S 1
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
TS. Hồ Xuân Nam
Bộ môn Cầu Hầm, Đại học Giao thông Vận tải
S 2
CH NG V:
CH NG V:
Tính toán nội lực
Tính toán nội lực
trong kết cấu cầu
trong kết cấu cầu
1. Cơ sở tính toán thiết kế cầu theo 22 TCN-272-05
2. Tính nội lực dầm chủ
3. Tính toán bản mặt cầu
3.1 Ph' ơng pháp dải bản
3.2 Ph 'ơng pháp kinh nghiệm
3.3 Ph 'ơng pháp truyền thống
4. Tính nội lực dầm ngang
Cầu bê tông cốt thép Ch ng V
S 3
TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
Qui trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn - Bộ GTVT năm 1979 (Qui trình 79),
dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế cầu cống của Liên xô cũ (CH 200-62 và BCH 365-67)
Qui trình cũ: 22 TCN-18-79
Tiêu chuẩn thiết kế cầu - Bộ GTVT năm 2005, dựa trên qui trình Mỹ AASHTO-LRFD 1998,
chỉ áp dụng cho các cầu trên đường ô tô có nhịp nhỏ hơn 150m
Tiêu chuẩn mới: 22 TCN-272-05
R
r
= Φ.R

Tĩnh tải của lớp mặt cầu và thiết bị
DW
-
Tĩnh tải của đất chất thêm ES
-
Tĩnh tải của đất đắp EV
1. Tải trọng và tác động thường xuyên
-
Hoạt tải xe LL
-
Tải trọng người PL
-
Lực xung kích của xe cộ IM
-
Lực hãm xe BR
-
Lực li tâm CE
-
Lực va xô của xe cộ CT
-
Lực va xô của tàu bè CV
2. Tải trọng và tác động tức thời
-
Từ biến CR
-
Co ngót SH
-
Lún SE
-
Gradient nhiệt TG

S 5
TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
Tổ hợp tải trọng cơ bản tính cầu với tải trọng xe khai thác không xét đến gió
1. Trạng thái giới hạn cường độ I
Tổ hợp tải trọng tính cầu không có xe chịu lực gió với vận tốc lớn hơn 25m/s
2. Trạng thái giới hạn cường độ II
Tổ hợp tải trọng tính cầu với tải trọng xe khai thác và gió với vận tốc 25m/s
3. Trạng thái giới hạn cường độ III
Tổ hợp tải trọng liên quan đến các biến cố như động đất, va xô xe cộ và tàu bè
4. Trạng thái giới hạn đặc biệt
Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với gió có vận tốc 25m/s và
tải trọng lấy theo giá trị tiêu chuẩn
5. Trạng thái giới hạn sử dụng
Tổ hợp tải trọng gây mỏi và đứt gãy do tải trọng xe trùng phục và xung kích
6. Trạng thái giới hạn mỏi
1 C¬ së tÝnh to¸n thiÕt kÕ cÇu theo 22 TCN-272-05
1 C¬ së tÝnh to¸n thiÕt kÕ cÇu theo 22 TCN-272-05
2
2
3
3
4
4
5
5
S 6
HỆ SỐ TẢI TRỌNG
HỆ SỐ TẢI TRỌNG
1. Tổ hợp và hệ số tải trọng

Với tải trọng kết cấu và phụ kiện: không lấy nhỏ hơn 1,25
-
Khi không có qui định khác của chủ đầu t':
-
Với tải trọng thiết bị và các tác động xung kích: không lấy nhỏ hơn 1,5
-
Với tải trọng gió: không lấy nhỏ hơn 1,25
-
Với các tải trọng khác: lấy bằng 1,0
-
Khi không có qui định khác của chủ đầu t':
-
Lực kích thiết kế không nhỏ hơn 1,3 lần phản lực gối liền kề với điểm kích do tải trọng
th'ờng xuyên
-
Khi kích dầm mà không ngừng giao thông thì phải xét đến phản lực do hoạt tải nhân
với hệ số tải trọng của hoạt tải
-
Lực thiết kế với vùng neo kéo sau: lấy bằng 1,2 lần lực kích lớn nhất
1 Cơ sở tính toán thiết kế cầu theo 22 TCN-272-05
1 Cơ sở tính toán thiết kế cầu theo 22 TCN-272-05
2
2
3
3
4
4
5
5
S 9

-
Mặt cắt có nội lực lớn: 0, L/2, L/4
-
Mặt cắt cách gối 1 khoảng bằng d
v
-
Mặt cắt có thay đổi về kích th'ớc,
bố trí CT chủ và cốt đai
-
Bao gồm các tổ hợp nội lực tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải và hoạt tải
-
Sử dụng hoạt tải rải đều hoặc đặt tải trực tiếp lên ĐAH
S 10
1
1
2 Tính nội lực dầm chủ
2 Tính nội lực dầm chủ3
3
4
4
5
5
tính nội lực dầm chủ
tính nội lực dầm chủ
Nội lực do tải trọng làn: 9,3 KN/m
-
Công thức tính:

4
4
5
5
tính nội lực dầm chủ
tính nội lực dầm chủ
Nội lực do ng'ời đi bộ PL
Tổ hợp nội lực hoạt tải xe theo các TTGH
-
Không xét đến lực xung kích
-
Công thức tính: S = g..q
i
.
i
-
Với cầu ô tô: q = 3.10
-3
Mpa
-
Với cầu chỉ dành cho ng'ời đi bộ: q = 4,1.10
-3
MPa
-
HSPB cho tải trọng ng'ời đi bộ nên tính theo PP đòn bẩy
-
TTGH c'ờng độ I, III, sử dụng (không kể võng), đặc biệt: lấy trị số lớn trong các tổ hợp sau
-
Xe tải thiết kế + tải trọng làn
-

-
Bản kê trên 4 cạnh (giao nhau theo 2 ph'ơng): khi b/a <1,5
-
Khi chiều dài hẫng tính từ tim dầm ngoài cùng đến mặt lan can BT
liên tục không quá 1800mm có thể thay tải trọng dãy bánh xe ngoài
cùng bằng tải trọng phân bố đều 14,6N/mm, đặt cách mặt lan can
300mm
-
PP chính xác: bao gồm các ph'ơng pháp có xét tới làm việc không
gian của bản (PP phần tử hữu hạn, PP dải hữu hạn, PP biến
phân, )
-
PP gần đúng : coi bản nh' các dải liên tục kê trên gối cứng là các
dầm đỡ (PP dải bản)
-
PP kinh nghiệm: không cần tính toán khi đã thoả mãn các điều kiện
thiết kế
-
PP truyền thống: tính l'ợng CT chịu mômen theo ph'ơng chính, CT
theo h'ớng phụ vuông góc với h'ớng chính đ'ợc lấy theo qui định
S 13
Ph"ơng pháp dải bản
Ph"ơng pháp dải bản
1
1
2
2
3.1 Ph'ơng pháp dải bản
3.1 Ph'ơng pháp dải bản


Với nhịp lớn hơn 4600mm song song với h'ớng xe chạy phải đ'ợc tính toán nh' cầu bản
S 14
Xác định chiều dài nhịp bản và chiều dày bản
Xác định chiều dài nhịp bản và chiều dày bản
Xác định chiều dài nhịp tính toán của bản
-
Theo yêu cầu cấu tạo: h
min
175mm
không kể lớp hao mòn. Với bản hẫng
của dầm ngoài cùng chiều dày phải
tăng thêm 25mm.
-
Theo yêu cầu về chịu lực: Bảng
2.5.2.6.3-1
-
Với dầm hộp và dầm T đúc tại chỗ:
h
min
1/20 k/c giữa các nách hoặc s'
ờn dầm
Chọn chiều dày bản
-
Bản đúc liền khối kê trên nhiều dầm:
S = k/c tim 2 dầm đỡ
-
Bản hẫng:
S = k/c từ vách dầm đến mút hẫng
-
Bản kê trên dầm I, T:

S 16
Bản có nhịp song song với h"ớng xe chạy
Bản có nhịp song song với h"ớng xe chạy
(cầu bản đúc tại chỗ)
(cầu bản đúc tại chỗ)
Nguyên tắc tính
Chiều rộng dải bản t'ơng đ'ơng của dải bản trong
-
Cho 1 làn xe: E = 250 + 0,42. L
1
W
1
-
Cho nhiều làn xe: E = 2100 + 0,12. L
1
W
1
W/N
L
với L
1
chiều dài nhịp có điều chỉnh, = min (L
thực tế
, 18000mm)
W chiều rộng toàn bộ cầu
W
1
chiều rộng toàn bộ cầu có điều chỉnh
Chịu tải trên 1 làn: W
1

3.5 Ph'ơng pháp dải bản
3.5 Ph'ơng pháp dải bản4
4
5
5
-
Trọng l'ợng bản thân bản mặt cầu
-
Trọng l'ợng lan can, gờ chắn bánh, lớp phủ mặt cầu,
Tĩnh tải
Tải trọng bánh xe
-
Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đ'ờng: đ'ợc coi là hinh ch' nhật có
-
Chiều rộng: b = 510mm
-
Chiều dài: l = 2,28.10
-3
..(1+IM).P (mm)
-
áp lực bánh xe truyền xuống tim bản coi nh' phân bố theo góc 45
-
Tải trọng bánh xe đ'ợc tính nh' tải trọng tập trung hoặc tải trọng phân bố đều:
-
Khi E > k/c 2 trục bánh xe:
Tải trọng làn và ng'ời đi bộ
.

Dầm thép: ở 1/4 bề rộng bản cánh dầm kể từ đ'ờng tim của gối
-
Dầm BT đúc sẵn dạng T hoặc I: ở 1/3 bề rộng của bản cánh dầm, nh'ng không quá 380mm
tính từ đ'ờng tim gối
1
1
2
2
3.6 Ph'ơng pháp dải bản
3.6 Ph'ơng pháp dải bản4
4
5
5
Tổ hợp nội lực
-
Trạng thái giới hạn c'ờng độ I
-
Trạng thái giới hạn sử dụng
-
Trạng thái giới hạn mỏi
-
Trạng thái giới hạn đặc biệt
-
Phải tính với bề rộng hữu hiệu E đã đ'ợc chiết giảm do phạm vi ảnh h'ởng của tải trọng bị
giảm đi
Tính nội lực bản ở khu vực đầu dầm
S 19

L'ợng cốt thép chịu lực cần thiết: A
s
= M
u
/(330d)
-
L'ợng cốt thép max: c 0,42.de hoặc a 0,42.
1
de
-
L'ợng cốt thép min: = A
s
/(b.d) 0,03.(f
c
/f
y
)
-
Cốt thép phân bố theo chiều dọc: lấy theo tỉ lệ % của cốt thép chính chịu mô men d'ơng
-
Cốt thép h'ớng chính song song với làn xe: 1750/ S 50%
-
Cốt thép h'ớng chính vuông góc với làn xe: 3840. S 67%
với S chiều dài nhịp có hiệu lấy theo mục 9.7.2.3
-
Cốt thép chống co ngót và nhiệt độ: tối thiểu cho mỗi ph'ơng A
s
0,75.(A
g
/f

-
Cốt thép tối thiểu lấy theo các yêu cầu về cốt thép
Thiết kế theo kinh nghiệm
Thiết kế theo kinh nghiệm
Chiều dài nhịp tính toán của bản
Mục 9.7.2.4
Các điều kiện thiết kế
Mục 9.7.2.5
Các yêu cầu về cốt thép
-
Bản đúc liền khối với dầm: bằng cự li từ mặt đến mặt
-
Bản kê trên dầm thép hoặc BTCT: bằng cự li giữa đỉnh
nách cộng thêm phần nách
-
Tr'ờng hợp các cấu kiện đỡ đặt chéo nhau: lấy bằng phần
rộng hơn của chiều dài bản ở 2 vị trí trên hình 9.7.2.3.1
1
1
2
2
3.2 Ph'ơng pháp kinh nghiệm
3.2 Ph'ơng pháp kinh nghiệm4
4
5
5
S 22

q
s
= 0,5.9.3
i
.
-
Tính mômen giữa nhịp dầm giản đơn do tải trọng cục bộ:
M = (1+IM) P
o
.y
i
-
Tính mômen tính toán của dầm ngang liên tục theo các
công thức gần đúng
S 23
Tính nội lực dầm ngang nhiều nhịp
-
Vẽ ĐAH áp lực R
i
của các dầm chủ: PP nén lệch tâm, đòn bẩy, dầm trên gối đàn
hồi,
-
Vẽ ĐAH nội lực dầm ngang căn cứ vào ĐAH áp lực R
i
-
Đặt tải lên ĐAH để tính nội lực dầm ngang
-
Chỉ đặt những tải trọng tác dụng sau khi thi công xong mối nối dầm ngang
-
Nội lực do tĩnh tải phải tính với n>1 và n<1

Tính nội lực dầm ngang nhiều nhịp
Công thức tính Mr và Qr:
Khi P = 1 nằm bên trái mặt cắt
Khi P = 1 nằm bên phải mặt cắt
2. Xét dầm ngang làm việc không gian với toàn kết cấu nhịp
1
1
2
2
3
3
4.3
4.3
Tính nội lực dầm ngang
Tính nội lực dầm ngang
( ) ( )

+=
trai
riirr
xaRxxM .5,01

+=
trai
ir
RQ 1
( )

=
trai

S 25
-
Cộng nội lực ở b'ớc 2 với các nội lực ở b'ớc 1 để đ'ợc nội lực ở mặt cắt giữa và trên gối
dầm ngang đ'ờng bao mô men và lực cắt
-
Dầm ngang ở đầu kết cấu nhịp: tính theo sơ đồ dầm liên tục trên gối cứng
3. Cộng nội lực ở 2 b'ớc với nhau
Tính nội lực dầm ngang nhiều nhịp
1
1
2
2
3
3
4.4
4.4
Tính nội lực dầm ngang
Tính nội lực dầm ngang