TÍNH TOÁN TRỤ CẦU DẦM LIÊN TỤC

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN TRỤ CẦU
7.1. GIỚI THIỆU CHUNG:
Cầu gồm có hai trụ chính, trong phạm vi đồ án ta chỉ đi thiết kế một trụ điển hình, đó là
trụ T2, đây là trụ bêtông cốt thép đặc không có dự ứng lực.
7.1.1. KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA TRỤ CẦU

Hình 6.1: Kích thước hình học của trụ T3
Hạng mục
- Số cọc trong mómg
- Đường kính cọc
- Chiều cao trụ
- Chiều rộng trụ theo phương ngang cầu
- Chiều rộng ngang cầu đỉnh trụ
- Chiều cao đá kê gối
- Chiều rộng trụ theo phương dọc cầu
- Chiều rộng đá kê gối
- Bán kính cong trụ
- Chiều cao bệ cọc
- Chiều rộng bệ cọc theo phương dọc
- Chiều rộng bệ cọc theo phương ngang
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

129

Kí hiệu
n
d

h1
b1
b2
h2
b4
b5
r
hb
bd
bn

Giá trị
12.00
1.500
13.205
10.00
7.000
0.300
3.000
1.200
1.500
3.000
10.50
15.00

Đơn vị
cọc
m
m
m

m
m
m
m
m
m
m
m
Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.1.2. CÁC THÔNG SỐ THỦY VĂN:

Hạng mục
- Cao độ mực nước cao nhất

Kí hiệu
MNCN

Giá trị
-1.500

Đơn vị
m

- Cao độ mực nước thấp nhất

MNTN

-12.80

m

- Cao độ mực nước thông thuyền

MNTT

-6.500

m

- Cao độ mực nước thi công

MNTC

-11.80

m

- Cao độ mặt đất tự nhiên

MĐTN

-18.60

m

- Cao độ đỉnh bệ móng

CĐBM

-13.30

m

- Cao độ đáy bệ móng

CĐĐM

-16.30

m

7.1.3. VẬT LIỆU SỬ DỤNG:
,

Cường độ chịu nén của bêtông

50Mpa .

Khối lượng riêng của bêtông 2400KG / m3 .
Khối lượng riêng của bêtông có cốt thép. 2500KG / m3
Môđun đàn hồi của bêtông

0.0432400

Cường độ chảy dẻo của cốt thép

.

√50 35750MPa

400MPa

7.2. CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ VÀ NỘI LỰC:
7.2.1. TĨNH TẢI

7.2.1.1. TLBT kết cấu phần trên:
=

Công thức chung để xac định tĩnh tải là:



Trong đó:
Pi : trọng lượng cuả cấu kiện
Vi : thể tích các cấu kiện
i : trọng lượng riêng cuả cấu kiện

DC gồm :
+ Trọng lượng kết cấu phần trên : trọng lượng bản thân dầm , giá đỡ lan can , lan
can, gờ chắn ...
+Trọng lượng kết cấu phần dưới hay trọng luợng cuả các bộ phận cấu tạo nên trụ
DW gồm : Trọng lượng cuả các lớp phủ mặt cầu.
Chú ý sau: tải trọng bản thân của dầm ta chỉ tính cho một nữa chiều dài dầm.
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

130

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng phần trên:
Hạng mục
Trọng lượng thuộc DC.
-Nhịp chính
-Nhịp biên
-Tải trọng lan can, lề bộ hanh,…
Tổng
Trọng lượng thuộc DW.
-Trọng lượng lớp mui luyện, asfan,…
7.2.1.2. Kết cấu phần dưới
STT
1
2
3
4
5
6

Hạng mục
Bệ trụ

Thân trụ
Xà mũ
Đa ke gối
Tường che
Tổng cộng

Thể tích (m3)
472.5
366.925
0
0.864
0
795.29

Giá trị

Đơn vị

15140
12107
1120.5
28367.5

KN
KN
KN
KN

2700

KN

Tr/lượng (KN)
11812.5
9173.14
0
21.6
0
21007.24

7.2.2. TẢI TRỌNG GIÓ

- Tốc độ gió thiết kế
V VB.S
Trong đó:
+ VB : Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thich hợp
45m / s đồng thời ta cũng phải tính

với ùọn vùng tính gió là vùng II nên có
tải trọng gió tác dụng vào công trình khi có

25m / s để kiểm toán ở trạng

thái giới hạn sử dụng.
+ S : Hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định
trong bảng 3.8.1.1.2. Ta co độ cao mặt cầu cách mặt nước dưới 10m và khu vực
thông thoáng nên S = 1.09
Do đó:
V .S 451.09 49.05m / s
V .S 251.09 27.25m / s

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

131

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.2.2.1.Tải trọng gió tác dụng lên công trình
- Đối với tải trọng gió ngang
+ Tải trọng gió ngang PD được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang va đặt tại trọng
tâm của các phần diện tích thích hợp:
PD 0.0006

At Cd 1.8At

Trong đó:
At : Diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang.
Cd : Hệ số cản được quy định trong A3.8.1.2.1.1, phụ thuộc vào tỉ số b/d.
b : Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can b = 12400(mm).
d : Chiều cao kết cấu phần trên bao gồm cả lan can đặc.
d= (5500+2500)/2+600 =4600mm

 



Tra biểu đồ 3.8.1.2.1.1, ta suy ra được hệ số cản gió Cd = 1.6
+ Tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu phần trên
Diện tích hứng gió được xác định như sau:
+ Lan can: At× 10
+ Dầm hộp:At

×

= 54

× 90000× 10

 At-tren

=



Kí hiệu
Ứng với V1
Ứng với V2
At
414
414
Cd
1.6
1.6
1.8At
745.2
745.2

745.84
322.82
0.0006
PD
745.84
745.2
Z1
18100
18100
Z2
21100
21000
+ Tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu phần dưới

Đơn vị

KN
KN
KN
mm
mm

Diện tích chắn gió của thân trụ:
At
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

= 19.278
132

Lớp: Cầu Hầm – K48

THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Kí hiệu
At
Cd
1.8At

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG
Ứng với V1
19.278
1.6
34.7

Ứng với V2
19.278
1.6
34.7

Đơn vị
m2
KN

37.73
15.03
0.0006
PD
34.73
37.7
Z1

9991
9991
Z2
12991
12991
+ Đối với tải trọng gió dọc
Diện tích chắn gió của trụ theo phương dọc:
At
= 64.26

Tải trọng gió dọc tác dụng lên kết cấu phần dưới
Kí hiệu
Ứng với V1 Ứng với V2
At
64.26
64.26
Cd
1.600
1.600
1.8At
115.67
115.67
0.0006
115.77
50.11
PD
115.77
115.67
Z1
9991

9991
Z2
12991
12991
7.2.2.2.Tải trọng gió tác dụng lên hoạt tải

KN
KN
mm
mm

Đơn vị
m2
KN
KN
KN
mm
mm

- Khi xét tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào cả kết cấu và
xe cộ.
- Tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải phân bố 1,5 KN/m, tác dụng theo hướng
nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu va đặt ở 1.8m trên mặt đường.
- Tải trọng gió dọc lên xe cộ là tải trọng phân bố 0,75 KN/m tác dụng nằm ngang, dọc
theo kết cấu và đặt ở 1.8m trên mặt đường.
- Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ
Kí hiệu
p
h
WL.ngang

Z1
Z2
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

Đơn vị
KN/m
m
KN
mm
mm

Giá trị
1.50
1.80
135.00
20800
23800
133

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT
- Tải trọng gió dọc tác dụng lên xe cộ
Kí hiệu
Giá trị
p
0.75
h
1.80

WL.dọc
67.50
Z1
20800
Z2
23800

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Đơn vị
KN/m
m
KN
mm
mm

7.2.3 . TẢI TRỌNG NƯỚC:

7.2.3.1. Áp lực nước tĩnh
- Áp lực tĩnh của nước được giả thiết là tác động thẳng góc với mặt cản nước. Áp lực
được tính toán bằng tích của chiều cao mặt nước phia trên điểm đang tinh nhan với tỷ
trọng của nước và gia tốc trọng trường.
- Tại mặt cắt đỉnh bệ
+ Chiều cao cột nước từ MNCN đến mặt cắt đỉnh bệ là 11.8m
+ Áp lực nước tĩnh

= . ℎ. = × 11.8 × 10 = 59KN
+ Vị trí từ đặt lực P đến mặt cắt đang xét Z1 =5.9m
- Tại mặt cắt đáy bệ
+ Chiều cao cột nước từ MNCN đến mặt cắt đáy bệ là 14.8m

- Ap lực nước tĩnh

= . ℎ. = × 14.8 × 10 = 74KN
+ Vị trí từ đặt lực P đến mặt cắt đang xét Z2 =7.4m
7.2.3.2. Áp lực nước đẩy nổi
- Theo như bố trí cấu tạo thì bệ trụ được đặt dưới MNTN, do đo ta tinh áp lực nước
đẩy nổi tác dụng lên phần trụ ngập trong nước và ta tính với MNTN.
- Ap lực tĩnh được xác định theo công thức :
=

Vo

- Trong đó:
+ V0 : Thể tích phần ngập nước.
+

: Trọng lượng riêng của nước.

- Tại mặt cắt đỉnh bệ
+ Chiều cao cột nước từ MNTT đến mặt cắt đỉnh bệ là 6.8 m
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

134

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

+ Thể tích chiếm chỗ V 190.84m3
+ Áp lực đẩy nổi
P V190.8410 1908.4 KN
- Tại mặt cắt đáy bệ.
+ Chiều cao cột nước từ MNTT đến mặt cắt đay bệ là 9.8m
+ Thể tích chiếm chỗ V 663.34m3
+ Áp lực đẩy nổi
P V663.3410 6633.4 KN
7.2.3.3. Áp lực dòng chảy
Áp lực dòng chảy theo phương ngang cầu:
P= 5.14× 10

×

×

Trong đó:
+ P : áp lực dòng chảy
+ CD = 0.7m/s: Hệ số cản của trụ theo phương dọc.
+ V =2.5m/s: Vận tốc nước thiết kế
+ Mực nước tính toán là MNTT
Do đó
P= 5.14× 10 ×
×
= 5.14× 10 ×0.7× 2.5 = 2.43 KN/ m2
- Tính tại mặt cắt đỉnh bệ:
+ Diện tích chắn của trụ 6.8 x 3 = 20.4 m²
+ Lực cản của dòng chảy 20.4 x 2.43 = 49.572KN
+Điểm đặt của lực so với mặt cắt đỉnh bệ 3.4 m

- Tính tại mặt cắt đáy bệ:
+ Diện tích chắn của trụ 20.4 + 10.5 x 3 = 51.9 m²
+ Lực cản của dòng chảy 51.9 x 2.43 = 126.117KN
+ Điểm đặt của lực so với mặt cắt đay bệ 4.9m
- Áp lực dòng chảy theo phương dọc cầu:
+ Do vận tốc của dòng chảy theo phương dọc cầu khong đang kể nên ta bỏ qua áp
lực dòng chảy theo phương dọc cầu
7.2.4. LỰC VA TÀU VÀO TRỤ

- Cầu được thiết kế với cấp đường sông cấp III, nen theo điều 3.14.2 ta có :
+ Tấn trọng thiết kế tàu tự hành 300 DWT
+ Tải trọng va tau đối với tàu tự hành
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

135

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

P 1.2  V √
+ Vận tốc va tàu thiết kế : V = 2.5+Vs = 5m/s (A3.14.3)
+ Vs = 2.5m/s là vận tốc bình quân hàng năm của dòng chảy liền kề với bộ phận
cầu được xem xét.
+ Lực va đâm thẳng đầu tàu vào trụ : (A3.14.5)
P 1.2 105 5 √300 10392  10310392KN

+ Điểm đặt của lực được tính tại MNTT:
‫ ٭‬Cách mặt cắt đỉnh bệ : 6.8 m
‫ ٭‬Cách mặt cắt đay bệ : 9.8 m
7.2.5. HOẠT TẢI XE

Xe tải thiết kế:
Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35 KN , hai trục sau mỗi trục nặng 145KN,
khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300mm, khoảng cách hai trục sau thay đổi từ 4300 –
9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theo phương ngang khoảng cách giữa hai
bánh xe là 1800mm

Hình 6.3: Xe tải 3 trục thiết kế
Xe hai trục thiết kế:
Xe hai trục: gồm có hai trục, mỗi trục nặng 110KN, khoảng cách giữa hai trục
khong đổi la 1200mm, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm
Để tính phản lực cho trụ dùng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15m, bỏ qua những
trục không gây hiệu ứng cực đại. Lấy 90% hiệu ứng của hai xe nêu trên kết hợp với 90%
tải trọng làn.
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

136

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Hình 6.4: Xe tải 2 trục thiết kế

- Cần xét hai trường hợp đặt tải là đặt lệch tâm để xác định mômen uốn trên trụ và xếp
tải tất cả các làn xe để được lực dọc lớn nhất lên trụ.
7.2.5.1 Xếp tải theo phương dọc cầu

Đường ảnh hưởng của phản lực tại trụ để xếp xe theo phương dọc cầu:

Hình 6.5: Đường ảnh hưởng của phản lực tại trụ.
- Đặt lên đường ảnh hưởng tổ hợp xe gồm hai xe tải thiết kế cách nhau 15m kết
hợp với tải trọng làn. Lấy 90% hiệu ứng của tổ hợp trên.
- Tung độ đường ảnh hưởng tương ứng với các trục bánh xe của xe 3 trục và diện
tich đường ảnh hưởng dương như bảng dưới
Vị tri
1
2
3
4
5
6

Tung độ
Bánh xe (N)
0.940
35000
0.971
145000
1.000
145000
0.864
35000
0.852

145000
0.758
145000
Tổng cộng(Rxe) 584385

Phản lực (N)
32900
140795
145000
32240
123540
109910

Diện tich đường ảnh hưởng dương: 100000 mm2
Phản lực gối do tải trọng làn:
Planeqlane +9.3×100000 =930000 N
Phản lực tải trọng người:
PPLqPL+310

× 1500 × 100000 = 450000N

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

137

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Phản lực gối tại trụ:
R2lane [ ×

({1 +

}×

+

)]

Trong đó:
n: Số làn
m: Hệ số làn
IM: Hệ số xung kích, IM = 0.25
Phản lực gối tại trụ đối với trường hợp xếp hai làn xe: n =2, m = 1.0
R2lane [2 × 1.2({1 + 0.25} × 584385 + 930000)]
2988866 N
Phản lực gối tại trụ đối với trường hợp xếp 1 làn xe: n = 1, m = 1.2
R1lane [1 × 1.2({1 + 0.25} × 584385 + 930000)]
1793320 N
7.2.5.2. Xếp tải theo phương ngang cầu

Xếp trên phương ngang cầu, số làn xe chất tải có thể là 1 làn, 2 làn sao cho gây ra ứng
lực nguy hiểm nhất xuống trụ (trường hợp gây ra mô men uốn bất lợi nhất trên trụ).
Nhận thấy khi xếp tải trên 2 làn xe thì hiệu ứng momen lệch tâm nhỏ hơn khi xếp tải 1
làn xe do phản lực gối tựa đối xứng qua tim cầu triệt tiêu một phần.
Lực do 1 trục bánh xe xuống gối:

=

= 292192 N

Lực do tải trọng lan quy ra phương ngang tác dụng xuống trụ:

=

= 310 N/mm

Quy hoạt tải tác dụng xuống các gối cầu, tiến hành vẽ đường ảnh hưởng của phản lực
gối ngoài cùng

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

138

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

a. Xếp xe một làn:

Hình 6.6: Xếp xe 1 làn theo phương ngang cầu
Phản lực tại gối G1:
RG1 m[(1 +

×

×(

+

)+

×Ω

)]
.

1.2 (1.25 × 292192 × (0.988 + 0.763) + 310 ×

.

× 3000 


Phản lực tại gối G2:
RG2 m[(1 +

×

×(

+

)+

×Ω

)]

1.2 (1.25 × 292192 × (0.0125 + 0.2375) + 310 ×

.

.

× 3000 


Mômen gây ra trên trụ:
M1lan RG1 e + RG2 e  ×

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

×

139

−8000
5382536000N.mm
2

Lớp: Cầu Hầm – K48

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

b. Xếp xe hai làn:

Hình 6.7: Xếp xe 2 làn theo phương ngang cầu
Phản lực tại gối G1:
RG1 m[(1 +

×

×(

+

+

+

)+

×Ω

)]

×(

+

+

+

)+

×Ω

)]

1.2151775682 N
Phản lực tại gối G2:
RG1 m[(1 +

×

1.2 (1.25 × 292192 × (0.0125 + 0.2375 + 0.3875 + 0.6125) +

310 ×

.

.

× 3000 806949 N

Mômen gây ra trên trụ:
M1lan RG1 e + RG2 e  ×

×

−8000
=3874932000N.mm
2

Bảng tổng hợp ảnh hưởng của hoạt tải xe xuống trụ
Ứng lực

1 làn

2 làn

P (N)

1793320

2988866

Mx (Nmm)

5382536000

3874932000

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

140

Lớp: Cầu Hầm – K48

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.2.5.3. Tải trọng người đi bộ:

- Trường hợp 1: Ta chỉ xếp tải trọng người một bên lề bộ hành
Lực do tải trọng người đi bộ quy ra phương ngang tac dụng lên trụ

 300 N/ mm



PPL=

+ Phản lực gối một do PL gây ra:
=

×

= 300 ×

× 1500
.

.

× 1500 = 520335 N

+ Momen do tải PL gây ra:
=

× e = 520335 ×

= 2081340000 N.mm

- Trường hợp 2: Ta xếp tải trọng người trên hai lề bộ hành đối xứng qua tim cầu.
+ Phản lực gối một do PL gây ra:
=2 ×
= 2 × 450000 900000 N
+ Momen do tải PL gây ra: M2lan= 0 N.mm
Bảng tổng hợp ảnh hưởng của hoạt tải người xuống trụ
Ứng lực
1 phía
2 phía
P(N)
520335
900000
M(Nmm)
2081340000
0
7.2.6. LỰC HÃM XE:
- Lực hãm được lấy bằng 25% trọng lượng của các trục xe tải hay xe hai trục
thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải theo quy trình và
coi như đi cung một chiều. Các lực này được coi như tác dụng theo chiều nằm ngang
cách phía trên mặt đường 1800mm theo cả hai chiều dọc để gây ra hiệu ứng lực lớn
nhất. Tất cả các làn thiết kế phải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đi cùng
một chiều trong tương lai.

- Lực hãm xe trên mặt đường.
BR=0.25x1x2x(35000+145000+14500)=162500 N
Kí hiệu
hBR
R

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

Giá trị
1.8
162500

Đơn vị
m
N

141

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.3. TỔNG HỢP NỘI LỰC ỨNG VỚI CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN
7.3.1. ĐỐI VỚI MẶT CẮT ĐỈNH BỆ

Bảng tổng hợp nội lực do các tải trọng tác dụng tại mặt cắt đỉnh bệ
Ngang cầu

N
Tải trọng
Qy
Z1
Mx
(kN)
(kN) (mm) (kN.m)
Tải trọng bản thân dầm(DC)
27247
Lớp phủ DW
2700
Lan can DC2 (DC)
1121
Hoạt tải LL, IM
1 làn
1793
5383
2 làn
2989
3875
Tải trọng người PL
1 bên
520
2081
2 bên
900
Lực đẩy nổi (WA)
-1908
Áp lực tĩnh của nước (WA) Ngang
59

5900
348
Áp lực dòng chảy (WA)
Ngang
50
3400
169
dọc
Lưc va tàu thuyền (CV)
1039
Ngang
6800
70666
2
Gio tác động lên
Ngang
135 20800
2808
hoạt tải WL
dọc
Trọng lượng KCPD (DC
9235
Gió ngang tác
Vtk
599 13305
7971
động lên KCPT (WS)
V25
599 13305
7971

Gió ngang tác
Vtk
42
5429
277
động lên KCPD (WS)
V25
42
5429
277
Gió dọc tác
Vtk
động lên KCPD (WS)
V25
Lực hãm xe dọc cầu (BR)
Vtk
Bảng hệ số tải trọng
Hệ số tải trọng
TTGH
DC
DW
LL, BR, PL
WS
WL

Cường độ

Sử dụng

Qx

(kN)

Dọc cầu
Z1
My
(mm) (kN.m)

0

65

20800

1342

119
119
163

5429
5429
20800

646
646
3380

WA

CV

1.00

1.00

1.00

0.30

1.00

1.00

-

I

1.25

1.50

1.75

-

-

1.00

-

II

1.25

1.50

-

1.40

1.00

-

III

1.25

1.50

1.35

0.40

1.00

1.00

-

Đặc biệt

1.25

1.50

0.50

-

-

1.00

1.00

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

142

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt đỉnh bệ trụ

Sử dụng
Cường
độ

TTGH

P
(kN)

I
II
III

Đặc biệt

Ngang cầu

Dọc cầu

42283

Qy
(kN)
436

Mx
(kN.m)
13248

Qx

(kN)
263

My
(kN.m)
4915

55951
49145

109
1006

13578
11994

284
167

5915
904

54395

500

16680

331

6163

51090

10501

74914

81

1690

7.3.2. ĐỐI VỚI MẶT CẮT ĐÁY BỆ

Bảng tổng hợp nội lực do các tải trọng tác dụng tại mặt cắt đáy bệ
Ngang cầu
N
Tải trọng
Qy
Z1
Mx
Qx
(kN)
(kN) (mm) (kN.m) (kN)
Tải trọng bản thân dầm(DC)
27247
Lớp phủ DW
2700
Lan can DC2 (DC)
1121

1 làn 1793
Hoạt tải LL, IM
2 làn 2989
1 bên
520
Tải trọng người PL
2 bên
900
Lực đẩy nổi (WA)
-6633
Áp lực tĩnh của nước (WA) Ngang
74
7400
548
Ngang
126
4900
618
Áp lực dòng chảy (WA)
Dọc
0
Lưc va tàu thuyền (CV)
Ngang
10392 9800 101842
Ngang
135
23300
3146
Gió tác động lên
hoạt tải WL

Dọc
65
Trọng lượng KCPD (DC)
21048
Vtk
599
15805
9469
Gió ngang tác
động lên KCPT (WS)
V25
599
15805
9469
Vtk
42
7929
331
Gió ngang tác
động lên KCPD (WS)
V25
42
7929
331
Vtk
119
Gió dọc tác
động lên KCPD (WS)
V25
119

Lực hãm xe dọc cầu (BR)
163
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

143

Dọc cầu
Z1
My
(mm) (kN.m

0

23300

1503

7929
7929
23300

944
944
3786

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt đáy bệ trụ

Sử dụng
I
II
III

49371
65991
59186
64436

Cường
độ

TTGH

P
(kN)

Qy
(kN)
527
200
1097
591

Ngang cầu

Mx
(kN.m)
14715
14227
14886
18307

Dọc cầu
Qx
(kN)
263
284
167
331

My
(kN.m)
5572
6626
1321
6992

61130
10592
106739
81
7.4. THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO THÂN TRỤ:
Ta sử dụng tổ hợp nội lực tại mặt cắt đỉnh bệ để tính toán cốt thép cho thân trụ.
Đặc biệt

Tiết diện trụ chọn được vát cạnh theo một bán kính bằng một nửa chiều rộng thân
trụ, khi tinh toán quy đổi tiết diện về hình chữ nhật để gần với mô hình tính toán theo lý
thuyết.
Cách quy đổi ra một hình chữ nhật có chiều rộng bằng chiều rộng của trụ, chiều
dài lấy giá trị sao cho co momen quan tính tương đương.
Ta có: diện tích trụ
= 7000 + 3000 +

×

= 9355 mm

Ta quy đổi theo chiều rộng trụ:
L=

=

= 9355 mm

Hình 6.8: Quy dổi tiết diện trụ
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

144

Lớp: Cầu Hầm – K48

1893


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.4.1. THIẾT KẾ CỐT THÉP THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I:

Dùng thép có fy = 400 MPa để thiết kế thép chịu lực
Dùng thép có fy = 280 MPa để thiết kế thep đai
Xác định

do 28 (MPa) 

,

50 (MPa) 56 (MPa) nên:

.

= 0.85 –

,

×(

– 28) 0.85 –

= 0.42 = 0.42 × 0.693 0.291
.
=
1−
= 0.291 1 −

7.4.1.1. Theo phương dọc cầu
Tiết diện tính toán: b h= 9355 mm 3000 mm

.

× (50– 28) = 0.693

= 0.2487

Thiết kế như bài toán có:
Pu55951 kN, Mu 13578 kN.m
Chọn bề dày lớp bảo vệ thép từ mép ngoài của bê tông tới tâm cốt thép là 100 mm
Chiều cao có hiệu của tiết diện:
d h a0 3000 100 2900 mm
Tinh diện tich cố thép chịu nén:
,

/ .

=

,

.

× ×

×

,

×

=

/ .

.

×

×

(

= -729012.7
Diện tich cố thép chịu kéo:
,
.
× ×
=
.

=

×

×

×

× .

)
,

×

×

× ,
× .

×

.

= 109797.5
Kiểm tra điều kiện cốt thép tối thiểu:
,

As As(min) = 0.03

×ℎ×

= 0.03 × 3900 × 9355 ×

=101735.6 mm2

Ta chọn cốt thép chủ 32 có diện tich cắt ngang 819mm2

Số thanh

=

.

= 134

Vậy chọn cốt thép chủ là 2 lớp 32 a150
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

145

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.4.1.2. Theo phương ngang cầu
Tiết diện tính toán: b h= 3000 mm 9355 mm
Thiết kế như bài toán có:
Pu 55951 kN, x M 5915 kN.m
Chọn bề dày lớp bảo vệ thép từ mép ngoài của bê tông tới tâm cốt thép là 100 mm
Chiều cao có hiệu của tiết diện:
ds h a0 9355 100 9255 mm
Tinh diện tich cố thép chịu nén:
,

/ .

=

,

.

× ×

×

,

×

=

/ .

.

×
(

= 

Diện tich cố thep chịu kéo:
,
.

× × ×
=
=

.

×

×

×

×

,

×
)

× .

× ,
× .

×

= 118567
Kiểm tra điều kiện cốt thép tối thiểu:
Kiểm tra điều kiện cốt thép tối thiểu:
,

= 0.03 × 3000 × 9255 ×

As As(min) = 0.03 × ℎ ×

= 104118.75 mm2

Ta chọn cốt thép chủ 32 có diện tich cắt ngang 819mm2
Số thanh

=

= 133

Vậy chọn cốt thép chủ là 2lớp 32 a150

Hình 6.9: Bố trí cốt thép thân trụ
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

146

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.4.2. THIẾT KẾ CỐT THÉO THEO TTGH ĐẶC BIỆT:

Ta kiểm toán khả năng chịu cắt của thân trụ theo phương ngang cầu vì có
H max(Hx ,Hy ) 10501 kN
Bố trí cốt đai như sau: đai 16 bước đai S = 200mm.
Sức kháng cắt danh định tiết diện:
 = 0.25 × fc, × bv × dv
=
b v × dv

Vn =
Trong đó:

f , :Cường độ chịu nén của bêtông
b :Bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao dv
b b 3000 mm
d :Chiều cao chịu cắt hữu hiệu:

−
Vn =

.

9255 −

= max 0.9 × 9255 = 9220
0.72 × ℎ
0.72 × 9355

max 0.9 ×

Với

⟹a=

−

−

×

= 9255− 9255 −

,

× .

× ×

×

×

. × .

×

×

= 70.8 mm
Vc: Sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tông
×

= 0.083×

,

×

×

Trong đó:
: Hệ số chỉ khả năng của bêtông bị nứt chéo, theo 3.8.3.4 có thể lấy 2.0
= 0.083×

×

,

×

×

= 0.083× 2 × √50 × 3000 × 9220 × 10

= 32467 N

'

Vs: Sức kháng cắt của cốt thép ngang
=

×

×

×

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

( )×

( )

147

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Trong đó:

: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo, theo 3.8.3.4, có thể lấy 450

: Góc nghiêng của cốt thép đối với trục dọc, 900
Av : Diện tích cốt thép đai (mm2)
= 201 mm2

Av = ×

S: Bước cốt thép đai
=

×
×

=

×

( )×

×

×

×

Vậy:

( )
(

)×

(

)

= 2594508 N 2594.51 kN

 = 0.25 × f,c × bv × dv
=
Vc × Vs
 = 0.25 × 50 × 3000 × 9220 × 10−3 = 345750 KN
=
32467 × 2594.5 = 35061.5 KN

Vn =

=
= 35061.5 KN
Sức kháng cắt tính toán:

Vr Vn 0.935061.5 31555.4 kN .
Với
0.9 : Hệ số sức kháng.
Kiểm tra điều kiện:
Vu 10501kN 31554 kN
Vậy thoả khả năng chịu cắt
7.5. KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU NỨT CỦA THÂN TRỤ
Ta sẽ kiểm tra nứt của thân trụ bằng trạng thái giới hạn sử dụng:
Theo phương dọc cầu:

4915 kN.m

Theo phương ngang cầu:

13248 kN.m

7.5.1.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CHỊU NỨT THEO PHƯƠNG DỌC CẦU

Tiết diện tinh toán: b h = 9355mm 3000 mm
Công thức kiểm tra:

≤

min

(

. ) /

; 0.6

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

148

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

+ Tính fsa:
Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất:
dc 75(mm) > 50 (mm) nên dc = 50mm
Diện tích của vùng bêtông bọc quanh 1 nhóm thép

Ac2dc b 2509355 935500(mm2)
Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép:
A=


.

=

= 14849(mm2)

=

= 331.3 Mpa;

×.

√

0,6.fy = 0,6.400 = 240MPa;
Ứng suất giới hạn trong cốt thép ở TTGH sử dụng fsa = 240MPa.
+ Tính fs:

=

n=

×
.

= 5.26

.

×

×√
Diện tich cốt thép chịu kéo As= 126×819 = 103194 mm2

Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:

×

x = n×

×

1+

×

×

= 5.26×

×

1+

−1

×
.

×
×

− 1 =525 (mm)

Moment quán tính của tiết diện bêtông khi đã nứt đối với trục TTH:

Icr =
=

×

+n×
×

× (ds-x)2

+ 5.26 × 103194 × (2900-525)2 = 3.51×1012 (mm4)

Ứng suất trong cốt thép ở TTGH sử dụng

= .

.(

− ) = 5.26×

.
.

×

.(2900-525) = 17.49MPa

fs = 17.49MPa < fsa = 240MPa Mặt cắt thỏa mãn điều kiện chịu nứt.

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

149

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

7.5.2.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CHỊU NỨT THEO PHƯƠNG NGANG CẦU

Tiết diện tinh toán: b h =3000 mm 9355mm

min

≤

Công thức kiểm tra:

(

/

. )

; 0.6

+ Tính fsa:
Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất:
dc 75(mm) > 50 (mm) nên dc = 50mm
Diện tích của vùng bêtông bọc quanh 1 nhóm thép
Ac 2d b 2503000 300000(mm2 )
Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép:



=

.

A=



√

×

= 15000(mm2)

= 330 Mpa

0,6.fy = 0,6.400 = 240MPa;
Ứng suất giới hạn trong cốt thép ở TTGH sử dụng fsa = 240MPa.
+ Tính fs:
n=

=

×
.

.

×

×√

= 5.26

Diện tich cốt thép chịu kéo As = 40×819 = 32760 mm2
Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:

×

x = n×

×

1+

−1

×

×

= 5.26×

×

×

1+

.

×
×

− 1 =975 (mm

Moment quán tính của tiết diện bêtông khi đã nứt đối với trục TTH:

Icr =
=

×

+n×
×

× (ds-x)2

+ 5.26 × 32760 × (9255-975)2 = 1.274×1013 (mm4)

Ứng suất trong cốt thép ở TTGH sử dụng

= .

.(

− ) = 5.26×

.
.

×

.(9255-975) = 46.27MP

fs = 46.27MPa < fsa = 240MPa Mặt cắt thỏa mãn điều kiện chịu nứt.

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

150

Lớp: Cầu Hầm – K48

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MÓNG TRỤ
8.1. ĐỊA CHẤT KHU VỰC.
Lớp 1 (L1) : Bùn sét hữu cơ màu xám xanh:
Chiều dày lớp
: h1 = 12.1 m
Các chỉ tiêu cơ lý :
- Trọng lượng thể tich
: n = 1.738 T/m3.
- Dung trọng đẩy nổi
: dn = 0.812 T/m3.
- Lực dính
: c = 0.175 (KG/cm2)
- Góc ma sát trong
: = 7010’ .
- SPT trung bình
:0
Lớp 2 (L2) : Đất sét it dẻo, sét it dẻo lẫn cát, dẻo cứng đến nữa cứng đôi chỗ cứng:
Chiều dày lớp
: h2 = 15.6 m
Các chỉ tiêu cơ lý :
- Trọng lượng thể tich
: n = 1.407 T/m3.
- Dung trọng đẩy nổi
: dn = 0.404 T/m3.
- Lực dinh

: c = 0.207 (KG/cm2)
- Góc ma sát trong
: = 20 049’.
- SPT trung bình
:21
Lớp 3 (L3) : Đất sét pha, màu nâu nhạt, dẻo cứng đến nữa cứng :
Chiều dày lớp
: h3 = 6.1 m .
Các chỉ tiêu cơ lý :
- Trọng lượng thể tich
: n = 1.959 T/m3.
- Dung trọng đẩy nổi
: dn = 0.979 T/m3.
- Lực dinh
: c = 0.493 (KG/cm2)
- Góc ma sát trong
: = 25 020’.
- SPT trung bình
: 29
Lớp 4 (L4): Cát bột sét, chặt đến rất chặt, đôi chỗ chặt vừa:
Chiều dày lớp
: h4 = 17.85 m .
Các chỉ tieu cơ lý :
- Trọng lượng thể tich
: n = 1.853 T/m3.
- Dung trọng đẩy nổi
: dn = 0.873T/m3.
- Lực dinh
: c = 0.032 (KG/cm2)
- Góc ma sát trong

: = 23 010’.
- SPT trung bình
: 47

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

151

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

8.2. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CỌC.

- Đường kinh D = 1.5 m
- Chiều dài cọc L = 45 m tính từ đáy đai cọc trong đó chiều dài cọc từ đáy đai cọc đến
mặt lớp đất sau xói lở là 3.8 m, chiều cọc ngàm trong dất là 41.2 m, chiều dài cọc
ngàm trong đai cọc là 1 m.
- Chu vi mặt cắt ngang cọc: 4.712 m
- Diện tích mặt cắt ngang cọc: 1.767 m2
- Đường kính cốt thép dọc: 25 mm
- Khoảng cách tim đến tim giữa các cọc: d = 4.0 m
- Trọng lượng riêng của vật liệu làm cọc: = 25 KN/m3.
- Cường độ bêtông: fc’ = 35 MPa.
8.3. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU
- Sức chịu tải của cọc theo vật liệu cho bởi công thức sau (sử dụng cốt đai xoắn):
Qcoc =

× (0.85×

,
,

×

+

×

)

- Trong đó: + = 0.75 : Hệ số uốn dọc.
+ fc’= 35 MPa : Cường độ chịu nén của bêtông.
+ Ac = 1.753 m2 : Diện tích của phần bêtông.
+ fy = 400 MPa : Cường độ chịu nén của cốt thép.
+ As 0.0137 m2 : Diện tích của thép. (28Þ25)
Qcoc = 0.75 × (0.85× 35 × 1.753 × 10 + 400 × 10 )
= 39006125 = N 39006. kN
8.4. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
Sức chịu tải của cọc theo đất nền được cho bởi công thức sau đây:
QR =
×Qp +
×Qs
Với Qp = × Ap
Qp = × As
Trong đó:
- Qp : Sức kháng mũi cọc (N)

- Ap : Diện tích mũi cọc (m2)
- Qs : Sức kháng thân cọc (N)
- As : Diện tích bề mặt thân cọc (m2)
: hệ số sức kháng mũi trong đất cát – Điều10.8.3.4 theo 22 TCN 272 -05
pq = 0.50
SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

152

Lớp: Cầu Hầm – K48


THIẾT KẾ KỸ THUẬT

GVHD: NGÔ CHÂU PHƯƠNG

-ps hệ số sức kháng thành bên:
+ Đối với lớp sét qs = 0.65 - (Reese & O’Neill 1998)
+ Đối với lớp cát qs = 0.65 - Điều10.8.3.4 theo 22 TCN 272 -05
8.4.1. Tính sức kháng đơn vị của thân cọc qs (MPa)
- Đất cát : (Tính theo Reese và Wright) (điều 10.8.3.4.2)
qs 0.0028N (với N 53)
qs 0.00021N53 0.15 (với 53N: Số bua SPT chưa hiệu chỉnh, lấy N theo từng loại đất.
- Đất dính : (Tính theo phương pháp ) (điều 10.7.3.3.2)

qs Su
Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa)
Suctg
: Hệ số dinh bám. (10.5.5-3)

- Tính toán theo các quy tắc trên ta có kết quả sức kháng thân cọc như sau:
+ Bỏ qua sức kháng thành bên tại 1m đầu cọc và tại một đoạn bằng đường kính
cọc ở
đầu cọc
+ Đáy đai cọc nằm trên mặt đất tự nhiên 1m

SVTH: NGUYỄN THÀNH BÁ

153

Lớp: Cầu Hầm – K48