Đồ án cầu thép 1 chuyên ngành cầu đường

THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU
1.1 Yêu cầu thiết kế

Thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép
1.2 Các số liệu ban đầu

− Quy trình thiết kế: 22TCN272 – 05
− Hoạt tải tiêu chuẩn: + HL93
+ PL: 3kN/m2
− Chiều dài nhịp: Lnh = 23 m
− Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 22,4 m
− Bề rộng toàn cầu:B = Bx + 2.Bng + 2.Blc + 2.Bpc = 12 + 2.1,25 + 2.0,5 = 15,5 m
+Bx : Bề rộng phần xe chạy ( = 12 m )
+Bng : Bề rộng lề người đi bộ ( = 1,25 m )
+Blc : Bề rộng lan can ( = 0,5 m )
+Bpc : Bề rộng dải phân cách (dải phân cách mềm - Bpc = 0 )
− Dầm chủ: Dầm tổ hợp dùng liên kết hàn
− Vật liệu: Thép hợp kim có cường độ chảy: Fy = 345MPa
− Chiều dày bản mặt cầu: ts = 18 cm
'
− Bê tông bản mặt cầu: f c = 40 MPa

1.3 Lựa chọn kích thước dầm chủ và bản bê tông
1.3.1 Kích thước cơ bản của dầm chủ

− Số lượng dầm chủ: n = 8
− Khoảng cách giữa các dầm: S = (1800 – 2500)mm = 1950mm
 1

1

− Chiều cao dầm thép: h =  ÷ ÷.Ltt = (896 – 1493)mm = 1100mm
 25 15 
− Bề rộng cánh chịu nén: bc = (300 – 400)mm = 300mm
− Chiều dày cánh chịu nén: tc = (20 – 30)mm = 30mm
− Bề rộng cánh chịu kéo: bt = (400 – 600)mm = 500mm
− Chiều dày cánh chịu kéo: tt = (20 – 30)mm = 30mm
− Bề rộng sườn: tw = (10 – 20)mm = 20mm
− Chiều cao sườn dầm: Dw = h – tc – tt = 1100 – 30 – 30 = 1040mm
− Modun đàn hồi của thép: Es = 2.105MPa
1.3.2 Kích thước cơ bản của bản bê tông
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

1


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

− Chiều cao phần vút mở rộng: tv = hv = (100 – 150)mm = 120mm
− Bề rộng phần vút mở rộng: bv = (100 – 200)mm = 120mm
− Chiều dày bản mặt cầu: ts = 180mm
− Chiều cao liên hợp Thép BTCT H cb = 1400mm ≥

1
Ltt = 896mm (thỏa mãn)
25

− Khối lượng riêng của bê tông: γ c = 2500kG/m3

− Modun đàn hồi của bê tông:
E c = 0,043.γ c1,5 . f c' = 0,043.25001,5 . 40 = 33994,48MPa
1.3.3 Xác định bề rộng bản cánh hữu hiệu

bng

b1

bg
b2

de

b2

b2

S
Hình 1.1. Bề rộng tính toán của bản bê tông

− Xác định b1: Lấy nhỏ nhất trong các giá trị sau:
+

1
1
L tt = .22400 = 2800 mm
8
8

1

1
 2 t w
 2 .20 = 10mm
+ 6ts + max 
= 6.180 + max 
= 1155mm
1
 b
 1 .300 = 75mm
 4 c
 4
+ de = 925 mm
 b1 = 925 mm
− Xác định b2: Lấy nhỏ nhất trong các giá trị sau:
+

1
1
L tt = .22400 = 2800 mm
8
8

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

2


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

1
1
 2 t w
 2 .20 = 10mm
+ 6ts + max 
= 6.180 + max 
= 1155mm
1
1
 b
 .300 = 75mm
 4 c
 4
S 1950
=
= 975mm
2
2

+

 b2 = 975 mm
=> Bề rộng tính toán của bản bê tông dầm biên:
bng = b1 + b2 = 925 + 975 = 1900 mm
=> Bề rộng tính toán của bản bê tông dầm trong:
bg = 2.b2 = 2.975 = 1950mm

15500
500

1250

V? CH SON

2%

1250

500

2%

1100

500

6000

6000

925

1950

1950

1950

1950

1950

1950

1950

925

Hình 1.2. Mặt cắt ngang cầu

1900

1950

120

20

30

1040

1100

1400

1040

20

300

30

1100

180

120
300

1400

30

120

180

75 150 75

30

120

75 150 75

500

500

Hình 1.3. Mặt cắt dầm
1.4 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt tiết diện
1.4.1 Xác định DTHH mặt cắt dầm thép

− Diện tích mặt cắt:
ANC = bc.tc + bt.tt + tw.Dw =300.30+500.30+20.1040=44800 mm2
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

3


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

− Momen tĩnh của tiết diện đi qua đáy dầm thép:
t 
t

D

SNC = S1 + S2 + S3 = b c .t c .  h − c ÷+ b t .t t . t + t w .D w .  w + t t ÷
2
2

 2

30 
30


 1040

= 300.30. 1100 − ÷+ 500.30. + 20.1040. 
+ 30 ÷ = 2,143.107 mm 3
2 
2

 2


− Khoảng cách từ đáy dầm đến trục trung hòa I – I :
Y1 =

SNC
= 478,348mm
A NC

− Momen quán tính của mặt cắt dầm thép:
+ Momen quán tính bản bụng:
2

t .D3
D

I1 = w w + t w .D w . w + t t − Y1 ÷
12
 2


2

20.10403
 1040

=
+ 20.1040. 
+ 30 − 478,348 ÷
12
 2

= 1,982.109 mm 4

+ Momen quán tính bản cánh chịu nén:
2

2

b .t 3
t  300.303
30 


+ 300.30. 1100 − 478,348 − ÷
I2= c c + bc .t c .  h − Y1 − c ÷ =
12
2
12
2 



9
4
= 3,313.10 mm

+ Momen quán tính bản cánh chịu kéo:
2

2

b .t 3
t  500.303
30 


+ 500.30. 478,348 − ÷ = 3, 221.109 mm 4
I3 = t t + b t .t t .  Y1 − t ÷ =
12
2
12
2 



=> INC = I1 + I2 + I3 = 8,516.109 mm4
Bảng 1.1. Bảng kết quả tính DTHH mặt cắt dầm thép
Các đặc trưng hình học của mặt cắt

Diện tích mặt cắt
Momen tĩnh của tiết diện đi qua đáy dầm
Khoảng cách từ đáy dầm đến trục trung hòa

Momen quán tính bản bụng
Momen quán tính bản cánh chịu nén
Momen quán tính bản cánh chịu kéo
Momen quán tính của mặt cắt dầm thép

Kí hiệu

ANC
SNC
Y
Iw
Icf
Itf
INC

Giá trị

44800
2.143.107
478,348
1,982.109
3,313.109
3,221.109
8,516.109

Đơn vị

mm2
mm3
mm

mm4
mm4
mm4
mm4

1.4.2 Xác định DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực ngắn hạn

− Hệ số quy đổi:

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

4


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

n=

Es
200000
= 5,883
=
Ec
33994,48

Lấy n = 6
− Diện tích mặt cắt:
+ Diện tích bản bê tông:
• Đối với dầm trong:

1
1
A s = bs .t s + b c .t v + 2. b v .t v = 1950.180 + 300.120 + 2. 120.120 = 401400mm 2
2
2

• Đối với dầm biên :
1
1
A s = bs .t s + b c .t v + 2. b v .t v = 1900.180 + 300.120 + 2. 120.120 = 392400mm 2
2
2

+ Diện tích mặt cắt quy đổi:
• Đối với dầm trong:
AST = A NC +

AS
401400
= 44800 +
= 111700mm 2
n
6

• Đối với dầm biên:
AST = A NC +

AS
392400
= 44800 +

= 110200mm 2
n
6

− Momen quán tính của tiết diện liên hợp với TTH I-I của tiết diện dầm thép:
SST =

ts 
tv 

1
1
2


bs .t s .  h − Y1 + t v + ÷+ b c .t v .  h − Y1 + ÷+ 2. .b v .t v .(h − Y1 + .t v ) 
n
2
2
2
3




• Đối với dầm trong:


180 
120  



1950.180.
1100
−
478,348
+
120
+
+
300.120.
1400
−
478,348
+

÷

÷
1 
2 
2  


SST = 

6 1
2

+2. .120.120.(1100 − 478,348 + .120)

3
 2

= 5, 44.107 mm3
• Đối với dầm biên:


180 
120  


1900.180. 1100 − 478,348 + 120 +
+ 300.120. 1100 − 478,348 +
÷
÷

1
2 
2  


SST = 

6 1
2

+2. .120.120.(1100 − 478,348 + .120)
 2

3

= 5,318.107 mm 3

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

5


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

− Khoảng cách từ TTH I-I đến trọng tâm tiết diện liên hợp:
• Đối với dầm trong:
Z=

SST 5, 44.107
=
= 487, 247mm
A ST
111700

• Đối với dầm biên:
Z=

SST 5,318.107
=
= 482,559mm
A ST
110200

− Xác định momen quán tính của tiết diện liên hợp:

+ Momen quán tính của dầm thép:
• Đối với dầm trong:
I'NC = I NC + A NC .Z 2 = 8,516.10 9 + 44800.487, 247 2
= 1,915.1010 mm 4

• Đối với dầm biên:
I'NC = I NC + A NC .Z 2 = 8,516.109 + 44800.482,559 2
= 1,895.1010 mm 4

+ Momen quán tĩnh của phần bản bê tông:
• Đối với dầm trong:
2
1  bs .t 3s
t s  

I1 = 
+ bs .t s .  h − Y1 − Z + t v + ÷ 
n  12
2  

2
1 1950.1803
180  

9
4
= 
+ 1950.180. 1100 − 478,348 − 487,247 + 120 +
÷  = 7,097.10 mm
6 

12
2  


• Đối với dầm biên:

t 
1  b .t 3

I1 =  s s + b s .t s .  h − Y1 − Z + t v + s ÷
n  12
2


2





2
1 1900.1803
180  

9
4
= 
+ 1900.180. 1100 − 478,348 − 482,559 + 120 +
÷  = 7,1.10 mm
6 

12
2  


+ Momen quán tĩnh của phần vút bản cánh:
• Đối với dầm trong:

t 
b .t 3
1  b .t 3
1
2 


I 2 =  c v + b c .t v  h − Y1 − Z + v ÷ + 2. v v + 2. .b v .t v .  h − Y1 − Z + .t v ÷
n  12
2
36
2
3 


2

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

2

6






THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP
2
 300.1203

120 

+ 300.120 1100 − 478,348 − 487, 247 +


÷
2 
1  12


= 
= 3, 462.108 mm 4
2
3
6  120.120
1
2

 
 +2. 36 + 2. 2 .120.120.  1100 − 478,348 − 487, 247 + 3 .120 ÷

 


• Đối với dầm biên

t 
b .t 3
1  b .t 3
1
2 


I 2 =  c v + b c .t v  h − Y1 − Z + v ÷ + 2. v v + 2. .b v .t v .  h − Y1 − Z + .t v ÷
n  12
2
36
2
3 


2

2





2
 300.1203


120 

+ 300.120 1100 − 478,348 − 482,559 +


÷
2 
1  12


= 
= 3,622.108 mm 4

2
7  120.1203
1
2

 
+
2.
+
2.
.120.120.
1100
−
478,348
−
482,559

+
.120 ÷ 


36
2
3

 

=> IST = I'NC + I1 + I 2

Đối với dầm trong :
IST =1,916.1010 + 7,096.109 + 3, 462.108 = 2,66.1010 mm4
Đối với dầm biên:
IST=1,895.1010 + 7,1.109 + 3,622.108 = 2,641.1010 mm4
Bảng 1.1. Bảng kết quả tính DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực ngắn hạn
Các đặc trưng hình học của mặt cắt

Kí hiệu

Giá trị
Dầm trong

Diện tích quy đổi mặt cắt
Momen quán tĩnh của tiết diện liên hợp với
TTH I-I của tiết diện dầm thép
Khoẳng cách từ TTH I-I đến trọng tâm tiết
diện liên hợp
Momen quán tính của tiết diện liên hợp

Đơn vị
Dầm biên

AST
SST

111700
5,443.107

110200
5,318.107

mm2
mm3

Z

487,247

482,559

mm

IST

2,66.1010

2,641.1010

mm4

1.4.3 Xác định DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực dài hạn

− Hệ số quy đổi:
n’ = 3.n = 3.6 = 18
− Diện tích mặt cắt:
+ Diện tích bản bê tông:
• Đối với dầm trong:
1
1
A s = bs .t s + b c .t v + 2. b v .t v = 1950.180 + 300.120 + 2. .120.120 = 401400mm 2
2
2
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

7


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

• Đối với dầm biên:
1
1
A s = bs .t s + b c .t v + 2. b v .t v = 1900.180 + 300.120 + 2. .120.120 = 392400mm 2
2
2

+ Diện tích mặt cắt quy đổi:

• Đối với dầm trong:
A LT = A NC +

AS
401400
= 44800 +
= 67100mm 2
'
n
18

• Đối với dầm biên:
A LT = A NC +

AS
392400
= 44800 +
= 66600mm 2
'
n
18

− Momen quán tính của tiết diện liên hợp với TTH I-I của tiết diện dầm thép:
• Đối với dầm trong:
SLT =


1
t 
t 

1
2


b .t . h − Y1 + t v + s ÷+ bc .t v .  h − Y1 + v ÷+ 2. .b v .t v .(h − Y1 + .t v ) 
'  s s 
n 
2
2
2
3





180 
120  


1950.180. 1100 − 478,348 + 120 +
+ 300.120. 1100 − 478,.48 +
÷
÷

1
2 
2  



= 

18  1
2

+2. .120.120.(1100 − 478,348 + .120)
 2

3
= 1,814.107 mm3
• Đối với dầm biên:
SLT =

t 
t 

1
1
2


b .t . h − Y1 + t v + s ÷+ b c .t v .  h − Y1 + v ÷+ 2. .b v .t v .(h − Y1 + .t v ) 
'  s s 
n 
2
2
2
3






180 
120  


1900.180.
1100
−
478,348
+
120
+
+
300.120.
1100
−
478,348
+

÷

÷
1 
2 
2  


= 


18  1
2

+2. .120.120.(1100 − 478,348 + .120)
3
 2

= 1,773.107 mm3
− Khoảng cách từ TTH I-I đến trọng tâm tiết diện liên hợp:
• Đối với dầm trong:
Z' =

SLT 1,814.107
=
= 270,370mm
A LT
67100

• Đối với dầm biên:
SLT 1,773.107
Z' =
=
= 266,156mm
A LT
66600
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

8

THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

− Xác định momen quán tính của tiết diện liên hợp:
+ Momen quán tính của dầm thép:
• Đối với dầm trong:
I'NC = I NC + A NC .Z 2 = 8,516.109 + 44800.270,37 2 = 1,179.1010 mm 4

• Đối với dầm biên:
I'NC = I NC + A NC .Z 2 = 8,516.109 + 44800.266,1562 = 1,169.1010 mm 4

+ Momen quán tính của phần bản bê tông:
• Đối với dầm trong:
2
t s  
1  bs .t s3

I1 = ' 
+ b s .t s .  h − Y1 − Z'+ t v + ÷ 
n  12
2  


1 1950.1803
180 

= 
+ 1950.180. 1100 − 478,348 − 270,37 + 120 +
÷

18 
12
2 


2





= 6,196.109 mm 4
• Đối với dầm biên:
2
1  bs .t s3
t s  

I1 = ' 
+ b s .t s .  h − Y1 − Z'+ t v + ÷ 
n  12
2  


1 1900.1803
180 

= 
+ 1900.180. 1100 − 478,348 − 266,156 + 120 +
÷
18 

12
2 


2





= 6,127.109 mm 4
+ Momen quán tính của phần vút bản cánh:
• Đối với dầm trong:
2
2
1  bc .t 3v
tv 
b v .t 3v
1
2  


I2 = ' 
+ b c .t v  h − Y1 − Z'+ ÷ + 2.
+ 2. .b v .t v .  h − Y1 − Z'+ .t v ÷ 
n  12
2
36
2
3  



2
 300.1203

120 

+ 300.120. 1100 − 478,348 − 270,37 +


÷
2 
1  12


= 
2
18  120.1203
1
2

 
+ 2. .120.120. 1100 − 478,348 − 266,156 + .120 ÷ 
+2. 36
2
3

 


= 4,901.108 mm 4

* Đối với dầm biên:
2
2
tv 
b v .t 3v
1  bc .t 3v
1
2  


I2 = ' 
+ b c .t v  h − Y1 − Z'+ ÷ + 2.
+ 2. .b v .t v .  h − Y1 − Z'+ .t v ÷ 
n  12
2
36
2
3  



SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

9


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

2
 300.1203

120 

+ 300.120.1100 − 478,348 − 266,156 +


÷
2 
1  12


= 
= 5.108 mm 4
2
3
18  120.120
1
2

 
+ 2. .120.120. 1400 − 478,348 − 266,156 + .120 ÷ 
+2. 36
2
3

 


=> Ta có :
* Đối với dầm trong:
I LT = I'NC + I1 + I 2 = 1,179.1010 + 6,196.109 + 4,901.108 = 1,848.1010 mm 4

* Đối với dầm biên:
I LT = I'NC + I1 + I 2 = 1,169.1010 + 6,127.109 + 5.108 = 1,832.1010 mm 4

Tương tự với dầm ngoài, ta có:
Bảng 1.1. Bảng kết quả tính DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực dài hạn
Các đặc trưng hình học của mặt cắt

Diện tích quy đổi mặt cắt
Momen quán tĩnh của tiết diện liên
hợp với TTH I-I của tiết diện dầm
thép
Khoẳng cách từ TTH I-I đến trọng
tâm tiết diện liên hợp
Momen quán tính của tiết diện liên
hợp

Kí
hiệu

Giá trị

Đơn vị

Dầm trong

Dầm biên

ALT
SLT

67100
1,814.107

66600
1,773.107

mm2
mm3

Z’

270,37

266,156

mm

ILT

1,848.1010

1,832.1010

mm4

1.4.4 Xác định đặc DTHH mặt cắt giai đoạn chảy dẻo

a, Xác định vị trí THH dẻo
− Tính lực dẻo tại các phần của tiết diện
+

Lực dẻo tại bản cánh dưới dầm thép :

Pt = Fyt.bt.tt

+

Lực dẻo tại bản cánh trên dầm thép :

Pc = Fyc.bc.tc

+

Lực dẻo tại sườn dầm thép :

Pw = Fyw.Dw.tw

+

Lực dẻo tại trọng tâm bản bê tông :

Ps = 0,85.f’c.As

+

Lực dẻo tại cốt thép trên trong bản BT :

Pt = Fyrt.Art

+

Lực dẻo tại cốt thép dưới trong bản BT :

Pt = Fyrb.Arb

− Kiểm tra vị trí trục trung hòa của mặt cắt
+ Nếu : Pt + Pw > Pc + Prb + Ps + Prt => THH đi qua sườn dầm
+ Nếu : Pt + Pw < Pc + Prb + Ps + Prt và Pt + Pw + Pc > Prb + Ps + Prt
THH đi qua bản cánh trên của dầm thép

=>

+ Nếu : Pt + Pw + Pc < Prb + Ps + Prt => THH đi qua bản bê tông
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

10


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

− Chiều cao phần sườn dầm chịu nén trong trường hợp THH đi qua sườn dầm
+

Sơ đồ tính:

+ Công thức xác định chiều cao phần sườn dầm chịu nén

D
Dcp = w
2

 Fyt .A t − Fyc .A c − 0,85.f c' .A s − Fyr .A r

+ 1÷

÷
Fyw .A w



− Bảng tính toán lực dẻo tại các phần của mặt cắt.
KÍ
HIỆU

DẦM
BIÊN

DẦM
TRON

ĐƠN VỊ

Diện tích bản cánh chịu kéo

At

15000

15000

mm2

Diện tích bản cánh chịu nén

Ac

9000

9000

mm2

Diện tích bản bụng

Aw

20800

20800

mm2

Diện tích tính toán bản bê tông

As

392400

401400

mm2

Lực dẻo tại bản cánh chịu kéo

Pt

5175

5175

kN

Lực dẻo tại bản cánh chịu nén

Pc

3105

3105

kN

Lực dẻo tại bản bụng

Pw

7176

7176

kN

Lực dẻo tại trọng tâm bản bê tông

Ps

13341,6

13647,6

kN

Diện tích cốt thép dọc trong bản phía trên

Art

1130,97

1130,97

mm2

Diện tích cốt thép dọc trong bản phía dưới

Arb

1130,97

1130,97

mm2

Lực dẻo tại cốt thép trên trong bản bê tông

Prt

390,185

390,185

kN

Lực dẻo tại cốt thép dưới trong bản bê tông

Prt

390.185

390.185

kN

12531

12531

kN

17226,97

17532,97

kN

15456

15456

kN

14121,97

14427,97

kN

TÊN GỌI CÁC ĐẠI LƯỢNG

Lực dẻo cánh dưới + sườn dầm
Lực dẻo cánh trên + bản BT + cốt thép
Lực dẻo cánh dưới + sườn dầm + cánh trên
Lực dẻo bản BT + cốt thép

− Vị trí THH cần tìm của dầm trong: THH đi qua bản cánh trên của dầm thép
− Vị trí THH cần tìm của dầm biên: THH đi qua bản cánh trên của dầm thép
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

11


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

b, Xác định momen dẻo Mp
− Công thức tính toán:
n

M p = ∑ Pi .Zi
i =1

Trong đó
+ Pi : là lực dẻo thứ i
+ Zi : là khoảng cách từ điểm đặt lực dẻo thứ i đến THH dẻo
− Trường hợp THH đi qua bản cánh trên dầm thép ta có:
+ Công thức tính momen dẻo Mp
1
Y2
D

M p = Ps .(Zs + Y) + Fy .b c . ( t t − Y ) . − Fy .b c .
+ Pw .  w + t t − Y ÷
2
2
 2

2

t

+ Pc .  c + D w + t t − Y ÷
2


Với Zs là khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông đến mép trên của dầm thép
Zc =

bs .t s .(

ts
t
2.t
+ t h ) + b c .t h . h + b h .t h . h
2
2
3 = 197,623mm
bs .t s + bc .t h + b h .t h

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

12


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
1.5 Tĩnh tải tác dụng lên KCN

1.5.1 Tĩnh tải giai đoạn I
1.5.1.1 Trọng lượng sườn gia cường

− Trọng lượng của sườn tăng cường:
do = (Dw ÷ 3Dw) = (1040 ÷ 3120)mm
g sgc = t sgc .h sgc .bsgc .γ thep = 0,016.1,040.0,140.78,5 = 0,183 kN
q stc =

Σg sgc .n sgc
n.L tt

=

0,183.210
= 0, 214kN / m
8.22, 4

Bảng 1.1. Bảng số liệu sườn gia cường
Các đại lượng
Kí hiệu
Chiều dày sườn gia cường
tsgc
Chiều cao sườn gia cường
hsgc
Bề rộng sườn gia cường
bsgc
Khoảng cách giữa các sườn gia cường
do
Số sườn gia cường theo dọc cầu
nd

Số sườn gia cường theo ngang cầu
nn
Số sườn gia cường
nsgc
Trọng lượng
gsgc
Trọng lượng SGC trên 1m dầm chủ
qsgc

Giá trị
16
1040
140
1600
15
14
210
0,183
0,214

Đơn vị
mm
mm
mm
mm
thanh
thanh
thanh
kN
kN/m

1.5.1.2 Trọng lượng dầm ngang ở mặt cắt đầu dầm

A

600

A

250

1100

1400

250

− Cấu tạo:

1950

Hình 2.1. Liên kết ngang tại mặt cắt gối
− Chiều cao dầm ngang:
hdn = (0,6 – 0,7)hdc = (660 – 770)mm
− Trọng lượng của dầm ngang:
q dn =

Σg dn .n dn .L dn 1, 256.14.1,9
=
= 0,186kN / m

n.L tt
8.22, 4

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

13


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Bảng 1.1. Số liệu dầm ngang mặt cắt gối
Các đại lượng
Kí hiệu
Số hiệu thép làm liên kết ngang tại gối
I700
Chiều cao dầm ngang
hdn
Bề rộng bản cánh
b
Chiều dày bản cánh
t
Chiều dày bản bụng
tw
Trọng lượng trên 1m
gn
Số lượng dầm ngang theo phương dọc cầu
nd
Số lượng dầm ngang theo phương ngang cầu
nn

Tổng số dầm ngang trên toàn cầu
ndn
Khoảng cách giữa các dầm ngang
adn
Chiều dài mỗi thanh liên kết ngang
Ldn
Trọng lượng dầm ngang trên 1m dầm chủ
qdn

Giá trị

Đơn vị

600
210
20,8
13
1,256
2
7
14
22,4
1,9
0,186

mm
mm
mm
mm
kN/m

dầm
dầm
dầm
m
m
kN/m

1.5.1.3 Trọng lượng hệ liên kết ngang ở giữa dầm

700

A

A

250

1100

1400

150

− Cấu tạo:

1950

Hình 3.1. Liên kết ngang tại mặt cắt giữa nhịp
− Chiều cao hệ liên kết ngang:
hdn = (0,6 – 0,7)hdc = (660 – 770)mm

− Trọng lượng của hệ liên kết ngang:
alkn = 2.do = 2.1,6 = 3,2 m
q lkn =

Σg lkn .n lkn .L lkn 0,151.84.(1,9 + 2,03)
=
= 0, 278kN / m
n.L tt
8.22, 4

− Hệ liên kết ngang bằng thép L 100x100x10
Bảng 1.1. Số liệu hệ liên kết ngang tại mặt cắt giữa nhịp
Các đại lượng
Kí hiệu
Giá trị
Chiều cao hệ liên kết ngang
hlkn
700
Số hệ LKN theo phương dọc cầu
nd
6
Số hệ LKN theo phương ngang cầu
nn
7
Tổng số hệ LKN trên toàn cầu
nlkn
42
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

Đơn vị
mm
hệ
hệ
hệ
14


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Khoảng cách giữa các hệ LKN
Bề rộng bản cánh thép góc
Chiều dày bản cánh thép góc
Trọng lượng trên 1m
Thanh trên, dưới
Số thanh liên kết ngang
Số lượng thanh
Chiều dài thanh
Thanh xiên
Số thanh liên kết ngang
Số lượng thanh
Chiều dài thanh
Trọng lượng LKN trên 1m dầm chủ

alkn
bg
tg
glkn

3200

100
10
0,151

m
mm
mm
kN/m

n
nlkn
Llkn

2
84
1,9

thanh
thanh
m

n
nlkn
Llkn
qlkn

2
84
2,03
0,278

thanh
thanh
m
kN/m

1.5.1.4 Trọng lượng liên kết dọc

− Cấu tạo:
3200

3200

3200

1500

1950

1950

300

Hình 4.1. Cấu tạo hệ liên kết dọc
− Trọng lượng của liên kết dọc:
q lkd =

Σg lkd .n lkd .L lkd 0,151.49.3,747
=
= 0,155kN / m

n.L tt
8.22, 4

− Hệ liên kết dọc bằng thép L 100x100x10
Bảng 1.1. Bảng số liệu liên kết dọc
Các đại lượng
Kí hiệu
Bề rộng cánh thép góc
bg
Chiều dày bản cánh thép góc
tg
Trọng lượng thanh trên 1m dài
glkd
Chiều dài 1 thanh liên kết dọc
Llkd
Số thanh liên kết dọc trên 1 khoang
nt
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

Giá trị
100
10
0,151
3,747
7

Đơn vị
mm
mm

kN/m
m
thanh
15


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Số khoang của hệ lên kết dọc
Số thanh liên kết dọc toàn cầu
Trọng lượng LKD trên 1m dài dầm chủ

nk
nlkd
qlkd

7
49
0,155

khoang
thanh
kN/m

1.5.1.5 Xác định tĩnh tải GDI

− Tĩnh tải giai đoạn I
+ Trọng lượng bản thân dầm chủ
qdc = A. γ thep = 0,0448.78,5 = 3,517 kN/m
+ Trọng lượng hệ liên kết ngang, dầm ngang cầu tính cho 1m dài dầm chủ

+ Trọng lượng sườn gia cường tính cho 1m dài dầm chủ
+ Trọng lượng hệ liên kết dọc cầu tính cho 1m dài dầm chủ
+ Trọng lượng mối nối tính cho 1m dài dầm chủ
+ Trọng lượng bản bê tông mặt cầu
Với dầm trong : qbmc = As. γ bt = 0,4014.25 = 10,035kN/m
Với dầm biên: qbmc = As. γ bt = 0,3924.25 = 9,81 kN/m
− Tĩnh tải giai đoạn I được xác định:
DC tc = q dc + q dn + q lkn + q sgc + q lkd + q bmc + q mn

Bảng 1.1. Bảng tổng hợp tính toán tĩnh tải GĐI
Các đại lượng
Kí hiệu
Giá trị
Trọng lượng bản thân dầm chủ
qdc
3,517
Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài dầm chủ
qdn
0,186
Trọng lượng hệ liên kết ngang trên 1m dài dầm chủ
qlkn
0,278
Trọng lượng sườn gia cường trên 1m dài dầm chủ
qsgc
0,214
Trọng lường liên kết dọc trên 1m dài dầm chủ
qlkd
0,155
Trọng lượng bản mặt cầu dầm trong
qbmc

10,035
Trọng lượng bản mặt cầu dầm biên
qbmc
9,81
Trọng lượng mối nối
qmn
0,399
Tĩnh tải GDI tiêu chuẩn dầm trong
DCtc
14,784
Tĩnh tải GDI tiêu chuẩn dầm biên
DCtc
14,559

Đơn vị
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m
kN/m

1.5.2 Tĩnh tải giai đoạn II

− Tĩnh tải GD II
+ Trọng lượng lớp phủ (lớp phòng nước dạng phun)

+ Trọng lượng lan can

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

16


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Bảng 1.1. Bảnh tính tĩnh tải GĐ II
Các đại lượng
Kí hiệu
Dầm biên
Trọng lượng lan can
Trọng lượng phần chân lan can
qclc
4,719
Trọng lượng lan can + tay vịn
qlc
4,869
Lớp phủ mặt cầu
Chiều dày lớp bê tông asphalt
hap
70
Bê rộng
B
1,4
γ pu
Trọng lượng riêng lớp phủ

22,5

Dầm trong

Đơn vị
kN/m
kN/m

70
1,95
22,5

mm
m
kN/m3

100

150

50

500

250

650

R75
R60

150

Hình 1.2. Cấu tạo lan can
− Trọng lượng phần chân lan can:

( 0,05 + 0, 2 ) .0,15  = 4,719kN / m
q clc = 25.  0,5.0,3 + 0,1.0, 2 +
÷
2



− Trọng lượng lớp phủ dầm biên:
qlpb = B. γ pu .hap = 1,4.22,5.0,07 = 2,205 kN/m
− Trọng lượng lớp phủ dầm trong:
qlpt = B. γ pu .hap =1,9.22,5.0,07= 3,071 kN/m
− Tĩnh tải giai đoạn II
+ Với dầm biên:
DWtcb = qlc + qlpb = 4,869 + 2,205 = 7,074 kN/m

+ Với dầm trong:
DWtct = qlpt = 3,071 kN/m
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

17


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.5.3 Tính toán nội lực

Xác định nội lực tại các mặt cắt
− Mặt cắt có momen lớn nhất: mặt cắt giữa nhịp L/2
− Mặt cắt có lực cắt lớn nhất: mặt cắt gối
− Mặt cắt có momen và lực cắt lớn: mặt cắt L/8 và L/4
− Mặt cắt bố trí mối nối dầm: để kiểm toán mối nối dầm L/3

11200

5600

2800

11200

16800

19600

7467

14933

Hình 1.1. DAH momen

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

18


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

22400

11200

5600

2800

11200

16800

19600

7467

14933

Hình 1.2. DAH lực cắt
− Momen tĩnh tải GD I:
M tct = DC.ΩM

M ttt = γ DC .DC.ΩM

Vttc = DC.ΩV

+
min
−
Vttt = DC. ( γ max
DC .ΩV − γ DC .Ω V )

− Momen tĩnh tải GD II:
M tct = DW.ΩM

M ttt = γ DW .DW.ΩM

Vttc = DW.ΩV

+
min
−
Vttt = DW. ( γ max
DW .ΩV − γ DW .ΩV )

Trong đó:
γ max
DC = 1,25

γ min
DC = 0,9

γ max
DW = 1,5

γ max
DW = 0,65

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

19


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Bảng 2.1. Bảng giá trị momen, lực cắt tĩnh tải dầm biên
Mặt
cắt

Ω +V

Ω −V

Ω

Mgối
ML/2
ML/4
ML/8
ML/3
Vgối
VL/2
VL/4
VL/8

VL/3

Tĩnh tải
(kN/m)

Diện tích (m)

11,2
2,8
6,3
8,575
4,978

Nội lực tiêu chuẩn

DC

DW

0
62,72
47,04
27,44
55,751

14,559
14,559
14,559
14,559
14,559

7,074
7,074
7,074
7,074
7,074

0
913,154
684,866
399,505
811,693

11,2
0
5,6
8,4
3,733

14,559
14,559
14,559
14,559
14,559

7,074
7,074
7,074
7,074
7,074

163,063
0
81,532
122,297
54,354

0
2,8
0,7
0,175
1,244

DC

DW

Đơn vị

Nội lực tính toán
DC

DW

0
443,681
332,761
194,111
394,383

0
1141,443
856,082
499,381
1014,616

0
665,522
499,141
291,166
591,575

kN.m
kN.m
kN.m
kN.m
kN.m

79,229
0
39,614
59,422
26,410

203,829
14,268
105,482
153,764
74,284

118,843
16,836
63,631
90,185
47,097

kN
kN
kN
kN
kN

Bảng 2.2. Bảng giá trị momen, lực cắt tĩnh tải dầm trong
Mặt
cắt

Diện tích (m)

Ω

+
V

Ω

−
V

Ω

Mgối
ML/2
ML/4
ML/8
ML/3
Vgối
VL/2
VL/4
VL/8
VL/3

11,2
2,8
6,3
8,575
4,978

Tĩnh tải (kN/m)
DC

DW

0
62,72
47,04
27,44
55,751

14,784
14,784

14,784
14,784
14,784

3,071
3,071
3,071
3,071
3,071

11,2
0
5,6
8,4
3,733

14,784
14,784
14,784
14,784
14,784

3,071
3,071
3,071
3,071
3,071

0
2,8

0,7
0,175
1,244

Nội lực tiêu chuẩn
DC

Nội lực tính toán

Đơn
vị

DW

DC

DW

0
927,266
695,450
405,679
824,237

0
192,629
144,472
84,275
171,226

0
1159,083
869,312
507,099
1030,296

0
288,943
216,707
126,413
256,838

kN.m
kN.m
kN.m
kN.m
kN.m

165,583
0
82,792
124,187
55,194

34,398
0
17,199
25,799
11,466

206,979
14,489
107,112
156,140
75,432

51,597
7,310
27,626
39,155
20,448

kN
kN
kN
kN
kN

1.6 Xác định hoạt tải
1.6.1 Tính hệ số phân bố ngang
1.6.1.1 Tính toán đòn bẩy
600

1800
P/2

P/2
qng

500

750

1850

1000

2100

y4
y3

1

y1

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

y2

20


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Hình 1.1. Sơ đồ đòn bẩy
− Hệ số phân bố ngang của hoạt tải:
P
1

mg b = m. . ( y1 + y 2 ) = 1, 2. . ( 0,91 + 0 ) = 0,546
2
2

− Hệ số phân bố ngang của người:
mg ng =

b ng
2

1, 25
( 1, 218 + 0,577 ) = 1,122
2

.( y3 + y 4 ) =

1.6.1.2 Hệ số phân bố ngang momen dầm trong

 Kg 
Theo sơ bộ:  3 ÷ = 1
 L.t s 

− Đối với 1 làn chịu tải:
0,4

0,1

0,3

 S   S   Kg 

mg = 0,06 + 
÷ . ÷ .  3 ÷
 4300   L   L.t s 
SI
M

0,4

0,3

 1950   1950 
0,1
= 0,06 + 
÷ .
÷ .1 = 0,41
 4300   22400 

− Đối với ≥ 2 làn chịu tải:
0,6

mg

MI
M

0,1

0,2

 S   S   Kg 

= 0,075 + 
÷ . ÷ . 3 ÷
 2900   L   L.t s 
0,6

0,2

 1950   1950 
0,1
= 0,075 + 
÷ .
÷ .1 = 0,559
 2900   22400 
1.6.1.3 Hệ số phân bố ngang momen dầm biên

− Đối với 1 làn chịu tải:
Dùng phương pháp đòn bẩy
mgSE
M = 0,546

− Đối với ≥ 2 làn chịu tải:
de = 925 – 500 = 425mm
e = 0,77 +

de
425
= 0,77 +
= 0,922 < 1 => e = 1
2800
2800

MI
mg ME
M = e.mg M = 1.0,559 = 0,559

1.6.1.4 Hệ số phân bố ngang lực cắt dầm trong

− Đối với 1 làn chịu tải:

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

21


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

mgSIV = 0,36 +

S
1950
= 0,36 +
= 0,617
7600
7600

− Đối với ≥ 2 làn chịu tải:
2

mg

MI
V

2

S
1950  1950 
 S 
= 0, 2 +
−
−
÷ = 0, 2 +
÷ = 0,708
3600  10700 
3600  10700 

1.6.1.5 Hệ số phân bố ngang lực cắt dầm biên

− Đối với 1 làn chịu tải:
Dùng phương pháp đòn bẩy
mgSE
V = 0,546

− Đối với ≥ 2 làn chịu tải:
de = 425mm
e = 0,6 +

de
425

= 0,6 +
= 0,742
3000
3000

MI
mg ME
V = e.mg V = 0,742.0,708 = 0,525

Bảng 1.1. Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang
Dầm biên
Dầm trong

mgM

mgV

mgng

0,559
0,559

0,546
0,708

1,122
1,122

1.6.2 Tính toán nội lực

Xác định nội lực tại các mặt cắt
− Mặt cắt có momen lớn nhất: mặt cắt giữa nhịp L/2
− Mặt cắt có lực cắt lớn nhất: mặt cắt gối
− Mặt cắt có momen và lực cắt lớn: mặt cắt L/8 và L/4
− Mặt cắt bố trí mối nối dầm: để kiểm toán mối nối dầm L/3
1.6.2.1 Giá trị momen và lực cắt do hoạt tải người và làn gây ra

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

22


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

11200

11200

5600

16800

2800

19600

7467

14933

22400

11200

5600

2800

11200

16800

19600

7467

14933

Hình 1.1. Xếp tải trọng làn, tải trọng người
SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

23


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

− Do tải trọng làn gây ra:
tc

M lan
= g M .q lan .ωM

tt
M lan
= γ h .g M .q lan .ωM

tc
Vlan
= g V .q lan .ωV+

tt
Vlan
= γ h .g V .q lan .ωV+

− Do tải trọng người gây ra:
tc
M ng
= g ng .q ng .ωM

tt
M ng
= γ h .g ng .q ng .ωM

Vngtc = g ng .q ng .ωV+

Vngtt = γ h .g ng .q ng .ωV+

Trong đó: γ h = 1,75 ; qng = 3.Bng = 3.1,25 = 3,75 kN/m
Mặt

cắt

ωM (m2)

Mgối
ML/2
ML/4
ML/8
ML/3

0
62,72
47,04
27,44
55,751

Vgối
VL/2
VL/4
VL/8
VL/3
Mặt
cắt
Mgối
ML/2
ML/4
ML/8
ML/3
Vgối
VL/2

VL/4
VL/8
VL/3

Bảng 1.1. Bảng giá trị momen, lực cắt làn, người dầm biên
Tải trọng
ω+V
hspbn
Nội lực tiêu chuẩn
Nội lực tính toán
(m)

11,2
2,8
6,3
8,575
4,978

ωM (m2)

glan
0,559
0,559
0,559
0,559
0,559

gng
1,122
1,122

1,122
1,122
1,122

(kN/m)
qlan
qng
9,3 3,75
9,3 3,75
9,3 3,75
9,3 3,75
9,3 3,75

0,546
0,546
0,546
0,546
0,546

1,122
1,122
1,122
1,122
1,122

9,3
9,3
9,3
9,3
9,3

3,75
3,75
3,75
3,75
3,75

Làn

Làn

0
325,864
244,398
142,565
289,657

Người
0
263,846
197,885
115,433
234,530

0
570,261
427,696
249,489
506,899

Người
0
461,731
346,298
202,007
410,427

kN.m
kN.m
kN.m
kN.m
kN.m

56,887
14,222
31,999
43,554
25,283

47,115
11,779
26,502
36,073
20,940

99,553
24,888
55,999
76,220
44,246

82,452
20,613
46,379
63,127
36,645

kN
kN
kN
kN
kN

Bảng 1.2. Bảng giá trị momen, lực cắt làn, người dầm trong
hspbn
Tải trọng
ω+V
Nội lực tiêu chuẩn
Nội lực tính toán
(m)

0
62,72
47,04
27,44
55,751
11,2
2,8
6,3
8,575

4,978

glan
0,559
0,559
0,559
0,559
0,559

gng
1,122
1,122
1,122
1,122
1,122

(kN/m)
qlan
qng
9,3 3,75
9,3 3,75
9,3 3,75
9,3 3,75
9,3 3,75

0,708
0,708
0,708
0,708
0,708

1,122
1,122
1,122
1,122
1,122

9,3
9,3
9,3
9,3
9,3

3,75
3,75
3,75
3,75
3,75

Làn

Làn

Người

0
325,864
244,398
142,565
289,657

0
570,261
427,696
249,489
506,899

0
461,731
346,298
202,007
410,427

kN.m
kN.m
kN.m
kN.m
kN.m

73,793
18,448
41,508
56,497
32,797

47,115
11,779
26,502
36,073
20,940

129,137
32,284
72,640
98,871
57,394

82,452
20,613
46,379
63,127
36,645

kN
kN
kN
kN
kN

− Tải trọng do truck và tandem gây ra:
M htc = mg M .∑ Pi .y i

M htt = mg M . ( 1 + IM ) .γ h ∑ Pi .yi

Vhtc = mg V .∑ Pi .yi

Vhtt = mg V . ( 1 + IM ) .γ h ∑ Pi .yi

SVTH: NGUYỄN DUY LINH
LỚP: KCD53 - DH

Đơn
vị

Người
0
263,846
197,885
115,433
234,530

1.6.2.2 Giá trị momen và lực cắt do hoạt tải xe gây ra

Trong đó: 1+IM = 1,25

Đơn
vị

γ h = 1,75
24


THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

11,2

11,2

5,6

16,8

2,8

19,6

7,467

14,933

22,4

11,2

5,6

2,8

11200

16,8

19,6

7,467

14,933

Hình 2.1. Xếp tải trọng xe
SVTH: NGUYỄN DUY LINH

LỚP: KCD53 - DH

25