Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
Mục lục
Phần 1: Nội dung thuyết minh
1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ
1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu
1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.
2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1)
3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6)
3.1 Đối với dầm giữa
3.2 Đối với dầm biên
4. Tính toán bản mặt cầu
4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu
4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải
4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ
4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu
4.5 Tính toán cốt thép chiu lực
5. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải
5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ
5.2 Các hệ số cho tĩnh tải
p
(Bảng A.3.4.1-2)
5.3 Xác định nội lực
6. Nội lực dầm chủ do hoạt tải
6.1. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn
6.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng ngời đi bộ
6.3 Xác định nội lực.
7. Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ
7.1 Thép
7.2 Bêtông
8. Chọn và bố trí cáp dự ứng lực

Phần 2: bản vẽ kỹ thuật
(Bản vẽ khổ A1)
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
2
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
Thiết kế môn học cầu bê
tông cốt thép f1
I. Nội dung thiết kế:
- Thiết kế kết cấu nhịp cầu BTDUL giản đơn đờng ô tô.
Các số liệu thiết kế:
- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05
- Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93, Tải trọng ngời đi bộ 300 Kg/m
2
.
- Chiều dài nhịp:27 m
- Khổ cầu K8+2 x 2,0 m
- Dự ứng lực căng sau.
- Loại cốt thép dự ứng lực: 12K15
- Có dầm ngang
- Mặt cắt chữ I liên hợp bản BT
*Vật liệu sử dụng:
- Bêtông dầm chủ mác 400 có các chỉ tiêu sau:
+ fc = 45 Mpa + c = 24 KN/m3
+ Ec = 36056,596 Mpa + Hệ số poisson = 0,2
- Bêtông bản mặt cầu mác 400 có các chỉ tiêu sau:
+ fc = 40 Mpa + c = 24 KN/m3
+ Ec = 33994,48 Mpa + Hệ số poisson = 0,2
- Lớp phủ có: c = 22,5 KN/m3
- Cốt thép DƯL có:

Chiều rộng toàn cầu: B=B
1
+2(B
2
+B
3
+B
4
) = 900+2(25+100+25)= 1300 cm
- Chọn số lợng dầm chủ N
b
= 6, khoảng cách giữa tim các dầm chủ là 210 cm,
khoảng cách từ tim dầm biên đến mép ngoài cùng là 125 cm
+ Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.
Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thớc sau:
- Chiều cao toàn dầm tối thiểu thông thờng theo bảng 2.5.2.6.3-1( Tiêu chuẩn
22TCN 272-05): H
min
=0.045 L
tt
=0.045
ì
32.2=1.449 m. Chọn H=1600mm
- Chiều dày sờn dầm tại mặt cắt giữa nhịp là 200mm
- Chiều cao toàn dầm: 1600mm.
- Chiều dày sờn dầm: 200mm.
- Chiều rộng bầu dầm: 600mm.
- Chiều cao bầu dầm: 180mm.
- Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 170 mm.
- Chiều rộng cánh dầm: 500mm.

- Lớp bê tông phòng nớc: t
2
=0.004 m.
Bố trí chung mặt cắt ngang cầu:
III. Vật liệu và đặc trng hình học
1. Vật liệu:
- Bê tông dầm: + f
c1
= 50 Mpa +
c
= 25 KN/m
3
+ Hệ số poisson = 0,2
- Bê tông bản mặt cầu: + f
c2
= 40 Mpa +
c
= 25 KN/m
3
- Lớp phủ có:
c
= 22,5 KN/m
3
- Cốt thép DƯL: 12K15
+ Mô đun đàn hồi Ep = 197000 Mpa
+ Diện tích 1 tao = 140 mm2
+ Giới hạn chảy fpu=1860 Mpa.
- Cốt thép thờng có
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
5

+ 1/8 chiều dài nhịp tính toán =
4025
8
32200
=
mm
+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản
bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính
=6
ì
200+ max
200
500 / 4



= 1400 mm
+ Bề rộng phần hẫng =1250 mm .

Bề rộng bản cánh hữu hiệu là 1050+1250=2300 mm.
Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu
Bảng 1
Dầm giữa (b
i
) 2100 mm
Dầm biên (b
e
) 2300 mm
3. Xác định đặc đặc trng hình học mặt cắt dầm I cha liên hợp:
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43

4
) I
x
(cm
4
)
152.00 158.00 24016.00 202.67 3794730.667
6900.00 87.00 600300.00 10950300.00 63176400
1080.00 9.00 9720.00 29160.00 116640
21.25 19.42 412.60 12.54 8023.940972
Tổng: 8153.25 634448.60 6.710E+07
Y
c
= 77.81542381 cm
I
d
= 1.773E+07 cm
4
3.2.Mặt cắt giữa dầm:
- Chọn gốc tọa độ tại mép dới mặt cắt, các đặc trng hình học đợc tính trong bảng
sau:
+ Diện tích tiết diện: A=

A
i
(cm
2
)
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
7

A
i
cm2)
Y
x
(cm)
S
x
(cm3)
I
ox
(cm4)
I
x
(cm4)
Gờ trên
4.00 38.00 152.00 158.00 24016.00 202.7 3794730.7
Cánh trên
12.00 50.00 600.00 150.00 90000.00 7200.0 13507200.0
Vút trên
12.00 15.00 180.00 140.00 25200.00 1800.0 3529800.0
Sờn
126.00 20.00 2520.00 81.00 204120.00 3333960.0 19867680.0
Vút dới
17.00 20.00 340.00 23.67 8046.67 6422.2 196860.0
Bầu dầm
18.00 60.00 1080.00 9.00 9720.00 29160.0 116640.0
Tổng:
160.00 4872.00 361102.667 41012910.7
Yc =74.11795293 cm

-A
ì
Y
2
c
(cm
4
)

Cao
(cm)
Rộng
(cm)
A
i
cm2)
Y
x
(cm)
S
x
(cm3)
I
ox
(cm4)
I
x
(cm4)
Gờ trên
4.00 38.00 152.00 158.00 24016.00 202.7 3794730.7

=1
2. Hệ số phân bố ngang cho hoạt tải đối với mô men trong các dầm giữa:
- Tham số độ cứng dọc: K
g
=n (I
d
+A
ì
e
g
2
) mm
4
.
Trong đó:
n=
d
b
E
E
E
b
: Mô đun đàn hồi của vật liệu dầm
E
b
=0,043*

5,1
c
,

d
+A
ì
e
g
2
)
K
g
= 1,118.[1.8839.10
11
+487200.(892,026)
2
] = 5.09858.10
11

(mm
4
)
- Kiểm tra phạm vi áp dụng:
+ 1100 mm<S=2100 mm<4900 mm
+ 110<t
s
=200<300 mm
+ 6000<L=33000<73000
+ N
b
=6 > 4
- Trờng hợp 1 làn chất tải:
g

=0.4186
Trờng hợp 2 làn chất tải:
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
9
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
g
mg2
=0.075+
0.1
0.2
0.6
g
3
tt tt S
K
S S
2900 L L t
ì ì
ữ
ữ
ữ
=0.5860
- Hệ số phân bố mô men thiết kế của các dầm giữa: g

ì
50
210
=0.1428
+ Hệ số phân bố với tải trọng ngời đi:
g
PL1
=
3
1.2
B
ì
0.5
ì
B
3
ì
(y
1
+y
2
)
y
1
=
210 125 25
210
+
= 1.4762
y

-B4-B
3
-B
2
) =
m3
2.1
ì
2
1

ì
(S+S
k
-B
4
-B
3
-B
2
)
2
/S
Trong đó B
4
,B
3
,B
2
: bề rộng lan can, lề ngời đi, và gờ chắn.

Các hệ số phân bố đợc lấy nh sau:
+ g
mbHL
=g
HL1
=0.1428
+ g
mbPL
=g
PL1
=1.119
+ g
mblàn
=g
Làn1
=0.326
4. Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm dọc giữa:
- Kiểm tra phạm vi áp dụng:
+ Khoảng cách giữa các dầm chủ: 1100<S=2100<4900
+ Chiều dài dầm: 6 000<L=33 000<73 000
+ Chiều dày bản mặt cầu: 110<t
S
=200<300
+ Hệ số độ cứng dọc: 4
ì
.10
9
<K
g
=5.09858.10



+
SS
=
2
2100 2100
0,2
7600 10700

+
ữ

=0,4378.
- Hệ số phân bố lực cắt thiết kế đối với dầm giữa:g
vg
=max(g
vg1
, g
vg2
)=0.6363
5. Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm dọc biên:
- Kiểm tra phạm vi áp dụng: d
e
=-750 mm không nằm trong phạm vi áp dụng công
thức: g
vb2
= e
ì
g

, đối với mức d thừa thông thờng lấy
R

=1
- Hệ số độ quan trọng
I

, đối với cầu thiết kế là quan trọng lấy
I

=1.05
Vậy hệ số điều chỉnh tải trọng:

=1
ì
1
ì
1.05=1.05>0.95.
Đối với các trạng thái giới hạn khác:

=1
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
11
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
V. Xác định tải trọng
1. tĩnh tải bản mặt cầu:
+ Dầm giữa
Diện tích tác dụng
A

ữ

=(210/2+125)
ì
20=4600 cm
2
=0.46 m
2
Trọng lợng bản mặt cầu: DC
bmb
= A
bmb
c

ì
=0.46
ì
2500=1150kg/m
2. Tĩnh tải dầm chủ:
- Đoạn từ đầu dầm đến hết đoạn có mặt cắt thay đổi:(đơn vị cm)
+ Diện tích tiết diện đầu dầm: A
0
=8153.25 (cm
2
) = 0.815325 m
2
+ Diện tích tiết diện giữa dầm: A=4872.00 (cm
2
) = 0.4872 m
2

+ Diện tích tiết diện: A=0.4872 m
2
+ Trọng lợng đoạn dầm:
DC
d
=
c
ì
A
ì
(L
tt
-2
ì
1.5)=2500
ì
0. 4872
ì
(32.2-2
ì
1.5)= 35565.6 kg
- Tĩnh tải dầm chủ coi là tải trọng rải đều trên suốt chiều dài dầm:
DC
dc
=
L
DCDC
dd
+
0

=20 cm
+ l
n
: chiều dài dầm ngang; l
n
=220 cm
+ N
n
: số lợng dầm ngang; N
n
=35
+ N
b
: số lợng dầm chủ; N
b
= 6
+ L
tt
: chiều dài tính toán của nhịp; L
tt
=32.2 m

DC
dn
=2500x
1.38 0.2 2.2 35
6 32.2
ì ì ì
ì
= 275.0 kg/m

=0.3 m
- Phần bê tông: DC
bt
=
c
B
4
h
B4
=2500x0.25x0.3= 187.5 kg/m (tính gần đúng)
- Tổng: DC
lc
= DC
t
+ DC
bt
=15+ 187.5 = 202.5 kg/m.
- Gờ chắn: DC
gc
=
c
B
2
h
B4
=2500x0.25x0.25 = 156.25kg/m
6. Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và tiện ích công cộng:
- Lớp bê tông atphalt: t
1
=0.07 m,

lp
+ DW
ti
=345.8+5 = 350.87kg/m.
- Dầm biên:
+ Tính tung độ đờng ảnh hởng:
y
1b
=
S
B
SS
k
)
2
(
4
+
=
210 125 25
210
+
=1.4762
+ Tĩnh tải do lan can tác dụng lên dầm biên:
DC
lcb
= DC
lc
. y
1b

= DW = 350.87kg/m
7. Tổng cộng tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc chủ:
- Dầm giữa:
+ Cha liên hợp: DC
dc
=1300.03 kg/m
+ Giai đoạn khai thác:
DC
g
=DC
dc
+DC
bmg
+DC
dn
+DC
lcg
+DC
vk
=1300.03+1050+275 +0+172
= 2797.03125 kg/m
DW
g
= DW = 350.87kg/m
- Dầm biên:
+ Giai đoạn cha liên hợp: DC
dc
=1300.03 kg/m
+ Giai đoạn khai thác:
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43

MPa
VI. Tính toán nội lực:
Mặt cắt đặc tr ng:
+ Mặt cắt gối: x=0
+ Mặt cắt cách gối x=0.72h=0.72x(1.60+0.20)= 1.296 m ( Để tính lực cắt)
+ Mặt cắt thay đổi tiết diện: x=1.5 m
+ Mặt cắt L/4: x=32.2/4=8.05 m
+ Mặt cắt L/2: x=32.2/2=16.1 m
1. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải
- Tải trọng tác dụng nên dầm chủ
+ Tĩnh tải : Tĩnh tải giai đoạn 1 DC1và tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2+ DW)
+ Hoạt tải gồm cả lực xung kích (1+IM) : Xe HL 93, tải trọng ngời đi bộ
+ Nội lực do căng cáp ứng suất trớc. Bỏ qua các tải trọng do co ngót, từ biến,
nhiệt độ, lún, gió, động đất.
- Để xác định nội lực, ta vẽ đờng ảnh hởng cho các mặt cắt cần tính rồi xếp tĩnh tải
lên đờng ảnh hởng. Nội lực đợc xác định theo công thức:
+ Mômen: M
u
= .
p
..g
+ Lực cắt: V
u
= .g(
p
.
+

p
.

dc
=13.0003125KN/m
M

: Diện tích đờng ảnh hởng mô men của mặt cắt đang tính
Bảng tính:
x(m)


(m
2
) DC
dc
(KN/m) M
DC
dc
(KN.m)
0 0 13.0003125 0
1.296 20.025792 13.0003125 260.3415541
1.5 23.025 13.0003125 299.3321953
8.05 97.20375 13.0003125 1263.679126
16.1 129.605 13.0003125 1684.905502
+ Giai đoạn khai thác: Mặt cắt đã liên hợp
M
DCb
=DC
b
.g.



)
DC
b
(KN/m)
DW
b
(KN/m)
M
DCb
(KN.m)
M
DWb
(KN.m)
0 0.000 32.783 3.015 0 0
1.296 20.026 32.783 3.015 656.498 60.370
1.5 23.025 32.783 3.015 754.820 69.411
8.05 97.204 32.783 3.015 3186.595 293.030
16.1 129.605 32.783 3.015 4248.793 390.707
- Mô men tác dụng lên dầm giữa do tĩnh tải:
+ Giai đoạn cha liên hợp: Giống dầm biên giai đoạn cha liên hợp
+ Giai đoạn khai thác:
M
DCg
=DC
g
.g.


M
DWg

16.1 129.605 13.0003125 1684.905502 16.1 129.605
b. Tính lực cắt do tĩnh tải
- Đờng ảnh hởng lực cắt:
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
17
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
- Lực cắt của dầm biên do tĩnh tải:
+ Giai đoạn cha liên hợp: V
DCdc
=DC
dc
.g.
V

Trong đó:
V

: Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt
Bảng tính:
x(m)
v

+
(m
2
)
v



x(m)
v

+
(m
2
)
v


(m
2
)
V


(m
2
)
DC
b
(KN/m)
DW
b
(KN/m)
V
DCb
(KN.m)
V
DWb

g
(KN/m)
DW
g
(KN/m)
V
DCg
(KN.m)
V
DWg
(KN.m)
0 16.100 0.000 16.100 27.970 3.509 450.322031 56.49007
1.296 14.830 0.026 14.804 27.970 3.509 414.073 51.943
1.5 14.635 0.035 14.600 27.970 3.509 408.367 51.227
8.05 9.056 1.006 8.050 27.970 3.509 225.161 28.245
16.1 4.025 4.025 0.000 27.970 3.509 0.000 0.000
2. Tính nội lực dầm chủ do hoạt tải:
Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa hai trục 145 kN của
xe tải thiết kế Truck đều lấy = 4.3 m
a. Mô men do hoạt tải HL93 và PL tác dụng tại các mặt cắt dầm:
- Tính tại các mặt cắt đặc trng:
+ Mặt cắt gối: x=0
+ Mặt cắt cách gối x=0.72h=0.72x(1.6+0.2)= 1.269 m ( Để tính lực cắt)
+ Mặt cắt thay đổi tiết diện: x=1.5 m
+ Mặt cắt L/4: x=32.2/4=8.05 m
+ Mặt cắt L/2: x=32.2/2=16.1 m
- Khi đó xét 3 trờng hợp xếp tải bất lợi nhất sau:
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
19
Thiết kế môn học

X
(m)
y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
(kNm)
y
M4
y
M5
M
tandem1
(kNm)
M
xetk
(kNm)
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
1.296 1.244 1.071 0.898 367.038 1.244 1.196 268.332 367.038
1.500 1.430 1.230 1.030 421.724 1.430 1.374 308.478 421.724
8.050 6.038 4.963 3.888 1731.063 6.038 5.738 1295.250 1731.063
16.100 8.050 5.900 3.750 2154.000 8.050 7.450 1705.0 2154.000
Trờng hợp 2:
+ Công thức tính:
M
truck

Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
+ Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp 2:
X
(m)
y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
(kNm)
y
M4
y
M5
M
tandem1
(kNm)
M
xetk
(kNm)
0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0.00
1.296 1.07 1.24 0.00 335.62 1.21968 0.667988 207.64436 335.62
1.500 1.23 1.43 0.00 385.69 1.40217 0.8581 248.627329 385.69
8.050 4.96 6.04 2.81 1693.44 5.8875 5.5875 1262.25 1693.44
16.100 5.90 8.05 5.90 2229.25 7.75 7.75 1705 2229.25
Trờng hợp 3:

tandem
)
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
21
35 KN
4,3m
4,3m
145 KN 145 KN
x=1,455m
Hợp lực
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
+ Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp 3:
X
(m)
y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
(kNm)
y
M4
y
M5
M
tandem1

(m2)
q
làn
(kN/m) M
lanx
(KN.m)
0.000 0 9.3 0
1.296 20.025792 9.3 186.2398656
1.500 23.025 9.3 214.1325
8.050 97.20375 9.3 903.994875
16.10 129.605 9.3 1205.3265
- Mô men gây ra do tải trọng ngời đi: Coi nh chỉ gây ra nội lực trong dầm biên.
PL=300 Kg/m
2
=3 KN/m
2
.
M
PLx
=PL.B
3
.
M

SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
22
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
Trong đó B
3

.M
PLx
Bảng tính:
+ IM = 0.25
+ G
vbHL
=g
HL1
=0.1428
+ G
vbPL
=g
PL1
=1.119
+ G
vblàn
=g
Làn1
=0.326
x(m) M
xetk
(kNm) M
lanx
(kNm) M
PLx
(kNm) M
LLb
(kNm)
0.000 0.000 0 0 0
1.296 367.038 186.2398656 90.116064 227.0614264

(kNm) M
lanx
(kNm) M
PLx
(kNm) M
LLb
(kNm)
0 0.000 0 0 0
1.3176 367.038 186.2398656 90.116064 393.0109946
1.5 421.724 214.1325 103.6125 451.6629338
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
23
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
8.05 1731.063 903.994875 437.416875 1870.647091
16.1 2229.250 1205.3265 583.2225 2436.450704
b. Lực cắt do hoạt tải HL93 và PL tác dụng tại các mặt cắt dầm:
- Tính lực cắt tại 5 mặt cắt đặc trng trong 2 trờng hợp xếp xe bất lợi sau:
- Công thức tính lực cắt do xe tải thiết kế:
V
truck
=145.y
V1
+145y
V2
+35y
V3
- Công thức tính lực cắt do xe 2 trục thiết kế:
V
tandem

1.500 0.953 0.820 0.686 0.916 0.953 281.149 205.652 281.149
8.050 0.750 0.616 0.483 0.713 0.750 215.039 160.901 215.039
16.100 0.500 0.366 0.233 0.463 0.500 133.789 105.901 133.789
- Lực cắt gây ra do tải trọng làn: Trờng hợp bất lợi với các mặt cắt trong khoảng từ
gối tới Ltt/2, chỉ đặt tải trên đờng ảnh hởng dơng.
SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43
24
Thiết kế môn học
Cầu Bê Tông Cốt Thép F1
V
lanx
=q
lan.
Vd

Trong đó :
Vd

là diện tích phần đờng ảnh hởng dơng
Bảng tính:
x(m)
Vd

(m
2
)
q
lanx
(kN/m) V
lanx

3
(m) V
PLx
(kN)
0.000 16.100 3 1.5 72.45
1.296 14.830 3 1.5 66.73536447
1.500 14.635 3 1.5 65.8572205
8.050 9.056 3 1.5 40.753125
16.100 4.025 3 1.5 18.1125
- Tổ hợp lực cắt do hoạt tải:
+ Dầm biên: IM=0.25
V
LLb
=g
vbHL
(1+IM)V
xetk
+g
vblanx
V
lan
+g
vbPL
V
PLx
Bảng tính:
IM= 0.25
gvbHL= 0.1428
gvblàn= 0.3260
gvbPL= 1.119