§å ¸n tèt nghiÖp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ KĨ THUẬT
CẦU DÀN THÉP
Hµ M¹nh Cêng 42 c®2 §HXD Trang 76
Đồ án tốt nghiệp
Chơng I : thiết kế lan can bộ hành
Chọn kích thớc lan can bộ hành :
50
200
15
13 13
5
20 25 70
120
R126
70
142
25
20
15
22
25
5
15 15
12
9
14
ống thép

110mm,

M
tb
= M
t
+ M
h
= 0,018 + 0,076 = 0,094 (Tm)
Ta thấy nội lực quá nhỏ so với cờng độ của thép nên ta không cần tính toán mà chỉ cần
chọn ống thép theo cấu tạo.
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 77
Đồ án tốt nghiệp
Chơng II : thiết kế bản mặt cầu
I. Nguyên lí tính toán bản mặt cầu :
Bản mặt cầu đợc cấu tạo liền khối với sờn dầm không bố trí bản chắn ngang nên chỉ tồn tại
liên kết theo phơng dọc cầu với sờn dầm
Ta tơng ứng có hai sơ đồ tính toán nh sau :
- Bản kê hai cạnh làm việc theo chiều thẳng góc với chiều xe chạy
- Bản mút thừa
Tính toán nội lực :
Nội lực tính toán cho 1m rộng bản theo chiều xe chạy để xác định :
- Nội lực trong bản mút thừa
- Nội lực tại ngàm và giữa bản kê hai cạnh
- Tại tiết diện ngàm : M
ng
= . M
o
- Tại tiết diện giữa nhịp : M
1/2
= . M
o

2
120
50 150
50 70
22
25
30
25
800
2% 2%
1260
65
5
0
100
51.12
100 170
25
30
50150
20
120
50 7022
25
15
65
170
51.12
100
5

= 0,12. 2,3. 1,5 = 0,414 (T/m)
- Trọng lợng của lan can + đá vỉa gờ chắn bánh:
đợc tính toán nh tải trọng tập trung có trị số nh sau (n
t
= 1,1) :
Tải trọng lan can : (hệ số vợt tải 1,1)
Trọng lợng phần bêtông của lan can:
P
btlc
tc

= 2,5. (0,15. 0,22. 1+ 0,5. 0,3. 1 +
2
15,0).25.005,0( +
+ 0,05. 0,25) = 0,545 (T)
P
btlc
tt
= 1,1. 0,545 = 0,5995 (T)
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 79
Đồ án tốt nghiệp
Trọng lợng phần thép của lan can :
P
thlc
tc
= [0,13. 0, 006. 1,46 + 0,0424. 0,006 + 3,14. (0,055
2
0,0505
2
) + 3,14.(0,045

= 2,5. 0,3. 0,4. 1 = 0,3 (T)
P
g
tt

= 2,5. 0,3. 0,4. 1. 1,1 = 0,33 (T)
- Trọng lợng phân bố (nt =1,1) của bản mặt cầu ở phần cánh hẫng :
g
1
tc
=
2
25,065,0 +
. 1. 2,5= 1,125 (T/m) => g
1
tt
= 1,2375 (T/m)
g
2
tc
=
2
2,025,0 +
. 1. 2,5= 0,5625 (T/m) => g
2
tt
= 0,61875 (T/m)
Hoạt tải :
- Hoạt tải ngời đi bộ phân bố đều (n
h

1
= b
2
+ 2.H = 0,6 + 2. 0,12 = 0,84 m
a= a
1
+ 2.b
a
= 0,44 + 2. 0,16 = 0,76 m
b= b
1
= 0,84 m
Đồ án tốt nghiệp
30 50150
25
22
50 70
25
b2 = 60
50
b1 = 84
ba = 16
a1 = 44
4
5

4
5

a2

11
O
===
(/m)
=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản : P
1

39,9
84,0.76,0.2
12
b.a.2
P
P
1
1
===
(/m)
Nội lực tại ngàm và tại mặt cắt 1 1 đợc tính toán nh sau :
Mômen:
2
4,0
.g55,0.P55,2 P
2
55,1
1.55,1.g
2
1
gM
2
tc

tc
ng
tc
md
++
+ P
1
tc

. 0,32
2
/ 2
= (1,125. 0,5 + 0,5625. 1,55.1,775 + 0,575.2,55 + 0,3. 0,55) + 0,276. (0,08 +
+ 1,5. 1,45) + 0,3. 1,5. 1,45 + 9,39. 0,0512
= 5,497 (Tm)
2
4,0
.g.n55,0.P55,2 P
2
55,1
1.55,1.g
2
1
.gnM
2
tc
md2
tc
g
tc

45,1.5,1.Pn
tc
ngh
+
+ n
h
. (1 + à)P
1
tc

. 0,32
2
/ 2
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 81
Đồ án tốt nghiệp
= 1,1.(1,125. 0,5 + 0,5625. 1,55.1,775 + 0,575.2,55 + 0,3. 0,55) + 1,5. 0,276.
.(0,08 + 1,5. 1,45) + 1,4. 0,3. 1,5. 1,45 + 1,4. 1,3. 9,39. 0,0512
= 6,84 (Tm)
2
2,1
.P
2
2,1
.g55,1.P
2
55,1
.gM
2
tc
ng

2
tt
ng
2
tt
md
tt
lc
2
tt
2
tt
11
++






+=

= 1,1.(0,5625. 1,20125 + 0,575. 1,55) +1,5. 0,276. 0,72 + 1,4. 0,3. 0,72
= 2,32 (Tm)
Lực cắt :
Q
ng
tc
= g
1

mc
tc
.1,2 + P
ng
tc
.1,2 + P
lc

= 0,5625. 1,55 + 0,276.1,2 + 0,3. 1,2 + 0,575
= 2,14 (T)
Q
ng
tt
= 2,53 (T)
3- Xác định nội lực do tĩnh tải và xe nặng HK80
Với hoạt tải HK80 có : a
2
= 0,2m ; b
2
=0,8 m ; P = 20 T
Diện tích truyền áp lực lên bản
Diện tích làm việc của bản
=> Cờng độ phân bố của tải trọng tập trung bánh xe (P/2) trên diện đặt tải : Po
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 82
a
1
= a
2
+ 2.H= 0,44 m
b

1
1
===
(T/m)
Sơ đồ chất tải lên phần bản tính toán nh hình vẽ sau:
25
a = 71
g
md
a1 = 44
P
1
g
2
g
1
P
g
g
md
P
lc
100
ba = 13.5
25
30
b2 = 80
40
b1 = 104
65

2
tc
md
tc
g
tc
lc
tc
2
2
tc
1
tc
ng
++






++






++=


1
tt
ng
1
+






++






++=
+

45,1.5,1.g.n
tc
md2
+
+ n
h
. (1 + à)P
1
tc





+=
−
= 0,5625. 1,20125 + 0,575. 1,55 + 0,276. 0,72 = 1,766 (Tm)
2
2,1
.g55,1.P
2
55,1
.gM
2
tt
md
tt
lc
2
tt
2
tt
11
+







ng
tt
= 7,97 (T)
Q
1-1
tc
= g
2
tc
. 1,55 + g
mc
tc
.1,2 + P
lc

= 0,5625. 1,55 + 0,276.1,2 + 0,575
= 1,78 (T)
Q
1-1
tt
= 2,09 (T)
B¶ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n néi lùc nh sau:
T¶i träng M
tc
M
tt
Q
tc
Q
tt

25
65
25
150 50
100 417.75 100
1- Xác định tải trọng tính toán
Tĩnh tải :
Tĩnh tải các lớp mặt đờng (Hệ số vợt tải 1,5)
Lớp xi măng tạo độ dốc 2% dầy 2cm có = 2,3 T/m
3
Lớp bảo vệ dày 4 cm có = 2,5 T/m
3
Lớp phòng nớc 1cm có = 1,5 T/m
3
Lớp bêtông nhựa dày 5cm có = 2,3 T/m
Lấy chiều dày lớp mặt đờng là 12cm, trọng lợng phân bố có giá trị :

tc
md
g

= 0,12. 2,3. 1 = 0,276 (T/m)

tt
md
g
= 0,12. 2,3. 1,5 = 0,414 (T/m)
Trọng lợng bản thân bản mặt cầu : (Hệ số vợt tải 1,1)
- Trọng lợng phân bố của bản mặt cầu trong đoạn có chiều dầy không thay đổi 25cm :
g

K.MM
2/l
0
tt
=
a- Xác định mômen giữa nhịp dầm đơn giản do tĩnh tải và đoàn xe H30 :
Với xe H30 ta có a
2
= 0,2m ; b
2
= 0,6m ; P = 12 T
Trờng hợp 1: Xếp 2 xe, có một bánh xe đặt đúng giữa nhịp nh hình vẽ :
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 86
Đồ án tốt nghiệp
100418155
65
100 100 100
65
155
b2=60
b1 = 84
b2=60
25
12
618
b2=60 b2=60
190 c=110 190 100
b1 b = b1+c b1
a1 = 44
g

/3 và a không nhỏ hơn 2l
b
/3 nên a =
0,44 + 6,18/3 = 2,5 m => a< 2l
b
/3 = 4,12 m nên lấy a= 4,12 m. Mặt khác ta có hai bánh
của 2 xe khác nhau đặt cạnh nhau (khoảng cách giữa chúng là c = 1,1m), diện tích truyền
lực của chúng sát nhau, và do bản có nhịp lớn nên chiều rộng làm việc của bản tơng ứng
với hai trục bánh xe trùm lên nhau (a = 4,12 m > d = 1,6m trong đó d là khoảng cách hai
trục bánh xe) nên tính gần đúng ta có diện tích tham gia làm việc của bản dới hai bánh xe
gần nhau nh sau :
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 87
a
1
= a
2
+ 2.H= 0,44 m
b
1
= b
2
+ 2.H= 0,84 m
Đồ án tốt nghiệp
=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản
163,2
94,1.86,2
12
)cb.(a
P
p

0
tt
(T.m) 11,82 1,98 3,56 17,36
M
0
tc
(T.m) 6,54 1,32 3,23 11.09
Trờng hợp 2: Hai xe đặt đối xứng qua tim mặt cắt ngang cầu :
Sơ đồ tính toán và chất tải xem nh hình vẽ sau :
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 88
a= 0,5. (a
1
+ l
b
/3+ 1,6) = 2,05 m
Ta thấy a< l
b
/3+ 1,6/2 =2,86 m => Lấy a= 2,86 m
b = b
1
+ c= 1,94 m
a= 2,86 m
b = b
1
= 0,84 m
Đồ án tốt nghiệp
190c=110190
b2=60b2=60b2=60 b2=60
Đ.a.h M1/2
100

0.53
0.5
a = 286
- Diện tích đặt tải cũng nh giá trị của hoạt tải phân bố đợc tính toán hoàn toàn t-
ơng tự nh trờng hợp 1 nên ta có : Từ đó xác định bằng SAP2000 đợc mômen giữa nhịp dầm giản đơn nh trong bảng sau:
Tải trọng Xe H30 Lớp phủ Trọng lợng bản
Tổng
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 89
P
1
= 2,497 T/m
P
2
= 2,163 T/m
a

= 2,86 m
b
1
= 0,84 m
a

= 2,86 m
b = 1,94 m
Đồ án tốt nghiệp
mặt cầu
M

0.5
0.395
100
618
100155 100
65
418
25
a1 = 44
b1
100
65
270
155
b2 = 80
b1 = 104
b2 = 80
b1
a1 = 44
120
P
256.88 104 166 90.88
- Diện tích truyền áp lực lên bản
- Diện tích làm việc của bản
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 90
a
1
= a
2
+ 2.H= 0,44 m

tt
(Tm) 14,8 1,98 3,56 20,34
M
0
tc
(Tm) 13,46 1,32 3,23 18,01
Trờng hợp 2 : Xếp 2 bánh xe đối xứng qua tim mặt cắt ngang theo sơ đồ :
b1
270
b1 = 104
418
618
12
155
g
2
P
120
100100
65
a1 = 44
25
b2 = 80
g
md
g
1
g
2
P

b = b
1
= 1,04 m
Đồ án tốt nghiệp
- Diện tích làm việc của bản
=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản :
013,8
04,1.2,1.2
20
b.a.2
P
p
1
===
(T/m)
Từ đó xác định đợc mômen giữa nhịp dầm giản đơn nh trong bảng sau :
Tải trọng HK80
Lớp phủ
mặt cầu
Trọng lợng bản
Tổng
M
0
tt
(Tm) 15,95 1,98 3,56 21,48
M
0
tc
(Tm) 14,5 1,32 3,23 19,05
=> Theo kết quả tính toán ở 2 phần a, b ta thấy rằng mômen do tải trọng HK80 đứng tại

g
tc
= - 0,8. 19,05 = -15,24 Tm
Tại giữa nhịp bản M
l/2
tt
= 0,5. 21,48 = 10,74 Tm
M
l/2
tc
= 0,5. 19,05 = 9,525 Tm
3 - Xác định lực cắt :
Nguyên tắc :
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 92
Đồ án tốt nghiệp
Bản đợc tính toán nh dầm đơn giản kê trên 2 gối tại vị trí cạnh sờn dầm, nhịp tính toán
l
b
= 6,18 m. Ta xác định lực cắt do tải trọng tính toán gây ra (kể cả hệ số vợt tải và hệ số
xung kích) cho các tiết diện đầu và cuối vút. Để xác định lực cắt ta sử dụng đờng ảnh h-
ởng, xếp xe vào các vị trí bất lợi nhất sao cho đầu cạnh dài b
1
do tải trọng truyền xuống
trùng với tiết diện cần tính toán lực cắt, tung độ đờng ảnh hởng lấy ứng với điểm giữa của
đoạn b
1
, và lực cắt đợc xác định theo công thức :

à++=
x

=1,5 ; n
bt
=1,1
- n
h
: Hệ số vợt tải của hoạt tải : Xe H30 n
h
= 1,4 ; Xe HK80 n
h
= 1,1
- (1 + à) : Hệ số xung kích của hoạt tải (1 + à) = 1,291 ứng với = 6,18m với xe
H30, với xe HK80 (1 + à) = 1
Ta có :
Đối với xe H30 :
a
0
= a
1
= 0,44m => a
o
<l
b
/3 = 2,06 m => Lấy a
o
= 2,06 m
a = 2,86 m
b
1
= 0,84 m
Đối với xe HK80 :

1
0.167
0.833
0.765
0.46
0.283
0.022
0.479
0.916
1
0.315
0.749
0.833
0.167
Xếp xe HK80
Xếp xe HK80
270
104100 104
104
270
104
148
28
190 110
142
84100 84 84 84
8484 84 84
110
42
190

= 0,916 ; y
x2
= 0,479
a
x1
= a
x2
= 1,2 ; n
h
= 1,1
=> Q
1-1
tt
= (1,1. 0,7868 + 1,5. 0,276).(6,18/2 - 0) +1,1.1.
2
20
. (
2,1
479,0
2,1
916,0
+
)
= 16,74 (T)
Tại tiết diện 2-2 ta có :
x
o
= 1m , (1+à) = 1 ; y
x1
= 0,749 ; y

x2
= 0,624 ; y
x3
= 0,446 ; y
x4
= 0,139
a
x1
= a
x2
= a
x3
= a
x4
= 2,86 m ; n
h
= 1,4
=> Q
1-1
tt
= (1,1. 0,7868 + 1,5. 0,276).(6,18/2 - 0) +1,4.1,291.
2
12
. (
86,2
624,0
86,2
932,0
+
+

= 1,4
=> Q
2-2
tt
= (1,1. 0,7868 + 1,5. 0,276).(6,18/2 - 1) +1,4.1,291.
2
12
. (
86,2
46,0
86,2
765,0
+
+
+
86,2
022,0
86,2
238,0
+
)
= 8,305 (T)
=> Ta có bảng kết quả tính toán nh sau :
Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 95
Đồ án tốt nghiệp
Bảng kết quả tính toán lực cắt tại tiết diện 1-1 và tiết diện 2-2
Tải trọng Q
1-1
tt
(T) Q

tt
(Tm)
M
l/2
tc
(Tm)
M
1-1
tt
(Tm)
Q
1-1
tt

(T)
Q
ng
tt

(T)
Q
2-2
tt

(T)
Trị số -17,184 -15,24 10,74 9,525 2,32 2,53 16,74 12,43
1 - Tính toán và bố trí cốt thép :
- Vật liệu chế tạo: Bêtông mác 500 có R
u
= 285 kg/cm

=
b.R
M.2
hh.b.
R
R
'F
u
tt
g
2
00
t
u
t
89,11
100.285
10.184,17.2
7,607,60.100.
2400
285
'F
5
2
t
=





b.R
M.2
hh.b.
R
R
F
u
tt
2/l
2
00
t
u
t
66,22
100.285
10.74,10.2
7,207,20.100.
2400
285
F
5
2
t
=







100.285
06,12.2400
b.R
'F.R
x
u
tt
==
= 1,015 <

.h

= 0,52. 60,7 = 31,564
Với
o
là hệ số phụ thuộc vào mác bêtông và nhóm cốt thép nên tra bảng ta đợc

o
= 0,52
Điều kiện kiểm tra theo mômen sẽ là
M
gh
= R
u
.b.x.(h
o
- x/2) = 285.100.1,015.(60,7 1,015/2 ) = 1741218 (kg.cm)
=> M
gh


= 14,07 cm
2
- Chiều cao làm việc : h
0
= 25- 4,3= 20,7 (cm)
Chiều cao vùng nén :

17,1
100.285
)07,1499,27.(2400
b.R
)'FF.(R
x
u
ttt
=

=

=
< 2.a= 8,6 cm
=> Mômen giới hạn phá hoại tiết diện
M
gh
= R
t
. F
t
. (h

7,20.(185,1.100.285)
2
x
h.(x.b.RM
0ugh
===
(kg.cm)
Vậy : M
gh
=6,79 Tm > M
1-1
tt
= 2,32 Tm nên điều kiện kiểm tra thỏa mãn !
=> Kiểm tra điều kiện chịu cắt :
Khả năng chịu cắt của bê tông
R
o
k
.b.h
0
= 18.100. 20,7 = 37260 (kg) > Q
tt
= 2530 (kg)
Vậy tiết diện kiểm tra thoả mãn điều kiện chịu cắt mà không cần phải tính toán bố trí cốt
xiên hay cốt đai mà chỉ cần bố trí cốt đai theo cấu tạo.
d - Kiểm tra tiết diện 2-2 theo điều kiện chịu cắt:
- Nội lực kiểm tra Q
2-2
= 6,627 T
- Chiều cao làm việc của tiết diện h

Trong đó

2
= 0,5 là hệ số xét ảnh hởng của bêtông miền chịu kéo tới cốt thép
E
t
là môđun đàn hồi của cốt thép (E
t
= 2,1.10
6
(kg/cm
2
)
R
r
là bán kính bố trí cốt thép

t
là ứng suất trong cốt thép do tải trọng tiêu chuẩn gây ra
1920
)3,47,60.(07,14
10.24,15
)'ah.(F
M
5
ot
tc
t
=


= (9,6 +4,3).100= 1390 (cm
2
)
: là hệ số xét tới cách bố trí cốt thép, với cốt thép rời = 1
n
i
, d
i
: là số thanh và đờng kính tơng ứng của cốt dọc
Độ mở rộng vết nứt
)cm(02,0)cm(0153,01245,0.
10.1,2
1920
.3R.
E
.3a
6
r2
t
t
n
===

=
Nh vậy điều kiện về độ mở rộng vết nứt đợc thỏa mãn!
f- Kiểm tra độ mở rộng vết nứt tại tiết diện giữa nhịp bản
- Nội lực kiểm tra M
tc
= 9,525 (Tm)
- Độ mở rộng vết nứt đợc xác định và kiểm tra theo công thức

tc
t
=

=

=
F
r
= (6.1,8 + 4,4).100 =1520 (cm
2
)
76,76
8,1.11.1
1520
d.n.
F
R
ii
r
r
==

=

(cm)

)cm(02,0)cm(013,076,765,0.
10.1,2
62,2100