Đồ án môn học thiết kế cầu và cống

Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

Chương 1. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
1.1. Số liệu chung
- Quy mô thiết kế: Dầm cầu BTCT nhịp giản đơn.
- Quy trình thiết kế: 22 TCN-272-05.
- Tiết diện dầm chủ: chữ T.
- Hoạt tải thiết kế: HL-93 [3.6.1.2]
Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 gồm một tổ
hợp của xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế với tải trọng làn.
+ Xe tải thiết kế (Truck)

Hình 1.1: Đặc trưng của xe tải thiết kế
Xe tải thiết kế gồm 3 trục với tải trọng và cự ly các trục như hình 1.1.
Sơ đồ cấu tạo:
35 kN

145 kN

4,3 m

145 kN

4,3-9,0 m

Phương dọc cầu

1,8 m
Phương ngang cầu

Hình 1.2: Xe tải thiết kế (Truck)

+ Xe hai trục thiết kế (Tandem)
Xe hai trục thiết kế gồm 2 trục với tải trọng và cự ly các trục như hình 1.3.
Sơ đồ cấu tạo:
110 kN 110 kN

1,2 m
Phương dọc cầu

1,8 m
Phương ngang cầu

Hình 1.3: Xe 2 trục thiết kế (Tandem)
+ Tải trọng làn (Lane)
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

2


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
Tải trọng làn thiết kế có giá trị 9,3 KN/m phân bố đều theo chiều dọc cầu, và rộng
3 m theo chiều ngang cầu. Ứng lực của tải trọng làn không xét đến lực xung kích.
Sơ đồ cấu tạo:
9,3 kN/m

3,0 m
blàn = 3,75 m
Hình 1.4: Tải trọng làn thiết kế (Lane)
- Tải trọng người (People) [3.6.1.3]
+ Khi chiều rộng lề ≥ 0,6m thì mới xét đến tải trọng người đi bộ. Tải trọng người đi
bộ là áp lực phân bố trên hết diện tích lề với trị số 300 kg/m2 = 3.10-3 MPa.

Chiều
dài
nhịp:
Lnh
=
20m
.............................................................................................................................................
Khổ
cầu:
B
=
10,5m
.............................................................................................................................................
1.2. Vật liệu chế tạo dầm
- Bê tông dầm:
+ Cường độ chịu nén của bê tông: f c′ = 35 Mpa
+ Trọng lượng riêng của bê tông: γ = 24 KN/m3
- Cốt thép (chịu lực và cấu tạo):
+ Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: fy = 400 MPa

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

3


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

Chương 2. CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP
2.1. Chọn chiều dài, khổ cầu, tải trọng thiết kế
- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh =

20m
.............................................................................................................................................
- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3m.
- Chiều dài tính toán nhịp: L = Lnh – 2a =20-2.0,3=19,4m
.........................................................................................................................................
2.2. Quy mô mặt cắt ngang cầu
Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:
Bề
rộng
phần
xe
chạy:
Bxe
=
7,5m
.........................................................................................................................................
Số
làn
thiết
kế:
nl
=
2
.........................................................................................................................................
Bề
rộng
lề
đi
bộ:
bđb

=
1,5m
.............................................................................................................................................
- Bề rộng lan can: blc = 0,5 m.
- Bề rộng toàn cầu: W = Bxe + 2bđb + 2blc
=
7,5+2.1,5+2.0,5
.........................................................................................................................................
=11,5m
.........................................................................................................................................
2.3. Thiết kế tiết diện dầm chủ
- Mặt cắt: Dầm chủ là dầm chữ T bằng bê tông cốt thép thường.
- Chiều cao dầm chủ:
Theo yêu cầu Tiêu chuẩn [Bảng 2.5.2.6.3-1]:
hmin
=
0,07L
=0,07.19,4=1,358m
.............................................................................................................................................
Theo kinh nghiệm:
 1 1 
1 1 
h ∈  ÷ ÷L =  ÷ ÷.19, 4 =(1,94 ÷ 0,97)
 10 20 
 10 20 

.............................................................................................................................................
Thông thường, chọn h chẵn đến 5 cm.
Chọn
h

=1,45m
.........................................................................................................................................
- Dầm T được liên kết với nhau bởi các mối nối ướt, các khối đúc sẵn đặt cách
nhau một khoảng đủ để nối cốt thép và đổ bê tông (ít nhất 300mm). Bố trí bề rộng
mối nối ướt là 0,3mm..........................................................................................................
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

4


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
- Số lượng dầm dọc trong MCN KCN là n = W/S (cái). Nên chọn S thế nào để n
nguyên và S chỉ lẻ sau hai số thập phân (tính theo đơn vị m). Với tổng bề rộng cầu W
=11,5m ……, ta chọn 5.. dầm chủ, với khoảng cách giữa các tim dầm chủ là S
=2,2m…………
- Chiều dày bản mặt cầu chính là chiều dày bản cánh:
+ Theo yêu cầu của Tiêu chuẩn thiết kế cầu thì chiều dày nhỏ nhất của bản mặt
cầu chưa kể mài mòn là 175mm [9.7.1.1].
+ Chiều dày tối thiểu theo điều kiện chịu lực phụ thuộc vào nhịp bản S [Bảng
2.5.2.6.3-1]:
hmin =

1, 2 ( S + 3000 )
30

Ta
chọn
chiều
dày
bản

mặt
cầu
là:
ts
=
0,2m
.........................................................................................................................................
- Khoảng cách từ tim của sườn dầm biên đến mép gần nhất của lan can de = 0,75m
.........................................................................................................................................
- Để tăng cường kháng cắt, sườn dầm được mở rộng ở trên gối như trên hình 2.3.
Chiều dài đoạn mở rộng, theo kinh nghiệm, lấy Xmr = 1,5 m. Chiều dài đoạn nối mở
rộng Xn = 1,5 m.
2.4. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ
2.4.1. Đặc trưng hình học mặt cắt ngang giữa dầm
Dầm chữ T với các kích thước như sau:
Chiều
cao
dầm
chủ:
h
=
1,45m
.............................................................................................................................................
- Kích thước bầu dầm:
+
Bề
rộng
bầu
dầm:
bb

=0,6m
.........................................................................................................................................
+
Chiều
cao
bầu
dầm:
hb
=
0,2m
.........................................................................................................................................
+
Bề
rộng
vút
bầu
dầm:
bv1
=
0,2m
.........................................................................................................................................
+
Chiều
cao
vút
bầu
dầm:
hv1
=
0,15m

.........................................................................................................................................
- Kích thước sườn dầm:
+
Bề
rộng
sườn
dầm:
bw
=
0,2m
.........................................................................................................................................
- Kích thước bản cánh:
+
Chiều
dày
cánh:
ts
=
0,2m
.........................................................................................................................................
+
Bề
rộng
vút
cánh:
bv2
=
0,3m
.........................................................................................................................................
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

5


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
+
Chiều
cao
vút
cánh:
hv2
=
0,1m
.........................................................................................................................................
- Bề rộng hữu hiệu của bản cánh [4.6.2.6.1]: Để tính toán sức kháng và kiểm toán
khả năng chịu lực của tiết diện dầm dọc cầu, phải xác định bề rộng bản mặt cầu BTCT
cùng tham gia làm việc với dầm dọc (bề rộng hữu hiệu hay có hiệu).
Bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm trong có thể lấy trị số nhỏ nhất của:
+ ¼ chiều dài nhịp tính toán = ……………..19,4 / 4 =4,85m
.............................................................................................................................................
+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầm
hoặc ½ bề rộng bản cánh trên của dầm:
12ts + bw = 12.0,2+0,2…………………. = 2,6m
+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau: S = 2,2m
.............................................................................................................................................
Vậy,
ta
lấy
br
=2,2m

.........................................................................................................................................
- Diện tích mặt cắt ngang dầm tại giữa dầm:
A0 = br ts + ( h − ts − hb ) bw + bv1hv1 + bv 2 hv 2 + bb hb

=
2,2.0,2+(1,25-0,2-0,2).0,2+0,2.0,15+0,1.0,3+0,2.0,6
.............................................................................................................................................
=0,79m
.............................................................................................................................................
- Diện tích mặt cắt ngang dầm tại đoạn có mở rộng:
A′ = br ts + ( h − ts ) bb

=2,2.0,2+(1,45-0,2).0,6
.............................................................................................................................................
=1,19m
.............................................................................................................................................
- Quy đổi tiết diện dầm với bề rộng bản cánh có hiệu sang tiết diện tính toán:
brqd
tsqd

bwqd

hqd

hbqd
bbqd

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

6

Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
Hình 2.1: Quy đổi tiết diện nguyên giai đoạn khai thác sang tiết diện tính toán.
Bảng 2.1: Các đại lượng và công thức quy đổi tiết diện nguyên dầm giai đoạn khai
thác sang tiết diện tính toán.
Ký hiệu

Chiều cao dầm: hqd = hq = 1,45m............................................................

hqd

Bề rộng bản cánh dầm: brqd = br = 2,2m.................................................

brqd

Bề dày sườn dầm: bwqd = bw = 0,2m..........................................................

bwqd

Bề rộng bầu dầm: bbqd = bb = 0,2m.........................................................

bbqd

Chiều dày cánh dầm: tsqd = ts +

bv 2 hv 2
0,3.0,1
= 0, 2 +
=0,215m ...........

br − bw
2, 2 − 0, 2

tsqd

Chiều cao bầu dầm: hbqd = hb +

bv1 hv1
0, 2.0,15
= 0, 2 +
=0,275m..............
bb − bw
0, 6 − 0, 2

hbqd

Chiều cao phần sườn dầm: hwqd = hqd – tsqd – hbqd
= 1,45–0,215–0,275=0,96m.....................................................................

hwqd

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

Hình 2.2: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp

Các đại lượng và công thức quy đổi tại giữa dầm

7

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

Hình 2.3: Mặt cắt dầm chủ

MẶT CẮT NGANG ĐẦU DẦMMẶT CẮT NGANG GIỮA DẦM

Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

8


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

2.4.2. Cấu tạo dầm ngang
Đối với các loại cầu dầm, kể cả giản đơn và liên tục, ở hai đầu dầm nhất thiết phải
có dầm ngang để đảm bảo ổn định ngang và tăng cường cho dải bản biên của mặt cầu,
nếu đặt dầm ngang trung gian thì ít nhất phải có một chiếc tại giữa nhịp, các dầm còn
lại phân bố đều với khoảng cách 3000-8000mm. Các dầm ngang trung gian làm cho
kết cấu làm việc không gian tốt hơn, phân bố tải trọng tốt hơn.
Như vậy, ta bố trí dầm ngang tại các vị trí gối và các mặt cắt:
.............................................................................................................................................
- Chiều dài dầm ngang (Ln) là khoảng cách tính từ tim hai sườn dầm của hai dầm
dọc liền kề (Ln = S).
- Chiều rộng dầm ngang bn = 0,2 – 0,4 m. Chọn bn = 0,3m.
- Chiều cao dầm ngang hn (tính từ đáy bản mặt cầu BTCT):
+ Tại mặt cắt gối, thường chọn chiều cao dầm ngang bằng chiều cao dầm chủ h trừ
đi chiều dày bản mặt cầu ts, để khi vận chuyển, lắp đặt ổn định hơn.
hn = h – ts =1,45-0,2=1,25m ………………………………………………………… =
.............................................................................................................................................
+ Tại các mặt cắt khác: Các dầm ngang trung gian thì chiều cao khoảng 2/3 chiều

cao dầm chủ không tính chiều dày bản mặt cầu BTCT (ts) là đủ để phân bố tải trọng.
2
=0,83m
( h − ts )
3
.......................................................................................................................................................

Chọn
hn
=
1m
.............................................................................................................................................
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

9


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

Chương 3. XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI
3.1. Tĩnh tải rải đều lên một dầm chủ
Tĩnh tải bao gồm: Tĩnh tải giai đoạn I và tĩnh tải giai đoạn II.
- Tĩnh tải giai đoạn I: Trọng lượng bản thân dầm chủ, trọng lượng bản bê tông mặt
cầu, trọng lượng hệ liên kết ngang cầu.
- Tĩnh tải giai đoạn II: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, trọng lượng lan can, gờ chắn
(nếu có), trọng lượng lề người đi.
Trọng lượng các bộ phận trên được tính cho 1m chiều dài 1 dầm chủ, do đó ta có
thể gọi là tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II rải đều.
Tỷ trọng cho các cấu kiện lấy theo bảng 3.5.1.1, giả thiết tính tĩnh tải phân bố đều
cho mỗi dầm, riêng lan can thì chỉ dầm biên chịu.

3.1.1. Tĩnh tải rải đều của một dầm chủ
Diện
tích
tiết
diện
đầu
dầm:
A’
=
1,19m
.........................................................................................................................................
Diện
tích
tiết
diện
giữa
dầm:
A0
=
0,79m
.........................................................................................................................................
- Trọng lượng thể tích bê tông dầm chủ: γc = 24 kN/m3.
- Trọng lượng của phần tiết diện đầu dầm (Đoạn có mở rộng):
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 10


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
DCdd = γ c A′2 X mr = 24.0,79.2.…………………………………………………. =
.............................................................................................................................................

- Trọng lượng của phần tiết diện giữa dầm:
DC gd = γ c A0 ( L − 2 X mr − 2 X n ) =

.............................................................................................................................................
=
.............................................................................................................................................
- Trọng lượng của phần vuốt mở rộng:
DCv = 2γ c

A0 + A '
Xn =
2

.............................................................................................................................................
=
.............................................................................................................................................
Như vậy, trọng lượng rải đều của dầm chủ:
qdc =

DCdd + DCgd + DCv
L

=

.............................................................................................................................................
=
.............................................................................................................................................
3.1.2. Tĩnh tải rải đều của dầm ngang
Số hệ liên kết ngang theo phương ngang cầu: ...... hệ.
1Tĩnh

tải giai đoạn I: Là tĩnh tải tác dụng lên kết cấu nhịp khi chưa hình thành kết cấu chịu lực hoàn chỉnh
(Trọng lượng bản thân dầm chủ, trọng lượng hệ liên kết ngang cầu, trọng lượng hệ liên kết dọc cầu, trọng lượng
bản bê tông mặt cầu.
2
Tĩnh tải giai đoạn II: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, lan can, gờ chắn bánh, thiết bị an toàn và
chiếu sáng trên cầu, … Đây là những tĩnh tải tác dụng lên kết cấu nhịp khi đã hình thành kết cấu chịu lực hoàn
chỉnh.

L

an =
Khoảng
cách
giữa
các
hệ
liên
kết
ngang:
=
......
.............................................................................................................................................

Kích thước dầm ngang tại mặt cắt gối:
bn = 0,3 m; hn = ………………………
Số dầm ngang tại gối: …… dầm ngang.
Kích thước của dầm ngang tại các mặt cắt khác:
bn = 0,3 m; hn = ………………………
Số dầm ngang tại các mặt cắt khác: …… dầm ngang.

- Trọng lượng của 1 dầm ngang tại mặt cắt gối: DCng =
.........................................................................................................................................
- Trọng lượng của 1 dầm ngang tại các mặt cắt khác: DCngd =
.........................................................................................................................................
- Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài 1 dầm chủ:
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1……

11


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
qdn
=
.........................................................................................................................................
3.1.3. Tĩnh tải lan can (tính rải đều cho dầm biên)
- Lan can có kích thước như hình 3.1.
- Trọng lượng rải đều của phần lan can thép:
qlcthép = 0,1 kN/m

400

- Trọng lượng rải đều của phần chân lan can bê
tông:

250

+ Diện tích mặt cắt ngang khối bê tông:
610

Aclc = 610*250+0,5*(360+180)*250

180

= 220000 mm2 = 0,22 m2.

180

+ Trọng lượng rải đều của phần chân lan can bê
tông:
clc
lc

q

250

= Aclc γC = 0,22*25 = 5,5 (kN/m)

500

+ Trọng lượng rải đều của toàn bộ lan can:
Hình 3.1. Kích thước lan can

qlc = qlcthép + qlcclc
= 0,1 + 5,5 = 5,6 (kN/m)
3.1.4. Trọng lượng rải đều của lớp phủ mặt cầu

Bảng 3.1. Cấu tạo lớp phủ mặt cầu
Chiều dày

Trọng lượng riêng (γ)

Lớp bê tông asphalt

t1 = 0,05 m

γ1 = 24 kN/m3

Lớp bê tông bảo vệ

t2 = 0,03 m

γ2 = 22 kN/m3

Lớp phòng nước

t3 = 0,02 m

γ3 = 18 kN/m3

Lớp mui luyện

t4 = 0,03 m

γ4 = 23 kN/m3

Ta tính được trọng lớp phủ mặt cầu phân bố cho các dầm:
- Dầm biên:
S



qbiên =  + Sh − 0,5 ÷( γ 1t1 + γ 2t2 + γ 3t3 + γ 4t4 )
2

=
.............................................................................................................................................
=
.............................................................................................................................................
- Dầm trong:
qtrong = S ( γ 1t1 + γ 2t2 + γ 3t3 + γ 4t4 )
=
.............................................................................................................................................
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 12


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
=
.............................................................................................................................................
Bảng 3.2. Bảng tổng hợp tĩnh tải rải đều
Trọng lượng rải đều của dầm chủ qdc

……………

kN/m

Trọng lượng rải đều của dầm ngang qdn

……………

kN/m

Trọng lượng rải đều của lan can qlc

……………

kN/m

Trọng lượng rải đều của lớp phủ dầm biên qbiên

……………

kN/m

Trọng lượng rải đều của lớp phủ dầm trong qtrong

……………

kN/m

3.2. Tĩnh tải rải đều lên dầm biên
- Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 1:
DCtc = qdc + qdn =

.............................................................................................................................................
- Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 2:
DWtc
=
qbiên
+

qlc
=
.........................................................................................................................................
3.3. Tĩnh tải rải đều lên dầm trong
- Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 1:
DCtc = qdc + qdn =
.............................................................................................................................................

- Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 2:
DWtc
=
qtrong
=
.........................................................................................................................................

Chương 4. CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN
- Các hệ số tải trọng:
Bảng 4.1 [Bảng 3.4.1-1 và Bảng 3.4.1-2]
Tải trọng

Ký hiệu

Ký hiệu

Giá trị
TTGHCĐ

TTGHSD

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 13

Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
Tĩnh tải giai đoạn 1

DC

γDC

1,25/0,9

1

Tĩnh tải giai đoạn 2

DW

γDW

1,5/0,65

1

Tải trọng người đi

PL

γPL

1,75

1

Hoạt tải HL93

LL

γLL

1,75

1

- Hệ số xung kích (1 + IM) [Bảng 3.6.2.1-1]
+ Trạng thái giới hạn cường độ: 1 + IM = 1,25.
+ Trạng thái giới hạn mỏi: 1 + IM = 1,15.
- Hệ số điều chỉnh tải trọng η:
η - Hệ số liên quan đến tỉnh dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác, được
xác định theo công thức [1.3.2]:
η = η1 ηD ηR ≥ 0,95
+ η1: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác, η1 = 1,05.
+ ηD: Hệ số liên quan đến tính dẻo, ηD = 0,95.
+ ηR: Hệ số liên quan đến tính dư, ηR = 0,95.
Vậy: η = 0,95.

Chương 5. TÍNH TOÁN HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG
5.1. Theo phương pháp đòn bẩy
- Theo quy định của Bảng 4.6.2.2.2c-1 và Bảng 4.6.2.2.3b-1, hệ số phân bố ngang
tính cho dầm dọc biên trong trường hợp 1 làn thiết kế chịu tải được xác định theo quy
tắc đòn bẩy.

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 14


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
- Giả thiết và sơ đồ tính toán của phương pháp đòn bẩy: Giả thiết độ cứng của liên
kết nói chung với nhau là nhỏ so với độ cứng dầm dọc chủ, có thể giả thiết kết cấu
ngang là dầm đơn giản hoặc dầm hẫng gối chốt lên các dầm dọc chủ và bị cắt rời trên
các dầm dọc chủ đó (trừ dầm biên).
- Nguyên tắc tính toán:
+Khi đặt tải lên đoạn kết cấu ngang gối lên 2 dầm dọc chủ nào thì chỉ 2 dầm dọc
chủ đó tham gia chịu lực theo nguyên tắc đòn bẩy nghĩa là theo nguyên tắc tính phản
lực gối của dầm giản đơn (là dầm ngang). Chính vì vậy, để xác định hệ số phân bố
ngang của dầm chủ nào cần vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm ngang tựa trên
nó.
+ Đối với dầm chủ ở biên, đường ảnh hưởng có tung độ bằng 1 ở vị trí bên dưới
dầm đang xét, tung độ bằng 0 ở vị trí bên dưới dầm chủ bên cạnh và kéo dài cho phần
mút thừa, như vậy tương ứng dưới đầu mút thừa tung độ sẽ lớn hơn 1 (Hình 5.1).
- Công thức tính:
+ Với áp lực của bánh xe: g = ( 1/ 2 ) ∑ yi
Trong đó: yi là tung độ đường ảnh hưởng ứng với trục bánh xe thứ i. Hệ số (1/2) xét
đến hai hàng bánh xe.
+ Với tải trọng phân bố đều: g = ω
Trong đó: ω là diện tích phần đường ảnh hưởng tương ứng bên dưới tải trọng phân
bố đều đang xét.
5.1.1. Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm biên
3 kN / m 2

9,3 kN / m

y3 ≡ y5

y2

1

ĐAH Rdầm biên
y4

Hình 5.1: Sơ đồ tính toán theo phương pháp đòn bẩy.
- Cần chú ý rằng:
+ Khi tính cho trường hợp xếp tải 1 làn, ta phải bổ sung thêm hệ số làn xe m = 1,2
kếp hợp với hệ số phân bố ngang [Bảng 3.6.1.1.2.1].
+ Ở phương pháp đòn bẩy, hệ số phân bố ngang khi tính momen và lực cắt là như
nhau.
- Tính hệ số phân bố ngang đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế khi xếp trên 1 làn:
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 15


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
g=m

1
( y1 + y2 )
2

trong đó: yi là tung độ đường ảnh hưởng ứng với trục bánh xe thứ i.
- Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng làn rải đều
g=

m y3

blane
3 2

- Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng người rải đều:
g=

1
( y4 + y5 ) blề
2

y4, y5 là tung độ ĐAH tại vị trí mép ngoài và mép trong của ĐAH phản lực khi xếp tải
trọng người; blề là bề rộng người đi bộ.
Bảng 5.1: Bảng kết quả tổng hợp hệ số phân bố ngang cho dầm biên
Tải trọng

Tung độ đường ảnh hưởng
y4

Xe tải thiết kế

.........

.........

…………

Xe 2 trục thiết kế

.........

.........

…………

.........

y2

y5

Hệ số g

y3

Tải trọng người

y1

.........

Tải trọng làn thiết kế

…………
.........

…………

5.1.2. Tính hệ số phân bố ngang của tải trọng người đối với dầm trong
Đối với dầm trong thì ảnh hưởng của tải trọng người là không đáng kể. Khi đó ta
xếp tải trọng người lên cả 2 lề đi bộ và coi như tải trọng này phân bố đều cho các dầm

chủ.
g = 2 / ndam = 2 /

…………………………………………………..
=
.............................................................................................................................................
với ndam là số dầm chủ; 2 là số làn đi bộ thiết kế.
Trong nội dung đồ án này, ta bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng người đối với các
dầm trong.
5.2. Tính hệ số phân bố ngang đối với tải trọng HL-93
5.2.1. Điều kiện tính toán [4.6.2.2.1]
- Phương pháp tính hệ số phân bố ngang trong 22 TCN 272-05 chỉ áp dụng khi thỏa
mãn các điều kiện sau:
+ Bề rộng mặt cầu không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp.
+ Số dầm chủ ≥ 4.
+ Các dầm chủ song song với nhau và có độ cứng xấp xỉ nhau.
+ Phần hẫng của đường xe chạy de ≤ 910 mm.
+ Mặt cắt ngang cầu phù hợp với quy định trong bảng 4.6.2.2.1.1.
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 16


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
Bảng 5.2: Mặt cắt ngang KCN cầu dầm chữ T thông dụng [Bảng 4.6.2.2.1.1]
CẤU KIỆN ĐỠ

LOẠI MẶT CẦU

MẶT CẮT ĐIỂN HÌNH

Dầm bê tông đúc tại chỗ hình Bê tông toàn

chữ T
khối
Mặt cắt chữ T kép bê tông Bê tông toàn
đúc sẵn có khóa chống cắt, có khối
hoặc không có cáp dự ứng lực
căng sau theo chiều ngang
Mặt cắt chữ T bê tông đúc sẵn Bêtông đúc tại
có khóa chống cắt, có hoặc chỗ, hoặc đúc
không có cáp dự ứng lực căng sẵn
sau theo chiều ngang
Mặt cắt chữ I hoặc chữ T béo Bê tông đổ tại
bê tông đúc sẵn
chỗ, bê tông
đúc sẵn
5.2.2. Tính tham số độ cứng dọc [4.6.2.2.1]
- Công thức tính
2
+ K g = n ( I + Aeg )

với: n = EB / ED
EB: Modul đàn hồi của vật liệu chế tạo dầm, ED: Modul đàn hồi của vật liệu chế tạo
bản.
′ ; ED = 0, 043* γ C1,5 * fCD
′
EB = 0, 043* γ C1,5 * f CB

+ I, A: Momen quán tính và diện tích mặt cắt dầm chủ lấy theo dầm không liên hợp
(đối với dầm T chỉ tính cho phần sườn và bầu dầm).
+ eg: Khoảng cách từ trọng tâm các trọng tâm của dầm cơ bản (đối với dầm T, là
trọng tâm chung của phần sườn dầm và bầu dầm) và bản mặt cầu.

Trong thiết kế sơ bộ có thể lấy:

Kg
Lts3

= 1, 0

5.2.3. Tính hệ số phân bố ngang momen
- Điều kiện áp dụng:
+ 1100 < S < 4900 mm
+ 110 < ts < 300 mm
+ 6000 < L < 73000 mm
5.2.3.1. Hệ số phân bố ngang momen cho dầm trong [Bảng 4.6.2.2.2.a-1]:
- Trường hợp có 1 làn xếp tải:

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 17


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
0,4

g

M
damtrong

0,3

0,1

 S   S   Kg 
= 0, 06 + 
÷  ÷  3÷
 4300   L   Lt s 

=
.............................................................................................................................................
=
.............................................................................................................................................
- Trường hợp số làn xếp tải ≥ 2:
0,6

g

M
damtrong

0,2

0,1

 S   S   Kg 
= 0, 075 + 
÷  ÷  3÷
 2900   L   Lts 

=
.............................................................................................................................................
=
.............................................................................................................................................

5.2.3.2. Hệ số phân bố ngang momen cho dầm biên [Bảng 4.6.2.2.2c-1]:
- Trường hợp có 1 làn xếp tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy, ta có
M
g dambien
=

.............................................................................................................................................
- Trường hợp số làn xếp tải ≥ 2:
M
M
g dambien
= eg damtrong

với e = 0, 77 + d e / 2800 = …………………………………………………… = ...............
Suy ra:
M
g dambien
=

……………………………………………………………...
=
.............................................................................................................................................
5.2.4. Tính hệ số phân bố ngang lực cắt
- Điều kiện áp dụng:
+ 1100 < S < 4900 mm
+ 110 < ts < 300 mm
+ 6000 < L < 73000 mm
5.2.4.1. Hệ số phân bố ngang lực cắt cho dầm trong [Bảng 4.6.2.3a-1]:
- Trường hợp có 1 làn xếp tải:
g Vdamtrong = 0,36 + S / 7600

= ……………………………………………… =
.............................................................................................................................................
- Trường hợp số làn xếp tải ≥ 2:
2

g

V
damtrong

S  S 
= 0, 2 +

÷
7600  10700 

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 18


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
=
……………………………………………………………………..
=
.............................................................................................................................................
5.2.4.2. Hệ số phân bố ngang lực cắt cho dầm biên [Bảng 4.6.2.2.3b-1]:
- Trường hợp có 1 làn chất tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy, ta có
g Vdambien =

.............................................................................................................................................

- Trường hợp số làn xếp tải ≥ 2:
V
g Vdambien = eg damtrong

với e = 0, 6 + d e / 3000 = …………………………………………………… = .................
Suy ra:
g Vdambien =

……………………………………………………………...
=
.............................................................................................................................................
Cần chú ý rằng hệ số phân bố ngang tính ở trên cho một làn chất tải đã bao gồm hệ
số làn xe m = 1,2.
5.3. Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang
5.3.1. Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với dầm biên
Bảng 5.3
STT
1

Số làn
1 làn

2
3

≥ 2 làn

4

Hệ số phân

bố ngang

Ký hiệu

Momen

Tải trọng
Truck

Tandem

Làn

Người

gM

………

………

………

………

Lực cắt

gV

………

………

………

………

Momen

gM

………

………

………

………

Lực cắt

gV

………

………

………

………

Vậy, hệ số phân bố ngang cho dầm biên đối với tải trọng HL-93 là:
Đối
với
momen:
gM
=
.........................................................................................................................................
Đối
với
lực
cắt:
gV
=
.........................................................................................................................................
5.3.2. Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với dầm trong
Bảng 5.4
STT
1
2
3

Số làn
1 làn
≥ 2 làn

Hệ số phân
bố ngang

Ký hiệu

Momen

Tải trọng
Truck

Tandem

Làn

Người

gM

………

………

………

………

Lực cắt

gV

………

………

………

………

Momen

gM

………

………

………

………

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 19


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
4

Lực cắt

gV

………

………

………

………

Vậy, hệ số phân bố ngang cho dầm trong đối với tải trọng HL-93 là:
Đối
với
momen:
gM
=
.........................................................................................................................................
Đối
với
lực
cắt:
gV
=
.........................................................................................................................................

Chương 6. TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM CHỦ
Trong chương này, ta sẽ chỉ tính toán nội lực cho dầm trong.
Tính toán nội lực tại các mặt cắt sau:
- Mặt cắt có momen lớn nhất: Mặt cắt giữa nhịp 0,5L.
- Mặt cắt có lực cắt lớn nhất: Mặt cắt tại gối.
- Mặt cắt cách gối 0,1L; 0,2L; 0,3L; 0,4L.
6.1. Tính toán nội lực dầm trong
6.1.1. Tính toán nội lực do tĩnh tải

1
- Vẽ đường ảnh hưởng momen, đường ảnh hưởng lực cắt tại các mặt cắt tính toán:

ĐAH momen mặt cắt tại gối

ĐAH lực cắt mặt cắt tại gối

0,1*0,9* L

0,1
0,9

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,1L
0, 2*0,8* L

ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,1L
0, 2
0,8

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,2L

ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,2L

0,3* 0, 7 * L

0,3
0, 7

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,3L
0, 4*0, 6* L

ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,3L

0, 4
0, 6

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,4L

( 0,5)

2

*L

ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,4L
0,5

0,5
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 20
ĐAH momen tại m/c cách gối 0,5L
ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,5L

Hình 6.1: ĐAH momen và lực cắt tại các mặt cắt tính toán


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

- Tính diện tích đường ảnh hưởng nội lực:
+ Diện tích đường ảnh hưởng momen tại mặt cắt cách tim gối 1 đoạn x được tính
theo công thức:
ωM =

x ( L − x)

2

+ Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt cách tim gối 1 đoạn x được tính
theo công thức:

( L − x) ;
=
2

ω

+
V

x2
ω =
2L
−
V

2L

+
−
và: ωV = ωV − ωV

Bảng 6.1: Bảng kết quả tính diện tích đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt
Nội

Các đại lượng

Diện tích đường ảnh hưởng

L

x

L-x

(m)

(m)

(m)

M1

........

........

........

........

........

........

M2

........

........

........

........

........

........

M3

........

........

........

........

........

........

M4

........

........

........

........

........

........

M5

........

........

........

........

........

........

V0

........

0

........

1

0

........

0

........

V1

........

........

........

0,9

0,1

........

........

........

V2

........

........

........

0,8

0,2

........

........

........

V3

........

........

........

0,7

0,3

........

........

........

V4

........

........

........

0,6

0,4

........

........

........

V5

........

........

........

0,5

0,5

........

........

0

lực

x(L-x)/L

(Lx)/L

x/L

ωM

ωV+

ωV−

Tổng

+ Để tính toán nội lực do tĩnh tải, ta xếp tĩnh tải lên toàn bộ đường ảnh hưởng nội

lực của dầm trong và xác định nội lực theo các công thức:
M ttc = ( DCtc + DWtc ) ωM ;

M ttt = ( γ DC DCtc + γ DW DWtc ) ωM ;

Vt tc = ( DCtc + DWtc ) ωV ;

Vt tt = ( γ DC DCtc + γ DW DWtc ) ωV

Trong đó:
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 21


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
DCtc, DWtc: Tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II tiêu chuẩn.
Mttc, Mttt: Momen uốn tiêu chuẩn và tính toán cho tĩnh tải.
Vttc, Vttt: Lực cắt tiêu chuẩn và tính toán cho tĩnh tải.
ωM , ωV : Tổng diện tích đường ảnh hưởng của momen uốn và lực cắt.

γDC, γDW: Hệ số tải trọng cho tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II.
Bảng 6.2: Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải
Nội
lực

Dtích

Tĩnh tải

Nội lực tiêu chuẩn

Nội lực tính toán

ĐAH

tiêu chuẩn

(TTGHSD)

(TTGHCĐI)

Đơn
vị

ω

DCtc

DWtc

ω
DCtc

ω DWtc

Tổng

γDCω DCtc

γDWωDWtc

Tổng

M1

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kNm

M2

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kNm

M3

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kNm

M4

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kNm

M5

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kNm

V0

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kN

V1

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kN

V2

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kN

V3

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kN

V4

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kN

V5

……

……

……

……

……

……

……

……

……

kN

6.1.2. Tính toán nội lực do hoạt tải
6.1.2.1. Tính toán nội lực do tải trọng làn
- Để tính nội lực do tải trọng làn ta xếp tải trọng làn rải đều lên đường ảnh hưởng
nội lực và tính toán nội lực.
- Công thức tính toán nội lực do tải trọng làn
M ltc = g M qlωM ;

M ltt = γ LL M ltc ;

Vl tc = gV qlωV ;

Vl tt = γ LLVl tc

Trong đó:
+ ql: Tải trọng làn rải đều.
+ M ltc , M ltt : Momen uốn tiêu chuẩn và momen uốn tính toán do tải trọng làn.
+ Vl tc ,Vl tt : Lực cắt tiêu chuẩn và lực cắt tính toán do tải trọng làn.
+ gM, gv: Hệ số phân bố ngang của tải trọng làn đối với momen và lực cắt cho dầm
trong.
+ γLL: Hệ số tải trọng của hoạt tải.
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 22


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
- Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng làn cho dầm trong:

Bảng 6.3: Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng làn cho dầm trong
Nội
lực

Diện tích

Tải trọng

ĐAH
ω

Nội lực tiêu chuẩn

Nội lực tính toán

(KN/m)

Hệ số phân
bố ngang

(TTGHSD)

(TTGHCĐI)

ql

gl

M ltc

M ltt

Đơn
vị

M1

………… ………… …………

…………

…………

kNm

M2

………… ………… …………

…………

…………

kNm

M3

………… ………… …………

…………

…………

kNm

M4

………… ………… …………

…………

…………

kNm

M5

………… ………… …………

…………

…………

kNm

V0

………… ………… …………

…………

…………

kN

V1

………… ………… …………

…………

…………

kN

V2

………… ………… …………

…………

…………

kN

V3

………… ………… …………

…………

…………

kN

V4

………… ………… …………

…………

…………

kN

V5

………… ………… …………

…………

…………

kN

Chú ý: Tải trọng làn không xét đến hệ số xung kích.
6.1.2.2. Tính toán nội lực do xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế
- Để tính nội lực do xe tải và xe 2 trục, ta xếp trực tiếp tải trọng lên đường ảnh
hưởng theo sơ đồ bất lợi nhất và tính toán nội lực.
- Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục xe của xe

tải thiết kế là 4,3 m.
- Công thức tính toán nội lực do xe tải và xe 2 trục thiết kế:
M htc = g M ∑ Pi yiM ;

Vhtc = gV ∑ Pi yiV ;

M htt = ( 1 + IM ) γ LL M htc
Vhtt = ( 1 + IM ) γ LLVhtc

Trong đó:
+ gM, gV: Hệ số phân bố ngang của hoạt tải HL93 cho dầm trong.
+ (1 + IM): Hệ số xung kích của hoạt tải.
+ yiM , yiV : Tung độ đường ảnh hưởng momen và lực cắt tại trục thứ i.
+ M htc , M htt : Momen uốn tiêu chuẩn và momen uốn tính toán do hoạt tải HL93.
Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 23


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống
tc
tt
+ Vh ,Vh : Lực cắt tiêu chuẩn và lực cắt tính toán do hoạt tải HL93.

a. Tính momen tại các mặt cắt:
- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,1L:

0,1L

0,9L

Bảng 6.4: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,1L

Các đại lượng
Vị trí đặt tải
Tung độ đường ảnh hưởng
Tải trọng trục
Nội lực do tải trọng trục

Xe tải thiết kế
x1

x2

Xe 2 trục thiết kế
x3

x4

x5

………… ………… ………… ………… …………
y1

y2

y3

y4

y5

………… ………… ………… ………… …………

P1tr

P2tr

P3tr

P1td

P2td

145

145

35

110

110

………… ………… ………… ………… …………

∑Py

………… kNm

………… kNm

Hệ số PBN momen

Truck: …………

Tandem: …………

tc
Do hoạt tải tiêu chuẩn M h

………… kNm

………… kNm

tt
Do hoạt tải tính toán M h

………… kNm

………… kNm

Tổng

i

i

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 24


Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,2L:

0,8L

0, 2L

Bảng 6.5: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,2L
Các đại lượng
Vị trí đặt tải
Tung độ đường ảnh hưởng
Tải trọng trục
Nội lực do tải trọng trục

Xe tải thiết kế
x1

x2

Xe 2 trục thiết kế
x3

x4

x5

………… ………… ………… ………… …………
y1

y2

y3

y4

y5

………… ………… ………… ………… …………
P1tr

P2tr

P3tr

P1td

P2td

145

145

35

110

110

………… ………… ………… ………… …………

∑Py

………… kNm

………… kNm

Hệ số PBN momen

Truck: …………

Tandem: …………

Do hoạt tải tiêu chuẩn M htc

………… kNm

………… kNm

Do hoạt tải tính toán M htt

………… kNm

………… kNm

Tổng

i

i

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 25

Đồ án môn học: Thiết kế Cầu và cống

- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,3L:

0, 7L

0,3L

Bảng 6.6: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,3L
Các đại lượng
Vị trí đặt tải
Tung độ đường ảnh hưởng
Tải trọng trục
Nội lực do tải trọng trục

Xe tải thiết kế
x1

x2

Xe 2 trục thiết kế
x3

x4

x5

………… ………… ………… ………… …………
y1

y2

y3

y4

y5

………… ………… ………… ………… …………
P1tr

P2tr

P3tr

P1td

P2td

145

145

35

110

110

………… ………… ………… ………… …………

∑Py

………… kNm

………… kNm

Hệ số PBN momen

Truck: …………

Tandem: …………

Do hoạt tải tiêu chuẩn M htc

………… kNm

………… kNm

Do hoạt tải tính toán M htt

………… kNm

………… kNm

Tổng

i

i

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……………………………………. Lớp: XDD 53DH1…… 26