Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

PHẦN I.THIẾT KẾ SƠ BỘ
CHƯƠNG MỞ ĐẦU:
ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VƯỢT SÔNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC
PHƯƠNG ÁN VƯỢT SÔNG
M1. Đặc điểm của khu vực xây dựng cầu:
Khu vực ven sông khá bằng phẳng, mặt cắt ngang sông gần như đối xứng.
M.1.1. Địa chất:
Địa chất lòng sông tương đối tốt, số liệu khảo sát địa chất lòng sông cho thấy có
3 lớp đất .
+ lớp 1: cát mịn trạng thái chặt vừa dày 4m.
+ lớp 2: cát pha sét dày 4m .
+ lớp 3: cát hạt trung.
M.1.2. Thuỷ văn:
Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy:
+ Mực nước cao nhất: + 10.0 m
+ Mực nước thông thuyền: + 7.0 m
+ Mực nước thấp nhất: + 0.0 m
M.1.3. Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công:
Nguồn nhân công lao động khá đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công đúng tiến độ
công việc. Vật liệu địa phương( đá, cát...) có thể tận dụng trong quá trình thi công.
M.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật:
- Cầu vượt sông cấp IV có yêu cầu khẩu độ thông thuyền là 40m
Khẩu độ cầu: L0 = 128 m
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 1


Kiểm tra điều kiện:
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 2


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT
Ltt0 − L0
L0

=

126.05 − 128
128

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

= 1.52% Đạt yêu cầu .
M.4.2.2. phương án 2: Cầu dàn thép giản đơn ( 3 nhịp 44m )
Ta có : Áp dụng công thức ( 1.1 )
Ltto = L - 2bm - n.bf
 Ltto = 132 +4x0.1 - 2x1 - 2x1,4 = 127.6 (m)
Kiểm tra điều kiện:
Ltt0 − L0
L0

=


20
175

1/2 M? T C? T II-II

350

20

350

20
175

30

L? P BT ATPHAN DÀY 7.5cm
L? P B? O V? DÀY 3cm
L? P T? O MUI LUY? N 2% DÀY TB 5.5cm
B? N M? T C? U DÀY 20cm

91

240

190

190

20


60

L? P PHÒNG NU? C DÀY 0.5cm

71
240

-

Chiều rộng phần xe chạy 7 (m)

-

Chiều rộng phần người đi bộ 2x1,75 (m)

240

240

- Bố trí lề người đi bộ cùng mức với mặt đường xe chạy ta dùng vạch sơn phân làn
rộng 20 cm.
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 4


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT
-


SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 5


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

1.4.2. Dầm ngang tại hai đầu nhịp:

190

149

3.18 m2

169
220
Chiều cao dầm ngang: Hdnd = 1,9 m
Chiều rộng dầm ngang : Bdnd = 20 cm
Diện tích mặt cắt dọc một dầm ngang : Adnd = 3.18m2
Thể tích một dầm ngang: V1dnd = 4 x 0,2 x 3.18 = 2.544 m3
Thể tích 2 dầm ngang loại này: Vdnd = 2.544 x 2 = 5.088 m3
Tính tổng cộng dầm ngang:
Vậy, tổng thể tích 4 dầm ngang: Vdn = Vdng + Vdnd= 5.051 + 5.088 = 10.139 m3
Hàm lượng cốt thép theo thể tích trong dầm ngang là kdn = 2%
Suy ra : thể tích cốt thép : Vtdn = kdn.Vdn = 2% x 10.139 = 0.203 m3
Khối lượng cốt thép trong dầm ngang: Gt = Vtdn .γt=0,203 x 7,85 =1,592 (T)
Thể tích BT trong dầm ngang : Vbtdn = Vdn – Vtdn = 10.139 – 0.203 =9.936 (m3)

2.2.2. Tính toán các thông số sơ bộ :
Dung trọng của bêtông ximăng là 2,4 T/m3.
Dung trọng của bêtông nhựa là 2,25 T/m3.
Dung trọng của cốt thép là 7,85 T/m3.
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 7


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

1.1.5: Tính khối lượng bản mặt cầu:
Diện tích bản mặt cầu của nhịp 42m được tính bằng cách sử dụng phần mềm
Autocad: A42bmc = 2.428 (m2)
Thể tích bản mặt cầu cho nhịp 42 m:
Vbmc = 2.428 x 42 = 101.976 (m3)
Hàm lượng cốt thép theo thể tích trong bản mặt cầu là: kb = 2%
Suy ra : thể tích cốt thép : Vth = kb.Vbmc = 2% x 101.976 = 2.04 (m3)
Khối lượng cốt thép trong bản mặt cầu: Gth = Vth .γth = 2.04 x 7,85 =16.014 (T)
Thể tích BT trong dầm ngang : Vbt = Vbmc – Vth = 101.976 – 2.04 =99.94 (m3)
Khối lượng BT trong dầm ngang : Gbt = Vbt.γbt= 99.94 x 2,4 = 239.856 (T)
-Tổng khối lượng bản mặt cầu cho nhịp 42 m:
Gbmc = Gbt +Gth = 239.856 + 16.014 =255.87 (T)
1.1.6.Tính khối lượng cho các kết cấu trên cầu:(Tính cho 1m dài cầu)
- Khối lượng lớp BT atphan dày 7,5 cm:
0,075 x (7 + 1.75 x 2 + 0,2 x 2) x 2,25 = 1.84 (T/m)
- Khối lượng lớp phòng nước dày 0,5 cm:
0,005 x (7 + 1.75 x 2 + 0,2 x 2) x 1,5 = 0.82 (T/m)

Thể tích 1 tấm đan sẽ là: 1.69 x 1 x 0.08 =0.1352 (m3).
Trọng lượng tấm đan cho 1 nhịp 42 m:
42 x 4 x 0.1352 x 2.4 = 54.513 (T)
1.3. Lan can :
Vì không có dãi phân cách nên ta thiết kế lan can tay vịn cứng có khả năng
chống lại lực va của xe, các thông số kỹ thuật cho như trên hình vẽ:

30

10

15

10 20

90

60

20

50
+Với diện tích phần bệ Ab = 300000 mm2 , liên tục ở 2 bên cầu
+diện tích phần trụ :At = 25200mm2 ,các trụ cách nhau 2m, tổng số lượng là 21 trụ
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 9


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

2

5.2 Chiều cao dầm chủ :
- Chiều cao dầm chủ được xác định theo tiêu chuẩn AASHTO :
ddc = 0,045 x l =0,045 x 42 =1.89 (m)
ta chọn chiều cao của dầm là 1,9 m :
Đối với nhịp 42 m chọn dầm chữ I có kích thước như hình vẽ:

SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 10


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

14 8

71

10

10

10

35.5

20

- Thể tích BTCT cho 1 dầm trên 1 nhịp 42m:
24,106 + 5.52 + 4.178= 33.804 (m3).
Trong dầm chính thì lượng thép chiếm khoảng 210kg/m3
Suy ra : khối lượng thép trong 1 dầm chủ : 33.804 x 0,21 = 6.95 (T)
- Thể tích của thép trong dầm : 6.95 /7,85 = 0,885 (m3)
Suy ra thể tích thực của bêtông : 33.804 – 0,885 = 32.199 (m3)
- Khối lượng của bêtông : 32.199 x 2,4 = 77.277 (T)
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 11


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

Suy ra khối lượng 1 dầm chủ : 77.277 +6.95 = 84.227 (T)
=> Khối lượng 5 dầm chủ là : 84.227 x 5= 421.135 (T)
Vậy tĩnh tải tác động lên cầu của nhịp 42 m:
DC = (DCDC + DCDN + DCBMC + DCTD+ DWLCTV)/42
=(421.135+25.438+255.87+54.513+68.419).9,81/42=192.8 KN/m
DWII = DWPMC /42
= 172.58 x 9,81/42= 40.3 KN/m
B. Tính toán nhịp 30m
1. Tính dầm ngang :
- Dầm ngang được bố trí tại vị trí 2 đầu nhịp và giữa nhịp.
- Bề dày dầm ngang là 20cm
- Diện tích mặt cắt ngang dầm tại vị trí nhịp dầm : 2,4355 (m2)
- Diện tích mặt cắt ngang dầm tại vị trí đầu dầm : 2,279 (m2)
- Thể tích 1 dầm ngang tại vị nhịp dầm : 2,4355 x 0,2 = 0,487 (m3)

-Tổng khối lượng bản mặt cầu cho nhịp 30 m:
Gbmc = Gbt +Gth = 171.46 + 11.45 =182.91 (T)
1.1.6.Tính khối lượng cho các kết cấu trên cầu:
Khối lượng các lớp phủ mặt cầu trên 1m dài:
1.84 + 0.82 + 1.439 = 4.099 (T/m)
=> tổng khối lượng lớp phủ mặt cầu của nhịp 30 m sẽ là:
Gpmc = 4.099 x 30 = 122.97 (T)
1.1.4:Tính khối lượng tấm đan BTCT:
- Tấm đan nhịp 42m: kích thước của tấm đan 1750x1000x80
Thể tích 1 tấm đan sẽ là: 1.75 x 1 x 0.08 =0.14 (m3).
Trọng lượng tấm đan cho 1 nhịp 30 m:
30 x 4 x 0.14 x 2.4 = 40.32 (T)
2.2. Lan can tay vịn.
+Với diện tích phần bệ Ab = 300000 mm2 , liên tục ở 2 bên cầu
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 13


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

+diện tích phần trụ :At = 25200 mm2 ,các trụ cách nhau 2m, tổng số lượng là 15 trụ
+diện tích phần tay vịn :Atv = π 502 =7854 mm2 ,có 2 tay vịn, chiều dài tay vịn bằng
chiều dài nhịp 30 m.
+thể tích bê tông cốt thép của lan can tay vịn:
Vlctv =0,3x2x30+0,025x15x2 +0.007854 x2x2x30 = 19.69 (m3 )
+Hàm lượng cốt thép trong lan can chiếm klctv = 1,5 %
+Ta có thể tích cốt thép trong lan can : Vth = Vlctv.klctv = 19.69 x 1,5% = 0,295 (m3)

20

10

140

10 14

10

65

65

Diện tích dầm chủ tính được bằng cách sử dụng phần mền Autocad.
- Thể tích BTCT hai đoạn đầu dầm: (đoạn đầu dầm dài 2m)
0.941 x 2 x 2 =3.764 m3.
- Thể tích BTCT hai đoạn vút đầu dầm: (đoạn vút dài 2m)
(0.941 + 0,575)/ 2 x 2 x 2 = 3.023 m3.
- Thể tích BTCT đoạn còn lại:
0,575 x 34 = 12.65 m3.
- Thể tích BTCT cho 1 ầm trên 1 nhịp 30m:
12.65 + 3.023 + 3.764 = 19.437 (m3).
Trong dầm chính thì lượng thép chiếm khoảng 210kg/m3
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 15


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

Tính khối lượng mố :
- Phần tường trước : V1 = 11.24 x 11.9 = 133.75 (m3)
- Phần tường cánh: V2 = 32.46 x 2 x 0,5 = 32.46 (m3)
- Phần đá kê gối:
V3= 0.3 x 1 x 1 x5 = 1.5 (m3)
- Phần bệ mố :
V4 = 8.21 x 11.9 = 97.7 (m3)
- Phần bản giảm tải : V5 = 1.83 x 10 = 18.3 (m3)
-Tổng thể tích toàn bộ mố: VMT = ∑Vi = 283.71 (m3)
Theo thống kê thì hàm lượng cốt thép trong mố khoảng 100kg/m3
Từ đó ta có:
- Khối lượng cốt thép trong mố:Gth = 283.71 x 0.1 = 28.371 (T)
- Thể tích thép trong mố : Vth =28.371/7.85 = 3.61 m3
- Thể tích BT trong mố:Vbt = VMT – Vth = 283.71 - 3.61 = 280.1 m3
- Khối lượng BT trong mố:Gbt = Vbt.γbt = 280.1 x 2,4 = 672.24 (T)
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 17


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

- Khối lượng tổng cộng mố:GMT = Gbt + Gth = 672.24 + 28.371 = 700.6 (T)
Tính toán khối lượng mố phải:
Tính khối lượng mố :

- Phần đá kê gối:V4 = (0.3 x 1 x 1.6).5 = 2,4 m3
=> Tổng cộng thể tích trụ:VI = ∑Vi = 167.59 m3
- Ta có theo thống kê thì khối lượng thép trong trụ chiếm 100kg/m3
Suy ra : khối lượng cốt thép trong mố: 0,1 x 167.59 =16.67 (T)
- Thể tích thép trong trụ : 16.67 /7,85= 2.12 m3
- Thể tích BT trong trụ:Vcp = 167.59 – 2.12 = 165.47 m3
- Khối lượng BT trong trụ:Gcp = Vcp.γc = 165.47 x 2,4= 397.13 T
- Tổng khối lượng trụ: Gp1 = Gcp + Gsp = 397.13 + 16.67 = 413.8 (T)
2. Trụ II ( trụ nối giữa nhip 42m và nhịp 30 m ):
- Phần bệ trụ: V1 = 2 x 3 x 7,5= 45 m3
- Phần thân trụ:V2 = 11.04 x 7.83 + 9.06 x 4 = 122.68 m3
- Phần mũ trụ: V3 = 11.2x2+(8.43x2+6.7x1.4)x0.4/2 = 27.65 m3
- Phần đá kê gối:V4 = (0.3 x 1 x 1.6).5 = 2,4 m3
=> Tổng cộng thể tích trụ:VI = ∑Vi = 197.73 m3
- Ta có theo thống kê thì khối lượng thép trong trụ chiếm 100kg/m3
Suy ra : khối lượng cốt thép trong mố: 0,1 x 197.73 =19.773 (T)
- Thể tích thép trong trụ : 19.773 /7,85= 2.52 m3
- Thể tích BT trong trụ:Vcp = 197.73 – 2.52 = 195.21 m3
- Khối lượng BT trong trụ:Gcp = Vcp.γc = 195.21 x 2,4= 468.5 T
- Tổng khối lượng trụ: Gp1 = Gcp + Gsp = 468.5 + 19.773 = 488.3 (T)
3. Trụ III ( trụ nối giữa nhip 30m và nhịp 30 m ):
- Phần bệ trụ: V1 = 2 x 3 x 7,5= 45 m3
- Phần thân trụ:V2 = 11.04 x 6.84 + 9.06 x 4 = 111.75 m3
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 19


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT


1. Tải trọng tác dụng lên mố cầu:
a:Tải trọng tác dụng lên mố trái:
1.1 Tĩnh tải tác dụng lên mố trái:
Các tải trọng tác dụng lên mố:
RMT = Rbt+Pht + Rkcn
Trong đó :

Rbt - trọng lượng bản thân của mố.
Rbt = 1,25 x 700.6 x 9.81 = 8591 kN.
Rkcn – tĩnh tải ở kết cấu nhịp phần trên tác dụng lên mố.

SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 20


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

Rkcn = (1,25DC + 1,5DW)/2.
Với:
DC - tĩnh tải bản thân của hệ thống dầm chủ, dầm ngang, lan can tay vịn,
bản mặt cầu. tấm đan.
DC = 174.47 x 30 = 5234.1 kN.
DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu
DW = 28.72 x 30 = 861.6 kN.
Suy ra:

Rkcn = (1,25 x 5234.1 + 1,5 x 861.6)/2 = 3917 kN


145kN

1

0.959

0.795

9.3kN/m

dah Rg

0.647

- Hoạt tải do xe tải 3 trục và 2 trục thiết kế với tải trọng làn và đoàn người :
PHT1CĐ1 = η[γLL × m.n × 9,3 × Ω+γLL m.n[(145y1+145y2+35y3)(1+IM) + γPL × 2T × PL ×
Ω]]
=0.95x{1.75x1x2x9.3xAA + 1.75x1x2x[(145x1+145
= 1882.2 (kN)
PHT2CĐ1 = η[γLL × m.n × 9,3 × Ω+γLL mn[(110y4+110y5)(1+IM) + γPL × 2T × PL × Ω]]
= 1602.2 (kN)
Trong đó:
γLL = Hệ số tải trọng; γLL = 1,75
T = Bề rộng đường người đi; T=1,75(m).
yi(i= 1÷5) = tung độ đường ảnh hưởng ứng với các điểm đặt lực.
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 22


SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 23


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

Với: DC - tĩnh tải bản thân của hệ thống dầm chủ, dầm ngang lan can tay vịn,
bản mặt cầu, tấm đan.
DC = (174.47 x 30 + 192.8 x 42) = 13331 kN.
DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu
DW = (28.72 x 30 + 40.3 x 42) = 2554 kN.
Suy ra:

Rkcn = (1,25. 13331+ 1,5. 2554)/2 = 10247 kN

2.1.2. Hoạt tải.
- Hoạt tải do xe tải 3 trục và 2 trục thiết kế với tải trọng làn và đoàn người :

2

3kN/m

1200
110kN
6000

0.854


SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 24


Đồ án môn học : Thiết kế cầu BTCT

GVHD : Th.s Nguyễn Duy Thảo

Vì hoạt tải cường độ 1 do xe tải 3 trục thiết kế lớn hơn so với 2 trục thiết kế gây ra
nên ta lấy hoạt tải do xe tải 3 trục thiết kế để tính toán .
PHTCĐ1 = 2929 kN
Cần chú ý rằng: trong trường hợp này, việc xếp xe sẽ được tiến hành đối với từng
trụ một, đối với từng loại xe một để xét trường hợp bất lợi. Hơn nữa, để tính phản
lực gối phải tổ hợp xe theo một cách thứ hai nữa như sau:
“ Lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe
này cách bánh sau xe kia không nhỏ hơn 15m tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng
làn thiết kế, khoảng cách giữa các trục 145 kN của mỗi xe tải phải lấy bằng
4300mm”( mục 3.6.1.3.1 22TCN25,332-05)
2

3kN/m

1200
110kN

110kN
6000


Suy ra tổng tải trọng tác dụng lên trụ cầu
∑QT1 = PHTCĐ1+ Qtt = 3055+5074 + 10247= 18376kN
2.2. Tải trọng tác dụng lên trụ đỡ nhịp 42m và nhịp 30 m ( trụ II)
Tải trọng tác dụng lên trụ này có hoạt tải và tĩnh tải kết cấu nhịp giống với hoạt
toải và tĩnh tải kết cấu nhịp tác dụng lên trụ I, chỉ khác nhau tĩnh tải bản thân.
SVTH : Văn Đức Hoàng Lớp : 06X3C

Trang: 25