ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
SỐ LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.Đề tài: Thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bêtông:
2. Cấp thiết kế : Vónh cửu
Tổng chiều dài cầu : 229 m
Khổ cầu : 2x1.2 + 2x0.55 + 14 = 17.5 m
Trong đó:
Phần vòm : 2x1.25 m
Lan can : 2x0.55 m
Phần xe chạy : 14 m
Tải trọng thiết kế : HL93, Người 300KG/m
2
3. Giải pháp kết cấu nhòp :
Nhòp dẫn : dầm I 29 m căng trước
Nhòp chính : vòm ống thép nhồi bêtông có chiều dài 90 m
Sơ đồ kết cấu nhòp : 2x29 + 90 + 2x29 (m)
4. Điều kiện đòa chất :
Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ màu xám xanh , đôi chỗ lẫn cát và hữu cơ :
Chiều dày lớp : h
1
= 12.8 m
Các chỉ tiêu cơ lý :
 Trọng lượng thể tích : γ
w
= 1.48 T/m
3
.
 Độ sệt : B = 1.24.
 Lực dính : c = 0.082 (KG/cm
2
)

Các chỉ tiêu cơ lý :
 Tỷ trọng : G = 2.73
 Trọng lượng thể tích : γ
w
= 2.01 T/m
3
.
 Lực dính : c = 0.313 (KG/cm
2
) ,
 Góc ma sát trong : ϕ = 21
0
28’

.
Lớp 4 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :
Chiều dày lớp : h
4
= 4.1 m .
Các chỉ tiêu cơ lý :
 Trọng lượng thễ tích : γ
w
= 1.74 T/m
3
.
 Tỷ trọng : G =2.73
 Lực dính : c = 0.125 (KG/cm
2
)
 Góc ma sát trong : ϕ = 7

 Lực dính : c = 0.355 (KG/cm
2
)
 Góc ma sát trong : ϕ = 26
0.
39’.
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH
1. TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG
Nhiều công trình cầu trên thế giới đã được thiết kế với kết cấu ống thép nhồi
bê tông cho những cấu kiện chòu nén. Vào năm 1931, một trong những kết cấu đầu
tiên sử dụng công nghệ ống nhồi bê tông đã được xây dựng ở ngoại ô Paris, cầu vòm
nhòp 9m với hai vòm được kết cấu gồm 6 ống cho mỗi vòm. Tổ hợp của 40 ống thép
f140x50mm đã cấu tạo nên cánh trên hình parabol của kết cấu nhòp cầu dài 101m
vượt sông Nêva ở thành phố Xanh Pêterbua vào năm 1936. Trong năm 1940, cầu
đường sắt bác qua sông Ixet gần thành phố Kamenskơ - Uranski với nhòp chính dài
140m dạng vòm cao 22m, giá thành giảm 20% nhờ sử dụng kết cấu vòm ống nhồi bê
tông, cánh vòm được thiết kế bằng ống thép CT3 f820x13mm. Vào những năm của
thập niên 60, ống nhồi bê tông bắt đầu được nghiên cứu, ứng dụng một cách rộng rãi
trong xây dựng công trình ở Trung Quốc. Tù năm 1990 đến 1992, ba tiêu chuẩn kỹ
thuật (CECS28-90, DLGJ99-91 và DLGJ-SII-92) được ban hành ở Trung Quốc đã tạo
nhiều điều kiện thuận lợi hơn cho việc ứng dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông
trong xây dựng công trình.
Ở Trung Quốc, cầu dạng vòm ứng dụng công nghệ CFT được bắt đầu thiết kế
vào năm 1990. Với cầu có nhòp không lớn hơn 80m, kết cấu vòm được thiết kế với
một ống đơn. Cầu Yiwu Yuanhuang ở tỉnh Zhejiang được thiết kế dạng vòm với một
ống đơn đường kính 800, dày 18mm theo công nghệ CFT đã vượt được nhòp 80m.
Khi cần vượt nhòp lớn hơn và yêu cầu tải trọng lớn hơn, cầu vòm được thiết kế

Hai nửa vòm cầu Yajisha được chế tạo riêng biệt trên không vòm dọc theo hai
bên bờ. Thớt trên của đã xoay là phần đế vòm đặt trên trụ. Thớt dưới của đã xoay làm
việc như kết cấu truyền tải trọng xuống móng cọc. Hai nửa vòm nhòp chính được nâng
lên đến cao độ thiết kế bằng cách xoay tất cả theo phương đứng một góc 24,7014độ;
rồi xoay theo phương ngang đến vò trí thiết kế. Nửa vòm của nhòp phía bờ Bắc được
xoay theo phương ngang một góc 117,10độ và 92,2dộ cho nửa vòm phía bờ Nam.
Ống thép được nhồi bê tông C60 có phụ gia trương nở. Phụ gia chậm ninh kết
được trộn vào bê tông đế tăng khả năng làm việc của bê tông. Tỉ lệ nước xi măng là
0,35 với độ sụt 18-20cm. Cường độ chòu nén sau 3 ngày tuổi đạt 58,5 MPa.
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
1.1. Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông:
Cột thép bêtông liên hợp được đònh nghóa như là kết cấu chòu nén hoặc có thể
thép được bọc trong bêtông hoặc bêtông nhồi trong ống thép. Tùy thuộc các chủng
loại và hình dạng có thể chia ra làm 3 loại cột liên hợp thường dùng trong xây dựng
như sau [13] :
- Loại 1 : thép kết cấu (cốt cứng ) được bọc bằng bêtông (hình a, b,c)
- Loại 2 : bêtông nhồi trong hộp, ống thép (hình f, g, i)
- Loại 3 : hỗn hợp 2 loại trên (hình d, h)
Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông
Loại 1 : đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về phòng cháy, đơn giản khi cần tăng
cường độ bằng cách thêm cốt thép ở lớp bêtông ngoài. Tuy nhiên việc kiểm tra và xử
lý kết cấu thép bên trong không thể thực hiện. Chủng loại kết cấu này phù hợp cho
các công trình chòu động đất lớn với các tải trọng ngang lặp.
Loại 2 : ống thép nhồi bêtông được sử dụng nhiều trong các trụ cầu mà ở đó phải chòu
tải trọng va xe, các vành cầu vòm, cột nhà cao tầng không nhất thiết có cốt thép
bên trong.
Loại 3 : có tính năng chống cháy cao và có được các ưu điểm của hai chủng loại kết
cấu trên.
1.2. Đặc điểm làm việc của kết cấu ống thép nhồi bêtông chòu nén:

1.3. Ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông:
Cầu vòm bằng ống thép nhồi bêtông
Kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFT- Concrete filled tubula steel) là một kết cấu hỗn
hợp gồm ống thép và lõi bê tông cùng làm việc. Khi chòu cùng ứng suất như nhau thì
kết cấu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chính như sau:
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
* Khi so sánh với kết cấu bê tông có tiếp xúc với môi trường bên ngoài bê tông trong
ống thép có đặc điểm:
- Độ bền của lõi bê tông tăng khoảng 2 lần.
- Bê tông không bò co ngót mà bò trương nở vì không có sự trao đổi độ ẩm giữa bê
tông và môi trường bên ngoài,
- Sau 2-3 ngày tuổi thì không xuất hiện thêm vết nứt.
- Tính phi tuyến của công;
* Khi so sánh với kết cấu biến dang từ biến sẽ mất đi sau 2-7 ngày tuổi.
- Khối lượng của các cấu kiện ống nhồi bê tông nhỏ hơn so với cấu kiện bê tông cốt
thép,
- Không cần copfa trong thi thép dạng ống:
- Tăng khả năng chống biến dạng của ống thép,
- Độ bền ăn mòn và chống gỉ của mặt trong ống thép cao hơn,
- Giảm độ mảnh của cấu kiện;
* Khi so sánh với kết cấu sử dụng thép hình có mặt cắt hở:
- Mặt ngoài của kết cấu ống thép nhồi bê tông nhỏ hơn do đó chi phí sơn phủ và bảo
dưỡng thấp hơn,
- Độ bền chống gỉ cao hơn,
- Khả năng ổn đònh đều hơn,
- Giảm được ảnh hưởng của tải trọng gió,
- Tăng độ cứng chống xoắn
2. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH:
Kết cấu thượng bộ gồm 2 sườn vòm với tiết diện hình tròn và thanh giằng tại

chân vòm được chọn lựa.
Sơ đồ kết cấu nhòp : 2x29m+90m +2x29m.
Phương trình đường tim vòm
Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghóa rất lớn trong khai thác, thông thường cầu
vòm thép nhồi bêtông hoặc các công trình cầu vòm khác thường chọn đường cong tim
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
vòm là đường cong parabol bậc 2 hoặc bậc 4 và đường cong dạng dây xích. Các
đường cong này có đường cong áp lực khá trùng với đường cong tim vòm. Cầu vòm
trong đồ án sử dụng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau :
( )
2
f
y 4 L x x
L
= −
Trong đó :
f : đường tên vòm
L : chiều dài nhòp, tỉ lệ f/L = 1/5
Mặt cắt ngang vành vòm
Có nhiều chủng loại mặt cắt vành vòm như hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn … mỗi
vành vòm có thể tổ hợp từ 2, 3, hay nhiều hơn các ống thép nhồi bêtông. Do khẩu độ
cầu trong đồ án không quá lớn (90 m), để đơn giản trong quá trình thi công và chế tạo,
mặt cắt ngang vành vòm được lựa chọn có hình dạng số 8, gồm hai ống thép có đường
kính D = 1m liên kết với nhau qua bản thép.
Chiều cao vành vòm H = 2.4m, vậy mặt cắt có tỷ lệ H/L = 2.4/ 90
Chiều dày ống thép
Thép kết cấu dùng cho vành vòm phù hợp với tiêu chuẩn ASSHTO M270M Grade
345W hoặc ASTM A709M Grade 345W có giới hạn chảy tối thiểu f
y

:
( )
2 2
s
A 2 1 0.988 0.0374
4
π
= × − =
mm
2
Diện tích tiết diện bản thép 600x12mm:
A
s1
=0.6x2x0.012=0.0144 mm
2
Quy đổi thép sang bêtông bằng hệ số
s
c
E
n
E
=
E
s
=210000 Mpa,
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
' 1.5
c c c
E 0.043 f 0.043 2500 50 38006.989

+A
sc
=1.797+0.286=2.083 mm
2
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:
Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:
I
1
=
4 4
n 2 0.05 D (1 )× × × × −η
Trong đó:
d 0.988
0.988
D 1
η = = =
I
1
={5.525x2x0.05x1
4
x(1-0.988
4
)+0.2066x0.7
2
}=0.1272m
4
Mômen quán tính của hai lõi bêtông:
I
2
=

12
×
×
=1.193x10
-3
m
4
Suy ra:
I
x
=I
1
+I
2
+I
3
+I
4
=0.1272+0.844+6x10
-3
+1.193x10
-3
=0.978 m
4
Mômen quán tính của tiết diện đối với trục y:
Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:
I
1
=5.525x2x0.05x1
4

 
×
× × + × × =
 ÷
 
6.873x10
-3
m
4
Mômen quán tính lõi bêtông giữa hai bản thép:
I
4
=
3
0.5 0.576
12
×
=7.962x10
-3
m
4
Suy ra:
I
y
=I
1
+I
2
+I
3

2

- Độ cứng EA = 2.1 x 10
11
x 0.2117 x 10
-2
= 4.4457 x10
8
KN
Thanh giằng 22 - 7Φ5
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 10
11
Pa
- Diện tích mặt cắt A = 2.419 x10
-2
m
2

- Độ cứng EA = 2.1 x 10
11
x 2.419 x 10
-2
= 5.08 x10
9
KN
Dầm ngang dự ứng lực
Mặt cắt dầm ngang giữa nhòp
Diện tích mặt cắt: A= 1.169 m

4
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.00373m
4
Dầm T bản mặt cầu
Mặt cắt dầm T bản mặt cầu giữa nhòp
Diện tích mặt cắt: A= 0.1515 m
2
Mômen quán tính đối với trục x:I
x
= 0.00148 m
4
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.00431m
4
Mặt cắt dầm T bản mặt cầu đầu nhòp
Diện tích mặt cắt: A= 0.2075 m
2
Mômen quán tính đối với trục x:I
x
= 0.00268 m
4
Mômen quán tính đối với trục y:I
y
= 0.00729m
4

Bêtông
Cường độ chòu nén trụ tròn 28 ngày tuổi đối với :
- Bêtông nhồi vành vòm f’
c
= 50 MPa
- Bêtông dầm ngang dầm dọc f’
c
= 40 MPa
- Bêtông bản mặt cầu f’
c
= 30 MPa
Cáp treo và cáp giằng chân vòm
Cáp treo phù hợp tiêu chuẩn ASTM A421 / ASTM A421M, có các đặc trưng sau:
- Môđun đàn hồi E = 200 000 MPa ± 5%
- Giới hạn bền f
s
= 1655 MPa.
- Giới hạn chảy f
y
= 0.9f
s
(cáp có độ tự chùng thấp)
Cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A822 / ASTM A822M, có các đặc
trưng sau:
- Môđun đàn hồi E = 197 000 MPa ± 5%
- Giới hạn bền f
s
= 1860 MPa.
- Giới hạn chảy f
y

SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ LAN CAN
Sơ đồ tính lan can chòu lực va xe
Để bảo đảm an toàn, lan can phải được thiết kế với tải trọng va đập của xe cộ. Trò số
tải trọng phụ thuộc vào cấp lan can.
Thông số thiết kế lan can:
+ Chiều cao tường bêtông: H
w
= 800 mm
+ Chiều cao thanh lan can: H
R
= 1050 mm
+ Cường độ chòu kéo của cột, thanh lan can: f
u
= 260 MPa
1. ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN:
Lan can thiết kế phải thoải mãn điều kiện sau:



≥
≥
e
t
HY
FR
Trong đó:
R: Tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can.

Sức kháng của hệ lan can là tổng hợp sức kháng của tường chắn, cột và dầm lan can.
3. THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN:
3.1. Sức kháng của tường chắn:
Sức kháng của tường chắn có thể được xác đònh bằng phương pháp đường chảy như
sau:








×
+×+××
−×
=
w
2
cc
wb
tc
w
H
LM
M8M8
)LL(2
2
R
(13.7.3.4-1)

2
tt
c
M
HMMH8
2
L
2
L
L
×+××
+






+=
(13.7.3.4-2)
Chọn:
- Lớp bêtông bảo vệ : a
bv
= 25 mm
- Đường kính thanh cốt thép dọc : : d
dọc
= 14 mm
- Đường kính thanh cốt thép đứng : d
đứng
= 14 mm

- Chiều cao: h = 300 mm
- Chiều rộng: b = 400 mm
Diện tích thép:
4
142
4
d2
A
2
2
doc
s
×π×
=
×π×
=
= 307.8 mm
2
Chiều cao khối ứng suất chữ nhật tương đương:
4003085.0
2808.307
bf85.0
fA
a
'
c
ys
××
×
=

doc
dungbvs
−−−=−−−=
= 254 mm
( a: là khoảng cách từ mép bêtông vùng kéo đến trọng tâm cốt thép chòu kéo)
107.10
836.0
45.8a
C
1
c
==
β
=
039.0
254
107.10
d
C
s
c
==
Suy ra:
45.0
d
C
s
c
≤
Nên:

d
A
2
2
doc
s
×π
=
×π
=
= 153.94 mm
2
2003085.0
28094.153
bf85.0
fA
a
'
c
ys
××
×
=
××
×
=
= 8.45 mm
2
Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng
tâm cốt thép chòu kéo:

C
s
c
≤
Nên:
)
2
45.8
354(
1000
280
94.1539.0)
2
a
d(fAM
sysw
−×××=−×××φ=
= 13568.58 (Nmm)
 Xét phần 3 của tường:
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 21
300
200
500
100
Tiết diện qui đổi trong phần
2 của tường chắn
Hình I.5:
Bố trí thép trên phần 2
của tường chắn
200

a
'
c
ys
××
×
=
××
×
=
= 8.45 mm
2
Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến
trọng tâm cốt thép chòu kéo:
2
14
1425500
2
d
dahd
doc
dungbvs
−−−=−−−=
= 454 mm
107.10
836.0
45.8a
C
1
c

−×××=−×××φ=
= 17447.82 kNmm
Vậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:
3
w
2
w
1
w
3
1i
i
ww
MMMMHM ++==×
∑
=
= 19378.68 + 13568.58 + 17447.82 = 50395.07
kNmm
Bảng tổng hợp giá trò
HM
w
:
mm mm
2
mm mm kNmm kNmm
1 400 307.88 254 8.45 19378.68
50395.07
2 200 153.94 354 8.45 13568.58
3 200 153.94 454 8.45 17447.82
3.1.2. Sức kháng tường đối với trục ngang:

×π
×=
×π
×=
= 0.77 mm
2
13085.0
28077.0
bf85.0
fA
a
'
c
ys
××
×
=
××
×
=
= 8.45 mm
2
Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng tâm cốt thép chòu kéo:
2
14
25300
2
d
ahd
dung

2
45.8
268(
1000
280
77.09.0)
2
a
d(fAM
sysc
−×××=−×××φ=
= 51.16 kNmm/mm
(Lấy hệ số kháng uốn
9.0=φ
)
 Xét phần 2 của tường:
Các giá trò tính toán:
Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):
b = 1 mm
Chiều rộng trụ bêtông ( chính là chiều cao h tính toán trong phương pháp tính cốt
đơn):
Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi:
2
500300
h
+
=
= 400 mm
Diện tích thép:
4

×
=
= 8.45 mm
Khoảng cách từ mép bêtông chòu nén đến trọng tâm cốt thép chòu kéo:
2
14
25400
2
d
ahd
dung
bvs
−−=−−=
= 368 mm
SVTH: PHAN ĐĂNG KHOA_CĐ03A Trang 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.BÙI ĐỨC TÂN
107.10
836.0
45.8a
C
1
c
==
β
=
027.0
368
107.10
d
C

h = 500 mm
Diện tích thép:
4
14
200
1
4
d
200
1
A
2
2
dung
s
×π
×=
×π
×=
= 0.77 mm
2
13085.0
28077.0
bf85.0
fA
a
'
c
ys
××

C
s
c
==
Suy ra:
45.0
d
C
s
c
≤
Nên:
)
2
45.8
468(
1000
280
77.09.0)
2
a
d(fAM
sysc
−×××=−×××φ=
= 89.95 kNmm/mm
Vậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:
800
20095.8920056.7040016.51
H
bM



+××
++=
×+××
+






+=
71.65
)07.503950(8008
2
1070
2
1070
M
)HMM(H8
2
L
2
L
L
c
wb
2
tt







×
+××
−× 800
17.281471.65
07.503958
)107017.28142(
2
2
= 462.29 kN
Đối với va chạm ở đầu tường hoặc mối nối:






+
++=
+
+






×
+×+×
−×
=
w
2
cc
wb
tc
w
H
LM
HMM
LL2
2
R
=
( )








×
+×
−× 800

110
100
Ống thép lan can tay vòn