đồ án kết cấu thép

ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

MỤC LỤC

CHƯƠNG I :
GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ VÀ CHỌN SƠ ĐỒ
KẾT CẤU NHỊP.
1.1. Tóm tắt nhiệm vụ đồ án
1.1.1. Số liệu đầu vào:
- Chiều dài nhịp tính toán : ltt = 65 m.
- Khổ cầu
: K = 8+2x1 m
- Tải trọng thiết kế:
+ Hoạt tải thiết kế: HL93.
+ Đoàn người: 3KN/m2.
1.1.2. Nhiệm vụ thiết kế:
- Thiết kế hệ dầm mặt cầu: dầm dọc, dầm ngang, liên kết dầm dọc vào dầm ngang
và liên kết dầm ngang vào dàn chủ .
- Thiết kế tiết diện các thanh dàn trong một nút tự chọn .
- Thiết kế nút dàn.

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 1


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

1.1.3.Tiêu chuẩn thiết kế
Thiết kế theo quy trình 22TCN 272-05.

1.2.Các trạng thái giới hạn
1.2.1. Trạng thái giới hạn cường độ I
U = η.{1,25DC + 1,5DW + 1,75((1+IM )LL+PL))}
IM = 25%

(1.1)

1.2.2. Trạng thái giới hạn sử dụng
U = 1,0.(DC + DW) +1,3.( (1+IM )LL +PL)

(1.2)

IM = 25%
1.2.3.Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy
U = 0,75.(LL+IM)
(1.3)
IM = 15%
Trong đó: LL : hoạt tải xe.
IM : lực xung kích.
DC : tĩnh tải của các bộ phận kết cấu và liên kết.
DW: tĩnh tải của các lớp phủ mặt cầu.
PL : hoạt tải người.
η = ηD.ηR.ηI: hệ số điều chỉnh tải trọng, lấy theo 22TCN 272-05
Bảng1.1:
Các hệ số
Cường độ Sử dụng

Mỏi
1. Hệ số độ dẻo ηD
(1.3.3)
0.95
1.0
1.0
2. Hệ số dư thừa ηR
(1.3.4)
0.95
1.0
1.0
3. Hệ số quan trọng ηI
(1.3.6)
1.05
KAD
KAD
η=ηD.ηR.ηI
(1.3.2.1)
0.95
1.0
1.0

1.3. Vật liệu dùng cho kết cấu
-Thép kết cấu M270 cấp 250 có FY = 250Mpa
-Bê tông bản mặt cầu có f’c = 30Mpa
-Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao.

1.4. Chọn sơ đồ kết cấu nhịp
- Chọn giàn có 2 đường biên song song. Giàn có 10 khoang, chiều dài mỗi khoang
d = 6,5 m.

- Chiều cao giàn chủ:

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 2


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

1 1 
1 1 
h =  ÷ ÷.l =  ÷ ÷.65 = 9, 28 ÷ 6,5m
 7 10 
 7 10 

(1.4)
Để lựa chọn chiều cao dàn, ta còn phụ thuộc vào kích thước xe chạy trên cầu, đối
với cầu ôtô đường xe chạy dưới có chiều cao không < 7.3 m
α
Chọn sơ bộ h = 7.5 m. Chiều dài mỗi khoang d= 6,5m . Khi đó góc xiên
hợp bởi
thanh xiên và phương nằm ngang là
2

α

= 49005’08’’.

4

5'

6

7'

8

9'

10

3

4'

5

6'

7

8'

9

10'

''
o 05'08
49

3'

A

1

2'

65.0 m

11

B

Hình 1.1: Sơ đồ giàn chủ
* Khoảng cách giữa các tim giàn chủ :
Đối với cầu xe chạy dưới: Bố trí hai giàn chủ với khoảng cách lớn hơn khổ đường
xe chạy 1-1,5m để kể đến phần đá vỉa và bề rộng các thanh giàn .
Ta chọn khoảng cách giữa hai giàn chủ là B = 9m

1.5. Chọn sơ bộ kích thước:
1.5.1.Bản mặt cầu:
1.5.1.1.Phần xe chạy:(A.9.7.1.1)
- Bản mặt cầu có chiều dày tối thiểu 175 mm. Chọn chiều dày của bản là 190 mm.
Phía trên là lớp phủ mặt cầu dày 7,5cm gồm các lớp: BTAP, lớp phòng nước.
1.5.1.2. Phần bộ hành:

- Mặt đường phần bộ hành làm bằng bản BTCT dày 10cm, trên có rải một lớp phủ
bằng BTN dày 2cm.
Ta tính được:
-Trọng lượng của bản mặt cầu đường xe chạy và đường người đi:
DC1 = 0,2.2,5.8,5.9,81 + 0,1.2,5.2.1.9,81 = 44,51(kN/m).
-Trọng lượng của lớp phủ mặt cầu đường xe chạy:
DW = 2,25.9,81.0,075.8 = 13.24 (kN/m).
-Trọng lượng lan can, phòng hộ :
DC2 = 1,4 (kN/m).
-Trọng lượng đá vĩa: (1 bên)

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 3


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

DC2(dv) = 0,30.0,25.2,5.9,81=1,84(kN/m).
1.5.2.Dầm dọc:
- Chọn 6 dầm dọc, khoảng cách giữa các dầm dọc là 1,5 m .
- Chiều cao dầm dọc cũng như các kích thước khác được tính chính xác trong phần
thiết kế dầm dọc.
1.5.3. Dầm ngang:
- Các dầm ngang được đặt tại các nút giàn chủ, cách nhau 1 khoảng bằng khoang
giàn d = 6,5 m.
- Chiều cao dầm ngang cũng như các kích thước khác được tính chính xác trong
phần thiết kế dầm ngang.

1.5.4. Liên kết dọc trên và dọc dưới giữa 2 giàn chủ:

9.0

52.0

9.0

65.0

Hình 1.2: Liên kết dọc trên và dọc dưới của giàn chủ.

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 4


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

CHƯƠNG II :
THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU, LIÊN KẾT DẦM DỌC VÀO
DẦM NGANG, DẦM NGANG VÀO GIÀN CHỦ
2.1.Thiết kế dầm dọc
Dầm dọc đặt dọc theo hướng xe chạy, làm việc như một dầm liên tục nhiều nhịp,
có nhịp tính toán là khoảng cách giữa các dầm ngang, dầm dọc có tác dụng làm giảm
độ lớn của mặt cầu.
2.1.1. Chọn tiết diện
- Chiều cao dầm dọc có thể chọn theo điều kiện sau :

1 1 
1 1 
 ÷ ÷.d =  ÷ ÷.6,5 =
 8 15 
 8 15 

d

tf

D=
(0,8125 ÷ 0,43) m.
(2.1)
Chọn tiết diện của dầm dọc là dầm tiết diện chữ I, gồm có: tấm sườn dầm, các bản
biên, các phân tố này ghép với nhau bằng liên kết hàn góc.
Y

X

tw

X

Y
bf

Hình 2.1: Mặt cắt ngang thép chữ I
d, mm bf, mm
600

240

tf, mm

tw, mm

16

12

S, mm2 G, t/m
14496

0.12

Ix, mm4
838241792

Sx, mm3 Wx, mm3
1605216

Trọng lượng bản thân dầm dọc là : 1,2 kN/m
 kiểm tra điều kiện cấu tạo tiết diện dầm dọc:
-Chiều dày sườn tw= 12mm
- Chiều dày bản biên tf= 16mm

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 5

2794139.3


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

2.1.2. Tải trọng tác dụng lên dầm dọc
Sự phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên các dầm dọc được xác định theo
phương pháp đòn bẩy. Hình 2.2 dưới đây thể hiện sự phân bố tải trọng lên các dầm dọc
8.0

1

3

2

0.6

8.5

5

4

6

1.8

1.333
1.000
0.767

DAH R1

2.0

1.8

0.333

1.000

DAH R2

1.8

0.767

1.8

0.433

DAH R3

1.2

1.000

0.6

Hình 2.2 Đường ảnh hưởng áp lực lên các dầm
Bảng 2.1: Hệ số phân phối ngang của các dầm dọc
Dầm
Số làn xe chất tải
Hệ số làn xe m
mg HL93
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

1
1
2

1,2
1,2
1,0

=m.0,5
0,46
0,6
0,6

∑ yi

2.1.2.1.Nội lực do tĩnh tải
Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc bao gồm : lớp phủ mặt cầu DW, đá vĩa, trọng lượng
bản thân dầm dọc .

Tính tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc :
Tải trọng bản thân dầm dọc DC1 = 1,2 kN/m
Trọng lượng bản mặt cầu DC2=0,19.2,5.9,81= 4,66 kN/m2
SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 6


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

Trọng lượng lớp phủ DW=0,075.2,25.9,81=1,655 kN/m2
Trọng lượng đá vỉa : DC2(dv)=1,75kN/m ( hai bên thì có DC2(dv) = 3,5 kN/m)
Tổng quát ta đặt tải trọng lên đường ảnh hưởng áp lực dầm, tĩnh tải được xác định
theo công thức sau:
ω D¦ W
ω DC 2
gtt = 1.5.DW.
+1,25.(DC2.
+DC1 + DC2(dv)ydv)
(2.2)
Trong đó :
ω D¦W ω DC 2
,
: Diện tích đường ảnh hưởng áp lực của dầm đang xét tương ứng với lớp
phủ mặt cầu, bản mặt cầu
ydv: tung độ đường ảnh hưởng ứng với trọng tâm đá vỉa.
Bảng 2.2 Kết quả tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên các dầm dọc
DW(kN/m2) ω DW

DC2(kN/m2) ω DC 2
DC1
ydv
gtt(kN/m)
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

1,655
1,655
1,655

1,021
1,521
1,5

4,66
4,66
4,66

1,333
1,583
1,5

1,2
1,2
1,2

Nội lực tính toán do tĩnh tải được xác định theo công thức :
η ωM

η ωV
M= gtt. ; V= gtt.

1,250
-0,250
0,000

17,27
13,40
13,96

(2.3)

1.625
3.25
Đ
AH M 1/2
6.5
6.5
Đ
AH M 1/4
1.219
6.5
1
Đ
AH
Q
goái
Đ
AH Q 1/4

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 7


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

6.5
1
1
Bảng 2.3 Mô men do tĩnh tải tính toán
Tiết diện giữa nhịp
Tiết diện 1/4
ω DAH
ω DAH
M1/2(kN.m)
M1/4(kN.m)
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

5.281
5.281
5.281

91.202
70.765

73.722

3.962
3.962
3.962

68.423
53.091
55.310

Bảng 2.4 Lực cắt do tĩnh tải tính toán
Tiết diện tại gối
Tiết diện 1/4
ω DAH
ω DAH
Vg(kN)
V1/4(kN)
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

3.25
3.25
3.25

56.128
43.55
45.37

1.625

1.625
1.625

28.064
21.775
22.685

2.1.2.2.Nội lực do hoạt tải
Hiệu ứng lớn nhất do hoạt tải gây ra được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường
hợp sau :
- .Xe hai trục thiết kế +tải trọng làn + tải trọng người đi bộ (hệ số xung kích
IM=25%) ( HL93M)
-.Xe tải thiết kế +tải trọng làn + tải trọng người đi bộ (hệ số xung kích IM=25%)
( HL93K)
Ở đây ta không xét tải trọng người ( do dầm dọc không chịu tải trọng người)
* Tại tiết diện gối :

1.2
110

0.815

1.000

+Xe tải

4.3

4.3
6.5

145
DAH Q gäú
i

145

35

0.338

110

Bảng 2.4 Đường ảnh hưởng phản lực gối
Mg = 0

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 8


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

+Xe tanđem
+ Tải trọng làn

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

Vg = 145(1+0,338) =194.01 kN
Mg =0

Vg=110(1+0,816) = 199.76 kN
ln
V g= 9,3.3,25 = 30.225kN, Mlng=0

*Tại tiết diện 1/4 nhịp
1.2
110

4.3

4.3
35

145

6.5

1.219

0.919

0.144

DAH M 41L

110

145

1.2

110

110

145

4.3

4.3
35

145
9,3kN/m

0.088

0.25
0.75
0.565

DAH Q 41L

Bảng 2.5 Đường ảnh hưởng tại ¼ nhịp
+Xe tải
Ml/4= 145.(1.219+0.144) = 197.64kN
V l/4= 145 .(0,75+0.088) = 121.51 kN
Xe tanđem
M l/4=110.(1.219+0,919) = 86,625kN
V l/4=110.(0,75+0,565) = 144.65 kN

ln
+ Tải trọng làn V l/4= 9,3.1,625 = 15,113kN, Mlnl/4=9,3.3,96 = 36.844kN
* Tại tiết diện giữa nhịp:

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 9


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

1.2
110

110

4.3

35

1.025

1.625

4.3
145

145

6.5

DAH M 1/2L

1.2
110

110

4.3

4.3
145

145

35

9,3kN/m

0.315

0.5

DAH Q1/2L
0.5

+Xe tải
Xe tanđem

+ Tải trọng làn

Bảng 2.6 Đường ảnh hưởng tại giữa nhịp
Ml/2 = 145.1,625 = 235.625 kN
V l/2 = 145.0,5 = 72,5 kN
M l/2 = 110.(1,625+1.025) = 291,5 kN
V l/2 = 110.(0,50+0,318) = 89.98 kN
ln
V l/2 = 9,3.0,813 = 7,56 kN, Mln l/2 = 9,3.5,28 = 49,12 kN

Nội lực do hoạt tải gây ra là

η

∑Py

η

∑Py

Mu = . mgM .1,75((1+IM).

i

i

i

+ qL

ωh

)

ωh

i

Vu = . mgV .1,75((1+IM) .
+ qL )
η
Đối với trạng thái giới hạn cường độ một = 0,95
Bảng 2.5 Nội lực do hoạt tải tính toán :
mg HL93 IM(%)
Tại gối
Tại ¼ nhịp
Tại giữa nhịp
Mu(kN.m) Vu(kN) Mu(kN.m) Vu(kN) Mu(kN.m) Vu(kN)
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

0.46
0.6
0.6

0.25
0.25
0.25

0
0
0

214.073
279.225
279.225

217.139
283.224
283.224

149.834
195.436
195.436

316.22 91.797
412.461 119.734
412.461 119.734

Bảng 2.6 Tổng hợp nội lực của dầm dọc
SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 10


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép
Tại gối

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

Mô men (kN.m)
Tĩnh tải hoạt tải
∑M

∑V

Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3
Tại 1/4
nhịp

0
0
0
0
0
0
Mô men (kN.m)
Tĩnh tải
hoạt tải ∑ M

Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3
Tại giữa
nhịp

68.423

217.139 285.562 28.064
149.834 177.898
53.091
283.224 336.315 21.775
195.436 217.211
55.310
283.224 338.534 22.685
195.436 218.121
Mô men (kN.m)
Lực cắt (kN)
Tĩnh tải hoạt tải
∑ M Tĩnh tải hoạt tải
∑V

Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

0
0
0

Lực cắt (kN)
Tĩnh tải hoạt tải

91.202
70.765
73.722

316.22

412.461
412.461

407.422
483.226
486.183

56.128
43.55
45.37

214.073 270.201
279.225 322.775
279.225 324.595
Lực cắt (kN)
Tĩnh tải hoạt tải
∑V

0
0
0

91.797
119.734
119.734

91.797
119.734
119.734

2.1.3 Kiểm tra tiết diện
2.1.3.1.Trạng thái giới hạn cường độ I
- Yêu cầu mô men kháng uốn dẻo:
Giả thiết tiết diện chắc và biên chịu nén được liên kết dọc toàn bộ :
Φf.Mn ≥ Mu
(2.4)
Trong đó:
Φf: hệ số sức kháng, với cấu kiện chịu uốn Φf= 1.0
Mn: là sức kháng danh định đặt trưng cho tiết diện chắc.
MP: là mômen chảy dẻo.
Ta có: Mn = MP = W.FY
Mu
Fy

486,183.106
250

Từ đó: W ≥
=
= 1944732 mm3
Ta thấy: W = 2794139.3 mm3 > 1944732 mm3 => đạt yêu cầu về mômen kháng uốn
dẻo.
2.1.3.2. Kiểm tra mỏi đối với vách đứng:
Ta có:
Dc =

1
.
2

(d-2.tf) =

1
.
2

(600 – 2.16) = 284 mm.

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 11


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

=>

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

D 2 DC 2.284
200000
=
=
= 56,8 ≤ 5, 76.
= 162,9
tw
tw
10
250

(2.5)

≤

Do đó: fcf Rh.Fyc (Đối với vách không có sườn tăng cường dọc)
(2.6)
Trong đó:
+ Dc là chiều cao vách trong giai đoạn đàn hồi.
+ Rh: hệ số lai, kể đến sự chiết giảm ứng suất trong bản cánh khi mặt cắt không
đồng nhất, ở đây ta lấy Rh = 1,0.
+ Fyc: cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh chịu nén, Fyc = 250 Mpa.
+ fcf: là ứng suất nén đàn hồi lớn nhất trong biên chịu nén do tác dụng của tĩnh tải
không hệ số và hai lần tải trọng mỏi (A6.10.6.2)
- Tính nội lực do tĩnh tải không hệ số:
ω D¦ W
ω DC 2
ωM
tt
M 105 = (DW.
+DC2.
+DC1+ DC2(dv)ydv)
(2.7)
Bảng 2.7. Nội lực do tĩnh tải không hệ số
ω D¦ W
ωM
DW
DC2 ω DC 2 DC1
DC2dv
ydv
Mttl/2

2
2
(kN/m )
(kN/m )
(kN/m) (kN/m)
(kN.m)
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

1,655 1,021
1,655 1,521
1,655 1,5

4,66 1,333
4,66 1,583
4,66 1,5

1,2
1,2
1,2

3.5
3.5
3.5

1,250 5.281
-0,250 5.281
0,000 5.281

71.170
53.967
56.361

- Tính nội lực do tải trọng mỏi:
* Hoạt tải tính cho TTGH mỏi và đứt gãy do mỏi:
1.625
3.25
Đ
AH M 1/2
6.5m
145kN
35kN
145kN
4.3m
9m
Hình 2.7: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm dọc
(tính cho trạng thái giới hạn mỏi)
LL+IM
Ml/2
= 0,75.(LL+IM) mgM/m, với m là hệ số làn xe, IM=15%
( Tải trọng mỏi do 1 xe tải mỏi gây ra, không xét hệ số làn xe)
SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 12


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

Bảng 2.8 Nội lực do hoạt tải mỏi
Dầm
mgM/m

Piyi(kN.m)

M1/2LL+IM

Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

235.63
235.63
235.63

67.76
88.46
106.15

0,383
0,5
0,6

- Tính fcf:
Mcf = 71.17+ 2. 106,15 = 283,47 kN.m
M

cf 283, 47.106

=
= 101, 45
W
2794139

fcf =
Mpa < Rh.Fyc = 1,0.250 = 250 Mpa => đạt
* Sự mất ổn định cũng có thể xảy ra do cắt, do đó ta phải kiểm tra điều kiện
vcf ≤ vcr=0,58.CFyw
(2.8)
vcf : Ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất của vách do tổ hợp tĩnh tải không hệ số và hai
lần xe tải mỏi.
- Tính nội lực do tĩnh tải không hệ số:
ω D¦ W
ω DC 2
ωV
Vttg= (DW.
+DC2.
+DC1+ DC2(dv)ydv)
(2.9)
Bảng 2.9 Nội lực do tĩnh tải không hệ số:
ω D¦ W
ωV
DW
DC2 ω DC 2 DC1
DC2dv
ydv
Vttg (kN)
(kN/m2)
(kN/m2)

(kN/m) (kN/m)
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

1,655 1,021
1,655 1,521
1,655 1,5

4,66 1,333
4,66 1,583
4,66 1,5

1,2
1,2
1,2

3.5
3.5
3.5

1,250 3.25
-0,250 3.25
0,000 3.25

43,79
33,21
34.69

- Tính nội lực do tải trọng mỏi:

* Hoạt tải tính cho TTGH mỏi và đứt gãy do mỏi:

Đ

AH Q goái
1
6.5
9m
4.3m
145kN
35kN

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 13


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

145kN
0.338
Hình 2.8: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm dọc
(tính cho trạng thái giới hạn mỏi)
LL+IM
Vg
= 0,75.(LL+IM) mgM/m, với m là hệ số làn xe, IM=15%
( Tải trọng mỏi do 1 xe tải mỏi gây ra, không xét hệ số làn xe)

Bảng 2.10: Nội lực do hoạt tải mỏi
Dầm
mgM/m

Piyi(kN.m)

M1/2LL+IM

Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

156.83
156.83
156.83

45.12
58.91
70.69

0.383
0.5
0.6

→ Vgcf = 43,79 +2. 70,69 = 185,17 kN
Tính vcf :
Vgcf × S 1/2
x− x
I x tw

=

185,17 ×1605216 3
10 = 29,55
838241792 ×12

vcf=
Mpa
Tính vcr:
Ta có k=5 + 5/(d0+D)=5 ( Do không có sườn tăng cường đứng)
Ek
Fyw

D/tw= 568/12 = 47,33< 1,10
=1,10
→vcr= 0,58.1.250=145 Mpa
→vcf=29,55 < 145 Mpa → Thỏa mãn.

200000.5
250

(2.10)

=69,57 →C=1

2.1.3.3. Kiểm tra độ mảnh
Tiếc diện chắc phải thoả mãn : ( A.6.10.4.1)
a) Độ mảnh vách (A.6.10.4.1)
Với tiết diện chắc:
2.DCP

E
≤ 3.76
tw
FYC

(2.11)

Trong đó:
- Dcp là chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc mômen chảy dẻo
Dcp = 0,5.(d-2tf) = 0,5.(600-2x16) = 284 mm
SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 14


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

- tw: là chiều dày bản bụng: 12 mm
2.Dcp
E
200000
= 47,33 ≤ 3, 76
= 3, 76
= 106,35
tw
FYC
250

=>
b) Độ mảnh của biên chịu nén
Công thức kiểm tra:
bf
2t f

≤ 0.382

=> đạt

E
FYC

(2.12)

Trong đó:
- bf: bề rộng bản biên chịu nén: bf = 240 mm
- tf: chiều dày bản biên chịu nén: tf =16 mm
bf

Vậy

2t f

=

240
E
200000
= 7,5 ≤ 0.382

= 0.382
= 10,8
2.16
Fyc
250

=> đạt

2.1.3.4. Kiểm tra điều kiện chống cắt
Với dầm vách không tăng cường ( A6.10.7.2)
- Sức kháng cắt của dầm Vr được lấy như sau:
Vr = φv.Vn
(2.13)
Trong đó:
+ φv: hệ số sức kháng, lấy theo mục A.6.5.4.2 được φv = 1.0
=> Vr = 1,0.Vn
+ Vn: sức kháng cắt danh định, đối với bản bụng không có sườn tăng cường lấy
theo điều A6.10.7.2 như sau:

Nếu:

D
E
≤ 2,46.
tW
FYW
2,46

Nếu: 69,58=
thì Vn=1,48.tW2.

(2.15)

E
FYW

= 2,46.

<

200000
250

D
E
≤ 3,07.
tW
FYW

= 69,58 thì Vn = Vp=0,58FYWDtW (2.14)

= 3,07.

200000
250

= 86,83

EFYW

D

E
> 3,07.
tW
FYW

200000
250

4,55.tW3 .E
d

Nếu:
= 3,07.
= 86,83 thì Vn =
(2.16)
Trong đó:
+ FYW: Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng, FYW = 250 Mpa.
SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 15


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

+ D = (d-2.tf) = (600-2.16) = 568 mm, tW = 12 mm => D/tW = 47,3< 69,58
=> Vn = Vp = 0,58.FYW.D.tw = 0,58.250.10-3. 568.12 = 988,32 KN
Ta thấy: Vr = Vn = 988,32 KN > Vu = Vg = 324,595 KN => đạt.
- Thiết kế sườn tăng cường tại gối:(A.6.10.8.2)

Khi: Vu > 0,75.φb.Vn
(2.17)
Trong đó:
+ Vu = 183,077 KN: sức kháng cắt tính toán tại gối.
+ φb: hệ số sức kháng đối với gối quy định ở điều A.6.5.4.2, φb = 1,0.
+ Vn = 522 KN: sức kháng cắt danh định.
=> 0,75.φb.Vn = 0,75.1,0. 988,32 = 741,24 kN > Vu = 324,595 KN
Vậy không cần bố trí sườn tăng cường tại gối.
2.1.3.5. Yêu cầu cấu tạo
a) Tỷ số chung: Theo điều A.6.10.2.1
Đối với cấu kiện chịu uốn phải được cấu tạo theo tỷ lệ sao cho:
Iyc
≤ Iy ≤

0,1
0,9
(2.18)
Trong đó:
+ Iy: là mômen quán tính của mặt cắt thép đối với trục thẳng đứng trong mặt phẳng
của bản bụng, Iy = 36945792mm4.
+ Iyc: là mômen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục đứng
trong mặt phẳng của bản bụng:
Iyc =

1
.
12

tf.bf3 =

1
.
12

16.2403 = 18,43.106 mm4

IYC 18, 43.106
=
= 0,5
≤ IY 36945792
≤

=> 0,1
0,9 Đạt
b) Chiều dày các bộ phận(A 6.7.3)
Chiều dày vách của tiết diện thép cán không nhỏ hơn 7 mm
tw =12 mm > 7 mm Đạt
2.1.3.6. Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng
Trạng thái giới hạn sử dụng được kiểm tra để đảm bảo độ võng do tĩnh tải không
ảnh hưởng đến giao thông trên cầu.
Đối với cả hai biên của tiết diện không liên hợp
Công thức: ff ≤ 0,8.Rb.Rh.Fyf (A.6.10.5.2)
(2.19)
Trong đó:

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 16

ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

+ ff: là ứng suất bản cánh dầm đàn hồi do tải trọng có hệ số gây ra (MPa)
+ Fyf: là cường chảy của bản biên, Fyf = 250 MPa.
+ Theo mục trên ta chọn: Rb = 1.0, Rh = 1.0
Mômen lớn nhất của trạng thái giới hạn sử dụng được xác định :
ω D¦ W
ω DC 2
ωM η
∑ Pi yi
ωh
Ml/2=(DW.
+DC2.
+DC1+DC2(dv)ydv) + .mgM1,3((1+IM)
+ qL ) =
η
Mtt l/2 + Mht l/2 với =1,00
Bảng 2.11: Mômen lớn nhất của dầm dọc ở TTGH sử dụng
Dầm
Mtt105
Mht105
M105
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3

Vậy ff =

M 304, 083.106
=
W
2794139, 3

71.170
53.967
56.361

189,92
247,722
247,722

261,09
301,689
304,083

= 108,83 MPa ≤ 0,8.1.1.250 = 200 Mpa => Đạt.

2.1.3.7. Kiểm tra mỏi và đứt gãy
Biên độ ứng suất cho phép phụ thuộc chu kỳ tải trọng và cấu tạo liên kết. Đứt gãy
phụ thuộc vào cấp liệu vật liệu và nhiệt độ
a) Chu kỳ tải trọng
Giả sử lưu lượng xe trung bình hàng ngày là ADTT = 15000 xe/làn/ngày và có hai
làn xe tải, tỉ lệ xe tải trong đoàn xe là 0,2 (lấy theo Bảng 6.2 Tr.189 sách Cầu thép)
ADTT = 0,2.ADTT = 0,2.(15000).(2 làn) = 6000 xe tải/ngày.
Số xe tải trong một ngày cho một làn xe trung bình trong tuổi thọ thiết kế tính toán
theo biểu thức:
ADTTSL = PxADTT
(2.20)

Trong đó:
+ P: là phần xe tải trong một làn đơn, lấy theo Bảng 6.1 Tr.189 sách Cầu thép, với 3
làn xe P = 0,85.
=> ADTTSL = 0,85.6000 = 5100 xe tải/ngày.
Số lượng chu kỳ ứng suất N là
N = 365.100.(n).(ADTTSL) (phương trình 6.7 Tr.189)
(2.21)
= 365.100.1. 5100
= 186,15.106 chu kỳ
n = 1,0 lấy theo Bảng 6.3 Tr.190 sách Cầu thép.
b) Biên độ ứng suất cho phép mỏi -Loại B

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 17


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

Sức kháng mỏi danh định được tính theo biên độ ứng suất lớn nhất cho phép như
sau:
 A
 
N

1/ 3

1

2

(ΔF)n =
≥ (ΔF)TH
(2.22)
Trong đó:
+ A: là hằng số mỏi thay đổi theo loại chi tiết mỏi, lấy ở Bảng A6.6.1.2.5-1, với chi
tiết loại B => A = 39,3.1011 Mpa.
+ N: là số chu kỳ cho một xe tải qua, N = 186,15.106
+ (ΔF)TH: là hằng số ngưỡng biên độ ứng suất mỏi, lấy ở Bảng A6.6.1.2.5-3, với chi
tiết loại B => (ΔF)TH = 110 Mpa.
1/3

 39,3.1011 
= 27, 64

6 ÷
 186,15.10 

1
2

1
2

Ta tính được: (ΔF)n =
MPa < (ΔF)TH = .110 = 55MPa
∆
Do đó lấy ( F)n = 55 MPa.
c) Biên độ ứng suất lớn nhất: được giả thiết bằng hai lần biên độ ứng suất gây ra do

hoạt tải mỏi đi qua. Tuy nhiên biên độ ứng suất không cần nhân với 2 vì sức kháng
mỏi đã chia cho 2.
Đối với mỏi:U = 0,75.(1+IM).0,5.LL
Lực xung kích trong tính mỏi IM = 0,15
Mômen lớn nhất lớn nhất của dầm tính theo tải trọng mỏi:
M = 106.15kN.m
M
W

Từ đó: f =

=

106,15.106
2794139,3

= 38,0 MPa < 55Mpa => đạt.

2.2.Thiết kế dầm ngang.
Dầm ngang đặt vuông góc với hướng xe chạy. Dầm ngang và hệ liên kết tạo độ
cứng ngang cho các dàn, làm gối đỡ cho các dầm dọc và truyền tải trọng từ hệ mặt cầu
xuống dàn chủ. Đối với cầu đường xe chạy dưới, dầm ngang làm việc như một dàn
đơn giản kê trên hai gối tựa có nhịp là khoảng cách giữa hai dàn chủ, do đó chiều cao
dầm ngang có thể chọn theo chiều dài nhịp.
2.2.1. Chọn tiết diện
Chọn tiết diện dầm ngang theo điều kiện cấu tạo sau :

d=

1 1 

1 1 
 ÷ ÷.B =  ÷ ÷.8 =
 8 12 
 8 12 

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

(1÷ 0,67) m.

Trang: 18


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

+ Dầm ngang còn phải chọn sao cho đủ độ cao để bố trí vai kê dầm dọc, vì vậy
chiều cao của dầm ngang d ≥ hdd + (40 ÷ 45)cm, với hdd = 400mm.
→ d ≥800mm.
→ Chọn tiết diện dầm dọc loại I cánh có đặc trưng hình học như sau :

d

tf

Y

X

tw

X

Y
bf

d, mm

bf, mm

tf, mm

1100

340

30

Hình 2.9: Mặt cắt ngang thép ngang
Iy,mm4
tw, mm S, mm2 G, t/m
Ix, mm4
715286133 196757813
14
24760 0,238
3

Wx,
Sx, mm3 mm3
1300520

7349800
2

Trọng lượng bản thân dầm dọc là : 2,38 KN/m
2.2.2. Tải trọng tác dụng lên dầm ngang.
Dầm ngang được liên kết bằng bulông vào bản nút của giàn chủ thông qua các thép
góc liên kết. Liên kết này dễ bị xoay nên dầm ngang được tính theo sơ đồ dầm giản
đơn có nhịp tính toán bằng khoảng cách B giữa tim 2 giàn chủ.
a) Tĩnh tải: gồm các lớp phủ mặt cầu, bó vỉa, bản mặt cầu, trọng lượng của dầm
dọc, trọng lượng bản thân các đầm ngang.
Tính tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang:

2'

3'

4'

5'

6'

7'

8'

9'

10'

11'

4

5

6

7

8

9

10

11

9.0

1'

1

2

6.5

3

6.5

Hình 2.10: Hệ dầm mặt cầu

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 19


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

- Tải trọng bản thân dầm ngang: phân bố đều lên dầm ngang với cường độ lấy gần
đúng là:
DC1 = 2,38 kN/m.
- Tải trọng tập trung của bản mặt cầu:
DC2 = δbmc.γbmc.b = 0,19.2,5.9,81.1,5 = 6,99 kN/m
- Tải trọng tập trung của đá vĩa:
DC’2(dv)=1,75kN/m ( hai bên thì có DC’2(dv) = 3,5 kN/m)
- Tải trọng tập trung của dầm dọc:
DC3 = DC(dd).d = 1,2 .6,5 = 7,8 kN
- Tải trọng tập trung của các lớp phủ mặt cầu.
DW = δlpmc.γlpmc.b = 0,075.2,25.9,81.1,5 = 2,483kN/m

DC'2
DW
DC2 +DC3
DC1
9

Hình 2.11 Sơ đồ tính tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang.
b) Hoạt tải: gồm (xe tải thiết kế kết hợp với tải trọng làn hoặc xe hai trục thiết kế )
kết hợp với tải trọng làn.
* Hoạt tải tính cho TTGH cường độ I và sử dụng:
Áp lực do một dãy bánh xe đứng trong hai khoang kề bên dầm ngang tính được
bằng cách xếp xe lên đường ảnh hưởng:

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 20


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

1.2

110

110

4.3

145
0.338

35 9,3/3kN/m

0.815

1.0

0.338

145

4.3

Hình 2.12: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm ngang.
(tính cho trạng thái giới hạn cường độ I và sử dụng)
- Với xe tải thiết kế:
ATr = 0,5.[145.(1+0,338) + 35.0,338] = 102,92 kN
- Với xe hai trục thiết kế:
ATa = 0,5.110.(1,0+0,815) = 99,825 kN
Vậy ta tính được hoạt tác dụng lên dầm ngang:
ALL+IM = (ATr hoặc ATa).(1+IM) = 102,92.(1+IM), IM=0,25
9,3
9,3
.∑ ω =
.6,5
3
3

AL =
= 20,15 kN
* Hoạt tải tính cho TTGH mỏi và đứt gãy do mỏi:
145kN
35kN

145kN
1
0.338
9m
4.3 m
6,5
6,5

Hình 2.13: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm ngang.
(tính cho trạng thái giới hạn mỏi)
Ta có:
ATr = 0,5.(145.1 + 35.0,338) = 78,415 kN
=> ALL+IM = ATr.(1+IM) = 78,415 (1+IM) với IM =15%
2.2.3 Xác định nội lực dầm ngang
a) Nội lực do tĩnh tải
η
ω
Ut = (γDC.(DC2+DC3). Σyi + γDC.DC1. Σ + γDW.DW. Σyi)
SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 21


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép
với

η
η
η

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

= 0,95 đối với TTGH cường độ I
= 1,00 đối với TTGH sử dụng
= 1,00 đối với TTGH mỏi

DC'2
DW
DC2+DC3
DC1
9

0.1875

0.375

1.125

2.250

1.875

1.875

1.125

0.1875

0.375

DAH M1/2

0.042

0.083

0.250

0.417

0.583

0.750

0.958
0.917

1.000

DAH Qg

Hình 2.14: Sơ đồ tính nội lực của dầm ngang do tĩnh tải.

Kết quả tính toán thể hiện trong các bảng tính sau:
Bảng 2.12:

γDC
1.2
5

DC2+DC3

Σyi

DC'
2

Σyi

DC1

14.79

6.75

1.75

0.375

2.38

TTGH sử dụng

1

14.79

6.75

1.75

0.375

2.38

TTGH mỏi

0

14.79

6.75

1.75

0.375

2.38

Các TTGH
TTGH cường độ I

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

ω

Σ
10.12
5
10.12

5
10.12
5

γDW

DW

Σyj

1.5

2.483

6.75

1

2.483

6.75

M1/2
,
kN.
m
171.
83
141.
35

0

2.483

6.75

0

Trang: 22


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

Bảng 2.13:
γDC

DC2+DC3

Σyi

DC'
2

Σyi

1.25

14.79

3.0

1.75

1

2.38

TTGH sử dụng

1

14.79

3.0

1.75

1

TTGH mỏi

0

14.79

3.0

1.75

1

Các TTGH
TTGH cường độ I

DC1 Σ

ω

γDW

DW

Σyj

V1/2, kN.m

4.5

1.5

2.483

3.0

78.10

2.38

4.5

1

2.483

3.0

64.279

2.38

4.5

0

2.483

3.0

0

b) Nội lực do hoạt tải:
η
ω
Uh = m (γLL.ALL+IM.Σyi + γL.AL.Σ )
ALL+IM = 78,415.(1+IM) khi tính cho TTGH mỏi hoặc:
ALL+IM = 102,92.(1+IM) khi tính cho các trạng thái giới hạn còn lại
9,3

9,3
.∑ ω =
.6,5 =
3
3

AL =
20,15 kN
η
với = 0,95 đối với TTGH cường độ I
η
= 1,00 đối với TTGH sử dụng
η
= 1,00 đối với TTGH mỏi
m: hệ số làn xe : m=1 khi chất tải 2 làn xe; đối với trạng thái mỏi ta không
xét hệ số làn xe m

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 23


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

1.8

ALL

3.0

1.8

1.2

ALL

ALL

3.0

ALL
VL

1.8

ALL

1.8

1.2

3.0 ALL

DAH M1/2

0.750

1.950

2.250

1.950

1.050

0.750

0.5 0.6

1.050

9.0

1.500

3.0 ALL

ALL

VL

DAH Qg

0.278

0.344

0.544

0.678

0.878

0.944

1.000

9.0

Hình 2.15: Sơ đồ tính nội lực của dầm ngang do hoạt tải.
Kết quả tính toán thể hiện trong các bảng tính sau:

Bảng 2.14:
Các TTGH
TTGH cường độ I
TTGH sử dụng

γLL
1.7
5
1.3

1+IM
1.25
1.25

ALL
102,92

102,92

SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Σyi
5
5

γL
1.7
5
1.3

AL
20.15
20.15

ω

η

9
9

0.9
5
1

Σ

Trang: 24

M1/2,
kN.m
1370.
89
1071.


ĐAMH: Thiết Kế Cầu Thép

TTGH mỏi

0.7
5

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo

1.15

78,415

5

98
338.1
64

1

Bảng 2.15:
Các TTGH

γLL

1+IM

TTGH cường độ I

1.75

1.25

TTGH sử dụng

1.3

1.25

TTGH mỏi

0.75

1.15

ALL
102,9
2
102,9
2

78,41
5

Σyi

γL

2.44

1.75

2.44

1.3

AL
20.1
5
20.1
5

2.44

Σ

ω

η

V1/2,

kN.m

3.666 0.95

644.677

3.666

1

504.109

1

165.024

c) Tổng hợp
Kết quả tính toán nội lực được tổng hợp trong bảng sau:
Bảng2.16:
Các TTGH
TTGH cường độ I
TTGH sử dụng
TTGH mỏi

M1/2tt, kN.m
171.83
141.35
0

M1/2ht, kN.m

1370.89
1071.98
338.164

M1/2, kN.m
1542.72
1213.33
338.164

Bảng 2.17:
Các TTGH
TTGH cường độ I
TTGH sử dụng
TTGH mỏi

Vgtt, kN.m
78.10
64.279
0

Vght, kN.m
644.677
504.109
165.024

Vg, kN.m
722.777
568.388
165.024

2.2.3. Kiểm tra tiết diện
2.2.3.1 Trạng thái giới hạn cường độ I
- Yêu cầu mô men kháng uốn dẻo: W
Φr.Mn ≥ Mu
Trong đó:
Φr: hệ số sức kháng, lấy theo bảng 6.8 Tr.196 sách Cầu thép, với cấu kiện chịu uốn
Φr = 1.0
Mn: là sức kháng danh định đặt trưng cho tiết diện chắc.
Mp: là mômen chảy dẻo.
SVTH: Hà Duy Thức - Lớp: 12X3B

Trang: 25