ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP
1
I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP
I.1 - SỐ LIỆU TỔNG QUÁT
Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05 : “Tiêu chuẩn thiết kế cầu”.
- Chiều dài nhịp : 35 (m).
- Tải trọng thiết kế : HL93.
- Kích thước mặt cắt ngang: 10,5 (m).
0,25 + 1,5 + 3,5+3,5 + 1,5 + 0,25 (m)
- Loại hình tiết diện dầm chính : dầm Supper T căng trước.

Bố trí chung công trình
I.2 - VẬT LIỆU THIẾT KẾ
I.2.1 - Vật liệu lan can, lề bộ hành, bản mặt cầu, dầm ngang
- Bê tông:

'
30
c
f MPa
=
và
1.5 ' 1.5
0.043* * 0.043*2500 * 30 29440 ( )
c c c
E f MPa
γ
= = =
- Cốt thép AIII có
365

E f MPa
γ
= = =
- Cốt thép dọc sử dụng thép AIII có
365
y
f MPa
=
và
200000E MPa
=
.
- Thép đai dầm: Thép AII
280
y
f MPa
=
và
200000E MPa
=
.
2
- Cốt thép dự ứng lực loại đường kính tao 15,7 mm, tao 7 sợi, có độ chùng nhão thấp, ứng
suất kéo đứt là
1860
pu
f MPa
=
và môđun đàn hồi
197000

Tải phân bố trên chiều dài thanh lan can W = 0,37 N/mm và tải tập trung P = 890 N theo Điều
13.8.2.
II.2.1.2 - Nội lực trong thanh lan can
● Mômen do tải trọng bản thân gây ra tại mặt cắt chính giữa nhịp:
2 2
0,065*2060
32500 ( )
8 8
DC
x
qL
M Nmm= = =
● Mômen do hoạt tải gây ra tại mặt cắt chính giữa nhịp :
2 2
w w
wL 0,37*2060
185000 ( )
8 8
x y
M M Nmm= = = =
P P
P.L 890*2060
445000 ( )
4 4
x y
M M Nmm
= = = =
● Tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn cường độ:
Mômen tại mặt cắt chính giữa nhịp trong trạng thái giới hạn cường độ là:
w 2 w 2

→ M = 1.588.156 (Nmm)
II.2.1.3 - Khả năng chịu lực của lan can
● Mômen quán tính của tiết diện:

4 4
4 4 4
4 4
62
0,05 (1 ) 0,05*70 (1 ) 461683 ( )
70
d
I D mm
D
= − = − =

● Sức kháng uốn danh định của tiết diện:
461683
* *240 3.165.828 (Nmm)
0,5* 0,5*70
n y
I
M f
D
= = =
II.2.1.4 - Kiểm toán
Công thức kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ :
.
n
M M
φ

Mômen kiểm toán tại trạng thái giới hạn cường độ:
* 1,75*2284800
LL B B
M M
γ
−
= =
→ M = 3998400 (Nmm)
(Hệ số tải trọng với hoạt tải là
1,75
LL
γ
=
)
II.2.2.3 - Khả năng chịu lực của cột lan can
Sơ đồ tính cột lan can là dầm congxol (khi bỏ qua lực thẳng đứng dọc trục).
Mômen quán tính của tiết diện cột lan can tại mặt cắt B-B được sử dụng AutoCad 2007 tính
được kết quả là:
Area: 19203,1820
Perimeter: 1959,9849
Bounding box: X: 0,0000 400,0000
Y: 0,0000 300,0000
Centroid: X: 199,9702
Y: 149,6748
Moments of inertia: X: 520465345,0568
Y: 1279361273,6390
Product of inertia: XY: 574740922,5494
Radii of gyration: X: 164,6301
Y: 258,1131
Principal moments and X-Y directions about centroid:

Sơ đồ tính lề bộ hành
6
Tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải bản thân (DC), hoạt tải người (PL)
5
2,5*10 *1000*100 2,5( / )DC N mm
−
= =
3
3*10 *1000 3( / )PL N mm
−
= =
II.3.1.2 - Tính toán nội lực
Mô men trạng thái giới hạn cường độ:
( ) ( )
( )
2 2
. . * 1,25*2,5 1,75*3 *1300
* 1* 1769219 .
8 8
DC PL
u
DC PL L
M N mm
γ γ
η
+ +
= = =
Mô men trạng thái giới hạn sử dụng:
( ) ( )
( )

1
1,1
0,02 0,42
. 0,84*70
s s
c a
d d
β
= = = ≤
Trong đó
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7
c
f
β
= − − = − − =
( với
'
30 28
c
f MPa MPa
= ≥
)
Diện tích cốt thép thiết kế:
'

= 247 mm
2
→ chọn
( )
2
10 200 393
s
a A mm
φ
=
bố trí cho 1 m dài lề bộ hành.
7
II.3.1.4 - Kiểm tra nứt
- Công thức kiểm toán:
3
min(0,6* ; )
.
s sa y
c c
Z
f f f
A d
≤ =
Trong đó:
Z = 30000 N/mm với khí hậu ôn hòa.
f
y
= 365 MPa.
d
c

200000*393 2*70*1000
* 1 1 19,7
200000
29440*1000
*393
29440
x mm
 
 
= + − =
 
 
 
 
- Mô men quán tính chính của tiết diện quy đổi:
( ) ( )
3 3
2 2
. 1000*19,7 200000
. . *393* 70 19,7
3 3 29440
cr s s
b x
I n A d x= + − = + −
→
( )
4
12259741
cr
I mm

= 5500 mm
Dọc F
L
= 80 L
L
= 1070 mm
- Cốt thép trong bó vỉa chọn sơ bộ là
5 14
φ
trên 1 m dài bó vỉa.
8
6Ø12a200
Ø14a200
F
t
300
200
Sơ đồ tính bó vỉa
II.3.2.2 - Khả năng chịu lực
- Đối với các va xô trong một phần đoạn tường:
2
.
2
8 8 .
2
c c
w b w
c t
M L
R M M H

2
.
2
.
2
c c
w b w
c t
M L
R M M H
L L H
 
 
= + +
 ÷
 ÷
−
 
 
( )
2
2 2
b w
t t
c
c
H M M H
L L
L
M

a mm
f b
= = =
9
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7
c
f
β
= − − = − − =
( với
'
30 28
c
f MPa MPa
= ≥
)
Chọn d
s
= 150 mm.
1
11,01
0,09 0,42
. 0,84*150
s s

= =
Chiều cao vùng nén quy đổi của bê tông:
'
.
1,1304*365
16,18( )
0,85* * 0,85*30*1
s y
c
A f
a mm
f b
= = =
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7
c
f
β
= − − = − − =
( với
'
30 28
c
f MPa MPa
= ≥

2
8*300* 0 58552*300
1070 1070
1686
2 2 40573
c
L mm
+
 
= + + =
 ÷
 
( )
2
2 40573*1686
8*0 8*58552*300 456096
2*1686 1070 300
w
R N
 
 
= + + =
 ÷
 ÷
−
 
 
- Với các va chạm tại đầu tường hoặc tại mối nối :
( )
( )

w t
R F≥
(A.13.7.3.3)
→
( ) ( )
319191 240000N N
≥
→ Thỏa !
III - THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
III.1 - SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
- Bê tông bản mặt cầu: C30 có f
c
’ = 30 MPa và E
c
= 29440 MPa.
- Cốt thép AIII có F
y
= 365 MPa.
- Chiều dày bản mặt cầu t
s
= 200 mm.
III.2 - TÍNH BẢN CONGXOL
III.2.1 - Sơ đồ tính
- Sơ đồ tính bản congxol là sơ đồ dầm congxol có nhịp tính toán là L = 600 mm.
- Cắt 1000 mm dài theo phương dọc cầu để tính toán. Tiết diện tính toán là hình chữ nhật có
kích thước là b x h = 1000 x 200 (mm).
Sơ đồ tính bản congxol và tải trọng.
III.2.2 - Xác định tải trọng
- Tĩnh tải bản mặt cầu phân bố đều:
5

600
. . . *475 * * *475
2
u
DC c PL
M m P DC PL
η γ γ
 
 
= + +
 
 ÷
 
 
→
2
600
1*1,2* 1,25* 4563*475 5* 1,75*2250*475
2
u
M
 
 
= + +
 
 ÷
 
 
→
( )

 
 ÷
 
 
→
( )
4.963.410 .
u
M N mm
=
III.3 - TÍNH BẢN DẦM GIỮA
III.3.1 - Sơ đồ tính
- Sơ đồ tính bản dầm giữa là sơ đồ dầm liên tục nhưng để đơn giản trong tính toán ta sẽ với
sơ đồ dầm giản đơn sau đó kết quả nội lực sẽ được nhân với hệ số điều chỉnh cho sơ đồ liên
tục. Nhịp tính toán là L = 1400 mm.
- Cắt 1000 m dài theo phương dọc cầu để tính toán. Tiết diện tính toán là hình chữ nhật có
kích thước là b x h = 1000 x 200 (mm).
12
Sơ đồ tính bản dầm giữa.
III.3.2 - Xác định tải trọng
- Tĩnh tải lớp phủ:
5
2,3*10 *1000*100 2,3( / )DW N mm
−
= =
- Tĩnh tải bản thân bản mặt cầu:
5
2,5*10 *1000*200 5( / )DC N mm
−
= =

liên tục:
2 2
1/ 2
* * * 810 810 810
. . .(1 ). . . . .
2 8 8 2 2 2 4
u
DW DC LL
m DW S DC S S
M IM q q
η
γ γ γ
 
 
= + + + −
  ÷
 
 
13
2 2
1/ 2
1*1,2 2,3*1400 5*1400 810 89506 1400 810
. 1,5* 1,25* 1,75*(1 0,25). .
2 8 8 2 1430 2 4
u
M
 
 
= + + + −
  ÷

M
 
 
= + + −
  ÷
 
 
→
23.103.330( . )
u
goi
M N mm
=
- Mô men dương tại giữa nhịp ở TTGH sử dụng, có xét đến hệ số điều chỉnh ½ cho sơ đồ
liên tục:
2 2
1/ 2
1 * * 810 810
* * (1 ). .
2 8 8 2 2 4
n
DW S DC S S
M m IM q
 
 
= + + + −
  ÷
 
 
2 2

  ÷
 
 
2 2
2,3*1400 5*1400 810 89506 1400 810
0,7*1,2 (1,25). .
8 8 2 1570 2 4
n
goi
M
 
 
= + + −
  ÷
 
 
→
13.563.523( . )
n
goi
M N mm
=
III.4 - THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU
III.4.1 - Thiết kế cốt thép chịu mômen âm
- Mô men thiết kế thép:
23.103.330( . )
u
goi
M N mm
=

Trong đó
( )
( )
'
1
0,05 0.05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7
c
f
β
= − − = − − =
( với
'
30 28
c
f MPa MPa
= ≥
)
14
- Diện tích cốt thép thiết kế:
'
2
0,85* * *
0,85*30*6,9*1000
482( )
365
c
s
y

φ
=
bố trí cho 1 m dài bản mặt cầu theo
phương dọc cầu
Bố trí thép chịu mô men âm trong bản mặt cầu
III.4.2 - Thiết kế cốt thép chịu mômen dương
- Mô men thiết kế thép:
1/ 2
17.978.398( . )
u
M N mm
=
, tiết diện thiết kế là bxh = 1000x200 (mm).
- Chọn d
s
= 150 mm.
- Chiều cao vùng nén :
2 2
'
2. 2*17.978.398
150 150
*0,85* * 0,9*0,85*30*1000
u
s s
c
M
a d d
f b
φ
= − − = − −

- Diện tích cốt thép thiết kế:
'
2
0,85* * *
0,85*30*5,3*1000
370( )
365
c
s
y
f a b
A mm
f
= = =
- Lượng cốt thép tối thiểu:
( )
'
2
,min
30
0,03* * * 0,03*1000*100* 247
365
c
s
y
f
A b h mm
f
= = =
→ chọn lượng cốt thép bố trí:

c c
Z
f f f
A d
≤ =
Trong đó:
Z = 30000 N/mm với khí hậu ôn hòa.
f
y
= 365 MPa.
d
c
= 30 mm < 50 mm.
A
c
= (30+30)*1000/6 = 10000 (mm
2
)
→
3
30000
min(0,6*365; ) min(219;448) 219 ( )
10000*30
sa
f MPa= = =
- Với bê tông cốt thép thường sơ đồ sơ đồ ứng suất kiểm tra với sơ đồ đàn hồi nứt, chiều cao
vùng nén:
. 2. . . 2. .
. 1 1 . 1 1
. . .

. 1000*32,9 200000
. . .678. 150 32,9
3 3 29440
cr s s
b x
I n A d x= + − = + −
→
( )
4
75.029.492
cr
I mm
=
- Ứng suất trong cốt thép tại trọng tâm cốt thép là:
16
( ) ( ) ( )
13563523*1000 200000
. . * 150 32,9 * 143 219
75029492 29440
n
s
s s sa
cr c
E
M
f d x f MPa
I E
= − = − = ≤ =
- Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn.
III.5.2 - Kiểm tra nứt với mômen dương

→
3
30000
min(0,6*365; ) min(219;421,7) 219 ( )
12000*30
sa
f MPa= = =
- Với bê tông cốt thép thường sơ đồ sơ đồ ứng suất kiểm tra với sơ đồ đàn hồi nứt, chiều cao
vùng nén:
. 2. . . 2. .
. 1 1 . 1 1
. . .
s s s s s
s b s
n A d b E A d b
x
b n A E b n A
   
= + − = + −
   
   
   
→
( )
200000*565 2*150*1000
* 1 1 30,3
200000
29440*1000
*565
29440

n
s
s s sa
cr c
E
M
f d x f MPa
I E
= − = − = ≤ =
- Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn.
IV - THIẾT KẾ DẦM NGANG
IV.1 - SỐ LIỆU THIẾT KẾ
+ Chiều cao dầm ngang (bao gồm cả phần bản mặt cầu): h = 800 mm.
+ Bề rộng dầm ngang b = 400 mm.
+ Bê tông:
'
30
c
f MPa
=
17
1.5 ' 1.5
0.043* * 0.043*2500 * 30 29440 ( )
c c c
E f MPa
γ
= = =
+ Cốt thép AIII có
365
y

( ) ( )
' 5
2
2,5*10 * 600*400 6 /DC N mm
−
= =
+ Mômen do tĩnh tải lớp phủ tác dụng lên dầm ngang tại mặt cắt giữa nhịp:
( )
2 2
w
w*L 0,46*2105
254784 .
8 8
D
D
M N mm= = =
+ Mômen do tĩnh tải bản mặt cầu và bản thân dầm ngang tác dụng lên dầm ngang tại mặt cắt
giữa nhịp:

( )
( )
( )
2
'' ' 2
2
2 2
*L
2 6 *2105
4431025 .
8 8

u
DC DC
V N
+
+
= = =
+ Mômen do tĩnh tải ở TTGHCĐ tác dụng lên dầm ngang tại mặt cắt giữa nhịp:
( )
( )
( )
2
2
2
w+DC
w w
w+DC
* . . 1* 1, 25*4431025 1,5*254784
5.920.957 .
D
u DC DC D D
D
u
M M M
M N mm
η γ γ
= + = +
⇒ =
+ Mômen do tĩnh tải ở TTGHSD tác dụng lên dầm ngang tại mặt cắt giữa nhịp:
( )
( )

D
u DC DC D D
D
u
V V V
M N
η γ γ
= + = +
⇒ =
IV.2.3 - Xác định nội lực do hoạt tải
IV.2.3.1 - Đường ảnh hưởng áp lực dầm ngang theo phương dọc cầu
+ Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang gồm tải xe và tải làn.
+ Khi xe chạy trên cầu, tải trọng truyền vào dầm ngang thông qua bản mặt cầu. Ta vẽ đường
ảnh hưởng áp lực lên dầm ngang theo phương dọc cầu để quy đổi lực tác dụng do xe chạy
dọc cầu tác dụng lên dầm ngang.
Đường ảnh hưởng áp lực tác dụng lên dầm ngang
và sơ đồ xếp tải tính dầm ngang
+ Tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí giữa nhịp:
2
1 2
3
3
3 3 3 3
0,5*
0,5*2105
0,0001
35000 2105
L
L L
ξ

+ Mômen do xe ba trục ở tại giữa nhịp:
'
3
526* 526*136145 71.612.270 ( . )
truc
M P N mm
= = =
+ Mômen do tải làn ở tại giữa nhịp:
' 2 2
* 27,1*2105
15.010.09 ( . )
8 8
lan
q L
M N mm= = =
+ Lực cắt do hoạt tải xe ba trục tại mặt cắt gối:
'
3
136145 ( )
truc
V P N
= =
+ Lực cắt do tải làn tại mặt cắt gối:
'
* 2105*27,1
28523 ( )
2 2
lan
L q
V N= = =

M
M N mm
η γ γ
= + +
→ = +
→ =
+ Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp ở TTGHSD:
( )
( )
( )
3
. . (1 ).
1*1,2* 1,25*71.612.270 15.010.097
125.430.521 .
s
LL truc lan
s
LL
s
LL
M m IM M M
M
M N mm
η
= + +
→ = +
→ =
IV.3 - TỔ HỢP NỘI LỰC
+ Lực cắt tại gối trong TTGHCĐ:
( )

2
w
s
0,7* 0,7* 0,7*(4.685.809 125.430.521)
91.081.431 .
s
s
DC D
goi LL
s s
goi
M M M M
M N mm
+
= = + = +
=
+ Mômen dương tại giữa nhịp trong TTGHCĐ:
( )
( )
2
1/ 2
1/ 2
w
u
0,5* 0,5* 0,5*(5.920.975 219.503.413)
112.712.194 .
DC D
u u
u LL
u

M N mm
=
.
+ Tiết diện thiết kế là bxh = 400x800 (mm).
+ Chọn d
s
= 500 mm.
+ Chiều cao vùng nén :
( )
2 2
'
2. 2*157.797.059
500 500 35,6
*0.85* * 0,9*0,85*30*400
u
s s
c
M
a d d mm
f b
φ
= − − = − − =

+ Xét tỷ số
1
35,6
0,085 0,42
. 0,84*700
s s
c a

s
y
f a b
A mm
f
= = =
+ Lượng cốt thép tối thiểu:
( )
'
2
,min
30
0,03* * * 0,03*400*800* 789
365
c
s
y
f
A b h mm
f
= = =
+ Chọn bố trí thép: 4 thanh
( )
2
22 1519
s
A mm
φ
=
.( nhưng do khi thiết kế thép đai ta kiểm tra

- Xét tỷ số
1
17,8
0,03 0,42
. 0,84*700
s s
c a
d d
β
= = = ≤
Trong đó
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7
c
f
β
= − − = − − =
( với
'
30 28
c
f MPa MPa
= ≥
)
- Diện tích cốt thép thiết kế:

( )
2
4 18 1017
s
A mm
φ
=
để bố trí cho cốt thép chịu mômen dương của dầm ngang như
hình vẽ dưới đây.
22
Bố trí thép chịu mô men dương cho dầm ngang
IV.5 - KIỂM TOÁN NỨT
IV.5.1 - Kiểm tra nứt với mômen âm
-Mô men kiểm tra nứt:
91.081.431( . )
n
goi
M N mm
=
, tiết diện như khi thiết kế cốt thép.
- Công thức kiểm toán:
3
min(0,6* ; )
.
s sa y
c c
Z
f f f
A d
≤ =

b n A E b n A
   
= + − = + −
   
   
   
→
( )
200000*1519 2*500*400
* 1 1 136,9
200000
29440*400
*1519
29440
x mm
 
 
= + − =
 
 
 
 
- Mô men quán tính chính của tiết diện quy đổi:
( ) ( )
( )
3 3
2 2
4
. 400*136,9 200000
. . *1519* 500 136,9

IV.5.2 - Kiểm tra nứt với mômen dương
- Mô men kiểm tra nứt:
1/ 2
65.058.165( . )
n
M N mm
=
.
- Tiết diện như khi thiết kế cốt thép bxh = 400x800 mm.
- Công thức kiểm toán:
3
min(0,6* ; )
.
s sa y
c c
Z
f f f
A d
≤ =
Trong đó:
Z = 30000 N/mm với khí hậu ôn hòa.
f
y
= 365 MPa.
d
c
= 100 mm < 50 mm  lấy dc = 50 mm.
A
c
= (100+100)*400/4 = 20000 (mm

*1017
29440
x mm
 
 
= + − =
 
 
 
 
- Mô men quán tính chính của tiết diện quy đổi:
( ) ( )
( )
3 3
2 2
4
. 400*139 200000
. . *1017* 700 139
3 3 29440
2.532.479.660
cr s s
cr
b x
I n A d x
I mm
= + − = + −
=
- Ứng suất trong cốt thép tại trọng tâm cốt thép là:
( ) ( )
( )

goi
M N mm
=
IV.6.2 - Cánh tay đòn d
v
giữa tổng hợp lực nén và tổng hợp lực kéo khi uốn
( )
( )
( )
( )
s s
'
*
1519*365
d d 500 473
2 2*0,85 * 2*0,85*30*400
ax 0,9* 0,9*500 450
0,72* 0,72*800 576
981
s y
c
v s
v
A f
a
mm
f b
d m d mm
h mm
d mm

30
c
v
f
= = ≤ ⇒
Đạt.
IV.6.4 - Giả sử góc nứt và tính biến dạng dọc trục tại trọng tâm cốt thép chịu
kéo
+ Giả sử ban đầu góc nứt
39
o
θ
=
+ Diện tích cốt thép dọc tại gối là
2
1519
s
A mm
=
+ Lực dọc
0
u
N =
.
+ Biến dạng dọc trục tại trọng tâm cốt thép chịu kéo:
3
157.797.059
0,5 *cotg
0,5*428530*cotg39
576

v
f
=
để tra biểu đồ ta được giá trị
40
o
θ
=
.
+ Giá trị
40
o
θ
=
không vượt quá 5% giá trị giả sử, do đó ta dùng giá trị tra được để tính lại
x
ε
và tra biểu đồ lấy giá trị hệ số
β
.
3
157.797.059
0,5 *cotg
0,5*428530*cotg40
576
1,74*10
. 200000*1519
u
o
u

=
25