Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m

Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

MỤC LỤC
PHẦN I: THIẾT KẾ CƠ SỞ.................................................................................................5
1. Nhiệm vụ thiết kế..........................................................................................................5
1.1. Giới thiệu về công trình..........................................................................................5
1.2. Quy trình quy phạm sử dụng..................................................................................5
1.3. Mục tiêu của dự án..................................................................................................5
1.4. Sự cần thiết phải đầu tư..........................................................................................5
PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT.......................................................................................8
CHƯƠNG I CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ...................................................................8
1 .Số liệu thiết kế.............................................................................................................8
1.1 Số liệu chung............................................................................................................8
1.2 Vật liệu chế tạo dầm .............................................................................................8
1.3 Cấu tạo nhịp............................................................................................................9
1.4. Quy mô mặt cắt ngang cầu ....................................................................................9
1.5. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ......................................................................10
1.6. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu..................................................................................11
1.7. Cấu tạo dầm ngang................................................................................................11
CHƯƠNG II ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM......................................................13
2 .1. Đặc trưng hình học của mặt cắt..............................................................................13
2.1.1 Đặc trưng hình học mặt cắt L/2 và L/4...............................................................13
2.1.2.Đặc trưng hình học mặt cắt gối..........................................................................15
2.1.3. Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt......................................................................16
Chương III THIẾT KẾ LAN CAN TAY VỊN...................................................................17
3.1.Tính toán lan can tay vịn..........................................................................................17
3.1.1. Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can.............................................17
3.1.2. Xác định khả năng chịu lực của tường lan can.................................................17
3.2. Xác định khả năng chịu lực của thanh và cột lan can.............................................20

3.2.1 Cột lan can Pp.....................................................................................................20
3.2.2. Thanh lan can MR..............................................................................................20
3.3. Tổ hợp va xe............................................................................................................21
3.3.1 .Va xe ở vị trí giữa tường....................................................................................21
3.3.2.Va tại đầu tường..................................................................................................22
3.3.3. Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt............................................................................23
3.4. Kiểm tra chống truợt của lan can............................................................................23
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU....................................................................24
4.1. Thiết kế cấu tạo bản mặt cầu...................................................................................24
4.1.1. Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu: ...............................................................................24
4.1.2. Tính toán nội lực ..............................................................................................24
4.2. Tính nội lực bản mặt cầu.........................................................................................25
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

1


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

4.2.1. Diện tích tiếp xúc vệt bánh xe...........................................................................25
4.2.2. Tính nội lực bản hẫng........................................................................................25
4.2.3. Tính nội lực bản kê hai cạnh..............................................................................28
4.3. Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu...............................................................................31
4.3.2. Bố trí cốt thép phía trên của bản mặt cầu theo phương ngang cầu...................31
4.4. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ..........................................................32
4.4.1. Công thức kiểm toán..........................................................................................32
4.4.2. Tính cho mặt cắt chịu mô men dương lớn nhất................................................33

4.4.3. Tính cho mặt cắt tại gối của bản kê hai cạnh....................................................34
4.5. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng............................................................35
4.5.1. Tính cho mặt cắt giữa nhịp của bản kê hai cạnh...............................................36
4.5.2. Tính cho mặt cắt tại gối của bản kê hai cạnh....................................................37
4.5.3. Tính cho mặt cắt ngàm của bản hẫng................................................................38
4.6 bố trí cốt thép cấu tạo...............................................................................................38
CHƯƠNG V :THIẾT KẾ DẦM CHỦ................................................................................40
Tính toán hiệu ứng lực của dầm chủ..............................................................................40
5.1. Các hệ số tính toán...................................................................................................40
5.2. Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ............................................................................40
5.2.1. Dầm trong..........................................................................................................40
5.2.2. Dầm biên............................................................................................................43
5.2.3. Tính toán nội lực do tĩnh tải..............................................................................45
5.3. Tính toán nội lực do hoạt tải....................................................................................48
5.3.1. Xác định hệ số phân bố ngang...........................................................................48
5.3.2. Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người................................................53
5.3.3. Tính nội lực do xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế.......................................54
5.4. Tổng hợp nội lực......................................................................................................65
CHƯƠNG VI: BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN CÁP DỰ ỨNG LỰC......................................68
6.1. Chọn bó cáp dự ứng lực...........................................................................................68
6.1.1. Đặc trưng vật liệu...............................................................................................68
6.1.2.Sơ bộ chọn bó cáp DƯL.....................................................................................69
6.2. Bố trí cáp DƯL........................................................................................................71
6.2.1. Nguyên tắc bố trí cáp DƯL...............................................................................71
6.2.2 Bố trí cáp DƯL theo đường cong ......................................................................71
6.3. đặc trưng hình học của mặt cắt................................................................................74
6.3.1. Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I.............................................................74
6.3.2. Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II............................................................76
6.4. mất mát ứng suất......................................................................................................78
6.4.1. Các mất mát ứng suất tức thời...........................................................................79

6.4.2. Các mất mát ứng suất theo thời gian................................................................81
6.5. kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng.............................................................84
6.5.1. Các giới hạn ứng suất của bê tông.....................................................................84
6.5.2. Tính toán độ võng và độ vồng...........................................................................87
6.6. kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ..........................................................90
6.6.1. Kiểm toán cường độ chịu uốn...........................................................................90
6.6.2. Kiểm tra lượng cốt thép tối đa, lượng cốt thép tối thiểu...................................92
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

2


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

6.6.3. Kiểm toán sức kháng cắt....................................................................................93
6.7. kiểm toán theo trạng thái giới hạn mỏi...................................................................98
6.7.1. Xác định nội lực do tải trọng mỏi......................................................................98
6.7.2. Tính ứng suất trong bêtông................................................................................99
PHẦN III: THIẾT KẾ TỔ CHỨC BẢN VẼ CHI TIẾT..................................................100

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

3


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

LỜI MỞ ĐẦU
Trong mục tiêu phát triển đến năm 2030, nước ta về cơ bản trở thành một nước
công nghiệp. Do đó, nhu cầu về xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là phát triển mạng lưới
giao thong vận tải đã trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết nhằm phục vụ cho sự phát triển
nhanh tróng và bền vững của đất nước. Sau thời gian học tập môn Thiết kế cầu tại trường
Đại Học Công Nghệ GTVT, em được giao nhiệm vụ thực hiện đồ án thiết kế môn
học(TKMH) là: “ THIẾT KẾ CẦU BTCTDƯL-DỰ ÁN CẦU DIÊU PHONG” dưới
sự hướng dẫn của thầy giáo Phạm Ngọc Trường.
Tuy đồ án TKMH đã hoàn thành song bản thân em tự nhận thấy rằng trong đồ án
TKMH này còn có nhiều thiếu sót do chưa chịu đầu tư một khoảng thời gian thích hợp để
tìm hiểu quy trình 22TCN 272-05, nghiên cứ sâu về các vấn đề trong đồ án TKMH. Em
mong rằng sẽ được sự đóng góp ý kiến quý giá của các thầy cô trong quá trình chấm đồ
án TKMH này, để từ đây em sẽ rút ra những bài học để phục vụ quá trình làm đồ án tốt
nghiệp sắp tới. Em xin cảm ơn!
Đồ án của em gồm 3 phần:
PHẦN I: THIẾT KẾ CƠ SỞ
PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT.
PHẦN III: THIẾT KẾ BẢN VẼ THI CÔNG
Vĩnh Yên, ngày 20 tháng 04 năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Hữu Quang

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

4

Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

PHẦN I: THIẾT KẾ CƠ SỞ
1. Nhiệm vụ thiết kế
1.1. Giới thiệu về công trình.
Cầu DIÊU PHONG là cầu thuộc lý trình Km0- Km 0+164.58 thuộc xã HÒA
PHÚ,huyện Hạ Hòa tỉnh Phú Thọ
Là cầu BTCT DUL thiết kế vĩnh cửu
1.2. Quy trình quy phạm sử dụng.
Trong quá trình làm đồ án em sử dụng 2 quy trình:
• Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05
• Tiêu chuẩn thiết kế đường TCVN-4054-2005
1.3. Mục tiêu của dự án.
Nhằm khắc phục tình trạng ùn tắc giao thông trên tuyến đường, tạo điều kiện cho
các phương tiện giao thông lưu thông giữa các vũng được thuận lợi, góp phần vào việc
phát triển kinh tế cho vùng miền, đặc biệt là về kinh tế vận tải và du lịch
1.4. Sự cần thiết phải đầu tư
Cùng với sự phát triển ngày càng cao của nền kinh tế quốc dân, trong các đô thị
lớn của ta, người và các phương tiện giao thong trong các nút giao cắt ngã ba, ngã tư, đặc
biệt vào các giờ cao điểm đã trở nên quá tải và thường xuyên ùn tắc kéo dài. Vì vậy để
giả quyết vấn đề trên , một trong các biện pháp hiệu quả nhất đó là xây dựng cầu vượt tại
các điểm giao cắt lớn .
1.5. Điều kiện tự nhiên
Đà Nẵng có địa hình có hướng thấp dần từ đông sang tây bắc. Khí hậu toàn tỉnh
được chia thành hai tiểu vùng. Vùng phía tây bắc có khí hậu nắng nóng, khô hanh
về mùa khô, vùng phía đông và phía nam có khí hậu mát mẻ, ôn hòa. Thời tiết chia
thành 2 mùa khá rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5

đến tháng 10 kèm theo gió tây nam thịnh hành. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4
năm sau, trong mùa này độ ẩm giảm, gió đong bắc thổi mạnh, bốc hơi lớn, gây khô
hạn nghiệm trọng.lượng mưa trung bình toàn tỉnh đạt từ 1600-1800mm
1.6 Điều kiện địa chất
Địa tầng các lớp dưới vị trí xây dựng cầu gồm các lớp như sau:
+ Lớp 1: Sét pha, màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm
+ Lớp 2: cát thô, màu xám trắng, xám vừa, kết cấu rồi rạc,chặt vừa
+ Lớp 3: cuội tảng (D=0.3-0.8 m) xen kẹp cát pha, kết cấu rời rạc
+ Lớp 4: Đá granit xám vàng, xám nâu, phong hóa nặng, vỡ dăm, vỡ vụn,độ cứng
cấp 4, (TCR=0%,RQD=0%)
+ Lớp 5: Đá granit màu xám xanh, đốm trắng, phong hóa nhẹ
1.7.Điều kiện thủy văn
+ MNCN: 4.93 m
+MNTN: 1.73 m
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

5


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

1.8.Quy mô kỹ thuật cấp hạng công trình cầu
1.8.1.Vị trí cầu, quy mô, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền
• Chọn vị trí xây dựng cầu
Việc lựa chọn vị trí xây dựng cầu cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây:
- Phù hợp với quy hoạch phát triển giao thông khu vực, ít tác động đến môi
trường dân sinh và xã hội

- Thuận lợi cho hoạt động giao thông
- Thỏa mãn các tiêu chuẩn về yếu tố hình học của tuyến và cầu
-Thỏa mãn các yêu cầu về thủy văn, thủy lực
- thuận lợi cho thi công và tổ chức thi công, có giá thành xây lắp hợp lý
Đối với những cầu nhỏ(L<25m) và cầu trung(L=25-100 m) vị trí cầu được lựa chọn phù
hợp vào vị trí tuyến đường do đó cầu có thể chéo, cong hoặc nằm trên dốc. Đối với cầu
lớn (L>100m), vị trí tuyến đường phụ thuộc vào vị trí cầu, do đó yêu cầu người thiết kế
phải có tầm nhìn tổng quát về mặt kỹ thuật, quy hoạch và kinh tế khi chọn vị trí cầu. Vị
trí này cần đáp ứng các yêu cầu sau:
+ phù hợp với các yêu cầu chung của mặt bằng tuyến và quy hoạch chung của dự
án và của khu vực.
+ Vị trí cầu có thể vuông góc hoặc không vuông góc với dòng chảy( sai lệch trên
bình đồ không dưới
). Việc lựa chọn này ảnh hưởng tới chiều dài cầu nhằm đảm bảo
khẩu đọ thoát nước, tính toán xói lở. Nên đặt ở đoạn sông thẳng để tránh xói lở và đoạn
hẹp( thì cần lưu ý vấn đề xói lở do thắt hẹp dòng chảy).
+ trắc dọc cầu phải đảm bảo sự êm thuận theo toàn tuyến, bố trí đường cong đứng,
cong nằm theo quy định.
+ Cầu phải đặt trên long sông có dòng sông ổn định, nơi có nước chảy đều, không
xoáy, ít bị bồi lắng, nằm cách vị trí giao nhau giữa các sông tối thiểu 1,5 lần chiều dài
nhịp thoát nước của cầu
+Vị trí giữa của mỗi kết cấu nhịp phải đặt trùng với trục dòng chảy, trên cơ sở cần
tính đến khả năng biến đổi long song trong quá trình khai thác
+ Phải đảm bảo các trục của dòng chảy song song với nhau( lệch nhau không quá
) và trụ được thiết kế sao cho hướng dòng chảy hướng vào phía giữa nhịp thoát nước.
Không được để trụ cầu hướng dòng chảy làm xói lở mố cầu.
• Quy mô khổ cầu
- Xây dựng cầu vĩnh cửu
- Vận tốc thiết kế : v=60Km/h
- Cấp sông : cấp V

- Độ dốc dọc cầu: Độ dốc dọc lớn nhất 2%
- Độ dốc ngang cầu: Dốc ngang mái 2%
các thông số mặt cắt ngang cầu
Khổ cầu
Phần xe chạy
Phần bộ hành
Bề rộng vạch sơn phân cách
Bề rộng 2 bên lan can
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

Đơn vị
m
m
m
m
6

Giá trị
7
3
0.5
1


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

Tổng chiều rộng cầu

m
1.8.2. Tải trọng và tiêu chuẩn thiết kế
+ Tải trọng thiết kế: HL93+ Tải trọng đoàn người 3KN
+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05.
+Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN4054-2005

11.5

1.8.3. Lập các phương án cầu
•

•

•

•

PHƯƠNG ÁN 1:
“CẦU BTCT DƯL KÉO SAU DẦM I, CÓ 3 NHỊP, MỖI NHỊP 24 m”
Ưu điểm:
- Rất thuận lợi với các loại nhịp từ (20-33)m
- Ván khuân đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp, có thể sử dụng ván khuân cho nhiều
loại dầm.
- Mặt cắt I có trọng tâm gần với trọng tâm cốt thép cường độ cao,do vậy hiệu
qur khi phân phối lực, cả trong khi căng kéo và giai đoạn sử dụng.
- Độ cứng ngang lớn nên hoạt tải phân bố tương đối đều cho các dầm, ít rung
trong quá trình khai thác.
- Bản mặt cầu đổ bê tong tạ chỗ cùng với dầm ngang,lien hợp với dầm chủ qua
cốt thép chờ, do vậy khắc phục triệt để vết nứt dọc so với mối nối dầm T.
Nhược điểm:

- Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm bó cáp và mặt cắt lớn, xuất hiện vết nứt tại thớ
trên dầm.
- Tĩnh tải dầm lớn, khối lượng bê tong và thép nhiều.
- Bản ván khuôn dày 8cm gây them phần tĩnh tải và tốn kém.
PHƯƠNG ÁN 2:
“CẦU BTCT DƯL KÉO SAU DẦM T, CÓ 3 NHỊP, MỖI NHỊP 24 m”
Ưu điểm:
- Rất tiện lợi cho các loại nhịp có các kích thước từ 18 đến 33m
- Ván khuôn đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp
- Có thể đúc ngoài công trường
- Với những dầm có độ lệch tâm giữa trọng tâm dầm và trọng tâm các bó cáp
lớn, mặt cắt T rất kinh tế khi bố trí cốt thép
Nhược điểm:
- Đối với các loại dầm khác nhau phải có nhiều bộ ván khuôn
- Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm dầm và trọng tâm các bó cáp nhỏ, mặt cắt T sẽ
không hiệu quả và kinh tế khi bố trí cốt thép, trọng tâm của cốt thép khi căng
kéo sẽ nằm phía dưới, nó gây lên ứng suất kéo lớn tại bản cánh
- Cầu rung mạnh khi chịu hoạt tải
- Có thể suất hiện vết nứt dọc tại mối nối dọc của bản mặt cầu.
KẾT LUẬN:
Từ các nhận xét trên và căn cứ vào điều kiện địa chất, thủy văn, nhu cầu vận tải,
năng lực thi công, quy hoạch tuyến đường, khả năng cung ứng vật tư địa phương,
do đó ta chọn phương án 2 là phương án thiết kế chủ đạo

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

7

Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT
CHƯƠNG I CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1 .Số liệu thiết kế
1.1 Số liệu chung
- Quy mô thiết kế: Cầu dầm BTCT DƯL 3 nhịp giản đơn.
- Quy trình thiết kế:
22TCN 272-05
- Tiết diện dầm chủ:
Chữ T
- Phương pháp tạo DƯL:
Căng sau
- Hoạt tải thiết kế:
HL 93+3.10-3MPa
- Chiều dài nhịp:
L = 24 m
- Khổ cầu:
7+2x1.5m
Cầu thiết kế có dầm ngang.
1.2 Vật liệu chế tạo dầm
- Bêtông dầm:
+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày:

f c'

=

40

MPa

+ Trọng lượng riêng của bêtông:

γc

=

25

kN/m3

+ Mô đun đàn hồi: E cs = 0,043.γ1.5
f cs' = 0,043.251.5 40 = 33994 MPa
c
- Bêtông bản mặt cầu:
+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày:

f cs' =

30

MPa

+ Trọng lượng riêng của bêtông:

γc

25

kN/m3

=

+ Mô đun đàn hồi: E cs = 0,043.γ1.5
f cs' = 0,043.251.5 30 = 29440 MPa
c
- Cáp DƯL: Sử dụng loại cáp 7 tao 12.7mm theo tiêu chuẩn ASTM 416.
+ Diện tích một bó:
=
6,91 cm2
+ Đường kính ống bọc:
=
60 mm
- Các chỉ tiêu cáp DƯL:
+ Cường độ chịu kéo:
fpu =
1860MPa
+ Giới hạn chảy: fpy = 0,9.fpu
fpy =
1670MPa
+ Môđun đàn hồi:
Ep =
197000MPa
- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu:
+ Cường độ chảy quy định nhỏ nhất:
fy =
420 MPa

+ Môđun đàn hồi:
Es =
200000MPa

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

8


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

1.3 Cấu tạo nhịp
- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp:
- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối:
- Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh - 2.a

Lnh = 24 m
a
= 0,3 m
Ltt = 23.4 m

1.4. Quy mô mặt cắt ngang cầu
- Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:
+ Bề rộng phần xe chạy:
+ Bề rộng lề đi bộ:
+ Bề rộng vạch sơn
+ Bề rộng chân lan can:

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau = Bxe + 2.ble + 2.bvs
+ Số làn xe thiết kế:

Bxe
ble
bvs
bclc
Bcau
nl

- Khoảng cách giữa các dầm chủ là: S = ( 2100 ÷ 2500 ) mm

=
=
=
=
=
=

7m
1.5 m
0,25
0,5
11.5
2

m
m
m
làn

- Số dầm chủ thiết kế chọn như sau:

B   11,5.1000 11,5.1000 
 B
n dam =  cau ÷ cau ÷ = 
÷
÷ = ( 4.6 ÷ 5.47 )
2100 
 2500 2100   2500
=> Chọn ndam = 5dầm.
=> Chọn S = 2300mm.
+ Chiều dài phần cánh hẫng:

d oe =

Bcau − ( n dam − 1) .S 11,5.1000 − ( 5 − 1) .2300
=
= 1.15m
2
2

mÆT C¾T A-A
Tû LÖ 1/50

250

7000

250

2%

1500

500
630 610

1500

2%

92.8

91.6
1150

2300

2300

2300

2300

1150

Hình 1: Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp

Nguyễn Hữu Quang

Lớp:65DLCD11

9

100 1450

500


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

1.5. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ
1.5.1. Mặt cắt L/2

300

455

300

215 170 215

250 160 235 235

150

515

540

455

1800

180 160

1200

170

473

473

600

Hình 2: Cấu tạo mặt cắt L/2
Chiều dày bản ts =

170

mm

Chiều cao dầm H =

1200

mm

Chiều rộng bầu bb =

600

mm

Chiều cao bầu hb =

180

mm

Chiều dày sường bw =

170

mm

Chiều rộng bản cánh br=

1800

mm

Chiều dày bản cánh

170

mm

Chiều rộng vút bầu

215

mm

Chiều cao vút

160

mm

1.5.2. Mặt cắt gối
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

10


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

1800

473

455

515

145
480

60

45

60

V¸t gãc 20x20

600

473

250 160 235 235

73

455

733
180

1200

170

ThÐp nèi b¶n c¸nh

ThÐp chê dÇm ngang

Hình 2: Cấu tạo mặt cắt gối
Chiều dày bản ts =

170

mm

Chiều cao dầm H =

1200

mm

Chiều rộng bầu bb =

600

mm

Chiều cao bầu hb =

180

mm

Chiều dày sường bw =

480

mm

Chiều rộng bản cánh br=

1800

mm

Chiều dày bản cánh

170

mm

Chiều rộng vút bầu

60

mm

Chiều cao vút

45

mm

1.6. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu

- Chiều dày bản bêtông
- Chiều dài phần cánh hẫng
- Chiều dài phần cánh hẫng phía trong
- Chiều cao toàn bộ dầm

ts
= 170 mm
de= 1150mm
S/2 = 1150mm
Hcb = 1200mm

1.7. Cấu tạo dầm ngang
- Theo kinh nghiệm, với L = 24 m ta bố trí 3 dầm ngang:
+ Tại mặt cắt gối
ng
+ Mặt cắt giữa nhịp
nnh
+ Tổng số lượng dầm ngang toàn cầu:
nng =20
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

11

=
=

8 dầm
12 dầm

Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

- Cấu tạo dầm ngang tại giữa nhịp:
+ Chiều cao
+ Bề rộng
+ Chiều dày
- Cấu tạo dầm ngang tại mặt cắt gối:
+ Chiều cao
+ Bề rộng
+ Chiều dày

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

12

hdn
bdn
tdn

=
=
=

850 mm
2130mm
300 mm

hdn
bdn
tdn

=
=
=

850 mm
2130mm
200 mm


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

CHƯƠNG II ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM
2 .1. Đặc trưng hình học của mặt cắt
Do dầm trong và dầm biên có cấu tạo giống nhau nên ta tính ĐTHH của mặt cắt dầm
trong, mặt cắt dầm biên tương tự.
2.1.1 Đặc trưng hình học mặt cắt L/2 và L/4

300

455

300

215 170 215

600

Hình 5-Chia mặt cắt nhịp thành các khối
- Diện tích mặt cắt:

A0 = ∑ Ai
Trong đó:
+ Ao: Diện tích mặt cắt dầm tại giữa nhịp.
+ Ai: Diện tích từng khối đã chia của mặt cắt.

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

13

250 160 235 235

150

515

540

455

1800

180 160

1200

170

473

473


Đồ án môn học cầu BTCT
bộ
phận

Hình
dạng
1
1
3
4
5

GVHD: Phạm Ngọc trường

Chiều
dài
cạnh
trên
Chữ nhật
1800

Hình
770
thang
Chữ nhật
170
Hình
170
thang
Chữ nhật
600

Bộ phận
1
2
3
4
5
Tổng

Chiều
Chiều
Diện
Trọng tâm
Mô men
dài
cao
tích
cạnh
quán tính
dưới

1800
170 306000
85 736950000
170

150

70500

90.957

114235372

170

540

91800

270

2.231E+09

600

160

61600

65.108

117752612

600

180 108000

90

291600000

A

yb

Ayb

Ayb2

Io

mm2

mm

mm3

mm4

mm4

306000
70500
91800
61600
108000
637900

1115
970.9574
610
245.1082
90

341190000
68452500
55998000
15098667
9720000
490459167

3.8E+11
6.6E+10
3.4E+10
3.7E+09
8.7E+08
4.9E+11

7.37E+08
1.14E+08

2.23E+09
1.18E+08
2.92E+08
3.49E+09
Đơn vị

Tính chất
Diện tích

A

637900

mm2

Momen quán tính

I

1.12E+11

mm4

Trọng tâm tới đáy dầm

yb

768.87

mm

Trọng tâm tới đỉnh dầm

yt

431.13

mm

Momen tĩnh tới đáy dầm

Sb

4.90E+08

mm3

Momen tĩnh tới đỉnh dầm

St

2.75E+08

mm3

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

14

Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

2.1.2.Đặc trưng hình học mặt cắt gối
1800

473

455

515

145
60

60

45

480

V¸t gãc 20x20

250 160 235 235

73

455

733
180

1200

170

ThÐp nèi b¶n c¸nh

473

ThÐp chê dÇm ngang

600

Hình 6: Chia mặt cắt gối thành các khối
- Diện tích mặt cắt gối:

A0 = ∑ Ai
Trong đó:
+ Ao: Diện tích mặt cắt dầm tại gối.
+ Ai: Diện tích từng khối đã chia của mặt cắt.
Hình
dạng
Bộ
phận
1
2
3

4
5

Chữ nhật
Hình
thang
Chữ nhật
Hình
thang
Chữ nhật

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

Chiều
dài
cạnh
trên
1800

Chiều dài

Chiều

cạnh dưới

cao

Diện tích

Trọng

Mô men

tâm

quán tính

1800

170

306000

85

736950000

770

480

72

45000

38.784

19091220

480

480

733

351840

366.5

1.575E+10

480

600

45

24300

21.667

4083750

600

600

180

108000

90

291600000

15


Đồ án môn học cầu BTCT

Bộ phận

A
mm2

GVHD: Phạm Ngọc trường

yb
mm

Ayb
mm3

Ayb2
mm4

Io
mm4

1

306000

1115

341190000

3.8E+11

7.37E+08

2
3
4
5
Tổng

45000
351840
24300
108000
835140

918.784
706.5
201.6667
90

41345280

248574960
4900500
9720000
645730740

3.8E+10
1.8E+11
9.9E+08
8.7E+08
6E+11

19091220
1.58E+10
4083750
2.92E+08
1.68E+10

Đơn vị

Tính chất
Diện tích

A

835140

mm2

Momen quán tính

I

1.13E+11

mm4

Trọng tâm tới đáy dầm

yb

773.20

mm

Trọng tâm tới đỉnh dầm

yt

426.80

mm

Momen tĩnh tới đáy dầm

Sb

6.46E+08

mm3

Momen tĩnh tới đỉnh dầm

St

3.56E+08

mm3

2.1.3. Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt

Tính chất

Ltt/2

gối

Đơn vị

Diện tích

A

637900

835140

mm2

Momen quán tính

I

1.12E+11

1.13E+11

mm4

Trọng tâm tới đáy dầm

yb

768.87

773.20

mm

Trọng tâm tới đỉnh dầm

yt

431.13

426.80

mm

Momen tĩnh tới đáy dầm

Sb

4.90E+08

6.46E+08

mm3

Momen tĩnh tới đỉnh dầm

St

2.75E+08

3.56E+08

mm3

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

16


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

Chương III THIẾT KẾ LAN CAN TAY VỊN
3.1.Tính toán lan can tay vịn

3.1.1. Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can.

395

65

130

610

V¸t mÐp

50

200

130

200

630

180
250

300

150

20x20mm

500

C¸nh dÇm

Hình 7- cấu tạo và bố trí cốt thép lan can
Chọn lớp bảo vệ cốt thép là: 30(mm).
Sử dụng thép AII có: fy = 280(MPa).
Sử dụng bêtông cấp 30 MPa có: fc’ = 30(MPa).
Thép thanh lan can dùng CT3 Cầu có fy = 200(MPa).
Bố trí khoảng cách giữa các cột lan can là 1650(mm).
Bố trí khe giãn nở vì nhiệt cách nhau 8600(mm) với bề rộng là 20(mm).
3.1.2. Xác định khả năng chịu lực của tường lan can.
3.1.2.1 Khả năng chịu lực của dầm đỉnh Mb.
Do không có dầm đỉnh nên Mb = 0.
3.1.2.2 Khả năng chịu lực của tường quanh trục thẳng đứng MwH.
Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có momen âm và dương đều bằng nhau.
Đối với tiết diện thay đổi ta qui đổi về tiết diện chữ nhật tương đương có diện tích bằng
với diện tích ban đầu nhưng không làm thay đổi chiều cao của lan lan.
Chia tường thành 3 phần tại 3 vị trí thay đổi tiết diện như hình vẽ:

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

17


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

500
250

130

200

630

630

300

500

500

• Phần 1:
Tiết diện phần 1 như hình vẽ:

50 150 50

300

4 12

250
+ Tiết diện là b x h = 300 x 250.
2.π.122
= 226,19(mm)

4
d s = 250 − 50 − 14 − 6 = 180
As =

⇒a=

A s .f y
'
c

0,85.f .b

=

226,19.280
= 7,1(mm)
0,85.30.300

+ Hệ số qui đổi chiều cao vùng nén của bêtông β1 là:
0, 05 '
0, 05
. ( f c − 28 ) = 0,85 −
.(30 − 28) = 0,836
7
7
c
a
7,1
⇒ =
=

= 0, 057 < 0, 45
d s β1.d s 0,836.180

β1 = 0,85 −

a

⇒ ( M w H ) 1 = φA s .f y .  d s − ÷
2


Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

18


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

= 0,9.226,19.280.(150 −

7,1
)
2

= 9275147,14(N.mm)

• Phần 2 , 3 tính tương tự :

+ Qui đổi phần tiết diện thay đổi như hình vẽ:

300
300

300

200

250 250

300

500

Ta có bảng tổng hợp sau:
Chiều
Chiều Diện tích Chiều cao
Chiều cao
Phần
MwH
rộng
cao
cốt thép
có hiệu
vùng nén qui
bêtông
(N.mm)
b(mm) h(mm) As(mm2)
ds(mm)

đổi a (mm)
1
250
300
226,19
180
7,1
9275147,14
2
300
300
226,19
250
8,28
15571100,55
3
500
130
226,19
350
16,56
21642221,1
+ Sức kháng của tường lan can quanh trục thẳng đứng là:
MwH = (MwH)1 + (MwH)2 + (MwH)3
= 9257147,14 + 15571100,55 + 21642221,1
= 46488468,79 (N.mm)
= 46488,47 (kN.mm)
3.1.2.3. Khả năng chịu lực của tường theo trục nằm ngang Mc.
Phần này chỉ do cốt thép phía trong chịu và cũng chia làm 3 đoạn để tính trung
bình.

Khi tiết diện thay đổi ta chọn tiết diện lớn nhất ở ngàm để xác định khả năng chịu
lực.
Thép ở đây dùng thép Ф14 bố trí với a = 200 theo phương dọc cầu.
Phương pháp tính tương tự như MwH.
Cắt 1 mm theo phương dọc cầu ta có 5 thanh nên diện tích thép trên 1mm dài là:
AS =

5.π.82
= 0, 77 ( mm 2 )
1000

Ta có bảng tổng hợp sau:
Chiều Diện tích
Phần Bề rộng
cao
thép
bêtông b(mm)
h(mm) As(mm2)
1
1
200
0,77
2
1
400
0,77
3
1
200
0,77

⇒ Mc =

Chiều cao
có hiệu
ds(mm)
163
363
363

M c1.350 + M c2 .300 + M c3 .150
800

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

19

Chiều cao
vùng nén qui
đổi a (mm)
8,45
8,45
8,45

Mc
(N.mm/mm)
34231,89
77351,89
77351,89

Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

34321,89.350 + 77351,89.450
800
= 58468,89(Nmm / mm)
= 58, 47(kNmm / mm)
=

3.2. Xác định khả năng chịu lực của thanh và cột lan can.
3.2.1 Cột lan can Pp.
Ta có Pp =

Mp
Y

Với:
Y = 200 (mm): chiều cao của cột lan can.
Mp = φ.S.fy: là momen kháng uốn tại mặt cắt ngàm vào tường lan can.
S:mo men kháng uốn của tiết diện quanh trục x-x
Momen quán tính của tiết diện:

x
x
J = Jbụng + 2Jcánh
120.43

4.1723

+ 2
+ 120.4.(90 − 2) 2  = 9131669,33(mm 4 )
=
12
 12

J 9131669,33
⇒S= =
= 101462, 99 ( mm3 )
h
180
2
2
M p φ.S.f y 1.101462,99.200
⇒ Pp =
=
=
= 101462,99 ( N )
200
Y
Y

3.2.2. Thanh lan can MR.

δ=4
Φ = 100
MR = φ.S.fy
S : momen kháng uốn của tiết diện.
4
πD3   d  

S=
1 −  ÷ 
32   D  

⇒ MR = φ

πD3
32

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

  d 4 
1 −  ÷  .f y
  D  
20


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

4
π.1003   92  
= 1.
1 − 
÷  .200
32   100  

= 5568611, 21( N.mm )

3.3. Tổ hợp va xe.
3.3.1 .Va xe ở vị trí giữa tường.
+ Sức kháng của tường:

M c L2c 
2
Rw =
.  M b + 8M w H +
÷
2Lc − L t 
H 

Với:
Lt = 1070 lan can cấp L3
MwH = 46488,47 kNmm (tính ở phần 2 )
Mc = 58,49 kNmm/mm (tính ở phần 2 )
Mb = 0
2

L
 L  8H(M b + M w H)
Lc = t +  t ÷ +
2
Mc
 2 
2

⇒ Lc =

1070
 1070  8.800(0 + 46488, 47)
+ 
= 2853 ( mm )
÷ +
2
58, 49
 2 

⇒ Rw =


2
58, 49.28532
0
+
8.46488,
47
+

2.2889 − 1070 
1070


÷ = 417,17 ( kN )


• Vị trí va tại cột.
Với Lc =2853 (mm) nên chỉ có 1 nhịp tham gia chịu lực vì n.L = 1.1600 = 1600 (mm).
Số cột tham gia chịu lực là 1 cột.

+ Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:
R=

16M R + Pp n 2 L
2nL − L t

16.5568611, 21 + 101462,99.22.1650
=
2.2.1650 − 1070
= 127658,86 ( N )
= 127, 66 ( kN )

+ Chiết giảm khả năng chịu lực của tường.
R 'w =

R w H − k.Pp H R

Hw
417,17.800 − 1.101, 46.1000
=
800
= 290,35(kN)

⇒ Sức kháng của cả tường và lan can kết hợp.
R = R 'w + R = 290,35 + 127, 66 = 418,01( kN )
+ Chiều cao đặt hợp lực R .
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

21

Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

R 'w .H w + R.H R
R 'w + R
290,35.800 + 127, 66.1000
=
428,9

H=

= 839, 22 ( mm )

+ Đối với lan can cấp L3 ta có:
Ft = 240 (kN)
Hc = 810 (mm)
=>

R = 418, 01 > Ft = 240 
 ⇒ Đảm bảo chịu va xe.
H = 839, 22 > H c = 810 

• Vị tri va tại thanh lan can.
Với Lc = 2853 (mm) có 3 nhịp tham gia chịu lực do L = 1650 (mm).
Số cột tham gia chịu lực là 2 cột.
+ Sức kháng của thanh và cột lan can:
R=

16M p + (n − 1)(n + 1)Pp L

2nL − L t
16.5568611, 21 + 2.4.101462,99.1650
=
2.3.1650 − 1070
= 161767, 75 ( N )
= 161, 77 ( kN )

+ Chiết giảm như ở 4.1.1 và ta có:
R = 325, 29 > Ft = 240 
 ⇒ Đảm bảo chịu va xe.
H = 899, 46 > H c = 810 

3.3.2.Va tại đầu tường.
+Sức kháng của tường:
Rw =

2
2L c − L t


M c Lc 2 
M
+
M
H
+
 b

÷
w
H 

2

L
 L  H(M b + M w H)
Lc = t +  t ÷ +
2
Mc
 2 
2

1070
 1070  800(0 + 46488, 47)
=
+ 
÷ +
2
58, 49
 2 
= 1495, 25(mm)
⇒ R w = 218,59 ( kN )

+ Sức kháng của thanh và cột lan can:
R=

2.M R + n(n + 1)Pp L
2nL − L t

Do Lc = 1506⇒R=

2.5568611, 21 + 1.2.101462,99.1650
2.1650 − 1070

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

22


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

= 155141,3 ( N )
= 155,14 ( kN )

+ Triết giảm khả năng chịu lực của tường như phần 4.1.1 và ta có:
R = 246,91 > Ft = 240 
 ⇒ Đảm bảo chịu va xe.
H = 925, 67 > H c = 810 

Vậy lan can đủ khả năng chịu lực.

3.3.3. Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt.
Khi va xe tại khe giãn nở vì nhiệt thì cũng giống trường hợp va xe tại đầu tường
nhưng lực Ft phân bố cho hai bên tường. Do đó mỗi bên tường chỉ chịu một nửa lực Ft

nên chắc chắn chịu được va xe.
3.4. Kiểm tra chống truợt của lan can.
+ Lực cắt do va xe truyền xuống ứng với lan can cấp L3 là:
T = VCT =

Ft
240000
=
= 89, 22 ( N / mm )
L t + 2H 1070 + 2.810

+ Sức kháng cắt của mặt cắt tiếp xúc.
Vn = C.ACV + μ(AVf . fy + Pc ).
ACV = 400.1 =400 (mm2/mm) diện tích tiếp xúc chịu cắt.
AVf = 0,77 ( mm2/mm) diện tích cốt thép chịu cắt.
C = 0,52
μ = 0,6
Pc trọng lượng tỉnh trên 1 đơn vị chiều dài.
Để an toàn ta chỉ lấy phần bêlông.
Pc = 1(400.150+300.300+200.350).0,2.45.10-4 = 5,39 (N/mm)
Fy = 280 (MPa)
⇒ Vn = 0,52.400+0,6(0,77.280+5,39) = 340,59(N/mm)
+ Kiểm tra khả năng chịu lực cắt:
Vn ≤ 0, 2.f c' .A CV = 0, 2.30.400 = 2400(N / mm)
Vn ≤ 5,5.A CV = 5,5.400 = 2200(N / mm)

Vậy Vn = 340,59> VCt = 89,22 (N/mm)
⇒Vậy lan can đủ khả năng chịu lực

Nguyễn Hữu Quang

Lớp:65DLCD11

23


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
4.1. Thiết kế cấu tạo bản mặt cầu
4.1.1. Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu:

mÆT C¾T A-A
Tû LÖ 1/50

250

7000

250

2%

1500

500
630 610

1500

2%

92.8

91.6
1150

2300

2300

2300

2300

1150

100 1450

500

Hình 8-Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu
- Chiều dày bản bêtông mặt cầu, ts = 170mm.
- Kiểm tra chiều cao tối thiểu:

S + 3000 2300 + 3000
=
= 176,7mm ≥ 165mm
30

30
- Cấu tạo lớp phủ mặt cầu:
+ Lớp mui luyện:
+ Lớp phòng nước:
+ Lớp bê tông bảo vệ:
+ Lớp bê tông Asphalt:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu
+ Trọng lượng riêng trung bình lớp phủ mặt cầu:

hmc

=
=
=
=
=

0,02m
0,01m
0,02m
0,07m
0,12m

γa

=

22,5kN/m3

4.1.2. Tính toán nội lực

• Nguyên lý tính toán
- Bản hẫng:
Bản này nằm phía ngoài, bên trên so với tim dầm dọc biên.Bản hẫng được tính
toán theo sơ đồ công sơn có nhịp là khoảng cách từ tim dầm dọc đến điểm cuối vút bản(
, chiều rộng bản lấy 1m theo phương dọc cầu để xét mặt cắt chịu lực. Căn cứ vào đó
để tính toán và bố trí cho tất cả các mét dài khác của bản theo phương dọc cầu.
- Bản 2 cạnh( bản 1 hướng-bản kiểu dầm)
- Hiện nay có các phương pháp tính toán bản mặt cầu như sau:
+ Phương pháp kinh nghiệm: Điều 9.7.2 của tiêu chuẩn gồm các quy định chi tiết về
kích thước cấu tạo, số lớp cốt thép, số lượng cốt thép tối thiểu, cấp cốt thép. Nếu bố trí
cấu tạo bản sao cho tuân theo mọi yêu cầu cấu tạo của điều này thì có thể không cần tính
toán.

Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

24


Đồ án môn học cầu BTCT

GVHD: Phạm Ngọc trường

+ Phương pháp truyền thống: Điều 9.7.3 quy định chiều dày,lớp cốt thép, phải căn cứ
vào điều này để tính lượng cốt thép chính để chịu moomen sau đó quy định phân bố cốt
thép theo hướng phụ vuông góc với hướng chính.
+ Phương pháp chính xác: có thể phần mềm SAP, MIDAS, STAAD, PRO,…
• Phương pháp tính toán nội lực bản mặt cầu:
Áp dụng phương pháp tính toán gần đúng theo TCN(điều 4.6.2 của TCVN 272-05).
Mặt cầu có thể phân tích như một dầm liên tục trên các dầm.

4.2. Tính nội lực bản mặt cầu
4.2.1. Diện tích tiếp xúc vệt bánh xe
- Diện tích của bánh xe có lốp đơn hoặc kép giả thiết là một hình chữ nhật có chiều
rộng là 510mm và chiều dài xác định theo công thức sau:

L = 2,28.10 −3.γ.( 1 + IM ) .P ( mm )

Hình 23: Diện tích tiếp xúc vệt bánh xe
Trong đó:
+ γ : Hệ số tải trọng của hoạt tải, γ = 1,75.
+ 1 + IM: Hệ số xung kích.
+ P: Áp lực bánh xe: Với xe tải thiết kế
P = 72500N
- Với xe tải thiết kế: L = 2,28.10-3.1,75.1,25.72500 = 361,6mm.
Áp lực lốp xe chuyền theo 1 góc 450 lên tấm bản
4.2.2. Tính nội lực bản hẫng
4.2.2.1. Xác định diện tích tiếp xúc vệt bánh xe
- Quy trình 22TCN272-05 quy định: Khi thiết kế bản mặt cầu hẫng có chiều dài hẫng
không quá 1800mm tính từ trục tim của dầm ngoài cùng đến măt của lan can bằng bê
tông liên tục về kết cấu, tải trọng bánh xe dãy ngoài cùng có thể được thay bằng một tải
trọng tuyến phân bố đều với cường độ 14,5N/mm đặt cách bề mặt lan can 300mm.
- Tính cho 1m chiều rộng bản.
- Hoạt tải sử dụng để tính toán bản mặt cầu là: HL - 93 (AASHTO).
Nguyễn Hữu Quang
Lớp:65DLCD11

25