File tính toán thiết kế dầm thép

Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm
MỤC LỤC

I. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ........................................................................5
1.1 Số liệu chung........................................................................................................5
1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm..............................................................................5
1.3 Các hệ số tính toán................................................................................................6
II. CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP..................................................................................7
2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp...........................................................................7
2.2 Lựa chọn số dầm chủ trên mặt cắt ngang..............................................................7
2.3 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu.......................................................................7
2.4 Chiều cao dầm chủ................................................................................................8
2.5 Cấu tạo bản bê tông mặt cầu.................................................................................8
2.6 Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ..................................................................9
III. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ.....................11
3.1 Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp.....................................................11
3.1.1 Trường hợp 1................................................................................................11
3.1.2 Trường hợp 2................................................................................................12
3.2 Xác định đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn I..........................................13
3.3 Xác định đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II.........................................15
3.3.1 Mặt cắt tính toán giai đoan II.......................................................................15
3.3.2 Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông.................................................16
3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép.................................................17
3.3.4 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm biên.........................................................17
3.3.5 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong.......................................................24
3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn chảy dẻo.......................................................31
3.4.1 Mặt cắt tính toán...........................................................................................31
3.4.2 Xác định vị trí trục trung hoà của mặt cắt.....................................................31
3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén.......................................................33

3.4.4 Xác định mômen chảy My...........................................................................34
3.4.5 Xác định mômen dẻo Mp.............................................................................36
IV. XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ.....................................39
4.1 Cấu tạo hệ liên kết trong kết cấu nhịp.................................................................39
4.1.1 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối..................................................................39
4.1.2 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt trung gian.......................................................40

Lê Tuấn Dũng

1


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

4.1.3 Hệ sườn tăng cường dầm thép......................................................................42
4.1.4 Hệ liên kết dọc cầu.......................................................................................44
4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I................................................................................45
4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II..............................................................................47
V. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG..............................................................49
5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy........................................49
5.1.1 Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm biên.................................................49
5.1.2 Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm trong...............................................50
5.2 Tính hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải HL - 93.............................................50
5.2.1 Điều kiện tính toán.......................................................................................50
5.2.2 Tính tham số độ cứng dọc............................................................................50
5.2.3 Tính hệ số phân bố ngang mômen................................................................51
5.2.4 Tính hệ số phân bố ngang lực cắt.................................................................52
5.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang...................................................................52

5.3.1 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với dầm biên.................................52
5.3.2 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với dầm trong................................53
5.3.3 Xác định hệ số phân bố ngang tính toán.......................................................53
VI. TÍNH TOÁN NỘI LỰC......................................................................................54
6.1 Các mặt cắt tính toán nội lực..............................................................................54
6.2 Đường ảnh hưởng nội lực...................................................................................55
6.2.1 Vẽ ĐAH mômen tại mặt cắt tính toán..........................................................55
6.2.2 Đường ảnh hưởng lực cắt.............................................................................55
6.2.3 Tính diện tích đường ảnh hưởng..................................................................55
6.3 Xác định nội lực tại các mặt cắt tính toán...........................................................56
6.3.1 Tính nội lực do tĩnh tải.................................................................................56
6.3.2 Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng Người...........................................57
6.3.3 Tính nội lực do xe tải thiết kế (Truck) và xe 2 trục thiết kế( Tandem)..........58
6.3.4 Tổng hợp nội lực..........................................................................................65
VII. KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ.......................67
7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt..........................................................67
7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc.............................................67
7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc.......................................68
7.4 Kiểm tra tương tác giữa sườn dầm với bản cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc.68
VIII. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I..............................70
8.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ...............................................................70

Lê Tuấn Dũng

2


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

8.1.1 Sức kháng uốn của mặt cắt liên hợp đặc chắc..............................................70
8.1.2 Kiểm toán khả năng chịu lực của dầm..........................................................71
8.2 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm chủ................................................................71
8.2.1 Xác định hệ số c...........................................................................................71
8.2.2 Sức kháng cắt của dầm chủ..........................................................................72
8.2.3 Kiểm toán khả năng chịu cắt của dầm..........................................................74
IX. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI.................................................75
9.1 Nguyên tắc tính toán...........................................................................................75
9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do uốn..........................................................75
9.2.1 Công thức kiểm toán....................................................................................75
9.2.2 Xác định ứng suất trong dầm do tải trọng mỏi.............................................75
9.2.3 Kiểm toán ứng suất mỏi do uốn....................................................................77
9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do cắt...........................................................77
9.3.1 Công thức kiểm toán....................................................................................77
9.3.2 Xác định ứng suất cắt trong dầm do tải trọng mỏi........................................77
9.3.3 Kiểm toán ứng suất mỏi do cắt.....................................................................78
X. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG.........................................79
10.1 Kiểm toán độ võng kết cấu nhịp.......................................................................79
10..1 Nguyên tắc chung.........................................................................................79
10..2 Kiểm tra độ võng do tĩnh tải theo phân tích đàn hồi.....................................79
10..3 Kiểm tra độ võng do hoạt tải thép phân tích đàn hồi....................................80
10..3 Tính độ vồng................................................................................................83
10.2 Kiểm toán dao đọng của kết cấu.......................................................................84
XI. TÍNH TOÁN BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG.................................................86
11.1 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt gối.......................................................86
11.1.1 Bố trí sườn tăng cường tại mặt cắt gối........................................................86
11.1.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo..........................................................................87
11.1.3 Kiểm tra sức kháng ép mặt.........................................................................87
11.1.4 Kiểm tra sức kháng nén dọc trục................................................................88

11.1.5 Kiểm tra độ mảnh giới hạn.........................................................................89
11.2 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt trung gian............................................89
11.2.1 Bố trí sườn tăng cường trung gian..............................................................89
11.2.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo..........................................................................90
11.2.3 Kiểm tra mômen quán tính của sườn Tăng cường......................................91
11.2.4 Kiểm toán diện tích của sườn tăng cường...................................................91

Lê Tuấn Dũng

3


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

XII. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT....................................................93
12.1 Nguyên tắc chung.............................................................................................93
12.2 Xác định các tải trọng tác dụng lên neo............................................................93
12.2.1 Sự phát sinh lực trượt và lực bóc................................................................93
12.2.2 Lực trượt danh định tác dụng lên neo.........................................................93
12.3 Xác định khả năng chịu lực của neo.................................................................94
12.3.1 Loại neo sử dụng........................................................................................94
12.3.2 Sức kháng cắt của neo................................................................................94
12.3.3 Sức kháng mỏi của neo...............................................................................95
12.4 Bố trí neo..........................................................................................................96
12.5 Kiểm toán neo theo đinh mũ theo TTGH Mỏi..................................................97
XIII. TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG..............................98
13.1 Lực tác dụng lên liên kết...................................................................................98
13.1.1 Lực gây trượt giữa bản cánh và bản bụng..................................................98

13.1.2 Áp lực phân bố do tải trọng bánh xe...........................................................99
13.2 Xác định chiều cao đường hàn..........................................................................99
13.2.1 Cường độ của đường hàn góc.....................................................................99
13.2.2 Xác định chiều cao đường hàn.................................................................100
XIV. TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM........................................................................101
14.1 Khả năng chịu lực của bu lông........................................................................101
14.2 Tính toán mối nối bản bụng............................................................................103
14.2.1 Cấu tạo mối nối dầm................................................................................103
14.2.2 Cấu tạo mối nối bản bụng.........................................................................104
14.2.3 Kiểm toán khả năng chịu lực của bulông..................................................105
14.3 Tính toán mối nối bản cánh.............................................................................107
14.3.1 Mối nối bản cánh trên...............................................................................107
14.3.2 Mối nối bản cánh dưới..............................................................................108
XV. TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU.........................................................................111
15.1 Cấu tạo bản mặt cầu........................................................................................111
15.2 Xác định nội lực bản mặt cầu..........................................................................111
15.2.1 Diện tích tiếp xúc của bánh xe..................................................................111
15.2.2 Chiều dài tính toán của bản.......................................................................111
15.2.3 Bề rộng tính toán của bản.........................................................................112
15.2.4 Xác định nội lực của bản trong(bản liên tục)............................................112
15.2.5 Xác định nội lực của bản hẫng..................................................................116

Lê Tuấn Dũng

4


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

15.3 Tính toán và bố trí cốt thép bản.......................................................................118
15.3.1 Nội dung tính toán bố trí cốt thép bản......................................................118
15.3.2 Bố trí cốt thép chịu lực bản mặt cầu.........................................................122

Lê Tuấn Dũng

5


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN
LIÊN HỢP THÉP - BTCT
I. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU:
1.1 SỐ LIỆU CHUNG:
- Tiêu chuẩn thiết kế :

22TCN272-05

- Chiều dài nhịp :

L = 32 m

- Khổ cầu :

8.0  2 �2  2 �0.5m

+ Bề rộng xe chạy :

B  8 m

+ Lề người đi bộ :

2 �2  m 

+ Bề rộng toàn cầu :

Bcâu  13  m 

HL93 + 3.10-3 Mpa

- Tải trọng thiết kế :
- Vật liệu chế tạo kết cấu :
+Thép cacbon M270
+ Bê tông bản có cường độ chịu nén :

f c'  28Mpa

- Liên kết dầm :
+ Liên kết dầm chủ bằng đường hàn
+ Liên kết mối nối bằng bulông cường độ cao
1.2 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CHẾ TẠO DẦM
- Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy quy định nhỏ nhất.

f y  250Mpa

Cường độ kéo đứt quy định nhỏ nhất. f u  450Mpa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: Cường độ chảy quy định nhỏ nhất

f y  420Mpa

- Vật liệu chế tạo bản mặt cầu:
'
+ Cường độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày: f c  28Mpa .

+ Trọng lượng riêng của bêtông:

 c  24kN / m3

+ Mô đun đàn hồi của bêtông đựơc xác định theo công thức:

E c  0, 043 c1,5 f c '  0, 043.24001,5. 28  26752,5(MPa)
- Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép hợp kim M270M cấp 345W

Lê Tuấn Dũng

6


Thiết kế môn học Cầu thép F1

CÁC ĐẠI LƯỢNG

Bộ môn Cần Hầm

KÍ HIỆU

GIÁ TRỊ

Mác thép

M272M

Cấp thép

345W

Giới hạn chảy của thép

fy

345

Giới hạn kéo đứt của thép

fu

485

Môđun đàn hồi của thép

Es

2 �105

n
n'

8

ĐƠN VỊ

Mpa
Mpa
Mpa

Hệ số quy đổi từ bêtông sang thép
+ Không xét hiện tượng từ biến
+ Có xét đến hiện tượng từ biến

24

1.3 CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN:
-Hệ số tải trọng :
+Tĩnh tải giai đoạn I :

1  1.25

+Tĩnh tải giai đoạn II :

 2  1.5

+Đoàn xe ôtô và đoàn người :

 n  1.75
1  IM  1.25

- Hệ số xung kích :

- Hệ số làn : Trong mỗi trường hợp tải trọng nếu chiều dài nhịp L tt ≥ 25 m thì
phải xét thêm hệ số làn xe m
+ Theo tiêu chuản 22TCN 272-05 thì hệ số làn m được lấy như sau :
BẢNG : HỆ SỐ LÀN XE m
SỐ LÀN XE n
1
2
3
≥3

Lê Tuấn Dũng

HỆ SỐ LÀN m
1.2
1.0
0.85
0.65

7


Thit k mụn hc Cu thộp F1

B mụn Cn Hm

II. KCH THC C BN CA DM CH:
2.1 CHIU DI TNH TON CA KT CU NHP:
- Chiu di nhip: Lnh = 32 m.

- Khong cỏch t u dm n tim gi: a = 0.3 m.
Chiu di tớnh toỏn KCN:

L tt L 2.a 32 2 0.3 31.4m
2.2 LA CHN S DM CH TRấN MT CT NGANG:
- S dm ch trờn mt ct ngang : 6 dm ch.
2.3 QUY Mễ THIT K MT CT NGANG CU
- Mt ct ngang cu.
1/2 MặT CắT Tạ I Gố I

1/2 MặT CắT GIữA NHịP

Lớ p bê tông nhựa dày 5cm
Lớ p bê tông bảo vệdày 4cm
Lớ p phòng n ớ c dày 1cm
Lớ p mui luyện dày 2-13cm
Vạch sơn

2%

Bản mặ
t cầu dày 20cm

2%

Vạch sơn

- Cỏc kớch thc c bn ca mt ct ngang cu:
CC KCH THC
B rng phn xe chy

S ln xe thit k
L ngi i b
Chiu rng g chn bỏnh
Chiu cao g chn bỏnh
Chiu rng chõn lan can
Chiu cao chõn lan can
Chiu rng ton cu
S dm ch thit k
Khong cỏch gia cỏc dm ch
Chiu di cỏnh hng
2.4 CHIU CAO DM CH:

Lờ Tun Dng

K
HIU
Bxe
n
b le
b gc

h
b clc
h clc
Bcau
nd
S
d oe

GI TR

800
2
2x200
0
0
2x50
50
1300
6
220

N V
cm
ln
cm
cm
cm
cm
cm
cm

100

Cm

dm
Cm

8

Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

- Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào:
+ Chiều dài nhịp tính toán.
+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang.
+ Quy mô của tải trọng khai thác.
- Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện cường độ.
Mu ≤ Mr
Trong đó:
+Mu: Mômen lớn nhất do tải trọng sinh ra.
+Mr : Khả năng chịu lực của mặt cắt dầm chủ.
- Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện độ cứng và (độ võng).

 LL �  

Trong đó:
+ ΔLL: Là độ võng của kết cấu nhịp do hoạt tải.
+ [Δ]: Độ võng cho phép.

  

1
800

1.Tải trọng xe nói chung:
2. Tải trọng xe, tải trọng người đi bộ hoặc kết hợp cả hai tải trọng này:
1

1000

  

- Xác định chiều cao dầm chủ theo kinh nghiệm.
+ Chiều cao dầm thép:
H sb
1
1
��
  H sb
31.4 1.047
L
30
30
� Chiều cao dầm thép:

+ Chiều cao bản bụng : D w  140cm
+ Chiều dày bản bụng : t w  3cm
+ Chiều dày bản cánh dưới: t b  3cm
+ Chiều cao toàn bộ dầm thép: H sb  140  3  3  146cm
2.5 CẤU TẠO BẢN BÊ TÔNG MẶT CẦU:
- Kích thước của bản bêtông được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác
dụng của tải trọng cục bộ.
- Chiều dày bản:

t s   16 �25  cm

- Theo quy định của 22TCN272 – 05 thì chiều dày bản bê tông mặt cầu phải lớn
hơn 175 cm.Đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực

Lê Tuấn Dũng

9


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm
� Ở đây ta chọn chiều dày bản bêtông mặt cầu là t s  18cm

- Bản bêtông có thể có cấu tạo dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn
hoặc có thể không cần tạo vút. Mục đích của việc cấu tạo vút bản bêtông là 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:
CÁC KÍCH THƯỚC
Chiều dày bản bê tông
Chiều cao vút
Bề rộng vút
Chiều dài phần cánh hẫng
Chiều dài phần cánh trong

KÍ HIỆU
ts
th
bh

GIÁ TRỊ
18

5
5

ĐƠN VỊ
cm
cm
cm

d 0e

100
110

cm
cm

S/ 2

2.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ:
- Mặt cắt ngang dầm chủ.

CẤU TẠO MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ

- Kích thước cấu tạo.

Lê Tuấn Dũng

10

Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

CÁC KÍCH THƯỚC
Chiều cao bản bụng
Chiều dày bản bụng
Bề rộng bản cánh trên
Số tập bản cánh trên
Chiều dày một bản
Tổng chiều dầy bản cánh trên
Bề rộng bản cánh dưới
Số tập bản cánh dưới
Chiều dầy một bản
Chiều dầy bản cánh dưới
Chiều cao dầm thép
Chiều cao toàn bộ dầm chủ
Dầm biên:
Dầm trong 1:
Dầm trong 2:

Lê Tuấn Dũng

bh=th=
bh=th=
bh=th=

5
9.314
13.627

cm
cm
cm

KÍ
HIỆU

GIÁ TRỊ

ĐƠN VỊ

Dw
tw
bc
N
T
tc
bt
N
T
tt
Hsb
Hcb

140
3
40
1
3

3
60
1
3
3
146
169

cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm

=>
=>
=>

Hcb=
Hcb=
Hcb=

169

cm
173.314 cm
177.627 cm

11


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

III. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ:
3.1 CÁC GIAI ĐOẠN LÀM VIỆC CỦA 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.

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

Lê Tuấn Dũng

12


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

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
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.

Lê Tuấn Dũng

13


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

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:
+ 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 ĐẶC TRƯNG 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.

- Diện tích mặt cắt.
A NC  b c t c  D w t w  b t t t  40 �3  140 �3  60 �3  720cm 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
3
�
�
�
So  40 �3 �
146  � 140 �3 ��  3 � 60 �3 �  48270cm 3
2�
2
�
�2
�

- Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I.
S
48270
Y1  o 
 67,041cm
A NC
580

Lê Tuấn Dũng

14


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

- Chiều cao sườn dầm chịu nén.
Dc1  Hsb  t c  Y1  146  3  67.041  75.959cm
- Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I:
Yt1  H sb  Y1  146  67.041  78.959cm
- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I:

Yb1  Y1  67.041cm
- Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I
+ Mômen quán tính bản bụng:

t w Dw 3
D
Iw 
 t w D w ( w  t t  Y1 )2
12
2
2

3 �1403
140
�
�

 3 �140 ��  3  67.041 � 700914.066cm 4
12
�2
�

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

40 �33
3�
�

 40 �3 ��
146  67.041  � 720077.6cm 4
12
2�
�
+ Mômen quán tính bản cánh dưới.

b t t 3t
t
60 �33
3
 b t t t (Y1  t ) 2 
 60 �3 �(67.041  ) 2
12
2
12
2

4
 773347.1cm
I tf 

+ Mômen quán tính của tiết diện dầm thép.

I NC  I W  I cf  I tf  700914.066  720077.6  773347.1
 2200338.77cm 4
- Xác định mômen tĩnh của phần trên mặt cắt dầm thép đối với TTH I-I.
2
t c � D C1
�
SNC  b c t c �
H sb  Y1  � t w
2�
2
�
3�
(146  67.041  3) 2
�
 40 �3 ��
146  67.041  � 3 �
 17949.73cm 3
2�
2
�
- Mômen quán tính của mặt cắt dầm thép đối với trục Oy.

Lê Tuấn Dũng

15


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

t c b3c D w t 3w t t b 3t 3 �403 140 �33 3 �603
IY 





 70315cm 4
12
12
12
12
12
12
- Bảng kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I.
CÁC KÍCH THƯỚC
Diện tích mặt cắt dầm thép
Mômen tĩnh mặt cắt đối với đáy dầm
Khoảng cách tứ đáy dầm đến TTH I-I
KC từ mép trên dầm thép đến TTH I-I
KC từ mép dưới dầm thép đến TTH I-I
Mômen quán tính phần bản bụng
Mômen quán tính phần cánh trên

Mômen quán tính phần cánh dưới
Mômen quàn tính dầm thép
Mômen tĩnh mặt cắt đối với TTH I-I
MMQT của măt cắt đối với trục Oy

KÍ HIỆU
ANC
So
Y1
Y1t
Y1b
Iw
Icf
Itf
INC
SNC
Iy

GIÁ TRỊ

720
48270
67.041
78.959
67.041
700914.066
720077.6
773347.1
2200338.77
17949.73

70315

ĐƠN VỊ
cm2
cm3
cm
cm
cm
cm4
cm4
cm4
cm4
cm3
cm3

3.3 XÁC ĐỊNH ĐẶC 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.

3.3.2 Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông:

Lê Tuấn Dũng

16


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

- 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  �3140  392.5cm
8
+ 8
�1
�1
tw
�3
�
�
�2
�2
6t s  max �  6 �18  max �
 118cm
1
1
�b
� �40
c

�
4
�4
+
o
+ d e  100cm
Vậy: b1  100cm
Xác định b2: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:
1
1
L tt  �3140  392.5cm
8
+ 8
�1
�1
t
�3
w
�
�
�2
�2
6t s  max �  6 �18  max �
 108  10  118cm
1
1
�b
� �40
c
�

4
�4
+
S 220

 110cm
2
+ 2
Vậy: b 2  110cm
� Bề rộng tính toán của bản cánh dầm biên:

Lê Tuấn Dũng

bs  b1  b2  100  110  210cm
17


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm
� Bề rộng tính toán của bản cánh dầm trong: bs  2b2  2 �110  220cm

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
o

+ 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.
Bảng: Hệ số quy đổi từ thép sang bêtông
STT
1
2
3
4
5

f c ' (MPa)

n

16 ≤ f'c < 20
20 ≤ f'c < 25
25 ≤ f'c < 32
32 ≤ f'c < 41
41 ≤ f'c

10
9
8
7
6

n '  3n
30
27
24
21
18

- Với f c  28Mpa 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 biên:
a . Mặt cắt tính toán:

Lê Tuấn Dũng

18


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

b . ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông:
-Lưới cốt thép phía trên:

+ Đường kính cốt thép:   12mm

 �1.22
a

 1.131cm 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 rt  11�1.131  12.441cm

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

Lê Tuấn Dũng

19


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

 �1.22
a
 1.131cm 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  12.441cm

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông: a rb  5cm
- Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:
A r  A rt  A rb  12.441  12.441  24.882cm 2
- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép bản đền mép trên của dầm thép:
A .(t  t  a rt )  A rb. (a rb  t h ) 12.441� 18  5  5   12.441�(5  5)
Yr  rt s h

 14cm
A rt  A rb
12.441  12.441
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 toàn bộ bản bêtông:

1
1
AS  bs t s  bc t h  2 � b h t h  210 �18  40 �5  2 � �5 �5  4005cm 2
2
2
+ Diện tích tính đổi của mặt cắt.

A
4005
AST  A NC  s  A r  720 
 24.882  1245.507cm 2
n
8
Trong đó:
+ Art : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông.
+ ANC : Diện tích dầm thép.
+ AST: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi không xét từ biến.

Lê Tuấn Dũng

20


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

- Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép.

�

� �
t �
t
�
bs t s �
H sb  Y1  t h  s � b c t h �

H sb  Y1  h
�
2�
2
1� �
�
S1x  �
n� 1
2t �
�
2 � t h bh �
H sb  Y1  h �
�
3 �
�
� 2

��
� �
��
� A r  H sb  Y1  Yr 
�
�

�
18 �
5��
�
�
146  67.041  5  � 40 �5 ��

146  67.041  � �
�210 �18 ��
2�
2 ��
1�
�
�
S1x  �
�
8� 1
2 �5 �
�
�
2 � �5 �5 ��
146  67.041 
�
�
�
3 �
�
� 2
24.882 � 146  67.041  14   48529.77cm 3
- Khoảng cách từ TTH I-I đến TTH II-II.
S1x
48529.77
Z1 

 38.964cm
AST 1245.507
- Chiều cao sườn dầm chịu nén.

Dc2  Hsb  t c  Y1  Z1  146  3  67.041  38.964  36.995cm
- Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục II-II:
YtII  Hsb  Y1  Z1  146  67.041  38.964  39.995cm
- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II-II:
YbII  Y1  Z1  67.041  38.964  106.005cm
- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp.
+ Mômen quán tính của dầm thép.
I IINC  I INC  A NC Z12  2200338.77  720 �38.9642  3293437.943 cm 4
+ Mômen quán tính của phần bản bêtông.
2
3
1�
t s ��
�bs t s
�
�
Is  �  b s t s �
H sb  Y1  Z1  t h  ��
n �12
2 ��
�
�210 �183
�
1�
18 ��
�
 �
 210 �18 ��
146  67.041  38.964  5  �� 1188493cm 4
8 � 12

2 ��
�
2

+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh.
2
2
�b c t 3h
�
1�
t h � b h t 3h
1
2t h ��
�
�
Ih  �  bc t h �
H sb  Y1  Z1  � 2
 2 � bh t h �
H sb  Y1  Z1 
��
n �12
2�
36
2
3 ��
�
�

Lê Tuấn Dũng

21


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

2
�40 �53
5�
5 �53 �
�
 40 �5 ��
146  67.041  38.964  � 2 �
�
�
2�
36 �
1 � 12
�
4
Ih  �
� 51068.75cm
2
8� 1
2 �5 �
�
�
146  67.041  38.964 
�

�2 �2 �5 �5 ��
�
3 �
�
�

+ Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản.
I r  A r  H sb  Y1  Z1  Yr   24.882 � 146  67.041  38.964  14  =72542.48 cm 4
2

2

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn:
IST  I IINC  Is  I h  I r  4807361.54cm 4

- Xác định mômen tĩnh của bản bêtông với TTH II-II của tiết diện liên hợp.
� �
t �
t ��
�
bs t s �
H sb  Y1  Z1  t h  s � b c t h �
H sb  Y1  Z1  h � �
�
2�
2 ��
1� �
�
Ss  �
� A r  H sb  Y1  Z1  Yr 

n� 1
2t h �
�
�
2 � �b h t h �H sb  Y1  Z1 
�
�
�
3 �
�
� 2

�
�
18 �
5�
�
�
146  67.041  38.964  5  � 40 �5 ��
146  67.041  38.964  �
�210 �18 ��
�
2�
2�
1�
�
�
�
Ss  �
�

8� 1
2 �5 �
�
�
2 � �5 �5 ��
146  67.041  38.964 
�
�
�
3 �
�
� 2
24.882 � 146  67.041  38.964  14   28402.88cm 3

d . Xác định ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn:
- Mặt cắt liên hợp dài hạn đựơc sử dụng để tính toán đối với các tải trọng lâu dài
như tĩnh tải khi đó ta phải xét tới từ biến.
- Trong trường hợp có xét tới hiện tượng từ biến thì các đặc trưng hình học của mặt
cắt đựơc tính tương tự khi không xét tới từ biến, chỉ thay hệ số n bằng n’.
- Tính diện tích bản bêtông.
+Diện tích bản bêtông.

1
1
AS'  bs t s  bc t h  2 � b h t h  210 �18  40 �5  2 � �5 �5  4005cm 2
2
2
+Diện tích tính đổi của mặt cắt.
A'
4005

A LT  A NC  's  A r  720 
 24.882  911.757cm 2
n
24
Trong đó:

Lê Tuấn Dũng

22


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

+ Art : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông.
+ ANC : Diện tích dầm thép.
+ ALT: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi xét từ biến.
- Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép.
� �
t �
t
�
bs t s �
H sb  Y1  t h  2 � b c t h �
H sb  Y1  h
�
2�
2
1� �

�
S1x  ' �
n � 1
2t �
�
2 � t h bh �
H sb  Y1  h �
�
3 �
�
� 2

��
� �
��
� A r  H sb  Y1  Yr 
�
�

�
18 �
5��
�
�
146  67.041  5  � 40 �5 ��
146  67.041  � �
�236 �18 ��
2�
2��
1 �

�
�
S1x  �
�
24 � 1
2 �5 �
�
�
2 � �5 �5 ��
146  67.041 
�
�
�
2
3
�
�
�
24.882 � 146  67.041  14   17718.6cm 3

- Khoảng cách từ TTH I-I đến TTH II’-II’.
S1x
17718.6
'
Z1 

 19.433cm
A LT
911.757
- Chiều cao sườn dầm chịu nén.

D'c 2  Hsb  t c  Y1  Z1'  146  3  67.041  19.433  56.526cm
- Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục II’-II’:
YtII'  H sb  Y1  Z1'  146  67.041  19.433  59.526cm
- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II’-II’:
YbII'  Y1  Z1'  67.041  19.433  86.474cm
- Xác định mômen quan tính của tiết diện liên hợp.
+ Mômen quán tính của dầm thép.
I II'NC  I INC  A NC Z1'2  2200338.77  720 �19.4332  2472240.642cm 4

+ Mômen quán tính của phần bản bêtông.
2
3
1�
t s ��
�bs t s
�
�
'
Is  ' �  b s t s �
H sb  Y1  Z1  t h  ��
n �12
2 ��
�
2
1 �
18 ��
�210 �183
�
�


 210 �18 ��
146  67.041  19.433  5  �� 855708.95cm 4
�
24 � 12
2 ��
�

+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh.

Lê Tuấn Dũng

23


Thiết kế môn học Cầu thép F1

Bộ môn Cần Hầm

2
2
�b c t 3h
�
1�
t h � b h t 3h
1
2t h ��
�
�
I  ' �  bc t h �
H sb  Y1  Z1  � 2

 2 � bh t h �
H sb  Y1  Z1 
��
n �12
2�
36
2
3 ��
�
�
'
h

2
�40 �53
5�
5 �53 �
�
 40 �5 ��
146  67.041  19.433  � 2 �
�
�
2�
36 �
1 � 12
�
'
4
Ih  �
� 36194.95cm

2
24 � 1
2 �5 �
�
�

2
�
�
5
�
5
�
146

67.041

19.433

�
�
� 2
�
3 �
�
�

+ Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản.
I'r  A r  H sb  Y1  Z1'  Yr   24.882 � 146  67.041  19.433  14   134513.9cm 4
2

2

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn:
II '
I LT  I NC
 I s'  I h'  I r'  3498658.442 cm 4

- Xác định mômen tĩnh của bản bêtông với TTH II’- II’của tiết diện liên hợp.
� �
t �
t ��
�
bs t s �
H sb  Y1  Z1  t h  s � b c t h �
H sb  Y1  Z1  h � �
�
2�
2 ��
1� �
�
Ss'  ' �
� A r  H sb  Y1  Z1  Yr 
n � 1
2t h �
�
�
2 � �b h t h �
H sb  Y1  Z1 
�

�
�
3 �
�
� 2
�
�
18 �
5�
�
�
210 �18 ��
146  67.041  19.433  5  � 40 �5 ��
146  67.041  19.433  �
�
�
2�
2�
1 �
�
�
�
S's 
�
�
24 � 1
2 �5 �
�
�
2 � �5 �5 ��

146  67.041  19.433 
�
�
�
2
3
�
�
�
24.882 � 146  67.041  19.433  14   13992.18cm 3

Bảng tổng hợp kết quả ĐTHH của mặt cắt dầm biên:

Lê Tuấn Dũng

24


Thiết kế môn học Cầu thép F1
ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC
CỦA DẦM BIÊN
Bề rộng cánh hẫng
Bề rộng cánh trong
Bề rộng tính toán bản bê tông

Bộ môn Cần Hầm
MC NGẮN HẠN
KÍ
GIÁ TRỊ
HIỆU

b1
100
b2
110
bs
210

MC DÀI HẠN
KÍ
GIÁ TRỊ
HIỆU
b1
100
b2
110
bs
210

ĐƠN
VỊ
cm
cm
cm

Diện tích bản bê tông

Aso

3780

Aso'

3780

Diện tích phần bản vút

Ah

225

Ah'

225

cm2
cm2

Diện tích toàn bộ bản bê tông

As

4005

A

4005

cm2

Diện tích cốt thép trong bản bêtông

Ar

24.882

Ar'

24.882

cm2

Diện tích mặt cắt tính đổi

AST

1245.507

ALT

911.757

cm2

Mômen tĩnh của Mc với trục I-I

S xI

48529.77

S xI'

17718.6

cm3

Khoảng cách từ TTH I-I tới trục II-II

Z1

38.964

Z1'

19.433

cm

2472240.64
855708.95

cm4
cm4

36194.95

cm4

'
s

MMQT của dầm thép với trục II-II

I

II
NC

II '
NC

3293437.94

I

MMQT của bản BTCT với trục II-II

Is

1390312.36

I s'

MMQT của phần vút bản với trục II-II

Ih

51068.75

I

MMQT của cốt thép trong bản
MMQT mặc cắt liên hợp với trục II-II

Ir
I ST

72542.48

134513.9

cm4

4807361.54

I r'
I LT

3498658.44

cm4

MM tĩnh của bản với trục II-II

Ss

28402.88

S s'

13992.18

cm3

'
h

3.3.5 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong(dầm 2)
a . Mặt cắt tính toán
Theo như cấu tạo thì dầm biên và dầm trong được thiết kế có kích thước gần giống
nhau,chỉ khác nhau về kích thước của bản vút bê tông như hình vẽ.

Lê Tuấn Dũng

25