Đồ án thiết kế cầu dầm t BTCT dự ứng lực căng trước

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU


THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 1
CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG
LỰC
DẦM T CĂNG TRƯỚC
(Thiết kế theo Quy Trình 22 TCN 272-05)


CHƯƠNG I
THIẾT KẾ CƠ SỞ
1.1. Nhiệm vụ thiết kế
1.1.1. Giới thiệu công trình
Trong phần này cần phải nêu được vị trí xây dựng công trình như: Công trình
thuộc địa phận tỉnh NGHỆ AN , huyện QUỲNH LƯU ,bắc qua sông MAI
GIANG
Khu vực xây dựng cầu là vùng đồng bằng, bờ sông rộng và bằng phẳng, dân
cư tương đối đông. Cầu nằm trên tuyến đường chiến lược được làm trong thời
kỳ chiến tranh nên tiêu chuẩn kỹ thuật thấp, không thống nhất. Mạng lưới
giao thông trong khu vực còn rất kém
1.1.2. Quy trình quy phạm sử dụng
Khi tiến hành thực hiện một dự án công trình cầu thì có rất nhiều quy trình
quy phạm đi kèm theo. Đối với từng hạng mục kết cấu đã có những quy trình
khác nhau (như riêng về cọc khoan nhồi cũng đã có những quy phạm riêng…)
và trong từng kết cấu theo từng công đoạn cũng có những quy phạm khác
nhau (quy trình về thiết kế, thi công, nghiệm thu….).Ở đây, có thể kể đến một
vài các quy trình, quy phạm được sử dụng như:
- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05;
- Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô: TCVN 4054: 2005;

- Tiêu chuẩn động đất TCXDVN 375: 2006.
-Tiêu chuẩn thi cụng và nghiệm thu cọc khoan nhồi: 22TCN 257 -2000;


- Tiêu chuẩn kỹ thuật hàn cầu thép: 22TCN 280 -01;
- Tiêu chuẩn kỹ thuật sơn cầu thép và kết cấu thép: 22TCN 235-97;
- Quy trình thiết kế cụng trình phụ tạm và thiết bị phụ trợ thi công cầu:
22TCN 200-89;
- Quy trình thi công và nghiệm thu cọc công trình nền móng: TCXD 79-1980;
- Quy trình thử nghiệm cọc: TCXD 88 -1992;
- Quy phạm thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép lắp
ghép: TCVN 4453 -1995;
- Quy trình thi công và nghiệm thu cầu dầm thộp liên kết bằng bu lông cường độ
cao: 22TCN24-84;
- Quy trình thi công và nghiệm thu dầm cầu bê tông cốt thép ứng suất trước:
22TCN 247 -98;

1.1.3. Mục tiêu của dự án
Thuận tiện cho giao thông đi lại, rút ngắn khoảng cách giữa 2 xã.
Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội cũng như về giao thông
vận tải ở hiện tại và trong tương lai, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của việc lưu
thông và vận chuyển hàng hoá cũng như sự tăng trưởng về lưu lượng và tải trọng
xe. Vì vậy, việc đầu tư xây dựng cầu này là cần thiết và cấp bách.
1.1.4. Sự cần thiết phải đầu tư

Một dự án được quyết định thực hiện hay không thì nó phải đạt được các mục
tiêu mà chủ đầu tư đề ra. Có rất nhiều các mục tiêu mà một công trình cầu cần
phải đạt được, tuy nhiên bên cạnh đó cũng còn tùy từng công trình mà người
ta xây dựng để đạt những mục tiêu khác nhau. Thông thường, một dự án có
cần phải đạt được một số mục tiêu sau:

- Mục tiêu về mặt thương mại – dịch vụ
- Mục tiêu kinh tế
- Mục tiêu về giao thông đi lại của người dân trong vùng
- Mục tiêu về quân sự


Và ngoài ra còn nhiều các mục tiêu khác nữa, nói chung tùy tùng vị trí xây
dựng và mục đích xây dựng của từng đơn vị chủ đầu tư.
1.2. Điều kiện tự nhiên
Khoảng cách giữa 2 xã cách nhau bởi con sông Châu Giang mỗi lần đi lại
phải mất quãng đường rất xa. Mà mùa mưa thì đường ngập nước đi lại khó
khăn nên người dân xin chính quyền xã đề lên Tỉnh xin ngân sách nhà nước
làm cây cầu nối liền 2 xã để người dân đi lại được thuận tiện hơn.
Vùng này có phong cảnh đẹp, là một nơi lý tưởng thu hút khách tham quan nên
lượng xe phục vụ du lịch rất lớn. Mặt khác trong vài năm tới nơi đây sẽ trở thành
một khu công nghiệp tận dụng vận chuyển bằng đường thủy và những tiềm năng
sẵn có ở đây.
1.3. Điều kiện địa chất

Tại vị trí khi xây dựng cầu về mặt địa chất gồm có các loại đất: đất cát pha,
cát hạt mịn, cát hạt vừa, sét chặt lẫn sỏi sạn
1.4. Điều kiện thủy văn
Tại vị trí xây dựng cầu thi hàng năm mực nước cao nhất là -11.47m và
mực nước thấp nhất là -16.97m
Tình hình xói lở: do dòng sông không uốn khúc và chảy khá êm nên tình hình
xói lở hầu như không xảy ra.
Ở những chổ có nước, mặt trên của bệ đặt thấp hơn mực nước từ 0,3÷ 0,5m,
còn ở những nơi không có nước mặt thì gờ móng đặt ở cao độ mặt đất sau khi sói
lở.

Do độ ẩm không khí khá cao thêm vào đó là điều kiện khí hậu khắc
nghiệt nên loại vật liệu chủ đạo là bê tông cốt thép. Kết cấu thép vẫn có thể sử
dụng nếu có điều kiện bảo quản tốt, sửa chữa gia cố kịp thời
1.5. Quy mô - Kỹ thuật - Cấp hạng công trình cầu
Theo số liệu cấp hạng công trình cầu là cấp IV địa hình đồng bằng


1.5.1. Vị trí cầu, quy mô, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền
Cầu nối liền giữa 2 xã Vũ Bản và Bồ Đề. Cầu được thiết kế với khổ cầu
là 7+2x1 và khổ thông thuyền là 30x5 . Tiến hành xây dựng cầu BTCT nhịp
giản đơn với chiều dài cầu là 146.47m
1.5.2. Tải trọng và tiêu chuẩn thiết kế
Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ là tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 với tải trọng
thiết kế là HL – 93 cùng với tải trọng người.
1.6. Lập các phương án cầu
Sơ đồ nhịp là 5 nhịp giản đơn mỗi nhịp 33m
Trên cơ sở phân tích và đánh giá ở phần trên, ta đề xuất các phương án vượt
sông như sau:
*Phương án I:
Loại cầu : Cầu nhịp giản đơn BTCT DƯL dầm chữ I.
Chọn chiều dài nhịp gồm: 5 nhịp 33 m bằng BTCT ƯST, mỗi nhịp có 5 dầm
chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m.
-Kết cấu mố trụ:
+Trụ cầu ta sử dụng trụ đặc thân hẹp, đổ tại chỗ.
+Mố cầu: sử dụng mố chữ U cải tiến.
-Các lớp mặt cầu gồm có:
+Lớp Bê tông atphan dày 10cm
+Lớp vữa đệm dày 5cm
+Khe co giản làm bằng cao su có cốt thép bản dày 8cm.
+Móng cọc khoan nhồi có đường kính 1,5m

*Phương án II:
Loại cầu : Cầu nhịp giản đơn BTCT DƯL dầm chữ T.
Chọn chiều dài nhịp gồm: 5 nhịp 33 m bằng BTCT ƯST, mỗi nhịp có 5 dầm
chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m.


-Kết cấu mố trụ:
+Trụ cầu ta sử dụng trụ đặc thân hẹp, đổ tại chỗ.
+Mố cầu: sử dụng mố chữ U cải tiến.
-Các lớp mặt cầu gồm có:
+Lớp Bê tông atphan dày 10cm
+Lớp vữa đệm dày 5cm
+Khe co giản làm bằng cao su có cốt thép bản dày 8cm.
+Móng cọc khoan nhồi có đường kính 1,5m

1.6.1. Sơ đồ nhịp
33000

50

146470
50

33000

33000

50

33000

MNCN: -11,47
MNTT: -13,97
MNTN: -16,97
-16,99
-17,45
-19,26

-21,47

-21,47

8c?c
L= 15 m

8c?c
L=15 m

6 c?c
L= 15 m

-32,45

-31,99
6c?c
L= 15 m

-34,26

M1

6c?c
L= 15 m

-36,47

-36,47

T1
T2

T3

1.6.2. Kết cấu nhịp.
*Cầu dầm BTCT DƯL kéo trước nhịp giản đơn tiết diện dầm chủ chữ T
Mặt cắt ngang kết cấu nhịp

M2


MCN K? T C? U NH?P
1
2 MCN

GI? A NH?P

300

1

2MCN

T? I G? I

L?p bê tông nh? a dày 10 cm

500

L?p v?a d?m dày 5cm

100
200

1000

2%

L?p cách nu?c dày 1cm

2x2000

2x2000

1000

1.6.2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp
Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp là 33 m
1.6.2.2 Quy mô mặt cắt ngang cầu
Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:
+ Bề rộng phần xe chạy

Bxe = 7m

+ Bề rộng người đi bộ

B = 2 x1 m

+ Bề rộng chân lan can

B=0.5m

+ Bề rộng toàn cầu

B=10m

+ Số làn xe thiết kế

nlàn = 2

Khoảng cách giữa các dầm chủ là S = ( 1100 ≤ S ≤ 4900 ) mm
Số dầm chủ thiết kế chọn như sau :
=> chọn ndâm = 5 dầm


=> chọn S=2000mm
+ Chiều dài phần cánh hẫng:
D=1000m
6.3 Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ

1.6.3.1 Tại mặt cắt L/2

300

200

200

200

1800

600
Cấu tạo mặt cắt L/2
- Chiều cao dầm chủ:

h

=

1650 mm

+ Bề rộng bầu dầm:

b1

=

600

mm

+ Chiều cao bầu dầm:

h1

=

300

mm

+ Bề rộng vút bầu dầm:

b2

=

200

mm

+ Chiều cao vút bầu dầm:

h2

=

200

mm

- Kích thước sườn dầm:
+ Bề rộng sườn dầm:

b3

=

200

mm

+ Chiều cao sườn dầm:

h3

=

750 mm

+ Bề rộng bản cánh trên:

b7

=

600 mm

+ Chiều cao cánh trên:

h5

=

200

- Kích thước bầu dầm:

- Kích thước bản cánh trên:
mm


+ Bề rộng vút bản cánh trên:

b4

=

200 mm

+ Chiều cao vút bản cánh trên:

h4

=

200 mm

+ Bề rộng sườn dầm:

b1

=

600 mm

+ Chiều cao sườn dầm:

h7

=

1450

+ Bề rộng bản cánh trên:

b7

=

600 mm

+ Chiều cao cánh trên:

h5

=

200 mm

- Chiều dày bản bêtông

ts

=

160 mm

- Chiều dài phần cánh hẫng

de=

- Chiều dài phần cánh hẫng phía trong

S/2 =

1000mm

- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp

Hcb =

1810 mm

1.6.3.2. Mặt cắt tại gối

1450

200

1800

600
Mặt cắt tại gối
Kích thước sườn dầm:
mm

- Kích thước bản cánh trên:

1.6.3.3. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu
1000mm


1.6.3.4. Kết cấu mố trụ.
7710

2300

1500

460

740

5500

1:1

500
2000

1000 1200

1000

3000

1000

1.7. Lựa chọn phương án
1.7.1. Tính toán khối lượng
DẦM CHỮ


DẦM CHỮ T

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ KỸ THUẬT
I: Chọn sơ bộ kết cấu nhịp
1. Lựa chọn dạng mặt cắt và kích thước mặt cắt ngang cầu
Chọn số dầm chủ: 5 dầm
Khoảng cách giữa dầm chủ : 2000mm
Lề người đi đồng mức với mặt cầu phần xe chạy và được ngăn cách bằng giải
phân cách
Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu, ¼ nhịp tính toán và giữa nhịp
Chiều rộng mối nối là 200mm
2. Thiết kế dầm chủ
Dầm chủ là dầm chữ T làm bằng BTCT DƯL

+ Chiều cao dầm chủ h = (

1 1
÷ ) L = 1,5 ÷ 1,83 (m).
18 22

Chọn h=1,65m = 1650 mm

+ Chiều rộng bản cánh bf=2000 mm

+ Chiều dày bản cánh hf=200 mm

bw = 15 ÷ 20 (cm).

+Chiều dày sườn dầm

Chọn: bw = 20(cm) = 200 (mm).
+ Kích thước bầu dầm
+ Bề rộng bầu dầm:

b1

=

600

mm

+ Chiều cao bầu dầm:

h1

=

300

mm

+ Bề rộng vút bầu dầm:

b2

=

200

mm

+ Chiều cao vút bầu dầm:

h2

=

200

mm

200

300

200

200

1800

600


ta có bảng sau:
tham số

kí hiệu

trị số

đơn vị

L

33

m

Ltt

32,4

m

B

10

m

Mặt xe chạy

B1

7

m

Gờ chắn xe

B2

0

m

Lề ngời đi

B3

2

m

1

m

Chiều dài nhịp
Khẩu độ nhịp
tính toán
Tải trọng HL93
Tổng bề rộng
cầu

Lan can


MCN K? T C? U NH?P
1
2 MCN

GI? A NH?P

300

1
2MCN

T? I G? I

L?p bờ tụng nh? a dy 10 cm

500

L?p v? a d?m dy 5cm

100
200

1000

2%

2x2000

L?p cỏch nu?c dy 1cm

2x2000

1000

Để đảm bảo khả năng chịu lực cắt của dầm, sờn dầm đợc
mở rộng ở trên gối:

600

300


3. Cấu tạo dầm ngang.
+ Chiều rộng dầm ngang: Bn =1800 mm

+ Chiều cao dầm ngang: n = 1150 (mm).
+ Khoảng cách giữa các dầm ngang: 2000 (mm).
+Chiều dày dầm ngang: tn = 200 mm
+Diện tích dầm ngang : A=1800x1150=2070000
( mm2 )
+Thể tích dầm ngang : V=0.414 ( m3)
II.TNH TON NI LC DM CH
1. Xác định tải trọng thờng xuyên.
a. Tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bị
phụ phi kết cấu (DC).
*tính cho dầm trong
+ Dầm dọc chủ:
- Diện tích tiết diện:
Aco = h f .b f + B S .hS + bw (h h f hS ) + 2.( Fvutcanh + Fvutsuon )
Aco = 0,2. 1,8+ 0,6.0,3 + 0,2(1,65 0,2 0,3) +2(0,5* 0,22
+0.5* 0.22 )
Aco = 0,85
Trọng lợng dầm chủ (trên 1m dài):
BT . Aco .

g1 = 24.525x0.85x 1 = 20.846(KN/m).
+ Dầm ngang:
Trọng lợng dầm ngang

DCl =


Trọng lợng một dầm ngang
Wn=Vn* Yc=0.4736*24.525=11.756 KN
Trọng lợng rải đều do dầm ngang

g2=7*11.756/(32200/1000)=2.556KN/m
Trọng lợng mối nối phần cánh T : g3
=(300/1000)*(160/1000)*24.525=1.177 KN/m
Tổng tải trọng: g = g1 + g2 + g3= 24.58(KN/m).
b. Tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích công
cộng (DW).
Trng lng riêng BTAsphalt mt cu

yAtphan=

22.073 KN/m3
Trng lng riêng lp phòng nc

Yphòng

nớc=

15KN/m3
+ Lớp phòng nớc dày 10 (cm):
q1 =

10.230
.15 = 0.345 (KN/m).
1000

+Lớp bê tông ximăng bảo vệ 40 mm
q2=0.04*2.3*24.525=2. 256 KN/m
+ Lớp bê tông Asfan dày 5 (cm):
q3 =

50.2300
* 20.073 = 2.538 (KN/m).
1000

+Lớp mui luyện dày trung bình 20 mm
q4= (20*2300/100)*24.525 =1.128 (KN/m)
Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu:
DWi = q1 + q2 + q3 + q4 = 6. 268 (KN/m).
* Đối với dầm biên


Tải trọng DC
Trong lợng bản thân dầm chủ

17.695

KN/m
Trọng lợng dầm ngang ( chỉ chịu 1/2 so với dầm
trong)
1.278 KN/m
Trọng lợng mối nối phần cánh T

0.589 KN/m

Trọng lợng lan can

6 KN/m

DCe = 25.561 KN/m

Tải trọng DW
+ Lớp phòng nớc dày 10 (cm):
q1 =

10.230
.15 = 0.345 (KN/m).
1000

+Lớp bê tông ximăng bảo vệ 40 mm
q2=0.04*2.3*24.525=2. 256 KN/m
+ Lớp bê tông Asfan dày 5 (cm):
q3 =

50.2300
* 20.073 = 2.538 (KN/m).
1000

+Lớp mui luyện dày trung bình 20 mm
q4= (20*2300/100)*24.525 =1.128 (KN/m)
Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu:
DWi = q1 + q2 + q3 + q4 = 6. 268 (KN/m
2. Xác định nội lực dầm chủ do hoạt tải ở các mặt cắt đặc
trng.
Ta tiến hành tính toán tại các mặt cắt: L tt/2, Ltt/4, Ltt/3,
Cách gối 1.5 m , gối.


2.1. Xác định nội lực tính toán tại mặt cắt giữa dầm.
a. Do tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bị
phụ phi kết cấu (DC)

Ta có:

M = [(8,05.16,1).21.428] = 2777.138 (KN.m).
Q = 0 (KN).

b. Do tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích
công cộng (DW).

Ta có:
M = [(8,05.16,1).6.268] = 812.373 (KN.m).
Q = 0 (KN).
c. Do hoạt tải:
+ Do xe tải thiết kế (xe 3 trục):


5,9

35 KN

145 KN

4,3 m

§ .a.h.M

0,5 0,5

Ta cã:

4,3 m
145 KN

145 KN

4,3 m

0,366

35 KN

8,05

5,9

145 KN

4,3 m

0,4

§ .a.h.Q

M = [8,05.145 + 5,9(145 + 35)] . 0,653 =

1457.152(KN.m).
Q = [145.0,5 + 145.0,366 + 35.0,4]. 0,793 =
124,488 (KN).
+ Do xe 2 trôc:
110 KN

7,45

8,05

110 KN

1,2 m

§ .a.h.M


0,5 0,5

Ta cã:

110 KN

110 KN

1,2 m

0,463

§ .a.h.Q

M = [8,05.110 + 110.7,45] . 0,653

=

1113,365 (KN.m).
Q = [110.0,5 + 110.0,463] .0,793 = 41,37 (KN).

+ Do t¶i träng lµn:

8,05

9,3 (KN/m)

§ .a.h.M

0,5 0,5

9,3 (KN/m)

Ta cã:

§ .a.h.Q

M = [8,05. 16,1. 9,3]. 0,653 = 787.078 (KN.m).


Q = 0 (KN).
+ Do t¶i träng bé hµnh (PL):

8,05

3 (KN/m)

§ .a.h.M

0,5 0,5

3 (KN/m)

Ta cã:

§ .a.h.Q

M = [8,05. 16,1. 3]. 0,653= 253.896 (KN.m).
Q = 0 (KN).

+ Do lùc xung kÝch ®éng lùc cña xe (IM):
- Do xe 3 trôc:
MIM = 25%M3T = 0,25* 1821,441=

455.36

(KN.m).
QIM = 25%Q3T = 0,25*124,488 = 31.122 (KN).
- Do xe 2 trôc:


MIM = 25%M2T = 0,25. 1113,365 = 278.34
(KN.m).
QIM = 25%Q2T = 0,25. 105,09 = 26. 2725 (KN).

2.2. Xác định nội lực tính toán tại mặt cắt Ltt/3.
a. Do tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bị
phụ phi kết cấu (DC):

1
M = [( 7,155.32,2 ).21,428] = 2468.567(KN.m).
2

Ta có:

Q = [(0,67. 10,7335 0,33. 5,366).21,428] =
114.955 (KN).


b. Do t¶i träng b¶n th©n cña líp phñ mÆt vµ c¸c tiÖn Ých
c«ng céng (DW)

Ta cã:

M = [(

1
7,155.32,2 ).6,268]= 722.077(KN.m).
2

Q = [(0,67. 10,7335 – 0,33. 5,366).6,268] =
33.637(KN).

c. Do ho¹t t¶i:


+ Do xe t¶i thiÕt kÕ (xe 3 trôc):
Ta cã:

M = [4,29.35 + 145(5,722 + 7,155)].0,653 =

1318.669 (KN.m).
Q = [145.0,67 + 145.0,5331 + 35.0,4].0,793 =
186.237 (KN).
+ Do xe 2 trôc
Ta cã:

M

=

[7,155.110

+

110.

6,755].0,653

=

999.233 (KN.m).
Q = [110. 0,67 + 110. 0,632].0,793 = 113.056(KN).

+ Do t¶i träng lµn: