báo cáo thiết kế kỹ thuật dự án khả thi xây dựng cầu

Bé m«n cÇu hÇm thiÕt kÕ kü thuËt
BÁO CÁO THIẾT KẾ KỸ THUẬT
DỰ ÁN KHẢ THI XÂY DỰNG CẦU

SVTH:TH¸I QUANG VINH 17054-46
58
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
chơng 1. Tính toán bản mặt cầu
1.1. Kích thớc hình học của mặt cắt dầm chủ
Kích thớc mặt cắt ngang cầu
Mặt cắt ngang cầu
Hình 2.1.1. Sơ đồ bố trí dây cầu extradosed
Cấu tạo các lớp kết cấu áo đờng
- Lớp bê tông Atphalt : 5 cm.
- Lớp bê tông bảo vệ : 3 cm
- Lớp chống thấm : 1 cm.
- Lớp bê tông mui luyện : 3 cm
Chiều dày trung bình lớp phủ là 12cm, trọng lợng riêng trung bình lớp phủ
.
lp
22 5

=
kN/m
3
1.2. Nguyên tắc tính toán bản mặt cầu
- Sử dụng phơng pháp phân tích gần đúng để thiết kế bản mặt cầu BTCT liền
khối đúc tại chỗ . (Điều 4.6.2.1.6).
- Tiết diện tính toán bản mặt cầu : Khi tính toán thiết kế thì ta tính cho mặt
cắt bản có bề rộng b = 100 cm.
- Mô hình tính toán bản : Do độ cứng theo phơng dọc của 3 sờn đứng của bản

mặt cầu lớn hơn rất nhiều so với bản nên có thể coi bản làm việc nh dầm liên tục 2
nhịp mút thừa kê trên các gối cứng tại các vị trí sờn đứng, khẩu độ làm việc của
dầm: 5.22m, phần mút thừa 1.53m
1.3. Tải trọng, tổ hợp tải trọng, công thức tính toán bản mặt cầu
Tải trọng tính toán bản mặt cầu
- Trọng lợng bản thân bản : DC
- Trọng lợng phần lan can : DW
1
- Trọng lợng lớp phủ mặt cầu : DW
2
- Hoạt tải : LL ( xếp trên 2 làn tạo hiệu ứng bất lợi nhất).

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
59
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
- Tải trọng làn .
- Tải trọng ngời đi: PL
- Lực xung kích : IM = 25%.
Các tổ hợp tải trọng thiết kế bản
- Tổ hợp theo trạng thái cờng độ I : để tính toán cờng độ bản.
- Tổ hợp theo trạng thái cờng độ sử dụng : để tính toán chống nứt bản.
Các công thức tính toán nội lực bản mặt cầu
1.3.1.1. Công thức tính nội lực do tĩnh tải
= +
i i i i i
M q .S P .Y
. .
= +
i i i i i
Q q S P Y

Trong đó :
+ M
i
: Mômen tại tiết diện i.
+ Q
i
: Lực cắt tại tiết diện i.
+ q : Tĩnh tải phân bố ngang cầu trên dải rộng 1m.
+ S
i :
Diện tích ĐAH nội lực.
+ y
i
: tung độ ĐAH tại vị trí đặt lực tập trung.
1.3.1.2. Công thức tính nội lực do hoạt tải
- Bản mặt cầu đợc phân tích theo phơng pháp dải gần đúng đợc quy định
trong điều 4.6.2.1. Với dải phân tích là ngang và có chiều dài nhịp tính toán L =
5220 mm > 4600 mm. Do đó bản đợc thiết kế với tải trọng xe tải và tải trọng làn
thiết kế ( Điều 3.6.1.3.3)
+ Tải trọng 1 bánh xe là P = 72.5 kN.
+ Tải trọng làn : q
làn
= 9,3 kN phân bố đều trên chiều rộng b=3m. Do
đó theo phơng ngang cầu thì tải trọng làn tơng ứng với tải trọng rải đều q
lan
= 3,1
kN/m . Hiệu ứng của tải trọng làn không xét đến lực xung kích.
- Khi thiết kế thì theo phơng ngang cầu hoạt tải đợc xếp sao cho tạo đợc hiệu
ứng bất lợi nhất. Vị trí tâm bánh xe đợc quy định theo điều 3.6.1.3.1 nh sau :
+ Khi tính toán bản mút thừa: a =300mm tính từ mép đá vỉa hay lan

can
+ Khi tính toán các bộ phận khác: a=600mm tính từ mép làn xe thiết
kế
+ Cự ly giữa 2 xe :

1200 mm
- Đối với hoạt tải, bề rộng làm việc của bản mặt cầu đợc quy định nh sau:
+ Khi tính toán phần cánh hẫng: SW = 1140 + 0,833X (mm)
+ Khi tính mômen âm: SW= 660 + 0,55.S.
+ Khi tính mômen dơng: SW = 1220 + 0,25S
Trong đó :
+ S : Là khoảng cách giữa các gối đỡ , S = 5220 (mm)

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
60
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
+ X : Khoảng cách từ tim gối đến điểm đặt tải. X = 300 (mm)
- Kết quả tính toán bề rộng vệt bánh xe tơng đơng nh sau :
+ Khi tính toán phần hẫng: SW=1140+0,833x300 =1390mm =1.39m
+ Khi tính toán mômen âm: SW=660+0,55x5220=3531mm=3.531 m
+ Khi tính toán mômen dơng: SW = 1220+0,25x5220 = 2525 mm =
2.525 m
- Nội lực trong bản mặt do hoạt tải đợc tính theo công thức sau :
. .
i
i i i
Y
S m P q
b

= ì +
ữ


Trong đó :
+ S
i
: Nội lực cần tính toán tại mặt cắt i.
+ m : Hệ số làn.
+ P : Tải trọng 1 bánh xe.
+ b : Chiều rộng vệt bánh xe tơng đơng.
+ Y
i
: Tung độ ĐAH tại vị trí đặt bánh xe.
+ q
i
: Tải trọng làn thiết kế.
+
i
: Diện tích ĐAH nội lực
1.4. Tính toán nội lực bản mặt cầu
Số liệu ban đầu:
- Chiều dài nhịp tính toán bản mặt cầu : L
b
= 5.22 m
- Chiều dài phần cánh hẫng : L
h
= 1.53m
- Chiều dày bản tại giữa nhịp : h

b
= 0,25 m
- Chiều dày bản tại vút : h
v
= 0,55 m
- Chiều dày bản tại cánh hẫng : h
c
= 0,55 m
- Bề rộng tính toán bản : b = 1m
- Tĩnh tải rải đều lớp phủ mặt cầu :
+ Chiều dày trung bình lớp phủ là 12cm, trọng lợng riêng lớp phủ
.
lp
22 5

=
kN/m
3
+ DW
2
TC
= 0.12x1x22.5=2.7 kN/m
- Trọng lợng lan can:
+ Diện tích tiết diện lan can S
lc
= 0.22m
2
+ DW
1
= 0.22x1x25 = 5.5 kN

- Tải trọng bánh xe : P
banh
= 72.5 kN
- Tải trọng làn : q
lan
= 3,1 kN/m
- Tải trọng ngời: PL = 3 kN/m
Mặt cắt tính toán hiệu ứng lực :
+) Tính M
+
: Tính toán cho mặt cắt giữa nhịp bản.
+) Tính M
-
: Tính toán cho mặt cắt tại ngàm (tại vị trí sờn đứng).

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
61
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Vì hiệu ứng lực gây ra trong bản mặt cầu chủ yếu là do tải trọng cục bộ của
bánh xe gây ra do đó phần cánh hẫng vì không có tải trọng xe xếp lên nên ta không
tính toán mặt cắt này. Khi tính toán bản mặt cầu thì lấy mômen dơng lớn nhất trên
bất cứ nhịp nào dùng cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự phải lấy mômen
âm lớn nhất (trị số tuyệt đối) trên bất cứ gối kê nào dùng cho tất cả các vùng có
mômen âm.
Tính toán giá trị mômen tại ngàm
- Do dầm liên tục 2 nhịp nên đờng ảnh hỏng nội lực có dạng đuờng cong. Để
có kết quả chính xác ta sẽ vẽ đợc đờng ảnh hởng nội lực các mặt cắt cần tính toán
sau đó sẽ xếp tải trực tiếp lên đờng ảnh hởng rồi chạy chơng trình để có kết quả cần
tìm.
- Sử dụng chơng trình Midas/Civil 6.3.0 để thiết kế.

- Dầm có mặt cắt thay đổi, khai báo trong Midas/Civil 6.3.0 nh sau:
Hình 2.1.2. Mô hình bản mặt cầu có mặt cắt thay đổi
- Đờng ảnh hởng mô men trên gối chạy bằng chơng trình Midas/Civil 6.3.0
Hình 2.1.3. Đờng ảnh hởng mô men trên gối giữa
- Từ đó ta có sơ đồ tính

Hình 2.1.4. Sơ đồ xếp tải tính mô men trên gối
- Đối với hoạt tải chỉ xếp trên phần đờng ảnh hởng âm, trên phân đờng ảnh h-
ởng dơng không xếp. Hoạt tải đợc xếp 2 làn nh hình vẽ (hệ số làn m=1)

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
62
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
- Đối với tĩnh tải: Trên phần đờng ảnh hởng âm lấy hệ số lớn hon 1, trên phần
đờng ảnh dơng lấy hệ số nhỏ hơn 1.
- Sau khi chạy chơng trình ta có các biểu đồ mô men nh sau:
+ Biểu đồ mô men do tải trọng bản thân

+ Biểu đồ mô men do tải trọng lớp phủ
+ Biểu đồ mô men do tải trọng lan can
+ Biểu đồ mô men do tải trọng ngời đi
+ Biểu đồ mô men do tải trọng xe tải thiết kế

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
63
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
+ Biểu đồ mô men do tải trọng làn
- Ta có kết quả tính nh sau:
+ Do xe tải: M
LL

TC
=
.
.
184 634
3 531

=
-52.289 KNm ( cha tính hệ số xung
kích ).
+ Do TLBT của kết cấu: M
TC
= -22.235 KNm
+ Do tải trọng làn: M
TC
= -12.062 KNm
+ Do tải trọng lớp phủ: M
TC
= -13.397 KNm
+ Do tải trọng ngời: M
TC
= -1.664 KNm
+ Do tải trọng lan can: M
TC
= 2.127 KNm
- Mômen tổng cộng tại mặt cắt gối:
+Mômen TC:
M
TC
= -52.289x1.25 - 22.235 - 12.062 - 13.397 - 1.664 + 2.127 = -112.592 KNm

+ Mômen tính toán (vì xếp đợc 2 làn nên hệ số làn m=1)
M
TT
= -1.75x(1.25x52.289+12.062+1.664) - 1.25x22.235 - 1.5x13.397 + 0.9x2.127
= -184.377 KNm
Tính giá trị mômen tại giữa nhịp bản
Biểu đồ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt giữa nhịp bản
Hình 2.1.5. Đờng ảnh hởng mô men giữa nhịp
- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen tại giữa nhịp bản thì để tạo nên hiệu ứng bất
lợi nhất ta xếp tải nh sau :

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
64
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
- Với hoạt tải: xếp 1 làn đúng tâm tại giữa nhịp bản (hệ số làn m=1.2)
- Tải trọng ngời đi chỉ xếp 1 bên vào phần đờng ảnh hởng mô men dơng
- Đối với tĩnh tải: Trên phần đờng ảnh hởng dơng lấy hệ số lớn hơn 1, trên
phần đờng ảnh âm lấy hệ số nhỏ hơn 1.
Hình 2.1.5. Sơ đồ xếp tải tính mô men giữa nhịp
- Sau khi chạy chơng trình ta đợc kết quả sau:
+ Biểu đồ mô men do tải trọng bản thân
+ Biểu đồ mô men do tải trọng lớp phủ
+ Biểu đồ mô men do tải trọng lan can

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
65
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
+ Biểu đồ mô men do tải trọng ngời đi
+ Biểu đồ mô men do tải trọng xe tải thiết kế
+ Biểu đồ mô men do tải trọng làn

- Ta có kết quả tính nh sau:
+ Do xe tải: M
TC
=
88 931
35 221
2 525
.
.
.
=
KNm (Cha tính hệ số xung kích)
+ Do tải trọng làn: M
TC
= 5.807 KNm
+ Do tải trọng Ngời: M
TC
= 0.725 KNm
+ Do TLBT của kết cấu: M
TC
=3.801 KNm
+ Do tải trọng lớp phủ: M
TC
= 3.551 KNm
+ Do tải trọng lan can: M
TC
= -1.698 KNm
- Mômen tổng cộng tại mặt cắt giữa:
+ Mômen TC :
M

TC
= 35.221x1.25 + 5.807 + 0.725 + 3.801 + 3.551 - 1.698 = 56.212 KNm
+ Mômen tính toán:
M
TT
= 1,75x1.2x(35.221x1.25+5.807) + 1.75x0.725 + 1.25x3.801 + 1.5x3.551 -
0.9x1.698 = 114.468 KNm
Tính giá trị lực cắt trên gối giữa
Đờng ảnh hởng lực cắt gối giữa tại mặt cắt ngàm bên trái

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
66
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Hình 2.1.6. Đờng ảnh hởng lực cắt trên gối
- Với hoạt tải: xếp 2 làn đúng tâm nh sau (hệ số làn m=1)
- Tải trọng ngời đi xếp trên cả 2 làn
- Đối với tĩnh tải: Trên phần đờng ảnh hởng dơng lấy hệ số lớn hơn 1, trên
phần đờng ảnh âm lấy hệ số nhỏ hơn 1.
-Ta có sơ đồ tính nh sau:
Hình 2.1.7. Sơ đồ xếp tải tính lực cắt trên gối
- Sau khi chạy chơng trình ta đợc kết quả sau:
- Ta có kết quả tính nh sau:
+ Do xe tải: Q
TC
=
.
.
136 101
3 531
=38.544 KN (Cha tính hệ số xung kích)

+ Do tải trọng làn: Q
TC
= 8.771 KN
+ Do tải trọng Ngời: Q
TC
= 0.758 KN
+ Do TLBT của kết cấu: Q
TC
= 22.041 KN
+ Do tải trọng lớp phủ: Q
TC
= 9.595 KN
+ Do tải trong lan can: Q
TC
= -0.967 KN
- Lực cắt tổng cộng tại mặt bên trái gối:
+Lực cắt TC:
Q
TC
= 38.544x1.25 + 8.771 + 0.758 + 22.041 + 9.595 0.967 = 88.378 KN

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
67
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
+ Lực cắt tính toán: (hệ số làn m=1)
Q
TT
= 1.75x1x(38.544x1.25+8.771) + 1.75x0.758 + 1.25x22.041 + 1.5x9.595 -
0.9x0.967 = 142.064 KN
- Bảng tổng hợp tải trọng tính toán bản mặt cầu

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị TC Giá trị TT
Đơn vị
Mô men giữa nhịp bản M
giữa
56.212 114.468 KNm
Mô men tại gối M
gối
112.592 189.377 KNm
Lực cắt bên tại gối Q
gối
88.378 142.064 KN
1.5. Tính toán và bố trí cốt thép bản mặt cầu
Vật liệu chế tạo dầm
1.5.1.1. Bê tông chế tạo dầm
- Mác bê tông : Cấp 50 MPa
- Cờng độ chịu nén : f
c

= 50 Mpa
- Trọng lợng riêng của bê tông :
c
= 24 KN/m
3
- Mô đun đàn hồi : E
c
= 0.043
c
1.5
f
c

0.5
= 0.043x24000
1.5
x50
0.5
= 35750 MPa
- Cờng độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trớc
f
ci


= 0.85xf
c

= 0.85 x 50 = 42.5 Mpa
- Cờng độ chịu kéo khi uốn : f
r
= 0.63x
'
c
f
= 4.45 Mpa
1.5.1.2. Thép thờng chế tạo dầm
- Loại thép có gờ
- Giới hạn chảy của thép : f
y
= 420 Mpa
- Mô đun đàn hồi của thép : E
S
= 200000 Mpa

1.5.1.3. Thép dự ứng lực
- Sử dụng loại tao 7 sợi cấp 270 đờng kính danh định 15.2mm
- Diện tích danh định A = 140 mm
2
- Cờng độ chịu kéo: f
pu
= 1860 MPa
- Giới hạn chảy f
py
= 1670 MPa
- Mô đun đàn hồi của tao thép: E
p
= 195000 MPa
Bố trí cốt thép chịu mômen
1.5.1.4. Nguyên tắc bố trí thép bản mặt cầu
- Theo tính toán ta có :
+) Giá trị mômen dơng tại giữa nhịp : M
giữa
= 115.443 KNm
+) Giá trị mômen âm tại gối: M
gối
= -189.377 KNm

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
68
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Nh vậy ta thấy xét về mặt độ lớn thì M
giữa
< M
gối

do đó ta chỉ cần tính toán và
bố trí cốt thép cho thớ trên mặt cắt chịu M
gối
sau đó bố trí cốt thép DƯL và cốt thép
thờng tại thớ dới chịu M
giữa
giống nh cốt thép chịu M
gối
- Về nguyên tắc bố trí cốt thép DƯL thì ta sẽ bố trí các bó cốt thép DƯL ở
thớ trên tại mặt gối , còn tại mặt cắt giữa nhịp chịu mômen dơng thì các bó cốt thép
DƯL lại đợc kéo xuống chịu mômen dơng. Cách bố trí nh hình vẽ.
Hình 2.1.8. Bố trí cáp DƯL ngang bản mặt cầu
1.5.1.5. Bố trí cốt thép
- Bố trí cốt thép thờng và cốt thép DƯL cho 1m dài cầu
- Cốt thép thờng sử dụng loại đờng kính 16 mm, bố trí cho 1 mét dài cầu nh
hình vẽ.
- Cốt thép DƯL sử dụng loại bó chỉ 1 tao 15.2mm diện tích danh định của
mỗi bó là A
w
= 140 mm
2
- Diện tích cốt thép DƯL tính sơ bộ theo công thức:
2 2
u
ps
3
pu
M 189 377
A 0 000217m 217mm
z f 0 49 1860 10

= = = =
ì ì ì
.
.
.
(Chọn khoảng cách từ trọng tâm bó thép tới mép chịu kéo a=60mm, z = h-a =
550 60 = 490 mm = 0.49m)
- Số bó thép DƯL cần thiết là : n =
ps
w
A
217
1 2 1 2 1 986
A 140
. . .ì = ì =
bó

chọn n =2 bó
Vậy: cứ 1m dài cầu kéo 2 bó thép DƯL loại bó 1 tao 15.2mm ( 0.5m kéo 1 tao)
+ Cốt thép tại mặt cắt gối:
Hình 2.1.9. Bố trí cáp DƯL ngang tại mặt cắt gối bản
+ Cốt thép tại mặt cắt giữa nhịp bản:

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
69
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Hình 2.1.9. Bố trí cáp DƯL ngang tại giữa nhịp bản
Duyệt mặt cắt chịu uốn theo THGH CĐ1
- Mặt cắt bản mặt cầu là mặt cắt chữ nhật do đó ta dùng các công thức của mặt
cắt chữ nhật để tính toán và kiểm duyệt khả năng chịu lực của mặt cắt. Khi kiểm toán

ta bỏ qua cốt thép thờng chịu nén, chỉ tính đến cốt thép thờng chịu kéo và cốt thép
DƯL.
- Các công thức tính duyệt
+ Công thức xác định chiều cao vùng chịu nén
+ Công thức tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt
+ Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt
M
r
= .M
n

Trong đó :
A
ps
: Diện tích cốt thép DUL
d
p
: Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL
f
c
: Cờng độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f
c
= 50 Mpa
: Hệ số sức kháng, lấy bằng 1.0 đối với cấu kiện chịu uốn
b : Bề rộng tính toán của mặt cắt.

1
: Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất,
1
= 0.7285 theo điều A5.7.2.2.

f
pu
: Cờng độ chịu kéo quy định của thép DUL, f
pu
= 1860 MPa.
f
py
: Giới hạn chảy của thép DUL, f
py
= 90%f
pu
= 1670 MPa.
c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả
thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo.
a = c.
1
: Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng
f
ps
: ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh định
tính theo công thức A5.7.3.1.1

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
70
.
ps ps S y S y
pu
'
c 1 ps
p

A f A f A f
c
f
0,85.f .b kA
d
. '.+
=
+
' ' '
( ) ( )
n ps ps p S y S S y S
a a a
M A f d - A f d A f d
2 2 2

= + +
ữ

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Với
- Hàm lợng thép DƯL và thép thờng phải đợc giới hạn theo điều A5.7.3.3.1
sao cho :
e
c
0 42
d
.
1.5.1.6. Mặt cắt tại gối
1.5.1.6.1. Sức kháng uốn danh định
- Diện tích cốt thép DƯL: A

ps
=2.8x10
-4
m
2
- Diện tích cốt thép thờng chịu kéo: A
s
=12.32x10
-4
m
2
d
p
= 0.49m ; d
s
= 0.49m ;
k = 0.28 ;
1
= 0.7285
- Chiều cao vùng nén

4 4
4
2 8 10 1860 12 32 10 420
c 0 031m
1860
0 85 50 0 7285 1 0 28 2 8 10
0 49

ì ì + ì ì
= =
ì ì ì + ì ì ì
. .
.
. . . .
.
- ứng suất trung bình trong bó thép DƯL:

ps
0 031
f 1860 1 0 28
0 49

= ì ì =
ữ

.
.
.
1826 MPa
a = cx
1
= 0.7285x0.031 = 0.0225
- Sức kháng uốn danh định của mặt cắt
M
n
=
ps ps p S y S
a a

A f d - A f d
2 2
( )

+
ữ


4 4
0 0225 0 0225
2 8 10 1826000 0 49 12 32 10 420000 0 49
2 2


= ì ì ì + ì ì ì =
ữ ữ

. .
. . . .
= 473.67 KNm
M
r
= xM
n
= 1x473.67 = 473.67 KNm so sánh với M
u
= 189.377 KNm => Đạt
Kết luận : Mặt cắt bản mặt cầu đảm bảo khả năng chịu mômen uốn âm
1.5.1.6.2. Kiểm tra giới hạn cốt thép tối đa
- Lợng cốt thép tối đa:

e
c
0 42
d
,
Với d
e
là khoảng cách hữu hiệu tơng ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến
trọng tâm của lực kéo cốt thép chịu kéo

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
71
py
pu
f
k 2 1.04 -
f

=
ữ
ữ

ps pu
p
c
f f 1 - k
d

=
ữ

ữ

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
ps ps ps ps s y s
e
ps ps ps s y
N A f d A f d
d
N A f A f
+
=
+
e p s
d d d 0 49m= = = .
Ta có
e
c 0 031
0 0641 0 42
d 0 49
= =
.
. ,
.
thoả mãn
1.5.1.7. Mặt cắt tại giữa nhịp bản
1.5.1.7.1. Sức kháng uốn danh định
- Diện tích cốt thép DƯL: A
ps
=2.8x10
-4

m
2
- Diện tích cốt thép thờng chịu kéo: A
s
=12.32x10
-4
m
2
d
p
= 0.19 m ; d
s
= 0.19 m ;
k = 0.28 ;
1
= 0,7285
- Chiều cao vùng nén

4 4
4
2 8 10 1860 12 32 10 420
c 0 03m
1860
0 85 50 0 7825 1 0 28 2 8 10
0 19


ì ì + ì ì
= =
ì ì ì + ì ì ì

. .
.
. . . .
.
- ứng suất trung bình trong bó thép DƯL:

ps
0 03
f 1860 1 0 28
0 19

= ì ì =
ữ

.
.
.
1780 MPa
a = cx
1
=0.7285x0.03 = 0.021
- Sức kháng uốn danh định của mặt cắt
M
n
=
ps ps p S y S
a a
A f d - A f d
2 2
. .( )

+
ữ

=
4 4
0 021 0 021
2 8 10 1780000 0 19 12 32 10 420000 0 19
2 2


= ì ì ì + ì ì ì =
ữ ữ

. .
. . . .
=
185.39 KNm
M
r
= xM
n
= 1x185.39= 185.39 KNm so sánh với M
u
= 114.468 KNm => Đạt
Kết luận : Mặt cắt bản mặt cầu đảm bảo khả năng chịu mômen uốn dơng
1.5.1.7.2. Kiểm tra giới hạn cốt thép tối đa
- Lợng cốt thép tối đa:
e
c

0 42
d
,
Với d
e
là khoảng cách hữu hiệu tơng ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến
trọng tâm của lực kéo cốt thép chịu kéo
ps ps ps ps s y s
e
ps ps ps s y
N A f d A f d
d
N A f A f
+
=
+

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
72
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
e
d 0 193m.=
Ta có
e
c 0 03
0 155 0 42
d 0 193
.
. .
.

= =
thoả mãn
Duyệt mặt cắt gối chịu cắt theo THGH CĐ1
- Công thức kiểm toán
nu
.V V

Trong đó:
+ V
u
: Lực cắt tính toán V
u
= 142.064 KN
+ : Hệ số sức kháng cắt đợc xác định theo bảng 5.5.2.2-1,
= 0.9 (với kết cấu BTCT thông thờng)
+ V
n
: Sức kháng cắt danh định đợc xác định theo quy định của điều
A5.8.3.2.
n1 c s p
n
'
n2 c v v p
V V V V
V min
V 0.25f b d V
= + +


=

= +


Với:
+
'
c c v v
V 0.083 f b d

=
sức kháng cắt của bê tông
+
( )
v y v
s
A f d cotg cotg sin
V
s

+
=
sức kháng cắt của thép đai
+
5
p str p i
i 1
V A f sin

=

= ì

sức kháng cắt của thép ứng suất trớc
d
v
: chiều cao chịu cắt có hiệu đợc xác định trong điều A5.8.2.7
Lấy d
v
= 0.72x h = 0.72 x 550 = 396 mm
b
v
: bề rộng bụng có hiệu, lấy bằng bệ rộng lớn nhất trong chiều cao dv.
b
v
=1000 mm
s : Cự ly cốt thép đai.
: Hệ số chỉ khả năng bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo đợc quy định
trong điều A5.8.3.4. lấy = 2
: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo đợc xác định trong điều
A5.8.3.4. Lấy = 45
o
: Góc nghiêng của cốt thép đai đối với trục dọc (độ). Nếu cốt đai thẳng
đứng, = 90
0
.
A
v
: Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm2).
V
P

: Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu trên hớng lực cắt tác dụng, là d-
ơng nếu ngợc chiều lực cắt (N). Với kết cấu BTCT thờng V
P
= 0

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
73
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Nhận xét: V
c
: Khả năng chịu cắt của BT khi cha có cốt thép
V
c
= 0.083x2x
50
x1000x396 = 464823 N = 464.823 KN
Khi đó sức kháng cắt danh định của mặt cắt khi không cần cốt thép
V
n
= V
c
= 464.823 KN => V
r
= 0.9x464.823 = 518.341 KN>V
u
=142.064 KN
Vậy mặt cắt đủ khả năng chịu cắt khi không cần cốt thép. Tuy nhiên trong
thiết kế ta vẫn bố trí cốt đai theo cấu tạo.
Tính toán cốt thép phân bố
- Trong bản mặt cầu, theo điều A9.7.3.2 lợng cốt thép phụ (theo phơng dọc

cầu) chỉ qui định cho bản mặt cầu không có thép dự ứng lực, tuy nhiên ta có thể quy
đổi thép DƯL ra thép thờng để tính thép phân bố.
ps py
s
y
A f
280 0 9 1860
A
f 420
.
ì ì
= = =
1008 mm
2
.
- Trong bản mặt cầu lợng cốt thép phụ sẽ đợc lấy nhỏ hơn 67% lợng cốt thép
chính.
- Phần trăm lợng cốt thép phụ so với lợng cốt thép chính là:
3840 3840
S 4706
=
= 55.97%.
Với S là chiều dài có hiệu của bản S = 4706mm.
- Vậy diện tích cốt thép phân bố A
pb
= 0.67x1008 = 675.36 mm
2
/m (lấy 67%)
- Chọn đợc D14@150.
Tính toán cốt thép chống co ngót và nhiệt độ

Cốt thép co ngót và nhiệt độ đợc quy định trong điều A5.10.8: Tổng cốt thép
co ngót và nhiệt độ theo mỗi hớng phải thoả mãn:
g
S
y
A
A 0 75
f
. ì

Trong đó:
A
g
: Tổng diện tích của mặt cắt, A
g
= 385ì1000 = 385000mm
2
.
( Chiều cao trung bình tiết diện h=385mm)
=>
2
S
385000
A 0 75 687 5mm m
420
. . / ì =
Cốt thép co ngót và nhiệt độ đợc đặt cách nhau:
3 250 750mm
450mm
ì =

Do đó ta chọn có D12@ 200.

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
74
Bé m«n cÇu hÇm thiÕt kÕ kü thuËt

SVTH:TH¸I QUANG VINH 17054-46
75
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
chơng 2. Tính toán THIếT Kế DầM CHủ
Tổng quát về thiết kế
Đặc điểm công nghệ thi công
- Trong thiết kế cầu Extradosed, việc xác định công nghệ thi công và biện
pháp thi công dây văng là hết sức quan trọng. Nó quyết định hoàn toàn việc hình
thành nội lực trong dầm chủ. Dây văng trong cầu Extradosed vợt sông có thể đợc thi
công theo 2 cách: cách thứ nhất là thi công xong mỗi đốt dầm tiến hành căng dây
văng với 1 trị số lực căng theo kinh nghiệm (dây văng lúc này có tham gia chịu một
phần tĩnh tải) đến khi hoàn thành cầu thì căng chỉnh lại để đáp ứng với điều kiện sử
dụng, hoặc cách thứ hai là thi công xong mỗi đốt dầm cha căng dây giống nh thi
công cầu liên tục đến khi hợp long xong nhịp cuối cùng thì tiến hành căng dây văng
lúc này dây sẽ cùng với dầm chịu tĩnh tải phần 2 và hoạt tải khai thác. Hai cách thi
công trên đều có những u điểm riêng biệt. Với cách thi công thứ nhất do có sự hỗ trợ
của dây văng trong quá trình thi công nên dầm có chiều cao nhỏ hơn tuy nhiên lúc
này phải cấu tạo bó cáp văng lớn, còn cách thi công thứ hai do quá trình thi công
không có sự hỗ trợ của dây, dầm làm việc nh dầm liên tục nên chiều cao dầm phải
lớn hơn so với cách thi công thứ nhất, nhng bù lại bó cáp văng cấu tạo nhỏ hơn do

chỉ tham gia chịu tĩnh tải phần 2 và hoạt tải cùng với dầm chủ. Trong phạm vi đồ án
này ta tiến hành tính toán cầu theo phơng án tha nhất.
- Để việc tính toán nội lực đơn giản hơn và tiết kiệm thời gian, sau khi tìm
hiểu phần mềm Midas Civil chuyên dụng về thiết kế cầu nhận thấy phần mềm thiết
kế này có rất nhiều u điểm so với các phần mềm khác nh SAP2000. Việc tính toán
nội lực dầm chủ chỉ cần làm trên toàn bộ 1 file duy nhất, trong đó bao gồm các giai
đoạn thi công cụ thể. Có thể nói mô hình hoá và phân tích kết cấu trong quá trình thi
công là một trong những tính năng mạnh của Midas/Civil. Các giai đoạn thi công đ-
ợc mô hình theo nhóm kết cấu, nhóm điều kiện biên, nhóm tải trọng, và đặc trng về
vật liệu. Nội lực giai đoạn thi công sau chính là tích luỹ của giai đoạn trớc. Vì vậy
tính toán nội lực dầm chủ bằng phần mềm MIdas/Civil là một lựa chọn hợp lí.
Phân tích kết cấu
Cầu Extradosed 4 nhịp 2 mặt phẳng dây đợc mô hình hoá trong chơng trình
MidasCivil:
+ Dầm và tháp cầu đợc mô hình hoá bằng phần tử thanh dầm (Beam)
+ Dây văng đợc mô hình hoá bằng phần tử cáp (Tension Only)
+ Liên kết giữa điểm neo cáp tại dầm và dầm đợc mô hình bằng liên
kết cứng Rigid Link theo phơng pháp điểm chính(Master) và điểm
phụ(Sloves)
+ Liên kết giữa tháp với dầm là liên kết cứng
+ Điều kiện biên gồm liên kết ngàm tại các chân tháp, và gối di động
tại nhịp biên.

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
79
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Hình 2.2.1 Mô hình kết cấu cầu Extradosed4 nhịp bằng Midas/Civil
Hình 2.2.2 Mô hình liên kết giữa điểm neo cáp tại dầm và dầm chủ
Hình 2.2.3 Mô hình kết cấu không gian
2.1. Kích thớc hình học của kết cấu nhịp

Kích thớc mặt cắt ngang dầm
Mặt cắt ngang cầu
Hình 2.2.4 Kích thớc hình học mặt cắt ngang dầm chủ

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
80
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
- Mặt cắt ngang dầm chủ là dầm hộp 2 ngăn, 2 thành bên xiên 1:3
- Chiều cao dầm chủ tại trụ : h
t
= 3.5m
- Chiều dày bản đáy dầm chủ tại trụ : d
t
= 0.6m
- Chiều cao dầm chủ từ điểm neo cáp đầu tiên đến giữa nhịp: h
g
= 2.2m
- Chiều dày bản đáy dầm chủ từ điểm neo cáp đầu tiên đến giữa nhịp:
d
g
= 0.3m
- Chiều cao dầm chủ từ trụ đến điểm neo cáp đầu tiên thay đổi tuyến tính
Sơ đồ phân chia đốt dầm trong giai đoạn thi công hẫng
Dầm chủ đợc chia thành các đốt đúc trong quá trình thi công nh sau:
Hình 2.2.5 Sơ đồ phân chia đốt dầm
Tính toán đặc trng hình học của các mặt cắt
Với cách chia đốt nh trên ta tính đợc đặc trng hình học các mặt cắt bằng ch-
ơng trình Midas civil nh sau:
STT
Mặt

cắt
Vị
trí(m)
H(m) d(m) Y
t
(m) Y
d
(m) A(m
2
) Iyy(m
4
)
1 S'1 0.00 3.50 0.60 1.797 1.703 14.428
25.501
2 S'2 4.50 3.20 0.53 1.611 1.589 13.526 20.089
3 S'3 7.50 3.00 0.48 1.488 1.512 12.912 16.883
4 S'4 10.50 2.80 0.44 1.364 1.436 12.286 13.992
5 S'5 13.50 2.60 0.39 1.242 1.358 11.650 11.405
6 S'6 16.50 2.40 0.35 1.120 1.280 11.002 9.114
7 S'7 19.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
8 S'8 23.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
9 S'9 27.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
10 S'10 31.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
11 S'11 35.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
12 S'12 39.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
13 S'13 43.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
14 S'14 47.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
15 S'15 51.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
16 S'16 55.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
81
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
17 S'17 57.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
18 S'18 59.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
19 S19 73.50 2.20 0.30 0.999 1.201 10.344 7.111
trong đó:
So : Là mặt cắt sát mép trụ
H : Chiều cao tiết diện
d : Chiều dày bản đáy tiết diện
A : Diện tích tiết diện
Yt : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép trên tiết diện
Yd : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép dới tiết diện
Iyy : Mô men quán tính của tiết diện đối với trục yy đi qua trọng tâm
2.2. Tải trọng và tổ hợp tải trọng khi tính toán nội lực dầm chủ
Tải trọng
2.2.1.1. Hoạt tải thiết kế
- Hoạt tải thiết kế theo quy trình TCN272-05 gồm: HL93 và tải trọng ngời
0.003MPa
- Hoạt tải HL93 gồm 2 tổ hợp:
+ Tổ hợp 1: Tải trọng xe tải kết hợp với tải trọng làn
+ Tổ hợp 2: Tải trọng xe hai trục kết hợp với tải trọng làn
Tải trọng làn phân bố đều theo phơng dọc cầu 9.3KN/m
- Tải trọng làn tính toán: 2 làn
- Lực xung kích : IM = 25%
2.2.1.2. Tĩnh tải giai đoạn 1
- Từ đặc trng hình học mặt cắt dầm ta tính đợc trọng lợng bản thân các đốt
dầm theo bảng sau:
Khối đúc
Diện

tích TB(m
2
)
Chiều
dài(m)
Thể
tích(m
3
)
Khối lợng(KN)
1/2Ko 13.98 6 83.86
2096.58
K1 13.22 3 39.66
991.43
K2 12.60 3 37.80
944.92
K3 11.97 3 35.90
897.59
K4 11.33 3 33.98
849.45

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
82
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
K5 10.67 3 32.02
800.49
K6 10.67 4 42.69
1067.32
K7 10.67 4 42.69
1067.32

K8 10.67 4 42.69
1067.32
K9 10.67 4 42.69
1067.32
K10 10.67 4 42.69
1067.32
K11 10.67 4 42.69
1067.32
K12 10.67 4 42.69
1067.32
K13 10.67 4 42.69
1067.32
K14 10.67 4 42.69
1067.32
K15 10.67 2 21.35
533.66
KN 10.67 2 21.35
533.66
KT 10.67 14 149.42
3735.62
2.2.1.3. Tĩnh tải giai đoạn 2
- Tĩnh tải giai đoạn 2 bao gồm các bộ phận sau:
+ Trọng lợng lan can q
lc
= 5.5 KN/m
+ Trọng lợng lớp phủ mặt cầu q
lp
= 22.5x0.12x11 = 29.7 KN/m
Đa tải trọng lan can 2 bên cầu về tâm mặt cầu ta đợc tải trọng phân bố
2x5.5=11 KN/m

Tổng tĩnh tải 2 là: q = 29.7 + 11 = 40.7 KN/m
Tổ hợp tải trọng
2.2.1.4. Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cờng độ I
+) Tổ hợp Mô men theo trạng thái giới hạn cờng độ I (Điều A3.4.1.1)
M
U
= (
P
.M
DC1
+
P
M
DW
+1.75M
LL+IM
+1.75 M
LP
)
+) Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cờng độ I (Điều A3.4.1.1)
V
U
= (
P
V
DC1
+
P
V
DW

+1.75V
LL+IM
+1.75 V
LP
)
Trong đó :
M
DC1
: Mômen trong giai đoạn thi công (Tĩnh tải giai đoạn 1)
M
DW
: Mômen do tĩnh tải giai đoạn 2
M
LL
: Mômen do hoạt tải tác dụng lên 1 dầm chủ (đã tính hệ số phân bố
ngang)
M
U
: Mô men tính toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I của dầm
giữa
V
U
: Lực cắt tính toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I của dầm
giữa

P
: Hệ số tĩnh tải.

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
83

Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong
khai thác xác định theo điều A1.3.2 = 0.95
IM : Hệ số xung kích IM = 25% theo Điều A3.4.1-1.
2.2.1.5. Tổ hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng I
M
U
=M
DC1
+ M
DW
+M
LL+IM
+ M
DN

V
U
= V
DC1
+ V
DW
+V
LL+IM
+ V
DN

Hệ số tĩnh tải đợc lấy theo bảng sau: (Bảng 3.4.1.2)
Loại tải trọng Kí hiệu
Hệ số tải trọng

Lớn nhất Nhỏ nhất
Tải trọng thờng xuyên
Cấu kiện và thiết bị phụ DC 1.25 0.90
Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích DW 1.50 0.65
Hoạt tải: Hệ số làn m=1,HS xung kích(1+IM)=1.25
1.75
2.3. Tính nội lực dầm chủ giai đoạn thi công
Trong quá trình thi công có các loại tải trọng sau:
+ Tải trọng bản thân các đốt đúc (tĩnh tải giai đoạn1)
+ Tải trọng 2 xe đúc P = 700 KN
+ Tải trọng thi công rải đều q = 100 KN/m
+ Lực căng trong cáp văng.
Theo kinh nghiệm ta chọn lực căng trong cáp văng các dây từ 1 đến 4 là
0.25f
pu
, lực căng trong các dây 5 và 6 là 0.3f
pu
, lực căng trong các dây 7 và 8 là
0.29f
pu
. Từ đó ta có lực căng trong các cáp văng nh sau:
Bó số Số tao
Diện
tích(mm2)
Lực căng(KN)
Lực căng cho
phép(KN)
1 22 3080 1432.20 3437.28
2 22 3080 1432.20 3437.28
3 22 3080 1432.20 3437.28

4 22 3080 1432.20 3437.28
5 22 3080 1718.64 3437.28
6 22 3080 1718.64 3437.28
7 27 3780 2018.10 4218.48
8 27 3780 2018.10 4218.48
Các giai đoạn hình thành nội lực

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
84
Bộ môn cầu hầm thiết kế kỹ thuật
Quá trình hình thành kết cấu nhịp và nội lực dầm chủ đợc trình bày theo các
giai đoạn thi công sau đây:
- Giai đoạn 1(CS1): Căng kéo cáp DƯL khối K0. Thi công khối đúc K1.
- Giai đoạn 2(CS2): Căng kéo cáp DƯL khối K1. Thi công khối đúc K2.
- Giai đoạn 3(CS3): Căng kéo cáp DƯL khối K2. Thi công khối đúc K3.
- Giai đoạn 4(CS4): Căng kéo cáp DƯL khối K3. Thi công khối đúc K4.
- Giai đoạn 5(CS5): Căng kéo cáp DƯL khối K4. Thi công khối đúc K5.
- Giai đoạn 6(CS6): Căng kéo cáp DƯL khối K5. Căng cáp văng số 1. Thi
công khối đúc K6.
- Giai đoạn 7(CS7): Căng kéo cáp DƯL khối K6. Căng cáp văng số 2. Thi
công khối đúc K7.
- Giai đoạn 8(CS8): Căng kéo cáp DƯL khối K7. Căng cáp văng số 3. Thi
công khối đúc K8.
- Giai đoạn 9(CS9): Căng kéo cáp DƯL khối K8. Căng cáp văng số 4. Thi
công khối đúc K9.
- Giai đoạn 10(CS10): Căng kéo cáp DƯL khối K9. Căng cáp văng số 5. Thi
công khối đúc K10.
- Giai đoạn 11(CS11): Căng kéo cáp DƯL khối K10. Căng cáp văng số 6. Thi
công khối đúc K11.
- Giai đoạn 12(CS12): Căng kéo cáp DƯL khối K11. Căng cáp văng số 7. Thi

công khối đúc K12.
- Giai đoạn 13(CS13): Căng kéo cáp DƯL khối K12. Căng cáp văng số 8. Thi
công khối đúc K13.
- Giai đoạn 14(CS14): Căng kéo cáp DƯL khối K13. Thi công khối đúc K14.
- Giai đoạn 15(CS15): Căng kéo cáp DƯL khối K14. Thi công khối đúc K15.
Song song với các giai đoạn đúc hẫng cân bằng là giai đoạn thi công khối đúc
trên đà giáo FSM.
- Giai đoạn 16(CS16): Căng kéo cáp DƯL khối K15. Hợp long nhịp biên 1 và
4.
- Giai đoạn 17(CS17): Căng kéo cáp chịu mô men dơng đốt hợp long và đốt
đúc trên đà giáo FSM. Lần lợt tháo đà giáo thi công khối đúc FSM, và tháo xe đúc
hợp long nhịp biên.
- Giai đoạn 18(CS18): Hợp long nhịp 2
- Giai đoạn 19(CS19): Căng kéo cáp chịu mô men dơng nhịp 2. Tháo xe đúc
hợp long nhịp 2
- Giai đoạn 20(CS20): Hợp long nhịp 3

SVTH:THáI QUANG VINH 17054-46
85