TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

Thuyết minh đồ án cầu thép gỗ GVHD: Msc. Nguyễn Văn Sơn
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
II.1 CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU
II.1.1 Xác định sơ bộ chiều dày bản mặt cầu
Thiết kế theo kinh nghiệm bản mặt cầu bê tông cốt thép
Các điều kiện thiết kế :
- Chiều dài có hiệu S
e
= S-
f
b
2
=1950 -
350
2
= 1775 mm
- S
e
= 1775 < 4100 mm (A.9.7.2.3)
- 6 <
8.45
210
1775
h
S
f
e
==
< 18→ thoả
Mặt khác: theo điều 9.7.1.1 của tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 272-05 qui định chiều

dày khống chế của bản mặt cầu là không được nhỏ hơn 175 mm.
Ta chọn chiều dày của bản mặt cầu : h
f
= 200 mm.
II.1.2 Cấu tạo bản mặt cầu
- Bản mặt cầu được làm bằng bê tông có:
+ Cường độ chịu nén của bê tông sau 28 ngày tuổi
'
c
f
= 28 Mpa.
+ Tỷ trọng bê tông:
33
c
2400Kg/m24KN/mγ
==
+ Mô đun đàn hồi của bê tông:

MPafE
ccc
26752.5028)2400(043.0)(043.0
5.1'5.1
=×==
γ
- Sử dụng cốt thép thường:
+ Giới hạn chảy của thép: 420 Mpa
+ Mô đun đàn hồi của thép: 200000 Mpa
- Lan can cầu sử dụng loại lan can bê tông.
- Trên bề mặt bản mặt cầu có phết một lớp mỏng một loại sơn chống thấm.
- Lớp phủ bảo vệ bản mặt cầu là lớp bê tông atphal dày t

lp
= 50mm có tỷ trọng bằng 25
KN/m
3
.
II.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
SVTH: Phạm Văn Tý 18 MSSV: 1070926
Thuyết minh đồ án cầu thép gỗ GVHD: Msc. Nguyễn Văn Sơn
DC
DW
1.950m
- Theo ta thấy bản mặt cầu được gác lên các dầm chính như sơ đồ một dầm liên tục nhưng
để đơn giản trong tính toán ta có thể chia bản mặt cầu làm 2 phần để tính:
+ Phần giữa hai dầm chính.
+ Phần cánh hẩng.
- Phần giữa 2 dầm chính ta có thể tính theo sơ đồ 2 đầu ngàm:
1950m
- Phần cánh hẫng ta tính theo sơ đồ dầm công xôn:
755m
- Ta cắt 1m dải bản mặt cầu theo phương dọc cầu ra làm đại diện để tính toán.
II.2.1 Tính toán thiết kế bản giữa hai dầm
II.2.1.1Tính toán nội lực bản giữa hai dầm
II.2.1.1.1 Tỉnh tải tác dụng
- Chiều rộng của bản: l = 1.950 m.
- Tỉnh tải tác dụng lên bản mặt cầu phần giữa 2 dầm chính bao gồm:
+ Trọng lượng bản thân bản mặt cầu (DC).
+ Trọng lượng bản thân lớp phủ (DW).

- Tỉnh tải bản mặt cầu (DC):
Q

DC
= h
f
*γ
c
= 0.20*24 = 4.8 KN/m
2
- Tỉnh tải lớp phủ (DW):
Q
DC
= t
lp
*γ
lp
= 0.05*22.5 = 1.125 KN/m
2
- Momen âm do tĩnh tải gây ra
+ Do tỉnh tải bản mặt cầu gây ra:
SVTH: Phạm Văn Tý 19 MSSV: 1070926
Thuyết minh đồ án cầu thép gỗ GVHD: Msc. Nguyễn Văn Sơn

KN.m 1.52
12
950.1*8.4
12
*Q
2
2
DC
===

l
M
DC
+ Do tỉnh tải lớp phủ gây ra:
KN.m 0.36
12
950.1*125.1
12
*Q
22
===
lW
M
DW
- Momen dương do tĩnh tải gây ra
+ Do tỉnh tải bản mặt cầu gây ra:
KN.m 0.76
24
950.1*8.4
24
*Q
2
2
DC
===
l
M
DC
+ Do tỉnh tải lớp phủ gây ra:
KN.m 0.18

24
950.1*125.1
24
*Q
22
===
lW
M
DW
II.2.1.1.2 Hoạt tải tác dụng (dùng phương pháp tra bảng)
- Để lấy giá trị nội lực bản giữa 2 dầm do hoạt tải gây ra theo phương pháp dùng
bảng tra ta cần có thông số khoảng cách giữa 2 dầm chính.
- Các giá trị trong bảng đã xét đến hệ số làn xe (m) và lực xung kích (IM). Khi sử
dụng theo tiêu chuẩn 22TCN – 272 – 05 thì phải nhân với hệ số: 0.94 (= 1.25/1.33).
SVTH: Phạm Văn Tý 20 MSSV: 1070926
Thuyết minh đồ án cầu thép gỗ GVHD: Msc. Nguyễn Văn Sơn
Bảng tra nội lực bản giữa 2 dầm do hoạt tải gây ra
- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là 1.950m. Dựa vào bảng trên ta tìm được giá trị nội
lực bản giữa 2 dầm do hoạt tải gây ra như sau:
+ Momen dương giữa nhịp (positive moment):
KN.m/m 21.159
2
)2278022240(
*94.0
=
+
+ Momen âm ở gối (negative moment):

KN.m/m 22.236
2

)2426023050(
*94.0
=
+
II.2.1.1.3 Tổ hợp tải trọng
Bảng hệ số tải trọng
Tổ hợp
Trạng thái giới hạn
Tải trọng bản
thân bản mặt cầu
(DC)
Tải trọng lớp phủ
(DW)
Hoạt tải xe (LL)
SVTH: Phạm Văn Tý 21 MSSV: 1070926
Thuyết minh đồ án cầu thép gỗ GVHD: Msc. Nguyễn Văn Sơn
Cường độ 1 1.25 1.5 1.75
Sử dụng 1 1 1
- Hệ số điều chỉnh tải trọng: η
η = η
D
*
η
R
*
η
I
Trong đó:
η
D

: hệ số liên quan đến tính dẻo ở đây ta chọn η
D
= 1 (cho các thiết kế thông
thường và các chi tiết theo đúng tiêu chuẩn 22TCN 272-05).
η
R
: hệ số liên quan đến tính dư, ta chọn η
R
= 1 (cho các mức dư thông
thường).
η
I
: hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác, ta chọn η
I
= 1 (cho
các cầu điển hình).
⇒ η = 1
- Momen dương giữa nhịp:
+ Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cường độ I:
M
1
= η
*
(1.25*M
DC
+ 1.5*M
DW
+ 1.75*M
LL
)

M
1
= 1
*
(1.25*0.76

+ 1.5*0.18+ 1.75*21.159) = 37.030 KN.m/m
+ Tổ hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng:
M
SD
= η
*
(1*M
DC
+ 1*M
DW
+ 1*M
LL
)
M
SD
= 1
*
(1*0.76

+ 1*0.18

+ 1*21.159) = 21.160
- Momen âm ở gối:
+ Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cường độ I:

M
1
= η
*
(1.25*M
DC
+ 1.5*M
DW
+ 1.75*M
LL
)
M
1
= 1
*
(1.25*1.52

+ 1.5*0.36

+ 1.75*22.236) = 38.916 KN.m/m
+ Tổ hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng:
M
SD
= η
*
(1*M
DC
+ 1*M
DW
+ 1*M

LL
)
M
SD
= 1
*
(1*1.52

+ 1*0.36

+ 1*22.236) = 22.238 KN.m/m
Bảng tổ hợp tải trọng bản giữa hai dầm
Theo TTGH cường
độ I (KN.m/m)
Theo TTGH sử dụng
(KN.m/m)
Giá trị lớn nhất
(KN.m/m)
Momen dương 37.030 21.160 37.030
Momen âm 38.916 22.238 38.916
SVTH: Phạm Văn Tý 22 MSSV: 1070926
Thuyết minh đồ án cầu thép gỗ GVHD: Msc. Nguyễn Văn Sơn
II.2.1.2 Tính toán cốt thép bản giữa hai dầm (trên 1m dài)
II.2.1.2.1Tính toán cốt thép chịu momen dương
II.2.1.2.1-1 Tính diện tích cốt thép chịu monen dương
+ Ta sử dụng momen dương lớn nhất để tính toán:
M
+
= 37.030 KN.m
+ Giả sử a

0
= 30mm = 0.030 cm
⇒ d = h
f
– a
0
-
14
2

= 200 - 30 -
2
14
= 163 mm = 0.163 m
+ Tính sơ bộ lượng thép yêu cầu:
2
22
KN/m 1548.60
0.163*1*0.9
37.030
**
*
===
db
M
R
n
ϕ
A
s

= ρ
*
d = 3.367
*
10
-3
*
0.173 = 6.219
*
10
-4
m
2
+ Chọn 5 cây φ 14a200 mm
2
2
s
π*1.4
A 5* 7.69(cm )
4
⇒ = =
1000
210
a
o
d
200
Ø14
II.2.1.2.1-2 Kiểm tra cốt thép
a. Kiểm tra lượng cốt thép tối đa

+ Điều kiện:
0.42
d
c
≤
với
1
β
a
c
=
Trong đó: β
1
là hệ số qui đổi hình khối ứng suất (5.7.2.2). Hệ số β
1
lấy bằng 0.85
đối với bê tông có cường độ không lớn hơn 28 MPa; với bê tông có cường độ lớn hơn 28
MPa thì hệ số β
1

giảm đi theo tỉ lệ 0.05 cho từng 7 MPa vượt quá 28 Mpa, nhưng không lấy
nhỏ hơn trị số 0.65
Ở đây ta có f
c
’
= 28 Mpa ⇒ β
1
= 0.85
SVTH: Phạm Văn Tý 23 MSSV: 1070926
3-

'
'
10* 3.816
30000*85.0
1548.60*2
11*
420
30
*85.0
*85,0
2
11**85,0
=








−−






=







−−








=
c
n
y
c
f
R
f
f
ρ