II.3 - HOẠT TẢI XẾP THEO PHƯƠNG NGANG CẦU

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường

10



GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá

Hoàng



PL

M xm = ∑ Vi PL .li = V1PL .l1 = 160575* 2410 = 386.985.750 ( N .mm )

Lane

M xm = ∑ Vi Lane * li =V1Lane * l1 + V2Lane * l2 = 51155* 2410 + 213134*305 = 188.292.165 ( N .mm )



Truck

M xm = ∑ ViTruck * li =V1Truck * l1 + V2Truck * l2 = 72091* 2410 + 218372 *305 = 240.342.770 ( N .mm )



) là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu đến nách xà mũ)

(Với i (

+ Lực cắt do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt tính xà mũ lần lượt là:

l mm



PL

Vxm = V1PL + V2PL = 160575 ( N )



Lane

Vxm = V1Lane + V2Lane = 51155 + 213134 = 264289 ( N )



Truck

Vxm = V1Truck + V2Truck = 72091 + 218372 = 290463 ( N )



+ Mômen uốn theo phương ngang cầu do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt tính trụ (vị

trí chân trụ nằm trên đài cọc) lần lượt là:

PL

M tru = ∑ Vi PL .li = V1PL .l1 = 160575* 4210 = 676.020.750 ( N .mm )



Lane

M tru = ∑ Vi Lane * li =V1Lane * l1 + V2Lane * l2 = 51155* 4210 + 213134* 2105 = 664.009.620 ( N .mm )



Truck

M tru = ∑ Vi Truck * li =V1Truck * l1 + V2Truck * l2 = 72091* 4210 + 218372 * 2105 = 763.176.170 ( N .mm )



) là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu đến tim trụ)

(Với i (

II.3.2 - Một làn xếp trên 1 nhịp+tải bộ hành xếp 1 một bên trên 1 nhịp (TH2)

+ Trường hợp này được suy ra từ trường hợp một làn xe xếp trên 2 nhịp cầu+tải

bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp.

+ Mômen uốn theo phương ngang cầu do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt tính trụ (vị

trí chân trụ nằm trên đài cọc) lần lượt là:

l mm



676.020.750

= 338.010.375 ( N .mm )

2

664.009.620

Lane

M tru =

= 332.004.810 ( N .mm )

2

Truck

M tru = 240.342.770 ( N .mm )

PL

M tru =



) là khoảng cách từ tim gối cầu thứ i đến tim trụ)

(Với i (

II.3.3 - Hai làn xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TH3)

+ Phản lực tại các gối:

l mm



V1PL = V PL = 160575 ( N )

V1Lane =



∑Ω



i



*V Lane =



3000

1

V1Truck = ∑ yi * Truck

V

2

V2PL = 0 ( N )

V2Lane =



∑Ω



- (coi như dầm biên chịu toàn bộ tải bộ hành)



1395* 0, 663

1

*

*331855 = 51155 ( N )

2

3000

0,378

=

*381435 = 72091( N )

2



0, 238 + 1

 0,338 + 1

 1

*V Lane = 

*1395 +

*1605 ÷*

*331855 = 213134 ( N )

3000

2

2



 3000

i



SVTH: Nguyễn Quang

Đại



MSSV: CD04016



10



10



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường

11



GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá

Hoàng



1

0, 622 + 0,523

*381435 = 218372 ( N )

∑ yi *V Truck =

2

2

= 0( N )



V2Truck =



V3PL



∑Ω



i



∑Ω



i



∑Ω



i



 0, 762*1605 1* 2105  1

*V Lane = 

+

*331855 = 184070 ( N )

÷*

3000

2

2  3000



1

0, 4777 + 1 + 0,145

V3Truck = ∑ yi * Truck =

V

*381435 = 309344 ( N )

2

2

V4PL = 0 ( N )



V3Lane =



 1* 2105 1 + 0,575

 1

*V Lane = 

+

*895 ÷*

*331855 = 194391( N )

3000

2

 2

 3000

1

0,855

V4Truck = ∑ yi * Truck =

V

*381435 = 163064 ( N )

2

2

V5PL = V PL = 160575 ( N )



V4Lane =



 0, 425*895  1

*V Lane = 

*331855 = 21038 ( N )

÷*

3000

2



 3000

1

V5Truck = ∑ yi *V Truck = 0 ( N )

2



V5Lane =



+ Mômen uốn theo phương ngang cầu do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt tính trụ (vị

trí tim chân trụ nằm trên đài cọc) là:

PL

M tru = ∑ Vi PL .li = 0



Lane

M tru = ∑ Vi Lane * li = ( V1Lane − V5Lane ) .l1 + ( V2Lane − V4Lane ) .l2



Lane

→ M tru = ( 51155 − 21038 ) *4210 + ( 213134 − 194397 ) *2105 = 166.233.955 ( N .mm )

Truck

M tru = ∑ ViTruck * li = ( V1Truck − V5Truck ) .l1 + ( V2Truck − V4Truck ) .l2



Truck

→ M tru = ( 72091 − 0 ) * 4210 + ( 218372 − 163064 ) * 2105 = 419.926.450 ( N .mm )



) là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu đến tim trụ)

(Với i (

II.3.4 - Hai làn xếp tải 1 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 2 bên trên 1 nhịp (TH4)

+ Trường hợp này được suy ra từ hai làn xe xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp

2 bên trên 2 nhịp. Mômen uốn theo phương ngang cầu do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt

tính trụ (vị trí tim chân trụ nằm trên đài cọc) là:

l mm



PL

M tru = ∑ Vi PL .li = 0



166.233.955

= 83.116.978 ( N .mm )

2

419.926.450

=

= 209.963.225 ( N .mm )

2



Lane

M tru =

Truck

M tru



II.3.5 - Tải trọng tính mỏi

+ Xe Truck tính mỏi cho xà mũ gây ra phản lực tại các gối là:

V1TruckM =



1

0,378

∑ yi *V TruckM = 2 * 277505 = 52448 ( N )

2



SVTH: Nguyễn Quang

Đại



MSSV: CD04016



11



11



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường

12



V2TruckM =



GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá

Hoàng



1

0,622 + 0,523

* 277505 = 158872 ( N )

∑ yi *V TruckM =

2

2



+ Mômen do xe tính mỏi gây ra tại mặt cắt thiết kế xà mũ là:



TruckM

M xm

= V1TruckM * l1 + V2TruckM * l2 = 52448* 2410 + 158872*305 = 174.855.640 ( N .mm )



l mm )

(Với i (

là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu nách xà mũ)



II.4 - TẢI TRỌNG GIÓ



II.4.1 - Tốc độ gió thiết kế

+ Tốc độ gió thiết kế:



V = VB * S = 45*1,9 = 49 ( mm / s )



VB = 45 ( mm / s )



- Lấy theo Bảng 3.8.1.1-1 của 22TCN 272-05 (giả sử lấy tại

TPHCM là vùng IIA).

S = 1,9 - Hệ số điều chỉnh cho khu đất chịu gió và độ cao của cầu, lấy theo Bảng

3.8.1.1-2 của 22TCN272-05.

+ Vận tốc gió này vượt quá 25 m/s nên được dùng để xét trong TTGHCĐ III.

Vận tốc gió thiết kế cho TTGHCĐ I là 25m/s.

II.4.2 - Gió ngang tác dụng lên xe (WL)

+ Ở cả hai TTGHCĐ I và III, tải trọng gió ngang tác dụng lên xe lấy lực phân bố

có giá trị là 1,5 kN/m và chiều dài tải trọng gió lấy bằng chiều dài nhịp cầu.

+ Vậy tải trọng gió ngang tác dụng lên xe có độ lớn:

WL = 1,5*35000 = 52500 ( N )



+ Tải trọng gió ngang đặt cách trên cao hơn mặt đường 1,8 m. Do đó, nó đặt trên

gối cầu là 1,8+1,9 = 3,7 m. Tải trọng gió phát sinh một mômen:

M WL = 52500*3700 = 194.250.000 ( N .mm )



+ Qua việc giả sử mặt cắt ngang cầu có độ cứng vô cùng lớn dưới tác dụng của

tải trọng gió thì mô men do lực gió gây ra các phản lực hướng lên tại các gối 1,2 ;

hướng xuống tại các gối 2,3 và bằng 0 tại gối 3 nằm chính giữa mặt cắt ngang cầu.

+ Các phản lực tại gối thứ i được tính theo công thức:

Vi



WL



M WL * xi

=

∑ xi2



Trong đó:



xi - là khoảng cách hai tim gối thứ i theo quy tắc đánh số đối xứng



kể từ trục chính giữa mặt cắt ngang cầu.



+ Ta có: ∑ i

+ Phản lực thẳng đứng tại các gối do mômen xoắn mặt cắt ngang cầu của lực gió

x 2 = 02 + (2105 + 2105) 2 + (2105* 4) 2 = 88.620.500 ( mm 2 )



là:

V3WL = 0



V2WL = −V4WL =



M WL * x1 194.250.000*(2105* 2)

=

= 9228 ( N )

88.620.500

∑ xi2



V1WL = −V5WL =



M WL * x2 194.250.000 *(2105* 4)

=

= 18456 ( N )

88.620.500

∑ xi2



SVTH: Nguyễn Quang

Đại



MSSV: CD04016



12



12



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường

13



GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá

Hoàng



+ Tải trọng gió tác dụng lên xe gây ra mômen và lực cắt tại mặt cắt tính xà mũ

(nách xà mũ) là:

WL

M xm = V1WL .l2 + V2WL .l2 = 18456* 2410 + 9228*305 = 47.293.500 ( N .mm )



WL

Vxm = V1WL + V2WL = 18456 + 9228 = 27684 ( N .mm )



+ Tải trọng gió tác dụng lên xe gây ra mômen tại mặt cắt tính trụ (vị trí chân trụ

trên đỉnh đài cọc):

WL

M tru = WL * H + M WL = 52500*8960 + 194.250.000 = 664.650.000 ( N .mm )



Trong đó: H = 8960 mm là chiều cao trụ tính từ đỉnh gối cầu.

II.4.3 - Gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (WS1)

+ Bỏ qua chiều lan can hở ta có chiều cao kết cấu nhịp hứng gió là:

d = 1,6 + 0,85 = 2,45 (m)

+ Bề rộng hứng gió trên một nhịp là: b = 35,6 m.

+ Diện tích mặt hứng gió:

Cd



At = b.h = 35, 6* 2, 45 = 87 ( m 2 )



b b 35,6

= =

= 15

tra biểu đồ với tỉ số d h 2, 45

ta được gía trị Cd = 1, 2 .



+ Hệ số cản gió

+ Lực gió tác dụng lên kết câu nhịp là :

PD = 0, 0006 *V 2 * At * Cd ≥ 1,8* At ( kN )



+ Ở TTGHCĐ II, vận tốc gió V = 49 m/s, ta có lực gió tác dụng trên kết cấu

nhịp là:

PD = 0, 0006 * 49 2 *87 *1, 2 ≥ 1,8* At ( kN ) = 1,8*87

PD = 150 ( kN ) ≤ 157(kN )



→ PD = 157(kN ) = 157000 ( N )



+ Ở TTGHCĐ III, vận tốc gió quy định là V = 25 m/s, ta có lực gió tác dụng

trên kết cấu nhịp là:

PD = 0, 0006 * 252 *87 *1, 2 ≥ 1,8* At (kN ) = 1,8*87

PD = 39 ( kN ) ≤ 157( kN )



→ PD = 157(kN ) = 157000 ( N )



+ Vậy cả hai trạng thái giới hạn, lực gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp đều lấy

bằng giá trị tối thiểu quy định.

+ Ngoài ra lực gió đặt tại trọng tâm diện tích hứng gió, điểm đặt này trên đỉnh

gối cầu một đoạn bằng h = d/2 = 2,45/2 = 1,23 (m). Lực gió phát sinh mômen là:

M WS1 = PD *



d

= 157000*1230 = 193.110.000 ( N .mm )

2



+ Qua việc giả sử mặt cắt ngang cầu có độ cứng vô cùng lớn dưới tác dụng của

tải trọng gió thì mô men do lực gió gây ra các phản lực hướng lên tại các gối 1,2 ;

hướng xuống tại các gối 2,3 và bằng 0 tại gối 3 nằm chính giữa mặt cắt ngang cầu.

+ Các phản lực tại gối thứ i được tính theo công thức:

ViWS 1 =



M WS1 * xi

∑ xi2



Trong đó:



SVTH: Nguyễn Quang

Đại



MSSV: CD04016



13



13



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường

14



GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá

Hoàng



xi



- là khoảng cách hai tim gối thứ i theo quy tắc đánh số đối xứng

kể từ trục chính giữa mặt cắt ngang cầu.

+ Ta có: ∑ i

+ Phản lực thẳng đứng tại các gối do mômen xoắn mặt cắt ngang cầu của lực gió

x 2 = 0 2 + (2105 + 2105) 2 + (2105* 4) 2 = 88.620.500 ( mm 2 )



là:

V3WS 1 = 0



V2WS 1 = −V4WL1 =



M WS 1 * x1 193.110.000* (2105* 2)

=

= 9174 ( N )

88.620.500

∑ xi2



V1WS 1 = −V5WS 1 =



M WS 1 * x2 193.110.000*(2105* 4)

=

= 18348 ( N )

88.620.500

∑ xi2



+ Tải trọng gió tác dụng lên xe gây ra mômen và lực cắt tại mặt cắt tính xà mũ

(nách xà mũ) là:

WS

M xm 1 = V1WS1.l2 + V2WS1.l2 = 18348* 2410 + 9174*305 = 47.016.750 ( N .mm )



WS

Vxm 1 = V1WS 1 + V2WS 1 = 18348 + 9174 = 27522 ( N .mm )



+ Tải trọng gió tác dụng lên xe gây ra mômen tại mặt cắt tính trụ (vị trí chân trụ

trên đỉnh đài cọc):

WS

M tru 1 = PD * H = 157000*10185 = 1.599.045.000 ( N .mm )



Trong đó: H = 10185 mm là chiều cao chân trụ đến trọng tâm hứng gió.

II.4.4 - Gió tác dụng lên trụ (WS2)

+ Bề rộng hứng gió của trụ lấy bằng bề rộng thân trụ là b = 1 m.

+ Hệ số cản gió Cd = 1, 2 .

+ Diện tích hứng gió cho 1 m chiều cao trụ là:

At = b.h = 1*1 = 1( m 2 )



+ Lực gió trên 1 m chiều cao trụ là ở TTGHCĐ II (V = 49 m/s):

PD = 0, 0006* 492 *1*1, 2 ≥ 1,8* At (kN ) = 1,8*1

PD = 1, 7 ( kN ) ≤ 1,8(kN )

→ PD = 1,8(kN )



+ Lực gió trên 1 m chiều cao trụ là ở TTGHCĐ III (V = 25 m/s):

PD = 0, 0006* 252 *1*1, 2 ≥ 1,8* At ( kN ) = 1,8*1

PD = 0,5 ( kN ) ≤ 1,8(kN )



→ PD = 1,8 ( kN )



+ Ở cả hai TTGH thì lực gió đều lấy theo lực nhỏ nhất quy định. Vậy lực gió

được biểu diễn phân bố dọc theo thân trụ có giá trị là:

WS 2 = PD = 1,8kN / m = 1,8 ( N / mm )



+ Mômen không hệ số do tải trọng gió tác dụng lên trụ gây ra tại mặt cắt chân

trụ được tính như sau:

h



WL

M tru = WS 2* h *  − hn ÷

2





Trong đó: h – là chiều cao thân trụ nhô lên khỏi mặt nước.

SVTH: Nguyễn Quang

Đại



MSSV: CD04016



14



14



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường

15



GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá

Hoàng



hn – Chiều cao thân trụ ngập trong nước.

II.5 - TẢI TRỌNG NƯỚC



II.5.1 - Lực đẩy nổi

+ Cứ 1 m thân trụ ngập trong nước thì chịu một lực đẩy nổi giá trị là:

WA1 = γ wa * S * h = 10*



Trong đó:

γ wa = 10kN / m3 - Trọng lượng riêng của nước.



S = 2,6*1+3,14*0,52 = 3,39 (m2) – Diện tích thân trụ.

H = 1 m – chiều cao xét 1 m trụ ngập trong nước.

+ Vậy lực đẩy nổi phân bố đều trên chiều cao thân trụ ngập trong nước là:

WA1 = 10*3,39 = 33,9 ( kN / m ) = 33,9 ( N / mm )



II.5.2 - Áp lực dòng chảy

+ Dòng chảy vuông góc với trục dọc của trụ, áp lực dòng trung bình chảy tính

theo công thức:

p = 5,14*10 −4 * CD *V 2 = 5,14*10 −4 *0, 7 *1,52 = 8,1*10 −4 ( MPa )



Trong đó:

CD = 0, 7



- Hệ số cản dòng chảy của trụ đầu tròn.



V = 1,5m / s - Vận tốc nước thiết kế.



+ Áp lực dòng chảy trung bình quy về lực phân bố dọc theo chiều sâu thân trụ

ngập trong nước là:

WA2 = p * b = 8,1*10−4 *1000 = 0,81( N / mm )



Trong đó: b = 1000 mm là chiều rộng thân trụ.

+ Mômen không hệ số do áp lực dòng chảy tác dụng lên trụ gây ra tại mặt cắt

chân trụ được tính như sau:

M



WA 2

tru



2

hn

= WA2*

2



Trong đó:



hn – Chiều cao thân trụ ngập trong nước.



II.6 - TẢI TRỌNG VA TÀU



II.6.1 - Vận tốc va tàu

+ Tàu thiết kế với đường sông cấp IV có tấn trọng tải là 40 DWT.

+ Vận tốc va thiết kế:

V = 2,5 + Vs = 2,5 + 0,8 = 3,3( m / s)



Trong đó: Vs = 0,8(m / s ) - Vận tốc trung bình năm của dòng chảy.

II.6.2 - Lực va tàu

+ Lực va của tàu vào thân trụ:

Ps = 1, 2*105 *V * DWT = 1, 2*105 *3,3* 40 = 2.504.524 ( N )



II.6.3 - Tác dụng của lực va:

+ Lực va là lực tập trung đặt vào thân trụ tại mặt nước trung bình năm của

đường thủy, là mực nước thông thuyền .

SVTH: Nguyễn Quang

Đại



MSSV: CD04016



15



15



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường

16



GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá

Hoàng



+ Chiều cao tính từ đỉnh đài cọc đến vị trí va là:

H = MNTT – CĐCT = +1,50 – (-3,16) = 4,66 (m) = 4660 (mm)

+ Khi tính lực va theo phương song song với luồng chảy (theo phương ngang

cầu) lấy 100% giá trị lực va. Khi tính theo phương thẳng góc với tim luồng chảy

(theo phương dọc cầu) lấy 50% giá trị lực va tính toán ở trên.

II.6.4 - Va theo phương ngang cầu

+ Lực cắt thân trụ theo phương ngang cầu:

H y = Ps = 2.504.524 ( N )



+ Mômen uốn thân trụ theo phương ngang cầu:



Tau

M x = Ps * H = 2.504.524* 4660 = 11.671.081.840 ( N .mm )



II.6.5 - Va theo phương dọc cầu

+ Lực cắt thân trụ theo phương dọc cầu:



H x = 0,5* Ps = 0,5* 2.504.524 = 1.252.262 ( N )



+ Mômen uốn thân trụ theo phương dọc cầu:



Tau

M x = 0,5* Ps * H = 0,5* 2.504.524* 4660 = 5.835.540.920 ( N .mm )



III - THIẾT KẾ XÀ MŨ

III.1 - SƠ ĐỒ TÍNH



+ Sơ đồ tính xà mũ là dầm congxol chịu tải trọng bản thân phân bố đều và tải

trọng tập trung do tĩnh tải và hoạt tải trên kết cấu nhịp cầu truyền xuống đặt tại vị trí

hai gối cầu nằm trên cánh hẫng của xà mũ. Vị trí ngàm nằm sâu vào 1/3 bán kính bo

tròn thân trụ

III.2 - TỔ HỢP TẢI TRỌNG



III.2.1 - Trạn thái giới hạn cường độ I

+ Sử dụng trường hợp xếp hoạt tải thứ nhất (TH1) để thiết kế xà mũ. Tổ hợp tải

trọng này bao gồm tĩnh tải, hoạt tải (PL+Lane+Truck) không xét gió.Các hệ số tổ

hợp lấy như sau:

- Hệ số tầm quan trọng: η = 1 với cầu điển hình.

- Hệ số làn xe : m = 1,2 khi một làn xe xếp tải.

- Hệ số tĩnh tải và lớp phủ: γ DC = γ DW = 1, 25

SVTH: Nguyễn Quang

Đại



MSSV: CD04016



16



16