ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 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 ĐỖ VĂN PHÚC CD09LT 09L1110043 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 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) - Chiều dài nhịp tính toán : 32 m : Ltt = 32- 2x0.3= 31.4 m - Bề rộng phần xe chạy (B) - Bề rộng lề hành (K) : 12 m : 2x1.2 m - Tải trọng thiết kế : 0,5xHL93 Thiết kế mặt cắt ngang cầu: 2.1 Khoảng cách dầm chính: Chiều rộng tồn cầu: Btc = B + 2K + 2a = 12 + 2*1.2 + 2*0.25= 14.9m Btc=(n –1)*S+2.Sh với: n: Số dầm chủ; S: khoảng cách tim dầm chủ, Sh : Chiều dài cánh hẫng Theo kinh nghiệm: S ≈ 2Sh => Btc=(n –1)*S+2.Sh =n *S => n= n= =>  S = 1863  S = 2483 => Shc = { Btc = n× S n ∈= Z =>  n = BStc   S = (1.8÷2.5) m   Chọn n= => S=1900mm Btc − (n − 1) S 14900 − (8 − 1) ×1900 = = 800 mm 2 2.2 Chọn sơ kích thước dầm chính:   ÷ ÷Ln : d= ( 1.2 ÷ 1.6 ) m => Choïn d = 1280mm  20 25  a Chiều cao dầm 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 tf = tf’=20mm d Chiều cao sườn dầm: D = d − tc − t f − t f ' = 1280 − 20 − 20 − 20 = 1220mm SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Bề dày sườn (12÷16)mm Chọn tw = 15 mm e Kích thước bêtông Bản làm bê tông có: fC ' = 30 MPa Bề dày bê tông: ts = 200mm Chiều cao đoạn vút bêtông: th = 100mm Góc nghiêng phần vút: 450 2.3 Kích thước sườn tăng cường: - Số dầm : dầm - Khoảng cách dầm : 1.9 m - Số sườn tăng cường 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 1.9m - Kiểm toán Vật liệu dùng thi công - Thanh cột lan can (phần thép): Thép CT3 −5 Fy = 240 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm - Lề hành, lan can: Bêtông: Thép AII: −5 fc' = 30 MPa ; γ = 2.5 × 10 N / mm −5 Fy = 280 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm - Bản mặt cầu, vút Bêtông: −5 fc' = 30 MPa ; γ = 2.5 × 10 N / mm Thép AII: −5 Fy = 280 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm - Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang −5 Thép M270M caáp 345: Fy = 345 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm −5 Thép goùc: L 100 x 100 x 10: Fy = 240 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 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 laø: L = 2000 mm −5 − Khối lượng riêng thép lan can: γ s = 7.85 × 10 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: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP g=π GVHD: Ths PHẠM ĐỆ (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 M = = = 47500 N.mm 8 y g - Mômen hoạt tải mặt cắt nhịp: + Tải phân bố: w × L2 0.37 × 2000 M = = = 185000 N.mm 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 × 2000 = = 185000 N.mm 8 + Tải tập trung: Mx = P P × L 890 × 2000 = = 445000 N.mm 4 * Toå hợp nội lực tác dụng lên lan can: y y y M = η  γ DC M g + γ LL (.M w + M P )  + γ LL [ M x + M x ]   w P - Trong đó: + η : hệ số điều chỉnh tải trọng: Với: η = ηD ηI ηR ηD = 0.95 : Heä số liên quan đến tính dẻo (Theo điều 1.1.3) SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 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) ] + [ 1.75 × (185000+445000) ] ⇒ 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 + Với S mômen kháng uốn tiết diện S= π 3.14 × (D3 − d ) = × (1003 − 923 ) = 21716 mm 32 32 + fy = 240 Mpa ⇒ M n = 240 × 21716 = 5211840 N.mm φ.Mn = × 5211840 = 5211840 N.mm ≥ 1521620 N.mm Vậy 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: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 2.1.2.1 Kiểm tra khả chịu lực cột lan can: - Kích thước: h = 650 mm; h1 = 350 mm; h = 300 mm - Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải) + Lực phân bố: w = 0.37 N/mm lan can hai bên cột truyền vào cột lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N + Lực tập trung: P = 890 N => Suy lực tập trung vào cột laø: P '' = P '+ P = 740 + 890 = 1630 N * Kiểm toán mặt cắt A-A: Hình 2.3 Mặt cắt A-A - Mômen mặt cắt A-A: M A −A = P ''× h + P ''× h = 1630 × 650 + 1630 × 300 = 1548500 N.mm Điều kiện đảm bảo khả chịu lực mặt cắt A-A khi: φ.M n ≥ η.γ LL M A −A - Sức kháng tiết diện: φM n = fy × S * Với S mômen kháng uốn tiết diện:   × 1843 ×  130 × + 962 ì 130 ì ữ+ I 12 12  S= = = 233333,76 N / mm Y 100 ⇒ φ.M n = fy × S = 240 × 233333.76 = 56 × 10 N.mm 6 - Vậy φ.M n = 56 × 10 ≥ 1.5485 × 10 N / mm ⇒ Mặt cắt A – A đảm bảo khả chịu lực 2.1.2.2 Kiểm tra độ mảnh cột lan can: K.l ≤ 140 r Trong đó: + K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu + l = 1070 mm : chiều dài không giằng ( l = h ) + r : bán kính hồi chuyển nhỏ (ta tính cho tiết diện mặt cắt B B tiết diện đđây nhỏ nhất) SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Hình 2.4 Mặt cắt B-B r= * Với: I A I : mômen quán tính tiết diện: ( ) × 124 I = × 130 × + 662 × 130 × + = 10342656 mm 12 12 A : diện tích tiết diện: A = 130 × × + 124 × = 3072 mm 10342656 = 58 mm 3072 K.l 0.75 × 1070 ⇒ = = 13.8 ≤ 140 Vậy thỏa mãn điều kiện độ mãnh r 58 ⇒r= 2.1.2.3 Kiểm tra khả chịu lực bulông chân cột: Hình 2.5 Chi tiết liên kết bulông Dùng bulông φ20 CT3 Diện tích tiết diện thân bulông (trừ giảm yếu ren) là: F = 2.45cm = 245mm 2 Cường độ kéo nhỏ bulông: Fub = 170 MN / m = 170 N / mm * Sức kháng cắt danh định bulông trạng thái giới hạn cường độ : Vì đường ren bao gồm mặt phẳng cắt nên theo (6.13.2.7-1, 22TCN272-05) Ta có: R n = 0.38 × A b × Fub × Ns SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Trong đó: A b - diện tích bulông tương ứng với đường kính danh ñònh , A b = 245 mm Fub - cường độ kéo nhỏ bulông N s - số lượng mặt phẳng chịu cắt tính cho bulông , Ns = Rn = 0.38 × 245 × 170 × = 15827 N * Sức kháng kéo danh định bulông trạng thái giới hạn cường độ theo (6.13.2.10.2-1 22TCN-272-05) Tn = 0.76 × A b × Fub Trong đó: A b diện tích bulông tương ứng với đường kính danh định Fub cường độ kéo nhỏ bulông Tn = 0.76 × 245 ×170 = 31654 N * Lực cắt tác dụng lên bulông : Nc = 1 × × P '' = × × 1630 = 815 N < Rn = 15827 N => Thỏa mãn 4 * Lực kéo tác dụng lên bulông : Nk = M u × l1 m × ∑ li Trong đó: l1 khoảng cách dãy bulông cùng, l1 = 100 mm m số bulông dãy , m = Mu : Momen mặt cắt chân cột lan can trạng thái giới hạn cường độ PL M u = η × γ P × M LL = 0.95 × 1.75 ×1548500 = 2574381N Nk = 2574381× 100 = 12872 N < Tn = 31654 N ×1002 Vậy bulông đảm bảo khả chịu lực 2.2 LỀ BỘ HÀNH: 2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề hành gồm: * Ta xét 1000 mm dài (Theo phương dọc cầu) * Chiều dày hb = 100 mm * Bề rộng lề hành lb = 1200 mm - Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3N/mm - Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10-4 = 2.5 N/mm SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Hình 2.6 Sơ đồ tính nội lực lề hành 2.2.2 Tính nội lực: - Mômen mặt cắt nhịp: + Do tónh tải: M DC = DC.L2 2.5 × 1000 = = 312500 N.mm 8 + Do hoạt tải: M PL = PL.L2 × 10002 = = 375000 N.mm 8 - Mômen trạng thái giới hạn cường độ: M U = η  γ DC × M DC + γ PL × M PL    = 0.95 × [1.25 × 312500 + 1.75 × 375000] = 994532 N.mm - Mômen trạng thái giới hạn sử dụng: M S =  M DC + M PL  = 312500 + 375000 = 687500 N.mm   2.2.3 Tính cốt thép: - Tiết diện chịu lực b x h = 1000 mm x 100 mm - Choïn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông: - ds = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm - Xaùc định chiều cao vùng nén a: 2 a = ds − d s − × Mu × 994531 = 80 − 802 − = 0.54 mm ' φ× 0.85 × fc × b 0.9 × 0.85 × 30 × 1000 - Bản lề hành có 28 MPa< f'c = 30 Mpa < 56 Mpa ⇒ β1 = 0.85 − 0.05 ' 0.05 (fc − 28) = 0.85 − × (30 − 28) = 0.836 7 - Xác định khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà c: SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ - 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 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 - Góc 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 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 = 1424 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 × 1424 = 33.73 ≤ 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: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 101 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 345  k.L  Fy  0.75 × 1424  = = 0.2 ữ ì ữ E = 3.14 × 31.66  200000  π.rs  λ = 0.2 < 2.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy × A = 0.66 0.2 × 240 × 2097 = 463146.6 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0.9 × 463146.6 = 416831.9 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 = 882 mm + Kiểm tra độ mảnh cấu kiện: K×L 0.75 × 882 ≤ 140 = 20.89 ≤ 140 rmin 31.66 + Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: Thay số: 102 × = 16.06 ≤ 1.49 × 12.7 + Kiểm toán cường độ: => Thỏa mãn b E ≤ k t Fy 200000 = 43.01 ⇒ Thỏa mãn 240 Pr ≥ Fbf Xác ñònh Pn: 2 345  k.L  Fy  0.75 ì 882 = = 0.076 => ữ ì ÷ E =  3.14 × 31.66  200000  π.rs  λ = 0.076 < 2.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy A = 0.66 0.076 × 240 × 2097 = 487635.2 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0.9 × 487635.2 = 438871.65 N ≥ 7560 N Thỏa mãn d Kiểm toán dầm ngang: Sơ đồ tính dầm ngàm đầu hình vẽ: SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 102 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ * Tải trọng toàn cầu: - Dầm chủ: + Diện tích dầm chủ: As = 42300 mm2 + γs = 7.85 x 10-5 N/mm3 P1 = n x L x As x γs = x 32000 x 42300 x 7.85 x 10-5 = 850060.8 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 = 32000 x 14900 x 200 x 2.5 x 10-5 = 2384000 N  300 + 500 ữ ì 100 = 320000 mm  - Bản vút: Diện tích phần vút: A vút = ×  => P2 = 32000 x Avút x γbêtông = 32000 x 320000 x 2.5 x 10-5 = 256000 N - Lan can + Lề hành + Bó vỉa: P3 = 5.922 × 32000 = 189504 N - Tiện ích: Q2 = 1x 32000 = 32000 N - Liên kết ngang: ⇒ Q3 = × (2 × 1, 67 + × 1,18) × 164 = 7478.4 N - Neo: Q4 = 0.5 x 32000 = 15500 N - Sườn tăng cường: ⇒ Q5 = 32 × 289.73 + 12 × 401.3 = 14086.96 N - Moái noái: Q7 = 0.5 x 32000 = 16000 N Tổng trọng lượng cầu: P = P1+ P2+ P3+ Q1+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7 = 3765130.16 N BAÛNG TỔ HP TẢI TRỌNG STT TÊN TẢI TRỌNG GIÁ TRỊ (N) 850060.8 Bản mặt cầu Q1 2384000 Bản vút P2 256000 Lan can+lề hành+ bó vỉa P3 189504 SVTH: Dầm chủ P1 Tiện ích Q2 32000 ĐỖ VĂN PHÚC Trang 103 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Liên kết ngang Q3 7478.4 Neo Q4 16000 Sườn tăng cường Q5 Mối nối Q6 14086.96 16000 * Nội lực tổ hợp nội lực: - Khi kích dầm, xét dầm chịu tải trọng thẳng đứng giữa: Ptt = P 3765130.16 = = 235320.635N 2× n 2×8 - Mômen nhịp (Sơ đồ gối): P tt l ×1900 = 235320.635 = 111777302Nmm 4 - Mômen ngàm: M n = −0.7 × M = −0.7 × 111777302 = −78244111 Nmm M = - Moâmen tại giữa nhịp: M g = 0.5 × M = 0.5 × 111777302 = 55888651 Nmm - Lực cắt gối: Vg = Ptt 235320.635 = = 117660.32 N 2 BẢNG TỔ HP NỘI LỰC STT NỘI LỰC GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ Mômen nhịp 55888651 N.mm Mômen ngàm -78244111 N.mm Lực cắt gối 117660.32 N Ta thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM, chọn thép M270M cấp 345W ta có: - 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 M Mômen kháng uốn cần thiết: S x = F = b 78244111 = 343628.07 mm3 227.7 Tra bảng thép trang 212 giáo trình “ Thiết kế kết cấu thép” GS.TS Đoàn Định Kiến, ta chọn thép W24x62có: Sx =2.147x106 mm3, L =1845 mm d = 603mm ; bf =178.82 mm SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 104 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ tw = 10.92 mm ; tf = 14.9mm  Kiểm tra điều kiện tiết diện đặc: - Bụng: d 603 640 640 = = 55.22 < = = 90.5 t w 10.92 Fy 50 bf 178.82 65 Thép 24x62 65 - Cánh: 2t = × 14.9 = 6.1 < F = 50 = 9.19 f y => Tiết diện đặc: ⇒ Fb = 0.66 Fy = 0.66 × 345 = 227.7 Mpa f = - Ứng suất làm việc: M 78244111 = = 36.44 Mpa S 2.147x106 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 = Lc = 20000 20000 = = 1767.45 mm d 603 × Fy × 50 Af 178.82 × 14.9 76b f Fy = 76 × 178.82 50 = 1922 mm => Vậy không thỏa chiều dài không giằng Xác định Lu: 102 × 103 Cb Fy Lu = rT Trong đó: rT = 44.2 mm 2 M  M 55888651  55888651  Cb = 1.75 + 1.05 × + 0.3 ×  ữ = 1.75 + 1.05 ì + 0.3 ì  ÷ = 2.653 M2 78244111  78244111   M2  102 × 103 × 2.653 ⇒ Lu = 44.2 × = 3251.67 mm 50 Và Lc = 20000 20000 = = 1767.45 mm d 603 × Fy × 50 Af 178.82 × 14.9 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 =  SVTH: M 78244111 = = 36.44 Mpa < Fb = 207 Mpa S 2.147x106 Kiểm tra khả chịu cắt: f v = ĐỖ VĂN PHÚC V ≤ FV dt w Trang 105 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP fv = GVHD: Ths PHẠM ĐỆ V 117660.32 = = 17.87 Mpa d × tw 603 × 10.92 ⇒ Fv = 0.4 × Fy = 0.4 × 345 = 138 Mpa Fv = 138 Mpa > f v = 17.87 Mpa So sánh: => 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 + Chiều 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: Z r = α × d ≥ 19d Với α = 238 − 29.5 × log N Trong đó: + d = 20 mm : đường kính đinh neo + N = 496.4 × 106 : Số chu kỳ tính bước (Mục 4.8.3.3) Thay số: α = 238 − 29.5 × log 496.4 × 10 = −18.53 MPa Z r = −18.53 × 202 = −7412 N < 19 × 202 = 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 SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 106 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ I : Mômen quán tính tiết diện liên hợp ngắn hạn s,t I = 34632319116.81 mm , y ST = 241.77 mm (Xét cho dầm giữa) Q : Mômen thứ diện tích quy đổi trục trung hòa liên hợp ngắn hạn Q= t s be  200 × 1900  t 200   y + t h + s  = ×  241.77 + 100 + ÷ = 20984075 mm ÷ n    2 Vsr : Phạm 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 = 58870 N Thay số: p≤ × 7600 × 34632319116.81 = 426 mm 58870 × 20984075 * Tính bước neo khoảng từ mặt cắt II-II đến III-III Vsr = VI-I = 41059N Thay số: p ≤ × 7600 × 34632319116.81 = 610 mm 41059 × 20984075 * Tính bước neo khoảng từ mặt cắt III-III đến V-V Vsr = VI-I = 35288N Thay số: p≤ × 7600 × 34632319116.81 = 710.9 mm 35288 × 20984075 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 Khoảng cách từ mặt cắt có Mômen đến mặt cắt có Mômen lớn có tất số neo là: n = 64 neo  Kiểm tra trạng thái giới hạn cường độ: Kiểm toán sức kháng cắt: Q r ≤ ϕsc Q n Trong đó: + Q r : Sức 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 SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 107 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 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 ns = mômen 0: Trong đó: Vh Qr  0.85 × f 'c bi t s Vh =   Fyw D.t w + Fyc bc t c + Fyf b f t f Thay số:  0.85 × 30 × 1750 × 200 = 8925000 N Vh =   345 × 1220 × 15 + 345 × 300 × 20 + 345 × 400 × 20 = 11143500 N ⇒ Vh = 8925000 N Thay soá: ns = 8925000 = 97 92080.5 So sánh: n = 64 × = 128 ≥ n s = 97 => Thỏa mãn 4.9.4 Tính toán mối nối bulông cường độ cao: 4.9.4.1 Tính toán ứng suất cánh bụng: 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 SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 108 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Hình 4.23: Biểu đồ ứng suất bụng Sử dụng tam giác đồng dạng ta tính được: Trong đó: B = ft = 217.44 Mpa (Dầm biên) ; B = ft = 209.73 Mpa (Dầm giữa) A = fb = 214.23 Mpa (Dầm biên) ; A = fb = 215.07 Mpa (Dầm giữa) Yo = 810.6 mm Yb = 469.4mm Dc = 624.76 mm (Dầm biên), Dc = 611.96 (Dầm giữa) tc = 20 mm Ta được: Y = Yo – Dc - tc = 810.6 – 624.76 – 20 = 165.84 mm (Dầm biên) Y = Yo – Dc - tc = 810.6 – 611.96 – 20 = 178.64mm (Dầm giữa) fw = C = Y 165.84 A = × 214.23 = 75.69 MPa (Dầm biên) Yb 469.4 fw = C = Y 178.64 A = × 215.07 = 81.85 MPa (Dầm giữa) Yb 469.4 b + f1 = A - C = 215.23 – 75.69 = 139.54Mpa (Dầm biên) b + f1 = A - C = 215.07 – 81.85 = 133.22Mpa (Dầm giữa) t + f1 = B + C = 217.44 + 75.69 = 293.13Mpa (Dầm biên) t + f1 = B + C = 209.73 + 81.85 = 291.58Mpa (Dầm giữa) 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 SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 109 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ - 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 K s 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 nhaát: 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: t Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh trên: N = f1 × A c Với: Ac diện tích cánh trên: Ac = bcxtc = 300 x 20 = 6000 mm2 Vaäy: N = 293.13 x 6000 = 1758780 N (Dầm biên) N = 291.58 x 6000 = 1749480 N (Dầm giữa) Số bulông cần thiếât cho moái noái nb: nb = N 1758780 = = 7.96 bulông Rn 221000 (Dầm biên) nb = N 1749480 = = 7.92 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: t Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh dưới: N = f1 × (A f + A 'f ) Trong đó: + Af diện tích cánh dưới: Af = bf xtf = 400 x 20 = 8000 mm2 + A’f laø diện tích phủ: A’f = b’f x t’f = 500 x 20 = 10000 mm2 Thay soá: N = 139.54 x (8000 + 10000) = 2511720 N (Dầm biên) N = 133.22 x (8000 + 10000) = 2397960 N (Dầm giữa) SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 110 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Số bulông cần thiết cho mối nối nb: n b = N 2511720 = = 11.37 bulông (biên) Rn 221000 nb = N 2397960 = = 10.85 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 = D x tw = 1220x 15 = 18300 mm2 + Aw diện tích bụng: Thay số: N = 75.69 x 18300 = 1385127 N (Dầm biên) N = 81.85 x 18300 = 1497855 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 =139.54 × 22089130.35 = 3082317249 N.mm (Dầm biên) b M = f1b × SNC =133.22 × 22089130.35 = 2942713945 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 = 3082317249 × 2866689388 = 852216295 mm (Dầm biên) 10368314018.91 = 2942713945 × 2866689388 = 813617993 mm (Dầm giữa) 10368314018.91 - Lực cắt tác dụng vào dầm chính: (tại MC III-III) Vu = 339890 N (Dầm biên); Vu = 401922 N (Dầm giữa) - Lực cắt tác dụng vào bụng: V= N + Vu2 = 13851272 + 339890 V= N + Vu2 = 1497855 + 401922 2 = 1426219.5 N (Dầm biên) = 1550842 N (Dầm giữa) - Chọn số lượng bulông cho bụng: SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 111 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 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 hàngngang 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 16 950 950 1296 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 SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 112 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 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) + Do mômen tác dụng: NM = 4.(l + l 2 M b l + l32 + l + l5 + l ) 852216295 × 760 = = 81551.8 N × (950 + 7602 + 570 + 380 + 1902 ) NM = 4.(l + l 2 (Dầm biên) M b l2 + l + l + l 52 + l ) 813617993 × 760 = = 77858.18 N × (950 + 7602 + 5702 + 3802 + 1902 ) (Dầm giữa) + Do lực cắt tác dụng: NV = V 1426219.5 = = 29712.9 N (Dầm biên) nb 44 NV = V 1550842 = = 32309.21 N nb 44 (Dầm giữa) - Tổng lực tác dụng vào bulông cùng: N ub = N + N = 81551.82 +29712.9 M V N ub = N + N = 77858.182 +32309.21 M V = 86796 N (Dầm biên) = 84295.8 N (Dầm giữa) So sánh với Rn: N ub = 86796 N < R n = 221000 N => Dầm biên thỏa mãn N ub = 84295.8 N < R n = 221000 N => Dầm thỏa mãn 4.9.4.4 Tính bu lông cho liên kết ngang: Chọn bulông cường độ cao d = 20 mm Tính toán tương tự mối nối dầm chủ ta bulông cho liên kết giằng trên, giằng xiên giằng SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 113 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ 4.9.5.Kiểm toán mối nối hàn góc dầm thép: 4.9.5.1.Mối nối hàn góc chịu kéo nén: Ứng suất nén tác dụng vào mối hàn góc trên: Dc = 624.76 mm (Dầm biên), Dc = 611.96 (Dầm giữa) Dc 624.76 = 217.44 × = 210.66 Mpa (Dầm biên) Dc + t c 624.76 + 20 Dc 611.96 = ft × = 209.73 × = 203.1 Mpa (Dầm giữa) Dc + t c 611.96 + 20 f t-h = f t × f t-h Ứng suất kéo tác dụng vào mối hàn góc dưới: D − Dc 1220 − 624.76 = 214.23 × = 200.74 Mpa (Dầm bieân) d − Dc − t c 1280 − 624.76 − 20 D − Dc 1220 − 611.96 = fb × = 215.07 × = 201.8 Mpa (Dầm giữa) d − Dc − t c 1280 − 611.96 − 20 f b-h = f b × f b-h Ứng suất vị trí mối hàn chồng cánh phủ dầm thép: D − Dc + t f 1220 − 624.76 + 20 = 214.23 × = 207.5 Mpa (Dầm biên) d − Dc − t c 1280 − 624.76 − 20 D − Dc + t f 1220 − 611.96 + 20 = fb × = 215.07 × = 208.4 Mpa (Dầm giữa) d − Dc − t c 1280 − 611.96 − 20 f b-h = f b × f b-h Ta dùng fb-h = 200.74 Mpa (Dầm biên) ft-h = 201.8 Mpa (Dầm giữa) để kiểm toán Ứng suất thiết kế mối hàn phải lấy giá trị max giá trị sau: 0.75Fy 0.75 × 345 = 258.75 Mpa   f = Max  Max ( f t-h , f b-h ) + Fy = M ax  201.8 + 345 = 273.81Mpa (Dầm biên) = 273.81 Mpa     0.75Fy 0.75 × 345 = 258.75 Mpa   f = Max  Max ( f t-h , f b-h ) + Fy = Max  200.74 + 345 =272.65Mpa (Dầm giữa) = 272.65 Mpa     So sánh: + Dầm biên: f = 273.81 Mpa < Fy = 345Mpa fb-h = 207.5 Mpa < Fy = 345Mpa + Dầm giữa: f = 272.65 Mpa < Fy = 345Mpa fb-h = 208.4 Mpa < Fy = 345Mpa =>Thỏa mãn điều kiện đường hàn 4.9.5.2 Mối nối hàn góc chịu cắt: Theo kết tính toán nội lực vị trí mặt cắt lực cắt gối lớn Do ta dùng lực cắt gối để kiểm toán V × Sc Công thức xác định ứng suất cắt: τ = 2I × 0.707D Trong đó: V: lực cắt vị trí gối theo trạng thái giới hạn cường độ Vu = 760565N (Dầm biên) Vu = 873681N (Dầm giữa) SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 114 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ Sc: Mômen tónh mặt cắt dầm Sc = 33151622.29 mm3(Dầm biên) Sc: Mômen tónh mặt cắt dầm Sc = 33357197.14 mm3 (Dầm giữa) I: Mômen quán tính mặt cắt dầm: IST = 33773823847.85 mm (Dầm biên) I: Mômen quán tính mặt cắt dầm: IST = 34632319116.81 mm (Dầm giữa) Chọn đường hàn góc có D = 10mm Thay số ta được: 760565 × 33151622.29 = 52.8 Mpa (Dầm biên) × 33773823847.85 × 0.707 × 10 873681 × 33357197.14 τ= = 59.52 Mpa (Dầm giữa) × 34632319116.81 × 0.707 × 10 τ= Ứng suất thiết kế mối hàn phải lấy giá trị Max giá trị sau: 0.75Fy 0.75 × 345 = 258.75 Mpa   τ tk = Max τ + Fy = Max  52.8 + 345 = 258.75 Mpa (Dầm biên) = 198.9 Mpa     0.75Fy 0.75 × 345 = 258.75 Mpa   τ tk = Max τ + Fy = Max  59.52 + 345 = 258.75 Mpa (Dầm giữa) = 202.26 Mpa     Chọn que hàn theo AWS E7016-X có Fexx = 390Mpa Sức kháng tính toán mối hàn phải lấy giá trị Min giá trò sau: 345 Mpa Fy   τ tt = Min  = Min  = 187.2 Mpa 0.6ϕe2 Fexx 0.6 × 0.8 × 390 = 187.2 Mpa   So saùnh: τ tk = 258.75 Mpa > τ tt = 187.2 Mpa Vậy mối hàn đảm bảo khả chịu lực SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 115 ... DÀY 200MM 3.2 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU - Bản mặt cầu tính toán theo sơ đồ: Bản Congsol loại dầm Hình 3.1 Sơ đồ tính mặt cầu SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 17 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM... SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 16 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: Ths PHẠM ĐỆ CHƯƠNG III THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU − Mặt cầu phận trực tiếp chịu tải trọng giao thông chủ yếu định chất lượng khai thác cầu mặt cầu. .. bánh xe xe + Trường hợp có bánh xe xe khác đặt khoảng cách bánh xe 1200 mm 3.5.2.1 Xét trường hợp có bánh xe: Ta đặt bánh xe nhịp để tính toán SVTH: ĐỖ VĂN PHÚC Trang 26 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP