ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP CẦU
BTDUL GIẢN ĐƠN ĐƯỜNG Ô TÔ
Mục lục
Phần 1: Nội dung thuyết minh
1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ
1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu
1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.
2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1)
3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6)
3.1 Đối với dầm giữa
3.2 Đối với dầm biên
4. Tính toán bản mặt cầu
4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu
4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải
4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ
4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu
4.5 Tính toán cốt thép chiu lực
5. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải
5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ
5.2 Các hệ số cho tĩnh tải
p
(Bảng A.3.4.1-2)
5.3 Xác định nội lực
6. Nội lực dầm chủ do hoạt tải
6.1. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn
6.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng ngời đi bộ
6.3 Xác định nội lực.
7. Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ
7.1 Thép
7.2 Bêtông

cốt thép f1
I. Nội dung thiết kế:
- Thiết kế kết cấu nhịp cầu BTDUL giản đơn đờng ô tô.
Các số liệu thiết kế:
- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05
- Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93, Tải trọng ngời đi bộ 300 Kg/m
2
.
- Chiều dài nhịp: 33m
- Khổ đờng ô tô: 9 m
- Chiều rộng vỉa hè: 1.5 m
- Dự ứng lực căng sau.
- Loại cốt thép dự ứng lực: 12K15
- Mác bê tông: f
'
c
= 50 MPa
- Có dầm ngang
- Mặt cắt chữ I liên hợp bản BT
II. Thiết kế cấu tạo mặt cắt ngang cầu:
+ Chiều dài tính toán: L
tt
- L
tt
=L
toàn nhip
2a = 33 - 2
ì
0.4=32.2 m
Trong đó: a là khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối, chọn a=40 cm

min
=0.045 L
tt
=0.045
ì
32.2=1.449 m. Chọn H=1600mm
- Chiều dày sờn dầm tại mặt cắt giữa nhịp là 200mm
- Chiều cao toàn dầm: 1600mm.
- Chiều dày sờn dầm: 200mm.
- Chiều rộng bầu dầm: 600mm.
- Chiều cao bầu dầm: 180mm.
- Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 170 mm.
- Chiều rộng cánh dầm: 500mm.
- Phần gờ đỡ bản bêtông đổ trớc: 40mm (mỗi bên).
Các kích thớc khác nh hình vẽ:

Dầm ngang:
- Bố trí dầm ngang tại các vị trí: gối cầu, L/4, L/8, L/2 (5 mặt cắt)
- Số lợng dầm ngang: N
n
=(N
b
-1)
ì
7= 5
ì
7 = 35 dầm
- Chiều cao dầm ngang: H
n
=1600 -180 - 40=1380 mm=1.38 m

= 22,5 KN/m
3
- Cốt thép DƯL: 12K15
+ Mô đun đàn hồi Ep = 197000 Mpa
+ Diện tích 1 tao = 140 mm2
+ Giới hạn chảy fpu=1860 Mpa.
- Cốt thép thờng có
+ Mô đun đàn hồi Es = 200000 Mpa.
+ fu = 620 MPa, fy = 400 MPa
2. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (Theo điều 4.6.2.6.1)
2.1. Đối với dầm giữa:
- Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của
+ 1/4 chiều dài nhịp =
8.05
4
2.32
=
m=8050 mm
+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng
dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm
=12
ì
200+ max
200
500 / 2



= 2650 mm
+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau S= 2100 mm.

Dầm biên (b
e
) 2300 mm
3. Xác định đặc đặc trng hình học mặt cắt dầm I cha liên hợp:
-
3.1. Mặt cắt tại gối:
- Chọn gốc tọa độ tại mép dới mặt cắt, các đặc trng hình học đợc tính trong bảng
sau:
+ I
x
,I
o
: mô men quán tính của mặt cắt đối với trục x qua mép dới dầm và đối
với trục trung hoà của tiết diện.
+ Y
c
: khoảng cách từ trục trung hoà của mặt cắt tới trục x.

A
i
(cm
2
) Y
x
(cm) S
x
(cm
3
) I
ox


A
i

ì
y
x
(cm
3
)
+ Mô men quán tính đối với trục trung hoà: I
d
=I
x
-A
ì
Y
2
c
(cm
4
)

Cao
(cm)
Rộng
(cm)
A
i
cm2)

3.3. Mặt cắt cách gối 0.72 H=0.72
ì
(1600+200)= 1296 mm
Trong đó H là chiều cao của mặt cắt đã qui đổi
- Tơng tự nh trên ta có bảng các đặc trng hình học mặt cắt 0.72 H nh sau:
+ Diện tích tiết diện: A=

A
i
(cm
2
)
+ Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục x đi qua đáy dầm: S=

A
i

ì
y
x
(cm
3
)
+ Mô men quán tính đối với trục trung hoà: I
d
=I
x
-A
ì
Y

6.528 8.16 53.27 141.82 7554.75 78.8 1071523.5
Sờn
126.00 30.94 3898.94 81.00 315814 5158303 30739274.5
Vút dới
10.06 11.84 119.16 21.35 2544.57 394.4 54732.9
Bỗu dầm
18.00 61.00 1098.00 9.00 9882.00 29646.0 118584.0
Tổng: 160.00
5921.37

449811.79 49286045.6
Yc=
75.96413818 cm
Io=
15116480.88 cm
4
IV. Hệ số tải trọng:
1. Hệ số làn:
- Số làn thiết kế: n
lan
=[9/3.5] =2 làn
- Hệ số làn: m
lan
=1
2. Hệ số phân bố ngang cho hoạt tải đối với mô men trong các dầm giữa:
- Tham số độ cứng dọc: K
g
=n (I
d
+A

: Mô đun đàn hồi của vật liệu bản mặt cầu
E
d
= = 33994.485Mpa
Vậy n=1.118
I
d
=1.8839.10
11
mm
4
: Mô men quán tính chống uốn của tiết diện dầm chủ ( không
tính bản mặt cầu) đối với trục trung hoà.
e
g
: Khoảng cách từ tâm của bê tông bản đến tâm của dầm chủ;
e
g
= 892,026 mm

K
g
=n (I
d
+A
ì
e
g
2
)

tt tt S
K
S S
4300 L L t
ì ì
ữ
ữ
ữ
Trong đó: S: khoảng cách giữa các dầm chủ; S=2100 mm
L
tt
=32200 mm
t
S
=200 mm
Vậy: g
mg1
=0.4186
Trờng hợp 2 làn chất tải:
g
mg2
=0.075+
0.1
0.2

6
= 0,167
3. Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men của dầm biên:
- Một làn chất tải: Dùng phơng pháp đòn bẩy, sơ đồ tính nh hình vẽ:
+ Khi xếp tải 1 làn, hệ số làn là 1.2
+ Hệ số phân bố với xe thiết kế:
g
HL1
=1.2
ì
2
1
ì
y
4
=1.2
ì
2
1
ì
50
210
=0.1428
+ Hệ số phân bố với tải trọng ngời đi:
g
PL1
=
3
1.2
B

=0.5
ì
(1.4762+0.7619)= 1.119
+ Với tải trọng làn: Thiên về an toàn, coi tải trọng làn theo phơng ngang cầu là
tải trọng tập trung:
g
Làn1
=
m3
2.1
ì
2
1
ì
y
3
ì
(S+S
k
-B4-B
3
-B
2
) =
m3
2.1
ì
2
1


/210= 0.3260
- Hai hoặc nhiều làn chất tải:
Khoảng cách từ tim dầm chủ ngoài cùng tới mép trong gờ chắn bánh:
d
e
=125-(25+150+25)= -75 cm=-750 mm
Vậy d
e
=-750 mm không nằm trong phạm vi áp dụng công thức: g
mb2
= e
ì
g
mg

Các hệ số phân bố đợc lấy nh sau:
+ g
mbHL
=g
HL1
=0.1428
+ g
mbPL
=g
PL1
=1.119
+ g
mblàn
=g
Làn1

=0.36+
2100
7600
=0.6363
- Trờng hợp 2 hoặc nhiều làn chất tải:
g
vg2
=
2
107003600
2,0






+
SS
=
2
2100 2100
0,2
7600 10700

+
ữ

=0,4378.
- Hệ số phân bố lực cắt thiết kế đối với dầm giữa:g

=g
Làn1
=0.326
6. Hệ số điều chỉnh tải trọng:
Đối với trạng thái giới hạn cờng độ:
- Hệ số dẻo
D

, đối với các bộ phận và liên kết thông thờng lấy
D

=1
- Hệ số độ d thừa
R

, đối với mức d thừa thông thờng lấy
R

=1
- Hệ số độ quan trọng
I

, đối với cầu thiết kế là quan trọng lấy
I

=1.05
Vậy hệ số điều chỉnh tải trọng:

=1
ì

+ Dầm biên
Diện tích tác dụng
A
bmb
=
2
k f
S
S h

+
ữ

=(210/2+125)
ì
20=4600 cm
2
=0.46 m
2
Trọng lợng bản mặt cầu: DC
bmb
= A
bmb
c

ì
=0.46
ì
2500=1150kg/m
2. Tĩnh tải dầm chủ:

2500
ì
(0.815325
ì
1.4+
0. 815325 0.4872
2
+
ì
0.5)= 7335.43125kg
- Đoạn còn lại:
+ Diện tích tiết diện: A=0.4872 m
2
+ Trọng lợng đoạn dầm:
DC
d
=
c
ì
A
ì
(L
tt
-2
ì
1.5)=2500
ì
0. 4872
ì
(32.2-2

: Chiều cao dầm ngang; H
n
=1.38 m
+ b
n
: Bề rộng dầm ngang; b
n
=20 cm
+ l
n
: chiều dài dầm ngang; l
n
=220 cm
+ N
n
: số lợng dầm ngang; N
n
=35
+ N
b
: số lợng dầm chủ; N
b
= 6
+ L
tt
: chiều dài tính toán của nhịp; L
tt
=32.2 m

DC

=2500x(2.1-0.38)x0.04=172 kg/m
5. Tĩnh tải lan can:
- Phần thép: DC
t
=15 kg/m
Bó vỉa cao h
B4
=0.3 m
- Phần bê tông: DC
bt
=
c
B
4
h
B4
=2500x0.25x0.3= 187.5 kg/m (tính gần đúng)
- Tổng: DC
lc
= DC
t
+ DC
bt
=15+ 187.5 = 202.5 kg/m.
- Gờ chắn: DC
gc
=
c
B
2

ti
=5 kg/m
DW= DW
lp
+ DW
ti
=345.8+5 = 350.87kg/m.
- Dầm biên:
+ Tính tung độ đờng ảnh hởng:
y
1b
=
S
B
SS
k
)
2
(
4
+
=
210 125 25
210
+
=1.4762
+ Tĩnh tải do lan can tác dụng lên dầm biên:
DC
lcb
= DC

=0
+ DW
g
= DW = 350.87kg/m
7. Tổng cộng tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc chủ:
- Dầm giữa:
+ Cha liên hợp: DC
dc
=1300.03 kg/m
+ Giai đoạn khai thác:
DC
g
=DC
dc
+DC
bmg
+DC
dn
+DC
lcg
+DC
vk
=1300.03+1050+275 +0+172
= 2797.03125 kg/m
DW
g
= DW = 350.87kg/m
- Dầm biên:
+ Giai đoạn cha liên hợp: DC
dc

VI. Tính toán nội lực:
Mặt cắt đặc tr ng:
+ Mặt cắt gối: x=0
+ Mặt cắt cách gối x=0.72h=0.72x(1.60+0.20)= 1.296 m ( Để tính lực cắt)
+ Mặt cắt thay đổi tiết diện: x=1.5 m
+ Mặt cắt L/4: x=32.2/4=8.05 m
+ Mặt cắt L/2: x=32.2/2=16.1 m
1. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải
- Tải trọng tác dụng nên dầm chủ
+ Tĩnh tải : Tĩnh tải giai đoạn 1 DC1và tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2+ DW)
+ Hoạt tải gồm cả lực xung kích (1+IM) : Xe HL 93, tải trọng ngời đi bộ
+ Nội lực do căng cáp ứng suất trớc. Bỏ qua các tải trọng do co ngót, từ biến,
nhiệt độ, lún, gió, động đất.
- Để xác định nội lực, ta vẽ đờng ảnh hởng cho các mặt cắt cần tính rồi xếp tĩnh tải
lên đờng ảnh hởng. Nội lực đợc xác định theo công thức:
+ Mômen: M
u
= .
p
..g
+ Lực cắt: V
u
= .g(
p
.
+

p
.
-

Bảng tính:
x(m)


(m
2
) DC
dc
(KN/m) M
DC
dc
(KN.m)
0 0 13.0003125 0
1.296 20.025792 13.0003125 260.3415541
1.5 23.025 13.0003125 299.3321953
8.05 97.20375 13.0003125 1263.679126
16.1 129.605 13.0003125 1684.905502
+ Giai đoạn khai thác: Mặt cắt đã liên hợp
M
DCb
=DC
b
.g.


M
DWb
=DW
b
.g.

(KN.m)
M
DWb
(KN.m)
0 0.000 32.783 3.015 0 0
1.296 20.026 32.783 3.015 656.498 60.370
1.5 23.025 32.783 3.015 754.820 69.411
8.05 97.204 32.783 3.015 3186.595 293.030
16.1 129.605 32.783 3.015 4248.793 390.707
- Mô men tác dụng lên dầm giữa do tĩnh tải:
+ Giai đoạn cha liên hợp: Giống dầm biên giai đoạn cha liên hợp
+ Giai đoạn khai thác:
M
DCg
=DC
g
.g.


M
DWg
=DW
b
.g.


Bảng tính:
X
(m)


V
ω
Trong ®ã:
V
ω
: DiÖn tÝch ®êng ¶nh hëng lùc c¾t
B¶ng tÝnh:
x(m)
v
ω
+
(m
2
)
v
ω
−
(m
2
)
V
ω
(m
2
)
DC
dc
(KN/m) V
DCdc
(KN.m)

)
DC
b
(KN/m)
DW
b
(KN/m)
V
DCb
(KN.m)
V
DWb
(KN.m)
0 16.100 0.000 16.100 32.783 3.015 527.800406 48.53506
1.296 14.830 0.026 14.804 32.783 3.015 485.314 44.628
1.5 14.635 0.035 14.600 32.783 3.015 478.626 44.013
8.05 9.056 1.006 8.050 32.783 3.015 263.900 24.268
16.1 4.025 4.025 0.000 32.783 3.015 0.000 0.000
- Lực cắt của dầm giữa do tĩnh tải:
+ Giai đoạn cha liên hợp: Tơng tự cho kết quả giống dầm biên
+ Giai đoạn khai thác:
Bảng tính:
x(m)
v

+
(m
2
)
v

a. 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(1.6+0.2)= 1.269 m ( Để tính lực cắt)
+ Mặt cắt thay đổi tiết diện: x=1.5 m
+ Mặt cắt L/4: x=32.2/4=8.05 m
+ Mặt cắt L/2: x=32.2/2=16.1 m
- Khi đó xét 3 trờng hợp xếp tải bất lợi nhất sau:
Trờng hợp 1:
+ Công thức tính:
M
truck
= 145.y
M1
+145y
M2
+35.y
M3
(kN)
M
tandem
= y
M4
.110+y
M5
.110 (kN)
M
xetk
=max(M
truck

1.500 1.430 1.230 1.030 421.724 1.430 1.374 308.478 421.724
8.050 6.038 4.963 3.888 1731.063 6.038 5.738 1295.250 1731.063
16.100 8.050 5.900 3.750 2154.000 8.050 7.450 1705.0 2154.000
Trờng hợp 2:
+ Công thức tính:
M
truck
= y
M1
.145+y
M2
.145+y
M3
.35 (kN)
M
tandem
= y
M4
.110+y
M5
.110 (kN)
M
xetk
=max(M
truck
,M
tandem
)
Trong đó: y
M

8.050 4.96 6.04 2.81 1693.44 5.8875 5.5875 1262.25 1693.44
16.100 5.90 8.05 5.90 2229.25 7.75 7.75 1705 2229.25
Trờng hợp 3:
+ Xếp xe sao cho hợp lực của các trục xe và trục xe gần nhất cách đều tung độ
lớn nhất của đờng ảnh hởng.
Với xe tải thiết kế (truck)
35(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x)
=> x= 1,455 m
Với Tendom: x=0.6 m
+ Nội lực xe thiết kế sẽ đợc lấy bằng giá
trị lớn hơn trong các giá trị trên.
+ Công thức tính:
M
truck
= y
M1
.145+y
M2
.145+y
M3
.35 (kN)
M
tandem
= y
M4
.110+y
M5
.110 (kN)
M
xetk

145 KN 145 KN
x=1,455m
Hợp lực
0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0.00
1.296 1.10 0.55 0.00 238.62 1.20761 0.95591 237.98796 238.62
1.500 1.26 0.74 0.00 290.03 1.38819 1.14410 278.55279 290.03
8.050 5.14 5.49 2.27 1621.60 5.8125 5.8125 1278.75 1621.60
16.100 6.26 7.69 5.54 2216.52 7.6 7.9 1705 2216.52
- So sánh các giá trị tính đợc trong 3 trờng hợp trên, chọn mô men do xe thiết kế:
x Mxetk1(kNm) Mxetk2(kNm) Mxetk3(kNm) Mxetk(kNm)
0.000 0.000 0.00 0.00 0.000
1.296 367.038 335.62 238.62 367.038
1.500 421.724 385.69 290.03 421.724
8.050 1731.063 1693.44 1621.60 1731.063
16.10 2154.000 2229.25 2216.52 2229.250
- 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:
x(m)
M

(m2)

(m2)
B3(m) PL(kN/m
2
) M
PLx
(KN.m)
0.000 0 1.5 3 0
1.296 20.025792 1.5 3 90.116064
1.500 23.025 1.5 3 103.6125
8.050 97.20375 1.5 3 437.416875
16.10 129.605 1.5 3 583.2225
- Tổ hợp mô men do hoạt tải:
+ Dầm biên: IM=25%
M
LLb
=g
mbHL
(1+IM)M
xetk
+g
mblàn
.M
lanx
+g
mbPL
.M
PLx
Bảng tính:
+ IM = 0.25
+ G

+ g
mg
= 0.5860
+ G
vbPL
=g
PL2
=0.167
M
LLg
=g
mg
(1+IM)M
xetk
+g
mg
M
lanx
+ g
PL2
.M
PL
Bảng tính:
x(m) M
xetk
(kNm) M
lanx
(kNm) M
PLx
(kNm) M

Bảng tính:
X
(m)
yV1
(m)
yV2
(m)
yV3
(m)
yV4
(m)
yV5
(m)
Vtruck
(kNm)
Vtandem
(kNm)
Vxetk
(kNm)
0.000 1.000 0.866 0.733 0.963 1.000 296.289 215.901 296.289
1.296 0.960 0.826 0.693 0.922 0.960 283.208 207.046 283.208
1.500 0.953 0.820 0.686 0.916 0.953 281.149 205.652 281.149
8.050 0.750 0.616 0.483 0.713 0.750 215.039 160.901 215.039
16.100 0.500 0.366 0.233 0.463 0.500 133.789 105.901 133.789
- Lực cắt gây ra do tải trọng làn: Trờng hợp bất lợi với các mặt cắt trong khoảng từ
gối tới Ltt/2, chỉ đặt tải trên đờng ảnh hởng dơng.
V
lanx
=q
lan.

PLx
=PL.B
3
.
Vd

(kN)
Bảng tính:
x(m)
Vd

(m
2
)
PL(kN/m
2
) B
3
(m) V
PLx
(kN)
0.000 16.100 3 1.5 72.45
1.296 14.830 3 1.5
66.735364
47
1.500 14.635 3 1.5
65.857220
5
8.050 9.056 3 1.5 40.753125
16.100 4.025 3 1.5 18.1125

0.000 296.289 149.73 72.45
182.76395
43
1.296 283.208 137.9197532
66.735364
47
170.18478
61
1.500 281.149 136.1049224
65.857220
5
168.24306
19
8.050 215.039 84.223125 40.753125
111.439904
3
16.100 133.789 37.4325 18.1125
56.350404
35
+ Dầm giữa: IM = 0.25
gvg = 0.6363; gvgPL = 0.167
V
LLg
=g
vg
(1+IM)V
xetk
+g
vg
V

chuẩn, và không xét tới ảnh hởng của gió .
- Mô men: M
uCD1g
=

(1.75 M
LLg
+1.25M
DCg
+1.5M
DWg
)
- Lực cắt: V
uCD1g
=

(1.75 V
LLg
+1.25V
DCg
+1.5V
DWg
)
Trạng thái giới hạn cờng độ II:
- Mô men: M
uCD2g
=

(0 M
LLg

=

(1.35 V
LLg
+1.25V
DCg
+1.5V
DWg
)
Trạng thái giới hạn sử dụng: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc khai thác bình thờng
của công trình cầu.
- Mô men: M
uSDlg
=

(1
ì
M
LLg
+1
ì
M
DCg
+1
ì
M
DWg
)
- Lực cắt: V
uSDlg


(1.75 V
LLg
+1.25V
DCg
+1.5V
DWg
)
b. Dầm biên:
Trạng thái giới hạn cờng độ I: Tổ hợp tải trọng có liên quan đến việc sử dụng xe tiêu
chuẩn, và không xét tới ảnh hởng của gió (vận tốc gió <25m/s).
- Mô men: M
uCD1b
=

(1.75 M
LLb
+1.25M
DCb
+1.5M
DWb
)
- Lực cắt: V
uCD1b
=

(1.75 V
LLb
+1.25V
DCb


(1.35 M
LLb
+1.25M
DCb
+1.5M
DWb
)
- Lực cắt: V
uCD3b
=

(1.35 V
LLb
+1.25V
DCb
+1.5V
DWb
)
Trạng thái giới hạn sử dụng: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc khai thác bình thờng
của công trình cầu.