Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm MỤC LỤC I SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ 1.1 Số liệu chung 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm 1.3 Các hệ số tính tốn II CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 2.1 Chiều dài tính tốn kết cấu nhịp 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang 2.3 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu 2.4 Chiều cao dầm chủ 2.5 Cấu tạo bê tông mặt cầu 2.6 Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ III XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 10 3.1 Các giai đoạn làm việc cầu dầm liên hợp 3.1.1 Trường hợp 10 3.1.2 Trường hợp 11 3.2 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I 3.3 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II 3.3.1 Mặt cắt tính tốn giai đoan II 14 3.3.2 Xác định bề rộng tính tốn bê tông 15 3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép 16 3.3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt dầm biên 17 3.3.5 Xác định ĐTHH mặt cắt dầm .26 3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn chảy dẻo 3.4.1 Mặt cắt tính tốn 35 3.4.2 Xác định vị trí trục trung hồ mặt cắt 35 3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén .36 3.4.4 Xác định mômen chảy My 37 3.4.5 Xác định mômen dẻo Mp 39 IV XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 41 4.1 Cấu tạo hệ liên kết kết cấu nhịp 4.1.1 Hệ liên kết ngang mặt cắt gối 41 4.1.2 Hệ liên kết ngang mặt cắt trung gian .42 4.1.3 Hệ sườn tăng cường dầm thép 43 4.1.4 Hệ liên kết dọc cầu 46 4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I 4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II V XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 50 5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp địn bẩy 5.1.1 Tính hệ số phân bố ngang dầm biên 50 5.1.2 Tính hệ số phân bố ngang dầm .51 5.2 Tính hệ số phân bố ngang hoạt tải HL - 93 5.2.1 Điều kiện tính toán 52 5.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang Tạ Hữu Quyền Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu HÇm 5.3.1 Xác định hệ số phân bố ngang tính tốn .52 VI TÍNH TOÁN NỘI LỰC 54 6.1 Các mặt cắt tính tốn nội lực 6.2 Đường ảnh hưởng nội lực 6.2.1 Vẽ ĐAH mơmen mặt cắt tính tốn 55 6.2.2 Đường ảnh hưởng lực cắt .55 6.2.3 Tính diện tích đường ảnh hưởng 55 6.3 Xác định nội lực mặt cắt tính tốn 6.3.1 Tính nội lực tĩnh tải 56 6.3.2 Tính nội lực tải trọng tải trọng Người 57 6.3.3 Tính nội lực xe tải thiết kế (Truck) xe trục thiết kế( Tandem) 58 6.3.4 Tổng hợp nội lực 69 VII KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 70 7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung mặt cắt 7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm mặt cắt đặc 7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén mặt cắt đặc 7.4 Kiểm tra tương tác sườn dầm với cánh chịu nén mặt cắt đặc VIII KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 74 8.1 Kiểm toán sức kháng uốn dầm chủ 8.1.1 Sức kháng uốn mặt cắt liên hợp đặc 74 8.1.2 Kiểm toán khả chịu lực dầm 75 8.2 Kiểm toán sức kháng cắt dầm chủ 8.2.1 Xác định hệ số c 76 8.2.2 Sức kháng cắt dầm chủ 77 8.2.3 Kiểm toán khả chịu cắt dầm 78 IX KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI 79 9.1 Ngun tắc tính tốn 9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất uốn 9.2.1 Cơng thức kiểm tốn .79 9.2.2 Xác định ứng suất dầm tải trọng mỏi .79 9.2.3 Kiểm toán ứng suất mỏi uốn 80 9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất cắt 9.3.1 Cơng thức kiểm tốn .81 9.3.2 Xác định ứng suất cắt dầm tải trọng mỏi .81 9.3.3 Kiểm toán ứng suất mỏi cắt .81 X KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG 82 10.1 Kiểm toán độ võng kết cấu nhịp 10 Nguyên tắc chung 82 10 Kiểm tra độ võng tĩnh tải theo phân tích đàn hồi 84 10 Kiểm tra độ võng hoạt tải thép phân tích đàn hồi 85 10 Tính độ vồng 89 10.2 Kiểm toán dao đọng kết cấu XI TÍNH TỐN BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG 90 11.1 Kiểm toán sườn tăng cường mặt cắt gối 11.1.1 Bố trí sườn tăng cường mặt cắt gối .90 11.1.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 91 Tạ Hữu Quyền Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 11.1.3 Kim tra sức kháng ép mặt 92 11.1.4 Kiểm tra sức kháng nén dọc trục 92 11.1.5 Kiểm tra độ mảnh giới hạn 93 11.2 Kiểm toán sườn tăng cường mặt cắt trung gian 11.2.1 Bố trí sườn tăng cường trung gian 93 11.2.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 96 11.2.3 Kiểm tra mơmen qn tính sườn Tăng cường .96 11.2.4 Kiểm tốn diện tích sườn tăng cường 97 XII TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 98 12.1 Nguyên tắc chung 12.2 Xác định tải trọng tác dụng lên neo 12.2.1 Sự phát sinh lực trượt lực bóc 98 12.2.2 Lực trượt danh định tác dụng lên neo 98 12.3 Xác định khả chịu lực neo 12.3.1 Loại neo sử dụng .100 12.3.2 Sức kháng cắt neo .100 12.3.3 Sức kháng mỏi neo .101 12.4 Bố trí neo 12.5 Kiểm toán neo theo đinh mũ theo TTGH Mỏi XIII TÍNH TỐN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 104 13.1 Lực tác dụng lên liên kết 13.1.1 Lực gây trượt cánh bụng 104 13.1.2 Áp lực phân bố tải trọng bánh xe 105 13.2 Xác định chiều cao đường hàn 13.2.1 Cường độ đường hàn góc 106 13.2.2 Xác định chiều cao đường hàn 106 XIV TÍNH TỐN MỐI NỐI DẦM .108 14.1 Khả chịu lực bu lơng 14.2 Tính tốn mối nối bụng 14.2.1 Cấu tạo mối nối dầm 108 14.2.2 Cấu tạo mối nối bụng 108 14.2.3 Kiểm toán khả chịu lực bulông 109 14.3 Tính tốn mối nối cánh 14.3.1 Mối nối cánh .113 14.3.2 Mối nối cánh 114 XV TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 117 15.1 Cấu tạo mặt cầu 15.2 Xác định nội lực mặt cầu 15.2.1 Diện tích tiếp xúc bánh xe 117 15.2.2 Chiều dài tính toán .118 15.2.3 Bề rộng tính tốn 121 15.2.4 Xác định nội lực trong(bản liên tục) 123 15.2.5 Xác định nội lực hẫng 125 15.3 Tính tốn bố trí cốt thép 15.3.1 Nội dung tính tốn bố trí cốt thép 125 15.3.2 Bố trí cốt thép chịu lực mặt cầu 128 Tạ Hữu Quyền Cu ng St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm S LIU TNH TON THIẾT KẾ 1.1 Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép - BTCT Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 Chiều dài nhịp: L = 33 m Khổ cầu: 7x2+2x1,5+2x0,5 m + Bề rộng phần xe chạy: Bxe =7 m + Lề người bộ: 2x1,5 m + Chân lan can: 2x0,5 m + Bề rộng toàn cầu: Bcau = 11 m - Hoạt tải thiết kế: HL 93 + 3.10-3 MPa 1.2 Vật liệu chế tạo dầm - Thép chế tạo neo liên hợp: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: Cốt thép chịu lực mặt cầu: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: Vật liệu bê tông chế tạo mặt cầu: 250 MPa fy = 420 MPa f c' = 30 MPa + Trọng lượng riêng bêtông: - = + Cường độ chịu nén bêtông tuổi 28 ngày: - fy γc = 25 kN/m3 + Môđun đàn hồi bêtông: - - E c = 0,043.γ1,5 f c' c Ec=28441,83MPa Thép bon fy = 250 MPa fu = 400 MPa Es = 200000 MPa Vật liệu thép chế tạo dầm: + Giới hạn chảy thép: + Giới hạn kéo đứt thép: + Môđun đàn hồi thép: Liên kết dầm : + Liên kết dầm chủ đường hàn + Liên kết mối nối dầm bu lông cường độ cao 1.3 Các hệ số tính tốn - Hệ số tải trọng: + Tĩnh tải giai đoạn I: = 1,25 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II: γ2 = 1,5 0,65 + Hoạt tải HL93 đoàn người: - γ1 γh = = 1,75 1,0 1,25 Hệ số xung kích: Tạ Hữu Quyền 1+ IM Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu HÇm - Hệ số (do thiết kế làn): Tạ Hữu Quyền m = 1,0 Cầu Đường St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cÇu HÇm CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 2.1 Chiều dài tính tốn KCN - Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: - Chiều dài tính tốn nhịp: Ltt= Lnh - 2.a Lnh = a = Ltt = 33 m 0,4 m 32,2 m n dầm 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang - Số dầm chủ mặt cắt ngang : = 2.3 Quy mụ mt ct ngang cu Lớp bê tông nhựa dày 5cm Lớp bê tông bảo vệ dày 4cm Lớp phòng nước dày 1cm Lớp mui luyện dày 2-13cm Vạch sơn 2% Bản mặt cầu dày 20cm 2% Vạch sơn 2L125x125x10 L125x 25x10 125x1 L125x 2L125x125x10 Hình Cấu tạo kết cấu nhịp - Các kích thước mặt cắt ngang cầu: + Bề rộng phần xe chạy: + Số xe thiết kế: Tạ Hữu Quyền Bxe = nl = 700 cm Cu ng St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + B rng l i b: + Bề rộng gờ chắn bánh: + Chiều cao gờ chắn bánh: + Bề rộng chân lan can: + Chiều cao chân lan can: + Bề rộng toàn cầu: + Số dầm chủ thiết kế: + Khoảng cách dầm chủ: ble bgc hgc bclc hclc Bcau n S e + Chiều dài phần cánh hẫng: = 2x150 cm = cm = cm = 2x50 cm = 50 cm = 1100 cm = dầm = 220 cm = 110 cm 2.4 Chiều cao dầm chủ - - Chiều cao dầm chủ lựa chọn phụ thuộc vào: + Chiều dài nhịp tính tốn + Số lượng dầm chủ mặt cắt ngang + Quy mô tải trọng khai thác - Xác định theo điều kiện cường độ - Xác định theo kinh nghiệm Ngoài việc lựa chọn dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng thép có thị trường để tránh việc phải cắt thép cách hợp lý - Trong bước tính tốn sơ ta chọn chiều cao dầm thép theo công thức: H sb 1 ≥ ⇒ H sb ≥ 32, = 1, 073m = 1073cm L 30 30 => Chọn chiều cao dầm thép: + Chiều cao bụng: + Chiều dày cánh trên: + Chiều dảy cánh dưới: + Chiều cao toàn dầm thép: Dw = tt = tb = Hsb = 150+ 3,0+ 4,0 150 cm 3,0 cm 4,0 cm = 157cm 2.5 Cấu tạo bờtụng mt cu - Kích thuớc bê tông đợc xác định theo điều kiện chịu uốn dới tác dụng tải trọng cục Theo quy định 22TCN.272-05 chiều dày bê tông mặt cầu phải lớn 175mm Đồng thời phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực thờng lấy theo bảng ( A2.5.2.6.3-1) ta chọn chiều dày bê tông mặt cầu là: ts = 200 mm Bản bê tông cấu tạo vút dạng đờng vát chéo, theo dạng đờng cong tròn không cần cấu tạo vút Mục đích việc cấu tạo vút bê tông nhằm tăng chiều cao dầm tăng khả chịu lực dầm tạo chỗ bố trí hệ neo liên kết Tạ Hữu Quyền Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm Kích thước cấu tạo bêtơng mặt cầu: + Chiều dày bê tông: + Chiều cao vút bản: + Bề rộng vút bản: ts = th = bh = 20 cm 10 cm 10 cm + Chiều dài phần cánh hẫng: + Chiều dài phần cánh phía trong: = e S/2 = 110 cm 110 cm 2.6 Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ Hình Cấu tạo mặt cắt ngang dầm chủ - Cấu tạo bụng: + Chiều cao bụng: + Chiều dày bụng: - Cấu tạo cánh hay cánh chịu nén: + Bề rộng cánh chịu nén: + Số tập bản: + Chiều dày bản: Tạ Hữu Quyền Dw = tw = bc = n = t = 150 cm cm 30cm tập cm Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ m«n häc Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + Tng chiu dy cánh chịu nén: tc = cm Cấu tạo cánh hay cánh chịu kéo: + Bề rộng cánh chịu kéo: bt = 60 cm + Số tập bản: n = tập + Chiều dày bản: t = cm + Tổng chiều dày cánh chịu kéo: tt = 4m - Tổng chiều cao dầm thép: Hsb = 157 cm - Cấu tạo bêtông: + Chiều dày bêtông: ts = 20cm + Chiều cao vút bản: th = 10 cm - Chiều cao toàn dầm liên hợp: Hcb = 157+20+10 = 187 cm XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ - 3.1 Các giai đoạn làm việc cầu dầm liên hợp 3.1.1 Trường hợp 1: Cầu dầm liên hợp thi công theo phương pháp lắp ghép hay lao kéo dọc khơng có đà giáo hay trụ đỡ Trong trường hợp dầm làm việc theo giai đoạn: Hình 4: Thi cơng kết cấu nhịp theo phương pháp lao kéo dọc - Mặt cắt làm việc: Tạ Hữu Quyền Cầu ng St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm Hỡnh 5a Mt ct dm tớnh toỏn giai đoạn I - Giai đoạn I: Sau thi cơng xong dầm thép + Mặt cắt tính tốn: Là mặt cắt dầm thép + Tải trọng tính tốn: Trọng lượng thân dầm Trọng lượng hệ liên kết dọc hệ lien kết ngang Trọng lượng bêtông phần bêtông đổ với - Giai đoạn II: Khi mặt cầu đạt cường độ tham gia làm việc tạo hiệu ứng liên hợp thép BTCT + Mặt cắt tính tốn: Là mặt cắt liên hợp thép – BTCT + Tải trọng tính tốn: Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắn bánh Hoạt tải 10 Tạ Hữu Quyền 10 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + M w : Mômen bụng chịu + I: Mơmen qn tính tiết diện dầm chủ, IST = 7014446cm + I w : Mơmen qn tính tiết diện bụng t w D3 3.1503 w Iw = = = 843750cm 12 12 => Mw = Iw 843750 M tt = 9332,02 = 1122,53kN.m I 7014446 - Lực cắt coi phân bố cho hàng đinh nên có n đinh đinh chịu lực: V 467,24 Tv = w = = 11,98kN n 39 - Lực tác dụng lên đinh chịu lực bất lợi mômen M là: 2 M w rmax M w x max + y max 1122,53.102.55,58 TM = = = = 140,4kN 44436 ∑ ri2 ∑ (x i2 + yi2 ) Trong đó: + n: Số đinh bố trí bên táp mối nối + x i : Khoảng cách từ hàng đinh thứ i đến trục Oy + x max : Khoảng cách từ hàng đinh xa đến trục Oy + yi : Khoảng cách từ hàng đinh thứ i đến trục Ox + y max : Khoảng cách từ hàng đinh xa tới trục Ox - Phân tích TM thành hai thành phần theo phương x y ta có: TMx = TM sin α = 140,40.sin81,72o = 138,94kN TMy = TM cos α = 140, 40.cos81,72o = 20,22kN Trong đó: + α : Góc hợp lực TM với trục y + TMx : Lực tác dụng theo phưong trục x + TMy : Lực tác dụng theo phưong trục y - Lực tác dụng lên đinh xa nhất( đinh chịu lực bất lợi nhất) là: 117 Tạ Hữu Quyền 117 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ m«n học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm T = (TMy + TV ) + TMx = ( 20,22 + 11,98) + 138,942 = 142,62kN - Kiểm toán khả chị lực đinh xa nhất: T = 142,62kN ≤ R b  = 176,22kN  r => Kết luận: Đạt, mối nối bụng đủ khả chịu lực 14.3 Tính tốn mối nối cánh 14.3.1 Mối nối cánh - Sơ đồ tính: No n n No L1 Hình 41: Sơ đồ tính mối nối cánh - Lực tác dụng: Mối nối cánh chịu tác dụng lực dọc: N N = f y A fth Trong đó: fy + : Cường độ chảy nhỏ thép th + A f : Tiết diện thu hẹp cánh Ta dự kiến bố trí cột bulơng bên cánh trên, diện tích thu hẹp cánh xác định sau: A fth = b c t c − 4.d lo t c = 30.3 − 4.2,9.3 = 55,2cm => Vậy lực dọc tác dụng lên cánh là: N = f y A fth = 25.55,2 = 1380kN - Xác định số đinh cần bố trí: No No 1380 ≤  R b  => n ≥ b = = 7,83  r n  R r  176,22   bulơng - Bố trí bulơng liên kết mối nối cánh trên: + Số cột bulông: nc = cột + Số hàng bulông: nh = hàng + Tổng số bulông bên mối nối: n = 7x4 = 28bulông 118 Tạ Hữu Quyền 118 Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu HÇm + Khoảng cách hàng: ah = cm + Khoảng cách cột: ac = cm + Khoảng cách từ tim bulơng ngồi đến mép thép: amep = 5cm + Khe hở mép dầm thép: ak = 1,8cm (đây khe hở đảm bảo cho việc tạo độ vồng mối nối) - Kích thước táp : + Chiều dày táp: t = 3cm ng + Bề rộng táp ngoài: b bt = 30cm tr + Bề rộng táp trong: b bt = 16cm + Chiều dài táp: L bt = ( − 1) + 2.5 + 1,8 = 117,8cm   - Cấu tạo mối nối cánh trên: Hình 42: Cấu tạo mối nối cánh 14.3.2 Mối nối cánh - Sơ đồ tính: 119 Tạ Hữu Quyền 119 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ m«n häc Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm n No n No L1 Hình 43: Sơ đồ tính mối nối cánh - Lực tác dụng: Mối nối cánh chịu tác dụng lực dọc: N N = f y A fth Trong đó: fy + : Cường độ chảy nhỏ thép th + A f : Tiết diện thu hẹp cánh Ta dự kiến bố trí cột bulơng bên cánh trên, diện tích thu hẹp cánh xác định sau: A fth = b t t t − 6.d lo t t = 60.4 − 6.2,9.4 = 170,4cm => Vậy lực dọc tác dụng lên cánh là: N = f y A fth = 25.170,4 = 4260kN - Xác định số đinh cần bố trí: No No ≤  R b  => n ≥ b = 24,17 r n   R r    bulơng - Bố trí bulơng liên kết mối nối dưới: + Số cột bulông: nc = cột + Số hàng bulông: nh = hàng + Tổng số bulông bên mối nối: n = 6x7= 42bulông + Khoảng cách hàng: ah = 8cm + Khoảng cách cột: ac = 7cm + Khoảng cách từ tim bulông đến mép thép: amep = 5cm + Khe hở mép dầm thép: ak = 1cm (đây khe hở đảm bảo cho việc tạo độ vồng mối nối) - Kích thước táp : + Chiều dày táp: t = 3cm + Bề rộng táp ngoài: b bt = 70cm + Bề rộng táp trong:btrbt=30cm ng 120 Tạ Hữu Quyền 120 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ m«n häc Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + Chiu di bn táp: L bt = ( − 1) + 2.5 + = 117cm   - Cấu tạo mối nối cánh dưới: Hình 44: Cấu tạo mối nối cánh 121 Tạ Hữu Quyền 121 Cu ng St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 15 TNH TON BN MT CẦU 15.1 Cấu tạo mặt cầu - Kích thước bêtông xác định theo điều kiên chịu uốn tác dụng tải trọng cục - Chiều dày bản: ts = (16 ÷ 25)cm - Theo quy định 22TCN 272-05 chiều dày bêtông mặt cầu phải lớn 175 mm Đồng thời phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực thường lấy theo bảng 5.1 (A2.5.2.6.3-1) =>Ở ta chọn chiều dày bêtông mặt cầu ts = 20 cm - Bản vút cấu tạo nhằm tăng khả chịu lực dầm tạo chỗ để bố trí hệ neo liên kết - Kích thước cấu tạo bêtông mặt cầu: + Chiều dày bê tông: ts = 20 cm + Chiều cao vút bản: th = 12 cm + Bề rộng vút bản: bh = 10 cm + Chiều dài phần cánh hẫng: de = 180 cm + Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 420cm 15.2 Xác định nội lực mặt cầu 15.2.1 Diện tích tiếp xúc bánh xe - Diện tích bánh xe có lốp đơn kép giả thiết hình chữ nhật có chiều rộng 510 mm chiều dài xác định theo công thức : L = 2,28.10−3.γ.( + IM ) P (mm) Trong : + γ : Hệ số tải trọng, γ = 1,75 + 1+IM: Hệ số xung kích, 1+IM = 1,25 + P: Tải trọng bánh xe, P = 72500N thiết kế cho xe tải, P = 55000N thiết kế cho xe hai trục => Chiều dài tiếp xúc vệt bánh xe : L = 2.28.10 −3.1,75.1,25.72500 = 361,6mm = 36,16cm - Áp lực lốp xe giả thiết truyền qua theo góc 45o truyền đến trọng tâm : + Chiều dày bêtông mặt cầu: ts = 20 cm + Chiều dày lớp phủ mặt cầu: hmc = 12 cm + Bề rộng diện tích phân bố áp lực bánh xe bpb = 51+2.(20+12) = 115cm 122 Tạ Hữu Quyền 122 Cầu ng St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + Chiu di din tớch phõn b áp lực: Lpb = 36,16+2.(20+12) = 100,16 cm 123 Tạ Hữu Quyền 123 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ m«n học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 15.2.2 Chiu di tính tốn - Chiều dài tính tốn theo phương dọc cầu: theo cấu tạo kê dầm chủ, không kê lên hệ liên kết ngang chiều dài tính tốn theo phương dọc cầu với chiều dài nhịp: L = 20,4 m = 2040 cm - Chiều dài nhịp tính tốn bêtơng theo phương ngang cầu (S) xác định sau : + Với đúc liền khối kê nhiều dầm: S = 420 cm + Với hẫng: S = 180cm - Tỉ lệ chiều dài tính tốn : L 2040 = = 4.86 > 1,5 S 420 => Bản làm việc theo phương 15.2.3 Bề rộng tính tốn dải - Bản mặt cầu tính tốn theo điều kiện làm việc phương theo lý thuyết dải tương đương - Khi chịu hoạt tải, chiều rộng làm việc dải (bản liên tục) đúc chỗ, đúc sẵn căng sau SW xác định sau: + Khi tính mơmen dương: SW = 660 + 0,55.S = 660 + 0,55.4200 = 2970 mm = 2,97m + Khi tính mômen âm: SW = 1220 + 0,25.S = 1220 + 0,25.4200 = 2270mm= 2,27m - Bản hẫng coi dải đầu ngàm vào dầm chủ, đầu tự có chiều rộng làm việc bằng: SW = 1140 + 0,833.X = 1140+ 0,833.1000 = 1973mm = 1,97m Với X: khoảng cách từ điểm đặt tải trọng tới gối bản, X = 1000 mm 15.2.4 Xác định nội lực (bản liên tục) 15.2.4.1 Nội lực chịu mơmen dương - Sơ đồ tính toán: Dầm liên tục kê gối cứng dầm chủ: Hình 45 : Sơ đồ tính mặt cầu 124 Tạ Hữu Quyền 124 Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu HÇm - Sơ đồ tính tốn: Dầm liên tục kê gối cứng dầm chủ:Đường ảnh hưởng mơmen dương mặt cắt nhịp: 1.8m Hình 46: ĐAH mômen dương mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ M = 1,713 + Diện tích ĐAH âm − : ϖ M = −0,835 + Tổng diện tích ĐAH : ϖ M = 0,878 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt gối: 1.8m - Hình 47: ĐAH lực cắt mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ v = 2, 484 + Diện tích ĐAH âm − : ϖ v = −0,42 + Tổng diện tích ĐAH : ϖ v = 2,064 - Xác định tĩnh tải tác dụng lên bản: + Bề rộng tính tốn dải bản: bs = 2.97m + Chiều dày bản: ts = 0,2m + Diện tích mặt cắt ngang bản: As = 2,97 0,2= 0,594m2 + Chiều dày lớp phủ mặt cầu: hmc = 12cm = 0,12m + Tĩnh tải dải bản: DC tc = γ c A s = 24.0,594 = 14.26kN / m + Tĩnh tải dải cua lớp phủ mặt cầu: DWtc = γ a b s h mc = 22.5.2,97.0,12 = 8.02kN / m - Nội lực trọng lượng thân bản: + Mômen: 125 Tạ Hữu Quyền 125 Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm M tc = DC tc ϖ M = 14.26.0,878 = 12.52kN.m M tt = γ1.M tc = 1,25.12.52 = 15.65kN.m + Lực cắt: Vtc = DC tc ϖ V = 14.26.2,064 = 23.51kN Vtt = γ1.Vtc = 1, 25.23.51 = 29.39kN - Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Mômen: M tc = DWtc ϖ M = 8.02.0,878 = 7.04kN.m M tt = γ M tc = 1,5.7.04 = 10.56kN.m + Lực cắt: Vtc = DWtc ϖ V = 8.02.2,064 = 13.22kN Vtt = γ Vtc = 1,5.13.22 = 19.83kN - Nội lực xe tải: Các đại lượng P γ kN Bánh 1, xe 72.50 1.75 Bánh 2, xe 72.50 1.75 Bánh 1, xe 72.50 1.75 Bánh 2, xe 72.50 1.75 Tổng yM Mtc kN.m 27.33 -4.71 0.00 0.00 22.62 0.377 -0.065 0.00 0.00 Mtt kN.m 47.83 -8.25 0.00 0.00 39.59 yV 1.000 0.181 0.00 0.00 Vtc kN 72.50 13.12 0.00 0.00 85.62 - Tổng hợp nội lực chịu mômen dương: Các đại lượng Do tải trọng thân Do lớp phủ mặt cầu Do hoạt tải Tổng 126 Tạ Hữu Quyền Tải trọng 14.26 8.02 truck Mtc kN.m 12.52 7.04 22.62 42.18 Mtt kN.m 15.65 10.56 39.59 65.79 Vtc kN 23.51 13.22 85.62 122.35 Vtt kN 29.39 19.83 149.84 199.06 126 Cầu Đường Sắt K51 Vtt kN 126.88 22.96 0.00 0.00 149.84 ThiÕt kÕ m«n học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 15.2.4.2 Ni lc chịu mômen âm - Đường ảnh hưởng mômen âm mặt cắt nhịp: 1.8m 1.2m 1.8m Hình 48: ĐAH mômen âm mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ M = 0,558 + Diện tích ĐAH âm − : ϖ M = −1,939 + Tổng diện tích ĐAH : ϖ M = −1,381 Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt gối: - 1.8m Hình 49: ĐAH lực cắt mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ v = 2, 484 + Diện tích ĐAH âm − : ϖ v = −0,42 + Tổng diện tích ĐAH : ϖ v = 2,064 - Xác định tĩnh tải tác dụng lên bản: + Bề rộng tính tốn dải bản: bs = 2.27m + Chiều dày bản: ts = 0,2m + Diện tích mặt cắt ngang bản: As = 0.454 m2 + Chiều dày lớp phủ mặt cầu: hmc = 12cm = 0,12m + Tĩnh tải dải bản: DC tc = γ c A s = 24.0,454 = 10.90kN / m + Tĩnh tải dải cua lớp phủ mặt cầu: DWtc = γ a b s h mc = 22,5.2,27.0,12 = 6.27kN / m 127 Tạ Hữu Quyền 127 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm - Ni lực trọng lượng thân bản: + Mômen: M tc = DC tc ϖ M = 10.90.(−1,381) = −15.05kN.m M tt = γ1.M tc = 1,25.(−15.05) = −18.81kN.m + Lực cắt: Vtc = DC tc ϖ V = 10.09.2,064 = 17.97kN Vtt = γ1.Vtc = 1,25.17.97 = 22.46kN - Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Mômen: M tc = DWtc ϖ M = 6,27.( − 1,381) = −8,05kN.m M tt = γ M tc = 1,5.( −8,05) = −12,98kN.m + Lực cắt: Vtc = DWtc ϖ V = 6,27.2,064 = 10.33kN Vtt = γ Vtc = 1,5.10.33 = 15.50kN - Tổng hợp nội lực chịu mômen âm: Các đại lượng Bánh 1, xe Bánh 2, xe Bánh 1, xe Bánh 2, xe Tổng P kN 72.50 72.50 72.50 72.50 γ yM 1.75 1.75 1.75 1.75 -0.177 -0.176 -0.044 0.020 Các đại lượng Do tải trọng thân Do lớp phủ mặt cầu Do hoạt tải Tổng 128 Tạ Hữu Quyền Mtc kN.m -12.83 -12.76 -3.19 1.45 -27.33 Tải trọng 10.90 6.27 truck Mtt kN.m -22.46 -22.33 -5.58 2.54 -47.83 Mtc kN.m -15.05 -8.65 -27.33 -51.03 Mtt kN.m -18.81 -12.98 -47.83 -79.62 yV 1.000 0.181 0.00 0.00 Vtc kN 17.97 10.33 85.62 113.92 Vtc kN 72.50 13.12 0.00 0.00 85.62 Vtt kN 126.88 22.96 0.00 0.00 149.84 Vtt kN 22.46 15.50 149.84 187.80 128 Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 15.2.4.3 Xác định nội lực hẫng - Sơ đồ tính: Dầm ngang cơng xon 250 1550 1000 1800 Plc Pb DC,DW Hình 50: Sơ đồ tính hẫng - Xác định tĩnh tải tác dụng lên bản: + Chiều dài tính tốn: Ltt = 1.8m + Bề rộng tính tốn bản: bs = 1,97m + Chiều dày bản: ts = 0,2m + Diện tích mặt cắt ngang bản: As= 1.97.0,2 = 0,395m2 + Chiều dày lớp phủ mặt cầu: hmc= 0,12m + Tĩnh tải dải bản: DC tc = γ c A s = 24.0,395 = 9,47kN / m + Tĩnh tải dải lớp phủ mặt cầu: DWtc = γ a bs h mc = 22.5.1,97.0,12 = 5.33kN / m + Trọng lượng lan can: Trọng lượng chân lan can dải đều: qlc = 3kN/m Trọng lượng lan can dải đều: qclc = 0,1kN/m => Trọng lượng chân lan can + lan can phạm vi tính tốn: Plc = (0,1+3).1,97 = 6.12kN - Nội lực trọng lượng thân bản: + Mômen: l1 1.82 M tc = DC tc = 9.47 = 15.34kN.m 2 M tt = γ1.M tc = 1,25.4.74 = 19.18kN.m + Lực cắt: Vtc = DC tc l1 = 9.47.1.8 = 17.05kN Vtt = γ1.Vtc = 1,25.17.05 = 21.31kN - Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Mômen: 129 Tạ Hữu Quyền 129 Cu ng St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm l2 (1.8 0,5) 2 = 5.33 = 4.504kN.m 2 M tt = γ M tc = 1,5.4.504 = 6.756kN.m M tc = DWtc + Lực cắt: Vtc = DWtc l2 = 5.33.1.3 = 6.93kN Vtt = γ Vtc = 1,5.6.93 = 10.40kN - Nội lực trọng lượng lan can: + Mômen: M tc = Plc l3 = 6.12.(1.8 − 0,5.0.5) = 9.49kN.m M tt = γ M tc = 1,5.9,49 = 14.23kN.m + Lực cắt: Vtc = Plc = 2,17kN Vtt = γ Vtc = 1,5.2,17 = 3,26kN - Xác định nội lực tải trọng bánh xe + Tải trọng tính tốn: Xe tải thiết kế với tải trọng bánh xe: Pb = 72,5kN + Bánh xe đặt cách chân lan can 30 cm => Khoảng cách từ tim bánh xe đến vị trí ngàm là: a = 180 – 50 – 30 = 100 cm = 1m + Nội lực tải trọng bánh xe gây ngàm là: Mômen: M tc = Pb a = 72,5.1 = 72,50kN.m M tt = γ M tc = 1,75.72,50 = 126,88kN.m Lực cắt: Vtc = Pb = 72,5kN Vtt = γ Vtc = 1,75.72,5 = 126,88kN - Tổng hợp nội lực tác dụng lên hẫng: Các đại lượng Do trọng lượng Do lớp phủ mặt cầu Do trọng lượng lan can Do hoạt tải Tổng 130 Tạ Hữu Quyền Tải trọng 9.47 5.33 6.12 72.50 M tc M tt Vtc Vtt kN.m 15.34 4.50 9.49 72.5 91.23 kN.m 19.18 6.76 14.23 126.88 174.49 kN 17.05 6.93 2.17 72.50 91.07 kN 21.31 10.40 3.26 126.88 166.50 130 Cầu Đường St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cÇu HÇm 15.3 Tính tốn bố trí cốt thép 15.3.1 Nội dung tính tốn bố trí cốt thép 15.3.1.1 Tính tốn bố trí cốt thép chịu mơmen - Mặt cắt mặt cầu mặt cắt hình chữ nhật ta dùng cơng thức mặt cắt chữ nhật để tính tốn kiểm duyệt khả chịu lực mặt cắt - Sơ đồ tính : As' Bêtông ch? nén u ds' As'.fy a H ds c c TTH a β1.0.85.fc'.b.a TTH Mtt As.fy as As b Hình 51: Sơ đồ tính với mặt cắt chữ nhật - Bố trí cốt thép thường chịu kéo chịu nén theo cấu tạo: - Xác định chiều cao vùng chịu nén: + Giả định khoảng cách từ cốt thép thớ đến đáy mặt cắt là: a Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép DƯL đến mép mặt cắt là: dp = H - atp + Lấy tổng mômen trọng tâm cốt thép DƯL ta có: a  ' ' M tt = β1.0.85.f c' b.a. d p − ÷+ A s f y ( d p − ds ) + A s f y ( d s − d p ) 2  β1.0,85.f c' b ' ' a − β1.0,85.f c' b.d p a + M tt − A s f y ( d p − d s ) + As f y ( d s − d p ) = => β1.0.85.f c' b A= ;B = −β1.0.85.f c' b.d p ; C = M − A ' f ( d − d ' ) + A f ( d − d ) tt s y p s s y s p Đặt: Ta có phương trình bậc sau : A.a + B.a + C = + Giải phương trình bậc hai để tìm chiều cao vùng chịu nén a: a c= β1 + Chiều cao vùng chịu nén thực tế: Trong : + Mtt : Mơmen tính tốn tải trọng 131 Tạ Hữu Quyền 131 Cầu Đường Sắt K51 ... kích: Tạ Hữu Quyền 1+ IM Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm - Hệ số (do thiết kế làn): Tạ Hữu Quyền m = 1,0 Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu HÇm CẤU TẠO... biên M p = 20428,18kNm 39 Tạ Hữu Quyền 39 Cầu Đường Sắt K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 40 Tạ Hữu Quyền 40 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI... tốn: 49 Tạ Hữu Quyền 49 Cầu Đường Sắt K51 ThiÕt kÕ môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm DWtt = γ t DWtc=1,5.6,529= 9,7935kN/m 50 Tạ Hữu Quyền 50 Cu ng St K51 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm