Đồ án thiết kế cầu vượt cao tốc tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế cầu vượt cao tốc, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Trần Nissan
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Huỳnh Tấn Tài
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông
• Đề tài: Thiết Kế Cầu Vượt Cao Tốc
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Thiết kế cầu vượt cao tốc Tổng quan dự án HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cầu vượt cao tốc tại HCMUTE của sinh viên Trần Nissan (MSSV: 15127017) tập trung vào việc thiết kế một cầu vượt cao tốc cụ thể. Dự án sử dụng phần mềm chuyên dụng như AutoCAD và Revit trong quá trình thiết kế. Thiết kế cầu vượt này bao gồm nhiều khía cạnh, từ tính toán cầu vượt, mô hình cầu vượt 3D, đến việc lựa chọn vật liệu xây dựng cầu vượt phù hợp. Các tiêu chuẩn thiết kế cầu vượt được tuân thủ nghiêm ngặt, đảm bảo an toàn cầu vượt và hiệu quả kinh tế. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng môi trường cầu vượt cũng được xem xét.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của đồ án là hoàn thiện thiết kế cầu vượt cao tốc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và an toàn. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế kết cấu cầu vượt, thiết kế giao thông cầu vượt, và quản lý dự án cầu vượt. Sinh viên đã áp dụng các phương pháp thiết kế cầu vượt, bao gồm cả phân tích thiết kế cầu vượt, để tạo ra một giải pháp toàn diện. Mô hình cầu vượt được xây dựng dựa trên các giải pháp thiết kế cầu vượt tối ưu, cân nhắc chi phí thiết kế cầu vượt và thời gian thi công cầu vượt. Dự án cầu vượt HCMUTE này là một minh chứng cho khả năng ứng dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn của sinh viên.

1.2. Phương pháp luận nghiên cứu

Đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng kết hợp định tính. Phần định lượng tập trung vào tính toán cầu vượt, bao gồm tính toán cốt thép dự ứng lực, tính toán nội lực cầu vượt, và phân tích ổn định cầu vượt. Phần định tính bao gồm việc đánh giá giải pháp chống ô nhiễm môi trường cầu vượt. Mô phỏng cầu vượt được thực hiện để kiểm tra hiệu quả của thiết kế. Nghiên cứu trường hợp cầu vượt tương tự được tham khảo để so sánh và hoàn thiện thiết kế. Việc lựa chọn kỹ thuật xây dựng cầu vượt phù hợp cũng là một phần quan trọng của phương pháp luận.

II. Phân tích thiết kế cầu vượt cao tốc

Phần này tập trung vào phân tích thiết kế cầu vượt. Thiết kế dầm cầu vượt được thực hiện chi tiết, bao gồm thiết kế dầm bản, thiết kế kết cấu cầu vượt, và thiết kế liên kết ngang. Các bài toán thiết kế cầu vượt phức tạp được giải quyết bằng các phần mềm chuyên dụng. Phân tích cầu vượt dưới tác động của các tải trọng khác nhau, bao gồm tải trọng tĩnh, hoạt tải, và tải trọng gió, được thực hiện để đảm bảo an toàn giao thông cầu vượt. Kết quả phân tích thiết kế cầu vượt cung cấp cơ sở để tối ưu hóa thiết kế.

2.1. Thiết kế kết cấu và vật liệu

Đồ án đã lựa chọn các vật liệu xây dựng cầu vượt phù hợp, đảm bảo độ bền và tính kinh tế. Thiết kế bản bê tông cầu vượt được tính toán kỹ lưỡng để chịu được các tải trọng. Đặc trưng hình học cầu vượt ảnh hưởng đến hiệu quả của thiết kế. Việc lựa chọn kỹ thuật dự ứng lực đã góp phần tối ưu hóa kết cấu. Giải pháp thi công cầu vượt cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng và tiến độ. Bố trí cốt thép cầu vượt được tính toán dựa trên kết quả phân tích nội lực.

2.2. Phân tích tải trọng và nội lực

Phân tích tải trọng cầu vượt là bước quan trọng trong thiết kế. Các tải trọng được xem xét bao gồm tải trọng chết, tải trọng sống (bao gồm cả hoạt tải HL-93), và tải trọng đặc biệt. Tính toán nội lực cầu vượt giúp xác định các moment uốn, lực cắt, và lực dọc tác dụng lên kết cấu. Hệ số phân bố tải trọng được sử dụng để phân bổ tải trọng lên các dầm cầu. Phần mềm thiết kế cầu vượt được sử dụng để hỗ trợ quá trình tính toán và phân tích. Kết quả phân tích nội lực cầu vượt được dùng làm cơ sở để thiết kế kết cấu sao cho đảm bảo an toàn và kinh tế.

III. Đánh giá và ứng dụng

Đồ án cung cấp một thiết kế cầu vượt cao tốc chi tiết và toàn diện. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, có thể áp dụng vào các dự án xây dựng cầu vượt cao tốc tương tự. Nghiên cứu này góp phần vào việc đào tạo sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông. Thiết kế cầu vượt thông minh là một hướng phát triển trong tương lai.

3.1. Giá trị nghiên cứu

Đồ án có giá trị về mặt học thuật, cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình thiết kế cầu vượt cao tốc. Phân tích chi tiết các khía cạnh kỹ thuật giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các vấn đề liên quan. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo. Nghiên cứu trường hợp này cũng minh chứng cho sự kết hợp hiệu quả giữa lý thuyết và thực tiễn trong lĩnh vực xây dựng.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả của đồ án có thể được áp dụng trực tiếp trong các dự án xây dựng cầu vượt thực tế. Thiết kế này có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào điều kiện địa hình và yêu cầu cụ thể của từng dự án. Giải pháp kỹ thuật được đề xuất có tính khả thi cao. Việc áp dụng các phần mềm chuyên dụng giúp tăng hiệu quả và độ chính xác của thiết kế. Đồ án đóng góp vào sự phát triển của ngành kỹ thuật giao thông tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG THIẾT KẾ CẦU VƯỢT CAO TỐC GVHD: NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI SVTT: TRẦN NISSAN MSSV:15127017 SKL 0 0 6 8 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, 2020 do an KHOA XÂY DỰNG- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VÀ KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CẦU VƯỢT CAO TỐC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI SINH VIÊN THỰC HIÊN : TRẦN NISSAN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG LỚP: 15727 CLC MSSV: 15127017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VÀ KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH ĐỊA CHỈ: SỐ 1 VÕ VĂN NGÂN, QUẬN THỦ ĐỨC, TP HỒ CHÍ MINH do an KHOA XÂY DỰNG- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VÀ KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH PHẦN THUYẾT MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VÀ KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH ĐỊA CHỈ: SỐ 1 VÕ VĂN NGÂN, QUẬN THỦ ĐỨC, TP HỒ CHÍ MINH do an BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH:TRẦN NISSAN GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. -Lớp phòng nước dày 0,3 cm = 3mm I.Lan can, bộ hành PHẦN 1 TÍNH TOÁN DẦM CHỦ Kích thước lan can, bộ hành được thể hiện trên hình 1 I.Liên kết ngang : I.Dữ liệu đề cho.

Sử dụng cáp dự ứng lực làm liên kết ngang cho dầm. Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 11823-2017 I.Bố trí chung cầu và mặt cắt điển hình Chiều dài nhịp (L): 20 m Chiều dài nhịp tính toán (Ltt): 19.0 m Loại dầm: Dầm bản Số lượng dầm chủ (n): 12 Tải trọng : HL - 93 I.Thép Các chỉ tiêu vật lý chủ yếu như sau: + Module đàn hồi của thép (Eth): 200.000 MPa + Giới hạn chảy của cốt thép dọc chủ : 400 Mpa + Giới hạn chảy của cốt thép khác : 400 Mpa II. Đặc trưng hình học.Cáp dự ứng lực II. Phân loại cáp DƯL: Căng sau 1.

Đặc trưng hình học của dầm được tính theo hai đặc trưng là dầm bản có lỗ rỗng và dầm Kiểu cáp DƯL: Có độ tự chùng thấp. bản không có lỗ rỗng. Cường độ cực hạn: fpu = 1860 Mpa 2. Dầm loại 2 và dầm loại 3 về kích thước và đặc trưng hình học không thay đổi quá đáng Giới hạn chảy : fpy = 0.9 x fpu = 1670 Mpa kể, đặc biệt là về khả năng chịu lực.

Mặt khác dầm sẽ có diện tích mặt cắt ngang nhỏ hơn Mô đun đàn hồi của cáp (Ep): 197000 Mpa dầm loại 1, đồng nghĩa với việc giảm được tải trọng bản thân dầm. Do đó sẽ tính đặc I.Bê tông trưng hình học của dầm loại 1 và chọn là đơn vị đặc trưng đại diện để tính toán.1 Dầm bê tông đúc sẵn ' Cường độ nén (28 ngày tuổi) của bêtông dọc dầm: f c = 50 Mpa Cường độ bê tông khi cắt thép: f 'ci = 0.5 Mpa Cường độ chịu kéo khi uốn (chống cắt) : f r = 0,63 fc = 4.45 Mpa Mô đuyn đàn hồi (Eb): Eb =0,043 y 1,5 c f c = 38006 Mpa I.1 Bản bê tông đổ sau ' Cường độ nén của bê tông bản mặt cầu : f c = 30 Mpa Cường độ chịu kéo khi uốn : f r = 0,63 fc = 3.45 Mpa Mô đuyn đàn hồi (Ec): Ec =0,043 y 1,5 c f c = 28561Mpa I.Các kích thước hình học I.Mặt cắt ngang +Số lượng dầm chủ (n): 12 +Khoảng cách giữa các dầm chủ (d): 1 m Bảng thông số đặc trưng tiết diện: +Chọn chiều dày bản BTCT (hc): 120 mm a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 B H +Chiều cao dầm (H): 0.03L=600mm 150 250 190 50 100 150 200 990 600 +Mặt đường gồm các lớp : -Bê tông asphal dày 7cm = 70mm 1 do an BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH:TRẦN NISSAN GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI  * d 2  * 2502 Diện tích một lỗ rỗng: (Ar) = = = 49087.385 mm2 4 4 Số lỗ rỗng : (n)=2  *d4  * 2504 Moment quán tính tương ứng với n lỗ rỗng: Ixr = n* = 2* = 383495197 mm4 64 64 Khoảng cách tâm lỗ tới đáy dầm: y = 300mm Phạm vi xuất hiện lỗ rỗng tính đến 1/2L được thể hiện trên bảng sau: Khoang dầm Điểm Đầu Điểm cuối 1 1.2 Đặc trưng tiết diện không có lỗ rỗng. Diện tích tiết diện: F2 = BxH – Ar x 2 = 594000 - 49087.23 mm2 Vì tiết diện đối xứng  Khoảng cách đáy đến đường trung hòa: Y2 = 300mm  Moment tĩnh: Sx2 = FxY – Ar x 2 xY = 148747569 cm3 Moment quán tính: Ix2 = Ix1 – Ixr = 1.4 Bảng đặc trưng tiết diện tại các vị trí. Tiết diện Section Position Sx F y Ix Dầm loại 1 x (m) (mm3) (mm2) (mm) (cm4) Diện tích tiết diện: F1 = BxH = 990x600 = 594000 mm2 Vì tiết diện đối xứng Đặc Gối;(1) 0 178200000 594000 300 1.782x1010  Khoảng cách đáy đến đường trung hòa: Y1 = 300mm Đặc H/2;(2) 0.782x1010  Moment tĩnh: Sx1 = FxY1 = 178200000 cm3 Rỗng L/4;(3) 5 148747569 495825.744x1010 Moment quán tính: Ix1 = + Fxd2 = + 594000x0 12 12 Rỗng L/2;(5) 10 148747569 495825.3 Đặc trưng tiết diện có lỗ rỗng.

Hệ số phân phối ngang.1 Hệ số phân bố hoạt tải cho moment và lực cắt theo phương pháp đòn bẩy. +Dầm biên 1 làn xe. 2 do an BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH:TRẦN NISSAN GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI Khoảng cách giữa hai dầm: S = 1000mm −g m g 2Vlan =( b 0.436 Tung độ đường ảnh hưởng y1= 0.4 4000 L J Hệ số phân bố ngang cho dầm biên: mg = (1. HSPB Lực cắt cho dầm biên: +Dầm giữa 1 làn xe.

Một làn chất tải: sử dụng phương pháp đòn bẩy ở trên. Hai làn chất tải: −b −g m g 2Vlan = e x m g 2Vlan = 1.444 de Tung độ đường ảnh hưởng: y2 = 1 e = 1.02 15000 Hệ số phân bố ngang cho dầm giữa: g = 1.2 Hệ số phân bố ngang theo phương pháp tra bảng. Tính theo bảng 4. ASSHTO hay TCN 272-05.

Vậy hệ số phân bố ngang được thể hiện như sau: Do đề bài không yêu cầu tính uốn theo phương ngang và để thiết kế sơ bộ theo điều 4.a ta có thể lấy I/J = 1. Dầm biên Dầm giữa Dầm biên chọn Dầm giữa chọn Số lượng dầm: 5 < Nb = 12 < 20 Hệ số phân bố 1 làn 2 làn 1 làn 2 làn 2 làn 1 làn Chiều rộng dầm: 600mm < b = 990mm < 1500mm Lực cắt 0.56 Chiều dài dầm: 6m < L = 19.29 Moment quán tính của dầm I = 1.81 x 1010 mm4 Hằn số cho loại kết cấu: k = 2.3 Hệ số phân bố ngang cho gờ chắn và lang cang. Dùng phương pháp đòn bẩy để tính hệ số phân bố. HSPB Moment dầm giữa Được biểu diễn như hình bên cạnh.

+ 1 làn chịu tải: Các khoảng cách: m g1Mg b 0.25 + Từ tâm gờ chắn đếm tâm dầm biên: 326 mm lan = 1.8 xL J + Từ tâm lan đến tâm dầm biên: 424 mm + 2 làn chịu tải: (Do lan cang thép đối xứng qua tâm lan cang m g1Mg b 0.06 cho tất cả các bộ phận nhỏ) lan = 1x k ( ) ( ) ( ) = 0.26 7600 L J + Hệ số phân bố cho gờ chắn: 4. HSPB Moment dầm biên: 1000 + 326 mggc = = 1.326 + Một làn chất tải: 1000 m g1Mlan−b = 0.24 + Hệ số phân bố cho lang cang: + Hai làn chất tải: 1000 + 424 mglc = = 1. Nội lực tác dụng. HSPB Lực cắt cho dầm giữa: IV.

Nội lực tác dụng do tĩnh tải gây ra. Một làn chất tải: Tải trọng bản thân của dầm chủ: (Tính cho cả dầm b I m g1Vlan− g = 1.56 ngoài và dầm biên) L J + Do tiết diện đặc rỗng ở mỗi đoạn khác nhau nên diện tích quy đổi sẽ là: 7. Hai làn chất tải 3 do an BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH:TRẦN NISSAN GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI F = 0.3xFđặc = 564548 mm2 = 0.565 m2 + Trọng lượng dầm trên 1m chiều dài là: Wdầm = 0. Tên bộ phận Phạm vi áp dụng Công thức tính Giá trị tính toán Gờ chắn Dầm biên Wgờ = Fgờ x  bt = 0.465 T/m Lan can Dầm biên Wlan can = Flancan x  thep = 0.245 T/m Bản mặt cầu Dầm biên và trong Wbmc = Fbmc x  bt = 0.294 T/m Lớp asphal Dầm biên Was-bien = Fas-b x  as = (0.3 Dầm trong Was-trong = Fas-t x  as = 0.166 T/m Hoạt tải tại gối IV.

Nội lực tác dụng do hoạt tải. + Tải tính toán HL93. Moment Lực cắt Tải trọng + Tải trọng làn( tải phân bố) W = 0.m) (T) + Hệ số xung kích IM = 0.12 Xe tải: n Chọn thiết kế 0 26.05 Momen: M =  Pi xYi M Làn 0 6.7 i n Lực cắt: Q =  Pi xYi Q Hoạt tải tại H/2 i Tải trọng làn: Momen: M = FlanM x W Lực cắt : M = FlanQ x W Xe tải 3 trục: P1 = 14.5T Xe tải 2 trục : P1= 11T Nội lực do hoạt tải gây ra được tính tại các mặt cắt đặc biệt gồm: + Mặt cắt tại Gối, H/2, L/4, 3L/8, L/2. + Tính toán dưới đây chưa kể hệ số xung kích.

4 do an BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH:TRẦN NISSAN GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI Moment Lực cắt Tải trọng (T.12 Chọn thiết kế 7.38 Hoạt tải tại L/4 Hoạt tải tại 3L/8 Moment Lực cắt Tải trọng (T.m) (T) Moment Lực cắt Xe 3 trục 78.95 Chọn thiết kế 78.67 Chọn thiết kế 64.77 5 do an BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH:TRẦN NISSAN GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI IV. Tổng hợp tải trọng. Moment và lực cắt trên mặt cắt ngang được tính ở mục IV.2 và trình bày lại ở bảng dưới. Nên khi ta tính cho chiều dài toàn dầm ta lấy diện tích đường ảnh hưởng (DHA) của từng mặt cắt nhân với từng tải trọng của từng bộ phân.

Ví dụ tại mặt cắt: H/2 Moment của trọng lượng dầm biên = Was-bien x 2. Chú ý khi tính với lang cang và gờ chắn cho dầm biên có kể đến hệ số không đúng tâm gồm : mggc =1. Do tính chất lập lại nên sẽ được tính và trình bày theo dạng bảng. Tên bộ phận Phạm vi áp dụng Công thức tính Giá trị tính toán Gờ chắn Dầm biên Wgờ = Fgờ x  bt = 0.465 T/m Lan can Dầm biên Wlan can = Flancan x  thep = 0.245 T/m Bản mặt cầu Dầm biên và trong Wbmc = Fbmc x  bt = 0.294 T/m Lớp asphal Dầm biên Was-bien = Fas-b x  as = (0.