ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 VÕ BÁ NGUN CD09LT 09L1110037 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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) : 30 m - Chiều dài nhịp tính toán - Bề rộng phần xe chaïy (B) : Ltt = 30 - 2x0.3 = 29.4 m : 10 m - Bề rộng lề hành (K) - Tải trọng thiết kế : 2x0.9 m : 0,65HL93 Thiết kế mặt cắt ngang cầu: 2.1 Khoảng cách dầm chính: Chiều rộng tồn cầu: Btc = B + 2K + 2a = 10 + 2*0.9 + 2*0.25= 12.3m Số dầm chủ; S: khoảng cách tim dầm chủ, Sh : Chiều dài cánh hẫng Theo kinh nghiệm: S ≈ 2Sh  n = Btc  => Btc=(n –1)*S+2.Sh =n *S => S  S = (1.8÷ 2.5) m    Chọn n = => S = 2100 mm => Shc = Btc − (n − 1) S 12300 − (6 − 1) × 2100 = = 900 mm 2 2.2 Chọn sơ kích thước dầm chính:   ÷ ÷Ln : d= ( 1.2 ÷ 1.5 ) 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 =20mm d Chiều cao sườn dầm: D = d − tc − t f − t f ' = 1280 − 20 − 20 − 20 = 1220mm Bề dày sườn (12÷16)mm Chọn tw = 15 mm SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 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 : 2.1 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 2m - 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 góc: L 100 x 100 x 10: Fy = 240 MPa ; γ s = 7.85 × 10 N / mm SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 là: 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 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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP g=π GVHD: Th.S 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 2.1.2 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 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 = 1500 mm - Hoạt tải người: PL = 0.003 x 100 = 3N/mm - Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10-4 = 2.5 N/mm SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Hình 2.3 Sơ đồ tính nội lực lề hành 2.2.2 Tính nội lực: - Mômen mặt cắt nhịp: DC.L2 × 7002 = = 153125 N.mm 8 PL.L2 × 7002 = = = 183750 N.mm 8 + Do tónh tải: M DC = + Do hoạt tải: M PL - Mômen trạng thái giới hạn cường độ: M U = η  γ DC × M DC + γ PL × M PL    = 0.95 × [1.25 × 153125 + 1.75 × 183750] = 487320 N.mm - Mômen trạng thái giới hạn sử dụng: M S =  M DC + M PL  = 153125 + 183750 = 336875 N.mm   2.3 BÓ VỈA: - Ta tiến hành kiểm tra khả chịu lực bó vỉa dạng tường sau: + Sơ đồ tính toán lan can dạng tường sơ đồ dẻo + Chọn cấp lan can cấp dùng cho cầu có xe tải - Theo bảng 13.7.3.3-1 22 TCN - 272 - 05 Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm) Phương mằm ngang Ft = 240 Lt = 1070 Phương thẳng đứng FV = 80 LV = 5500 Phương dọc cầu FL = 80 LL = 1070 - Khi tính lực va vào bó vỉa xét vào trạng thái giới hạn đặt biệt SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ - Trong cầu thông thường lực F v, FL không gây nguy hiểm cho bó vỉa nên việc tính toán xét lực phân bố FT chiều dài LT Lc FT LT - Tính sức kháng bó vỉa - Sức kháng bêtông xác định theo phương pháp đường chảy + Biểu thức kiểm toán cường độ lan can có dạng: R W ≥ Ft RW = 2 × Lc − Lt  M L2  × M b + × M W H + c c ÷  H   (Theo13.7.3.4-1 cuûa 22TCN 272-5) Khi xe va vào tường: L  L  × H.(M b + M W H) Lc = t +  t ÷ + Mc   (Theo13.7.3.4-2 22TCN 272-5) Khi xe va vào đầu tường mối nối: L  L  H.(M b + M W H) (Theo13.7.3.4-4 cuûa 22TCN 272-5) Lc = t +  t ÷ + Mc   Trong đó: RW : sức kháng lan can M W : sức kháng mômen đơn vị chiều dài trục thẳng đứng M c : sức kháng mômen đơn vị chiều dài trục nằm ngang M b : sức kháng dầm đỉnh H : chiều cao tường L c : chiều dài đường chảy L t : chiều dài phân bố lực theo phương dọc cầu Ft : lực xô ngang quy định bảng 2.1 2.3.1 Xác định M c : (Tính 1000 mm dài) - Tiết diện tính toán b x h = 1000 mm x 100 mm bố trí cốât thép (Hình 2.8) SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Hình 2.4 Tiết diện bố trí cốt thép bó vỉa theo phương đứng - Cốt thép dùng φ14@200 mm, 1000 mm dài có - Tính toán với toán cốt đơn, tính cốt thép cho bên bên lại bố trí tương tự - Diện tích cốt thép As: π.φ2 3.14 × 14 As = × = 5× = 769.3 mm 4 - Choïn a’ = 25 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép bê tông) d s = h − a' = 200 − 25 = 175 mm - Xác định chiều cao vùng nén a: a= A S × fy 0.85 × f × b ' c = 769.3 × 280 = 9.05 mm 0.85 × 28 × 1000 - Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà: c= a 9.05 = = 10.65 mm β1 0.85 - Xác định trừơng hợp phá hoại tiết diện: c 10.65 = = 0.061 ≤ 0.42 ds 175 Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo: a  9.05  ⇒ M n = A S × fy × (d s − ) = 769.3 × 280 ×  175 ữ = 36.72 ì 10 N.mm  - Sức kháng uốn cốt thép đứng mm: Mc = Mn 36.72 × 10 = = 36.72 × 103 N.mm/mm 1000 1000 - Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: A s ≥ 0.03 × b.h f 'c 28 = 0.03 × 1000 × 200 × = 600 mm fy 280 Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ 2.3.2 Xác định M W H SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ - M W H : Là sức kháng mômen toàn chiều cao tường trục đứng: - Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm vaø bố trí cốt thép (Hình 2.9) Hình 2.5 Tiết diện bố trí cốt thép theo phương ngang cầu - Cốt thép dùng φ14 mm - Tính toán với toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên bên lại bố trí tương tự - Diện tích cốt thép As: π.φ2 3.14 × 142 As = × = 2× = 307.72 mm 4 - Ta coù a’= 40 mm ds = h − a' = 200 − 40 = 160 mm - Xác định chiều cao vùng nén: a a= A S × fy 0.85 × f × b ' c = 307.72 × 280 = 12.07 mm 0.85 × 28 × 300 - Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà: c= a 12.07 = = 14.2 mm β1 0.85 - Xác định trừơng hợp phá hoại tiết diện: c 14.2 = = 0.089 ≤ 0.42 d s 160 Tieát diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo: a  12.07  ⇒ M n = A S × fy × (d s − ) = 307.72 × 280 × 160 ữ = 13.2659 ì 10 N.mm   - Sức kháng uốn cốt thép ngang toàn chiều cao bó vỉa: M w H = M n = 13.2659 × 10 N.mm - Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP A s ≥ 0.03 × b.h GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ f 'c 28 = 0.03 × 300 × 200 × = 180 mm fy 280 Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ 2.3.3 Chiều dài đường chảy (L c ) Chiều cao bó vỉa: H=300 mm, không bố trí dầm đỉnh nên M b = * Với trường hợp xe va vào tường: - Chiều dài đường chảy: LC = Lt  L  × H.(M b + M W H) +  t÷ + Mc    1070  × 300 × (0 + 13.2659 × 10 ) 1070 LC = +  = 1609 mm ÷ + 36.72 × 103   - Sức kháng tường: RW = 2 × Lc − Lt  M L2  ×  × M b + × M W H + c c ÷ H    36.72 × 103 × 1609  RW = ×  × + ì 13.2659 ì 10 + ữ × 1609 − 1070  300  = 393860.55 N ⇒ Ft = 240000 N < R W = 393860.55N => Đảm bảo khả chịu lực va xô * Với trường hợp xe va vào đầu tường: L  L  H.(M b + M W H) Lc = t +  t ÷ + Mc    1070  300 × (0 + 13.2659 ×10 ) 1070 LC = +  = 1163.18 mm ữ + 36.72 ì 103  - Sức kháng tường:  M c L2c  RW = ×  M b + M W H + ữ ì Lc LT H   36.72 × 10 × 1163.182  RW = ×  + 13.2659 × 10 + ữ ì 1163.18 1070 300  = 284745.77 N ⇒ Ft = 240000 N < R W = 284745.77 N => Đảm bảo khả chịu lực va xô đầu tường SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 10 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ + Fys : Cường độ chảy nhỏ sườn tăng cường + C : Tỷ số ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt E.k D E.k ≤ ≤ 1.38 × Fys tw Fyw 1.1 × Với : k =5+ ⇒ 1.1 × Vậy C= Thay soá: 5760 ≥ d0 D ( ) =5+ ( 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  0.15 × × 1220 × 15 × (1 − 0.94) × 936323 − 18 × 152   345  = − 3994.25    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) d = 150 mm Mỗi dầm có 12 sườn tăng cường gối - Kích thước sườn: 375 180 15 180 180 38 92 50 50 130 15 38 1182 180 15 180 150 1220 1220 50 1220 150 50 1120 50 92 38 Hình 4.21: Cấu tạo sườn tăng cường gối + Chiều rộng sườn tăng cường gối: bt = 180 mm + Chiều dày sườn tăng cường gối: = 16 mm SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 80 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ + Chiều cao sườn tăng cường gối: Ds = 1220 mm Hai đầu sườn tăng cường hàn vào hai cánh cánh dầm - Kiểm tra độ mảnh: Điều kiện kiểm tra: Trong đó: bt E ≤ k Fys bt =180 mm: Chiều rộng sườn tăng cường tp=16 mm: Chiều daøy sườn tăng cường k = 1.49 : Hệ số oằn Fys = 345 Mpa: Cường đñộ chảy nhỏ gờ tăng cường 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 Thay soá: Br = × 8736 × 345 = 30013920 ≥ 873681 => Thoaû 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: I = A = 0.2 × 109 mm 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: Thay số: ) L = Dc = 1200 mm 0.75 × 1220 = 9.94 ≤ 140 ⇒ Đạt 92.1 - Kiểm tra cột chịu nén: Pr = ϕc Pn ≥ Vu SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 81 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Trong : ϕc = 0.9 : Hệ số sức kháng cấu kiện chịu nén Xác định Pn: Sức kháng nén danh định xác định sau ( ) ( k.L Fy 0.75 × 1220 = E π.r 3.14 × 92.1 λ = 0.0174 ≤ 0.25 λ= ) × 345 = 0.0174 200000 ⇒ 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 ≥ 873681 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 2700 mm + Dùng thép L102 x 76 x 12.7 (cho xiên ngang) Trọng lượng mét dài: g lk = 164 N Thanh ngang daøi: L = 1624 mm Thanh xiên dài: L = 1020 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 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 × 3000 = 7560 N + Lực gió tác dụng vào giằng trên: Ftf = Wtf x Lb = 8.232 × 3000 = 24696 N - Góc giằng xiên phương ngang: α = 400 SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 82 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ - 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 = 1624 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 × 1624 = 38.47 ≤ 140 ⇒ Thỏa mãn 31.66 b E ≤ k t Fy + Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: Trong đó: Thay số: 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:  k.L  λ= ÷  π.rs  λ = 0.26 < Fy 345 0.75 ì 1624 = = 0.26 ữ × E  3.14 × 31.66  200000 2.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy × A = 0.66 0.26 × 240 × 2097 = 451724.7 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0.9 × 451724.7 = 406568.4 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 = 1020 mm SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 83 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ + Kiểm tra độ mảnh cấu kiện: K×L 0.75 × 1020 ≤ 140 = 24.16 ≤ 140 => Thỏa mãn rmin 31.66 + Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: 102 × = 16.06 ≤ 1.49 × 12.7 Thay số: + 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 × 1020  λ= = = 0.102 => ữ ì ữ E 3.14 ì 31.66 200000  π.rs  λ = 0.102 < 2.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy A = 0.66 0.102 × 240 × 2097 = 482365.7 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0.9 × 482365.7 = 434129.2N ≥ 7560 N Thỏa mãn d Kiểm toán dầm ngang: Sơ đồ tính dầm ngàm đầu hình vẽ: * 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 30000 x 42300 x 7.85 x 10-5 = 796932N - Bản mặt cầu: + Chiều dày: ts = 200 mm + γbêtông = 2.5 x 10-5 N/mm Q1 = Ln x Btc x ts x γbêtông = 30000 x 12300 x 200 x 2.5 x 10-5 = 1845000 N 300 + 500 ữì 100 = 240000 mm   - Bản vút: Diện tích phần vút: A vút = ×  => P2 = 30000 x Avút x γbêtông = 30000 x 240000 x 2.5 x 10-5 = 180000 N SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 84 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ - Lan can + Lề hành + Bó vỉa: P3 = 5.922 × 30000 = 177660 N - Tiện ích: Q2 = 1x 30000 = 30000 N - Liên kết ngang: ⇒ Q3 = × (2 × 1.67 + × 1.18) × 164 = 5608.8 N - Neo: Q4 = 0.5 x 30000 = 15000 N - Sườn tăng cường: ⇒ Q5 = 32 × 289.73 + 12 × 401.3 = 14086.96 N - Mối nối: Q6 = 0.5 x 30000 = 15000 N Tổng trọng lượng cầu: P = P1+ P2+ P3+ Q1+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 = 3079287.8 N BẢNG TỔ HP TẢI TRỌNG STT TÊN TẢI TRỌNG GIÁ TRỊ (N) Dầm chủ P1 796932 Bản mặt cầu Q1 1845000 Bản vút P2 180000 Lan can+lề hành+ bó vỉa P3 177660 Tiện ích Q2 30000 Liên kết ngang Q3 5608.8 Neo Q4 15000 Sườn tăng cường Q5 Mối nối Q6 14086.96 15000 * Nội lực tổ hợp nội lực: - Khi kích dầm, xét dầm chịu tải trọng thẳng đứng giữa: Ptt = P 3079287.8 = = 256607.3 N 2× n 2×6 - Mômen nhịp (Sơ đồ gối): P tt l ×2100 = 256607.3 = 134718840 Nmm 4 - Mômen ngàm: M n = −0.7 × M = −0.7 × 134718840 = −94303188 Nmm M = - Mômen tại giữa nhịp: M g = 0.5 × M = 0.5 × 134718840 = 67359420Nmm - Lực cắt goái: Vg = Ptt 256607.3 = = 128303.7 N 2 BẢNG TỔ HP NỘI LỰC SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 85 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ STT NỘI LỰC GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ Mômen nhịp 67359420 N.mm Mômen ngàm -94303188 N.mm Lực cắt gối 128303.7 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 94303188 = 414155.42 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 =2045 mm d = 603mm ; bf =178.82 mm 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 b 178.82 65 Thép 24x62 65 f - 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 - Ứng suất làm việc:  f = M 94303188 = = 43.92 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: SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Lc = 20000 20000 = = 1767.45 mm d 603 × Fy × 50 Af 178.82 × 14.9 Trang 86 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP Lc = 76b f Fy = 76 × 178.82 50 GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ = 1922 mm => Vậy không thỏa chiều dài không giằng Lu = rT Xác định Lu: 102 × 103 Cb Fy Trong đó: rT = 44.2 mm 2 M  M 67359420  67359420  Cb = 1.75 + 1.05 × + 0.3 ×  ÷ = 1.75 + 1.05 ì + 0.3 ì ữ = 2.653 M2 94303188  94303188   M2  ⇒ Lu = 44.2 × Và Lc = 102 × 103 × 2.653 = 3251.67 mm 50 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 = M 94303188 = = 43.93 Mpa < Fb = 207 Mpa S 2.147x106 Kiểm tra khả chịu cắt: f v =  fv = V ≤ FV dt w V 128303.7 = = 19.48 Mpa d × tw 603 × 10.92 ⇒ Fv = 0.4 × Fy = 0.4 × 345 = 138 Mpa So sánh: Fv = 138 Mpa > f v = 19.48 Mpa => Thoûa 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: SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 87 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 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 I : Mômen quán tính tiết diện liên hợp ngắn hạn I = 35648390876.08 mm4 , ys,t = 218.77mm (Xét cho dầm giữa) ST Q : Mômen thứ diện tích quy đổi trục trung hòa liên hợp ngắn hạn Q= t s b i  200 × 2100  t 200   y + t h + s  = ×  218.77 + 100 + ÷ = 29313900 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 = 78683 N Thay số: p≤ × 7600 × 35648390876.08 = 235 mm 78683 × 29313900 * Tính bước neo khoảng từ mặt cắt II-II đến III-III Vsr = VI-I = 54541 N SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 88 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP Thay số: p ≤ GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ × 7600 × 35648390876.08 = 339 mm 54541 × 29313900 * Tính bước neo khoảng từ mặt cắt III-III đến V-V Vsr = VI-I = 47782N Thay số: p≤ × 7600 × 35648390876.08 = 425mm 47782 × 29313900 Với điều kiện: 6d s = 120mm ≤ p ≤ 600mm Neân 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 = 62 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 Trong đó: π × d2 S Asc = = 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: ns = SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Vh Qr Trang 89 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ  0.85 × f 'c bi t s Vh =   Fyw D.t w + Fyc bc t c + Fyf b f t f Trong đó: Thay số:  0.85 × 30 × 1950 × 200 = 9945000 N Vh =   345 × 1220 × 15 + 345 × 300 × 20 + 345 × 400 × 20 = 11143500 N ⇒ Vh = 9945000 N Thay soá: ns = 9945000 = 108 92080.5 n = 62 × = 124 ≥ n s = 108 => Thỏa mãn So sánh: 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 Hình 4.23: Biểu đồ ứng suất bụng Sử dụng tam giác đồng dạng ta tính được: Trong đó: B = ft = 211.12 Mpa (Dầm biên) ; B = ft = 195.3 Mpa (Dầm giữa) A = fb = 248.23 Mpa (Dầm biên) ; A = fb = 211.42 Mpa (Dầm giữa) Yo = 810.6 mm Yb = 469.4mm Dc = 578.30 mm (Dầm biên), Dc = 594.64 (Dầm giữa) tc = 20 mm SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 90 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Ta được: Y = Yo – Dc - tc = 810.6 – 624.76 – 20 = 212.3 mm (Dầm biên) Y = Yo – Dc - tc = 810.6 – 594.64 – 20 = 195.96 mm (Dầm giữa) fw = C = Y 212.3 A = × 248.23 = 112.27 MPa (Dầm biên) Yb 469.4 fw = C = Y 195.96 A = × 211.42 = 88.26 MPa (Dầm giữa) Yb 469.4 b + f1 = A - C = 248.23 – 112.27 = 135.96Mpa (Dầm biên) b + f1 = A - C = 211.42 – 88.26 = 123.16 Mpa (Dầm giữa) t + f1 = B + C = 211.12 + 112.27 = 323.39Mpa (Dầm biên) t + f1 = B + C = 195.3 + 88.26 = 283.56Mpa (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 - 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 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: t Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh trên: N = f1 × A c SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 91 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Với: Ac diện tích cánh trên: Ac = bc x tc = 300 x 20 = 6000 mm2 Vaäy: N = 323.29 x 6000 = 1939740 N (Dầm biên) N = 283.56 x 6000 = 1701360 N (Dầm giữa) Số bulông cần thiếât cho mối nối nb: nb = N 1939740 = = 8.7 bulông Rn 221000 (Dầm biên) nb = N 1701360 = = 7.7 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 x tf = 400 x 20 = 8000 mm2 + A’f diện tích phủ: A’f = b’f x t’f = 500 x 20 = 10000 mm2 Thay soá: N = 135.96 x (8000 + 10000) = 2447280 N (Dầm biên) N = 123.16 x (8000 + 10000) = 2216880 N (Dầm giữa) Số bulông cần thiết cho mối nối nb: n b = nb = N 2447280 = = 11.6 bulông (biên) Rn 221000 N 2216880 = = 10.03 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: Thay soá: Aw = D x tw = 1220x 15 = 18300 mm2 N = 112.27 x 18300 = 2054541 N (Dầm biên) N = 88.26 x 18300 = 1615158 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 =135.96 × 22089130.35 = 3003238149 N.mm (Dầm biên) b M = f1b × SNC =123.16 × 22089130.35 = 2720497294 N.mm (Dầm giữa) - Mômen phân phối nội lực vào cánh bụng: SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 92 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ + Mômen quán tính bụng so với trục trung hòa: 2 D3 t w  12203 × 15  D 1220  × 1220 × 15 I= +  Yo − − t c  D.t w = +  810.6 − − 20 ÷ ÷ 12 12     2 = 2866689388 mm + Mômen tác dụng vào bụng theo tỷ lệ Mômen quán tính: Mb = M × Mb = M × I = 3003238149 × I NC I 2866689388 =830352064 mm (Dầm biên) 10368314018.91 = 2720497294 × I NC 2866689388 = 752178292 mm (Dầm giữa) 10368314018.91 - Lực cắt tác dụng vào dầm chính: (tại MC III-III) Vu = 524281 N (Dầm biên); Vu = 470279 N (Dầm giữa) - Lực cắt tác dụng vào bụng: 20545412 + 524281 = 2120380 N (Dầm biên) V= N + Vu2 = V= N + Vu2 = 16151582 + 470279 = 1682230 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 hàngngang là: b = 70 mm, theo hàng đứng b = 95 684 144 mm 60 3x70=210 3x70=210 60 BẢN NỐI N-1 BẢN NỐI N-2 16 60 59 20 16 950 1296 950 1070 BAÛN NOÁI N-3 10 16 20 59 60 20 11 16 BẢN NỐI N-4 60 5x70=350 130 5x70=350 60 BẢN NỐI N-5 950 SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 93 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 = M b l 4.(l12 + l 2 + l32 + l + l 52 + l ) 852216295 × 760 = = 81551.8 N × (950 + 7602 + 5702 + 380 + 1902 ) NM = 4.(l + l 2 (Dầm biên) M b l2 + l3 + l + l 52 + l ) 813617993 × 760 = = 77858.18 N × (950 + 7602 + 5702 + 380 + 1902 ) (Dầm giữa) + Do lực cắt tác dụng: NV = V 2120380 = = 48190.5 N (Dầm bieân) nb 44 NV = V 1682230 = = 38232.5 N nb 44 (Dầm giữa) - Tổng lực tác dụng vào bulông cùng: N ub = N + N = 81551.82 +48190.52 = 94276 N (Dầm biên) M V N ub = N + N = 77858.182 +38232.52 = 86738.8 N (Dầm giữa) M V So sánh với Rn: N ub = 94276 N < R n = 221000 N => Dầm biên thỏa mãn N ub = 846738.8 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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 94 ... BTCT 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: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 11 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM... SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 10 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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. .. + 2.04 = 195.81 N Coät lan can=Tấm thép T1 + Tấm thép T2 +Tấm thép T3 + Ống liên kết Hình 3.4 Chi tiết cột lan can SVTH: VÕ BÁ NGUYÊN Trang 13 ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Khoảng cách