Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
lời nói đầu.
rong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ đất nớc, Giao thông Vận tải là ngành đã
có những đóng góp quan trọng. Cùng với sự phát triển liên tục của đất nớc
trong những năm qua, lĩnh vực xây dựng cơ bản nói chung và xây dựng công
trình giao thông nói riêng đã và đang đợc Nhà nớc đầu t phát triển và có những
thành tựu đáng tự hào. Trong những năm tới, để thực hiện sự nghiệp CNH - HĐH
đất nớc càng đòi hỏi GTVT phải đi trớc một bớc, phục vụ cho mục tiêu phát triển
kinh tế xã hội.
T
Những năm gần đây, cùng với sự đầu t lớn của nhà nớc vào hệ thống giao
thông, các công nghệ xây dựng công trình giao thông tiên tiến đã đợc đa vào
Việt Nam. Để đáp ứng yêu cầu của thực tế, đòi hỏi trình độ của ngời kỹ s công
trình ngày càng cao. Nhằm đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp xây dựng đất nớc
trong lĩnh vực Giao thông Vận tải, trong những năm qua Trờng Đại Học GTVT
đã không ngừng mở rộng quy mô và nâng cao chất lợng đào tạo.
Sau quá trình học tập và tích luỹ kiến thức trong trờng Đại học Giao
Thông Vận Tải Hà Nội, đến nay em đợc giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp
chuyên ngành Cầu Hầm. Đề tài đợc sự hớng dẫn trực tiếp của PGS -TS. Trần
Đức Nhiệm cùng sự hớng dẫn của các thầy cô giáo trong Bộ môn Cầu - Hầm
khoa Công trình Trờng Đại Học GTVT Hà Nội. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn
chân thành tới các thày cô giáo Khoa Công Trình nói chung, đặc biệt là sự giúp
đỡ, hớng dẫn tận tình của thầy Trần Đức Nhiệm và thầy đọc duyệt Nguyễn Văn
Chừng
Trong quá trình thực hiện đồ án, bằng kiến thức đã tích luỹ đợc cùng với
sự học hỏi liên tục, nhng do thời gian và nhiều hạn chế khác nên chất lợng đồ án
có thể cha đợc nh ý. Rất mong nhận đợc sự nhận xét, góp ý của các thầy, cô
giáo cùng toàn thể các bạn.
Hà Nội - Tháng 5 Năm 2005.

21
II.2.3. Tính toán sơ bộ trụ cầu
31
II.2.4. Tính toán sơ bộ mố cầu
35
Chơng III- Phơng án sơ bộ 3 : Phơng án cầu dây văng
40
II.3.1. Giới thiệu chung về phơng án
40
II.3.2. Tính toán và chọn các tham số cơ bản
40
Chơng IV- So sánh và lựa chọn phơng án cầu
47
II.4.1. Phơng án 1 : Cầu liên tục đúc hẫng
47
II.4.2. Phơng án 2 : Cầu khung T - dầm đeo
47
II.4.3. Phơng án 3: Cầu dây văng dầm cứng BTCT
47
II.4.4. So sánh và lựa chọn phơng án
48
Phần 3- Thiết kế kỹ thuật
49
Giới thiệu chung về phơng án kỹ thuật
49
Chơng I- Tính toán bản mặt cầu
50
I.1. Cấu tạo bản mặt cầu
50
I.2. Xác định tải trọng tác dụng lên bản mặt cầu

90
V.1. Cấu tạo dầm dọc
90
V.2. Tính toán nội lực
90
V.3. Tính và bố trí cốt thép DƯL cho dầm dọc
96
Chơng VI- Tính toán tháp cầu
103
VI.1. Cấu tạo tháp cầu
103
VI.2. Nội dung tính toán và kiểm toán tháp cầu
103
VI.3. Xác định các THTT tác dụng tại các mặt cắt theo
phơng dọc cầu.
104
VI.4. Xác định các THTT tác dụng tại các mặt cắt theo
phơng ngang cầu.
108
VI.5. Tính toán và bố trí cốt thép
112
VI.6. Tính toán móng tháp cầu
114
Chơng VII- Tính toán mố cầu
136
VII.1. Cấu tạo mố
136
VII.2. Tính toán mố
137
VII.3. Tính toán gối cầu

- Thiết kế 3 phơng án sơ bộ. So sánh và lựa chọn phơng án thiết kế kỹ thuật.
- Thiết kế kỹ thuật phơng án kiến nghị: thiết kế chi tiết kết cấu nhịp cầu chính, 1 mố và
1 trụ chính.
- Thiết kế tổ chức thi công và thiết kế thi công chi tiết 3 - 4 hạng mục.
I.2. Các số liệu chủ yếu.
I.2.1. Mặt cắt sông
18.96
40.6
24.60 28.20
9
39.0
41.43
18.30
10 11 13
43.0
42.61
33.78
12
43.1
26.94
14
MNTN: 47.25
MNCN: 54.0
MNTT: 52.13
28.00
50.2
45.4
15 16
24.60
54.98

42.6
43.5
17.4018.00
5 6
40.8
41.1
7 8
22.80
42.6
43.5
39.0
I.2.2. Đặc điểm về địa chất :
Khoan thăm dò địa chất tại khu vực dự kiến xây dựng cầu với số lợng 4 lỗ khoan: 2 lỗ
trên bờ, 2 lỗ dới nớc. Căn cứ vào quá trình theo dõi khoan hiện trờng và kết quả các chỉ
tiêu cơ lý trong phòng thí nghiệm, theo thứ tự từ trên xuống có thể phân địa tầng thành
các lớp nh sau:
- Lớp 1 : Đất hữu cơ
- Lớp 2: Sét màu vàng nhạt trạng thái dẻo cứng
- Lớp 3: Sét pha cát màu nâu trạng thái dẻo cứng
- Lớp 4: Cát hạt nhỏ trạng thái chặt
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-102-

Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
- Lớp 5: Cát hạt vừa chặt lẫn dăm sạn.
I.2.3. Đặc điểm về thuỷ văn:
- Mực nớc cao nhất (MNCN) : + 54.00m
- Mực nớc thông thuyền (MNTT) : + 52.13m

+ 3@33
m
= 462
m
- Nhịp chính là một dầm BTCT DƯL, thi công theo công nghệ đúc hẫng cân
bằng đối xứng.
- Khổ cầu : [email protected]+2@[email protected]= 16.5m
- Nhịp chính dầm có tiết diện hình hộp chiều cao tại gối 6 m. Tại giữa nhịp và
cuối nhịp biên là 3 m cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol đảm bảo
phù hợp yêu cầu chịu lực và mỹ quan kiến trúc.
- Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp.
+ BT Mác 500
+ Thép cờng độ cao dùng loại 7 bó sợi hãng Fressine
+ Thép cấu tạo dùng CT
3
2. Kết cấu phần dới .
- Dùng trụ thân hẹp BTCT đổ tại chỗ BTM 300
- Phơng án móng dùng móng cọc đài thấp, cọc khoan nhồi đờng kính 1,5 m.
- Mố cầu dùng mố chữ U - BTCT trên móng cọc khoan nhồi đờng kính 1.5m.
3. Tiêu chuẩn kỹ thuật .
- Qui trình thiết kế : Qui trình mới TCVN-272-01 do bộ giao thông vận tải ban
hành.
- Tải trọng tác dụng HL93.
- Khổ cầu [email protected]+2@[email protected]= 16.5m
- Khổ thông thuyền 80 m x 10 m.
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-104-

Thiết kế kỹ thuật


Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
300
300
600
10000
18000
13500/2=6750
250
5
5
0
1500
1/2mặt cắt tai gối Ko
330
1000
300
6000
250
570
3360150
1500500 250
3000
570
250
250
250
250
320

Tại hoành độ x=0 thì y=H
Tại hoành độ x=L/2 thì y=h và y=0
Với H,h lần lợt là chiều cao dầm chủ tại gối và giữa nhịp chính.
H=6m; h=3m.
Thay vào đIều kiện trên ta xác định đợc phơng trình đờng cong đáy dầm chủ:
Vậy phơng trình có dạng:

XXy
59
6
59
3
2
2
+=
1.2.2. Xác định phơng trình thay đổi chiều dầy đáy dầm.
Giả thiết đỉnh đáy dầm thay đổi là 1 parabol, đỉnh đờng parabol tại mặt cắt
giữa nhịp. Gốc toạ đặt cách tim gối trên trụ 1m
- Cung Parabol cắt trục hoành tại sát gối cầu bên trái.
- Phơng trình có dạng : y= ax
2
+ bx +c
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-106-

Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
y=2ax+b
Tại hoành độ x=0 thì y=H-Z

6000 4000
1.2.4. Tính toán đặc trng hình học của tiết diện.
- Để tính toán đặc trng hình học của các mặt cắt dâm chủ ta vẽ các mặt cắt
trên AUTOCAD và tính. Trong chơng trình này ta chỉ cần nhập toạ độ mặt cắt
ngang dầm chủ sẽ đợc các đặc trng hình học của mặt cắt dầm chủ tại đó.
Bảng tính đặc trng hình học các mặt cắt nguyên:
REGIONS 1
Area: 23832584.0765
Centroid: X: 0.000
Y: 2906.8821
Moments of inertia: X: 3.3082E+14
Y: 3.7853E+14
Product of inertia: XY: -3.3175E+10
Radii of gyration: X: 3725.7268
Y: 3985.3358
Principal moments and X-Y directions about centroid:
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-107-

ThiÕt kÕ kü thuËt

thiÕt kÕ dÇm chñ
I: 1.2944E+14 along [1.0000 0.0000]
J: 3.7853E+14 along [0.0000 1.0000]
REGIONS 2
Area: 22807571.0722
Centroid: X: 0.0000
Y: 2642.2203
Moments of inertia: X: 2.6038E+14
Y: 3.6667E+14

Product of inertia: XY: 3041322353.9976
Radii of gyration: X: 2971.8725
Y: 4038.1681
Principal moments and X-Y directions about centroid:
I: 7.3056E+13 along [1.0000 0.0000]
J: 3.5192E+14 along [0.0000 1.0000]
REGIONS 5
Area:
21048086.3916
Centroid: X: 0.0000
Y: 2197.8031
Moments of inertia: X: 1.6406E+14
Y: 3.4524E+14
Product of inertia: XY: 1.3709
Radii of gyration: X: 2791.8730
Y: 4050.0070
Principal moments and X-Y directions about centroid:
I: 6.2391E+13 along [1.0000 0.0000]
J: 3.4524E+14 along [0.0000 1.0000]
REGIONS 6
Area:
20535770.6220
Centroid: X: 0.0000
Y: 2066.8972
Moments of inertia: X: 1.4078E+14
Y: 3.3869E+14
Product of inertia: XY: 2.7904
Radii of gyration: X: 2618.2900
Y: 4061.1304
Principal moments and X-Y directions about centroid:

Y: 4079.4148
Principal moments and X-Y directions about centroid:
I: 3.9842E+13 along [1.0000 0.0000]
J: 3.2783E+14 along [0.0000 1.0000]
REGIONS 9
Area:
19348427.6106
®Æng trÇn Hng  líp cÇu ®êng Anh b-k41
-110-

ThiÕt kÕ kü thuËt

thiÕt kÕ dÇm chñ
Centroid: X: 0.0000
Y: 1771.1892
Moments of inertia: X: 9.5744E+13
Y: 3.2322E+14
Product of inertia: XY: -0.9168
Radii of gyration: X: 2224.5027
Y: 4087.2055
Principal moments and X-Y directions about centroid:
I: 3.5046E+13 along [1.0000 0.0000]
J: 3.2322E+14 along [0.0000 1.0000]
REGIONS 10
Area:
19067473.4695
Centroid: X: 0.0000
Y: 1704.9054
Moments of inertia: X: 8.6987E+13
Y: 3.1953E+14

Y: 3.1365E+14
Product of inertia: XY: -5.4942
Radii of gyration: X: 1990.1207
Y: 4102.5688
Principal moments and X-Y directions about centroid:
I: 2.6357E+13 along [1.0000 0.0000]
J: 3.1365E+14 along [0.0000 1.0000]
REGIONS 13
Area:
18473993.0758
Centroid: X: 0.0000
Y: 1552.8021
Moments of inertia: X: 6.9023E+13
Y: 3.1140E+14
Product of inertia: XY: -55.0576
Radii of gyration: X: 1932.9258
Y: 4105.6265
Principal moments and X-Y directions about centroid:
I: 2.4478E+13 along [1.0000 0.0000]
J: 3.1140E+14 along [0.0000 1.0000]
REGIONS14
Area: 18404647.2787
Centroid: X: 0.0000
Y: 1537.6386
Moments of inertia: X 6.7325E+13
®Æng trÇn Hng  líp cÇu ®êng Anh b-k41
-112-

ThiÕt kÕ kü thuËt


3
)
J
x
(m
4
)
J
th
(m
4
)
1 2.9068821 23.83 69.278512 3.31E+02 1.29E+02
2 2.6422203 22.81 60.2626273 2.60E+02 1.01E+02
3 2.4817793 22.17 55.0223207 2.22E+02 8.59E+01
4 2.3338399 21.58 50.366534 1.91E+02 7.31E+01
5 2.1978031 21.05 46.2595495 1.64E+02 6.24E+01
6 2.0668972 20.54 42.4453268 1.41E+02 5.30E+01
7 1.9633145 20.11 39.4855017 1.24E+02 4.62E+01
8 1.8570219 19.7 36.5816868 1.08E+02 3.98E+01
9 1.7711892 19.35 34.269726 9.57E+01 3.50E+01
10 1.7049054 19.07 32.5082385 8.70E+01 3.16E+01
11 1.6436597 18.83 30.9487666 7.95E+01 2.86E+01
12 1.5956819 18.64 29.7356121 7.38E+01 2.64E+01
13 1.5528021 18.47 28.6864552 6.90E+01 2.45E+01
14 1.5376386 18.4 28.2996961 6.73E+01 2.38E+01
15 1.5275273 18.36 28.0430894 6.62E+01 2.34E+01
®Æng trÇn Hng  líp cÇu ®êng Anh b-k41
-113-


= 0,12 T/m
Tổng cộng tĩnh tải giai đoạn II là:
q
I
tc
= 0.12 + 0.22466*16.5+0.4875 = 4.31439T/m
Mô men lớn nhất tại mặt cắt đỉnh trụ ứng với trờng hợp cánh hẫng dài nhất, tức
là khi đúc tới đốt cuối cùng.
M = M
BT
+ (P
VK
+P
XE
).L + q
TC
.B.L
2
/2
Trong đó :
M
bt
- là mô men tại mặt cắt đỉnh trụ do tác dụng của trọng lợng bản thân dầm.
L - là chiều dài cánh hẫng lớn nhất: L=59m.
B - là chiều rộng toàn bộ cầu : B = 17.7m
Khối lợng từng đốt đợc tính theo bảng sau:
TT F(m
2
) L(m) P(tấn)
1 23.83258408 2 119.1629204

c
= 50Mpa.
Thép dùng 19 bó 7 sợi 12.7 để đơn giản ta không xét tới cốt thép thờng.
Tại mặt cắt tính toán có h = 6m ; Bb = 9.4m; dự kiến dc=0.25m.
dp = h-dc = 6- 0.25 =5.75 m
Quy đổi mặt cắt hộp ra chữ T theo nguyên tắc sau:
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-115-

0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10

bt
H
bb
hb

1.2.5 Tính mất mát ứng suất trong bê tông cốt thép dự ứng lực:
1.2.5.1 Câc chỉ tiêu cơ lý của vật liệu:
Bê tông:
Cờng độ chịu nén khi uốn: fc=50 Mpa
Mô đun đàn hồi của bê tông: Ec=4800
'
c
f
= 33941 Mpa
Tỷ trọng của bê tông:

b
= 2.4 T/m
3
.
Cờng độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tảI hoặc tạo ứng suất trớc.
f
ci
=0.9.fc=45Mpa
Hệ số quy đổi hình khối ứng suất:
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-116-

Thiết kế kỹ thuật


Cấp của thép : 270 (Thép có độ chùng dão thấp)
Cờng độ chịu kéo cực hạn:
f
pu
=1860 Mpa
Cờng độ chảy:
F
py
=0.9xf
pu
= 0.9x1860=1674 Mpa
Mô đuyn đàn hồi quy ớc:
E=197000 Mpa
Hệ số ma sát:
à
=0.25
Hệ số ma sát lắc trên 1mm bó cáp:
K=6.6x10
-7
(mm
-1
) = 6.6x10
-4
(m
-4
)
Ưng suất trong cốt thép ứng suất trớc khi kích:
f
pj
=1448 Mpa

ứng suất kéo trong bê tông mang dấu dơng):
0
.
+=
b
th
b
th
b
y
I
M
y
I
eF
A
F
f
Trong đó:
F - là tổng lực kéo trong các bó cáp ứng suất trớc, đã trừ đI mất mát ứng
suất tức thời.(KN)
M - là trị số mô men tại đỉnh trụ đợc tính nh trên:
M = -91859.819 T.m
A - diện tích thu hẹp của mặt cắt dầm hộp.(m
2
).
I
th
- Mô men quán tính của tiết diện dầm hộp lấy đối với trục trung hoà nằm
ngang.(m

A
A
n =
Trong đó: A
cable
- là diện tích một bó cáp: A= 19x1.2668=24.0686 cm
2
Với mặt cắt đỉnh trụ có các đặc trng hình học nh sau:
Diện tích
A(m
2
)
S
đáy
(m
3
) y
b
(m) I
x
(m
4
)
I
th
(m
4
)
23.83 69.278512 2.9068821 3.31E+02
1.29E+02

- sức kháng uốn danh định của tiết diện tính theo công thức:
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-119-

Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
( )






+













+


- Xe hai trục lấy xung kích 25% kết hợp với tải trọng làn thiết kế.
- Xe tải thiết kế xung kích 25% kết hợp với tải trọng làn thiết kế.
- 90% hiệu ứng của 2 xe tải thiết kế 25% xung kích tổ hợp với 90% hiệu ứng
của tải trọng làn thiết kế.
Kết quả tổ hợp trong SAP2000 nh sau:
M
u
= -86292.854 T.m
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-120-

Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
A
PS
Tổng diện tích các bó cốt thép ứng suất trớc.
A
PS
= 1732.9392cm
2
f
ps
- ứng suất trung bình trong thép ứng suất trớc ở sức kháng danh định tính theo
phân tích 5.7.3.1.1-1 của tiêu chuẩn mới.
f
ps
= f
pu
(1-k.c/d

bw chiều dày bản bụng : bw=1.677 m.

1
hệ số quy đổi khối ứng suất : 0.7
h
f
chiều dày bản lắp dầm chủ : 0.371m
a chiều cao khối ứng suất tơng đơng.
a=c.

1
Suy ra : a = 1185.935* 0.7 = 830.1545mm.
Thay số ta có:

. M
n
= 89312.54 T.m > M
u
= 86292.854 T.m
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-121-

Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
Vậy kiểm toán đạt.
1.4. Kiểm toán theo trạng tháI giới hạn cờng độ I tại mặt cắt giữa nhịp.
Tơng tự ta cũng có : c = 1122.6 mm.
Suy ra : a = 785.82cm.
Thay số ta có: .M

5500
5500
13000
1500
13000
50001500
1500
15005000
50001500
3250
3500
15005000
1500
10000
300
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-122-

Thiết kế kỹ thuật

thiết kế dầm chủ
- Thân trụ
P
t
tc
= V
trụ
x2.5
= 13.767x12x2.5
= 413 T

phần tử có mặt cắt thay đổi dạng parabol.
Hệ số tải trọng của tĩnh tải phần I đợc lấy theo quy trình 79: n=1.1
Tĩnh tải giai đoạn II:
Tĩnh tải giai đoạn II gồm có:
Trọng lợng gờ chắn: g
gc
= 0,4875 T/m
Lớp phủ bê tông atsphal: Dày 5 cm trọng lợng 0,115 T/m
2
Bê tông bảo hộ dầy 3 cm: 0,072 T/m
2
Lớp phòng nớc dày 1 cm 0,015 T/m
2
Lớp tạo dốc 1,0 cm 0,02266 T/m
2
= 0,22466 T/m
2
TảI trọng rải đều của lan can:
q
lc
= 0,12 T/m
Tổng cộng tĩnh tải giai đoạn II là:
q
I
tc
= 0,12 + 0,22466x12.5+0,4875 = 3,415 T/m
Hệ số tải trọng đối với tĩnh tải phần II lấy nh quy trình 79 : n=1.5
đặng trần Hng lớp cầu đờng Anh b-k41
-123-


2
.
Tải trọng làn trong HL93: 0.948 T/m
Xe tải thiết kế.
Tổ hợp tải trọng để tính phản lực gối theo tiêu chuẩn mới nh sau:
90% hiệu ứng của 2 xe tảI thiết kế (25% xung kích) xếp cách nhau khoảng
15m, khoảng cách các trục sau cố định 4.3m kết hợp với 90% hiệu ứng của
tải trọng làn.
Hệ số tải trọng của hoạt tải:
- xe tải : 1.75 ; xung kích 1.25.
- Tải trọng làn: 1.75 ; không tính xung kích.
Kết quả tĩnh toán trong SAP nh sau (đã nhân hệ số).
P

= 136.276 T
P
xe
= 262.06 T
P
L
= 322.97 T
2.1.3 . áp lực đẩy nổi của nớc:.
áp lực đẩy nổi của nớc tính theo công thức:
B =
w
* V
o
V
o
: Thể tích nớc chiếm chỗ