TrƯờng Đại học giao thông vận tải hà Nội
Khoa công trình
bộ môn cầu hầm

Đồ án tốt nghiệp

thiết kế &tính toán
cầu dầm cáp hỗn hợp
(extradosed bridge)
Giáo viên hớng dẫn! PGS-TS Trần đức nhiệm
Giáo viên đọc duyệt! Nguyễn văn chừng
Sinh viên thực hiện! Nguyễn trung kiên

Trờng : ĐH Giao thông vận tải Hà Nội.
Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
1

1

Tr ờng Đại học giao thông vận tải hà Nội
Khoa công trình

Lêi nãi ®Çu Hµ Néi th¸ng 5 n¨m 2005.
Sinh viªn : NguyÔn Trung Kiªn.
§å ¸n tèt nghiÖp giíi thiÖu c«ng trinh cÇu

§å ¸n tèt nghiÖp giíi thiÖu c«ng trinh cÇu
NguyÔn trung kiªn líp cÇu ®Hêng bé a - k41
4

4

$",- ./0 123 4&56 7&8- ?@1 <ABC0

Nhận xét của giáo viên h ớng dẫn
M

2

Nhận xét của giáo viên đọc duyệt

4
3

HN-4 OA3-

6
4

P9Q- R

H9&J0 KJ ST U% V51 W9:T-4 5-

6
5

Ch ơng I Ph ơng án sơ bộ I :
VQA 0LX6 <YB 7Z-4
9
6

Ch ơng II Ph ơng án sơ bộ I :
VQA F&8- 0E1 ?[1 9=-4

209
15

232
16

281
17

322

Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
6

6

Lực dính
C
KN/m
2

C ờng độ
R
KN/m
2

Góc ma
sát
độ
1 8,5 0,7 0,4 18 14 120 22
2 7,5 0,5 0,2 18 12 250 25
3 9,6 18 6 250 38
4 Vô hạn

18 330 40

II Các phHơng án và phHơng pháp xây dựng
II.1 Quy trình thiết kế và các nguyên tắc chung
II.1.1 Quy trình thiết kế
- Quy trình thiết kế : Quy trình thiết kế đ ờng ôtô
- Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN 272 05 (Bộ GTVT)
II.1.2 Các nguyên tắc thiết kế
- Công trình đ ợc thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp vơi squy mô
của tuyến đ ờng.
Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu

II.2.3 KHổ cầu thiết kế
- Mặt cắt ngang thiết kế cho 2 làn xe với vận tốc thiết kế : V=60 km/h
- Mặt cắt ngang khổ : K = 4x7,5+2x1,5
+) Phần xe chạy : B
xe
= 4x3,75 m
+) Phần lề bộ hành : B
le
= 2x1,5m
II.2.4 KHổ thông thuyền
- Sông thông thuyền cấp I :
+) Tĩnh cao : H = 10 m
+) Tĩnh ngang : B = 80m
II.2.5 Trắc dọc cầu
- Cầu nằm trên đ ờng cong tròn R = 3000 m
- Độ dốc dọc cầu : i = 3%

Đồ án tốt nghiệp giới thiệu công trinh cầu
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
8

8

III Các phHơng án cầu và so sánh lựa chọn .
III.1 Nguyên tắc lựa chọn ph ơng án cầu
- Đáp ứng yêu cầu thông thuyền
- Giảm tối thiểu các trụ giữa sông
- Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nh ng có u tiên việc
tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong n ớc.
- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công.

- Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 2@40+110+230+110+2@40
- Kết cấu cầu gồm 2 nhịp dẫn 40 m và hệ cầu dây văng ba nhịp .
- Chiều cao cột tháp dự tính : 62,5 m tính từ đỉnh bệ tháp
- Mặt cắt ngang nhịp chính có chiều cao không đổi dạng mặt cắt hộp
- Chiều dài một khoang sơ bộ chọn 9 m .
- Số l ợng dây cho một cột tháp 24 dây
- Vật liệu chế tạo kết cấu nhịp :
+ Bê tông mác 450
+ Cốt thép c ờng độ cao dùng các loại tao đơn 7 sợi .
+ Thép cấu tạo dùng thép CT3
I.2.2 Kết cấu phần d ới
I.2.2.1 - Cấu tạo tháp cầu
- Tháp cầu dùng loại thân hộp đặc đổ BT tại chỗ . Bê tông chế tạo M300
- Ph ơng án móng : Móng cọc đài cao ,cọc khoan nhồi đ ờng kính 1,5m.
I.2.2.2 - Cấu tạo trụ cầu
- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ bê tông tại chỗ mác M300
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
10
10
- Trụ cầu : đ ợc xây dựng trên móng cọc cọc khoan nhồi đ ờng kính 1,5m.
- Ph ơng án móng : Móng cọc đài cao .
I.2.2.3 - Cấu tạo mố cầu
- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo M300.
- Mố đ ợc đặt trên móng cọc khoan nhồi 1.5m.
II Tính toán kết cấu nhịp cầu dây văng
II.1 Chọn sơ đồ nhịp cầu
Với cầu dây văng có thể có các sơ đồ một, hai, ba và nhiều nhịp, trong đó hệ
ba nhịp là hệ đặc tr ng của cầu dây văng, nó có u điểm về kết cấu, khả năng chịu
lực cũng nh công nghệ thi công .

Vậy sơ bộ ban đầu chọn dầm chủ có mặt cắt ngang gồm hai chữ T có kích thứơc
nh hình vẽ .
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
11
11
70003007000
500 1500 250
500
250 250
500
250 1500 500
10300
20300
250
600
250
500
250
1000
1000
2000
2800
1500
Mặt cắt ngang nhịp chính

II.3 Lựa chọn các thiết bị phụ cho cầu dây văng
Hiện nay, các tao cáp đơn đ ợc sử dụng rộng rãi cho kết cấu BTCT Ư.S.T và
cầu dây văng vì các tao đơn dễ vận chuyển, dễ lắp đặt và thích hợp với hệ neo
thông dụng nhất hiện nay là neo kẹp.

+) Đảm bảo cho goc nghiêng của dây văng hơp lý trong quá trình chịu lực
Góc nghiêng của dây văng giữa = 20
ữ
25
o
- Từ các phân tích trên ta chọn tháp cầu có các thông số nh sau
+) Chiều cao toàn bộ của tháp h
th
= 62,5 m
+) Chiều cao từ bệ tháp đến đáy dầm : h
ct
= 14m
+) Chiều cao từ đáy dầm đến dây văng thấp nhất : h
tt
= 29,5 m
+) Chiều cao bố trí dây văng : h
dv
=16,5 m
+) Khoảng cách từ điểm neo dây trên cùng đến đỉnh tháp : h
dt
= 2,5m
1 - Bảng tính toán góc nghiêng dây văng nhịp biên :
Dây
nhịp
biên
tgi i(độ) sini
Dây
nhịp
giữa
tgi i(độ) sini

23.5323

0.399

3'

0.435 23.5323

0.399
4

0.4642

24.9048

0.421

4'

0.464 24.9048

0.421
5

0.5

26.5651

0.447



0.6875

34.5085

0.566

8'

0.6875 34.5085

0.566
9

0.80761

38.9275

0.628

9'

0.807 38.9275

0.628
10

1

45


0.913

II.5 Tính toán nội lực
II.5.1 Tính tĩnh tải
II.5.1.1 - Tính tĩnh tải giai đoạn I
- Tĩnh tải giai đoạn I gồm có các bộ phân sau :
+) Trọng l ợngbản thân dầm chủ : DC
dc

+) Trọng l ợng dầm ngang : DC
dn

+) Trọng l ợng tai đeo dây văng : DC
td

Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
13
13
DC
I
TC
= DC
dc
+ DC
dn
+ DC
td



m
Chiều dài tai đeo ltd 0.8

m
Chiều dày tai đeo dtd 1.02

m
Khoảng cách giữa các tai đeo atd 9

m
Số lợng tai đeo ntd 89 258.95
KN/m
2- Tĩnh tải rải đều giai đoạn 2:DW 2.1- Do trọng lợng chân lan can 6.72

KN/m
Chiều rộng chân lan can ngoài Blcn 0.3

m
Chiều cao chân lan can ngoài Hlcn 0.3



m
2.4- Trọng lợng lớp phủ 46.77975

KN/m
Lớp bê tông Atphan 19.125 KN/m
Lớp bê tông bảo vệ 12.24 KN/m
Lớp chống thấm 11.475 KN/m
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
14
14
Lớp bê tông mui luyện dày 3.93975 KN/m
58.15975

KN/m
3- Tổng hợp
Tĩnh tải giai đoạn 1 tiêu chuẩn
258.950683

KN/m
Tĩnh tải giai đoạn 1 tính toán
323.688354


II.6 Tính toán nội lực và chọn tiêt diện dây văng
II.6.1 Chọn loại cáp làm dây văng
- Sử dụng loại cáp CĐC loại bó xoắn 7 sợi của hãng VSL có các chỉ tiêu nh sau :
+) Đ ờng kính danh định : 15,2 mm
+) Giới hạn chảy : f
py
= 1670 Mpa
+) Giới hạn bền : f
pu
= 1860 Mpa
+) C ờng độ sử dụng : f = .f
pu

= 0,45 với tổ hợp tải trọng chính
= 0,5 với tổ hợp tải trọng phụ
= 0,56 với tổ hợp tải trọng thi công
=> C ờng độ sử dụng của cáp với tổ hợp tải trọng chính là :
f
sa
= 0,45.1860.10
2
= 873 Mpa
II.6.2 Tính nội lực trong dây văng
II.6.2.1 Tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn I
a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
15
15
- Nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn I đ ợc tính với sơ đồ của giai đoạn thi

0.392

21.3998

0.365

3016.223

2 0.4118

22.3801

0.381

3060.482

2'

0.412

22.3801

0.381

3060.482

3 0.4355

23.5323


2767.15

5 0.5000

26.5651

0.447

2605.641

5'

0.500

26.5651

0.447

2605.641

6 0.5455

28.6105

0.479

2433.482

6'


0.567

2056.873

8'

0.688

34.5085

0.567

2056.873

9 0.8077

38.9275

0.628

1854.543

9'

0.808

38.9275

0.628


53.6156

0.805

1447.45

12 2.25 66.0375

0.914

1561.588

12'

2.250

66.0375

0.914

1275.184II.6.2.2 - Tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải
a- Công thức tính nội lực dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải
- Nội lực trong dây văng do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải đ ợc tính với sơ đồ
KCN cầu hoàn chỉnh trong giai đoạn khai thác.
- Để tính nội lực trong dây văng do tĩnh tải gđ2 và hoạt tải thì ta sử dụng ch ơng
trình Midas/Civil 6.30 ta sẽ xác định đ ợc nội lực trong dây theo sơ đồ khai thác.
b- Khai báo sơ đồ cầu dây văng bằng CT Midas/Civil6.30

biên Do DL2 Do PL Do Tr+La

Dây
nhịp
giữa

Do DL2 Do PL Do Tr+La

1 490.04 164.83

747.23 1' 400.4 91.65 416.01
2 500.23 140.78

638.32 2' 484.56 97.57 445.36
3 508.16 116.04

512.08 3' 529.43 98.22 453.07
4 512.11 97.03 426.42 4' 556.06 98.71 460.92
5 507.93 87.52 367.34 5' 566.55 98.82 466.37
6 493.59 83.37 379.29 6' 560.37 98.24 466.2
7 466.64 82.56 387.45 7' 529.73 95 453.83
8 429.58 81.37 387.79 8' 483.42 92.52 435.57
9 375 76.53 380.82 9' 419.73 89.21 408.68
10 302.5 76.48 355.91 10' 336.01 85.16 366.75
11 214.85 73.28 304.42 11' 236.79 81.59 306.66
12 146.43 89.88 275.42 12'

130.35

80.05


2

3060.48

500.23

779.1

6218.64

2' 3060.48

484.56

542.93

5697.42

3

2918.55

508.16

628.12

5733.67

3' 2918.55


454.86

4975.66

5' 2605.64

566.55

565.19

5300

Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
17
17
6

2433.48

493.59

462.66

4757.83

6' 2433.48

560.37


4206.15

8' 2056.87

483.42

528.09

4410.94

9

1854.54

375

457.35

3847.65

9' 1854.54

419.73

497.89

3997.88

10


388.25

2978.1

12

1561.59

146.43

365.3

2931.4

12' 1275.18

130.35

317.78

2449.63II.6.3 Chọn tiết diện trong dây văng
- Tiết diện của các dây văng đ ợc xác định theo công thức

ul
f
S

dây cáp tính
đ ợc
(cm2)
1 6650.138

0.00795

56.75 57 79.8
2 6218.638

0.00743

53.07 54 75.6
3 5733.666

0.00685

48.93 50 70
4 5329.699

0.00637

45.48 46 64.4
5 4975.662

0.00594

42.46 43 60.2
6 4757.832



24.97 25 35
12 2931.401

0.0035

25.02 26 36.4

Dây nhịp
giữa Si(KN)
Diện
tích cần
thiết
Số tao
cần
thiết
Chọn số
tao
Diện tích
dây cáp
tính đ-
ợc(cm2)
1' 5441.288

0.0065 46.44 47 65.8
2' 5697.415

0.00681

48.62 49 68.6

0.00478

34.12 35 49
10' 3515.251

0.0042 30.00 30 42
11' 2978.099

0.00356

25.41 26 36.4
12' 2449.627

0.00293

20.90 21 29.4

II.6.4 Điều kiện làm việc tốt của dây văng
- Để dây văng làm việc tốt trong quá trình chịu tác dụng của tải trọng thì dây văng
phải thoả mãn các điều kiện sau :
+) Đảm bảo điều kiện về độ bền : đảm bảo khả năng chịu lực
+) Đảm bảo điều kiện về độ cứng : tức là dây văng cần phải đ ợc kiểm tra
theo điều kiện biến dạng cho phép của hệ
- Độ võng của nút dây thứ i do hoạt tải đ ợc xác định theo công thức sau







Sl
E
Y
sin.cos.
.
.cos.
.1
2

Trong đó :
+) E : Mô đun đàn hồi của vật liệu dây
+) S
o
h
, S
i
h
: Nội lực tiêu chuẩn trong dây neo và dây thứ i do hoạt tải
+) A
o
,A
i
: Diện tích dây neo và dây thứ i
+) l
o
, l
i
: Hình chiếu của dây neo và dây thứ i ên mặt bằng
- Điều kiện đảm bảo về độ cứng : y
i

III.2.1 - Tính trọng l ợng của tháp :
13350
17100
17100
1750 75 1750
750
750
2000
600
500
500
1000
20857,1
14785,1
1500
6308,7
2000
3000
2500
700
700
62500
1050
1050
1050
1050
1050
1050

Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng

Phan luc do TT gd 2

6501.44

KN
Phan luc do Truck+Lane

4742.56

KN
Phan luc do PL

1061.853

KN

Với hoạt tảii : Khi tính phản lực tác dụng lên gối trụ thì ta tính nh sau :
+) Sử dụng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15 m ( khoảng cách trục sau lấy
bằng 4,3 m )
+) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế đ ợc lấy bằng 90% giá trị phản lực tính
đ ợc cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Ng ời
- Tổng phản lực do hoạt tải thiết kế :
P
tt
HT
= 0,9.1,75.1,25.4747,56+1,75.1061,853=11205,0015KN
- Tổng phản lực do tĩnh tải:
P
tt
TT


Dây
nhịp
giữa
sini
Si(KN) Pdv(KN)
1

0.365

6650.138

2426.46

1'

0.365

5441.288

1985.3829

2

0.381

6218.638

2367.75


2244.4

4'

0.421

5474.032

2305.1769

5

0.447

4975.662

2225.18

5'

0.447

5299.996

2370.2301

6

0.479


0.567

4206.150

2382.91

8'

0.567

4410.941

2498.9253

9

0.628

3847.650

2417.62

9'

0.628

3997.879

2512.0154


2397.5358

12

0.914

2931.401

2678.75

12'

0.913

2449.6272

2238.4976

Tổng

25742.6

Tổng 28098.661=> Tổng phản lực truyền lên trụ tháp khi xét đến nội lực trong dây văng là :
P
dv
= 135082,3+25742,6+28098,661 = 162002,9 (KN)



) 85,0.(
'
sycccoc
AfAfQ +=
Đồ án tốt nghiệp TKsb1- pa cầu dây văng
Nguyễn trung kiên lớp cầu đHờng bộ a - k41
22
22
Đ ờng kính cọc thiết kế D 1.5 m
Đ ờng kính cốt thép d 28
mm
Số thanh thép thiết kế nthanh 28 Thanh
Hệ số uốn dọc


0.75

C ờng độ chịu nén của bê tông fc' 3000 KN/m2

C ờng độ chịu kéo của thép fy 240000 KN/m2

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl
49200,19

KN
III.3.2 - Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

40 330

- Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
Trong đó :
+) Q
R
: Sức chịu tải của cọc theo đất nền
+) Q
S
= q
S
. A
S
: Sức kháng tại thân cọc
+) Q
P
= q
P
. A
P
: Sức kháng tại chân cọc
+) q
S
: Sức kháng đơn vị tại thân cọc
+) q
P
: Sức kháng đơn vị tại chân cọc
+) A
S
: Diện tích bề mặt thân cọc

u
: C ờng độ kháng cắt không thoát n ớ trung bình . Giá trị S
u
phải đ ợc
xác định từ kết quả thí ngiệm hiện tr ờng hoặc kết quả trong phòng thí nghiệm của
các mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng độ sâu 2D ở d ới chân cọc.
Giá trị S
u
còn đ ợc tính theo công thức : S
u
= .tg + C
- Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
Loại đất D

(m)

Li

(m)

As
(m2) N

Su
(KN/m
2)


1.5

7.5

35.34 15

128.58

0.55

70.72 2499.37 0.55

Cát hạt vừa 1.5

9.6

45.24 25

201.32

0.5

100.66

4553.81 0.45

Cát hạt thô

3675.67
KN
Sức chịu tải của cọc theo đất nền Qr
12243.52

KN
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl
49200.2
KN
Sức chịu tải tính toán của cọc Qcoc
12243.52

KN
Tổng chiều dài của cọc
L coc 42.6 III.3.3 - Tính số cọc trong móng
Trong đó :
+) : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mô men với móng cọc đài cao
ta lấy = 1,5
+) Q
coc
: Sức chịu tải tính toán của cọc : Q
coc
= 12243,52 KN
+) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 162002,9 KN
Số cọc bố trí trong móng là n = 20 (cọc) . Bố trí thành nh hình vẽ
- Chiều dài cọc bố trí là 42,6 m
848,19