Thiết kế cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT (composite)

Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU DẦM
THÉP LIÊN HỢP
1.Số liệu thiết kế:
1.1- Tiêu chuẩn thiết kế: 22 TCN 272-05 hoặc AASHTO 1998, 2002, 2004, 2006.
1.2- Chiều dài nhịp đơn giản từ gối đến l
tt
(m): 35 (m)
1.3- Khổ cầu K (m): 7 + 2*1.25 (m)
1.4- Hoạt tải: HL93
1.5- Đoàn người(daN/m
2
):.PL =300 (daN/m
2
)
2.Nhiệm vụ thiết kế:
-Thiết kế cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT (composite):
-Lựa chọn tiết diện dầm chủ.
-Kiểm tra tiết diện dầm chủ theo các trạng thái giới hạn.
-Thiết kế liên kết giữa các bộ phận trong tiết diện dầm chủ.
-Thiết kế mối nối dầm chủ.
-Thiết kế hệ neo liên kết.
3. Tiêu chuẩn áp dụng:
Tiêu chuẩn thiết kế được áp dụng là tiêu chuẩn 22TCN 272 - 05.

Trang 1
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
CHƯƠNG II
LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ VÀ TÍNH TOÁN NỘI LỰC CỦA
DẦM CHỦ

2.1. Sơ bộ chọn dạng mặt cắt ngang (MCN) và tiết diện dầm
2.1.1 Cơ sở tính toán:
- Dầm thép tổ hợp được làm từ thép công trình cấp 345, dạng chữ I :
+ Cường độ chảy min F
y
= 345 Mpa
+Cường độ chịu kéo min F
u
= 450MPa
- Thiết kế dầm chịu uốn theo:
+ TTGH cường độ
+ TTGH sử dụng .
+ TTGH mỏi và đứt gãy cho các chi tiết.
- Bêtông sử dụng cho bản mặt cầu là bêtông có f
c
’ = 30MPa.
- Thép đường hàn là thép cấp 250.
2.1.2. Chọn dạng mặt cắt ngang và chiều dài tính toán :
- Chiều rộng phần xe chạy: B
1
= 7 m.
- Chiều rộng phần người đi bộ: B
2
= 2 x 1.25 m.
- Chọn dạng bố trí phần người đi bộ cùng mức với phần xe chạy, dùng dải phân cách cứng
để phân cách giữa người đi bộ và làn xe.
- Chiều rộng cột lan can cứng: B
3
= 50 cm
- Chiều rộng làn sơn : B

4
=25 cm.
Vậy: Chiều rộng toàn mặt cầu được xác định:
B = B
1
+ 2B
2
+ 2B
3
+ 2B
4
= 7 + 2 x 1.25 + 2 x 0.25+2
×
0.5= 11 m.
2.1.2.1. Chiều dài tính toán
Chiều dài tính toán cầu dầm giản đơn 1 nhịp: L
tt
= 35 - 0,3.2=34,4 m.
2.1.2.2. Số lượng dầm chủ
- Số dầm chủ: N
b
= 5 dầm.
-Khoảng cách giữa các dầm chủ:
11
2,2( )
5
mc
b
B
S m

N
= = =
Chọn S = 2,2 (m).
Vậy
( 1)
11 (5 1) 2,2
1,1( )
2 2
mc b
k
B N S
S m
− − ×
− − ×
= = =
2.1.2.3. Chọn kiểu dầm chủ
- Dầm thép chữ I.
Trang 2
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
2.1.2.4. Bố trí dầm chủ trên mặt ngang
- Khoảng cách S giữa các dầm chủ: S = 2200mm
Như vậy khoảng cách giữa các dầm là 2200mm. Khoảng cách từ dầm biên đến mép
ngoài của bản mặt cầu là 1000mm.
2.1.2.5. Các lớp phủ mặt cầu
Các lớp mặt cầu được chọn như sau:
- Bê tông Atphan dày 7cm.
- Lớp phòng nước dày 0,4 cm.
- Lớp tạo dốc bằng vữa xi măng trung bình dày 4 cm.
2.1.2.6. Chiều dày bản mặt cầu
- Ta có các yêu cầu về cấu tạo bản mặt cầu:

- Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT được quy định ở điều {A9.7.1.1} là
175mm (không kể lớp hao mòn).
- Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêm lớp hao mòn 15mm.
Đồng thời chiều dày của bản bêtông được xác định theo AASHTO:
s
S+3000 2200+3000
t = = 173,33(mm).
30 30
=
Vậy ta quyết định chọn chiều dày bản mặt cầu t
s
= 200mm.
Dạng mặt cắt ngang cầu được chọn như hình vẽ:
700200
1100
500
2200 2200 2200 2200 1100
500 1250
250
7000
250
1250 500
Låïp phoìng næåïc daìy 0,4cm
Låïp bã täng asphan daìy 7cm
Låïp mui luyãûn daìy 4cm
2%2%
Hình 1.1: Sơ đồ bố trí chung mặt cắt ngang cầu
Trang 3
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
2.1.3 Sơ bộ chọn tiết diện dầm :

2.1.3.1Chọn chiều cao dầm chủ:
-Chọn tiết diện dầm thõa mãn về yêu cầu cấu tạo đối với cầu dầm giản đơn như sau:
+Chiều cao dầm chủ :
min
1 1 1
( ) 35 1,59
15 25 22
40
1,21( )
33 33
kn
d l m
l
d d m

= ÷ × ≈ × ≈




≥ = = =


Với tiết diện liên hợp: Ta chọn : d=1600 mm
2.1.3.2. Tiết diện đồng nhất :
- Vì ta dự kiến sẽ dùng cùng một loại thép công trình cho tất cả các chi tiết nên tiết diện
được coi là đồng nhất. Do đó hệ số lai R
h
= 1,0.
2.1.3.3. Chọn tiết diện vách dầm :

* Các cơ sở để chọn tiết diện: ( Theo 22 TCN 272 - 05)
w w
w w
8 8
7 3d 7 3 1,6 12,7
t mm t mm
t t mm
≥ ≥
 
⇔
 
= + = + × =
 
.Chọn t
w
= 14 mm.
2.1.3.4. Cấu tạo bản biên.
* Bản biên trên:
Ta có:
1 w
1,1 1,1 14 15,4
f
t t mm≥ = × =
Chọn
1
18
f
t mm
=
1

1 1 1
1
1 w 1
1 1
253,33 432
24 0.95 1600 24 18
6 6
18( )
1,1 18( )
f
f f f
f
f f
b
D b t b
t mm
t t t mm
 
≤ ≤

≤ ≤ × × ≤ ≤ ×
  
⇔ ⇔
  
=

 

≥ =
 

Chọn
1
300
f
b mm
=
* Bản biên dưới:
+ Điều kiện chọn bản biên dưới:
2 2
2 w
1
24
6
1,1
f f
f
D b t
t t

≤ ≤



≥

Chọn t
f2
= 20(mm)
Ta có:
2 2

1
24
6
f f
D b t≤ ≤
⇔
2
1
0.95 1600 24 20
6
f
b× × ≤ ≤ ×
⇔
2
253,33 480
f
b
≤ ≤
Chọn b
f2
= 350 (mm)
Và chọn b
f3
=450 (mm), t
f3
=t
f2
=20 (mm)
Trang 4
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh

2.1.3.5.Cấu tạo dầm chủ:
300
350
450
18
2020
14
1542
1600
Vì là đặc điểm dầm liên hợp do vậy mà bản mặt cầu sẽ cùng tham gia chịu nén cùng với
biên trên của dầm thép do vậy mà kích thước của dầm thép cho phép giảm đến mức tối
thiểu, Tuy nhiên việc chọn kích thước của dầm thép phải đảm bảo điều kiện ổn định của
dầm thép khi nén.
2.2. Tính toán dầm chủ:
2.2.1. Số liệu thiết kế dầm chủ:
2.2.1.1. Các yếu tố mặt cắt ngang và đặc tính cơ học của vật liệu
- Khoảng cách giữa các dầm chủ: S = 2200mm
- Số lượng dầm chủ: n = 5 dầm
- Chiều dày bản bê tông cốt thép được chọn : t
s
= 20cm.
- Tỷ trọng của bê tông: W
c
= 2500kg/m
3
- Cường độ nén của bê tông bản mặt cầu: f’c = 30 MPa
- Giới hạn chịu kéo nhỏ nhất của thép thanh: f
u
= 450MPa
2.2.1.2. Các hệ số của tải trọng

*Hệ số của tĩnh tải:
Các hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên γ
p
(tra bảng {3.4.1-2):
- Đối với bản mặt cầu và lan can tay vịn:
γ
pDCmax
= 1,25
γ
pDCmin
= 0,9
- Đối với các lớp phủ mặt cầu:
γ
pDWmax
= 1,5
γ
pDWmin
= 0,65
Trang 5
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
*Hệ số của hoạt tải:
Các hệ số dùng cho tải trọng nhất thời :
+ Hệ số xung kích: IM
Cấu kiện IM
Mối nối bản mặt cầu
Tất cả các trạng thái giới hạn
75%
Tất cả các cấu kiện khác
+ Trạng thái giới hạn mỏi và giòn
+Tất cả các trạng thái giới hạn khác

15%
25%
+ Hệ số tải trọng: γ
LL
= 1,75
+ Hệ số làn xe :
Số làn chất tải Hệ số làn
1 1,20
2 1,00
3 0,85
> 3 0,65
2.2.1.4. Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng cho các trạng thái giới hạn (TTGH)
Hệ số biến đổi tải trọng  là hệ số đưa vào tính toán có liên quan đến tính dẻo, tính dư,
và tầm quan trọng của cầu.
D R L
η = η .η .η
 0,95
Trong đó:
+
D
hệ số liên quan đến tính dẻo.
+
R
hệ số liên quan đến tính dư.
+
L
hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác.
Hệ số điều chỉnh Tiêu chuẩn
TTGH
cường độ

TTGH
sử dụng
TTGH
mỏi
1.Hệ số dẻo
D
η
{A1.3.3} 0,95 1,00 1,00
2.Hệ số dư thừa
R
η
{A1.3.4} 0,95 1,00 1,00
3.Hệ số quan trọng
I
η
{A1.3.5} 1,05 1,00 1,00
IRD
ηηηη
=
{A1.3.2.1} 1,00 1,00 1,00
Với tất cả các trạng thái giới hạn không phải là trạng thái giới hạn cường độ 
D
= 
R
= 1,0.
Thông thường chọn =1 để tính toán cho trường hợp bất lợi nhất.
2.2.1.5. Chọn tổ hợp tải trọng tác dụng:
Việc chọn các hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng được quy định trọng mục {Bảng 3.4.1.1}
Trang 6
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh

2.2.1.5.1. TTGH cường độ:
TTGH cường độ I là tổ hợp tải trọng cơ bản để tính với tải trọng khai thác khi trên cầu
có xe và không có gió. Gồm:
+ DC: Tĩnh tải của các bộ phận kết cấu và liên kết.
+ DW: Trọng lượng tĩnh tải của các lớp mặt cầu và thiết bị.
+ LL: Hoạt tải xe cộ.
+ IM: Xung kích xe cộ.
Các hệ số tải trọng:
U = η.
ii
Q.
γ
∑
=η .{1,25.DC + 1,5.DW + 1,75.(LL + IM)}.
2.2.1.5.2. TTGH sử dụng :
Gồm: DC, DW, LL.
TU, CR: Nhiệt độ phân bố đều và từ biến.
U = η.
ii
Q.
γ
∑
= 1,00.{1,0.(DC+DW) +1,0.(LL+IM) +1,0.(TU+CR)}.
2.2.1.5.3. TTGH mỏi và đứt gãy chỉ có LL, IM và CE (Lực ly tâm):
U = 1,0.{0,75.(LL+IM)+0}.
2.2.2. Tính toán
2.2.2.1. Tính nội lực do hoạt tải:
2.2.2.1.1. Chọn số lượng làn xe:
B
1

= 7 m => Số làn xe thiết kế =
7000
3500
 
 
 
= [2,0] = 2 làn
2.2.2.1.2. Hệ số phân bố ngang:
- Việc tính toán một cách chính xác sơ đồ tính không gian của cầu 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
khi đó phải kể thêm hệ số phân bố ngang của hoạt tải.
- Loại tiết diện ngang có L = 35000 (mm).
- Hoạt tải tác dụng gồm có: + Xe tải thiết kế HL93
+Tải trọng làn g
l
=9.3 KN/m
2
+Tải trọng người PL= 3 KN/m
2
I/ Hệ Số Phân Bố Ngang Cho Mômen
a. Tính toán hệ số phân bố ngang cho mômen của dầm trong:
Công thức xác định theo AASHTO :
- Một làn xe thiết kế:
mg
M
SI
= 0,06 +
0,4
( )
4300

S
0,3
( )
S
L
0,1
3
( )
g
s
K
Lt
Trang 7
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
- 2 hay nhiều làn xe thiết kế:
mg
M
MI
= 0,075 +
0,6
( )
2900
S
0,2
( )
S
L
0,1
3
( )

g
s
K
Lt
Trong đó:
K
g
:tham số độ cứng .
g
K
=
2
.( . )
d g
n I A e+
S : khoảng cách giữa 2 dầm chính. S = 2200 (mm),
Với :
+ I
d
: mômen quán tính của dầm ở giai đoạn chưa liên hợp.
-Diện tích mặt cắt ngang của dầm thép:
A=300.18+450.20+350.20+14.1542 =42988 mm
2
-Mô men tĩnh với trục X-X :
x x
NC
Q
−
=300*18*(1600-18*0,5)+1542*14*(0,5*1542+40)+450*20*(0,5*20+20)+
+350*20*0,5*20 =26439268 mm

3
-Khoảng cách từ trục I-I của tiết diện NC tới trục X-X :
+
264392
615,03
42988
68
X X
I
NC
d
Q
y mm
A
−
= = =
+
1600 615,03 984,96
I I
t d
y d y mm= − = − =
-Mô men quán tính với trục I-I :
3 3
2 2
3 3
2 2
6 4
300.18 14.1542
300.18.(984,96 0,5.18) 14.1542.(0,5.1542 40 615,03)
12 12

450.20 350.20
450.20.(615,03 0,5.20 20) 350.20.(615,03 0,5.20)
12 12
15893,6.10
I I
NC
I
mm
−
= + − + + + −
+ + − − + + −
=
+e
g
: khoảng cách giữa các trọng tâm bản mc và dầm thép.
200
(1600 615,03) 50 1134,97
2
g
e mm= − + + =
+n -Tỷ lệ môdun giữa dầm thép và bản mặt cầu :
damB
D bmc
E
E
n
E E
= =
-Cường độ chịu nén của bê tông làm bản mặt cầu :
'

2c
f
= 30 Mpa.
Trang 8
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
Mô dun đàn hồi của bản mặt cầu :
bmc
E
=
1,5 '
2
0,043.( ) .
c c
fg
=
1,5
0,043.2500 . 30
= 29440,087 Mpa.
=> n =
200000
29440,087
= 6,79
Ta có :
2 6 2 11 4
.( . ) 6,79.(15893, 42986.10 .1134,97 ) 4,84.1 )8 0 (
g d g
K n I A e mm= + = + =
→
11
3 3

4,84.10
( ) 1,75
34400.200
g
s
K
Lt
= =
Vậy :
-Hệ số phân bố ngang đối với 1làn xe chất tải :
mg
M
SI
= 0,06 +
0,4
( )
4300
S
0,3
( )
S
L
0,1
3
( )
g
s
K
Lt
=0,06+

0,4
2200
( )
4300
0,3
2200
( )
34400
0,1
(1,75)
=0,414
-Hệ số phân bố ngang đối với 2làn xe hoặc nhiều làn chất tải :
mg
M
MI
= 0,075 +
0,6
( )
2900
S
0,2
( )
S
L
0,1
3
( )
g
s
K

Lt
=0,075+
0,6
2200
( )
2900
0,2
2200
( )
34400
0,1
(1,75)
=0,59
b. Tính toán hệ số phân bố ngang cho mômen của dầm biên
- Đối với dầm trong:
+ Một làn thiết kế chịu tải
mg
m
= 0,06+
0,4 0,3 0,1
3
( ) ( ) ( )
4300
g
s
K
S S
L Lt
⇒
mg

m
= 0,06+
( )
0,4 0,3
0,1
1600 1600
. 1,75
4300 34400
   
 ÷  ÷
   
= 0,34
+ Hai làn thiết kế chịu tải
mg
m
= 0,075+
0,6 0,2 0,1
3
( ) ( ) ( )
2900
g
s
K
S S
L Lt
Trang 9
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh

⇒
mg

m
= 0,075+
( )
0,6 0,2
0,1
1600 1600
. 1,75
2900 34400
   
 ÷  ÷
   
= 0,71
- Đối với dầm ngoài:
+ Một làn thiết kế chịu tải: Sử dụng phương pháp đòn bẩy.
1100 2200
900
500
1800600
1.00
0.18
SE
M
mg
=
1,2.(1,0 0,18)
2
+
= 0,708
+ Hai làn thiết kế chịu tải:
mg

m
= e.g
trong
Trong đó:
e = 0,77 +
2800
e
d
= 0,77 +
550
2800
= 0,966<1 Vậy ta chọn e=1

⇒

ME MI
M M
mg e mg
= ×
= 1*0,59= 0,59
Vậy chọn hệ số phân bố moment cho dầm ngoài:
mg
M
=Max
( )
SE ME
M M
g ,g 0,708
=
II/Xác Định Hệ Số Phân Bố Lực Cắt Của Dầm Trong Và Dầm Ngoài

a. Tính toán hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm trong:
Đk áp dụng:
1100≤ S= 2300 ≤4900mm ; 110 ≤ t
s
=200 ≤300mm ;6000≤L=40000≤ 73000mm
Trang 10
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
Công thức xác định theo AASHTO :
- Một làn xe thiết kế:
mg
V
SI
= 0,36 +
7600
S
= 0,36 +
2200
7600
=0,64
- 2 hay nhiều làn xe thiết kế:
mg
V
MI
= 0,2 +
3600
S
-
2
( )
10700

S
=0,2 +
2200
3600
-
2
2200
( )
10700
= 0,768
b. Tính toán hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm biên
- Một làn thiết kế chịu tải:
Dùng nguyên tắt đòn bẩy
SE SE
V M
mg mg 0,708
= =
- Hai làn thiết kế chịu tải:
Hệ số điều chỉnh cho lực cắt dầm ngoài:
e
d
550
e 0,6 0,6 0,78
3000 3000
= + = + =
ME MI
V V
mg e mg 0,78 0,768 0,599
= × = × =
Vậy chọn hệ số phân bố lực cắt cho dầm ngoài:

mg
V
=Max(
( )
SE ME
V V
g ,g 0,708
=
Bảng 1-4: bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang của moment và lực cắt:
HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG Moment lực cắt
Dầm trong LL 0,71 0,768
Dầm ngoài LL 0,708 0,708
II/Xác Định Hệ Số Phân Bố Của Người Dầm Trong Và Dầm Ngoài
a/ Hệ số phân bố ngang của đoàn người với dầm trong :
2.1,25
0,5
5
PL
b
T
g
N
Σ
= = =
b/ Hệ số phân bố ngang của đoàn người với dầm biên :
Trang 11
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
1100 2200
900
500

1.00
1.27
0.7
1250
1,27 0,7
1. 0.985
2
PL
g
+
= =
Vậy
PL
g
=
0,985
3.4.4. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải
3.4.4.1. Tải trọng của mặt đường trên cầu và các bộ phận mặt cầu
- Tải trọng do lan can
- Do trọng lượng của lan can:
Tĩnh tải lan can tay vịn: P
lc
= 0,06T/m
Tĩnh tải bệ đỡ lan can:
DC
2
=
[ ]
6
. ( ).0,5. . .10 .2,4.10. .10

d d d t v t t lc
h b b b h h b P
−
+ − + +

= [500*150*40+250*0,5*250*40+250*550*40+(0,9*0,15*0,15-0,1*0,1*2*0,15)]*10
-6
*2,5*9,81=239,11kN
-Khối lượng lan can tay vịn ,gờ chắn tính cho 1m dài cầu:
2
239,11*2
2,73( / )
5*35
DC KN m= =
- Do trọng lượng bản thân các lớp mặt cầu
Trang 12
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
Tính toán theo bảng sau:
STT Lớp Chiều dày (m)
γ (kN/m
3
)
DW (kN/m)
1 Lớp phủ asphan 0.05 23 1,15
2 Bê tông bảo vệ 0,02 24 0,48
3 Chống thấm 0,01 15 0,15
4 Mui luyện 0,02 24 0,48
Cộng 0,1 2,26
⇒
DW =

2,26.10
5
= 4,52 kN/m
Mô hình tải trọng tác dụng lên cánh hẫng như hình vẽ:
250 250 300 1800
L
1
L
2
L
3
=L
4
DC
2
DC
1
D
W
Hình 2.1: Mô hình tải trọng tác dụng lên cánh hẫng
Trong đó:
L
1
– Chiều dài bản hẫng
L
2
– Khoảng cách từ tim lan can đến ngàm
L
3
– Chiều dài phần có lớp phủ mặt cầu

L
4
– Chiều dài đoạn phân bố tải trọng bánh xe
Trang 13
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
L
5
– Chiều dài đoạn phân bố tải trọng người đi bộ
Với L
1
, L
2
, L
3
, L
4
, L
5
được tính theo nhịp có hiệu của bản kê trên dầm dọc là chiều dài
của bản cánh hẫng trừ đi một nữa chiều rộng bản cánh dầm dọc tức là b
f
/2.
3.4.4.2. Tải trọng bản thân dầm chủ
- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân :
6
dc s
DC A . 42988.10 .7,85.9,81 3.31 (KN/m)
s
γ
−

= = =
- Tĩnh tải do hệ thống liên kết ngang: Trọng l
ượng của hệ thống liên kết ngang lấy bằng
0.11x
dc
DC
.

lkn
DC 0.11 . 0.11 3.31 0.364 (KN/m)
dc
DC x
= = =

-Tĩnh tải do bản mặt cầu:
KN/m)( 301.1081.95.22.01.2 DC
bmc
=== xxxtb
btse
γ
-Tĩnh tải do bêtông phần vút :

KN/m)( 319.081.95.205.026.0 DC
0vut
=== xxxtb
bt
T
ft
γ
-Vậy:

1
DC 3.31 0.364 10.301 0.319 14.294 (KN/m)
dc lkn bmc vut
DC DC DC DC
= + + + = + + + =
Bảng tổng kết:
Do bản mặt cầu DC
1
14,294 (kN/m)
Do lan can tay vịn DC
2
2,73 (kN/m)
Do lớp phủ mặt cầu DW 4,52 (kN/m)
3.4.4.3. Các hệ số cho tĩnh tải
γ
p
{3.4.1-2}
Loại tải trọng TTGH Cường độ 1 TTGH Sử dụng
DC: Cấu kiện và các thiệt bị phụ 1,25/0,9
DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1
3.4.4.4. Xác định nội lực
Ta tính toán nội lực dầm chủ tại mặt cắt giữa nhịp đối với mômen và tại mặt cắt gối
đối với lực cắt.
Để xác định nội lực, ta vẽ đường ảnh hưởng cho các mặt cắt cần tính rồi xếp tĩnh tải rãi
đều lên đường ảnh hưởng. Nội lực xác định theo công thức:
- Mômen: M
u
= η.γ
p

.ω.g
- Lực cắt: V
u =
η.g.(γ
p
.ω
+
- γ
p
.ω
-
)
Trong đó:
Trang 14
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
ω - diện tích đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt đang xét.
ω
+
- diện tích đường ảnh hưởng lực cắt dương tại mặt cắt đang xét.
ω
-
- diện tích đường ảnh hưởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét.
3.4.4.4.1. Mômen
Đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt giữa nhịp:
ω = 147,92 m
2
8,6
17,2
17,2 17,2
- Trạng thái giới hạn cường độ 1

MCĐ1=η(γDC1.DC1 + γDC3.DC2+ γDW.DW).ω
Với : η=1,0; γDC1= γDC2= γDC3=1,25; γDW=1,5 ;
-theo TTGH SD:
MSD = (DC1+DC2+DC3+DW)ω
Bảng tổng kết:
Mômen do tĩnh tải (kNm)
γDW ω
1,5 147,92
1,5 136,91
1,5 108,70
1,5 65,19
1,5 0,00
Lực cắt do tĩnh tải (kN)
Mặt cắt ω+ VSD VCĐ1
L/2 0 0
3L/8 6,77 145,85 145,85
L/4 9,93 213,93 213,93
L/8 13,39 288,47 288,47
0 17,20 370,56 370,56
Trang 15
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
Nhận xét: Nội lực tại các mặt cắt của dầm ngoài luôn lớn hơn dầm trong. Vậy ta chỉ
phải kiểm toán nội lực của dầm ngoài.
3.4.5. Tính toán nội lực dầm chủ do hoạt tải
Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ (HL-93) sẽ gồm một tổ hợp của:
- Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế.
- Tải trọng làn thiết kế
Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích.
Hiệu ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của trường hợp sau.
- Hiệu ứng của xe 2 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế

9HL93M).
- Hiệu ứng của một xe tải thiết kế tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế
(HL93K).
3.4.5.1. Mômen
[ ]
. . ((1 ). . 9,3. ) . . .
LL PL LL LL i i PL PL
M m g IM P y g PL
η γ ω γ ω
+
= + Σ + +
Trong đó:
η: Hệ số điều chỉnh tải trọng
γ
LL
, γ
PL
: Hệ số hoạt tải của xe và người
+ Ở TTGH cường độ I: γ
LL
= γ
PL
=1,75
+ Ở TTGH sử dụng: γ
LL
= γ
PL
=1,3
mg
LL

, g
PL
: Hệ số phân bố mômen của hoạt tải xe và đoàn người : mg
LL
M
= 0,708 , g
PL
=
1,23
Pi: Tải trọng của trục xe
yi: Tung độ ảnh hưởng tương ứng dưới trục bánh xe Pi
1+IM =1,25 là hệ số xung kích
PL=3KN/m
2
: Tải trọng đoàn người
Trang 16
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
ω: Diện tích đường ảnh hưởng
- Đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt giữa nhịp
- Xe tải thiết kế + Tải trọng làn + Tải trọng người
ÐAH M(L/2)
6.07
8,6
8
6.9
145
145
35
110
110

17,2
17,2 17,2
9.3 kN/m
3 kN/m2
+ Trạng thái giới hạn cường độ 1
M
u
= η.[1,75.mg
m
.[(1+IM). (35.y
1
+145. y
2
+145. y
3
) + 9,3.ω] + 1,75.g
pl
.3.ω]
=0,95*[1,75*0,708*[(1+0,25)*(35*6,9+145*6,27+145*8,6)+9,3*147,92]+
1,75*0,985*3*147,92]
= 5873,59 kN/m
+ Trạng thái giới hạn sử dụng
M
u
= η.[1,3.mg
m
.[(1+IM).(35.y
1
+145. y
2

+145. y
3
) + 9,3.ω] + 1,3.g
pl
.3.ω]
=1*[1,3*0,708*[(1+0,25)*(35*6,9+145*6,27+145*8,6)+9,3*147,92]+
+1,3*0,985*3*147,92]
= 4592,88 kN/m
- Xe 2 trục thiết kế + Tải trọng làn + Tải trọng người
+ Trạng thái giới hạn cường độ 1
M
u
= η.[1,75.g
m
.[(1+IM).110.(y
1
+y
2
) + 9,3.ω] + 1,75.g
pl
.3.ω ]
= 0,95*[1,75*0,708*[(1+0,25)*110*(8,6+8)+9,3*147,92]+1,75*0,985*3*147,92]
= 5032,51 kN/m
Trang 17
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
+ Trạng thái giới hạn sử dụng
M
u
= η.[1,3.mg
m

.[(1+IM).110.(y
1
+y
2
) + 9,3.ω] + 1,3.g
pl
.3.ω ]
= 1*[1,3*0,708*[(1+0,25)*110*(8,6+8)+9,3*147,92]+1,3*0,985*3*147,92]
= 3935,20 kN/m
3.4.5.2. Lực cắt
Đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt gối
- Xe tải thiết kế + Tải trọng làn + Tải trọng người
ÐAH Vg?i
145
145
35
110
110
9.3 kN/m
3 kN/m2
1.00
0.97
0.88
0.75
34.4
w(+)=17.2
+ Trạng thái giới hạn cường độ 1
V
u
= η.[1,75.mg

m
.[(1+IM). (35.y
1
+145. y
2
+145. y
3
) + 9,3.ω
+
] + 1,75.g
pl
.3. ω
+
]
= 0,95*[1,75*0,708*[(1+0,25)*(35*0,75+145*0,88+145*1)+9,3*17,2] +
1,75*0,985*3*17,2]
= 688,69 kN/m
+ Trạng thái giới hạn sử dụng
V
u
= η.[1,3.mg
m
.[(1+IM). (35.y
1
+145. y
2
+145. y
3
) + 9,3. ω
+

] + 1,3.g
pl
.3. ω
+
]
= 1*[1,3*0,708*[(1+0,25)*(35*0,75+145*0,88+145*1)+9,3*17,2] +
1,3*0,985*3*17,2]
= 557,13 kN/m
Trang 18
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
- Xe 2 trục thiết kế + Tải trọng làn + Tải trọng người
+ Trạng thái giới hạn cường độ 1
V
u
= η.[1,75.mg
m
.[(1+IM).110.(y
1
+y
2
) + 9,3. ω
+
] + 1,75.g
pl
.3. ω
+
]
= 0,95*[1,75*0,708*[(1+0,25)*110*(1+0,97)+9,3*17,2] + 1,75*0,985*3*17,2]
= 591,61 kN
+ Trạng thái giới hạn sử dụng

V
u
= η.[1,3.mg
m
.[(1+IM).110.(y
1
+y
2
) + 9,3. ω
+
] + 1,3.g
pl
.3. ω
+
]
= 1*[1,3*0,708*[(1+0,25)*110*(1+0,97)+9,3*17,2] + 1,3*0,985*3*17,2]
= 462,61 kN
Bảng tổng kết:
Mômen do hoạt tải (kNm)
L/2 3L/8 L/4 L/8 0
MLL(SD)(KN.m) 4635,28 4321,94 3463,19 2081,00 0,00
MLL(CĐ1)(KN.m) 7106,73 6620,40 5299,08 3183,40 0,00
Lực cắt do hoạt tải (kN)
ω+
140,00 8,60
177,90 6,77
219,80 9,93
259,15 13,39
298,85 17,20
Nhận xét: Nội lực tại các mặt cắt dưới tác dụng của xe tải thiết kế luôn lớn hơn xe 2

trục. Vậy ta chỉ phải kiểm toán nội lực của - Xe tải thiết kế + Tải trọng làn + Tải trọng
người.
III)Tổ hợp nội lực tại tiết diện đặc trưng của dầm.
Tổ hợp theo TTGH cường độ I : (TCN 3.4.1.1)
Trang 19
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
+
1 1 1
.( 1,75 )
CD CD CD
u tt ht
M M M
η
= +
+
1 1 D1
.( 1,75 )
CD CD C
u tt ht
V V V
η
= +
Tổ hợp theo TTGH sử dụng:
+
SD SD SD
u tt ht
M M M= +
+
SD SD SD
u tt ht

V V V= +

Bảng tổ hợp nội lực theo TTGH cường độ I & sử dụng:
Bảng tổng hợp Momen cuối cùng
Vị trí
mặt cắt
Trạng thái giới hạn sử dụng Trạng thái giới hạn cường độ I
mtt (DC+DW)
(KN.m)
mht (HL93)
(KN.m)
mu
(KN.m)
mtt (DC+DW)
(KN.m)
mht
(HL93)
(KN.m)
mu
(KN.m)
L/2 3186,79 4635,28 7822,07 4150,64 7106,73 11257,36
3L/8 2949,63 4321,94 7271,57 3841,75 6620,40 10462,15
L/4 2341,92 3463,19 5805,11 3050,23 5299,08 8349,31
L/8 1404,41 2081,00 3485,41 1829,18 3183,40 5012,58
Gối 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Bảng tổng hợp lực cắt cuối cùng
Vị trí mặt
cắt
Trạng thái giới hạn sử dụng Trạng thái giới hạn cường độ I
Vtt (DC+DW)

(KN.m)
Vht
(HL93)
(KN)
Vu
(KN)
Vtt (DC+DW)
(KN)
Vht
(HL93)
(KN) Vu (KN)
L/2 0,00 193,78 193,78 0,00 339,12 339,12
3L/8 145,85 216,86 362,71 145,85 379,50 525,35
L/4 213,93 279,00 492,93 213,93 488,24 702,17
L/8 288,47 340,83 629,31 288,47 596,46 884,93
Gối 370,56 405,48 776,03 370,56 709,58 1080,14
Trang 20
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
IV. Kiểm tra các tiết diện thiết kế yêu cầu :
1.Theo TTGH CD1 và Sử Dụng.
1.1.Các giai đoạn làm việc.
Dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép làm việc theo 2 giai đoạn chính :
-Giai đoạn 1: Dầm thép chưa liên hợp ( NC ). Toàn bộ tải trọng dầm chủ DC
1
và bản mặt
cầu DC
2
chưa đông cứng chỉ do dầm thép chịu.
- Giai đoạn 2 : Dầm thép liên hợp bản mặt cầu : dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn :
+ Tải trọng tĩnh chất thêm DC

3
+ DW là do dầm liên hợp dài hạn chịu (LT)
+ Hoạt tải và lực xung kích PL+LL là do tiết diện liên hợp ngắn hạn chịu (ST)
1.2. Xác định chiều rộng có hiệu của bản mặt cầu:
- Chiều rộng có hiệu của dầm trong được xác định như sau:
w
2,2
0,3
min 12. ax( , ) min 12.0,2 ax(0,014; ) 2,55
2 2
37
9,25
4 4
c
i s
S
S m
b
b t m t m m
l
m
 
 
=
 
 
= + = + =
 
 
 

=
 
 
Vậy chiều rộng có hiệu của dầm trong là b
i
=2,2 m
-Chiều rộng có hiệu của dầm biên được xác định như sau:
1
w
1,1
1 0,014 0,3
. min 6. ax( , ) 1,1 min 6.0,2 ax( ; ) 2,375
2 2 4 2 4
37
4,625
8 8
2,2
k
k
f
e i sk
e
S
S m
b
t
b b t m m m
l
m
b m

 
 
=
 
 
= + + = + + =
 
 
 
=
 
 
=
1.3.
Tỉ số môđun:
Đối với bêtông dùng cho bản mặt cầu có f
c
’ = 30MPa, Tra 22TCN 272-05 {6.10.5.1.1b}
ta có n = 8.
Trang 21
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
V.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện:
a.Tiết diện dầm thép (Giai đoạn 1)
300
350
450
18
2020
14
615.03

1600
I
NC
X
X
984.96
I
NC
-Diện tích mặt cắt ngang của dầm thép:
A=300.18+450.20+350.20+14.1542 =42988 mm
2
-Mô men tĩnh với trục X-X :
x x
NC
Q
−
=300*18*(1600-18*0,5)+1542*14*(0,5*1542+40)+450*20*(0,5*20+20)+
+350*20*0,5*20 =26439268 mm
3
-Khoảng cách từ trục I-I của tiết diện NC tới trục X-X :
+
264392
615,03
42988
68
X X
I
NC
d
Q

y mm
A
−
= = =
+
1600 615,03 984,96
I I
t d
y d y mm= − = − =
-Mô men quán tính với trục I-I :
3 3
2 2
3 3
2 2
6 4
300.18 14.1542
300.18.(984,96 0,5.18) 14.1542.(0,5.1542 40 615,03)
12 12
450.20 350.20
350.20.(615,03 0,5.20 20) 450.20.(615,03 0,5.20)
12 12
15893,6.10
I I
NC
I
mm
−
= + − + + + −
+ + − − + + −
=

-Mômen chống uốn :
Trang 22
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
6
6 3
15893,6.10
25,84.10
615,03
I I
d
NC
NC
I
d
I
S mm
y
−
= = =
6
6 3
15893,6.10
16,13.10
984,96
I I
t
NC
NC
I
t

I
S mm
y
−
= = =
b.Tiết diện dầm thép liên hợp ngắn hạn (Giai đoạn 2)
300
350
450
18
2020
14
615,03
1600
X
X
C
ST
=637,04
1252,07 347,92
I
NC
I
NC
II
ST
II
ST
Ta có :
8

s
ST
c
E
n
E
= =
-
2
4298
.
22
8
00.200
A 97988
8
e s
ST NC
ST
b t
A mm
n
= + = + =
-
3 3
1 1
. . .( 0,5. ) .2200.200.(984,96 0,5.200 50) 62422,8.10
8
I I I
bmc i s t s h

ST
Q b t y t t mm
n
−
= + + = + + =
-
3
62422,8.10
637,04
97988
I I
bmc
ST
ST
Q
C mm
A
−
= = =
Trang 23
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
-
( )
615,03 637,04 1252,07
II ST I
d d ST
y y C mm= + = + =
-
( )
984,96 637,04 347,92

II ST I
t t ST
y y C mm= − = − =
-Mômen quán tính giai đoạn 2 của tiết diện liên hợp ngắn hạn :

3
2 2
3
6 2 2
6 4
.
1
. .( . ( 0,5. ) )
12
1 2200.200
15893,6.10 637,04 .42988 .[ 2200.200.(347,92 50 0,5.200) ]
8 12
=47158.10
II
i s
ST NC ST NC i s t h s
ST
b t
I I C A b t y t t
n
mm
= + + + + +
= + + + + +
-Mômen kháng uốn của tiết diện :
6

6 3
( )
47158.10
37,66.10
1252,07
d
ST
ST
II ST
d
I
S mm
y
= = =
6
6 3
( )
47158.10
135,54.10
347,92
t
ST
ST
II ST
t
I
S mm
y
= = =
c.Tiết diện dầm thép liên hợp dài hạn (Giai đoạn 2)

Trang 24
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép  GVHD: Th.S Trần Đình Minh
300
350
450
18
2020
14
1600
I
NC
X
X
I
NC
954,35 645,85
III
LT
III
LT
C
LT
=339,32
Ta có :
3 24
LT ST
n n= =
-
2
.

2200.200
A 42988 61321,33
24
e s
LT NC
LT
b t
A mm
n
= + = + =
3 3
1 1
. . .( 0,5. ) .2200.200.(984,96 0,5.200 50) 20807,6.10
24
I I I
bmc e s t s h
LT
Q b t y t t mm
n
−
= + + = + + =
-
3
20807,6.10
339,32
61321,33
I I
bmc
LT
LT

Q
C mm
A
−
= = =
-
( )
615,03 339,32 954,35
II LT I
d d LT
y y C mm= + = + =
-
( )
984,96 339,32 645,65
II LT I
t t LT
y y C mm= − = − =
-Mômen quán tính giai đoạn 2 của tiết diện liên hợp dài hạn :
Trang 25