Đồ án môn học cầu thép thiết kế cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:
- Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I
- Khổ cầu: B - K = 9 m – 1 m
- Chiều dài dầm chính: L = 42 m.
- Số dầm chính: 6 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm chính: 1.88 m.
- Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 60
- Khoảng cách các sườn tăng cường: 1.5 m
- Số liên kết ngang: 15
- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 3 m
- Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m.
1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ:
- Bản mặt cầu tính theo bản hẫng và làm việc theo phương ngang cầu.
- Dầm chính: Tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng
cách giữa các dầm 1.88 m
- Kiểm toán.
1.3. VẬT LIỆU DÙNG TRONG THI CÔNG:
- Thanh và cột lan can (phần thép):
Thép M270M cấp 250

fy  250 MPa
 s  7.85  105 N / mm 3

- Lề bộ hành, lan can:
fc'  30 MPa

Bêtông:

  2.5  10 5 N / mm 3

Thép AII:

fy  280 MPa
 s  7.85  105 N / mm 3

- Bản mặt cầu, vút bản
fc'  30 MPa

Bêtông:

 C  2.5  10 5 N / mm 3

Thép AII:

fy  280 MPa
 s  7.85  105 N / mm 3

- Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang
Thép tấm M270M cấp 345:

fy  345 MPa
 s  7.85  105 N / mm 3

Thép góc: L 102 x 76 x 12.7:

fy  240 MPa
 s  7.85  105 N / mm 3

Trang 1


55

545

750

150

650

850

200 100 200

100

3260

Trang 2

380

150

1560

610

220

200

1000

1.5%

1000

1200

375

1880

1880

BÊ TÔN G ATFAN 50mm
LỚP VẢI NHỰ A PHÒNG NƯỚC 30mm
LỚP MUI LUYỆN 20mm

4500

1.5%

11400

1880

9000

1880

4500

1880

TỶ LỆ 1:25

TỶ LỆ 1:25
11400

1/2 MẶ T CẮT NGANG TẠI GIỮA DẦM

1/2 MẶT CẮT NGANG TẠI ĐẦ U DẦM

1000

1.5%

1200
1000

200


CHƯƠNG II

LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH
2.1. LAN CAN:
2.1.1. Thanh lan can:
- Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =80 mm và đường kính
trong d = 70 mm
- Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm
- Khối lượng riêng thép lan can:  S  7.85  105 N / mm3
- Thép cacbon số hiệu M270M cấp 250: fy = 250 MPa
2.1.1.1. Tải trong tác dụng lên thanh lan can:
2000

g = 0.093 N/mm
P = 890 N

y

w = 0.37 N/mm
w = 0.37 N/mm

0
x

P = 890 N
2000

Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can
- Theo phương thẳng đứng (y):
+ Tónh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can
g   S

D2 - d 2
802 - 70 2
 7.85 10 -5  3.14 
 0.093N / mm
4
4

+ Hoạt tải: tải phân bố: w = 0.37 N/mm
- Theo phương ngang (x):
+ Hoạt tải: tải phân bố: w = 0.37 N/mm
+ Tải tập trung P = 890 N được đặt theo 2 phương x và y.
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can:
* Theo phương y:
- Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp:
Mgy 

g  L2 0.093  20002

 46500 N.mm
8
8

- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
M yw 

w  L2 0.37  20002

 185000 N.mm
8

8

+ Tải tập trung:

Trang 3


M yP 

P  L 890  2000

 445000 N.mm
4
4

* Theo phương x:
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
M xw 

w  L2 0.37  20002

 185000 N.mm
8
8

+ Tải tập trung:
M xP 

P  L 890  2000


 445000 N.mm
4
4

* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:
M  .  ( DC .M gy   LL .M yw )2  (  LL .M xw )2  (  LL M xP )2  (  LL M yP )2 

Trong đó:
+ η : là hệ số điều chỉnh tải trọng:
  D .I .R

Với:
D  1.05 : hệ số dẻo cho các bộ phận và liên kết không dẻo.
I  1.05 : hệ số quan trọng đối với cầu quan trọng.
R  1.05 : hệ sốù dư thừa đối với các bộ phận không dư thừa.
   1.05  1.05  1.05  1.16

+  DC  1.25 : hệ số tải trọng cho tónh tải
+  LL  1.75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải
 (1.25  46500  1.75  185000)2  (1.75  185000)2 
 M  1.16  

2
2

  (1.75  445000)  (1.75  445000)
 1858274.73 N.mm

2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can:

M r  f .M n  M

Trong đó:
+ f : là hệ số sức kháng: f = 1
+ M: là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải
+ Mn: sức kháng của tiết diện
M n  fy  S

S là mômen kháng uốn của tiết diện
4
4
D3   d   3.14  803   70  
S
. 1     
 1      20800.78 mm 3
32   D  
32
  80  

 M n  250  20800.78 = 5200194.87 N.mm
M r  f .M n  1  5200195 = 5200194.87 N.mm > 1858274.73 N.mm

Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực

Trang 4


2.1.2. Cột lan can:
Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan
(hình 2.2)

P" +DC3

h2 = 545
h1=150

I

I

h = 695

P"

P"

Hình 2.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can
Tónh tải tác dụng lên trụ lan can gồm có tải trọng bản thân cột và trọng
lượng của thanh lan can tay vòn truyền xuống.
DC3  γ S .Vcot  γS .Vtayvin

Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép và các ống thép liên kết thanh tay
vòn:
T1 100 x 1740 x 5
T2 140 x 740 x 5
T3 100 x 150 x 5
Hai ống thép liên kết thanh tay vòn: có đường kính ngoài 90 mm, đường kính
trong 82 mm, dài 100 mm.
Hai ống thép thanh tay vòn: có đường kính ngoài 80 mm, đường kính trong 70
mm
Thể tích các tấm thép và ống thép như sau:

+ Thể tích tấm thép T1: VT1 = 100 x 1740 x 5 =870000 mm3
+ Thể tích tấm thép T2: VT2 = 140 x 740 x 5 =518000 mm3
+ Thể tích tấm thép T3: VT3 = 100 x 150 x 5 = 75000 mm3
+ Thể tích 2 ống thép liê kết thanh tay vòn:
π
Vlienket  2    902  822   100  216141.58mm3
4

+ Thể tích cột lan can: Vcột = VT1 + VT2 + VT3 + Vliênkết
= 870000 + 518000 + 75000 + 216141.58
= 1679141.58 mm3
+ Thể tích 2 ống thép thanh tay vòn:
Trang 5


π
Vtayvin  2    802  702   2000  4712388.98mm3
4

Suy ra tónh tải tác dụng lên trụ lan can:
DC3 = 7.85 x 10-5 x 1679141.58 + 7.85 x 10-5 x 4712388.98 = 501.74 N
Hoạt tải do w, P tác dụng lên thanh lan can truyền xuống cột lan can theo
phương đứng và phương ngang dưới dạng các lực tập trung.
- Kích thước:
h  695 mm; h1  150 mm; h 2  545 mm

- Lực tác dụng:
+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào
cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N
+ Lực tập trung: P = 890 N

+ Suy ra lực tập trung vào cột là:
P ''  P ' P  740+890 = 1630 N

 Nội lực trong cột lan can tại mặt cắt I – I:
- Momen: MI-I = P”.h + P”.h1 = 1630 x 695 + 1630 x 150 = 1377350 N.mm
- Lực dọc: NI-I = P” + DC3 = 1630 + 501.74 = 2131.74 N
- Lực cắt: VI-I = 2P” = 2 x 1630 = 3260 N
* Kiểm tra khả năng chòu lực của cột lan can chòu momen:
- Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I:

140

5

100

47,5

5

47,5

5

Hình 2.3: Mặt cắt I-I
- Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chòu lực khi: M r  f M n  M I I
- Sức kháng của tiết diện: M r  f M n  f  fy  S
+ S: mômen kháng uốn của tiết diện
3
3


 5  140
2   100  5  100  5  72.52  
I
12
 12

S 
 85355.56 mm 3
Y
75
 M r  f M n  f  fy  S  1  250  85355.56 = 21338888.89 N.mm

Vậy M r  f M n  21338888.89 N.mm  M I I  1377350 N.mm
Trang 6


 Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả năng chòu lực

* Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:
K.
 140
r

Trong đó:
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu
+   695 mm : chiều dài không được giằng (   h )
+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại đỉnh cột vì tiết
diện ở nay là nhỏ nhất)
r

I
A

100

5

100

47,5

5

47,5

5

Hình 2.4: Tiết diện nhỏ nhất của cột lan can
Với:
I : mômen quán tính của tiết diện:
3

3
5  100
 3175000 mm 4
I  2  100  5  100  5  52.52 
12
12





A : diện tích tiết diện:
A  100  5  2  100  5  1500 mm 2
3175000
r
 46 mm
1500
K. 0.75  695


 11.33  140 Vậy thỏa mãn điều kiện mảnh
r
46

 Kiểm tra cột chòu nén:
2

 Kl  F
Xác đònh: λ    y
 πrS  E

Trong đó:
Fy = 250 MPa: Cường độ chảy
E = 200000 MPa: Modul đàn hồi

Trang 7

2

250
 0.75  695 
λ

 0.0163  2.25

 3.14  46  200000
Do λ  2.25 nên sức kháng nén danh đònh được tính như sau:
Pn  0.66λ Fy AS

 0.660.0163  250 1500  372474.55 N

Sức kháng nén tính toán:
Pr  c Pn
Trong đó:
c  0.9 : hệ số sức kháng dối với nén
 Pr  0.9  372474.55  335227.1 N

So sánh Pr = 335227.1 N > NI-I = 2131.74 N.
Vậy thỏa điều kiện cột chòu nén
 Kiểm toán bulông neo cột thép:
Sơ đồ bố trí bulông như hình 2.5

90

30
20

30

100

20

60

4Ø16

Hình 2.5: Sơ đồ bố trí bulông
- Kiểm toán bulông chòu cắt:
Sức kháng cắt danh đònh của bulông lấy với trường hợp đường ren nằm
trong mặt phẳng cắt:
Rn = 0.38AbFubNS
Trong đó:
Ab: Diện tích bulông theo đường kính danh đònh
πd 2b 3.14 162
Ab 

 201.06 mm 2
4
4

Fub = 420 MPa: Cường độ kéo nhỏ nhất của bulông
NS = 1: Số mặt phẳng cắt cho mỗi bulông
 R n  0.38  201.06  420  1  32089.484 N

Lực cắt tác động lên mỗi bulông:

Trang 8


Pu 

VI I 3260

 815 N
4
4

So sánh Rn = 32089.484 N > Pu = 815 N (thỏa)
- Kiểm tra điều kiện ép mặt:
Do đây la lỗ tiêu chuẩn và khoảng cách giữa các bulông không nhỏ hơn 2db
và khoảng cách tónh đến đầu thanh nhỏ hơn 2db nên sức kháng danh đònh được
tính như sau:
Rn = 1.2LctFu
Trong đó:
t = 5 mm: Chiều dày bản nối
Fu = 400 MPa: Cường độ chòu kéo của vật liệu liên kết
Lc = 74 mm: Khoảng cách tónh giữa các lỗ hoặc giữa lỗ và đầu thanh
theo phương tác dụng lực.
 R n  1.2  74  5  400  177600 N

So sánh Rn = 177600 N > Pu = 815 N (thỏa)
Vậy bulông đảm bảo khả năng chòu lực.
2.2. LỀ BỘ HÀNH:
2.2.1. Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:
* Xét trên 1000 mm dài theo phương dọc cầu

- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm
- Tónh tải: DL = 1000 x 100 x 2.5 x 10-5 = 2.5 N/mm

820
PL
DL

820
Hình 2.6: Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành
2.2.2. Tính nội lực:
- Mômen tại mặt cắt giữa nhòp:
DL.L2 2.5  8202

 210125 N.mm
8
8
PL.L2 3  8202


 252150 N.mm
8
8

+ Do tónh tải: MDL 
+ Do hoạt tải: M PL

Chọn các hệ số tải trọng
Trang 9

ηD  1.05 : Hệ số dẻo cho các bộ phận và liên kết không dẻo
ηR  1.05 : Hệ số dư thừa cho các bộ phận không dư thừa
ηl  1.05 : Hệ số quan trọng cho cầu quan trọng
 η  ηD ηR ηl  1.05  1.05  1.05  1.16

- Trạng thái giới hạn cường độ:
M U  .   DC  M DC   PL  M PL 
 1.16  (1.25  210125  1.75  252150)  816545.75 N.mm

- Trạng thái giới hạn sử dụng:
MS   M DC  M PL   210125  252150  462275 N.mm

2.2.3. Tính cốt thép:
- Tiết diện chòu lực b x h = 1000 x 100 mm
- Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê
tông:
- ds = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
a  d S  d S2 

2  MU
 0.85  fC'  b

 80  802 

2  816545.75
 0.45 mm
0.9  0.85  30  1000

- Bản lề bộ hành có 28 MPa < f'c = 30 Mpa < 56 Mpa

 1  0.85 

0.05
0.05
.(f 'c  28)  0.85 
 (30  28)  0.836
7
7

- Xác đònh khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà c:
c

a
0.45

 0.538 mm
1 0.836

- Xác đònh trường hợp phá hoại cho bài toán cốt đơn:
c 0.538

 0.007  0.42  bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo
ds
80

- Xác đònh diện tích cốt thép:
AS 

0.85  f 'c  a  b 0.85  30  0.45  1000


 40.98 mm 2
fy
280

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
A S  A Smin  0.03  b.h.

f 'c
30
 0.03  1000  100 
 321.43 mm 2
fy
280

Lấy AS = ASmin = 321.43 mm2
- Chọn 10a200  1000 mm có 5 thanh thép (diện tích As = 392.5 mm2) và
theo phương dọc lề bộ hành bố trí 10a200

Trang 10


100

200

200

200

200

100

100

20

80

5 Þ 10

1000

Hình 2.7: Bố trí cốt thép trên lề bộ hành
2.2.4. Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng: (kiểm tra nứt)
- Tiết diện kiểm toán: tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 x 100 mm
- Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chòu kéo
gần nhất:
d c  a'  20 mm < 50 mm
- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:
A  2  d c  b  2  20  1000  40000 mm 2

- Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép:
AC 

A 40000

 8000 mm 2
n
5

- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:
M S  462275 N.mm

- Khối lượng riêng của bêtông:  c  2400 Kg / m 3
- Môđun đàn hồi của bêtông:
E c  0.043  1.5c  f 'c
 0.043  24001.5  30  27691.47 MPa

- Môđun đàn hồi của thép: ES  200000 MPa
- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n 

ES
200000

 7.222
E C 27691.47

- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:
x  n

AS 
2  dS  b 
  1 
 1 
b 
n  AS


 7.222 


392.5 
2  80  1000
  1 
 1   18.65 mm
1000 
7.222  392.5 

- Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:
 b  x3

I cr  
 n  As  (d s  x)2 
 3

3
 1000  18.65


 7.222  392.5  (80  18.65)2   12831359.53 mm 4
3



- Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:
fS 

MS
462275

  dS  x   n 
  80  18.65   7.222  15.96 MPa
I cr
12831359.53

- Khí hậu khắc nghiệt: Z  23000 N / mm
Trang 11


- Ứng suất cho phép trong cốt thép:
fsa 

3

Z

dc  AC

3

23000
 423.66 MPa
20  8000

- So sánh: fsa  423.66 MPa  0.6  fy  0.6  280  168 MPa chọn
fy  168 MPa để kiểm tra:
fs  15.96 MPa  168 MPa Vậy thoả mãn điều kiện về nứt

2.3. BÓ VỈA:
- Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.7 và hình 2.8

- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chòu lực của bó vỉa dạng tường như sau:
+ Sơ đồ tính toán của bó vỉa dạng tường là sơ đồ dẻo
+ Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải
Bảng 2.1: Lực tác dụng vào lan can
Phương lực tác dụng

Lực tác dụng (KN)

Phương mằm ngang
Phương thẳng đứng
Phương dọc cầu

Ft = 240
FV = 80
FL = 80

Chiều dài lực tác
dụng(mm)
Lt = 1070
LV = 5500
LL = 1070

+ Biểu thức kiểm toán cường độ của bó vỉa có dạng:
R W  Ft

Sức kháng của bó vỉa dạng tường được xác đònh theo phương pháp đường
chảy.
Khi xe va vào giữa tường:

2

M c .L2c 
RW 
 8  M b  8  M W .H 

2  Lc  Lt 
H 
2

L
 L  8  H.(M b  M W .H)
Lc  t   t  
2
Mc
 2 

Khi xe va vào đầu tường:

2
M c .L2c 
RW 
 M b  M W .H 

2  Lc  Lt 
H 
2

L
 L  H.(M b  M W .H)
Lc  t   t  
2

Mc
 2 

Trong đó:
R W : sức kháng của bó vỉa
M W : sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục thẳng đứng
M c : sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục nằm ngang

Trang 12


M b : sức kháng của dầm đỉnh

H: chiều cao tường
L c : chiều dài đường chảy
L t : chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu

Ft : lực xô ngang quy đònh ở bảng 2.1
2.3.1. Xác đònh M c : (Tính trên 1000 mm dài theo phương dọc cầu)

150
180

- Tiết diện tính toán b x h = 1000 x 180 mm và bố trí cốât thép (hình 2.8)

30

5Ø14

100

200

200

200

200

100

1000

Hình 2.8: Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa the phương đứng
- Cốt thép dùng 14a200 , 1000 mm dài có 5 thanh
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí
tương tự.
- Diện tích cốt thép As:
.2
3.14  142
AS  5 
 5
 769.3 mm 2
4
4

- Chọn a’ = 30 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép ngoài của bê
tông)
d S  h  a'  180  30  150 mm

- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
a

A S  fy
'
c

0.85  f  b



769.3  280
 8.45 mm
0.85  30  1000

- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
c

a
8.45

 10.11 mm
1 0.836

- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
c 10.11

 0.067  0.42
ds
150

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
a
8.45 

 M n  A S  fy  (d S  )  769.3  280   150 
  31400518.1 N.mm
2

2 

- Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:
MC 

Mn
31400518.1

 31400.52 N.mm/mm
1000
1000

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
Trang 13


A S  A Smin  0.03  b.h.

f 'c
30
 0.03  1000  180 

 578.57 mm 2
fy
280

Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.2. Xác đònh M W H
- M W H : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng:
- Tiết diện tính toán b x h = 300 x 180 mm và bố trí cốt thép (hình 2.9)
180
42

2Ø14

300

40

220

40

138

Hình 2.9: Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu
- Cốt thép dùng 2 14 mm
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí
tương tự.
- Diện tích cốt thép As:
AS  2 

.2
3.14  142
 2
 307.72 mm 2
4
4

- a’= 42 mm
d S  h  a'  180  42  138 mm

- Xác đònh chiều cao vùng nén: a
a

A S  fy
'
c

0.85  f  b



307.72  280
 11.26 mm
0.85  30  300

- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà
c

a 11.26


 13.47 mm
1 0.836

- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện
c 13.47

 0.098  0.42
dS
138

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo

Trang 14


a
11.26 
 M n  A S  fy  (d S  )  307.72  280   138 

2

2 
 11405210.99 N.mm

- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:
M w H  M n  11405210.99 N.mm

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
A S  A Smin  0.03  b.h.

f 'c
30
 0.03  300  180 
 173.57 mm 2
fy
280

Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.3. Chiều dài đường chảy: (L c )
Chiều cao bó vỉa: H = 300 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên M b  0
* Với trường hợp xe va vào giữa tường:
- Chiều dài đường chảy:
2

L
 L  8  H.(M b  M W .H)
LC  t   t  
2
Mc
 2 
2

1070
 1070  8  300  (0  11405210.99)
 
 1611.08 mm
LC 
 
2
31400.52

 2 

- Sức kháng của tường:

M .L2 
  8  M b  8  M W .H  c c 
H 


2
31400.52  1611.082 
  8  0  8 11405210.99 
RW 

2  1611.08  1070 
300


RW 

2
2  Lc  Lt

 337258.16 N
 Ft  240000 N  R W  337258.16 N (Thoả mãn)

* Với trường hợp xe va vào đầu tường:
2

Lc 

Lt
 L  H.(M b  M W .H)
  t 
2
Mc
 2 
2

1070
 1070  300  (0  11405210.99)
LC 
 
 1163.64 mm
 
2
31400.52
 2 

- Sức kháng của tường:

M .L2 
  M b  M W .H  c c 
H 


2
31400.52  1163.642 
  0  11405210.99 
RW 


2  1163.64  1070 
300


RW 

2
2  Lc  Lt

 243593 N
 Ft  240000 N  R W  243593 N (Thoả mãn)

Trang 15


CHƯƠNG III

BẢN MẶT CẦU
3.1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:
- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: S = 1880 mm
- Bản mặt cầu làm việc theo một phương
- Chiều dày bản mặt cầu: hf = 200 mm
- Chọn lớp phủ mặt cầu gồm các lớp sau:
+ Lớp bêtông Atphan dày 50 mm
+ Lớp vải nhựa phòng nước dày 30 mm
+ Lớp mui luyện dày 20 mm
- Độ dốc ngang cầu: 1.5 %
3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU:
- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm.

Trong đó phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó
sau khi tính toán dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của
bản mặt cầu.

Shẫng

S

S

Để đơn giản ta tính theo sơ đồ

Hình 3.1: Sơ đồ tính bản mặt cầu

Trang 16


3.3. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGXOL: (BẢN HẨNG)

Shẫng

300

200

200 100

650

1600

750

Hình 3.2: Sơ đồ tính cho bản côngxon
3.3.1. Tải trọng tác dụng lên bản Côngxol:
3.3.1.1. Tónh tải:
Tải trọng tác dụng lên bản có tónh tải, ta sẽ xét tónh tải tác dụng lên dải bản
rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:

200

820

180

1200

Hình 3.4: Sơ đồ tónh tải lan can, lề bộ hành tác dụng lên bản mặt cầu
* Trọng lượng bản thân:
DC"2  1000  h f   C  1000  200  2.5  10 5  5 N / mm

* Trọng lượng lan can, lề bộ hành:
- Trọng lượng tường bêtông:

Trang 17


P1  1000  b1  h1   C  1000  200  650  2.5  105  3250 N

Trong đó:

b1 = 200 mm: bề rộng của lan can phần bê tông
h1 = 650 mm: chiều cao của lan can phần bê tông
- Trọng lượng lề bộ hành người đi: (tải này được chia đôi bó vỉa nhận một
nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa)
P2 

b2  h2   C  1000 820  100  2.5  10 5  1000

 1025 N
2
2

Trong đó:
b2 = 820 mm: bề rộng của lề bộ hành
h2 = 100 mm: chiều cao của lề bộ hành
- Trong lượng thanh lan can tay vòn: trên 1 nhòp có hai thanh: Ф80 dày 5
mm, dài 2000 mm
 1 thanh lan can có trọng lượng:
P '3   S .

D2  d 2
802  702
..L  7.85  10 5 
 3.14  2000  184.96 N
4
4

- Trên toàn chiều dài dầm có 21 nhòp:
 Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:

P'

3

 21 2  P '3  21 2  184.96  7768.32 N

- Trọng lượng cột lan can: Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép
T1; T2 ; T3 và 2 ống thép liên kết Ф 90 dày 4mm, dài 100 mm (hình 3.5)
110

100

55

110

Ø90

Ø90

CHI TI? T T2

140
5
150

5

=

+

+

150

140

T1 100 x 1740 x 5

T2 140 x 740 x 5

100

CHI TI? T T3

150

T3 100 x 150 x 5

+

100
82
90

695

690

545

CHI TI? T T1

150

750

? NG LIÊN K? T

Ống nối

Cột lan can=Tấm thép T1 + Tấm thép T2 +Tấm thép T3 + Ống liên kết
Hình 3.5: Chi tiết cột lan can
Trọng lượng tấm thép T1 : 68.3 N
Trọng lượng tấm thép

T2 : 40.66 N

Trọng lượng tấm thép

T3 : 5.89 N

Trọng lượng ống thép Ф90: 16.97 N
- Trọng lượng một cột lan can:

Trang 18


P"3  68.3  40.66  5.89  16.97  131.82 N

Khoảng cách giữa hai cột lan can là 2000 mm, trên chiều dài nhòp 42000
mm có 22 cột
- Trọng lượng toàn bộ cột lan can:

 P"

3

 P "3  22  131.82  22  2900.04 N

- Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là:

 P '   P"
3

3

 7768.32  2900.04  10668.36 N

- Ta sẽ quy một cách gần đúng toàn bộ trọng lượng này thành lực phân bố
dọc cầu có giá trò:

 P '  P ''  10668.36  0.254 N / mm
3

3

L tt

42000

Suy ra: Trọng lượng lan can trên 1000 mm chiều dài bản:
P3  0.254  1000  254 N

- Vậy trọng lượng toàn bộ lan can lề bộ hành trên 1000mm chiều dài bản
mặt cầu tác dụng lên bản hẫng:
DC3  P1  P2  P3  3250  1025  254  4529 N

3.3.1.2. Hoạt tải:
- Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu trong
trường hợp này chỉ có tải của người đi bộ truyền xuống (hoạt tải này được chia đôi
bó vỉa nhận một nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa, là lực tập trung tại đầu
bản hẫng)
PL  1000  b 3  103 1000  1000
PPL 

 1500 N
2
2

(b = 1000 mm: bề rộng phần lề bộ hành)
3.3.2. Nội lực trong bản congxol:
- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.6):

PPL + DC3
DC"2

Shẫng
Trang 19

Hình 3.6: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
  D  R  I

Trong đó:
D  1.05 : hệ số dẻo cho các bộ phận và liên kết không dẻo
I  1.05 : hệ số quan trọng cho cầu quan trọng
R  1.05 : hệ sốù dư thừa cho các bộ phận không dư thừa
   1.05  1.05  1.05  1.16

- Giá trò mômen âm tại ngàm:


S2hang
  DC  DC3  Shang   PL  PPL  Shang 
M     DC  DC"2 
2



+ Trạng thái giới hạn cường độ:
 DC  1.25 ;  PL  1.75 ;   1.16


10002
M u  1.16  1.25  5 
 1.25  4529  1000  1.75  1500  1000 
2



 13237050 N.mm

+ Trạng thái giới hạn sử dụng:
 DC  1 ;  PL  1 ;   1


10002
Ms  1 1 5 
 1 4529  1000  1 1500  1000 
2


 8529000 N.mm

3.4. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM CẠNH DẦM BIÊN:
Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhòp của bản là khoảng cách giữa hai dầm S =
1880 mm, cách tính ta sẽ tính như dầm đơn giản đặt trên hai gối, xét cho dải bản
rộng 1000 mm theo phương dọc cầu.
3.4.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm biên:
3.4.1.1. Tónh tải:
- Trọng lượng bản thân:
DC"2  1000  h f   C  1000  200  2.5  10 5  5 N / mm

- Trọng lượng lề bộ hành người đi truyền xuống bó vỉa:
P2 

b2  h2   C  1000 820  100  2.5  10 5  1000


 1025 N
2
2

Trong đó:
b2 = 820 mm: bề rộng của lề bộ hành
h2 = 100 mm: chiều cao của lề bộ hành
- Trọng lượng bó vỉa:
P4  b 4  h 4   C  1000  180  300  2.5  10 5  1000  1350 N

(b4 = 180 mm chiều rộng bó vỉa, h4 = 300 mm chiều cao bó vỉa)
Trang 20


- Vậy trọng lượng toàn bộ lề bộ hành và bó vỉa trên 1000mm chiều dài bản
mặt cầu tác dụng lên bản dầm biên:
DC3  P2  P4  1025  1350  2375 N

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu: h DW  133.75 mm
+ Trọng lượng riêng lớp phủ:  C '  2.3  105 N / mm 3
DW  h DW  1000   'C  133.75  1000  2.3  10 5  3.076 N / mm

3.4.1.2. Nội lực:
- Sơ đồ tính như sau:
Bó
vỉa

DC3

DW
DC"2

L1

L2
S

Hình 3.7: Sơ đồ tính bản dầm
-Với L1 = 110 mm ; L2 =1680 mm ; S = 1880 mm
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:   D  R  I
Trong đó:
D  1.05 : hệ số dẻo cho các bộ phận và liên kết không dẻo
I  1.05 : hệ số quan trọng cho cầu quan trọng
R  1.05 : hệ sốù dư thừa cho các bộ phận không dư thừa
   1.05  1.05  1.05  1.16

- Giá trò mômen dương tại giữa nhòp:

DC"2  S2
DW 
S2 
DC3  L1 
2
    DC 
  DW 
  2L 2 S  L 2     DC 
M

8

4 
2 
2


+ Trạng thái giới hạn cường độ:  DC  1.25 ;  DW  1.5 ;   1.16
DC  DW

Trang 21



5 18802
3.076 
1880 2 
M u DC DW  1.16  1.25 
 1.5 
  2  1680  1880  16802 

8
4
2 


2375 110 
1.25 

2
 5703553.48 N.mm

+ Trạng thái giới hạn sử dụng:  DC  1 ;  DW  1 ;   1
 5  1880 2
3.076 
18802 
MS DC DW  1 1
 1
  2  1680  1880  16802 

8
4
2 


2375 110 
 1

2
 3667841.8 N.mm

3.4.2. Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm biên:
3.4.2.1. Hoạt tải:
- Gồm có 2 hoạt tải: tải trọng người đi truyền xuống bản mặt cầu thông qua
bó vỉa, tải trọng xe 3 trục đặt như hình 3.8:
- Với L1  110 mm ; L2  1770 mm ; L3  725 mm
- Tải người: lực tập trung có giá trò như sau
PPL 

PL  1000  b 3  103 1000  1000

 1500 N

2
2

Bó
vỉa

hDW

(b = 1000 mm bề rộng lề bộ hành)
- Tải xe3 trục: đặt một bánh xe 3 trục (hình 3.8):

b
b1

L

SW

S

b1
PPL

p

L3
L1

L2
S

Hình 3.8: Tải trọng động tác dụng lên bản biên
3.4.2.2. Nội lực:
Trang 22


* Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ
- Bề rộng bánh xe tiếp xúc với bản mặt cầu 510 mm
- Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:
b1  b  2  h DW  510  2  100  710 mm
0.5  P 0.5  145000
- Giá trò tải p: p 

 51.06 N / mm
2  b1
2  710

- Diện làm việc của bản:
+ Khi tính mômen âm tại gối:
SW   1220  0.25  S  1220  0.25  1880  1690 mm

+ Khi tính mômen dương tại giữa nhòp:
SW   660  0.55  S  660  0.55  1880  1694 mm

- Giá trò mômen tại giữa nhòp:
+ Do tải xe3 trục:
p


M LL     LL  (1  IM)  m    b1  (2  S  b1 )  (S  2  L3  b1 )2  

8


* Trạng thái giới hạn cường độ:   1.16 ;  LL  1.75 ; IM  0.25 ; m  1.2
51.06

M u LL  1.16  1.75  (1  0.25)  1.2 
  710  (2 1880  710)
8

(1880  2  725  710)2 ]}
 40562188.46 N.mm

* Trạng thái giới hạn sử dụng:   1 ;  LL  1 ; IM  0.25 ; m  1.2
51.06

MS LL  1 1 (1  0.25)  1.2 
  710  (2  1880  710)
8

(1880  2  725  710)2 ]}
 19981373.63 N.mm



+ Do tải người: M PL     PL 

PPL  L1 
2 

* Trạng thái giới hạn cường độ:   1.16 ;  PL  1.75
P  L1 
1500  110

 1.16  1.75 
 167475 N.mm
M u PL     PL PL

2
2 

* Trạng thái giới hạn sử dụng:   1 ;  PL  1
P  L  1500  110

 82500 N.mm
M SPL     PL PL 1  
2
2 


Giá trò mômen tại giữa nhòp do tónh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính
liên tục của bản mặt cầu (với dải bản 1000 mm theo phương dọc cầu) được tính
như sau:
- Trạng thái giới hạn cường độ:
+ Tại gối :

Trang 23


 DC  DW M u LL  1000


M u  0.7   M u

 M u PL 

SW


40562188.46  1000


 0.7   5703553.48 
 167475
1690



 20910626.4 N.mm

+ Tai giữa nhòp:


M LL  1000
M u  0.5   M u DC  DW  u
 M u PL 

SW


40562188.46  1000



 0.5   5703553.48 
 167475
1694


 14907824.88 N.mm

- Trạng thái giới hạn sử dụng:
+ Tại gối:


M LL  1000
MS  0.7   M SDC  DW  S
 MS PL 

SW


19981373.63  1000


 0.7  3667841.8 
 82500 
1690


 10901547.86 N.mm

+ Tai giữa nhòp:
 DC  DW M S LL  1000

MS  0.5   M S

 MS PL 

SW


19981373.63  1000


 0.5  3667841.8 
 82500 
1694



 7772860.87 N.mm

3.5. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA:
3.5.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm giữa:
3.5.1.1. Tónh tải:
- Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đối với bản
dầm giữa thì sẽ không có tải trọng bó vỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố
đầy dầm
- Trọng lượng bản thân:
DC"2  1000  h f   C  1000  200  2.5  10 5  5 N / mm

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu: h DW  133.75 mm
+ Khối lượng riêng lớp phủ:  'C  2.3  105 N / mm 3
DW  h DW  1000   'C  133.75  1000  2.3  10 5  3.076 N / mm

3.5.1.2. Nội lực:
- Sơ đồ tính như sau:

Trang 24


hW
tS
S

DW
DC"2

S

Hình 3.9 : Sơ đồ tính tónh tải cho bản dầm giữa
- Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như bản dầm biên
- Giá trò mômen dương tại giữa nhòp:

DC"2  S2
DW  S2 
M DC  DW      DC 
  DW 

8

8


+ Trạng thái giới hạn cường độ:  DC  1.25 ;  DW  1.5 ;   1.16

5  18802
3.076  18802 
M u DC DW  1.16   1.25 
 1.5 

8
8


 5567669.63 N.mm

+ Trạng thái giới hạn sử dụng:  DC  1 ;  DW  1 ;   1
 5  18802
3.076  18802 
 1
MS DC DW  1  1

8
8


 3567976.8 N.mm

3.5.2. Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm giữa:
- Chỉ có xe3 trục, ở đây ta không xét tải trọng làn vì nhòp bản S =1880 mm <

4600 mm theo quy đònh không cần xét tải trọng làn
- Ở đây sẽ có 3 trường hợp đặt tải:
+ Trường hợp chỉ có 1 bánh xe của 1 xe
+ Trường hợp có 2 bánh xe của 2 xe khác nhau đặt trong bản khi đó khoảng
cách giữa 2 bánh xe là 1200 mm.
+ Trường hợp có 2 bánh xe của cùng một xe đặt trong bản khi đó khoảng
cách giữa 2 bánh xe là 1800 mm.
3.5.2.1. Xét trường hợp 1 chỉ có 1 bánh xe:
Ta sẽ đặt bánh xe ngay tại giữa nhòp để tính toán

Trang 25