ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

NGUYỄN KHÁNH VI

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN TIẾT DIỆN HỢP LÝ CỦA
CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP VỚI BẢN BÊ TÔNG
CỐT THÉP BỊ KHỐNG CHẾ VỀ CHIỀU CAO
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số: 60.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TOẢN

Phản biện 1: TS NGUYỄN VĂN MỸ

Phản biện 2: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông họp tại
Trường Đại học Bách khoa vào ngày 15 tháng 10 năm 2017

Tuy nhiên với địa hình cần phải khống chế về chiều cao kiến
trúc, chiều cao dầm, đảm bảo thông thủy dưới cầu thì đề tài “Phân
tích lựa chọn tiết diện hợp lý của cầu dầm thép liên hợp với bản bê
tông cốt thép bị khống chế về chiều cao” là rất cần thiết với vùng
ĐBSCL.
2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài “Phân tích lựa chọn tiết diện hợp lý của cầu dầm thép
liên hợp với bản bêtông cốt thép bị khống chế về chiều cao” có ý


2
nghĩa khoa học và thực tiễn nhất định có thể áp dụng ở một số địa
phương của vùng ĐBSCL.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép bị khống chế
về chiều cao.
4. Phương pháp nghiên cứu
Vận dụng các cơ sở lý thuyết tính toán, TCVN và các phần
mềm ứng dụng từ đó đưa ra phân tích xác định tiết diện hợp lý của
cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép theo trạng thái giới
hạn cường độ 1.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Để giải quyết nhu cầu xây dựng cầu giao thông như đã đề cập
ở trên, một nghiên cứu về giải pháp cầu dầm thép với kết cấu và vật
liệu tốt, đảm bảo chi phí bằng hoặc thấp hơn phương án cầu bê tông
hiện tại là rất có ý nghĩa đối với khu vực ĐBSCL.
Đặc biệt là về địa hình, địa chất cần phải đáp ứng các yêu cầu
sau:
- Có thể thi công dễ dàng và nhanh chóng.
- Có thể sử dụng trong trường hợp tĩnh không và chiều dài

1.2.1.4. Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở một số tỉnh ĐBSCL
1.3. Khả năng ứng dụng cầu dầm thép vùng Đồng Bằng Sông
Cửu Long

a)


5

b)
Hình 1.6 (a;b): Kiểm tra gia công chế tác dầm

Hình 1.7: Cầu Xẻo Bèo – Tỉnh Đồng Tháp
 Kết luận
Khả năng ứng dụng cầu dầm thép trong xây dựng cầu ở
ĐBSCL là hoàn toàn khả thi bởi nhu cầu phát triển hạ tầng giao


6
thông ở khu vực này là rất lớn, cầu thép có nhiều ưu điểm phù hợp
với đặc thù của vùng. Bên cạnh đó, trình độ gia công chế tác ngày
càng được nâng cao, các công ty có những sản phẩm là thế mạnh của
mình và trong tương lai gần giá nguyên vật liệu sẽ giảm là những
điều kiện thuận lợi để thúc đẩy sự phổ cập của cầu dầm thép trong
ngành xây dựng cầu ở ĐBSCL.
Do đó đề tài “ Phân tích lựa chọn tiết diện hợp lý của cầu
dầm thép liên hợp với bản bêtông cốt thép bị khống chế về chiều
cao ” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhất định có thể áp dụng ở
một số địa phương của vùng ĐBSCL.


Rn - sức kháng danh định của kết cấu

 - hệ số sức kháng
 I - hệ số tải trọng
2.2.2. Xác định nội lực dầm chủ
2.2.2.1. Tải trọng tác dụng
a) Tĩnh tải
b) Hoạt tải
2.2.3. Tiết diện chữ  chịu uốn
2.2.3.1. Xác định sức kháng uốn trong tiết diện chữ 
2.2.3.2. Trục trung hòa dẻo của tiết diện liên hợp


8
2.2.3.3. Sự làm việc mất ổn định vách do uốn
AASHTO LRFD 2005 còn quy định giới hạn kích thước bản
biên là:
bf
D
 12 ;
b f  ; t f  1.1tw
2t f
6
2.2.3.4. Mô men dẻo của tiết diện liên hợp
2.2.3.5. Phân loại tiết diện và các bộ phận của tiết diện
2.2.3.6. Tính chất ổn định theo tiêu chuẩn AASHTO
2.2.3.7. Mất ổn định cục bộ của vách
2.2.3.8. Sự làm việc mất ổn định vách do uốn
2.2.3.9. Tính chất mất ổn định xoắn ngang (mất ổn định tổng thể)
2.2.3.10. Tính chất phân bố lại mô men

Trên cơ sở lý thuyết, nguyên tắc thiết kế cầu dầm thép liên hợp
với bản bê tông cốt thép và áp dụng tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 27205 để tính toán.
Để hiểu rõ hơn về những nội dung trên thì chúng ta sẽ tìm hiểu
tiếp ở chương sau.


10
Chương 3 – TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN TIẾT DIỆN HỢP LÝ
CỦA DẦM THÉP LIÊN HỢP VỚI BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP
3.1. Mở đầu
Trong phạm vi của luận văn này, học viên sẽ nghiên cứu lựa
chọn tiết diện hợp lý cho cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt
thép bị khống chế về chiều cao tương ứng với chiều dài nhịp 34m,
38m, 42m, khổ cầu K=7+2x1 m trên cơ sở tiêu chuẩn thiết kế 22
TCN 272-05.
Trên cơ sở các số liệu và tải trọng cơ bản, học viên xác định
được nội lực mô men và lực cắt lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải gây
ra. Dưới đây là chi tiết về việc xác định nội lực trong kết cấu cầu
dầm thép có nhịp 34m. Với kết cấu nhịp còn lại cũng được xác định
tương tự.
3.2. Xác định nội lực trong kết cấu nhịp L= 34m
3.2.1 Các số liệu cơ bản và tải trọng
+ Tiêu chuẩn thiết kế:
22 TCN 272-05
+ Chiều dài nhịp:
L = 34 m
+ Chiều dài nhịp tính toán:
Ltt = 37,4 m
+ Khổ cầu:
K=7+2x1 m


b/ Tĩnh tải giai đoạn 2
M 2  [ DC 3 .DC3   DW .DW ].  i
V2  [ DC 3 .DC3   DW .DW ].  i

3.2.4. Nội lực do hoạt tải trong dầm chủ
Giá trị mômen tại các tiết diện dầm khi có kể đến lực xung
kích:


12
M LL   ( LL .mg .(1  IM ) pi . yi   LL .9,3.TTL .mg m LL   PL .gPL .PL.PL )
m
LL

 =1: Hệ số điều chỉnh tải trọng

 LL : Hệ số của hoạt tải xe: Ở TTGHCĐ 1:  LL =  PL =1,75
Ở TTGHSD 2:

 LL =  PL =1,3

Trong đó:
mgLL: hệ số phân bố ngang
Pi: Tải trọng trục xe
yi: tung độ đường ảnh hưởng tương ứng với nơi đặt lực Pi
(1+ IM) = 1,25 hệ số xung kích.
 : diện tích đường ảnh hưởng
gPL hệ số phân bố ngang cho người đi bộ
PL: tải trọng người bộ hành 300daN/m2


Vht
(KN)

Vu
(KN)

V1
(KN)

V2
(KN)

Vht
(KN)

Vu
(KN)

Gối 363.277 204.45 881.59 1449.32 290.622 144.29 654.90 1089.81


13
3.3. Nội lực trong kết cấu nhịp L= 38m, L= 42m
Tính toán tương tự như ở phần 3.2 ta xác định được tĩnh tải và
hoạt tải như sau:
3.3.1. Tổ hợp các nội lực do tĩnh tải và hoạt tải gây ra với nhịp L= 38m
Bảng 3.10. Tổng hợp nội lực do hoạt tải và tĩnh tải (Mu)
Trạng thái giới hạn cường độ 1


Mặt
V1
V2
Vht
Vu
V1
V2
Vht
Vu
cắt (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN)
Gối

392.4

236

905.5 1533.9 298.1 169.3 684.1 1151.5

3.3.2 Tổ hợp các nội lực do tĩnh tải và hoạt tải gây ra với nhịp L= 42m
Bảng 3.12. Tổng hợp nội lực do hoạt tải và tĩnh tải (Mu)
Trạng thái giới hạn cường độ 1
Trạng thái giới hạn sử dụng
Mặt
M1
M2
Mht
Mu
M1
M2
Mht

3.4. Sức kháng uốn và sức kháng cắt trong dầm theo TTGHCĐ 1
Sức kháng uốn danh định: Mn = Mp
Trong đó mômen dẻo Mp được xác định như sau:


14
Mô men dẻo M p là tổng các mô men của các lực dẻo đối với
trục PNA. Đối với tiết diện chắc, sự mất ổn định tổng thể và mất ổn
định cục bộ không xảy ra nên mô men dẻo được xác định như sau:
MP=∑Pi.yi.
(3.4)
Trong đó : Pi là lực dẻo thứ i ; yi là khoảng cách từ lực dẻo Pi
đến trục trung hòa dẻo PNA.
Bằng cách thay đổi tiết diện dầm với chiều cao tiết diện được
chọn bằng Hmin, ta xác định được MP theo công thức (3.4), và sức
kháng uốn của dầm phải thỏa mản điều kiện (3.5):
Mu ≤  .Mn
(3.5)
Trong đó:
 = 1,0 : hệ số kháng uốn
Mn : Sức kháng uốn danh định. (kN.m)
Mu : Mômen lớn nhất do tải trọng gây ra. (kN.m)
Ngoài ra sức kháng cắt tính toán của dầm phải thỏa mản điều
kiện (3.6):
Vu ≤ V r =
Trong đó:
tăng cường.

 v ×Vn


P1
(N)

P2
(N)

Pw
(N)

Tổng P
(N)

Y
(mm)

Mp
(KNm)

300

16

4800

500

18

9000 1656000 3105000 5433750 10194750


11000 1656000 3795000 5433750 10884750

173.17

10496.49

300

16

4800

500

24

12000 1656000 4140000 5433750 11229750

175.49

10974.78

300

16

4800

500



500

22

Tổng
P(N)

Mp
(KNm)

Mu
(KNm)

11000 10884750 10496.49 10314.14


16
- Kiểm tra sức kháng cắt của dầm chủ:
Lực cắt dẻo: Vp = 0,58.Fyw .D.tw
= 0,58.345.1097.14.10-3= 3073 (kN)
Vì là tiết diện đặc chắc nên Vn=Vp=3073 (kN)
Điều kiện kiểm tra :

Vu <  .Vn
 = 1,0 : Hệ số kháng cắt của tiết diện
Vn = 3073 (kN) : Sức kháng cắt danh định
Vu = 1449.32 (kN) : Lực cắt tại vị trí gối
=> Vu= 1449.32 (kN) < Vn= 3073 (kN) (Đạt)
- Kiểm tra kích thước bản biên:

=> Kích thước bản biên đạt yêu cầu
- Tiết diện hợp lý của dầm được chọn như sau:


17

Hình 3.7. Tiết diện hợp lý của dầm thép L=34m
3.6. Tính toán, lựa chọn tiết diện hợp lý cho kết cấu nhịp L= 38m
Tương tự như các bước tính toán ở phần 3.5 ta xác định được:
Bảng 3.15. Sức kháng uốn của dầm thép L=38m
btf

tf

Af

300
300
300
300
300

16
16
16
16
16

4800
4800


Y
(mm)

Mp
(KNm)

10000
11000
12000
13000
14000

1656000
1656000
1656000
1656000
1656000

3450000
3795000
4140000
4485000
4830000

6061650
6061650
6061650
6061650
6061650

Af
bbf
tbf
Abf
(mm) (mm) (mm) (mm) (mm2) (mm) (mm) (mm2)
1255

14

300

16

48000 500

24

Tổng
P(N)

Mp
Mu
(KNm) (KNm)

12000 11857650 12325.43 12210

- Tiết diện hợp lý của dầm được chọn như sau:

Hình 3.9. Tiết diện hợp lý của dầm thép L= 38m



300

16

3600

500

24

12000 1242000 4140000 6713700 12440700 184.09 13808.82

300

16

3600

500

26

13000 1242000 4485000 6713700 12785700 186.41 14373.72

300

16

3600


Hình 3.10. Biểu đồ quan hệ giữa diện tích tiết diện và sức kháng uốn
Từ biểu đồ ta xác định được tiết diện tương ứng với Mu như
bảng (3.18)
Bảng 3.18. Các thông số của dầm thép L=42m
H
tw
btf
tf
Af
bbf
tbf
Abf
(mm) (mm) (mm) (mm) (mm2) (mm) (mm) (mm2)
1390

14

300

16

48000 500

28

Tổng
P(N)

Mp

1
34000 1125 14
300
16 4800 500
22 11000
2
38000 1255 14
300
16 4800 500
24 12000
3
42000 1390 14
300
16 4800 500
28 14000


21
KẾT LUẬN
Qua quá trình thu thập số liệu và triển khai đề tài, học viên tóm
tắt về một số nội dung đã đạt được như sau:
- Học viên đã tìm hiểu về đặc điểm của cầu dầm thép và đặc
điểm địa chất của khu vực ĐBSCL. Qua kết quả thu thập về địa hình,
địa chất của vùng ĐBSCL cho thấy cầu dầm thép liên hợp với bản bê
tông cốt thép có khả năng đáp ứng được nhu cầu phát triển hạ tầng
giao thông của vùng trong tương lai trong trường hợp bị khống chế
về chiều cao. Nền đất đắp ở 2 bên đường đầu cầu bị hạn chế về chiều
cao do phải đắp trên nền đất yếu. Việc lựa chọn được tiết diện hợp lý
của dầm liên hợp với bản bê tông cốt thép trong điều kiện bị khống
chế về chiều cao là cần thiết và mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi

2

(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm ) (mm) (mm) (mm2)

1

34000 1125

14

300

16

4800

500

22

11000

2

38000 1255

14

300