ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 : VÕ BÁ NGUN
LỚP : CD09LT
MSSV : 09L1110037
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 1

(1.8 2.5)
tc
B
n
S
S m
=
= ÷





ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Các số liệu thiết kế:
- Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I
- Chiều dài toàn dầm (L) : 30 m.

2
tc
hc
B n S
S mm
−
− −
=
×
=> ==
−
2.2. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính:
a. Chiều cao dầm thép d =
1 1
20 25
 
÷
 ÷
 
L
n
: d=
( )
1.2 1.5÷
m => Chọn d = 1280mm
b. Kích thước cánh trên:
- Bề rộng cánh trên : b
c
= (250÷300)mm
=> Chọn b

d. Chiều cao sườn dầm:
'
1280 20 20 20 1220 .
c f f
D d t t t mm= − − − = − − − =
Bề dày sườn (12÷16)mm. Chọn
w
15 .t mm=
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 2
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
e. Kích thước bản bêtông
Bản làm bằng bê tông có:
' 30 .
C
f MPa=
Bề dày bản bê tông:
200 .
s
t mm=
Chiều cao đoạn vút bêtông:
100 .
h
t mm=
Góc nghiêng phần vút:
2.3. Kích thước sườn tăng cường:
- Số dầm chính : 6 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm : 2.1 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)

F 280 MPa=
;
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
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=
;
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=

−
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.
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
− 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):
+ Tónh tải gồm trọng lượng bản thân thanh lan can.
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 4
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
= 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

DC.L
3 700
M 153125 N.mm
8 8
+ Do hoạt tải:
×
= = =
2
2
PL
PL.L
3 700
M 183750 N.mm
8 8
- Mômen ở trạng thái giới hạn cường độ:
 
= η γ × + γ ×
 
= × × + × =
U DC DC PL PL
M . M M
0.95 [1.25 153125 1.75 183750] 487320 N.mm
- Mômen ở trạng thái giới hạn sử dụng:
 
= + = + =
 
S DC PL
M M M 153125 183750 336875 N.mm
2.3. BÓ VỈA:
- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chòu lực của bó vỉa dạng tường như sau:

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
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
 
= × + × +
 ÷
× −
 
(Theo13.7.3.4-1 của 22TCN 272-5)


(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
: chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu
F
t
: lực xô ngang quy đònh ở bảng 2.1
2.3.1. Xác đònh
c
M
: (Tính trên 1000 mm dài)
- Tiết diện tính toán b x h = 1000 mm x 100 mm và bố trí cốât thép (Hình 2.8)

'
c
A f
769.3 280
a 9.05 mm
0.85 28 1000
0.85 f b
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
= = =
β
1
a 9.05
c 10.65 mm
0.85
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
= = ≤
s
c 10.65
0.061 0.42
d 175

Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
 
⇒ = × × − = × × = ×
−
 ÷
 
6
n S y s
a

M H
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 8
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 2.5. 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
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:

⇒ = × × − = × × = ×
−
 ÷
 
6
n S y s
a
12.07
M A f (d ) 307.72 280 13.2659 10 N.mm
160
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:
= = ×
6
w n
M H M 13.2659 10 N.mm
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 9
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ

≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
28
A 0.03 b.h. 0.03 300 200 180 mm
f 280

C
3
1070 1070 8 300 (0 13.2659 10 )
L 1609 mm
2 2
36.72 10
- 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
 
= × × + × +
 ÷
× −
 
 
× ×
= × × + × × +
 ÷
× −
 
=
3 2
6
W

C
3
1070 1070 300 (0 13.2659 10 )
L 1163.18 mm
2 2
36.72 10
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c T
M .L
2
R M M .H
2 L L H
 
= × + +
 ÷
× −
 
 
× ×
= × + × +
 ÷
× −
 
=
6 2
6
W

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
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 11
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
3.3. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGSOL (bản hẫng)
Hình 3.2. Sơ đồ tính cho bản congxon
3.3.1. Tải trọng tác dụng lên bản Congsol:
3.3.1.1. Tónh tải:
Xét tónh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:
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:

= × × ×γ = × × × × =
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 12
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
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
100 700 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:
2 2 2 2
5
3 s
D d 100 92

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
= + + + =

Cột lan can=Tấm thép
1
T
+ Tấm thép
2
T
+Tấm thép
3
T
+ Ống liên kết
Hình 3.4. Chi tiết cột lan can
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 13
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
Khoảng cách giữa hai cột lan can 2000mm, trên chiều dài nhòp 30m có 16 cột.
+ Trọng lượng toàn bộ cột lan can:
= × = × =
∑
3 3
P '' P '' 16 195.81 16 3132.96 N

một nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa, là lực tập trung tại đầu bản
congsol)
−
× × × × ×
= = =
3
PL
PL 1000 b 3 10 1000 900
P 2250 N
2 2
(b = 900mm: bề rộng phần lề bộ hành)
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 14
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
CHƯƠNG IV
DẦM CHÍNH
4.1. KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHÍNH:
4.1.1. Phần dầm thép:
- Số hiệu thép dầm: M270M cấp 345 (A709M cấp 345 – ASTM). Thép hợp
kim thấp cường độ cao (Hình 4.1)
- Chiều rộng cánh trên:
=
c
b 300 mm
- Bề dày cánh trên:
c
t 20 mm=
- Chiều cao dầm thép:
=d 1280 mm
- Chiều cao sườn dầm:
=D 1220 mm

t 100 mm=
, Góc nghiêng phần vút:
0
45

4.1.3. Sơ bộ chọn kích thước STC, liên kết ngang, mối nối:
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 15
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
1130
1072 3820
20160
180
389250
180
501080
1130
50 92 38
180
381182
1220
50112050
1220
Hình 4.2: Kích thước sườn tăng cường
- Sườn tăng cường:
+ Sườn tăng cường giữa: kích thước như Hình 4.2:
Một dầm có: 16 x 2 = 32 sườn tăng cường giữa
Khoảng cách các sườn: d
o
= 1500 mm
Khối lượng một STC:

NC
NC
C
TTH1
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
= + + + = × + × + × + × =
' ' 2
s c c w f f f f
A b .t D.t b .t b .t 300 20 1220 15 400 20 500 20 42300 mm

4.2.1.2. Xác đònh mômen quán tính của tiết diện đối với trục trung hòa:
+ Chọn trụcX – X’ đi qua mép trên của tiết diện như hình vẽ:
Hình 4.3: Chọn trục trung hòa cho dầm thép
+ Môđun tónh của dầm thép đối với trục X - X’:
−
 
 
 
= + + + + + + −
 ÷
 ÷
 ÷
 ÷
 
 
 
   
= × × + × × + + × × + + +
 ÷  ÷
   

+ Khoảng cách từ trụcX - X’ đến trục trung hòa (TH1):
−
= = =
x x'
s
K
34289000
C 810.6 mm
A 42300
Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
==
s,t
NC
810.Y c 6 mm.
= − = − =
s,b s,t
NC NC
12Y d 80 810.6 4Y 69.4mm.
4.2.1.3. Xác đònh mômen quán tính của tiết diện dầm thép đối với trục
trung hoà X-X’:

( ) ( )
′
− − −
 
= + − + +
 ÷
 
′ ′ ′
   

× − × − −
= + × × − + +
 ÷
 
× ×
   
+ + × × − − + + × × −
 ÷  ÷
   
=
2
3 3
3
NC
2 2
3 3
4
300 20
20 15 810.6 20 15 469.4 20 20
I 300 20 810.6
12 2 3 3
400 20 500 20
20 20
400 20 469.4 20 500 20 469.4
12 2 12 2
10368314018.9mm .
4.2.1.4. Xác đònh mômen kháng uốn đối với thớ trên của tiết diện dầm thép):
== =
s,t
NC

+ Trong tiết diện dầm liên hợp thép -BTCT có hai loại vật liệu chính:
- Thép: Thép dầm chủ + Cốt thép dọc trong bản mặt cầu.
- Bê tông: Bản bê tông mặt cầu.
Hai loại vật liệu này có môđun đàn hồi khác nhau, Khi dầm biến dạng, do
khác modul đàn hồi nên ứng suất khác nhau. Khi tính phải quy đổi bê tông về thép
làm dầm, dùng hệ số quy đổi n.
Ở đây bản làm bằng bê tông có
'
c
f 30 MPa=
. Theo điều 6.10.3.1.1.b-22TCN
272-05 ta có giá trò tỉ số môđun đàn hồi n = 8.
4.2.2.1. Xác đònh bề rộng có hiệu của bản cánh đối với dầm giữa (b
i
):
- Chiều rộng của bản bê tông tham gia làm việc với dầm thép. Theo điều
4.6.2.6.1 - 22TCN 272-05 qui đònh:
- Đối với dầm giữa: Bề rộng bản cánh hữu hiệu là trò số nhỏ nhất của:

+ = =



= + × + = × + =


+ =




NC
Y
c,b
ST
Y
c,t
ST
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
−
π + +
= + +
π×
× + + ×
= +
+
+
= × =
2
ct e s c
d s ct c
h h
s cd
2
tc
2
A A A A
16
2100 200 (300 100) 100
42
.D B .t (b t )t

20 8
t B t t
K 0 A . Y t Y t 100
2 2
10
10.6
4 2
2100 200 200
810.6 61443038.
n
2
0 6mm
8

+ Khoảng cách từ trục TH1 đến trục trung hoà 2 (TH2):

= =
′
=
TH1
d
61443038.55
591.83mm.
103819.2
K
c
A
+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:
= − =

 ÷
′
= + + + − + −
 ÷  ÷
 ÷
   
 
 
×
= + × + × + × ×
 ÷
 
 
× ×
+ × + × × + × × +
 ÷
 
2 2
3
2 c,t c,t
e s s s
ST NC s e s ST ct S
3
2 2
3 3
2
T
1 2100 200
10368314018.91 591.83 42300 418.79 2100 200
8 12

ST
ST
s
3
,t
ST
35648390876.08
162936259.41 mm
218.787
I
S
y
= ==
s,b
ST
ST
s
3
,b
ST
35648390876.08
33592127.42 mm
1061.
S
y
213
I
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:
×
= ==

4.2.2.3. Tiết diện liên hợp dài hạn (LT):
* Xác đònh diện tích mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp dài hạn:
−
π + +
= + += + +
π×
× + + ×
= × + =
×
2
ct e s
d s ct c c
c h h
s
2
ctd
2
A A A A
16
2100 200 (300 100) 100
42300+20 65485.87 mm
4 3
.D B .t (b t
N .
4
8
)t
n
A

1
10.6
4 2
2
n
100 200 200
810.6 23188921.14mm
3 8 2
00
+ Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:
= =
′
=
TH1
d
23188921.14
354.11mm.
65485.87
K
c
A
+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:
= − =
′
= −
s,t s,t
LT NC
810Y Y .6 354.11 456.4c 9mm.
SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 20

- Mép dưới bản bêtông:
= =
c,b s,t
LT LT
Y Y 456.49 mm.
- Mép trên bản bêtông:
= − = − =
c,t s,b
LT LT
Y H Y 1580 823.51 756.49mm.
- Mômen quán tính của tiết diện liên hợp I
LT
:
 
×
= + × + × + ×
 
   
 ÷
′
= + + + −
×
 ÷
×
 
 
× ×
+ × + ×
+ −
 ÷  ÷

1
I I c .A B t y A . y
12 2
100 2
3 8 1 8
3
2 3
2n
 
+ × ×
 ÷
 
π×
+ × × =
3
2
2
2 4
1
523.18 x100 100
36 2
16
20 656.51 25441550957.1 mm .
4

Hình 4.5: Tiết diện liên hợp dài hạn.
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
== =
s,t
LT

c,t
LT
LT
c,t
L
3
T
254415509
n
I
S 3 .
y
57.1 3 8
807124949.07mm
756.51
× ×
= ==
c,b
LT
LT
c,b
L
3
T
25441550957.1 3 8
1337536238.92mm .
456
I
S 3 .
y

hang
6 t Max(t / 2,b / 4)
6 200 Max(15/ 2;300 / 4)
b
b min 1275 mm.
2
L
29400
3675 mm.
8 8
S 900 mm.

⇒ =
e
b 1950 mm
.
4.2.3.2 Tiết diện liên hợp ngắn hạn (ST):
* Xác đònh mặt cắt ngang dầm:
- Diện tích phần dầm thép:
=
2
s
A 42300 mm
- Diện tích cốt thép dọc bản:
×
= × =
2
2
ct
3.14 16

     

π×
= × ×
×
+ ×

+ =+
 ÷
 
s,t s,t
s i s s
TH1 ct NC h NC h
2
3
16
200
20 81
t B t t
K 0 A . Y t Y t 100
2 2
100
0.6
4 2
1950 200 200
810.6 57247047.35mm
8 2
n

+ Khoảng cách từ trục TH1 đến trục trung hoà 2 (TH2):

ST
Y
c,t
ST
Hình 4.4: Tiết diện liên hợp ngắn hạn.
+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :
- Mép trên dầm thép:
= − =
′
= −
s,t s,t
ST NC
810.Y Y 6 574.38 236.2c 2mm.
- Mép dưới dầm thép:
= + =
′
= +
s,b s,b
ST NC
469.4 574.38 1043.Y Y c 77mm.
- Mép dưới bản bêtông:
= =
c,b s,t
ST ST
Y Y 236.22 mm.
- Mép trên bản bêtông:
= − = − =
c,t s,b
ST ST
Y H Y 1580 1043.77 536.23 mm.

2 2
3 3
2
T
1 1950 200
10368314018.91 574.38 42300 436.23 1950 200
8 12
1 300 100 1 100 100
286.23 300 100 2 302.
8 1
B t t t
1
I I c .A B t
2 8 3
y A
n 2
6
. y
1 2 2
 
× ×
 ÷
 
π×
+ × × =
2
2
2 4
1
9 x100 100

S
y
7
I
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bêtông:
×
= ==
c,t
ST
ST
c,t
S
3
T
3487738117
I
S .
6.66 8
5203316
y
40.6 mm
536.233
n
×
= ==
c,b
ST
ST
c,b
ST

42300
.D B .t (b t )t
A N .
+18 63833.9
4 3 8
4
5 mm
n
* Xác đònh vò trí trục trung hòa:
+ Mômen tónh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục TH1:

   
 
= + + + + + + + +
 ÷  ÷  ÷
     

π ×
= × ×
×
+ × =
×

+ +
 ÷
 
s,t s,t
s e s s
TH1 ct NC h NC h
2

SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 24
c'
TTH1
TTH2
c
Y
s,b
LT
Y
s,t
NC
Y
s,t
LT
Y
s,b
NC
Y
c,b
LT
Y
c,t
LT
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ
- Mép trên dầm thép:
= − =
′
= −
s,t s,t
LT NC

 ÷
×
 
 
× ×
+ × + ×
+ −
 ÷  ÷

× + × ×
 ÷
× ×

÷
   


×

3
2
2 2
3
2 c,t c,t
e
2
s s s
LT NC s e s ST c
3 3
2

Hình 4.5: Tiết diện liên hợp dài hạn.
- Mômen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới tiết diện dầm thép:
= ==
s,t
LT
LT
s
3
,t
LT
24706975223.09
52179647.55 mm
473.49
S
y
8
I
= ==
s,b
LT
LT
s
3
,b
LT
24706975223.09
30634747.2 mm
806.502
I
S