Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
MỤC LỤC
I. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 5
1.1 Số liệu chung 5
1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm 5
1.3 Các hệ số tính toán 6
II. CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 7
2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp 7
2.2 Lựa chọn số dầm chủ trên mặt cắt ngang 7
2.3 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu 7
2.4 Chiều cao dầm chủ 8
2.5 Cấu tạo bản bê tông mặt cầu 8
2.6 Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ 9
III. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 11
3.1 Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp 11
3.1.1 Trường hợp 1 11
3.1.2 Trường hợp 2 12
3.2 Xác định đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn I 13
3.3 Xác định đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II 15
3.3.1 Mặt cắt tính toán giai đoan II 15
3.3.2 Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông 16
3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép 17
3.3.4 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm biên 17
3.3.5 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong 24
3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn chảy dẻo 31
3.4.1 Mặt cắt tính toán 31
3.4.2 Xác định vị trí trục trung hoà của mặt cắt 31
3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén 33
3.4.4 Xác định mômen chảy My 34
3.4.5 Xác định mômen dẻo Mp 36
IV. XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 39

6.3.1 Tính nội lực do tĩnh tải 56
6.3.2 Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng Người 57
6.3.3 Tính nội lực do xe tải thiết kế (Truck) và xe 2 trục thiết kế( Tandem) 58
6.3.4 Tổng hợp nội lực 65
VII. KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 67
7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt 67
7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc 67
7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 68
7.4 Kiểm tra tương tác giữa sườn dầm với bản cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 68
VIII. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 70
8.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ 70
8.1.1 Sức kháng uốn của mặt cắt liên hợp đặc chắc 70
8.1.2 Kiểm toán khả năng chịu lực của dầm 71
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
2
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
8.2 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm chủ 71
8.2.1 Xác định hệ số c 71
8.2.2 Sức kháng cắt của dầm chủ 72
8.2.3 Kiểm toán khả năng chịu cắt của dầm 74
IX. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI 75
9.1 Nguyên tắc tính toán 75
9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do uốn 75
9.2.1 Công thức kiểm toán 75
9.2.2 Xác định ứng suất trong dầm do tải trọng mỏi 75
9.2.3 Kiểm toán ứng suất mỏi do uốn 77
9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do cắt 77
9.3.1 Công thức kiểm toán 77
9.3.2 Xác định ứng suất cắt trong dầm do tải trọng mỏi 77
9.3.3 Kiểm toán ứng suất mỏi do cắt 78

12.3.3 Sức kháng mỏi của neo 95
12.4 Bố trí neo 96
12.5 Kiểm toán neo theo đinh mũ theo TTGH Mỏi 97
XIII. TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 98
13.1 Lực tác dụng lên liên kết 98
13.1.1 Lực gây trượt giữa bản cánh và bản bụng 98
13.1.2 Áp lực phân bố do tải trọng bánh xe 99
13.2 Xác định chiều cao đường hàn 99
13.2.1 Cường độ của đường hàn góc 99
13.2.2 Xác định chiều cao đường hàn 100
XIV. TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM 101
14.1 Khả năng chịu lực của bu lông 101
14.2 Tính toán mối nối bản bụng 103
14.2.1 Cấu tạo mối nối dầm 103
14.2.2 Cấu tạo mối nối bản bụng 104
14.2.3 Kiểm toán khả năng chịu lực của bulông 105
14.3 Tính toán mối nối bản cánh 107
14.3.1 Mối nối bản cánh trên 107
14.3.2 Mối nối bản cánh dưới 108
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
4
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN
LIÊN HỢP THÉP - BTCT
I. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU
1.1 SỐ LIỆU CHUNG
- Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN272-05
- Chiều dài nhịp : L = 45 m
- Khổ cầu : 14.0+2x0.5m
+ Bề rộng xe chạy : 14.0m

c
25kN / m
γ =

+ Mô đun đàn hồi của bêtông đựơc xác định theo công thức:
1,5 ' 1,5
c c c
E 0,043 f 0,043.2500 . 28 26752.5(MPa)
= γ = =
- Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép hợp kim M270M cấp 345W
9660
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
5
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
4CÁC ĐẠI LƯỢNG KÍ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Mác thép
M272M
Cấp thép
345W
Giới hạn chảy của thép
y
f
345
Mpa
Giới hạn kéo đứt của thép
u
f
485
Mpa
Môđun đàn hồi của thép

tt
≥ 25 m thì
phải xét thêm hệ số làn xe m
+ Theo tiêu chuản 22TCN 272-05 thì hệ số làn m được lấy như sau :
BẢNG : HỆ SỐ LÀN XE m
SỐ LÀN XE n HỆ SỐ LÀN m
1 1.2
2 1.2
2 .85
≥ 3
0.65
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
6
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
II. KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ
2.1 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA KẾT CẤU NHỊP
- Chiều dài nhip: L
nh
= 45 m.
- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0.3 m.
⇒
Chiều dài tính toán KCN:
L
tt
=L-2.a=45-2x0.3=44.4m
2.2 LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG
- Số dầm chủ trên mặt cắt ngang : 5 dầm chủ.
2.3 QUY MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU
-Mặt cắt ngang cầu.
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51

50
cm
Chiều rộng toàn cầu
cau
B
1500
cm
Số dầm chủ thiết kế
d
n
5 dầm
Khoảng cách giữa các dầm chủ
S
300 Cm
Chiều dài cánh hẫng
o
e
d
150 Cm
2.4 CHIỀU CAO DẦM CHỦ
- Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào:
+ Chiều dài nhịp tính toán.
+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang.
+ Quy mô của tải trọng khai thác.
- Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện cường độ.
M
u
≤ M
r
Trong đó:

=>H
sb
≥1.50m

⇒
Chiều cao dầm thép:
+ Chiều cao bản bụng : D
w
=173cm
+ Chiều dày bản bụng : t
w
=1.4cm
+ Chiều dày bản cánh dưới: t
t
=4cm
+ Chiều dày bản cánh trên: tc=3cm
+ Chiều cao toàn bộ dầm thép: H
sb
=173+3+4=180cm
2.5 CẤU TẠO BẢN BÊ TÔNG MẶT CẦU
- Kích thước của bản bêtông được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác
dụng của tải trọng cục bộ.
- Chiều dày bản:
( )
s
t 16 25 cm= ÷
- Theo quy định của 22TCN272 – 05 thì chiều dày bản bê tông mặt cầu phải lớn
hơn 175 cm.Đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực
⇒
Ở đây ta chọn chiều dày bản bêtông mặt cầu là

Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
9
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
2.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ
- Mặt cắt ngang dầm chủ.
CẤU TẠO MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ
- Kích thước cấu tạo.
CÁC KÍCH THƯỚC KÍ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Chiều cao bản bụng
w
D
173 cm
Chiều dày bản bụng t
w
1.4 cm
Bề rộng bản cánh trên b
c
50 cm
Số tập bản cánh trên N 1
cm
Chiều dày một bản T 3
cm
Tổng chiều dầy bản cánh trên t
c
3 cm
Bề rộng bản cánh dưới b
t
70 cm
Số tập bản cánh dưới N 1 cm
Chiều dầy một bản T 4 cm

3.Trọng lượng bản bêtông và những phần bê tông được đổ cùng bản
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
11
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu HầmGiai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu ứng
liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT.
- Mặt cắt tính toán là mặt cắt Thép – BTCT.
- Tải trọng tính toán.
1.Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ
chắn bánh.
2.Hoạt tải
3.1.2 Trường hợp 2
- Cầu dầm liên hợp thi công bằng phương pháp lắp ghép trên đà giáo cố định hoặc
có trụ tạm đỡ dưới.
Giai đoạn 1: Trong quá trình thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp và
tải trọng thi công sẽ do đà giáo chịu, như vậy giai đoạn này mặt cắt chưa làm việc.
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
12
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
Giai đoạn 2: Sau khi dỡ đà giáo thì trọng lượng của kết cấu nhịp mới truyền lên các
dầm chủ, mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp. Như vậy tải trọng
tác dụng lên dầm gồm:
+ Tĩnh tải giai đoạn I.
+ Tĩnh tải giai đoạn II
+ Hoạt tải.
Kết luận:
- Giả thiết cầu được thi công bằng phương pháp lắp ghép bằng cần cẩu nên dầm làm
việc theo hai giai đoạn ở trong trường hợp 1.

- Chiều cao sườn dầm chịu nén.
D
c1
=H
sb
-t
c
-Y
1
=180-3-73.27=103.27cm
- Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I:
Y
t
1
=H
sb
-Y
1
=106.73 cm
- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I:
Y
b
1
=Y
1
=73.27 cm
- Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I
+ Mômen quán tính bản bụng:
=675944.69 cm
4

× × ×
= + + = + + =
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
14
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
- Bảng kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I.
CÁC KÍCH THƯỚC KÍ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Diện tích mặt cắt dầm thép A
NC
672.2
cm
2
Mômen tĩnh mặt cắt đối với đáy dầm S
o
49254.1
cm
3
Khoảng cách tứ đáy dầm đến TTH I-I Y
1
73.27
Cm
KC từ mép trên dầm thép đến TTH I-I Y
1t
103.73
Cm
KC từ mép dưới dầm thép đến TTH I-I Y
1b
73.27
Cm
Mômen quán tính phần bản bụng I

3.3.1 Mặt cắt tính toán giai đoạn II
- Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu
ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT.
- Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp

⇒
Đặc trưng hình học giai đoạn này là ĐTHH của mặt cắt liên hợp.
3.3.2 Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông.
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
15
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
- Trong tính toán không phải toàn bộ bản bêtông mặt cầu tham gia làm việc chung
cùng với dầm thép theo phương dọc cầu. Bề rộng bản bêtông làm việc chung cùng với
dầm thép hay còn gọi là bề rộng có hiệu, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài tính
toán của nhịp, khoảng cách giữa các dầm chủ và bề dày bản bêtông mặt cầu.
- Theo 22TCN272 – 05 bề rộng bản cánh lấy như sau:
Xác định b
1
: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:
+ L
tt
/8=555 cm
+
=120.5 cm
+ d
e
o
=150 cm
Vậy: b
1

: Chiều dài nhịp tính toán
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
16
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
+ t
s
: Chiều dày bản bê tông mặt cầu
+ b
s
: Bề rộng tính toán của bản bê tông
+ S : Khoảng cách giữa các dầm chủ
+ b
c
: Bề rộng bản cánh chịu nén của dầm thép
+ t
w
: Chiều dày bản bụng của dầm thép
+
o
e
d
: Chiều dài phần cánh hẫng
3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép.
- Vì tiết diện liên hợp có hai loại vật liệu là thép và bêtông nên khi tính toán đặc
trưng hình học ta tính đổi về một loại vật liệu. Ta tính đổi phần bê tông sang thép dựa
vào hệ số n là tỷ số giữa môdun đàn hồi của thép và bêtông.
Bảng: Hệ số quy đổi từ thép sang bêtông
STT
'
c

'
c
f 28Mpa=
Ta lấy hệ số quy đổi từ bêtông sang thép là: n=8 (không xét hiện
tượng từ biến trong bêtông) và n’=24 (có xét tới hiện tượng từ biến trong bêtông)
3.3.4 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm biên
a . Mặt cắt tính toán
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
17
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm

b . ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông
-Lưới cốt thép phía trên:
+ Đường kính cốt thép:
12mmΦ =
+ Diện tich mặt cắt ngang một thanh:
2
2
1.2
a 1.131cm
4
π×
= =
+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 13 thanh
+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 20 cm
+ Tổng diện tích cốt thép phía trên:
2
rt
A 13 1.131 14.703cm= × =
+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông:

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép bản đền mép trên của dầm thép:
( )
rt s h rt rb. rb h
r
rt rb
14.703 18 5 5 14.703 (5 5)
A .(t t a ) A (a t )
Y 14cm
A A 14.703 14.703
× + − + × +
+ − + +
= = =
+ +
Trong đó:
+ n
rt
; d
rt
; A
rt
: Số thanh,đường kính và diện tích cốt thép ở lưới trên.
+ n
rb
; d
rb
; A
rb
: Số thanh,đường kính và diện tích cốt thép ở lưới dươí.
+ a
rt

: Diện tích dầm thép.
+ A
ST
: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi không xét từ biến.
- Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép.
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
19
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
( )
s
h
s s sb 1 h c h sb 1
1
x r sb 1 r
h
h h sb 1
t t
b t H Y t b t H Y
2 2
1
S A H Y Y
n
1 2t
2 t b H Y
2 3
 
   
− + + + − + +
 ÷ ÷
 

=5938425.574 cm
4
+ Mômen quán tính của phần bản bêtông.
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
20
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm

2221526.71 cm
4
+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh.
2 2
3
3
c h h h h h
h c h sb 1 1 h h sb 1 1
b t1 t b t 1 2t
I b t H Y Z 2 2 b t H Y Z
n 12 2 36 2 3
 
 
   
= + − − + + + × − − +
 
 ÷  ÷
   
 
 
=94353.46 cm
4
+ Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản.

 
 
+ × × − − +
 ÷
 
 
 
=38269.35 cm
3
d . Xác định ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn.
- Mặt cắt liên hợp dài hạn đựơc sử dụng để tính toán đối với các tải trọng lâu dài
như tĩnh tải khi đó ta phải xét tới từ biến.
- Trong trường hợp có xét tới hiện tượng từ biến thì các đặc trưng hình học của mặt
cắt đựơc tính tương tự khi không xét tới từ biến, chỉ thay hệ số n bằng n’.
- Tính diện tích bản bêtông.
+Diện tích bản bêtông.
=4338 cm
2
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
21
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
+Diện tích tính đổi của mặt cắt.
=893.81 cm
2
Trong đó:
+ A
rt
: Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông.
+ A
NC

 
 
× − +
 ÷
 
 
 
=26623.93 cm
3
- Khoảng cách từ TTH I-I đến TTH II’-II’.
=29.79 cm
- Chiều cao sườn dầm chịu nén.
=73.94 cm
- Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục II
’
-II
’
:
=76.94 cm

- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II’-II’:

=103.06 cm
- Xác định mômen quan tính của tiết diện liên hợp.
+ Mômen quán tính của dầm thép.
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
22
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
=4356108.68 cm
4

( )
s
h
s s sb 1 1 h c h sb 1 1
'
s r sb 1 1 r
'
h
h h sb 1 1
t t
b t H Y Z t b t H Y Z
2 2
1
S A H Y Z Y
n
1 2t
2 b t H Y Z
2 3
 
   
− − + + + − − + +
 ÷ ÷
 
    
= + − − +
 
 
 
+ × × − − +
 ÷

120.5
2
b
120.5
cm
Bề rộng tính toán bản bê tông
s
b
241
s
b
241
cm
Diện tích bản bê tông
so
A
4338
'
so
A
4338
cm
2
Diện tích phần bản vút
h
A
275
'
h
A

893.81
cm
2
Mômen tĩnh của Mc với trục I-I
I
x
S
72771.61
I'
x
S
26623.93
cm
3
Khoảng cách từ TTH I-I tới trục II-II
1
Z
56.93
1
'
Z
29.79
cm
MMQT của dầm thép với trục II-II
II
NC
I
5938425.57
II'
NC

I
243190.84
cm
4
MMQT mặc cắt liên hợp với trục II-II
ST
I
8373984.29
LT
I
6171474.37
cm
4
MM tĩnh của bản với trục II-II
s
S
38269.35
'
s
S
20022.74
cm
3
Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt –K51
24
Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm
3.3.5 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong(dầm 2)
a . Mặt cắt tính toán
Theo như cấu tạo thì dầm biên và dầm trong được thiết kế có kích thước gần giống
nhau,chỉ khác nhau về kích thước của bản vút bê tông như hình vẽ.