Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:
- Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I
- Khổ cầu: B = 10.5 mm
- Chiều dài toàn cầu L = 22m
- Chiều dài nhòp tính toán của dầm chính: L
tt
= 21.6 m
- Số dầm chính: 6 dầm
- Khoảng cách 2 dầm chính: 2 m
- Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 30. Trong đó có 4 sườn tăng cường gối
- Khoảng cách các sườn tăng cường: 1.35 m
- Số liên kết ngang: 3
- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 5.4 m
- Hoạt tải thiết kế: HL93
- Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05, Bộ Giao Thông Vận Tải
1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ:
- Bản mặt cầu: tính theo bản hẫng và bản một phương (làm việc theo phương
ngang cầu)
- Dầm chính: tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng cách
giữa các dầm 2m
- Kiểm toán
1.3. VẬT LIỆU DÙNG TRONG THI CÔNG:
- Lan can:
Bêtông:
'
c
f 30 MPa=
−

−
γ = ×
- Liên kết ngang
Thép góc L100x100x10 f
y
= 240 Mpa
- Dầm chính, sườn tăng cường
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 1
: Võ Đình Long - 1076843
Thit K Cu Dm Thộp Liờn Hp GVHD: Nguyn Vn Sn
Theựp taỏm M270M caỏp 345:
=
y
f 345 MPa
5 3
s
7.85 10 N/ mm

= ì
=
u
f 450 MPa
Theựp goực: L 100x100x10:
=
y
f 240 MPa
5 3
s
7.85 10 N/ mm


1. Xác đònh lực va ngang của xe F
t
:
Cầu được thiết kế cho đường cao tốc với tổ hợp các xe tải và các xe
nặng:
Theo bảng A13.7.3.3-1 QT 22TCN 272-05: Cấp lan can là cấp L-3
có



=
=
mmH
kNF
e
t
810
240
2. Xác đònh tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can:
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 4
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
Sức kháng của hệ lan can là tổng hợp sức kháng của tường chắn, cột
và thanh lan can.
Sức kháng của tường chắn có thể được xác đònh bằng phương pháp
đường chảy như sau:





L
t
: Chiều dài phân bố của lực va theo hướng dọc F
t
(mm), điều
13.7.3.3-1.
M
w
: Sức kháng uốn của tường theo phương đứng (Nmm/mm).
M
c
: Sức kháng uốn của tường theo phương ngang (Nmm/mm).
M
b
: Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với M
w
tại đỉnh
tường (Nmm). Do lan can không có tường đỉnh nên M
b
= 0.
Chiều dài tường giới hạn trên đó xảy ra cơ cấu đường chảy:
c
wbtt
c
M
HMMHLL
L
+
+


200 400 470 250 150
Ta chia tường thành 3 phần có chiều cao lần lượt là b
1
, b
2
, b
3
như hính vẽ
Xét phần 1 của tường:

b = b
1
=470 mm.
Chiều rộng trụ bêtông ( chính là chiều cao h tính toán trong phương
pháp tính cốt đơn):
h = A = 200 mm.
Diện tích thép:
mm
d
A
doc
s
78,307
4
14 2
4
2
2
2
===

β
Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng tâm cốt thép chòu kéo:
mm
d
dahd
doc
dungs
149
2
14
1430200
2
=−−−=−−−=
89,12
836,0
78,10
1
===
β
a
C
08,0
149
89,12
==
s
d
C
Suy ra:
42,0≤

Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: ĐẠT
Nên:
35,16707)
2
78,10
149.(
1000
420
.78,307.9,0)
2
( =−=−=
a
dfAM
sysw
φ
kNmm
(Lấy hệ số kháng uốn
9,0=
φ
).
Xét phần 2 của tường:
Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi.
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 7
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
mm
BA
h 300
2
400200

bf
fA
a
c
ys
14,10
250.30.85,0
420.93,153
85,0
.
'
===
Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng tâm cốt thép chòu kéo:
mm
d
dahd
doc
dungs
249
2
14
1430300
2
=−−−=−−−=
13,12
836,0
14,10
1
===
β

420
30
03.003.0
'
=×=×
y
c
f
f
%24.0
249*250
93,153
min
==
ρ
Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: ĐẠT
Nên:
19,14193)
2
14,10
249.(
1000
420
.93,153.9,0)
2
( =−=−=
a
dfAM
sysw
φ

14,10
150.30.85,0
420.93,153
85,0
.
'
===
Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng tâm cốt thép chòu kéo:
mm
d
dahd
doc
dungs
349
2
14
1430400
2
=−−−=−−−=
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 9
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
13,12
836,0
14,10
1
===
β
a
C

y
c
f
f
%26.0
349*150
93,153
min
==
ρ
Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: ĐẠT
Nên:
75,20011)
2
14,10
349.(
1000
420
.93,153.9,0)
2
( =−=−=
a
dfAM
sysw
φ
kNmm
Vậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:
29,5091275,2001119,1419335,16707
321
3

2
)
Chiều
cao có
hiệu d
s
(mm)
bf
fA
a
c
ys
'85.0
=
(mm)
M
wi
H
i
= φA
s
f
y
(d-a/2)
(Nmm)
M
w
H =
iw
n

1000
mm
d
A
dung
s
===
π
π

Do bố trí thép cách nhau 150mm nên A
s
= 1,02625mm
2
/mm
Khoảng cách từ mép bê tông chòu nén đến trọng tâm cốt thép chòu kéo:
mm
bf
fA
a
c
ys
9,16
1000.30.85,0
420.25,1026
85,0
.
'
===
mmdahd

f
'
min
03.0 ×≥
ρ
ρmin = As/bd
s
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 11
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
%214.0
420
30
03.003.0
'
=×=×
y
c
f
f
%62.0
163*1000
25,1026
min
==
ρ
Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: ĐẠT
Nên
95,59)
2

2
2
2
25,1026
4
14.
.
150
1000
4
.
.
150
1000
mm
d
A
dung
s
===
π
π
Do bố trí thép cách nhau 150mm nên A
s
= 1,02625mm
2
/mm
mm
bf
fA

d
C
Suy ra:
42,0≤
de
C
Điều kiện hàm lượng thép tối đa: ĐẠT
Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu:
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 12
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
y
c
f
f
'
min
03.0 ×≥
ρ
ρmin = As/bd
s
%214.0
420
30
03.003.0
'
=×=×
y
c
f

2
25,1026
4
14.
.
150
1000
4
.
.
150
1000
mm
d
A
dung
s
===
π
π
Do bố trí thép cách nhau 150mm nên A
s
= 1,02625mm
2
/mm
mm
bf
fA
a
c

Suy ra:
0,42
s
C
d
≤
Điều kiện hàm lượng thép tối đa: ĐẠT
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 13
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu:
y
c
f
f
'
min
03.0 ×≥
ρ
ρmin = As/bd
s
%214.0
420
30
03.003.0
'
=×=×
y
c
f

w
ici
c
H
bM
M
kNmm
• Đối với các va xô xe trong một phần đoạn tường:
2
2
8. ( . )
1070 1070 8.870.(0 50912,29)
( ) 2651
2 2 2 2 84,48
t t b w
c
c
L L H M M H
L mm
M
+
+
 
 
= + + = + + =
 ÷
 ÷
 
 
n



+
−
=








++
−
=
• Đối với va chạm tại đầu tường hoặc mối nối :
mm
M
HMMHLL
L
c
wbtt
c
1435
48,84
)29,509120(870
)
2
1070

R
w
cc
wb
tc
w
7,278
870
1435.48,84
29,50912
)10701435.2(
2
.
)2(
2
2
2
=








+
−
=


- Chiều dày bản mặt cầu: h
f
= 200 mm
- Lớp phủ mặt cầu từ trên xuống gồm:
+ Lớp bêtông nhựa :
=
1
t 50 mm
+ Lớp vải nhựa phòng nước :
=
2
t 5 mm
+ Lớp mui luyện: ta bố trí lớp mui luyện có độ dốc thoát nước là 1.5%.
Tại mép lan can ta bố trí lớp dày 10 mm vào đến giữa nhòp (mặt cắt ngang) là
90mm. Nên ta lấy lớp mui luyện trung bình là :
=
3
t 50 mm
- Tổng chiều dày của lớp phủ là :

= + + = + + =
DW 1 2 3
h t t t 50 5 50 105 mm
3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU:
- Vì nhòp tính toán bản mặt cầu có chiều dài nhỏ hơn 4600 mm cho phép sử
dụng phương pháp phân tích gần đúng là phương pháp dải bản để thiết kế bản mặt
cầu. Để sử dụng phương pháp này ta chấp nhận các giả thiết sau:
+ Xem bản mặt cầu như các dải bản liên tục tựa trên các gối cứng là các
dầm đỡ có độ cứng vô cùng
+ Dải bản được xem là 1 tấm có chiều rộng SW kê vuông góc với dầm đỡ

dw
= t
1
+ t
2
+ t
3
= 105 mm
- Tónh tải lớp phủ DC
LP
=h
LP
x
LP
γ
=0.105*25= 2.625 kN/m
2
- Mômen do tónh tải BMC gây ra
M
DCbmc
=DC
bmc
l
2
/8= 5*2
2
/8=2.5 kNm/m
- Mô men do tónh tải lớp phủ gây ra
M
DWlp

: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
- Khi thiết kế bản hẫng : 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can.
- Khi thiết kế các bộ phận khác : 600mm tính từ mép làn xe thiết kế.
SƠ ĐỒ TÍNH
- Xác đònh bề rộng dãy tương đương:
E
+
=660+0.55S=660+0.55*2000 = 1760 mm = 1.76 m
- Tải trọng tác dụng:
P
+
=
145
1 58.02
2 ( ) 2 (0.51 0.2) 1.76
f
p
x m
b h E
+
= =
× + × × + ×
kN/m
Trong đó:
P=145kN
h
f
=200mm
b=510mm

=P
+
x
ω
=58.02*0.291=16.88 kNm
=> Moment do hoạt tải ở TTGH Cường độ I :
[ ]
1
(1 ) 1 1.75 (1 0.25) 1.2 16.88 44.31
U LL
LLtruck
M x IM xmxM x x x x KNm
η γ
+
 
= + = + =
 
- Moment do hoạt tải ở TTGH Sử dụng:
[ ]
1
(1 ) 1 1 (1 0.25) 1.2 16.88 25.32
U LL
LLtruck
M x IM xmxM x x x x KNm
η γ
+
 
= + = + =
 
* Có hai trục bánh xe trên dãy tính toán

- Diện tích đường ảnh hưởng
y
1
=0.023 m ; y
2
=0.378 m
2
(0.023 0.378) 0.71
2 0.285
2
x
x m
ϖ
+
= =
- Mô men dương
M
LLtruck2
+
=P
+
x
ω
=58.02*0.285=16.54 kNm
=> Moment do hoạt tải ở TTGH Cường độ I :
[ ]
2
(1 ) 1 1.75 (1 0.25) 1 16.54 36.18
U LL
LLtruck

1 59.37 /
2 ( ) 2 (0.51 0.2) 1.72
f
p
x m KN m
b h E
−
= =
× + × × + ×
Trong đó:
P=145kN
h
f
=200mm
b=510mm
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 20
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
b+ h
f
=510+200=710 mm=0.71 m
3.3.2.1.1 Trường hợp một làn xe thiết kế
- Diện tích đường ảnh hưởng
y
1
=0.32m ; y
2
=0.5 m ; y
3
=0.32 m

- Moment do hoạt tải ở TTGH Sử dụng:
[ ]
1
(1 ) 1 1 (1 0.25) 1.2 17.28 25.92
U LL
LLtruck
M x IM xmxM x x x x KNm
η γ
−
 
= + = + =
 
3.3.2.1.2 Trường hợp hai làn xe thiết kế
- Diện tích đường ảnh hưởng
y
1
=0.023 m ; y
2
=0.378 m
2
(0.023 0.378) 0.71
2 0.285
2
x
x m
ϖ
+
= =
- Mô men âm
M

−
 
= + = + =
 
=> Ta thấy nội lực trường hợp một làn thiết kế ( trường hợp một trục bánh xe ) lớn
hơn trường hợp 2 làn thiết kế nên ta chọn trường hợp này để thiết kế.
3.4 Xác đònh mô men cho bản hẫng
3.4.1 Mô men do tónh tải:
3.4.1.1 Tại mặt cắt A:
- Tónh tải bản mặt cầu DC
bmc
=h
f
x
c
γ
= 5 kN/ m
2
- Tónh tải lớp phủ DW
lp
= 2.625 kN/m
2
- Tónh tải lan can DC
lc
= 25*(0.2*0.470+0.3*0.25+0.15*0.4) = 5.725kN/m
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 22
: Võ Đình Long - 1076843
Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp GVHD: Nguyễn Văn Sơn
- Mô men do tónh tải bản mặt cầu gây ra
M

2
- Tónh tải lan can DC
lc
= 25*(0.2*0.470+0.3*0.25+0.15*0.4) = 5.725kN/m
- Mô men do tónh tải bản mặt cầu gây ra
M
DCbmc
= DC
bmc
.l
h
2
/2=5*0.575
2
/2=0.83 kNm/m
- Mô men do tónh tải lan can gây ra :
M
DClc
=DC
lc
xl
lc
=5.725*0.375= 2.15 kNm/m
- Mô men do lớp phủ gây ra :
M
lp
=DW
lp
xl
lp

2
/2=89.57*0.175
2
/2=1.37 kNm
3.4.3 Mô men do lực va xe gây ra:
- Tải trọng va xe truyền từ lan can xuống: Ở đây ta chỉ thiết kế với tải trọng va xe
là F
t
=240 (kN) phân bố trên L
t
= 1070 (mm) ( lan can cấp L
3
) . Chứ không thiết
kế theo điều kiện tương thích về vật liệu vì khả năng chòu lực của tường ở mỗi vò
trí khác nhau thí khác nhau.
3.4.3.1 Tại mặt cắt A:
- Moment do lực va xe tác dụng lên bản hẫng:
M
s
=
min ( Rw ; 1.2Ft )H
L 2
W
c W
H
=
+
R xH
L 2
W W

+
3.4.3.1 Tại mặt cắt B:
- Moment do lực va xe tác dụng lên bản hẫng:
M
s
=
min ( Rw ; 1.2Ft )H
L 2 2
W
c W
H L
=
+ +
R xH
L 2 2
W W
c W
H L+ +
=
278.7x0.87
68.76 .
1.435 2x0.87+2x0.175
KN m=
+
- Lực kéo T tác dụng lên bản hẫng:
T =
min ( Rw ; 1.2Ft )
L 2 2
c W
H L+ +

CD
M
−

=
TT HT
M M
−
+
= 5.1 + 45.36 = 50.46 KN.m
Xét tính liên tục: M
-
= 50.46 x (-0.7) = - 35.32 KN.m
3.5.3 Mômen âm tác dụng lên bản hẫng:
3.5.3.1 Mômen âm tác dụng lên bản hẫng tại mặt cắt A:
,
hang
CD A
M
=
η
(
DC
γ
(M
DCbmc
+ M
DClc
)+
DW

+
LL
γ
m (1+IM)M
LLtruck
)

=1.25*(0.83+2.15)+1.5*0.04+1.75*1.2*1.37*1.25=7.38 kNm/m
3.6 Tổ hợp mô men lên BMC theo trạng thái giới hạn sử dụng
3.6.1 Mô men dương giữa nhòp tác dụng lên BMC phía trong
SD
M
+

=
TT HT
M M
+
+
= 3.813 + 25.32 = 29.13 KN.m
Xét tính liên tục: M
+
= 29.13 x 0.5 = 14.57 KN.m
SVTH: Bùi Phương Nam - 1076847 TRANG: 25
: Võ Đình Long - 1076843