ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM
KHOA CÔNG TRÌNH

GVHD : Th.S PHẠM ĐỆ
SVTH : NGUYỄN VĂN MẪN
LỚP : CD09LT
MSSV : 09L1110031
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 1
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
I.1. Các số liệu thiết kế:
- Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I
- Khổ cầu: B - K = 12000 mm – 2x1mm
- Chiều dài dầm chính: L = 26000 mm.
- Số dầm chính: 8 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm chính: 1800 mm.
- Số sườn tăng cường đứng 34 (một dầm). Trong đó có 12 sườn tăng cường tại gối.
- Khoảng cách các sườn tăng cường: 3000 mm. Khoảng cách giữa các sườn
tại gối là 150 mm. Khoảng cách giữa sườn tăng cường tại gối với sườn
trung gian là 1500 mm.
- Số liên kết ngang (giữa 2 dầm): 7 liên kết ngang và 2 dầm ngang
- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 3000 mm
- Khoảng cách 2 trụ lan can: 2 m.
I.2. Phương pháp thiết kế:
- Thiết kết theo tiêu chuẩn 22TCN272-05
- 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

−
γ = ×
- Bản mặt cầu, vút bản
+ Bêtông:
'
c
f 30 MPa=
5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×
+ Thép AII:
y
F 280 MPa=
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 2
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang
+ Thép tấm M270M cấp 345:
y
F 345 MPa=
,
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−

2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên Lan can:
a. Sơ đồ tính toán:
Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can
− Ta xem như bỏ qua tác dụng của các thanh chống.
− Thanh lan can được xem như dầm liên tục, để đơn giản trong tính toán ta đưa
về sơ đồ dầm giản đơn để tính rồi sau đó điều chỉnh bằng các hệ số.
b. Tải trọng tính toán:
* Theo phương thẳng đứng (y):
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 4
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
+ Tónh tải gồm trọng lượng bản thân thanh lan can.
= π γ = × × × =
2 2 2 2
-5
(D -d ) (100 -92 )
g 3.14 7.85 10 0.095 N / mm
4 4
+ Hoạt tải thiết kế gồm:
- Lực tập trung P = 890 N theo 2 phương.
- Tải trọng phân bố đều trên chiều dài thanh lan can: W = 0.37 N/mm
* Theo phương ngang (x):
+ 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

w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =
+ Tải tập trung:
x
P
P L 890 2000
M 445000 N.mm
4 4
× ×
= = =
* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:
[ ]
= η + γ
γ + γ +
 
+
 
2
2
y y y
x x
LL
DC g LL w P
w P
M . .
.M (.M M )
M M

LL
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 :

n y
M f S
= ×

+ 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:
−
φ ≥ η γ
n LL A A
.M . .M
- Sức kháng của tiết diện:
n y
M f S
φ = ×
* Với S mômen kháng uốn của tiết diện:
×
 
×
× +
+ × ×

140
r
≤
l
Trong đó:
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu
+
1070 mm
=
l
: chiều dài không được giằng (
h
=
l
)
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 7
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại mặt cắt B -
B vì tiết diện ở đđây là nhỏ nhất).
Hình 2.4. Mặt cắt B-B
I
r
A
=
* Với:
I : mômen quán tính của tiết diện:
( )
×
×
= × + =

2.45 245F cm mm
= =
Cường độ kéo nhỏ nhất của bulông:
2 2
170 / 170 /
ub
F MN m N mm
= =
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 8
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
* Sức kháng cắt danh đònh của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ :
Vì các đường ren bao gồm trong mặt phẳng cắt nên theo (6.13.2.7-1, 22TCN-
272-05) Ta có:
n b ub s
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
mm

ub
F
- cường độ kéo nhỏ nhất của bulông

T 0.76 245 170= × ×
= 31654 N
* Lực cắt tác dụng lên 1 bulông :
N
c
=
×× 2
4
1
''
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:

Vậy bulông đảm bảo khả năng chòu lực
2.2. LỀ BỘ HÀNH:
2.2.1. Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:
* Ta xét trên 1000 mm dài (Theo phương dọc cầu)
* Chiều dày bản h
b
= 100 mm
* Bề rộng lề bộ hành l
b
= 1000 mm
- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3N/mm
- Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10
-4
= 2.5 N/mm
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 9
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
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
DC
DC.L
2.5 800
M 200000 N.mm
8 8
+ Do hoạt tải:


×
×
= − − = − − =
× × ×
φ× × ×
2 2 2
u
s s
'
c
2 M
2 636500
a d d 80 80 0.65 mm
0.9 0.85 20 800
0.85 f b
- Bản lề bộ hành có f'
c
= 20 Mpa < 56 Mpa.

⇒
β = − − = − × − =
'
1 c
0.05 0.05
0.85 .(f 28) 0.85 (20 28) 0.85
7 7
- Xác đònh khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà c:
= = =
β

f 280
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
≥ × = × × × =
c
2
s
y
f '
20
A 0.03 b.h. 0.03 700 100 171.43mm
f 280
Vì A
s
< A
sMin
nên ta lấy A
sMin
để thiết kế.
- Chọn
φ ⇒10@150
700 mm có 5 thanh thép (diện tích A
s
= 392.5 mm
2
) và
tương tự theo phương dọc (1000mm) lề bộ hành bố trí 7
φ
8@175
Hình 2.7. Bố trí cốt thép trên lề bộ hành theo phương ngang cầu
2.2.4. Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra nứt):

γ =
- Môđun đàn hồi của bêtông:
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 11
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
1.5
c c c
E 0.043 f'
= × γ ×
= × × =
1.5
0.043 2500 20 24037.73 MPa
- Môđun đàn hồi của thép:
s
E 200000 MPa
=
- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:
= = =
s
c
E
200000
n 8.32
E 24037.73
- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:
 
 
× ×
× ×
 ÷
= × × + − = × × + − =

= × − × = × − × =
s
s s
cr
M
440000
f d x n 80 21.8 8.32 15.41 MPa
I 13824099.5
- Khí hậu khắc nghiệt:
Z 23000 N/ mm
=
- Ứng suất cho phép trong cốt thép:
= = =
× ×
sa
3
3
c
Z 23000
f 456.4 MPa
d A 20 6400
- So sánh:
= > × = × =
sa y
f 456.4 MPa 0.6 f 0.6 280 168 MPa
chọn
y
f 168 MPa
=


- Khi tính lực va vào bó vỉa là xét vào trạng thái giới hạn đặt biệt.
- 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
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
c
L
: chiều dài đường chảy
t
L

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
0.85 28 1000
0.85 f b
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
= = =
β
1
a 8.45
c 10.06 mm
0.84
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
= = ≤
s
c 10.06
0.057 0.42
d 175


y
f '
30
A 0.03 b.h. 0.03 1000 200 642.86 mm
f 280
Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.2. Xác đònh
W
M H
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 14
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
-
W
M H
: Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng:
- Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (Hình 2.9)
Hình 2.9. Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương ngang cầu
- Cốt thép dùng 2
14
φ
mm
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí
tương tự.
- Diện tích cốt thép A
s
:
2 2
2
s
. 3.14 14

0.084 0.45
d 160
= = ≤

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
 
⇒ = × × − = × × =
−
 ÷
 
n S y s
a
11.26
M A f (d ) 307.72 280 12815676.38 N.mm
160
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:
w n
M H M 12815676.38 N.mm= =
- 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

 
= + + =
 ÷
 
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c t
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
 
×
= × × + × +
 ÷
× −
 

c c
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

=> Đảm bảo khả năng chòu lực đối với va xô tại đầu tường.

Hình 3.3. Tónh tải tác dụng lên bản congxon
− Trọng lượng bản thân:
−
= × × 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 /b N mm
γ
−
= × × = × × × =
+ Lớp BTN nóng:

b h 1000
100 1000 2.5 10 1000
P 1250 N
2 2
−
× × γ ×
× × × ×
= = =
- 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:
2 2 2 2
5
3 s
D d 100 92
P ' . . .L 7.85 10 3.14 2000 190 N
4 4
−
− −
= γ π = × × × × =
- Trên toàn chiều dài cầu có 13 nhòp:

⇒
Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:
= × × = × × =
∑
3 3
P ' 13 2 P ' 13 2 190 4940 N
- Trọng lượng cột lan can: Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép


T
+Tấm thép
3
T
+ Ống liên kết
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 19
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
Hình 3.4. Chi tiết cột lan can
Khoảng cách giữa hai cột lan can 2000mm, trên chiều dài nhòp 26m có 14 cột.
+ Trọng lượng toàn bộ cột lan can:
= × = × =
∑
3 3
P '' P '' 14 195.81 14 2741.4 N
- Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là:
+ = + =
∑ ∑
3
3
P ' P '' 4940 2741.4 7681.4 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 ''
7681.4

- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
D R I
η = η × η × η
Trong đó:
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

1
γ =
;
0.95η =
 
= × × × + × × + × ×
 
 
=
2
s
950
M 1 1 5 1 5612.5 950 1 1500 950
2
9013125 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
= 1800 mm, cách tính ta sẽ xem bản mặt cầu như dầm liên tục được tựa trên
các gối, xét cho dải bản rộng 1000 mm
3.4.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản:
3.4.1.1. Tónh tải:
- Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
= × ×γ = × × × =
- Trọng lượng lề bộ hành người đi truyền xuống bó vỉa:

⇒ = + = + =
- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu:
=
DW
h 130 mm
+ Trọng lượng riêng lớp phủ:
5 3
c
' 2.3 10 N/ mm
−
γ = ×
−
= × × γ = × × × =
5
DW c
DW h 1000 ' 130 1000 2.3 10 2.99 N / mm
3.4.1.2. Nội lực:
- Sơ đồ tính như sau:
Hình 3.6. Sơ đồ tính bản dầm
- Với L
2
’

= 300 mm; L
2
”

= 1500 mm; L
2

- Giá trò mômen dương tại giữa nhòp:

+
 
 
×
×
= η× γ × + γ × × × + − + γ ×
 
 ÷
 ÷
 
 
 
2 2
DC DW
3 22 2 2
DC DW 2 2 2 DC
DC L '
DC L L
DW
M L '' (L L ')
8 4 2 2
* Trạng thái giới hạn cường độ::
DC
1.25
γ =
;
γ =
DW

γ =
;
γ =
DW
1
;
η = 1
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 22
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
+

 
×
= × × + × × × + −

 ÷

 


×
+ × =


2 2
DC DW
s
5 1800 2.99 1800
M 1 1 1 1500 (1800 300)
8 4 2

- Tải xe 3 trục: đặt một bánh xe 3 trục (Hình 3.7)
Hình 3.7. Tải trọng động tác dụng lên bản biên
3.4.2.2. Nội lực:
Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ
- Bề rộng bánh xe tiếp xúc với bản mặt cầu 510 mm
- Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:
= + × = + × =
1 DW
b 500 2 h 510 2 130 770 mm
- Áp lực lên BMC:
= × = × =
× ×
1
P 145000
p 0.5 0.5 47.08 N / mm
2 b 2 770
SVTH: NGUYỄN VĂN MẪN Trang 23
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
- Diện làm việc của bản:
+ Khi tính mômen âm tại gối:
−
= + × = + × =
2
SW 1220 0.25 L 1220 0.25 1800 1670 mm
+ Khi tính mômen dương tại giữa nhòp:
+
= + × = + × =
2
SW 660 0.55 L 660 0.55 1800 1650 mm
- Giá trò mômen tại giữa nhòp:

 
=
LL 2
u
1 770 1800
M 0.95 1.75 (1 0.25) 1.2 47.08 770 (1800 515 ) ( 515)
2 2 2
31979858 N.mm
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
η = 1
;
γ =
LL
1
;
IM 0.25
=
LL 2
S
1 770 1800
M 1 1 (1 0.25) 1.2 47.08 770 (1800 515 ) ( 515)
2 2 2
19236005 N.mm
 
 
= × × + × × × × × − − − −
 ÷
 
 
 

;
PL
1
γ
=
×
 
= η× γ
 
 
PL
PL 2
s PL
P L '
M
2
×
= =
1500 300
225000 N.mm
2
=> Giá trò mômen tại giữa nhòp do Tónh tải và Hoạt tải gây ra có xét đến tính liên
tục của bản mặt cầu (với dải bản 1000 mm) được tính như sau:
* Trạng thái giới hạn cường độ:
+ Tại gối :
+
−
 
×
= − × + +

 
 
×
= × + +
 
 
=
LL
1
DC DW PL
u
2
u u u
M 1000
M 0.5 M M
SW
31979858 1000
0.5 4524268 374062.5
1650
12140032 N.mm
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
+ Tại gối:
+
−
 
×
= − × + +
 
 
 

LL
s
1/ 2 DC DW PL
s s
M
M 0.5 M M
SW
19236005 1000
0.5 3477019 225000 7680102 N.mm
1650
3.5. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA
3.5.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm:
3.5.1.1. Tónh tải:
- Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đối với bản
dầm giữa thì sẽ không có tải trọng bó vỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân
bố đầy dầm
- Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
= × ×γ = × × × =
- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu:
=
DW
h 130 mm
+ Khối lượng riêng lớp phủ:
5 3
c