ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG CỐT THÉP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

CHƯƠNG III : PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ III
CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP - BTCT
I. Giới thiệu chung về phương án:
I.1. Bố trí chung :
Kết cấu nhịp cầu dài 168 m được chia thành 3 nhịp liên tục theo sơ đồ
49+70+49m.
I.2. Kết cấu bên trên :
Kết cấu phần trên bằng thép liên hợp BTCT.
I.3. Kết cấu phần dưới :
Mố : loại mố U BTCT Grade 30
Trụ : trụ đặc thân hẹp BTCT Grade 30
II. Tính tốn thiết kế phương án :
II.1. Tiêu chẩn thiết kế :
- Tiêu chuẩn thiết kế : 22 TCN 272 – 05 bộ giao thơng vận tải
- Tải trọng thiết kế
:
+) Hoạt tải
: HL93
+ ) Người đi
: 300Kg/m2
II.2. Sơ đồ kết cấu :
- Sơ đồ nhịp
: 2×33+ 49 + 70 + 49+2×33( m)
- Chiều dài tồn cầu : Lc= 310.56m
- Khổ cầu
: 7.5 + 2x1.5 m

II.1.2. Kết cấu phần trên:
- Kết cấu nhịp dầm liên hợp thép- BTCT liên tục 3 nhịp
49+70+49(m)
- Nhịp liên tục
+) Số dầm dọc trên mặt cắt ngang nd = 6
+) Các kích thước :
Chiều rộng cánh trên : btf = 500 mm
Chiều dày cánh trên : ttf = 30 mm
SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 1

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

-

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

Chiều rộng cánh dưới : bbf = 700 mm
Chiều dày cánh dưới : tbf = 40 mm
Chiều cao sườn
: hw = 2430 mm
Chiều dày sườn
: tw = 20 mm
Chiều dày BMC

: ts = 200 mm
Chiều cao vút
: hh = 120 mm
Khoảng cách dầm
: S = 2000 mm
Nhịp dẫn
+) Số dầm dọc trên mặt cắt ngang nd = 6
+) Các kích thước :
Chiều rộng cánh trên : btf = 500 mm
Chiều dày cánh trên : ttf = 30 mm
Chiều rộng cánh dưới : bbf = 700 mm
Chiều dày cánh dưới : tbf = 40 mm
Chiều cao sườn
: hw = 133 mm
Chiều dày sườn
: tw = 20 mm
Chiều dày BMC
: ts = 200 mm
Chiều cao vút
: hh = 120 mm
Khoảng cách dầm
: S = 2000 mm

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 2

Lớp :Cầu Hầm- K48

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

II.1.3. Vật liệu :
a - Bê tơng :
Cấp BT A(E)
c = 2500 Kg/m3 = 25.00 kN/m3
Ec =0.043* c1.5 * f 'c = 33994 Mpa
f'c = 40 MPa
fr = 0.63* f 'c
= 3.98 MPa
 = 0.20
 = 1.08E-05
b - Cốt thép thường :
Loại CT có gờ
fr = 300 MPa
Er = 200000 MPa
fyr = 290 MPa
c - Thép dầm chủ :
A 709 Grade 345
s = 7850 Kg/m3 = 78.50 kN/m3
fs = 450 MPa
Es = 20000 MPa
fy = 345 MPa
II.1.4. Xác định tĩnh tải :
Hệ số điều chỉnh tải trọng  :
 D = 1.00
(1.3.3)

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 3

(5.4.2.4-1)

(5.4.2.5)
(5.4.2.2)

(5.4.3.2)

(1.3.1.2)

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

 D = 1.00
(1.3.5)

 = 1.00
Sơ đồ siêu tĩnh
R = 1.00 =>

(1.3.4)

II.1.4.1 – Tĩnh tải giai đoạn I :
Tải trọng giai đoạn I bao gồm : trọng lượng bản thân , tải trọng bê tơng ướt
của BMC, tải trọng thi cơng
 DC = 1.25 (Bảng 3.4.1-2)
- Trọng lượng bản thân dầm :
Fs = 30 �500 + 2430 �20 + 700 �40 = 91600 mm2
DCd = s �Fs =78.5 �0.0916 = 7.106kN/m
- Trọng lượng vút :
Fh = (500×120)+(120×120)×2/2= 74400 mm2
DCh = c �Fh =25 �0.0744 = 1.86 kN/m
- Trọng lượng liên kết dọc, ngang,sườn tăng cường lấy bằng 20% trọng
lượng dầm thép :
DCi = 7.106 �20% =1.4212 kN/m
- Trọng lượng neo lấy :
DCneo = 0.15 kN/m
- Trọng lượng bê tơng BMC :
DCbmc = 25 �2×0.2+ DCh = 11.86 kN/m
—>DC1 = DCi + DCneo + DCbmc = 13.4312 kN/m cho 1 dầm
– Tải trọng thi cơng CLL :
CLL = 0.2 �10 �12/6 = 4 kN/m cho một dầm
II.1.4.2- Tĩnh tải giai đoạn II :
Gồm tĩnh tải do trọng lượng bản thân lớp phủ mặt cầu, lan can, gờ chắn
bánh, cột đèn
DW 1.5
Hệ số tải trọng :
- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu DW1p gồm :
+ Lớp BT atphan dày 7cm
DWa = 12 �0.07 �23 = 19.32 kN/m
+ Lớp phòng nước 0.4cm
DWpn = 12 �0.004 �15 = 7.2 kN/m

->DWlp = DWa + DWpn =26.52 kN/m
- Trọng lượng lan can:
+ Phần thép có trọng lượng :
DCt = 2,65 kN/m
+ Phần bê tơng có trọng lượng : DC bt = 2,21 kN/m
-> DC lc = 2,65+2.21=4.86 kN/m
- Trọng lượng gờ chắn bánh:
DWg= 0.0666 x 25= 1.664 kN/m

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 4

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

DC2 = DWlp +DWg +DClc =33.044 kN/m
- Tính cho 1 dầm : 33.044 /6= 5.507 kN/m
II.1.5. Hoạt tải :
HL93 gồm : LL
1. Xe tải thiết kế + Tải trọng làn thiết kế
2. Xe 2 trục thiết kế + Tải trọng làn thiết kế
Hệ số xung kích = (1+IM)/100
TTGH mỏi và giòn : IM = 15%
TTGH khác

: IM = 25%
Tải trọng làn :
q = 9.30 N/mm = 9.30 kN/m
Người đi bộ :
3.00 �10-3 = 3.00 kN/m2
PL = 2 �1.5 �3 = 9 kN/m
TTGH
Cường độ I

Hệ số tải trọng  LL,  PL
1.75

II.1.6. Xác định bề rộng bản cánh có hiệu :
- Chiều dài nhịp tính tốn Ltt= 70m
- Khoảng cách giữa các dầm B = 2m
- K/C từ tim dầm biên đến mép ngồi của bản BT: C=B/2=1m
Ta thấy:
- 70 > 4×2=8-> chiều rộng cánh bản về mỗi phía dầm tham gia tiết
diện liên hợp bằng 2/2=1(m)
- 70 > 12×(2/2)= 12 -> chiều rộng cánh mút thừa của bản tham gia
tiết diện liên hợp bằng 2/2(m)
->chiều rộng bản BTCT tham gia vào tiết diện liên hợp bc= 2m
II.1.7. Tính đặc trưng hình học mặt cắt dầm thép:
Đặc trưng mặt cắt khơng liên hợp : mặt cắt trong vùng uốn dương hoặc âm (mặt
cắt dầm thép)

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 5

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

�b �h3 �

Các bộ phận
Bản cánh trên
500 �30
Sườn
2430 �20
Bản cánh
dưới
700×40
S

Ai

yi

Ai.yi

yi-ysb

Ai(yi-ysb)2

I0= �
�
� 12 �

(mm2)

(mm)

(mm3)

(mm)

(mm4)

(mm4)

15000

2485

3.73E+07 1405.74 1.5E+9

1.125e+6

48600

1255

6.1E+07

175.74

1.5E+10

2.39E+10

28000
91600

20

5.60E+05
9.88E+7

3.14E+10
3.29E+10

3.73E+6
2.39E+10

ysb 

Ai �yi (9.88 �107 )

 1079.26 mm
S
91600

yst
= 2500 – 1079.26 = 1420.74 mm

Idam =  Io +  Ai(yi – ysb)2
= (2.39 �1010 ) +(3.29 �1010 ) = 5.68 �1010 mm4
Ssb =

I dam
5.68 �1010
 5.26 �107 mm3
=
y sb
1079.26

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 6

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

I dam
5.68 �1010
 3.98 �107 mm3
Sst =
=
yt
1420.74

Đặc trưng mặt cắt liên hợp phạm vi ngắn (n=7:vì f’c=30-40)

Các bộ phận
Mặt cắt thép
Bản mặt cầu
2000/7 x 200


Ai
(mm2)
91600

Ai(yi-ysb-n)2
(mm4)
3.12E+10

I0
(mm4)
2.39E+10

1.48E+08 936.727 5,014E+10
2.474E+8
8.134E+10

1.9E+08
2.41E+10

yi
Ai.yi

yi-ysb-n
(mm)
(mm3)
(mm)
1079.26 9.88E+07 -584.01

57142.86
148742.86
ysb-n =

2600

�Ai �y
�Ai

i



2.474 �108
 1663.273 mm
148742.86

yst-n = 2500 – 1663.273 = 836.727 mm
Icom-n =  I0 +  Ai(yi - ysb)2
= 2.41 �1010 + 8.134 �1010 = 1.0544 �1011 mm4
I com n
1.0544 �1011
 6.339 �107 mm3
=

y sb  n
1663.273
I com n
1.0544 �1011
 1.26 �108 mm3
=
=
y st  n
836.727

Ssb-n =
Sst-n

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 7

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

Đặc trưng mặt cắt liên hợp phạm vi dài (3n=21)
Các bộ phận

yi
Ai.yi

yi-ysb-3n Ai(yi-ysb-3n)2
(mm)
(mm3)
(mm)
(mm4)
1079.26 9.88E+07 -321.59
9.47E+9

Ai
(mm2)
91600

Mặt cắt thép
Bản mặt cầu
2000/21 x 200

19047
110647.62



ysb-3n =

2600

5.66E+07 1199.15
1.55E+8

�Ai �y
�Ai

i



2.739E+10
3.686E+10

I0
(mm4)
2.39E+10
6.35E+07
2.396E+10

1.55 �108
 1400.85 mm
110647

yst-3n = 2500 – 1400.85 = 1099.156 mm
Icom-3n =  I0 +  Ai(yi - ysb)2
= 2.396 �1010 + 3.686 �1010 = 6.08 �1010 mm4
I com 3n
6.08 �1010
 4.34 �107 mm3
=
y sb  3n
1400.85
I com 3n
6.08 �1010
 5.53 �107 mm3

=
=
y st  3n
1099.156

Ssb-3n =
Sst-3n

II.1.8. Tính nội lực do tĩnh tải :
- Giai đoạn 1 : Chỉ có dầm chủ chịu lực
+Sơ đồ tính: Dầm liên tục 3 nhịp 49+70+49m
DC

49000

CLL

70000

49000

+Tải trọng tác dụng :
. Tĩnh tải giai đoạn 1 DC1 = 13.4312 KN/m
. Tải trọng thi cơng CLL = 4KN/m
+Lần lượt xếp các tĩnh tải lên đường ảnh hưởng mơ men mặt cắt giữa nhịp
2 ta tính được nội lực :

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 8

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

Mơ men do CLL gây ra tại mặt cắt giữa nhịp 2

Mơ men do DC1 gây ra tại mặt cắt giữa nhịp 2
- Giai đoạn 2 : Bản bêtong tham gia chịu lực cùng với dầm thép(mặt cắt
liên hợp chịu lực).
+Sơ đồ tính: Dầm liên tục 3 nhịp 49+70+49m
DC2

DW

49000

70000

49000

+Tải trọng tác dụng:
. Trọng lượng lớp phủ mặt cầu DW =4.42 KN/m

Mơ men do DW gây ra tại mặt cắt giữa nhịp 2

Mơ men do DC2 gây ra tại mặt cắt giữa nhịp 2
Mơmen khơng hệ số

Loại lực
CLL
DC1
DW
DC2

Mc thép
Mgoi(kN.m)
M1/2(kN.m)
-1490.7
959.3
-5005.5
3221.1
KAD
KAD
KAD
KAD

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 9

Mc liên hợp dài hạn
Mgoi(kN.m)
M1/2(kN.m)
KAD
KAD

KAD
KAD
-1647.2
1060
-2052.3
1320.7
Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

II.1.9. Tính nội lực do hoạt tải :
a. Số làn tính tốn :
NL = phần ngun (

W
8000
) = pn(
) = 2 Làn
3500
3500

b. Hệ số làn xe :
Số làn
1
2

m
1.2
1

c. Hệ số xung kích :
Hệ số xung kích của tải trọng.

T.T.G.H
Tên hệ số
1

IM
100

Cường độ

Sử dụng

Mỏi

1,25

1,25

1,15

d. Hệ số phân ngang của HL-93
Loại tiết diện ngang (a)
S = 2000 mm , L = 70000 mm
Giả thiết cho thiết kế sơ bộ Kg/L.ts3 = 1.0

Dầm trong :
Tải trọng thiết kế trên 1 làn xe:
S 0.4 S 0.3 K g 0.1
mg MSI 0.06  (
) ( ) ( 3)
4300
L
L.ts
mgMSI = 0.06 + (

2000 0.4 2000 0.3
) (
) (1.0)0.1 = 0.313
4300
70000

Tải trọng thiết kế trên 2 làn xe:

mg MSI 0.075  (

S 0.6 S 0.2 K g 0.1
) ( ) ( 3)
2900
L
L.ts

mgMSI = 0.075 + (

2000 0.6 2000 0.2
) (

) (1.0)0.1 = 0.468
2900
70000

Dầm ngồi :
Tải trọng thiết kế trên 1 làn xe:

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 10

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

1

2

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

3

4

5

6

Ðah R1
0.075
1

1.5

Ngun tắc đòn bẩy, chỉ tính một làn xe nên hệ số làn m =1.2
1
2
g �m=1.2 �0.0375=0.045

g= ( y1  y2 ) =0.5 �0.075= 0.0375

Tải trọng thiết kế trên 2 làn xe:
de = 1000 mm(k/c dầm biên tới mép cầu)
1000
de
= 0.77+
= 1.127
2800
2800
mgMSE = e.mgMSI = 1.127 �0.468= 0.5275

e = 0.77 +

e. Hệ số phân bố ngang của người đi (gn).
- Dầm biên: tính theo phương pháp đòn bẩy

1

2

3

4

5

6

Ðah R1

1.5

1.25

1

0.5

ME
mg NG
 0.5 �(1.25  0.5) �1.5  1.3125

- Dầm trong: xếp tải trọng người lên cả 2 lề đi bộ và coi như tải trọng này
phân bố đều cho các dầm chủ
ME
mg NG


2 2
  0.33
n 6

n : số dầm chủ n = 6
f. Mơmen do hoạt tải :
-Ta lần lượt xếp tải lên phần dương của ĐAH để gây ra hiệu ứng tải trọng lớn
nhất.
SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 11

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

Xếp xe 2 trục + tải trọng làn lên ĐAH (+) mặt cắt giữa nhịp 2

Xếp xe 3 trục + tải trọng làn lên ĐAH (+) mặt cắt giữa nhịp 2
Ta được các biểu đồ bao mơ men :

Biểu đồ bao mơ men của xe 2 trục + tải trọng làn

Biểu đồ bao mơ men của xe 3 trục + tải trọng làn
Mơmen khơng hệ số M

LL+IM

Tải trọng
Xe 2 Trục + TT làn
Xe 3 Trục + TT làn

Mgoi(kN.m)
-26912.1
-26229.1

M1/2(kN.m)
33880.3
32553.2

g. Mơmen do tải trọng người đi bộ :

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 12

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

Biểu đồ bao mơ men của người

Mơmen khơng hệ số MPL
Tải trọng
Người

Mgoi (kN.m)
-6697.6

M1/2(kN.m)
10620.9

II.1.10. Tính duyệt M theo TTGH cường độ I :
-Xét tổ hợp
MU =  [  p DC +  p DW + 1.75MLL+IM + 1.75gMPLPL]
Trong đó :
+ MLL – mơ men do hoạt tải tác dụng lên một dầm chủ (đã tính
hệ số phân bố ngang)
+ MU – mơ men tính tốn theo TTGH Cường độ 1 của dầm giữa
+  =0.95 hệ số liên quan đến tính dẻo , tính dư và sự quan
trọng
trong khai thác xác định theo TCN
 i . d . R 0.95
Hệ số liên quan đến tính dẻo  d =0.95
Hệ số liên quan đến tính dư  R =0.95
Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác i
=1.05
+ IM – hệ số xung kích
+ MLL+IM = gMLL{(1+IM)Mxe tải+Mlàn}
gMLL : hệ số phân bố ngang do hoạt tải
+  p - hệ số tĩnh tải
Loại tải trọng

TTGH cường độ I TTGH sử dụng
DC
1.25
1
DW
1.5
1
- Tại giữa nhịp :
Mu =

0.95 � 1.25 �(959.3  3221.1  1320.7)  1.5 �1060  1.75 �1.25 �0.5275 �32553.2  1.75 �1.3125 �10620.9
 66903.36KN.m

- Tại đỉnh trụ :

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 13

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

Mu =
1.25 �(1490.7  5005.5  2052.3)  1.5 �1647.2  1.75 �1.25 �0.5275 �26229.1  �
�

0.95 ��
�
1.75 �1.3125 �6697.6
�
�
 55865.84KN.m

* Xét mặt cắt chịu uốn dương
Tính tốn mơmen chảy My :
My = MD1 + MD2 + MAD
Trong đó:
MD1 - mơmen gây ra bởi tải trọng cố định có hệ số trên mặt cắt thép
MD1 = 1.25 �3221.1= 4026.375 kN.m
MD2 - mơmen gây ra bởi tải trọng cố định chất thêm có hệ số lên mặt
cắt
liên hợp dài hạn
MD2 = 1.25 �1320.7 + 1.5 �1060 = 3240.875 kN.m
MAD - mơmen gây ra bởi hoạt tải cộng thêm có hệ số gây ra trạng
thái giới hạn chảy trong các bản thép
+ Đối với bản cánh trên
M AD t  

f t 3 �I ST
y t II

+ Đối với bản cánh dưới
M b AD 

f b 3 �I ST
y b II

M AD  min( M t AD , M b AD )
f t 3 , f b 3 : ứng suất cánh trên và cánh dưới dầm thép

Khi ứng suất cánh dầm thép đạt đến giới hạn chảy, ta có :
f t 3   f y  f t1  f t 2
f b 3  f y  f b1  f b 2

ứng suất cánh trên và cánh dưới do M D1 :
M D1 t
4026.375
y I 
�1.42074  100711.83KN / m 2
I NC
0.0568
M
3069.75
f1b  D1 yI b 
�1.0726  57968.5537 KN / m 2
I NC
0.0568
ứng suất cánh trên và cánh dưới do M D 2 :
M
3240.875
f 2t   D 2 y t II  
�0.8367  44599.34 KN / m 2
I LT
0.0608
f1t  

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 14

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG
f 2b 

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

M D 2 b 3240.875
yII 
�1.663  88644.3277 KN / m2
I LT
0.0608

� f t 3   f y  f t1  f t 2 = -345000+100711.83+44599.34 = -199688.83 KN/m 2
f b 3  f y  f b1  f b 2 = 345000 – 57968.5537-88644.3277 = 198387 KN/m 2

Trong đó :
yI t , yI b : khoảng cách từ TTH I-I đến mép trên và mép dưới của dầm

thép.
yII , yII : khoảng cách từ TTH II-II đến mép trên và mép dưới dầm
thép.
I NC : momen qn tính của mặt cắt dầm thép.
I ST , I LT : momen qn tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn và dài hạn.

M t AD , M b AD : momen uốn bổ sung cần thiết để gây ra trạng thái chảy
đầu tiên ở mép trên và dưới của dầm thép.
f y  345000 KN / m 2 : giới hạn chảy của thép.
t

b

199688.83
�0.2572  61455.568KNm
0.8367
198387
M b AD 
�0.2572  30682.58 KNm
1.663
� M AD  30682.58KNm
� M t AD  

My = 4026.375 +3240.875 +30682.58 = 37949.83 kN.m
Tính tốn mơmen dẻo
Xác định vị trí trục trung hồ dẻo PNA
Bỏ qua cốt thép bản betong
Lực dẻo tại trọng tâm bản betong :
Ps  0.85 f c , As  0.85 �40000 �(2.0 �0.2  0.12 2  0.5 �0.12)  16129.6 KN

Lực dẻo tại bản cánh chịu nén :
Pc = Afc �fyc = 500 �30 �345 = 5175 kN
Lực dẻo tại sườn dầm thép :
Pw = Aw �fyw = 2430 �20 �345 = 16767 kN
Lực dẻo tại bản cánh chịu kéo của dầm thép :
Pt = Aft.Fyt = 700 �40 �345 = 9660 kN

� Pc< Pw + Pt � TTH đi qua sườn dầm
Vị trí trục PNA đi qua sườn dầm, chiều cao phần sườn dầm chịu nén :
Dcp 

,
� 2.430 �9660  5175  16129.6 �
Dw �At f yt  Ac f yc  0.85 �f c �As
 1 �
 1� 0.371m
�
� 2 �
2 �
A
f
16767
�
�
w
yw
�
�

Mơmen dẻo
SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 15

Lớp :Cầu Hầm- K48

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

( D  Dcp ) 2
D 2
t
t �
�
M p  0.85 As f c , ( Dcp  tc  Z S )  Ac f yc ( Dcp  c )  tw f yw w
 t w f yw cp  At f yt �Dw  Dcp  t �
2
2
2
2�
�
0.03
 16129.6(0.371  0.03  0.091)  0.5 �0.03 �345000 �(0.371 
)
2
(2.43  0.371) 2
0.3712
0.02 �345000 �
 0.02 �345000 �
2
2
0.04
0.04 �0.7 �345000(2.43  0.371 
)  72117.52 KN .m

2
t
t
2t
bs t s ( s  th )  bc th h  bht h h
2
2
3
Zs 
bs ts  bc th  bh th


2.0 �0.2 �(

0.2
0.12
2 �0.12
 0.12)  0.5 �0.12 �
 0.12 �0.12 �
2
2
3
 0.091m
2.0 �0.2  0.5 �0.12  0.12 �0.12

Z s khoảng cách từ trọng tâm bản betong đến mép trên của dầm thép.

Tính tốn mơmen danh định Mn:
a - Kiểm tra độ cứng của mặt cắt dầm
u cầu độ mảnh của sườn dầm

2 Dcp
tw

3.76

E
Fyc

Dcp = 0.371m.
2 �0.371
200000
 37.1  3.76 �
 90.53
0.02
345

Vậy u cầu về độ mảnh sườn dầm là thoả mãn.
b- Kiểm tra u cầu về tính dẻo :
Dp
D'

5

Mục đích của u cầu này là ngăn chặn việc nứt vỡ của bản bê tơng mặt
cầu khi mà mặt cắt liên hợp tiến gần đến khả năng momen dẻo.
Dp - chiều cao từ đỉnh của bản bê tơng mặt cầu đến trục PNA
Dp = 0.2+0.12+0.371 = 0.691 m

 d  t s  th 

2.0  0.2  0.12
D '  
= =0.7 (
) = 0.2165mm
7.5
 7.5 

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 16

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG
=>

Dp
D'

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

=

0.691
= 3.19 < 5 � Đạt
0.2165

c- Kiểm tra về giới hạn tỷ số mơmen qn tính :

Các cấu kiện uốn phải đạt u cầu sau
0.1 ≤

I yc
Iy

≤ 0.9

Iyc và Iy - các mơmen qn tính của bản cánh chịu nén và dầm thép với
trục thẳng đứng trong mặt phẳng của sườn. Giới hạn này đảm bảo rằng cơng thức
tính tốn sự mất ổn định do xoắn ngang là có hiệu quả.
30 �5003
Iyc =
= 3.125 �108 mm4
12
2430 �203
40 �7003
Iy = 3.125 �108 +
+
= 14.57 �108 mm4
12
12
I yc
0.1 <
= 0.2144< 0.9 � Đạt
Iy

d- Sức kháng uốn danh định Mn :
Mn = 1.3RhMy ≤ Mp
với hệ số giảm nhỏ ứng suất bản cánh Rh =1.0 đối với mặt cắt đồng nhất

Mn = 1.3 �1.0 �37949.83
= 49333.7 kN.m < Mp = 72117.52kN.m � Đạt
Mơmen tính tốn :
Mu = 66903.36 kN.m < Mp = 72117.52 kN.m Đạt
* Xét mặt cắt chịu momen uốn âm :
Tính tốn mơmen chảy My :
My = MD1 + MD2 + MAD
Trong đó:
MD1 - mơmen gây ra bởi tải trọng cố định có hệ số trên mặt cắt thép
MD1 = 1.25 �(-4157.7) = -5197.13 kN.m
MD2 - mơmen gây ra bởi tải trọng cố định chất thêm có hệ số lên mặt
cắt
liên hợp dài hạn
MD2 = 1.25 �(-4902.1) + 1.5 �(-635.5) = -7080.88
kN.m
MAD - mơmen gây ra bởi hoạt tải cộng thêm có hệ số gây ra trạng
thái giới hạn chảy trong các bản thép
+ Đối với bản cánh trên

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 17

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG
M AD

t

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

f t 3 �I ST

y t II

+ Đối với bản cánh dưới
M b AD  

f b 3 �I ST
y b II

M AD  min( M t AD , M b AD )
f t 3 , f b 3 : ứng suất cánh trên và cánh dưới dầm thép

Khi ứng suất cánh dầm thép đạt đến giới hạn chảy, ta có :
f t 3  f y  f t1  f t 2
f b 3   f y  f b1  f b 2

ứng suất cánh trên và cánh dưới do M D1 :
M D1 t
5197.13
yI
�1.42074  129995.9591KN / m 2
I NC
0.0568
M
5197.13

f1b   D1 yI b  
�1.0726  98141.578KN / m 2
I NC
0.0568
ứng suất cánh trên và cánh dưới do M D 2 :
M
7080.88
f 2t  D 2 y t II 
�0.8367  97443.62 KN / m 2
I LT
0.0608
M
7080.88
f 2b   D 2 yII b  
�1.663  193676 KN / m 2
I LT
0.0608
f1t 

� f t 3  f y  f t1  f t 2 = 345000 +129995.95+97443.62 = 572439.57 KN/m
2

f b 3   f y  f b1  f b 2 = -345000 – 98141.578 -193676 = -636817.5 KN/m
2

Trong đó :
yI t , yI b : khoảng cách từ TTH I-I đến mép trên và mép dưới của dầm

thép.
yII , yII : khoảng cách từ TTH II-II đến mép trên và mép dưới dầm

thép.
I NC : momen qn tính của mặt cắt dầm thép.
I ST , I LT : momen qn tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn và dài hạn.
M t AD , M b AD : momen uốn bổ sung cần thiết để gây ra trạng thái chảy
đầu tiên ở mép trên và dưới của dầm thép.
f y  345000 KN / m 2 : giới hạn chảy của thép.
t

� M t AD 

b

636817.5
�0.2572  195756.5 KNm
0.8367

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 18

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

636817.5
�0.2572  98490.355 KNm

1.663
 98490.355KNm

M b AD  
� M AD

My = -5197.13-7080.88 +98490.355 = 76212.345 kN.m
Tính tốn mơmen dẻo
Xác định vị trí trục trung hồ dẻo PNA
Bỏ qua cốt thép bản betong
Lực dẻo tại trọng tâm bản betong :
Ps  0.85 fc , As  0.85 �40000 �(2.0 �0.2  0.12 2  0.5 �0.12)  16129.6 KN

Lực dẻo tại bản cánh chịu nén :
Pc = Afc �fyc = 500 �30 �345 = 5175 kN
Lực dẻo tại sườn dầm thép :
Pw = Aw �fyw = 2430 �20 �345 = 16767 kN
Lực dẻo tại bản cánh chịu kéo của dầm thép :
Pt = Aft.fyt = 700 �40 �345 = 9660kN
� Pc< Pw + Pt � TTH đi qua sườn dầm
Vị trí trục PNA đi qua sườn dầm, chiều cao phần sườn dầm chịu nén :
Dcp 

� 2.43 �5175  9660 �
Dw �Ac f yc  At f yt
 1�
 1� 0.89m
�
�
�

2 �
A
f
2
16767
�
�
� w yw
�

Mơmen dẻo
( Dw  Dcp ) 2
Dcp 2
tc
t �
�
M p  Ac f yc ( Dcp  )  t w f yw
 t w f yw
 At f yt �H sb  tc  Dcp  t �
2
2
2
2�
�
0.03
 0.5 �0.03 �345000 �(0.89 
)
2
(2.43  0.89 ) 2
0.89 2

0.02 �345000 �
 0.02 �345000 �
2
2
0.04
0.04 �0.7 �345000(2.82  0.04  0.89 
)  11670.94 KN .m
2

*Tính tốn mơmen danh định Mn:
a - Kiểm tra độ cứng của mặt cắt dầm
u cầu độ mảnh của sườn dầm

2 Dcp
tw

3.76

E
Fyc

Dcp = 0.89 m.
SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 19

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

2 �0.89
200000
 89  3.76 �
 90.53
0.02
345

Vậy u cầu về độ mảnh sườn dầm là thoả mãn.
b- Kiểm tra u cầu về tính dẻo :
Dp
D'

5

Mục đích của u cầu này là ngăn chặn việc nứt vỡ của bản bê tong
mặt
cầu khi mà mặt cắt liên hợp tiến gần đến khả năng momen dẻo.
Dp - chiều cao từ đỉnh của bản bê tơng mặt cầu đến trục PNA
Dp = 0.2+0.12+0.89 = 1.21m

 d  t s  th 
2.5  0.2  0.12
D '  
= =0.7 (
) = 0.2632 mm
7.5

 7.5 
=>

Dp
D

'

=

0.89
 3.38 < 5 � Đạt
0.2632

c- Kiểm tra về giới hạn tỷ số mơmen qn tính :
Các cấu kiện uốn phải đạt u cầu sau
0.1 ≤

I yc
Iy

≤ 0.9

Iyc và Iy - các mơmen qn tính của bản cánh chịu nén và dầm thép với
trục
thẳng đứng trong mặt phẳng của sườn. Giới hạn này
đảm bảo rằng cơng thức tính tốn sự mất ổn định do xoắn ngang là có hiệu quả.
3 �5003
= 3.125 �108 mm4
12

2430 �303
40 �7003
Iy = 0.89 �108 +
+
= 12.378 �108 mm4
12
12
I yc
0.1 <
= 0.25 < 0.9 � Đạt
Iy

Iyc =

d- Sức kháng uốn danh định Mn :
Mn = 1.3RhMy ≤ Mp
với hệ số giảm nhỏ ứng suất bản cánh Rh =1.0 đối với mặt cắt đồng nhất
Mn = 1.3 �1.0 �76212.345
= 99076.048 kN.m < Mp = 116770.94 kN.m � Đạt
Mơmen tính tốn :
Mu = 66903.36 kN.m < Mp =116770.94 kN.m Đạt
III. TÍNH TỐN THIẾT KẾ MỐ CẦU.
SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 20

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

III.1. Kích thước thiết kế mố.
III.1.1. Cấu tạo mố M1.

a3
a3

I

b7
a12
a12
a4

b8

a11
a2

+Mx

a10
b6

a9

b12

b11

b4
b3

a8

a5

b2
b1

b5

a7
b10

a6

+Hx
+V
Quy ước dấu

I
a1

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 21

+Hy

+My

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

I

II

V

V

IV

IV

II

III.1.2. Các kích thước cơ bản của mố.
- Kích thước theo phương dọc cầu :

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Tên kích thước
Chiều rộng bệ mố
Bề rộng tường cánh
Bề dày tương thân
Khoảng cách từ tường thân tới mép ngồi bệ
Bề rộng tường cánh (phần đi)
Bề rộng tường cánh tồn bộ
Khoảng cách từ tường đầu đến mép ngồi bệ
Bề dày tường đầu
Kích thước phần đõ bản dẫn
Khoảng cách từ tim gối đến mép ngồi tường thân
Kích thước đá kê gối theo phương dọc cầu

Chiều rộng đất đắp trước mố
Chiều dày bệ mố
Kích thước tường cánh (phương đứng)
Kích thước tường cánh (phương đứng)
Kích thước tường cánh (phương đứng)

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 22

Ký
hiệu
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
a8
a9
a10
a11
a12
b1
b2
b3
b4

Giá

trị
6
1.9
1.8
1.4
2.7
4.6
1.3
0.5
0.3
0.85
0.9
0
2.5
1.40
1.8
1.1

Đơn
vị
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m

m
m
m
m
m
m

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG
17
18
19
20
21
22
23

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

Chiều cao mố từ đáy bệ đến đỉnh tường đầu
Chiều cao tường thân
Chiều cao tường đầu
Tổng chiều cao tường thân và tường đàu
Chiều cao đá kê gối
Chiều cao từ đỉnh mấu đỡ bản q độ tới đỉnh gờ
lan can
Kích thước mấu đỡ bản q độ

- Kích thước theo phương ngang cầu :
STT
Tên kích thước
1
Bề dày tường cánh
2
Chiều rộng bệ mố
3
Bề rộng mố
4
Bề rộng đá kê gối
5
Số lượng đá kê gối

Ký hiệu
c1
c2
c3
c4
ng

b5
b6
b7
b8
b9

6.6
2.485

2.0
5.3
0.2

m
m
m
m
m

b10

1

m

b11

0.4

m

Giá trị
0.50
13.00
13.00
1.20
5.00

Đơn vị tính

m
m
m
m
Chiếc

IV.2. Xác định tải trọng tác dụng lên mố.
Tổ hợp tải trọng chính tác dụng lên mặt cắt I-I.
 Trọng lượng bản thân của mố.
 Trọng lượng bản thân của kết cấu nhịp.
 Trọng lượng bản thân của lớp phủ, lan can gờ chắn.
 Hoạt tải HL93 và tải trọng làn.
 Tải trọng người đi bộ.
IV.2.1 Trọng lượng bản thân của mố.

STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Tn kết cấu

Cơng thức tính

Bệ mố

Vbm= b1.a1.c2
Tường thân
Vtt=a3.b6.c3
Tường đầu
Vtđ=a8.b7.c3
Mấu đỡ bản qu độ
Vmđ =(b11+a9/2).a9.(c3-2.c1)
Tường cánh(Phần
Vtcd=(2b4+b3).a5.c1
đi)
Tường cánh(phần
Vtct=2.(b2+ b3 + b4).a2.c1
thân)
Đá kê gối
Vđkg=ng .(a11.b9.c4)
Tường tai
Vtt=(d1.d2.d3)
Tổng cộng

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 23

Thể
tích
(m3)
195
58.149
13
1.8

Trọng
lượng
(KN)
4875
1453.725
325
45

5.4

135

8.74

218.5

1.08
0.585

27
14.625
7093.85

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

IV.2.2. Trọng lượng bản thân của kết cấu nhịp.
a) Tính tĩnh tải giai đoạn I :
Tĩnh tải giai đoạn I bao gồm :
+) Trọng lượng bản thân của dầm chủ : DCdc
+) Trọng lượng của dầm ngang : DCdn
- Tính trọng lượng bản thân dầm chủ :
+ Ta có diện tích mặt cắt ngang 1 dầm chủ chữ I định hình :F=0.916( m2)
=> Trọng lượng bản thân của 6 dầm chủ tác dụng lên mố :
DCdc=0.916*25*33*6/2= 2267.1 KN
- Trọng lượng của dầm ngang :
DCdn = 168.168 KN
+ Bê tơng mặt cầu : DCmc = (0.2*12)*33*25*0.5=990kN
Tải trọng thẳng đứng do KCN

P(KN)

Trọng lượng dầm chủ

2267.1

Trọng lượng của bản mặt cầu

990

Trọng lượng dầm ngang

168.168

DC

3425.268

III.2.3. Trọng lượng lan can, gờ chắn và lớp phủ mặt cầu:
DW =
2054.58
KN
III.2.4. Hoạt tải HL93, tải trọng Làn và người.
- Chiều dài nhịp: L = 33 m
- Chiều dài nhịp tính tốn : Ltt = 32.4 m
- Diện tích ĐAH :  = 16,2

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 24

Lớp :Cầu Hầm- K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHƯƠNG

Tải trọng
Xe hai trục
thiết kế
Xe tải
thiết kế
Tải trọng làn
Người đi bộ

GVHD: TH.S NGÔ CHÂU

PHL = �pi y i
Prai deu = P. 
Tọa độ
Vị trí
đường ảnh hưởng
1'
1,00
2'
0,96
3
0,73
2
0,87
1
1,00
wL
11.85

Tải trọng
trục
110
110
35
145
145
9,3
4.5

Phản lực
Ri
110,00
105,93
25,71
125,76
145,00
110.205
52.325
663.68

Max P(LL,IM,PL)

Đơn vị
kN
kN
kN
kN
kN
kN
kN
kN

III.3. Tổ hợp tải trọng theo TTGH CĐ I:
Phản lực gối
(KN)

hệ số tải trọng

Pu (KN)

Trọng lượng bản thân mố (DC)

7093.85

1.25

8867.312

Trọng lượng bản thân
KCN(DC)

3425.268

1.25

Trọng lượng lớp phủ mc (DW)

2054.58

1.5

Tải trọng

SVTH: PHẠM THẾ VINH

Trang 25

4281.585

3081.87

Lớp :Cầu Hầm- K48