Đồ án tốt nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi Công Đúc Hẫng

Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
PHẦN I: TỔNG QUAN
Chương I: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
Điều kiện tự nhiên
Đây là khu vực rộng lớn nối tiếp vùng rừng núi sông Bé,
Lâm Đồng với vùng đồng bằng miền Tây Nam Bộ ra tới tận
biển Đông. Phần lớn diện tích là đồng bằng, ruộng lúa, vườn
cây có thảm thực vật hết sức phong phú. Vùng ven phía Bắc
và Đông Bắc , địa hình tương đối cao hơn với những dải đồi
núi thấp. Sát ven biển địa hình thấp dần tạo thành vùng ngập
triều với các loại cây sú, cây đước.
Điều kiện ĐỊA CHẤT:
Lớp 1: bùn sét hữu cơ màu xám xanh, đôi chỗ lẫn cát và
hữu cơ:
Chiều dày lớp:
h1=12.8 m.
Các chỉ tiêu cơ lý:
• Trọng lượng thể tích: γ w =1.48T/m 3 .
• Độ sệt:
B = 1.24.
• Lực dính:
c = 0.082 (KG/cm2).
• Góc ma sát trong: ϕ = 60 4' .
• SPT (trung bình):
8
Lớp 2: Cát hạt mịn đến trung, đôi chỗ lẫn sỏi sạn, màu
xám xanh, xám trắng, kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻo cứng:
Chiều dày lớp:
h2 = 4 m.
Các chỉ tiêu cơ lý:

• Trọng lượng thể tích: γ w =1.85T/m 3 .
• Tỷ trọng:
G = 2.69.
• Lực dính:
c = 0.14 (KG/cm2).
• Góc ma sát trong: ϕ = 100 49' .
• SPT (trung bình):
17
Lớp 3: Sét cát màu xám xanh, xám vàng, trạng thái dẻo
cứng đến nửa cứng mặt lẫn nhiều đá dăm sạn:
Chiều dày lớp:
h3 = 10.2 m.
Các chỉ tiêu cơ lý:
• Trọng lượng thể tích: γ w =2.01T/m 3 .
• Tỷ trọng:
G = 2.73.
• Lực dính:
c = 0.313 (KG/cm2).
• Góc ma sát trong: ϕ = 210 28' .
• SPT (trung bình):
29
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:1

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
Lớp 4: Sétmàu nâu vàng, đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều

sỏi sạn, trạng thái cứng:
Chiều dày lớp:
h4 = 4.1 m.
Các chỉ tiêu cơ lý:
• Trọng lượng thể tích: γ w =1.74T/m 3 .
• Tỷ trọng:
G = 2.73.
• Lực dính:
c = 0.125 (KG/cm2).
• Góc ma sát trong: ϕ = 7 010' .
• SPT (trung bình):
31
Lớp 5: Sét màu nâu vàng, đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều
sỏi sạn, trạng thái cứng:
Chiều dày lớp:
h5 = 19.9 m.
Các chỉ tiêu cơ lý:
• Trọng lượng thể tích: γ w =1.983T/m 3 .
• Tỷ trọng:
G = 2.73.
• Lực dính:
c = 0.311 (KG/cm2).
• Góc ma sát trong: ϕ = 23052' .
• SPT (trung bình):
33
Lớp 6: Sét màu nâu vàng, đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều
sỏi sạn, trạng thái cứng:
Chiều dày lớp:
h6
Các chỉ tiêu cơ lý:

• Trọng lượng thể tích: γ w =2.12T/m 3 .
• Tỷ trọng:
G = 2.73.
• Lực dính:
c = 0.355 (KG/cm2).
• Góc ma sát trong: ϕ = 26039' .
• SPT (trung bình):
30
Điều kiện khí hậu
Điều kiện chung
Vị trí dự án nằm trong vùng khí hậu đồng bằng Nam Bộ với
nét đặc trưng chủ yếu là thời tiết gió mùa. Khí hậu ở đây
mang đầy đủ những đặc điểm của khí hậu toàn miền với sự
phân chia hai mùa mưa và khô một cách rõ rệt.
Một số đặc trưng chủ yếu của khí hậu khu vực được thể
hiện theo tài liệu quan trắc tại trạm khí tượng Tân Sơn Nhất.
Nhiệt độ không khí
Nhiệt độ trung bình măn vào khoảng 27.1 0C. Biên độ chênh
lệch trung bình tháng nhỏ, trong năm không có tháng nào
nhiệt độ trung bình vượt quá 30 0C và xuống dưới 250C. Tháng
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:2

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
lạnh nhất là tháng 12 có nhiệt độ trung bình là 25.7 0C. Nhiệt
độ thấp nhất tuyệt đối quan trắc tại Tân Sơn Nhất là 13.8 0C

(04/01/1937). Tháng nóng nhất là tháng 4 có nhiệt độ trung
bình 28.90C. Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối quan trắc được tại Tân
Sơn Nhất là 400C.
Biên độ dao động ngày và đêm của nhiệt độ trung bình là
0
7.2 C. Thời kỳ nhiệt độ dao động mạnh nhất là tháng 3, 4; thời
kỳ doa động ít nhất là những tháng 10,11. Các đặc trưng về
chế độ nhiệt khu vực được thể hiện trong bảng và hình sau:
Đặc trưng của chế độ nhiệt:
Đặc trưng

Trị số

Nhiệt độ trung bình năm

27,1

Nhiệt độ trung bình tháng cao nhất

28,9

Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất

25,7

Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối

40,0

Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối

13,8

Biên độ ngày trung bình của nhiệt 7,2
độ

Đặc trưng nhiệt độ khu vực:

35
32.5
30

T0C

27.5
25
22.5
20
17.5
15
I

II

III

IV

V

VI
Max

VII
TB

VIII

IX

X

XI

Min

Mưa
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:3

SVTH: Phạm Thị Lõn

XII


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
Tại TP Hồ Chí Minh lượng mưa trung bình năm là 1931 mm, số
ngày mưa trung bình là 158.8 ngày với sự phân chia 2 mùa rõ
rệt. Mùa mưa kéo dài 7 tháng, từ tháng 5 đến tháng 11. Trong

mùa mưa tập trung hơn 90% lương mưa cả năm. Lượng mưa tăng
dần từ đầu mùa tới giữa mùa, đật tới cực đại vào tháng 9,
tháng 10 với lượng mưa trung bình gần 300 mm.
Các tháng còn lại, từ tháng 12 đến tháng 4, thuộc về
mùa khô. Tháng 1, 2, 3 là thời kỳ ít mưa nhất. Mỗi tháng trung
bình chỉ quan sát được 1 – 4 ngày mưa nhỏ, Thang1co1 lượng mưa
cực tiểu là tháng 2 có lượng mưa trung bình là 4.1 mm với 1 – 2
ngày mưa.
Đặc trưng chế độ mưa:
Đặc trưng

Trị số

Lượng mưa trung bình năm (mm)

1931

Lượng mưa trung bình tháng lớn nhất 327,1
(mm)
Lượng mưa trung bình tháng nhỏ nhất 4,1
(mm)
Số ngày mưa trung bình

158,8

Độ ẩm, nắng
Độ ẩm trung bình năm tại khu vực là 78%. Các tháng mùa
mưa có độ ẩm lớn hơn các tháng mùa khô. Độ ẩm trung bình
mùa mưa là 83%, mùa khô là 71%. Tháng 2, 3 là các tháng
khô nhất với độ ẩm trung bình là 70%.

Một trong nhựng nét đặc trưng của khí hậu đồng bằng Nam
Bộ là có tổng số giờ nắng trung bình cả năm rất lớn, vào
khoảng 2500 giờ (yếu tố của khí hậu khu vực cận xích đạo).
Tất cả các tháng trong năm đều có số giờ nắng trunbg bình
lớn hơn 160 giờ. Trong tháng 3, số giờ nắng trung bình lên tới
272 giờ, tức là hơn 9 giờ nắng trong 1 ngày.
Gió
Nhìn trung gió tại khu vực TP Hồ Chí Minh tương đối nhẹ, tốc
độ gió phổ biến vào khoảng 0 ÷ 3.5m/s theo phần lớn các
hướng. Tuy nhiên gió mạnh cũng xuất hiện trong thời gian gió
mùa Tây Nam và trong cơn bão.

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:4

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
Tốc độ gió mạnh nhất quan trắc được tại Tân Sơn Nhất là
36m/s theo hunog71 Tây Nam (trong thời gian có gió mùa Tây
Nam).
Điều kiện thủy văn
Đặc điểm thủy văn hệ thống sông Đồng Nai
Sông Đồng Nai là sông lớn nhất trong khu vực Đông Nam
Bộ. Sông có chiều dài 635 km, là sông dài nhất trong nội địa
nước ta. Sông Đồng Nai chảy qua nhiều vùng khí hậu và địa
hình, với tổng diện tích lưu vực khoảng 44000 km 2. Các nhánh
chính của sông Đồng Nai là các sông La Ngà ở bờ trái, sông

Bé, Sài Gòn, Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây ở bờ phải,
Tổng lượng nước trung bình hàng năm của song Đồng Nai
vào khoảng 30 tỷ m3. Hiện nay phía thượng lưu song Đồng Nai có
các hồ chứa lớn là Trị An và Dầu Tiếng góp phần điều tiết
dòng chảy.
Các tohng6 số chủ yếu của sông Đồng Nai:
-- Độ cao nguồn:
1.700 m
-- Chiều dài sông:
635 km
-- Chiều dài lưu vực:
380 km
-- Diện tích lưu vực:
44.100 km2
-- Độ cao bình quân khu vực: 470 m
-- Độ dốc bình quân lưu vực: 4.6%
-- Chiều rộng bình quân lưu vực:
98 km
-- Mật độ lưới sông:
0.64 km/km2
-- Hệ số uốn khúc:
2.16
Đoạn sông khu vực dự kiến xây dựng cầu
Vị trí dự kiến xây dựng cầu Đồng Nai nằm tại thượng lưu
cầu cũ. Chiều rộng sông Đồng Nai trong phạm vi đoạn sông
nghiên cứu vào khoảng 400 m. Đây là đoạn sông thẳng, hẹp,
và sâu, có chế độ thủy văn, thủy lực đặc biệt. Hiện tương
xói bồi cục bộ quy mô nhỏ tại đoạn sông này diễn ra thường
xuyên vào các kỳ triều cường và trong mùa lũ. Tuy nhiên căn
cứ trên các loại bản đồ khu vực trong thời gian 20 – 30 năm trở

lại đây, chưa thấy xảy ra các hiện tượng sạt lở bờ, thay đổi
dòng chảy có quy mô lớn tại khu vực dự kiến xây dựng cầu.
Địa hình bờ sông rất bằng phẳng. Trong mùa lũ khi thủy
triều lên, nước sông dềnh vào các kênh rạch nhỏ hai bên bờ
sông làm ảnh hưởng đáng kể tới chế độ thủy văn tại các
kênh rạch đổ vào sông chính.
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:5

SVTH: Phạm Thị Loõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
Thủy triều
Vùng cửa sông Đồng Nai có chế độ bán nhật triều không
đều. Số ngày nhật triều trong tháng hầu như không đáng kể.
Hàng ngày có hai lần triều lên và hai lần triều xuống với
chênh lệch rõ rệt mực nước của hai kỳ nước ròng. Tại vùng
cửa sông chế độ triều biến thiên phức tạp, vì vậy có sự
chênh lệch triều rõ rệt. Độ lớn triều trong kỳ nước cường là:
2.0 ÷ 3.5 m, thuộc loại lớn tại Việt Nam. Trong kỳ nước kém, triều
vẫn lên xuống khá mạnh, độ lớn triều có thể tới 1.0 ÷ 2.0 m.
Biên độ triều lớn tại khu vực cửa sông dẫn đến phạm vi
ảnh hưởng triều trên sông Đồng Nai rất lớn, đặc biệt là vào
mùa khô. Phạm vi ảnh hưởng triều vào cả mùa khô và mùa
lũ đều vượt qua vị trí cầu. Trong mùa lũ phạm vi ảnh hưởng
triều rút ngắn lại, tuy nhiên vẫn có ảnh hưởng rõ rệt trong
việc thoát lũ.
Mực nước giờ mùa cạn và mùa lũ tại Biên Hòa

2.00
1.50

Mùc n í c H (m)

1.00
0.50
0.00
-0.50
-1.00
-1.50
0

6

12

18

24

Giê
V - 1996

X - 1996

Mèc "0" cao ®é Mịi Nai

Từ Nhà Bè lên tới Bien Hòa, biên độ triều đã thay đổi
đáng kể. Biên độ triều tại Nhà Bè vào khoảng 2.0 – 2.5 m,

trong khi đó tại Biên Hòa chỉ là 1.0 – 1.5 m. Độ dốc mặt nước
tại Bien Hòa lớn hơn từ 2 tới 4 lần so với độ dốc từ Nhà Bè
tới cửa sông do ảnh hưởng của thủy triều.
Mực nước giờ biên Hòa – Nhà Bè
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:6

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trửụực Thi
Coõng ẹuực Haóng

2.00
1.50

Mực n ớ c H (m)

1.00
0.50
0.00
-0.50
-1.00
-1.50
-2.00
0

6

12

18

24

Giờ
TrạmNhàBè

TrạmBiên Hòa

Mốc "0" cao ®é Mịi Nai

Tần suất thiết kế
Căn cứ vào quy mô kiến nghị của công trình, tần suất
thiết kế cầu và đường đầu cầu được kiến nghị như sau:
Tần suất mực nước thiết kế cầu: P = 1% (chu kỳ 100
năm). Trong trường hợp mực nước lũ lịch sử điều tra được tại vị
trí cầu lớn hơn mực nước có tần suất P = 1% thì sử dụng mực
nước lịch sử lớn nhất đó làm mực nước thiết kế cầu chính.
Tần suất mực nước thông thuyền:
P = 5% (chu kỳ 20
năm)
Tần suất thiết kế đường đầu cầu:
P = 1% ( chu kỳ
100 năm)
Các công trình trong phạm vi đường đầu cầu, nút giao được
thiết kế với tần suất như sau:
Cầu lớn, cầu trung (l cầu > 25m):
P = 1% ( chu kỳ 100
năm)

Cầu nhỏ (lcầu < 25m):
P = 1% (chu kỳ 100
năm)
Điều kiện thủy văn dọc tuyến
Phạm vi tuyến hai đầu cầu là tuyến mới, nằm trong khu vực
địa hình bằng phẳng ven sông Đồng Nai và các sông nhánh.
Chế độ thủy văn tuyến chịu ảnh hưởng đáng kể bởi mực
nước trên sông Đồng Nai và các sông nhánh.
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:7

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
Do có đê ngăn cản nên mực nước dọc tuyến đường tại
các nhánh sông nhỏ lên xuống hoàn toàn theo thủy triều và
chế độ dòng chảy sông Đồng nai. Điều này dẫn đến mực
nước thiết kế tại các cầu chỉ có sự khác biệt nhỏ.
Chương II: QUY TRÌNH THIẾT KẾ
I./.Quy trình thiết kế và các nguyên tắc chung
1./.Quy trình thiết kế
Tiêu chuẩn thiết kế cầu : 22TCN272-05
Tiêu chuẩn thiết kế đường 4054-2005
Qui trình thiết kế áo đường mềm 22TCN – 211- 06
Quy trình nghiệm thu cầu 22 TCN 170-87
Tổ chức thi công 22 TCN 4055-85
Quy trình kỹ thuật thi công, nghiệm thu mặt đường bêtông
nhựa 22 TCN 22-90

Các tiêu chuẩn qui trình có liên quan khác
2./.Các thông số kó thuật cơ bản
a./.Quy mô xây dựng
Cầu được thiết kế vónh cữu với tuổi thọ > 100năm.
b./.Tải trọng thiết kế
Hoạt tải thiết kế HL – 93 gồm tổ hợp của:
Xe tải thiết kế kết hợp với tải trọng làn hoặc
Xe hai trục kết hợp với tải trọng làn.
Tải trọng người đi bộ 3 × 103 MPa
Tỉnh tải tính theo toàn bộ tónh tải tác dụng lên công trình
trong quá trình thi công và khai thác.
Ngoài ra còn có một số tải trọng khác như: lực xung kích,
lực va tàu . . .
c./.Khổ cầu thiết kế
Ta thiết kế cầu với 3 làn xe và 1 làn dành cho người đi bộ,
tổng bề rộng ngang cầu là 14m.
Sông thiết kế cấp III nên có khổ thông thuyền theo phương
đứng 7m và theo phương ngang 50m.
II./.Các phương án cầu, so sánh và lựa chọn
Dựa vào yêu cầu vào các yếu tố sau ta đưa ra các phương
án cầu cần thiết kế sơ bộ để lựa chọn phương án thiết kế
thích hợp nhất.
Qui mô công trình phải phù hợp với qui hoạch của khu
vực và quyết định phê duyệt của bộ GTVT
Đảm bảo các yêu cầu về kó thuật và khả năng
thông xe của khu vực
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:8

SVTH: Phạm Thị Lõn

Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
Đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và phù hợp với kinh
phí đầu tư
Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh
Tạo mó quan cho khu vực
Thi công thuận lợi và đảm bảo yêu cầu kó thuật
Đáp ứng yêu cầu thông thuyền
Giảm tối thiểu trụ
Sơ đồ nhịp cầu chính xét tới việc ứng dụng công nghệ
mới và tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc
đã sữ dụng trong nước.
Đảm bảo tính khả thi trong thi công
Giải pháp thiết kế sơ bộ:
Giải pháp thiết kế 1: Dầm liên tục bêtông cốt thép
dự ứng lực thi công theo pháp đúc hẫng cân bằng cho nhịp
chính và nhịp dẫn là dầm SuperT thi công lao dầm.
Giải pháp thiết kế 2: cầu vòm ống thép nhồi BT nhịp
dẫn là các dầm chữ I BTCT dự ứng lực.

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:9

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng

PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ
Chương I: PHƯƠNG ÁN I
CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC THI CÔNG THEO
CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG
1. Yêu cầu thiết kế.
+ Quy mô công trình: Cầu vónh cửu BTCT DUL.
+ Dạng dầm: Dầm hộp ứng suất trước.
+ Tải trọng thiết kế: Đoàn xe tiêu chuẩn HL93, tải trọng
làn, người đi bộ.
+ Nhịp thiết kế dài 52m + 73m + 52m.
+ Mặt cắt ngang cầu: 1 hộp đơn.
+ Bề rộng mặt đường xe chạy trên đường: 2x3.0m.
+ Lề bộ hành: 2x1.2 m.
+ Lan can thép theo ASSHTO.
+ Khoảng cách an toàn giữa làn xe chạy trong cùng đến
mép lề bộ hành 0.5 m.
+ Khổ thông thuyền:
+ Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272 – 05.
2. Chọn tiết diện hình học mặt cắt ngang cầu:
+ Mặt cắt ngang dạng 1 hộp đơn, thành hộp xiên theo tỉ lệ
1/5 để tăng tính thẩm mỹ và giảm trọng lượng bản thân kết
cấu, cũng như giảm khối lượng thép, bê tông.
+ Độ dốc ngang cầu chọn theo điều kiện đảm bảo thoát
nước: 1.5%.
+ Chiều cao dầm trên trụ (Hp):

1 Hp 1
<
<

20
L 16

nên chọn Hp = 4.2

m.
+ Chiều cao dầm tại giữa nhịp (Hc):

1 Hp 1
và để thuận
<
<
50
L 30

lợi cho công tác duy tu bảo dưỡng sau này. Vậy chọn Hc = 2 m.
+ Chọn chiều dài đoạn trên đỉnh trụ (khối K0) đảm bảo bố
trí 2 xe đúc, chọn 13 m. Các khối từ K1 – K4 dài 2.5 m. Các khối
từ K5 – K8 dài 3m. Các khối K9,K10 dài 3.5 m mỗi bên. Các
khối hợp long dài 2 m. Khối đúc trên đà giáo trong bờ dài 14.5
m gồm 4 m – 3.5m – 3.5m – 3.5m.
- Nhịp dẫn:
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:10

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng

Mặt cắt ngang là câu dầm BTCT nguyên khối M500 ứng
suất trước căng sau đúc tại chỗ cao 2 m.
.
Bề mặt lớp BTCT BMC (phần trải bê tông nhựa) được phun 1
lớp chống thấm.
Lớp phủ BMClà lớp BTNN hạt mịn dày 7 cm, tạo dốc ngang 2
mái 1.5%. Trước khi thi công lớp BTNN hạt mịn cần tưới 1 lớp
nhựa dính bám tiêu chuẩn 1.0 kg/m2.
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………..

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:11

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
PHẦN III: THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Chương I: LAN CAN, TAY VỊN, BÓ VỈA
2.1. Lan can:
2.1.1. Thanh lan can:
- Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm
vàđđường kính trong d = 90 mm.
- Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2200 mm
- Khối lượng riêng thép lan can: γ s = 7.85× 10−5 N / mm3
- Thép M270 cấp 250 (A709M cấp 250): fy =250 MPa
2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên thanh lan can:

Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can.
- Theo phương thẳng đứng (y):
+ Tónh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can
D2 -d2
1002 -902
-5
g= γ
π = 7.85× 10 × 3.14×
= 0.117 N / mm
4
4

+ Hoạt tải:
Tải phân bố: w = 0.37 N/mm
Tải tập trung: P = 890 N/mm.
- Theo phương ngang:
+ Hoạt tải:
Tải phân bố: w = 0.37 N/mm
Tải tập trung: P = 890 N/mm.
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can:
* Theo phương y:
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:12

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
- Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhịp:

M gy =

g× L2 0.117× 22002
=
= 70785.00 N.mm
8
8

- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp:
+ Tải phân bố:
M yw =

w× L2 0.37× 22002
=
= 223850.00 N.mm
8
8

+ Tải tập trung:
M yP =

P × L 890× 2200
=
= 489500.00 N.mm
4
4

* Theo phương x:
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp:
+ Tải phân bố:

M xw =

w× L2 0.37× 22002
=
= 223850.00 N.mm
8
8

+ Tải tập trung:
M xP =

P × L 890× 2200
=
= 489500.00 N.mm
4
4

* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:
M = η.

[ γ DC .M gy + γ LL .(M yw + M yP ) ]

2

+ γ LL .(M wx + M Px )2

- Trong đó:
+ η : Là hệ số điều chỉnh tải trọng:
η = ηD .ηI .ηR

Với:

ηD = 1.05: Hệ số dẻo.
ηI = 1.05: Hệ số quan trọng.
ηR = 1.05: Hệ sốù dư thừa.
⇒ η = 1.05× 1.05× 1.05 = 1.16
+ γ DC = 1.25: hệ số tải trọng cho tónh tải
+ γ LL = 1.75: hệ số tải trọng cho hoạt tải
⇒ M = 1.16 × [ 1.25× 70785 + 1.75× (223850+489500) ] + [ 1.75× (223850+489500) ]
2

= 2121741.20 N.mm

2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh lan can:
φ.M n ≥ M

Trong đó:
+ φ : Là hệ số sức kháng: φ = 1 .
+ M: Là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải.
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:13

SVTH: Phạm Thị Lõn

2


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
+ Mn: Sức kháng của tiết diện.

M n = fy × S

S là mômen kháng uốn của tiết diện:

π
3.14
.(D3 − d3) =
× (1003 − 903) = 26591.88 mm3
32
32
⇒ M n = 250× 26591.88 =6647970.00 N.mm
φ.M n = 1× 6647970.00 =6647970.00 N.mm > M = 2121741.20 N.mm
S=

Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu lực.
2.1.2. Cột lan can:
Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng
tác dụng vào cột lan can (hình 2.2):

Hình 2.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can.
Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chịu lực lực
xô ngang vào cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng
đứng và trọng lượng bản thân.
* Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can:
- Kích thước:
h = 640 mm; h1 = 350 mm; h2 = 290 mm

- Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo

Trang:14

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên
cột truyền vào cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2200 = 814.00
N
+ Lực tập trung: P = 890 N
+ Suy ra lực tập trung vào cột là:
P'' = P'+ P = 814.00+890.00 =1704.00 N

-

Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I:

Hình 2.3: Mặt cắt I-I.
- Mômen tại mặt cắt I-I:
M I − I = P''× h + P''× h2

= 1704.00× 640 + 1704.00× 290 = 1584720.00 N.mm

- Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chịu lực khi: φM n ≥ η.γ LL .M I − I
- Sức kháng của tiết diện: φM n = fy × S
+ S mômen kháng uốn của tiết diện
3

 8× 184

2×  120× 8 + 120ì 8ì 962 ữ+
I
12
12

S= =
= 218579.63 N / mm3
Y
100
⇒ φM n = fy × S = 250 x 218579.63 =54644907.50 N.mm
3

- Vaäy φM n = 54644907.50 > M = 1.16× 1.75× 1584720.00=3216981.60 N / mm
⇒ Mặt Cắt I–I đảm bảo khả năng chịu lực
* Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:
K.l
≤ 140
r

Trong đó:

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:15

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu

+ l = 720 mm : chiều dài không được giằng ( l = h )
+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện
tại đỉnh cột vì tiết diện ở đây là nhỏ nhất)
r=

I
A

Hình 2.4: Tiết diện nhỏ nhất của cột lan can.
Với:
I : mômen quán tính của tiết diện:

(

)

3
8× 144
I = 2× 120× 8 + 120 × 8× 762 +
= 13090816.00 mm4
12
12

A : diện tích tiết diện:

3

A = 120 × 8× 2 + 144× 8 = 3072.00 mm2
13090816.00
⇒r=

= 65.28 mm
3072.00
K.l 0.75× 720
⇒
=
= 8.27 < 140 ⇒ Vậy
r
65.28

thỏa

mãn

điều

mảnh.
2.2. Lề bộ hành:
2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:
* Xét trên 1000 mm dài
- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm
- Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10 -4 = 2.5 N/mm
GVHD: ThS. Voõ Vónh Bảo
Trang:16

SVTH: Phạm Thị Lõn

kiện


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi

Công Đúc Hẫng

Hình 2.5: Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành.
2.2.2. Tính nội lực:
- Mômen tại mặt cắt giữa nhịp:
DC.L2 2.5× 10002
+ Do tónh tải: M DC =
=
= 312500 N.mm
8
8
PL.L2 3× 10002
+ Do hoạt tải: M PL =
=
= 375000 N.mm
8
8

- Trạng thái giới hạn cường độ:
M U = η.[ γ DC × M DC + γ PL × M PL ]

= 1.16× (1.25× 312500+ 1.75× 375000) = 1212281.25 N.mm

- Trạng thái giới hạn sử dụng:

M S = [ M DC + M PL ] = 312500 + 375000 = 687500 N.mm

2.2.3. Tính cốt thép:
- Tiết diện chịu lực b x h = 1000 mm x 100 mm
- Choïn a’ = 30 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép

đến mép ngoài bê tông:
- ds = h – a’ = 100 – 30 = 70 mm
- Xác định chiều cao vùng nén a:

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:17

SVTH: Phạm Thị Loõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
a = ds2 − ds2 −

2× M u
2× 687500
= 70 − 702 −
= 0.759 mm
'
φ× 0.85× fc × b
0.9× 0.85× 30× 1000

- Bản lề bộ hành có 28 MPa< f'c = 30 Mpa < 56 MPa
⇒ β1 = 0.85−

0.05 '
0.05
.(fc − 28) = 0.85−
× (30 − 28) = 0.836
7

7

- Xác định khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung
hoà c:
c=

a 0.759
=
= 0.908 mm
β1 0.836

- Xác định trường hợp phá hoại cho bài toán cốt đơn:
c 0.908
=
= 0.013 < 0.42 ⇒ bài toán thuộc trường hợp phá
ds
70

hoại dẻo
- Xác định diện tích cốt thép:
AS =

0.85× fc' × b 0.85× 30× 0.759× 1000
=
= 69.098 mm2
fy
280

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
f 'c

30
= 0.03× 1000 × 100 ×
= 321.43 mm2
fy
280
- Chọn φ10a200 ⇒ 1000 mm có 5 thanh thép (diện tích A s =
392.5 mm2) và theo phương dọc lề bộ hành bố trí φ10a200
A s ≥ 0.03× b.h.

Hình 2.6: Bố trí cốt thép trên lề bộ hành.
2.2.4. Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm
tra nứt):
- Tiết diện kiểm toán:
Tiết diện chữ nhật coù b x h = 1000 mm x 100 mm
- Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng
tâm cốt thép chịu kéo gần nhất:
dc = a' = 30 mm < 50 mm
- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:
A c = 2× dc × b = 2× 30× 1000 = 60000 mm2

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:18

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
- Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép:
A c 60000

=
= 12000 mm2
n
5

A=

- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:
M s = 687500 N.mm

- Khối lượng riêng của bêtông: γ c = 2500 Kg/ m3
- Môđun đàn hồi của bêtông:
E c = 0.043× γ1.5c × f 'c
= 0.043× 25001.5 × 30 = 29440.09 MPa
- Môđun đàn hồi của thép: Es = 200000 MPa

- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n =

Es
200000
=
= 6.79
E c 29440.09

- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:
x = n×

As 
2× ds × b
ì 1+

1ữ
ữ
b
nì A s


= 6.79ì

392.5
2ì 70ì 1000
ì 1+
1ữ = 16.83 mm
1000
6.79ì 392.5 ÷


-Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:
 b× x3

I cr = 
+ n× A s × (ds − x)2 ÷
 3

3
 1000× 16.83

=
+ 6.79× 392.5× (70 − 16.83)2 ÷ = 9123323.68 mm4
3




-Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:
fs =

Ms
687500
× ( ds − x) × n =
× ( 70 − 16.83) × 6.79 = 27.205 MPa
I cr
9123323.68

- Khí hậu khắc nghiệt: Z = 23000 N / mm
- Ứng suất cho phép trong cốt thép:
fsa =

3

Z
=
dc × A

3

23000
= 323.32 MPa
30 × 12000

fsa = 323.23 MPa > 0.6 × fy = 0.6 × 280 = 168 MPa
sánh:

chọn
fy = 168 MPể kiểm tra:
fs = 27.205 MPa < 168 MPa ⇒ Vậy thoả mãn điều kiện về
nứt.

-So

2.3. Bó vỉa:

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:19

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
- Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.6 và
hình 2.7
- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của bó vỉa dạng
tường như sau:
+ Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo.
+ Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải .
Bảng 2.1: Lực tác dụng vào lan can
Phương lực tác
dụng
Phương nằm
ngang
Phương thẳng
đứng

Phương dọc cầu

Lực tác dụng
(KN)

Chiều dài lực
tác dụng(mm)

Ft = 240

Lt = 1070

FV = 80

LV = 5500

FL = 80

LL = 1070

+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng
R W ≥ Ft


M c.L2c 
2
RW =
 8× M b + 8ì M W .H +
ữ
2ì L c L t 

H 

Khi xe va vào giữa tường:
2

L
 L  8× H.(M b + M W .H)
Lc = t +  t ÷ +
2
Mc
 2

Khi xe va vào đầu tường:
2

L
 L  H.(M b + M W .H)
Lc = t +  t ÷ +
2
Mc
 2

Trong đó:
R W : sức kháng của lan can
M W : Sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối
với trục thẳng đứng
M c : Sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối
với trục nằm ngang
M b : Sức kháng của dầm đỉnh
H: Chiều cao tường

L c : Chiều dài đường chảy
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:20

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
L t : Chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu

Ft : Lực xô ngang quy định ở bảng 2.1
2.3.1. Xác định khả năng chịu lực của cốt thép đứng (Mc):
(Tính trên 1000 mm dài)
- Tiết diện tính toán b x h = 1000 mm x 200 mm và bố trí
cốât thép (hình 2.7)

Hình 2.7: Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa theo
phương đứng.
-

Cốt thép dùng φ14a200 mm, 1000 mm dài có 5 thanh
Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên
rồi bên còn lại bố trí tương tự.
Diện tích cốt thép As:
A s = 5×

-

π.φ2

3.14× 142
= 5×
= 769.30 mm2
4
4

Chọn a’ = 30 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến
mép ngoài của bê tông)
ds = h − a' = 200 − 30 = 170 mm

-

Xác định chiều cao vùng nén a:
a=

-

0.85× f × b
'
c

=

769.3× 280
= 8.45 mm
0.85× 30× 1000

Khoảng cách từ thớ ngoài cùng bêtông chịu nén đến
trục trung hoà:
c=

-

A S × fy

a 8.45
=
= 10.11 mm
β1 0.836

Xác định trường hợp phá hoại của tiết diện:
c 10.11
=
= 0.06 ≤ 0.42
ds 170

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:21

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
-

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
a
8.45
⇒ M n = A S × fy × (ds ) = 769.3ì 280ì 170

ữ = 35708598.10 N.mm
2

2 

Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:
Mc =

-

M n 35708598.10
=
= 357085.98 N.mm/mm
1000
1000

Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
A s ≥ 0.03× b.h.

-

f 'c
30
= 0.03× 1000 × 200×
= 642.86 mm2
fy
280

Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất.
Kiểm tra lượng thép tối đđa:

f c'
0.003
Asb = 0.85 × × β1 ×
× ds × b
fy
0.003 + ε y
30
0.003
× 0.836 ×
×170 × 1000
280
0.003 + 0.0014
= 8824.82 mm 2
fs
280
=
= 0.0014
Với ε y =
Es 200000
= 0.85 ×

As = 769.30 mm 2 < As max = 0.75 × Asb = 0.75 × 8824.82 = 6618.62 mm 2

Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép tối đđa.

2.3.2. Xác định M W H
- M W H : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối
với trục đứng:
- Tiết diện tính toán b x h = 250 mm x 200 mm và bố trí cốt
thép (hình 2.7)

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:22

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng

Hình 2.8: tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc
cầu.
- Cốt thép dùng: 2 φ14 mm
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi
bên còn lại bố trí tương tự.
- Diện tích cốt thép As:
A s = 2×

- a’= 40 mm

π.φ2
3.14× 142
= 2×
= 307.72 mm2
4
4

ds = h − a' = 200 − 40 = 160 mm

- Xác định chiều cao vùng nén: a
a=

A S × fy

0.85× f × b
'
c

=

307.72× 280
= 13.52 mm
0.85× 30× 250

- Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà
c=

a 13.52
=
= 16.17 mm
β1 0.836

- Xác định trường hợp phá hoại của tiết diện:
c 16.17
=
= 0.10 ≤ 0.42
ds 160

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo.
a
13.52 

⇒ M n = A S × fy × (ds − ) = 307.72ì 280ì 160
ữ
2

2
= 13203403.58 N.mm

- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao
bó vỉa:
M wH = M n = 13203403.58 N.mm

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:23

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
A s ≥ 0.03× b.h.

f 'c
30
= 0.03× 250× 200 ×
= 160.71 mm2
fy
280

Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất.

- Kiểm tra lượng thép tối đđa:
f c'
0.003
Asb = 0.85 × × β1 ×
× ds × b
fy
0.003 + ε y
30
0.003
× 0.836 ×
×160 × 1000
280
0.003 + 0.0014
= 8305.714 mm 2
fs
280
=
= 0.0014
Với ε y =
Es 200000
= 0.85 ×

As = 307.72 mm 2 < As max = 0.75 × Asb = 0.75 × 8305.71 = 6229.29 mm 2

Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép tối đđa.
2.3.3. Chiều dài đường chảy: (L c )
Chiều cao bó vỉa: H=250 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên

Mb = 0

* Với trường hợp xe va vào giữa tường:
- Chiều dài đường chảy:
2

L
 L  8× H.(M b + M W .H)
LC = t + t ữ +
2
Mc
2
2

LC =

1070 1070 8ì 250ì (0 + 13203403.58)
+
= 1135.15 mm
ữ +
2
357085.98
2

- Sức kháng của tường:
RW =


M .L2 
2
×  8× M b + 8ì M W .H + c c ữ
2ì L c − L t 

H 

RW =


2
357085.98× 1135.152 
× 8ì 0 + 8ì 13203403.58+
ữ
2ì 1135.15 1070
250


= 3242759.24 N
⇒ Ft = 240000 N < R W = 3242759.24 N ⇒ Thoả mãn.

* Với trường hợp xe va vào đầu tường:

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:24

SVTH: Phạm Thị Lõn


Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Dầm Hộp Ứng Suất Trước Thi
Công Đúc Hẫng
2

Lc =

Lt
 L  H.(M b + M W .H)
+  t÷ +
2
Mc
 2
2

1070  1070  250ì (0 + 13203403.58)
LC =
+
= 1078.57 mm
ữ +
2
357085.98
2 

- Sức kháng của tường:

M .L2 
2
×  M b + M W .H + c c ữ
2ì L c − L T 
H 

2
357085.98× 1078.572 
RW =
×  0 + 13203403.58+
ữ

2ì 1078.57 1070
250

RW =

= 3081139.14 N
Ft = 240000 N < R W = 3081139.14 N ⇒ Thoaû mãn.

2.3.4. Sức kháng cắt tại chân bó vỉa:
- Lực cắt tại chân tường (bó vỉa) do va chạm xe cộ VCT trở thành
lực kéo T trên một đơn vị chiều dài bản hẫng được cho bởi:
Rw
Lc + 2h
324275.92
=
= 198.32 N/mm
1135.15+2 × 250

T = VCT =
T = VCT

- Sức kháng cắt danh định Vn của mặt tiếp xúc được tính bằng
công thức:
Vn = cAcv + µ ( Acf f y + Pc )
0.2 f c' Acv
Vn ≤ 
 5.5 Acv

Trong đđó:
Acv: Diện tích tiếp xúc mặt cắt, Acv = 200 × 1 = 200 mm 2 / mm

Acf: Diện tích cốt thép neo của mặt chịu cắt, φ14@ 200
2
φn2 π × 14

ữ
Acf = ì 4
4 = 0.77 (mm2 )
=
200
200
fy: Cường độ chảy của cốt thép, f y = 280 MPa
Pc: Lực neùn do tĩnh tải, Pc = 1.94 N/mm .
f c' : Cường độ của bê tông chân tường, f c' = 30 MPa .
c: Hệ số kết dính, c = 0.52.
µ : Hệ số ma sát, µ = 0.6 .

GVHD: ThS. Võ Vónh Bảo
Trang:25

SVTH: Phạm Thị Lõn