Giáo trình Thiết kế cầu (Phần 2)

Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 101 
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 
THEO TIÊU CHUẨN 22TCN272-05 
3.1 BỀ RỘNG DẢI TƢƠNG ĐƢƠNG ĐỐI VỚI CÁC LOẠI CẦU BẢN VÀ 
BỀ RỘNG CÁNH DẦM HỮU HIỆU 
3.1.1 Bề rộng dải tƣơng đƣơng đối với các loại cầu bản 
Các quy định sau đây đƣợc áp dụng cho các loại cầu bản bê tông đúc tại chỗ 
Bề rộng tƣơng đƣơng theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt và momen cho 
một làn, tức là hai đƣờng của bánh xe đặt tải có thể đƣợc xác định nhƣ sau: 
 1142,0250 WLE (Điều 4.6.2.3-1) 
Bề rộng tƣơng đƣơng theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt và momen với 
số làn chịu tải lớn hơn một có thể xác định nhƣ sau: 
LN
W
WLE 1112,02100 (Điều 4.6.2.3-2) 
Trong đó 
E: Bề rộng tƣơng đƣơng (mm) 
L1: chiều dài nhịp đã đƣợc điều chỉnh, lấy bằng giá trị nhỏ hơn của nhịp thực 
tế hoặc 18000mm 
W1: bề rộng từ mép tới mép đã đƣợc điều chỉnh của cầu, đƣợc lấy bằng giá 
trị nhỏ hơn của bề rộng thực tế hoặc 18000 mm nếu chịu tải trọng trên nhiều làn, 
hoặc 9000 mm nếu chịu tải trên một làn (mm) 
W: bề rộng vật lý mép-tới-mép của cầu (mm) 
NL: số làn thiết kế, lấy theo Điều 3.6.1.1.1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 
Đối với cầu chéo, các hiệu ứng lực dọc có thể đƣợc giảm đi bằng hệ số r: 
 r = 1,05 – 0,25.tg 1,0 (Điều 4.6.2.3-3) 
Trong đó: 
 : góc chéo (độ) 
3.1.2 Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu 
Khi không đủ điều kiện phân tích chính xác hơn, trừ khi có quy định khác, 
phải tính nhƣ dƣới đây đối với trị số giới hạn của bề rộng bản bê tông, coi nhƣ bề 
rộng có hiệu trong tác dụng liên hợp để xác định sức kháng của trạng thái giới hạn. 
Khi tính độ võng cần xét trên cơ sở toàn bộ chiều rộng bản cánh dầm. Khi tính bề 
rộng bản cánh dầm có hiệu, chiều dài nhịp có hiệu có thể lấy bằng chiều dài nhịp 
thực tế đối với các nhịp đơn giản và bằng khoảng cách giữa các điểm thay đổi 
momen uốn (điểm uốn của biểu đồ momen) của tải trọng thƣờng xuyên đối với các 
nhịp liên tục, thích hợp với cả momen âm và momen dƣơng. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 102 
Đối với bề rộng bản cánh dầm có hiệu của các dầm giữa, có thể lấy bằng trị 
số nhỏ nhất của: 
 1/4 chiều dài nhịp hữu hiệu 
 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng 
dầm hoặc 1/2 bề rộng của bản cánh trên của dầm 
 Khoảng cách trung bình của các dầm liền kề nhau 
Đối với các dầm biên, bề rộng bản cánh dầm có hiệu có thể đƣợc lấy bằng ½ 
bề rộng có hiệu của dầm trong kề bên, cộng thêm trị số nhỏ nhất của: 
 1/8 lần chiều dài nhịp hữu hiệu 
 6,0 lần độ dày trung bình của bản, cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dầy bản 
bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng của bản cánh trên của dầm chính 
 Bề rộng của phần hẫng 
3.2 CƢỜNG ĐỘ KHÁNG UỐN CỦA MẶT CẮT TRONG TRẠNG THÁI 
GIỚI HẠN CƢỜNG ĐỘ 
3.2.1 Nguyên tắc chung 
Sức kháng tính toán của các cấu kiện bê tông phải đƣợc xác định dựa trên 
các điều kiện cân bằng và tƣơng thích về biến dạng, lấy các hệ số sức kháng theo 
quy định của Điều 5.5.4.2 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 và các giả thiết sau: 
 Đối với các cấu kiện có cốt thép hoặc thép dự ứng lực dính bám hoàn toàn, 
hoặc trong chiều dài dính bám của các tao thép dự ứng lực mất dính bám cục 
bộ hoặc đƣợc bọc thì ứng biến tỷ lệ thuận với khoảng cách tính từ trục trung 
hòa, trừ các cấu kiện có chiều cao lớn thỏa mãn các yêu cầu của Điều 5.13.2 
và trong các vùng không bình thƣờng khác. 
 Đối với các cấu kiện có các bó tao cáp dự ứng lực không dính bám hoàn toàn 
hay không dính bám một phần nghĩa là các tao thép trong ống bọc hay mất 
dính bám, sự chênh lệch về ứng biến giữa bó thép và mặt cắt bê tông cũng 
nhƣ ảnh hƣởng của độ võng đối với yếu tố hình học của bó thép phải đƣa vào 
tính toán ứng suất trong bó thép. 
 Nếu bê tông không bị kiềm chế, ứng biến dùng đƣợc lớn nhất ở thớ chịu nén 
ngoài cùng không đƣợc lớn quá 0,003 
 Nếu bê tông bị kiềm chế, ứng biến dùng đƣợc lớn nhất vƣợt quá 0,003 có thể 
đƣợc dùng nếu có sự chứng minh 
 Ngoại trừ mô hình chống và giằng, ứng suất trong cốt thép phải dựa trên 
đƣờng cong ứng suất – ứng biến đại diện của thép hay một giá trị toán học 
đại diện đƣợc chấp nhận, bao gồm dự khai triển của các cột thép hay dự ứng 
lực và việc truyền dự ứng lực. 
 Bỏ qua sức kháng kéo của bê tông 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 103 
 Giả thiết biểu đồ ứng suất - ứng biến của bê tông chịu nén là hình chữ nhật, 
parabol hay bất cứ hình dạng nào khác đều phải dẫn đến sự dự tính về sức 
kháng vật liệu phù hợp về cơ bản với các kết quả thí nghiệm 
 Phải xét đến sự khai triển của các cốt thép và cáp dự ứng lực và việc truyền 
dự ứng lực 
 Phải nghiên cứu các giới hạn bổ sung về ứng biến nén cực trị của bê tông 
trong các cấu kiện chịu nén mặt cắt chữ nhật rỗng theo quy định của Điều 
5.7.4.7 
3.2.2 Phân bố ứng suất theo hình chữ nhật 
Quan hệ tự nhiên giữa ứng suất bê tông chịu nén và ứng biến có thể coi nhƣ 
một khối hình chữ nhật tƣơng đƣơng cạnh bằng 0,85 f’c phân bố trên một vùng giới 
hạn bởi mặt ngoài cùng chịu nén của mặt cắt và đƣờng thẳng song song với trục 
trung hoà cách thớ chịu nén ngoài cùng một khoảng cách a = 1 c. Khoảng cách c 
phải tính vuông góc với trục trung hoà. Hệ số 1 lấy bằng 0,85 đối với bê tông có 
cƣờng độ không lớn hơn 28 MPa. Với bê tông có cƣờng độ lớn hơn 28 MPa, hệ số 
1 giảm đi theo tỷ lệ 0,05 cho từng 7 MPa vƣợt quá 28 MPa, nhƣng không lấy nhỏ 
hơn trị số 0,65. 
Phải nghiên cứu các giới hạn bổ sung khi sử dụng khối ứng suất chữ nhật đối 
với các cấu kiện chịu nén mặt cắt chữ nhật rỗng theo quy định của Điều 5.7.4.7. 
3.2.3 Ứng suất trong cốt thép dự ứng lực ở mức sức kháng uốn danh định 
Đối với các cấu kiện có cốt thép dự ứng lực dính bám với bê tông thông qua 
bê tông đúc có tiếp xúc trực tiếp với cốt thép đó hoặc tiếp xúc thông qua vữa phun. 
Nhƣ vậy các công nghệ dự ứng lực kéo trƣớc và dự ứng lực kéo sau thông dụng đều 
thỏa mãn điều kiện dính bám. 
Đối với mặt cắt hình chữ nhật và hình T chịu uốn quanh một trục, có ứng 
suất phân bố nhƣ quy định ở Điều 5.7.2.2 và fpe không nhỏ hơn 0,5.fpu, ứng suất 
trung bình trong cốt thép, fps, có thể lấy nhƣ sau : 
Trong đó: 
Công thức xác định vị trí trục trung hòa (tính toán chiều cao vùng bê tông 
chịu nén) xuất phát từ phƣơng trình cân bằng hình chiếu lên phƣơng ngang của nội 
lực trên mặt cắt ngang: 
 Đối với mặt cắt hình T 
(Điều 5.7.3.1.1-1) 
(Điều 5.7.3.1.1-2) 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 104 
 Đối với mặt cắt hình chữ nhật 
Trong đó: 
Aps : diện tích mặt cắt cốt thép dự ứng lực(mm2) 
fpu : cƣờng độ chịu kéo quy định của thép dự ứng lực(MPa) 
fpy : giới hạn chảy của thép dự ứng lực(MPa) 
As : diện tích cốt thép thƣờng chịu kéo (mm2) 
A’s : diện tích cốt thép thƣờng chịu nén (mm2) 
fy : giới hạn chảy của cốt thép chịu kéo (MPa) 
f’y : giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa) 
b : chiều rộng của bản cánh chịu nén (mm) 
bw : chiều rộng của bản bụng (mm) 
hf : chiều dày bản cánh chịu nén (mm) 
dp : khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm các bó thép dự 
ứng lực (mm) 
c : khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén (mm) 
1 : hệ số quy đổi hình khối ứng suất quy định ở Điều 5.7.2.2 
(Điều 5.7.3.1.1-3) 
(Điều 5.7.3.1.1-4) 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 105 
Phải khảo sát mức ứng suất trong cốt thép chịu nén và nếu ứng suất trong cốt 
thép chịu nén không đạt giới hạn chảy thì ứng suất thực tế phải đƣợc dùng thay cho 
f’y trong Phƣơng trình 3. 
3.2.4 Các nhận xét và phân tích 
3.2.4.1 Về hệ số k 
Hệ số k phụ thuộc vào bản chất cốt thép. 
Ví dụ đối với cốt thép dự ứng lực cƣờng độ cao cấp 270 theo Tiêu chuẩn 
22TCN 272-05 thì: 
 Cƣờng độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa (18600 kG/cm
2
) 
 Giới hạn chảy: fpy = 1581 MPa (15810 kG/cm
2
) 
 ( 
) ( 
) 
3.2.4.2 Về xác định chiều cao vùng nén c 
Trong thực tế tính toán trị số của c không thể âm, vì vậy: 
 Nếu c > hf trục trung hòa đi qua sƣờn dầm, áp dụng công thức đối với mặt 
cắt chữ T 
 Nếu c hf trục trung hòa đi qua cánh dầm, áp dụng công thức đối với mặt cắt 
chữ nhật với bw=b 
Để tính toán chiều cao vùng nén, trƣớc hết cần xác định trƣờng hợp tính toán 
là trục trung hòa đi qua cánh dầm hay qua sƣờn dầm. Muốn vậy giả thiết trục trung 
hòa của mặt cắt ngang qua mép dƣới bản chịu nén xét bất đẳng thức: 
Nếu sai tính c theo mặt cắt chữ T, công thức (Điều 5.7.3.1.2-3) 
Nếu đúng tính c theo mặt cắt chữ nhật, công thức (Điều 5.7.3.1.2-4) 
3.2.5 Điều kiện duyệt trạng thái giới hạn cƣờng độ 
Trạng thái giới hạn về cƣờng độ yêu cầu phải thỏa mãn điều kiện sau: 
Mr = Mn > Mu 
Trong đó: 
Mr : lực kháng uốn tính toán 
Mn : lực kháng uốn danh định 
Mu : momen tính toán thiết kế 
  : hệ số sức kháng (Điều 5.5.4.2) 
 = 1 đối với trƣờng hợp bê tông dự ứng lực chịu uốn 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 106 
 = 0,9 đối với trƣờng hợp bê tông cốt thép thƣờng 
Trong những trƣờng hợp của kết cấu dự ứng lực một phần, giá trị  có thể 
lấy nhƣ sau: 
 = 0.90 + 0.10(PPR) 
Với PPR là tỷ lệ dự ứng lực một phần, đƣợc xác định theo công thức sau: 
As : diện tích cốt thép không dự ứng lực(mm2). 
Aps : diện tích thép dự ứng lực(mm2) 
fy : giới hạn chảy của cốt thép (MPa). 
fpy : giới hạn chảy của thép dự ứng lực(MPa). 
3.2.5.1 Mặt cắt có bản cánh (Chữ T, chữ I, hộp) 
Với mặt cắt hình T chịu uốn quanh một trục và hai trục cùng với lực nén dọc 
trục nhƣ quy định ở Điều 5.7.4.5 và sự phân bố ứng suất lấy gần đúng nhƣ quy định 
ở Điều 5.7.2.2, với bó dự ứng lực có dính bám, và khi chiều dày bản cánh chịu nén 
nhỏ hơn c, xác định theo Phƣơng trình 5.7.3.1.1-3, sức kháng uốn danh định của 
mặt cắt có thể xác định nhƣ sau : 
 ( 
) ( 
) ( 
)
 (
) 
Trong đó : 
Aps : diện tích thép dự ứng lực(mm2) 
fps : ứng suất trung bình trong cốt thép dự ứng lực ở sức kháng uốn danh 
định, tính theo phƣơng trình 5.7.3.1.1-1 (MPa) 
dp : khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực 
(mm) 
As : diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực(mm2). 
fy : giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa). 
ds : khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo 
không dự ứng lực (mm). 
A’s : diện tích cốt thép chịu nén (mm2) 
f’y : giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa) 
d’s : khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén 
(mm) 
f’c : cƣờng độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa) 
(Điều 5.5.4.2.1-1) 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 107 
b : bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm) 
bw : chiều dày của bản bản bụng hoặc đƣờng kính của mặt cắt tròn (mm) 
1 : hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong Điều 5.7.2.2 
hf : chiều dày bản cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T (mm) 
a = c1 : Chiều dày của khối ứng suất tƣơng đƣơng (mm) 
3.2.5.2 Mặt cắt chữ nhật 
Đối với mặt cắt hình chữ nhật chịu uốn một trục và hai trục cùng với lực dọc 
trục nhƣ quy định ở Điều 5.7.4.5, khi công nhận sự phân bố ứng suất gần đúng nhƣ 
quy định ở Điều 5.7.2.2 và chiều dày bản cánh chịu nén không nhỏ hơn đại lƣợng c 
xác định theo Phƣơng trình 5.7.3.1.1-3 thì sức kháng uốn danh định Mn có thể xác 
định theo các Phƣơng trình từ 5.7.3.1.1-1, đến 5.7.3.2.2-1, trong đó bw phải lấy bằng 
b. 
Để tính giá trị Mn, tức lực kháng uốn danh định của một mặt cắt ngang dầm, 
đầu tiên cần xác định xem liệu mặt cắt này có dạng chữ nhật hay chữ T theo cách 
nhƣ đã trình bày ở trên 
 ( 
) ( 
) ( 
) 
Nếu mặt cắt dầm có dạng hình chữ nhật, cƣờng độ đƣợc tính nhƣ sau: 
Với fps - Ứng suất trung bình trong tao thép ở sức kháng danh định 
Cho rằng fps ≥ 0.5fpu 
 ( 
) 
a=1.c 
3.2.5.3 Các dạng mặt cắt khác 
Với các loại mặt cắt không phải là mặt cắt hình chữ T hay thực chất là mặt 
cắt hình chữ nhật có trục thẳng đứng đối xứng hoặc mặt cắt chịu uốn hai trục không 
có lực dọc trục thì không thể sử dụng công thức lý tƣởng hóa nhƣ đã nêu trong 
Tiêu chuẩn. Cần có một cách tiếp cận tổng quát hơn để tính sức kháng uốn danh 
định. Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, việc áp dụng tính tƣơng thích về biến dạng 
là cách hay đƣợc dùng nhất. Mặt cắt ngang dầm đƣợc chia thành từng lớp hình 
thang khác nhau đối với các loại vật liệu khác nhau và mỗi lớp cốt thép đƣợc mô 
hình hóa riêng biệt. 
Khi đó sức kháng uốn tính toán Mn đƣợc xác định bằng giải tích dựa trên các 
giả thiết đã quy định ở Điều 5.7.2. Đồng thời phải áp dụng các yêu cầu của Điều 
5.7.3.3. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 108 
3.3 CÁC GIỚI HẠN VỀ CỐT THÉP 
3.3.1 Quy định về hàm lƣợng cốt thép tối đa 
Hàm lƣợng thép giới hạn ở một mặt cắt nhất định đƣợc biểu thị qua độ cao 
giới hạn của trục trung hòa. Lƣợng thép có thể có trong một mặt cắt phải thỏa mãn 
sao cho chiều cao vùng bê tông chịu nén của mặt cắt không lớn hơn 42% độ cao tới 
trọng tâm của cốt thép chịu kéo. 
Hàm lƣợng thép dự ứng lực và thép không dự ứng lực tối đa phải đƣợc giới 
hạn sao cho: 
Trong đó 
Với 
c : khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà (mm) 
de : khoảng cách hữu hiệu tƣơng ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng 
tâm lực kéo của cốt thép chịu kéo (mm) 
Nếu tỷ số trên đạt tới hạn thì mặt cắt đƣợc coi là quá nhiều thép. Mặt cắt bê 
tông cốt thép nhƣ đã nói là có chỉ số PPR < 0.5 không đƣợc phép quá nhiều thép. 
Tuy nhiên, nếu mặt cắt có dự ứng lực một phần hay dự ứng lực toàn phần (có PPR ≥ 
0.5) thì cho phép mặt cắt quá nhiều thép và phải đảm bảo là mặt cắt đủ độ dẻo. 
3.3.2 Quy định về hàm lƣợng cốt thép tối thiểu 
Trừ khi có các quy định khác, còn ở bất kỳ một mặt cắt nào đó của cấu kiện 
chịu uốn, lƣợng cốt thép thƣờng và cốt thép dự ứng lực chịu kéo phải đủ để phát 
triển sức kháng uốn tính toán Mr ít nhất bằng 1 trong 2 giá trị sau, lấy giá trị nhỏ 
hơn: 
 1,2 lần sức kháng nứt đƣợc xác định trên cơ sở phân bố ứng suất đàn hồi và 
cƣờng độ chịu kéo khi uốn, fr, của bê tông theo quy định trong Điều 5.4.2.6, 
hoặc 
 1,33 lần mômen tính toán cần thiết dƣới tổ hợp tải trọng - cƣờng độ thích 
hợp quy định trong bảng 3.4.1.1. 
Phải áp dụng các quy định của Điều 5.10.8. 
Đối với các cấu kiện không có thép dự ứng lực thì lƣợng cốt thép tối thiểu 
quy định ở đây có thể coi là thoả mãn nếu: 
Trong đó: 
(Điều 5.7.3.3.1-1) 
(Điều 5.7.3.3.1-2) 
(Điều 5.7.3.3.2-1) 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 109 
Pmin : tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên 
f’c : cƣờng độ quy định của bê tông (MPa) 
fy : cƣờng độ chảy dẻo của thép chịu kéo (MPa) 
Đối với các dầm chữ T có bản bụng dầm chịu kéo, việc xác định tỷ lệ cốt 
thép thƣờng thực tế để so sánh với yêu cầu của Phƣơng trình 1, phải căn cứ vào 
chiều rộng của bản bụng dầm. 
3.4 KHỐNG CHẾ NỨT BẰNG SỰ PHÂN BỐ CỐT THÉP HỢP LÝ 
Khi tính duyệt theo TTGH khai thác về khống chế độ mở rộng vết nứt trong 
dầm BTCT chịu uốn thì dựa trên nguyên tắc là chiều rộng của vết nứt trong dầm 
chịu uốn đƣợc kiểm soát bằng sự phân bố cốt thép trong vùng bê tông chịu kéo lớn 
nhất. 
Các quy định ở đây đƣợc áp dụng cho tất cả cốt thép của các cấu kiện bê 
tông cốt thép trừ bản mặt cầu đƣợc thiết kế theo Điều 9.7.2, trong đó sự kéo của mặt 
cắt ngang vƣợt quá 80% cƣờng độ chịu kéo do uốn nhƣ quy định ở Điều 5.4.2.6, ở 
tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng. 
3.4.1 Tính ứng suất ...  cấp 250 M270M cấp 345 M270M cấp 345W M270M cấp 485W M270M cấp 690/690W 
Ký hiệu ASTM 
tƣơng đƣơng 
A 709M cấp 250 A 709M cấp 345 A 709M cấp 345W A 709M cấp 485W A 709M cấp 690/690W 
Chiều dày bản thép đến 100 đến 100 đến 100 đến 100 đến 65 từ 65¸100 
Thép hình Tất cả các nhóm Tất cả các nhóm Tất cả các nhóm không áp dụng không áp dụng không áp dụng 
Cƣờng độ kéo đứt fu 
(MPa) 
400 450 485 620 760 690 
Giới hạn chảy fy 
(MPa) 
250 345 345 485 690 620 
Bảng 1: Các đặc tính cơ học tối thiểu của thép kết cấu theo hình dáng, cường độ và 
chiều dày 
6.2 Cấu tạo cầu dầm thép 
6.2.1 Cấu tạo kết cấu nhịp cầu dầm thép 
Mặt cắt ngang cầu dầm thép 
(1) Dầm chủ; (2) Liên kết ngang,dọc; (3) Sườn tăng cường; (4) Bản bê tông mặt 
cầu; (5) Lớp phủ mặt cầu; (6) Gờ lan can; (7) Tay vịn 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 184 
Kết cấu nhịp cầu dầm thép: 
1. Dầm chủ 
2. Hệ mặt cầu 
3. Hệ liên kết ngang cầu 
4. Hệ liên kết dọc 
 Cấu tạo dầm chủ: 
o Sƣờn dầm: chịu lực cắt 
o Bản cánh: chịu kéo, nén khi uốn 
o Sƣờn tăng cƣờng đứng: tăng cƣờng độ cứng cho sƣờn dầm, chịu cắt 
o Sƣờn tăng cƣờng dọc: tăng ổn định phần sƣờn dầm chịu nén 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 185 
6.2.2 Các dạng cầu dầm thép 
Cầu dầm bản (hay cầu dầm đặc) 
Dầm thép là các dầm định hình hoặc tổ hợp từ thép bản 
Bản mặt cầu có thể bằng bê tông, thép hoặc gỗ. 
Giữa dầm thép và bản mặt cầu chỉ có liên kết chống xê dịch tƣơng đối, 
không có liên kết chông trƣợt còn gọi là cầu dầm không liên hợp. 
Dùng cho cầu nhỏ hoặc cầu tạm phục vụ thi công 
 Mặt cắt ngang: 
Dầm định hình 
Dầm tổ hợp 
 Cầu dầm hộp 
 Với cầu liên tục nhịp lớn để tăng khả năng chịu lực và chống xoắn 
dùng tiết diện hộp 
 Tuỳ theo kích thƣớc mặt cắt ngang mà bố trí 1 hộp hay nhiều hộp 
 Dầm hộp có nhƣợc điểm lớn là cấu tạo và bảo dƣỡng phức tạp. 
 Cầu dầm hộp 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 186 
 Cầu dầm thép có bản trực hƣớng 
 Bản mặt cầu đƣợc làm bằng thép và đƣợc tăng cƣờng bằng các sƣờn 
dọc và ngang. 
 Bản tham gia chịu uốn với dầm chủ 
 Ƣu điểm là trọng lƣợng mặt cầu nhẹ. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 187 
6.2.3 Mặt cầu thép có bản trực hƣớng 
 Cấu tạo: 
Mặt cầu bằng thép có bố trí sƣờn tăng cƣờng theo hai phƣơng 
Sƣờn tăng cƣờng có thể đứng hoặc nghiên. Sƣờn ngang thƣờng đƣợc khoét lỗ để 
cho sƣờn dọc liên tục. 
Chiều dày bản mặt cầu t = 20  30cm 
Khoảng cách giữa các sƣờn a = 30  50cm 
 Các dạng cấu tạo sƣờn dọc: 
Dạng mặt cắt hở: 
Có thể cấu tạo từ thép bản, thép hình (I,L, [, T ngƣợc). 
Cấu tạo đơn giản nhƣng khả năng tăng cƣờng độ cứng chống xoắn cho bản thép mặt 
cầu kém 
Sườn tăng cường dọc 
Lớp phủ mặt cầu 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 188 
 Các dạng cấu tạo sƣờn dọc: 
Dạng mặt kín: 
Cấu tạo từ thép bản đƣợc hàn thành các tiết diện chữ U, V hoặc hình bán nguyệt . 
Cấu tạo phức tạp hơn nhƣng khả năng tăng cƣờng độ cứng chịu uốn và chống xoắn 
cho bản thép mặt cầu tốt hơn loại hở 
 Các dạng cấu tạo sƣờn ngang (dầm ngang): 
Liên kết các dầm chủ hoặc các mặt phẳng giàn chủ đồng thời đỡ hệ tống sƣờng dọc 
và bản mặt cầu 
 sƣờn ngang thƣờng đƣợc cấu tạo từ các dầm định hình hoặc dầm tổ hợp có mặt cắt 
chữ I hoạc [ . 
Khoảng cách giữa các sƣờn ngang thƣờng từ 2  4m 
Sườn tăng cường dọc 
Lớp phủ mặt cầu 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 189 
 Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng 
Cầu bản trực hƣớng có trọng lƣợng nhẹ nên thích hợp với nhịp dài khi tỉ số moment 
do tĩnh tải và hoạt tải lớn. 
Do mặt cầu dùng thép chống rỉ nên giá thành cao hơn so với mặt cầu khác. 
Kết cấu bản trực hƣớng có thể áp dụng cho bản mặt cầu hoặc cho cả dầm chủ là 
dầm hộp 
6.2.4 Hệ liên kết ngang 
 Có 2 dạng 
 Tổ hợp bằng thép góc 
 Bằng dầm thép hình 
 Tác dụng: 
 Tăng độ cứng ngang cầu 
 Phân phối hoạt tải giữa các dầm chủ 
 Hệ liên kết ngang đầu nhịp phải làm bằng thép hình đủ cứng để có thể 
kích nâng nhịp cầu khi cần thay gối 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 190 
6.2.5 Hệ liên kết dọc 
 Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (lực gió, 
lực lắc ngang ). 
Hệ liên kết dọc còn cùng với hệ liên kết ngang tạo cho mảng dầm có độ cứng 
chống xoắn nên cũng có quan điểm cho rằng hệ liên kết dọc cũng góp phần 
phân phối đều hơn tải trọng thẳng đứng cho các dầm chủ khi tải trọng đặt 
lệch tâm. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 191 
6.2.6 Mối nối dầm 
 Nối dầm khi 
 Vật liệu thép không đủ dài 
 Điều kiện vận chuyển, cẩu lắp khó khăn 
 Để tạo độ vòng 
 Vị trí nối: 
 Nơi có moment không lớn 
 Không trùng với liên kết ngang, sƣờn tăng cƣờng 
 Dễ vận chuyển, nối ghép 
 Cấu tạo mối nối: 
 Nối bản sƣờn 
 Nối bản cánh trên, dƣới 
 Nối đối đầu 
 Nối so le 
 Các yêu cầu cơ bản đối với việc thiết kế mối nối 
 Tại mối nối thép cơ bản bị gián đoạn phải có các thành phần phụ đủ 
thay thế để truyền lực tránh ứng suất tập trung và không có bộ phận 
nào bị quá tải. 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 192 
 Mối nối phải đơn giản, dễ thực hiện, dễ duy tu bảo dƣỡng, có thể định 
hình 
 Nếu mối nối để tạo độ vồng xây dựng thì mối nối phải bảo đảm đúng 
độ võng thiết kế. 
 Có hai loại mối nối: mối nối sƣờn dầm và mối nối cánh dầm. 
 Mối nối sƣờn dầm 
 Sƣờn dầm chịu lực cắt là chủ yếu nên cần hạn chế mối nối ở những 
mặt cắt có lực cắt lớn. 
 Sƣờn dầm thƣờng đƣợc nối theo kiểu nối đối đầu có hai bản nối ghép 
đối xứng để giảm số lƣợng bu lông 
 Hạn chế các mối nối chồng để tránh truyền lực lệch tâm và tăng số 
lƣợng đinh tán. 
 Có thể dùng thép góc để nối thép góc nhƣng tốt hơn hết là nên dùng 
thép bản vì nhƣ vậy không phải gọt sống của thép góc để nối. 
Hình 2.2: Mối nối sườn dầm 
a)Mối nối có bản táp không phủ lên thép góc cánh 
b)Mối nối có bản táp phủ lên thép góc cánh và ở bốn góc có 4 bản lót phụ, bản lót 
này dày bằng cánh đứng của thép góc. 
Mối nối dầm 
 Mối nối cánh dầm 
 Mối nối cánh chịu mômen uốn nên cần tránh ở những nơi có mômem 
uốn lớn. Mối nối cánh có thể là mối nối đối đầu, so le hoặc kết hợp 
đối đầu và so le. 
 Cánh dầm có thể là thép bản và thép góc, thép bản đƣợc nối bằng thép 
bản, thép góc đƣợc nối bằng thép góc hoặc thép bản. 
 Mối nối đối đầu đơn giản, dễ thực hiện ở công trƣờng nhƣng tốn 
nhiều bản táp. 
a) b)
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 193 
 Mối nối so le có bản cánh và thép góc cánh gián đoạn ở nhiều vị trí 
khác nhau nên mối nối tốn ít bản táp, tuy vậy sẽ khó vận chuyển đến 
công trƣờng do đầu bản táp thừa ra có chiều dày mỏng nên dễ bị cong 
vênh, việc lắp ráp tại công trƣờng cũng có khó khăn do phải cẩu nâng 
lên theo phƣơng ngang trong khi đó các khối dầm chỉ thuận tiện nâng 
lên theo phƣơng thẳng đứng. 
Hình 2.3: Mối nối cánh dầm 
a) Mối nối đối đầu; b) Mối nối so le ; c)Mối nối kết hợp 
1- Cánh dầm chủ; 2 - Sườn dầm chủ ; 3 - Thép góc dầm chủ; 4 - Bản táp cánh 
6.2.7 Cấu tạo dầm chủ 
 Số lƣợng dầm chủ 
 Số lƣợng dầm ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng chịu lực, khả năng 
vƣợt nhịp và giá thành xây dựng cầu. 
 Chọn ít dầm ndc = 2  4: giảm chi phí chế tạo và thi công nhƣng nội 
lực trong dầm lớn chiều cao dầm tăng tăng chiều dài cầu và 
chiều cao đất đắp nền đƣờng đầu cầu tăng chi phí xây dựng 
 Chọn nhiều dầm ndc > 4: nội lực trong dầm giảm chiều cao dầm 
giảm giảm chiều dài cầu và chiều cao đất đắp nền đƣờng đầu cầu 
 giảm chi phí xây dựng. Tuy nhiên chi phí vật liệu thép chế tạo dầm 
tăng, chi phí thi công tăng. 
 Đối với đƣờng ô tô số lƣợng dầm đƣợc chọn căn cứ vào bề rộng mặt 
cầu. Thông thƣờng chọn khoảng cách các dầm chủ S =1,2  2,5m 
 Chiều cao dầm thép (Hsb) 
14
3
2
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 194 
 Chiều cao dầm lựa chọn theo các yếu tố sau: 
 Chiều dài nhịp tính toán Ltt 
 Số lƣợng dầm chủ trên mặt cắt ngang 
 Quy mô tải trọng khai thác 
 Xác định chiều cao dầm theo công thức kinh nghiệm: 
 Nhịp giản đơn : Hsb L/40 
 Nhịp liên tục : Hsb L/30 
 Tỷ lệ cấu tạo chung của dầm chủ 
 Dầm chủ yếu chịu uốn do đó phải đƣợc cấu tạo đảm bảo tỉ lệ sau: 
Iyc : moment quán tính của bản cánh chịu nén đối với trục thẳng đứng Oy 
Iy : moment quán tính của mặt cắt dầm đối với trục thằng đứng Oy 
 Kích thƣớc bản bụng (Web) 
 Chiều cao bản bụng (sƣờn dầm) có thể chọn sơ bộ theo công thức 
Dw = Hsb / (1,04  1,1) 
 Chiều dày có thể chọn sơ bộ theo công thức 
• Dầm thép cacbon: 
√ 
• Dầm thép hợp kim: 
√ 
 Theo tiêu chuẩn AASHTO thì bề dày tối thiểu của bản thép t 6mm. 
 Để tránh cong vênh đặc biệt là lên kết hàn nên chọn t 12mm 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 195 
 Kích thƣớc bản cánh (Flange) 
 Bản cánh sẽ cung cấp khả năng chịu uốn. Chiều rộng và bề dày bản 
cánh thƣờng đƣợc xác định bởi sự lựa chọn diện tích của bản cánh 
trong phạm vi giới hạn của tỉ số giữa bề rộng và bề dày b/t và các yêu 
cầu kỹ thuật trong chỉ dẫn kỹ thuật để đảm bảo khẳn năng ổn định cục 
bộ 
 Bản cánh có thể bao gồm nhiều bản có kích thƣớc khác nhau gọi là 
dầm ghép, loại dầm này có ƣu điểm có thể lựa chọn đƣợc số lƣợng 
các bản ghép khác nhau phù hợp với biểu đồ chịu lực. 
 Kích thƣớc bản cánh (Flange) 
 Bề dày của mỗi bản cánh không nên quá 20 mm để dể bảo đảm chất 
lƣợng thép. Ngoài ra nếu các bản cánh có bề dày nhỏ thì dễ cắt để cho 
biểu đồ bao vật liệu là phù hợp nhất với biểu đồ mô men tính toán và 
tiết kiệm thép hơn. Tuy nhiên về mặt cấu tạo cũng yêu cầu các bản 
cánh không đƣợc mỏng hơn 10 mm 
 Phần cánh hẫng ra: với cầu ôtô < 15tc và 0,4m (mặt cắt tổ hợp tính từ 
cánh thép góc). 
tw
D w
t c
t t
bt
bc
H s
b
tw
D
w
t c
t t
bt
bc
H
sb
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 196 
 Sƣờn tăng cƣờng 
 Chiều dày (ttc) tối thiểu Sƣờn tăng cƣờng là 10mm-12mm, tại gối có 
thể dày 20mm-30mm. Bề dày Sƣờn tăng cƣờng không nhỏ hơn 1/15 
chiều rộng chìa ra khỏi sƣờn chủ 
 Chiều rộng tối thiểu Sƣờn tăng cƣờng đứng (btc) không nhỏ hơn cánh 
thép góc chìa ra và phải đủ để bố trí mối liên kết ngang (80mm nếu 
liên kết bulông, 40-50mm nếu liên kết hàn) 
 Sƣờn tăng cƣờng đứng bố trí đối xứng cả 2 bên bản sƣờn dầm. Đầu 
trên đến sát bản cánh trên, đầu dƣới cách xa bản cánh 10-20mm; có 
thể kê miếng thép đệm [] 50x100x10 
6.2.7.1 Nguyên tắc cấu tạo 
 Dầm liên hợp thép + BTCT gồm hai loại vật liệu là bản BTCT và dầm thép 
liên kết với nhau bằng các đinh neo. Bản BTCT vừa là bản mặt cầu, vừa là 
một thành phần của dầm chủ. 
tw
D
w
t c
t t
bt
bc
H s
b
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 197 
6.2.7.2 Ưu điểm: 
 Giảm kích thƣớc dầm thép 
 Mặt cắt liên hợp cứng hơn nên giảm độ võng do hoạt tải và vƣợt nhịp 
lớn hơn 
 Bản mặt cầu liên hợp ngoài tham gia chịu lực cùng dầm chủ còn đóng 
vai trò giống hệ liên kết dọc trên, do đó có thể bỏ đƣợc hệ liên kết dọc 
trên. 
 Có thể sử dụng các biện pháp điều chỉnh nội lực trong dầm trong giai 
đoạn thi công 
6.2.7.3 Nhược điểm: 
Tĩnh tải phần bản mặt cầu lớn 
Thêm chi phí neo liên hợp 
6.2.7.4 Nguyên lý làm việc của dầm liên hợp 
Tuỳ theo biện pháp thi công mà cầu liên hợp có các giai đoạn làm việc khác 
nhau 
 Trƣờng hợp 1: thi công theo biện pháp lắp ghép hoặc lao lắp không có trụ đỡ 
phía dƣới. Trong trƣờng hợp này dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 198 
Hình 2.5: Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp 
Trƣờng hợp 1: 
Giai đoạn 1: 
Mặt cắt tính toán: là mặt cắt dầm thép 
Tải trọng tính toán (tĩnh tải GĐ1) 
Trọng lƣợng bản thân dầm thép 
Trọng lƣợng hệ liên kết dọc và ngang 
Trọng lƣợng bản bê tông và những phần bê tông đổ cùng với bản 
Giai đoạn 2: 
Mặt cắt tính toán: là mặt cắt liên hợp thép + BTCT 
Tải trọng tính toán: 
Tĩnh tải GĐ2: lớp phủ, lan can, gờ chắn  
Hoạt tải 
Daàm theùp
Daàm theùp
Baûn beâ toâng
Daàm theùp Baûn beâ toâng
Hoaït taûi xe
Lôùp phuû maët caàu
Giai ñoaïn 1: Thi coâng xong daàm theùp
Giai ñoaïn 2: Giai ñoaïn khai thaùc
Giai ñoaïn 1: Sau khi ñoå baûn beâ toâng maët caàu
II
IIII
Z 1
Y 1
D
w
t c
t t
D
c2
H
cb
bs
D
w
t c
t t
tw
D
c1
bt
bc
H
sb
t h
t s
Y 1
tw
bt
bc
H
sb
II
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 199 
Trƣờng hợp 2: thi công theo biện pháp lắp ghép trên đà giáo cố định hoặc có trụ 
tạm đỡ phía dƣới. Trong trƣờng hợp này dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn 
Giai đoạn 1: toàn bộ trọng lƣợng kết cấu nhịp do đà giáo gánh chịu mặt cắt dầm 
chƣa làm việc 
Giai đoạn 2: 
sau khi tháo dỡ đà giáo thì toàn bộ trọng lƣợng KCN do dầm chủ gánh đỡ mặt 
cắt làm việc là mặt cắt liên hợp 
Tải trọng bao gồm: tĩnh tải GĐ1, tĩnh tải GĐ2 và hoạt tải 
II
IIII
Z
1
Y
1
D
w
t c
t t
D
c2
H
cb
bs
D
w
t c
t t
tw
D
c1
bt
bc
H
sb
t h
t s
Y
1
tw
bt
bc
H
sb
II
Daàm theùp
Baûn beâ toâng
Daàm theùp Baûn beâ toâng
Hoaït taûi xe
Lôùp phuû maët caàu
Giai ñoaïn 2: Giai ñoaïn khai thaùc
Giai ñoaïn 1: Giai ñoaïn thi coâng
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 200 
Daàm theùp
Baûn beâ toâng
Daàm theùp Baûn beâ toâng
Hoaït taûi xe
Lôùp phuû maët caàu
Giai ñoaïn 2: Giai ñoaïn khai thaùc
Giai ñoaïn 1: Giai ñoaïn thi coâng
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 201 
6.2.8 Cấu tạo hệ neo liên kết 
Vai trò của neo: liên kết bản bê tông với cánh trên dầm thép 
Neo cò thể làm bằng thép tròn, thép bản hoặc thép định hình 
Liên kết neo với cánh trên dầm thép có thể dùng đƣờng hàn, bu long hoặc đinh tán 
Có 3 loại neo đƣợc dùng phổ biến: 
Neo cứng: làm bằng thép bản, thép định hình 
Neo mềm: làm bằng thép tròn 
Neo đinh mũ 
Cấu tạo neo mềm: 
Cự ly giữa các nhánh > 3d (d là đƣờng kính thép làm neo) 
Nên cấu tạo dạng vành khuyên và đặt nghiêng góc 45o 
Các quy định về cấu tạo neo đinh mũ: 
Đƣờng kính thân neo: d=1624mm 
Chiều cao neo > 4d 
Bƣớc neo tính từ tim đến tim không đƣợc vƣợt quá 600mm và không nhỏ hơn 6d 
(theo 6.10.7.4.1b) 
Theo phƣơng ngang cầu khoảng cách neo > 4d 
Khoảng cách tĩnh giữa bản cánh trên và mép neo > 25mm (theo 6.10.7.4.1) 
Chiều dày tĩnh của lớp phủ trên neo > 50mm 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 202 
Neo chống cắt cần đƣợc chôn sâu ít nhất 50mm vào trong mặt cầu (theo 
6.10.7.4.1d). 
Thiết kế cầu 
Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 203 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, Bộ giao thông vận tải. 
2. PGS.TS Nguyễn Minh Nghĩa (2010), Tổng luận cầu, NXB GTVT, Hà Nội. 
3. PGS. TS Nguyễn Minh Nghĩa (2011), Mố trụ cầu, NXB GTVT, Hà Nội. 
4. GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Hoàng Hà, PGS.TS Nguyễn Ngọc Long 
(2010), Cầu Bê tông cốt thép, NXB GTVT, Hà Nội, Tập 1 và 2. 
5. GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Hoàng Hà, ThS Đào Duy Lâm (2010), 
Các ví dụ tính toán dầm cầu chữ I, T, Super-T bê tông cốt thép dự ứng lực 
theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, NXB Xây dựng, Hà Nội. 
6. Catalogue sản phẩm Công ty CP Bê tông 620 Châu Thới 
7. Catalogue sản phẩm Công ty VSL 
8. Catalogue sản phẩm Công ty FREYSSINET 
9. AASHTO LRFD Bridge Design Specification, American Association of State 
Highway and Transportation Officials, Washington, D.C, 2007