THIẾT kế môn học cầu THÉP, THIẾT kế KC cầu dầm THÉP LIÊN hợp với bản BTCT NHỊP gđơn ĐƯỜNG ÔTÔ,HL93+300daNm2,NHỊP dài 21m
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (695.92 KB, 65 trang )
THiÕt kÕ m«n häc cÇu thÐp
b
b
b
é
é
é
m
m
m
«
«
«
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
1
ThiÕt kÕ m«n häc
CÇu thÐp
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
2
I. Nội dung thiết kế:
Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT nhịp giản đơn cho đờng ôtô.
II. Số liệu thiết kế:
1. Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng ngời đi bộ 3 KN/m
2
.
2. Chiều dài nhịp: 21m.
3. Chiều dài nhịp tính toán: 20,4m.
4. Khổ cầu: 10,5+2x2.0 m
5. Loại liên kết sử dụng: Bulông cờng độ cao.
6. Dầm chủ: Mặt cắt ghép tổ hợp hàn.
7. Loại thép: Thép hợp kim thấp.
8. Bêtông bản mặt cầu: f
c
= 40 Mpa.
III. Tiêu chuẩn thiết kế:
Thiết kế theo quy trình tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 01.
VI. chọn loại dầm-Bố trí kết cấu nhịp:
+ Sử dụng dầm tổ hợp.
+ Sơ đồ kết cấu: Dầm giản đơn.
+ Số lợng nhịp: 1 nhịp.
Sơ đồ kết cấu.
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
3
Phần thuyết minh
I Các số liệu của bêtông:
1. Số liệu của bêtông làm bản mặt cầu:
1.Bêtông làm bản mặt cầu cấp : A
2. Cờng độ nén quy định của bêtông f'
c
= 40 Mpa
3. Mô đuyn đàn hồi của bêtông E
c
= 33994.50 Mpa
4. Tỷ trọng của bêtông y
c
= 25 kN/m
3
5. Chiều dày của bản mặt cầu t
s
=
160 Mm
6. Chiều dày lớp phủ t
w
=
70 Mm
7. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phủ = 22.5 kN/m
3
8. Chiều dày lớp phòng nớc
= 5 Mm
9. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phòng nớc = 0.72 kN/m
3
10. Chiều cao vút : 50 Mm
11.Độ dốc của vút : 1:1
ii. Tính toán thiết kế bản mặt cầu:
1. Tính toán bản mặt cầu phần giữa 2 dầm I:
Sơ đồ tính toán thực tế là sơ đồ dầm 2 đầu ngàm, chiều dài tính toán là khoảng cách
giữa 2 dầm I liên tiếp (thiên về an toàn). Để đơn giản trong tính toán ta tính toán nội lực
trên sơ đồ dầm giản đơn sau đó suy ra nội lực trên sơ đồ thực tế theo các công thức kinh
nghiệm:
M
0
= 0,5M
max
M
1
= 0,8M
max
a) Tính toán tải trọng bản thân của bộ phận kết cấu và các thiết bị phụ phi kết cấu
(DC):
+ Diện tích của mặt cắt là: A
c
= 160.15 + 2.15.15 + 10.10 = 2950 (cm
2
).
2000
2000
sơ đồ thực tế
sơ đồ dầm giản đơn
M
max
M
o
M
1
M
1
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
4
+ Chiều cao của mặt cắt quy đổi là:
2950
13, 44 ( ).
160
h cm
= =
+ Tải trọng bản thân của kết cấu là: DC
1
=
c
.1.h = 25.1.0,1344= 3,36 (kN/m).
(Tính cho 1m dài dọc cầu).
b) Tính toán tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng
(DW).
+ Gờ chắn xe:
- Diện tích mặt cắt của gờ chắn xe là: A
c
= 0,5.(0,125 + 0,25).0,25 = 0,046875 (m
2
).
- Trọng lợng của gờ chắn xe là: DC
2
=
c
.A
c
.1/0,25 = 25.0,046875.1/0,25
DC
2
= 4,688 (kN/m).
Ghi chú: DC
2
chỉ phân bố trên chiều dài 250 mm, cách đầu ngàm 1 đoạn 250
mm.
+ Lớp phòng nớc:
- Chọn lớp tạo dốc dày 0,4 (cm).
- Trọng lợng thể tích của lớp phòng nớc là:
c
= 0,72(kN/m).
- Trọng lợng của lớp phòng nớc là:
q
1
= 0,72.1.0,004 = 0,0029 (kN/m).
+ Lớp bê tông asphals:
- Chọn bề dày lớp bê tông asphals là: 7 (cm).
- Trọng lợng thể tích của bê tông asphals là:
a
= 22,5 (kN/m).
- Trọng lợng của lớp asphals là:
q
2
= 22,5.1.0,07 = 1,575 (kN/m).
Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu là:
DW = q
1
+ q
2
= 0,0029 + 1,575 = 1,578 (kN/m).
c) Tính toán mômen bản mặt cầu:
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
5
Ta nhận thấy rằng mômen ở giữa bản là lớn nhất nên ta chỉ cần tính toán với mặt
cắt giữa bản.
+ Tính toán mômen do tải trọng DC
1
gây ra:
DC = 4,438 (kN/m)
2
0,5
đuờng ảnh huởng momen
M
DC1
= 3,36x1x0,6 = 2,06 (kN.m).
+ Tính toán mômen do tải trọng DC
2
và DW gây ra:
0,25
0,125
0,25
DC
2
= 4,688 (kN/m)
0,5
2
2
0,5
DW = 1,578 (kN/m)
M
DC2
=4,688.(0,15+0,3).0,15/2=0,158 (KN.m).
M
DW
= 1,578.1.0,6 = 0,9522 (kN.m).
+ Tính toán mômen do hoạt tảI xe gây ra:
Theo tiêu chuẩn mới (22 TCN 272 05) thì vệt bánh xe có dạng hình
chữ nhật có bề rộng là 510 mm và có chiều dài đợc tính theo công thức:
L = 2,28.10
-3
.
P
IM
)
100
1( +
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
6
Trong đó:
P : Tải trọng một bánh xe. P = 72500 (N).
IM: Hệ số xung kích. IM = 75%.
: Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cờng độ).
= 1,75.
- Chiều dài vệt tiếp xúc là:
L =
).(506,0)(50672500).
100
75
1.(75,1.10.28,2
3
mmm ==+
- Bề rộng vệt tiếp xúc là:
b = 510 + 2.h = 510 + 2.150 = 810 (mm) = 0,81 (m).
Tải trọng phân bố dới vệt bánh xe là:
)./(506,89
1.81,0
5,72
1.
mkN
b
P
q ===
Momen do tải trọng làn gây ra:
M
L
= 9,3.0,6.1 = 5,58 (kN.m).
Momen do bánh xe tải thiết kế gây ra:
M
xe
= 89,506.(0,2975 + 0,6).0,405 = 32,91 (kN.m).
9,3 (kN/m)
0,5
2
q = 89,506 (kN/m)
2
0,5
0,2975
0,81
0,2975
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
7
Momen do tải trọng HL93 gây ra:
M
HL93
= n.M
xe
+ M
L
= 1,2.32,9 + 5,58 = 45,01 (kN.m).
n = 1,2: Hệ số làn xe. (Do bề rộng nhỏ nên ta chỉ xếp trên 1 làn xe).
+ Mômen do tải trọng bộ hành (PL) gây ra:
1,5
PL = 3 (kN/m)
0,25
2
0,5
M
PL
= 0,6.(0,3+0,6).6+6.1.0,6= 6,82 (kN.m).
+ Mômen do lực xung kích của xe gây ra:
M
IM
= 75%M
xe
= 0,75.32,9 = 24,68 (kN.m).
Vậy ta có các giá trị momen (-) và momen (+) trên sơ đồ thực tế đợc ghi trong bảng
sau:
M
DC1
M
DC2
DW M
IM
M
HL93
M
PL
Giá trị mômen M
max
2,06
0,158
0,9522
24,68 45,01 36,82
Giá trị mômen (+) (giữa dầm)
1.03
0.079
0,476 12,34 22.50 18,41
Giá trị mômen (-) (tại ngàm) 1,65
0.1264
0,764 19,74 36 29,456
d) Tổ hợp tải trọng:
Đối với bản mặt cầu chỉ cần tính toán và kiểm toán theo hệ số sức kháng và
khống chế bề rộng vết nứt, nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn cờng độ I
và trạng thái giới hạn sử dụng.
Tính toán nội lực theo công thức:
Q
Tính toán
=
iii
Q
Trong đó:
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
8
i
: Hệ số tải trọng.
Q
i
: Nội lực tính.
i
: Hệ sô điều chỉnh tải trọng.
Ghi chú:
max
: Hệ số tải trọng lớn nhất.
min
: Hệ số tải trọng nhỏ nhất.
+ Khi tính toán với trạng thái giới hạn cờng độ I:
1
=
D
đối với thiết kế thông thờng.
R
= 1 thiết kế bản mặt cầu với mức d thông thờng.
I
= 1,05 cầu đợc thiết kế là quan trọng.
Vậy:
05,1
=
=
IRD
+ Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng:
1
=
D
đối với thiết kế thông thờng.
R
= 1 thiết kế bản mặt cầu với mức d thông thờng.
I
= 1 cầu đợc thiết kế là quan trọng.
Vậy:
.1
=
=
IRD
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng cờng độ I
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọg sử dụng
Hệ số
M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
IM
KN.m
M
HL93
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
KN.m
1,25 1,25 1,5 1,75 1,75 1,75
1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05
+
max
M
1.351875
0.103688
0.62475
12.19625
20.53125
24.16313
59,08
max
M
2.165625
0.1659
1.00275
25.90875
47.25
38.661
115.154
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
9
2. Tính toán bản mặt cầu phần hẫng.
Chọn sơ đồ tính toán là sơ đồ công son nh hình vẽ.
Kết cấu chịu tác dụng của trọng lợng bản thân, tải trọng lan can, tải trọng bộ hành,
lớp phủ mặt cầu.
a. Tính toán tải trọng bản thân của bộ phận kết cấu và các thiết bị phụ phi kết cấu (DC):
+ Diện tích của mặt cắt là: A
c
= [160.15 + 2.15.15 + 10.10]/2 = 1475 (cm
2
).
+ Chiều cao của mặt cắt quy đổi là:
1475
14,75 ( ) 148 ( ).
100
h cm mm
= =
+ Tải trọng bản thân của kết cấu là: DC
1
=
c
.1.h = 25.1.0,160 = 4,450 (kN/m).
(Tính cho 1m dài dọc cầu).
b. Tính toán tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng :
+ Lan can, tay vịn lề ngời đi:
- Phần thép có trọng lợng: W
rl
== 0,5 (KN/m).
Hệ số
M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
IM
KN.m
M
HL93
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
1
1
1 1 1 1
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
)(
max
+
M
1.03 0.079 0,476 12,34 22.50 18,41
55,5
)(
max
M
1,65 0.1264
0,764 19,74 36 29,456
87,7
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
10
- Phần bê tông có trọng lợng:
W
cb
= A
c
.
bt
= 0,149.25 = 3,725(KN/m).
Tổng: DC
2
= 0,5 + 3,725 = 4,225 (KN/m).
Ghi chú: DC
2
chỉ phân bố trên chiều dài 500 mm ở phía đầu công son.
+ Lớp phòng nớc:
- Chọn lớp tạo dốc dày 0,4 (cm).
- Trọng lợng thể tích của lớp phòng nớc là:
c
= 0,72(kN/m).
- Trọng lợng của lớp phòng nớc là:
q
1
= 0,72.1.0,004 = 0,0029 (kN/m).
+ Lớp bê tông asphals:
- Chọn bề dày lớp bê tông asphals là: 7 (cm).
- Trọng lợng thể tích của bê tông asphals là:
a
= 22,5 (kN/m).
- Trọng lợng của lớp asphals là:
q
2
= 22,5.1.0,07 = 1,575 (kN/m).
Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu là:
DW = q
1
+ q
2
= 0,0029 + 1,575 = 1,578 (kN/m).
c. Tải trọng bộ hành:
Kết cấu chịu tác dụng của tải trọng bộ hành PL = 6.10
-3
(MPa) = 6 (kN/m) phân bố
đều trên toàn bộ phần lề đi bộ rộng 2 m
d. Tính toán mômen bản mặt cầu:
Do đặc điểm chịu lực nên kết cấu chỉ xuất hiện mômen âm lớn nhất ở ngàm chieu
dài ngàm l=1,75 m
+ Mômen do tải trọng DC
1
gây ra:
2
2
1
1
.
4,45.0,875
1,70 ( . ).
2 2
DC
DC l
M kN m
= = =
+ Mômen do DC
2
và DW gây ra:
2 2
1
. .(1 0,875).0,875 4, 225.0,375 3,46 ( . ).
2
DC
M DC kN m
= + = =
2 2
. 1,578.0,875
0, 60 ( . ).
2 2
DW
DW l
M kN m
= = =
+ Mômen do tải trọng bộ hành PL gây ra:
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
11
2 2
. 6.0,875
2,297 ( . ).
2 2
PL
PL l
M kN m
= = =
e. Tổ hợp tải trọng:
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng cờng độ I
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng sử dụng
3. Bố trí cốt thép bản mặt cầu:
3.1. Đối với sơ đồ 1 (sơ đồ 2 đầu ngàm):
a. Tính toán cho phần mômen dơng (bản).
Sử dụng cốt thép thờng theo ASTM có đờng kính danh định 18. Xác định
diện tích cốt thép chịu kéo theo công thức:
sy
s
df
M
A
.
)(
max
+
=
Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ là:
d = 25 (mm); d
s
= 160 - 35 = 125 (mm).
6
2
59,8.10
1213,98( )
400.125
s
A mm
= =
.
Số lợng thanh cốt thép chọn là: n =
2
.
.4
s
str
s
A
A
A
=
A
str
: Diện tích mặt cắt ngang một thanh cốt thép.
Hệ số
M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
KN.m
1,25
1,25
1,5 1,75
1,05
1,05
1,05 1,05
max
M
2,23 4,54 0,79 3,01 10,57
Hệ số
M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
KN.m
1
1
1 1
1,0
1,0
1,0
1,0
max
M
1,7 3,46 0,6 2,297 8,057
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
12
2
4.1213,98
4,77
.18
n
= =
Chọn: n = 5 (thanh).
b. Tính toán cho phần mômen âm (bản):
Sử dụng cốt thép thờng theo ASTM có đờng kính danh định 18. Xác định
diện tích cốt thép chịu kéo theo công thức:
sy
s
df
M
A
.
)(
max
=
Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ là:
d = 35 (mm); d
s
= 160 25 = 135 (mm).
6
2
115,54.10
2139,5( )
400.135
s
A mm
= =
Số lợng thanh cốt thép chọn là: n =
2
.
.4
s
str
s
A
A
A
=
A
str
: Diện tích mặt cắt ngang một thanh cốt thép.
2
4.2139,5
8, 41
.18
n
= =
Chọn: n = 10 (thanh).
Sơ đồ bố trí cốt thép nh hình vẽ trên.
3.2. Đối với sơ đồ 2 (sơ đồ công son):
Sử dụng cốt thép thờng theo ASTM có đờng kính danh định 18. Xác định
diện tích cốt thép chịu kéo theo công thức:
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
13
sy
s
df
M
A
.
)(
max
=
Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ là:
d = 35 (mm); d
s
= 160 - 25 = 135 (mm).
6
2
10,57.10
195, 7 ( )
400.135
s
A mm
= =
.
Số lợng thanh cốt thép chọn là: n =
2
.
.4
s
str
s
A
A
A
=
A
str
: Diện tích mặt cắt ngang một thanh cốt thép.
2
4.195, 7
0,68
.18
n
= =
Chọn: n = 10 (thanh).
Bố trí thêm 5 thanh cốt thép 16 ở thớ dới.
Sơ đồ bố trí cốt thép nh hình vẽ:
iv. KIểm toán mặt cắt:
1) Tính duyệt hàm lợng cốt thép:
Lợng cốt thép tối đa phải thoả mn:
42,0
e
d
c
Với: c: Khoảng cách từ thớ chịu nén xa nhất tới trục trung hoà.
bf
fAfA
c
c
ySyS
85,0
1
'
''
=
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
14
'
1
0,05( 28)
0,05(40 28)
0,85 0,85 0,764
7 7
c
f
= = =
d
e
: Chiều cao làm việc tơng ứng từ thớ chịu nén xa nhất tới trọng
tâm lực kéo trong cốt thép chịu kéo.
Lợng cốt thép tối thiểu phải thoả mn:
'
min
40
0,03 0,03. 0,30%
400
c
y e
f
c
f d
= = = <
+ Mặt cắt tại ngàm (của cả 2 sơ đồ):
' '
'
1
. .
254,47.400.(10 5)
31, 2 ( ).
0,85.40.0,764.1000
0,85. . .
S y S y
c
A f A f
c mm
f b
= = =
d
e
= 94 (mm).
31, 2
0,33 0, 42
94
e
c
d
= = <
Đạt.
'
min
40
0,03 0,03. 0,30%
400
c
y e
f
c
f d
= = = <
= 0,33= 33%
Đạt.
+ Mặt cắt giữa bản (của sơ đồ 1):
'
1
.
254,47.5.400
31, 2 ( ).
0,85.40.0,85.1000
0,85. . .
S y
c
A f
c mm
f b
= = =
d
e
= 94 (mm).
31, 2
0,33 0, 42
94
e
c
d
= = <
Đạt.
'
min
40
0,03 0,03. 0,30%
400
c
y e
f
c
f d
= = = <
= 0,33 = 33%
Đạt.
2) Tính duyệt mômen uốn:
2.1. Với sơ đồ 1:
a. Kiểm toán với mômen dơng:
6
19,958
. .( ) 254, 47.5.400.(94 ) 84,119.10 ( . )
2 2
84,119 ( . ).
n S y S
n
a
M A f d N mm
M kN m
= = =
=
1
. 0,836.31, 2 19,958 ( ).
a c mm
= = =
M
r
= M
n
= 0,9.84,119 = 75,7 (KN.m).
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
15
Ta thấy: M
tt
= 33,438 < 75,7 Đạt.
b. Kiểm toán với mômen âm:
' ' '
6
19,958
. .( ) . .( ) 254, 47.10.400.(94 )
2 2 2
19.958
254, 47.5.400.(44 ) 72,924.10 ( . ).
2
72,924( . ).
n S y S S y S
n
a a
M A f d A f d
N mm
M kN m
= = +
=
=
M
r
= M
n
= 0,9.86,94 = 78,21 (KN.m).
Ta thấy: M
tt
= 72,924 < 78,21 Đạt.
2.2. Với sơ đồ 2 (sơ đồ công xon):
' ' '
6
19,958
. .( ) . .( ) 254, 47.10.400.(94 )
2 2 2
19,958
254, 47.5.400.(44 ) 84,119.10 ( . ).
2
84,119 ( . ).
n S y S S y S
n
a a
M A f d A f d
N mm
M kN m
= = +
=
=
M
r
= M
n
= 0,9.84,119 = 75,69 (KN.m).
Ta thấy: M
tt
= 72,924< 75,69 Đạt.
3) Kiểm toán nứt:
Chiều rộng của vết nứt trong cấu kiện chịu uốn đợc kiểm soát bằng sự phân bố
cốt thép trong vùng bê tông chịu kéo lớn nhất.
Theo trạng thái giới hạn về mặt sử dụng, ứng suất kéo trong cốt thép thờng (f
S
)
không đợc vợt quá trị số ứng suất kéo của cốt thép trong giai đoạn sử dụng (fsa):
240400.6,06,0
).(
3/1
===
y
c
sa
f
Ad
Z
f
f
sa
: ứng suất kéo trong cốt thép ở giai đoạn sử dụng.
d
c
: Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng của bê tông đến tim của thanh hay sợi
cốt thép gần nhất nhng không đợc vợt quá 50mm.
A: Diện tích của phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo chia cho
số thanh cốt thép (mm
2
).
Z: Thông số khống chế nứt. Giả sử điều kiện môi trờng khắc nghiệt: Z = 23000
(N/mm).
f
y
: Giới hạn chảy tối thiểu của thanh cốt thép.
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
16
3.1. Với sơ đồ 1:
a. Kiểm toán nứt với mômen dơng (mặt cắt giữa bản):
d
c
= 44 (mm).
A =
).(17600
5
88000
2
mm=
( )
3006,218
17600.44
23000
3/1
==
sa
f
< 0,6f
y
= 240
Đạt.
b. Kiểm toán nứt với mômen âm:
d
c
= 44 (mm).
A =
).(8800
10
88000
2
mm=
( )
345,239
8800.44
23000
3/1
==
sa
f
< 0,6f
y
= 240
Đạt.
3.2. Với sơ đồ 2 (bản hẫng).
d
c
= 44 (mm).
A =
).(8800
10
88000
2
mm=
( )
3006,218
8800.44
23000
3/1
==
sa
f
< 0,6f
y
= 240
Đạt.
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
17
Thiết kế dầm chủ
Số liệu của thép dầm chủ:
1.Mô đuyn đàn hồi của thép E
s
= 200.000 Mpa
2. Thép hợp kim thấp cờng độ cao M270M = Cấp 345W
3. Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất, F
u
= 485 Mpa
4. Cờng độ chảy nhỏ nhất, F
y
=
345 Mpa
5. Tỷ trọng của thép y
s
=
7.85 kN/m
3
Lựa chọn hình dáng và kích thớc mặt cắt dầm chủ:
Số lợng dầm chủ n = 6
Khoảng cách giữa các dầm chủ S = 2400 Mm
Chiều dài phần hẫng d
e
=
1750 Mm
Chiều cao dầm chủ H = 1150 Mm
Chiều rộng bản cánh trên B
ft
=
300 Mm
Chiều dày bản cánh trên t
ft
=
30 Mm
Chiều rộng bản cánh dới B
fb
=
500 Mm
Chiều dày bản cánh dới t
fb
=
40 Mm
Chiều dày sờn dầm t
w
=
25 Mm
Chiều cao sờn dầm D
w
=
1080 Mm
Bề rộng lan can = 500 Mm
Bề rộng dải phân cách = 250 Mm
Tổng bề rộng của cầu = 15500 Mm
Diện tích dầm thép A = 56000 mm
2
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
18
Mặt cắt ngang toàn nhịp
Dầm chủ
2. Kích thớc mặt cắt dầm ngang:
Tổng số lợng dầm ngang = 55
Số lợng dầm ngang theo phơng dọc cầu = 11
Khoảng cách giữa các dầm ngang = 2040 mm
Chiều cao dầm ngang h
d
=
700 Mm
Chiều dài một dầm ngang = 2350 Mm
Bề rộng bản cánh dầm ngang b
d
= 210 Mm
Chiều dày bản cánh dầm ngang = 28.2 Mm
Chiều dày sờn dầm ngang t
wd
=
17.5 Mm
Chiều cao sờn dầm ngang D
wd
=
643.6 Mm
Diện tích mặt cắt dầm ngang A
d
=
23107 mm
2
Khối lợng các dầm ngang = 15.84 kN
Tĩnh tải rải đều trên 1 dầm chủ là = 0.077 kN/m
II. Xác định chiều rộng có hiệu của bản:
1. Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh:
1.1. Dầm giữa:
Chiều rộng
hữu hiệu của bản có thể lấy là giá trị min của 3 giá trị sau:
*1/4 chiều dài nhịp =
5100
mm
* 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của
bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm =
2550
mm
H
B f b
t f b
t w
B f t
t f t
D w
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
19
*Khoảng cách trung bình g
iữa các dầm kề nhau =
2400
mm
Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm giữa là bi =
2400
mm
1.2. Dầm biên:
Bề rộng hữu hiệu của bản cánh có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng
hữu hiệu của dầm giữa cộng trị số min của các đại l
ợng sau:
* 1/8 ch
iều dài nhịp hữu hiệu =
2550
mm
* 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất giữa
1/2 bề dày bản bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm =
1275
mm
* Chiều dài phần hẫng =
1750
mm
Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm biê
n là bc =
2475
mm
2. Xác định hệ số quy đổi n:
Theo điều 6.10.3.1.1,QT 22TCN-272-05, n phụ thuộc vào f
lc
là ứng xuất trong bản
cánh chị nén do tảI trọng tính toán,tuy nhiên ở giai đoạn đầu có thể lấy nh sau:
E
t
=200.000 Mpa (điều 6.4.1)
fy
E
cc
t
'5.1
043,0=
( Điều 5.4.3.2 ),
trong đó y
c
là khối lợng riêng của bê tông,lấy y
c
=2400 Kg/m3 (bảng 3.5.1-1),f
c
=40 Mpa
n=E
b
/E
t
=6,25
Ta chọn: n=7
Đối với tải trọng tạm thời: n = 7.
Đối với tải trọng dài hạn: n = 3x7 = 21.
3. Tính đặc trng hình học của mặt cắt:
3.1. Đối với mặt cắt nguyên:
a) Các công thức tính toán:
Diện tích mặt cắt nguyên:
. . . .
nc ft ft fb fb w w cp cp
A B t B t D t B t
= + + +
Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt:
. .( ) . ( ) . .( )
2 2 2
ft fb
w
nc ft ft cp fb fb cp w w fb
t t
D
S B t D t B t t D t t
= + + + + +
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa nhất:
;
nc
ncd nct ncd
nc
S
Y Y D Y
A
= =
Mômen quán tính của mặt cắt:
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
20
2 2
3 3
3
2
. .
. . .
12 2 12 2
.
. .( )
12 2
ft ft ft fb fb fb
nc ft ft nct fb fb ncd cp
w w w
w w ncd fb
B t t B t t
I B t Y B t Y t
D t D
D t Y t
= + + + + +
+ +
b) Thay số tính toán ta đợc kết quả sau:
Diện tích mặt cắt nguyên A
nc
=
56000 mm
2
Mômen tĩnh S
nct
đối với đáy dầm chủ =
26275000 mm
3
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo Y
ncd
=
469,196 mm
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén Y
nct
=
680,804 mm
Mômen quán tính I
nc
=
1,10.E+10 mm
4
3.2. Mặt cắt liên hợp dài hạn: (n = 21)
c)
Công thức tính toán:
Diện tích mặt cắt liên hợp:
. . . . .
lt ft ft fb fb w w cp cp s s
A B t B t D t B t B t
= + + + +
Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt:
. .( ) . ( ) . .( ) . .
2 2 2 2
ft fb
w s
lt ft ft fb fb t w w fb s s vs
t t
D t
S B t D B t t D t t B t D t
= + + + + + + +
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa của dầm chủ:
;
lt
ltd ltt ltd
lt
S
Y Y D Y
A
= =
Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn:
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
21
2 2
3 3
2
3 3
2
. .
. . .
12 2 12 2
. .
. .( ) . .
12 2 12 2
ft ft ft fb fb fb
lt ft ft ltt fb fb ltb
w w w s s s
w w ltb fb s s vs ltb
B t t B t t
I B t Y B t Y
D t D B t t
D t Y t B t D t Y
= + + + +
+ + + + + +
d) Bảng kết quả tính đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp dài hạn:
ĐTHH Dầm trong Dầm ngoài Đơn vị
Bs = Bi/n 114.286 117,857 Mm
A
lt
78857.143 79571.429 mm
2
S
ltt
56903571.43 57860714.29
mm
3
Y
ltd
721.603 727.154 Mm
Y
ltt
428.397 432.846 Mm
I
lt
2.34.E+10 2.36.E+10 mm
4
3.3. Mặt cắt liên hợp ngắn hạn: (n = 7)
a) Công thức tính toán:
Diện tích mặt cắt liên hợp:
. . . . .
st ft ft fb fb w w cp cp s s
A B t B t D t B t B t
= + + + +
Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt:
. .( ) . ( ) . .( ) . .
2 2 2 2
ft fb
w s
st ft ft fb fb t w w fb s s vs
t t
D t
S B t D B t t D t t B t D t
= + + + + + + +
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa của dầm chủ:
;
st
std stt std
st
S
Y Y D Y
A
= =
Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn:
2 2
3 3
2
3 3
2
. .
. . .
12 2 12 2
. .
. .( ) . .
12 2 12 2
ft ft ft fb fb fb
st ft ft stt fb fb stb
w w w s s s
w w stb fb s s vs stb
B t t B t t
I B t Y B t Y
D t D B t t
D t Y t B t D t Y
= + + + +
+ + + + + +
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
22
b)
Bảng kết quả tính đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp ngắn hạn:
ĐTHH Dầm trong Dầm ngoài Đơn vị
Bs = Bi/n 342.857 353.571 Mm
A
s
t
124571.43 126714.286 Mm
2
S
Stt
118160714.3 121032143 Mm
3
Y
s
td
948.538 955.158 Mm
Y
s
tt
201.462 194.842 Mm
I
s
t
3.46.E+10 3.49.E+10 Mm
4
III. Tính toán tải trọng:
1. Tĩnh tải tác dụng lên 1 dầm chủ:
1.1. Tĩnh tải giai đoạn 1 (Tác dụng lên mặt cắt không liên hợp):
*Trọng lợng bản thân dầm chủ
DC
dc
=
7.24 kN/m
*Tĩnh tải do trọng lợng bản mặt cầu
DC
bmc
=
10.000 kN/m
*Tĩnh tải do trọng lợng vút
DC
v
=
0.266 kN/m
*Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT dầm ngang
DC
dn
=
0.077 kN/m
*Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT hệ liên kết dọc
DC
lkd
=
0.139 kN/m
Liên kết dọc dùng thép góc đều cạnh L100x100x10 có:
Trọng lợng trên 1m dài là: 15.1 kG/m
Chiều dài mỗi hệ liên kết dọc: 4.3 m
Toàn cầu có số hệ liên kết dọc là: 45
*Tĩnh tải do trọng lợng neo liên kết
DC
neo
=
0.1 kN/m
*Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT sờn tăng cờng
DC
stc
=
0.043 kN/m
Kích thớc sờn tăng cờng 20x300x1640
Sờn đặt cách nhau : 1.72 m
*Trọng lợng mối nối dầm lấy bằng
DC
mn
=
0.1 kN/m
Vậy tổng tĩnh tải giai đoạn I là:
DC1=DCdc+DCbmc+DC
v
+DCdn+DClkd+DCneo+DCstc+
D
mn
: DC
1
=
17,97 kN/m
1.2. Tĩnh tải giai đoạn II (Tác dụng lên mặt cắt liên hợp):
*Tĩnh tải do lan can cầu:
Trọng lợng phần lan can thép = 0.5 kN/m
Trọng lợng phần lan can bêtông = 2.906 kN/m
Dầm ngoài DC
lc
= 3.406 kN/m
Dầm trong DC
lc
= 0.568 kN/m
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
23
*Tĩnh tải do trọng lợng phần lớp phủ trên 1 dầm
Trọng lợng phần lớp phủ 2.888 kN/m
Trọng lợng phần lớp phòng nớc 0.04 kN/m
DW =
2.928 kN/m
* Tĩnh tải do trọng lợng rải phân cách trên cầu: 25 KN/m3
Bề rộng dải phân cách B
pc
=
0.25 m
Chiều cao dải phân cách H
pc
=
0.5 m
DC
pc
=
3,125 kN/m
Vậy tổng tĩnh tải giai đoạn II là: DC
2
=DClc+DCpc
1.3. Tổng hợp các loại tĩnh tải tác dụng lên dầm:
Loại Dầm trong Dầm ngoài Đơn vị
tải trọng
DC1 17,97 17,97 kN/m
DC2 3.693 6.53 kN/m
DW 2,982 2,982 kN/m
Tổng 24,65 27,48 kN/m
2. Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:
2.1. Các hoạt tải tác dụng gồm:
Hoạt tải HL93.
Hoạt tải xe 2 trục thiết kế.
Tải trọng làn thiết kế.
Tải trọng ngời đi bộ.
2.2. Chọn số lợng làn xe:
Số lợng làn xe bằng phần nguyên của kết quả khi chia phần chiều rộng xe chạy cho 3500mm:
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
24
N
l
=
3
3500
10500
=
Vậy số lợng làn xe là 3 làn.
2.3. Tính hệ số phân bố hoạt tải theo làn:
2.3.1. Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mômen:
a) Đối với dầm trong:
Một làn chất tải:
Hai hoặc nhiều làn xe chất tải:
Trong đó:
S: Khoảng cách tim các dầm chủ, S = 2400 mm.
D
e
: Chiều dài phần hẫng, d
e
= 1750 mm.
L: Nhịp dầm, L = 20400 mm.
K
g
: Tham số độ cứng dọc, xác định theo công thức:
)(
2
gg
AeInK +=
E
B
: Môđun đàn hồi của VL dầm =
200000 MPa
E
D
: Môđun đàn hồi của VL bản mặt cầu = 31798.929 MPa
I: Mômen quán tính dầm, I = 6,8.E+10 mm
4
e
g
: Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm và của bản mặt cầu =
643.5 mm
A: Diện tích dầm dọc chủ, A = 92250 mm
2
t
s
: Bề dày bản bêtông =
200 mm
Tính toán đa ra kết quả nh sau:
11.0)^(
3
s
g
Lt
K
b) Đối với dầm ngoài:
1,0
3
3,04,0
4300
06,0
+=
s
g
si
Lt
K
L
SS
g
( )
477,01
20400
2400
4300
2400
06,0
1,0
3,04,0
=
+=
657,01.
20400
2400
2900
2400
075,0
2,06,0
=
+=
mi
g
1,0
3
2,06,0
2900
075,0
+=
s
g
mi
Lt
K
L
SS
g
THiết kế môn học cầu thép
b
b
b
ộ
ộ
ộ
m
m
m
ô
ô
ô
n
n
n
c
c
c
t
t
t
-
-
-
g
g
g
t
t
t
-
-
-
t
t
t
p
p
p
25
Một làn chất tải:
Tính hệ số phân bố ngang dùng nguyên tắc đòn bẩy.
Xếp tải nh hình vẽ. Cự li theo phơng ngang cầu của xe Truck và Tandem đều là 1800mm.
Phản lực tại A đợc thiết lập bằng phơng trình cân bằng mômen đối với điểm B:
P
pp
R
pp
R
A
A
58,0
2400
2300
*
22400
500
*
2
2400*
2300*
2
500*
2
2400*
=+=
+=
Khi có một làn xe chất tải, hệ số làn xe là 1,2. Vậy hệ số phân bố ngang là:
696
,058,0*2,1 ==
SE
momen
mg
Hai hoặc nhiều làn xe chất tải:
.
0,77 1
2800
ME MI
momen momen
e
mg e mg
d
e
mm
=
= +
Ta có:
1395,1
2800
1750
77,0
2800
77,0 >=+=+=
mm
d
e
e
97,0696,0*395.1 ==
ME
momen
mg
2.3.2. Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt:
a) Đối với dầm trong:
Một làn xe chất tải:
Hai hay nhiều làn xe chất tải:
678,0
7600
2400
36,0 =+=+=
7600
S
0,36
SI
cat
mg
816,0
10700
2400
3600
2400
2,0
107003600
2,0
22
=
+=
+=
SS
mg
MI
cat
