đề tài thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bê tông

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
P/s e có cả bản vẽ cad ai tải xong thi để lại mail hoặc gửi về
mail: rồi e gửi cho ạ
Lời nói đầu
*
* *
Sau thời gian học tập tại trường ĐHGTVT TP HCM bằng sự nỗ lực của bản
thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trường ĐHGTVT TP
HCM nói chung và các thầy cô trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹ được
nhiều kiến thức bổ ích trang bò cho công việc của một kỹ sư tương lai.
Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìm
hiểu kiến thức tại trường , đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thời
gian qua của mỗi sinh viên . Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã được sự
giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu - Đường , đặc biệt là sự
giúp đỡ trực tiếp của thầy : Bùi Đức Tân.
Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ lý thuyết cũng như các kinh
nghiệm thực tế còn có hạn nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi
nhứng thiếu sót . Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thể
hoàn thiện hơn Đồ án cũng như kiến thức chuyên môn của mình.
Em xin chân thành cảm ơn !
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
TP Hồ Chí Minh 6 tháng 5 năm 2008
Sinh viên: Phan Đăng Khoa
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Giáo viên hướng dẫn
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
T.S BÙI ĐỨC TÂN
Nhận xét của giáo viên đọc duyệt

Giáo viên đọc duyệt
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
TỔNG QUAN
*
* *

1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG CẦU
1.1. Đặc điểm về đòa hình- thủy văn
-Chế độ thủy văn ít thay đổi
+ MNCN : +7 m
+ MNTT : +4 m
+ MNTN : +2.5 m
1.2. Đặc điểm về đòa chất
Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ màu xám xanh , đôi chỗ lẫn cát và hữu cơ :
Chiều dày lớp : h
1
= 12.8 m
Các chỉ tiêu cơ lý :
+Trọng lượng thể tích : γ
w
= 1.48 T/m
3
.
+Độ sệt : B = 1.24.
+Lực dính : c = 0.082 (KG/cm
2
)
Góc ma sát trong : ϕ = 6
0
04’

.
Lớp 2 : Cát hạt mòn đến trung ,đôi chỗ lẩn sỏi sạn ,màu xám xanh xám trắng ,kết cấu
chặt vừa, trạng thái dẻo cứng :
Chiều dày lớp : h
2

= 4 m
Các chỉ tiêu cơ lý :
+Trọng lượng thể tích : γ
w
= 1.85 T/m
3
.
+Tỷ trọng : G = 2.69
+Lực dính : c = 0.14 (KG/cm
2
)
+Góc ma sát trong : ϕ = 10
0
49’.
Lớp 3 : Sét cát màu xám vàng ,màu xanh ,trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng mặt lẩn
nhiều đá dăm sạn :
Chiều dày lớp : h
3
= 10.2 m .
Các chỉ tiêu cơ lý :
+Tỷ trọng : G = 2.73
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
+Trọng lượng thể tích : γ
w
= 2.01 T/m
3
.
+Lực dính : c = 0.313 (KG/cm
2

) ,
+Góc ma sát trong : ϕ = 21
0
28’

.
Lớp 4 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :
Chiều dày lớp : h
4
= 4.1 m .
Các chỉ tiêu cơ lý :
+Trọng lượng thễ tích : γ
w
= 1.74 T/m
3
.
+Tỷ trọng : G =2.73
+Lực dính : c = 0.125 (KG/cm
2
)
+Góc ma sát trong : ϕ = 7
0.
10’.
Lớp 5 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :
Chiều dày lớp : h
4
= 19.9 m .
Các chỉ tiêu cơ lý :
+Trọng lượng thễ tích : γ
w

= 1.983 T/m
3
.
+Tỷ trọng : G =2.73
+Lực dính : c = 0 (KG/cm
2
)
+Góc ma sát trong : ϕ = 23
0.
52’.
Lớp 6 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :
Chiều dày lớp : h
6

Các chỉ tiêu cơ lý :
+Trọng lượng thễ tích : γ
w
= 2.12 T/m
3
.
+Tỷ trọng : G =2.73
+Lực dính : c = 0.355 (KG/cm
2
)
+Góc ma sát trong : ϕ = 26
0.
39’.
2. QUY TRÌNH QUY PHẠM VÀ CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ
2.1. Quy trình thiết kế và nguyên tắc chung
2.1.1. Quy trình thiết kế

-Quy trình thiết kế cầu cống : 22 TCN 272 – 05
-Quy trình Thiết kế và thi công kết cấu bêtông ống thép CECS 28-90
-Quy phạm thiết kế cầu dây văng trên đường ôtô JTJ 027-86 của Trung Quốc
2.1.2.Các nguyên tắc thiết kế
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
- Công trình được thiết kế vónh cửu , có kết cấu thanh thót phù hợp với quy mô của
tuyến đường.
- Đáp ứng được yêu cầu quy hoạch , phân tích tương lai của tuyến đường.
- Thời gian thi công ngắn.
- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng
- Giá thành xây dựng thấp.
2.2. Các thông số kó thuật cơ bản
2.2.1. Quy mô xây dựng
-Cầu được thiết kế vónh cửu với tuổi thọ > 100 năm
2.2.2.Tải trọng thiết kế
-Sử dụng cấp tải trọng thiết kế cầu theo quy trình 22 TCN 272 – 05
+Hoạt tải thiết kế HL 93
- Xe 3 trục thiết ke á: P
1
=35KN, P
2
=145KN, P
3
=145KN
- Xe 2 trục thiết kế : P
1
=110KN, P
2
=110KN

+Tải trọng người : 3 KN/m
2
-Hệ số tải trọng :
+Tónh tải giai đoạn 1 : 1.25
+Tónh tải giai đoạn 2 : 1.5
+Hoạt tải : 1.75
-Hệ số động(hệ số xung kích) : IM=1+25/100=1.25
2.2.3.Khổ cầu thiết kế
-Mặt cắt ngang thiết kế cho 4 làn xe chạy vận tốc thiết kế là 80 Km/h
+Mặt căt ngang khổ : K=
+Phần xe chạy: B
xe
=4x3.5m
+Phần lan can:B
lc
=2x0.5m
2.2.4.Khổ thông thuyền
-Sông thông thuyền là sông cấp II :
+Tónh cao: 9m
+Tónh ngang: 60m
2.2.5.Trắc dọc cầu
-Độ dốc dọc cầu là 1.6 %
-Cầu nằm trên đường cong tròn bán kính R=4500m
3. CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN
Nguyên tắc lựa chọn phương án cầu:
- Đáp ứng yêu cầu thông thuyền
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
- Giảm tối thiểu các trụ giữa sông
- Sơ đồ nhòp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhưng có ưu tiên

việc tận dụng thiết bò công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nước.
- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công.
-Đạt hiệu quả kinh tế cao, giá thành rẻ
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
PHẦN I
THIẾT KẾ CƠ SỞ
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
CHƯƠNG 1 PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ
CẦU LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN
1.1. Tiêu chuẩn thiết kế
-Quy trình thiết kế cầu cống 22 TCN 272 – 05 Bộ giao thông vận tải
-Tải trọng thiết kế: HL 93, tải trọng người 3KN/m
2
1.2.Sơ đồ kết cấu
1.2.1.Kết cấu phần trên
-Sơ đồ bố trí chung toàn cầu:
-Nhòp chính là dầm liên tục 3 nhòp BT ƯST thi công theo phương pháp đúc hẫng cân
bằng với khẩu độ nhòp chính là 59+90+59
-Kết cấu nhòp chính có tiết diện hình hộp có chiều cao thay đổi, đáy dầm có dạng
đường cong bậc 2.
-Hộp dầm có dạng thành xiên và bố trí một vách ngăn giữa hộp. Kích thước hộp dầm
như sau:
+) Chiều cao dầm trên đỉnh trụ H = 4.5 m.
+) Chiều cao dầm tại giữa nhòp h = 2 m.
+) Chiều dày bản nắp : tb = 25 cm
+) Chiều dày bản đáy : Mặt cắt gối là 80 cm , tại mặt cắt giữa nhòp là 25 cm
+) Chiều dày phần cánh hẫng : hc = 25 cm

+) Chiều dày bản mặt cầu tại ngàm : tn = 110 cm
+) Chiều dày sườn bên của hộp : 50 cm
+) Chiều dày sườn giữa của hộp : 40 cm
-Tiêu chuẩn vật liệu
1- Bê tông cấp A có:
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
+)
'
c
f
= 40 (MPa).
+)
c
γ
= 25 (kN/m3).
+) Ec = 0.043
1.5 '
c c
fγ
= 35000 (MPa).
2- Cốt thép DƯL của hãng VSL theo tiêu chuẩn ASTM - grade 270 có các chỉ tiêu
sau:
+) Diện tích một tao A
str
= 1680 mm
2
+) Cường độ cực hạn: f
pu
= 1860 MPa

+) Độ chùng sau 1000h ở 200C là 2.5%
3- Neo: Sử dụng loại neo VSL
4- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu:
+) f
s
= 300 (MPa).
+) E
s
= 200000 (MPa).
+) f
y
= 400 (MPa).
-Nhòp dẫn: cầu không làm nhòp dẫn, đốt biên của dầm hộp sẽ được đặt trực tiếp lên
mố cầu tiếp tiếp giáp với đường dẫn vào cầu
1.2.2. Kết cấu phần dưới
1- Cấu tạo trụ cầu :
- Trụ chính dùng loại trụ đặc 2 đầu tròn đặt trên móng cọc đài thấp , cọc khoan nhồi
D=1.2m đổ bê tông tại chỗ mác M300
2 - Cấu tạo mố cầu:
- Mố cầu dùng loại mố chữ U BTCT đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1m, đổ tại chỗ
mác bê tông chế tạo M300.
2. TÍNH TOÁN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP
2.1. Xác đònh các kích thước cơ bản của cầu
- Chiều dài kết cấu nhòp: đối với kết cấu nhòp liên tục chiều dài nhòp biên L
nb
= (0,6
÷

0,7) chiều dài nhòp giữa L
ng

.
+) Trong phương án này chọn L = 90m.
+) Lấy : L
nb
= 59 m
2.1.1.Phân chia các đốt dầm
- Để đơn giản trong quá trình thi công và phù hợp với các trang thiết bò hiện có
của đơn vò thi công ta phân chia các đốt dầm như sau :
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
+) Đốt trên đỉnh trụ : do = 14m (khi thi công sẽ tiến hành lắp đồng thời 2 xe
đúc trên trụ)
+) Đốt hợp long nhòp giữa : d
hl
= 2m, đốt hợp long nhòp biên : d
hl
= 2m
+) Chiều dài đoạn đúc trên đà giáo : d
đg
= 13 m
- Sơ đồ phân chia đốt dầm
K0
K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10HL HLK10K9K8K7K6K5K4K3K2K1
2.1.2. Xác đònh phương trình cao độ đáy dầm
Cao độ đáy dầm thay đổi theo phương trình Parabol: y =x
2
+ bx + c
2
2
h

(H h) x
y h
l
− ×
= +
Trong đó:
- y : Là chiều cao dầm tại mặt cắt cách mặt cắt giữa nhòp một khoảng x.
- H : Là chiều cao dầm tại mặt cắt trên gối.
- h : Là chiều cao dầm tại mặt cắt giữa nhòp.
- l
h
: Là chiều dài đoạn cánh hẫng có chiều cao thay đổi.
Y=0.00205x
2
+ 2.8
Y=0.00205x
2
+ 2.8
2.1.3. Xác đònh phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm
Thay đổi theo phương trình Parabol: y = x2 + bx + c

2
2
h
(H h) x
y h
l
− ×
= +
Trong đó:

- y : Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt cách mặt cắt giữa nhòp một khoảng x.
- H
d
: Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt trên gối.
- h
d
: Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt giữa nhòp.
- l
d
: Là chiều dài thay đổi bản đáy trên nhòp.
Y=0.00022x
2
+ 0.4
2.1.4.Xác đònh cao độ mặt dầm chủ
Mặt dầm chủ được thiết kế với độ dốc 3 %, với bán kính cong R=4500m
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
2.1.5. Tính tóan đặt trưng hình học mặt cắt của tiết diện
Để tính toán đặc trưng hình học ta có thể sử dụng công thức tổng quát như sau để tính:
+ Diện tích mặt cắt :
F = 1/2 x ∑ ( x
i
-x
i+1
) x (y
i
+y
i+1
).
+ Tọa độ trọng tâm mặt cắt :

y
c
= 1/6 x Fx ∑ (x
i
-x
i+1
) x (y
i
2
+y
i
.y
i+1
+y
i+1
2
).
+ Mômen tónh của mặt cắt đối với trục x :
S
x
= 1/6 x ∑ (x
i
-x
i+1
) x (y
i
3
+y
i
2

.y
i+1
+y
i
.y
i+1
2
+y
i+1
3
).
+ Mômen quán tính đối với trục trung hòa :
J
th
= J
x
- y
c
2
x F.
Số liệu tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt thay đổi được tính trong Midas
- Kích thước mặt cắt ngang:
- Trên cơ sơ các phương trình đường cong đáy dầm và đường cong thay đổi chiều
dày bản đáy lập được ở trên xác đònh được các kích thước cơ bản của từng mặt
cắt dầm
2.2. Xác đònh các kích thước cơ bản của trụ cầu và mố cầu
2.2.1. Các kích thước cơ bản của trụ cầu
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
2.2.2. Các kích thước cơ bản của mố cầu

SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ
CẦU VÒM ỐNGTHÉP NHỒI BÊTÔNG
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN
1.1. Tiêu chuẩn thiết kế
- Hiện nay chưa có quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thép nhồi bêtông, vì vậy
trong phạm vi đồ án này, sử dụng các tiêu chuẩn khác như ASSHTO LRFD, tiêu
chuẩn châu u Eurocode 4 1994 (EC4), và tiêu chuẩn CECS 28 -90 (Trung Quốc).
− Cầu thiết kế theo dạng vónh cửu
− Thiết kế theo 22TCN272 – 05
− Tần suất lũ thiết kế 1 %
1.2. Sơ đồ kết cấu
1.2.1. Kết cấu phần trên
-Sơ đồ bố trí chung toàn cầu : 2@29+90+2@29
Nhòp dẫn : dầm I 29 m căng trước
Nhòp chính : vòm ống thép nhồi bêtông có chiều dài 90 m
-Tiêu chuẩn vật liệu
+Bê tông có
'
c
f
= 50 (MPa).
c
γ
= 25 (kN/m3).
Ec = 0.043
1.5 '
c c
fγ

= 35750 (MPa).
+Cốt thép DƯL của hãng VSL theo tiêu chuẩn ASTM - grade 270 có các chỉ tiêu
sau:
+Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu:
E
s
= 200000 (MPa).
f
y
= 400 (MPa).
1.2.2. Kết cấu phần dưới
− Trụ chính sủ dụng trụ cột bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi đường
kính 1.2m
− Mố : Dùng mố chữ U bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính
1m
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU NHỊP CHÍNH
2.1. Tổng quan về cầu ống thép nhồi bêtông
Nhiều công trình cầu trên thế giới đã được thiết kế với kết cấu ống thép nhồi
bê tông cho những cấu kiện chòu nén. Vào năm 1931, một trong những kết cấu đầu
tiên sử dụng công nghệ ống nhồi bê tông đã được xây dựng ở ngoại ô Paris, cầu vòm
nhòp 9m với hai vòm được kết cấu gồm 6 ống cho mỗi vòm. Tổ hợp của 40 ống thép
f140x50mm đã cấu tạo nên cánh trên hình parabol của kết cấu nhòp cầu dài 101m
vượt sông Nêva ở thành phố Xanh Pêterbua vào năm 1936. Trong năm 1940, cầu
đường sắt bác qua sông Ixet gần thành phố Kamenskơ - Uranski với nhòp chính dài
140m dạng vòm cao 22m, giá thành giảm 20% nhờ sử dụng kết cấu vòm ống nhồi bê
tông, cánh vòm được thiết kế bằng ống thép CT3 f820x13mm. Vào những năm của
thập niên 60, ống nhồi bê tông bắt đầu được nghiên cứu, ứng dụng một cách rộng rãi
trong xây dựng công trình ở Trung Quốc. Tù năm 1990 đến 1992, ba tiêu chuẩn kỹ

thuật (CECS28-90, DLGJ99-91 và DLGJ-SII-92) được ban hành ở Trung Quốc đã tạo
nhiều điều kiện thuận lợi hơn cho việc ứng dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông
trong xây dựng công trình.
Ở Trung Quốc, cầu dạng vòm ứng dụng công nghệ CFT được bắt đầu thiết kế
vào năm 1990. Với cầu có nhòp không lớn hơn 80m, kết cấu vòm được thiết kế với
một ống đơn. Cầu Yiwu Yuanhuang ở tỉnh Zhejiang được thiết kế dạng vòm với một
ống đơn đường kính 800, dày 18mm theo công nghệ CFT đã vượt được nhòp 80m.
Khi cần vượt nhòp lớn hơn và yêu cầu tải trọng lớn hơn, cầu vòm được thiết kế
với hai ống thép liên kết với nhau. Nhòp 100m của cầu Yilan Mudanjiang thuộc tỉnh
Heilongjiang có kết cấu dạng vòm, tiết diện ngang hình tam giác, cấu tạo từ ba ống
(đường kính 600, dày 12mm) được liên kết chặt chẽ với nhau theo suốt chiều dài. Cầu
vượt Sông Huangbai và sông Xia lao thuộc tỉnh Hubei, thiết kế với bốn ống vượt nhòp
160m, mỗi vòm gồm hai ống f1000, dày 12mm.
Cầu San-an Yongjiang thuộc tỉnh Guangxi, hợp long vào năm 1999, nhòp chính
270m dạng vòm với mặt cầu chạy giữa. Vào thời điểm này, cầu San-an Yongjiang đạt
kỷ lục của cầu dạng vòm. Cầu Yongning Yongjiang ở tỉnh Guangxi có kết cấu vòm
tương tự cầu Wanxian. Nhòp chính 312m dạng vòm có mặt cầu chạy giữa.
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
Cầu Yajisha ở Guangzhou, nhòp chình 360m được khánh thành vào tháng 6 năm
2000, chiếc cầu đầu tiên ở Trung Quốc được thiết kế với 6 ống, đạt kỷ lục thế giới.
Cầu Yajisha nằm trên đường cao tốc vành đai Tây Nam tỉnh Guangzhou bắc
qua sông Zhujiang. Phần cầu chính với sơ đồ phân nhòp 76+360+76m, dạng cầu vòm
mở rộng. Nhòp giữa dạng vòm bản mặt cầu chạy giữa, hai nhòp biên dạng nửa vòm với
bản mặt cầu chạy trên. Nhòp giữa có kết cấu dạng vòm treo không chốt, chiều dài
nhòp tính toán 344m, đường tên của vòm: f:76,45m. Mặt cắt ngang vòm được thiết kế
với 6 ống thép. ống giữa đường kính f = 750, dày 20mm, hai ống hai bên đường kính
750, dày 18mm, chiều dày tấm bản nối theo phương ngang là 12mm; các bộ phận của
sườn vòm bao gồm các ống thẳng đứng có kích thước f450x12mm và các ống nghiêng
có kích thước f351x10mm. Tiết diện ngang của vòm có chiều rộng không thay đổi

4,35m. Chiều cao thay đổi từ 4m tại đỉnh vòm đến 8,039m tại chân vòm. Đoạn ống tại
chân vòm, phần liên kết với kết cấu trụ có chiều dày 36mm. Theo phương ngang cầu,
hai vòm cách nhau 35,95m được liên kết bằng sáu hệ liên kết ngang dạng chéo và hai
hệ liên kết ngang dạng chữ K. Hai nhòp biên có kết cấu dạng nửa vòm với chiều dài
nhòp tính toán 71m, đường tên 27,3m, mặt cắt hình hộp cao 4,5m x rộng 3,45m. Hệ
nhánh của nửa vòm được liên kết bằng một hệ liên kết ngang dạng chéo và một hệ
liên kết ngang dạng chữ K. Hai nửa vòm biên được đặt trên gối chậu di động tại trụ
biên.
Hai nửa vòm cầu Yajisha được chế tạo riêng biệt trên không vòm dọc theo hai
bên bờ. Thớt trên của đã xoay là phần đế vòm đặt trên trụ. Thớt dưới của đã xoay
làm việc như kết cấu truyền tải trọng xuống móng cọc. Hai nửa vòm nhòp chính được
nâng lên đến cao độ thiết kế bằng cách xoay tất cả theo phương đứng một góc
24,7014độ; rồi xoay theo phương ngang đến vò trí thiết kế. Nửa vòm của nhòp phía bờ
Bắc được xoay theo phương ngang một góc 117,10độ và 92,2dộ cho nửa vòm phía bờ
Nam.
Ống thép được nhồi bê tông C60 có phụ gia trương nở. Phụ gia chậm ninh kết
được trộn vào bê tông đế tăng khả năng làm việc của bê tông. Tỉ lệ nước xi măng là
0,35 với độ sụt 18-20cm. Cường độ chòu nén sau 3 ngày tuổi đạt 58,5 MPa.
2.2. Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
Cột thép bêtông liên hợp được đònh nghóa như là kết cấu chòu nén hoặc có thể
thép được bọc trong bêtông hoặc bêtông nhồi trong ống thép. Tùy thuộc các chủng
loại và hình dạng có thể chia ra làm 3 loại cột liên hợp thường dùng trong xây dựng
như sau [13] :
- Loại 1 : thép kết cấu (cốt cứng ) được bọc bằng bêtông (hình a, b,c)
- Loại 2 : bêtông nhồi trong hộp, ống thép (hình f, g, i)
- Loại 3 : hỗn hợp 2 loại trên (hình d, h)
Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông
Loại 1 : đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về phòng cháy, đơn giản khi cần tăng

cường độ bằng cách thêm cốt thép ở lớp bêtông ngoài. Tuy nhiên việc kiểm tra và xử
lý kết cấu thép bên trong không thể thực hiện. Chủng loại kết cấu này phù hợp cho
các công trình chòu động đất lớn với các tải trọng ngang lặp.
Loại 2 : ống thép nhồi bêtông được sử dụng nhiều trong các trụ cầu mà ở đó phải chòu
tải trọng va xe, các vành cầu vòm, cột nhà cao tầng không nhất thiết có cốt thép
bên trong.
Loại 3 : có tính năng chống cháy cao và có được các ưu điểm của hai chủng loại kết
cấu trên.
2.3. Đặc điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông chòu nén
Trong các bộ phận của kết cấu ống thép nhồi bêtông khi chòu lực dọc trục có các
thành phần ứng suất như sau :
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
Trạng thái ứng suất của cấu kiện ống thép tròn nhồi bêtông chòu nén
- Trong bêtông :ứng suất nén dọc trục σ
cB
c
và áp lực ngang σ
r
.
- Trong ống thép :ứng suất dọc trục σ
z
s
và ứng suất tiếp σ
θ
s
Nguyên nhân gây xuất hiện áp lực ngang σ
r
lên bêtông và ứng suất tiếp σ
θ

s
trong ống
thép là do hệ số nở ngang của hai loại vật liệu này khác nhau, trong đó hệ số nở
ngang của bêtông luôn lớn hơn của thép ở mọi giai đoạn làm việc. p lực ngang σ
r
lên bêtông không cho phép bêtông tự do phát triển biến dạng theo phương ngang và
tạo ra trạng thái ứng suất ba chiều trong bêtông. trạng thái chòu lực 3 chiều, khả
năng chòu lực dọc trục của bêtông tăng lên đáng kể. Đây chính là đặc điểm chòu lực
quan trọng nhất của kết cấu ống thép nhồi bêtông
2.4. Ưu điểm của ống thép nhồi bêtông
Cầu vòm bằng ống thép nhồi bêtông
Kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFT- Concrete filled tubula steel) là một kết cấu hỗn
hợp gồm ống thép và lõi bê tông cùng làm việc. Khi chòu cùng ứng suất như nhau thì
kết cấu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chính như sau:
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
* Khi so sánh với kết cấu bê tông có tiếp xúc với môi trường bên ngoài bê tông trong
ống thép có đặc điểm:
- Độ bền của lõi bê tông tăng khoảng 2 lần.
- Bê tông không bò co ngót mà bò trương nở vì không có sự trao đổi độ ẩm giữa bê
tông và môi trường bên ngoài,
- Sau 2-3 ngày tuổi thì không xuất hiện thêm vết nứt.
- Tính phi tuyến của công;
* Khi so sánh với kết cấu biến dang từ biến sẽ mất đi sau 2-7 ngày tuổi.
- Khối lượng của các cấu kiện ống nhồi bê tông nhỏ hơn so với cấu kiện bê tông cốt
thép,
- Không cần copfa trong thi thép dạng ống:
- Tăng khả năng chống biến dạng của ống thép,
- Độ bền ăn mòn và chống gỉ của mặt trong ống thép cao hơn,
- Giảm độ mảnh của cấu kiện;

* Khi so sánh với kết cấu sử dụng thép hình có mặt cắt hở:
- Mặt ngoài của kết cấu ống thép nhồi bê tông nhỏ hơn do đó chi phí sơn phủ và bảo
dưỡng thấp hơn,
- Độ bền chống gỉ cao hơn,
- Khả năng ổn đònh đều hơn,
- Giảm được ảnh hưởng của tải trọng gió,
- Tăng độ cứng chống xoắn
3. LỰA CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA NHỊP CHÍNH
3.1. Đường cong trục vòm
Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghóa rất lớn trong khai thác, thông thường cầu
vòm thép nhồi bêtông hoặc các công trình cầu vòm khác thường chọn đường cong tim
vòm là đường cong parabol bậc 2 hoặc bậc 4 và đường cong dạng dây xích. Các
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
đường cong này có đường cong áp lực khá trùng với đường cong tim vòm. Cầu vòm
trong đồ án sử dụng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau :
( )
2
f
y 4 L x x
L
= −
Trong đó :
f : đường tên vòm
L : chiều dài nhòp, tỉ lệ f/L = 1/5
3.2. Đường tên vòm
Tham số quan trọng nhất là tỷ số giữa đường tên vòm f với nhòp vòm là l. Tỷ số
này càng nhỏ tức là vòm càng thoải thì lực đẩy ngang càng lớn và ngược lại thường
dùng tỷ lệ
f 1 1

l 4 6
= ÷
Chọn
f 1
l 5
= ⇒
f = 18 m
3.3.Lựa chọn tiết diện vòm và tính đặc trưng hình học của vòm
Mặt cắt ngang các cấu kiện:
Ta lần lượt tính các đặc trưng hình học của các cấu kiện, từ đó lấy các số liệu đặc
trưng hình học để tính tóan.
Vành vòm
t=12mm
t=12mm
Mặt cắt ngang vòm chính
Diện tích ống thép
1000 12mm
φ ×
:
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
( )
2 2
s
A 2 1 0.988 0.0374
4
π
= × − =
mm
2

Diện tích tiết diện bản thép 600x12mm:
A
s1
=0.6x2x0.012=0.0144 mm
2
Quy đổi thép sang bêtông bằng hệ số
s
c
E
n
E
=
E
s
=210000 Mpa,
' 1.5
c c c
E 0.043 f 0.043 2500 50 38006.989
= ×γ × = × × =
Mpa
s
c
E
210000
n 5.525
E 38006.989
= = =
Diện tích thép sau khi quy đổi sang bêtông:
( )
sc s s1

A A A n
= + ×
=(0.0374+0.0144)x5.525=0.286mm
2
Diện tích phần bêtông:
A
c
=
2
2 0.988
4
π
× ×
+0.265=1.797mm
2
Diện tích mặt cắt vành vòm:
A=A
c
+A
sc
=1.797+0.286=2.083 mm
2
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:
Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:
I
1
=
4 4
n 2 0.05 D (1 )× × × × −η
Trong đó:

d 0.988
0.988
D 1
η = = =
I
1
={5.525x2x0.05x1
4
x(1-0.988
4
)+0.2066x0.7
2
}=0.1272m
4
Mômen quán tính của hai lõi bêtông:
I
2
=
4 4
2 2
D 3.14 0.988
2 b F 2 1.532 0.7 0.844
64 64
π× ×
× + × = × + × =
m
4
Mômen quán tính lõi bêtông giữa hai bản thép:
I
3

=
3
3
0.576 0.5
6 10
12
−
×
= ×
m
4
Mômen quán tính của hai bản thép đã quy đổi sang bêtông:
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
I
4
=
3
0.012 0.6
5.525
12
×
×
=1.193x10
-3
m
4
Suy ra:
I
x

=I
1
+I
2
+I
3
+I
4
=0.1272+0.844+6x10
-3
+1.193x10
-3
=0.978 m
4
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục y:
Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:
I
1
=5.525x2x0.05x1
4
x(1-0.988
4
)=0.026

m
4
Mômen quán tính của hai lõi bêtông:
I
2
=

4 4
D 3.14 0.988
2 2 0.0934
64 64
π× ×
× = × =
m
4
Mômen quán tính của hai bản thép đã quy đổi sang bêtông:
I
3
=
3
3 2
0.6 0.012
2 5.525 7.2 10 0.294
12
−
 
×
× × + × × =
 ÷
 
6.873x10
-3
m
4
Mômen quán tính lõi bêtông giữa hai bản thép:
I
4

=
3
0.5 0.576
12
×
=7.962x10
-3
m
4
Suy ra:
I
y
=I
1
+I
2
+I
3
+I
4
=0.026+0.0934+6.873x10
-3
+7.962x10
-3
=0.134 m
4
Quá trình tính toán tương tự như trên ta tính được đặc trưng hình học của các mặt cắt
còn lại
Thanh giằng ngang vòm chính
t=12mm

Mặt cắt ngang thanh giằng chắn gió
Diện tích mặt cắt: A=1.136m
2
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
Mômen quán tính đối với trục x : I
x
=0.5425m
4
Mômen quán tính đối với trục y: I
y
=0.0424m
4
Thanh treo 55Φ7
- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 10
11
Pa
- Diện tích mặt cắt A = 0.2117 x10
-2
m
2

- Độ cứng EA = 2.1 x 10
11
x 0.2117 x 10
-2
= 4.4457 x10
8
KN
Thanh giằng 22 - 7Φ5

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 10
11
Pa
- Diện tích mặt cắt A = 2.419 x10
-2
m
2

- Độ cứng EA = 2.1 x 10
11
x 2.419 x 10
-2
= 5.08 x10
9
KN
Dầm ngang dự ứng lực
Mặt cắt dầm ngang giữa nhòp
Diện tích mặt cắt: A= 1.169 m
2
Mômen quán tính đối với trục x:I
x
= 0.1445 m
4
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.10266 m
4
Dầm dọc biên
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN

Mặt cắt dầm dọc biên
Diện tích mặt cắt: A= 0.8525 m
2
Mômen quán tính đối với trục x:I
x
= 0.1137 m
4
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.12 m
4
Dầm bản mặt cầu biên
Mặt cắt dầm biên bản mặt cầu
Diện tích mặt cắt: A= 0.169 m
2
Mômen quán tính đối với trục x:I
x
= 0.00156 m
4
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.00373m
4
Dầm T bản mặt cầu
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:T.S BÙI ĐỨC TÂN
Mặt cắt dầm T bản mặt cầu giữa nhòp
Diện tích mặt cắt: A= 0.1515 m
2
Mômen quán tính đối với trục x:I

x
= 0.00148 m
4
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.00431m
4
Mặt cắt dầm T bản mặt cầu đầu nhòp
Diện tích mặt cắt: A= 0.2075 m
2
Mômen quán tính đối với trục x:I
x
= 0.00268 m
4
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.00729m
4
Dầm ngang tại chân vòm:
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA Trang 25