BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM KHOA CÔNG TRÌNH -–«— - GVHD SVTH LỚP MSSV : : : : Th.S PHẠM ĐỆ NGUYỄN TẤN THÀNH CD09LT 09L1110058 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2012 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN LAN CAN 2.1 Tính toán lan can: 2.1.1 Thanh lan can: …… 2.1.1.1 Tải trọng tác dụng lên lan can:… ……………………… ……………… 2.1.1.2 Nội lực lan can: 2.1.1.3 Kieåm tra: 2.1.2 Coät lan can: 2.1.2.1 Kiểm tra khả chịu lực cột: ………………7 2.1.2.2 Kiểm tra độ mãnh cột: 2.1.2.3 Kiểm tra khả chịu lực bulông chân cột:: 2.2 Lề hành: 2.2.1 Tải trọng tác dụng: …… 2.2.2 Tính nội lực: …… 10 2.2.3 Tính cốt thép: …… 10 2.2.4 Kiểm toán: …… 11 2.3 Bó vỉa: 12 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 17 3.1 Số liệu tính toaùn: 17 3.2 Sơ đồ tính toán mặt cầu: 17 3.3 Tính nội lực cho hẫng: 18 3.3.1 Tải trọng tác dụng lên hẫng: 18 3.3.2 Nội lực Congsol: 20 3.4 Tính nội lực cho kê hai caïnh: 21 3.4.1 Tónh tải nội lực tónh tải tác dụng lên dầm: 21 3.4.2 Hoạt tải nội lực hoạt tải tác dụng lên dầm: 23 3.5 Tính nội lực cho dầm giữa: 25 3.5.1 Tónh tải nội lực tónh tải tác dụng lên dầm: 25 3.5.2 Hoạt tải nội lực hoạt tải tác dụng lên dầm: 26 3.6 Thiết kế cốt thép cho BMC: 30 3.6.1 Thiết kế cho phần chịu mômen âm: 30 3.6.2 Thiết kế cho phần chịu mômen dương: 31 3.7 Kiểm tra nứt cho BMC: 31 3.7.1 Kiểm tra nứt mômen aâm: 31 SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 3.7.2 Kiểm tra nứt mômen dương: 32 CHƯƠNG IV: DẦM CHÍNH 33 4.1 Kích thước dầm chính: 33 4.1.1 Phần dầm thép: 33 4.1.2 Phaàn baûn BTCT: 33 4.1.3 Chọn sơ kích thước STC, LKN, Moái noái: 33 4.2 Xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm: 34 4.2.1 Xác định ĐTHH tiết diện dầm giai đoạn 1: 34 4.2.2 Xác định ĐTHH tiết diện dầm giai đoạn 2: 35 4.2.3 Xác định ĐTHH tiết diện dầm biên giai đoạn 2: 39 4.3 Xác định hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu: 40 4.3.1 Tính cho dầm giữa: 40 4.3.2 Tính cho dầm biên: 42 4.4 Xác định nội lực hoạt tải tác dụng mặt cắt: 44 4.4.1 Hoạt tải tác dụng lên cầu: 44 4.5 Nội lực tónh tải tác dụng lên dầm chính: 53 4.5.1 Tải trọng tác dụng lên dầm chủ: 53 4.5.2 Quy tónh tải tác dụng lên dầm theo phương dọc cầu: 54 4.5.3 Xác đinh ĐAH chất tónh tải: 55 4.5.4 Tổng hợp tónh tải tác dụng lên dầm chủ: 58 4.5.5 Xếp tónh tải lên ĐAH tính nội lực: 59 4.6 Tổ hợp nội lực mặt cắt theo TTGH: 63 4.6.1 TTGH CÑ1: 63 4.6.2 TTGH SD: 63 4.6.3 TTGH Moûi: 63 4.6.4 Tổng hợp tổ hợp nội lực mặt cắt: 64 4.7 Kiểm toán dầm thép giai đoạn 1: 65 4.7.1 Kiểm toán yêu cầu cấu tạo: 65 4.7.1.1 Kiểm tra tỷ lệ cấu tạo chung: 65 4.7.1.2 Ứng suất lớn thớ dưới: 66 4.7.1.3 Ứng suất lớn thớ treân: 66 4.7.1.4 Kiểm tra độ mảnh bụng: 67 4.7.1.5 Kiểm tra yêu cầu bốc xếp: 67 4.7.2 Kiểm tra dầm không liên hợp: 67 4.7.2.1 Xác định trục trung hòa dẻo tiết diện không liên hợp: 67 4.7.2.2 Kiểm tra độ mảnh bụng: 70 SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 4.7.2.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén không đặc chắc: 70 4.7.2.4 Kiểm tra giằng cánh chịu nén không đặc chắc: 70 4.7.2.5 Xác định sức kháng uốn cánh có MC không đặc chắc: 71 4.8 Kiểm toán dầm thép giai đoạn 2: 71 4.8.1 Kiểm toán dầm ôû TTGHCÑ1: 71 4.8.1.1 Xác định mômen dẻo tiết diện dầm GĐII: 71 4.8.1.2 Xác định chiều cao chịu nén bụng dầm liên hợp: 75 4.8.1.3 Phân loại tiết diện dầm liên hợp: 78 4.8.1.4 Xác định sức kháng uốn tiết diện liên hợp: 79 4.8.1.5 Xác định sức kháng cắt vách STC: 81 4.8.2 Kiểm toán dầm TTGHSD: 81 4.8.2.1 Tiêu chuẩn lựa chọn tỷ lệ dài/cao: 81 4.8.2.2 Ứng suất chảy biên: 82 4.8.2.3 Kiểm tra yêu cầu cấu tạo (Độ vồng ngược): 82 4.8.2.4 Tính độ võng: 82 4.8.3 Kiểm toán mỏi: 84 4.8.3.1 Kiểm toán bụng uốn: 84 4.8.3.2 Kiểm toán mỏi bụng cắt: 84 4.8.3.3 Kiểm tra giới hạn mỏi: 86 4.9 Tính toán STC, LKN, Mối nối, Neo chống cắt: 87 4.9.1 Tính toán sườn tăng cường: 87 4.9.2 Tính toán liên kết ngang, dầm ngang: 92 4.9.3 Tính toán neo chịu cắt (Neo hình nấm): 98 4.9.4 Tính toán mối nối bulông cường độ cao: 100 4.9.4.1 Tính toán ứng suất cánh bụng: 100 4.9.4.2 Sức kháng tính toán bulông: 102 4.9.4.3 Tính số bulông cho mối nối dầm: 102 4.9.4.4 Tính số bulông cho liên kết ngang: 105 SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế: - Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I - Chiều dài toàn dầm (L) : 31 m - Chiều dài nhịp tính toán : Ltt = 31- 2x0.3= 30.4 m - Bề rộng phần xe chạy (B) : 14.5 m - Bề rộng lề hành (K) : 2x1.5 m - Tải trọng thiết kế : 0,5HL93 Thi t k m t c t ngang c u: 2.1 Kho ng cách gi a d m chính: Chi u r ng tồn c u: Btc = B + 2K + 2a = 14.5 + 2*1.5 + 2*0.25= 18m Btc=(n –1)*S+2.Sh v i: n: S d m ch ; S: kho ng cách tim gi a d m ch , Sh : Chi u dài cánh h ng  n = Btc Theo kinh nghi m: S ≈ Sh  => Btc=(n –1)*S+2.Sh =n *S =>  n = 10 n=  => { S = 2250 mm S = 1800 mm => S hc = { Btc = n× S n ∈= Z => S  S = (1.8÷2.5) m   Ch n n= => S=2000 mm Btc − (n − 1) S 18000 − (9 − 1) × 2000 = = 1000 mm 2 2.2 Ch n sơ b kích thư c d m chính:   ÷  Ln : d= (1.24 ÷ 1.55 ) m => Choïn d = 1280mm  20 25  a Chi u cao d m thép d =  b Kích thước cánh trên: - Bề rộng cánh : bc= (250÷300)mm => Chọn bc=300mm - Bề dày cánh : tc = (18÷30)mm => Chọn tc=20mm c Kích thước cánh dưới: - Bề rộng cánh trên: bf ≥ bc => Chọn bf =400mm - Bề rộng cánh dưới: b’f ≥ bf +100 => => Chọn bf’= 500mm - Bề dày cánh : tf = tf’=(18÷30)mm => Chọn =20mm d Chiều cao sườn dầm: D = d − tc − t f − t f ' = 1280 − 20 − 20 − 20 = 1220mm SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð Bề dày sườn (12÷16)mm Chọn tw = 15 mm e Kích thước bêtông Bản làm bê tông có: f C ' = 30MPa Bề dày bê tông: ts = 200mm th Chiều cao đoạn vút bêtông: th = 100mm Góc nghiêng phần vút: 450 2.3 Kích thước sườn tăng cường: - Số dầm - Khoảng cách dầm : dầm : m - Số sườn tăng cư ng đứng (một dầm): 50 - Khoảng cách sường tăng cường: 1.5 m - Số liên kết ngang: 11 (2 dầm ngang đầu dầm, Liên kết ngang) - Khoảng cách liên kết ngang: m - Khoảng cách trụ lan can: 2m Phương pháp thiết kế: - Bản mặt cầu tính theo hẫng làm việc theo phương ngang cầu - Dầm chính: Tính dầm giản đơn Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng cách - dầm 2m - Kiểm toán Vật liệu dùng thi công - Thanh cột lan can (phần thép): Thép CT3 Fy = 240 MPa γ s = 7.85 × 10 −5 N / mm - Lề hành, lan can: Bêtông: fc' = 30 MPa γ = 2.5 × 10−5 N / mm Theùp AII: Fy = 280 MPa γ s = 7.85 × 10 −5 N / mm - Bản mặt cầu, vút Bêtông: fc' = 30 MPa γ = 2.5 × 10−5 N / mm Thép AII: Fy = 280 MPa γ s = 7.85 × 10 −5 N / mm SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð - Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang Thép M270M cấp 345: Fy = 345 MPa γ s = 7.85 × 10 −5 N / mm Thép góc: L 100 x 100 x 10: Fy = 240 MPa γ s = 7.85 × 10 −5 N / mm SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð CHƯƠNG II LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH 2.1 TÍNH TOÁN LAN CAN: 2.1.1 Thanh lan can: Chọn lan can thép ống đường kính D =100 mm đường kính d = 92 mm − Khoảng cách trụ lan can là: L = 2000 mm − Khối lượng riêng thép lan can: γ s = 7.85 × 10 −5 N / mm − Thép Cacbon số hiệu CT3: fy = 240 MPa Vì trụ lan can giống tải trọng tác dụng nên ta cần tính toán kiểm toán cho nhịp 2000mm 2.1.1.1 Tải trọng tác dụng lên Lan can: a Sơ đồ tính toán: Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên lan can − Thanh lan can xem dầm liên tục, để đơn giản tính toán ta đưa sơ đồ dầm giản đơn để tính sau điều chỉnh hệ số b Tải trọng tính toán: * Theo phương thẳng đứng (y): + Tónh tải gồm trọng lượng thân lan can SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP g=π GVHD: Ths PH M ð (D2 - d ) (1002 - 922 ) γ = 3.14 × × 7.85 × 10-5 = 0.095 N / mm 4 + Hoạt tải thiết kế gồm: - Lực tập trung P = 890 N theo phương - Tải trọng phân bố chiều dài lan can: W = 0.37 N/mm * Theo phương ngang (x): + Hoạt tải: + Tónh tải: - Lực tập trung : P = 890 N - Tải trọng phân bố: W = 0.37 N/mm 2.1.1.2 Nội lực lan can: * Theo phương y: - Mômen tónh tải mặt cắt nhịp: g × L2 0.095 × 20002 = = 47500 N.mm M = 8 y g - Mômen hoạt tải mặt cắt nhịp: + Tải phân bố: w × L2 0.37 × 20002 = = 185000 N.mm M = 8 y w + Tải tập trung: My = P P × L 890 × 2000 = = 445000 N.mm 4 * Theo phương x: - Mômen hoạt tải mặt cắt nhịp: + Tải phân bố: Mx = w w × L2 0.37 × 20002 = = 185000 N.mm 8 + Tải tập trung: Mx = P P × L 890 × 2000 = = 445000 N.mm 4 * Tổ hợp nội lực tác dụng leân lan can: 2 M = η  γ DC M y + γ LL (.M y + M y )  + γ LL [ M x + M x ] g w P   w P - Trong đó: + η : hệ số điều chỉnh tải trọng: η = ηD ηI ηR Với: ηD = 0.95 : Hệ số liên quan đến tính dẻo (Theo điều 1.1.3) SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð ηI = 0.95 : Hệ số liên quan đến tầm quan trọng (Theo điều 1.1.5) ηR = 1.05 : Hệ số liên quan đến tính dư (Theo điều 1.1.4) ⇒ η = 0.95 × 0.95 × 1.05 = 0.95 + γ DC = 1.25 : hệ số tải trọng cho tónh tải + γ LL = 1.75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải [ 1.25 × 47500 + 1.75 × (185000+445000) ]2 + [ 1.75 × (185000+445000) ]2 ⇒ M = 0.95 × = 1521620 N.mm 2.1.1.3 Kiểm tra khả chịu lực lan can: φ.M n ≥ M Trong đó: +φ : hệ số sức kháng: φ = + M : mômen lớn tónh hoạt tải ( M = 1521620 N.mm) + Mn : sức kháng tiết diện : M n = fy × S + V i S mômen kháng uốn tiết diện S= π 3.14 × (D3 − d ) = × (1003 − 923 ) = 21716 mm 32 32 + fy = 240 Mpa ⇒ Mn = 240 × 21716 = 5211840 N.mm φ.M n = × 5211840 = 5211840 N.mm ≥ 1521620 N.mm Vaäy lan can đảm bảo khả chịu lực 2.1.2 Cột lan can: Ta tính toán với cột lan can giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan Hình 2.2 Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can Để đơn giản tính toán ta kiểm tra khả chịu lực lực xô ngang vào cột kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng trọng lượng thân SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð + As : Diện tích sườn tăng cường A s = × b t t p = × 180 × 16 = 5760 mm + B = 1: Cho đôi gờ tăng cường + Fyw : Cường độ chảy nhỏ bụng + Fys : Cường độ chảy nhỏ sườn tăng cường + C : Tỷ số ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt E.k D ≤ ≤ 1.38 × Fys tw 1.1 × Với : k = + ⇒ 1.1 × Vậy C = ( ) d0 D =5+ ( E.k Fyw 1500 1220 ) = 8.31 200000 × 8.31 1220 = 76.34 ≤ = 81.33 ≤ 1.38 × 345 15 1.1 × D tw E.k 1.1 = × Fyw 1220 15 200000 × 8.31 = 95.78 345 200000 × 8.31 = 0.94 345 Thay soá: 5760 ≥  0.15 × × 1220 × 15 × (1 − 0.94) × 897106 345  = −3996.58 − 18 × 152     345    2766105.75   => Thoả mãn b Thiết kế sườn tăng cường gối: - Tại gối đặt cặp sườn tăng cường gối - Khoảng cách sườn (tính từ tim) d1 = 150 mm Mỗi dầm có 12 sườn tăng cường gối - Kích thước sườn: 375 180 15 180 180 50 92 38 38 1182 180 15 180 150 1220 1220 50 1220 150 50 1120 38 92 50 50 130 15 Hình 4.21: Cấu tạo sườn tăng cường gối SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 90 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð + Chiều rộng sườn tăng cường gối: bt = 180 mm + Chiều dày sườn tăng cường gối: = 16 mm + Chiều cao sườn tăng cường gối: Ds = 1220 mm Hai đầu sườn tăng cường hàn vào hai cánh cánh dầm - Kiểm tra độ mảnh: ði u ki n ki m tra: Trong đó: bt E ≤ k Fys bt =180 mm: Chi u r ng sư n tăng cư ng tp=16 mm: Chi u daøy sư n tăng cư ng k = 1.49 : H s o n c a b n Fys = 345 Mpa: Cư ng ññ ch y nh nh t c a g tăng cư ng Thay soá: 180 = 11.25 ≤ 1.49 × 16 200000 = 35.87 345 => Thỏa mãn Br = ϕb A pn Fys ≥ Vu - Kiểm tra sức kháng tựa: Trong đó: + Fys : Cường độ chảy nhỏ sườn tăng cường gối + ϕb = : Hệ số sức kháng tựa + Apn : Diện tích phần chìa sườn tăng cường bên đường hàn bụng vào cánh, không vượt cánh A pn = 91 × 16 × = 8736 mm Br = × 8736 × 345 = 30013920 ≥ 897106 => Thay số: Thoả mãn - Kiểm tra cường độ: + Diện tích cột chịu nén: A = × (b t t p ) + (18 × t w + d1 ).t w = × (180 × 16) + (18 × 15 + 150) × 15 = 23580 mm Trong đó: - d1 : Khoảng cách sườn tăng cường gối (tính từ tim đến tim) + Xác định mômen quán tính (I): ( ) ( 180 15 I = × 16 × 180 + × 15 × 180 × + 2 12 + Bán kính quán tính tiết diện cột: r = + Hệ số độ mảnh: Trong đó: ) = 0.2 × 109 mm I = A 0.2 × 109 = 92.1 mm 23580 k.L ≤ 140 r - k: Hệ số chiều dài hiệu dụng: k = 0.75 - L: Chiều dài không giằng: SVTH: NGUY N T N THÀNH L = Dc = 1200 mm Trang 91 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP Thay số: GVHD: Ths PH M ð 0.75 × 1220 = 9.94 ≤ 140 ⇒ Đạt 92.1 - Kiểm tra cột chịu nén: Pr = ϕc Pn ≥ Vu Trong : ϕc = 0.9 : Hệ số sức kháng cấu kiện chịu nén Xác định Pn: Sức kháng nén danh định xác định sau λ= ( ) k.L π.r ( Fy 0.75 × 1220 = E 3.14 × 92.1 345 ) × 200000 = 0.0173 λ = 0.0174 ≤ 0.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy A = 0.660.0174 × 345 × 23580 = 8076495.6 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0.9 × 8076495.6 = 7268846 ≥ 897106 Thỏa mãn 4.9.2 Tính toán liên kết ngang, dầm ngang: - Kích thước liên kết ngang: + Khoảng cách liên kết ngang 3000 mm Riêng đầu dầm khoảng cách 3200 mm + Dùng thép L102 x 76 x 12.7 (cho xiên ngang) Trọng lượng mét daøi: g lk = 164 N Thanh ngang daøi: L = 1524 mm Thanh xiên dài: L = 920 mm + Mỗi liên kết ngang có: x 2= liên kết ngang, x = liên kết xiên + Mỗi dầm có liên kết ngang dầm ngang đầu dầm - Ta giả thiết lực gió tác dụng vào phần lan can bê tông, mặt cầu, vút dầm thép Tổng hợp lực gió tác dụng vào ngang liên kết ngang SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 92 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð Hình 4.22: Tải trọng gió tác dụng lên cầu theo phương ngang + Lực gió tác dụng vào giằng dưới: Fbf = Wbf x Lb = 2,52 x 3000 = 7560 N + Lực gió tác dụng vào giằng trên: Ftf = Wtf x Lb = 8, 232 x 3000 = 24696 N - Goùc giằng xiên phương ngang: α = 400 - Lực gió tác dụng vào giằng xiên: Fd = Ftf cosα = 24696 = 32238.34 N cos400 a Kiểm toán giằng dưới: Ta sử dụng thép góc 102x 76 x 12.7 có đặc trưng hình học sau: As = 2097 mm2, IX = 2101969 mm4, rx = 31.66 mm IY = 1007280 mm4, ry = 21.92 mm , L = 1524 mm + Kiểm tra độ mảnh cấu kiện: K×L ≤ 140 rmin Trong đó: K = 0.75 : hệ số chiều dài hiệu dụng Thay số: 0.75 × 1524 = 36.10 ≤ 140 ⇒ Thỏa mãn 31.66 + Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: Trong đó: Thay số: b E ≤ k t Fy k = 1.49 : Hệ số oằn giằng 102 × = 16.06 ≤ 1.49 × 12.7 + Kiểm toán cường độ: 200000 = 43.01 ⇒ Thỏa mãn 240 Pr ≥ Fbf Xác định Pn: SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 93 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð 2 345  k.L  Fy  0.75 × 1524  λ= = 0.23  ×  E =  3.14 × 31.66  200000  π.rs  λ = 0.23 ≤ 2.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy A = 0.66 0.23 × 240 × 2097 = 457409.1 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0.9 × 457409.1 = 411668.2 N ≥ 7560 N Thỏa mãn b Kiểm toán giằng trên: Lực gió giằng giả thiết chéo truyền lực gió trực tiếp vào mặt cầu Để cung cấp độ ổn định ngang cho cánh suốt trình thi công ta chọn thép góc L102 x 76 x 12.7 giằng c Kiểm toán giằng xiên: Ta sử dụng thép góc L102x 76 x 12.7 có đặc trưng hình học sau: As = 2097 mm2, IX = 2101969 mm4, rx = 31.66 mm IY = 1007280 mm4, ry = 21.92 mm , L = 920 mm + Kiểm tra độ mảnh cấu kiện: K×L 0.75 × 920 ≤ 140 = 21.79 ≤ 140 rmin 31.66 => Thỏa mãn + Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: Thay số: 102 × = 16.06 ≤ 1.49 × 12.7 + Kiểm toán cường độ: b E ≤ k t Fy 200000 = 43.01 ⇒ Thỏa mãn 240 Pr ≥ Fbf Xác định Pn: 2 345  k.L  Fy  0.75 × 1524  λ= = 0.083 =>  ×  E =  3.14 × 31.66  200000  π.rs  λ = 0.083 ≤ 2.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy A = 0.66 0.083 × 240 × 2097 = 486218.88 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0.9 × 486218.88 = 437597 N ≥ 7560 N Thỏa mãn SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 94 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð d Kiểm toán dầm ngang: Sơ đồ tính dầm ngàm đầu hình vẽ: * Tải trọng toàn cầu: - D m ch : + Di n tích d m ch : As = 42300 mm2 + γs = 7.85 x 10-5 N/mm3 P1 = n x L x As x γs = x 31000 x 42300 x 7.85 x 10-5 = 926433.45 N - Bản mặt cầu: + Chiều dày: ts = 200 mm + γbêtông = 2.5 x 10-5 N/mm Q1 = Ln x Btc x ts x γbêtông = 31000 x 18000 x 200 x 2.5 x 10-5 = 2790000 N  300 + 500   × 100 = 360000 mm   - Bản vút: Diện tích phần vút: A vút = ×  => P2 = 34000 x Avút x γbêtông = 31000 x 360000 x 2.5 x 10-5 = 279000 N - Lan can + Lề hành + Bó vỉa: P3 = 5.922 × 31000 = 183582 N - Tiện ích: Q3 = 1x 31000 = 31000 N - Liên kết ngang: ⇒ Q4 = × (2 x1, 67 + x1,18)164 = 11217, N - Neo: Q4 = 0.5 x 31000 = 15500 N - Sườn tăng cường: ⇒ Q5 = 32 × 289.73 + 12 × 401.3 = 14086.96 N - Moái noái: Q7 = 0.5 x 31000 = 15500 N Tổng trọng lượng cầu: P = P1+ P2+ P3+ Q1+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7 = 4266320 N SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 95 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð BẢNG TỔ HP TẢI TRỌNG STT TÊN TẢI TRỌNG GIÁ TRỊ (N) Dầm chủ P1 926433.45 Bản mặt cầu Q1 2790000 Bản vút P2 279000 Lan can+lề hành+ bó vỉa P3 183582 Tiện ích Q2 31000 Liên kết ngang Q3 Neo Q4 Sườn tăng cường Q5 Mối nối Q6 11217.6 15500 14086.96 15500 * Nội lực tổ hợp nội lực: - Khi kích dầm, xét dầm chịu tải trọng thẳng đứng giữa: Ptt = P 4266320 = = 237017.78 N 2× n 2×9 - Mômen nhịp (Sơ đồ gối): M = P tt l 237017.78 × 2000 = = 118508890 Nmm 4 - Mômen ngàm: M n = −0.7 × M = −0.7 × 118508890 = −82956223 Nmm - Moâmen tai gi a nhip: M g = 0.5 × M = 0.5 × 118508890 = 59254445 Nmm - Lực cắt gối: Vg = P 237017.78 = = 118508.9 N 2 BẢNG TỔ HP NỘI LỰC STT NỘI LỰC GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ Mômen nhịp 59254445 N.mm Mômen ngàm −82956223 N.mm Lực cắt gối 118508.9 N Ta thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM, chọn thép M270M cấp 345W ta coù: SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 96 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð - Cường độ chảy nhỏ Fy = 345 Mpa = 50 ksi - Cường độ chịu kéo nhỏ Fu = 485 Mpa Giả thiết tiết diện đặc với ứng suất cho phép là: Fb = 0.66 x 345 = 227.7 Mpa Mômen kháng uốn cần thiết: S x = M 82956223 = = 364322.46 mm3 Fb 227.7 Tra bảng thép trang 212 giáo trình “ Thiết kế kết cấu thép” GS.TS Đoàn Định Kiến, ta chọn thép W12x26 có: Sx =547328 mm3, L =1945 mm d = 310.388mm ; bf =164.85 mm tw = 5.842 mm ; tf = 9.652mm Kiểm tra điều kiện tiết diện đặc: - Bụng: d 310.388 640 640 = = 53.13 < = = 90.5 tw 5.842 Fy 50 - Caùnh: bf 2t f = Theùp W12x26 164.85 65 65 = 8.28 < = = 9.19 × 9.952 Fy 50 => Tiết diện đặc: ⇒ Fb = 0.66 Fy = 0.66 × 345 = 227.7 Mpa - Ứng suất làm vieäc: M 82956223 = = 151.57 Mpa S 547328 f = Kiểm tra điều kiện tiết diện đặc: Với tiết diện đặc, chiều dài không giằng không vượt giá trị nhỏ hai giá trị sau đây: Lc = 20000 20000 = = 2050.51 mm 310.388 d × Fy × 50 164.85 × 9.652 Af Lc = 76b f Fy = 76 × 164.85 50 = 1771.82 mm => Vậy không thỏa chiều dài không giằng Xác định Lu: 102 × 103 Cb Fy Lu = rT Trong ñoù: rT = 44.2 mm 2 M  M 59254445  59254445  Cb = 1.75 + 1.05 × + 0.3 ×   = 1.75 + 1.05 × + 0.3 ×   = 2.653 M2 82956223  82956223   M2  SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 97 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP ⇒ Lu = 44.2 × Và Lc = GVHD: Ths PH M ð 102 × 103 × 2.653 = 3251.67 mm 50 20000 20000 = = 2050.51 mm d 310.388 × Fy × 50 Af 164.85 × 9.652 Vậy thỏa mãn chiều dài không giằng cho tiết diện không đặc ⇒ Fb = 0.6 Fy = 0.60 × 345 = 207 Mpa Ứng suất làm việc: f = M 82956223 = = 151.57 Mpa < Fb = 207 Mpa S 547328 Kiểm tra khả chịu cắt: f v = fv = V ≤ FV dtw V 118508.9 = = 65.36 Mpa d × tw 310.388 × 5.842 ⇒ Fv = 0.4 × Fy = 0.4 × 345 = 138 Mpa So saùnh: Fv = 138 Mpa > f v = 65.36 Mpa => Thỏa mãn 4.9.3 Tính toán neo chịu cắt (neo hình nấm): (Lực cắt dầm lớn dầm biên nên ta kiểm toán cho dầm giữa) * Chọn neo hình nấm có: + Đường kính đinh: ds = 20 mm + Chieàu cao: hs = 200 mm + Chọn hàng neo : ns=2 + Khoảng cách tim neo đến mép cánh 50 mm + Khoảng cách hai hàng neo 200 mm > 4ds * Kiểm toán neo: - Bố trí chung: + Chiều cao vút: hvut = 100 mm neo chôn vào bê tông: h – hvut = 200 – 100 = 100 mm + Đỉnh neo cách mép bê tông 100 mm cách mép 100 mm - h 200 = = 10 ≥ Thỏa mãn d 20 Vậy thỏa mản điều kiện cấu tạo bố trí Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi: + Sức kháng mỏi đinh: Zr = α × d ≥ 19d Với α = 238 − 29.5 × log N Trong đó: + d = 20 mm : đường kính đinh neo SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 98 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð + N = 496.4 × 106 : Số chu kỳ tính bước (Mục 4.8.3.3) Thay số: α = 238 − 29.5 × log 496.4 × 106 = −18.53 MPa Zr = −18.53 × 202 = −7412 N < 19 × 20 = 7600 N Vậy lấy Zr = 7600 N để tính toán + Xác định bước neo theo trạng thái giới hạn mỏi: Bước neo chống cắt không nhỏ hơn: p≤ n.Zr I Vsr Q Trong đó: P : Bước neo chống cắt dọc theo trục n = 2: Số lượng neo chống cắt mặt cắt ngang I : Mômen quán tính tiết diện liên hợp ngắn hạn s,t I = 35190781744.32 mm , y ST = 229.12 mm Q : Mômen thứ diện tích quy đổi trục trung hòa liên hợp ngắn hạn Q= t s b e  200 × 2000  t 200   y + t h + s  = ×  229.12 + 100 +  = 21456000 mm  n    2 Vsr : Phaïm vi lực cắt xác định cho trạng thái giới hạn mỏi Vsr Ta tính cho mặt cắt: I-I; II-II; III-III * Tính bước neo khoảng từ mặt cắt I-I đến II-II Vsr = VI-I = 60594 N Thay số: p≤ × 7600 × 35190781744.32 = 411.43 mm 60594 × 21456000 * Tính bước neo khoảng từ mặt cắt II-II đến III-III Vsr = VI-I = 42140 N Thay số: p ≤ × 7600 × 35190781744.32 = 591.6 mm 42140 × 21456000 * Tính bước neo khoảng từ mặt cắt III-III đến V-V Vsr = VI-I = 36530 N Thay số: p≤ × 7600 × 35190781744.32 = 682.5 mm 36530 × 21456000 Với điều kiện: 6d s = 120mm ≤ p ≤ 600mm Nên ta chọn bước đai sau: Từ đầu dầm đến mặt cắt II-II chọn bước neo p = 200 mm Từ mặt cắt II-II đến mặt cắt III-III chọn bước neo p = 300 mm Từ mặt cắt III-III đến mặt cắt V-V chọn bước neo p = 400 mm SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 99 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð Khoảng cách từ mặt cắt có Mômen đến mặt cắt có Mômen lớn có tất số neo là: n = 62 neo Kiểm tra trạng thái giới hạn cường độ: Kiểm toán sức kháng cắt: Q r ≤ ϕsc Q n Trong đó: + Q r : S c kháng cắt tính toán neo chống cắt + Qn : Sức kháng danh định + ϕsc = 0.85 : hệ số sức kháng neo chống cắt Q n = 0.5 × A sc fc' E c ≤ A sc Fu Trong đó: Asc = π × d2 S = 314 mm2: Diện tích mặt cắt ngang cuả neo chống cắt f’c = 30 MPa : Cường độ chịu nén 28 ngày quy định bê tông Ec: Mô đun đàn hồi bê tông 1.5 Ec = 0.043 × γ c × fc' = 0.043 × 25001.5 × 30 = 29440.09 MPa Fu = 345 MPa : Cường độ kéo nhỏ neo Thay số: Q n = 0.5 × 314 × 30 × 29440.09 = 147546.82 N ≤ 314 × 345 = 108330 N Do đó: lấy Qn = 108330 N để tính toán Sức kháng cắt tính toán neo chống cắt (xét đến thất thường chế tạo) Q r = ϕsc Q n = 0.85 × 108330 = 92080.5 N Số lượng neo chống cắt bố trí mặt cắt Mômen dương lớn điểm mômen 0: Trong đó: ns = Vh Qr  0.85 × f 'c bi t s Vh =   Fyw D.t w + Fyc b c t c + Fyf b f t f Thay soá:  0.85 × 30 × 2000 × 200 = 10200000 N Vh =   345 × 1220 × 15 + 345 × 300 × 20 + 345 × 400 × 20 = 11143500 N ⇒ Vh = 10200000 N Thay số: ns = 10200000 = 110 92080.5 So sánh: n = 62 × = 124 ≥ n s = 110 => Thỏa mãn 4.9.4 Tính toán mối nối bulông cường độ cao: 4.9.4.1 Tính toán ứng suất cánh bụng: SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 100 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð Từ biểu đồ ứng suất tổng giai đoạn ta phân tích biểu đồ ứng suất thành biểu đồ ứng suất khác đơn giản + Biểu đồ 1: Có trục trung hòa trùng với trục trung hòa biểu đồ ứng suất giai đoạn + Biểu đồ 2: Biểu đồ có dạng hình chữ nhật Hình 4.23: Biểu đồ ứng suất bụng Sử dụng tam giác đồng dạng ta tính được: Trong đó: B = ft = 213.31 Mpa (Dầm biên) ; B = ft = 207.39 Mpa (Dầm giữa) A = fb = 215.21 Mpa (Dầm biên) ; A = fb = 213.44 Mpa (Dầm giữa) Yo = 810.6 mm Yb = 469.4mm Dc = 617.16 mm (Daàm biên), Dc = 610.8 (Dầm giữa) tc = 20 mm Ta được: Y = Yo – Dc - tc = 810.6 – 617.16 – 20 = 173.44 mm (Dầm biên) Y = Yo – Dc - tc = 810.6 – 610.8 – 20 = 179.8 mm (Dầm giữa) fw = C = Y 173.44 A = × 215.21 = 79.52 MPa (Dầm biên) Yb 469.4 fw = C = Y 179.8 A = × 213.44 = 81.76 MPa (Dầm giữa) Yb 469.4 + f1b = A - C = 215.21 - 79.52 = 135.69 MPa (Dầm biên) + f1b = A - C = 213.44 - 81.76 = 131.68 MPa (Dầm giữa) + f1t = B + C = 213.31+79.52 = 292.83 MPa (Dầm biên) + f1t = B + C = 207.39+81.76 = 289.15 MPa (Dầm giữa) SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 101 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð 4.9.4.2 Sức kháng tính toán bu lông: * Sức kháng cắt: - Số mặt phẳng cắt cho bu lông: Ns = - Chọn bu lông cường độ cao có: d = 22 mm - Cường độ chịu kéo nhỏ bu lông: Fub = 820 MPa - Diện tích bu lông: A = 3.14 × d2 222 = 3.14 × = 379.94 mm 4 - Khi đường kính ren nằm mặt phẳng cắt sức kháng cắt cho bu lông R n − c = 0.48 × A b Fub Ns = 0.48 × 397.94 × 820 × = 299088.77 N * Sức kháng ép mặt: - Bản táp có chiều dày tb = 20 mm R n −e = 2.4 × d × t b × Fub = 2.4 × 22 × 20 × 820 = 865920 N * Sức kháng trượt: R n −t = K h Ks Ns Pt Trong đó: + Pt = 221000 N: Lực kéo yêu cầu nhỏ + Kh = 1: Hệ số kích thước lỗ + Ks = 0.5: Hệ số điều kiện bề mặt Thay số: R n − t = × 0.5 × × 221000 = 221000 N Giá trị sức kháng nhỏ nhất: R n = min(R n− c ,R n−e ,R n− t ) = 221000 N 4.9.4.3 Tính số bu lông cho mối nối dầm: * Tính bu lông cho cánh trên: Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh trên: N = f1t A c Với: Ac diện tích cánh treân: Ac = bc.tc = 300 x 20 = 6000 mm2 Vaäy: N = 292.83 x 6000 = 1756980 N (Dầm biên) N = 289.15 x 6000 = 1734900 N (Dầm giữa) Số bulông cần thiếât cho mối nối nb: nb = N 1756980 = = 7.95 buloâng Rn 221000 (Dầm biên) nb = N 1734900 = = 7.85 bulông Rn 221000 (Dầm giữa) Để thiên an toàn ta chọn: nb =8 bulông, bố trí hàng hàng bulông * Tính bu lông cho cánh dưới: SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 102 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh dưới: N = f1t (A f + A 'f ) Trong đó: + Af diện tích cánh dưới: Af = bf.tf = 400 x 20 = 8000 mm2 + A’f diện tích phủ: A’f = b’f.t’f = 500 x 20 = 10000 mm2 Thay soá: N = 135.69 x (8000 + 10000) = 2442420 N (Dầm biên) N = 131.68 x (8000 + 10000) = 2370240 N (Dầm giữa) S bulông c n thi t cho m i n i nb: n b = N 2442420 = = 11.05 bulông (biên) Rn 221000 nb = N 2370240 = = 10.73 bulông (giữa) Rn 221000 Để thiên an toàn ta chọn: nb = 24 bulông, bố trí hàng hàng bulông * Tính bu lông cho bụng: - Lực dọc tác dụng vào dầm thép tiết diện liên hợp: N = fw A w Trong đó: + Aw diện tích bụng: Aw = D.tw = 1220x 15 = 18300 mm2 Thay số: N = 79.52 x 18300 = 1455216 N (Dầm biên) N = 81.76 x 18300 = 1498208 N (Dầm giữa) I= D3 t w 12203 × 15 = = 2269810000 mm 12 12 - Mômen tác dụng vào dầm thép tiết diện liên hợp: b M = f1b × SNC =135.69 × 22089130.35 = 2997274097 N.mm (Dầm biên) b M = f1b × SNC =131.68 × 22089130.35 = 2908696684 N.mm (Dầm giữa) - Mômen phân phối nội lực vào cánh bụng: + Mômen quán tính bụng so với trục trung hòa: 2 D3 t w  D 1220  D.t = 1220 × 15 +   × 1220 × 15 I= +  Yo − − t c  − 20   810.6 − w 12 12     2 = 2866689388 mm + Mômen tác dụng vào bụng theo tỷ lệ Mômen quán tính: Mb = M × Mb = M × I I NC I I NC = 2997274097 × 2866689388 =828703089 mm (Dầm biên) 10368314018.91 = 2908696684 × 2866689388 =804212711 mm (Dầm giữa) 10368314018.91 - Lực cắt tác dụng vào dầm chính: (tại MC III-III) SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 103 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð Vu = 360191 N (Daàm biên); Vu = 423180 N (Dầm giữa) - Lực cắt tác dụng vào bụng: V= N + Vu2 = 14552162 + 3601912 = 1499130.14 N (Dầm biên) V= N + Vu2 = 1498208 + 423180 = 1556826.43 N (Dầm giữa) - Chọn số lượng bulông cho bụng: Chọn 88 bulông cường độ cao d = 22 mm, bên mối nối đặt 44 đinh chia làm n = dãy dãy có 11 bulông, khoảng cách bulông theo hàng ngang là: b1 = 70 mm, theo hàng đứng b2 = 95 mm 684 60 3x70=210 144 3x70=210 60 BẢN NỐI N-1 BẢN NỐI N-2 16 60 59 20 16 950 1296 950 BẢN NỐI N-3 1070 60 BẢN NỐI N-5 10 16 20 59 60 20 11 16 BẢN NỐI N-4 60 5x70=350 130 5x70=350 950 Hình 4.24: Bố trí bulông nối - Khoảng cách bulông nhóm: Khoảng cách bulông 11: l1 = 950 mm Khoảng cách bulông 10: l2 = 760 mm Khoảng cách bulông 9: l3 = 570 mm Khoảng cách bulông 8: l4 = 380 mm Khoảng cách bulông 7: l5 = 190 mm - Lực tác dụng vào bulông (bulông chịu lực tác dụng lớn nhất) SVTH: NGUY N T N THÀNH Trang 104 ... THÀNH ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths PH M ð CHƯƠNG I GI? ?I THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế: - Lo? ?i dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I - Chiều d? ?i toàn dầm (L) : 31 m - Chiều d? ?i nhịp tính toán :... đặc trưng hình học tiết diện dầm giai đoạn (Tiết diện liên hợp): + Trong tiết diện dầm liên hợp thép -BTCT có hai lo? ?i vật liệu chính: - Thép: Thép dầm chủ + Cốt thép dọc mặt cầu SVTH: NGUY N... đặc trưng hình học tiết diện dầm biên giai đoạn (Tiết diện liên hợp): 4.2.3.1 Xác định chiều rộng có hiệu cánh ( be ): - Chiều rộng bê tông tham gia làm việc v? ?i dầm thép Theo ? ?i? ??u 4.6.2.6.1 22TCN