết kế các bộ phận khác: 600mm tính từ mép làn xe thiết kế 4 1.1 Điều kiện 1 𝑔𝑖2𝑙𝑎𝑛𝑒 > 𝑔𝑒1𝑙𝑎𝑛𝑒 (Theo 6.2 TCVN 11823-4:2017 - Bảng 6) Hệ số phân bố ngang cho trường hợp xếp xe 1 làn dành cho dầm trong: 𝑆 0.06 + ( ) ( ) ( 3) 4300 𝐿 𝐿𝑡𝑠 Hệ số phân bố ngang dành cho trường hợp xếp xe 2 làn cho dầm trong: 𝑆 0.2 Điều kiện 2 Theo 6.1 TCVN 11823-4:2017 Để sử dụng các phương pháp tính hệ số phân bố ngang như trên thì bề rộng phần xe chạy trên cánh hẫng không được lớn hơn 910 mm. Trong phần đồ án này được quy định không được vượt quá 600 mm.3 Điều kiện 3 Trong phần đồ án này yêu cầu về khoảng cách các dầm cũng được quy định sao cho xe thiết kế phải nằm trong khoảng cách dầm 𝑆 > 1800 + (600 − 𝑑𝑒 ) => 𝑆 > 2400 − 𝑑𝑒 1.4 Điều kiện 4 Chiều rộng của bản cánh 2 dầm biên không được vượt ra khỏi chiều rộng toàn cầu 𝐵 ≥ (𝑛 − 1) × 𝑆 + 𝑏𝑐𝑡 trong đó: n: số lượng dầm chủ S: khoảng cách giữa các dầm chủ (mm) bct : bề rộng cánh trên dầm chủ (mm) B: bề rộng toàn cầu (mm) 5 Hình 1: Mặt cắt ngang cầu 1.1 Dầm chính Khối lượng riêng có cốt thép: 𝑊𝑐 = 2500 𝑘𝑔/𝑚3 Cường độ chịu nén của bê tông dầm sau 28 ngày: 𝑓𝑐′ = 55 𝑀𝑃𝑎 Cường độ chịu nén của bê tông khi cắt cáp: 𝑓𝑐𝑖′ = 44 𝑀𝑃𝑎 Khối lượng riêng không cốt thép (𝑓𝑐′ = 60): 𝑊𝑐 = 2365.95 𝑘𝑔/𝑚3 Khối lượng riêng không cốt thép (𝑓𝑐′ = 48): 𝑊𝑐 = 2340.76 𝑘𝑔/𝑚3 Mô đun đàn hồi của bê tông dầm sau 28 ngày: 𝐸𝑐 = 35709 𝑀𝑃𝑎 1.2 Lan can Khối lượng riêng: 𝑊𝑐 = 2500 𝑘𝑔/𝑚3 1.3 Lớp phủ Khối lượng riêng: 𝑊𝑐 = 2250 𝑘𝑔/𝑚3 1.4 Bản mặt cầu Cường độ chịu nén của bê tông: 𝑓𝑐′ = 30 𝑀𝑃𝑎 Trọng lượng riêng của BMC có cốt thép: 𝑊𝑐 = 2500 𝑘𝑔/𝑚3 6 Trọng lượng riêng của BMC không có cốt thép: 𝑊𝑐 = 2320 𝑘𝑔/𝑚3 Mô đun đàn hồi của BMC: 𝐸𝑐 = 28111 𝑀𝑃𝑎 1.5 Vật liệu thép Cốt thép thường (CB400-V theo TCVN 1651-2:2008) 1.6 Lựa chọn kích thước cơ bản 1.1 Số dầm chủ Tiến hành lặp chọn được cặp số: + Khoảng cách giữa các dầm: 𝑺 = 𝟐𝟒𝟎𝟎 𝒎𝒎 + Bề rộng phần xe chạy trên cánh hẫng: 𝒅𝒆 = 𝟒𝟓𝟎 𝒎𝒎 + Số lượng dầm chủ: 𝒏 = 𝟒 (Phụ lục tính toán D.2 Bản mặt cầu Theo “7.1 TCVN 11823-9:2017” chiều dày bản mặt cầu bê tông không được nhỏ hơn 175mm Chọn chiều dày bản mặt cầu 180 mm Theo “7.2 TCVN 11823-13:2017” Chọn chiều dày bản hẫng 200 mm 1.3 Lớp phủ bê tông nhựa “Tham khảo Bảng 27 TCVN 4054:2005” Lớp phủ bê tông nhựa: 70 mm 1.4 Độ dốc ngang “Tham khảo Bảng 9 TCVN 4054:2005” Chọn độ dốc ngang: 𝑖 = 2% 1.5 Thoát nước “Theo TCVN 11823-2:2017”: 7 - Kích thước bên trong tối thiểu của ống thoát nước thông thường không được nhỏ hơn 100mm. => Chọn ống thoát nước đường kính ∅110 - Ống phải nhô ra khỏi cấu kiện thấp nhất của kết cấu phần trên là 100mm. - Vị trí đầu ra của ổng thoát nước được vát 45° để nước loe không chạm vào kết cấu.
“Theo 22 TCN 272:2005”: - Cự ly tối đa giữa các ống thoát nước dọc cầu không được vượt quá 15m. => Bố trí mỗi bên 3 ống thoát nước cách nhau 10m 8 CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ CHUNG Hình 2: Trắc dọc cầu 2.1 Số liệu thiết kế Chiều dài dầm I33: 33 m Chiều cao dầm: 1.4 m Chiều dày BMC: 0.18 m Chiều dày lớp phủ: 0.2 Cấp đường – vận tốc thiết kế Theo “Bảng 4 TCVN 4054:2005” chọn đường cấp III Đồng bằng, có vận tốc thiết kế 80 km/h Theo “Bảng 5 TCVN 4054:2005” giải pháp tổ chức giao thông trên mặt cắt ngang đường: + Số làn xe tối thiểu: 2 làn + Bề rộng 1 làn xe: 3.3 Độ dốc dọc lớn nhất của tuyến đường Theo “Bảng 15 TCVN 4054:2005” Với đường cấp III đồng bằng, vận tốc thiết kế 80 km/h chọn độ dốc dọc lớn nhất 4% 2.4 Bán kính đường cong nằm tối thiểu Theo “Bảng 11 TCVN 4054:2005” + Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn: R = 125 m 9 + Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường: R = 250 m 2.5 Bán kính đường cong đứng lồi và lõm Theo “Bảng 19 TCVN 4054:2005” - Bán kính đường cong đứng lòi: R = 4000 m - Bán kính đường cong đứng lõm: R =2000 m 2.6 Khổ thông thuyền Theo “3.1 TCVN 11823-2:2017” Chọn sông cấp 4: + Khổ giới hạn thông thuyền theo chiều ngang: 25 m + Khổ giới hạn thông thuyền theo chiều đứng: 6 m 2.7 Tính toán thông số trắc dọc cầu 2.1 Chiều dài đường cong đứng lõm AB 𝑅𝐴𝐵 = 2000 𝑚 𝐿𝐴𝐵 = 𝑅𝐴𝐵 (|𝑖1 | + |𝑖2 |) = 2000 × (0 + 4%) = 80 𝑚 2.2 Chiều dài đường cong đứng lồi CD 𝑅𝐶𝐷 = 4000 𝑚 𝐿𝐶𝐷 = 𝑅𝐶𝐷 (|𝑖1 | + |𝑖2 |) = 4000 × (4% + 4%) = 320 𝑚 2.3 Cao độ các điểm thiết kế * Cao độ đáy dầm: - MNTT: +0.66 m - Khổ thông thuyền: 6 m - Khoảng an toàn: 0.16 𝑚 * Cao độ điểm 𝑇𝐶𝐶 : - Dầm I33, chiều cao dầm: 1.4 m - Bề dày BMC: 0.18 m 10 - Bề dày lớp phủ: 0.08 m => Cao độ điểm TCC = 7.82 𝑚 Ta có phương trình đường cong đứng lồi: 1 2 1 33 2 𝑦=− 𝑥 + 𝐶 <=> 8.65𝑚 2𝑅 2 × 4000 * Cao độ 𝑇𝐶𝐵 : Chênh cao B với TDC : 5.92 𝑚 60 11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LAN CAN 3.1 Giới thiệu Lan can là kết cấu bố trí dọc theo lề cầu để bảo vệ cho xe cộ và người đi bộ. Lan can còn là công trình thẩm mỹ, tạo thành hình thái hài hòa của công trình và cảnh quan xung quanh Mục đích chủ yếu của các lan can đường ô tô là phải chặn giữ và chỉnh hướng các xe cộ đi trên cầu. Khi va chạm, lan can phải chịu được lực xung kích của xe, xe không bị lật lại luồng giao thông, nhưng xe cũng không thể vượt qua lan can.2 Yêu cầu thiết kế Theo “7.3 TCVN 11823-13:2017”: - Phải áp dụng TTGHĐB và các tổ hợp tải trọng tương ứng vào phần thiết kế này - Các lan can phải được thiết kế theo các điều kiện: 𝑅̅ ≥ 𝐹𝑡 𝑌̅ ≥ 𝐻𝑒 Trong đó: 𝑅̅ = ∑ 𝑅𝑖 ∑(𝑅𝑖 𝑌𝑖 ) 𝑌̅ = 𝑅̅ Với: 𝑅𝑖 : sức kháng của thanh lan can (N) 𝑌𝑖 : khoảng cách từ mặt cầu tới thanh lan can thứ i (mm) 12 Hình 3: Các lực thiết kế lan can cầu kim loại, vị trí thẳng đứng và chiều dài phân bố ngang 3.3 Lựa chọn mức độ ngăn chặn Cầu thuộc tuyến đường ôtô cấp III đồng bằng với hỗn hợp nhiều loại xe.2 5, ta lựa chọn mức độ ngăn chặn L4 – áp dụng cho hầu hết các đường có tốc độ cao với hỗn hợp các xe tải và các xe nặng.
Ứng với mức độ ngăn chặn L4, tốc độ thí nghiệm va xe là 80 km/h Bảng 1: Các lực thiết kế đối với lan can ứng với mức độ ngăn chặn L4 Mức độ 𝑭𝒕 (𝒌𝑵) 𝑭𝑳 (𝒌𝑵) 𝑭𝒗 (𝒌𝑵) 𝑳𝒕 𝒗à 𝑳𝑳 𝑳𝒗 (𝒎𝒎) 𝑯𝒆 (𝒎𝒎) ngăn chặn L4 240 80 80 1070 5500 810 Trong đó: 𝐹𝑡 : Lực va ngang của xe được phân bố trên một chiều dài L tại chiều cao He ở phía trên mặt cầu. 𝐹𝐿 : Lực ma sát hướng dọc theo lan can 𝐹𝑣 : Lực thẳng đứng của xe nằm trên đỉnh lan can 𝐿𝑡 : Chiều dài phân bố của lực va Ft theo hướng dọc, dọc theo lan can đặt ở chiều cao He phía trên mặt cầu. 𝐿𝐿 : Chiều dài phân bố lực ma sát FL theo hướng dọc LL = Lt 𝐿𝑣 : Chiều dài phân bố theo hướng dọc của lực thẳng đứng Fv ở trên đỉnh lan can 13 𝐻𝑒 : Chiều cao lực va ngang của xe vào gờ chắn phía trên mặt cầu 3.4 Quy định thiết kế lan can Theo “7.