Dự Án Thiết Kế Cầu Thép Tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Đồ án nghiên cứu cầu thép liên hợp btct nhịp l 21 m, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Hoàng Khánh Phước
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Huỳnh Tấn Tài
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Thiết Kế Cầu Thép
• Loại tài liệu: Đồ Án
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT
• 1.1. Số liệu thiết kế (Đề 2A6A)
• 1.2. Số liệu chung
• 1.3. Cấu tạo kết cấu nhịp
• 1.4. Chiều dài tính toán kết cấu nhịp
• 1.5. Thiết kế mặt cắt ngang cầu
• 1.6. Kích thước dầm chủ
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM THÉP
• 2.1. Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh
• 2.2. Xác định đặc trưng hình học của phần bản BTCT
• 2.3. Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép chưa liên hợp bản BTCT
• 2.4. Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp bản BTCT
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NỘI LỰC DO HOẠT TẢI
• 4.1. Lực cắt và momen tại vị trí gối
• 4.2. Lực cắt và momen tại vị trí L/8
• 4.3. Lực cắt và momen tại vị trí L/4
• 4.4. Lực cắt và momen tại vị trí 3L/8
• 4.5. Lực cắt và momen tại vị trí L/2
• 4.6. Bảng tổng hợp các giá trị hoạt tải trên dầm
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN NỘI LỰC DO TĨNH TẢI
• 5.1. Tĩnh tải giai đoạn I
• 5.2. Tĩnh tải giai đoạn II
• 5.3. Nội lực tĩnh tải cho dầm trong
• 5.4. Nội lực tĩnh tải cho dầm biên
• 5.5. Tổ hợp nội lực do tĩnh tải (DC1 và DW)
• 6. CHƯƠNG 6: TỔ HỢP TẢI TRỌNG
• 6.1. Các hệ số tải trọng
• 6.2. Tổ hợp tải trọng cho dầm trong
• 6.3. Tổ hợp tải trọng cho dầm biên
• 6.4. Tổ hợp tải trọng cho TTGH mỏi và đứt gãy
• 7. CHƯƠNG 7: KIỂM TRA DẦM CHỦ
• 7.1. Kiểm tra độ mảnh bản bụng có mặt cắt đặc chắc
• 7.2. Bảng nội lực sử dụng để tính toán

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Cầu Thép Tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP

Thiết kế cầu thép là một lĩnh vực quan trọng trong ngành xây dựng, đặc biệt tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Dự án thiết kế cầu thép không chỉ giúp sinh viên áp dụng lý thuyết vào thực tiễn mà còn nâng cao kỹ năng thiết kế và tính toán. Cầu thép được ưa chuộng nhờ vào độ bền cao, khả năng chịu tải tốt và thời gian thi công nhanh chóng. Dự án này sẽ trình bày chi tiết về quy trình thiết kế, các tiêu chuẩn áp dụng và những thách thức trong quá trình thực hiện.

1.1. Lý Do Chọn Thiết Kế Cầu Thép Tại TP.HCM

Cầu thép được lựa chọn do tính năng vượt trội trong việc chịu tải và khả năng chống chịu thời tiết. Đặc biệt, TP.HCM với nhu cầu giao thông ngày càng tăng, cầu thép là giải pháp tối ưu cho việc kết nối các khu vực.

1.2. Mục Tiêu Của Dự Án Thiết Kế Cầu Thép

Mục tiêu chính của dự án là tạo ra một mẫu cầu thép đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc sử dụng. Dự án cũng nhằm nâng cao khả năng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế cầu.

II. Các Thách Thức Trong Thiết Kế Cầu Thép Tại Trường Đại Học

Thiết kế cầu thép không chỉ đơn thuần là việc tính toán các thông số kỹ thuật mà còn phải đối mặt với nhiều thách thức. Những thách thức này bao gồm việc lựa chọn vật liệu phù hợp, tính toán tải trọng, và đảm bảo an toàn trong quá trình thi công. Đặc biệt, việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế như TCVN 11823-06:2017 là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng công trình.

2.1. Vấn Đề Về Vật Liệu Trong Thiết Kế Cầu Thép

Việc lựa chọn vật liệu thép có cường độ cao là rất quan trọng. Cường độ chảy nhỏ nhất của thép được sử dụng trong dự án là 3300 MPa, đảm bảo cầu có khả năng chịu tải tốt.

2.2. Tính Toán Tải Trọng Và Ứng Suất Trong Cầu Thép

Tính toán tải trọng là một phần không thể thiếu trong thiết kế cầu. Các tải trọng như tải trọng người, tải trọng xe, và tải trọng môi trường cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn cho cầu.

III. Phương Pháp Thiết Kế Cầu Thép Hiệu Quả Tại Trường Đại Học

Để thiết kế cầu thép hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại và công nghệ tiên tiến. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng và tính toán giúp giảm thiểu sai sót và tối ưu hóa thiết kế. Các tiêu chuẩn thiết kế như TCVN 11823-06:2017 cũng cần được tuân thủ để đảm bảo chất lượng công trình.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Trong Thiết Kế Cầu Thép

Phần mềm thiết kế cầu giúp mô phỏng và tính toán các thông số kỹ thuật một cách chính xác. Việc này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong thiết kế.

3.2. Tiêu Chuẩn Thiết Kế Cầu Thép Tại Việt Nam

Tiêu chuẩn TCVN 11823-06:2017 quy định các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế cầu thép. Việc tuân thủ tiêu chuẩn này là cần thiết để đảm bảo an toàn và chất lượng cho công trình.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Thiết Kế Cầu Thép Tại TP

Dự án thiết kế cầu thép tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM không chỉ là một bài học lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Các sinh viên có cơ hội thực hành và áp dụng kiến thức vào các dự án thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và kinh nghiệm làm việc.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Từ Dự Án Thiết Kế Cầu Thép

Kết quả nghiên cứu cho thấy cầu thép có khả năng chịu tải tốt và đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật. Điều này chứng tỏ tính khả thi của dự án trong thực tế.

4.2. Tác Động Của Cầu Thép Đến Giao Thông Tại TP.HCM

Cầu thép không chỉ giúp giảm thiểu ùn tắc giao thông mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển của người dân. Điều này góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống tại TP.HCM.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Cầu Thép Tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP

Thiết kế cầu thép tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM là một dự án có ý nghĩa lớn, không chỉ trong việc nâng cao kiến thức cho sinh viên mà còn trong việc đóng góp vào sự phát triển hạ tầng giao thông của thành phố. Dự án đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của cầu thép trong thực tiễn.

5.1. Tương Lai Của Thiết Kế Cầu Thép Tại Việt Nam

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, thiết kế cầu thép tại Việt Nam hứa hẹn sẽ có nhiều bước tiến mới. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả trong thiết kế.

5.2. Khuyến Khích Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Công Nghệ Mới

Khuyến khích sinh viên và giảng viên nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới trong thiết kế cầu thép sẽ giúp nâng cao chất lượng giáo dục và đáp ứng nhu cầu thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT - Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: Fu = 450 (MPa) TIÊU CHUẨN QUỐC GIA - THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG BỘ - Cấp 345 (TCVN 11823-06:2017) - Modun đàn hồi của thép: Es = 200000 (MPa) - Trọng lượng riêng của thép: s = 250 (kN/m3) 1. Số liệu thiết kế (Đề 2A6A) 1.Số liệu chung 1. Cấu tạo kết cấu nhịp - Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 11823-06:2017 1. Chiều dài tính toán kết cấu nhịp - Dầm dài (L): L = 21 (m) - Chiều dài nhịp chính: L = 21 (m) - Mặt cắt ngang (B): B = Lc + 0.0 + Lc - Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 (m) Với bề rộng phần xe chạy là 15m, không có lề bộ hành - Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 21 – 0.4 (m) và kích thước gờ chắn Lc = 0.

Thiết kế mặt cắt ngang cầu - Vật liệu: Cấp bê tông bản mặt cầu: 25 (MPa) - Khoảng cách giữa 2 dầm chủ (1.7m): S = 1500 (mm) Thép dầm chủ: Fy = 300 (MPa) B 15 - Loại dầm Dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép - Số lượng dầm chủ: N= = = 10 dầm S 1.5 - Hoạt tải: HL93 - Chọn chiều cao dầm chủ: Ghi chú: Tải trọng người 3000 N/m2, IM = 33% cho THSH & THCĐ  H  0. Vật liệu   1 1    1 1  Chọn H = 1 (m)  H =    L  H =     21 = ( 0. Bê tông bản mặt cầu   22 15    22 15  - Cường độ nén của bê tông: f c' = 25 (MPa) - Chiều dày bản mặt cầu:  S + 3000 1500 + 3000 - Tỷ trọng bê tông: γc = 2500 (kg/m3)  = = 150 h f   30 30  Chọn h f = 220 (mm) Eb = 0.0017   c2  3 f c' =  165 - Modun đàn hồi: 31068 (MPa) - Bề rộng bản cánh: - Cường độ chịu kéo khi uốn: f r = 0. Thép dầm chủ +) Chiều rộng bản cánh dưới dầm thép một: b1 = 300 (mm) Dầm thép sử dụng tiết diện chữ I, theo tiêu chuẩn ASTM A709M cấp 345 hoặc tương +) Chiều rộng bản cánh dưới dầm thép hai: b2 = 400 (mm) đương, ta có các đặc trưng sau: - Chiều dày bản sườn:  s  6 (mm), chọn  s = 16 (mm) SVTH: HOÀNG KHÁNH PHƯỚC / MSSV: 20127027 Page | 1 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS.

NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI - Chiều dày bản cánh:  c   s    Chọn  c = 25 (mm)  c  8 ( mm )  - Liên kết ngang: 2 2 hng  H = 1 = 0.8 ( m ) lng  8 ( m ) - Chiều dày lớp phủ: h1 = 75 (mm) - Chọn độ dốc ngang cầu: i = 2% - Tạo độ dốc ngang cầu bằng cách sử dụng lớp mui luyện 1. Kích thước dầm chủ Kích thước dầm chủ được lựa chọn như bảng sau: Thông số Kích thước Đơn vị Số dầm chủ (N) 10 dầm Khoảng cách giữa các dầm chủ (S) 1500 mm Chiều dài bản hẫng (de) 750 mm Chiều cao dầm chủ (H) 1000 mm Bề rộng bản cánh trên (bt) 300 mm Chiều dày bản cánh trên (tt) 25 mm Bề rộng bản cánh dưới 1(bb) 300 mm Chiều dày bản cánh dưới 1(tb) 25 mm Bề rộng bản cánh dưới 2 (bb2) 400 mm Hình 1. Kích thước sơ bộ dầm thép Chiều dày bản cánh dưới 2(tb2) 25 mm Chiều dày sườn dầm (tw) 16 mm Chiều cao sườn dầm (hw) 925 mm SVTH: HOÀNG KHÁNH PHƯỚC / MSSV: 20127027 2 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM THÉP 2.

Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh - Đối với dầm trong: 1 1  4  Ltt = 4  20400 = 5100(mm)    b  300 bi = min 12  ts + max  tw ; c  = 12  220 + = 2790(mm)   2  2  S = 1500(mm)   Do đó bi = 1500 (mm) - Đối với dầm ngoài: 1 1  8  Ltt = 8  20400 = 2550(mm)  bi  t b  300 be = + min 6  ts + max  w ; c  = 6  220 + = 1395( mm) 2   2 4  4  S hang = 500(mm)   1500 Do đó be = + 500 = 1250 ( mm ) 2 2. Xác định đặc trưng hình học của phần bản BTCT Hình 2. Vị trí TTH của phần bản BTCT của dầm thép Hình 1. Mặt cắt ngang cầu dầm thép liên hợp bản BTCT - Diện tích phần bê tông: SVTH: HOÀNG KHÁNH PHƯỚC / MSSV: 20127027 3 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS.

NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI Fb = 1500  220 + 100 100 + 300 100 = 370000 (mm2) 2. Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép chưa liên hợp bản BTCT - Mô men tĩnh đối với trục đi qua phần tiếp xúc giữa bản bê tông và dầm thép: 2. Dầm thép chưa có bản táp Sb = 1500  220  210 + ( 300 + 500 ) 100  100 − 275  = 71466666.2 (mm) Fb 370000 Vậy vị trí trục trung hòa của phần bê tông cách mép dưới 1 đoạn là 193.2 (mm) - Mô men quán tính của phần bê tông đối với trục trung hòa của phần bê tông: 1500  2203 2 100 1003  2   2 Ib =  + 1500  220  ( 210 − 193. Vị trí TTH của phần dầm thép chưa có bản táp - Diện tích phần dầm thép: Ft = 300  25 + 16  925 + 300  25 = 29800 (mm2) - Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của bản cánh dưới: St = 300  25 12.5 (mm) Ft 29800 Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép dưới cùng 1 đoạn là 487.5 (mm) SVTH: HOÀNG KHÁNH PHƯỚC / MSSV: 20127027 4 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS.

NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI - Mô men quán tính của phần dầm thép đối với trục trung hòa của dầm thép:  300  253 2 16  9253 2 It =  + 300  25  ( 487. Dầm thép có bản táp - Diện tích phần dầm thép: Ft = 300  25 + 16  925 + 300  25 + 400  25 = 39800 (mm2) - Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của bản cánh dưới: St = 400  25 12. Vị trí TTH của phần dầm thép có bản táp Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép dưới cùng 1 đoạn là 386. Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp bản BTCT - Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép trên của dầm thép (ytt): ytt = 386.

Dầm thép chưa có bản táp (liên hợp ngắn hạn n) - Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép dưới của dầm thép (ytd): ytd = 613.1 (mm) - Ta có 25  f c' = 25  32 (MPa), nên tỷ số modun đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng - Mô men quán tính của phần dầm thép đối với trục trung hòa của dầm thép: trung bình (n) là 8  400  253 2  300  253 2 Fb 370000 It =  + 400  25  ( 386.5 )  - Diện tích tương đương: Ftd = n + Ft = 8 + 29800 = 76050 (mm2)  12   12  16  9253 2  300  253 2 - Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của dầm thép: + + 16  925  ( 386.5 )  = 6312807245(mm 4 )  12   12  Fb 370000 Std =  ycb + Ft  ytt =  (975 + 193.1 Ftd 76050 SVTH: HOÀNG KHÁNH PHƯỚC / MSSV: 20127027 5 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép dưới cùng 1 đoạn là 901. Vị trí TTH dầm thép liên hợp ngắn hạn n chưa có bản táp I td 1 1. Dầm thép chưa có bản táp (liên hợp dài hạn 3n) - Stn = = = 176870748.5 - Ta có 25  f c' = 25  32 (MPa), nên tỷ số modun đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng I td 1 1.4 (mm3) trung bình (n) là 8, suy ra 3n = 24 yctd 1 901.5 Fb 370000 - Diện tích tương đương: Ftd = + Ft = + 29800 = 45216.7 (mm2) 3n 24 - Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của dầm thép: Fb 370000 Std =  ycb + Ft  ytt =  (975 + 193.7 Vậy vị trí trục trung hòa của dầm liên hợp cách mép dưới cùng 1 đoạn là 719.6 (mm) SVTH: HOÀNG KHÁNH PHƯỚC / MSSV: 20127027 6 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS.

NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI - Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của dầm thép (ytd2) và mép dưới của 2. Dầm thép có bản táp (liên hợp ngắn hạn n) bê tông (ytd3): - Ta có 25  f c' = 25  32 (MPa), nên tỷ số modun đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng ytd2 = ytd3 = 255.4 (mm) - Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của dầm thép: - Mô men quán tính của tiết diện liên hợp: Fb 370000 Std =  ycb + Ft  ytt =  (1000 + 193.9 1010 - Stn = = = 35238841 (mm3) Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép dưới cùng 1 đoạn là 820.4 - Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép dưới của dầm thép (ytd1): I td 1 0. Vị trí TTH dầm thép liên hợp dài hạn 3n chưa có bản táp I td 1 2.3 SVTH: HOÀNG KHÁNH PHƯỚC / MSSV: 20127027 7 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS. NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI - Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của dầm thép (ytd2) và mép dưới của bê tông (ytd3): ytd2 = ytd3 = 388 (mm) - Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của bê tông (ytd4): ytd4 = 1320 – 612 = 708 (mm) - Mô men quán tính của tiết diện liên hợp: I F I td 1 = b + b  yttb1 + I t + Ft  ( ytt − ytd 2 ) 2 n n 2389968327.4 1010 - Stn = = = 36082474 (mm3) ytd 2 388 I td 1 1.4 1010 - Sbn = = = 22875817 (mm3) yctd 1 612 Hình 2.

Vị trí TTH dầm thép liên hợp ngắn hạn n có bản táp 2.