Đồ án môn học thiết kế cầu thép (Thuyết minh + bản vẽ DWG)

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM
KHOA CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG
----------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU DẦM LIÊN HỢP NHỊP
GIẢN ĐƠN
Ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG
Chun ngành: Xây dựng cầu đường
Giáo viên hướng dẫn:
Giáo viên phản biện :
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Tấn Đạt

Mã số sinh viên

: 17H1090004

Lớp

: CD17CLCA

T.P Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

LỜI NĨI ĐẦU
Đồ án mơn học thiết kế cầu thép được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
11823:2017. Do kiến thức có hạn nên khó tránh những sai sót trong q trình thực hiện,
em rất mong nhận được sự phê bình góp ý của q thầy cơ, đó là những bài học q báu
giúp em vững bước hơn trên con đường hành nghề.
Để thực hiện tốt đồ án này, em xin chân thành cảm q thầy cơ trong khoa Cơng trình
giao thơng cũng như Viện đào tạo chất lượng cao đã tạo điều kiện để em hoàn thành đồ
án. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến xxxxxxx– một người thầy tận tình và tâm
huyết với nghề nhà giáo, cảm ơn vì những buổi học hay, những câu chuyện vui mỗi khi
đến lớp và hơn hết là những kiến thức q báu được tích góp trong gần 10 năm hành
nghề của thầy. Em xin đại diện lớp kính chúc thầy luôn mạnh khỏe, vui vẻ và thành công
trong cuộc sống.
Chân thành cảm ơn!
Đạt
Nguyễn Tấn Đạt

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG HỢP SỐ LIỆU..................................................................................................10
1.1 Số liệu thiết kế..................................................................................................................10
1.2 Vật liệu..............................................................................................................................11
1.3 Thiết kế sơ bộ mặt cắt ngang............................................................................................11
1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoản cách dầm S, chiều dài cánh hẫng Lc.......................11
1.3.2 Thiết kế thốt nước mặt cầu...................................................................................11
1.3.3 Sơ bộ các kích thước..............................................................................................12
1.3.3.1 Bề dày bản mặt cầu, lớp phủ........................................................................12
1.3.3.2 Kích thước dầm............................................................................................12
1.3.3.3 Sườn tăng cứng đứng...................................................................................12
Chương 2 THIẾT KẾ LAN CAN VÀ BẢN MẶT CẦU...............................................................14
2.1 Lan can.............................................................................................................................14
2.2 Lề bộ hành........................................................................................................................16
2.3 Bản mặt cầu......................................................................................................................17
Chương 3 THIẾT KẾ DẦM CHỦ.................................................................................................18
3.1 Đặt trưng hình học của tiết diện.......................................................................................18
3.1.1 Giai đoạn chưa liên hợp (NC)................................................................................18
3.1.2 Giai đoạn liên hợp (tính cho đầm trong)................................................................20
3.1.2.1 Bề rộng hữu hiệu..........................................................................................20
3.1.2.2 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn.......................................................................20
3.1.2.3 Giai đoạn liên hợp dài hạn..........................................................................22
3.2 Tải trọng và hệ số số phân bố ngang................................................................................25
3.2.1 Tải trọng tác dụng lên cầu......................................................................................25
3.2.1.1 Tĩnh tải.........................................................................................................25
3.2.1.2 Hoạt tải........................................................................................................27
3.2.2 Xác định hệ số phân bố ngang dầm chính..............................................................28
3.2.2.1 Hệ số phân bố ngang cho dầm trong:..........................................................29
3.2.2.3 Dầm biên......................................................................................................32
3.3 Nội lực dầm chính............................................................................................................35

3.3.1 Xét dầm trong.........................................................................................................36
3.3.1.1 Xét mặt cắt I-I (vị trí đầu dầm)....................................................................36
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

3.3.1.2 Xét mặt cắt giữa nhịp (II-II).........................................................................37
3.3.1.3 Xét mặt cắt III-III (mối nối).........................................................................39
3.3.1.4 Xét mặt cắt IV-IV (Vị trí LKN gần mặt cắt giữa nhịp nhất).........................40
3.3.2 Tổng hợp nội lực:...................................................................................................42
3.3.2.3 Nôi lực ở trạng thái cường độ 1...................................................................44
3.3.2.5 Nội lực ở TTGHSD.......................................................................................45
3.4 Sức kháng cắt dầm thép....................................................................................................45
3.4.1 Sức kháng cắt của khoang không sườn tăng cường (khoang đầu).........................46
3.4.2 Sức kháng cắt của khoang có sườn tăng cường.....................................................46
3.5 Kiểm tốn khả năng thi cơng (Điều 10.3 TCVN 11823:2017).........................................47
3.5.1 Xác định mô men dẻo Mp, mô men chảy My........................................................47
3.5.1.1 Mô men dẻo Mp............................................................................................47
3.5.1.3 Mô men chảy My..........................................................................................48
3.5.2 Phân loại tiết diện...................................................................................................49
3.5.2.1 Bản bụng (Điều A2 phụ lục A).....................................................................49
3.5.2.2 Bản cánh nén (Điều A3 phụ lục A)...............................................................50
3.5.3 Tính các tham số kiểm toán sức kháng uốn giai đoạn thi công..............................51

3.5.3.1 Ứng suất trong bản cánh không xét uốn ngang ( Điều 10.1.6)....................51
3.5.3.2 Sức kháng ổn định uốn danh định của bản bụng theo (Điều 10.1.9)...........51
3.5.3.3 Ứng suất uốn ngang (Điều 10.1.6)..............................................................52
3.5.4 Sức kháng uốn........................................................................................................55
3.5.4.1 Bản cánh chịu nén được giằng gián đoạn...................................................55
3.5.4.2 Bản cánh chịu kéo có giằng gián đoạn........................................................56
3.5.4.3 Bản cánh kéo nén giằng liên tục..................................................................56
3.6 Kiểm tra sức kháng uốn tiết diện liên hợp (Điều 10.7)....................................................56
3.6.1 Xác định mô men dẻo Mp, mô men chảy My........................................................56
3.6.1.1 Mô men dẻo Mp............................................................................................56
3.6.1.3 Mô men chảy My..........................................................................................60
3.6.2 Phân loại tiết diện chịu uốn....................................................................................63
3.6.3 Xác định sức kháng uốn danh định Mn..................................................................64
3.6.4 Kiểm toán sức kháng uốn dầm liên hợp.................................................................64

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

3.6.4.1 Xác đinh modul mặt cắt đàn hồi xoay quanh trục chính mặt cắt đối với bản
cánh Sxf.........................................................................................................................................64
3.6.4.2 Xác định chiều cao chịu nén Dc đàn hồi bản bụng (Điều 3.1 phụ lục D)...64
3.6.4.3 Xác định ứng suất uốn ngang trong bản cánh (Điều 10.1.6).......................66

3.6.5 Phương trình kiểm tốn sức kháng uốn..................................................................70
3.7 Kiểm tốn theo TTGH sử dụng........................................................................................70
3.7.1 Kiểm tra biến dạng không phục hồi (điều 10.4.2.2)...............................................70
3.7.1.1 Ứng suất bản biên và chiều cao vùng nén đàn hồi Dc.................................71
3.7.1.2 Ứng suất uống ngang ở TTGHSD................................................................72
3.7.2 Ứng suất trong bản bê tơng....................................................................................74
3.7.3 Kiểm tốn độ võng của dầm...................................................................................75
3.7.3.1 Độ võng do tĩnh tải......................................................................................75
3.7.3.2 Độ võng do hoạt tải......................................................................................76
3.8 Kiểm toán ở TTGH mỏi...................................................................................................78
3.8.2 Kiểm toán mỏi bản biên (.......................................................................................79
3.8.2.1 Sức kháng mỏi danh định.............................................................................79
3.8.2.2 Ứng suất mỏi................................................................................................80
3.8.3 Kiểm toán mỏi vách đứng (....................................................................................81
3.8.3.1 Lực cắt do xe tải mỏi và tĩnh tải gây ra tại vị trí đầu dầm (mặt cắt I-I)......81
3.8.3.2 Sức kháng cắt...............................................................................................82
Chương 4 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN DẦM THÉP....................................................................83
4.1 Neo chống cắt...................................................................................................................83
4.1.1 Sơ bộ kích thước và bố trí......................................................................................83
4.1.2 Thiết kế bước neo dọc cầu theo TTGH mỏi...........................................................84
4.1.2.2 Xác định biên độ lực cắt ngang...................................................................85
4.1.2.4 Sức kháng mỏi chịu cắt của một neo riêng lẻ..............................................88
4.1.3 Kiểm tra sức kháng của neo đinh...........................................................................89
4.2 Sườn tăng cứng.................................................................................................................90
4.2.1 u cầu về mơ men qn tính................................................................................90
4.2.2 Kiểm toán sườn tăng cứng gối...............................................................................91
4.2.2.1 Sức kháng tựa của sườn gối.........................................................................91
4.2.2.2 Sức kháng dọc trục.......................................................................................92
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

4.3 Thiết kế mối nối (Tham khảo “Steel bridge design handbook-splice design”)................93
4.3.1 Thiết kế mối nối bản cánh dưới (bản cánh khống chế)..........................................93
4.3.1.1 Xác định số lượng bu long theo sức kháng cắt............................................93
4.3.1.2 Kiểm tra bulong theo sức kháng trượt.........................................................95
4.3.2 Mối nối bản cánh trên (bản cánh không khống chế)..............................................96
4.3.2.1 Xác định số lượng bu long theo sức kháng cắt............................................97
4.3.2.2 Kiểm tra bulong theo sức kháng trượt.........................................................99
4.3.3 Mối nối bản bụng.................................................................................................100
4.3.3.1 Sơ bộ bố trí bulong bản bụng.....................................................................100
4.3.3.2 Xác định lực tác dụng tác dụng lên bulong...............................................101
4.3.3.3 Kiểm toán sức kháng cắt của bulong bản bụng.........................................102
4.3.3.4 Kiểm toán sức kháng trượt của bulong bản bụng......................................103
4.4 Thiết kế bản nối..............................................................................................................105
4.4.1 Sơ bộ kích thước bản nối......................................................................................105
4.4.2 Tính đặt trưng hình học bản nối...........................................................................106
4.4.3 Kiểm tốn mối nối bản cánh trên.........................................................................108
4.4.4 Kiểm toán mối nối bản cánh dưới........................................................................108
4.4.5 Kiểm tra mối nối bản bụng...................................................................................109
4.5 Thiết kế hệ liên kết ngang..............................................................................................109
4.5.1 Sơ bộ cấu tạo và bố trí khung ngang....................................................................109
4.5.2 Thiết kế dầm ngang..............................................................................................110

4.5.2.1 Sơ đồ dặt kích và nội lực............................................................................110
4.5.2.2 Chọn tiết diện dầm ngang..........................................................................110
4.5.2.3 Thiết kế mối nối bulong giữa dầm ngang và sườn tăng cường:.................111
4.5.3 Thiết kế liên kết khung ngang..............................................................................113
4.5.3.1 Tải trọng.....................................................................................................113
4.5.3.2 Nội lực........................................................................................................113
4.5.3.3 Kiểm toán thanh giằng xiên.......................................................................113
4.5.3.4 Thiết kế liên kết bulong giữa LKN và STC.................................................114
4.5.4 Thiết kế đường hàn sườn dầm và bản cánh..........................................................115
4.5.4.1 Mối nối hàng góc chịu kéo và nén..............................................................115
4.5.4.2 Kiểm toán khả năng chịu cắt của đường hàn.............................................116
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

DANH MỤC BẢNG BIỂU
3.1.2.4Tổng hợp đặt trưng hình học..............................................................................................24
3.2.2.2Bảng tổng hợp tu ng độ DAH gối 2....................................................................................32
3.2.2.4Nội suy tung độ đường ảnh hưởng gối R1.........................................................................34
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

3.2.2.5 Tổng hợp HSPBN..............................................................................................................35
3.2.2.6Tổng hợp tải trọng..............................................................................................................35
3.3.2.1Tổng hợp tung độ ĐAH do hoạt tải xe...............................................................................42
3.3.2.2Tổng hợp nội lực chưa nhân hế số......................................................................................43
3.3.2.4Tổng hợp nội lực ở TTGH cường độ I...............................................................................44
3.3.2.6Tổng hợp nội lực ở TTGH sử dụng....................................................................................45
3.5.1.2Lực dẻo tác dụng lên dầm thép...........................................................................................47
3.6.1.2Lực dẻo trong tiết diện liên hợp..........................................................................................57
3.6.1.4Thơng số đặt trưng hình học...............................................................................................60
3.6.1.5Mơ men ở GHCD I.............................................................................................................61
3.6.1.6Thơng số đặt trưng hình học...............................................................................................62
3.6.1.7Mơ men ở TTGHCD I........................................................................................................62
4.1.2.3Bảng tính biên độ lực cắt....................................................................................................88
4.1.2.5Bảng tính bước neo.............................................................................................................89

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 3.1Bố trí sườn tăng cứng......................................................................................................13
Hình 3.2Sườn tăng cứng gối..........................................................................................................14
Hình 1.1 Chi tiết cột lan can..........................................................................................................15
Hình 1.1Lề bộ hành.......................................................................................................................16
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Hình 1.2 Vị trí các lực tác dụng lên lan can, lề bộ hành................................................................17
Hình 1.3 Bố trí thép lề bộ hành.....................................................................................................17
Hình 1.1Mặt cắt ngang cầu............................................................................................................18
Hình 3.1 Kí hiệu các kích thước....................................................................................................19
Hình 3.2 Tiết diện liên hợp ngắn hạn............................................................................................21
Hình 3.1 Tiết diện liên hợp dài hạn...............................................................................................23
Hình 2.1Tải trọng xe HL93...........................................................................................................28
Hình 1.1Mặt cắt bố trí thép hệ liên kết ngang...............................................................................30
Hình 1.2và mặt cắt thép liên kết ngang L100x100x10..................................................................30
Hình 1.3Đường ảnh hưởng phản lực gối R2.................................................................................31
Hình 3.1ĐAH phản lực gối biên....................................................................................................32
Hình 3.2Đường ảnh hưởng phản lực gối R1.................................................................................34
Hình 1.1Sơ đồ xếp tải để tính nội lực mặt cắt I-I cho dầm giữa....................................................36
Hình 2.1Sơ đồ xếp tải để tính nội lực cho mặt cắt II-II.................................................................37
Hình 3.1Sơ đồ xếp tải tính nội lực mặt cắt III-III..........................................................................39
Hình 4.1Sơ đồ xếp tải tính nội lực mặt cắt III-III..........................................................................41
Hình 2.1Lực dẻo trong dầm chưa liên hợp....................................................................................48
Hình 3.1Biểu đồ ứng suất giữa hai điểm giằng.............................................................................53
Hình 2.1Khoảng cách từ đỉnh bản đến trục trung hịa dẻo............................................................58
Hình 2.1Tính Dc tại mặt cắt chịu mơ men dương.........................................................................65
Hình 1.1Độ vồng ngược................................................................................................................76
Hình 2.1Độ võng tại mặt cắt giữa nhịp..........................................................................................76

Hình 1.1Xe tải mỏi........................................................................................................................78
Hình 2.1ĐAH mơ men tại mặt cắt II-II.........................................................................................80
Hình 1.1ĐAH lực cắt tại mặt cắt I-I..............................................................................................81
Hình 1.1Bố trí cấu tạo neo chống cắt............................................................................................83
Hình 1.1 Các mặt cắt kiểm tốn thiết kế bước neo........................................................................85
Hình 2.1Chất tải mặt cắt I-I...........................................................................................................86
Hình 2.2Chất tải mặt cắt II-II........................................................................................................86
Hình 2.3Chất tải mặt cắt III-III......................................................................................................87
Hình 2.4Chất tải mặt cắt IV-IV......................................................................................................87
Hình 2.5Chất tải mặt cắt V-V........................................................................................................88
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Hình 4.1Mối nối dầm thép...........................................................................................................105
Hình 1.1Tấm thép nối bản cánh trên...........................................................................................106
Hình 1.2Tấm thép nối bản bụng..................................................................................................106
Hình 1.3Tấm thép nối bản cánh dưới..........................................................................................106
Hình 1.1Sơ đồ đặt kích................................................................................................................110
Hình 3.1Liên kết bulong dầm ngang và sườn tăng cứng.............................................................112
Hình 4.1Bố trí bulong liên kết giữa STC và LKN.......................................................................115

Chương 1 TỔNG HỢP SỐ LIỆU

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 toàn dầm:

L = 31m;

− Bề rộng phần xe chạy: B = 11.5m;

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

− Lề bộ hành: 2x1.5m;
− Lan can: 2x0.25m;
− Cấp sông: cấp IV;
− Tải trọng thiết kế là 0.65HL93.
1.2 Vật liệu
Thép làm dầm chủ là thép tấm M270 cấp 345 có cường độ chảy F y = 345Mpa lấy
theo AASHTO;
Thép làm hệ liên kết ngang (dầm ngang và khung ngang), sườn tăng cường : M270

cấp 345 có cường độ chảy Fy=345MPa;
Thép bản mặt cầu:
- Thép cấu tạo:

CI có Fy=240Mpa ;

- Thép chịu lực:

CII có Fy=280MPa.

Thép làm thanh lan can, cột lan can: M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa.
f c' = 35Mpa ;
Bê tông bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành:
Trọng lượng riêng của thép:
Trọng lượng riêng của bê tơng có cốt thép:
Trọng lượng riêng của bê tơng asphalt:

γ s = 7,85 × 10−5 N / mm3 ;
γ c = 2,5 × 10−5 N / mm3 ;
γ ap = 2, 25 × 10−5 N / mm3 ;

Trọng lượng riêng của lớp dính bám và chống thấm: γ = 1,5 × 10−5 N / mm3 .
1.3 Thiết kế sơ bộ mặt cắt ngang
1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoản cách dầm S, chiều dài cánh hẫng Lc
Bề rộng phần xe chạy: Bx = 11500mm ;
Bề rộng lan can lề bộ hành: Blclbh = 250 + 1500 = 1750mm ;
Bề rộng toàn cầu: Btc = 11500 + 2 × 1750 = 15000mm ;
Khoảng cách giữa các dầm chính thơng thường: S = 1,6 ÷ 2,3m , chọn S = 1.85m.
Số lượng dầm chủ chọn n = 8 dầm. Vậy chiều dài phần hẫng được xác định như sau:
Lc =

Btc − (n − 1).S 15000 − (8 − 1) × 1850
=
= 1025mm
2
2

Độ dốc ngang thiết kế : in = 2%
1.3.2 Thiết kế thoát nước mặt cầu
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Diện tích ống thốt nước được tính trên cơ sở 1m2 bản mặt cầu phải có 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: Acau = Btc .L = 15 × 31 = 465m 2 . Vậy cần bố trí ít nhất 465cm2 ống
thốt nước.
3.14 × 11.22
= 98.47cm 2 chọn 6 ống
Chọn đường kính ống ống D =11.2cm ⇒ Aong =
4
bố trí mỗi phía 2 ống với tổng diện tích A = 6 × 98.47 = 590.82cm 2
1.3.3 Sơ bộ các kích thước

1.3.3.1 Bề dày bản mặt cầu, lớp phủ
1 1 
Chiều dày bản mặt cầu theo kinh nghiệm: h f =  : ÷S = (225 ÷ 150) mm. Vậy ta
 8 12 
chọn chiều dày bản mặt cầu: h f = 180 mm. ;

Lớp phủ cho bản mặt cầu: sử dụng bê tơng asphan dày 50mm.
1.3.3.2 Kích thước dầm
Chiều dài tính tốn là khoảng cách giữa hai gối liền kề, chọn khoảng các từ đầu dầm
đến tim gối a = 300mm ⇒ Ltt = L − 2a = 31000 − 2 × 300 = 30400mm .
Kích thước mặt cắt ngang được chọn sơ bộ theo mục 10.2 TCVN 11823:2017 phần
6.
- Bản bụng không sườn tăng cường dọc:
D
≤ 150 , chọn chiều dày bản bụng tw = 15mm ⇒ chiều cao bản bụng
tw
D ≤ 150 × 15 = 2250mm . Chọn D = 1000mm .
- Bản cánh trên:
+ Chiều dày bản cánh trên : tc ≥ 1,1tw = 1,1× 15 = 16,5mm , chọn tc = 20 mm ;
bc
≤ 12 ⇒ bc ≤ 12 × 2tc = 12 × 2 × 20 = 480mm , chọn
+ Bề rộng bản cánh trên:
2tc
bc = 300mm .
- Bản cánh dưới:
+ Bề rộng bản cánh dưới: bt ≤ 480 chọn bt = 350mm ;
+ Chiều dày bản cánh dưới: tt = 30mm .
1.3.3.3 Sườn tăng cứng đứng
Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, khơng bố trí sườn tăng cường dọc. Vì sườn tăng
cường dọc thường chỉ dùng cho các cầu liên tục nhịp lớn khi chiều cao dầm lớn hơn 2

(m), chiều dài nhịp lớn hơn 90 (m).

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Khoảng cách giữa các sườn tăng cường đứng d o ≤ 3D , với D là chiều cao vách. Đoạn
đầu dầm sẽ có lực cắt lớn do vậy mà khoảng cách giữa các sườn tăng cường tại vị trí đầu
dầm d 0 ≤ 1,5D

Hình 3.1 Bố trí sườn tăng cứng
 Sườn tăng cường trung gian
Chiều dày sườn trung gian: t p1 = 15mm
Chiều rộng phần nhô ra của sườn trung gian bt1:
D

bt1 ≥ 50 +
30
Với bc là bề rộng của bản cánh nén

16t p1 ≥ bt1 ≥ 0, 25bc

1000


= 83
bt1 ≥ 50 +
⇔
30
chọn bt1 = 140
16 × 15 = 240 ≥ bt1 ≥ 0, 25 × 300 = 75
Khoảng cách giữa các sườn tăng cường đứng trung gian:
d 0 ≤ 3D = 3 × 1000 = 3000mm với D là chiều cao bản bụng. chọn
d 0 = 2500mm .
Khoảng hở giữa sườn trung gian và bản cánh chịu kéo:
a = 4t w = 4 × 15 = 60mm

 Sườn tăng cường gối
Chọn bề rộng của sườn gối bt2 = 140mm
Chiều dày của sườn gối được xác định như sau:
bt 2
E
≤ 0, 48
với E = 2x105 Mpa, Fys = 345Mpa
t p2
Fys
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

⇒ t p2 ≥

GVHD:

bt 2 Fys 140
345
=
×
= 12,11mm , chọn tp2 = 15mm
0, 48 E
0, 48
2 × 105

Hình 3.2 Sườn tăng cứng gối
-

Khoảng cách giữa các sườn gối:
d 0 g ≤ 18t w = 18 × 15 = 270mm , bố trí hai sườn tại gối với d 0 g = 200mm .

Chương 2 THIẾT KẾ LAN CAN VÀ BẢN MẶT CẦU
2.1 Lan can

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

14

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Hình 1.1 Chi tiết cột lan can.
Cột lan can:
- Bố trí chiều dài nhịp 31m;
- Bố trí khoảng cách 2 cột lan can là 2m.
Vậy ta sẽ bố trí mỗi bên cầu gồm: 16 cột lan can, khoảng cách giữa hai cột cuối là
1.5m.
- Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép:
+ T1 100 x 1740 x 5 (mm).
+ T2 140 x 740 x 5 (mm).
+ T3 100 x 150 x 5 (mm).
- Thể tích các tấm thép là:
+ Thể tích tấm thép T1: VT1 = 100 x 1740 x 5 =870000 mm3
+ Thể tích tấm thép T2: VT2 = 140 x 740 x 5 =518000 mm3
+ Thể tích tấm thép T3: VT3 = 100 x 150 x 5 = 75000 mm3
3
- Ta có : Vcot lancan = 870000 + 518000 + 75000 = 1463000mm

- Thanh liên kết: V

lienket

- Tay vịn: V

tayvin

= 2×

= 2×

π
× (902 − 822 ) × 100 = 216142mm3
4

π
× (802 − 702 ) × 2000 = 4712389mm3
4

- Tổng trọng lượng lan can trên toàn cầu:

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

DC = γ s × (Vcot lancan + Vlienket + Vtayvin )
= 7,85 × 10 −5 × (1463000 × 16 + 216142 × 15 + 4712389 × 15)
= 7640.87 N
Tính trên 1mm theo phương dọc cầu: Plancan =

7640.87

= 0, 246 N / mm
31000

2.2 Lề bộ hành

Hình 1.1 Lề bộ hành.
Lề bộ hành: (tính trên 1mm theo phương dọc cầu)
-

V1 = 1× 650 × 250 = 162500mm3

- V2 = 1 × 1300 × 100 = 130000mm
- V3 = 1 × 200 × 300 = 60000 mm

3

3

Suy ra: Tải trọng trên các tiết diện:

P1 = V1 × γ c = 162500 × 2.5 × 10−5 = 4.0625N
P2 = V2 × γ c = 130000 × 2.5 × 10−5 = 3.25 N
P3 = V3 × γ c = 60000 × 2.5 × 10−5 = 1.5 N
Vậy tải trọng DC3:

⇒ DC3 = P Lan Can + P1 + P2 + P3
= 0.246 + 4.063 + 3.25 +1.5 = 9.06 N
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Hình 1.2 Vị trí các lực tác dụng lên lan can, lề bộ hành.
Vị trí đặt DC3: Xác định bằng cách cân bằng momen tại điểm A
x' =

P lancan × x lancan + P1 × x1 + P2 × x2 + P3 × x3
DC3

0, 246 ×125 + 4.063 ×125+3.25 × 900 + 1.5 ×1650
9.06
= 655mm
⇒ DC3 cách mép trái 1 đoạn bằng 655mm.
=

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 và bê tơng sử dụng có F’c=28 MPa.

Hình 1.3 Bố trí thép lề bộ hành.
2.3 Bản mặt cầu
Bản mặt cầu sẽ được tính tốn theo 2 sơ đồ: dầm congsol và dầm liên tục. Trong đó
phần bản loại dầm liên tục được xây dựng từ sơ đồ dầm giản đơn, sau khi tính tốn 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 Fy=280 MPa, bê tơng dùng

cho bản mặt cầu là loại bê tơng có cường độ chịu nén f’c=28 MPa
Thiết kế bản mặt cầu theo cấu tạo, các thơng số kích thước được thể hiện ở hình bên
dưới.
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Hình 1.1 Mặt cắt ngang cầu

Chương 3 THIẾT KẾ DẦM CHỦ
3.1 Đặt trưng hình học của tiết diện
Do khối lượng tính lớn nên ở đây ta chỉ tính cho dầm biên làm đại diện, các trường
hợp khác tính tương tự và lập bảng kết quả.
3.1.1 Giai đoạn chưa liên hợp (NC)
Diện tích mặt cắt ngang phần dầm thép:
As = bc .tc + D.t w + bt .tt
= 300 × 20 + 1000 × 15 + 350 × 30 = 31500 mm 2

Gọi trục X_X là trục đi qua mép trên của bản cánh chịu nén:
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Hình 3.1 Kí hiệu các kích thước
Moment tĩnh của dầm thép đối với trục X-X:
t
t 
D


K X − X = ∑ Ai .ycX,i− X = bc .tc . c + D.tw .  tc + ÷ + bt .tt .  d − t ÷
2
2
2


20
1000 
30 


= 300 × 20 × + 1000 × 15 ×  20 +
÷ + 30 × 30 ×  1050 − ÷
2
2 
2



3
= 18,727,000mm
Vị trí trục trung hịa (TH1) so với trục X_X:

c=

K X − X 18,727,000
=
= 595mm
As
31500

Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép bản cánh trên, dưới:
s ,t
YNC
= c = 595mm
s ,b
s ,t
YNC
= d − YNC
= 1050 − 595 = 455mm

Xác định moment quán tính của tiết diện đối với trục trung hòa:

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:
2

I NC

2

s ,t
3
s ,b
3
3
bc .tc3
t 
 s ,t tc  tw .( y NC − tc ) tw .(YNC − tt ) bt .tt

=
+ bc .tc .  YNC − ÷ +
+
+
+ bt .tt . YNCs ,b t ữ
12
2
3
3

12
2


2

300 ì 203
20 15 × (595 − 20)3 15 × (455 − 30)3

=
+ 300 × 20 ×  595 − ÷ +
+
12
2
3
3

2

350 × 303
30

+
+ 350 ì 30 ì 455 ữ
12
2

= 5,421,505,000mm 4

Momen kháng uốn đối với thớ trên tiết diện dầm thép:

s ,t
S NC
=

I NC 5, 421,505,000
=
= 9,119,000mm3
s ,t
YNC
595

Momen kháng uốn đối với thớ dưới tiết diện dầm thép:
s ,b
S NC
=

I NC 5, 421,505,000
=
= 11,903,000mm3
s ,b
YNC
455

3.1.2 Giai đoạn liên hợp (tính cho đầm trong)
3.1.2.1 Bề rộng hữu hiệu
 Ltt
 4 = 7600mm

Dầm trong: Bi = min 12t s + max(tw , bc / 2) = 2160 + 15 = 2175mm
 S = 1850mm



⇔ Bi = 1850mm
Trong đó: ts là chiều dày bản mặt cầu, các thơng số cịn lại đã giải thích ở những cơng
thức trước.
 Ltt 30400
 8 = 8 = 3800mm

Bi
t b
15 20

Dầm biên: Be = + min 6ts + max( w ; c ) = 6 × 180 + max( ; ) = 1085mm
2
2 4
2 4

 S hang = 1025m


⇔ Be =

1850
+ 1025 = 1950mm
2

3.1.2.2 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Cốt thép trong bản mặt cầu là φ14a200, bê tơng bản mặt cầu có cường độ f’c=35Mpa.
Mô đun đàn hồi của bê tông được xác định như sau:
E c = 0,0017K1w c2 ( f c' )

0,33

= 0.0017 ×1 × 2320 2 × 350,33 = 29578Mpa .

Dầm chủ làm bằng thép có Es = 200000 MPa .
n=

Es 200000
=
= 6.762
Ec
29578

Hình 3.2 Tiết diện liên hợp ngắn hạn
Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp
Ad = As + Act + Atd −ct
Trong đó:

π D2
π 142
= 18 ×
= 2771mm 2 là diện tích phần thép trong bản mặt cầu,
- Act = N ct
4
4
N ct = 18 là số thanh thép trong bản mặt cầu trên bề rộng 1800mm;
- Atd −ct =

Bi .ts 1850 × 180
=
= 49246mm 2 là diện tích bê tơng quy đổi về thép.
n
6.762

⇒ Ad = 29250 + 2771 + 49246 = 81267 mm 2
Momen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với trục TH1:
t 
t
 s ,t
s ,t
KTH 1 = As .0 + Act ×  YNC
+ t h + s ữ+ Act _ dt ì (YNC
+ th + s )
2
2

1850 
180


= 0 + 2771×  595 + 100 +
)
ữ+ 49246 ì (595 + 100 +
2 
2

= 40,808,000mm3
Với th=100mm là chiều cao phần vút.
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Khoảng cách từ trục TH1 đến trục TH2:
c′ =

KTH 1 40808000
=
= 489mm
Ad
81267

Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép trên, dưới dầm thép

s ,t
YSTs ,t = YNC
− c ' = 595 − 489 = 106mm
 s ,b
s ,b
'
YST = YNC + c = 455 + 489 = 994mm

Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép trên, dưới phần bê tông

YSTc,b = YSTs,t = 106mm
 c,t
c,b
YST = YST + th + ts = 106 + 100 + 180 = 386mm
Mơ men qn tính của tiết diện liên hợp ngắn hạn đối với trục TH2:
2
2
1  Be t 3s
 c,t t s  
 c,t t s 
IST = I NC + c' × A s + × 
+ Be t s  yST − ÷ ÷ + A ct  yST − ÷
n  12
2  ÷
2


2
1  1850 × 1803
180  


2
= 5,421,505,000 + 489 × 31500 +
×
+ 1850 × 180 ×  386 −
÷÷
6.762
12
2 ữ

2

2

180

4
+ 2771ì 386
ữ = 17,629,619,000mm
2 

Mô men kháng uống của tiết diện liên hợp ngắn hạn:
- Mô men kháng uống đối với mép trên, dưới dầm thép:
 s ,t
 S ST =


 S s ,b =
 ST

I ST 17,629,619,000
=
= 166, 476,000mm3
s ,t
yST
106
I ST 17,629,619,000
=
= 18,673,000mm3
s ,b
yST
994

- Mô men kháng uống đối với mép trên, dưới phần bê tông:
I ST
17,629,619,000
 c,t
= 308,919,000mm3
 S ST = n y c,t = 6.762 ×
386

ST

 S c,b = n I ST = 6.762 × 17,629,619,000 = 1,125,714,000mm3
c,b
 ST
yST
106
3.1.2.3 Giai đoạn liên hợp dài hạn

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

Hình 3.1 Tiết diện liên hợp dài hạn
Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp:
Ad = As + N ct .

π Dct2 Be .ts
1850 × 180
+
= 31500 + 2771 +
= 50686mm 2
4
3n
3 × 6.762

Mơ men tĩnh của diện tích tiết diện liên hợp đối với trục TH1
t  B t  s ,t
t 
 s ,t
TH 1
K LT

= Act  YNC
+ th + s ÷+ e s  YNC
+ th + s ÷
2  3n 
2

180  1850 × 180 
180 

3
= 2771×  595 + 100 +
ì 595 + 100 +
ữ+
ữ = 15,052,000mm
2  3 × 6.762 
2 

Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:

c' =

KTH 1 15,052,000
=
= 297 mm
Ad
50686

Khoảng cách từ trục trung hòa TH3 đến mép trên, dưới dầm thép:
s ,t
YLTs ,t = YNC

− c′ = 595 − 297 = 298mm
s ,b
YLTs ,b = YNC
+ c′ = 455 + 297 = 752mm

Khoảng cách từ trục trung hòa TH2 đến mép dưới, trên phần bê tông:

YLTc ,b = YLTs ,t = 298mm
YLTc ,t = YLTc,b + th + ts = 298 + 100 + 180 = 579mm
Momen quán tính của tiết diện liên hợp dài hạn đối với trục TH3 (ILT):

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

23


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD:

ts 
1  B .t 3

= I NC + c' × A s +  e s + Be .t s  y c,t
LT −
÷
3n 12
2

2

ILT

2

2

c,t t s
ữữ + A ct ì y LT ữ
2



2
1850 ì 1803
1
180

= 5421505000 + 297 × 31500 +
×
+ 1850 × 180 × 579
ữữ
3 ì 6.762
12
2 ữ

2

2

180

4
+2771ì 579 −
÷ = 12,804,590,000mm
2 

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới t/d dầm thép:
Ss,t
LT =

I LT 12,804,590,000
=
=43,032,000mm3
s,t
y LT
298

Ss,b
LT =

I LT 12,804,590,000
=
=17,017,000mm3
s,b
YLT
752

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

Sc,t
LT =n

I LT
12,804,590,000
=6.762 ×
=149,915,000mm 3
c ,t
yLT
579

c ,b
S LT
= n.

I LT
12,804,590,000
= 6,762 ×
= 290,984,000mm3
c ,b
yLT
298

Tương tự với dầm biên ta lập bảng kết quả như sau:

3.1.2.4 Tổng hợp đặt trưng hình học
DẦM TRONG

Tiết diện dầm thép liên hợp
Đơn vị

Chưa liên
hợp (NC)

mm2

31500

83517

50686

mm3

9119072

166476413

43032229

Mô men kháng uốn
mép dưới dầm thép

mm3

11902939

18673439

17017382

Mô men kháng uốn
mép trên bản bê tông

mm3

308919198

149915018

Đặc trưng
Diện tích tiết diện
Mơ men kháng uốn
mép trên dầm thép

SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

Ngắn hạn (ST) Dài hạn (LT)

-MSSV: 17H1090004

24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

Mô men kháng uốn
mép dưới bản bê

tơng
Mơ men qn tính
của tiết diện

GVHD:

mm3

1125713506

mm4

5421505357

290983932

17629619420 12804590431

DẦM BIÊN
Tiết diện dầm thép liên hợp
Đặc trưng
Diện tích tiết diện
Mơ men kháng uốn
mép trên dầm thép
Mô men kháng uốn
mép dưới dầm thép
Mô men kháng uốn
mép trên bản bê tông
Mô men kháng uốn
mép dưới bản bê

tơng
Mơ men qn tính
của tiết diện

Đơn vị

Chưa liên
hợp (NC) Ngắn hạn (ST) Dài hạn (LT)

mm2

31500

86179

51574

mm3

9119072

184610486

45005673

mm3

11902939

18738882

17105371

mm3

320596193

154615680

mm3

1248336107

304328364

mm4

5421505357 17862675782 13014282670

3.2 Tải trọng và hệ số số phân bố ngang
3.2.1 Tải trọng tác dụng lên cầu
3.2.1.1 Tĩnh tải
 Tải trọng bản thân dầm thép DC1 gồm hai phần
Tải trọng của phần thép làm dầm:
qdam = Asγ s = 31500 × 7.85 × 10 −5 = 2, 47 N / mm
Tải trọng của phần sườn tăng cứng qsuon:
- Sườn tăng cứng gối: mỗi dầm có 8 sườn
p1 = n.Vsuon .γ s = 8 × 15 × 850 × 140 × 7.85 × 10 −5 = 1319 N
SVTH: NGUYỄN TẤN ĐẠT

-MSSV: 17H1090004

25