Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tập trung vào bài toán thiết kế kỹ thuật công trình cầu bê tông cốt thép (BTCT) dự ứng lực căng sau, một dạng kết cấu nhịp phổ biến trong mạng lưới giao thông đường bộ. Bối cảnh thực tiễn được đặt ra là yêu cầu thiết kế một công trình cầu đường bộ hiện đại, đáp ứng quy chuẩn tải trọng xe cơ giới hỗn hợp và xe hạng nặng theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Việt Nam.

Mục tiêu tổng quát của đồ án là hoàn thiện hồ sơ tính toán, thiết kế chi tiết kết cấu phần trên của nhịp cầu giản đơn BTCT dự ứng lực dài 33 m (mã đề 7C3F). Các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể bao gồm:

  1. Xác định sơ bộ kích thước hình học, lựa chọn vật liệu và bố trí cấu tạo chung của mặt cắt ngang, mặt cắt dọc cầu.
  2. Thiết kế và kiểm toán khả năng chịu lực của hệ thống lan can đường bộ cấp thử nghiệm TL-4.
  3. Tính toán nội lực, bố trí cốt thép và kiểm toán bề rộng vết nứt của bản mặt cầu theo các trạng thái giới hạn.
  4. Xác định tải trọng, tính toán nội lực và thiết kế cốt thép dầm ngang liên kết.
  5. Xác định đặc trưng hình học tiết diện quy đổi và tính toán hệ số phân bố ngang cho dầm chủ.
  6. Xác định nội lực do tĩnh tải, hoạt tải HL-93 và lập bảng tổ hợp nội lực tại các tiết diện đặc trưng của dầm chủ.
  7. Thiết kế hệ thống cáp dự ứng lực (loại cáp, số lượng bó, vạch quỹ đạo cáp), xác định đặc trưng hình học qua các giai đoạn làm việc và tính toán các thành phần mất mát ứng suất.
  8. Kiểm toán ứng suất dầm chủ ở trạng thái giới hạn sử dụng trong các giai đoạn căng kéo truyền lực và khai thác.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu phần trên của cầu nhịp giản đơn dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực căng sau liên hợp bản bê tông đổ tại chỗ.
  • Phạm vi thiết kế: Chiều dài toàn dầm $L = 33\text{ m}$, chiều dài nhịp tính toán $L_{tt} = 32{,}4\text{ m}$, bề rộng toàn cầu $B = 12\text{ m}$ (khổ xe chạy $11\text{ m}$, hai gờ chắn bánh mỗi bên $0{,}5\text{ m}$, không bố trí lề bộ hành riêng).

Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế

Đồ án được xây dựng trên hệ thống tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ hiện hành và các mô hình cơ học kết cấu công trình:

  • Tiêu chuẩn thiết kế: Áp dụng Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11823-05:2017 (và các phần liên quan TCVN 11823-01:2017 đến TCVN 11823-04:2017) về Thiết kế cầu đường bộ.
  • Tiêu chuẩn vật liệu:
    • Thép thường: Tiêu chuẩn AASHTO M270 cấp 250 (tương đương ASTM A709M cấp 250) với cường độ chảy $f_y = 250\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 200.000\text{ MPa}$; cốt thép bản mặt cầu sử dụng cấp CB-300V ($f'_y = 300\text{ MPa}$).
    • Cáp dự ứng lực: Loại 7 sợi cường độ cao, tao $15{,}2\text{ mm}$ theo tiêu chuẩn AASHTO M 203M (ASTM A416M), cường độ chịu kéo danh định $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, giới hạn chảy $f_{py} = 0{,}9 f_{pu} = 1674\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_p = 197.000\text{ MPa}$, ứng suất kích kéo ban đầu $f_{pj} = 0{,}75 f_{pu} = 1395\text{ MPa}$.
    • Bê tông dầm chủ đúc sẵn: Cường độ nén ở tuổi 28 ngày $f'c = 50\text{ MPa}$, cường độ nén lúc truyền lực $f'{ci} = 50\text{ MPa}$, tỷ trọng $\gamma_c = 2500\text{ kg/m}^3$, mô đun đàn hồi $E_c = 36.337\text{ MPa}$.
    • Bê tông đổ tại chỗ (bản mặt cầu, dầm ngang, gờ lan can): Cường độ nén $f'_c = 30\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_c = 29.440\text{ MPa}$ ($29.400\text{ MPa}$).
  • Phương pháp tính toán:
    • Thiết kế theo phương pháp hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD) thông qua việc kiểm tra các trạng thái giới hạn (TTGH Cường độ I, TTGH Sử dụng I, TTGH Sử dụng III, TTGH Mỏi).
    • Phân tích phân bố ngang tải trọng bằng phương pháp đòn bẩy và công thức giải tích theo tham số độ cứng uốn - xoắn của TCVN 11823.
    • Phân tích khả năng chịu lực dẻo của tường lan can bê tông theo lý thuyết đường chảy (Yield Line Analysis).
    • Tính toán mất mát ứng suất theo phương pháp phân tích chi tiết từng thành phần tức thời và dài hạn theo thời gian.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Xác định sơ bộ các thông số kỹ thuật

Chương này thiết lập toàn bộ kích thước hình học cơ bản của công trình cầu:

  • Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài $L = 33\text{ m}$, khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối $a = 0{,}3\text{ m}$, cho chiều dài nhịp tính toán $L_{tt} = 32{,}4\text{ m}$.
  • Mặt cắt ngang cầu rộng $B = 12\text{ m}$, bố trí 6 dầm chủ ($N_b = 6$) dạng chữ I đúc sẵn, khoảng cách giữa các dầm chủ $S = 2000\text{ mm}$ ($2{,}0\text{ m}$), phần cánh hẫng bản mặt cầu $S_k = 1000\text{ mm}$.
  • Chiều cao dầm liên hợp $h_c = 1800\text{ mm}$; chiều dày bản mặt cầu $h_b = 200\text{ mm}$; lớp phủ mặt cầu dày tổng cộng $75\text{ mm}$ (gồm lớp phòng nước $5\text{ mm}$ và bê tông nhựa $70\text{ mm}$).
  • Độ dốc ngang cầu $i = 2%$ được tạo bằng cách thay đổi chiều cao đá kê gối từ dầm biên vào dầm trong: Gối 1 cao $200\text{ mm}$, Gối 2 cao $240\text{ mm}$, Gối 3 cao $280\text{ mm}$.
  • Hệ thống dầm ngang được bố trí tại 5 mặt cắt dọc cầu (tại 2 gối, 2 tiết diện $L/4$, và giữa nhịp $L/2$), tổng số lượng dầm ngang là $N_n = (6 - 1) \times 5 = 25\text{ dầm}$.

Chương 2: Tính toán lan can

Nội dung chương 2 thực hiện tính toán hệ thống lan can kết hợp thanh kim loại và gờ bê tông đáp ứng cấp thử nghiệm TL-4:

  • Tải trọng va chạm quy ước cấp TL-4: Lực ngang $F_t = 240\text{ kN}$ tác dụng trên chiều dài $L_t = 1070\text{ mm}$; lực dọc $F_L = 80\text{ kN}$ trên $L_L = 1070\text{ mm}$; lực đứng $F_v = 80\text{ kN}$ trên $L_v = 5500\text{ mm}$; chiều cao điểm đặt lực $H_e = 810\text{ mm}$.
  • Thanh lan can ống thép tròn ($D = 100\text{ mm}$, $d = 90\text{ mm}$) lắp đặt trên cột đỡ dạng chữ I cao $510\text{ mm}$ đặt trên bệ bê tông cao $1070\text{ mm}$.
  • Kiểm toán thanh lan can: Mô men uốn tính toán tổng hợp $M = 4.669.351\text{ N}\cdot\text{mm}$, sức kháng uốn danh định $M_n = f_y S = 250 \times 26.605 = 6.651.250\text{ N}\cdot\text{mm} > M$, đảm bảo điều kiện chịu lực.
  • Cột lan can và bu lông liên kết: Mô men uốn chân cột $M_x = 652.000\text{ N}\cdot\text{mm}$, sức kháng uốn $M_n = 57.316.750\text{ N}\cdot\text{mm}$; bản đế liên kết bằng 4 bu lông cường độ cao $\phi 12$ ($F_{ub} = 420\text{ MPa}$), kiểm toán thỏa mãn điều kiện chịu kéo và cắt ($R_u = 815\text{ N} \le R_n$).
  • Phần tường bê tông đỡ lan can: Chia thành 3 đoạn hình học với cốt thép bố trí riêng biệt, phân tích theo cơ cấu phá hoại dẻo:
    • Sức kháng mô men theo trục đứng $M_w H = 49{,}61\text{ kN}\cdot\text{m}$.
    • Sức kháng mô men trung bình theo trục ngang $M_c = 109{,}425\text{ kN}\cdot\text{m/m}$.
    • Chiều dài vùng chảy dẻo $L_c = 2572{,}56\text{ mm}$.
    • Tổng sức kháng va chạm ngang danh định của lan can đạt $R_w = 2572{,}61\text{ kN}$, vượt xa lực tác dụng $F_t = 240\text{ kN}$.

Chương 3: Thiết kế bản mặt cầu

Chương 3 thiết lập các sơ đồ tính toán cho dải bản có bề rộng đơn vị $b = 1\text{ m}$:

  • Bản hẫng (congxon): Chiều dài vươn $L_c = 1000\text{ mm}$, chịu tĩnh tải bản thân ($DC_1 = 5\text{ kN/m}$), tĩnh tải lớp phủ ($DW = 1{,}6875\text{ kN/m}$), trọng lượng lan can ($DC_3 = 9{,}1027\text{ kN/m}$).
  • Bản dầm trong: Nhịp tính toán $L_1 = 2000\text{ mm}$, tính toán với hoạt tải bánh xe HL-93 có kể đến hệ số làn và hệ số xung kích $IM$, bề rộng dải bản tương đương $S_w$. Nội lực tính toán sau khi xét đến tính liên tục của bản:
    • TTGH Cường độ I: Mô men dương giữa nhịp $M_u^+ = 29{,}81\text{ kN}\cdot\text{m}$, mô men âm tại gối $M_u^- = -43{,}39\text{ kN}\cdot\text{m}$.
    • TTGH Sử dụng I: Mô men dương $M_s^+ = 16{,}72\text{ kN}\cdot\text{m}$, mô men âm $M_s^- = -23{,}58\text{ kN}\cdot\text{m}$.
  • Bố trí và kiểm toán cốt thép:
    • Vùng chịu mô men âm (thớ trên): Bố trí cốt thép $\phi 18\text{a}200$ ($A_s = 1272{,}35\text{ mm}^2/\text{m}$), chiều cao làm việc $d_s = 145\text{ mm}$.
    • Vùng chịu mô men dương (thớ dưới): Bố trí cốt thép $\phi 14\text{a}200$ ($A_s = 769{,}7\text{ mm}^2/\text{m}$).
    • Cả hai vùng đều thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu và tối đa.
  • Kiểm toán nứt theo TTGH Sử dụng: Ứng suất tính toán trong cốt thép chịu kéo đạt $f_s = 146{,}98\text{ MPa}$ (mô men dương) và $f_s = 157{,}5\text{ MPa}$ (mô men âm), đều nhỏ hơn ứng suất cho phép $[f] = 180\text{ MPa}$.

Chương 4: Thiết kế dầm ngang

Dầm ngang có kích thước tiết diện $b \times h = 200 \times 1400\text{ mm}$, khẩu độ tính toán $L_2 = 2000\text{ mm}$, khoảng cách giữa các dầm ngang $L_1 = 8100\text{ mm}$:

  • Xác định tĩnh tải phân bố từ bản mặt cầu, lớp phủ và trọng lượng bản thân dầm ngang.
  • Hoạt tải xe HL-93 được xếp lên đường ảnh hưởng phản lực theo phương dọc cầu để tìm hiệu ứng bất lợi nhất, sau đó truyền vào dầm ngang theo phương ngang cầu.
  • Chuyển đổi từ sơ đồ dầm đơn giản sang dầm liên tục qua hệ số điều chỉnh $-0{,}8$ (tại gối) và $0{,}7$ (tại giữa nhịp):
    • Nội lực thiết kế TTGH Cường độ I: $M^+ = 88{,}977\text{ kN}\cdot\text{m}$, $M^- = -101{,}688\text{ kN}\cdot\text{m}$.
  • Cấu tạo cốt thép: Cốt thép thớ trên bố trí $2\phi 28$ ($A_s = 1232\text{ mm}^2$), cốt thép thớ dưới bố trí $2\phi 25$ ($A_s = 1232\text{ mm}^2$), cốt thép cấu tạo thân dầm $\phi 16\text{a}200$, cốt đai $\phi 12\text{a}200$.
  • Kiểm toán: Sức kháng uốn danh định của tiết diện $\phi M_n = 400{,}4\text{ kN}\cdot\text{m}$, lớn hơn mô men uốn tác dụng lớn nhất $M_u = 101{,}688\text{ kN}\cdot\text{m}$. Bề rộng khe nứt thỏa mãn điều kiện ứng suất giới hạn ($f_s = 39{,}56\text{ MPa} < [f] = 150\text{ MPa}$ cho mô men dương; $f_s = 45{,}22\text{ MPa} < [f] = 150\text{ MPa}$ cho mô men âm).

Chương 5: Hệ số phân bố ngang

Chương 5 quy đổi mặt cắt dầm chủ I có vát nghiêng về mặt cắt chữ nhật tương đương nhằm đơn giản hóa tính toán đặc trưng hình học tiết diện:

  • Chiều cao dầm giữ nguyên $H = 1800\text{ mm}$, quy đổi chiều cao bản cánh trên thành $h_1 = 222\text{ mm}$, bầu dầm dưới $h_1 = 300\text{ mm}$, sườn dầm $h_{\text{sườn}} = 1278\text{ mm}$.
  • Đặc trưng hình học tiết diện giai đoạn I:
    • Tiết diện tại gối: Diện tích $F_I = 1{,}36 \times 10^6\text{ mm}^2$, khoảng cách trọng tâm đến đáy $y_D = 1064{,}6\text{ mm}$, mô men quán tính $I_x = 4{,}02 \times 10^{11}\text{ mm}^4$.
    • Tiết diện giữa nhịp $L/2$: Diện tích $F_I = 879.600\text{ mm}^2$, khoảng cách trọng tâm đến đáy $y_D = 1159{,}6\text{ mm}$, mô men quán tính $I_x = 3{,}58 \times 10^{11}\text{ mm}^4$.
  • Xác định hệ số phân bố ngang ($mg$) theo tiêu chuẩn TCVN 11823:
Loại nội lực Vị trí dầm Một làn xe chất tải Hai hoặc nhiều làn xe Giá trị thiết kế lựa chọn ($mg$)
Mô men uốn Dầm biên 0,505 0,270 0,505
Dầm giữa 0,360 0,533 0,533
Lực cắt Dầm biên 0,553 0,767 0,767
Dầm giữa 0,688 0,688 0,688

Chương 6: Nội lực dầm chủ

Chương 6 phân tích chi tiết nội lực trên 5 mặt cắt đại diện: Gối ($0$), $L/8$, $L/4$, $3L/8$, $L/2$:

  • Tĩnh tải: Chia làm 2 giai đoạn thi công:
    • Giai đoạn 1 ($DC_1$): Trọng lượng bản thân dầm chủ và dầm ngang đúc sẵn ($DC_1 = 21{,}679\text{ kN/m}$ trên đoạn dầm điển hình, $23{,}907\text{ kN/m}$ tại đoạn gối).
    • Giai đoạn 2 ($DC_2, DW$): Trọng lượng mối nối dầm, bản mặt cầu đổ sau, lan can và lớp phủ mặt đường ($DW = 3{,}064\text{ kN/m}$).
  • Hoạt tải: Xếp tải làn $q_{\text{làn}} = 9{,}3\text{ kN/m}$, xe tải 3 trục và xe tải 2 trục thiết kế HL-93 lên các đường ảnh hưởng mô men và lực cắt, áp dụng hệ số xung kích $IM = 33%$ và hệ số phân bố ngang $mg$.
  • Tổ hợp nội lực: Thực hiện tổ hợp tải trọng cho TTGH Cường độ I, TTGH Sử dụng I và TTGH Mỏi. Tại mặt cắt giữa nhịp $L/2$, tổng mô men uốn tính toán TTGH Cường độ I đạt $M_u = 10.036{,}9\text{ kN}\cdot\text{m}$.

Chương 7: Thiết kế dầm chủ

Nội dung chương 7 tập trung vào thiết kế hệ thống cáp dự ứng lực và phân tích mất mát ứng suất:

  • Bố trí cáp: Chọn 5 bó cáp căng sau luồn trong ống gen kim loại đường kính $70\text{ mm}$, mỗi bó gồm 7 tao cáp $\phi 15{,}2\text{ mm}$ (tổng cộng 35 tao, diện tích $A_{ps} = 5 \times 7 \times 140 = 4900\text{ mm}^2$), neo sử dụng loại HVM15-7.
  • Quỹ đạo cáp dọc cầu: Thiết kế theo dạng đường cong gãy khúc kết hợp cung lượn tròn với bán kính uốn cong $R = 6\text{ m}$.
  • Xác định đặc trưng hình học tiết diện qua 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 (tiết diện nguyên khoét lỗ đặt ống gen), Giai đoạn 2 (tiết diện đã căng kéo cáp và bơm vữa bù), Giai đoạn 3 (tiết diện liên hợp bản mặt cầu và có mối nối).
  • Phân tích các thành phần mất mát ứng suất theo tiêu chuẩn:
    • Mất mát do ma sát ống gen ($\Delta f_{pF}$): Dao động từ $0$ tại đầu kích đến $77{,}30\text{ MPa}$ tại giữa nhịp tùy từng bó cáp.
    • Mất mát do biến dạng neo/tụt nêm ($\Delta f_{pA}$): Tính toán với độ tụt nêm giả định $a = 6\text{ mm}$, giá trị mất mát đạt xấp xỉ $34{,}72\text{ MPa}$ đến $34{,}81\text{ MPa}$.
    • Mất mát do co ngắn đàn hồi của bê tông ($\Delta f_{pES}$): Đạt $10{,}3\text{ MPa}$ tại gối và tăng dần lên $28{,}5\text{ MPa}$ tại giữa nhịp $L/2$.
    • Mất mát dài hạn do co ngót bê tông ($\Delta f_{pSR}$): Xác định với độ ẩm tương đối $H = 90%$, đạt $\Delta f_{pSR} = 16{,}3\text{ MPa}$.
    • Mất mát dài hạn do từ biến bê tông ($\Delta f_{pCR}$): Đạt giá trị từ $62{,}58\text{ MPa}$ đến $69{,}97\text{ MPa}$.
    • Mất mát do chùng ứng suất cốt thép ($\Delta f_{pR}$): Gồm chùng ứng suất tại thời điểm truyền lực ($\Delta f_{pR1}$) và chùng dài hạn sau truyền lực ($\Delta f_{pR2} \approx 101{,}82\text{ MPa}$ đối với thép tự chùng thấp).
  • Tổng mất mát ứng suất toàn bộ chiếm khoảng $13{,}7%$ đến $14{,}8%$ ứng suất kéo ban đầu $f_{pj}$.

Chương 8: Kiểm toán dầm chủ

Chương 8 thực hiện kiểm tra điều kiện ứng suất trong bê tông dầm chủ tại các thớ ngoài cùng:

  • Thời điểm truyền lực (căng kéo tại bãi đúc):
    • Ứng suất nén cho phép: $f_{cc} \le 0{,}48 f'_{ci} = 0{,}48 \times 50 = 24\text{ MPa}$.
    • Ứng suất kéo cho phép: $f_{ct} \le 0{,}58 \sqrt{f'_{ci}} = 0{,}58 \sqrt{50} = 4{,}1\text{ MPa}$.
    • Kết quả kiểm toán: Ứng suất thớ trên $f_t$ và thớ dưới $f_b$ tại tất cả các mặt cắt (Gối, $L/8$, $L/4$, $3L/8$, $L/2$) đều là ứng suất nén và nhỏ hơn $24\text{ MPa}$ (tại $L/2$: $f_t = 0{,}95\text{ MPa} < 24\text{ MPa}$, $f_b = 20{,}13\text{ MPa} < 24\text{ MPa}$), thỏa mãn điều kiện an toàn.
  • Giai đoạn khai thác: Kiểm toán theo các tổ hợp TTGH Sử dụng I (khống chế ứng suất nén) và TTGH Sử dụng III (khống chế ứng suất kéo chống nứt), kết cấu dầm chủ đáp ứng đầy đủ yêu cầu chịu lực danh định.

Kết quả và đóng góp

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật và kết quả tính toán chính

Hạng mục kết cấu Thông số / Đại lượng Giá trị tính toán Giới hạn cho phép / Tiêu chuẩn Kết luận
Quy mô nhịp Chiều dài dầm ($L$) / Nhịp tính toán ($L_{tt}$) $33{,}0\text{ m}$ / $32{,}4\text{ m}$ Đề bài 7C3F Đạt yêu cầu
Khổ cầu ($B$) / Số dầm chủ ($N_b$) $12{,}0\text{ m}$ / 6 dầm $S = 2{,}0\text{ m}$ Đạt yêu cầu
Lan can TL-4 Khả năng kháng va ngang danh định ($R_w$) $2572{,}61\text{ kN}$ $F_t = 240{,}0\text{ kN}$ Đạt yêu cầu chịu lực
Bản mặt cầu Cốt thép chịu mô men âm / dương $\phi 18\text{a}200$ / $\phi 14\text{a}200$ $A_s \ge A_{s,\min}$ Đạt cấu tạo
Ứng suất kéo cốt thép kiểm toán nứt ($f_s$) $157{,}5\text{ MPa}$ / $146{,}98\text{ MPa}$ $[f] = 180\text{ MPa}$ Không vượt giới hạn nứt
Dầm ngang Sức kháng uốn danh định ($\phi M_n$) $400{,}4\text{ kN}\cdot\text{m}$ $M_u = 101{,}69\text{ kN}\cdot\text{m}$ Đạt yêu cầu chịu lực
Ứng suất nứt cốt thép ($f_s$) $45{,}22\text{ MPa}$ $[f] = 150\text{ MPa}$ Đạt yêu cầu nứt
Dầm chủ Số lượng bó cáp / Số tao cáp mỗi bó 5 bó / 7 tao $\phi 15{,}2\text{ mm}$ $A_{ps} = 4900\text{ mm}^2$ Đạt yêu cầu DƯL
Mô men uốn TTGH Cường độ I ($M_u$) $10.036{,}9\text{ kN}\cdot\text{m}$ Sức kháng $\phi M_n$ Đạt khả năng chịu uốn
Ứng suất nén truyền lực lớn nhất ($f_b$) $20{,}13\text{ MPa}$ $f_{cc} = 24{,}0\text{ MPa}$ Đạt điều kiện nén
Ứng suất thớ trên truyền lực ($f_t$) $0{,}95\text{ MPa}$ $f_{cc} = 24{,}0\text{ MPa}$ Đạt điều kiện nén

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Thiết lập quy trình tính toán hoàn chỉnh cho nhịp dầm I bê tông dự ứng lực căng sau $33\text{ m}$ theo đúng trình tự các trạng thái giới hạn của TCVN 11823:2017.
  • Ứng dụng phương pháp giải tích chính xác để tính toán hệ số phân bố ngang cho dầm chủ có xét đến độ cứng xoắn - uốn và sự làm việc đồng thời của hệ thống 25 dầm ngang.
  • Tối ưu hóa quỹ đạo 5 bó cáp dự ứng lực dạng gãy khúc vuốt cong tròn bán kính $R = 6\text{ m}$, giúp kiểm soát tốt trạng thái ứng suất thớ trên và thớ dưới tại tất cả các giai đoạn thi công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Toàn bộ tính toán của đồ án giới hạn trong phạm vi kết cấu phần trên (dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầu, lan can) cho sơ đồ nhịp giản đơn tĩnh định, chưa xét đến kết cấu phần dưới (mố, trụ, nền móng cọc).
    • Phân tích lan can bỏ qua lực dọc $F_L$ và lực đứng $F_v$ khi tính cột thép lan can theo giả thiết thực hành đơn giản hóa.
  • Hướng mở rộng:
    • Mở rộng bài toán thiết kế sang sơ đồ cầu dầm liên tục nhiệt hoặc dầm liên tục nhiều nhịp nhằm tăng khẩu độ vượt và độ êm thuận khi khai thác.
    • Ứng dụng phần mềm mô hình hóa phần tử hữu hạn chuyên dụng để phân tích ứng suất cục bộ tại vùng truyền lực đầu neo dầm chủ.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật và thực hành kỹ thuật phù hợp cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông, Kỹ thuật Cầu - Đường bộ làm đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
  • Kỹ sư thiết kế công trình giao thông tham khảo trình tự tính toán mất mát ứng suất, xác định hệ số phân bố ngang và kiểm toán kết cấu dầm BTCT dự ứng lực căng sau theo TCVN 11823:2017.
  • Nội dung nổi bật đáng tham khảo: Bảng tính chi tiết các thành phần mất mát ứng suất theo từng giai đoạn; Quy trình phân tích đường chảy dẻo kiểm toán lan can cấp TL-4.

Câu hỏi thường gặp

1. Cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật và cấp tải trọng nào?
Công trình được thiết kế theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11823-05:2017 (Thiết kế cầu đường bộ), chịu hoạt tải xe cơ giới HL-93 (gồm xe tải 3 trục, xe tải 2 trục thiết kế và tải trọng làn $q_{\text{làn}} = 9{,}3\text{ kN/m}$ có xét hệ số xung kích $IM = 33%$), hệ thống lan can đạt cấp thử nghiệm TL-4.

2. Hệ thống dầm chủ có cấu tạo và kích thước cơ bản như thế nào?
Kết cấu nhịp gồm 6 dầm chủ bê tông đúc sẵn ($f'c = 50\text{ MPa}$) dạng chữ I, nhịp tính toán $L{tt} = 32{,}4\text{ m}$, chiều cao dầm liên hợp $1800\text{ mm}$, khoảng cách giữa các dầm chủ $S = 2000\text{ mm}$, bề rộng cánh hẫng $1000\text{ mm}$.

3. Cáp dự ứng lực trong dầm chủ sử dụng loại nào và bố trí ra sao?
Sử dụng cáp dự ứng lực loại tao $15{,}2\text{ mm}$ ($f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, $f_{pj} = 1395\text{ MPa}$). Mỗi dầm chủ bố trí 5 bó cáp căng sau luồn trong ống gen kim loại $\phi 70\text{ mm}$, mỗi bó gồm 7 tao cáp (tổng diện tích cốt thép dự ứng lực $A_{ps} = 4900\text{ mm}^2$), neo giữ bằng đầu neo HVM15-7.

4. Kết quả kiểm toán khả năng chịu lực va đập của lan can cấp TL-4 ra sao?
Phần gờ bê tông đỡ lan can được kiểm toán theo mô hình đường chảy dẻo, đạt tổng sức kháng va chạm ngang danh định $R_w = 2572{,}61\text{ kN}$, lớn hơn nhiều so với lực va ngang tiêu chuẩn yêu cầu $F_t = 240\text{ kN}$.

5. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm chủ lúc căng kéo kích truyền lực có thỏa mãn không?
Tại thời điểm truyền lực, ứng suất nén lớn nhất ở thớ dưới tại mặt cắt giữa nhịp đạt $f_b = 20{,}13\text{ MPa}$ và ứng suất thớ trên đạt $f_t = 0{,}95\text{ MPa}$, đều nằm trong giới hạn ứng suất nén cho phép của bê tông $f_{cc} = 0{,}48 f'_{ci} = 24{,}0\text{ MPa}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Hoàng Khánh Phước đã hoàn thành đầy đủ nội dung thiết kế kết cấu phần trên cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực căng sau nhịp $33\text{ m}$ theo tiêu chuẩn TCVN 11823:2017. Toàn bộ các bộ phận kết cấu từ lan can cấp TL-4, bản mặt cầu, dầm ngang đến dầm chủ 5 bó cáp đều được kiểm toán chi tiết theo các trạng thái giới hạn cường độ và sử dụng. Kết quả tính toán chứng minh phương án kết cấu đảm bảo các yêu cầu về an toàn chịu lực, độ võng, kiểm soát nứt và phân bố ứng suất hợp lý trong suốt quá trình thi công cũng như khai thác.