Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       



SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
1
1
1
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP
 
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.
 !"#$"#%"
& '(
& ')*+,!*-"-".*/01 2" .03"456!.764"#-"#
- Bê tông:

'
30

 =
và
1.5 ' 1.5
0.043* * 0.043*2500 * 30 29440 ( )

 
=
và
1.5 ' 1.5
0.043* * 0.043*2500 * 50 38007 ( )
  
  
γ
= = =
- Cốt thép dọc sử dụng thép AIII có
365

 
=
và
200000 =
.
- Thép đai dầm: Thép AII
280

 
=
và
200000 =
.
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
2
2
2


?@A" B23+C"#D7E"#*F" -" *-"-"
Tải trọng tác dụng lên thanh lan can, bao gồm:
● Trọng lượng bản thân lan can trên 1 mm chiều dài:
2 2
5
(70 62 )
7,85*10 *3,14
4

−
−
=
→ DC = 0,065 N/mm
● Hoạt tải thiết kế:
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



 = = =
● Mômen do hoạt tải gây ra tại mặt cắt chính giữa nhịp :
2 2
w w


γ
=
; hệ số tải trọng cho tĩnh tải
1,25

γ
=
theo
Điều 3.4.1, Bảng 3.4.1-1 và 3.4.1-2.
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
4
4
4
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

→
2 2
[1, 25*32500 1,75*(185000+445000)] [1,75*(185000+445000)]
= + +
→ GHIJJIK (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 ( )

Bỏ qua lực thẳng đứng tác dụng vào cột lan can.Lấy cột lan can ở giữa cầu để
tính. Tải trọng tác dụng lên cột chỉ chỉ bao gồm các lực theo phương ngang cầu tại
các vị trí liên kết thanh lan can, bao gồm:
● Hoạt tải phân bố W = 0,37 N/mm trên 2 nửa nhịp thanh lan can đường truyền
về cột thành lực tập chung P’ = W*L = 0,37*2060 = 740 (N).
● Hoạt tại tập trung P = 890 N trên thanh lan can nay được di chuyển vị đặt ngay
vị trí giao với cột.
→ Vậy tổng hợp lực tác dụng lên cột theo phương ngang cầu tại mỗi vị trí giao
với thanh lan can là :
F = P + P’ = 740 + 890 → OHPKQ(N)
Sơ đồ tính và các kích thước hình học của cột dưới đây:
?@A" 1*-"-"
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
5
5
5
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

II.2.2.2 - Nội lực trong cột lan can
Mômen tại mặt cắt B-B :
*(340 560 780) 1360*1680
 
 #
−
= + + =
→ GH&&JRJQQ Nmm
Mômen kiểm toán tại trạng thái giới hạn cường độ:
* 1,75*2284800
  

J: 511463071,5344 along [0,0000
1,0000]
→ I
X
= 511463071 mm
4
.
- Sức kháng uốn danh định của cột lan can:
2 2
* * 511463071*240* 1.227.511.370 ( . )
200
$  
   
%
= = =
II.2.2.4 - Kiểm toán cột lan can
- Trạng thái giới hạn cường độ:
. . . 1*1.227.511.370 1*1,75*2284800 3998400( . )
$   
   
φ η γ
−
≥ = ≥ =

→ Thỏa!
PTUV
P  +89803"0F$"#*/01 2"
II.3.1.1 - Sơ đồ tính và tải trọng
Sơ đồ tính là dầm giản đơn, cắt 1000 mm dài theo phương dọc cầu để tính, tiết
diện tính là hình chữ nhật b*h = 1000 x 100 mm, chiều dài nhịp tính toán là L =

γ γ
η
+ +
= = =
Mô men trạng thái giới hạn sử dụng:
( ) ( )
( )
2 2
* 2,5 3 *1300
* 1* 1161875 .
8 8

  
  
η
+ +
= = =
II.3.1.3 - Tính toán và bố trí cốt thép
Chọn d
s
= 70 mm.
Chiều cao vùng nén :
2 2
'
2. 2*1769219
70 70
*0,85* * 0,9*0,85*30*1000

& &


30 28

  
= ≥
)
Diện tích cốt thép thiết kế:
'
2
0,85* * *
0,85*30*1,1*1000
77( )
365

&

  '
( 

= = =
Lượng cốt thép tối thiểu:
( )
'
2
,min
30
0,03* * * 0,03*1000*100* 247
365

&


& & 
 
)
  
( "
≤ =
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)*1000/5 = 12000 (mm
2
)
→
3
30000
min(0,6*365; ) min(219;421,7) 219 ( )
12000*30
&
 = = =
- 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

2 2
. 1000*19,7 200000
. . *393* 70 19,7
3 3 29440
$ & &
' 
 ( " = + − = + −
→
( )
4
12259741
$
=
- Ứng suất trong cốt thép tại trọng tâm cốt thép là:
( ) ( ) ( )
1161875 200000
. . * 70 19,7 * 32 219
12259741 29440

&
& & &
$ 


 "   

= − = − = ≤ =
- Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn.
P&  +8980WBX-L@50+,
II.3.2.1 - Sơ đồ tính và tải trọng

Ø14a200
F
t
300
200
?@A" 0WBX-
II.3.2.2 - Khả năng chịu lực
- Đối với các va xô trong một phần đoạn tường:
2
.
2
8 8 .
2
 
* ' *
 +
 
!   
  
 
 
= + +
 ÷
 ÷
−
 
 
Chiều dài tường tới hạn L
c
trên đó xảy ra cơ cấu đường chảy phải lấy bằng:

 
= + +
 ÷
 ÷
−
 
 
( )
2
2 2
' *
+ +


   
 


+
 
= + +
 ÷
 
- Do không có tường đỉnh nên M
b
= 0, các ký hiệu sử dụng thống nhất như
A.13.7.3.4.
,--./ /012%3%45%2678+9:+$;<+1=>2%?@"?
1A?>B?+$CD


( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7


β
= − − = − − =
( với
'
30 28

  
= ≥
)
Chọn d
s
= 150 mm.
1
11,01
0,09 0,42
. 0,84*150
& &
 
" "
β
= = = ≤
→ thỏa điều kiện phá hoại dƒo.

& 

( 
 
 '
= = =
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7


β
= − − = − − =
( với
'
30 28

  
= ≥
)
Chọn d
s
= 150 mm.
1
16,18
0,13 0,42

+
 
= + + =
 ÷
 
( )
2
2 40573*1686
8*0 8*58552*300 456096
2*1686 1070 300
*
! 
 
 
= + + =
 ÷
 ÷
−
 
 
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
10
10
10
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

- Với các va chạm tại đầu tường hoặc tại mối nối :
( )
( )

! #≥
(A.13.7.3.3)
→
( ) ( )
319191 240000 
≥
→ Thỏa !
III - THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
 <Y
- 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.
& <ZY[Y
&?@A"
- 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).
?@A" 03"\"#]\*B23+C"#
&&[D@^" 3+C"#
- Tĩnh tải bản mặt cầu phân bố đều:
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016

= =
&P" \D""1+*_
- Mômen ở TTGH Cường độ:
2
600
. . . *475 * * *475
2

  
    
η γ γ
 
 
= + +
 
 ÷
 
 
→
2
600
1*1, 2* 1,25* 4563*475 5* 1,75*2250*475
2


 
 
= + +
 
 ÷

 
 
= + +
 
 ÷
 
 
→
( )
4.963.410 .

  =
P <Z`aGb>
P?@A"
- 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).
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
12
12
12
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

?@A" 03"764#+c-
P&[D@^" 3+C"#
- Tĩnh tải lớp phủ:
5

= + =
→
 
= + =
 
với S = 1400 mm là nhịp tính
toán của bản.
PPd efB2" \D""1+*_
- Mô men dương tại giữa nhịp ở TTGH cường độ, có xét đến hệ số điều chỉnh ½
cho sơ đồ liên tục:
2 2
1/ 2
* * * 810 810 810
. . .(1 ). . . . .
2 8 8 2 2 2 4

G  
 G    
   
η
γ γ γ
 
 
= + + + −
  ÷
 
 
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
13

? G  
G    
    
η γ γ γ
 
 
= + + + −
  ÷
 
 
2 2
2,3*1400 5*1400 810 89506 1400 810
0,7*1*1,2 1,5* 1,25* 1,75*(1,25). .
8 8 2 1570 2 4

?

 
 
= + + −
  ÷
 
 
→
23.103.330( . )

?
  =
- Mô men dương tại giữa nhịp ở TTGH sử dụng, có xét đến hệ số điều chỉnh ½
cho sơ đồ liên tục:


  
=
- Mô men âm tại gối ở TTGH sử dụng, có xét đến hệ số điều chỉnh 0,7 cho sơ
đồ liên tục:
2 2
* * 810 810
0,7* * (1 ). . .
8 8 2 2 4

?
G    
   
 
 
= + + + −
  ÷
 
 
2 2
2,3*1400 5*1400 810 89506 1400 810
0,7*1,2 (1,25). .
8 8 2 1570 2 4

?

 
 
= + + −
  ÷

 '
φ
= − − = − −
→ a = 6,9 mm
- Xét tỷ số
1
6,9
0,05 0,42
. 0,84*150
& &
 
" "
β
= = = ≤
Trong đó
( )
( )
'
1
0,05 0.05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7


β
= − − = − − =
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
14
14

0,03* * * 0,03*1000*100* 247
365

&


( ' % 

= = =
→ chọn lượng cốt thép bố trí:
A
s
= 482 mm
2
→ chọn
( )
2
6 12 150 678
&
 ( 
φ
=
bố trí cho 1 m dài bản mặt cầu
theo phương dọc cầu
 if ^!4$4j"k4\"#03"456!
R& +898 if ^!4$4j"7M?"#
- Mô men thiết kế thép:
1/ 2
17.978.398( . )


" "
β
= = = ≤
Trong đó
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7


β
= − − = − − =
( với
'
30 28

  
= ≥
)
- Diện tích cốt thép thiết kế:
'
2
0,85* * *
0,85*30*5,3*1000
370( )
365


s
= 370 mm
2
→ chọn
( )
2
5 12 200 565
&
 ( 
φ
=
bố trí cho 1 m dài bản mặt cầu
theo phương dọc cầu
 if ^!4$4j"7M?"#\"#03"456!
I lG;>m
I+n4-"oBp+4$4j"k4
-Mô men kiểm tra nứt:
13.563.523( . )

?
  =
, tiết diện như khi thiết kế cốt
thép.
- Công thức kiểm toán:
3
min(0,6* ; )
.
& & 
 
)

 ( " '  ( " '

'  (  '  (
   
= + − = + −
   
   
   
→
( )
200000*678 2*150*1000
* 1 1 32,9
200000
29440*1000
*678
29440
 
 
 
= + − =
 
 
 
 
- Mô men quán tính chính của tiết diện quy đổi:
( ) ( )
3 3
2 2
. 1000*32,9 200000
. . .678. 150 32,9

= − = − = ≤ =
- Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn.
I&+n4-"oBp+4$4j"7M?"#
- Mô men kiểm tra nứt:
1/ 2
10.531.670( . )

  
=
, tiết diện như khi thiết kế cốt
thép.
- Công thức kiểm toán:
3
min(0,6* ; )
.
& & 
 
)
  
( "
≤ =
Trong đó:
Z = 30000 N/mm với khí hậu ôn hòa.
f
y
= 365 MPa.
d
c
= 30 mm < 50 mm.
A

200000
29440*1000
*565
29440
 
 
 
= + − =
 
 
 
 
- Mô men quán tính chính của tiết diện quy đổi:
( ) ( )
3 3
2 2
. 1000*30,3 200000
. . .565. 150 30,3
3 3 29440
$ & &
' 
 ( " = + − = + −
→
( )
4
64268435
$
=
- Ứng suất trong cốt thép tại trọng tâm cốt thép là:
( ) ( ) ( )

0.043* * 0.043*2500 * 30 29440 ( )
  
  
γ
= = =
+ Cốt thép AIII có
365

 
=
và
200000 =
.
+ Nhịp tính toán dầm ngang lấy bằng khoảng cách hai dầm chủ L = 2105 mm.
'& <YUq
'& ?@A"
?@A" 764"#-"#
+ Sơ đồ tính toán dầm ngang là sơ đồ liên tục. Để đơn giản hóa trong tính toán ta
tính gần đúng với sơ đồ giản đơn được mômen tại giữa nhịp rồi nhân hệ số điều
chỉnh 0,7 cho mặt cắt tại gối hoặc 0.5 cho mặt cắt giữa nhịp trên sơ đồ liên tục.
'&& [D@^" "1+*_7\r" 3+
+ Tĩnh tải lớp phủ bản mặt cầu:
( )
( ) ( )
-5
w= 2,3*10 * 400*50 0,46 /  =
+ Tĩnh tải bản mặt cầu:
( )
( ) ( )
'' 5

2
2 2
*L
2 6 *2105
4431025 .
8 8

 
  
+
+
= = =
+ Lực cắt do tĩnh tải lớp phủ ở tại mặt cắt gối:
( )
w
w*L 0,46*2105
484
2 2



 = = =
+ Lực cắt do tĩnh tải trọng lượng dầm ngang và bản mặt cầu ở tại mặt cắt gối:
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
18
18
18
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       


    


  
  
η γ γ
= + = +
⇒ =
+ Mômen do tĩnh tải ở TTGHSD tác dụng lên dầm ngang tại mặt cắt giữa nhịp:
( )
( )
( )
2
2
2
w+DC
w w
w+DC
* . . 1* 1*4431025 1*254784
4.685.809 .

&    

&
  
  
η γ γ
= + = +
⇒ =
+ Lực cắt do tĩnh tải ở TTGHCĐ tại mặt cắt gối:

1 2
3
3
3 3 3 3
0,5*
0,5*2105
0,0001
35000 2105

 
ξ
= = =
+ +
IV.2.3.2 - Tổ hợp xe hai trục và tải làn
+ Lực tác dụng do tải trọng xe hai trục lên dầm ngang đặt tại giữa nhịp:
'
0,5*110000*(*1 0,932) 106260 ( ) 
= + =
→ Giá trị này nhỏ hơn của xe ba trục nên không cần thiết phải tính toán cho tổ
hợp này nữa.
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
19
19
19
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

IV.2.3.3 - Tổ hợp xe ba trục và tải làn
+ Lực tác dụng do tải trọng xe ba trục lên dầm ngang đặt tại giữa nhịp:
( )

8 8
H
 
  = = =
+ Lực cắt do hoạt tải xe ba trục tại mặt cắt gối:
'
3
136145 ( )
+$
  
= =
+ Lực cắt do tải làn tại mặt cắt gối:
'
* 2105*27,1
28523 ( )
2 2
H
 
 = = =
+ Lực cắt do hoạt tải tại TTGHCĐ:
( ) ( )
( )
3
. . .(1 ). . 1,2* 1,75*1, 25*136145 1,75*28523
417279

  +$  H


    

. . (1 ).
1*1, 2* 1,25*71.612.270 15.010.097
125.430.521 .
&
 +$ H
&

&

    

  
η
= + +
→ = +
→ =
'P uUq
+ Lực cắt tại gối trong TTGHCĐ:
( )
2
w+DC
11251 417279 428530

 
 
   
= + = + =
+ Mômen âm tại gối trong TTGHCĐ:
( )
( )

  
+
= = + = +
=
+ Mômen dương tại giữa nhịp trong TTGHCĐ:
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
20
20
20
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

( )
( )
2
1/ 2
1/ 2
w
u
0,5* 0,5* 0,5*(5.920.975 219.503.413)
112.712.194 .
 
 
 

   
  
+
= = + = +
=

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

& &


 " " 
 '
φ
= − − = − − =

+ Xét tỷ số
1
35,6
0,085 0,42
. 0,84*700
& &
 
" "
β
= = = ≤
Trong đó
( )

= = =
+ Lượng cốt thép tối thiểu:
( )
'
2
,min
30
0,03* * * 0,03*400*800* 789
365

&


( ' % 

= = =
+ Chọn bố trí thép: 4 thanh
( )
2
22 1519
&
( 
φ
=
.( nhưng do khi thiết kế thép đai
ta kiểm tra thép dọc không đạt nên đã tăng lên thành 5 thanh)
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
21
21

= − − = − − =
- Xét tỷ số
1
17,8
0,03 0,42
. 0,84*700
& &
 
" "
β
= = = ≤
Trong đó
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84
7 7


β
= − − = − − =
( với
'
30 28

  
= ≥
)

- Chọn
( )
2
4 18 1017
&
( 
φ
=
để bố trí cho cốt thép chịu mômen dương của dầm
ngang như hình vẽ dưới đây.
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
22
22
22
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

 if ^!4$4j"7M?"# \764"#-"#
'I lGYm
'I +n4-"oBp+4$4j"k4
-Mô men kiểm tra nứt:
91.081.431( . )

?
  
=
, tiết diện như khi thiết kế cốt
thép.
- Công thức kiểm toán:
3

nứt, chiều cao vùng nén:
. 2. . . 2. .
. 1 1 . 1 1
. . .
& & & & &
& ' &
 ( " '  ( " '

'  (  '  (
   
= + − = + −
   
   
   
→
( )
200000*1519 2*500*400
* 1 1 136,9
200000
29440*400
*1519
29440
 
 
 
= + − =
 
 
 
 

131,9 219

&
& &
$ 
& &


 " 

  
= − = −
⇒ = ≤ =
→ Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn.
'I& +n4-"oBp+4$4j"7M?"#
- Mô men kiểm tra nứt:
1/ 2
65.058.165( . )

  
=
.
- Tiết diện như khi thiết kế cốt thép bxh = 400x800 mm.
- Công thức kiểm toán:
3
min(0,6* ; )
.
& & 
 
)

 ( " '  ( " '

'  (  '  (
   
= + − = + −
   
   
   
→
( )
200000*1017 2*700*400
* 1 1 139
200000
29440*400
*1017
29440
 
 
 
= + − =
 
 
 
 
- Mô men quán tính chính của tiết diện quy đổi:
( ) ( )
( )
3 3
2 2
4

→ Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn.
'K >
'K G$4j"B2*_v +898
+ Lực cắt tại gối trong TTGHCĐ:
( )
428530

 =
+ Mômen âm tại gối trong TTGHCĐ:
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
24
24
24
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường       

( )
157.797.059 .

?
  
=
'K& D" -w@x"7
B
#+c-d"# ef*_"i"B2d"# ef*_9i\9 +!"
( )
( )
( )
( )
s s


⇒ =
'KP m"#t!yv!"#0%"
+ Ứng suất cắt trung bình:
( )
428530
2,07
. . 0,9*400*576

> >

> 
' "
ϕ
= = =
+ Xác định tỷ số:
'
2,07
0,07 0,25
30

>

= = ≤ ⇒
s.
'KR +3tz#W"oB2" 0+8"7s"#7CEs+C"#k4 if ^!
9i\
+ Giả sử ban đầu góc nứt
39


 (
θ
ε
−
+
+
= = =
'KI [D@^" *s+#W"o{0+n!@A
+ Lấy giá trị
3
1,8*10

ε
−
=
và
'
0.07

>

=
để tra biểu đồ ta được giá trị
40

θ
=
.
+ Giá trị
40

+
+
= = =
+ Tra biểu đồ với
3
1,74*10

ε
−
=
và
'
0.07

>

=
ta được giá trị
1,75
β
=
'KK [D@^" 9 3"|"# ^!v:-0F$"#
+ Khả năng chịu cắt của bêtông:
SVTH: Nguyễn Quang
Đại MSSV: CD04016
25
25
25