ĐỒ ÁN CẦU THÉP TCVN 11823 ( GỒM THUYẾT MINH VÀ BẢN VẼ)

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

MỤC LỤC

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

1


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=37 m
+ Bề rộng phần xe chạy : B= 7 m
+ Bề rộng lề bộ hành
: K=2x1.5 m
+ Tải trọng thiết kế
: 0.5HL93
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

-Trọng lượng riêng của thép :
-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=7000 + 2 x 1500+ 2 x 250 = 10500 mm

Ta có:
Khoảng cách giữa các dầm chính: S = 1.6-2.2m
Chọn số dầm chính là 5, khoảng cách giữa các dầm là S = 2200 mm, chiều dài bản
hẫng
LC = 850 mm.

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

2


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

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.
+ Gối 2 : 150 + S x 2%=194 mm
+ Gối 3 : 186 + S x 2%=238 mm
Các gối còn lại : Đối xứng
1.3.3. Thiết kế thoát nước mặt cầu:
Đường kính ống: D≥100mm. Diện tích ống thoát nước được tính trên cơ sở 1m 2 mặt
cầu tương ứng với ít nhất 1 cm2 ống thoát nước. Khoảng cách ống tối đa 15m, chiều
dài ống vượt qua đáy dầm 100mm.
Diện tích mặt cầu S = L x Btc=37.7 x 10.5 = 395.85 m 2 vậy cần bố trí ít nhất 395.85
cm2 = 39585 mm2 ống thoát nước.
⇒ A1ông =

3.14 × 100 2
= 7850 mm 2
4

Số ống cần thiết :

Vậy ta chọn 8 ống, bố trí đối xứng 2 bên mỗi bên 4 ống ,khoảng cách ống là 9m.

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

3


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

lop phong nuoc dày 5mm
bê tông asphal dày 70 mm
chi tiêt 1

lop bê tông BMC dày 200mm
2%

2%

1

Ø14a200

Ø12a200
2
Ø10a400

chi tiêt 5

Ø12a200 3

dâm ngang
chi tiêt 4

chi tiêt 2

chi tiêt 3

ông TN Ø 100

Hình 1.1: Mặt cắt ngang cầu
1.4. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM :
1.4.1. Chiều dài dầm tính toán :
Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là : a=0.35 m.
Chiều dài dầm tính toán : Ltt = 37 m
1.4.2. Chiều cao dầm :
Chiều cao dầm được chọn từ chiều cao tối thiểu trong quy trình và theo kinh nghiệm
thiết kế:

Vậy chọn chiều cao dầm thép: d=1300 mm.
Chiều cao dầm liên hợp:
H= 1600 mm
1.4.3. Kích thước tiết diện ngang :

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

4

4


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Hình 1.2: Tiết diện dầm liên hợp
Chiều cao phần vút :
hV=100mm
Chiều dày bản bê tông : tS=200 mm
Chiều dày sườn dầm : tW=14 mm
Chiều rộng cánh trên : bC=350 mm
Chiều dày cánh trên :
tC=25 mm
Chiều rộng cánh dưới : bf=420 mm
Chiều dày cánh dưới : tf=45 mm
1.5. THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH:
1.5.1. Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang:
STC GOI
STC CÓ LK NGANG

DAM NGANG

STC TRUNG GIAN

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 300 mm.
Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1.600 mm, riêng tại đoạn đầu
dầm (từ đầu đến hệ khung ngang đầu tiên) thì bố trí cách khoảng 750 mm.

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

5

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang bằng thép cán chữ I, loại
dầm cánh rộng W840x295.
Tại các sườn tăng cường đứng cách khoảng 3.2m 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
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 đến
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 13000mm

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

6


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:

Hình 2.1: Cấu tạo thanh và cột lan can

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

7


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Cột lan can: chiều dài nhịp 37.1 m, bố trí khoảng cách 2 cột lan can là 2 m vậy mỗi
bên cầu gồm 19 cột lan can, 18 cặp thanh liên kết, 18 cặp tay vịn.
Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép:
T1 100 x 1,740 x 5
T2 140 x 740 x 5
T3 100 x 150 x 5
Thể tích các tấm thép là:
Thể tích tấm thép T1: VT1 = 100 x 1,740 x 5 =870,000 mm3
Thể tích tấm thép T2: VT2 = 140 x 740 x 5 =518,000 mm3
Thể tích tấm thép T3: VT3 = 100 x 150 x 5 = 75,000 mm3

Thanh liên kết:

Tay vịn:
Tổng trọnglượng lan can trên toàn cầu:

Tính trên 1mm theo phương dọc cầu:

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

8


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

2.2. LỀ BỘ HÀNH:

VÁT 20x20

VÁT 20x20

Hình 2.2: Lề bộ hành
Lề bộ hành: (tính trên 1mm theo phương dọc cầu)

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

9

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

Vậy:

Vị trí đặt DC3: Xác định bằng cách cân bằng momen tại điểm A

Vậy DC3 cách mép trái 1 đoạn bằng 663 mm
Chọn và bố trí cốt thép trong bản mặt cầu như hình sau:
Thép dùng cho lề bộ hành là thép CII có Fy=280 MPa.
Bê tông sử dụng có F’c= 28 MPa.

Hình 2.3: Bố trí thép lề bộ hành
2.3. 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.

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

10


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

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=30 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.
2%

1

Ø14a200

2 Ø12a200

4 Ø10a400
Ø12a200

Hình 2.4: Bố trí thép bản mặt cầu.

SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN

11

3


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 phần dầm thép:

Moment tĩnh của dầm thép đối với trục X-X:

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

12


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :

Xác định moment quán tính:

Momen kháng uốn đối với thớ trên t/d dầm thép:

Momen kháng uốn đối với thớ dưới t/d dầm thép:

Momen tĩnh của tiết diện dầm thép đối với trục trung hoà:

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

13


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

3.1.2. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC GIAI ĐOẠN 2(GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP):
Bề rộng có hiệu dầm trong Bi và dầm ngoài Be:
Dầm trong:

Dầm biên:

3.1.2.1. Đặc trung hình học dầm trong:
3.1.2.1.1Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (ST):
Bố trí cốt thép trong bản mặt cầu là φ14a200 và bê tông bản mặt cầu có cường độ
f’c=28MPa

Diện tích cốt thép dọc bản:
Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Bi
Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép, phụ thuộc vào cường độ của bê
tông làm bản mặt cầu
Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông (tính phần vt) đến mép trên dầm thép:

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

14


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Diện tích mặt cắt ngang dầm:

Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

Khoảng cách từ trục TH1 đến trục TH2

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
Mép trên dầm thép :

Mép dưới dầm thép :

Mép dưới bản bê tông:

Mép trên bản bê tông:

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : IST
SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

15

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Momen kháng uốn của tiết diện liên hợp : SST

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bê tông :

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp ngắn hạn đối với trục trung hoà:

3.1.2.1.2Giai đoạn liên hợp dài hạn (LT):
Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Bi
Diện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

16


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép, phụ thuộc vào cường độ
của bê tông làm bản mặt cầu.
Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp : Ad

Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
Mép trên dầm thép:

Mép dưới dầm thép:

Mép dưới bản bê tông:

Mép trên bản bê tông:

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : ILT

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

17


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới t/d dầm thép:

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bê tông :

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp dài hạn đối với trục trung hoà:

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

18


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Bảng 1: Đặc trưng hình học của dầm trong và dầm biên

Đặc trưng
Diện tích tiết
diện
Momen kháng
uốn thớ dưới
dầm thép
Momen kháng
uốn thớ trên
dầm thép
Momen kháng
uốn tại mép
dưới bản BT
Momen kháng
uốn tại mép
trên bản BT
Momen quán

tính của tiêt
diện

Đơ
n
vị
mm
2

mm
3

mm
3

DẦM GiỮA (DẦM TRONG)
Tiết diện dầm thép
Tiết diện dầm liên hợp
Chưa liên hợp
(NC)
44,870

Ngắn hạn (ST)
115,185.390

Dài hạn (LT)
70,771.470

24,020,273.260

34,853,480.150

32,220,269.520

15,699,828.550

201,133,625.020

65,303,247.080

1,464,252,790.140

1,426,222,916.13
0

571,415,722.980

8397,02,182.970

mm
3

mm
3

mm 12,342,577,211.73 38,617,656,003.73 28,047,744,18.97
4
9
0
0

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

19


ĐAMH TK CẦU THÉP

Đơn
Đặc trưng
vị
Diện tích tiết
diện
Momen kháng
uốn thớ dưới
dầm thép
Momen kháng
uốn thớ trên
dầm thép
Momen kháng
uốn tại mép
dưới bản BT
Momen kháng
uốn tại mép
trên bản BT
Momen quán
tính của tiêt
diện

mm
2

mm
3

mm
3

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

DẦM BIÊN (DẦM NGOÀI)
Tiết diện dầm thép
Tiết diện dầm liên hợp
Chưa liên hợp
(NC)
44,870.000

684,82.090

108,317.260
34,596,106.600

319,05,6595.40

15,699,828.550

172,795,475.910

60,557,720.80

1,257,951,064.66
13,13,802,062.320
0

3

mm

527,801,83.240

3

4

Dài hạn (LT)

24,020,273.260

mm

mm

Ngắn hạn (ST)

788,659,340.150

12,342,577,211.73 37,472,26,906.89 27,102,581,554.85
9

0
0

3.2. TẢI TRỌNG – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:
3.2.1. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU:
3.2.1.1. Tĩnh Tải:
Gồm các tĩnh tải: DC1, DC2, DC3, DW.
Trọng lượng bản thân dầm thép:

P1 = AS × γ s =44870 x 7.85 x 10-5=3.522 N/mm
Neo :
P2= 0.5 N/mm
Mối nối: (tạm thời): P3= 0.5 N/mm

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

20


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Hình 3.1: STC gối

Hình 3.2: STC đứng trung gian

Hình 3.3. STC tại liên kết ngang

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

21


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

Sườn tăng cường:
Sườn tăng cường giữa: hình 3.2
Một dầm có:
12x 2 = 24 sườn tăng cường giữa
Khoảng cách các sườn: do = 3,200 mm
Khối lượng một sườn tăng cường:
Sườn tăng cường gối:hình 3.1
Một dầm có:
4 x 2 = 8 sườn tăng cường gối
Khoảng cách các sườn: 200 mm
Khối lượng một sườn:
Sườn tăng cường tại liên kết ngang: hình 3.3
Một dầm có:
11 x 2 = 22 sườn tăng cường
Khoảng cách các hệ liên kết ngang: Lb = 3,200 mm
Khối lượng một sườn tăng cường:
Liên kết khung ngang:có 22 liên kết khung ngang trên mỗi dầm
Khoảng cách giữa các liên kết ngang 3,200 mm.
Dùng thép L 100 x 100 x 10 (cho cả thanh xiên và thanh ngang)

Trọng lượng mỗi mét dài :
Thanh ngang dài:
2138 mm
Thanh xiên dài:
903 mm
Mỗi liên kết ngang có: 2 thanh LK ngang, 2 thanh LK xiên.
Liên kết ngang ở đầu dầm:
Dầm ngang W840x295 dài 2138 m có khối lượng:
g=A x2138 x7,85.10-5 =25,100 x 2138 x 7,85.10-5=4212.608 N
Sườn tăng cường tại giữa dầm ngang để đặt kích trong quá trình thay gối sau này:
Có 4 sườn tăng cường g = 4 x 71.787= 287.147N

Sườn tăng cường:
SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

22


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

=>DC1=P1+ P2 +P3 +P4 +P5 =
Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:
Diện tích bản mặt cầu: Abmc=Btc.ts=10500 x 200=2100000 mm2
Diện tích bản vút:

=>DC2 = (Abmc+Avút).bt = (2100000+225,000) x 2,5x10-5

= 58.125 N/mm (toàn cầu)

Trọng lượng lan can – lề bộ hành (đã tính ở trên):
DC3 = 10.779 N/mm (toàn cầu)
Tĩnh tải lớp phủ DW:
(toàn cầu)
3.2.1.2. Hoạt Tải:
Hoạt tải tác dụng lên dầm gồm có: 0.5HL93 + Tải trọng người đi
Tải trọng xe 0.5HL93 gồm có:
Tải trọng xe 3 trục và tải trọng làn
Tải trọng xe 2 trục và tải trọng làn
Xe 3 trục:
Trục trước: P3 = 17500 N
Trục sau: P1 = P2 = 72500 N
Xe 2 trục:
P1 = P2 = 72500 N
Tải trọng làn:
Wlàn = 9.3 N/mm
Tải trọng người đi:
WPL = 3.10-3xB bộ hành= 3.10-3 x 1500= 4.5 N/mm
3.2.2. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:
Khi bê tông bản mặt cầu chưa đủ cường độ thì tĩnh tải DC2 chia đều cho các dầm chính
do đó hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang của tĩnh tải DC2 được xác định như sau:

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

23

ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

3.2.2.1. Phương pháp đòn bẫy:
3.2.2.1.1Dầm Biên:

Hình 3.4.Đường ảnh hưởng dầm biên theo phương pháp đòn bẫy

Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :
Hoạt tải làn:

Hoạt tải người đi bộ:

SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

24


ĐAMH TK CẦU THÉP

GVHD: TS Phan Quốc Bảo

DW:
DC3:

DC2:

3.2.2.1.2Dầm Trong
Xét cho dầm 3:

Hình 3.5.Đường ảnh hưởng dầm 3 theo phương pháp đòn bẫy
Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :
1 làn:
SVTH: CAO THỊ MINH THÙY

MSSV:1551090322

25