ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP ĐỖ VĂN PHÚC K2009 ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM
KHOA CÔNG TRÌNH

GVHD : Th.S PHẠM ĐỆ
SVTH : ĐỖ VĂN PHÚC
LỚP : CD09LT
MSSV : 09L1110043
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 1

(1.8 2.5)
tc
B
n
S
S m
=
= ÷





{

tc
B n S
n Z
= ×

∈=
6
8
n
n
=
=


2483
1863
S
S
=
=


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Các số liệu thiết kế:
- Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I
- Chiều dài toàn dầm (L) : 32 m.
- Chiều dài nhòp tính toán : L
tt
= 32- 2x0.3= 31.4 m
- Bề rộng phần xe chạy (B) : 12 m
- Bề rộng lề bộ hành (K) : 2x1.2 m
- Tải trọng thiết kế : 0,5xHL93
2. Thiết kế mặt cắt ngang cầu:

2.1 Khoảng cách giữa 2 dầm chính:
Chiều rộng tồn cầu: B
tc
= B + 2K + 2a = 12 + 2*1.2 + 2*0.25= 14.9m
B
tc
=(n –1)*S+2.S
h
với: n: Số dầm chủ; S: khoảng cách tim giữa 2 dầm chủ,
S
h
: Chiều dài cánh hẫng.
Theo kinh nghiệm: S
≈
2S
h
=>
B
tc
=(n –1)*S+2.S
h
=n *S => =>
=> Chọn n= 8 => S=1900mm
14900( 1)
2
(8 1) 1900
800
2
tc
hc

B n S
S mm
−− −
=
×
=> ==
−
2.2. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính:
a. Chiều cao dầm thép d =
1 1
20 25
 
÷
 ÷
 
L
n
: d=
( )
1.2 1.6÷
m => Chọn d = 1280mm
b. Kích thước cánh trên:
- Bề rộng cánh trên : b
c
= (250÷300)mm
=> Chọn b
c
=300mm
- Bề dày cánh trên : t
c

= (18÷30)mm
=> Chọn t
c
=20mm
c. Kích thước cánh dưới:
- Bề rộng cánh trên: b
f
≥ b
c
=> Chọn b
f
=400mm
- Bề rộng cánh dưới: b’
f
≥ b
f
+100 =>
=> Chọn b
f
’= 500mm
- Bề dày cánh dưới : t
f
= t
f
’=(18÷30)mm
=> Chọn t
f
= t
f
’=20mm

d. Chiều cao sườn dầm:
'
1280 20 20 20 1220 .
c f f
D d t t t mm= − − − = − − − =
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 2
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Bề dày sườn (12÷16)mm. Chọn
w
15 .t mm=
e. Kích thước bản bêtông
Bản làm bằng bê tông có:
' 30 .
C
f MPa=
Bề dày bản bê tông:
200 .
s
t mm=
Chiều cao đoạn vút bêtông:
100 .
h
t mm=
Góc nghiêng phần vút:
2.3. Kích thước sườn tăng cường:
- Số dầm chính : 8 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm : 1.9 m.
- Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 50
- Khoảng cách các sường tăng cường: 1.5 m
- Số liên kết ngang: 11 (2 dầm ngang ở đầu dầm, 9 Liên kết ngang)

- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 3 m
- Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m.
3. Phương pháp thiết kế:
- Bản mặt cầu tính theo bản hẫng và làm việc theo phương ngang cầu.
- Dầm chính: Tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng
cách - giữa các dầm 1.9m.
- Kiểm toán.
4. Vật liệu dùng trong thi công
- Thanh và cột lan can (phần thép):
Thép CT3
y
F 240 MPa=
;
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Lề bộ hành, lan can:
Bêtông:
'
c
f 30 MPa=
;
5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép AII:
y

F 280 MPa=
;
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Bản mặt cầu, vút bản
Bêtông:
'
c
f 30 MPa=
;
5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép AII:
y
F 280 MPa=
;
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang
Thép tấm M270M cấp 345:
y
F 345 MPa=

;
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép góc: L 100 x 100 x 10:
y
F 240 MPa=
;
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 3
0
45 .
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
CHƯƠNG II
LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH
2.1. TÍNH TOÁN LAN CAN:
2.1.1. Thanh lan can:
Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm và đường kính
trong d = 92 mm.
− Khoảng cách giữa các trụ lan can là: L = 2000 mm
− Khối lượng riêng thép lan can:
5 3
s
7.85 10 N/ mm

−
γ = ×
− Thép Cacbon số hiệu CT3:
y
f = 240 MPa
Vì các trụ và thanh lan can giống nhau và tải trọng tác dụng như nhau nên ta chỉ
cần tính toán và kiểm toán cho nhòp 2000mm.
2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên Lan can:
a. Sơ đồ tính toán:
Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can
− Thanh lan can được xem như dầm liên tục, để đơn giản trong tính toán ta đưa
về sơ đồ dầm giản đơn để tính rồi sau đó điều chỉnh bằng các hệ số.
b. Tải trọng tính toán:
* Theo phương thẳng đứng (y):
+ Tónh tải gồm trọng lượng bản thân thanh lan can.
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 4
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
= π γ = × × × =
2 2 2 2
-5
(D -d ) (100 -92 )
g 3.14 7.85 10 0.095 N / mm
4 4
+ Hoạt tải thiết kế gồm:
- Lực tập trung P = 890 N theo 2 phương.
- Tải trọng phân bố đều trên chiều dài thanh lan can: W = 0.37 N/mm
* Theo phương ngang (x):
+ Hoạt tải:
+ Tónh tải:
-Lực tập trung : P = 890 N

- Tải trọng phân bố: W = 0.37 N/mm
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can:
* Theo phương y:
- Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp:
2 2
y
g
g L 0.095 2000
M 47500 N.mm
8 8
× ×
= = =
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
2 2
y
w
w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =
+ Tải tập trung:
y
P
P L 890 2000
M 445000 N.mm
4 4
× ×
= = =

* Theo phương x:
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
2 2
x
w
w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =
+ Tải tập trung:
x
P
P L 890 2000
M 445000 N.mm
4 4
× ×
= = =
* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:
[ ]
= η + γ
γ + γ +
 
+
 
2
2
y y y
x x

LL
DC g LL w P
w P
M . .
.M (.M M )
M M
- Trong đó:
+
η
: là hệ số điều chỉnh tải trọng:
D I R
. .
η = η η η
Với:
η =
D
0.95
: Hệ số liên quan đến tính dẻo (Theo điều 1.1.3)
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 5
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
η =
I
0.95
: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng (Theo điều 1.1.5)
η =
R
1.05
: Hệ số liên quan đến tính dư (Theo điều 1.1.4)
⇒ η = × × =
0.95 0.95 1.05 0.95

+
DC
1.25
γ =
: hệ số tải trọng cho tónh tải
+
LL
1.75
γ =
: hệ số tải trọng cho hoạt tải
[ ] [ ]
⇒ = × +
× + × ×
=
2 2
M 0.95
1.25 47500 1.75 (185000+445000) 1.75 (185000+445000)
1521620 N.mm
2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can:
n
.M M
φ ≥
Trong đó:
+
φ
: là hệ số sức kháng:
φ
= 1
+ M : là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải ( M = 1521620 N.mm)
+ M

n
: sức kháng của tiết diện :

n y
M f S
= ×
+ Với S là mômen kháng uốn của tiết diện.
π
= × − = × − =
3 3 3 3 3
3.14
S (D d ) (100 92 ) 21716 mm
32 32
+ f
y
= 240 Mpa
n
M 240 21716 = 5211840 N.mm
⇒ = ×
φ = × ≥
n
.M 1 5211840 = 5211840 N.mm 1521620 N.mm
Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực.
2.1.2. Cột lan can:
Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan
Hình 2.2. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can
Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chòu lực của lực xô ngang
vào cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân.
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 6
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ

2.1.2.1. Kiểm tra khả năng chòu lực của cột lan can:
- Kích thước:
1 2
h 650 mm; h 350 mm; h 300 mm
= = =
- Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)
+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền
vào cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N.
+ Lực tập trung: P = 890 N
=> Suy ra lực tập trung vào cột là:
= + =
P'' P' P 740 + 890 = 1630 N
* Kiểm toán tại mặt cắt A-A:
Hình 2.3. Mặt cắt A-A
- Mômen tại mặt cắt A-A:
−
= × + × = × + × =
A A 2
M P'' h P'' h 1630 650 1630 300 1548500 N.mm
Điều kiện đảm bảo khả năng chòu lực tại mặt cắt A-A khi:
−
φ ≥ η γ
n LL A A
.M . .M
- Sức kháng của tiết diện:
n y
M f S
φ = ×
* Với S mômen kháng uốn của tiết diện:
×

 
×
× +
+ × ×
 ÷
 
= = =
3
3
2
3
8 184
130 8
2
96 130 8
I
12
12
S 233333,76 N / mm
Y 100
⇒
φ = × = × ×
6
n y
.M f S 240 233333.76 = 56 10 N.mm
- Vậy
φ = × ≥ ×
6 6
n
.M 56 10 1.5485 10 N / mm

⇒
Mặt cắt A – A đảm bảo khả năng chòu lực.
2.1.2.2. Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:
K.
140
r
≤
l
Trong đó:
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu
+
1070 mm
=
l
: chiều dài không được giằng (
h
=
l
)
+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại mặt cắt B -
B vì tiết diện ở đđây là nhỏ nhất).
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 7
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Hình 2.4. Mặt cắt B-B
I
r
A
=
* Với: I : mômen quán tính của tiết diện:
( )

×
×
= × + =
+ × ×
3
3
4
2
8 124
130 8
I 2 10342656 mm
66 130 8
12
12
A : diện tích tiết diện:
2
A 130 8 2 124 8 3072 mm= × × + × =
10342656
r 58 mm
3072
⇒ = =
K. 0.75 1070
13.8 140
r 58
×
⇒ = = ≤
l
. Vậy thỏa mãn điều kiện độ mãnh
2.1.2.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của bulông tại chân cột:
Hình 2.5. Chi tiết liên kết bulông

Dùng 4 bulông φ20 CT3
Diện tích tiết diện thân bulông (trừ giảm yếu do ren) là:
2 2
2.45 245F cm mm
= =
Cường độ kéo nhỏ nhất của bulông:
2 2
170 / 170 /
ub
F MN m N mm
= =
* Sức kháng cắt danh đònh của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ :
Vì các đường ren bao gồm trong mặt phẳng cắt nên theo (6.13.2.7-1, 22TCN-
272-05) Ta có:
n b ub s
R 0.38 A F N
= × × ×
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 8
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Trong đó:

b
A
- diện tích của bulông tương ứng với đường kính danh đònh ,
b
A
= 245
2
mm

ub
F
- cường độ kéo nhỏ nhất của bulông

s
N
- số lượng các mặt phẳng chòu cắt tính cho mỗi bulông , N
s
= 1
R
n
= 0.38
×
245
×
170
×
1 = 15827 N
* Sức kháng kéo danh đònh của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ theo
(6.13.2.10.2-1 của 22TCN-272-05)
n b ub
T 0.76 A F= × ×

Trong đó:

b
A
là diện tích của bulông tương ứng với đường kính danh đònh

ub

F
là cường độ kéo nhỏ nhất của bulông
n
T 0.76 245 170= × ×
= 31654 N
* Lực cắt tác dụng lên 1 bulông :
N
c
=
×× 2
4
1
''
P
=
×× 2
4
1
1630 = 815 N < R
n
= 15827 N => Thỏa mãn
* Lực kéo tác dụng lên 1 bulông :
u 1
k
2
M l
N
m li
×
=

×
∑
Trong đó:
1
l
là khoảng cách giữa 2 dãy bulông ngoài cùng,
1
l
= 100 mm
m là số bulông trên 1 dãy , m = 2
M
u
: Momen tại mặt cắt chân cột lan can ở trạng thái giới hạn cường độ 1
0.95 1.75 1548500 2574381
PL
u P LL
M M N
η γ
= × × = × × =
N
k
=
2
2574381 100
12872
2 100
N
×
=
×

< T
n
= 31654 N
Vậy bulông đảm bảo khả năng chòu lực
2.2. LỀ BỘ HÀNH:
2.2.1. Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:
* Ta xét trên 1000 mm dài (Theo phương dọc cầu)
* Chiều dày bản h
b
= 100 mm
* Bề rộng lề bộ hành l
b
= 1200 mm
- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3N/mm
- Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10
-4
= 2.5 N/mm
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 9
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Hình 2.6. Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành
2.2.2. Tính nội lực:
- Mômen tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Do tónh tải:
×
= = =
2
2
DC
DC.L
2.5 1000

M 312500 N.mm
8 8
+ Do hoạt tải:
×
= = =
2
2
PL
PL.L
3 1000
M 375000 N.mm
8 8
- Mômen ở trạng thái giới hạn cường độ:
 
= η γ × + γ ×
 
= × × + × =
U DC DC PL PL
M . M M
0.95 [1.25 312500 1.75 375000] 994532 N.mm
- Mômen ở trạng thái giới hạn sử dụng:
 
= + = + =
 
S DC PL
M M M 312500 375000 687500 N.mm
2.2.3. Tính cốt thép:
- Tiết diện chòu lực b x h = 1000 mm x 100 mm
- Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê
tông:

- d
s
= h – a’ = 100 – 20 = 80 mm
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
2 2 2
u
s s
'
c
2 M
2 994531
a d d 80 80 0.54 mm
0.85 f b 0.9 0.85 30 1000
×
×
= − − = − − =
φ× × × × × ×
- Bản lề bộ hành có 28 MPa< f'
c
= 30 Mpa < 56 Mpa
⇒
'
1 c
0.05 0.05
0.85 .(f 28) 0.85 (30 28) 0.836
7 7
β = − − = − × − =
- Xác đònh khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà c:
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 10
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ

1
a 0.54
c 0.646 mm
0.836
= = =
β

- Xác đònh trường hợp phá hoại cho bài toán cốt đơn:
s
c 0.646
0.008 0.45
d 80
= = <

⇒
bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo
- Xác đònh diện tích cốt thép:
'
2
c
S
y
0.85 f a b
0.85 30 0.54 1000
A 49.18 mm
f 280
× × ×
× × ×
= = =
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

c
2
s
y
f ' 30
A 0.03 b.h. 0.03 1000 100 321.43 mm
f 280
≥ × = × × × =
- Chọn
10a200φ ⇒
1000 mm có 5 thanh thép (diện tích A
s
= 392.5 mm
2
) và
theo phương dọc lề bộ hành bố trí
10a200
φ
Hình 2.7. Bố trí cốt thép trên lề bộ hành
2.2.4. Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra nứt)
- Tiết diện kiểm toán:
Tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 mm x 100 mm
- Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chòu kéo
gần nhất:
c
d a' 20 mm
= =
< 50 mm
- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:
2

c c
A 2 d b 2 20 1000 40000 mm
= × × = × × =
- Diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 thanh thép:
c
2
A 40000
A 8000 mm
n 5
= = =
- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:
s
M 687500 N.mm
=

- Khối lượng riêng của bêtông:
3
c
2500 Kg/ m
γ =
1.5
c c c
E 0.043 f '
= × γ ×

1.5
0.043 2500 30 2994.48 MPa
= × × =
- Môđun đàn hồi của bêtông:
1.5

c c c
E 0.043 f '
= × γ ×
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 11
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ

1.5
0.043 2500 30 2994.48 MPa
= × × =
- Môđun đàn hồi của thép:
s
E 200000 MPa
=
- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:
s
c
E 200000
n 7.69
E 2994.48
= = =
- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:
s s
s
A 2 d b
x n 1 2
b n A
392.5 2 80 1000
7.69 1 2 20.70 mm
1000 5.262 392.5
 

× ×
= × × + −
 ÷
 ÷
×
 
 
× ×
= × × + − =
 ÷
 ÷
×
 
- Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:
3
2
cr s s
3
2 4
b x
I n A (d x)
3
1000 14.16
7.69 392.5 (80 20.70) 11560296.11 mm
3
×
= + × × −
×
= + × × − =
3

2
cr s s
3
2 4
b x
I n A (d x)
3
1000 14.16
7.69 392.5 (80 20.70) 11560296.11 mm
3
×
= + × × −
×
= + × × − =
- Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:
( ) ( )
s
s s
cr
M
687500
f d x n 80 20.70 7.69 27.12 MPa
I 11560296.11
= × − × = × − × =
- Khí hậu khắc nghiệt:
Z 23000 N/ mm
=
- Ứng suất cho phép trong cốt thép:
sa
3

3
c
Z 23000
f 423.66 MPa
d A 20 8000
= = =
× ×
- So sánh:
sa y
f 423.66 MPa 0.6 f 0.6 280 168 MPa
= > × = × =
chọn
y
f 168 MPa
=
để kiểm tra:
s
f 27.12 MPa 168 MPa
= <
. Vậy thoả mãn điều kiện về nứt
2.3. BÓ VỈA:
- Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.7 và hình 2.8
- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chòu lực của bó vỉa dạng tường như sau:
+ Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo
+ Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải
- Theo bảng 13.7.3.3-1 của 22 TCN - 272 - 05
Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm)
Phương mằm ngang F
t
= 240 L

t
= 1070
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 12
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Phương thẳng đứng F
V
= 80 L
V
= 5500
Phương dọc cầu F
L
= 80 L
L
= 1070
- Khi tính lực va vào bó vỉa là xét vào trạng thái giới hạn đặt biệt.
- Trong các cầu thông thường thì lực F
v
, F
L
không gây nguy hiểm cho bó vỉa
nên việc tính toán ở đây chỉ xét lực phân bố F
T
trên chiều dài L
T
.
F
T
L
T
L

c
- Tính sức kháng của bó vỉa.
- Sức kháng của bêtông được xác đònh theo phương pháp đường chảy.
+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng:
W t
R F
≥


2
c c
W b W
c t
M .L
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
 
= × + × +
 ÷
× −
 
(Theo13.7.3.4-1 của 22TCN 272-5)
Khi xe va vào giữa tường:

2
t t b W
c
c
L L 8 H.(M M .H)

L
2 2 M
× +
 
= + +
 ÷
 

(Theo13.7.3.4-2 của 22TCN 272-5)
Khi xe va vào đầu tường hoặc mối nối:

2
t t b W
c
c
L L H.(M M .H)
L
2 2 M
+
 
= + +
 ÷
 

(Theo13.7.3.4-4 của 22TCN 272-5)
Trong đó:
W
R
: sức kháng của lan can
W

M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục thẳng đứng
c
M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục nằm ngang
b
M
: sức kháng của dầm đỉnh
H : chiều cao tường
c
L
: chiều dài đường chảy
t
L
: chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu
F
t
: lực xô ngang quy đònh ở bảng 2.1
2.3.1. Xác đònh
c
M
: (Tính trên 1000 mm dài)
- Tiết diện tính toán b x h = 1000 mm x 100 mm và bố trí cốât thép (Hình 2.8)
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 13
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Hình 2.8. Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa theo phương đứng
- Cốt thép dùng
φ14@200
mm, 1000 mm dài có 5 thanh
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí

tương tự.
- Diện tích cốt thép A
s
:
2 2
2
s
. 3.14 14
A 5 5 769.3 mm
4 4
π φ ×
= × = × =
- Chọn a’ = 25 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép ngoài của bê tông)
= − = − =
s
d h a' 200 25 175 mm
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
×
×
= = =
× ×
× ×
S y
'
c
A f
769.3 280
a 8.45 mm
0.85 28 1000
0.85 f b

- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
= = =
β
1
a 8.45
c 10.06 mm
0.84
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
= = ≤
s
c 10.06
0.057 0.42
d 175

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
 
⇒ = × × − = × × =
−
 ÷
 
n S y s
a
8.45
M A f (d ) 769.3 280 37853713.1 N.mm
175
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:
×
= = = ×

6
3
n
c
M
36.72 10
M 36.79 10 N.mm/mm
1000 1000
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
30
A 0.03 b.h. 0.03 1000 200 642.86 mm
f 280
Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.2. Xác đònh
W
M H :
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 14
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
-
W
M H
: Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng:
- Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (Hình 2.9)

Hình 2.9. Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương ngang cầu
- Cốt thép dùng 2
14φ
mm
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố
trí tương tự.
- Diện tích cốt thép A
s
:
2 2
2
s
. 3.14 14
A 2 2 307.72 mm
4 4
π φ ×
= × = × =
- Ta có a’= 40 mm
ds h a' 200 40 160 mm= − = − =
- Xác đònh chiều cao vùng nén:
a
S y
'
c
A f
307.72 280
a 11.26 mm
0.85 f b 0.85 30 300
×
×

= = =
× × × ×
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
1
a 11.26
c 13.47 mm
0.836
= = =
β
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
s
c 13.47
0.084 0.45
d 160
= = ≤

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo
 
⇒ = × × − = × × =
−
 ÷
 
n S y s
a
11.26
M A f (d ) 307.72 280 12815676.38 N.mm
160
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:

w n
M H M 12815676.38 N.mm= =
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

≥ × = × × × =
c
2
s
y
f ' 30
A 0.03 b.h. 0.03 300 200 192.82 mm
f 280
Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 15
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
2.3.3. Chiều dài đường chảy
c
(L ):
Chiều cao bó vỉa: H=300 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên
b
M 0
=
* Với trường hợp xe va vào giữa tường:
- Chiều dài đường chảy:
2
t t b W
C
c
L L 8 H.(M M .H)
L

2 2 M
× +
 
= + +
 ÷
 
2
C
1070 1070 8 300 (0 12815676.38)
L 1583.22 mm
2 2 37853.713
× × +
 
= + + =
 ÷
 
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c t
M .L
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
 
= × × + × +
 ÷
× −
 

2
W
2 37853.713 1583.22
R 8 0 8 12815676.38
2 1583.22 1070 300
399538.25 N
 
×
= × × + × +
 ÷
× −
 
=
t W
F 240000 N R 399538.25 N⇒ = < =
Thoả mãn
* Với trường hợp xe va vào đầu tường:

2
t t b W
c
c
L L H.(M M .H)
L
2 2 M
+
 
= + +
 ÷
 

2
C
1070 1070 300 (0 12815676.38)
L 1157.73 mm
2 2 37853.713
× +
 
= + + =
 ÷
 
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c T
M .L
2
R M M .H
2 L L H
 
= × + +
 ÷
× −
 
2
W
2 37853.713 1157.73
R 0 12815676.38
2 1157.73 1070 300
292162.47 N

 
×
= × + +
 ÷
× −
 
=
= < =
t W
F 240000 N R 292162.47 N

=> Đảm bảo khả năng chòu lực đối với va xô tại đầu tường.
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 16
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
− Mặt cầu là bộ phận trực tiếp chòu tải trọng giao thông và chủ yếu quyết đònh
chất lượng khai thác của cầu vì vậy mặt cầu cần bằng phẳng, đủ độ nhám, đảm
bảo thoát nước, khai thác thuận tiện, ít hư hỏng nhất và an toàn tối đa cho các
phương tiện tham gia giao thông.
3.1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:
- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: L
2
= 1900 mm
- Chiều dày bản bêtông:
200 .
s
t mm=
- Bản mặt cầu làm việc theo một phương.
Cấu tạo bản mặt cầu:

− Độ dốc ngang cầu: 1.5 %
LỚP MUI LUYỆN DÀY TRUNG BÌNH 35MM
LỚP PHÒNG NƯỚC DÀY 5MM
LỚP BTN NÓNG DÀY 50MM
BẢN BTCT DÀY 200MM
LỚP BTXM BẢO VỆ DÀY 40MM
3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU
- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản Congsol và bản loại
dầm.
Hình 3.1. Sơ đồ tính bản mặt cầu
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 17
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
3.3. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGSOL (bản hẫng)
Hình 3.2. Sơ đồ tính cho bản congxon
3.3.1. Tải trọng tác dụng lên bản Congsol:
3.3.1.1. Tónh tải:
Xét tónh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:
Hình 3.3. Tónh tải tác dụng lên bản congxon
− Trọng lượng bản thân:
−
= × × γ = × × × =
5
2 f c
DC b h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
− Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Lớp mui luyện:
5
1 ml
q h 35 1.8 10 1000 0.63 /b N mm
γ

−
= × × = × × × =
+ Lớp phòng nước:
5
2 pn
q h 5 1.8 10 1000 0.09 /b N mm
γ
−
= × × = × × × =
+ Lớp BTXM bảo vệ:
5
3 pn
q h 40 2.5 10 1000 1 /b N mm
γ
−
= × × = × × × =
+ Lớp BTN nóng:
5
4 pn
q h 50 2.3 10 1000 1.15 /b N mm
γ
−
= × × = × × × =
Vậy:
1 2 3 4
0.63 0.09 1 1.15 2.87 /DW q q q q N mm
= + + + = + + + =
− Trọng lượng lan can, lề bộ hành:
+ Trọng lượng tường bêtông:
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 18

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
5
1 1 1 c
P 1000 b h 1000 250 650 2.5 10 4062.5 N
−
= × × ×γ = × × × × =
Trong đó: b
1
= 250 mm: bề rộng của lan can phần bê tông
h
1
= 650 mm: chiều cao của lan can phần bê tông
- Trọng lượng lề bộ hành người đi: (tải này được chia đôi bó vỉa nhận một
nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa)
5
2 2 c
2
b h 1000
100 1000 2.5 10 1000
P 1250 N
2 2
−
× × γ ×
× × × ×
= = =
- Trong lượng thanh lan can tay vòn: trên 1 nhòp có hai thanh: Ф100 dày 4
mm, dài 2000 mm.
Một thanh lan can có trọng lượng:
2 2 2 2
5

3 s
D d 100 92
P ' . . .L 7.85 10 3.14 2000 190 N
4 4
−
− −
= γ π = × × × × =
- Trên toàn chiều dài cầu có 16 nhòp:

⇒
Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:
= × × = × × =
∑
3 3
P ' 16 2 P ' 16 2 190 6080 N
- Trọng lượng cột lan can: Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép


1 2 3
T ; T ; T
và 2 ống thép liên kết Ф 90 dày 4mm, dài 120 mm (Hình 3.3)
* Trọng lượng tấm thép
1
T
:
122.46 N
* Trọng lượng tấm thép
2
T
:

51.92 N
* Trọng lượng tấm thép
3
T
:
19.39 N
* Trọng lượng ống thép Ф90:
2.04 N
+ Trọng lượng một cột lan can:
3
P '' 122.46 51.92 19.39 2.04 195.81 N
= + + + =
Cột lan can=Tấm thép
1
T
+ Tấm thép
2
T
+Tấm thép
3
T
+ Ống liên kết
Hình 3.4. Chi tiết cột lan can
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 19
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Khoảng cách giữa hai cột lan can 2000mm, trên chiều dài nhòp 32m có 17 cột.
+ Trọng lượng toàn bộ cột lan can:
= × = × =
∑
3 3

P '' P '' 17 195.81 17 3328.8 N
- Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là:
+ = + =
∑ ∑
3
3
P ' P '' 6080 3328.86 9408.8 N
- Ta sẽ quy một cách gần đúng toàn bộ trọng lượng này thành lực phân bố dọc
cầu có giá trò:
+
= =
∑ ∑
3
3
tt
P ' P ''
9408.8
0.3 N / mm
L 314000
Suy ra: trọng lượng lan can phần thép trên 1000 mm chiều dài bản:
3
P 0.3 1000 300 N
= × =
- Vậy trọng lượng toàn bộ lan can lề bộ hành trên 1000mm chiều dài bản mặt
cầu tác dụng lên bản hẫng:
3 1 2 3
DC P P P 4062.5 1250 300 5612.5 N
= + + = + + =
3.3.1.2. Hoạt tải:
- Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1000 mm trong trường hợp này

chỉ có tải của người đi bộ truyền xuống (hoạt tải này được chia đôi bó vỉa nhận
một nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa, là lực tập trung tại đầu bản
congsol)
3
PL
PL 1000 b 3 10 1000 1200
P 1800 N
2 2
−
× × × × ×
= = =
(b = 1200mm: bề rộng phần lề bộ hành)
3.3.2. Nội lực trong Congsol:
- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.5):
Hình 3.5. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 20
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
D R I
η = η × η ×η
Trong đó:
D
0.95 :
η =
hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu
η =
I
1.05
: hệ số quan trọng
η =

R
0.95
: hệ sốù dư thừa (mức thông thường)
0.95 1 1 0.95
⇒ η = × × =
- Giá trò Mômen âm tại ngàm:
 
= η× γ × × + γ × × + γ × ×
 
 
 
2
b
DC 2 DC 3 b PL PL b
L
M DC DC L P L
2
(L
b
= 1000 mm: chiều dài bản hẫng)
* Trạng thái giới hạn cường độ:
DC
1.25
γ =
;
PL
1.75
γ =
;
0.95η =

 
= × × × + × × + × ×
 
 
=
2
u
800
M 0.95 1.25 5 1.25 5612.5 800 1.75 1800 800
2
9625875 N.mm
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
DC
1
γ =
;
PL
1
γ =
;
0.95η =
 
= × × × + × × + × ×
 
 
=
2
s
800
M 1 1 5 1 5612.5 800 1 1800 800

2
7530000 N.mm
3.4. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN KÊ HAI CẠNH:
Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhòp của bản là khoảng cách giữa hai dầm
L
2
= 1900 mm, cách tính ta sẽ xem bản mặt cầu như dầm liên tục được tựa trên
các gối, xét cho dải bản rộng 1000 mm
3.4.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản:
3.4.1.1. Tónh tải:
- Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N / mm
−
= × × γ = × × × =
- Trọng lượng lề bộ hành người đi truyền xuống bó vỉa:
5
2 2 c
2
b h 1000
100 1000 2.5 10 1000
P 1250 N
2 2
−
× × γ ×
× × × ×
= = =
- Trọng lượng bó vỉa:
5

4 4 4 c
P b h 1000 200 300 2.5 10 1000 1500 N
−
= × × γ × = × × × × =
(b
2
= 100 mm bề dày lề bộ hành, b
4
= 200 mm chiều rộng bó vỉa, h
4
=
300 mm chiều cao bó vỉa)
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 21
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ

3 2 4
DC P P 1250 1500 2750 N
⇒ = + = + =
- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu:
=
DW
h 130 mm
+ Trọng lượng riêng lớp phủ:
5 3
c
' 2.3 10 N/ mm
−
γ = ×
−

= × × γ = × × × =
5
DW c
DW h 1000 ' 130 1000 2.3 10 2.99 N / mm
3.4.1.2. Nội lực:
- Sơ đồ tính như sau:
Hình 3.6. Sơ đồ tính bản dầm
- Với L
2
’

= 650 mm; L
2
”

= 1250 mm; L
2
= 1900 mm
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
η = η × η × η
D R I
+
η
D
:
Hệ số độ dẻo, trường hợp thiết kế thông thường
D
0.95
η =
+

η
R
:
Hệ số dư thừa, bản dầm có tính dư
R
η =
0.95
+
η
I
:
Hệ số quan trọng,
I
1.05η =
0.95 0.95 1.05 0.95
⇒ η = × × =
- Giá trò mômen dương tại giữa nhòp:

2 2
DC DW
3 2
2 2 2
DC DW 2 2 2 DC
DC L '
DC L LDW
M l '' (L L ')
8 4 2 2
+
 
 

×
×
= η× γ × + γ × × × + − + γ ×
 
 ÷
 
 
* Trạng thái giới hạn cường độ::
DC
1.25
γ =
;
γ =
DW
1.5
;
η = 0.95
+

 
×
= × × + × × × + −

 ÷

 


×
+ × =



2 2
DC DW
u
5 1900 2.99 1900
M 0.95 1.25 1.5 1250 (1900 650)
8 4 2
2750 650
1.25 5213247 N.mm
2
* Trạng thái giới hạn sử dụng::
DC
1
γ =
;
γ =
DW
1
;
η =
1
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 22
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
+

 
×
= × × + × × × + −


 ÷

 


×
+ × =


2 2
DC DW
s
5 1900 2.99 1900
M 1 1 1 1250 (1900 650)
8 4 2
2750 650
1 3903106.3 N.mm
2
3.4.2. Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm:
3.4.2.1. Hoạt tải:
- Gồm có 2 hoạt tải: 0.5.HL-93 (Vì S=1900 < 4600 nên ta chỉ cần tính nội
lực do xe 3 trục tác dụng và không xét tải trọng làn(3.6.1.3.3) và tải trọng người
đi truyền xuống bản mặt cầu thông qua bó vỉa đặt như Hình 3.7
Với
=
2
L ' 650 mm
;
=
2

L " 1250 mm
;
=
2
L "' 265 mm
- Tải người: lực tập trung có giá trò như sau
3
PL
PL 1000 b 3 10 1000 1200
P 1800 N
2 2
−
× × × × ×
= = =
(b = 1200 mm bề rộng lề bộ hành)
- Tải xe 3 trục: đặt một bánh xe 3 trục (Hình 3.7)
Hình 3.7. Tải trọng động tác dụng lên bản biên
3.4.2.2. Nội lực:
Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ
- Bề rộng bánh xe tiếp xúc với bản mặt cầu 510 mm
- Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:
= + × = + × =
1 DW
b 500 2 h 510 2 130 770 mm
- Áp lực lên BMC:
= × = × =
× ×
1
P 145000
p 0.5 0.5 47.08 N / mm

2 b 2 770
- Diện làm việc của bản:
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 23
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
+ Khi tính mômen âm tại gối:
−
= + × = + × =
2
SW 1220 0.25 L 1220 0.25 1900 1695 mm
+ Khi tính mômen dương tại giữa nhòp:
+
= + × = + × =
2
SW 660 0.55 L 660 0.55 1900 1705 mm
- Giá trò mômen tại giữa nhòp:
+ Do xe tải 3 trục:
 
 
= η× γ × + × × × × − − × − − ×
 
 ÷
 
 
 
LL 2
1 2
LL 1 2 2 2
b' L
1 1
M (1 IM) m p b' (L L "' ) ( L "')

2 2 2 2
* Trạng thái giới hạn cường độ:
η = 0.95
;
γ =
LL
1.75
;
IM 0.25=
 
 
= × × + × × × × × − − − −
 
 ÷
 
 
=
LL 2
u
1 770 1900
M 0.95 1.75 (1 0.25) 1.2 47.08 770 (1900 265 ) ( 265)
2 2 2
28956660.7 N.mm
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
η = 1
;
γ =
LL
1
;

IM 0.25
=
LL 2
S
1 770 1900
M 1 1 (1 0.25) 1.2 47.08 770 (1900 265 ) ( 265)
2 2 2
17417540 N.mm
 
 
= × × + × × × × × − − − −
 ÷
 
 
 
=

+ Do tải trọng người:
* Trạng thái giới hạn cường độ:
0.95
η =
;
PL
1.75
γ =

×
 
= η× γ
 

 
PL
PL 2
u PL
P L '
M .
2
×
= × × =
1800 650
0.95 1.75 972563 N.mm
2
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
1
η =
;
PL
1
γ
=
×
 
= η× γ
 
 
PL
PL 2
s PL
P L '
M

2
×
= =
1800 650
585000 N.mm
2
=> Giá trò mômen tại giữa nhòp do Tónh tải và Hoạt tải gây ra có xét đến tính liên
tục của bản mặt cầu (với dải bản 1000 mm) được tính như sau:
* Trạng thái giới hạn cường độ:
+ Tại gối :
+
−
 
×
= − × + +
 
 
 
 
×
= − × + +
 
 
= −
LL
g DC DW PL
u
u u u
M 1000
M 0.7 M M

SW
28956660.7 1000
0.7 5213247 972563
1695
16288570 N.mm
+ Tại giữa nhòp:
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 24
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
+
+
 
×
= × + +
 
 
 
 
×
= × + +
 
 
=
LL
1
DC DW PL
u
2
u u u
M 1000
M 0.5 M M

SW
28956660.7 1000
0.5 5213247 972563
1705
11584594.4 N.mm
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
+ Tại gối:
+
−
 
×
= − × + +
 
 
 
 
×
= − × + + = −
 
 
s
LL
g DC DW PL
s
s s
M 1000
M 0.7 M M
SW
17417540 1000
0.7 3903106.3 585000 10334759 N.mm

1695
+
Tại giữa nhòp:
+
+
 
= × + +
 
 
×
 
= × + + =
 
 
s
LL
s
1/ 2 DC DW PL
s s
M
M 0.5 M M
SW
17417540 1000
0.5 3903106.3 585000 7351836 N.mm
1705
3.5. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA
3.5.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm:
3.5.1.1. Tónh tải:
- Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đối với bản
dầm giữa thì sẽ không có tải trọng bó vỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân

bố đầy dầm
- Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
= × × γ = × × × =
- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu:
=
DW
h 130 mm
+ Khối lượng riêng lớp phủ:
5 3
c
2.3 10 N/ mm
−
γ = ×
−
= × × γ = × × × =
5
DW c
DW h 1000 130 1000 2.3 10 2.99 N / mm
3.5.1.2. Nội lực:
- Sơ đồ tính như sau:
SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 25