Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp Bản BTCT Nhịp Đơn Giản L=25 M (Kèm Bản Vẽ Cad, Bảng Tính)

Thiết Kế Cầu Thép

Trờng Đại Học GiaoThông Vận Tải
Khoa Công Trình

Bộ môn : Cầu - Hầm

Thiết Kế môn học
cầu dầm thép liên hợp

Giáo viên hớng dẫn

: PGS.TS. Trần Đức Nhiệm

1


ThiÕt KÕ CÇu ThÐp
I. Nội dung thiết kế:
Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT nhịp giản đơn
II.Số liệu thiết kế:
1. Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng người đi bộ 3.10 −3 mpa
2. Chiều dài nhịp: 25 m.
3. Chiều dài nhịp tính toán:Ltt =25 - 2x0,3 = 24,4 m.
4. Khổ cầu: 7+ 2x 1.5
5. Loại liên kết sử dụng: bu lông cường độ cao.
6. Dầm chủ : Mặt cắt ghép tổ hợp hàn.
7. Loại thép : M270/ Cấp 345
8. Bêtông bản mặt cầu cấp 28 MPa.
III. Tiêu chuẩn thiết kế:
Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 - 05.

PhÇn thuyÕt minh
I. C¸c sè liÖu cña bªt«ng, thÐp vµ lùa chon mÆt c¾t:
2


Thiết Kế Cầu Thép
1. Số liệu của bêtông làm bản mặt cầu:
Bê tông làm bản mặt cầu :
1. Cờng độ nén quy định của bê tông fc

= 28

2. Mô đun đàn hồi của bê tông Ec = 0,043. c, f c' =
3. Tỷ trọng của bê tông c
4. Chiều dày của bản mặt cầu ts
5. Chiều dày của lớp phủ
6. Tỷ trọng của vật liệu làm lớp phủ
7. Chiều dày của lớp phòng nớc
8.Tỷ trọng của vật liệulàm lớp phòng nớc
9. Chiều cao vút

26752.50

= 24
= 180
= 70
= 22,5
=5
= 0,72

= 50

Mpa
Mpa
KN/m3
mm
mm
KN/m3
mm
KN/m3
mm

2. Số liệu của thép dầm chủ:
1.Mô đuyn đàn hồi của thép Es
2. Thép hợp kim thấp cờng độ cao M270
3. Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất Fu
4. Cờng độ chảy nhỏ nhất Fy
5. Tỷ trọng của thép s

200000
Cấp 345
450
345
78,5

Mpa
Mpa
Mpa
kN/m3

6
2000
750
1000
350
25
400
30
20
945
500
250
11500
39650
77.8131

mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm2
kN

3. Lựa chọn hình dáng và kích thớc mặt cắt dầm chủ:
Số lợng dầm chủ n
Khoảng cách giữa các dầm chủ S
Chiều dài phần hẫng kể cả lan can
Chiều cao dầm chủ H =(1/20 ữ 1/25)Ltt
Chiều rộng bản cánh trên bfc =
Chiều dày bản cánh trên tfc =
Chiều rộng bản cánh dới bft =
Chiều dày bản cánh dới tft=
Chiều dày sờn dầm tw =
Chiều cao sờn dầm D =
Bề rộng lan can =
Bề rộng gờ chắn=
Tổng bề rộng của cầu B =
Diện tích dầm thép ANC =
Trọng lợng bản thân một dầm chủ
3


Thiết Kế Cầu Thép

180

2000

50

50

25

350

400

30

1000

20

Hình 1: Mặt cắt ngang dầm chủ
11500
250

7000

500

1502

2%

750

2000

500

500

610

1500

610

500

2%

2000

2000

2000

2000

750

Hình 2: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp
4.Kích thớc mặt cắt dầm ngang:
Tổng số lợng dầm ngang =
Số lợng dầm ngang theo phơng dọc cầu
Khoảng cách giữa các dầm ngang
Chiều cao dầm ngang dn=
Chiều dài một dầm ngang
Bề rộng bản cánh dầm ngang bfn =

Chiều dày bản cánh dầm ngang tfn =
Chiều dày sờn dầm ngang twn =
Chiều cao sờn dầm ngang Dwn =
Diện tích mặt cắt dầm ngang An =
Khối lợng các dầm ngang =
4

25
5
6100
550
1940
180
16.5
10.3
529.4
11400
34.7221

mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm2
KN

Thiết Kế Cầu Thép
Tĩnh tải rải đều trên 1 dầm chủ là =

I.

0.23717

Tính các đặc trng hình học của mặt cắt .

1.Xác định bề rộng hữu hiệu của bản cánh. (A.4.6.2.6)
1.1.Dầm giữa
Bề rộng hữu hiệu của bản cánh có thể lấy là giá trị nhỏ nhất của 3
giá trị sau:
+ 1/4 chiều dài nhịp
+ 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
+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau
Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm giữa là :
1.2.Dầm biên
Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu
của dầm giữa cộng trị số nhỏ nhất của các đại lợng sau:
+ 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu
+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2
độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính
+ Chiều dài phần hẫng
Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm biên là :

2. Xác định hệ số quy đổi n:
n=

Ethep
Ebetong

KN/m

với thép cấp 345W , bê tông cấp 28 MPa

Đối với tải trọng tạm thời: n = 8

Đối với tải trọng dài hạn: n = 3x8 = 24
3. Tính đặc trng hình học của mặt cắt:
5

Giá trị

Đơn vị

6100

mm

2335

mm

2000
2000

mm
mm

3050

mm

1167,5
750
1750

mm
mm
mm


Thiết Kế Cầu Thép
bs
bfc

tvs

ts

Dtw

D

tfc

tw
t

ft

bft

Hình3: Các kí hiệu kích thớc dầm liên hợp

2000

180

50

1000

20

1000

20

50

25

50

350

50

25

350

400

30

400

Dầm trong

30

180

2000

Dầm biên

Hình 4: Mặt cắt liên hợp của dầm trong và dầm biên
3.1. Đối với mặt cắt nguyên:
a) Các công thức tính toán:
Diện tích mặt cắt nguyên:
Anc = b fc .t fc + b ft .t ft + D.t w

Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt:
S nc = b fc .t fc .( d

t fc
t
D
) + b ft .t ft .( ft ) + D.t w .( + t ft )
2
2
2

6


Thiết Kế Cầu Thép

Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa nhất:
Yncd =

S nc
; Ynct = d Yncd
Anc

Mômen quán tính của mặt cắt:
I nc =

b fc .t 3fc
12

+ b fc .t fc .(Ynct

D

+ t w .D. Yncd t ft
2



b ft .t 3ft

t ft

) +
+ b ft .t ft . Yncd
2
12
2

t fc

2

2

t w .D 3

+
+
12


2

b) Thay số tính toán ta đợc kết quả sau:
Diện tích MC nguyên
Mômen tĩnh
Khoảng cách từ TTH đến thớ chịu kéo
Khoảng cách từ TTH đến thớ chịu nén
Mômen quán tính

Anc
Snc
Yncd
Ynct
Inc

mm2
mm3
mm
mm
mm4

39650
1.8E+07
461.989
538.011
6.3E+09

3.2. Đối với mặt cắt liên hợp
a) Công thức tính toán:
Diện tích mặt cắt liên hợp:
Alh = b fc .t fc + b ft .t ft + D.t w +

bs .t s
(Để đơn giản ta có thể bỏ qua vút)
n

Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt:
Slh = b fc .t fc .(d

t fc
2

) + b ft .t ft .(

t ft

t
D
b .t
) + D.t w . + t ft + s s . d + tvs + s
2
n
2
2


Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa của mặt cắt
liên hợp:
Ylhd =

S lh

; Ylht = d + hvs + t s Ylhd
Alh

Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn:
2

t .D 3
t ft

+ w
I lh =
+ b fc .t fc .(Ylht ) +
+ b ft .t ft . Ylhd
+
12
2
12
2
12

bs
2
2
(
).t s3 b
ts
D

n
s
+ t w .D. Ylhd t ft +
+ .t s . d + t vs + Ylhd
2
12
n
2



b fc .t 3fc

t fc

b ft .t 3ft

2

7


Thiết Kế Cầu Thép
b) Thay số cho từng trờng hợp
Mặt cắt liên hợp ngắn hạn (n=8)
n =8
Bề rộng BMC
Alh
Slh
Ylhd

Ylht
Ilt

Dầm trong

Dầm ngoài

250
84650
69617875
822.42026
407.57974
1.606E+10

218.75
79025
6.3E+07
799.815
430.185
1.5E+10

Đơn vị
mm
mm2
mm3
mm
mm
mm4

Mặt cắt liên hợp dài hạn (n=24)

n=24
Bề rộng BMC
Alh
Slh
Ylhd
Ylht
Ilh

Dầm trong

Dầm ngoài

83.3333
54650
35417875
648.08554
581.91446
1.13E+10

72.9167
52775
3.3E+07
630.609
599.391
1.1E+10

Đơn vị
mm
mm2

mm3
mm
mm
mm4

III .Tính toán tải trọng:
3. Tĩnh tải tác dụng lên 1 dầm chủ:
1.1. Tĩnh tải giai đoạn I (tác dụng lên mặt cắt không liên hợp)

+ Trọng lợng bản thân dầm chủ
+ Tĩnh tải do trọng lợng bản mặt cầu
+ Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT dầm
ngang
+ Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT hệ liên
kết dọc
8

Ký hiệu
DCdc =
DCbmc =

0.31125
8.76000

Đơn vị
KN/m
KN/m

DCdn =

0.02372

KN/m

Giá trị


Thiết Kế Cầu Thép
* Liên kết dọc dùng thép góc đều cạnh có :
Trọng lợng trên 1m dài là
Chiều dài mỗi hệ liên kết dọc

Dclkdoc=

+ Trọng lợng mối nối dầm lấy bằng
Vậy tĩnh tải giai đoạn 1 là :

100x100x14
20,6
6,1

0.16755
0.1
12,38

Kg/m
m
KN/m
KN/m
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 =
Trọng lợng phần lan can bêtông =
Dầm ngoài DClc =
Dầm trong DClc =
*Tĩnh tải do trọng lợng phần lớp phủ trên 1 dầm:
Trọng lợng phần lớp phủ =
Trọng lợng phần lớp phòng nớc =

Giá trị
0.5
4.32
0,5 + 4,32= 4.82
0

DW =
*Tĩnh tải do trọng lợng rải phân cách
Bề rộng dải phân cách Bpc
Chiều cao rải phân cách Hpc
DCpc
Vậy tĩnh tải giai đoạn II là:

DC2 =

1.3/ Tổng hợp các loại tĩnh tải tác dụng lên dầm
Coi lan can chỉ do dầm biên chịu.(cha nhân hệ số )
Loại tải
trọng

DC1
DClc
DCpc
DW
DC2

Dầm trong

Dầm ngoài

12.377
0
0
2.794
15.171

12.377
4.82
0
2.794
19.991

2. Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:
9

Đơn vị
KN/m
KN/m
KN/m
KN/m

KN/m

Đơn vị
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m

2,76
0,04
2,79

kN/m
kN/m
kN/m

0.25
0.00
0.00

m
m
KN/m

7.61

kN/m


Thiết Kế Cầu Thép

2.1 Các hoạt tải tác dụng gồm:
Hoạt tải HL93 bao gồm:
+xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế.
+Tải trọng làn.
Tải trọng ngời đi bộ.
2.2. Chọn số lợng làn xe:
Số lợng làn xe sẽ bằng phần nguyên của kết quả khi chia phần chiều rộng xe
chạy cho 3500mm:
n=

7000
=2
3500

Vậy số lợng làn xe là 2 làn.

3. Tính hệ số phân bố hoạt tải theo làn:
3.1. Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mômen:
3.1.1. Đối với dầm trong
+ Một làn chịu tải thiết kế
0, 4

g mi

0 ,3

S S
= 0,06 +

4300 L

0 ,1

Kg
3
Lt s

= 0,40763

+ Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải
0, 6
0, 2
S S K g
g mi = 0,075 +
3
2900 L Lt s

0,1

= 0,28309

S: Khoảng cách tim các dầm chủ, S = 2000mm.
L: Chiều dài nhịp tính toán L = 24400 mm.
Trong đó : Kg = n(I + Aeg2 )
= 7.(2,74873.1011 + 39650.678,012) = 1,7214.1011
n : Tỷ số giữa mô đun đàn hồi của bê tông bản mặt cầu và mô đun đàn hồi
của dầm .
I : Mô men quán tính chống uốn của tiết diện phần dầm chủ .
A : Diện tích mặt cắt ngang của phần dầm chủ
eg : Khoảng cách từ trọng tam bản mặt cầu đến trọng tâm của dầm

Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số mô men thiết kế của các dầm giữa
g mg = max(0,40763;0,28309) = 0,40763

3.1.2. Đối với dầm ngoài:
+ Một làn chịu tải thiết kế : Dùng phơng pháp đòn bẩy

10


Thiết Kế Cầu Thép

145 kN

145 kN

2000

1.1

Với xe tải thiết kế: g
+ Hai làn thiết kế:

HL 1

0.2

1

1
= 1, 2. . ( 1,1 + 0, 2 ) = 0, 78

2

g = g mg (0,77 +

de
)
2800

d e = 250 mm : Khoảng cách từ tim dầm biên đến mép đá vỉa
e = 0, 77 +

de
250
= 0, 77 +
= 0,859
2800
2800

g = 0,5602 . 0,859 = 0,48136

3.2. Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt (A.4.6.2.2.3)
3.2.1 .Đối với dầm trong
+ Một làn chịu tải thiết kế:
g vi = 0,36 +

s
2000
= 0,36 +
= 0,62316
7600

7600

+Hai hoặc hơn hai làn chịu tải thiết kế:
2

g vi = 0, 2 +

2

s s
2000 2000

ữ = 0, 2 +

ữ = 0,72062
7600 10700
7600 10700

Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số mô lực cắt thiết kế của các dầm trong
g vi = max(0,62316;0, 7206) = 0, 7206

3.2.2. Đối với dầm ngoài
+ Một làn chịu tải thiết kế theo quy tắc đòn bẩy gHL1= 0.78
+ Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải
g= gvg .(0,6+ d e )
3000

Vì de= 250 mm
g = 0,5602 . 0,683 = 0,48136
11

g

vi

= 0,36 +

S
7600


Thiết Kế Cầu Thép
3.3.

Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối ngời đi bô.
Sử dụng phơng pháp đòn bẩy cho cả mô men và lực cắt coi tải trọng ngời là
tải trọng tập trung
-Dầm ngoài : g ne = 0,875.1,5= 1,313
-Dầm trong : g ni = 0
Bảng tổng hợp hệ số phân bố
Hệ số phân bố tính toán
Hệ số phân bố cho mômen
Hệ số phân bố cho lực cắt
Hệ số phân bố cho ngời đi bộ

Dầm trong

Dầm ngoài

0.5602
0.7206

0.0000

0.7800
0.7800
1.3125

IV.Nội lực dầm chủ:

1.Bảng các hệ số tải trọng:
a)

Bảng hệ số tải trọng:P
Loại
tải trọng
DC
DW
LL+IM

b)

TTGH cờng độ I
Max
Min
1.25
0.9
1.5
0.65
1.75
1.35

TTGH mỏi

1
1
1

0
0
0.75

Bảng hệ số điều chỉnh tải trọng:
Hệ số
Dẻo dai D
D thừa R
Quan trọng I
Tích = D R I

c)

TTGHSD

Cờng độ
0.95
0.95
1.05
0.95

Sử dụng
1
1

KAD
1

Bảng lực xung kích :
Cấu kiện
Mối nối bản mặt cầu
Tất cả các TTGH
Tất cả các cấu kiện khác

TGH mỏi và giòn

Tất cả các TTGH khác

IM
75%

T

15%
25%

12

Mỏi
1
1
KAD
1

Thiết Kế Cầu Thép
2.Nội lực dầm chủ do tĩnh tải gây ra:
2.1 Đờng ảnh hởng tại mặt cắt

x

L
.

.

Đah Mô men

x

1
1

1
2

+Diện tích Đah mô men M = .Ltt .
+Lực cắt

-

Phần âm: V =

Đah Q

x.( Ltt x )
Ltt

x2
2 Ltt

- Phần dơng : V + =

( Ltt x ) 2
2 Ltt

2.2 Bảng giá trị mômen do tĩnh tải giai đoạn I: (có nhân với hệ số tải trọng ).
Mô men tại mặt cắt i đợc tính nh sau: M i1 = P .DC1.M
+ P = 1,25 Với TTGH Cờng độ I.
+ P = 1

Với TTGH Sử dụng.

Mômen do DC1 gây ra
MC Dầm
x (mm)
W (m2)
Gối
0
0
L/4
6100
55.815
L/3(M Nối) 8133.3333 66.1511
L/2

12200
74.42
Đơn vị
mm
m2

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong
Dầm ngoài
0
0
863.5449
863.5449
1023.4606
1023.4606
1151.3932
1151.3932
KN.m
KN.m

TTGH Sử dụng
Dầm trong
Dầm ngoài
0
0
690.8359
690.8359
818.7685
818.7685
921.1145

921.1145
KN.m
KN.m

2.3 Bảng giá trị lực cắt do tĩnh tải giai đoạn I:( có nhân với hệ số tải trọng )
Lực cắt tại mặt cắt i đợc tính bằng công thức sau : Vi1 = P + .DC1.+ P .DC1.
+ Để thiên về an toàn ở TTGH Cờng độ I P + = 1,25 P = 0,9
+ ở TTGH Sử dụng P + = P = 1
13


Thiết Kế Cầu Thép
Lực cắt do DC1
MC Dầm x (mm)
Gối
0
L/4
6100
L/3(M Nối) 8133.333
L/2
12200
Đơn vị
mm

w+

w(m2)
w-

12.2

6.863
5.422
3.05
m2

0
0.763
1.356
3.05
m2

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong Dầm ngoài
188.753
97.680
68.790
13.2127
KN

TTGH Sử dụng
Dầm trong Dầm ngoài

188.753
97.680
68.790
13.2127
KN

151.002
75.501

50.334
0
KN

151.002
75.501
50.334
0
KN

2.4 Bảng giá trị mômen do tĩnh tải giai đoạn II gây ra:( có nhân với hệ số tải
trọng )
M i 2 = ( DC .DC 2 + DW .DW ).

+ở TTGH Cờng độ I DC = 1,25

DW = 1,5

+ở TTGH Sử dụng DC = DW = 1

Mômen do DC2
MC Dầm x (mm) w (m2)
Gối
0
0
L/4
6100
55.815
L/3(M Nối) 8133.333 66.151
L/2

12200
74.42
Đơn vị
mm
m2

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong Dầm ngoài

TTGH Sử dụng
Dầm trong Dầm ngoài

0
233.925
277.244
311.900

0
570.210
675.805
760.280

0
155.950
184.830
207.933

0
424.978
503.678

566.638

KN.m

KN.m

KN.m

KN.m

2.5 Bảng giá trị lực cắt do tĩnh tải giai đoạn II gây ra:( có nhân với hệ số tải trọng
Lực cắt tại mặt cắt i đợc tính bằng công thức sau :

Vi 2 = ( P + .DC2 + DW + .DW ).+ ( P .DC2 + DW .DW ).

+Để thiên về an toàn ở TTGH Cờng độ I P + = 1,25 P = 0,9
DW + = 1,5 DW = 0,65

+ở TTGH Sử dụng P + = P = DW + = DW = 1
Lực cắt do DC2 gây ra
MC Dầm
Gối
L/4
L/3(M Nối)

x (mm)
0
6100
8133.333

w(m2)
w+

w-

12.2
0
6.863 0.763
5.422 1.356

TTGH Cờng độ 1

TTGH Sử dụng

Dầm trong Dầm ngoài Dầm trong Dầm ngoài
51.131
27.376
20.263

14

124.636
65.415
47.052

34.087
17.044
11.362

92.891

46.446
30.964


Thiết Kế Cầu Thép
L/2
Đơn vị

12200

mm

3.05

3.05

m2

m2

7.244

12.389

KN

0

KN

0

KN

KN

3. Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải gây ra
3.1 Bảng tổng hợp mô men do tĩnh tải gây ra:( có nhân với hệ số biến đổi tải
M DC + DW = .( M i1 + M i 2 ) = 0,95.( M i1 + M i 2 )
trọng)
Mômen do DC gây ra
MC Dầm
Gối
L/4
L/3(M Nối)
L/2
Đơn vị

x (mm)

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong Dầm ngoài

TTGH Sử dụng
Dầm trong

Dầm ngoài

0
6100

8133.333
12200

0
1042.596
1235.670
1390.128

0
1362.067
1614.302
1816.090

0
804.447
953.418
1072.595

0
1060.023
1256.324
1413.365

mm

m2

KN.m

KN.m

KN.m

3.2 Bảng tổng hợp lực cắt do tĩnh tải gây ra:( có nhân với hệ số biến đổi tải trọng)
V DC + DW = (Vi1 + Vi 2 ) = 0,95.(Vi1 + Vi 2 )

Lực cắt do DC gây ra
MC Dầm
x (mm)
Gối
0
L/4
6100
L/3(M Nối)
8133.333
L/2
12200
Đơn vị
mm

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong Dầm ngoài

TTGH Sử dụng
Dầm trong Dầm ngoài

227.890
118.803
84.600
19.433

297.720
154.940
110.049
24.322

175.835
87.918
58.612
0

231.699
115.850
77.233
0

KN

KN

KN

KN

4. Mômen do hoạt tải gây ra:
4.1 Do xe 3 trục gây ra:
Tải trọng của bánh xe và khoảng cách của chúng xem hình vẽ.
Cách xếp xe lên đờng ảnh hởng (ĐAH): Xếp xe sao cho hợp lực của các trục
bánh xe và trục bánh xe gần nhất cách đều tung độ lớn nhất của ĐAH.
35.(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x)

X = 1,455 (m)

15


Thiết Kế Cầu Thép
x = 1,455m
4,3m

y1

P3=145

P1=35

P2 =145

4,3m

y2

y3

yi

ĐAH Mặt Cắt i

Hình vẽ: Sơ đồ xếp tải bất lợi của xe 3 trục tại mặt cắt i
Công thức tính mômen:
M truck = Pi .yi = 35 y1 + 145 y2 + 145 y3

Trong đó:
Pi: Trọng lợng các trục xe.
yi: Tung độ đờng ảnh hởng mômen.
Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

yi (m)

y1 (m)

y2 (m)

y3 (m)

0
4.575
5.422
6.1

0
0.804
2.071

4.029
4.937

3.682
4.231

3.586

5.210

4.314

0

4.2 Do hoạt tải xe 2 trục gây ra (Tandem):

1,2 M
110 KN

110 KN

Y1

Yi

y2

.
Hình vẽ: Sơ đồ xếp tải bất lợi của xe 2 trục
Công thức tính mômen:
M Tandem = Pi .yi =110.y1+110.y2

16

M (KN.m)
0
1225.4
1472.243
1635.5125


Thiết Kế Cầu Thép
Trong đó:

Pi: Trọng lợng các truc xe.
yi: Tung độ đờng ảnh hởng mômen.
Ta có bảng tung độ các vị trí đặt tải và mômen của dầm chủ:
Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

yi (m)

y1 (m)

y2 (m)

0
4.575
5.422
6.1

0
4.125
5.022
5.8

0
4.425
5.222
5.8

P1 (KN)
110
110
110
110

P2 (KN)
110
110
110
110

M (KN.m)
0
940.5
1126.889
1276

4.3. Do tải trọng làn gây ra:

Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm, có độ lớn P = 9,3N/mm.
Tải trọng làn không tính hệ số xung kích.
Công thức tính mômen: M Lane = Pii
Trong đó:

Pi: Tải trọng làn.
i : Diện tích đờng ảnh hởng mômen.

Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

yi (m)

wi (m2)

Pi (KN)

M (KN.m)

0
4.575
5.422
6.1

0
55.815
66.151

74.42

9.3
9.3
9.3
9.3

0
519.080
615.205
692.106

4.4-Do tải trọng ngời gây ra:
Tải trọng ngời trên cầu ôtô bằng 3kN/m2.. Là tải trọng rải đều trên toàn bộ
chiều dài dầm coi nh rải đều trên toàn bộ bề rộng lề ngời đi . Tải trọng ngời
không tính hệ số xung kích.
Công thức tính mômen: M P = Pii
Trong đó:
Pi: Tải trọng ngời. Pi = 3.1,5 = 4,5 (kN/m)
i : Diện tích đờng ảnh hởng mômen.

Mặt cắt
Gối
L/4
L/3

yi (m)
0
4.575
5.422

wi (m2)

Pi (KN)

0
55.815
66.151

17

4.5
4.5
4.5

M (KN.m)
0
251.1675
297.68


Thiết Kế Cầu Thép
L/2

6.1

74.42

4.5

334.89

4.5 Bảng tổng hợp kết quả mômen:
Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

Truck

Tan dem

Làn

Ngời

0
1225.4
1472.2431
1635.5125

0
940.5
1126.8889
1276.00

0
519.0795
615.2053

692.11

0
251.1675
297.6800
334.8900

5. Lực cắt do hoạt tải gây ra:
5.1 Do hoạt tải xe 3 trục gây ra:
Công thức tính lực cắt:
Qtruck = Pi .yi

Trong đó: Pi: Trọng lợng các trục xe.
yi: Tung độ đờng ảnh hởng lực cắt.
4,3 M
35 KN

4,3 M
145 KN

145 KN

y3

y2

Y1

Hình vẽ: Sơ đồ xếp tải bất lợi tại mặt cắt i do xe tải 3 trục
Mặt cắt

Gối
L/4
L/3
L/2

y1
0.6475
0.3975
0.3142
0.1475

y2
0.8238
0.5738
0.4904
0.3238

y3
1
0.75
0.6667
0.5

P1 (KN) P2 (KN) P3 (KN)
35
145
145
35
145
145

35
145
145
35
145
145

5.2 -Do hoạt tải xe 2 trục gây ra (Tandem):
Công thức tính lực cắt:

QTandem = Pi .yi

Trong đó:
Pi: Trọng lợng các trục xe.
yi: Tung độ đờng ảnh hởng lực cắt.

18

Q (KN)
287.1107
205.8607
178.7773
124.6107


Thiết Kế Cầu Thép
1,2 M
110 KN

110 KN

y2

Y1

Hình vẽ: Sơ đồ xếp tải bất lợi tại mặt cắt i do xe 2 trục
Ta có bảng tung độ các vị trí đặt tải và lực cắt của dầm chủ:
Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

y1 (m)

y2 (m)

P1 (KN)

P2 (KN)

Q (KN)

0.951
0.701
0.617
0.451

1
0.75

0.667
0.5

110
110
110
110

110
110
110
110

214.590
159.590
141.257
104.590

5.3-Do tải trọng làn gây ra:
Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm, có độ lớn P = 9,3N/mm.
Tải trọng làn không tính hệ số xung kích.
Công thức tính lực cắt: QLane = Pii
Trong đó: Pi: Tải trọng làn.
i : Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt.
Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

wi (m2)
12.2
6.863
5.422
3.05

Pi (KN)
9.3
9.3
9.3
9.3

Q (KN)
113.46
63.8213
50.4267
28.3650

5.4-Do tải trọng ngời gây ra:
Tải trọng ngời trên cầu ôtô bằng 3 kN/m2.. Là tải trọng rải đều trên toàn bộ
chiều dài dầm. Tải trọng ngời không tính hệ số xung kích.
Công thức tính mômen: QP = Pii
Pi : Tải trọng ngời, Pi = 3.1,5= 4,5 (KN/m)
i : Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt.
Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

wi (m2)
12.2
6.863
5.422
3.05

Pi (KN)
4.5
4.5
4.5
4.5

Q (KN)
54.9000
30.8813
24.4000
13.7250

19


Thiết Kế Cầu Thép
5.5-Bảng tổng hợp kết quả tính lực cắt không hệ số:
Mặt cắt
Gối
L/4
L/3
L/2

Truck

Tan dem

Làn

Ngời

287.1107
205.8607
178.7773
124.6107

214.5902
159.5902
141.2568
104.5902

113.4600
63.8213
50.4267
28.3650

54.9000
30.8813
24.4000
13.7250

6- Bảng tổng hợp kết quả tính toán nội lực do hoạt tải gây ra (có xét đến hệ số tải
trọng và hệ số điều chỉnh tải trọng tơng ứng):
6.1-Bảng tổng hợp kết quả mômen tính toán sau khi nhân hệ số:

M = . .( M xetk (1 + IM ).g mHL + M lan .g mLan + M PL .g mPL )

= 0,95 : Hệ số điều chỉnh tải trọng

(1+IM) =1+0,25 =1,25
Mômen do hoạt tải
MC Dầm
x (mm)
Gối
0
L/4
6.10
L/3
8.13
L/2
12.20
Đơn vị
mm

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong
Dầm ngoài

TTGH Sử dung
Dầm trong
Dầm ngoài

0
1865
2227

2489

0
3025
3617
4036

0
1066
1272
1422

0
1728
2067
2306

KN.m

KN.m

KN.m

KN.m

6.2 Bảng tổng hợp kết quả lực cắt tính toán sau khi nhân hệ số:
V = . .(V xetk (1 + IM ).g mHL + Vlan .g mLan + V PL .g mPL )

=0,95 Hệ số điều chỉnh tải trọng

(1+IM) =1+0,25 =1,25

gm : Hệ số phân bố tải trọng
Lực cắt do hoạt tải
MC Dầm
x (mm)
Gối
0
L/4
6.10
L/3
8.13
L/2
12.20
Đơn vị
mm

TTGH Cờng độ 1
TTGH Sử dung
Dầm trong Dầm ngoài Dầm trong Dầm ngoài
685.6798
452.1269
381.3793
250.5392

692.3800
461.3700
390.6720
258.7340

391.8170
258.3582
217.9310
143.1652

395.6457
263.6400
223.2412
147.8480

KN

KN

KN

KN

20


Thiết Kế Cầu Thép

7.Tổng hợp kết quả tính nội lực do toàn bộ tải trọng gây ra:
Bằng tổng nội lực do tĩnh tải và hoạt tải (đã tính ở phần trên)
7.1 Bảng tổ hợp mômen tính toán do toàn bộ tải trọng gây ra:
Mômen tính toán
MC Dầm
x (mm)
Gối

0
L/4
6.10
L/3
8.13
L/2
12.20
Đơn vị
mm

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong
Dầm ngoài

TTGH Sử dung
Dầm trong Dầm ngoài

0
2907.9861
3462.4940
3878.6362

0
4386.8507
5231.5149
5851.8021

0
1870.3836
2225.8892

2494.5999

0
2788.4710
3323.3028
3719.4858

KN.m

KN.m

KN.m

KN.m

7.2-Bảng tổng hợp lực cắt tính toán do toàn bộ tải trọng gây ra:
Lực cắt tính toán
MC Dầm
x (mm)
Gối
0
L/4
6.10
L/3
8.13
L/2
12.20
Đơn vị
mm

TTGH Cờng độ 1
Dầm trong Dầm ngoài

TTGH Sử dung
Dầm trong
Dầm ngoài

913.570
570.930
465.980
269.973

990.100
616.310
500.721
283.056

567.652
346.276
276.543
143.165

627.345
379.490
300.474
147.848

KN

KN

KN

KN

Dầm trong là dầm bất lợi ta tính toán cho dầm ngoài.

21


Thiết Kế Cầu Thép

V. Thiết kế và kiểm duyệt dầm chủ:
Sau khi tính toán nội lực dầm chủ cho dầm trong và dầm biên so sánh ta thấy
dầm trong bất lợi hơn nên ta tính toán thiết kế cho dầm trong.
Các dầm có mặt cắt chữ I chịu uốn phải đợc thiết kế theo:
Sức kháng uốn theo TTGH cờng độ.
Sức kháng cắt theo TTGH cờng độ.
TTGH sử dụng đối với độ võng và độ vồng thiết kế.
Tính toán mỏi.
1. Kiểm tra điều kiện cấu tạo:
1.1. Tỉ lệ cấu tạo chung :
Công thức kiểm toán:

I yc

0,1

Iy

0,9

Trong đó:
- I y : Mômen quán tính của mặt cắt thép đối với trục thẳng đứng trong mặt
phẳng bản bụng.
- I yc : Mômen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục
thẳng đứng trong mặt phẳng bản bụng.
Iy =

t fc .b fc

I yc =

Thay số vào ta có:
Iy =
Iyc =
Iyc / Iy =
Kiểm tra

3

12

+

t ft .b 3ft
12

+

D.t w3
12

t fc .b3fc
12

249952916.7
89322916.67
0.357358969

Đạt

1.2. Kiểm tra độ mảnh của sờn dầm.
22

mm4
mm4


Thiết Kế Cầu Thép
Vì dầm không có sờn tăng cờng dọc nên điều kiện kiểm tra là:
2.D c
E
6,77
tw
fc

Trong đó:
+ Dc : chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi
+ f c :ứng xuất ở bản cánh chịu nén do lực tính toán.

1.2.1 -Giai đoạn I.(n)
- Dc =Yltt - Tft= 538,010 - 25 = 513,011( mm )
- f c :ứng suất bất lợi nhất trong cánh nén do tính tải gđ I:
fc =

M tt1
. ycnt = 99,068 Mpa
I nc

Với M tt1 =1151,393 kNm
Vậy

2.D c
E
200000
= 51,301 < 6, 77
= 6, 77.
= 304,184 Đạt !
tw
fc
99,068

1.2.2 -Giai đoạn II.(3n)
- Dc =Yltd-Tft = 599,391 - 25 = 574,391 (mm)
- f c :ứng suất bất lợi nhất trong cánh nén do:
+Tĩnh tải tính toán giai đoạn I : f c = 99,068 ( Mpa)
+Tĩnh tải tính toán giai đoạn II : f c =
+Ngời đi và HL93

:

fc =

M tt 2
Ycnd = 42,112 Mpa
I lt

M
Ycnt = 112,435 (Mpa)
I lt

f c = 99,068 + 42,112 + 112,435 = 253,614 (Mpa)

Vậy

2.D c
E
200000
= 57,439 < 6, 77
= 6, 77.
= 190,115 Đạt !
tw
fc
253,614

2 .Sức kháng uốn theo TTGH cờng độ .
2.1 Độ mảnh của bản bụng có mặt cắt đặc chắc
Điều kiện kiểm tra :
2.Dcp
tw

3,76

E
Fyc

Trong đó:
23


Thiết Kế Cầu Thép
- Dcp: Chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc mômen dẻo.
- Fyc: Cờng độ chảy dẻo nhỏ nhất đợc qui định của bản cánh chịu nén,
Fyc = 345 (Mpa).
Xác định Dcp:
Để xác định Dcp phải xác định trục trung hoà dẻo (TTHD) của mặt cắt liên hợp.
TTHD của mặt cắt đợc xác định trên cơ sở cân bằng lực dẻo của các thành
phần của mặt cắt.
Lực dẻo trong thành phần thép của tiết diện ngang là tích số của diện tích
bản biên, vách ngăn và cốt thép với cờng độ chảy thích hợp.
Lực dẻo trong phần bê tông chịu nén của tiết diện xác định trên cơ sở tơng
đơng giữa khối ứng suất hình chữ nhật và khối ứng suất phân bố đền 0,85f c.
Bỏ qua vùng bê tông chịu kéo.
Giá trị các lực dẻo là:
Lực dẻo trong bản mặt cầu:
Ps = 0,85.fc'bc.ts = 7973000 ( N )
Lực dẻo trong bản cánh chịu nén:
Pc = Fy.bfc.tfc = 3018750 ( N )
Lực dẻo trong bản cánh chịu kéo:
Pt = Fy.bft.tft = 4140000 ( N )

Lực dẻo trong bản bụng:
Pw = Fy.D.tw = 6520500 ( N )
Xác định vị trí của TTHD:
Vì:
Ps = 7973 ( KN )

Pw + Pt + Pc = 13679,25 ( KN )
Ps < Pc + Pw + Pt
Nên TTHD đi qua bản cánh của dầm chủ.

Do trục trung hòa dẻo đi qua bản cánh chịu nén nên Dcp = 0
2.Dcp
tw

= 0 3, 76

E
= 90,53 Đạt !
Fyc

Kết luận: Mặt cắt có bản bụng đặc chắc.
2.2 Độ mảnh của bản cánh chịu nén có mặt cắt đặc chắc,
Công thức kiểm tra là:
24


Thiết Kế Cầu Thép
bf
2.tc

< 0,382

E
Fy

(Điều 6.10.4.1.3-1)

b f : Chiều rộng bản cánh chịu nén 350 mm
tc : Chiều dày bản cánh chịu nén 25 mm
bf
2.tc

= 7 < 0,382

200000
= 9,197 Đạt !
345

Kết luận : Mặt có bản cánh đặc chắc .
2.3/ Xác định giá trị mômen dẻo Mp:
Gọi Y là khoảng cách từ trục trung hòa dẻo đến mép trên của bản cánh chịu nén.
t P + P Ps
Y = c w t
+ 1 = 23,628 ( mm )
Pc
2

2
P
M p = c Y + tc Y + [ Ps d s + Pc d c + Pw d w + Pd

t t ] = 10084,876 ( KN.m )

2tc

(

)

Trong đó :
d: Là khoảng cách từ một lực thành phần dến trục trung hòa dẻo
ds =

ts
Y = 66,372 ( mm )
2

d c = ts + hvu +

tc
Y = 218,872
2

dW = ts + hvu + tc +

( mm )

D
Y = 703,872 ( mm )
2

dt = t s + hvu + tc + D +

tt
Y = 1191,372 ( mm )
2

+ Bỏ qua cốt thép trong bản bê tông
2.4/ Giằng bản cánh có mặt cắt đặc chắc


Mt
Mp

Nếu : Lb 0,124 0, 0759


ry E
ữ
ữ Fyc



Lb :Chiều dài không đợc giằng Lb = 1000(mm)
ry : Bán kính quán tính của mặtcắt thép đối với trục thẳng đứng ry = 79,398 (mm)
M1 : Mô men nhỏ hơn do tác dụng của tải trọng tính toán ở mỗi đầu của chiều dài
không đợc giằng . M1 = 5699272461( N.mm )
25