Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu THIẾT KẾ MÔN HỌC K Õ t cÊu thÐ p L= 30m SV TRẦN TUẤN MINH Lớp CDS K52 : Nguyễn Ngọc Lâm : Trần Tun Minh : Cầu - Đờng B K45 Giáo viên hớng dẫn Sinh viên Lớp Đề bài: Thiết kế dầm chủ, nhịp giản đơn cầu đờng ôtô, có mặt cắt dầm thép tổ hợp đờng hàn nhà máy lắp ráp mối nối công trờng bulông độ cao, không liên hợp I số liệu giả định Trn Tun Minh Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Chiều dài nhịp Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Số xe thiết kế Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu tiện ích (DW) Tĩnh tải BTCT mặt cầu (DC2) Hệ số phân bố ngang tính cho mômen Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng HƯ sè ph©n bè ngang tÝnh mái HƯ sè cÊp đờng Số lợng giao thông trung bình ngày/ Tỷ lệ xe tải luồng Độ võng cho phép hoạt tải Vật liệu Thép chế tạo dầm Bulông cờng độ cao : L = 30 m : HL-93 : bf + 32 cm : nL =2 lµn : 5,32 kN/m : 5,32 kN/m : mgM = 0,56 : mgQ = 0,54 : mgd = 0,62 : mgf = 0,58 : k = 0.5 : ADT = 20000 xe/ngµy/lµn : ktruck = 0,2 : L/800 : fy = 400 MPa : A490 Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005 II-yêu cầu nội dung Chọn mặt cắt ngang dầm Tính mômen, lực cắt lớn tải trọng gây Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt tải trọng gây Kiểm toán dầm theo TTGHCĐI, sử dụng mỏi Tính toán thiết kế sờn tăng cờng Tính toán thiết kế mối nối công trờng Thể giấy A1 Cấu tạo dầm thống kê sơ khối lợng Trần Tuấn Minh Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp Bộ môn Kết cấu I Chọn mặt cắt dầm Mặt cắt dầm đợc chọn theo phơng pháp thử sai, tức ta lần lợt chọn kích thớc mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm quy định khống chế tiêu chuẩn thiết kế kiểm toán lại, không đạt ta phải chọn lại kiểm toán lại Quá trình đợc lập lại thoả mÃn Chiều cao dầm thép Chiều cao dầm chủ có ảnh hởng lớn đến giá thành công trình, phải cân nhắc kỹ lựa chọn giá trị Đối với cầu đờng ôtô nhịp giản đơn ta chọn theo công thức kinh nghiệm sau: 1  1 L , vµ ta thêng chän d =  ÷ L 25  20 12  Ta cã: 1/25L = 0,94 m 1/20L = 1.2 m 1/12L = 2,11 m VËy ta chän d =1200 mm Bề rộng cánh dầm Chiều rộng cánh dầm đợc lựa chọn sơ theo công thức kinh nghiệm sau: d≥ 1 1 b f =  ÷ d bf= ta chọn: Chiều rộng cánh chịu nén: bc = 500 mm Chiều rộng cánh dới chịu kéo: bf = 500 mm Chiều dày cánh bụng dầm Theo quy định quy trình (A6.7.3) chiều dày tối thiểu cánh, bụng dầm 8mm Chiều dày tối thiểu chống rỉ yêu cầu vận chuyển, tháo lắp thi công Ta chọn: Chiều dày cánh chịu nén: tc = 30 mm Chiều dày cánh dới chịu kéo: tt = 30 mm Chiều dày bụng dầm: tw = 18 mm Do chiều cao bụng là: D = 1140 mm Mặt cắt dầm sau chọn có hình vÏ: Trần Tuấn Minh Bµi tËp lín KÕt cÊu thép Bộ môn Kết cấu Tính đặc trng hình học mặt cắt Đặc trng hình học mặt cắt dầm đợc tính toán lập thành bảng sau: Mặt cắt Cánh Bản bụng Cánh dới Tổng A 15000 20520 15000 50520 h 1185 600 15 600 A*h 1.8E+07 1.2E+07 225000 3E+07 Io 1E+06 2E+09 1E+06 2E+09 y -585 585 Ay*y 5E+09 5E+09 1E+10 Itotal 5.1E+09 2.2E+09 5.1E+09 1.2E+10 Trong ®ã: A=DiƯn tÝch (mm2) h=Khoảng cách từ trọng tâm phần tiết diện dầm đến đáy dầm (mm) Io=Mômen quán tính phần tiết diện dầm trục nằm ngang qua trọng tâm htotal=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm ( nhóm phần tiết diện dầm) đến đáy cánh dới dầm (mm) htotal= y = ( A.h) ( A) (mm) y=Khoảng cách từ trọng tâm phận đến trọng tâm mặt cắt dầm (mm) y= y h (mm) Itotal=Io+A.y2 (mm4) Từ ta tính đợc: ybotmi ytopmi Mặt cắt ybot ytop DÇm thÐp 600 600 585 d d 585 Sbot Stop Sbotmid Stopmid 2.1E+0 2E+0 2.1E+0 2E+0 7 7 Trong đó: ybot=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy cánh dới dầm thép (mm) Trn Tuấn Minh Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp Bé môn Kết cấu ytop=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đỉnh cánh dầm thép (mm) ybotmid=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm cánh dới dầm thép (mm) ytopmid=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm cánh dầm thép (mm) sbot=mômen kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ybot stop=mômen kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ytop sbotmid=mômen kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ybotmid stopmid=mômen kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ytopmid Tính toán trọng lợng thân dầm thép Diện tích mặt cắt ngang dầm thép A = 50520mm2 s Trọng lợng riêng thép làm dầm = 78.5kN/m3 Trọng lợng thân dầm thép wDC1 = 3.875kN/m II Tính toán vẽ biểu đồ bao nội lực 1.Tính toán M, V theo phơng pháp đờng ảnh hởng Chia dầm thành đoạn Chọn số đoạn dầm: Ndd= Chiều dài đoạn dầm: Ldd= Trị số đờng ảnh hởng mômen đợc tính toán theo bảng sau: Mặt cắt Xi 2.3 4.6 6.9 9.2 11.5 ®ah Mi 2.07 3.68 4.83 5.52 5.75 Ami 23.805 42.32 55.545 63.48 66.125 Trong đó: Xi=Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đah Mi=Tung ®é ®ah Mi` AMi=DiƯn tÝch ®êng ¶nh hëng Mi Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng mômen mặt cắt dầm nh sau: Trn Tun Minh 10 đoạn 2.3 m Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn KÕt cÊu 10 Dah M1 2.07 Dah M2 3.68 Dah M3 4.83 Dah M4 5.52 Dah M5 5.75 HÖ sè điều chỉnh tải trọng tính cho TTGHCĐ lấy nh sau: = 0.95 Mômen tiết diện đợc tính theo công thức: Đối với TTGHCĐI: Mi= {1.25wDC + 1.5wD¦W + mg M [1.75LLL + 1.75kLLMi (1 + IM ) ]} AMi =M iDC +M iD¦W +M iLL Đối với trạng thái giới hạn sử dụng: Mi=1.0{1.0wDC + 1.0wD¦W + mg M [1.3LLL + 1.3kLLMi (1 + IM ) ]} AMi =M iDC +M iD¦W +M iLL Trong đó: LLL=Tải trọng rải (9.3 kNm) LLMi=Hoạt tải tơng đơng ứng với đờng ảnh hởng Mi mgM=Hệ số phân bố ngang tính cho mômen WDC=Tải trọng rải thân dầm thép BTCT mặt cầu WDW=Tải trọng rải lớp phủ mặt cầu tiện ích cầu 1+IM=Hệ số xung kích AMi=Diện tích đờng ảnh hởng Mi k=Hệ số cấp đờng Trn Tuấn Minh Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp Bé môn Kết cấu Bảng trị số mômen theo TTGHCĐI Mặt c¾t anpha 0.1 Ami 23.805 0.2 42.32 0.3 0.4 0.5 LLtruck 24.33 LLtandem Mcd 18.497 864.42 1525.1 23.86 18.329 23.386 18.429 1986.46 22.908 18.297 2252.59 22.43 18.165 2328.06 55.545 63.48 66.125 Msd 433.05 769.86 1010.44 1154.79 1202.91 Trị số đờng ảnh hởng lực cắt đợc tính toán theo bảng sau: Mặt cắt xi Li Avi Av 2.3 4.6 6.9 9.2 11.5 23 20.7 18.4 16.1 13.8 11.5 11.5 9.315 7.36 5.635 4.14 2.875 11.5 9.2 5.06 4.6 2.3 Trong đó: Xi=Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đah Vi=Tung độ đờng ảnh hởng Vi AV=Tổng đại số diện tích đờng ảnh hởng Vi AVi=Diện tích đờng ảnh hởng Vi (phần diện tích lớn hơn) Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng lực cắt mặt cắt dầm nh sau: Trn Tun Minh 864.42 1525.17 1986.46 2252.59 2328.06 2252.59 1986.46 1525.17 864.42 BiÓu đồ bao mômen cho dầm trạng thái giới hạn cờng độ M (kN) Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Lực cắt tiết diện đợc tính theo công thức sau: Đối với TTGHCĐI: Vi= {(1.25wDC + 1.5wDƯW ) Av + mgV [1.75LLL + 1.75kLLVi (1 + IM ) ] AVi } =V iDC +V iDƯW +V iLL Đối với TTGHSD: Vi=1.0{(1.0wDC + 1.0wD¦W ) Av + mgV [1.3LLL + 1.3kLLVi (1 + IM ) ] AVi } =V iDC +V iD¦W +V iLL Trong : LLVi=Hoạt tải tơng ứng với đờng ¶nh hëng Vi mgv=HƯ sè ph©n bè ngang tÝnh cho lực cắt Bảng trị số lực cắt theo TTGHCĐ TTGHSD Mặt cắt xi(m) Li(m) Avi Av LLtruck(kN/m) LLtandem(kN/m) Qcd 2.3 4.6 6.9 23 20.7 18.4 16.1 11.5 9.315 7.36 5.635 11.5 9.2 5.06 4.6 24.8 27.1275 28.384 33.25 18.665 20.679 23.172 26.328 9.2 11.5 13.8 11.5 4.14 2.3 2.875 37.404 42.57 30.52 36.325 Biểu đồ bao lực cắt cho dầm trạng thái giới hạn cờng độ : Trn Tun Minh sd 407.58 341.15 341.05 285.29 246.50 205.54 213.66 178.25 152.9 127.23 94.30 77.84 Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp 407.58 341.05 246.50 213.66 94.30 152.99 94.30 152.99 Q (kN) 213.66 246.50 341.05 407.58 Bé m«n KÕt cÊu III Kiểm toán dầm theo TTGHCĐI 3.1.Kiểm toán điều kiện chịu mômen 3.1.1.Tính toán ứng suất cánh dầm thép Ta lập bảng tính toán ứng suất cánh dầm thép mặt cắt nhịp dầm theo TTGHCĐI nh sau: Fbotmi Ftopmi Mặt cắt Dầm thép M 2328.0 Sbot Stop Sbotmid Stopmid 2.1E+0 2.1E+0 2E+0 213526 7 77 Fbot 111 Ftop 111 d 109 Trong đó: Fbot=ứng suất đáy cánh dầm thép Ftop=ứng suất đỉnh cánh dầm thép Fbotmid=ứng suất điểm cánh dới dầm thép Ftopmid=ứng suất điểm cánh dầm thép 3.1.2.Tính mômen chảy tiết diện Mômen chảy tiết diện không liên hợp đợc xác định theo công thức sau: My=FySNC Trong đó: Fy=Cờng độ chảy nhỏ theo quy định thép làm dầm Snc=mômen kháng uốn tiết diện không liên hợp Ta có: Fy = 345 MPa SNC = 2.0E+07 mm3 Trần Tuấn Minh d 109 Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp Bé m«n KÕt cÊu My = 7.2E+09 Nmm 3.1.3.TÝnh mômen dẻo tiết diện Chiều cao bụng chịu nén mômen dẻo đợc xác định nh sau: (A6.10.3.3.2) Víi tiÕt diƯn ®èi xøng kÐp, ®ã: Dcp=D/2=570mm Khi mômen dẻo tiết diện không liên hợp đợc tÝnh theo c«ng thøc: D t  D t  D   + Pc  + c  + Pt  + t  2 2  2 Mp=Pw Trong đó: Pw=FywAw=Lực dẻo bụng Pc=FycAc= Lực dẻo cánh chịu nén Pt=FytAt=Lực dẻo cánh dới chịu kéo Vậy ta có: Mp = 8.1E+09Nmm 3.1.4.Kiểm toán cân xứng tiết diện Tiết diện I chịu uốn phải đợc cấu tạo cân xứng cho: (A6.10.2.1) 0.1 I yc Iy 0.9 (1) Trong đó: Iy=Mômen quán tính tiết diện dầm thép trục thẳng đứng qua trọng tâm bụng Iyc=Mômen quán tính cánh chịu nén mặt cắt thép quanh trục thẳng đứngđi qua trọng tâm bụng Ta có: Iy= 6.26E+08 mm4 Iyc = 3.13E+08 mm4 Iyc/Iy = 0.5 VËy 0.1