Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
Thiết kế cầu Bê tông cốt thép F1
* Yêu cầu:
- Thiết kế kết cấu nhịp mộpt dầm giản đơn BTCT DƯL với các thông số đã cho
- kiểm toán dầm chủ bản mặt cầu và dầm ngang theo các TTGH cờng độ và sử dụng
* Các số liệu cho trớc:
- Chiều dài toàn dầm L=33m
Ta chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là =40 cm


Chiều dài nhịp tính toán L
tt
=33-2.0,4=32,2 m
- Dạng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT dự ứng lực
- Dạng mặt cắt ngang chữ I liên hợp kéo trớc
- Khổ cầu: K9+2x1m
- Tải trọng thiết kế: HL93
- Bố cốt thép DƯL: K15
* Vật liệu sử dụng:
- Bêtông dầm chủ mác 40 có các chỉ tiêu sau:
+ f
c
= 40 Mpa
+
c
= 24 KN/m
3
+ Ec = 31975,35 Mpa + Hệ số poisson = 0,2

- Thuyết minh
+ Chọn cấu tạo kết cấu các bộ phận kết cấu nhịp
+ Tính toán nội lực các bộ phận kết cấu nhịp( dầm chủ, dầm ngang,
Bản mặt cầu).
+ Duyệt mặt cắt các bộ phận kể trên
- Bản vẽ: thể hiện nội dung chính trên giấy A3 .
+ Mặt đứng , mặt bằng và mặt cắt ngang điển hình .
+ Mặt đứng và các mặt cắt ngang bnố trí cốt thép dự ứng lực và cốt thép th-
ờng dầm chủ ,bản mặt cầu và dầm ngang
+ Cấu tạo neo và bó cáp dự ứng lực.
MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 2
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
Phần 1: Nội dung thuyết minh
I. Chọn cấu tạo kết cấu các bộ phận kết cấu nhịp
1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ:
1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu:
- Tổng chiều dài toàn dầm là 33 mét,
- Chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 32,2 m.
- Bề rộng toàn cầu B= 9+2x1+2x0,25+2x0,25 =12 m
- Bố trí 5 dầm chủ trên mặt cắt ngang cầu: các yếu tố hình học thể hiện trên
hình vẽ
- Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2400 mm.
2 %2 %
2501000250
9000/29000/2
2501000250
1200
4 x 2400 = 9600
1200
- Để tạo độ dốc ngang cho cầu bằng cách thay đổi chiều cao đá kê gối do đố lớp

1500
400
2.2 Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1):
Yêu cầu: h
min
=0,045.L Trong đó ta có:
L: Chiều dài nhịp tính toán L=32200mm .
h
min
: chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu.
h
min
=1650+200=1850mm.

h
min
=0,045.L=0,045.32200=1449 mm< h

= 1850mm. => Thỏa mãn.
II. Tớnh c trng hỡnh hc mt ct dm I, h s phõn b ti trng .
Xột cỏc mt ct c trng gm:
mt ct gi : x
0
= 0 m.
mt ct thay i tit din : x
1
= 1,5 m.
mt ct cỏch gi L
tt
/4 : x

MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 5
Bé m«n CÇu HÇm Khoa C«ng tr×nh– thiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT-F1
Y
Xo
X
1419
120 80
mÆt c¾t t¹i gèi
31
650
100
100
650
1650
Mômen quán tính đối với trục X:
I = (650.1650
3
/12 + 650.1650.825
2
) + 2.(100.120
3
/12 + 100.120.1510
2
) +
2.(100.31
3
/36 + ½.100.35.1440
2
)
= 1,0353.10

Y
mÆt c¾t gi÷a nhÞp
200
1650
650
250 200 900 100 120 80
850
100 100650
MaiXu©nQuang_CÇuhÇm_k46 6
Bé m«n CÇu HÇm Khoa C«ng tr×nh– thiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT-F1
Diện tích mặt cắt:
A’ = 634000mm
2
.
Mô men tĩnh của mặt cắt đối với trục X:
S
x
= 850.300.1500 – 2.(100.80.1610 + ½.325.100.1383) + 200.900.900 +
+ 450.650.225 – 2.1/2.225.200.383 = 522370000 (mm
3
)
Khoảng cách từ trục trung hoà X’ của tiết diện đến đáy dầm:
Y
1
= S/A’ = 823,927 (mm)
Mômen quán tính đối với trục X
0
I
0
= 2,126.10

i
η
.
i
η
0,95 1 1
3.2. Hệ số làn.
Bề rộng mặt cầu của phần xe chạy là 9m nên cầu có 2 làn xe. Theo bảng
3.6.1.1.2.1 (22TCN272-05), ta có hệ số làn xe như bảng dưới đây. Hệ số làn xe này
không áp dụng kết hợp với hệ số phân bố tải trọng gần đúng trừ khi dùng qui tắc đòn
bẩy, đồng thời cũng không áp dụng cho trạng thái mỏi.
Số làn 1 2
m 1,2 1
3.3. Hệ số xung kích (1 + IM/100).
MaiXu©nQuang_CÇuhÇm_k46 7
Bé m«n CÇu HÇm Khoa C«ng tr×nh– thiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT-F1
Chỉ xét hệ số xung kích cho xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế không kể lực ly
tâm và lực hãm.
Không áp dụng hệ số xung kích cho tải trọng làn và tải trọng người đi.
Tên hệ số
Trạng thái giới hạn
Cường độ Sử dụng Mỏi
1 + IM/100 1,25 1,25 1,15
3.4. Hệ số phân bố ngang của HL-93.
3.4.1. Dầm trong.
Khoảng cách tim các dầm chủ :S = 2400 mm.
Nhịp dầm :L
tt
= 32200 mm.
Bề dày bản bê tông mặt cầu :h

) = 1,15.( 2,126.10
11
+634000.926,073
2
) = 8,7.10
11
a). Đối với mômen.
Điều kiện để áp dụng công thức :
Yêu cầu Kích thước thực tế
1100 ≤ S ≤ 4900
S = 2400mm
110 ≤h
f
≤ 300
h
f
= 200mm
6000 ≤ L ≤ 73000
L
tt
= 32200mm
N
b
≥ 4
N
b
= 5
Một làn chất tải:
MaiXu©nQuang_CÇuhÇm_k46 8
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1


+
ftt
g
tt
hL
K
L
SS
=
47,0
200.32200
8,7.10
32200
2400
4300
2400
06,0
1,0
3
11
3,04,0
=
























+
ftt
g
tt
hL
K
L
SS
=
67,0
200.32200
10.7,8
32200
2400


67,0),max(
21
==
mgmgmg
ggg
b). i vi lc ct.
iu kin ỏp dng cụng thc trờn:
Yờu cu Kớch thc thc t
1100 S 4900
S = 2400mm
110 h
f
300
h
f
= 200mm
6000 L 73000
L = 32200mm
N
b
4
N
b
= 5
4x10
9
K
g
3x10

2
2400 2400
0,2
7600 10700

+
ữ

=0,466 .
MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 9
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số lực cắt thiết kế của các dầm giữa:

1 2
max( , ) 0,676
vg vg vg
g g g
= =
3.4.2. Dm biờn.
a). i vi mụmen.
Mt ln thit k chu ti: ỏp dng qui tc ũn by. (4.6.2.2.2c-1)

Truck
2400950
Tải trọng làn
PL
3000
6001800
600
2501000

e
1700mm.
H s iu chnh:
2800
77,0
e
d
e +=
= 0,663
G
mb2
= e.g
dam

trong
= 0,663.0,67 = 0,444
b). i vi lc ct.
Mt ln xe chu ti: ỏp dng qui tc ũn by.
g
HL
= 0,375
g
PL
= 1,425
g
lan
= 0,3675
Hai hoc hn hai ln thit k chu ti:
Do d
e

xuống , và tỷ lệ độ võng của các dầm chủ theo quan hệ đờng thẳng.
4.2. Tính hệ số phân bố ngang :
Tính hệ số độ mềm của liên kết ngang
pn
IE
d

=
6
'
3

MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 11
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
Trong đó :
I

: Mômen quán tính đợc tính dải dọc cầu của kết cấu ngang .
aII /
'
=
-Tỷ số giữa mômen quán tính của một dầm ngang với khoảng
cách giữa các dầm ngang.

3
' 4
200.1320 .4
/ 4761839 /
12.32200
I I a mm mm= = =

p
mm = =

3 3
'
2400
0,0007 0,005
6.31975,35.4761839.20,6
6. . .
n p
d
E I

= = = <

Vậy ta nên sử dụng phơng pháp nén lệch tâm .
Vẽ đờng ảnh hởng
Đờng ảnh hởng áp lực của dầm chủ thứ i là một đờng thẳng , do đó ta chỉ cần
tính 2 tung độ ở bên trái và bên phải rồi nối thành đờng thẳng . Các tung độ ở vị
trí dầm biên trái và vị trí dầm biên phải của nó đợc tính theo công thức có dạng
nh sau :

+=
m
j
i
a
ae
n
y

1 1
0,29 0,21 0,15 0,09 0,02 0,38
2 2
R
HL i
g Y= = + + + + =

Hệ số phân bố ngang của tải trọng ngời:
( )
( )
1 2
1
1 1
. 0,55 0,32 .1 0, 435
2 2
PL ng ng le
g Y Y b= + = + =

Tính hệ số phân bố ngang của dầm trong :
Hệ số phân bố ngang tính cho hoạt tải :

( )
1
1 1
0,27 0,2 0,147 0,075 0,01 0,002 0,352
2 2
R
HL i
g Y= = + + + + + =


c
=


( )
=ì






+
ì++ìì= 2
2
15,1
0
0
AA
aADC
cdo

14187,84 Kg
+Xét đoạn dầm còn lại :
Có diện tích A=0,634 m
2
Trọng lợng đoạn dầm
( )
kgLADC
ttcd


+Dầm biên:
2
48,0
2
mhS
S
A
fkbmb
=ì






+=

mkgADC
bmbcbmb
/115248,0.2400 ==ì=

1.3 Tĩnh tải dầm ngang
CT tính: DC
dn
=
c
.
( )
ttb

=5
L
tt
: chiều dài tính toán của nhịp; L
tt
=32.2 m


DC
dn
=2400.
( )
2,32.5
20.2,2.2,0.32,1
= 173 Kg/m
1.4 Tĩnh tải ván khuôn lắp ghép

(
)
mkgHbS
c
vk
DC /33608,0).65,04,2.(2400
64
==ìì=

1.5 Lan can có tay vịn
Phần thép có trọng lợng: DC
t
=15kg/m

1
=0,07m
3
1
/2250 mkg=

Lớp phòng nớc :t
2
=4.
m
3
10


3
2
/1800 mkg=

+Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu đối với các dầm giữa:

mkgSttDW
lp
/395) (
2211
=+=


+Các tiện ích (cột đèn ,biển báo ) :
mkgDW
ti

2400
)
2
250
1200(2400 +
=1.45
Tĩnh tải do lan can tác dụng lên dầm biên:
DC
lcb
= DC
lc
. y
1b
=255.1.45=370kg/m
Tĩnh tải do lớp phủ mặt cầu tác dụng lên dầm biên:
DW
b
= DW
lp
.
S
S
BBS
k
2
24
+

+ DW
ti

lcg
+DC
vk
=1684+1152+173 +0+336
=3345 kg/m
DW
g
=DW=400 kg/m
- Dầm biên:
Giai đoạn cha liên hợp: DC
dc
=1684 kg/m
Giai đoạn khai thác:
DC
b
=DC
dc
+DC
bmb
+DC
dn
+DC
lcb
+0.5DC
vk
+DC
gc
=1684+1152+173+370+0,5.336+240=3787 kg/m
DW
b

p
..g
+ Lực cắt: V
u
= .g(
p
.
+

p
.
-
)
Trong đó: : Diện tích đờng ảnh hởng mômen tại mặt cắt đang xét

+
: Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt dơng tại mặt cắt đang xét

-
: Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét
MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 17
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác
=0,95
* Tính Mômen do tĩnh tải:
Đờng ảnh hởng mômen tại các mặt cắt đặc
trng:
1
2
3

dc
=1,684.9,81=16,52 KN/m
M

: Diện tích đờng ảnh hởng mô men của mặt cắt đang tính
Bảng tính:
x(m)
M

(m
2
)
DC
dc
(KN/m) M
DCdc
(KN.m)
0 0
16,52
0
1.332 20,56
16,52
339,65
2.5 37,13
16,52
613,39
MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 18
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
8.05 97.21
16,52

=0,3177.9,81=3,12 kN/m
Bảng tính:
x(m)
M

(m
2
)
DC
b
(KN/m) DW
b
(KN/m) M
DCb
(KN.m) M
DWb
(KN.m)
0 0.000
37,15 3,12
0 0
1.332 20,56
37,15 3,12
763,80 64,15
2.5 37,13
37,15 3,12
1379,38 115,85
8.05 97.21
37,15 3,12
3611,35 303,30
16.1 129.61

DWg
(KN.m)
0 0.000 32,81 3,924 0 0
1.332 20,56 32,81 3,924 674,57 80,68
2.5 37,13 32,81 3,924 1218,24 145,70
8.05 97.21 32,81 3,924 3189,46 381,45
16.1 129.61 32,81 3,924 4252,50 508,60
MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 19
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
*Tính lực cắt do tĩnh tải
Đờng ảnh hởng lực cắt:
+ Lực cắt của dầm biên do tĩnh tải:
Giai đoạn cha liên hợp: V
DCdc
=DC
dc
.g.
v

Trong đó:
V

: Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt
Bảng tính:
x(m)
V

+
(m
2

MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 20
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1
x(m)
V

+
(m
2
)
V


(m
2
)
V

(m
2
)
DC
b
(KN/m) DW
b
(KN/m) V
DCb
(KN.m) V
DWb
(KN.m)
0 16,100 0,000 16,100

)
V

(m
2
)
DC
g
(KN/m) DW
g
(KN/m) V
DCg
(KN.m) V
DWg
(KN.m)
0 16,100 0,000 16,100 32,81 3,924 528,241 63,176
1.332 14,795 0,028 14,767 32,81 3,924 484,505 57,946
2.5 13,698 0,097 13,601 32,81 3,924 446,249 53,370
8.05 9,056 1,006 8,050 32,81 3,924 264,121 31,588
16.1 4,025 4,025 0,000 32,81 3,924 0.000 0.000
2.2.2 Tính nội lực dầm chủ do hoạt tải:
Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa hai trục 145 kN của
xe tải thiết kế Trục đều lấy = 4,3 m
- Mô men do hoạt tải HL93 và PL tác dụng tại các mặt cắt dầm:
Tính tại các mặt cắt đặc trng:
Mặt cắt gối: x=0
Mặt cắt cách gối x=0,72h=0,72x(1,65+0,20)= 1,332 m ( Để tính lực cắt)
Mặt cắt thay đổi tiết diện: x=2,5 m
Mặt cắt L/4: x=32,2/4=8,05 m
Mặt cắt L/2: x=32,2/2=16,1 m

là tung độ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt có toạ độ X tơng
ứng.
Bảng tính mô men do xe thiết kế:
x y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
(kNm) y
M4
y
M5
M
tandem1
(kNm) M
xetk
(kNm)
0,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
1,33
2
1.277 1,099 0,921 376,755 1,277 1,227 275,44 376,755
2,50 2,306 1,972 1,638 677,64 2,306 2,213 497,09 677,64
8,05 6,038 4,963 3,888 1731,225 6,038 5,738 1295,36 1731,225
16,1 8,050 5,900 3,750 2154,000 8,050 7,450 1705,0 2154,000
Trờng hợp 2:
MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 22
Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1

M1
y
M2
y
M3
M
truck1
(kNm) y
M4
y
M5
M
tandem1
(kNm) M
xetk
(kNm)
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
1,332 1,099
1,27
7
0,00 344,52
1,25
2
0,702 214,94 344,52
2,50 1,972 2,306 0,00 620,31 2,259
1,75
2
441,21 620,31
8,05 4,963 6,038 2,813 1693,6
5,88

.145+y
M2
.145+y
M3
.35 (kN)
M
tandem
= y
M4
.110+y
M5
.110
(kN)
M
xetk
=max(M
truck
,M
tandem
)
Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp 3:
x y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
(kNm) y

5,536 2216,51 7,6 7,9 1705 2216,51
So sánh các giá trị tính đợc trong 3 trờng hợp trên, chọn
mô men do xe thiết kế:
x M
xetk1
(kNm) M
xetk2
(kNm) M
xetk3
(kNm) M
xetk
(kNm)
0,00 0,000 0,00 0,00 0.000
1,332 376,755 344,52 247,66 376,755
2,50 677,64 620,31 531,28 677,64
8,05 1731,225 1693,6 1621,57 1731,225
16,1 2154,000 2229,25 2216,51 2229,25
Mô men gây ra do tải trọng làn: q
làn
=9.3 kN/m rải đều
trên suốt chiều dài cầu:
M
làn
=q
làn
.
M


Bảng tính:

.
M

Trong đó B
3
là chiều rộng vỉa hè.
Bảng tính:
x(m)
M

(m
2
)
B3 PL(kN/m
2
) M
PLx
(KN.m)
0 0,000 1 3 0
1,332 20,56 1 3 61,68
2,5 37,13 1 3 111,39
8,05 97,21 1 3 291,63
16,1 129,61 1 3 388.83
+Tổ hợp mô men do hoạt tải:
Dầm biên: IM=25%
M
LLb
=g
mbHL
(1+IM)M

8,05 1731,225 904,053 291,63
1709
16,1 2229,25 1205,373 388,83
2234
MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 25