BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM
KHOA CÔNG TRÌNH
–«—

GVHD : Th.S PHẠM ĐỆ
SVTH : NGUYỄN TẤN THÀNH
LỚP : CD09LT
MSSV : 09L1110058

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2012
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH
MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN LAN CAN 4
2.1. Tính toán lan can: 4
2.1.1. Thanh lan can: ……. 4
2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên thanh lan
can:… ……………………… ……………… 4
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can: 5
2.1.1.3. Kiểm tra: 6
2.1.2. Cột lan can: 6
2.1.2.1. Kiểm tra khả năng chòu lực của cột: ………………7

4.1.1. Phần dầm thép: 33
4.1.2. Phần bản BTCT: 33
4.1.3. Chọn sơ bộ kích thước STC, LKN, Mối nối: 33
4.2. Xác đònh các đặc trưng hình học của tiết diện dầm: 34
4.2.1. Xác đònh các ĐTHH của tiết diện dầm giai đoạn 1: 34
4.2.2. Xác đònh các ĐTHH của tiết diện dầm giữa giai đoạn 2: 35
4.2.3. Xác đònh các ĐTHH của tiết diện dầm biên giai đoạn 2: 39
4.3. Xác đònh hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu: 40
4.3.1. Tính cho dầm giữa: 40
4.3.2. Tính cho dầm biên: 42
4.4. Xác đònh nội lực do hoạt tải tác dụng tại các mặt cắt: 44
4.4.1. Hoạt tải tác dụng lên cầu: 44
4.5. Nội lực do tónh tải tác dụng lên dầm chính: 53
4.5.1. Tải trọng tác dụng lên dầm chủ: 53
4.5.2. Quy tónh tải tác dụng lên dầm chính theo phương dọc cầu: 54
4.5.3. Xác đinh ĐAH và chất tónh tải: 55
4.5.4. Tổng hợp tónh tải tác dụng lên dầm chủ: 58
4.5.5. Xếp tónh tải lên ĐAH và tính nội lực: 59
4.6. Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt theo các TTGH: 63
4.6.1. TTGH CĐ1: 63
4.6.2. TTGH SD: 63
4.6.3. TTGH Mỏi: 63
4.6.4. Tổng hợp tổ hợp nội lực tại các mặt cắt: 64
4.7. Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn 1: 65
4.7.1. Kiểm toán yêu cầu cấu tạo: 65
4.7.1.1. Kiểm tra tỷ lệ cấu tạo chung: 65
4.7.1.2. Ứng suất lớn nhất ở thớ dưới: 66
4.7.1.3. Ứng suất lớn nhất ở thớ trên: 66
4.7.1.4. Kiểm tra độ mảnh bản bụng: 67
4.7.1.5. Kiểm tra yêu cầu bốc xếp: 67

4.9.4.2. Sức kháng tính toán của bulông: 102
4.9.4.3. Tính số bulông cho mối nối dầm: 102
4.9.4.4. Tính số bulông cho liên kết ngang: 105

ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ

SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 1

(1.8 2.5)
tc
B
n
S
S m
=
= ÷





{

tc
B n S
n Z
= ×
∈=
{
2250

tc
=(n –1)*S+2.S
h
với: n: Số dầm chủ; S: khoảng cách tim giữa 2 dầm chủ, S
h
:
Chiều dài cánh hẫng.
Theo kinh nghiệm: S
≈
S
h
=>
B
tc
=(n –1)*S+2.S
h
=n *S => =>

=> Chọn n= 9 => S=2000 mm

1800
( 1)
0 (9 1) 2000
100
2
2
0
tc
hc
n S

=> Chọn b
c
=300mm
- Bề dày cánh trên : t
c
= (18÷30)mm
=> Chọn t
c
=20mm
c. Kích thước cánh dưới:
- Bề rộng cánh trên: b
f
≥ b
c
=> Chọn b
f
=400mm
- Bề rộng cánh dưới: b’
f
≥ b
f
+100 =>
=> Chọn b
f
’= 500mm
- Bề dày cánh dưới : t
f
= t
f
’=(18÷30)mm

Chiều cao đoạn vút bêtông:
100 .
h
t mm
=

Góc nghiêng phần vút:
2.3. Kích thước sườn tăng cường:
- Số dầm chính : 9 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm : 2 m.
- Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 50
- Khoảng cách các sường tăng cường: 1.5 m
- Số liên kết ngang: 11 (2 dầm ngang ở đầu dầm, 9 Liên kết ngang)
- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 3 m
- Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m.
3. Phương pháp thiết kế:
- Bản mặt cầu tính theo bản hẫng và làm việc theo phương ngang cầu.
- Dầm chính: Tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng
cách - giữa các dầm 2m.
- Kiểm toán.
4. Vật liệu dùng trong thi công
- Thanh và cột lan can (phần thép):
Thép CT3
y
F 240 MPa
=5 3
s

Bêtông:
'
c
f 30 MPa
=5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×

Thép AII:
y
F 280 MPa
=5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×

0
45 .
h
t
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ


LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH2.1. TÍNH TOÁN LAN CAN:
2.1.1. Thanh lan can:
Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm và đường kính
trong d = 92 mm.
− Khoảng cách giữa các trụ lan can là: L = 2000 mm
− Khối lượng riêng thép lan can:
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×

− Thép Cacbon số hiệu CT3:
y
f = 240 MPa

Vì các trụ và thanh lan can giống nhau và tải trọng tác dụng như nhau nên ta chỉ cần
tính toán và kiểm toán cho nhòp 2000mm.
2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên Lan can:
a. Sơ đồ tính toán:


+ Hoạt tải:
+ Tónh tải:
- Lực tập trung : P = 890 N
- Tải trọng phân bố: W = 0.37 N/mm
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can:
* Theo phương y:
- Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp:

2 2
y
g
g L 0.095 2000
M 47500 N.mm
8 8
× ×
= = =

- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:

2 2
y
w
w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =

+ Tải tập trung:

= = =

* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:

[ ]
= η + γγ + γ +
 
+
 
2
2
y y y
x x
LL
DC g LL w P
w P
M . M (.M M )
M M

- Trong đó:
+
η
: là hệ số điều chỉnh tải trọng:
D I R
. .
η = η η η

Với:
η =
D

1.75
γ =
: hệ số tải trọng cho hoạt tải
[ ] [ ]
⇒ = × +
× + × ×
=
2 2
M 0.95
1.25 47500 1.75 (185000+445000) 1.75 (185000+
445000)
1521620 N.mm

2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can:
n
.M M
φ ≥

Trong đó:
+
φ

: là hệ số sức kháng:
φ
= 1
+ M : là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải ( M = 1521620 N.mm)
+ M
n
: sức kháng của tiết diện :


Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chòu lực của lực xô ngang vào
cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân.
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ

SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 7
2.1.2.1. Kiểm tra khả năng chòu lực của cột lan can:
- Kích thước:
1 2
h 650 mm; h 350 mm; h 300 mm
= = =

- Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)
+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền
vào cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N.
+ Lực tập trung: P = 890 N
=> Suy ra lực tập trung vào cột là:
= + =
P'' P' P 740 + 890 = 1630 N

* Kiểm toán tại mặt cắt A-A:

Hình 2.3. Mặt cắt A-A
- Mômen tại mặt cắt A-A:

−
= × + × = × + × =
A A 2
M P'' h P'' h 1630 650 1630 300 1548500 N.mm

Điều kiện đảm bảo khả năng chòu lực tại mặt cắt A-A khi:

12
S 233333,76 N/ mm
Y 100⇒
φ = × = × ×
6
n y
.M f S 240 233333.76 = 56 10 N.mm

- Vậy
φ = × ≥ ×
6 6
n
.M 56 10 1.5485 10 N/ mm⇒

Mặt cắt A – A đảm bảo khả năng chòu lực.
2.1.2.2. Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:
K.
140
r
≤
ℓ

Trong đó:
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu


(
)
×
×
= × + =
+ × ×
3
3
4
2
8 124
130 8
I 2 10342656 mm
66 130 8
12
12

A : diện tích tiết diện:

2
A 130 8 2 124 8 3072 mm
= × × + × =
10342656
r 58 mm
3072
⇒ = =

K. 0.75 1070
13.8 140

R 0.38 A F N
= × × ×

Trong đó:

b
A
- diện tích của bulông tương ứng với đường kính danh đònh ,
b
A
= 245
2
mmub
F
- cường độ kéo nhỏ nhất của bulông

s
N
- số lượng các mặt phẳng chòu cắt tính cho mỗi bulông , N
s
= 1
R
n
= 0.38
×
245
×

''
P
=
××
2
4
1
1630 = 815 N < R
n
= 15827 N => Thỏa mãn
* Lực kéo tác dụng lên 1 bulông :
u 1
k
2
M l
N
m li
×
=
×
∑

Trong đó:
1
l
là khoảng cách giữa 2 dãy bulông ngoài cùng,
1
l
= 100 mm
m là số bulông trên 1 dãy , m = 2

* Chiều dày bản h
b
= 100 mm
* Bề rộng lề bộ hành l
b
= 1500 mm
- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 100 = 3N/mm
- Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10
-4
= 2.5 N/mm

ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ

SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 10
Hình 2.6. Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành

2.2.2. Tính nội lực:

- Mômen tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Do tónh tải:
×
= = =
2
2

 
= + = + =
 
S DC PL
M M M 528125 633750 1161875 N.mm 2.2.3. Tính cốt thép:
- Tiết diện chòu lực b x h = 1300 mm x 100 mm
- Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông:
- Chiều cao có hiệu của mặt cắt : d
s
= h – a’ = 100 – 20 = 80 mm
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:

×
×
= − − = − − =
× × ×
φ× × ×
2 2 2
u
s s
'
c
2 M
2 1680757.81
a d d 80 80 0.71 mm
0.9 0.85 30 1300
0.85 f b

c 0.85
0.011 0.42
d 80

⇒
Thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối đa (Bài toán
thuộc trường hợp phá hoại dẻo)
- Xác đònh diện tích cốt thép:
× × ×
× × ×
= = =
'
2
c
S
y
0.85 f a b
0.85 30 0.71 1300
A 84.06 mm
f 280

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
30

c
d a' 20 mm
= =
< 50 mm
- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:

= × × = × × =
2
c c
A 2 d b 2 20 1300 52000 mm

- Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép:

= = =
2
c
A
52000
A 7428.57 mm
n 7

- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:

=
s
M 1161875 N.mm

- Khối lượng riêng của bêtông:
3
c

n 7.69
E 2994.48

- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:

 
× ×
 
= × × + −
 
×
 
 
× ×
= × × + − =
 
 
×
 
s s
s
A 2 d b
x n 1 1
b n A
549.78 2 80 1300
7.69 1 1 19.79 mm
1300 7.69 549.78

- Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:


=

- Ứng suất cho phép trong cốt thép:

= = =
× ×
sa
3
3
c
Z 23000
f 434.26 MPa
d A 20 7428.57

- So sánh:
= > × = × =
sa y
f 434.26 MPa 0.6 f 0.6 280 168 MPa
chọn
y
f 168 MPa
=

để kiểm tra:

= <
s
f 28.79 MPa 168 MPa
. Vậy thoả mãn điều kiện về nứt
2.3. BÓ VỈA:

- Trong các cầu thông thường thì lực F
v
, F
L
không gây nguy hiểm cho bó vỉa
nên việc tính toán ở đây chỉ xét lực phân bố F
T
trên chiều dài L
T
.
F
T
L
T
L
c

- Tính sức kháng của bó vỉa.
- Sức kháng của bêtông được xác đònh theo phương pháp đường chảy.
+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng:
W t
R F
≥2
c c
W b W
c t
M .L

c
c
L L H.(M M .H)
L
2 2 M
+
 
= + +
 
 

(Theo13.7.3.4-4 của 22TCN 272-5)
Trong đó:

W
R
: sức kháng của lan can

W
M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục thẳng đứng

c
M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục nằm ngang

b
M
: sức kháng của dầm đỉnh
H : chiều cao tường

:

2 2
2
s
. 3.14 14
A 5 5 769.3 mm
4 4
π φ ×
= × = × =

- Chọn a’ = 25 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép ngoài của bê tông)

= − = − =
s
d h a' 200 25 175 mm

- Xác đònh chiều cao vùng nén a:

×
×
= = =
× ×
× ×
S y
'
c
A f
769.3 280
a 8.45 mm

8.45
M A f (d ) 769.3 280 36.79 10 N.mm
175
2
2

- Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:

×
= = = ×
6
3
n
c
M
36.72 10
M 36.79 10 N.mm/mm
1000 1000

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
30
A 0.03 b.h. 0.03 1000 200 642.86 mm
f 280

. 3.14 14
A 2 2 307.72 mm
4 4
π φ ×
= × = × =

- Ta có a’= 40 mm

ds h a' 200 40 160 mm
= − = − =
- Xác đònh chiều cao vùng nén:
aS y
'
c
A f
307.72 280
a 11.26 mm
0.85 f b 0.85 30 300
×
×
= = =
× × × ×

- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:

1
a 11.26

= =
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

≥ × = × × × =
c
2
s
y
f ' 30
A 0.03 b.h. 0.03 300 200 192.82 mm
f 280

Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ

SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 16

2.3.3. Chiều dài đường chảy
c
(L ):

Chiều cao bó vỉa: H=300 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên
b
M 0
=

* Với trường hợp xe va vào giữa tường:
- Chiều dài đường chảy:

2

M .L
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
 
= × × + × +
 
× −
 2
W
2 37853.713 1583.22
R 8 0 8 12815676.38
2 1583.22 1070 300
399538.25 N
 
×
= × × + × +
 
× −
 
=

t W
F 240000 N R 399538.25 N
⇒ = < =
Thoả mãn
* Với trường hợp xe va vào đầu tường:

W b W
c T
M .L
2
R M M .H
2 L L H
 
= × + +
 
× −
 2
W
2 37853.713 1157.73
R 0 12815676.38
2 1157.73 1070 300
292162.47 N
 
×
= × + +
 
× −
 
=

= < =
t W
F 240000 N R 292162.47 N


- Bản mặt cầu làm việc theo một phương.
Cấu tạo bản mặt cầu:
− Độ dốc ngang cầu: 1.5 %
LỚP MUI LUYỆN DÀY TRUNG BÌNH 35MM
LỚP PHÒNG NƯỚC DÀY 5MM
LỚP BTN NÓNG DÀY 50MM
BẢN BTCT DÀY 200MM
LỚP BTXM BẢO VỆ DÀY 40MM

3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU
- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản Congsol và bản loại
dầm.
Hình 3.1. Sơ đồ tính bản mặt cầu
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ

SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 18


= × ×γ = × × × =
5
2 f c
DC b h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm

−
−−
− Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Lớp mui luyện:
5
1 ml
q h 35 1.8 10 1000 0.63 /
b N mm
γ
−
= × × = × × × =

+ Lớp phòng nước:
5
2 pn
q h 5 1.8 10 1000 0.09 /
b N mm
γ
−
= × × = × × × =

+ Lớp BTXM bảo vệ:
5
3 pn
q h 40 2.5 10 1000 1 /

1 1 1 c
P 1000 b h 1000 250 650 2.5 10 4062.5 N
−
= × × × γ = × × × × =

Trong đó:
b
1
= 250 mm: bề rộng của lan can phần bê tông
h
1
= 650 mm: chiều cao của lan can phần bê tông
- Trọng lượng lề bộ hành người đi: (tải này được chia đôi bó vỉa nhận một
nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa)

−
× ×γ ×
× × × ×
= = =
5
2 2 c
2
b h 1000
100 1300 2.5 10 1000
P 1625 N
2 2

- Trong lượng thanh lan can tay vòn: trên 1 nhòp có hai thanh: Ф100 dày 4
mm, dài 2000 mm.
Một thanh lan can có trọng lượng:

122.46 N

* Trọng lượng tấm thép
2
T
:
51.92 N

* Trọng lượng tấm thép
3
T
:
19.39 N

* Trọng lượng ống thép Ф90:
2.04 N

+ Trọng lượng một cột lan can:
3
P '' 122.46 51.92 19.39 2.04 195.81 N
= + + + =

∑ ∑
3
3
P ' P '' 5700 3132.96 8833 N

- Ta sẽ quy một cách gần đúng toàn bộ trọng lượng này thành lực phân bố dọc
cầu có giá trò:

+
= =
∑ ∑
3
3
tt
P ' P ''
8833
0.29 N / mm
L 30.4

Suy ra: trọng lượng lan can phần thép trên 1000 mm chiều dài bản:

= × =
3
P 0.29 1000 290 N

- Vậy trọng lượng toàn bộ lan can lề bộ hành trên 1000mm chiều dài bản mặt
cầu tác dụng lên bản hẫng:

= + + = + + =
3 1 2 3

D
0.95 :
η =
hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu
η =
I
1.05
: hệ số quan trọng
η =
R
0.95
: hệ sốù dư thừa (mức thông thường)

0.95 1 1 0.95
⇒ η = × × =

- Giá trò Mômen âm tại ngàm:

 
= η× γ × × + γ × × + γ × ×
 
 
 
2
b
DC 2 DC 3 b PL PL b
L
M DC DC L P L
2



DC
1
γ =
;
PL
1
γ =
;
0.95
η = 
= × × × + × × + × ×
 
 
=
2
s
1000
M 1 1 5 1 5921.5 1000 1 2250 1000
2
10671500 N.mm

3.4. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN KÊ HAI CẠNH:

Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhòp của bản là khoảng cách giữa hai dầm
L
2

P b h 1000 200 300 2.5 10 1000 1500 N
−
= × ×γ × = × × × × =

(b
2
= 100 mm bề dày lề bộ hành, b
4
= 200 mm chiều rộng bó vỉa, h
4
=
300 mm chiều cao bó vỉa)

⇒ = + = + =
3 2 4
DC P P 1625 1500 3125 N