Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
THIT K MễN HC CU CNG
A. S liu u vo
- Mt ct ngang sụng L
m
= 22 m
- Sụng khụng thụng thng.
- S liu thu vn:
+ MNCN = 5m.
+ MNTN = 0,3m.
+ CT ( b tr ) =- 0,2m
+ CT ( b m ) = 0,0m
+ Chiu rng cu: B=9m.
- Tnh ti giai on 2 (Tin ớch cụng cng trờn mt cu v lp ph mt cu):
DC2 = 5,5 KN/m
- Bờ tụng thi cụng: = 24KN/m3; fc = 30 MPa. E = 2,65e7KN/m2, Poisson =
0.2
- Hot ti: xe H30 v XB60.
- iu kin a cht 5:
Bng 1.1. iu kin a cht.
Lp 1 Lp 2 Lp 3
h (m)
10 10

(T/m
3
)
1,63 1,71 1,59
(
0
)

- Chiều cao dầm 1,4m
- Chiều dày canh dầm 0,2m
- Chiều dài dầm 22,5m chiều dài tính toán 22m
- Vút trên 150x150 mm
- Vút dới 100x100 mm
- Rộng bầu dầm 400 mm
- Cao bầu dầm 200 mm
- Rộng sờn 200mm
- Sau khi quy đổi vút trên và vút dới vế sờn chiều rộng sờn dầm260 mm
- Chiều rộng cánh dầm giữa 1,6m
- Chiều rộng cánh dầm biên 1,8m
- Dầm ngang 1x0,3m
- Bố trí 5 dầm dọc với khoảng cách các dầm 1,8m dầm ngang đợc bố trí ở hai
đầu và giữa dầm dọc
- Chiều dày bản
b
h 0,2m=
- Lớp mặt đờng bao gồm: Lớp bê tông nhựa đờng dày 7cm.
Lớp bảo vệ dày 4cm.
Lớp phòng nớc dày 2cm.
Lớp đệm dày 4cm.
Tổng chiều dày lớp mặt đờng là: 7 + 4 + 2 + 4 = 17cm
- Chiều cao phần bộ hành cũng nh đá vỉa là 20cm so với nền xe chạy.
- Chiều cao lan can là 1,2 m làm bằng phơng pháp đổ bê tông tại chỗ.
- Chiều cao khổ cầu (H) khoảng cách từ cao độ mực nớc cao nhất tới đáy dầm
cầu, do sông không thông thơng nên chọn H = 0,5 m.
- Chiều cao kiến trúc của cầu (h
kt
) là khoảng cách từ đáy của kết cấu nhịp đến
mặt cầu h

c
h
kt
H MNCN= 5,0m
đs
Hình 1 - Mặt cắt dc cu
II. Các yếu tố mố cầu
Chn kt cu kiu tr nng ton khi l loi tr cng khụng th b un. M tr
c cu to bng bờtụng ct thộp M250. Tr c cu to nh hỡnh 1-4.
Chiu rng ti thiu ca m tr theo phng dc cu:
A = m + n
t
+ n
p
+
2
pt
aa
+
+ t
t
+ t
p
+ c
t
+ c
p
mn
t


B
max
Bo
B
Hỡnh 1.1. S kớch thc c bn ca mt tr.
Trong ú:
m: khong cỏch tnh gia hai u dm cỏc nhp k nhau, m = 5cm.
n
t
, n
p
: khong cỏch t trc tim gi n u dm, n
t
= n
p
= 22,5cm.
a
t
, a
p
: kớch thc tht gi theo phng dc cu, a
t
= a
p
= 20cm.
t
t
, t
p
: khong cỏch t mộp tht di ti mộp ỏ tng, t

= 760cm.
b
p
: kích thước thớt gối theo phương ngang cầu, b
p
= 20cm.
t: khoảng cách từ mép thớt dưới tới mép đá tảng, t = 5cm.
b
0
: khoảng cách theo phương ngang cầu từ đá tảng đến mép mũ trụ chữ nhật.
b
o
= 55 cm.
→ B = 760 + 20 +10 + 110 = 900 cm
Kích thước tối thiểu của thân trụ tại mặt cắt tiếp giáp với mũ trụ:
A
o
= A – 2.s
B
o
= B – 2.s
s = 10cm
→ A
o
= 110 – 2.10 = 90 cm
B
o
= 900 – 2.10 = 880 cm
Cao độ mực nước cao nhất là 5m, cao độ đáy kết cấu cao hơn mực nước cao nhất
0,5m

6- taluy khối nón
Kết c
ấu t
rụ
4
5

Mặt
cắt
mố
Hỡnh 1.2. Mt ct M v Tr
- Chọn kết cấu mố kiểu mố vùi cột bằng bê tông cốt thép
Chơng iii : Tính toán dầm bê tông cốt thép thờng
I. Tay vịn và lan can
III. Tính bản mặt cầu
1. Xác định nội lực trong bản mặt cầu
Để xác định nội lực bản mặt cầu ta cắt 1m dảI bản theo chiều dọc cầu mô hình
hóa dảI bản ta sử dụng phần mềm SAP2000vs14 để tím ra nội lực bản mặt cầu
- Tính toán bản mặt cầu (do đặc điểm thi công từng phần tại công trờng và sau đó
lắp ghép thành các phiến dầm nên có thể mô hình bản mặt cầu cánh dầm chữ T dới
dạng dầm và ngàm hai đầu
Sinh viên : Lờ Trng Phỳc
Lớp : XDD51-ĐC1 5
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
- Bê tông thi công
3
24 /KN m

=
,

1 0 TT SUDUNG -58.24 -22.1973 1-1 0
1 0.4 TT SUDUNG -54.12 0.2747 1-1 0.4
1 0.8 TT SUDUNG -50 21.0987 1-1 0.8
1 0.8 TT SUDUNG 50 21.0987 1-1 0.8
1 1.2 TT SUDUNG 54.12 0.2747 1-1 1.2
1 1.6 TT SUDUNG 58.24 -22.1973 1-1 1.6
1 0 TT TINH TOAN -65.824 -24.8864 1-1 0
1 0.4 TT TINH TOAN -60.412 0.3608 1-1 0.4
1 0.8 TT TINH TOAN -55 23.4432 1-1 0.8
1 0.8 TT TINH TOAN 55 23.4432 1-1 0.8
1 1.2 TT TINH TOAN 60.412 0.3608 1-1 1.2
1 1.6 TT TINH TOAN 65.824 -24.8864 1-1 1.6
Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu
Từ bản nội lực của bản mặt cầu ta xác định đợc hai giá trị mô men và lực cắt lớn nhất
Giá trị mômen dơng lớn nhất tại giữa nhịp: M
+
max
= 23,443 KN.m
Giá trị mômen âm lớn nhất tại giữa nhịp: M
-
max
= -24,886KN.m
Giá trị lực cắt lớn nhất tại giữa nhịp: Q
max
= 65,824 KN
5. Tính toán cốt thép cho bản
Tính với mômen dơng lớn nhất tại giữa nhịp: M
+
max
= 2,344tm

Lớp : XDD51-ĐC1 7
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
5
2 2
0
2,344.10
0,07 0,964
. . 110.100.17,4
o
n
M
A
R b h

= = = =
Diện tích cốt thép:
5
2
2,344.10
5,19
. . 0,964.17,4.2700
tt
a
o o a
M
F cm
h R

= = =
Chọn 12a200 có F

M
= 2,55tm
Vậy tiết diện cốt thép đã chọn thoả mãn điều kiện chịu lực.
Tính với mômen âm lớn nhất tại gối M
-
max
=2,4886tm
Dự tính dùng cốt thép 12
Chiều cao làm việc của bản: h
o
= 17,4cm
5
2 2
0
2,4886.10
0,0747 0,963
. . 110.100.17,4
o
n
M
A
R b h

= = = =
Diện tích cốt thép:
5
2
2,4886.10
5,5
. . 0,963.17,4.2700

n o
x
M R b x h tm

= = =
ữ ữ

Nhận thấy M = 2,4886 <
[ ]
M
= 2,55tm.
Vậy tiết diện cốt thép đã chọn thoả mãn điều kiện chịu lực.
Tính toán kiểm tra lực cắt
Điều kiện kiểm tra: Q < R
k
.b.ho
Q: Lực cắt có tính đến hệ số vợt tải và hệ số xung kích.
R
k
: cờng độ tính toán chịu kéo doc trục của bê tông.
R
k
.b.h
o
= 8,8.100.17,4 = 15312kg = 15,312t
Q = 6,5824t< R
k
.b.h
o
= 15,312t

- Hệ số lực xung kích H30 : 1+
à
= 1,2025
- Hệ số lực xung kích XB80 : 1+
à
= 1
- Hệ số tính ở trạng thái tính toán theo tiêu chuẩn (22TCN18-79)
+ DC1 : n = 1,1
+ DC2 : n = 1,5
+ XB80 : n = 1,1
+ H30 : n = 1,4
- Chọn kích thớc các dầm va bố tri dầm dọc dầm ngang.
+ Chiều cao dầm 1,4m
+ Chiều dày canh dầm 0,2m
+ Chiều dài dầm 22,5m chiều dài tính toán 22m
+ Vút trên 150x150 mm
+ Vút dới 100x100 mm
+ Rộng bầu dầm 400 mm
+ Cao bầu dầm 200 mm
+ Rộng sờn 200mm
+ Sau khi quy đổi vút trên và vút dới vế sờn chiều rộng sờn dầm260 mm
+ Chiều rộng cánh dầm giữa 1,6m
+ Chiều rộng cánh dầm biên 1,8m
+ Dầm ngang 1x0,3m
+ Bố trí 5 dầm dọc với khoảng cách các dầm 1,8m dầm ngang đợc bố trí ở hai đầu
và giữa dầm dọc
Sinh viên : Lờ Trng Phỳc
Lớp : XDD51-ĐC1 9
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
Hình 3- Sơ đồ tính bản mặt cầu

, R
K
= 8,8 kg/cm
2
cốt thép
nhóm AII có R
a
= 2700kg/cm
2
.
Sinh viên : Lờ Trng Phỳc
Lớp : XDD51-ĐC1 13
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
Chiều cao làm việc của tiết diện: h
o
= h - a 0.85*h = 0.85*140 = 119cm
Ta có:
20
. . . 160.20. 119 .110 383,68
2 2
c
c c c o n
h
M b h h R tm= = =
ữ ữ

Nhận thấy : M

Chọn 1240 có F
a
= 150,72cm
2
2. Kiểm tra chiều rộng sờn dầm
Chiều rộng sờn dầm lấy gần đúng bằng:
b = .h
o
= 0,15x119 = 17,85cm
Chiều rộng cần thiết lấy theo tiêu chuẩn về khoảng cách giữa các thanh và
khoảng cách tới măt bê tông :
b > 2x3,0 + n.d + c
o
= 2x3.0 + 2x4 + 6 = 20cm
Nh vậy chiều rộng sờn dầm đã chọn thực tế b = 20 quy đổi các vút trên và dới
vao sờn dầm để bố trí thép b=23,25cm là thoả mãn điều kiện.
3. Kiểm tra tiết diện diện của sờn dọc
Do trục trung hoà đi qua cánh dầm nên tính toán tiết diện coi nh tiết diện chữ
nhật.
Chiều cao x của miền chịu nén sẽ xác định từ phơng trình hình chiếu của tất cả
các lực xuống trục nằm ngang.
R
n
.b
c
.x - R
t
.F
t
- R



2
x
h
o
= 110.160.23,12.
23,12
119
2


ữ

= 437,18tm
M
P
= 437,18tm > M = 101,62tm Điều kiện bền đợc thoả mãn.
4. Kiểm tra tiết diện bê tông tại gối
Từ điều kiện hạn chế sự tạo thành vết nứt ta có: Q
g
< 0,25.R
n
.b.h
o
Có: 0,25.R
n
.b.h
o
= 0,25.110.20.119 = 65,45t

c
.x.







2
x
h
o

.
i
fi y
a
f
=



.
a i
n c
R f
x
R b
=

nằm ngang tơng ứng với các trị số ghi trong bảng . Trong phạm vi bố trí cốt thép xiên
nếu còn tiết diện thẳng đứng nào không cắt cốt xiên thì ta bố trí thêm những cốt xiên
phụ 16. Sự phân bố cốt xiên nh trên cần phải đợc kiểm tra lại bằng cách tính tiết diện
nghiêng theo lực cắt
1
6
3
0
1
6
30
28
30
39.33
76.75
112.22
0
1
2
3
4
5
6
3
0
219
967
1685
101.62
79.01

K
= 10kg/cm2 Tại tiết diện gối ta bố trí thêm cốt thép tham gia
chịu nén cùng bê tông
3
2
9,77.10
3,92 /
. 25.99,128
gn
gn
Q
kg cm
b z

= = =

gn
= 3,92kg/cm2 < R
K
= 10kg/cm2
Nh vậy trên toàn bộ chiều dài của dầm, chỉ riêng bê tông đã đủ chịu lực chính.
Ta dùng cốt đai nhóm AI có Ra=2100kg/cm
2
, đờng kính 8 có Fa = 0,503 cm2,
với khoảng cách ở đoạn gần gối (tới l/4) là 20cm, ở giữa dầm là 30cm.
. . . 0,8.2100.2.0,503
' 84,504 /
20
. . . 0,8.2100.2.0,503
" 56,336 /

p kg cm= =
2
2
0,15.130.25.101
' 247
84,504 3,125
0,15.130.25.101
" 306
56,336 3,125
o
o
c cm
c cm
=

=

Điều kiện kiểm tra:
2
0,15. . .
. . .sin ( ' ). ' '. ( " ).( ')
n o
x a x d d d
R b h
Q m R f q p c q U q p c c
c

+ + +

VP = 0,8x2700x0,707.fx + (84,504 3,125).c 84,504x20

119.422
Sinh viên : Lờ Trng Phỳc
Lớp : XDD51-ĐC1 16
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
Bảng II.7: Kết quả tính toán cờng độ của các tiết diện nghiêng
4973/c
227.07
51.42
29.51
102.5
41.34
102.5
-0.053*
(c c)
0
0
0
0
0
0
-1.69
-1.69
-1.69
-1.69
-1.69
-1.69
-1.69
0.081*c
4.4793
10.1169

18.16
14.14
Cốt thép xiên
thành phần
230
230 + 216
430 + 216
216
230 + 216
230
Tiết
diện
0 - 1
0 - 2
0 - 3
4 - 2
4 - 3
5 - 3
Kiểm tra tính chống nứt:
Dầm đợc bố trí loại cốt thép 30 do vậy việc kiểm tra đợc tiến hành theo công
thức:
2
3,0. . .
t
n r
t
a R
E



Z: cánh tay đòn nội ngẫu lực.
E
t
: mô đun đàn hồi của cốt thép, E
t
= 2,1x10
6
kg/cm
2
Sinh viên : Lờ Trng Phỳc
Lớp : XDD51-ĐC1 17
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
R
r
: bán kính bố trí cốt thép,

2
: hệ số xét ảnh hởng của bê tông miền chịu kéo tới biến dạng của cốt thép,
2
= 0,5
. .
r
r
i i
F
R
n d

=


: diện tích miền tác dụng tơng hỗ, F
r
= u.b
u: chiều dài của tiết diện nghiêng thẳng góc với cốt xiên nằm giữa hai cánh dầm.
b: chiều rộng sờn dầm.
: hệ số xét tới cách bố trí cốt thép, = 0,85
n
i
: số thanh cốt thép trong tiết diện thẳng góc với cốt dọc có đờng
kính là d
i
(ứng với công thức a).
Các công việc kiểm tra cần tiến hành nh sau: Đối với mômen cần kiểm tra hai tiết diện
I - I và II II; Đối với lực cắt cần kiểm tra tiết diện III III và IV IV.
Sơ đồ tính ổn định và chống nứt cho dầm đợc thể hiện trên hình vẽ
Kiểm tra tiết diện I I:
Tiết diện I I có mômen tiêu chuẩn M
tc
= 101,62 tm, diện tích cốt thép
F
a
= 42,41cm
2
, cánh tay đòn của nội ngẫu lực z = 99,128cm.
5
2
101,62.10
2417,21 /
. 42,41.99,128
tc

a R cm
E


= = =
a
n
= 0,0135cm < = 0,02cm điều kiện đợc đảm bảo.
Kiểm tra tiết diện II II:
Tiết diện II II có mômen tiêu chuẩn M
tc
= 79,01 tm, diện tích cốt thép
Fa = 14,14cm
2
, cánh tay đòn của nội ngẫu lực z = 103,18cm.
5
2
79,01.10
5415,5 /
. 14,14.103,18
tc
t
M
kg cm
Fa z

= = =
F
r
= u.b = 25.(6.2,5 + 8,5) = 587,5cm

n
= 0,02cm = = 0,02cm điều kiện đợc đảm bảo.
Kiểm tra tiết diện III III:
Dựa vào biểu đồ lực cắt ta xác định đợc Q
tt
và Q
tc
tại tiết diện III III là:
Q
tt
= 47,82t và Q
tc
= 43,48 t
2
43,48
. .2700 2454,9 /
47,82
tc
t a
tc
Q
R kg cm
Q

= = =
F
r
= u.b = 25.(110 15 8,5).
2
= 3058,24cm

2
= 9,05 cm
2
3058,24
121,49
. . .cos . .sin 8,2 7,92 9,05
r
r
x x d d i i
F
R cm
n d n d n d

= = =
+ + + +

2
6
2454,9
3,0. . . 3,0. .0,5. 121,49 0,019
2,1.10
t
n r
t
a R cm
E


= = =
a

2
. 2.2,5 5
x x
n d cm= =

Để tính n
d
*d
d
*cos ta phải tính số lợng cốt đai trên chiều dài u,
90,1
4,5
20
d
n = =
để an toàn ta lấy số lợng cốt đai do tiết diện xiên cắt là 7.
n
d
.d
d
.cos = 2.7.0,8.
2
2
= 7,92cm
Sinh viên : Lờ Trng Phỳc
Lớp : XDD51-ĐC1 19
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
n
i
.d


= = =
a
n
= 0,0185cm < = 0,02cm điều kiện đợc đảm bảo.
Chơng V : Tính toán mố trụ cầu
Tớnh tr
1.1.2.1 Ti trng tỏc dng lờn tr
5000
4400
9700/2
900
100
500
2240
1240
500
500
4400
800100
100
100
500
200
9900/2
20:1
20:1
1000
1470
a) Trng lng thõn tr (tớnh thiờn v an ton)

*w +p
i
*y
i
*n
h
*(1+à) =1.4*0.4*8+12(1+0.84+0.24)*1.4*1.24=41.3 t
d) Hot ti ca on xe HK80
Q
2
=n
h
(1+à)p
ht
*w=1.1*1.1*12*4.38=73.7132t
Vy tng ti trng tỏc dng lờn tr ln nht l :
G=G
bt
+G
nh
+Q
2
=130.93+88.11+73.7132=290.78 t
2. Ct thộp trong tr c b trớ theo cu to
200
500
1
2
2


a
cng tớnh toỏn ca thộp R
a
=2700kg/cm
2
F
cb
din tớch chu nộn cc b (phm vi bn gi kờ lờn ỏ tng)
Kớch thc ca gi 20x40x40 F
cb
=0.4*0.4=0.16m
2
Sinh viên : Lờ Trng Phỳc
Lớp : XDD51-ĐC1 21
h×nh 2.14:tiÕt diÖn th©n trô
0
.4
5
5
m
5
c
m
8.9m
12a200
§å ¸n : ThiÕt kÕ cÇu bª t«ng cèt thÐp
F
1
– Diện tích phần BT nằm trong đường viền của lưới cốt thép tính đến mép
thanh cốt thép F

21
222111
=
+
=
+
δ
ll
lfnlfn
aa
Thay các giá trị đã tính toán vào công thức kiểm tra ta có
54.484 ≤ 2.396*1300*0.16+0.0122*27000*0.56=682.8 t
⇒Thoả mãn
4. Kiểm tra cường độ tiết diện BTCT chịu nén
N≤ϕ(R
bt
*F
bt
+R
a
’*F
a
’)
F
a
’- diện tích cốt thép
Tiết diện trung bình tại giữa thân nhịp
Chu vi của lưới thép là
C=2Π(0.455-0.05)+2*8.9=20.34 m
Số thanh thép là n=

t
k
ϕ
3
10.56.4
78.290
7132.73
1
11.8893.130
1
−
=
+
+
Thay vào công thức ban đầu ta có
290.78 ≤ 4.5 6*10
-3
(1300*8.75+27000*115.362*10
-4
) =53.291
Vậy đặt thêm cốt thép vào vùng BT chịu nén
5. Tính móng trụ
Ta dự định dùng móng cọc 30x30 cm
Cọc được dùng 4Φ18 chiều dài mỗi cọc 25m
Địa chất
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3
h (m)
10 10
∞
γ (T/m

l
i
)
Trong đó m=1 là hệ số điều kiện làm việc
m
k
, m
f
là hệ số làm việc của đất nền dưới mũi cọc và đất ma sát quanh cọc
Hạ cọc bằng phương pháp đóng bằng tay m
k
=m
f
= 1
F - là diện tích ngang cọc F= 0.30*0.30=0.09 m
2
R - cường độ tính toán của đất dưới mũi cọc với độ sệt I
s
= 0.34 độ sâu lớp đất
từ 25m trở xuống dưới có R = 2880 kpa =288 t/m
2
U - chu vi tiết diện ngang cọc U= 4*0.30= 1.2m
l
i
- chiều dày của lớp đất thứ i
z
1
=3 m , z
2
= 18 m, z

= =
= 107.98 t/m
2
Diện tích sơ bộ của đáy đài
F
đ
=
2
290.78
2.75
* * 107.98 1.1*2*1
tt
o
tt
tb
N
m
p N h
γ
= =
− −
N
o
tt
=290.78 t – là tải trọng tác dụng lên trụ
H= 1m - độ sâuđặt đáy đài
n =1.1-là hệ số vượt tải
γ
tb
=2 t/m

Sinh viªn : Lê Trọng Phúc
Líp : XDD51-§C1 23
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
470
1000 2250 2250 2250 2250
11000
10000
4701300
1000
4701300470
1000
30001800
25000
sơ đồ bố trí cọc trên mặt bằng
II. Tớnh m
Chn kt cu m ch U ct bờ tụng ct thộp, nhp tớnh toỏn l 9m. M gm
múng cc, x m t trờn chỳng cú mt ct ch T, phn tng sau v tng cỏnh nh
liờn kt m vi nn ng p. Chiu rng ỏy m(B) l 9.9m, m m 9.4m. Tt c
cỏc kt cu ca m c thit k bng bờ tụng mỏc 300 v ct thộp nhúm AII.
Cỏc h s vt ti ca trng lng bn thõn m l n = 1.1 v 0.9
Cỏc h s vt ti ca ỏp lc do trng lng nn ng t n = 1.2 v 0.9
tớnh toỏn ta ly: trng lng th tớch thõn m
tc
= 2.5t/m
3
, ca nn t p

tc
= 1.8t/m
3

4.móng
5.tƯờng cánh
6.đá kê gối
7.ta luy khối nón
1670
9900
250
500
250
1.500
1000
1000 1500
2050
250
500250
Đồ án : Thiết kế cầu bê tông cốt thép
T hp ti trng th nht: Hot ti t trờn kt cu nhp, lc hóm tỏc dng v
phớa m, ỏp lc t y ra phớa sụng nh nht (h s siờu ti ca t n

=09,
tt
=
tc
+
5
o
= 35 + 5 = 40
o
).
T hp ti trng th hai: Hot ti

truyn t kt cu nhp lờn m.
ỏp lc tiờu chun do trng lng kt cu
nhp P
tc
= 33.756 t
ỏp lc tớnh toỏn
P
tt
= n*P
tc
= 0.9*33.75 = 30.375t
n: h s vt ti nh hn 1 tớnh m b y v phớa nn ng p vi t hp
ti trng b sung.
ỏp lc do t hai dóy ụ tụ H30 lờn kt cu nhp v ngi i trờn l:
Tr s tiờu chun:
[ ]
2
*)1(**2
tt
ngtd
tc
h
l
PPP
+=
à
P
td
: ti trng tng ng ca on xe H18 i vi phn lc gi
Khi cú nhp tớnh toỏn l 9m thỡ P