Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Mục lục
Phần I: Nội dung thuyết minh.
1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 5
1.1. Bố trí chung mặt cắt ngang cầu 5
1.2. Chọn mặt cắt ngang dầm chủ 5
2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu 6
3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu 6
3.1. Đối với dầm giữa 6
3.2. Đối với dầm biên 7
4. Tính toán bản mặt cầu 8
4.1. Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu 8
4.2. Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải 8
4.3. Xác định nội lực do hoạt tải và ngời đi bộ 15
4.4. Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu 21
4.5. Tính toán cốt thép chịu lực 22
5. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải 31
5.1. Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ 31
5.2. Các hệ số cho tĩnh tải
p
33
5.3. Xác định nội lực 33
6. Nội lực dầm chủ do hoạt tải 38
6.1. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn QT 272 - 05 39
6.2. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo QT 18 -79 42
6.3. Xác định nội lực 46
7. Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ 54
7.1. Thép 54
7.2. Bê tông. 55
Bộ Môn Cầu - Hầm
1

2
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế 1 cầu Bê tông cốt thép DƯL
1. Các số liệu cho trớc:
- Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93.
- Dầm T, có dầm ngang, chiều dài nhịp L = 28 m.
- Bề rộng phần xe chạy : 12 m
- Bề rộng lề đi bộ : 1m
- Biện pháp kéo căng cốt thép: căng sau.
- Loại cốt thép DƯL: 7K13
- Cờng độ BT của dầm chủ : 50MPa
2. Tiêu chuẩn thiết kế:
- Quy trình thiết kế : 22TCN - 272 - 05 Giao Thông Vận Tải.
- Tải trọng thiết kế: HL93
3. Vật liệu sử dụng:
- Thép DƯL: (loại 7K13)
Cờng độ quy định của thép ứng suất trớc f
pu
= 1860 Mpa
Giới hạn chảy của thép ứng suất trớc f
py
= 0,9. f
pu
=1674 Mpa
Hệ số ma sát à = 0,23
ứng suất cho phép khi kích f
pj
= 0,8. f
pu

r c
f = 0,63 f ' = 4,455 Mpa
4. Yêu cầu:
- Nội dung bản thuyết minh đầy đủ rõ ràng
- Bản vẽ thể hiện mặt chính dầm, mặt cắt ngang, bố trí cốt thép
( Bản vẽ trên giấy A1)
Bộ Môn Cầu - Hầm
4
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Phần I: Nội dung thuyết minh.
1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ.
1.1. Bố trí chung mặt cắt ngang cầu.
Tổng chiều dài toàn dầm là 28m, để hai đầu dầm mỗi bên 0,3m để kê gối.
Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 27,4m.
Cầu gồm 6 dầm có mặt cắt chữ T chế tạo bằng bêtông có f
c
= 50Mpa. Lớp
phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,4cm,, lớp bêtông
Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng
cách kê cao các gối cầu.
Khoảng cách giữa các dầm chủ S =2200 mm
Giữa phần xe chạy và lề ngời đi phân cách bằng giải phân cách mềm
Mặt cắt ngang cầu
1,5% 1,5%
- lớp bêtông áp phan hạt mịn 7cm
- lớp phòng nuớc 4cm
1000 250 250 10006000 6000
14500
400
1150 2200 2200 2200 2200 2200 2200 1150

200
Mặt Cắt L/2
Mặt ct dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sờn dầm)
2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu: (A2.5.2.6.3-1)
Yêu cầu: h
min
=0,045.L Trong đó ta có:
L: Chiều dài nhịp tính toán L=27400 mm
h
min
: Chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu,
suy ra: h
min
= 0,045.L = 0,045.27400 = 1233 mm < h=1600mm


Thỏa mãn.
3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6)
3.1 Đối với dầm giữa:
Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của
+ 1/4 chiều dài nhịp (=
27400
6850
4
=
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
=12x200 + max


2/200
=1650 mm
+ Bề rộng phần hẫng ( =1150 mm)

b
e
= 1100 + 1150= 2250 mm
Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu

Dầm giữa (b
i
) 2200 mm
Dầm biên (b
e
) 2250 mm
4. Tính toán bản mặt cầu.
Bộ Môn Cầu - Hầm
7
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
11502200220022002200220022001150
400
14500
a b c d e f
g
4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu
áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98).
Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các
dầm chủ.
4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải
Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực

Thiết kế lớp phủ dày 74 mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ:
g
DW
= 74x1000x22,5x10
-6
= 1,665 KN/m
Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi của lan
can không đặt ở mép bản mặt cầu nhng để đơn giản tính toán và thiên về an
toàn ta coi đặt ở mép. g
DC(Lan can)
= 4,564 KN
+ Để tính nội lực cho các mặt cắt a, b, c, d, e, f,g,h ta vẽ đờng ảnh hởng của
các mặt cắt rồi xếp tải lên đơng ảnh hởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu
là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chơng trình Sap2000 để vẽ ĐAH và
từ đó tính toán nội lực tác dụng lên bản mặt cầu.
+ Công thức xác định nội lực tính toán:
M
U
= (
P
.M
DC1
+
P
M
DC2
+
P
M
DW

9
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Sơ đồ tính dạng công xon chịu uốn
( )
3
a ( )
6 6
.1150.1150
.650.650
M [ . . . .1150.10 ]
2.10 2.10
DC bmc
DW
p p p DC lancan
g
g
g


= + +
ở THGH CĐ1 :
( )
3
a
6 6
4,8.1150.1150 1,665.650.650
M 0,95[1, 25. 1,5. 1, 25.4,564.1150.10 ] -10,5031
2.10 2.10
kNm


+
P
M
DC2
+
P
M
DW
)
Trên phần Đah dơng:
Với bản mặt cầu lấy hệ số
p
= 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH
SD
Với lớp phủ lấy hệ số
p
= 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Trên phần Đah âm:
Với bản mặt cầu lấy hệ số
p
= 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH
SD
Với lớp phủ lấy hệ sô
p
= 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Sau khi giải sơ đồ bằng Sap2000 kết quả mô men M
b
trong bảng dới đây
Bảng 4.2.2
Phn ah


1.464 1.197
M


-4.483 -3.590
4.2.4 Nội lực mặt cắt Md
Sơ đồ xếp tải :
Đờng ảnh hởng Md
Bảng 4.2.4
Bộ Môn Cầu - Hầm
12
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Phần đah TTGHCĐI TTGHSD
Bn mt cu Lp ph Bn mt cu Lp ph
Dng
2.534 0.960 2.134 0.673
Âm
-1.255 -0.521 -1.057 -0.366
M
+

3.494 2.807
M


-1.776 -1.423
4.2.5 Nội lực mặt cắt M e
Đờng ảnh hởng Me


+

3.303 2.645
M


-1.790 -1.440
4.2.7Nội lực mặt cắt g
Đờng ảnh hởng Mg
Bộ Môn Cầu - Hầm
14
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Bảng 4.2.5
Phn ah
TTGHCĐI TTGHSD
Bn mt cu L p ph Bn mt cu Lp ph
Dng
0.764 0.291 0.643 0.204
Âm
-3.026 -1.259 -2.548 -0.884
M
+

1.055 0.847
M


-4.285 -3.432
Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải tại các mặt cắt (a, b, c, d, e,f,g) là:
THGH

Mô men âm M

: SW = 1220 + 0,25S =1220+0,25.2200=1770 mm
Phần hẫng: SW = 1140 + 0,833X
X =1150 -500- 300 = 350 mm
SW=1140+0,083.350 =1431,55 mm
Trong đó
X = Khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm), X=300 mm
S = Khoảng cách của trục cấu kiện đỡ
SW = Bề rộng dải tơng đơng
P = Tải trọng trục xe (N)
Tải trọng bộ hành
Theo Điều 3.6.1.5 lấy tải trọng ngời đi bộ 3x10
-3
Mpa và phải tính đồng
thời cùng hoạt tải xe thiết kế.
4.3.1 Nội lực do Truck Load
Do TruckLoad và TendomLoad có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang cầu
nh nhau(1800mm) nhng TruckLoad có trục sau(145 KN) nặng hơn
TendomLoad(110 KN) nên ta chỉ tính nội lực trong bản mặt cầu do
TruckLoad.
Vẽ đờng ảnh hởng và xếp tải
Bộ Môn Cầu - Hầm
16
ThiÕt KÕ M«n Häc CÇu Bª T«ng F1
72,5KN
72,5KN
XÕp t¶i cho ®êng ¶nh hëng ©m Mb
1800
72,5KN

cầu:
M
TruckLoad
+

.( ). 1,75.72,5.1,25.
0,95
1,87
i i i
P IM y y
SW


+
+
= =
M
TruckLoad
-

.( ). 1,75.72,5.1,25.
0,95
1,77
i i i
P IM y y
SW



+

b
1,75.72,5.1,25.(0, 445 0,080528)
M = 0,95 29,3674 KN.m
1,87

=

( )
c
1,75.72,5.1,25.(0,04699 0,169315 0,13808 0,01482)
M = 0,95 -20,9044 KN.m
1,770
+
=

( )
d
1,75.72,5.1,25.(0,384 0,066145)
M = 0,95 25,6093 KN.m
1,870

=

( )
e
1,75.72,5.1,25.( 0,123698 0,169276 0,0174 0, 0156316)
M = 0,95 -22,1265 KN.m
1,770
+ +
=

1,870
i i i
P IM y y
SW


+
+
=
M
TruckLoad
-
=

.( ). 1.72,5.1, 25.
0,95
1,770
i i i
P IM y y
SW



+
=
M
TruckLoad
hẫng
=


=

( )
c
1.72,5.1,25.(0,04699 0,169315 0,13808 0,01482)
M = 0,95 -11,9454 KN.m
1,770
+
=

( )
d
1.72,5.1,25.(0,384 0,066145)
M = 0,95 14,6339 KN.m
1,870

=

( )
e
1.72,5.1,25.( 0,123698 0,169276 0,0174 0,0156316)
M = 0,95 -12,6437 KN.m
1,770
+ +
=
( )
f
1.72,5.1,25.(0,381 0,065397)
M = 0,95 14,5302 KN.m
1,870

THGH
Mặt Cắt
a b c d e f g
Cờng độ I
-1.1091 0.1999 -1.3186 0.0991 -0.0634 0.0172 -0.0143
Sử dụng
-0.6338 0.1142 -0.7535 0.0566 -0.0363 0.0098 -0.0082
+ Tổng hợp nội lực do các ti trng tác dụng lên bản mặt cầu đợc cho
trong bảng sau dây :
Bng 4.a
THGH
Mặt Cắt
a b c d e f g
TTGHCĐ I
-30.024 33.453 -26.706 29.202 -26.578 28.748 -26.5227
TTGHSD
-19.491 20.004 -16.289 17.498 -16.200 17.185 -16.1389
Bộ Môn Cầu - Hầm
21
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Vậy nội lực để thiết kế bản mặt cầu là:
Bng 4.b
Mômen (KNm) Dơng Âm Hẫng
TTGH Cờng độ1
33.4526 -30.0243 -30.0243
TTGH Sử dụng
20.0039 -19.4906 -19.4906
4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu
+ Bê tông bản mặt cầu
f

M
r
= .M
n
: Hệ số sức kháng quy định theo Điều (A.5.5.4.2.1) ta có = 0,9.
Đối với trạng thái giới hạn cờng độ 1 (Cho BTCT thờng)
M
r
: Sức kháng uốn tính toán
M
n
: sức kháng uốn dang định
Bộ Môn Cầu - Hầm
22
Thiết Kế Môn Học Cầu Bê Tông F1
Đối với cấu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng theo hình
chữ nhật nh quy định của Điều 5.7.2.2 thì M
n
xác định Điều 5.7.3.2.3






+





a
dfA
a
dfA
a
dfaM
p

Vì không có cốt thép ứng suất trớc ,b=b
W
và coi A
s

= 0







=
2
a
dfAM
sysn
Trong đó:
A
S
= Diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm


1
= Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất qui định trong điều
(A.5.7.2.2)
h
1
= Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T(mm)
a = c
1
; chiều dày của khối ứng suất tơng đơng (mm) điều (A.5.7.2.2)
bf
fA
bf
fAfAfA
ca
c
ys
wc
ycyspsps
'
1
1
'
''
1
85.085.0
=
+
==


= 1004,8 mm
d
p
= t
s
- 25 -
2
0
d
= 200 - 60 -
2
16
= 132 (mm)
'
1
28
0,85 0,05
7
c
f


=
=
( )
50 28
0,85 0,05 0,6929 Mpa
7

=

a
-6
M =A .f .(d - ) = .420. 132 - .10 = KN.m
n s s p
2 2

ữ

.
M
r
=.M
n
=0,9.
53,6108
48,2498=
(KNm)> M
u
=
30,0243
(KN.m)

(Thoả
mãn)


Vậy mặt cắt thoả mãn về mặt cờng độ.
+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa (A.5.7.3.3.1)
Phải thoả mãn điều kiện
42.0

Phải thoả mãn
'
min 0,03
fc
fy


Trong đó
=min

Tỉ lệ giữa cốt thép chịu kéo và diện tích nguyên .
1004,8
min 0,00761
1000 132

= =
ì
' 50
0,03 0,03
420
fc
fy
=
=
0,00357
'
min 0,03
fc
fy


2
1004,8 mm
d
p
=t
s
- 25 -
2
0
d
= 200 - 25 -
16
2
= 167 ( mm).

'
1
28
0,85 0,05
7
c
f


=
=
( )
50 28
0,85 0,05 0,6929 Mpa
7