Đồ án cầu thép liên hợp bản bê tông cốt thép

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

Mục lục
PHẦN I – THIẾT KẾ SƠ BỘ.........................................................................4
CHƯƠNG 1. ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP
KẾT CẤU................................................................................................................... 4
1.1. Đánh giá điều kiện địa hình:......................................................................4
1.2. Các giải pháp kết cấu:...............................................................................4
CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ........................................5
2.1. Phương án I:..............................................................................................5
2.2. Phương án II:.............................................................................................6

PHẦN II – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP
LIÊN HỢP BẢN BTCT........................................................................................8
CHƯƠNG 1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU......................................8
1.1. Số liệu chung.............................................................................................8
1.2. Tính chất vật liệu chế tạo dầm...................................................................8
1.3. Xác định các hệ số tính toán .....................................................................9
CHƯƠNG 2. KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ................................10
2.1. Chiều dài tính toán KCN.........................................................................10
2.2. Lựa chọn số dầm chủ trên mặt cắt ngang................................................10
2.3. Qui mô thiết kế mặt cắt ngang cầu .........................................................11
2.4. Chiều cao dầm chủ..................................................................................12
2.5. Cấu tạo bản bê tông mặt cầu....................................................................13
2.6. Tổng hợp kích thước dầm chủ.................................................................14
CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ15
3.1. Các giai đoạn làm việc cảu dầm liên hợp................................................15
3.2. Xác định dặc trung hình học của mặt cắt giai đoạn I...............................18
3.3. Xác đinh các dặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II.......................20

3.4. Xác định dặc trưng hình học ở giai đoạn chảy dẻo..................................34
CHƯƠNG 4. XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ...............40
4.1. Cấu tạo hệ liên kết trong kết cấu nhịp.....................................................40
4.2. Xác định tĩnh tải giai đoạn I....................................................................49
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

4.3. Xác định tĩnh tải giai đoạn II...................................................................50
CHƯƠNG 5. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG....................................52
5.1. Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy.............................52
5.2. Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93...................................................54
5.3. Tổng hợp hệ số phân bố ngang................................................................56
CHƯƠNG 6. TÍNH TOÁN NỘI LỰC...............................................................58
6.1. Các mặt cắt tính toán nội lực...................................................................58
6.2. Đường ảnh hưởng nội lực........................................................................59
6.3. Xác định nội lực tại các mặt cắt...............................................................61
CHƯƠNG 7. KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ...74
7.1. Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt..............................................74
7.2. Kiểm tra độ mảnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc..................................74
7.3. Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc...........................75
7.4. Kiểm tra tương tác giữa sườn dầm với bản cánh chịu nén của mặt cắt đặc
chắc....................................................................................................................... 75
CHƯƠNG 8. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I.............76
8.1. Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ...................................................76

8.1.1. Xác định sức kháng uốn danh định............................................................76
8.1.2. Xác định sức kháng uốn tính toán...............................................................77

8.2. Kiểm toán sức kháng cắt của dầm chủ....................................................78
CHƯƠNG 9. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI............................82
9.1. Nguyên tắc tính toán...............................................................................82
9.2. Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do uốn..............................................82
9.3. Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do cắt................................................84
CHƯƠNG 10. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG................85
10.1. Kiểm tra độ võng kết cấu nhịp...............................................................85
10.2. Kiểm tra dao động kết cấu nhịp.............................................................92
CHƯƠNG 11. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG...................93
11.1. Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt gối...........................................93
11.2. Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt trung gian................................98
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

CHƯƠNG 12. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT............................102
12.1. Nguyên tắc chung................................................................................102
12.2. Xác định các tải trọng tác dụng lên neo...............................................102
12.3. Xác định khả năng chịu lực của neo....................................................104
12.4. Bố trí neo.............................................................................................106
12.5. Kiểm tra neo đinh mũ theo TTGH mỏi................................................107
CHƯƠNG 13. TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG......108

13.1. Lực tác dụng lên liên kết.....................................................................108
13.2. Xác định chiều cao đường hàn.............................................................111
CHƯƠNG 14. TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM.................................................113
14.1. Khả năng chịu lực của bulông.............................................................113
14.2. Tính toán mối nối bản bụng.................................................................115
14.3. Tính toán mối nối bản cánh.................................................................120
CHƯƠNG 15. TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU................................................124
15.1. Cấu tạo bản mặt cầu............................................................................124
15.2. Xác định nội lực bản mặt cầu..............................................................125
15.3. Tính toán và bố trí cốt thép bản...........................................................135

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

PHẦN I - THIẾT KẾ SƠ BỘ
* PHƯƠNG ÁN I

: CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

* PHƯƠNG ÁN II

: CẦU DẦM BTCT DƯL

1 CHƯƠNG 1. ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP

KẾT CẤU.
1.1. Đánh giá điều kiện địa hình:
Mặt cắt dọc sông khá đối xứng, do đó rất thuận tiện cho việc bố trí kết cấu nhịp
đối xứng.
Sông cấp V, chiều rộng khổ gầm cầu là 25 m và khẩu độ cầu L 0=124.64 m nên
chọn những giải pháp kết cấu phù hợp với điều kiện thi công.
Nhận xét:
Nói chung với địa chất lòng sông lòng sông như vậy ta thấy rất thuận lợi cho việc
thi công, tuy giá thành củng như việc thi công cọc khoan nhồi đắt tiền và phức tạp hơn
nhiều so với cọc đóng, nhưng khi dùng cọc khoan nhồi thì sẽ giảm bớt số lượng cọc và
khả năng chịu tải lớn hơn so với cọc đóng, do đó trong hai phương án cầu ta sử dụng
cọc đóng bê tông cốt thép.
1.2. Các giải pháp kết cấu:
1.2.1. Nguyên tắc chung:
– Đảm bảo mọi chỉ tiêu kỹ thuật đã được duyệt.
– Kết cấu phải phù hợp với khả năng và thiết bị của các đơn vị thi công.
– Ưu tiên sử dụng các công nghệ mới tiên tiến nhằm tăng chất lượng công trình,
tăng tính thẩm mỹ. I – I
– Quá trình khai thác an toàn, thuận tiện và kinh tế.
1.2.2. Giải pháp kết cấu công trình:
*Kết cấu thượng bộ:
– Giải pháp giản đơn kết cấu ƯST để so sánh chọn phương án. ƯST để so sánh
chọn phương án
*Kết cấu hạ bộ:
– Dùng móng cọc
– Kết cấu mố chọn loại mố chữ U
– Dùng trụ cầu toàn khối cho kết cấu cầu đơn giản.
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

2 CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

Trên cơ sở phân tích và đánh giá ở phần trên, ta đề xuất các phương án vượt sông
như sau:
2.1. Phương án I:
– Loại cầu : cầu dầm thép liên hợp bản BTCT
– Mô tả kết cấu phần trên:
+ Sơ đồ nhịp : Sơ đồ cầu giản đơn 4 nhịp: 4x30 (m).
+ Tiết diện chữ I
+ Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300.
+ Các lớp mặt cầu gồm : Lớp BT nhựa
Lớp phòng nước
Lớp tạo độ dốc
– Mô tả kết cấu phần dưới :
+ Dạng mố: Mố công xon BTCT – tường cánh xiên
+ Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp.
+ Móng: Cọc đóng dài 24m. D=45cm
– Đường dẫn hai đầu cầu:
+ Lớp BTN mịn 5cm.
+ Lớp BTN thô 7cm.
+ Lớp CPĐD dày 30cm.
+ Lớp CP đất đồi K98.
+ Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95.

– Phương pháp thi công chỉ đạo :
+ Dầm thép chữ I được lắp ráp trong xưởng và vận chuyển tới chân cầu, dùng
cần cẩu lao lắp
+ Thi công cọc: Dùng mày đóng cọc BTCT
+ Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu
có), đập bêtông đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đổ
bêtông.

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

+ Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông thân
trụ.
2.2. Phương án II:
– Loại cầu: Cầu giản đơn BTCT DƯL
– Mô tả kết cấu phần trên :
+ Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu 4 nhịp: 4x30 (m).
+ dầm chữ I BTCT DƯL
+ Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300.
+ Các lớp mặt cầu gồm: Lớp BT nhựa
Lớp phòng nước
Lớp tạo độ dốc
– Mô tả kết cấu phần dưới:
+ Dạng mố: Mố chữ U cải tiến BTCT

+ Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp.
+ Móng: Móng cọc BTCT
– Đường dẫn hai đầu cầu :
+ Lớp BTN mịn 5cm.
+ Lớp BTN thô 7cm.
+ Lớp CPĐD dày 30cm.
+ Lớp CP đất đồi K98.
+ Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95.
– Phương pháp thi công chỉ đạo:
+ Dầm BTCT chữ I được đúc trên bờ, dùng cần cẩu lao lắp lên nhịp.
+ Thi công cọc đóng BTCT
+ Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu
có), đập bêtông đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đổ
bêtông.
+ Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông thân trụ.

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

Trang 7

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

PHẦN II - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM
THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT
1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU

1.1. Số liệu chung
- Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép – BTCT
- Tần suất thiết kế:

P

=

- Quy trình thiết kế:

22TCN 272-05

- Chiều dài nhịp:

L

- Điều kiện thông thuyền:

Sông thông thuyền cấp V

=

1%

30

m

+ Bề rộng thông thuyền:

Btt

=

25

m

+ Tĩnh không thông thuyền:

Htt

=

3.5 m

- Khổ cầu: 7+2x1,5m:
+ Bề rộng phần xe chạy:

Bxe =

7

+ Lề người đi bộ: 2x1,5m:

ble

=

2x1.5 m

+ Chân lan can: 2x0,5m:

blc

=

2x0.5 m

+ Vạch sơn:

bw

=

2x0,2 m

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau= 7+2x1.5+2x0.5

Bcau =

– Hoạt tải thiết kế:

11

m

m

0.65HL 93 + 3 KN/ m

2

1.2. Tính chất vật liệu chế tạo dầm.
– Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa.
– Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa.
– Vật liệu chế tạo bản mặt cầu :
'
+ Cường độ chịu nén của bản bê tông tuổi 28 ngày : f c = 30 Mpa.

+ Trọng lượng riêng của bản bê tông :c = 2,4 T/m3 = 24 kN/m3.
+ Mô đun đàn hồi của bêtông được tính theo công thức: (5.4.2.3)

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

Eb  0, 043*  1,5 c f c'  0, 043* 24001,5 30  27691.5Mpa
– Vật liệu thép chế tạo dầm: Loại thép sử dụng (cấp): 345:
+ Cường độ chảy nhỏ nhất của thép : fy = 345 Mpa.
3
3


7850
kG
/
m

78,5
kN
/
m
t
+ Trọng lượng riêng thanh thép

+ Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: fu = 450 Mpa.
+ Mô đun đàn hồi của thép: Et = 2,0x 105 Mpa.
1.3. Xác định các hệ số tính toán.
– Hệ số tải trọng :
+ Tĩnh tải giai đoạn I:

1=1,25 và 0,9.

+ Tĩnh tải giai đoạn II :

2 = 1,5 và 0,65.

+Hoạt tải 0.65HL 93 và đoàn người : h=1,75 và 1,0
– Hệ số xung kích: 1+IM
Chỉ xét hệ số xung kích cho xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế không kể lực ly
tâm và lực hãm.
Không áp dụng hệ số xung kích cho tải trọng làn và tải trọng người đi.
Trừ mối nối bản mặt cầu, tất cả các bộ phận khác của kết cấu nhịp có hệ số xung
kích như sau:
TTGH

Cường độ

Sử dụng

Mỏi

1+IM

1.25

1.25

1.15

– Hệ số làn: Trong mỗi trường hợp tải trọng nếu chiều dài nhịp L tt  25m thì phải
xét thêm hệ số làn xe m (giá trị này mặt định là 1).
+ Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 thì hệ số làn m được lấy như sau:

Bảng hệ số làn xe m
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ
Số làn n

Hệ số làn m

1

1,2

2

1,0

3

0,85

>3

0,65

+ Ở đây do cầu được thiết kế 2 làn nên ta lấy hệ số làn: m =1
2 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ

2.1. Chiều dài tính toán KCN
– Chiều dài nhịp: L= 30 m
– Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 m
Chiều dài tính toán KCN:

Ltt = L-2a = 30 – 0,3x2 = 29.4 m

2.2. Lựa chọn số dầm chủ trên mặt cắt ngang
2.2.1. Trường hợp số dầm ít: ndc=2 4
– Ưu điểm: giảm chi phí thép chế tạo dầm và giảm chi phí thi công cầu.
– Nhược điểm: Nội lực trong dầm lớn do đó phải tăng chiều cao dầm dẫn đến tăng
chiều dài cầu cũng như chiều cao đất đắp nền đường đầu cầu tăng tổng chi phí xây
dựng công trình.
– Trong trường hợp số dầm ít thì hệ số phân bố ngang thường được tính theo
phương pháp đòn bẩy.
2.2.2. Trường hợp số dầm nhiều: ndc >4
– Ưu điểm: Nội lực trong dầm nhỏ do đó giảm chiều cao dầm cũng như chiều dài
cầu và chiều cao đất đắp nền đường đầu cầu do đó giảm được tổng chi phí xây dựng
công trình.
– Nhược điểm: Tăng chi phí vật liệu thép chế tao dầm cũng như chi phí thi công
KCN do số cụm dầm phải lao lắp lớn hơn và đồng thời tăng tĩnh tải mặt cầu.
– Khi lựa chọn số dầm nên đảm bảo khoảng cách giữa các dầm S =1.22.4 m là
hợp lý nhất, không nên thiết kế khoảng cách giữa các dầm chủ lớn hơn 3m ,vì khi đó
bản mặt cầu làm việc rất bất lợi. Đồng thời liên kết ngang giữa các dầm kém nên
không đảm bảo độ cứng cho kết cấu nhịp, khi đó cầu sẽ bị dao động lớn.
Trong bài toán thiết kế này căn cứ vào bề rộng thiết kế của cầu bằng 10.5m nên ta
chọn trường hợp số dầm chủ nhiều: n = 4 dầm chủ.
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 10

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

2.3. Qui mô thiết kế mặt cắt ngang cầu .
– Mặt cắt ngang cầu:

Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp
Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu
CÁC KÍCH THƯỚC

KÍ HIỆU

GIÁ TRỊ

ĐƠN VỊ

Bề rộng làn xe chạy

Bxe

700

cm

Số làn xe thiết kế

n1

2

làn

Lề người đi bộ

ble

2x150

cm

Chiều rộng chân lan can

bclc

2x50

cm

Chiều cao chân lan can

hclc

50

cm

Chiều rộng toàn cầu

Bcau

1100

cm

Số dầm chủ thiết kế

n

5

dầm

Khoảng cách giữa các dầm chủ

S

220

cm

Chiều dài cánh hẫng

de

110

cm

Vạch sơn

bw

20

cm

2.4. Chiều cao dầm chủ
– Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào:
+ Chiều dài nhịp tính toán: Ltt
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang.
+ Quy mô của tải trọng khai thác.
– Xác định chiều cao của dầm chủ theo điều kiện cường độ:
Mu ≤ Mr
Trong đó:
+ Mu: Momen tính toán lớn nhất do tải trọng sinh ra.
+ Mr: Sức kháng uốn lớn nhất của mặt cắt dầm chủ.
– Xác định chiều cao của dầm chủ theo điều kiện độ cứng (độ võng):
∆LL ≤ [∆]

Trong đó:
+ ∆LL: Là độ võng của kết cấu nhịp do hoạt tải.
+ [∆]: Độ võng cho phép:
1.Tải trọng xe nói chung:
2. Tải trọng xe, tải trọng người đi bộ hoặc kết hợp cả hai tải trọng này:

– Xác định chiều cao dầm thép theo kinh nghiệm:
+ Chiều cao dầm thép :
+ Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp :
Với: Hsb: Là chiều cao dầm thép (Steel beam).
Hcb: Là chiều cao dầm liên hợp (Composite Beam).
– Ngoài ra việc lựa chọn chiều cao dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng của các
bản thép hiện có trên thị trường để tránh việc phải cắt ghép bản thép 1 cách bất hợp lý.
– Trong bước tính toán sơ bộ ta chon chiều cao dầm thép theo công thức:

Chọn chiều cao dầm thép:
+ Chiều cao bản bụng:

Dw = 140 cm.

+ Chiều dày bản cánh trên (Top flange):

tt

+ Chiều dày bản cánh dưới (Bottom flange): tb
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

=

3 cm.

= 4 cm.
Trang 12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

+ Chiều cao toàn bộ dầm thép: Hsb = 140 + 3 + 4 = 147 cm = 1.47 m.
2.5. Cấu tạo bản bê tông mặt cầu
– Kích thước của bản bê tông xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng
của tải trọng cục bộ.
– Chiều bản thường chọn: ts = (16 ÷25) cm.
– Theo quy định của 22TCN 272-05 thì chiều dày của bản bê tông mặt cầu phải
lớn hơn 175 mm. Đồng thời còn phải đảm bảo theo điền kiện chịu lực và thường lấy
theo bảng 5.1 (A2.5.2.6.3-1).
=> Ở đây ta chọn chiều dày bản bê tông mặt cầu lan ts = 20 cm.
– Bản bê tông có thể cấu tạo vút dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn
hoặc có thể không cần cấu tạo vút. Mục đích của việc cấu tạo vút bản bêtông lá nhằm
tăng chiều cao dầm => tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí hệ neo
liên kết.
– Kích thước cấu tạo bản bêtông mặt cầu:
+ Chiều dày bản bêtông:

ts = 20 cm.

+ Chiều dày vút bản:

th = 10 cm.

+ Bề rộng vút bản:

bh = 10 cm.

+ Chiều dài phần cánh hẫng:

de = 110 cm.

+ Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 110 cm
2.6. Tổng hợp kích thước dầm chủ
– Mặt cắt ngang dầm chủ:

MẶT CẮT NGANG DẦM BIÊN

MẶT CẮT NGANG DẦM TRONG

– Cấu tạo bản bụng (web)
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

+ Chiều cao bản bụng:

Dw = 140 cm

+ Chiều dày bản bụng:

tw = 2 cm

– Cấu tạo bản cánh trên: do có bản bê tông chịu nén nên bản cánh trên của dầm
thép chỉ cần cấu tạo đủ để bố trí neo liên kết với bản bê tông, vì vậy kích thước của
bản cánh trên thường nhỏ hơn kích thước của bản cánh dưới:
+ Bề rộng bản cánh trên:

bc = 40 cm

+ Số tập bản cánh trên:

nc = 1

+ Chiều dày một bản:

t = 3 cm

+ Tổng chiều dày bản cánh trên: tc = 1 x 3 = 3 cm
– Cấu tạo bản cánh dưới:
+ Bề rộng bản cánh dưới:

bt = 70 cm

+ Số tập bản cánh dưới:

nt = 1

+ Chiều dày một bản:

t = 4 cm

+ Tổng chiều dày bản cánh dưới: tt = 1 x 4 = 4 cm
– Tổng chiều cao dầm thép: Hsb = 140+3+7 = 147 cm
– Cấu tạo bản bê tông:
+ Chiều dày bản: ts = 20 cm,
+ Chiều cao vút bản: th = 10 cm
– Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp: Hcb = 147 + 10 + 20 = 177 cm
Bảng kết quả tính toán

CÁC KÍCH THƯỚC

KÍ HIỆU

GIÁ TRỊ

ĐƠN VỊ

Chiều cao bản bụng

Dw

140

cm

Chiều dày bản bụng

tw

2

cm

Bề rộng bản cánh trên

bc

40

cm

Số tập bản cánh trên

n

1

Chiều dày một bản

t

3

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

cm
Trang 14

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

Tổng chiều dày bản cánh trên

tc

3

cm

Bề rộng bản cánh dưới

bt

70

cm

Số tập bản cánh dưới

n

1

Chiều dày một bản

t

4

cm

Chiều dày bản cánh dưới

tt

4

cm

Chiều cao dầm thép

Hsb

147

cm

Chiều cao toàn bộ dầm chủ

Hcb

177

cm

3 CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM

CHỦ
3.1. Các giai đoạn làm việc cảu dầm liên hợp.
Tuỳ theo biện pháp thi công kết cấu nhịp mà cầu dầm liên hợp có các giai đoạn
làm việc khác nhau. Do đó khi tính toán thiết kế cầu dầm liên hợp phải phân tích rõ
quá trình hình thành kết cấu trong các giai đoạn làm việc từ khi chế tạo, thi công đến
khi đưa vào khai thác sử dụng.
3.1.1. Trường hợp 1
Cầu dầm liên hợp thi công theo phương pháp lắp ghép hay lao kéo dọc không có
đà giáo hay trụ đỡ ở dưới. Trong trường hợp này dầm làm việc theo 2 giai đoạn.

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

Giai đoạn 1: Khi thi công xong dầm thép.
– Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt dầm thép.
– Tải trọng tính toán: Tĩnh tải giai đoạn 1.
1.Trọng lượng bản thân dầm.
2.Trọng lượng hệ liên kết dọc và ngang.
3.Trọng lượng bản bêtông và những phần bê tông được đổ cùng bản
Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu
ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT.
– Mặt cắt tính toán là mặt cắt Thép – BTCT.

– Tải trọng tính toán.
1. Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan
can, gờ chắn bánh.
2. Hoạt tải

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

ts

bs

Mặt cắt tính toán GĐ I

tw

Hsb
Hcb

I

Dw

I

Z1

II

Y1

II

tt

tt
bt

Dc2

tc
Dw
Hsb

I

Y1

I

Dc1

tc

tw

th

bc

bc

bt
Mặt cắt tính toán GĐ II

3.1.2. Trường hợp 2
Cầu dầm liên hợp thi công bằng phương pháp lắp ghép trên đà giáo cố định hoặc
có trụ tạm đỡ dưới.

Giai đoạn 1: Trong quá trình thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp và
tải trọng thi công sẽ do đà giáo chịu, như vậy giai đoạn này mặt cắt chưa làm việc.
Giai đoạn 2: Sau khi dỡ đà giáo thì trọng lượng của kết cấu nhịp mới truyền lên
các dầm chủ, mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp. Như vậy tải
trọng tác dụng lên dầm gồm:
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

+ Tĩnh tải giai đoạn I.

+ Tĩnh tải giai đoạn II.
+ Hoạt tải.
Kết luận:
Giả thiết cầu được thi công bằng phương pháp lắp ghép bằng cần cẩu nên dầm làm
việc theo hai giai đoạn ở trong trường hợp 1.
3.2. Xác định dặc trung hình học của mặt cắt giai đoạn I
Giai đoạn 1: Khi thi công dầm thép và đã đổ bản bêtông mặt cầu, tuy nhiên giữa
dầm thép và bản mặt cầu chưa tạo ra hiệu ứng liên hợp.
– Mặt cắt tính toán: Mặt cắt dầm thép.

I

tt

Y1

I

Dw
H sb

tw

D c1

tc

bc

bt

– Diện tích mặt cắt.
A NC  b c �t c  D w �t w  b t �t t  40 �3  140 �2  70 �4  680(cm 2 )

– Xác định mômen tĩnh của tiết diện với trục đi qua đáy dầm thép.
t �
t
�
�D
�
So  b c �t c ��
H sb  c � D w �t w �� w  t t � b t �t t � t
2�
2
�
�2
�
3�
140
4
�
�
�
So  40 �3 �
147  � 140 �2 ��  4 � 70 �4 �  38740(cm 3 )
2�
2
�
�2
�
�

– Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I.

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ
Y1 

So
38740

 56.97(cm)
A NC
680

– Chiều cao sườn dầm chịu nén.
Dc1  Hsb  t c  Y1  147  3  56.97  87.03(cm)

– Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I:

Yt1  H sb  Y1  147  56.97  90.03(cm)
– Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I:

Yb1  Y1  56.97(cm)
– Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I

+ Mômen quán tính bản bụng:
Iw 

t w �D w 3
D
 t w �D w �( w  t t  Y1 )2
12
2
2



2 �1403
140
�
�
 2 �140 ��  3  56.97 � 538533.58(cm 4 )
12
�2
�

+ Mômen quán tính bản cánh trên.
b c �t 3c
t
Icf 
 bc �t c �(H sb  Y1  c ) 2
12
2
2

40 �33
3�
�

 40 �3 ��
147  56.97  � 940584.81(cm 4 )
12
2�
�

+ Mômen quán tính bản cánh dưới.
b t �t 3 t
t
70 �43
3
 b t �t t �(Y1  t ) 2 
 70 �4 �(56.97  ) 2
12
2
12
2
4
 846467.69(cm )
I tf 

+ Mômen quán tính của tiết diện dầm thép.
I NC  I W  I cf  I tf  538533.58  940584.81  846467.69  2325586.08
 2325586.08(cm 4 )

– Xác định mômen tĩnh của phần trên mặt cắt dầm thép đối với TTH I-I.

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

t �
D2
�
SNC  bc �t c ��
Hsb  Y1  c � t w � C1
2�
2
�
3�
87.032
�
 40 �3 ��
147  56.97  � 2 �
 18197.65(cm 3 )
2
2
�
�

– Mômen quán tính của mặt cắt dầm thép đối với trục Oy.

t c �b3c D w �t 3w t t �b3t 3 �403 140 �2 3 4 �703
IY 





 130426.67(cm 4 )
12
12
12
12
12
12

Bảng kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I
CÁC KÍCH THƯỚC

KÍ HIỆU

GIÁ TRỊ

ĐƠN VỊ

Diện tích mặt cắt dầm thép

ANC

680

cm2

Mômen tĩnh mặt cắt đối với đáy dầm

So

38740

cm3

Khoảng cách tứ đáy dầm đến TTH I-I

Y1

56.97

cm

Chiều cao phần sườn dầm chịu nén

Dc1

87.03

cm

KC từ mép trên dầm thép đến TTH I-I

Y1t

90.03

cm

KC từ mép dưới dầm thép đến TTH I-I

Y1b

56.97

cm

Mômen quán tính phần bản bụng

Iw

538533.58

cm4

Mômen quán tính phần cánh trên

Icf

940584.81

cm4

Mômen quán tính phần cánh dưới

Itf

846467.69

cm4

Mômen quán tính dầm thép

INC

2325586.08

cm4

Mômen tĩnh mặt cắt đối với TTH I-I

SNC

18197.65

cm3

MMQT của măt cắt đối với trục Oy

Iy

130426.67

cm3

3.3. Xác đinh các dặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II
3.3.1. Mặt cắt tính toán giai đoạn II
Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu
ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT.
Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp
� Đặc trưng hình học giai đoạn này là ĐTHH của mặt cắt liên hợp.

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

3.3.2. Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông.
Trong tính toán không phải toàn bộ bản bêtông mặt cầu tham gia làm việc chung
cùng với dầm thép theo phương dọc cầu. Bề rộng bản bêtông làm việc chung cùng với
dầm thép hay còn gọi là bề rộng có hiệu, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài tính
toán của nhịp, khoảng cách giữa các dầm chủ và bề dày bản bêtông mặt cầu.
Theo 22TCN272 – 05 bề rộng bản cánh lấy như sau:

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

1
1
L tt  �2940  367.5(cm)
8

+) 8
�1
�1
t
�20
w
�
�
�2
�2
6t s  max �  6 �20  max �
 120  10  130(cm)
�1 b
�1 �40
�4 c
�4
+)
tw=2
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

+) d e  110(cm)
Vậy: b1  110(cm)
Xác định b2: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

1
1
L tt  �2940  367.5(cm)
8
+) 8
�1
�1
tw
�20
�
�
�2
�2
6t s  max �  6 �20  max �
 120  10  130(cm)
1
1
�b
� �40
c
�
4
�4
+)

S 220

 110(cm)
2

+) 2
.
Vậy: b 2  110(cm)
�

Bề

rộng

tính

toán

của

bản

cánh

dầm

biên:

bs  b1  b2  110  110  220( cm )
� Bề rộng tính toán của bản cánh dầm trong: bs  2 �b2  2 �110  220( cm )

Trong đó :

+ Ltt : Chiều dài nhịp tính toán
+ ts : Chiều dày bản bê tông mặt cầu

+ bs : Bề rộng tính toán của bản bê tông
+ S : Khoảng cách giữa các dầm chủ
+ bc : Bề rộng bản cánh chịu nén của dầm thép
+ tw : Chiều dày bản bụng của dầm thép
+ d e : Chiều dài phần cánh hẫng

3.3.3. Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép.
Vì tiết diện liên hợp có hai loại vật liệu là thép và bêtông nên khi tính toán đặc
trưng hình học ta tính đổi về một loại vật liệu. Ta tính đổi phần bê tông sang thép dựa
vào hệ số n là tỷ số giữa môdun đàn hồi của thép và bêtông.
SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

Bảng: Hệ số quy đổi từ thép sang bêtông
STT

f c ' (MPa)

n

n '  3n

1

16 ≤ f'c < 20

10

30

2

20 ≤ f'c < 25

9

27

3

25 ≤ f'c < 32

8

24

4

32 ≤ f'c < 41

7

21

5

41 ≤ f'c

6

18

Với f c  30Mpa Ta lấy hệ số quy đổi từ bêtông sang thép là: n=8 (không xét hiện
tượng từ biến trong bêtông) và n’=24 (có xét tới hiện tượng từ biến trong bêtông)
'

3.3.4. Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm
3.3.4.1. Cấu tạo của dầm biên
a) Mặt cắt tính toán

b) ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 23


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

-Lưới cốt thép phía trên:
+ Đường kính cốt thép:   12mm

�1.22
a
 1.131(cm 2 )
4
+ Diện tích mặt cắt ngang một thanh:
+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 11 thanh
+ Khoảng cách giữa các thanh: @= 20 (cm)
2
+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: A rt  11�1.131  12.411(cm )

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông: a rt  5(cm)
– Lưới cốt thép phía dưới:
+ Đường kính cốt thép:   12(mm)

�1.22
a
 1.131(cm 2 )
4
+ Diện tich mặt cắt ngang một thanh:
+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 11 thanh
+ Khoảng cách giữa các thanh: @= 20 (cm)
2
+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: A rb  11 �1.131  12.441(cm )

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông: a rb  5(cm)
– Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:
A r  A rt  A rb  12.441  12.441  24.882(cm 2 )

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

GVHD: HỒ VĨNH HẠ

– Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép bản đến mép trên của dầm thép:
Yr 

A rt �(t s  t h  a rt )  A rb �(a rb  t h ) 12.441� 20  10  5   12.441�(5  10)

 20(cm)
A rt  A rb
24.882

Trong đó:
+ nrt ; drt ; Art : Số thanh, đường kính và diện tích cốt thép ở lưới trên.
+ nrb ; drb ; Arb : Số thanh, đường kính và diện tích cốt thép ở lưới dươí.
+ art ; arb: Khoảng cách từ tim lưới cốt thép trên và dưới đến mép trên bản
bêtông.
+ ts : Chiều dày bản bêtông.
+ th Chiều dày của vút dầm.
+ Yr : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép trong bản đến mép trên dầm thép.
c) ĐTHH của mặt cắt liên hợp ngắn hạn:
– Mặt cắt liên hợp ngắn hạn được sử dụng để tính toán đối với các tải trọng ngắn
hạn như hoạt tải, trong giai đoạn này không xét tới hiện tượng từ biến.
– Tính diện tích bản bêtông.
+ Diện tích bản bêtông:
Aso = bs �ts = 220 �20 = 4400cm2

+ Diện tích phần vút của bản bêtông:

1
1
A h  bc �t h  2 � �bh �t h  40 �10  2 � �10 �10  500(cm 2 )
2
2
+Diện tích toàn bộ bản bêtông:

1
1
AS  bs �t s  b c �t h  2 � �b h �t h  220 �20  40 �10  2 � �10 �10  4900(cm 2 )
2
2
+ Diện tích tính đổi của mặt cắt.

AST  A NC 

As
4900
 A r  680 
 24.882  1317.382(cm 2 )
n
8

SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN

Trang 25