ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP BÙI THẾ HUY K2009 ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 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
SVTH
LỚP
MSSV

SVTH : BÙI THẾ HUY

:
:
:
:

Th.S PHẠM ĐỆ
ĐỖ VĂN PHÚC
CD09LT
09L1110043

Trang 1


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
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) : 34 m.
Chiều dài nhịp tính toán : Ltt = 34 - 2x0.3 = 33.4 m
Bề rộng phần xe chạy (B)

: 10 m

Bề rộng lề bộ hành (K) : 2x1.4 m
Tải trọng thiết kế

: 0.65HL93

2. Thiết kế mặt cắt ngang cầu:
2.1 Khoảng cách giữa 2 dầm chính:
Chiều rộng toàn cầu: Btc = B + 2K + 2a = 10 + 2*1.4 + 2*0.25= 13.3m
Btc=(n –1)*S+2.Sh với S: khoảng cách tim giữa 2 dầm chủ, Sh : Chiều dài hẫng.
Theo kinh nghiệm: S ≈ 2Sh

 n = BStc

2483
 S = (1.8÷2.5) m  n = 6 =>  S = 1863
S=

n= 8 


=> Shc =

Chọn n= 7 => S=1900mm

Btc − (n − 1) S 13300 − (7 − 1) × 1900
=
= 950 mm
2
2

2.2. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính:
1 
 1
÷ ÷Ln => Choïn d = 1400 mm
 20 25 

a. Chiều cao dầm thép d = 

b. Kích thước cánh trên:
- Bề rộng cánh trên : bc= 300mm
- Bề dày cánh trên : tc=20mm
c. Kích thước cánh dưới:
- Bề rộng cánh trên: bf =400mm
- Bề rộng cánh dưới: bf’= 500mm
- Bề dày cánh dưới : tf = tf’=20mm
d. Chiều cao sườn dầm: D = d − tc − t f − t f ' = 1400 − 20 − 20 − 20 = 1340mm.
- Bề dày sườn (12÷16)mm. Chọn tw = 15 mm.

e. Kích thước bản bêtông
- Bản làm bằng bê tông có: fC ' = 30 MPa.
SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

- Bề dày bản bê tông: ts = 200mm.
- Chiều cao đoạn vút bêtông: th = 100mm.
- Góc nghiêng phần vút: 450.
2.3. Kích thước sườn tăng cường:
+ Số dầm chính
: 7 dầm.
+ Khoảng cách 2 dầm
: 1.9 m.
+ Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 46
+ Khoảng cách các sường tăng cường: 1.5 m
+ Số liên kết ngang: 11 (9 Liên kết ngang và 2 dầm ngang ở đầu dầm)
+ 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

−5
3
Fy = 240 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm

- Lề bộ hành, lan can:
Bêtông:
Thép AII:

−5
3
fc' = 30 MPa ; γ = 2.5 × 10 N / mm
−5
3
Fy = 280 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm

- Bản mặt cầu, vút bản
Bêtông:

−5
3
fc' = 30 MPa ; γ = 2.5 × 10 N / mm

Thép AII:

−5
3
Fy = 280 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm

- Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang
−5
3
Thép taám M270M caáp 345: Fy = 345 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm
−5
3
Thép góc: L 100 x 100 x 10: Fy = 240 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC 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 kính trong
d = 92 mm
- Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm
−5
3
- Khối lượng riêng thép lan can: γ s = 7.85 × 10 N / mm

- Thép cacbon số hiệu CT3: fy = 240 MPa

2.1.1.1. Tải trong tác dụng leân thanh lan can:
2000

P = 890 N

y

g = 0.095 N/mm
w = 0.37 N/mm
w = 0.37 N/mm

0
x

2000

Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can
- Theo phương thẳng đứng (y):
+ Tónh tải: Trọng lượng tính toán của bản thaân lan can
g=γ

D2 - d 2
1002 - 922
π = 7.85 × 10-5 × 3.14 ×
= 0.095 N / mm
4
4

+ Hoaït tải:
Tải phân bố: w = 0.37 N/mm

- Theo phương ngang:
+ Hoạt tải:
Tải phân bố: w = 0.37 N/mm
- Tải tập trung P = 890 N được đặt theo phương hớp lực của g và w
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can:
* Theo phương y:
- Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhịp:
y
Mg =

g × L2 0.095 × 2000 2
=
= 47500 N.mm
8
8

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 4


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp:
+ Tải phân bố:
w × L2 0.37 × 20002
M =
=

= 185000 N.mm
8
8
y
w

+ Tải tập trung:
My =
P

P × L 890 × 2000
=
= 445000 N.mm
4
4

* Theo phương x:
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp:
+ Tải phân bố:
Mx =
w

w × L2 0.37 × 20002
=
= 185000 N.mm
8
8

* Tổ hợp nội lực tác dụng leân thanh lan can:
y

M = η.  ( γ DC .M g + γ LL .M y )2 + ( γ LL .M x )2 + γ LL M P 
w
w



- Trong đó:
+ η : là hệ số điều chỉnh tải trọng:
η = ηD .ηI .ηR

Với:
ηD = 0.95 : hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu

cầu
ηI = 1 : hệ số quan trọng
ηR = 1 : hệ sốù dư thừa (mức thông thường)
⇒ η = 0.95 × 1 × 1 = 0.95

+ γ DC = 1.25 : hệ số tải trọng cho tónh tải
+ γ LL = 1.75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải
⇒ M = 0.95 × [

(1.25 × 47500 + 1.75 × 185000)2 + (1.75 × 185000)2 + 1.75 × 445000 ]

= 1216329 N.mm

2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh lan can:
φ.M n ≥ M

Trong đó:

+ φ : là hệ số sức kháng: φ = 1
+ M: là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải
+ Mn: sức kháng của tiết diện
M n = fy × S

S là mômen kháng uốn của tiết diện

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

π
3.14
.(D3 − d 3 ) =
× (1003 − 923 ) = 21716 mm 3
32
32
⇒ M n = 240 × 21716 = 5211840 N.mm
S=

φ.M n = 1 × 5211840 = 5211840 N.mm ≥ 1216329 N.mm

Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu 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)

h1 = 350

P'' = 1630 N

I

I

I

I

h 2= 300

h = 650

P'' = 1630 N

Hình 2.2: sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can
Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chịu lực lực xô ngang vào
cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân
* Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can:
- Kích thước:
h = 650 mm; h1 = 350 mm; h 2 = 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

- Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I:

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
190

8

8

130

X

61

8

61

174

Y

Hình 2.3: Mặt cắt I-I
- Mômen tại mặt cắt I-I:
M I − I = P ''× h + P ''× h 2
= 1630 × 650 + 1630 × 300 = 1548500 N.mm

- Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chịu lực khi: φM n ≥ η.γ LL .M I −I
- Sức kháng của tiết diện: φM n = fy × S
+ S mômen kháng uốn của tiết diện
3

 8 × 175
2 ×  130 × 8 + 130 × 8 × 912 ÷+
I
12
 12

S= =
= 219036.74 N / mm 3
Y
95
3

⇒ φM n = fy × S = 240 x 219036.74 = 52568816.84 N.mm

- Vaäy φM n = 52568816.84 ≥ M = 1548500 N / mm
⇒ Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả năng chịu lực

* Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:
K.l
≤ 140
r

Trong đó:
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu
+ l = 1070 mm : chiều dài không được giằng ( l = h )
+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại đỉnh cột vì tiết
diện ở nay là nhỏ nhất)
r=

I
A

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
140
8

124

130

X

61

8

61

8

Y
Hình 2.4: Tiết diện nhỏ nhất của cột lan can
Với:
I : mômen quán tính của tiết diện:

(

)

3
8 × 124
I = 2 × 130 × 8 + 130 × 8 × 662 +
= 10342656 mm 4
12
12
3

A : diện tích tiết diện:
A = 130 × 8 × 2 + 124 × 8 = 3072 mm 2

10342656
= 58 mm
3072
K.l 0.75 × 1070
⇒
=
= 13.8 ≤ 140 Vậy thỏa mãn điều kiện mảnh
r
58
⇒r=

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 hb = 100 mm
* Bề rộng lề bộ hành lb = 1400 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

Hình 2.6. Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành
SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

2.2.2. Tính nội lực:
- Mômen tại mặt cắt giữa nhịp:
+ Do tónh tải: M DC

DC.L2 2.5 × 12002
=
=
= 528125 N.mm
8
8

+ Do hoạt tải: M PL =

PL.L2 3 × 12002
=
= 633750 N.mm
8
8

- Mômen ở trạng thái giới hạn cường độ:
M U = η.  γ DC × M DC + γ PL × M PL 


= 0.95 × [1.25 × 528125 + 1.75 × 633750] = 1680757.81 N.mm

- Mômen ở trạng thái giới hạn sử dụng:
M S =  M DC + M PL  = 528125 + 633750 = 1161875 N.mm



2.2.3. Tính cốt thép:
- Tiết diện chịu lực b x h = 1200 mm x 100 mm
- Choïn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê
tông:
- ds = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm
- Xác định chiều cao vùng nén a:
2
2
a = ds − ds −

2 × Mu

φ× 0.85 × fc × b
'

= 80 − 802 −

2 × 1680757.81
= 0.71 mm
0.9 × 0.85 × 30 ×1300

- Bản lề bộ hành coù 28 MPa< f'c = 30 Mpa < 56 Mpa
⇒ β1 = 0.85 −

0.05 '
0.05
.(fc − 28) = 0.85 −
× (30 − 28) = 0.84
7
7

- Xác định khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà c:
c=

a 0.71
=
= 0.85 mm
β1 0.84

- Xác định trường hợp phá hoại cho bài toán cốt đơn:
c 0.85
=
= 0.011 < 0.42 ⇒ Bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo
ds
80

- Xác định diện tích cốt thép:
AS =

0.85 × fc' × a × b 0.85 × 30 × 0.71× 1200
=
= 84.06 mm 2
fy
280

- Kieåm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 9

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP
A s ≥ 0.03 × b.h.

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

f 'c
30
= 0.03 × 1200 × 100 ×
= 417.86 mm 2
fy
280

- Chọn φ10a200 ⇒ 1200 mm có 6 thanh thép (diện tích As = 471 mm2) và
theo phương dọc lề bộ hành bố trí φ10a200

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 = 1200 mm x 100 mm
- Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo
gần nhất:
d c = a' = 20 mm < 50 mm

- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:
A c = 2 × d c × b = 2 × 20 × 1200 = 52000 mm 2

- Diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 thanh thép:
A=

A c 52000
=
= 7428.57 mm 2
n
6

- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:
Ms = 1161875 N.mm

- Khối lượng riêng của bêtông: γ c = 2500 Kg / m 3
E c = 0.043 × γ1.5c × f 'c
= 0.043 × 25001.5 × 30 = 2994.48 MPa

- Môđun đàn hồi của bêtông:
E c = 0.043 × γ1.5c × f 'c
= 0.043 × 25001.5 × 30 = 2994.48 MPa

- Môđun đàn hồi của thép: Es = 200000 MPa
E

200000

s
- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n = E = 2994.48 = 7.69
c

- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP
x = n×

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ




2 × ds × b
471 
2 × 80 × 1200
ì 1+
1 ữ = 7.69 ì
ì 1+
1 ữ = 19.79 mm
ữ
ữ
b
n ì As
1200
7.69 ì 549.78





As

- Moõmen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:
b × x3
+ n × A s × (d s − x)2
3
1200 × 19.793
=
+ 7.69 × 471× (80 − 19.79)2 = 18685446 mm 4
3

I cr =

b × x3
+ n × A s × (d s − x)2
3
1000 × 14.163
=
+ 7.69 × 392.5 × (80 − 20.70)2 = 11560296.11 mm 4
3

I cr =

- Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:
fs =

Ms
1161875
× ( ds − x ) × n =
× ( 80 − 19.79 ) × 7.69 = 28.79 MPa
I cr

18685446

- Khí hậu khắc nghiệt: Z = 23000 N / mm
- Ứng suất cho phép trong cốt thép:
fsa =

Z
3

dc × A

=

23000
3

20 × 7428.57

= 434.26 MPa

- So sánh: fsa = 434.26 MPa > 0.6 × fy = 0.6 × 280 = 168 MPa chọn
fy = 168 MPa để kiểm tra:
fs = 28.79 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 chịu 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

Ft = 240

Lt = 1070

Phương thẳng đứng

FV = 80

LV = 5500

Phương dọc cầu

FL = 80

LL = 1070

- Khi tính lực va vào bó vỉa là xét vào trạng thái giới hạn đặt biệt.

SVTH : BÙI THEÁ HUY

Trang 11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

- Trong các cầu thông thường thì lực Fv, FL không gây nguy hiểm cho bó
vỉa nên việc tính toán ở đây chỉ xét lực phân bố FT trên chiều dài LT.

Lc

FT
LT

-Tính sức kháng của bó vỉa.
-Sức kháng của bêtông được xác định theo phương pháp đường chảy.
+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng:
RW =

R W ≥ Ft


M c .L2c  (Theo13.7.3.4-1 cuûa 22TCN 2722
 8 × M b + 8 × M W .H +
÷
2 × Lc − Lt 
H 

5)
Khi xe va vào giữa tường:
2

Lc =

Lt
 L  8 × H.(M b + M W .H) (Theo13.7.3.4-2 của 22TCN 272-5)
+  t÷ +
2
Mc
 2 

Khi xe va vào đầu tường hoặc mối nối:
2

Lc =

Lt
 L  H.(M b + M W .H) (Theo13.7.3.4-4 cuûa 22TCN 272-5)
+  t÷ +
2
Mc
 2 

Trong đó:
R W : sức kháng của lan can
M W : sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối với trục thẳng đứng
M c : sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối với trục nằm ngang
M b : sức kháng của dầm đỉnh

H : chiều cao tường
L c : chiều dài đường chảy
L t : chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu

Ft : lực xô ngang quy định ở bảng 2.1

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
− Mặt cầu là bộ phận trực tiếp chịu tải trọng giao thông và chủ yếu quyết định
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: L2 = 1900 mm
- Chiều dày bản bêtông: ts = 200mm.
- Bản mặt cầu làm việc theo một phương.
Cấu tạo bản mặt cầu:
− Độ dốc ngang cầu: 1.5 %

LỚP BTN NÓNG DÀY 50MM
LỚP BTXM BẢO VỆ DÀY 40MM
LỚP PHÒNG NƯỚC DÀY 5MM
LỚP MUI LUYỆN DÀY TRUNG BÌNH 35MM
BẢN BTCT DÀY 200MM

1

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.

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

Hình 3.1. Sơ đồ tính bản mặt cầu
4.3.3. 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
−5
− Trọng lượng bản thân: DC2 = b × h f × γ c = 1000 × 200 × 2.5 × 10 = 5 N / mm

− Troïng lượng lớp phủ mặt cầu:
+

−5
Lớp mui luyện: q1 = h × γ ml × b = 35 × 1.8 × 10 × 1000 = 0.63 N / mm
−5
Lớp phòng nước: q 2 = h × γ pn × b = 5 × 1.8 × 10 × 1000 = 0.09 N / mm

+

−5
Lớp BTXM bảo vệ: q 3 = h × γ pn × b = 40 × 2.5 × 10 × 1000 = 1 N / mm

+

−5
Lớp BTN nóng: q 4 = h × γ pn × b = 50 × 2.3 × 10 × 1000 = 1.15 N / mm

+

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

Vậy: DW = q1 + q2 + q3 + q4 = 0.63 + 0.09 + 1 + 1.15 = 2.87 N / mm
− Trọng lượng lan can, lề bộ hành:
+ Trọng lượng tường bêtông:

P1 = 1000 × b1 × h1 × γ c = 1000 × 250 × 650 × 2.5 × 10 −5 = 4062.5 N

Trong đó:

b1 = 250 mm: bề rộng của lan can phần bê tông
h1 = 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 chịu một nửa)
b2 × h 2 × γ c × 1000 100 × 1000 × 2.5 × 10−5 × 1000
P2 =
=
= 1250 N
2
2

- Trong lượng thanh lan can tay vịn: trên 1 nhịp có hai thanh: Ф100 dày 4
mm, dài 2000 mm.
Một thanh lan can có trọng lượng:
P3 ' = γ s .

D2 − d 2
1002 − 922
.π.L = 7.85 × 10 −5 ×
× 3.14 × 2000 = 190 N
4
4

- Trên toàn chiều dài cầu có 17 nhịp:
⇒ Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:

∑ P ' = n × 2 × P ' = 17 × 2 × 190 = 6460 N
3

3

- Trọng lượng cột lan can: Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép
T1; T2 ; T3 và 2 ống thép liên kết Ф 90 dày 4mm, dài 120 mm (Hình 3.3)

* Trọng lượng tấm thép

T1 : 122.46

N

* Trọng lượng tấm thép

T2 :

51.92 N

* Trọng lượng tấm thép

T3 :

19.39 N

* Trọng lượng ống thép Ф90: 2.04 N
+ Trọng lượng một cột lan can:
P3 '' = 122.46 + 51.92 + 19.39 + 2.04 = 195.81 N

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

Cột lan can=Tấm thép T1 + Tấm thép T2 +Tấm thép T3 + Ống liên kết
Hình 3.4. Chi tiết cột lan can
Khoảng cách giữa hai cột lan can 2000mm, trên chiều dài nhịp 34m có 18 cột.
+ Trọng lượng toàn bộ cột lan can:

∑ P '' = P ''×17 = 195.81× 18 = 3524.6 N
3

3

- Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là:

∑ P '+ ∑ P '' = 6460 + 3524.6 = 9984.6 N
3

3

- Ta seõ quy một cách gần đúng toàn bộ trọng lượng này thành lực phân bố dọc
cầu có giá trị:

∑ P '+ ∑ P '' = 9984.6 = 0.3 N / mm
3

3

L tt

33400

Suy ra: trọng lượng lan can phần thép trên 1000 mm chiều dài bản:
P3 = 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:
DC3 = P1 + P2 + P3 = 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 chịu một nửa, là lực tập trung tại đầu
bản congsol)
PL × 1000 × b 3 × 10 −3 × 1000 ×1400
PPL =
=
= 2100 N
2
2

(b = 1400mm: bề rộng phần lề bộ hành)
3.3.2. Nội lực trong Congsol:

- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.5):

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 16


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

Hình 3.5. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng: η = ηD × ηR × ηI
Trong đó:
ηD = 0.95 : hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu
ηI = 1.05 : hệ số quan trọng
ηR = 0.95 : hệ sốù dư thừa (mức thông thường)
⇒ η = 0.95 × 1 × 1 = 0.95

- Giá trị Mômen âm tại ngàm:


L2b
M = η×  γ DC × DC2 ×
+ γ DC × DC3 × L b + γ PL × PPL × L b 
2





(Lb = 1000 mm: chiều dài bản hẫng)
* Trạng thái giới hạn cường ñoä:
γ DC = 1.25 ; γ PL = 1.75 ; η = 0.95


9502
M u = 0.95 × 1.25 × 5 ×
+ 1.25 × 5612.5 × 800 + 1.75 × 1900 × 950 
2


= 13741156.25 N.mm

* Trạng thái giới hạn sử duïng:
γ DC = 1 ; γ PL = 1 ; η = 0.95


9502
Ms = 1× 1× 5 ×
+ 1× 5612.5 × 950 + 1 × 1900 × 950 
2


= 10671500 N.mm

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 17

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 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: bc = 300 mm
+ Bề dày cánh trên: t c = 20 mm
+ Chiều cao dầm thép: d = 1280 mm
+ Chiều cao sườn dầm: D = 1220 mm
+ Chiều dày sườn: t w = 15 mm
+ Chiều rộng cánh dưới dầm: bf = 400 mm
+ Bề dày cánh đưới dầm: t f = 20 mm
'
+ Chiều rộng bản phủ: bf = 500 mm
'
+ Bề dày bản phủ: t f = 20 mm

4.1.2. Phần bản bê tông cốt thép:
'
+ Bản làm bằng bê tông có: fc = 30 MPa

50

38

50

180
50 92 38
38

180
50 92 38

+ Bề dày bản bê tông: t s = 200 mm

+ Chiều cao đoạn vút bê tông: t h = 100 mm , Góc
nghiêng phần vút: 450
1220

1182

1120

1220

1130

1072

SVTH : BÙI THẾ HUY

160 20

180

50

20

nối:

1080

mối

1130

4.1.3. Sơ bộ chọn kích thước STC, liên kết ngang,

Trang 18


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

Hình 4.1 - 4.2: Kích thước dầm thep + sườn tăng cường
- Sườn tăng cường:
+ Sườn tăng cường giữa: kích thước như Hình 4.2:
Một dầm có: 17 x 2 = 34 sườn tăng cường
Khoảng cách các sườn: do = 1500 mm
Khối lượng một STC: gs1 = 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: gs1 = 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: g lk = 164 N
Thanh ngang dài: 1424 mm
Thanh xiên dài: 882mm
+ 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 định 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:
A s = bc .t c + D.t w + b f .t f + b'f .t 'f = 300 × 20 + 1340 × 15 + 400 × 20 + 500 × 20 = 44100 mm 2

4.2.1.2. Xác định mômen quán tính của tiết diện đối với trục trung hòa:

SVTH : BÙI THEÁ HUY

Trang 19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

+ Chọn trụcX – X’ đi qua mép trên của tiết diện như hình vẽ:

X'

X

C

XNC

TTH1

X'NC

Hình 4.3: Chọn trục trung hòa cho dầm thép
+ Mômen tónh của dầm thép đối với trục X - X’:
K x − x' = ∑ A i ×y

X-X'
c,i

= 300 × 20 ×


tc
tf  ' ' 
t 'f 
D

= b c .t c . + D.t w .  + t c ÷+ b f .t f .  D + t c + ÷+ b f .t f . d ữ

2

2
2ữ
2





1340


20
20
+ 1340 ì 15 ì
+ 20 ữ+ 400 ì 20 ì 1340 + 20 + ữ+
2
2
2




20
+500 ì 20 ì  1400 − ÷ = 38789000 mm 3
2 


+ Khoảng cách từ trụcX - X’ đến trục trung hòa (TH1):
C=

K x − x'
38789000
=
= 879.57 mm
As
44100

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
s,t
YNC = c = 879.57 mm.
s,b
s,t
YNC = d − YNC = 1400 − 879.57 = 520.43mm.

4.2.1.3. Xác định mômen quán tính của tiết diện dầm thép đối với trục
trung hoà X-X’:

t w . ( y s,b − t f − t ′ )
 s,t t c  t w . ( y s,t − t c )
bc t 3
NC
NC
f
c
=
+ b c t c  y NC − ÷ +
+
12

2

3
3
3

2

I NC

2

3

2

 s,b

bf t 3
t f  b′ t ′3
t′ 
f
+
+ bf t f  y NC − t′ − ÷ + f f + b′ t ′  ys,b − f ÷
f
f f
12

2
12
 NC 2 

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 20


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
2

I NC

3

300 × 203

20  15 × ( 879.57 − 20 ) 15 × ( 520.43 − 20 − 20 )
=
+ 300 ì 20 ì 879.57 ữ +
+
12

2
3
3
2

2

3

400 × 203


20  500 × 20
20 
+
+ 400 × 20 ×  520.43 − 20 − ÷ +
+ 500 × 20 ì 520.43 ữ
12

2
12

2
4
= 12797231814.06 mm .

4.2.1.4. Xác định mômen kháng uốn đối với thớ trên của tiết diện dầm thép):
Ss,t =
NC

I NC
y

s,t
NC

=

12797231814.06

=
879.57

14549432.13mm 3

4.2.1.5. Xác định mômen kháng uốn đối với thớ dưới của tiết diện dầm thép:
Ss,b =
NC

I NC
y

s ,b
NC

=

12797231814.06
= 24589687.73 mm 3
520.43

4.2.2. Xác định 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 môđun 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 fc = 30 MPa . Theo điều 6.10.3.1.1.b-22TCN

272-05 ta có giá trị tỉ số môđun đàn hồi n = 8.
4.2.2.1. Xác định 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 định:
- Đối với dầm giữa: Bề rộng bản cánh hữu hiệu là trị số nhỏ nhất của:
 L tt 33400
=
= 8350 mm
+
4
4


b i = min + 12 × t s + M ax(t w , b c / 2) = 12 × 200 + M ax(15;300 / 2) = 2550 mm

+ S = 1900



⇒ b i = 1900 mm

4.2.2.2. Tiết diện liên hợp ngắn hạn (ST):
* Xác định mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp ngắn hạn:

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 21

3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

π.D2 Be .t s + (bc + t h )t h
ct
+
4
n
2
π× 16 1900 × 200 + (300 + 100) × 100
= 44100+20 ×
+
= 100619.20 mm 2
4
8

A d = As + A ct + A c− cd = A s + N ct .

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

 s,t
t s  Bi t s  s,t

ts 
π × 16 2 
200 
= 0 + A ct .  YNC + t h + ÷ +
×  879.57 + 100 +
 YNC + t h + ữ= 20 ì
ữ

2
n
2
4

2

1900 ì 200
200
3
+
ì 879.57  879.57 + 100 +
÷= 60287218.66 mm
8

2 

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

K TH1
60287218.66

=
= 599.16 mm.
Ad
100619.20

+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:

s,t
s,t
YST = YNC − c′ = 879.57 − 599.16 = 280.41mm.

- Meùp dưới dầm thép:

s,b
s,b
YST = YNC + c′ = 520.43 + 599.16 = 1119.6 mm.

- Mép dưới bản bêtông:

c,b
s,t
YST = YST = 280.41mm.

- Mép trên bản bêtông:

c,t
s,b
YST = H − YST = 1700 − 11119.6 = 580.4 mm.

c,t

s,t

YST

TTH2

c,b

YST

YST

s,t

c

c'

YNC
s,b

YST

TTH1
s,b

YNC

Hình 4.4: Tiết diện liên hợp ngắn hạn.
- Mômen quán tính của tiết diện liên hợp IST:

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 22


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

3
 c,t t 
1Bt
+ c′ .A s +  i s + Bi t s  y ST − s ÷

n  12

2

2

 c,t t s 
÷+ A .  y − ÷
I ST = I NC
÷ ct
 ST 2 



1  1900 × 2003
= 12797231814.06 + 599.16 2 × 44100 + ì
+ 480.412 ì 1900 ì 200 ữ
8
12

2

2

1
 100 × 1003

1  300 × 1003
1
+ ×
+ 330.412 × 300 × 100 ÷+ × 2 × 
+ 347.072 × x100 × 100 ÷
8 
12
36
2
 8


+20 ×

π × 162
4

× 480.412 = 41241197013.63 mm 4 .

- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
I
41241197013.63
Ss,t = ST =
= 147076210.59 mm3 mm 3
ST
s,t
280.41
y ST

Ss,b =
ST

I ST
ys,b
ST

=

41241197013.63
= 36835882.79 mm 3
1119.6

- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:
c,t
SST = n.

c,b

SST = n.

I ST
y

c ,t
ST

I ST
y

c,b
ST

=
=

41241197013.63 × 8
= 568445218.14 mm3
580.4

mm 3

41241197013.63 × 8
= 1176609684.74mm 3 .
280.41

4.2.2.3. Tiết diện liên hợp dài hạn (LT):
* Xác định diện tích mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp dài hạn:

A d = As + A ct + A c −cd = A s + N ct .

π.D2
ct

+

Be .t s + (b c + t h )t h

4
n
π × 16 1900 × 200 + (300 + 100) × 100
= 44100+20 ×
+
= 65619.20 mm 2
4
3× 8
2

* Xác định vị trí trục trung hòa:
+ Mômen tónh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục TH1:
 s,t
t  B t  s,t
t 
π × 162
K TH1 = 0 + A ct .  YNC + t h + s ÷ + e s  YNC + t h + s ữ= 20 ì

2 3n 
2
4

1900 × 200 
200 
3
+
×  879.57 + 100 +
ữ= 22988409.13mm
3ì 8

2


200
ì 8879.57 + 100 +
ữ

2 

+ Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:
c′ =

K TH1
Ad

=

22988409.13
= 350.33 mm.
65619.20

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 23


ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:

s,t
s,t
YLT = YNC − c′ = 879.57 − 350.33 = 529.24 mm.

s,b
s,b
- Mép dưới dầm thép: YLT = YNC + c′ = 520.43 + 350.33 = 870.76 mm.

c,b
s,t
- Mép dưới bản bêtông: YLT = YLT = 529.24 mm.
c,t
s,b
- Mép trên bản bêtông: YLT = H − YLT = 1700 − 870.76 = 829.24 mm.

- Mômen quán tính của tiết diện liên hợp ILT:
2
2
3

 c,t t s  
 c,t t s 
1  Be t s

I LT = I NC + c′ .A s +
+ Be t s  y ST − ÷ ÷+ A ct . y ST ữ

ữ
3 ì n 12

2 

2
3
 1900 × 200

1
= 12797231814.06 + 350.332 × 44100 +
×
+ 729.24 2 ì 1900 ì 200 ữ
3ì 8
12

3
3
300 × 100

 100 × 100

1

1
1
+
×
+ 579.242 × 300 × 100 ÷ +
×2×
+ 595.912 × x100 × 100 ÷
3× 8 
12
36
2
 3× 8


2

+ 20 ×

π × 162
4

× 729.242 = 29388455863.87mm 4 .

- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
Ss,t =
LT

Ss,b =
LT

I LT
y

s,t
LT

I LT
y

s ,b
LT

=

29388455863.87
= 55529687.67 mm 3
529.24

=

29388455863.87
=
870.76

33750298.19 mm 3

c,t

s,t

s,t

YLT

c,b

YLT

YLT

YNC

c TTH2
c'

s,b

YLT

TTH1
s,b

YNC

Hình 4.5: Tiết diện liên hợp dài hạn.
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 24

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP
Sc,t = 3n.
LT
Sc,b = 3n.
LT

I LT
y

c,t
LT

I LT
y

=

c,b
LT

GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

29388455863.87 × 3 × 8
=
829.24

=

850566911.17 mm 3

850566911.17 mm3 × 3 × 8
= 1332712504.00mm 3 .
529.24

4.2.3. Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm biên giai đoạn 2
(Tiết diện liên hợp):
4.2.3.1. Xác định chiều rộng có hiệu của bản cánh ( be ):
- Chiều rộng của bản bê tông tham gia làm việc với dầm thép. Theo điều
4.6.2.6.1 22TCN 272-05 qui định:
- Đối với dầm biên: Bề rộng bản cánh hữu hiệu là trị số nhỏ nhất của:
+


bi
be = + min 
2
+

+


6 × t s + M ax(t w / 2, bc / 4)
= 6 × 200 + M ax(15 / 2;300 / 4) = 1275 mm.
L tt 33400
=
= 4175mm.
8
8

Shang = 950 mm.

⇒ be = 1900 mm.

Vậy với be =1900mm. Ta tính toán tương tự mục 4.2.2 đã tính trên
4.2.3.2 Tiết diện liên hợp ngắn hạn (ST):
* Xác định mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp ngắn hạn:
A d = As + A ct + A c − cd = A s + N ct .

π.D2
ct

+

Bi .t s + (bc + t h )t h

4
n
π × 16 1900 × 200 + (300 + 100) × 100
= 44100+20 ×
+
= 100619.20 mm 2
4
8
2

* Xác định vị trí trục trung hòa:
+ Mômen tónh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục TH1:
 s,t

t  B t  s,t
t 
π × 16 2 
200 
K TH1 = 0 + A ct .  YNC + t h + s ÷ + i s  YNC + t h + s ữ= 20 ì
ì 879.57 + 100 +
ữ

2
n
2
4

2
1900 ì 200
200
3
+
ì 879.57 + 100 +
ữ= 60287218.66 mm
8

2 

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

K TH1
Ad

=

60287218.66
= 599.16mm.
100619.20

SVTH : BÙI THẾ HUY

Trang 25