Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
Phơng án sơ bộ 1
Cầu dàn Giản đơn

1. Giới thiệu chung về phơng án.

1.1. Sơ đồ bố trí chung của cầu:
Dựa vào cấp sông, khổ thông thuyền, mặt cắt sông và mặt cắt địa chất của sông, ta
đa ra phơng án cầu dàn giản đơn 3 nhịp với chiều dài các nhịp bố trí nh sau:
80.0 80.0 80.0

1.2. Mô tả tóm tắt kết cấu phần trên.
1.2.1. Chiều cao dàn chủ:
Chiều cao dàn chủ đợc chọn theo yêu cầu sau:
+ Trọng lợng thép của dàn chủ nhỏ.
+ Bảo đảm tĩnh không thông thuyền và thông xe.
+ Chiều cao kiến trúc nhỏ đối với cầu dầm chạy trên.
+ Đảm bảo độ cứng theo phơng đứng của kết cấu nhịp:
f < [f].
+ Đảm bảo mỹ quan và phù hợp với cảnh quan ở khu vực xây cầu.
Theo kinh nghiêm thì đối với cầu ô tô, dàn liên tục có chiều cao dàn chủ đợc chọn
theo số liệu sau:
h = (
10
1
:
7
1
)L
chính

phơng ngang nằm trong khoảng hợp lí là 30
0
ữ 70
0
.
tg = 10/5 = 63
0
nằm trong khoảng hợp lý.
1.2.5. Tiết diện các thanh dàn chủ.
Các thanh biên trên và biên dới đợc chọn có kích thớc bằng nhau. Các
thanh có hình dạng là chữ H đợc tổ hợp từ các bản thép.
h b h
c
t
Loại thanh
mm mm mm mm
Thanh biên trên 500 500 24 20
Nguyễn Hồng Trang 2 Lớp cầu hầm K41

Dầm ngang có chiều dài 8.92 m
Tổng số có tất cả 9 dầm ngang.

1.3. Mô tả tóm tắt kết cầu phần dới:
- Hai mố có cấu tạo giống nhau, theo kiểu mố chữ U bằng BTCT, bê tông M300.
Thân mố đặt trên móng cọc khoan nhồi kích thớc 1500 mm dài 35.0m.
Nguyễn Hồng Trang 3 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
- Trụ của dàn đều có cấu tạo giống nhau, là loại trụ thân cột, trụ đặt trên hệ móng
cọc bệ cao. Các cọc là cọc khoan nhồi có đờng kính cọc 1500 mm. Bê tông thân trụ
M300.

1.4. Mặt cầu và các công trình phụ khác:
Lớp phủ mặt cầu xe chạy dày 74 mm. Bao gồm phòng nớc 4 mm lớp bê tông nhựa
70 mm.
Mặt cầu có độ dốc ngang 2%.
Hệ thống thoát nớc dùng ống gang bố trí dọc cầu để thoát nớc xuống gầm cầu.
Toàn cầu có 2 khe co giãn tại các mố và 2 khe co giãn tại trụ.
Gối cầu dùng con lăn bằng thép.
Lan can trên cầu dùng lan can thép.

2. Nội dung tính toán:
2.1. Tĩnh tải của cầu:
Tĩnh tải của cầu gồm trọng lợng bản thân các cấu kiện cầu DC (trọng lợng các
thanh dàn chủ, trọng lợng dầm dọc và trọng lợng dầm ngang), và tĩnh tải chất thêm (tĩnh
tải phần 2 hay tĩnh tải của bản mặt cầu và các công trình phụ khác).

2.1.1. Trọng lợng bản thân các cấu kiện cầu DC:


kN/m
3
m kN
Thanh biên trên 0.03304 78.5 10 25.9364
Thanh biên dới 0.03304 78.5 10 25.9364
Thanh xiên trong 0.02428 78.5 11.18 21.3089
Thanh cổng cầu (tiết diện hộp) 0.04704 78.5 11.18 41.2837

Tổng trọng lợng các thanh dàn chủ đợc cho trong bảng sau:
Bảng 4.5
Trọng
lợng
Số thanh P
thanh,i
Loại thanh
kN kN
Thanh biên trên 25.9364 14 363.1096
Thanh biên dới 25.9364 16 414.9824
Thanh xiên trong 21.3089 28 596.6492
Thanh cổng cầu (tiết diện hộp) 41.2837 4 165.1348
P
thanh
1539.876

2.1.1.2.
Trọng lợng dầm ngang:

Ta bố trí dầm ngang tại các nút dàn, do vậy toàn cầu có 9 dầm ngang. Kích thớc
dầm ngang là dầm chữ I chọn sơ bộ nh trên.
Từ đó ta tính đợc trọng lợng dầm ngang trong bảng sau:

2
kN/m
3
m kN kN
0.03252 78.5 10 25.5282 1021.1280

Tổng hợp tĩnh tải do dàn chủ:
P
thanh
P
damngang
P
damdoc
DC
kN kN kN kN
1539.8760 238.97 1021.1280 2799.974

Vậy trọng lợng giải đều của dàn chủ là:
80
974.2799
==

nhip
I
l
DC
DC

DC
I

- Phần lề ngời đi và xe thô sơ rộng 1.5*2m gồm:
Nguyễn Hồng Trang 6 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
+ Bản BTCT dày 8cm: 5.88 kN/m
+ Lớp phòng nớc dày 0.4cm: 0.05kN/m
+ 3 cm bê tông at phan: 2 kN/m
Vậy tĩnh tải tiêu chuẩn cho 1m dài cầu là:
DC
mc
= 37.14375 kN/m
Tĩnh tải rải dều của lớp phủ tính cho 1m cầu là
DW
cover
= 18.7375 kN/m
+ Lan can tay vịn lấy DW
raling
= 1 kN/m
- Vậy tĩnh tải phần 2:
DC
II
= 37.1437 kN/m
DW = 19.7375 kN/m
- Tĩnh tải giai đoạn II tính cho 1 m của một giàn chủ là :
DC
II
= 18.572 kN/m
DW = 9.869 (KN/m)

2.2. Tính hệ mặt cầu:

tung độ đờng ảnh hởng tại tại vị trí trục xe thiết kế
- Đối với dầm trong
+ Một làn chịu tải
K
1
= 0.57
ĐAH phản lực gối trong của dầm ngang (xếp 2 làn)+ Hai làn chịu tải
Không thể xếp hai làn xe trong trờng hợp này nên K
2
=0
- Đối với dầm giữa:
+ Một làn chịu tải
K
1
= 0.39
Nguyễn Hồng Trang 8 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
ĐAH phản lực gối giữa của dầm ngang (xếp 1 làn)+ Hai làn chịu tải
K
2

K =

i
y
2
1

- Đối với dầm trong
+ Một làn thiết kế chịu tải
K
t
= 0.57
Nguyễn Hồng Trang 10 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
ĐAH phản lực gối trong của dầm ngang (xếp 2 làn)+ Hai làn chịu tải
Không thể xếp hai làn xe trong trờng hợp này nên K
2
=0
- Đối với dầm giữa:
+ Một làn chịu tải
K
1
= 0.39

Do khoảng cách giữa hai dầm dọc không đủ để bố trí hai làn xe nên trong trờng hợp
này hệ số phân bố ngang lấy bằng 0 và ta lấy hệ số phân bố ngang của một làn chịu
tải để khống chế .
K
2
= 0

Lấy các giá trị lớn nhất trờng hợp thiết kế cho 1 làn chịu tải và thiết kế cho 2
làn chịu tải, ta có :

Hệ số pbn mômen Hệ số pbn lực cắt
Dầm
K
M
K
V
Dầm 1 (Dầm biên) 0.588 0.588
Dầm 2 (Dầm trong) 0.57 0.57
Dầm 3 (Dầm giữa) 0.65 0.65
2.2.1.2. Tính nội lực dầm dọc
:
Tải trọng tác dụng lên dầm dọc gồm có:
+ Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc gồm tĩnh tải phần mặt cầu phân bố cho 1 dầm
dọc.
Nguyễn Hồng Trang 13 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật

LL+IM KAD 458.625

Nguyễn Hồng Trang 14 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật

Mô men và lực cắt không hệ số của dầm ngoài
Loại tải trọng w Mô men
DC 25.72482 321.56025
DW 9.869 123.3625
LL+IM KAD 444.86625

+ Tổ hợp tải trọng tác dụng TTGH cờng độ I:
U =
(1.25DC + 1.5DW+ 1.75*g(LL
truck
+ LL
lane
+ IM))
M
0.5, dambien
= 1365.50925 kN.m (khống chế)
M
0.5, dảmtrong
= 1317.7128 kN.m

2.2.1.3. Chọn kích thớc mặt cắt ngang dầm dọc:

Kích thớc dầm dọc có thể chọn với các số liệu dự tính trong bảng 4.2.




Trong đó:
- I
y
= 112718700 mm
4
, là mômen quán tính của mặt cắt đối với trục thẳng đứng
trong mặt phẳng của bản bụng.
- I
yc
= 56250000 mm
4
, là mômen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt
thép quanh trục đứng trong mặt phẳng của bản bụng .
== 9.04990299.0
112718700
56250000
I
I
1.0
y
yc
Đạt

Mô men quán tính của dầm dọc đối với trục x là: I
x
= 0,0029673 m
4
Sức kháng uốn tính toán đối với mô men và ứng suất phải đợc lấy nh sau:

=
2
450.0
2
D
c
=
= 0.225 m vì mặt cắt chọn đối xứng
- t
w
= 0.018 m, là chiều dày của bản bụng
- E = 200000 Mpa, là môđuyn đàn hồi của dầm thép
- F
yc
= 345 Mpa, là ứng suất ở bản cánh chịu nén do lực tính toán

Nguyễn Hồng Trang 16 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
====
345
200000
76.3
F
E
3.7625
018.0
225.0x2
t
2D

E
382.06
03.0x2
25.0
t2
b
ycf
f
===
=9.197 Đạt

Bản cánh có mặt cắt đặc chắc

2.2.1.4.4. Tơng tác độ mảnh giữa bản bụng có mặt cắt đặc chắc
và bản cánh chịu nén.(6.10.4.1.6-a)
Công thức:
ycycw
cp
F
E
0.75x3.76
F
E
.3.76
t
2D
=

Và
ycycf

f
Đạt

Nguyễn Hồng Trang 17 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
Giả thiết biên chịu nén đợc liên kết dọc toàn bộ và tiết diện đặc chắc, ta có M
n
=M
p Trong đó
D: Chiều cao bản bụng = 0.64 (m)
t
t
: Bề dày cánh wới = 0.03 (m)
t
c
: Bề dày cánh trên = 0.03 (m)
P
t
, P
w

Thay vào công thức mômen dẻo ta có:
M
p
= 3062979 (N) = 3062.979 (kN)
Kiểm tra: M
u
= 1362.096 (kN) đạt






+









+=
22422
c
cw
t
tp
t

b
b
f
f
w
b
b
y
x
0
0
t
b
w

Hd = 800 mm Af = 10500 mm
2
bf = 350 mm Aw = 13320 mm
2
tf = 30 mm Ab = 10500 mm
2
bw = 740 mm Jxf0 = 787500 mm
4
tw = 18 mm Jyf0 = 107187500 mm
4
bb = 350 mm Jxw0 = 607836000 mm
4
tb = 30 mm Jyw0 = 359640 mm
4
Jxb0 = 787500 mm

S
==


Mômen quán tính của mặt cắt so với trục ngang I = 0.003722136 m4
Mômen quán tính so với trục thẳng đứng I = 0.000214734640 m4
2.2.6.3. Xác định mômen dẻo của mặt cắt dầm Ta có:

Các bộ phận b, D (m) t (m) Các lực dẻo Cánh tay đòn
Cánh trên 0.35 0.03 P
t
3622.5 d
t
0.385
Cánh dới 0.35 0.03 P
b
3622.5 d
b
0.385
Bản bụng 0.74 0.018 P
w
4595.4 d
w
0.185


M
p
= 3645.063 kN.m

2.2.6.4. Tĩnh tải tác dụng từ dầm dọc xuống dầm ngang
Tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang thông qua các dầm dọc.
Nguyễn Hồng Trang 20 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật

DC;DWCông thức tính lực cắt của dầm dọc tác dụng lên dầm ngang (Chính là phản lực
gối giữa) do tác dụng của tĩnh tải rải đều tác dụng trên dầm dọc:
glR
max
=

Trong đó:
- R : Phản lực gối tạo dầm ngang
- q : Tải trọng rải đều tác dụng lên dầm dọc , có lớp phủ: DW và trọng
lợng bản thân dầm dọc+gờ chắn+bản mặt cầu: DC
- l : Chiều dài lực tác dụng, coi mỗi dầm ngang chịu lực từ 2 đốt dầm dọc
hai bên truyền xuống,
l = 2L
dd
= 2x10 = 20m


+ Để đợc mô men bất lợi nhất ta xếp tải ở chính giữa cầu theo sơ đồ sau :

Xe 2 trục thiết kế
110kn
110kn
145kn
Xe 3 trục thiết kế
Hoạt tải làn 9.3kN/m
Xe 3 trục thiết kế
145kn
145kn35kn

Ta có phản lực từ dầm dọc truyền xuống :
RLL+IM RLane
Dầm trong 309.5 93 kN
Dầm ngoài 309.5 93 kN

1. Phân bố phản lực cho các dầm dọc (tính M)
Tính hệ số phân bố ngang cho các dầm theo phơng pháp đòn bẩy :

Nguyễn Hồng Trang 22 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
145kn/2
145kn/2
145kn/2
145kn/2


Phân bố phản lực cho các dầm dọc (Tính M)

Nguyễn Hồng Trang 24 Lớp cầu hầm K41

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế kỹ thuật
Vị trí dầm DC DW LL+IM Lane Yi
DD1 23.994 4.905 52.615 15.810 0.68
DD2 40.323 11.649 124.961 37.549 1.54
DD3 51.359 14.838 159.160 47.825 2.4
DD4 40.323 11.649 124.961 37.549 1.54
DD5 23.994 4.905 52.615 15.810 0.68
Trong đó :
DC: Tải trọng do tĩnh tải bản thân
DW: Tải trọng do lớp phủ mặt cầu .
LL+IM: Tải trọng do hoạt tải tiêu chuẩn .
Lane: Tải trọng do hoạt tải làn .
Yi: Tung độ đờng ảnh hởng mômen do các dầm dọc truyền xuống.

Tính M ( mômen do tĩnh tải bản thân ,lớp phủ ,hoạt tải tiêu chuẩn và hoạt tải làn tác
dụng lên dần dọc ):

Vị trí dầm MDC MDW MLL+IM MLane
DD1 16.31599 3.335427 35.7782 10.7508
DD2 62.09818 17.94018 192.4394 57.82508
DD3 123.2626 35.61058 381.9849 114.7806
DD4 62.09818 17.94018 192.4394 57.82508
DD5 16.31599 3.335427 35.7782 10.7508
Cộng 280.0909 78.1618 838.42 251.9324
Trong đó: