Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong tiến trình phát triển kinh tế và đô thị hóa, nhu cầu nâng cấp mạng lưới giao thông vận tải đường bộ đòi hỏi các công trình cầu phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt về khả năng chịu tải, độ ổn định và tuổi thọ khai thác. Đồ án môn học "Thiết kế Mố trụ cầu" do sinh viên Nguyễn Cao Trí thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Phan Quốc Bảo tại Trường Đại học Giao thông Vận tải TP. HCM (năm 2024) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho kết cấu mố cầu M1 đỡ nhịp giản đơn.
Nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật được xác lập cụ thể qua các nội dung sau:
- Thu thập, phân tích và hệ thống hóa các số liệu đầu vào bao gồm điều kiện địa chất 6 lớp đất tại khu vực xây dựng (Tam Điệp, Ninh Bình), số liệu thủy văn dòng chảy ($Q = 1384,26\text{ m}^3/\text{s}$), các đặc tính vật liệu bê tông ($f'_c = 25\text{ MPa}$) và quy mô kết cấu nhịp dầm bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DUL) tiết diện chữ T chiều dài $36\text{ m}$.
- Xác định kích thước hình học tổng thể của mố M1, cấu tạo các bộ phận (bệ móng, thân mố, tường đỉnh, tường cánh, vai kê, đá kê gối, bản quá độ) và lựa chọn khe co giãn răng lược.
- Tính toán toàn diện các thành phần tải trọng tác dụng lên mố theo phương dọc và phương ngang cầu; thiết lập các tổ hợp nội lực bất lợi tại các mặt cắt kiểm toán theo các trạng thái giới hạn (TTGH Cường độ, TTGH Sử dụng, TTGH Đặc biệt) tương ứng với giai đoạn thi công (TC) và các giai đoạn khai thác (KT1, KT2, KT3).
- Thiết kế, bố trí móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1200\text{ mm}$ (D1200); kiểm toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu và đất nền, kiểm toán chuyển vị ngang, kiểm toán ứng suất đáy khối móng quy ước, kiểm toán lún và kiểm tra chọc thủng bệ mố.
- Tính toán và bố trí cốt thép chịu lực, cốt đai và kiểm tra bề rộng vết nứt cho bệ mố (mặt cắt 1-1), tường thân mố (mặt cắt 2-2), tường đỉnh (mặt cắt 3-3) và tường cánh (mặt cắt 4-4).
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là kết cấu mố M1 dạng mố chữ U bê tông cốt thép trên nền móng cọc khoan nhồi. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian áp dụng cho công trình cầu nhịp giản đơn vượt sông tại khu vực Ninh Bình (vùng áp lực gió IV.B với vận tốc gió cơ bản $V_B = 59\text{ m/s}$, hệ số gia tốc nền động đất $A = 0,092$). Phạm vi thời gian và học thuật giới hạn trong khuôn khổ đồ án môn học chuyên ngành Xây dựng Cầu đường.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
Nghiên cứu thiết kế mố M1 được xây dựng trên hệ thống cơ sở pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật hiện hành của ngành cầu đường Việt Nam và quốc tế:
- Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017 (các phần 1, 3, 5, 10 về tải trọng, kết cấu bê tông, móng và mố trụ).
- Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2012 của Hoa Kỳ.
- Giáo trình Mố trụ cầu của TS. Phan Quốc Bảo và sách tham khảo Mố trụ cầu của PGS. Nguyễn Minh Nghĩa.
- Công thức thủy lực Sêdi - Maninh trong việc tính toán lưu lượng, vận tốc dòng chảy lũ và khẩu độ thoát nước dưới cầu.
- Phương pháp đòn bẩy trong việc phân phối phản lực gối cầu truyền xuống từng dầm chủ trong mặt cắt ngang khi chịu hoạt tải xe lệch tâm.
- Lý thuyết áp lực đất Coulomb để xác định áp lực đất chủ động tĩnh ($k_a$) và phương pháp Mononobe-Okabe (M-O) để tính toán áp lực đất ngang gia tăng do động đất ($k_{AE}$).
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế
Đồ án sử dụng phương pháp tính toán giải tích kết cấu công trình theo nguyên lý Hệ số tải trọng và Sức kháng (LRFD):
- Mô hình hóa tĩnh học kết cấu mố dưới dạng sơ đồ thanh và bản công xôn chịu uốn, nén lệch tâm.
- Phương pháp tổ hợp tải trọng bất lợi: Khảo sát từng giai đoạn làm việc của mố (giai đoạn thi công và 3 giai đoạn khai thác khác nhau về vị trí đặt hoạt tải trên nhịp hoặc đường dẫn) để tìm ra các giá trị lực nén đứng ($P_z$), lực cắt ngang/dọc ($H_x, H_y$) và mô men uốn ($M_x, M_y$) nguy hiểm nhất.
- Phương pháp khối móng quy ước để kiểm toán sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc khoan nhồi và tính độ lún tổng thể của mố.
Nguồn dữ liệu đầu vào
- Số liệu địa chất công trình: Kết quả khảo sát địa tầng gồm 6 lớp đất sâu $61\text{ m}$ cùng bảng chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT ($N_{60}$) từ $0\text{ m}$ đến $60\text{ m}$.
- Số liệu thủy văn: Báo cáo quan trắc mực nước cao nhất ($+20,78\text{ m}$), mực nước thông thuyền ($+18,42\text{ m}$), mực nước thấp nhất ($+15,08\text{ m}$), độ dốc mặt nước $i = 0,00008\text{ m/m}$ và hệ số nhám lòng sông $n = 0,035$.
- Số liệu kết cấu nhịp: Thông số dầm T bê tông cốt thép dự ứng lực chiều dài $36\text{ m}$ từ đồ án thiết kế kết cấu nhịp cầu.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương này tập hợp đầy đủ các điều kiện biên và số liệu kỹ thuật ban đầu phục vụ thiết kế mố M1:
- Vật liệu chế tạo: Bê tông có cường độ chịu nén thiết kế $f'_c = 25\text{ MPa}$, khối lượng thể tích $\gamma_c = 23,2\text{ kN/m}^3$ (sử dụng $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$ trong tính toán tĩnh tải bê tông cốt thép).
- Kết cấu nhịp: Cầu dầm BTCT DUL nhịp giản đơn tiết diện chữ T căng trước, chiều dài toàn bộ dầm $36\text{ m}$, chiều dài nhịp tính toán $35,4\text{ m}$. Khổ cầu có bề rộng phần xe chạy $7,5\text{ m}$, không có lề bộ hành ($0\text{ m}$); mặt cắt ngang gồm 5 dầm chủ đặt cách nhau $1,8\text{ m}$, chiều dài cánh hẫng $0,65\text{ m}$, bản mặt cầu dày $0,18\text{ m}$ và bề dày lớp phủ mặt cầu là $0,1\text{ m}$.
- Đất đắp đường dẫn: Khối lượng thể tích $\gamma_Đ = 18\text{ kN/m}^3$, góc nội ma sát có hiệu $\phi'_f = 30^\circ$.
- Điều kiện địa tầng (sâu đến $61\text{ m}$):
- Lớp 1: Bùn sét xám xanh - xám đen trạng thái chảy, dung trọng tự nhiên $\gamma = 1,52\text{ g/cm}^3$, hệ số rỗng $e_0 = 2,047$, giới hạn chảy $W_L = 67,33%$, giới hạn dẻo $W_p = 41,32%$, chỉ số dẻo $I_p = 26,153\text{ kG/cm}^2$, áp lực tiền cố kết $P_c = 2,444\text{ kG/cm}^2$, chỉ số nén $C_c = 1,258$.
- Lớp 2: Sét xám nâu, vàng, đốm trắng trạng thái cứng, $\gamma = 1,91\text{ g/cm}^3$, $e_0 = 0,764$, $W_L = 37,3%$, $W_p = 20,1%$, $I_p = 17,214\text{ kG/cm}^2$, $P_c = 0,258\text{ kG/cm}^2$, $C_c = 0,445$.
- Lớp 3: Sét nâu vàng, xám xanh trạng thái nửa cứng, $\gamma = 1,89\text{ g/cm}^3$, tỷ trọng $\Delta = 2,72$, độ bão hòa $G = 90,588%$, $e_0 = 0,838$, $W_L = 45,1%$, $W_p = 22,83%$, $I_p = 22,38\text{ kG/cm}^2$, hệ số cố kết $C_v = 0,398\text{ cm}^2/\text{s}$, $P_c = 2,511\text{ kG/cm}^2$, $C_c = 0,517$.
- Lớp 4: Sét xám xanh loang nâu vàng trạng thái nửa cứng, $\gamma = 1,87\text{ g/cm}^3$, $e_0 = 0,95$, $W_L = 46,4%$, $W_p = 23,8%$, $I_p = 22,146\text{ kG/cm}^2$, $P_c = 2,051\text{ kG/cm}^2$, $C_c = 0,662$.
- Lớp 5: Cát hạt trung, thô trạng thái chặt, $\gamma = 1,91\text{ g/cm}^3$, dung trọng khô $\gamma_c = 1,659\text{ g/cm}^3$, tỷ trọng $\Delta = 2,67$, độ bão hòa $G = 66%$, độ rỗng $n = 38%$, $e_0 = 0,032\text{ kG/cm}^2$.
- Lớp 6: Sét pha màu xám nâu vàng trạng thái nửa cứng, $\gamma = 1,934\text{ g/cm}^3$, $e_0 = 0,669$, $W_L = 35%$, $W_p = 18,1%$, $I_p = 16,23\text{ kG/cm}^2$, $P_c = 0,34\text{ kG/cm}^2$, $C_c = 0,332$, chỉ số nở $C_r = 0,111$.
- Chỉ số SPT $N_{60}$ tăng dần từ 1 búa ở bề mặt lên 13 búa (sâu $4\text{ m}$), 25 búa (sâu $24\text{ m}$), 32 búa (sâu $46\text{ m}$) và đạt 48 búa (sâu $60\text{ m}$).
- Thủy văn và khẩu độ cầu: Đường kính hạt lòng sông $d_{50} = 0,001\text{ mm}$, $d_{84} = 0,012\text{ mm}$, $d_{95} = 0,04\text{ mm}$. Diện tích thoát nước yêu cầu tính toán theo công thức Sêdi - Maninh đạt $\Omega_c = 454,57\text{ m}^2$ tương ứng với lưu lượng lũ thiết kế $Q = 1384,26\text{ m}^3/\text{s}$ (với hệ số thu hẹp mố trụ bằng 1 và hệ số xói cho phép $P = 1,5$), đảm bảo năng lực thoát nước cho chiều dài cầu $92,4\text{ m}$ (chiều dài tổng thể tính giữa hai đuôi tường cánh là $120,4\text{ m}$).
- Thiết kế khe co giãn: Khe co giãn răng lược đặt nghiêng $20^\circ$ so với phương vuông góc tim cầu, nhiệt độ biến thiên từ $5^\circ\text{C}$ đến $50^\circ\text{C}$ (lắp đặt ở $25^\circ\text{C}$). Chuyển vị do co ngót $\Delta L_{sh} = 10,147\text{ mm}$, chuyển vị do nhiệt độ $\Delta L_{temp} = 50,236\text{ mm}$. Giá trị khe hở nhiệt biến thiên từ $W_{min} = 72,091\text{ mm}$ đến $W_{max} = 132,474\text{ mm}$. Tác giả chọn bề rộng thiết kế khe co giãn $W = 100\text{ mm}$, khe hở đầu dầm khi lắp đặt là $87,82\text{ mm}$ cùng bề rộng khe cấu tạo $W_{const} = 30\text{ mm}$.
Chương 2: Thiết kế Mố M1
Chương 2 trình bày chi tiết toàn bộ các bước tính toán tải trọng, nội lực, kiểm toán móng cọc và bố trí cốt thép cho mố M1:
- Kích thước hình học mố:
- Bệ móng mố: Dài $L_{mg} = 8500\text{ mm}$, cao $H_{mg} = 2000\text{ mm}$, rộng $B_{mg} = 6000\text{ mm}$.
- Thân mố: Cao $H_{tm} = 4780\text{ mm}$, rộng $B_{tm} = 1600\text{ mm}$.
- Tường đỉnh: Cao $H_{td} = 2040\text{ mm}$, bề dày $t_{td} = 500\text{ mm}$.
- Tường cánh: Cấu tạo vát xiên với các bậc chiều cao $H_{c1} = 1500\text{ mm}$, $H_{c2} = 3975\text{ mm}$, $H_{c3} = 1850\text{ mm}$; bề rộng các đoạn $B_{c1} = 2200\text{ mm}$, $B_{c2} = 4210\text{ mm}$, chiều dày $t_{tc} = 500\text{ mm}$.
- Đá kê gối và gối cầu: Đá kê gối $800 \times 800 \times 150\text{ mm}$; gối cao su bản thép $600 \times 600 \times 70\text{ mm}$.
- Bản quá độ và tường kê: Bản quá độ $L_{qd} \times B_{qd} \times H_{qd} = 6400 \times 7500 \times 300\text{ mm}$; tường kê bản quá độ $L_{vk} = 7500\text{ mm}$, $B_{vk} = 300\text{ mm}$.
| Bộ phận kết cấu mố M1 |
Chiều dài ($L$) |
Chiều rộng ($B$) |
Chiều cao ($H$) / Bề dày ($t$) |
| Móng mố (Bệ móng) |
$8500\text{ mm}$ |
$6000\text{ mm}$ |
$2000\text{ mm}$ |
| Thân mố |
$8500\text{ mm}$ |
$1600\text{ mm}$ |
$4780\text{ mm}$ |
| Tường đỉnh |
$8500\text{ mm}$ |
$500\text{ mm}$ |
$2040\text{ mm}$ |
| Tường cánh mố |
$6410\text{ mm}$ ($B_{c1}+B_{c2}$) |
$500\text{ mm}$ |
$1500 - 3975\text{ mm}$ |
| Gối cao su bản thép |
$600\text{ mm}$ |
$600\text{ mm}$ |
$70\text{ mm}$ |
| Bản quá độ sau mố |
$6400\text{ mm}$ |
$7500\text{ mm}$ |
$300\text{ mm}$ |
- Xác lập 7 mặt cắt kiểm toán chính:
- Mặt cắt 1-1: Đáy bệ mố, dùng kiểm toán ổn định tổng thể và chuyển vị.
- Mặt cắt 2-2: Tiết diện ngàm chân tường thân mố.
- Mặt cắt 3-3: Tiết diện ngàm chân tường đỉnh mố.
- Mặt cắt 4-4 và 5-5: Tiết diện ngàm tường cánh mố.
- Mặt cắt 6-6 và 7-7: Tiết diện công xôn của bệ mố.
- Xác định các thành phần tải trọng tác dụng:
- Phản lực gối từ kết cấu nhịp: Tĩnh tải dầm $R_{DC} = 2728,074\text{ kN}$, tĩnh tải lớp phủ $R_{DW} = 178,128\text{ kN}$. Hoạt tải xe HL-93 có xung kích $R_{LL+PL} = 1442,176\text{ kN}$ và không có xung kích $R_{LL+PL} = 1188,54\text{ kN}$.
- Tĩnh tải các bộ phận mố: Bệ mố $P_{bệ} = 2550\text{ kN}$; tường thân, đá kê và gối $P_{tt} = 1636,064\text{ kN}$; tường đỉnh $P_{tđ} = 217,813\text{ kN}$; hai tường cánh $P_{tc} = 893,016\text{ kN}$; vai kê bản quá độ $P_{vk} = 16,992\text{ kN}$; tổng trọng lượng bản thân toàn mố đạt $P_{mố} = 5391,510\text{ kN}$.
- Áp lực đất chủ động (hệ số $k_a = 0,226$): Áp lực toàn bộ chiều cao sau mố $EH = 1339,735\text{ kN}$ (ứng suất $p = 35,781\text{ kN/m}^2$); phần trên bản quá độ $EH_1 = 16,578\text{ kN}$; phần dưới bản quá độ $EH_2 = 505,572\text{ kN}$.
- Tải trọng phụ thêm và hoạt tải sau mố: Áp lực hoạt tải sau mố với chiều cao đất tương đương $h_{eq} = 0,6\text{ m}$ gây áp lực ngang lên mố $LSh = 182,484\text{ kN}$, lên tường đỉnh $LSh_1 = 20,299\text{ kN}$, áp lực đứng $LS_v = 207,360\text{ kN}$; tải trọng trục xe trên tường đỉnh $P_{tr} = 290\text{ kN}$.
- Phản lực từ bản quá độ: Trọng lượng bản thân bản quá độ $R_{kc-bqđ} = 196,875\text{ kN}$, đất đắp trên bản $R_{đất-bqđ} = 463,050\text{ kN}$, hoạt tải xe trên bản $R_{LS-bqđ} = 283,500\text{ kN}$. Trọng lượng đất giữa 2 tường cánh $E_{vs} = 1663,200\text{ kN}$.
- Tải trọng gió, hãm xe, ma sát và động đất: Lực hãm xe $BR = 207,188\text{ kN}$; lực ma sát gối cầu $FR = 2047,371\text{ kN}$ (với hệ số $f_{ms} = 0,5$); lực gió dọc lên xe $WL_{dọc} = 10,950\text{ kN}$, gió ngang lên xe $WL_{ngang} = 26,280\text{ kN}$; tải trọng gió ngang công trình lên nhịp $WS_{tt} = 213,059\text{ kN}$ (vùng IV.B, $V_B = 59\text{ m/s}$, $S = 1,09$, $C_d = 1,5$); lực đẩy động đất $P_{AE} = 1460,388\text{ kN}$ (với hệ số gia tốc nền $A = 0,092$, $k_h = 0,046$, $k_v = 0,023$, $\theta = 2,695^\circ$, $k_{AE} = 0,252$).
| STT |
Tên thành phần tải trọng tác dụng |
Ký hiệu |
Giá trị tính toán |
Đơn vị |
| 1 |
Tổng phản lực tĩnh tải kết cấu nhịp ($DC + DW$) |
$R_{DC} + R_{DW}$ |
$2906,202$ |
$\text{kN}$ |
| 2 |
Phản lực hoạt tải kết cấu nhịp (có xung kích) |
$R_{LL+PL}$ |
$1442,176$ |
$\text{kN}$ |
| 3 |
Tổng trọng lượng bản thân các bộ phận mố |
$P_{mố}$ |
$5391,510$ |
$\text{kN}$ |
| 4 |
Áp lực đất chủ động nằm sau mố |
$EH$ |
$1339,735$ |
$\text{kN}$ |
| 5 |
Lực đẩy ngang của đất do động đất gây ra |
$P_{AE}$ |
$1460,388$ |
$\text{kN}$ |
| 6 |
Áp lực ngang do hoạt tải chất thêm sau mố |
$LSh$ |
$182,484$ |
$\text{kN}$ |
| 7 |
Lực ma sát tại gối cầu |
$FR$ |
$2047,371$ |
$\text{kN}$ |
| 8 |
Lực hãm xe truyền xuống mố |
$BR$ |
$207,188$ |
$\text{kN}$ |
| 9 |
Tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp |
$WS_{tt}$ |
$213,059$ |
$\text{kN}$ |
| 10 |
Trọng lượng khối đất nằm giữa hai tường cánh |
$E_{vs}$ |
$1663,200$ |
$\text{kN}$ |
- Tổ hợp tải trọng: Tác giả tiến hành thiết lập 42 bảng tổ hợp nội lực cho các trường hợp: thi công (TC), khai thác 1 (KT1: hoạt tải trên nhịp), khai thác 2 (KT2: hoạt tải sau mố) và khai thác 3 (KT3) tại các mặt cắt kiểm toán 1-1, 2-2, 3-3, 4-4. Khi xếp tải ngang, trường hợp xếp 1 làn xe lệch trái tạo ra mô men lật lớn hơn trường hợp 2 làn xe, do đó được lựa chọn để tính toán cốt thép.
- Tính toán móng cọc và cốt thép kết cấu: Bố trí hệ móng cọc khoan nhồi D1200 ngàm vào bệ mố, kiểm toán nội lực đầu cọc ở TTGH Cường độ I, Cường độ V, Sử dụng I và Đặc biệt I. Tiến hành kiểm toán chuyển vị ngang đầu cọc, kiểm tra ứng suất nén đáy khối móng quy ước đặt trong lớp địa chất chịu lực, kiểm toán lún và kiểm tra chống đâm thủng cho bệ mố. Tính toán diện tích cốt thép chịu uốn và cốt đai cho bệ mố, thân mố, tường đỉnh và tường cánh, đồng thời kiểm tra nứt ở TTGH Sử dụng.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán chính
Đồ án đã hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật mố M1 với các chỉ số kỹ thuật cụ thể:
- Xác lập kích thước hình học chi tiết của mố M1 với bệ móng $8,5 \times 6,0 \times 2,0\text{ m}$, thân mố cao $4,78\text{ m}$, tường đỉnh cao $2,04\text{ m}$, bản quá độ dài $6,4\text{ m}$.
- Xác định chính xác các giá trị nội lực cực hạn: Tổng tĩnh tải mố $P_{mố} = 5391,510\text{ kN}$; áp lực đất ngang tĩnh $EH = 1339,735\text{ kN}$; lực đẩy ngang do động đất $P_{AE} = 1460,388\text{ kN}$; lực ma sát gối cực đại $FR = 2047,371\text{ kN}$.
- Bố trí hệ thống cọc khoan nhồi D1200 đảm bảo sức chịu tải theo vật liệu và sức kháng đất nền, đáp ứng các điều kiện chuyển vị ngang và độ lún giới hạn theo TCVN 11823-2017.
- Hoàn thành thiết kế cốt thép chịu uốn, cốt thép đai và kiểm toán khả năng chống nứt cho 4 bộ phận kết cấu chính (bệ mố, thân mố, tường đỉnh, tường cánh).
Giải pháp kỹ thuật đề xuất
- Đề xuất sử dụng khe co giãn răng lược biên độ co giãn thiết kế tối đa $W = 100\text{ mm}$ (khe hở cấu tạo $30\text{ mm}$ và khe hở lắp đặt dầm $87,82\text{ mm}$) để triệt tiêu hoàn toàn biến dạng do nhiệt độ thay đổi từ $5^\circ\text{C}$ đến $50^\circ\text{C}$ và co ngót bê tông.
- Lựa chọn giải pháp mố chữ U bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi D1200, kết hợp bản quá độ dài $6,4\text{ m}$ để giảm thiểu hiện tượng lún sụt đầu cầu và giảm áp lực đất tác dụng trực tiếp lên thân mố.
Đóng góp học thuật và kỹ thuật
- Văn bản thể hiện quy trình tính toán hệ thống, bám sát các điều khoản của TCVN 11823-2017 trong việc phân tích tổ hợp tải trọng mố cầu (xét đầy đủ 42 tổ hợp tải trọng bất lợi theo phương dọc và phương ngang).
- Cung cấp mô hình tính toán chi tiết phản lực gối cầu bằng phương pháp đòn bẩy cho cầu dầm T 5 dầm chủ, kết hợp tính toán áp lực động đất theo phương pháp Mononobe-Okabe phù hợp với điều kiện gia tốc nền tại địa phương.
Hạn chế và phạm vi áp dụng
- Đồ án được thực hiện trong phạm vi môn học chuyên ngành với nhiệm vụ thiết kế mố M1 đỡ một nhịp giản đơn $36\text{ m}$, chưa mở rộng tính toán cho mố cầu trong sơ đồ nhịp liên tục hoặc cầu dầm khẩu độ lớn.
- Số liệu địa chất và khí hậu được gắn kết theo điều kiện khảo sát cụ thể tại huyện Tam Điệp, tỉnh Ninh Bình (vùng gió IV.B, hệ số gia tốc nền $A = 0,092$), do đó việc áp dụng vào các dự án khác đòi hỏi phải tái lập các thông số tải trọng gió, động đất và sức kháng đất nền tương ứng.
- Phương pháp phân phối tải trọng ngang mới áp dụng phương pháp đòn bẩy tĩnh học đơn giản, chưa thực hiện mô phỏng phân tích không gian bằng phần mềm phần tử hữu hạn chuyên dụng.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng sử dụng: Đồ án là tài liệu tham khảo trực quan và hữu ích cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông, chuyên ngành Xây dựng Cầu đường khi thực hiện đồ án môn học Thiết kế Mố trụ cầu, đồ án tốt nghiệp kỹ sư hoặc các chuyên đề kết cấu công trình giao thông.
- Nội dung giá trị nhất: Quy trình lập 42 bảng tổ hợp nội lực chi tiết theo các trạng thái giới hạn (Cường độ I, Cường độ V, Sử dụng I, Đặc biệt I), thuật toán tính áp lực đất động đất Mononobe-Okabe, các bước kiểm toán móng cọc khoan nhồi và kiểm tra nứt các cấu kiện mố theo TCVN 11823-2017.
Câu hỏi thường gặp
1. Kết cấu nhịp truyền tải trọng xuống mố M1 có những thông số kỹ thuật chính nào?
Kết cấu nhịp là cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn tiết diện chữ T căng trước, chiều dài toàn dầm $36\text{ m}$, chiều dài nhịp tính toán $35,4\text{ m}$. Bề rộng phần xe chạy là $7,5\text{ m}$ (không có lề bộ hành), gồm 5 dầm chủ đặt cách nhau $1,8\text{ m}$, chiều dài cánh hẫng $0,65\text{ m}$, bản mặt cầu dày $0,18\text{ m}$ và lớp phủ dày $0,1\text{ m}$.
2. Giá trị áp lực đất chủ động tĩnh và áp lực đất ngang do động đất tác dụng lên mố M1 là bao nhiêu?
Áp lực đất chủ động tĩnh tác dụng lên toàn bộ chiều cao sau mố là $EH = 1339,735\text{ kN}$ (hệ số áp lực đất $k_a = 0,226$). Lực đẩy ngang của đất do động đất gây ra tính theo phương pháp Mononobe-Okabe là $P_{AE} = 1460,388\text{ kN}$ (với hệ số $k_{AE} = 0,252$, hệ số gia tốc nền $A = 0,092$).
3. Khe co giãn trên mố M1 được lựa chọn loại nào và các thông số chuyển vị tính toán ra sao?
Công trình sử dụng khe co giãn răng lược đặt nghiêng $20^\circ$. Chuyển vị kết cấu nhịp do co ngót là $\Delta L_{sh} = 10,147\text{ mm}$, chuyển vị do nhiệt độ biến thiên từ $5^\circ\text{C}$ đến $50^\circ\text{C}$ là $\Delta L_{temp} = 50,236\text{ mm}$. Khe hở nhiệt cực tiểu $W_{min} = 72,091\text{ mm}$, cực đại $W_{max} = 132,474\text{ mm}$, bề rộng thiết kế lớn nhất của khe co giãn được chọn là $W = 100\text{ mm}$.
4. Mố M1 được kiểm toán tại những mặt cắt nào và theo các trạng thái giới hạn nào?
Mố M1 được kiểm toán tại 7 mặt cắt: Mặt cắt 1-1 (đáy bệ mố), mặt cắt 2-2 (chân tường thân), mặt cắt 3-3 (chân tường đỉnh), mặt cắt 4-4 và 5-5 (tường cánh), mặt cắt 6-6 và 7-7 (bệ mố). Các trạng thái giới hạn kiểm toán gồm: TTGH Cường độ (Cường độ I, Cường độ III, Cường độ V), TTGH Sử dụng (Sử dụng I) và TTGH Đặc biệt (Đặc biệt I - Động đất).
5. Địa tầng khu vực xây dựng gồm những lớp đất nào và loại móng nào được thiết kế cho mố M1?
Địa tầng sâu $61\text{ m}$ gồm 6 lớp đất: Lớp 1 (Bùn sét chảy), Lớp 2 (Sét cứng), Lớp 3 (Sét nửa cứng), Lớp 4 (Sét nửa cứng), Lớp 5 (Cát hạt trung/thô chặt) và Lớp 6 (Sét pha nửa cứng). Móng mố M1 được thiết kế bằng giải pháp móng sâu sử dụng hệ cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính $D = 1200\text{ mm}$ (D1200).
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế Mố trụ cầu" của sinh viên Nguyễn Cao Trí là công trình học thuật kỹ thuật hoàn chỉnh, thể hiện đầy đủ quy trình tính toán thiết kế mố M1 cho cầu dầm BTCT DUL nhịp giản đơn $36\text{ m}$ theo Tiêu chuẩn TCVN 11823-2017. Tác giả đã giải quyết trọn vẹn từ khâu xác lập số liệu địa chất - thủy văn, lựa chọn kích thước hình học, phân tích 42 tổ hợp tải trọng đến thiết kế chi tiết móng cọc khoan nhồi D1200 và cốt thép các bộ phận kết cấu. Hồ sơ tính toán có độ chi tiết cao, số liệu minh bạch và chuẩn xác, cung cấp nguồn tư liệu học tập và tham khảo kỹ thuật giá trị cho sinh viên và kỹ sư chuyên ngành cầu đường.
