ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP VÕ BÁ NGUYÊN K2009 ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 : VÕ BÁ NGUN
LỚP : CD09LT
MSSV : 09L1110037
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 1

(1.8 2.5)
tc
B
n
S
S m
=
= ÷





ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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) : 30 m.

- Chiều dài nhòp tính toán : L
tt
= 30 - 2x0.3 = 29.4 m
- Bề rộng phần xe chạy (B) : 10 m
- Bề rộng lề bộ hành (K) : 2x0.9 m
- Tải trọng thiết kế : 0,65HL93
2. Thiết kế mặt cắt ngang cầu:
2.1 Khoảng cách giữa 2 dầm chính:
Chiều rộng tồn cầu: B
tc
= B + 2K + 2a = 10 + 2*0.9 + 2*0.25= 12.3m
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 = 6 => S = 2100 mm
12300
( 1)
2
(6 1) 2100
900

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 1.5÷
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 =20mm

d. Chiều cao sườn dầm:
'
1280 20 20 20 1220 .
c f f
D d t t t mm= − − − = − − − =
Bề dày sườn (12÷16)mm. Chọn
w
15 .t mm=
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 2
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
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 : 6 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm : 2.1 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 2m.
- 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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 3
0
45 .
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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.
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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 4
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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
2.1.2. 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.
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
= 1500 mm
- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 100 = 3N/mm
- Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10
-4
= 2.5 N/mm
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 5
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
Hình 2.3. 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
3 700
M 153125 N.mm
8 8
+ Do hoạt tải:
×
= = =
2
2
PL
PL.L
3 700
M 183750 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 153125 1.75 183750] 487320 N.mm
- Mômen ở trạng thái giới hạn sử dụng:
 
= + = + =
 
S DC PL
M M M 153125 183750 336875 N.mm
2.3. BÓ VỈA:
- 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
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.
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 6
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
- 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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 7
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
Hình 2.4. 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 9.05 mm
0.85 28 1000
0.85 f b
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
= = =
β
1
a 9.05
c 10.65 mm
0.85
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
= = ≤
s
c 10.65
0.061 0.42
d 175

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
 
⇒ = × × − = × × = ×
−
 ÷
 
6
n S y s
a

9.05
M A f (d ) 769.3 280 36.72 10 N.mm
175
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:
×
= = = ×
6
3
n
c
M
36.72 10
M 36.72 10 N.mm/mm
1000 1000
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
28
A 0.03 b.h. 0.03 1000 200 600 mm
f 280
Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.2. Xác đònh
W

M H
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 8
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 2.5. Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương ngang cầu
- Cốt thép dùng 2
14
φ
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 12.07 mm
0.85 28 300
0.85 f b
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
= = =
β
1
a 12.07
c 14.2 mm
0.85
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
= = ≤
s
c 14.2
0.089 0.42
d 160

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
 

⇒ = × × − = × × = ×
−
 ÷
 
6
n S y s
a
12.07
M A f (d ) 307.72 280 13.2659 10 N.mm
160
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:
= = ×
6
w n
M H M 13.2659 10 N.mm
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 9
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
28
A 0.03 b.h. 0.03 300 200 180 mm
f 280

Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất.
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
6

C
3
1070 1070 8 300 (0 13.2659 10 )
L 1609 mm
2 2
36.72 10
- 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
 
= × × + × +
 ÷
× −
 
 
× ×
= × × + × × +
 ÷
× −
 
=
3 2
6
W

2 36.72 10 1609
R 8 0 8 13.2659 10
2 1609 1070 300
393860.55 N
⇒ = < =
t W
F 240000 N R 393860.55N
=> Đảm bảo khả năng chòu lực va xô.
* 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
6

C
3
1070 1070 300 (0 13.2659 10 )
L 1163.18 mm
2 2
36.72 10
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c T
M .L
2
R M M .H
2 L L H
 
= × + +
 ÷
× −
 
 
× ×
= × + × +
 ÷
× −
 
=
6 2
6
W

2 36.72 10 1163.18
R 0 13.2659 10
2 1163.18 1070 300
284745.77 N
⇒ = < =
t W
F 240000 N R 284745.77 N

=> Đảm bảo khả năng chòu lực đối với va xô tại đầu tường.
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 10
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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
= 2100 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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 11
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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:
5
1 1 1 c
P 1000 b h 1000 250 650 2.5 10 4062.5 N
−

= × × ×γ = × × × × =
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 12
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
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)
−
× ×γ ×
× × × ×
= = =
5
2 2 c
2
b h 1000
100 700 2.5 10 1000
P 1625 N
2 2
- 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 15 nhòp:

⇒
Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:
= × × = × × =
∑
3 3
P ' 15 2 P ' 15 2 190 5700 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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 13
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
Khoảng cách giữa hai cột lan can 2000mm, trên chiều dài nhòp 30m có 16 cột.
+ Trọng lượng toàn bộ cột lan can:
= × = × =
∑
3 3
P '' P '' 16 195.81 16 3132.96 N

- Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là:
+ = + =
∑ ∑
3
3
P ' P '' 5700 3132.96 8833 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 ''
8833
0.29 N / mm
L 29.4
Suy ra: trọng lượng lan can phần thép trên 1000 mm chiều dài bản:
= × =
3
P 0.29 1000 290 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 1625 290 5921.5 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 900
P 2250 N
2 2
(b = 900mm: bề rộng phần lề bộ hành)
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 14
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
CHƯƠNG IV
DẦM CHÍNH
4.1. KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHÍNH:
4.1.1. Phần dầm thép:
- Số hiệu thép dầm: M270M cấp 345 (A709M cấp 345 – ASTM). Thép hợp
kim thấp cường độ cao (Hình 4.1)
- Chiều rộng cánh trên:
=
c
b 300 mm
- Bề dày cánh trên:
c
t 20 mm=
- Chiều cao dầm thép:
=d 1280 mm
- Chiều cao sườn dầm:
=D 1220 mm

- Chiều dày sườn:
=
w
t 15 mm
- Chiều rộng cánh dưới dầm:
f
b 400 mm=
- Bề dày cánh đưới dầm:
f
t 20 mm=
- Chiều rộng bản phủ:
'
f
b 500 mm=
- Bề dày bản phủ:
'
f
t 20 mm=
4.1.2. Phần bản bê tông cốt thép:
- Bản làm bằng bê tông có:
'
c
f 30 MPa=
- Bề dày bản bê tông:
s
t 200 mm=
Hình 4.1: Kích thước dầm
thép
- Chiều cao đoạn vút bê tông:
h

t 100 mm=
, Góc nghiêng phần vút:
0
45

4.1.3. Sơ bộ chọn kích thước STC, liên kết ngang, mối nối:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 15
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
1130
1072 3820
20160
180
389250
180
501080
1130
50 92 38
180
381182
1220
50112050
1220
Hình 4.2: Kích thước sườn tăng cường
- Sườn tăng cường:
+ Sườn tăng cường giữa: kích thước như Hình 4.2:
Một dầm có: 16 x 2 = 32 sườn tăng cường giữa
Khoảng cách các sườn: d
o
= 1500 mm
Khối lượng một STC:

=
s1
g 289.73 N
+ Sườn tăng cường gối: kích thước như hình vẽ
Một dầm có: 6 x 2 = 12 sườn tăng cường gối
Khoảng cách các sườn: 150 mm
Khối lượng một sườn:
=
s1
g 401.3 N
- Liên kết ngang:
+ Khoảng cách giữa các liên kết ngang 3000 mm.
+ Dùng thép L102 x 76 x 12.7 (cho cả thanh xiên và thanh ngang)
+ Trọng lượng mỗi mét dài:
lk
g 164 N=
Thanh ngang dài: 1624 mm
Thanh xiên dài: 1020mm
+ Mỗi liên kết ngang có: 2 x 2 = 4 thanh liên kết ngang 2 x 2 = 4 thanh liên
kết xiên.
+ Mỗi dầm có 9 liên kết ngang, 2 Dầm ngang.
4.2. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN DẦM:
4.2.1. Xác đònh đặc trưng hình học của tiết diện dầm giai đoạn 1:
(Tiết diện dầm thép)
4.2.1.1. Diện tích mặt cắt ngang phần dầm thép:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 16
X
X'
X
X'

NC
NC
C
TTH1
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
= + + + = × + × + × + × =
' ' 2
s c c w f f f f
A b .t D.t b .t b .t 300 20 1220 15 400 20 500 20 42300 mm

4.2.1.2. Xác đònh mômen quán tính của tiết diện đối với trục trung hòa:
+ Chọn trụcX – X’ đi qua mép trên của tiết diện như hình vẽ:
Hình 4.3: Chọn trục trung hòa cho dầm thép
+ Môđun tónh của dầm thép đối với trục X - X’:
−
 
 
 
= + + + + + + −
 ÷
 ÷
 ÷
 ÷
 
 
 
   
= × × + × × + + × × + + +
 ÷  ÷
   

 
+ × × − =
 ÷

=

∑
'
' '
c
f f
x x' c c w c f f c
X-X'
f f
3
i c,i
t
t t
D
K b .t . D.t . t b .t . D t b .t . d
2 2 2 2
20 1220 20
300 20 1220 15 20 400 20 1220 20
2 2 2
20
500 20 1280 3428900
2
×y
0 mm
A

+ Khoảng cách từ trụcX - X’ đến trục trung hòa (TH1):
−
= = =
x x'
s
K
34289000
C 810.6 mm
A 42300
Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
==
s,t
NC
810.Y c 6 mm.
= − = − =
s,b s,t
NC NC
12Y d 80 810.6 4Y 69.4mm.
4.2.1.3. Xác đònh mômen quán tính của tiết diện dầm thép đối với trục
trung hoà X-X’:

( ) ( )
′
− − −
 
= + − + +
 ÷
 
′ ′ ′
   

′ ′ ′
+ + − − + + −
 ÷  ÷
   
3 3
2
s,t s,b
3
w NC c w NC f f
s,t
c c c
NC c c NC
2 2
3 3
s,b s,b
f f f f f f
f f NC f f f NC
t . y t t . y t t
b t t
I b t y
12 2 3 3
b t t b t t
b t y t b t y
12 2 12 2

SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 17
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
( ) ( )
×
 

× − × − −
= + × × − + +
 ÷
 
× ×
   
+ + × × − − + + × × −
 ÷  ÷
   
=
2
3 3
3
NC
2 2
3 3
4
300 20
20 15 810.6 20 15 469.4 20 20
I 300 20 810.6
12 2 3 3
400 20 500 20
20 20
400 20 469.4 20 500 20 469.4
12 2 12 2
10368314018.9mm .
4.2.1.4. Xác đònh mômen kháng uốn đối với thớ trên của tiết diện dầm thép):
== =
s,t
NC

NC
s,t
NC
3
10368314018.91
12790671.65mm
8
S
6
y
10.
I
4.2.1.5. Xác đònh mômen kháng uốn đối với thớ dưới của tiết diện dầm thép:
== =
s,b
NC
NC
s,b
NC
3
10368314018.91
22089130.35mm
4
S
4
y
96.
I
4.2.2. Xác đònh các đặc trưng hình học của tiết diện dầm giữa giai đoạn 2
(Tiết diện liên hợp):

+ Trong tiết diện dầm liên hợp thép -BTCT có hai loại vật liệu chính:
- Thép: Thép dầm chủ + Cốt thép dọc trong bản mặt cầu.
- Bê tông: Bản bê tông mặt cầu.
Hai loại vật liệu này có môđun đàn hồi khác nhau, Khi dầm biến dạng, do
khác modul đàn hồi nên ứng suất khác nhau. Khi tính phải quy đổi bê tông về thép
làm dầm, dùng hệ số quy đổi n.
Ở đây bản làm bằng bê tông có
'
c
f 30 MPa=
. Theo điều 6.10.3.1.1.b-22TCN
272-05 ta có giá trò tỉ số môđun đàn hồi n = 8.
4.2.2.1. Xác đònh bề rộng có hiệu của bản cánh đối với dầm giữa (b
i
):
- Chiều rộng của bản bê tông tham gia làm việc với dầm thép. Theo điều
4.6.2.6.1 - 22TCN 272-05 qui đònh:
- Đối với dầm giữa: Bề rộng bản cánh hữu hiệu là trò số nhỏ nhất của:

+ = =



= + × + = × + =


+ =




tt
i s w c
L
29400
7350 mm
4 4
b min 12 t Max(t ,b / 2) 12 200 Max(15;300/ 2) 2550 mm
S 2100
⇒ =
i
b 2100 mm
4.2.2.2. Tiết diện liên hợp ngắn hạn (ST):
* Xác đònh mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp ngắn hạn:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 18
c'
TTH1
TTH2
c
Y
s,b
ST
Y
s,t
NC
Y
s,t
ST
Y
s,b

NC
Y
c,b
ST
Y
c,t
ST
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
−
π + +
= + +
π×
× + + ×
= +
+
+
= × =
2
ct e s c
d s ct c
h h
s cd
2
tc
2
A A A A
16
2100 200 (300 100) 100
42
.D B .t (b t )t

A N .
4
300+20 103819
n
.2 mm
4 8
* Xác đònh vò trí trục trung hòa:
+ Mômen tónh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục TH1:
   
 
= + + + + + + + +
 ÷  ÷
 ÷
     

π×
= × ×
×
+ ×

+ =+
 ÷
 
s,t s,t
s e s s
TH1 ct NC h NC h
2
3
16
200

20 8
t B t t
K 0 A . Y t Y t 100
2 2
10
10.6
4 2
2100 200 200
810.6 61443038.
n
2
0 6mm
8

+ Khoảng cách từ trục TH1 đến trục trung hoà 2 (TH2):

= =
′
=
TH1
d
61443038.55
591.83mm.
103819.2
K
c
A
+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:
= − =

′
= −
s,t s,t
ST NC
810Y Y .6 591.83 218.7c 8mm.
- Mép dưới dầm thép:
= + =
′
= +
s,b s,b
ST NC
469.4 591.83 1061.Y Y c 23mm.
- Mép dưới bản bêtông:
= =
c,b s,t
ST ST
Y Y 218.77 mm.
- Mép trên bản bêtông:
= − = − =
c,t s,b
ST ST
Y H Y 1580 1061.23 518.79 mm.
Hình 4.4: Tiết diện liên hợp ngắn hạn.
- Mômen quán tính của tiết diện liên hợp I
ST
:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 19
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
 
   

 ÷
′
= + + + − + −
 ÷  ÷
 ÷
   
 
 
×
= + × + × + × ×
 ÷
 
 
× ×
+ × + × × + × × +
 ÷
 
2 2
3
2 c,t c,t
e s s s
ST NC s e s ST ct S
3
2 2
3 3
2
T
1 2100 200
10368314018.91 591.83 42300 418.79 2100 200
8 12

1 300 100 1 100 100
268.79 300 100 2 285.
8 1
B t t t
1
I I c .A B t
2 8 3
y A
n 2
6
. y
1 2 2
 
× ×
 ÷
 
π×
+ × × =
2
2
2 4
1
45 x100 100
2
16
20 418.79 35648390876.08 mm .
4
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
= ==
s,t

ST
ST
s
3
,t
ST
35648390876.08
162936259.41 mm
218.787
I
S
y
= ==
s,b
ST
ST
s
3
,b
ST
35648390876.08
33592127.42 mm
1061.
S
y
213
I
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:
×
= ==

c,t
ST
ST
c,t
ST
3
35648390876.08 8
549718747.38 mm
518.7
I
S .
y
87
n
×
= ==
c,b
ST
ST
c,b
ST
3
35648390876.08 8
1303490075.27mm .
218.78
I
S .
y
n
7

4.2.2.3. Tiết diện liên hợp dài hạn (LT):
* Xác đònh diện tích mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp dài hạn:
−
π + +
= + += + +
π×
× + + ×
= × + =
×
2
ct e s
d s ct c c
c h h
s
2
ctd
2
A A A A
16
2100 200 (300 100) 100
42300+20 65485.87 mm
4 3
.D B .t (b t
N .
4
8
)t
n
A

* Xác đònh vò trí trục trung hòa:
+ Mômen tónh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục TH1:

π×
= × ×
×
+ × =
×
   
 
= + + + + + + + +
 ÷  ÷  ÷
     
 
+ +
 ÷
 
s,t s,t
s e s s
TH1
2
3
ct NC h NC h
16
200
20 8
3
t B t t
K 0 A . Y t Y t 100
2 2

1
10.6
4 2
2
n
100 200 200
810.6 23188921.14mm
3 8 2
00
+ Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:
= =
′
=
TH1
d
23188921.14
354.11mm.
65485.87
K
c
A
+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:
= − =
′
= −
s,t s,t
LT NC
810Y Y .6 354.11 456.4c 9mm.
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 20

c'
TTH1
TTH2
c
Y
s,b
LT
Y
s,t
NC
Y
s,t
LT
Y
s,b
NC
Y
c,b
LT
Y
c,t
LT
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
- Mép dưới dầm thép:
= + =
′
= +
s,b s,b
LT NC
469Y Y .4 354.11 823.5c 1mm.

- Mép dưới bản bêtông:
= =
c,b s,t
LT LT
Y Y 456.49 mm.
- Mép trên bản bêtông:
= − = − =
c,t s,b
LT LT
Y H Y 1580 823.51 756.49mm.
- Mômen quán tính của tiết diện liên hợp I
LT
:
 
×
= + × + × + ×
 
   
 ÷
′
= + + + −
×
 ÷
×
 
 
× ×
+ × + ×
+ −
 ÷  ÷


× + × ×
 ÷
× ×

÷
   


×

3
2
2 2
3
2 c,t c,t
e s s s
LT NC s e s ST ST
3
2
ct
2
1 2100 200
1
B t
0368314018.91 354.11 42300 656.51 2100 200
3 8 12
1 300 100 1 100 100
506.51 300
t t

1
I I c .A B t y A . y
12 2
100 2
3 8 1 8
3
2 3
2n
 
+ × ×
 ÷
 
π×
+ × × =
3
2
2
2 4
1
523.18 x100 100
36 2
16
20 656.51 25441550957.1 mm .
4

Hình 4.5: Tiết diện liên hợp dài hạn.
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
== =
s,t
LT

LT
s,t
LT
3
25441550957.1
55730676.62mm
456.51
I
S
y
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 21
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
= ==
s,b
LT
LT
s
3
,b
LT
25441550957.1
30894749.87 mm
823.49
S
y
1
I
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:
× ×
= ==

c,t
LT
LT
c,t
L
3
T
254415509
n
I
S 3 .
y
57.1 3 8
807124949.07mm
756.51
× ×
= ==
c,b
LT
LT
c,b
L
3
T
25441550957.1 3 8
1337536238.92mm .
456
I
S 3 .
y

n
.51
4.2.3. Xác đònh các đặc trưng hình học của tiết diện dầm biên giai đoạn 2
(Tiết diện liên hợp):
4.2.3.1. Xác đònh chiều rộng có hiệu của bản cánh (
e
b
):
- Chiều rộng của bản bê tông tham gia làm việc với dầm thép. Theo điều
4.6.2.6.1 22TCN 272-05 qui đònh:
- Đối với dầm giữa: Bề rộng bản cánh hữu hiệu là trò số nhỏ nhất của:


+ × +

= × +

= + =


+ = =



+ =

s w c
i
e
tt

hang
6 t Max(t / 2,b / 4)
6 200 Max(15/ 2;300 / 4)
b
b min 1275 mm.
2
L
29400
3675 mm.
8 8
S 900 mm.

⇒ =
e
b 1950 mm
.
4.2.3.2 Tiết diện liên hợp ngắn hạn (ST):
* Xác đònh mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích phần dầm thép:
=
2
s
A 42300 mm
- Diện tích cốt thép dọc bản:
×
= × =
2
2
ct
3.14 16

A 18 3617.28 mm
4
- Diện tích phầnbản bê tông quy đổi :
−
× + + ×
= = =
2
c
c tđ
A
1950 200 (300 100) 100
A 53750 mm
n 8
- Diện tích mặt cắt ngang dầm:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 22
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
−
= + + = + + =
2
d s ct c cd
A A A A 42300 3617.28 53750 99667.28 mm
- Xác đònh mômen quán tính của tiết diện liên hợp đối với trục trung hòa của nó:
* Xác đònh vò trí trục trung hòa:
+ Mômen tónh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục TH1:

   
 
= + + + + + + + +
 ÷  ÷
 ÷

     

π×
= × ×
×
+ ×

+ =+
 ÷
 
s,t s,t
s i s s
TH1 ct NC h NC h
2
3
16
200
20 81
t B t t
K 0 A . Y t Y t 100
2 2
100
0.6
4 2
1950 200 200
810.6 57247047.35mm
8 2
n

+ Khoảng cách từ trục TH1 đến trục trung hoà 2 (TH2):

= =
′
=
TH1
d
57247047.35
574.38 mm.
99667.28
K
c
A
c'
TTH1
TTH2
c
Y
s,b
ST
Y
s,t
NC
Y
s,t
ST
Y
s,b
NC
Y
c,b

ST
Y
c,t
ST
Hình 4.4: Tiết diện liên hợp ngắn hạn.
+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:
= − =
′
= −
s,t s,t
ST NC
810.Y Y 6 574.38 236.2c 2mm.
- Mép dưới dầm thép:
= + =
′
= +
s,b s,b
ST NC
469.4 574.38 1043.Y Y c 77mm.
- Mép dưới bản bêtông:
= =
c,b s,t
ST ST
Y Y 236.22 mm.
- Mép trên bản bêtông:
= − = − =
c,t s,b
ST ST
Y H Y 1580 1043.77 536.23 mm.

SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 23
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
- Mômen quán tính của tiết diện liên hợp I
ST
:
 
   
 ÷
′
= + + + − + −
 ÷  ÷
 ÷
   
 
 
×
= + × + × + × ×
 ÷
 
 
× ×
+ × + × × + × × +
 ÷
 
2 2
3
2 c,t c,t
e s s s
ST NC s e s ST ct S
3

2 2
3 3
2
T
1 1950 200
10368314018.91 574.38 42300 436.23 1950 200
8 12
1 300 100 1 100 100
286.23 300 100 2 302.
8 1
B t t t
1
I I c .A B t
2 8 3
y A
n 2
6
. y
1 2 2
 
× ×
 ÷
 
π×
+ × × =
2
2
2 4
1
9 x100 100

2
16
18 436.23 34877381176.66 mm .
4
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
== =
s,t
ST
ST
s,t
ST
3
34877381176.66
147639687.1 mm
236.23
S
y
3
I
= ==
s,b
ST
ST
s
3
,b
ST
34877381176.66
33414914.02 mm
1043.7

S
y
7
I
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:
×
= ==
c,t
ST
ST
c,t
S
3
T
3487738117
I
S .
6.66 8
5203316
y
40.6 mm
536.233
n
×
= ==
c,b
ST
ST
c,b
ST

3
34877381176.66 8
1181117496.7mm .
236.2
I
S .
y
3
n
3
4.2.3.3. Tiết diện liên hợp dài hạn (LT):
* Xác đònh diện tích mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp dài hạn:
−
π + +
= + += + +
π×
× + + ×
= × + =
×
2
ct
d s ct c cd
e s c h h
s ct
2
2
A A A A
16
1950 200 (300 100) 100

42300
.D B .t (b t )t
A N .
+18 63833.9
4 3 8
4
5 mm
n
* Xác đònh vò trí trục trung hòa:
+ Mômen tónh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục TH1:

   
 
= + + + + + + + +
 ÷  ÷  ÷
     

π ×
= × ×
×
+ × =
×

+ +
 ÷
 
s,t s,t
s e s s
TH1 ct NC h NC h
2

3
16
200
18 81
t B t t
K 0 A . Y t Y t 100
2 2
1
0.6
4 2
1950 200 200
810.6 21519466.57mm
3 8
n
2
00
3
+ Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:
= =
′
=
TH1
d
21519466.57
337.12mm.
63833.95
K
c
A
+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :

SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 24
c'
TTH1
TTH2
c
Y
s,b
LT
Y
s,t
NC
Y
s,t
LT
Y
s,b
NC
Y
c,b
LT
Y
c,t
LT
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
- Mép trên dầm thép:
= − =
′
= −
s,t s,t
LT NC

810.6 337.12 473.4Y Y c 98mm.
- Mép dưới dầm thép:
= + =
′
= +
s,b s,b
LT NC
469.4 337.12 806.5Y Y c 02mm.
- Mép dưới bản bêtông:
= =
c,b s,t
LT LT
Y Y 473.498 mm.
- Mép trên bản bêtông:
= − = − =
c,t s,b
LT LT
Y H Y 1580 806.502 773.498mm.
- Mômen quán tính của tiết diện liên hợp I
LT
:
 
×
= + × + × + ×
 
   
 ÷
′
= + + + −
×

 ÷
×
 
 
× ×
+ × + ×
+ −
 ÷  ÷

× + × ×
 ÷
× ×

÷
   


×

3
2
2 2
3
2 c,t c,t
e
2
s s s
LT NC s e s ST c
3 3
2

t ST
1 1950 200
10368314018.91 314.56 42300 673.5 1950 200
3 8 12
1 300 100 1 100 100
523.5
B t t t
1
I I c .A B t y A .
300 100 2
y
12 2 2
3 8 1 3 8
3 n
2 3
 
+ × ×
 ÷
 
π×
+ × × =
2
2
2 4
1
540.16 x100 100
6 2
16
18 673.5 24706975223.09mm .
4

Hình 4.5: Tiết diện liên hợp dài hạn.
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
= ==
s,t
LT
LT
s
3
,t
LT
24706975223.09
52179647.55 mm
473.49
S
y
8
I
= ==
s,b
LT
LT
s
3
,b
LT
24706975223.09
30634747.2 mm
806.502
I
S

y
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:
× ×
= ==
c,t
LT
LT
c,t
LT
3
24706975223
n
.09 3 8
766604649.84 mm
773.4
I
S .
y
98
3
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 25