đồ án cầu thép 11823- TCVN 11823 - ( thuyết minh + cad + excel )

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG.....................................................................................4
1.1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ:..................................................................................................4
1.2. VẬT LIỆU...................................................................................................................4
1.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU:.......................................................................4
1.3.1. Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng LC:....................4
1.3.2. Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo các lớp mặt cầu :...........................................4
1.3.3. Thiết kế thoát nước mặt cầu:.................................................................................5
1.4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM :............................................................................5
1.4.1. Chiều dài dầm tính toán :......................................................................................5
1.4.2. Chiều cao dầm :....................................................................................................6
1.4.3. Kích thước tiết diện ngang :..................................................................................6
1.5. THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH:....................................7
1.5.1. Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang:..................................................................7
Neo chống cắt:................................................................................................................ 7
1.5.2. Mối nối dầm chính:...............................................................................................8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU...............................9
2.1. LAN CAN:..................................................................................................................9
2.1.

Số liệu thiết kế lan can.............................................................................................9

2.2.

Khả năng chịu lực của lan can (Lan can loại tường, thanh và cột kết hợp)............11

2.2.1.

Sức kháng của tường......................................................................................11

2.2.2.

Sức kháng của thanh lan can...........................................................................17

2.2.3.

Sức kháng của cột lan can..............................................................................18

2.2.4.

Tổ hợp va xe...................................................................................................19

2.3.

Kiểm tra chống trượt của lan can...........................................................................22

2.4.

Tổng hợp nội lực truyền xuống bản mặt cầu..........................................................23

2.4.1.

Tải trọng tổng hợp TTGH cường độ I và TTGH sử dụng...............................23

2.4.2. Tải trọng va xe truyền từ lan can xuống (để kiểm tra Bản mặt cầu ở trạng thái
giới hạn đặc biệt)..........................................................................................................25
2.2. BẢN MẶT CẦU:......................................................................................................26

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ DẦM CHÍNH..............................................................................27
3.1. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC :.....................................................................................27
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

1


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

3.1.1. GIAI ĐOẠN CHƯA LIÊN HỢP:.......................................................................27
3.1.2. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC GIAI ĐOẠN 2(GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP):.............30
3.2. TẢI TRỌNG – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:............................................................35
3.2.1. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU:...............................................................35
3.2.2. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:..........................................................38
3.3. NỘI LỰC – TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC TTGH................................................50
3.3.1. KIỂM TRA DẦM CHỦ TẠI CÁC MẶT CẮT SAU:.........................................50
3.3.2 BẢNG TỔNG HỢP NỘI LỰC..........................................................................66
3.4. KIỂM TOÁN CÁC ĐIỀU KIỆN CẤU TẠO DẦM THÉP........................................75
3.4.1. Kiểm tra tỉ lệ cấu tạo chung................................................................................75
3.4.2. Kiểm tra độ mảnh bản bụng................................................................................76
3.4.3. Kiểm tra yêu cầu bốc xếp...................................................................................77
3.5. KIỂM TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC Ở GIAI ĐOẠN 1.......................................77
3.5.1. Tính toán các tham số kiểm toán........................................................................77
3.5.2. Phân loại tiết diện chịu uốn.................................................................................78
3.5.3. Kiểm tra sức kháng uốn của dầm không liên hợp...............................................80
3.6. KIỂM TOÁN DẦM THÉP LIÊN HỢP THEO CÁC TTGH.....................................87

3.6.1. Tính toán các tham số kiểm toán........................................................................87
3.6.2. Kiểm toán ở TTGH Cường Độ 1........................................................................96
3.6.3. Kiểm toán ở TTGH Sử Dụng..............................................................................99
3.6.4. Ứng suất nén trong bản bê tông........................................................................108
3.6.5. Thiết kế độ vồng ngược cấu tạo,kiểm tra độ võng:...........................................109
3.6.6. Kiểm toán ở TTGH Mỏi...................................................................................112
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM THÉP..................................115
4.1. THIẾT KẾ NEO CHỐNG CẮT..............................................................................115
4.1.1. Sơ bộ cấu tạo và bố trí......................................................................................115
4.1.2. KIỂM TOÁN SỨC KHÁNG CỦA NEO..........................................................115
4.2. THIẾT KẾ SƯỜN TĂNG CƯỜNG........................................................................117
4.2.1. Sơ bộ cấu tạo và bố trí......................................................................................117
4.2.2. Kiểm toán sườn tăng cường đứng trung gian....................................................119
4.2.3. Kiểm toán sườn tăng cường đứng gối...............................................................120
4.3. THIẾT KẾ MỐI NỐI...............................................................................................123
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

2


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

4.3.1. Sơ bộ cấu tạo và bố trí......................................................................................123
4.3.2. Thiết kế mối nối bản cánh trên.........................................................................123
4.3.3. Thiết kế mối nối bản cánh dưới........................................................................126
4.3.4. Thiết kế mối nối bản bụng................................................................................129

4.4. THIẾT KẾ HỆ LIÊN KẾT NGANG.......................................................................134
4.4.1. Sơ bộ cấu tạo và bố trí......................................................................................134
4.4.2. Thiết kế dầm ngang..........................................................................................134
4.4.3. Thiết kế hệ liên kết khung ngang......................................................................137
4.5. THIẾT KẾ MỐI HÀN SƯỜN DẦM VÀ CÁNH DẦM..........................................141
4.5.1. Mối nối hàn góc chịu kéo và nén:.....................................................................141
4.5.2. Mối nối hàn góc chịu cắt:.................................................................................142

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

3


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ:
Thiết kế một kết cấu nhịp giản đơn, dầm thép liên hợp bản BTCT với các số liệu đầu vào
sau :
+ Chiều dài tính toán
: Ltt=26m
+ Bề rộng phần xe chạy
: B= 10.5m
+ Bề rộng lề bộ hành
: K=2x0m
+ Tải trọng thiết kế

: 0.65HL93
1.2. VẬT LIỆU
-Thép làm dầm chủ : Thép tấm M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa.
-Thép làm hệ liên kết ngang (dầm ngang và khung ngang), sườn tăng cường : M270 cấp 250
có cường độ chảy Fy=250MPa.
-Thép bản mặt cầu, lề bộ hành :
+ Thép đai :
CI có Fy=240MPa.
+ Thép chịu lực, cấu tạo :
CII có Fy=280MPa.
-Thép làm thanh lan can, cột lan can :
M270 cấp 250 có cường độ chảy
Fy=250MPa.
-Bê tông bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành:

C30 có fC� 28MPa

-Trọng lượng riêng của thép :

 S  7.85 �105 N / mm3

 C  2.5 �105 N / mm3
-Trọng lượng riêng của bê tông có cốt thép :
1.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU:
1.3.1. Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng LC:
Bề rộng toàn cầu: Btc=10500 + 2 x 500 = 11500 mm
Btc  (n  1) S  2 Lc �
�
� Btc
1

Lc � S
�
2
�

nS

Ta có:
Khoảng cách giữa các dầm chính: S = 1.6-2.5m
Chọn số dầm chính là 6, khoảng cách giữa các dầm là S =2000 mm, chiều dài bản hẫng
LC = 750 mm.
1.3.2. Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo các lớp mặt cầu :
Độ dốc ngang thiết kế : 2%.
Tạo dốc bằng thay đổi chiều cao đá kê gối : Là dùng đá kê gối có chiều cao tăng dần để tạo
độ dốc ngang của mặt đường sau khi hoàn thiện. Chiều cao tối thiểu của gối là 150 mm.
Chiều cao gối thiết kế:
+ Gối 1 : 150 mm.
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

4


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

+ Gối 2 : 150 + S x 2%=186 mm
+ Gối 3 : 186 + S x 2%=222 mm

Các gối còn lại : Đối xứng
1.3.3. Thiết kế thốt nước mặt cầu:
Đường kính ống: D≥90mm. Diện tích ống thốt nước được tính trên cơ sở 1m 2 mặt cầu
tương ứng với ít nhất 1 cm2 ống thốt nước. Khoảng cách ống tối đa 15m, chiều dài ống
vượt qua đáy dầm 100mm.
Diện tích mặt cầu S = L x Btc=26 x 11.5 = 299m 2 vậy cần bố trí ít nhất 299 cm2 =
29900mm2 ống thốt nước.

3.14 �902
A
 6359
4
Số ống cần thiết :
n

29900
 4.7
6359

Vậy ta chọn 6 ống, bố trí đối xứng 2 bên mỗi bên 3 ống

1/2 MẶ
T CẮ
T NGANG ĐẦ
U DẦ
M

1/2 MẶ
T CẮ
T NGANG GIỮ

A DẦ
M

TỶLỆ
: 1/50

TỶLỆ
: 1/50

Hình 1.1: Mặt cắt ngang cầu
1.4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM :
2.1. Chiều dài dầm tính tốn :
Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là : a=0.3 m.
Chiều dài dầm tính tốn : Ltt = 26 m
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

5


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

1.4.1. Chiều cao dầm :
Chiều cao dầm được chọn từ chiều cao tối thiểu trong quy trình và theo kinh nghiệm thiết
kế:

�

�
d  0.033L  0.033 �26000  858 mm
�
H �0.04L  0.04 �26000  1040 mm
�
�
1
1
1
1
�
H
L � L  26000 � 26000  1040 �1300 mm  
20
25
20
� 25
Vậy chọn chiều cao dầm thép:
d=1000 mm.
Chiều cao dầm liên hợp:
H= 1300 mm
1.4.2. Kích thước tiết diện ngang :

Hình 1.2: Tiết diện dầm liên hợp
Chiều cao phần vút :
Chiều dày bản bê tông :
Chiều dày sườn dầm :
Chiều rộng cánh trên :
Chiều dày cánh trên :
Chiều rộng cánh dưới :

Chiều dày cánh dưới :

SVTH: Bùi Thanh Hùng

hV=100mm
tS=200 mm
tW=12 mm
bC=350 mm
tC=25 mm
bf=420 mm
tf=45 mm

MSSV:1551090254

6


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

1.5. THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH:
1.5.1. Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang:

Hình 1.3: Bố trí STC và hệ liên kết ngang
Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, không bố trí sườn tăng cường dọc.
Bố trí 2 sườn tăng cường đứng gối tại đầu mỗi dầm, khoảng cách 200 mm.
Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1.500 mm, riêng tại đoạn đầu dầm (từ
đầu đến hệ khung ngang đầu tiên) thì bố trí cách khoảng 900 mm.
Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang bằng thép cán chữ I, loại dầm

cánh rộng W760 x 265.
Tại các sườn tăng cường đứng cách khoảng 3.0m thì bố trí hệ khung ngang bằng thép L100
x 100 x 10 (cho cả thanh xiên và thanh ngang).
Bề dày của tất cả các sườn tăng cường là 14mm, kích thước còn lại xem hình vẽ.
Neo chống cắt:

Hình 1.4: Bố trí neo chống cắt
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

7


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Thiết kế loại neo hình nấm với các số liệu sau :
Đường kính đinh: dS = 20 mm
Chiều cao:
h = 230 mm
Thiết kế 2 hàng neo với khoảng cách giữa tim của neo
mép bản cánh trên là 75 mm, khoảng cách 2 hàng neo là 200 mm
1.5.2. Mối nối dầm chính:
Mối nối sử dụng bulông cường độ cao.
Số lượng mối nối là 2 , đặt đối xứng nhau qua tim cầu, cách đầu dầm 13,000mm

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

đến

8


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU
Ở phần này chỉ thiết kế cấu tạo và bố trí thép, tính tĩnh tải, không tính toán nội lực và tính
toán cốt thép.
2.1. LAN CAN:
2.2. Số liệu thiết kế lan can
Kích thước bản mặt cầu

BOÁTRÍ COÁ
T THEÙ
P LAN CAN
TYÛLEÄ
: 1/10

Hình 2.1. Cấu tạo lan can

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

9


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Vật liệu sử dụng:
+ Bê tông cấp 28:
+ Cốt thép có giới hạn chảy:
- Cốt thép tường lan can
- Cốt thép thanh lan can
- Cốt thép cột lan can

f c' =

28

N/mm2

fy =
fy =
fy =

420
280
420

N/mm2
N/mm2

N/mm2

Các thông số thiết kế với cấp lan can cấp 3 (L3) theo tiêu chuẩn AASHTO 2012
- Lực ngang:
- Lực dọc:
- Lực đứng, hướng xuống:
- Chiều dài tác dụng lực:
- Chiều dài tác dụng lực:
- Điểm đặt lực:
- Chiều cao nhỏ nhất lan can:
- Khoảng cách giữa 2 cột lan can:

Ft =
FL =
Fv =
Lt = LL =
Lv =
He =
Hmin =
L=

240
80
80
1070
5500
810
810
1500

kN
kN
kN
mm
mm
mm
mm
mm

2.3. Khả năng chịu lực của lan can (Lan can loại tường, thanh và cột kết hợp)
2.2.1. Sức kháng của tường
Chia tường lan can thành 3 đoạn để tính toán sức kháng uốn
Sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng đứng Mw.H
- Đoạn I: Do độ nghiên của tường trong đoạn này khá nhỏ nên thép mặt bên trái và
phải giống nhau nên sức kháng dương và âm của Đoạn I gần như bằng nhau.
Tiết diện đoạn I được quy đổi như sau:
275

450

450

20x20mm

300

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

10


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO
Hình 2.2. Tiết diện quy đổi của đoạn I.

b1 = 450 mm
Cốt thép chịu kéo gồm 2 thanh đường kính 12 mm cho mỗi phía,
As = 113,1 �
2 = 226,2 mm2.
ds = 250 – 50 = 200 mm = dt
Asf y
a 8,87
226, 2 �
420
 10,44 mm
a

 8,87 mm c  
'

0,85
0,85f c b 0,85 �
28 �
450
1
;
Hệ số sức kháng

�200 �
�d
�
  0,65  0,15 � t  1� 0,65  0,15 �
 3,37  0,9
�
10, 44 �
�c
�
�
�
Chọn  = 0,9 để tính toán.

8,87 �
� a�
�
M n1  A s f y �
d s  � 0,9 �
226, 2 �
420 �
�200 
� 16721512 N.mm
2 �
� 2�
�
- Đoạn II: Do độ nghiên bên phải của tường trong đoạn này lớn nên sức kháng
momen âm và momen dương được tính riêng biệt sau đó lấy trung bình.
Phần dương (Căng thớ bên trái):
Tiết diện được quy đổi để tính sức kháng momen dương như sau:
400

250

250

300

500

Hình 2.3. Tiết diện quy đổi của đoạn II (Tính phần momen dương).
b2 = 250 mm
Cốt thép chịu kéo gồm 1 thanh đường kính 12 mm cho mỗi phía, As = 113,1 mm2.
ds = 400 – 50 = 350 mm = dt
Asf y
a 7,98
113, 2 �
420
 9,39 mm
a

 7,98 mm c  
'

0,85
0,85f c b 0,85 �
28 �
250
1
;
Hệ số sức kháng

�350
�
�d
�
  0,65  0,15 � t  1� 0,65  0,15 �
 1 � 6,09  0,9
�
�c
�
�9,39 �
Chọn  = 0,9 để tính toán.

7,98 �
� a�
�
M n 2  A s f y �
d s  � 0,9.113,1 �
280 �
350 
�
� 14792550 N.mm
2 �
� 2�
�
Phần âm (Căng thớ bên phải):
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

11

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Tiết diện được quy đổi để tính sức kháng momen âm như sau:
300

250

250

300

500

Hình 2.4. Tiết diện quy đổi của đoạn II (Tính phần momen âm).
b2 = 250 mm
Cốt thép chịu kéo gồm 1 thanh đường kính 12 mm cho mỗi phía, As = 113,1 mm2.
ds = 300 – 50 = 250 mm = dt
Asf y
a 7,98
113, 2 �
420
c


 9,39 mm
a



7,98
mm

0,85
0,85f c' b 0,85 �
28 �
250
1
;
Hệ số sức kháng
�250
�
�d
�
  0,65  0,15 � t  1� 0,65  0,15 �
 1 � 4,49  0,9
�
�c
�
�9,39 �
Chọn  = 0,9 để tính toán.

7,98 �
� a�
�
M n 2  As f y �
d s  � 0,9 �
113,1 �

420 �
�250 
� 10517370 N.mm
2 �
� 2�
�
Sức kháng trung bình của đoạn II là:
14792550  10517370
M ntb2 
 12654960 N.mm
2
- Đoạn III: Thanh thép ở giữa đoạn III nằm gần Trục trung hòa nên bỏ qua, do đó
sức kháng momen dương và momen âm bằng nhau.
Tiết diện đoạn III như sau:

100

500

Hình 2.5. Tiết diện của đoạn III.
b3 = 100 mm
Cốt thép chịu kéo gồm 1 thanh đường kính 12 mm cho mỗi phía, As = 113,1 mm2.
ds = 500 – 50 = 450 mm = dt
Asf y
a 19,96
113,1 �
420
 23, 48 mm
a


 19,96 mm c  
'

0,85
0,85f c b 0,85 �
28 �
100
1
;
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

12


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Hệ số sức kháng
�450
�
�d
�
  0,65  0,15 � t  1� 0,65  0,15 �
 1� 3,37  0,9
�
�c
�

�23, 48 �
Chọn  = 0,9 để tính toán.

19,96 �
� a�
�
M n3  A s f y �
d s  � 0,9 �
131,1 �
420 �
450 
�
� 18811647 N.mm
2 �
� 2�
�
Sức kháng tổng cộng của tường đối với trục thẳng đứng là:

M w .H  M n1  M ntb2  M n3 =16721512  12654960  18811647  48188119 N.mm
So sánh với kết quả tính toán ở trên với kết quả khi xem như tường có chiều dày
tường không đổi và có cùng diện tích như tường thực tế.
Chiều dày trung bình của tường bằng diện tích thực tế của tiết diện ngang chia cho
chiều cao tường:
A
262500
h tb  lc 
 328,125 mm
H
800
Với: Alc – Diện tích toàn bộ tiết diện ngang của tường lan can

Alc = 0,5 �
450 �
(200+300) + 0,5 �
250 �
(300+500) + 100 �
500 = 262500 mm
H – Bề rộng thiết kế mặt cắt hay là chiều cao tường:
H  B  450  250  100  800 mm
Cốt thép chịu kéo gồm 4 thanh đường kính 12 mm cho mỗi phía,
As = 113,1 �
4 = 452,4 mm2.
ds = 328,125 – 50 = 278,125 mm = dt
Asf y
a 9,98
452, 4 �
420
 11,74 mm
a

 9,98 mm c  
'

0,85
0,85f c b 0,85 �
28 �
800
1
;
Hệ số sức kháng
�278,125 �

�d t
�
  0,65  0,15 �
�  1� 0,65  0,15 �
�11,74  1 � 4,05  0,9
�c
�
�
�
Chọn  = 0,9 để tính toán.

9,98 �
� a�
�
M w .H  M n  As f y �
d s  � 0,9 �
452, 4 �
420 �
278,125 
�
� 46708052 N.mm
2 �
� 2�
�
So với cách tính chi tiết từng phần ở trên, thì cách tính gần đúng như trình bày cho
giá trị sức kháng tổng cộng là có thể chấp nhận được.
Chọn M w .H  46708052 N.mm để tính toán
Sức kháng uốn của tường đối với trục ngang Mc
Cốt thép chịu kéo là các thanh thép đứng có đường kinh D=12mm ứng với diện tích
113,1mm2 và bố trí khoảng cách 100m. Khi đó, diện tích thép chịu kéo trên 1 đơn vị chiều

dài As = 113,1/100 = 1,131 mm2/mm
Tất cả các đoạn thanh sẽ tính với chiều rộng đơn vị, b=1mm
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

13


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

- Đoạn I:
As = 1,131 mm2/mm
200  300
12 12
ds  d t =
-50+   212 mm
2
2 2
Asf y
a 19,96
1,131�
420
 23, 48 mm
a

 19,96 mm c  
'


0,85
0,85f c b 0,85 �
28 �
1
1
;
�212
�
�d
�
  0,65  0,15 � t  1� 0,65  0,15 �
 1� 1,85  0,9
�
�c
�
�23, 48 �

Chọn  = 0,9 để tính toán.
19,96 �
� a�
�
M c1  As f y �
d s  � 0,9 �
1,131 �
420 �
212 
�
� 86367 N.mm
2 �

� 2�
�
- Đoạn II:
As = 1,131 mm2/mm
12 12
d s  d t =300-50+   262 mm
2 2
Asf y
a 19,96
1,131�
420
c


 23, 48 mm
a


19,96
mm

0,85
0,85f c' b 0,85 �
28 �
1
1
;
�262
�
�d

�
  0,65  0,15 � t  1� 0,65  0,15 �
 1� 2,17  0,9
�
�c
�
�23, 48 �

Chọn  = 0,9 để tính toán.
23, 48 �
� a�
�
M c2 c3  As f y �
d s  � 0,9 �
1,131 �
420 �
262 
�
� 107743 N.mm
2 �
� 2�
�

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

14

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Trị số trung bình của sức kháng momen đối với trục ngang là:
M h  M c2c3  h 2  h 3  86367 �
450  107743 �
(250  100)
M c  c1 1

 95719 N.mm/mm
h1  h 2  h 3
450  250  100
2.2.2. Sức kháng của thanh lan can.
Kích thước MCN thanh lan can:

Hình 2.6. Kích thước thiết kế thanh lan can
Đặc trưng hình học của thanh lan can:
- Momen kháng uốn của thanh lan can:
4
4
D3 � �d �� 903 � �78 ��
S
1  � ��
1  � �� 31192 mm3
�
�
32 � �D �� 32 � �90 ��
Sức kháng uốn của thanh lan can:
M R  f ySc  0,9 �

420 �
31192  11790576 N.mm

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

15


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

2.2.3. Sức kháng của cột lan can.
Kích thước cột lan can:

Hình 2.7. Kích thước thiết kế cột lan can.
Đặc trưng hình học cột lan can:
- Diện tích tiết diện ngang cột tại chân cột:
Ac = 122 �
4 + 2�
90 �
4 = 1208 mm2
- Momen quán tính cột:
2
�
�
4�
1223

90 �
43 �4 122 �
4
Jx 
 2�
� 
�
90
�
4
�
� 3463923 mm
�
12
2 �
�2
� 12
�
Sức kháng của cột lan can:
f J
2f y J x 2 �
0,9 �
280 �
3463923
MP  y x 

 13429363 N.mm
y
h
130

M
13429363
� PP  P 
 13429 N
HR
850

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

16


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

2.2.4. Tổ hợp va xe.
3.1.1.1.

Va xe ở vị trí giữa tường.

- Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy
2

L
�L � 8H(M b  M w H)
Lc  t  � t �
2

Mc
�2 �
2

1070
1070 � 8 �
800 �
(0  46708052)
�

 �
 2381 mm
�
2
95719
�2 �
- Sức kháng danh định chịu tải trọng ngang của tường lan can
Rw 

�
L2c �
2
8M

8M
H

M
� b
�

w
c
2Lc  L t �
H�

�
2
23812 �
�
8
�
0

8
�
46708052

95719
�
�
� 569866 N
2�
2381  1070 �
800 �
Va xe tại vị trí cột:


Với: - Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy vừa tìm được Lc = 2381 mm
- Chọn nhịp thanh lan can (khoảng cách 2 cột lan can) L = 1500 mm
� Có 2 nhịp lan can tham gia chịu lực (2L = 1500 �

2 = 3000 mm) và chỉ có 1 cột
lan can tham gia chịu lực.
- Sức kháng của thanh và cột lan can kết hợp:
16M R  PP N 2 L 16 �
11790576  13429 �
22 �
1500
RR 

 54609 N
2NL  L t
2 ��
2 1500  1070
- Chiết giảm khả năng chịu lực của tường lan can:
R H  kPp H R 569866 �
800  1 �
13429 �
1000
R 'w  w w

 553080 N
Hw
800
- Sức kháng của lan can loại tường, thanh và cột kết hợp ở trường hợp này là:
R  R R  R 'w  46988  553080  600068 N
- Điểm đặt lực R :

R 'w H w  R R H R 553080 �
800  54609 �
1000

Y

 818 mm
607689
R
� Lan can trong trường hợp này đủ khả năng chịu lực

Va xe tại giữa nhịp lan can:
Với: - Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy vừa tìm được Lc = 2381 mm
- Chọn nhịp thanh lan can (khoảng cách 2 cột lan can) L = 1500 mm

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

17


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

� Có 3 nhịp lan can tham gia chịu lực (L c > L) và có 2 cột lan can

tham gia chịu lực.
- Sức kháng của thanh và cột lan can kết hợp:
16M p  (N  1)(N  1) k PP L 16 �
13429363  (3  1) �
(3  1) ��
2 13429 �

1500
RR 

 67738 N
2NL  L t
2 ��
3 1500  1070
- Chiết giảm khả năng chịu lực của tường lan can:
R H  kPp H R 569866 �
800  2 �
13429 �
1000
R 'w  w w

 536294 N
Hw
800
- Sức kháng của lan can loại tường, thanh và cột kết hợp ở trường hợp này là:
R  R R  R 'w  67738  536294  604032 N
- Điểm đặt lực R :

R 'w H w  R R H R 536294 �
800  67738 �
1000
Y

 822 mm
604032
R
� Lan can trong trường hợp này đủ khả năng chịu lực

3.1.1.2.

Va xe tại vị trí đầu tường:

- Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy
2

2

L
1070 � 800 �
46708052
�L � H(M w H) 1070
�
L c  t  � t �

 �
 1358 mm
�
2
Mc
2
95719
�2 �
�2 �

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

18


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

- Sức kháng danh định chịu tải trọng ngang của tường lan can
�
�
M c L2c �
2
2
95719 �
13582 �
Rw 
MwH 
�
�
�
�46708052 
� 324860 N
2L c  L t �
H � 2�
1358  1070 �
800
�
Với: - Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy vừa tìm được Lc = 1358 mm
- Chọn nhịp thanh lan can (khoảng cách 2 cột lan can) L = 1500 mm

� Có 1 nhịp lan can tham gia chịu lực (L c < L) và có 1 cột lan can
tham gia chịu lực.
- Sức kháng của thanh và cột lan can kết hợp:
2M R  N(N  1)kPP L 2 �
11790576  1�
(1  1) �
1�
13429 �
1500
RR 

 33092 N
2NL  L t
2�
1�
1500  1070
- Chiết giảm khả năng chịu lực của tường lan can:
R H  kPp H R 324860 �
800  1 �
13429 �
1000
R 'w  w w

 308074 N
Hw
800
- Sức kháng của lan can loại tường, thanh và cột kết hợp ở trường hợp này là:
R  R R  R 'w  33092  308074  341166 N
- Điểm đặt lực R :

R 'w H w  R R H R 308074 �
800  33092 �
1000
Y

 819 mm
341166
R
� Lan can trong trường hợp này đủ khả năng chịu lực

Vậy Lan can loại tường, thanh và cột kết hợp đã thiết kế
đủ khả năng chịu lực

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

19


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

2.4. Kiểm tra chống trượt của lan can
Giả định Rw phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ L c. Lực cắt tại chân tường do
va chạm xe cộ VCT trở thành lực kéo T trên một đơn vị chiều dài bản hẫng:
Rw
324860
T  VCT 


 121.67 N/mm
L t  2H 1070  2 �
800
Sức kháng cắt danh định của mặt phẳng tiếp xúc giữa lan can với bản mặt cầu phải
được tính theo phương thức truyền lực cắt tiếp xúc – ma sát cắt.
Vn = cAcv + µ[Avffy + Pc]
+ c – Hệ số dính bám: c = 0,52
+ Acv – Diện tích bê tông tham gia truyền lực cắt (diện tích tiếp xúc)
Chọn chiều dài mặt tiếp giáp là: Lvi = 1 mm
Bề rộng mặt tiếp giáp: bvi = B3 = 500 mm
⟹ Acv = Lvi �
bvi = 500 �
1 = 500 mm2
+ µ - Hệ số ma sát: µ = 0,6l = 0,6 �
1 = 0,6
+ Avf – Diện tích cốt thép chịu cắt đi qua mặt phẳng cắt 2 thanh thép đường kính 14
mm, khoảng cách 100 mm
� �
14 2 �
2
� A vf  �
2
� 100  3,1 mm
� 4 �
+ fy – Giới hạn chảy thép chịu cắt: fy = 420 N/mm2
+ Pc – Lực nén tĩnh xuyên với mặt phẳng cắt
Pc = γcAlc = 2,5.10-5 �
262500 = 6,56 N/mm
Vậy: Vn = 0,52 �

500 + 0,6(3,1 �
420 + 5,56) = 1045,14 N/mm
Kiểm tra điều kiện của sức kháng cắt danh định dùng trong thiết kế:
�
Vn �0, 2f c' A cv
�
Vn �5,5A cv
�
'

- 0,2f c A cv =0,2 �
28 �
500 = 2800 N/mm
�
- 0,5Acv = 5,5 500 =2750 N/mm
Vậy Vn thỏa mãn điều kiện.
Kiểm tra sức chống trượt của lan can
Vn > VCT � Lan can đảm bảo sức chống trượt
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

0,35b
A vf �۳۳ vi
fy

A vf

0,35 �
500
420

A vf

0, 42 mm 2

Với Avf = 3,1 mm2, vậy lan can đảm bảo hàm lượng cốt thép tối thiểu
2.5. Tổng hợp nội lực truyền xuống bản mặt cầu
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

20


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

2.4.1. Tải trọng tổng hợp TTGH cường độ I và TTGH sử dụng
Tường lan can
Tường lan can được chia làm 5 phần:
Diện tích tường lan can: At = 262500

105 N/mm 3
Khối lượng riêng của bê tông:  c  2,5 �
Trọng lượng từng phần bê tông tường:
pt = γcAt = 2,5 �
10-5 �
262500 = 6,563 N/mm
Thanh lan can
Diện tích thanh lan can:

 D2  d2
 �90 2  782
A th 

 1583 mm 2
4
4
Khối lượng riêng của thép: γs = 7,85 �
10-5 N/mm3
Trọng lượng thanh lan can:
pth = γsAth = 7,85 �
10-5 �
1583 = 0,124 N/mm









Cột lan can
Cột lan can được tạo thành từ 3 tấm thép:
+ Tấm thép số 5: Có các kích thước sau:
L1 = 216 mm
L2 = 141 mm
L3 = 184 mm
� L  216  141  184  541 mm
B = 90 mm

t = 4 mm

� V5  B �
L�
t  90 �
541 �
4  194760 mm3
+ Tấm thép số 6: Có các kích thước sau:
L1 =120 mm
L2 = 95 mm
L3 = 182 mm
L4 = 24 mm
D = 90 mm

A 6  0,5 �
182 �
 95  122   0,5 �24 �90  0,5

�
902
 17646,137 mm 2
4

t = 4 mm

� V6  A 6 t  17646.137 �5  70585 mm3
+ Tấm thép số 7: Có các kích thước sau:
L1 = 130 mm
L2 = 90 mm
d = 14 mm

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

21


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

�
142
A 7  130 �
90  4 �
 11084 mm 2
4
t = 10 mm

� V7  A7 t  11084 �
10  110840 mm3

� Tổng tĩnh tải Cột lan can truyền xuống bản mặt cầu.

Pc   s (V5  V6  V7 )  7,85 �
10 5 �
(194760  70585  110840)  29.531 N
26000
Nc 
 1  18

1500
Số cột lan can:
cột
Tổng tải cột lan can lên chiều dài cầu: P = Ptc  16 �29.531  472.496(N)
tc

Xem cột lan can truyền về bản mặt cầu thành lực phân bố:
472.496
pc 
 0.018 N/mm
26000
Tổng tải trọng lan can truyền về bản mặt cầu:
� DC3  �pi  p t  p th  p c  6.563  0.124  0.018  6.705 N/mm
2.4.2. Tải trọng va xe truyền từ lan can xuống (để kiểm tra Bản mặt cầu ở trạng thái
giới hạn đặc biệt)

Hình 2.8. Tương tác giữa lan can và bản mặt cầu
Khi va xe vào lan can, phần tải trọng do va xe phát triển 1 góc 30 o trên chiều dài
đường chảy và được tính toán như sau:

M CT 

M c Lc
L c  2 tan(30o ) X

Trong đó:
SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

22


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

+ Mc – Sức kháng uốn của tường đối vơi trục ngang
Mc = 95719 N.mm/mm
+ Lc – Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy
- Đầu tường: Lc = 1358 mm
- Giữa tường: Lc = 2381 mm
+ X – Khoảng cách từ ngàm bản hẫng đến mép lan can
X = 1242,5 – 500 = 742,5 mm
Giá trị momen MCT do lan can truyền xuống bản mặt cầu được tính toán cho 2 vị trí
va xe đầu tường và giữa tường, sau dó lấy giá trị lớn nhất.
95719 �
1358
M dau
 58674,93 N.mm
CT 
1358  2 tan  30o  �
742,5
+ Tại đầu tường:
95719 �
2381
M giua
 70377,16 N.mm
CT 
2381  2 tan  30o  �

742,5
+ Tại giữa tường:
Vậy MCT = 70377,16 N.mm (Trên đơn vị 1 mm chiều dài lan can)
2.2. BẢN MẶT CẦU:
Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm. Trong đó phần
bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toán dầm đơn
giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu.
Cốt thép dùng trong bản mặt cầu là thép CII có cường độ F y=280 MPa, bê tông dùng cho
bản mặt cầu là loại bê tông có cường độ chịu nén f’c=28 MPa
Do trong phạm vi hẹp của đồ án môn học nên ta bố trí cốt thép trong bản mặt cầu theo yêu
cầu cấu tạo như hình dưới.

Hình 2.4: Bố trí thép bản mặt cầu.

SVTH: Bùi Thanh Hùng

MSSV:1551090254

23


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ DẦM CHÍNH
3.1. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC :
3.1.1. GIAI ĐOẠN CHƯA LIÊN HỢP:

Hình 3.1: Đặc trưng hình học của dầm

- Diện tích mặt cắt ngang:
1 n
A b  � x i 1  x i   yi  yi 1 
2 i 1
- Momen tĩnh của dầm đối với trục x – x:
1 n
Sxx  � x i 1  x i  yi2  yi �
yi 1  yi21
6 i 1
- Momen quán tính của dầm đối với trục x – x:
1 n
I xx  � x i 1  x i  yi3  yi2 �
y i1  yi �
yi21  y3i 1
12 i 1







Đặt:



A  x i 1  x i
B  yi  yi1

C  yi2  yi �

yi1  yi21
D  y3i  yi2 �
yi1  yi �
yi21  yi31

 Chưa dời trục
STT
x

y

A

B

A.B
24


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm2)

1

-175

1000

350

2000

700000

2

175

1000

0

1975

0

3

175

975

-169

1950

-329550

4

6

975

0

1020

0

5

6

45

204

90

18360

6

210

45

0

45

0

7

210

0

-420

0

0

8

-210

0

0

45

0

9

-210

45

204

90

18360

10

-6

45

0

1020

0

11

-6

975

-169

1950

-329550

12

-175

975

0

1975

0

13

-175

1000

0

2000

0

∑

77620

C
(mm2)

A.C
(mm3)

D
(mm3)

A.D
(mm4)

1
2

3000000

4.0E+09

1050000000

1.4E+12

2925625

3.9E+09

0

0.0E+00

3

2851875

3.7E+09

-481966875

-6.3E+11

4

996525

9.7E+08

0

0.0E+00

5

6075

3.6E+05

1239300

7.4E+07

6

2025

9.1E+04

0

0.0E+00

7

0

0.0E+00

0

0.0E+00

8

2025

9.1E+04

0

0.0E+00

9

6075

3.6E+05

1239300

7.4E+07

10

996525

9.7E+08

0

0.0E+00

11

2851875

3.7E+09

-481966875

-6.3E+11

12

2925625

3.9E+09

0

0.0E+00

13

3000000

4.0E+09

0

0.0E+00

∑

3000000

25064161000

88544850

147034841000

STT

Diện tích mặt cắt ngang phần dầm thép:

25