I. Giới thiệu về Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế Cầu Dầm I Nhịp 25m
Đồ án tốt nghiệp thiết kế cầu dầm I nhịp 25m là một công trình học thuật quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng công trình giao thông. Đề tài này được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Duy Liêm. Đây là một mẫu đồ án thực tế, phù hợp với nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng giao thông của đất nước hiện nay. Mục đích chính là giúp sinh viên tổng hợp kiến thức từ các học phần lý thuyết và áp dụng vào thực tiễn thiết kế kết cấu cầu. Công trình này bao gồm các phần tính toán chi tiết về dầm chủ, trụ cầu, mố cầu và các kết cấu phụ trợ khác.
1.1. Đặc điểm của cầu dầm I nhịp đơn giản
Cầu dầm I nhịp giản đơn 25m sử dụng bê tông cốt thép dự ứng lực, công nghệ căng trước hiện đại. Chiều cao dầm chủ đạt 1350mm, với tiết diện dạng chữ I giúp tối ưu hóa diện tích tiết mặt cắt. Cầu gồm 6 dầm chủ song song, khoảng cách 2000mm, với dầm ngang nối tiếp tạo thành một hệ kết cấu chắc chắn, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 11823-2017.
1.2. Tầm quan trọng của đồ án này trong đào tạo
Mẫu đồ án này giúp sinh viên nắm vững quy trình thiết kế cầu từ A đến Z, bao gồm tính toán tải trọng, phân bố lực, kiểm tra ứng suất. Sinh viên sẽ làm quen với các công cụ tính toán chuyên ngành, tiêu chuẩn thiết kế quốc gia, và khả năng thực tế trong lĩnh vực kỹ thuật giao thông.
II. Số liệu Thiết kế và Kích thước Sơ bộ Dầm Chủ
Số liệu thiết kế của cầu dầm I nhịp 25m được xác định dựa trên tiêu chuẩn quốc tế và điều kiện địa phương. Chiều dài nhịp tính toán là 24,4m, tải trọng thiết kế theo hoạt tải HL-93 (chuẩn quốc tế). Bề rộng tổng cộng cầu đạt 12m, bao gồm mặt xe chạy 11m và hai làn đường bộ hành mỗi bên 0,5m. Dầm chủ được chế tạo từ bê tông cốt thép dự ứng lực cấp f'c = 50MPa, đảm bảo độ bền cao. Các kích thước chính bao gồm chiều cao 1350mm, bầu dưới 435mm, bầu trên 280mm, sườn 635mm.
2.1. Kích thước tiết mặt cắt dầm I 25m
Tiết diện dầm chủ có dạng chữ I với chiều cao tổng cộng H = 1350mm. Bầu dưới rộng b1 = 650mm, dày h1 = 435mm. Bầu trên rộng bf = 600mm, dày hf = 280mm. Sườn dầm bề rộng b2 = 200mm, cao hs = 635mm. Thiết kế này tối ưu hóa trọng lượng riêng và khả năng chịu lực uốn, momen kháng lớn.
2.2. Vật liệu và cấp bê tông sử dụng
Dầm chủ sử dụng bê tông cốt thép dự ứng lực cấp f'c = 50MPa, độ bền cao. Các kết cấu còn lại như trụ, mố sử dụng bê tông cấp f'c = 30MPa. Thép dự ứng Dps = 15.2mm, thép thường DUL. Tỷ trọng bê tông γc = 2,5 T/m³, đảm bảo tính toán tải trọng chính xác.
III. Tính toán Nội lực và Bố trí Cáp Dự ứng Lực
Tính toán nội lực là bước quan trọng trong thiết kế cầu dầm I nhịp 25m. Dựa trên tải trọng thiết kế HL-93, ta tính toán momen uốn, lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng. Hệ số phân bố tải trọng ngang được xác định để tối ưu hóa phân bố lực giữa các dầm chủ. Bố trí cáp dự ứng lực được thiết kế theo hình dạng parabolic, giúp giảm momen uốn dương ở giữa nhịp, tăng khả năng chịu tải. Tính toán mất mát dự ứng suất do lực hãm dãn, co ngót bê tông, cọc lệch được tính toán chi tiết. Kiểm tra ứng suất tại các giai đoạn khi tạo dầm và khi phục vụ đảm bảo an toàn.
3.1. Hệ số phân bố tải trọng ngang
Hệ số phân bố tải trọng ngang xác định cách lực từ bánh xe phân bố sang các dầm chủ song song. Với 6 dầm khoảng cách 2000mm, hệ số này được tính theo TCVN 11823-2017. Mục đích là đảm bảo dầm ngoài và dầm trong chịu lực cân bằng, không dầm nào bị quá tải.
3.2. Bố trí cáp dự ứng lực và mất mát ứng suất
Cáp dự ứng lực được bố trí parabolic, từ thấp ở hai đầu đến cao ở giữa nhịp. Mất mát ứng suất bao gồm: lực hãm dãn (friction loss), co ngót bê tông (shrinkage), lползня (relaxation). Tính toán chi tiết các mất mát này để xác định lực dự ứng chính xác.
IV. Thiết kế Trụ Cầu Mố Cầu và Cọc Móng
Thiết kế trụ cầu, mố cầu là các phần kết cấu chịu lực phức tạp trong công trình. Trụ cầu chịu lực dọc từ dầm chủ, lực ngang từ gió, va đập. Mố cầu chịu phản lực lớn từ dầm và truyền xuống nền đất thông qua các cọc móng. Tất cả các kết cấu này được tính toán với tổ hợp tải trọng đầy đủ: tải trọng tĩnh (trọng lượng), hoạt tải (HL-93), lực gió, lực thay đổi nhiệt độ. Cọc móng được thiết kế để chịu lực nén, lực căng, lực cắt ngang, đảm bảo ổn định và chế độ làm việc an toàn của toàn công trình cầu.
4.1. Tính toán kết cấu trụ và mố cầu
Trụ cầu được tính toán với các tải trọng bao gồm: phản lực từ dầm, lực gió (150 kg/m²), va đập xe cưỡi. Mố cầu chịu phản lực lớn, lực uốn ngang. Các kích thước sơ bộ được xác định dựa trên điều kiện ứng suất cho phép, sau đó kiểm tra chi tiết.
4.2. Thiết kế cọc móng cho nền đất
Cọc móng được bố trí dưới mố để truyền lực xuống tầng đất chịu lực. Tính toán độ sâu ghim cọc, đường kính cọc, số lượng cọc dựa vào sức chịu tải của đất. Kiểm tra lực nén, lực căng, lực cắt để đảm bảo cọc làm việc an toàn.
