Tải bản đầy đủ (.doc) (95 trang)

DATN CAU VOM ONG THEP NHOI BE TONG1

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (827.83 KB, 95 trang )

SỐ LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.Đề tài: Thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bêtông:
2. Cấp thiết kế : Vónh cửu
Tổng chiều dài cầu
: 229 m
Khổ cầu
: 2x1.2 + 2x0.55 + 14 = 17.5 m
Trong đó:
Phần vòm
: 2x1.25 m
Lan can
: 2x0.55 m
Phần xe chạy : 14 m
Tải trọng thiết kế
: HL93, Người 300KG/m2
3. Giải pháp kết cấu nhòp :
Nhòp dẫn
: dầm I 29 m căng trước
Nhòp chính
: vòm ống thép nhồi bêtông có
chiều dài 90 m
Sơ đồ kết cấu nhòp
: 2x29 + 90 + 2x29 (m)
4. Điều kiện đòa chất :
Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ màu xám xanh , đôi chỗ lẫn cát
và hữu cơ :
Chiều dày lớp
Các chỉ tiêu cơ lý :
 Trọng lượng thể tích

 Độ sệt


 Lực dính
 Góc ma sát trong

: h1 = 12.8 m
: w = 1.48 T/m3.
: B = 1.24.
: c = 0.082 (KG/cm2)
:  = 6004’ .

Lớp 2 : Cát hạt mòn đến trung ,đôi chỗ lẩn sỏi sạn ,màu
xám xanh xám trắng ,kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻo
cứng :
Chiều dày lớp
Các chỉ tiêu cơ lý :
 Trọng lượng thể tích

 Tỷ trọng
 Lực dính
 Góc ma sát trong

: h2 = 4 m
: w = 1.85 T/m3.
: G = 2.69
: c = 0.14 (KG/cm2)
:  = 10 049’.


Lớp 3 : Sét cát màu xám vàng ,màu xanh ,trạng thái dẻo
cứng đến nửa cứng mặt lẩn nhiều đá dăm sạn :
Chiều dày lớp

Các chỉ tiêu cơ lý :
 Tỷ trọng

: h3 = 10.2 m .
: G = 2.73

 Trọng lượng thể tích
: w = 2.01 T/m3.
 Lực dính
: c = 0.313 (KG/cm2) ,
 Góc ma sát trong
:  = 21028’ .
Lớp 4 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều
sỏi sạn ,trạng thái cứng :
Chiều dày lớp
Các chỉ tiêu cơ lý :
 Trọng lượng thễ tích

 Tỷ trọng
 Lực dính
 Góc ma sát trong

: h4 = 4.1 m .
: w = 1.74 T/m3.
: G =2.73
: c = 0.125 (KG/cm2)
:  = 70.10’.

Lớp 5 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều
sỏi sạn ,trạng thái cứng :

Chiều dày lớp
Các chỉ tiêu cơ lý :
 Trọng lượng thễ tích

 Tỷ trọng
 Lực dính
 Góc ma sát trong

: h4 = 19.9 m .
: w = 1.983 T/m3.
: G =2.73
: c = 0 (KG/cm2)
:  = 230.52’.

Lớp 6 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều
sỏi sạn ,trạng thái cứng :
Chiều dày lớp
Các chỉ tiêu cơ lý :
 Trọng lượng thễ tích

 Tỷ trọng
 Lực dính
 Góc ma sát trong

: h6
: w = 2.12 T/m3.
: G =2.73
: c = 0.355 (KG/cm2)
:  = 260.39’.



CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH
1. TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP
NHỒI BÊTÔNG
Nhiều công trình cầu trên thế giới đã được thiết kế
với kết cấu ống thép nhồi bê tông cho những cấu kiện
chòu nén. Vào năm 1931, một trong những kết cấu đầu tiên
sử dụng công nghệ ống nhồi bê tông đã được xây dựng ở
ngoại ô Paris, cầu vòm nhòp 9m với hai vòm được kết cấu
gồm 6 ống cho mỗi vòm. Tổ hợp của 40 ống thép
f140x50mm đã cấu tạo nên cánh trên hình parabol của kết
cấu nhòp cầu dài 101m vượt sông Nêva ở thành phố Xanh
Pêterbua vào năm 1936. Trong năm 1940, cầu đường sắt bác
qua sông Ixet gần thành phố Kamenskơ - Uranski với nhòp chính
dài 140m dạng vòm cao 22m, giá thành giảm 20% nhờ sử
dụng kết cấu vòm ống nhồi bê tông, cánh vòm được thiết
kế bằng ống thép CT3 f820x13mm. Vào những năm của
thập niên 60, ống nhồi bê tông bắt đầu được nghiên cứu,
ứng dụng một cách rộng rãi trong xây dựng công trình ở
Trung Quốc. Tù năm 1990 đến 1992, ba tiêu chuẩn kỹ thuật
(CECS28-90, DLGJ99-91 và DLGJ-SII-92) được ban hành ở Trung
Quốc đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi hơn cho việc ứng
dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông trong xây dựng
công trình.
Ở Trung Quốc, cầu dạng vòm ứng dụng công nghệ CFT
được bắt đầu thiết kế vào năm 1990. Với cầu có nhòp
không lớn hơn 80m, kết cấu vòm được thiết kế với một
ống đơn. Cầu Yiwu Yuanhuang ở tỉnh Zhejiang được thiết kế

dạng vòm với một ống đơn đường kính 800, dày 18mm theo
công nghệ CFT đã vượt được nhòp 80m.
Khi cần vượt nhòp lớn hơn và yêu cầu tải trọng lớn hơn,
cầu vòm được thiết kế với hai ống thép liên kết với nhau.
Nhòp 100m của cầu Yilan Mudanjiang thuộc tỉnh Heilongjiang có


kết cấu dạng vòm, tiết diện ngang hình tam giác, cấu tạo từ
ba ống (đường kính 600, dày 12mm) được liên kết chặt chẽ
với nhau theo suốt chiều dài. Cầu vượt Sông Huangbai và
sông Xia lao thuộc tỉnh Hubei, thiết kế với bốn ống vượt nhòp
160m, mỗi vòm gồm hai ống f1000, dày 12mm.
Cầu San-an Yongjiang thuộc tỉnh Guangxi, hợp long vào
năm 1999, nhòp chính 270m dạng vòm với mặt cầu chạy giữa.
Vào thời điểm này, cầu San-an Yongjiang đạt kỷ lục của cầu
dạng vòm. Cầu Yongning Yongjiang ở tỉnh Guangxi có kết cấu
vòm tương tự cầu Wanxian. Nhòp chính 312m dạng vòm có mặt
cầu chạy giữa.
Cầu Yajisha ở Guangzhou, nhòp hình 360m được khánh
thành vào tháng 6 năm 2000, chiếc cầu đầu tiên ở Trung
Quốc được thiết kế với 6 ống, đạt kỷ lục thế giới.
Cầu Yajisha nằm trên đường cao tốc vành đai Tây Nam
tỉnh Guangzhou bắc qua sông Zhujiang. Phần cầu chính với sơ
đồ phân nhòp 76+360+76m, dạng cầu vòm mở rộng. Nhòp
giữa dạng vòm bản mặt cầu chạy giữa, hai nhòp biên dạng
nửa vòm với bản mặt cầu chạy trên. Nhòp giữa có kết
cấu dạng vòm treo không chốt, chiều dài nhòp tính toán
344m, đường tên của vòm: f:76,45m. Mặt cắt ngang vòm được
thiết kế với 6 ống thép. ống giữa đường kính f = 750, dày
20mm, hai ống hai bên đường kính 750, dày 18mm, chiều dày

tấm bản nối theo phương ngang là 12mm; các bộ phận của
sườn vòm bao gồm các ống thẳng đứng có kích thước
f450x12mm và các ống nghiêng có kích thước f351x10mm.
Tiết diện ngang của vòm có chiều rộng không thay đổi
4,35m. Chiều cao thay đổi từ 4m tại đỉnh vòm đến 8,039m tại
chân vòm. Đoạn ống tại chân vòm, phần liên kết với kết
cấu trụ có chiều dày 36mm. Theo phương ngang cầu, hai vòm
cách nhau 35,95m được liên kết bằng sáu hệ liên kết ngang
dạng chéo và hai hệ liên kết ngang dạng chữ K. Hai nhòp biên
có kết cấu dạng nửa vòm với chiều dài nhòp tính toán 71m,
đường tên 27,3m, mặt cắt hình hộp cao 4,5m x rộng 3,45m.
Hệ nhánh của nửa vòm được liên kết bằng một hệ liên


kết ngang dạng chéo và một hệ liên kết ngang dạng chữ K.
Hai nửa vòm biên được đặt trên gối chậu di động tại trụ
biên.
Hai nửa vòm cầu Yajisha được chế tạo riêng biệt trên
không vòm dọc theo hai bên bờ. Thớt trên của đã xoay là
phần đế vòm đặt trên trụ. Thớt dưới của đã xoay làm việc
như kết cấu truyền tải trọng xuống móng cọc. Hai nửa vòm
nhòp chính được nâng lên đến cao độ thiết kế bằng cách
xoay tất cả theo phương đứng một góc 24,7014độ; rồi xoay
theo phương ngang đến vò trí thiết kế. Nửa vòm của nhòp phía
bờ Bắc được xoay theo phương ngang một góc 117,10độ và
92,2dộ cho nửa vòm phía bờ Nam.
Ống thép được nhồi bê tông C60 có phụ gia trương nở.
Phụ gia chậm ninh kết được trộn vào bê tông đế tăng khả
năng làm việc của bê tông. Tỉ lệ nước xi măng là 0,35
với độ sụt 18-20cm. Cường độ chòu nén sau 3 ngày tuổi đạt

58,5 MPa.
1.1. Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông:
Cột thép bêtông liên hợp được đònh nghóa như là kết
cấu chòu nén hoặc có thể thép được bọc trong bêtông
hoặc bêtông nhồi trong ống thép. Tùy thuộc các chủng loại
và hình dạng có thể chia ra làm 3 loại cột liên hợp thường
dùng trong xây dựng như sau [13] :

- Loại 1 : thép kết cấu (cốt cứng ) được bọc bằng bêtông
(hình a, b,c)
- Loại 2 : bêtông nhồi trong hộp, ống thép (hình f, g, i)

- Loại 3 : hỗn hợp 2 loại trên (hình d, h)


Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông
Loại 1 : đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về phòng
cháy, đơn giản khi cần tăng cường độ bằng cách thêm cốt
thép ở lớp bêtông ngoài. Tuy nhiên việc kiểm tra và xử lý
kết cấu thép bên trong không thể thực hiện. Chủng loại kết
cấu này phù hợp cho các công trình chòu động đất lớn với
các tải trọng ngang lặp.
Loại 2 : ống thép nhồi bêtông được sử dụng nhiều trong các
trụ cầu mà ở đó phải chòu tải trọng va xe, các vành cầu
vòm, cột nhà cao tầng .. không nhất thiết có cốt thép bên
trong.
Loại 3 : có tính năng chống cháy cao và có được các ưu
điểm của hai chủng loại kết cấu trên.
1.2. Đặc điểm làm việc của kết cấu ống thép nhồi
bêtông chòu nén:

Trong các bộ phận của kết cấu ống thép nhồi bêtông khi
chòu lực dọc trục có các thành phần ứng suất như sau :


Trạng thái ứng suất của cấu kiện ống thép tròn nhồi
bêtông chòu nén
- Trong bêtông :ứng suất nén dọc trục cBc và áp lực
ngang r .

- Trong ống thép :ứng suất dọc trục zs và ứng suất tiếp
s
Nguyên nhân gây xuất hiện áp lực ngang r lên bêtông và
ứng suất tiếp s trong ống thép là do hệ số nở ngang của
hai loại vật liệu này khác nhau, trong đó hệ số nở ngang
của bêtông luôn lớn hơn của thép ở mọi giai đoạn làm
việc. p lực ngang  r lên bêtông không cho phép bêtông tự
do phát triển biến dạng theo phương ngang và tạo ra trạng thái
ứng suất ba chiều trong bêtông. trạng thái chòu lực 3
chiều, khả năng chòu lực dọc trục của bêtông tăng lên
đáng kể. Đây chính là đặc điểm chòu lực quan trọng nhất
của kết cấu ống thép nhồi bêtông
1.3. Ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông:
Cầu vòm bằng ống thép nhồi bêtông
Kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFT- Concrete filled tubula
steel) là một kết cấu hỗn hợp gồm ống thép và lõi bê
tông cùng làm việc. Khi chòu cùng ứng suất như nhau thì kết
cấu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chính
như sau:
* Khi so sánh với kết cấu bê tông có tiếp xúc với môi
trường bên ngoài bê tông trong ống thép có đặc điểm:

- Độ bền của lõi bê tông tăng khoảng 2 lần.
- Bê tông không bò co ngót mà bò trương nở vì không có sự
trao đổi độ ẩm giữa bê tông và môi trường bên ngoài,
- Sau 2-3 ngày tuổi thì không xuất hiện thêm vết nứt.
- Tính phi tuyến của công;
* Khi so sánh với kết cấu biến dang từ biến sẽ mất đi sau 27 ngày tuổi.


- Khối lượng của các cấu kiện ống nhồi bê tông nhỏ hơn so
với cấu kiện bê tông cốt thép,
- Không cần copfa trong thi thép dạng ống:
- Tăng khả năng chống biến dạng của ống thép,
- Độ bền ăn mòn và chống gỉ của mặt trong ống thép cao
hơn,
- Giảm độ mảnh của cấu kiện;
* Khi so sánh với kết cấu sử dụng thép hình có mặt cắt hở:
- Mặt ngoài của kết cấu ống thép nhồi bê tông nhỏ hơn do
đó chi phí sơn phủ và bảo dưỡng thấp hơn,
- Độ bền chống gỉ cao hơn,
- Khả năng ổn đònh đều hơn,
- Giảm được ảnh hưởng của tải trọng gió,
- Tăng độ cứng chống xoắn

2. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH:
Kết cấu thượng bộ gồm 2 sườn vòm với tiết diện hình
tròn và thanh giằng tại chân vòm. Cáp thanh giằng gồm 8
bó, mỗi bó gồm 22 tao Þ 15.24mm, hai đầu được neo chặt
trên chân vòm. Cáp thanh treo gồm 55 Þ 7 mm hợp thành.
Dầm ngang là loại dầm đúc sẵn bằng BTCT DƯL căng sau.
Dầm dọc là loại dầm BTCT thường đúc sẵn có tiết diện hình

hộp rỗng, dầm bản mặt cầu sử dụng loại dầm bản T được
đúc sẵn bằng BTCT. Chân vòm cấu tạo bởi các bản thép
hàn liên kết nhau đồng thời cho đổ bêtông vào các khoang
trống bên trong.. Hệ dầm ngang gồm những dầm ngang giữa
và 2 dầm ngang ngoài cùng. Dầm ngang giữa sử dụng loại
dầm có phần bụng đặc hình chữ nhật, hai bên hông có
phần colson rộng 300mm để đỡ dầm dọc biên và dầm T
bản mặt cầu. Dầm ngang ngoài (dầm ngang tại chân vòm)
có tiết diện hình chữ nhật. Phần trên sườn vòm có những
thanh giằng ngang chòu tải trọng gió . Các khoang cáp treo
cách nhau 5m, riêng 2 khoang ngoài cùng cách 7.5m.


2.1.Hệ thống quy trình và các loại tải trọng áp dụng:
Quy trình – quy phạm thiết kế.
Hiện nay chưa có quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thép
nhồi bêtông, vì vậy trong phạm vi đồ án này, sử dụng các
tiêu chuẩn khác như ASSHTO LRFD, tiêu chuẩn châu u
Eurocode 4 1994 (EC4), và tiêu chuẩn CECS 28 -90 (Trung Quốc).
Về cơ bản, các bộ phận của kết cấu vẫn tính toán theo quy
trình thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05 đã ban hành.
Tải trọng

- Hoạt tải thiết kế : HL93
- Hệ số xung kích :  = 1.25
2.2.Cấu tạo chi tiết:
2.2.1. Sơ đồ kết cấu:
Sơ đồ bố trí nhòp
Cầu vòm trong đồ án được thiết kế theo phương án cầu
vòm xe chạy dưới.

Thanh giằng chân vòm có các phương án bố trí thanh giằng :
cáp dự ứng lực giằng chân vòm hoặc thép hộp, do cáp dự
ứng lực có lợi thế trong thi công, điều chỉnh nội lực, kết hợp
với công nghệ chống gỉ hiện nay nên phương án cáp dự
ứng lực giằng chân vòm được chọn lựa.
Sơ đồ kết cấu nhòp :

2x29m+90m +2x29m.

Phương trình đường tim vòm
Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghóa rất lớn trong khai
thác, thông thường cầu vòm thép nhồi bêtông hoặc các
công trình cầu vòm khác thường chọn đường cong tim vòm
là đường cong parabol bậc 2 hoặc bậc 4 và đường cong dạng
dây xích. Các đường cong này có đường cong áp lực khá
trùng với đường cong tim vòm. Cầu vòm trong đồ án sử
dụng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau :
y4

f
 L  x x
L2


Trong đó :
f : đường tên vòm
L : chiều dài nhòp, tỉ lệ f/L = 1/5
Mặt cắt ngang vành vòm
Có nhiều chủng loại mặt cắt vành vòm như hình chữ nhật,
hình vuông, hình tròn … mỗi vành vòm có thể tổ hợp từ 2,

3, hay nhiều hơn các ống thép nhồi bêtông. Do khẩu độ
cầu trong đồ án không quá lớn (90 m), để đơn giản trong
quá trình thi công và chế tạo, mặt cắt ngang vành vòm được
lựa chọn có hình dạng số 8, gồm hai ống thép có đường kính
D = 1m liên kết với nhau qua bản thép.
Chiều cao vành vòm H = 2.4m, vậy mặt cắt có tỷ lệ H/L =
2.4/ 90
Chiều dày ống thép
Thép kết cấu dùng cho vành vòm phù hợp với tiêu chuẩn
ASSHTO M270M Grade 345W hoặc ASTM A709M Grade 345W có
giới hạn chảy tối thiểu fy = 345 MPa.
Theo một số tài liệu Trung Quốc thì có thể lấy chiều dày
vành vòm t = 8  16 mm. chọn chiều dày vành vòm t = 12
mm.
Sơ đồ cáp treo
Dầm dọc bản mặt cầu và hệ thống dầm ngang liên kết
với vòm chủ yếu qua hệ thống cáp treo, bởi vậy cáp treo
phải được bố trí nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong
thi công và khai thác. Bước cáp treo được lựa chọn căn cứ
vào kích thước dầm vành vòm để bố trí đầu neo, khả năng
cẩu lắp dầm ngang và bản mặt cầu.
Bước cáp treo không nên lựa chọn quá dài do sẽ làm tăng
nội lực trong cáp, nhưng cũng không thể quá ngắn vì sẽ làm
tăng số lượng cáp treo. Bước cáp treo được lựa chọn là 5m.
Kết cấu giằng ngang


Vòm ống thép nhồi bêtông có khả năng chòu nén cao, do
đó tính toán ổn đònh trong và ngoài mặt phẳng vòm rất
cần thiết. Mặt cắt ngang vành vòm có hình số 8, độ cứng

trong mặt phẳng vòm lớn hơn nhiều so với độ cứng ngoài
mặt phẳng vòm. Để tăng cường độ cứng này có thể
dùng các thanh giằng ngang nhằm làm giảm chiều dài tự do
của vành vòm. Cấu tạo của giằng ngang là ống thép tròn
nhồi bêtông.
3.ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC TIẾT DIỆN
Mặt cắt ngang các cấu kiện:
Ta lần lượt tính các đặc trưng hình học của các cấu kiện, từ
đó lấy các số liệu đặc trưng hình học để tính tóan.
Vành vòm
t=12mm

t=12mm

Mặt cắt ngang vòm chính
Diện tích ống thép 1000 �12mm :

A s  2 � 12  0.9882  0.0374 mm2
4





Diện tích tiết diện bản thép 600x12mm:
As1=0.6x2x0.012=0.0144 mm2
Quy đổi thép sang bêtông bằng hệ số n 
Es=210000 Mpa,

Es

Ec


E c  0.043 � c � f c'  0.043 �25001.5 � 50  38006.989 Mpa
n

Es
210000

 5.525
E c 38006.989

Diện tích thép sau khi quy đổi sang bêtông:
Asc   As  A s1  �n =(0.0374+0.0144)x5.525=0.286mm 2

Diện tích phần bêtông:

4

Ac= �2 �0.9882 +0.265=1.797mm2
Diện tích mặt cắt vành vòm:
A=Ac+Asc=1.797+0.286=2.083 mm2
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:
Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:
I1= n �2 �0.05 �D 4 �(1  4 )
Trong đó:


d 0.988


 0.988
D
1

I1={5.525x2x0.05x14x(1-0.9884)+0.2066x0.72}=0.1272m4
Mômen quán tính của hai lõi bêtông:
�D 4
3.14 �0.9884
 b 2 �F  2 �
 1.532 �0.7 2  0.844 m4
64
64

I2= 2 �

Mômen quán tính lõi bêtông giữa hai bản thép:
I3=

0.576 �0.53
 6 �103 m4
12

Mômen quán tính của hai bản thép đã quy đổi sang bêtông:
I4=

0.012 �0.63
�5.525 =1.193x10-3m4
12

Suy ra:

Ix=I1+I2+I3+I4=0.1272+0.844+6x10-3+1.193x10-3=0.978 m4
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục y:
Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:
I1=5.525x2x0.05x14x(1-0.9884 )=0.026 m4
Mômen quán tính của hai lõi bêtông:
�D 4
3.14 �0.9884
 2�
 0.0934 m4
64
64

I2= 2 �

Mômen quán tính của hai bản thép đã quy đổi sang bêtông:


�0.6 �0.0123

 7.2 �10 3 �0.2942 � 6.873x10-3m4
� 12


I3= 2 �5.525 ��

Mômen quán tính lõi bêtông giữa hai bản thép:
I4=
Suy ra:

0.5 �0.5763

=7.962x10-3m4
12

Iy=I1+I2+I3+I4=0.026+0.0934+6.873x10-3+7.962x10-

=0.134 m4
Quá trình tính toán tương tự như trên ta tính được đặc trưng hình
học của các mặt cắt còn lại
Thanh giằng ngang vòm chính
3

t=12mm

Mặt cắt ngang thanh giằng chắn gió
Diện tích mặt cắt:
A=1.136m2
Mômen quán tính đối với trục x : Ix=0.5425m4
Mômen quán tính đối với trục y: Iy=0.0424m4
Thanh treo 557

- Môđun đàn hồi
E = 2.1 x 1011 Pa
- Diện tích mặt cắt
A = 0.2117 x10-2 m2
- Độ cứng
EA = 2.1 x 1011 x 0.2117 x 10-2 = 4.4457
x108 KN
Thanh giằng 22 - 75

- Môđun đàn hồi


E = 2.1 x 1011 Pa


- Diện tích mặt cắt
A = 2.419 x10-2 m2
- Độ cứng
EA = 2.1 x 1011 x 2.419 x 10-2 = 5.08 x109
KN
Dầm ngang dự ứng lực

Mặt cắt dầm ngang giữa nhòp
Diện tích mặt cắt:
A= 1.169 m 2
Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.1445 m4
Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.10266 m4
Dầm dọc biên

Mặt cắt dầm dọc biên


Diện tích mặt cắt:
A= 0.8525 m 2
Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.1137 m4
Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.12 m4
Dầm bản mặt cầu biên

Mặt cắt dầm biên bản mặt cầu
Diện tích mặt cắt:
A= 0.169 m 2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00156 m4
Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00373m4
Dầm T bản mặt cầu

Mặt cắt dầm T bản mặt cầu giữa nhòp
Diện tích mặt cắt:
A= 0.1515 m 2
Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00148 m4
Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00431m4


Mặt cắt dầm T bản mặt cầu đầu nhòp
Diện tích mặt cắt:
A= 0.2075 m 2
Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00268 m4
Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00729m4
Dầm ngang tại chân vòm:

Mặt cắt dầm ngang tại chân vòm
Diện tích mặt cắt:
A= 1.844 m 2
Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.263 m4
Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.305m4
3.1.Các đặc trưng vật liệu:
Thép kết cấu
Thép kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709M Grade
345W, hoặc tương đương có các đặc trưng như sau :


-


Môđun đàn hồi
Hệ số giãn nở nhiệt
Giới hạn bền
Giới hạn chảy

E = 200000 MPa
11.7x10-6 mm / mm / oC
fu = 485 MPa.
fy = 345 MPa.

Bêtông
Cường độ chòu nén trụ tròn 28 ngày tuổi đối với :

- Bêtông nhồi vành vòm
f’c = 50 MPa
- Bêtông dầm ngang dầm dọc
f’c = 40 MPa
- Bêtông bản mặt cầu
f’c = 30 MPa
Cáp treo và cáp giằng chân vòm
Cáp treo phù hợp tiêu chuẩn ASTM A421 / ASTM A421M, có các
đặc trưng sau:

- Môđun đàn hồi
- Giới hạn bền
- Giới hạn chảy

E = 200 000 MPa  5%
fs = 1655 MPa.

fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng

thấp)
Cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A822 / ASTM
A822M, có các đặc trưng sau:

- Môđun đàn hồi
- Giới hạn bền
- Giới hạn chảy

E = 197 000 MPa  5%
fs = 1860 MPa.
fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng

thấp)
3.2.Hệ thống chống gỉ:
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, môi trường
khắc nghiệt, nóng và ẩm, bởi vậy hệ thống chống gỉ cho
kết cấu cần phải quan tâm hàng đầu.
Chống gỉ cho thép kết cấu
Kết cấu chòu lực chính của cầu là kết cấu thep, cáp cường
độ cao. Biện pháp chống gỉ cho thép kết cấu được đề xuất
như sau.


Các bề mặt của thép vành vòm sau khi xử lý được bảo vệ
bằng hệ thống sơn 3 lớp có tổng chiều dày 200 m

- Lớp sơn trong dùng loại sơn Epoxy tổng hợp giàu kẽm
(Epoxy Organic Zinc Rich – EZP) dày 100 m


- Lớp sơn giữa dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 m
- Lớp sơn trang trí dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 m
Yêu cầu về sơn lớp ngoài cùng có tuổi thọ tối thiểu 25
đến 30 năm và sau đó phải sơn lại với chu kỳ 8 năm một
lần
Chống gỉ cho cáp treo và cáp giằng
Hệ thống chống gỉ cho các bó cáp treo được thực hiện tại
công xưởng khi chế tạo cáp và neo bao gồm mạ kẽm các
sợi thép cường độ cao 7 mm sau đó các sợi cáp này được
quấn chặt và tạo thành bó cáp được bọc trong hai lớp nhựa
HDPE bảo vệ, ngoài ra từ mặt cầu lên cao 2.5m được bảo
vệ các tác động cơ học khác có thể làm hỏng bó cáp
treo.
Hệ thống bảo vệ chống gỉ cáp giằng chân vòm : các tao
cáp gồm 7 sợi đường kính danh đònh 15.2 mm được duỗi ra và
phun bọc một lớp keo Epoxy sau đó đựơc bọc một lớp nhựa
HDPE chế tạo theo phương pháp ép đùn. Các tao cáp này sẽ
tạo thành các bó cáp và tất cả được đặt trong ống HDPE
bảo vệ. Về nguyên tắc có cấu tạo như cáp dự ứng lực
ngoài.


CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ LAN CAN
Rp
R

Y


Hw

HR

Rw

Sơ đồ tính lan can chòu lực va xe
Để bảo đảm an toàn, lan can phải được thiết kế với tải
trọng va đập của xe cộ. Trò số tải trọng phụ thuộc vào cấp
lan can.
Thông số thiết kế lan can:
+ Chiều cao tường bêtông: Hw = 800 mm
+ Chiều cao thanh lan can: HR = 1050 mm
+ Cường độ chòu kéo của cột, thanh lan can: f u = 260 MPa
1. ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN:
 R Ft
 Y H e

Lan can thiết kế phải thoải mãn điều kiện sau: 

Trong đó:
R: Tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can.
Ft: Lực va ngang của xe vào lan can.
Y: Chiều cao từ mặt cầu đến điểm đặt của lực tác
dụng ngang Ft (mm)


He: Chiều cao từ mặt cầu đến tổng hợp các sức kháng
ngang của các thanh lan can (mm)

2. XÁC ĐỊNH CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:
- Cầu được thiết kế cho đường cao tốc với tổ hợp các xe tải
và các xe nặng:
- Theo bảng A13.7.3.3-1 QT 22TCN 272-05: Cấp lan can là cấp L-3
 Ft 240kN
 H e 810mm

có 

Sức kháng của hệ lan can là tổng hợp sức kháng của
tường chắn, cột và dầm lan can.
3. THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN:
3.1. Sức kháng của tường chắn:
Sức kháng của tường chắn có thể được xác đònh bằng
phương pháp đường chảy như sau:

M c L2c
2

Rw 
 8 M b  8 M w 
2 ( L c  L t ) 
Hw





(13.7.3.4-1)


Trong đó:
Rw: Tổng sức kháng của hệ lan can (N).
Lc: Chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường
chảy (mm).
Lt: Chiều dài phân bố của lực va theo hướng dọc Ft (mm),
điều 13.7.3.3-1.
Mw: Sức kháng uốn của tường theo phương đứng
(Nmm/mm).
Mc: Sức kháng uốn của tường theo phương ngang
(Nmm/mm).
Mb: Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với
Mw tại đỉnh tường (Nmm). Do lan can không có tường đỉnh
nên Mb = 0.
Chiều dài tường giới hạn trên đó xảy ra cơ cấu đường
chảy:
2

L
8 H  M b  M w H 
L 
Lc  t   t  
2
Mc
 2 

(13.7.3.4-2)

Chọn:
- Lớp bêtông bảo vệ
: abv = 25 mm

- Đường kính thanh cốt thép dọc :
: ddọc = 14 mm
- Đường kính thanh cốt thép đứng: dđứng = 14 mm
- Bước thanh cốt đai
: 200 mm


Bả
n mặ
t cầ
u

200

200

Thé
p dọc

800

400

Thé
p đứ
ng

500
300


Hình dạng tường chắn và bố trí thép trong tường chắn
3.1.1. Sức kháng tường đối với trục thẳng đứng:
- Sức kháng của tường đối với trục thẳng đứng phụ thuộc
vào thép ngang trong tường.
- Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chòu nén, sức kháng uốn
dương và âm gần bằng nhau:
- Xác đònh sức kháng thép ngang Mw trên một đơn vò chiều
dài
- Bài toán xác đònh khả năng chòu lực của tiết diện đặt
cốt đơn.
- Ta chia tường thành 3 phần có chiều cao lần lượt là 400 mm,
200mm, 200m như hình vẽ
 Xét phần 1 của tường:
300
- Chiều cao: h = 300 mm
254
46
- Chiều rộng: b = 400 mm
Diện tích thép:
2
2  d doc
2  14 2

= 307.8 mm2
4
4

Thép dọc

Chiều cao khối ứng suất chữ

nhật tương đương:
a

A s f y
'
c

0.85 f b



Thép đứng
307.8 280
= 8.45 mm
0.85 30 400

Do 28 MPa < f c' < 56 MPa, nên:

400

As 


1 0.85 

0.05
0.05
(f c'  28) 0.85 
(30  28) 0.836 Khoảng cách từ mép
7

7
Bố trí thép trên đoạn 1

bêtông chòu nén đến trọng tâm
cốt thép chòu kéo:
d s h  a bv  h dung 

của tường chắn

h doc
14
300  25  14 
= 254 mm
2
2

( a: là khoảng cách từ mép bêtông vùng kéo đến trọng
tâm cốt thép chòu kéo)
a
8.45

10.107
1 0.836
C c 10.107

0.039
ds
254
Cc
0.45

Suy ra:
ds
Cc 

a
2

280
8.45
(254 
) = 19378.68
1000
2

Nên: M w  A s f y (d s  ) 0.9 307.88 

kNmm
(Lấy hệ số kháng uốn  0.9 )
 Xét phần 2 của tường:
Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi.
300  500
= 400 mm
2

Chiều rộng: b = 200 mm
Diện tích thép:
2
 d doc
 14 2


= 153.94 mm2
4
4
A s f y
153.94 280
a

= 8.45 mm2
'
0.85 f c b 0.85 30 200

As 

Khoảng cách từ mép bêtông chòu
nén đến trọng
tâm cốt thép chòu kéo:
d s h  a bv  d dung 

300

100

200

Có: Chiều cao: h 

500

Tiết diện qui đổi trong phần
2 của tường chắn


d doc
14
400  25  14 
= 354 mm
2
2

a
8.45

10.107
1 0.836
C c 10.107

= 0.028
ds
354
Cc
0.45
Suy ra:
ds
Cc 

400
46

200

354


Hình I.5: Bốtrí thé
p trê
n phầ
n2
củ
a tườ
ng chắ
n


Nên: M w  A s f y (d s 

a
280
8.45
) 0.9 153.94 
(354 
) = 13568.58
2
1000
2

(Nmm)
 Xét phần 3 của tường:
- Chiều cao: h = 500 mm
- Chiều rộng: b = 200 mm
Diện tích thép:

2

 d doc
 14 2
= 153.94 mm2

4
4
A s f y
153.94 280
a

= 8.45 mm2
'
0.85 f c b 0.85 30 200

500
454

Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén
đến
trọng tâm cốt thép chòu kéo:
d s h  a bv  d dung 

d doc
14
500  25  14 
= 454 mm
2
2

46


200

As 

Hình I.6: Bốtrí thé
p trê
n phầ
n3
củ
a tườ
ng chắ
n

a
8.45

10.107
1 0.836
C c 10.107

0.022
ds
454
Cc
0.45
Suy ra:
ds
Cc 


a
2

280
8.45
(454 
) = 17447.82
1000
2

Nên: M w  A s f y (d s  ) 0.9 153.94 

kNmm
Vậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:
3

M w H  M iw M 1w  M 2w  M 3w = 19378.68 + 13568.58 + 17447.82 =
i 1

50395.07 kNmm
Bảng tổng hợp giá trò M w H :
Chie
Phâ
àu
Diệ
n
cao n tích
đoạn
phâ cốt
gờ

n
thé
bêto
đoạn p As
âng
h
mm
mm2

Chie
àu
cao

hiệ
ud
mm

a

A s f y
'
c

0.85 f h

mm

a

M wi H i A s f y  d s  

2


M w H  M

kNmm

kNmm


1

400

2

200

3

200

307.
88
153.
94
153.
94

254


8.45

354

8.45

454

8.45

19378.68
13568.58

50395.07

17447.82

3.1.2. Sức kháng tường đối với trục ngang:
Sức kháng uốn của tường đối với trục ngang phụ thuộc vào
thép đứng trong tường.
Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chòu nén, sức kháng uốn
dương và âm gần bằng nhau:
Xác đònh sức kháng thép ngang Mc trên một đơn vò chiều
đứng.
Bài toán xác đònh khả năng chòu lực của tiết diện đặt cốt
đơn.
 Xét phần 1 của tường:
Các giá trò tính toán:
Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong

phương pháp tính cốt đơn):
b = 1 mm
Chiều rộng trụ bêtông ( chính là chiều cao h tính toán trong
phương pháp tính cốt đơn):
h = 300 mm
Diện tích thép:
2

 d dung
1
1
 14 2
= 0.77 mm2



200
4
200
4
A s f y
0.77 280
a

= 8.45 mm2
'
0.85 f c b 0.85 30 1
As 

Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng tâm cốt

thép chòu kéo:
d s h  a bv 

d dung

300  25 

14
= 268 mm2
2

2
a
8.45
Cc  
= 10.107
1 0.836
C c 10.107

= 0.0377
ds
268
Cc
0.45
Suy ra:
ds
a
280
8.45
(268 

) = 51.16 kNmm/mm
Nên: M c  A s f y (d s  ) 0.9 0.77 
2
1000
2


(Lấy hệ số kháng uốn  0.9 )
 Xét phần 2 của tường:
Các giá trò tính toán:
Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong
phương pháp tính cốt đơn):
b = 1 mm
Chiều rộng trụ bêtông ( chính là chiều cao h tính toán trong
phương pháp tính cốt đơn):
Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi:
h

300  500
= 400 mm
2

Diện tích thép:
2

 d dung
1
1
 14 2
= 0.77 mm2

As 



200
4
200
4
A s f y
0.77 280
a

= 8.45 mm
'
0.85 f c b 0.85 30 1

Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng tâm cốt
thép chòu kéo:
d s h  a bv 

d dung
2

400  25 

14
= 368 mm
2

a

8.45

10.107
1 0.836
C c 10.107

0.027
ds
368
Cc
0.45
Suy ra:
ds
a
280
8.45
(368 
) = 70.56 kNmm/mm
Nên: M c  A s f y (d s  ) 0.9 0.77 
2
1000
2
Cc 

 Xét phần 3 của tường:
Các giá trò tính toán:
Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong
phương pháp tính cốt đơn):
b = 1 mm
Chiều rộng trụ bêtông ( chính là chiều cao h tính toán trong

phương pháp tính cốt đơn):
h = 500 mm
Diện tích thép:
2

 d dung
1
1
 14 2
= 0.77 mm2
As 



200
4
200
4
A s f y
0.77 280
a

= 8.45 mm
'
0.85 f c b 0.85 30 1


×