Hướng dẫn đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép

Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 1












THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THAM KHẢO

THIẾT KẾ CẦU THÉP





(LƯU Ý: CHỈ DÙNG ĐỂ THAM KHẢO)







ĐÀ NẴNG 01-2010

Hng dn ỏn mụn hc: Thit K Cu Thộp
GVHD: Trn Vn c Trang 2
A/ S LIU THIT K :
1. Cỏc S Liu Thit k:
Khi thit k cn cú cỏc s liu y nh di õy.
Chiu di nhp: L, chiu di nhp tớnh toỏn: L
tt

Kh cu : K = B rng xe chy + phn ngi i b
(Chỳ ý: gia phn xe chy v phn l i b cú b phn ngn cỏch cng hay mm)
Ti trng: + Hot ti ụtụ: HL93 hoc 0,65HL93 hoc 0,5HL93
+ Ngi : 3000Pa hoc 4000Pa
Loi kt cu dm thộp: Dm thộp liờn hp vi bn bờtụng ct thộp.
2. Ni Dung Thit K:
+ Tớnh toỏn ni lc dm ch v duyt tit din.
+ Tớnh neo liờn kt.
+ Tớnh toỏn n nh.
+ Tớnh toỏn mi ni dm ch.
+ Tớnh toỏn cỏc liờn kt trong tit din dm ch.
3. Tiờu chun ỏp dng:
Tiờu chun ỏp dng trong Thit K Cu Thộp l Tiờu chun 22TCN 272-05.
B/ CHN MT CT NGANG CU TIT DIN DM CH:
- i vi cu dm thộp liờn hp vi bn bờtụng ct thộp thỡ cỏc yu t ca mt ct
ngang cu cú liờn quan n nhau: s lng dm, khong cỏch dm l nhng yu
t cú liờn quan mt thit vi nhau, theo kinh nghim thỡ cho thy rng vic b trớ
khong cỏch dm ln, s lng dm ch ớt thỡ kinh t hn so vi vic ta b trớ
nhiu dm ch nhng kớch thc nh. T khuyn cỏo ú ta chn mt ct ngang
ca cu thng t 5-7 dm tựy theo kh cu.
1901200
7000

1650 87516501650
50010001000500
16501650875
1200
BAN BTCT DAèY 19CM
1.5%
LẽP PHOèNG NặẽC 1CM
BTN HAT MậN DAèY 6CM
ĩ DC MUI LUYN 1.5%
1.5%
10001000 1000 1000 10001000
MT CếT NGANG CệU TL : 1/50

Mt ct ngang cu.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 3
- Chú ý : Phần ngăn cách giữa người đi bộ và phần xe chạy là gì?
- Chọn Dầm I tiết diện đồng nhất, không nên chọn tiết diện lai.
- Chiều cao dầm chủ: Ký hiệu: d
Theo kinh nghiệm chọn: d =
3020
L L

(m)
- Bản biên trên:
+ Chiều rộng: b
fc
≥ 200 (mm)
+ Chiều dày: nên chọn t
fc

≥ 10 (mm)
- Bản biên dưới:
+ Chiều rộng: nên chọn b
ft
= b
fc
+ (5÷ 10)cm
+ Chiều dày: nên chọn t
ft
≥ 10 (mm) và t
ft
≥ t
fc

- Sườn đứng:
+ Chiều cao: D
c
= d-t
fc
- t
ft

+ Chiều dày: nên chọn t
w
≥ 10 (mm)
C/ BẢN MẶT CẦU: Theo kinh nghiệm chọn chiều dày của bản t
s
=
1210
S S


mm và t
s
≥
175mm , S: khoảng cách giữa hai dầm; bê tông bản mặt cầu có cường độ nén f
’
c
=
30MPa
D/ CHỌN HỆ SỐ SỨC KHÁNG ():
- Trạng thái giới hạn (TTGH) cường độ: 
Chịu uốn 1,0
Chịu cắt 1,0
- Các TTGH không thuộc cường độ: 1,0

E/ HỆ SỐ ĐIỀU CHỈNH TẢI TRỌNG:

Hãû säú âiãöu chènh
Tiãu chuáøn
TTGH cæåìng âäü
TTGH sæí duûng
Mỏi
1.Hãû säú deío
D


{A1.3.3}
0,95
1,00
1,00

2.Hãû säú dæ thæìa
R


{A1.3.4}
0,95
1,00
1,00
3.Hãû säú quan troüng
I


{A1.3.5}
1,05
KAD
KAD
IRD



{A1.3.2.1}
0,95
1,00
1,00

F/ CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG:
1.TTGH cường độ I:
U=

[ 1,25.D

c
+1,5D
w
+1,75(LL+IM) ].
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 4
2.TTGH sử dụng:
U=1,0.(D
c+
D
w
)+1,3(LL+IM)
Chú ý tổ hợp tải trọng sử dụng khác với cầu bê tông.
3.TTGH mỏi, đứt gãy:
U= 0,75(LL+IM)
D
c
: Tĩnh tải bộ phận kết cấu và liên kết
D
w
: Tải trọng tĩnh các lớp mặt cầu và thiết bị
LL: Hoạt tải xe
IM: lực xung kích của xe cộ
G/ NỘI LỰC DO HOẠT TẢI :
1/Chọn Số Làn Xe:
Theo AASHTO thì số làn xe là phần nguyên của tỉ số giữa bề rộng cầu và 3500mm.
N
L
= phần nguyên
W

()
3500
; W- bê rộng phần xe chạy (mm);
2/ Hệ số làn xe (m):
Số làn xe
m
1
1,2
2
1,0
3
0,85

3/ Hệ số xung kích (IM):
Bộ phận công trình
IM
Mối nối mặt cầu
75 %
Mỏi
15%
Tất cả các bộ phận khác
25%
Không áp dụng cho tải trọng làn
4/ Xác định Hệ số phân phối Mômen của Dầm Trong và Dầm Ngoài:
- Việc tính toán một cách chính xác sơ đồ tính không gian của cầu gồm nhiều dầm là
hết sức phức tạp. Do đó người ta dùng cách tính gần đúng bằng cách đưa sơ đồ cầu
thực tế về sơ đồ cầu phẳng và chỉ cần tính cho 01 dầm đại diện, khi đó phải kể thêm hệ
số phân bố ngang của hoạt tải.
- Loại tiết diện ngang (a):
S (mm); L (mm) ;

t
s
(mm); tỷ số môđun đàn hồi có thể chọn n = 8 ; f’
c
(MPa)
- Diện tích dầm thép: A
g
(mm
2
)
- Dùng thép công M270 cấp 345
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 5

Đặc trưng tiết diện dầm thép được tính như sau:
Thành phần
A(mm
2
)
y(mm)
A.y(mm
3
)
y-y
’
A(y-y’)
I
0
Biên trên
6000

10
60000
623,5
2,23.10
9

0,200.10
6

Vách
16240
590
9,58.10
6

43,50
30,73.10
6

1,820.10
6

Biên d ưới
8000
1190
9,52.10
6

556,5
2,47.10

6

0,267.10
6

Tổng
30240

19,16.10
6


4,83.10
9

1,824.10
9


y
’
=
5,633
30240
10.16,19
6

mm

y

t
= -623,5 mm ; y
d
= 466,5 mm
I
x
=10
9
x(1,824+4,83)=6,651.10
9
mm
4

S
t
=
5,633
10.651,6
9


t
y
I
=-10,49. 10
6
mm
3
S
t

=
5,466
10.651,6
9

dt
y
I
=14,257. 10
6
mm
2

+ Độ lệch tâm của dầm e
g
= 25+190/2 + 1160/2 = 700mm
+ Tham số độ cứng K
g
= nx(I
g
+e
g
2
.A
g
)
=8.(6,651.10
6
+700
2

.30240) = 1,71.10
11
mm
4

d
e
= 875-500 = 375 mm
+ Trong đó:
K
g
: tham số độ cứng dọc
A
g
:diện tích dầm dọc (mm
2
)
n: tỷ số mô đun =
c
s
E
E

d
e
: khoảng cách từ tim dầm ngoài đến mép trong đá vỉa (mm)
e
g
:khoảng cách giữa trọng tâm dầm chủ và của bản mặt cầu (mm)
I

g
: mômen quán tính của dầm (mm
4
)
a. Dầm trong:
+ Khi có một làn xe chất tải:
mg
M
SI
=0,06+
0,4 0,3 0,1
3
( ) ( ) ( )
4300
g
s
K
SS
L Lt

S: khoảng cách giữa các dầm chủ S = 1650mm.
L: chiều dài nhịp dầm; L= 23000mm.
K
g
=1,71.10
11
mm
4

t

s
=190mm
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 6
mg
M
SI
=0,06 +
0,4 0,3 0,1
3
( ) ( ) ( )
4300
g
s
K
SS
L Lt

Suy ra mg
M
SI
= 0,37
+ Khi có hai làn xe được chất tải:
mg
M
MI
= 0,075 +
0,6 0,2 0,1
3
( ) ( ) ( )

2900
g
s
K
SS
L Lt
= 0,499 (khống chế)
* Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người (dầm trong):
875
0.41
1
1000500
1650
Ðah R2
PL
675
1
2

mg
M
PLI
= 0,5.0,41.0,675= 0,138 (khống chế)
- Khi tính hệ số phân phối ngang cho dầm trong, tổ hợp bất lợi sẽ gồm tải trọng
người và hai làn xe ô tô.
b. Dầm ngoài:
- Khi có một làn xe chất tải dùng phương pháp đòn bẩy:
+ Khi có một làn xe chất tải: dùng phương pháp đòn bẩy
R1 =
P

P
522,01425.
21650
1








+ Khi xếp một làn xe thì hệ số làn xe: m = 1,2


mg
M
SE
= 1,2.0,522 = 0,627
mg
M
SE
= 0,627 (khống chế)
- Khi có hai làn xe chất tải với hệ số điều chỉnh mômen :
mg
M
ME
= e x mg
M
SE

Với e = 0,77+
2800
e
d
= 0,77+
2800
375
= 0,903 < 1,0 => e=1,0
Vậy mg
M
ME
= e x mg
M
SE
= 1,0x0,627 = 0,627



21
1650
500 600 1800
P/2 P/2
875
225
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 7
* Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người (dầm ngoài):
2
1

675
PL
Ðah R1
1650
500 1000
1
1.20
875
0.59

mg
M
PLE
= 0,5.(1,2+0,59).1,0 = 0,895.
- Ta thấy khi tính hệ số phân phối ngang cho dầm ngoài (dầm biên), khi chất tải đồng
thời xe và người thì hầu hết dầm biên chỉ chịu tải trọng người chứ không chịu tải trọng
xe ô tô. Vì vậy, tổ hợp vừa có xe vừa có người là không bất lợi khi tính cho dầm
ngoài, mà chọn tổ hợp chỉ có xe xếp ra cách mép lan can 60cm.
c. Xác định nội lực Mômen do hoạt tải gây ra (chưa có hệ số vượt tải):
Giá trị mômen trong các dầm khi có kể đến lực xung kích:
M
LL+IM
=0,65.mg[(M
Tr
hoặc M
Ta
)(1+
100
IM
)+M

Ln
]+ mg
PL
.M
PL
(nếu có)
Trong đó: M
Tr
mômen tại giữa nhịp dầm do xe tải thiết kế.
M
Ta
mômem tại giữa nhịp do xe hai trục thiết kế
M
n
mômen tại giữa nhịp dầm do tải trọng làn thiết kế.
360
575
545
545
360
2300
1150
430 430
Ðah M(L/2)
120

Đường ảnh hưởng tính M
TR
tại giữa nhịp.
M

Tr
= 145x5,75+(145+35)x3,6 = 1481,75 kNm.
M
Td
= 110x5,45x2 = 1199 kNm.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 8
M
Ln
=
2
8
WL
=
8
23.3,9
2
=614,96 kNm.
M
PL
=
8
.
2
LPL
=
8
23.3
2
=198,38 kNm.

Suy ra mômen tại giữa nhịp của dầm chủ do hoạt tải gây ra:
+ Dầm Trong:
M
LL+IM
= 0,65x[0,499x(1481,75x1,25 +614,96)]+0,138x198,38 = 818,2 kNm.
+ Dầm ngoài:
M
LL+IM
= 0,65x[0,627x(1481,75x1,25 + 614,96)] = 1005,92 kNm.
5/ Xác định Hệ Số Phân phối ngang Lực Cắt của Dầm Trong và Dầm Ngoài:
a. Dầm trong:
+ Khi có một làn xe được chất tải:
mg
V
SI
=0,36+
7600
S
= 0,577
+ Khi có hai làn xe được chất tải:
mg
V
MI
=0,2+
2
()
3600 10700
SS

=0,634 (khống chế)

+ Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người tương tự phần tính đối với mômen.
mg
V
PLI
= 0,5.0,41.0,675= 0,138 (khống chế)
b. Dầm ngoài:
Khi có một làn xe được chất tải dùng phương pháp đòn bẩy ta xác định được hệ số
phân bố lực cắt của dầm ngoài: mg
V
SE
=1,2.0,522 = 0,627.(khống chế )
+ Khi có hai làn xe chất tải:
e= 0,6+
3000
e
d
=0,6 -
3000
75
=0,725
mg
V
ME
= e x mg
V
SE
= 0,725x0,627= 0,36
+ Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người tương tự phần tính đối với mômen.
c. Xác định nội lực Lực cắt do hoạt tải gây ra (chưa có hệ số vượt tải):

Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 9
2400
120
Ðah Vg
430430
1
0.953
0.824
0.644

Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối
Lực cắt tại gối của dầm chủ do hoạt tải gây ra là:
V
LL+IM
=mg[(V
Tr
hoặc V
Ta
)(1+
100
IM
)+V
Ln

]+ mg
PL
.V
PL
(nếu có)
V
Tr
= 145x(1+0,82)+35x0,64= 286,3kN
V
Ta
=110x(1+0,95)=214,5 kN
V
Ln
= 9,3x11,5=106,95 kN
V
PL
= 3x11,5= 34,5 kN
+ Dầm Trong : V
LL+IM
=0,65x[0,634x(286,3x1,25 +106,95)]+0,138x34,5 =196,5 kN
+ Dầm ngoài : V
LL+IM
=0,65x[0,627 x(286,3x1,25 + 106,95)] = 189,5 kN
H/ NỘI LỰC DO TĨNH TẢI:
Gọi D
1
là tải trọng của dầm thép, bản mặt cầu, phần vút.
D
2
là trọng lượng của các lớp mặt cầu 75mmm.

D
3
là trọng lượng của lan can tay vịn, đá vỉa.
w là giá trị của tải phân bố đều kN/m.
Khi đó giá trị của mômen và lực cắt của dầm chủ lần lượt tại giữa nhịp và tại gối là:
M=
2
WL
8
=72w (kNm); V=12w (kN)
b. Nội lực dầm trong và dầm ngoài do tĩnh tải:
Dầm trong:
D
1
: Bản mặt cầu = 2400x10
9
x9,81x190x1650= 7,38 kN/m.
Phần vút = 2400x10
9
x9,81x300x50= 0,35 kN/m.
Phần dầm thép = 30240x10
6
x7,85x9,81= 2,2 kN/m
Suy ra D
1
= 9,93 kN/m
D
2
: Các lớp mặt cầu = 2250x75x1650x9,81x10
9

=2,73kN/m.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 10
D
3
: Phần lan can tay vịn =
5,2
10.6
81,9.2400.318750.2
9

kN/m.
Mô men và lực cắt của dầm trong khi chưa có hệ số:
Loại Lực
w (kN/m)
M (kNm)
V (kN)
D
1

9,93
656.62
114.195
D
2

2,73
180.52
31.395
D

3

2,5
165.31
28.75
LL+IM
N/A
818,2
196,5
Dầm ngoài:
D
1
-Bản mặt cầu = 2400x10
9
x9,81x190x(875+825)= 7,6 kN/m
-Phần vút = 2400x10
9
9,81x300x50= 0,35 kN/m.
-Phần dầm thép = 30240x10
6
x7,85x9,81=2,2 kN/m
D
1
=10,15 kN/m
D
2
Phần các lớp mặt cầu =2250x9,81x10
9
x75x(375+825)=1,98 kN/m
D

3
phần lan can tay vịn =2,5 kN/m
Mô men và lực cắt dầm ngoài khi chưa có hệ số:
Loại lực
w (kN/m)
M (kNm)
V (kN)
D
1

10,15
671.17
116.725
D
2

1,98
130.93
22.77
D
3

2,5
165.31
28.75
LL+IM
N/A
1005,2
189,5
I/ TIẾT DIỆN THIẾT KẾ YÊU CẦU :

1/TTGH cường độ:
Mômen và lực cắt của dầm chủ khi có hệ số:
M=0,95x{1,25xD
1
+1,5xD
2
+1,25xD
3
+1,75x(LL+IM)}
V=0,95x{1,25xD
1
+1,5xD
2
+1,25xD
3
+1,75x(LL+IM)}
Dầm trong:
M
u
= 0,95x(1,25x656,62+1,5x180,52+1,25x165,31+1,75x818,2) = 3474,69 kNm
V= 0,95x(1,25x114,195+1,5x31,395+1,25x28,75+1,75x196,5)= 679,43 kN
Dầm ngoài:
M=0,95x(1,25x671.17+1,5x130,93+1,25x165,31+1,75x1005,2)= 3543,87 kNm
V=0,95x(1,25x116,725+1,5x22,77+1,25x28,75+1,75x189,5)= 586,34 kN
2/ Xét dầm liên hợp với bản bêtông cốt thép có các giai đoạn làm việc như sau:
+Trọng lượng của dầm và bản bêtông khi chưa đông cứng là do dầm thép chịu.
+Tải trọng tĩnh chất thêm là do dầm liên hợp dài hạn chịu.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 11
+ Hoạt tải và lực xung kích là do tiết diện liên hợp ngắn hạn chịu.

+ Xác định chiều rộng có hiệu của bản mặt cầu: Do ta cấu tạo dầm ngoài và dầm trong
là hoàn toàn giống nhau do đó là chiều rộng có hiệu của bản cánh dầm trong và dầm
ngoài cũng hoàn toàn giống nhau
3/ Chiều rộng có hiệu của dầm được xác định như sau:
a. Đối với dầm trong:
* Giá trị nhỏ nhất của ba giá trị sau:
+ ¼ chiều dài nhịp trung bình
+ 12 lần chiều dày trung bình của bản cộng với trị số lớn hơn của chiều dày vách
hoặc chiều rộng bản biên trên dầm
+ Khoảng cách 2 dầm kề nhau
Cụ thể:
+ 0,25x23000 = 5750 mm
+ 12x190+300/2 = 2430 mm
+ S= 1650 mm
=> chiều rộng có hiệu là b = 1650 mm
b. Đối với dầm ngoài:
Chiều rộng có hiệu của bản cánh bằng ½ chiều rộng có hiệu của dầm trong kề cộng
với nhỏ nhất của :
+ 1/8 chiều dài nhịp có hiệu
+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với trị số lớn hơn của ½ chiều dày vách
hoặc ¼ chiều rộng của bản biên trên
+ chiều rộng của phần hẫng
b
c
= b
i
/2 = min









mm 875
1215mm 300/4 6x190
mm 300000,125x2300

Vậy chiều rộng có hiệu của bản cánh dầm ngoài là b
i
=b
e
=825+875=1700mm.
4/ Xác Định Các Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện Dầm Ở Các Giai Đoạn Làm
Việc:
a. Tiết diện dầm thép:
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 12
D
c
=1160
466,5 633,5
b
fc
=300
b
ft
=400
d=1200

t
w
=14
t
ft
=20
t
fc
=20


Thành
phần
A
y
A.y
y-y
/
A(y-y
/
)
I
0
Biên trên
6000
10
60000
2333641875
200000
2333841875

Vách
16240
590
9581600
30943563
1821045333
1851988896
Biên dưới
8000
1190
9520000
2476195515
266666.6667
2476462182
Tổng
30240

19161600


6662292952
y
/
=6
65,633
30240
10.16,19
6

mm

y
t
= - 633,65 mm ; y
d
= 566,35 mm
+ Mômen kháng uốn:
S
t
=
65,633
10.651,6
9


t
x
y
I
= - 10,49.10
6
mm
3
S
t
=
35,566
10.651,6
9

dt

x
y
I
= 11,76.10
6
mm
3
b.Tiết diện dầm thép liên hợp ngắn hạn n=8:
b
c
=1650
t
s
=190
t
h
=25


Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 13
Thành phần
A
y
Ay
y-y
/
A(y-y
/
)

I
0
Dầm thép
30240
633.651
19161600
5472101831
6662292952
12134394783
Bản
BTCT(n=8)
39187.5
-120
-4702500
4222682216
117889063
4340571279
Cộng
69427.5

14459100


16474966062
y
/
=
26,208
5,69427
10.459,14

6

mm
y
t
= -208,26 mm ; y
d
= 991,74 mm
S
t
=
9,208
10.47,16
9


t
x
y
I
= -79,10. 10
6
mm
3
S
d
=
74,991
10.47,16
9


dt
x
y
I
=14,06. 10
6
mm
3
c. Tiết diện dầm thép liên hợp d ài hạn 3n=24:
Thành
phần
A
y
Ay
y-y
/
A(y-y
/
)
I
0
Bê tông
30240
633.651
19161600
1562963279
6662292952
8225256232
Thép

13062.500
-120
-1567500
3618297383
39296354
3657593737
Tổng
43302.500

17594100


11882849968
y
/
=
3,406
5,43302
10.59,17
6

mm
y
t
= -406,3 mm ;y
d
= 793,69 mm
S
t
=

3,406
10.88,11
9


t
x
y
I
=-29,24.10
6
mm
3
S
d
=
69,793
10.88,11
9

dt
x
y
I
= 14,97.10
6
mm
3
5/ Kiểm Tra Tỉ Số Mômen Quán Tính (yêu cầu về cân xứng của tiết diện):
0,1≤

yc
y
I
I
≤ 0,9
I
yc
, I
y
: lần lượt là mômen quán tính của bản cánh chịu nén và cả dầm thép với trục thẳng
đứng trong mặt phẳng sườn dầm.
Giới hạn này đảm bảo rằng việc tính toán ổn định do xoắn ngang là có hiệu quả.
I
yc
= (20x300
3
)/12 = 45 x10
6
mm
4

I
y
= 45x10
6
+(1160x14
3
)/12+(20x400
3
)/12= 151,93x10

6
mm
4

0,1 ≤
yc
y
I
I
=
93,151
45
= 0,296 ≤ 0,9 thoả mãn.

Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 14
6/ Kiểm Tra Mỏi Của Sườn Dầm Khi Chịu Uốn:
Độ mảnh của vách đứng được xác định theo công thức sau:
w
2
c
D
t

D
c
là chiều cao của vách chịu nén trong giai đoạn đàn hồi (trường hợp tiết diện liên
hợp chịu tác dụng thêm của tĩnh tải chất thêm). D
c
=406,3mm;

w
t
=14 mm là chiều dày của sườn dầm.
Về nguyên tắc sườn tăng cường sẽ ngăn cản hay chống lại sự mất ổn định của vách
dầm, nhưng để bất lợi ta xét trường hợp không có sườn tăng cườn đứng hay phần vách
nằm giữa hai sườn tăng cường đứng.
Khi đó ứng suất nén đàn hồi lớn nhất ở biên chịu nén khi uốn F
cf
sẽ đại diện cho ứng
suất uốn lớn nhất trong vách.
Nếu
w
2
c
D
t
≤ 5,76
yc
F
E
thì F
cf
≤ R
h
. F
yc

F
yc
là cường độ chảy ở biên chịu nén, chọn thép cấp 345 như vậy giới hạn chảy của

thép là F
yc
= 345MPa.
E= 200 (GPa) là môđun đàn hồi của thép.
Ta có
w
2
c
D
t
=
14
3,4062x
= 58,4
5,76
yc
F
E
= 5,76
345
200000
= 138,68 OK.
Khi đó F
cf
≤ R
h
F
yc
lấy R
h

=1,0 => F
cf
≤ F
yc
.
F
cf
ứng suất nén đàn hồi lớn nhất ở biên chịu nén khi uốn do tải trọng tĩnh không nhân
hệ số và hai lần tải trọng mỏi.
- Mômen do 2 lần tải trọng mỏi: Xe tải nặng qua cầu gấp gần 2 lần tải trọng mỏi do
vậy ta phải nhân đôi. Mômen do tải trọng mỏi gây ra tại giữa nhịp khi kể đến lực xung
kích 15%:
2300
430
900
R2R1

Sơ đồ chịu tải của tải trọng mỏi

Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 15
R
2
=
23
)95,11(145)3,45,11.(355,11.145 
=112,3 kN
M
11,5
= 112,3x11,5- 35x4,3=1141 kN.m

2M
LL+IM
= 2x0,75x mg
M
S
x(LL+IM)/m
Với: mg
M
S
= 0,627 hệ số phân bố mômen của dầm ngoài; m =1,2 khi ta xét một làn xe.
Suy ra: 2xM
LL+IM
= 0,65x 2x0,75x0,627x1,15x1141/1,2 = 668,75 kNm.
* Ứng suất nén khi uốn lớn nhất trong vách của dầm thép do tĩnh tải và hai lần tải trọng
mỏi:
Tải
Trọng
M
D1

M
D2

M
D3

M
LL+IM
S
t

thép
S
t
liênhợp
Ứng suất
(MPa)
D
1

671,17



10514140

-63.83
D
2


130,93



29246004
- 4.48
D
3

165,31


29246004
-5.65
LL+IM



668,75

79106978
-8.45
Tổng






-82.42
Từ đó ta thấy F
cf
= -82.42MPa < 345MPa như vậy đạt yêu cầu, nghĩa là dầm thép đã
đảm bảo ổn định mỏi cho vách của dầm do uốn.
7/ Tính Toán Ứng Suất Ở Trạng Thái Giới Hạn Về Cường Độ I:
a. Ứng suất nén cực đại ở tại đỉnh của dầm thép do tải trọng có hệ số (dầm ngoài):
Tải
Trọng

M
D1

M
D2

M
D3

M
LL+IM
S
t
thép
S
t
liênhợp
Ứng suất
(MPa)
D
1

797.01



-10514140

-75.80
D

2


186.57



-29246004
-6.38
D
3



196.31


-29246004
-6.71
LL+IM



1672.35

-79106978
-21.14
Tổng

-110.04
b. Ứng suất kéo cực đại tại đáy của dầm thép do tải trọng có hệ số (dầm ngoài):
Tải
Trọng
M
D1

M
D2

M
D3

M
LL+IM

S
b
thép

S
b
liênhợp

Ứng suất
(MPa)

D
1

757.16



11763578

64.36
D
2


177.24



14971591
11.84
D
3



186.49


14971591
12.46

LL+IM



1588.73

14060280
112.99
Tổng






201.65
F
cđI
= 201,65 MPa < 345MPa như vậy đạt yêu cầu, nghĩa là dầm thép đã đảm bảo điều
kiện về cường độ.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 16
8/ Kiểm Tra Độ Đặc Chắc Của Tiết Diện, tính moomen chảy, mô men dẻo:
Tính mômen chảy :
M
y
=M
D1
+M
D2

+M
AD
M
D1
= mômen gây ra bởi tải trọng cố định hệ số trên mặt cắt thép
M
D2
= momen gây ra bởi tải trọng cố định hệ số chẳng hạn lớp phủ mặt cầu và các
thanh chắn trên mặt cắt liên hợp phạm vi ngắn hạn
M
AD
:momen hoạt tải cộng thêm gây ra trạng thái chảy trong các bản thép và tính
theo công thức sau
M
AD
= S
n
[F
y
-
n
D
s
D
S
M
S
M
3
21


]
S
s
, S
n,
,S
n3
mômen kháng uốn của các mặt cắt thép, mặt cắt liên hợp ngắn hạn, dài
hạn
Ta có M
D1
= 1,25x 671,17 = 797,01KN.m
M
D2
= 1,5x 130,93+1,25x165,31 = 382,88 KN.m
Đối với bản biên trên
S
s
= -10514140 mm
3

S
n
= -79106978 mm
3

S
3n
=-29246004 mm

3
M
AD
=79,106978.10
3
.[345.10
3
-
33
10.29,246004
88,383
10.10,514140
01,797


]=20259,64 kN.m
Đối với bản biên dưới
S
s
=11,763578 .10
3
m
3
S
n
=14,971591 .10
3
m
3

S
3n
=14,060280 .10
3
m
3

M
AD
= 14,971591
3
.[345.10
3
-
33
10.14,060280
88,383
10.11,763578
01,797


] = 3538,6 kN.m
M
y
=M
D1
+M
D2
+M
AD

= 797,01+ 382,8+3538,6= 4718,49 kN.m
a. Độ mảnh của vách dầm:
Tiết diện đặc chắc là tiết diện mà khi đạt được mômen dẻo Mp thì cả bản biên, vách
dầm đều đạt được mômen dẻo Mp.
- Độ mảnh yêu cầu của vách dầm cho tiết diện đặc chắc là:
w
2
cp
D
t
≤ 3,76
yc
F
E

- D
cp
là chiều cao phần vách dầm chịu nén.
- t
w
là chiều dày của vách dầm.
-Giả sử rằng trục trung hoà dẻo của dầm là đi qua bản biên trên của dầm :
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 17
- Chọn bêtông bản mặt cầu có f
c
’= 30MPa, thép dầm là loại thép công trình có
F
yc
=345MPa.

- Xác định được trục trung hoà dẻo của dầm bằng cách cân bằng các lực dẻo:
+ Lực dẻo trong bản mặt cầu: P
s
= 0,85x30x1650x190x10
3
= 7994,25kN.
+ Lực dẻo trong biên trên: P
rt
= 300x20x345x10
3
= 2070 kN.
+ Lực dẻo trong bản biên dưới: P
rb
= 400x20x345x10
3
= 2760 kN.
+ Lực dẻo trong vách dầm: P
w
= 1160x14x345x10
3
= 5603 kN.
- Thấy rằng P
s
= 7994,25 KN < P
rt
+P
rb
+P
w
.=10433kN cho nên trục trung hoà dẻo không

đi qua bản BTCT. Thêm vào đó: P
s
+ P
rt
> P
rb
+ P
w
nghĩa là trục trung hoà dẻo đi qua
biên trên dầm thép, cho nên chiều cao vùng nén của vách dầm bằng 0 => D
CP
= 0.
Vậy
w
2
cp
D
t
≤ 3,76
yc
F
E
(thoả mãn)
Cho nên tiết diện dầm là tiết diện đặc chắc.
Gọi Y là khoảng cách từ trục trung hoà dẻo đến biên trên.
Y =
2
c
t
[(Pw +P

t
-P
s
)/P
c
+1]
Suy ra Y=
2
20
[(5603 +2760-7994,25 )/2070+1]= 11,78(mm) < t
c
=20mm
Xác định mômen dẻo M
p
đối với tiết diện dầm:
Ta có M
P
=
 
 
ttwwssc
c
c
dPdPdPYtY
t
P
 .
2
2
2

d
S
=190/2+25+11,8=131,78mm.
d
t
=20/2+1160+20-11,78=1178,22mm.
d
w
=1160/2+20-11,78=588,22mm.
Suy ra M
P
=
 
 
2760.178,588,0.5603130,0.25,799401178,002,001178,0
20.2
2070
2
2

=
M
P
=7603 KN.m
Theo điều kện đảm bảo cường độ thì:
0,95.
γ
.Q
i

≤
Φ
.R
n

R
n
là sức kháng danh định của tiết diện dầm.
Hệ số sức kháng
Φ
= 1,0 (22TCN272-05) khi đó M
n
= M
P
=7603kNm.
0,95.
γ
.Q
i
= 7222,85 kNm.
Vậy trạng thái giới hạn cường độ I được thoả mãn.
b. Độ mảnh của biên chịu nén:
+ Đối với tiết diện dầm dặc chắc thì không cần phải kiểm tra độ mảnh, độ ổn định của
biên chịu nén hay nói cách khác là thường thì biên chịu nén luôn thoả.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 18
+ Để đánh giá độ mất ổn định của biên chịu nén ta xem biên chịu nén như là một cột
riêng rẽ.
+ Tiết diện dầm thép I liên hợp với bản bêtông cốt thép có biên trên của dầm nằm ở
vùng chịu kéo, khi đó biên sẽ ổn định trên suốt chiều dài do đó mà ta không cần thiết

phải yêu cầu độ mảnh.
c. Liên kết dọc chịu nén:
+ Tương tự đây là tiết diện đặc chắc do đó ta không cần phải kiểm tra độ mảnh của liên
kết dọc chịu nén.
d. Kiểm tra tính dẻo dai của tiết diện chịu mônmen:
+ Như ta đã tính toán ở mục 7 thì ứng suất kéo lớn nhất tại biên dưới của dầm thép
do tải trọng có hệ số là 201,65MPa. Ứng suất này không vượt quá giới hạn chảy của
thép công trình cấp 345, khi đó dầm thép sẽ không làm việc trong miền dẻo vì vậy mà ta
không cần phải kiểm tra tính dẻo dai của dầm thép.
Điều kiện: D
P
≤ (d+t
S
+t
h
)/7,5
D
P
là khoảng cách từ trục trung hoà dẻo của dầm đến đỉnh bản .
d: chiều cao của tiết diện dầm thép d=1200mm.
t
S
là bề dày của bản mặt cầu t
S
=190mm.
t
h
là chiều cao của phần vút t
h
=25mm.

+ Như vậy tất cả các yêu cầu về uốn đều thoả mãn.
9/ Thiết kế chống cắt:
Giống như sức kháng uốn của dầm thì sức kháng cắt của dầm cũng phụ thuộc vào độ
mảnh của bản thép. Trong tính toán cường độ chịu cắt của sườn dầm thì ta cần xét đến 3
kiểu phá hoại: Phá hoại do mất ổn định cắt không đàn hồi, mất ổn định cắt đàn hồi và
mất ổn định cắt quá đàn hồi.
Giả sử ta không cần phải bố trí sườn tăng cường cho vách của dầm:
Khi đó phải thoả mãn điều kiện sau:
0,95.
γ
.V
i
≤ V
r
=.V
n

V
n
là sức kháng cắt danh định của dầm
Xem xét độ mảnh bố trí sườn tăng cường của dầm:
Ta có:
D/t
w
=1160/14=82,85
2,46
yc
F
E
=2,46

200000
345
=59,22< D/t
w
=82,85
Vậy ta cần phải bố trí sườn tăng cường cho vách của dầm thép.
Ta cũng cần phải tiếp tục xem xét rằng vách dầm mất ổn định chống cắt nằm trong giai
đoạn đàn hồi hay quá đàn hồi.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 19
3,07
yc
F
E
=3,07
200000
345
=73,9 < D/t
w
=82,85
Vậy vách dầm mất ổn định chống cắt đàn hồi.
Đối với tiết diện chữ I thì các sườn tăng cường dọc có thể gia cường sức kháng uốn vì
ngăn chặn mất ổn định cục bộ, trong khi các sườn tăng cường ngang thường cung cấp
gia cường sức kháng cắt do tác dụng của ứng suất kéo, có 3 loại sườn tăng cường được
sử dụng:
+ Sườn tăng cường trung gian.
+ Sườn tăng cường tại gối.
+ Sườn tăng cường dọc.
Kiểm tra xem ta cần phải sử dụng sườn tăng cường dọc hay không.
6,77

yc
F
E
=6,77
200000
345
=163,0 > D/tw=82,85
+ Vậy ta không cần phải bố trí sườn tăng cường dọc cho vách của dầm, mà ta chỉ cần
phải bố trí sườn tăng cường đứng trung gian và sườn tăng cường đứng tại gối.
+ Theo khuyến cáo khi vách của sườn dầm mà không có sườn tăng cường dọc thì vách
của sườn được coi là tăng cường khi khoảng cách của các sườn tăng cường đứng d
0

không vượt quá 3D, và đoạn đầu dầm sẽ có lực cắt lớn do vậy mà khoảng cách của các
sườn tăng cường tại vị trí đầu dầm sẽ nhỏ, theo AASHTO thì khoang đầu dầm khoảng
cách giữa các sườn tăng cường đứng d
0
≤ 0,5D.
D là chiều cao của vách sườn dầm.
Chọn khoang đầu dầm d
0
=1,2m; khoang trong có d
0
= 2,5 m.
250025001200300

Bố trí sườn tăng cường theo phương dọc dầm.
Tính toán sườn tăng cường đứng tại gối và các sườn tăng cường đừng trung gian:
 Sườn tăng cường đứng trung gian đầu tiên:
Đối với các sườn tăng cường trung gian thì ta có thể nhận thấy rằng với dầm đơn

giản thì lực cắt sẽ giảm dần theo chiều dài của nhịp dầm và đến 1/2 nhịp dầm thì hoàn
toàn triệt tiêu. Để đơn giản cho việc tính toán cũng như an toàn thì đối với các sườn tăng
cường trung gian ta chỉ tính toán đối với sườn tăng cường trung gian gần gối nhất.
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 20
Thép sử dụng làm các sườn tăng cường ta chọn loại thép cùng cấp với thép dầm chủ,
cấp 345.
Để tính toán sườn tăng cường đứng trung gian ta tính nội lực tại tiết diện dầm cách gối
1,2m, cách đầu dầm 1,5m. (tính cho dầm ngoài)
430 430
Ðah V1,5m
2300
0.938
150
0.75
0.56

Suy ra V
LL+IM
= mg
V
.{V
TR
hoặc V
Ta
(1+IM) + V
Ln
}
V
TR

=145(0,938+0,75)+35x0,56= 264,36kN;
V
Ln
=9,3(0,938x21,5-1,5x0,062)/2= 93,34kN.
 V
LL+IM
= 0.65x0,627(264,36x1,25 + 93,34) = 172,79kN.


Suy ra:
m
u
V
5,1
=0,95x(1,25x101,87+1,5x19,87+1,25x25,092+1,75x172,79) = 466,36kN.
+ Yêu cầu về cấu tạo (bề rộng sườn tăng cường b
t
):
Chọn trước sườn tăng cường trung gian sơ bộ như sau:
Bản thép có tiết diện b
t
xt
p
= 100x10mm, bản thép này được hàn vào hai cạnh của sườn.
Bề rộng sườn tăng cường b
t
phải không quá lớn để tránh hiện tượng mất ổn định cục bộ
phần sườn tăng cường đứng, và phải thoả mãn:
b
t

= 100mm > 50+
30
d
= 50+
30
1200
= 90 mm
b
t
= 100mm > 0,25.b
f
= 0,25.300 = 75mm.
b
t
=100mm < 0,48.t
p
.
ys
E
F
= 048.10.
200000
345
=115,57mm.
b
t
= 100mm < 16t
p
= 16.10 = 160mm.
Trong đó d = 1200 mm là chiều cao của cả dầm thép.

Loại Lực
W (kN/m)
V(kN)
D
1

10,15
101,875
D
2

1,98
19,873
D
3

2,5
25,092
LL+IM

172,79
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 21
Vậy với b
t
= 100mm đã thoả các yêu cầu cấu tạo.
+ Yêu cầu về mômen quán tính:
Yêu cầu này thoả mãn là để đảm bảo sườn tăng cường đứng đủ độ cứng.
J = 2,5
2

0
()
P
D
d
-2 = 2,5.
2500
1160
-2 = - 1,62  lấy J = 0,5.
I
t
= 2x100
3
x10/3 = 6,66.10
6
mm > d
0
tw
3
J = 3000x14
3
x0,5 = 4,16.10
6
mm.(OK)
+ Yêu cầu về diện tích của sườn tăng cường:
Yêu cầu này đảm bảo rằng sườn tăng cường đứng có diện tích đủ lớn để có thể kháng
được các thành phần theo phương đứng.
Điều kiện:
A
S

> [ 0,15.B.D.t
w

2
u
w
r
(1-C)V
-18
V
t
].
w
ys
F
y
F

Khi bố trí sườn: d
0
=2,5 m;
k = 5+5/(d
0
/D)
2
= 6,0
Tính C: ta có
w
D
t

=82,85 > 1,38.
wy
Ek
F
= 1,38
345
0,6.200000
= 81,38
Suy ra: C =
2
ww
1,52
( / )
y
Ek
D t F
=
345.85,82
0,6.200000.52,1
2
= 0,77

B = 1,0 trường hợp sườn tăng cường bố trí hai bên sườn dầm.
F
yw
cường độ chảy của thép sườn dầm. (345MPa)
F
ys
cường độ chảy nhỏ nhất của thép làm sườn tăng cường. (345MPa)
V

u
Lực cắt tính toán lớn nhất tại tiết diện bố trí sườn tăng cường trung gian đầu tiên.
V
r
= V
n
Sức kháng cắt danh định.

Xem xét sự tương tác giữa mômen và lực cắt:
Ta có 0,5x

f
xM
P
=0,5x1,0x7603= 3801,5kNm > m
u
= 2852,24kNm = M
u
. Như vậy
sự tương tác giữa mômen và lực cắt làm giảm sức kháng cắt danh định.
V
n
= V
p
[C+
 
2
0
)
D

(1
187,0
d
C


]
V
p
= 0,58xF
yw
Dxt
w
=0,58x345x1160x14= 3249,62 .10
3
N = 3249,62 kN
Suy ra V
n
= 3249,62 [0,77+
 
2
)
1160
2500
(1
77,0187,0


] = 2775,89 kN
Như vậy:

Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 22
A
s
= 100x10=1000mm
2
>[0,15x1x1160x14x
89,2775
36,466)77,01( 
-18x14
2
]
345
345
= - 3433mm
2

Do đó sườn tăng cường đã có đủ diện tích tiết diện ngang để kháng lại các thành phần
lực theo phương đứng của vùng chịu kéo.
 Sườn Tăng Cường Đứng Tại Gối:
- Tại gối của dầm chủ có lực cắt rất lớn do đó mà tại vị trí này cần phải thiết kế sườn
tăng cường đứng riêng cho vách dầm.
- Các sườn tăng cường được xem như là các cấu kiện chịu nén để đở các lực tập trung
thẳng đứng, nó được hàn với sườn dầm. Chúng được thiết kế tại tất cả các vị trí gối và
các vị trí chịu tác dụng của lực tập trung.
- Để tăng khả năng chịu lực thì ta hàn hai đầu của sườn tăng cường đứng tại gối với
sườn dầm.
+ Kiểm tra điều kiện bố trí sườn tăng cường đứng tại gối:
0,75
Φ

b
V
n
= 0,75x1,0x2775,89 = 2081,92 kN > V
u
= 466,36kN.
+ Do đó ta không cần phải bố trí, nhưng ta phải bố trí để đảm bảo ổn định cục bộ.
+ Tại gối của dầm ta bố trí sơ bộ 2 sườn tăng cường, bản thép làm sườn tăng cường có
kích thước 140x14mm.
- Kiểm tra yêu cầu về mất ổn định cục bộ:
Để đảm bảo sườn tăng cường không bị mất ổn định cục bộ thì:
b
t
/t
p
= 140/14 = 10 ≤ 0,48
ys
E
F
= 0,48
200000
345
= 11,55.(OK)
Thoả mãn như vậy sườn tăng cường đứng tại gối của dầm đã đảm bảo ổn định cục bộ.
- Kiểm tra điều kiện về sức chịu nén của bản thép:
- Khi bố trí sườn tăng cường đứng tại gối của dầm thì khi đó khả năng chịu ép của sườn
tăng cường không được nhỏ hơn lực nén tác dụng lên sườn tăng cường.
- Khả nén chịu nén của sườn tăng cường đứng tại gối là:
B
r

=
Φ
b
A
pn
F
ys
.
- Trong đó A
pn
= 2x(140-40)x14 = 2800mm
2
là diện tích tiếp xúc của sườn tăng cường
trên bản biên dầm thép.
Φ
b
= 1,0 hệ số sức kháng của sườn tăng cường tại gối.
Suy ra B
r
= 1,0x2800x345 = 966000N= 966kN.
So sánh với lực cắt tại gối của vách dầm do tổng tải trọng gây ra là V
u
= 520,27kN.
Vậy sườn tăng cường đứng đã thoả mãn điều kiện chịu nén.
- Kiểm tra sức kháng dọc của trục của mặt cắt cột tính toán:
Diện tích mặt cắt của cột tính toán gồm có vách dầm và sườn tăng cường:
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 23
A
s

= 2(140x14+9x14x14) = 7448 mm
2

I =
 
6
3
10.648,29
12
14280.14


mm
4
r
s
=
09,63
7448
10.68,29
6

A
I
mm

E
F
r
LK

y
s
2
)
.
.
(









200000
345
14,3.1,63
1160.77,0
2
0,035
P
n
=0,66

F
y
.A
s

= 0,66
035,0
345.7448.10
-3
= 2532,38 kN
P
r
=
c

.P
n
= 0,9. 2532,38 = 2279,14 kN > 520,27 kN = V
u
. (OK)
Vậy sườn tăng cường đảm bảo cường độ
10. Trạng Thái Giới Hạn Sử Dụng:
a. Kiểm tra độ võng không bắt buộc:
+ Độ võng cho phép của dầm theo AASHTO lấy bằng
1
800
L
nhịp
=
1
800
23000= 28,75 mm.
+ Độ võng không bắt buộc ở đây là độ võng do hoạt tải gây ra trong dầm tại vị trí giữa
nhịp (dầm đơn giản).
+ Độ võng do hoạt tải gây ra có thể được xét đối với hai trường hợp hoạt tải:

* Trường hợp có một xe tải thiết kế:
* Trường hợp 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế.
+ Các làn đều được chất tải và các dầm đở làn đều võng và giả thiết là các dầm đều
võng như nhau.
+ Khi đó hệ số phân bố độ võng có thể lấy bằng số làn chia cho số dầm: DF= 2/6=0,333
- Xét trường hợp xe tải đơn thiết kế có kể hệ số xung kích:
+ Các tải trọng gây võng cho một dầm:
P
1
= 35x0,333x1,25= 14,56 kN.
P
2
=P
3
= 145x0,333x1,25= 60,35 kN.
430430
x=1150
b=720
2300
a=1580

+ Độ võng tại điểm bất kỳ
x

do tải trọng có thể tìm trong (ASCI 1986)
14
t
w
=14
140 140

9t
w
=1269t
w
=126
Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 24
+ Khi x < a :
x

=
 
222
.6

xbL
LEI
xbP


+ Độ võng lớn nhất khi P đặt giữa nhịp

CL

=
3
2
48
PL
EI

CLTr

=
1
P
+
2
P
+
3
P

+ Độ võng do tải trọng P
2
gây ra là:
f
P2
=
3
2
48
PL
EI
=60,35.10
3
x23
3
x10

9
/48x200000x14,06.10
9
= 5,44mm.
+ Độ võng của dầm do tải trọng P
1
và P
3
gây ra là:
f
P1,P3
=
 
3.9
63
10.23.10.06,14.200000.6
10.12.2,7.10.56,1435,60 
(23
2
-7,2
2
-11,5
2
).10
6
= 5,52mm.
Vậy tổng độ võng do hoạt tải kà xe tải đơn thiết kế là: 5,45+5,53 = 10,96mm.
+ Độ võng của dầm do 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế là:
* 25% xe tải thiết kế: 10,98 x 0,25 = 2,74mm.
* Độ võng do tải trọng làn thiết kế:

f
Ln
=5.
4
384
wL
EI
=
9
4
10.06,14.200000.384
23000.3,9
5
=12,05 mm.
Tổng độ võng của dầm tại giữa nhịp = 2,74 + 12,05 = 14,79 mm.
Tuy nhiên, tổ hợp hoạt tải của chúng ta là: 0,65xHL93 cho nên độ võng:
0,65x14,5=9,61mm < 28,75mm
Vậy độ võng không bắt buộc của dầm được thoả mãn.
b.TTGH sử dụng:
Theo AASHTO thì trong giai đoạn sử dụng tải trọng tác dụng lên dầm gồm có: tĩnh tải
D
1
, D
2
, D
3
và hoạt tải 1,3(LL+IM). Ứng suất này phải tính toán đối với cả hai biên của
dầm thép.
+f
f

= Ứng suất đàn hồi lớn nhất của bản biên trong giai đoạn sử dụng (có hệ số )
f
f
= 0,95xR
h
xF
yf
= 0,95x1,0 x 345 = 327,75MPa.
Momen sử dụng lớn nhất xuất hiện ở vị M
11,5m
của dầm giữa gây bởi tải trọng tĩnh
không hệ số D
1
, D
2
, D
3
và hoạt tải 1,3(LL+IM).






Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
GVHD: Trần Văn Đức Trang 25
Ứng suất của bản biên trên của dầm thép do mômen sử dụng:
Tải Trọng
M
D1

M
D2

M
D3

M
LL+IM
S
t
thép
S
t
liênhợp
US(MPa)
D
1

671.17



-10514140

-63.83
D
2

130.93



-29246004
-4.48
D
3



165.31


-29246004
-5.65
1,3(LL+IM)



1307.70

-79106978
-16.53
Tổng cộng

-90.49

Ứng suất của bản biên dưới của dầm thép do mômen sử dụng:
Tải Trọng
M
D1

M
D2

M
D3

M
LL+IM
S
t
thép
S
t
liênhợp
US(MPa)
D
1

671.17

11763578

57.05
D
2


130.93



14971591
8.75
D
3



165.31


14971591
11.04
1,3(LL+IM)



1307.70

14060280

93.01
Tổng cộng






169.85
Từ bảng tổng hợp ta nhận thấy maxf
f
= 169,85MPa < 327,75MPa. (OK)
Vậy dầm liên hợp đã đảm bảo làm việc bình thường ở trạng thái giới hạn sử dụng.
11/ TTGH Mỏi Và Đứt Gãy:
Thiết kế theo trạng thái giới hạn mỏi bao gồm giới hạn ứng suất do hoạt tải của xe tải
thiết kế mỏi chỉ đạt đến một trị số thích hợp ứng với một số lần tác dụng lặp xảy ra trong
quá trình phục vụ của cầu.
Biên độ ứng suất cho phép phụ thuộc vào chu kỳ của tải trọng và cấu tạo liên kết.
Đứt gãy phụ thuộc vào cấp vật liệu và nhiệt độ.
Điều kiện:
Φ
.(
ΔF
)
n
không nhỏ hơn
η
.
γ
.

Δf

(
ΔF
)
n
là sức kháng mỏi danh định (MPa)

Δf
là biên độ ứng suất do tải trọng mỏi gây ra (MPa)
Ở trạng thái giới hạn mỏi thì hệ số sức kháng  =1,0;  = 1,0.
Như vậy điều kiện đảm bảo sức kháng mỏi của dầm là:
(
ΔF
)
n
không nhỏ
γ
.
Δf

γ
= 0,75- trạng thái giới hạn mỏi.
Chu kỳ tải trọng:
Giả thiết rằng đây là cầu trên đường cao tốc liên tỉnh với lưu lượng xe là
20000xe/làn-ngày.
Tỉ lệ xe tải trong luồng:
ADTT= 0,1 x 20000 x 2(làn)= 4000xe/làn-ngày.