ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP BÙI THẾ HUY K2009 ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

96 624 0
ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP BÙI THẾ HUY K2009 ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 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 SVTH : BUØI THEÁ HUY : : : : Th.S PHẠM ĐỆ ĐỖ VĂN PHÚC CD09LT 09L1110043 Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 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) : 34 m Chiều dài nhịp tính toán : Ltt = 34 - 2x0.3 = 33.4 m Bề rộng phần xe chạy (B) : 10 m Bề rộng lề hành (K) : 2x1.4 m Tải trọng thiết kế : 0.65HL93 Thiết kế mặt cắt ngang cầu: 2.1 Khoaûng cách dầm chính: Chiều rộng toàn cầu: Btc = B + 2K + 2a = 10 + 2*1.4 + 2*0.25= 13.3m Btc=(n –1)*S+2.Sh với S: khoảng cách tim dầm chủ, Sh : Chiều dài hẫng Theo kinh nghieäm: S ≈ 2Sh  n = BStc  2483  S = (1.8÷2.5) m  n = =>  S = 1863 S= n=    => Shc = Chọn n= => S=1900mm Btc − (n − 1) S 13300 − (7 − 1) × 1900 = = 950 mm 2 2.2 Chọn sơ kích thước dầm chính:   ÷ ÷Ln => Choïn d = 1400 mm  20 25  a Chiều cao dầm theùp d =  b Kích thước cánh trên: - Bề rộng cánh : bc= 300mm - Bề dày cánh : tc=20mm c Kích thước cánh dưới: - Bề rộng cánh trên: bf =400mm - Bề rộng cánh dưới: bf’= 500mm - Bề dày cánh : tf = tf’=20mm d Chiều cao sườn dầm: D = d − tc − t f − t f ' = 1400 − 20 − 20 − 20 = 1340mm - Bề dày sườn (12÷16)mm Chọn tw = 15 mm e Kích thước bêtông - Bản làm bê tông có: fC ' = 30 MPa SVTH : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ - 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): 46 + Khoảng cách sường tăng cường: 1.5 m + Số liên kết ngang: 11 (9 Liên kết ngang dầm ngang đầu dầm) + 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 cấp 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 : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC 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 kính d = 92 mm - Khoảng cách cột 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 2.1.1.1 Tải tác dụng lên lan can: 2000 P = 890 N y g = 0.095 N/mm w = 0.37 N/mm w = 0.37 N/mm x 2000 Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên lan can - Theo phương thẳng đứng (y): + Tónh tải: Trọng lượng tính toán thaân lan can g=γ D2 - d 1002 - 922 π = 7.85 × 10-5 × 3.14 × = 0.095 N / mm 4 + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Theo phương ngang: + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Tải tập trung P = 890 N đặt theo phương hớp lực g w 2.1.1.2 Nội lực lan can: * Theo phương y: - Mômen tónh tải mặt cắt nhịp: y Mg = g × L2 0.095 × 2000 = = 47500 N.mm 8 SVTH : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ - Mômen hoạt tải mặt cắt nhịp: + Tải phân bố: w × L2 0.37 × 20002 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 × 20002 = = 185000 N.mm 8 * Tổ hợp nội lực tác dụng lên lan can: y M = η  ( γ DC M g + γ LL M y )2 + ( γ LL M x )2 + γ LL M P  w w   - Trong đó: + η : hệ số điều chỉnh tải trọng: η = ηD ηI ηR Với: ηD = 0.95 : hệ số dẻo cho thiết kế thông thường theo yêu cầu ηI = : hệ số quan trọng ηR = : hệ sốù dư thừa (mức thông thường) ⇒ η = 0.95 × × = 0.95 + γ DC = 1.25 : hệ số tải trọng cho tónh tải + γ LL = 1.75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải ⇒ M = 0.95 × [ (1.25 × 47500 + 1.75 × 185000)2 + (1.75 × 185000)2 + 1.75 × 445000 ] = 1216329 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 + Mn: sức kháng tiết diện M n = fy × S S mômen kháng uốn tiết diện SVTH : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ π 3.14 (D3 − d ) = × (1003 − 923 ) = 21716 mm 32 32 ⇒ M n = 240 × 21716 = 5211840 N.mm S= φ.M n = × 5211840 = 5211840 N.mm ≥ 1216329 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) h1 = 350 P'' = 1630 N I I I I h 2= 300 h = 650 P'' = 1630 N 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 * 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 là: P '' = P '+ P = 740+890 = 1630 N - Ta kiểm toán mặt cắt I-I: SVTH : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 190 8 130 X 61 61 174 Y Hình 2.3: Mặt cắt I-I - Mômen mặt cắt I-I: M I − I = P ''× h + P ''× h = 1630 × 650 + 1630 × 300 = 1548500 N.mm - Mặt cắt I-I đảm bảo khả chịu lực khi: φM n ≥ η.γ LL M I −I - Sức kháng tiết diện: φM n = fy × S + S mômen kháng uốn tiết diện   × 175 ×  130 × + 130 × × 912 ÷+ I 12  12  S= = = 219036.74 N / mm Y 95 ⇒ φM n = fy × S = 240 x 219036.74 = 52568816.84 N.mm - Vaäy φM n = 52568816.84 ≥ M = 1548500 N / mm ⇒ Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả chịu lực * 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 đỉnh cột tiết diện nhỏ nhất) r= I A SVTH : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 140 124 130 X 61 61 Y Hình 2.4: Tiết diện nhỏ cột lan can Với: I : mômen quán tính tiết diện: ( ) × 124 I = × 130 × + 130 × × 662 + = 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 mảnh r 58 ⇒r= 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 = 1400 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 Hình 2.6 Sơ đồ tính nội lực lề hành SVTH : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 2.2.2 Tính nội lực: - Mômen mặt cắt nhịp: + Do tónh tải: M DC DC.L2 2.5 × 12002 = = = 528125 N.mm 8 + Do hoạt tải: M PL = PL.L2 × 12002 = = 633750 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 × 528125 + 1.75 × 633750] = 1680757.81 N.mm - Mômen trạng thái giới hạn sử dụng: M S =  M DC + M PL  = 528125 + 633750 = 1161875 N.mm   2.2.3 Tính cốt thép: - Tiết diện chịu lực b x h = 1200 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 - Xác định chiều cao vùng nén a: 2 a = ds − ds − × Mu φ× 0.85 × fc × b ' = 80 − 802 − × 1680757.81 = 0.71 mm 0.9 × 0.85 × 30 ×1300 - 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) = 0.84 7 - Xác định khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà c: c= a 0.71 = = 0.85 mm β1 0.84 - Xaùc định trường hợp phá hoại cho toán cốt đơn: c 0.85 = = 0.011 < 0.42 ⇒ Bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo ds 80 - Xác định diện tích cốt thép: AS = 0.85 × fc' × a × b 0.85 × 30 × 0.71× 1200 = = 84.06 mm fy 280 - Kieåm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: SVTH : BÙI THẾ HUY Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP A s ≥ 0.03 × b.h GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ f 'c 30 = 0.03 × 1200 × 100 × = 417.86 mm fy 280 - Choïn φ10a200 ⇒ 1200 mm có thép (diện tích As = 471 mm2) theo phương dọc lề hành bố trí φ10a200 Hình 2.7 Bố trí cốt thép lề hành 2.2.4 Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra nứt) - Tiết diện kiểm toán: Tiết diện chữ nhật có b x h = 1200 mm x 100 mm - Khoảng cách từ thớ chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất: d c = a' = 20 mm < 50 mm - Diện tích vùng bê tông bọc quanh nhóm thép: A c = × d c × b = × 20 × 1200 = 52000 mm - Diện tích trung bình bê tông bọc quanh thép: A= A c 52000 = = 7428.57 mm n - Moâmen ngoại lực tác dụng vào tiết diện: Ms = 1161875 N.mm - Khối lượng riêng bêtông: γ c = 2500 Kg / m E c = 0.043 × γ1.5c × f 'c = 0.043 × 25001.5 × 30 = 2994.48 MPa - Môđun đàn hồi bêtông: E c = 0.043 × γ1.5c × f 'c = 0.043 × 25001.5 × 30 = 2994.48 MPa - Môđun đàn hồi thép: Es = 200000 MPa E 200000 s - Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n = E = 2994.48 = 7.69 c - Chieàu cao vùng nén bêtông tiết diện nứt: SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 10 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ + 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 x 3000 = 7560 N + Lực gió tác dụng vào giằng treân: 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 soá: b E ≤ k t Fy k = 1.49 : Hệ số oằn giằng 102 × = 16.06 ≤ 1.49 × 12.7 + Kiểm toán cường độ: SVTH : BÙI THẾ HUY 200000 = 43.01 ⇒ Thỏa mãn 240 Pr ≥ Fbf Trang 82 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Xác định Pn: 345  k.L  Fy  0.75 ì 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 + Kieåm tra độ mảnh cấu kiện: K×L 0.75 × 882 ≤ 140 = 20.89 ≤ 140 rmin 31.66 + Tyû 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 định Pn: 2 345  k.L  Fy  0.75 × 882  λ= = 0.076 => ữ ì ữ E = 3.14 ì 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 : BÙI THẾ HUY Trang 83 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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 - Mối nối: Q7 = 0.5 x 32000 = 16000 N Tổng trọng lượng caàu: P = P1+ P2+ P3+ Q1+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7 = 3765130.16 N BẢNG TỔ HP TẢI TRỌNG STT TÊN TẢI TRỌNG GIÁ TRỊ (N) Dầm chủ P1 850060.8 Bản mặt cầu Q1 2384000 Bản vút P2 256000 Lan can+lề hành+ bó vỉa P3 189504 SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 84 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Tiện ích Q2 32000 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 tai giưa nhip: M g = 0.5 × M = 0.5 × 111777302 = 55888651 Nmm ̃ - Lực cắt gối: Vg = Ptt 235320.635 = = 117660.32 N 2 BAÛNG 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 laø: 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: SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 85 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Sx =2.147x106 mm3, L =1845 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 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 ×  ÷ = 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 SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 86 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP Ứng suất làm việc: f = GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ M 78244111 = = 36.44 Mpa < Fb = 207 Mpa S 2.147x106  Kieåm tra khả chịu cắt: f v = fv = V ≤ FV dtw 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 saùnh: => 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: SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 87 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 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 = 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  = ì 241.77 + 100 + ữ = 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 soá: 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: SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 88 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ + 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 ns = mômen 0: Trong đó: 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 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 SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 89 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ + 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 = 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 = SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 90 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP - Chọn bu lông cường độ cao có: GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 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 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 diện tích phủ: A’f = b’f x t’f = 500 x 20 = 10000 mm2 SVTH : BUØI THẾ HUY Trang 91 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP Thay số: GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ N = 139.54 x (8000 + 10000) = 2511720 N (Dầm biên) N = 133.22 x (8000 + 10000) = 2397960 N (Daàm giữa) 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) D3 t w 12203 × 15 I= = = 2269810000 mm 12 12 - Mômen tác dụng vào dầm thép tiết diện liên hợp: M = f1b × Sb =139.54 × 22089130.35 = 3082317249 N.mm (Dầm biên) NC M = f1b × Sb =133.22 × 22089130.35 = 2942713945 N.mm (Dầm giữa) NC - 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 : BÙI THẾ HUY Trang 92 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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=350 130 950 5x70=350 SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 93 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 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 = 4.(l + l 2 M b l2 + l 32 + l + l + l ) 852216295 × 760 = = 81551.8 N × (950 + 7602 + 570 + 380 + 190 ) NM = 4.(l + l 2 (Daàm bieân) M b l + l 32 + l + l + l ) 813617993 × 760 = = 77858.18 N × (950 + 7602 + 5702 + 3802 + 190 ) (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 maõn 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 4.9.5.Kiểm toán mối nối hàn góc dầm thép: SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 94 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ 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 biên) 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 bieân: 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 Công thức xác định ứng suất cắt: τ = V × Sc 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 : BÙI THẾ HUY Trang 95 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S 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     Choïn que hàn theo AWS E7016-X có Fexx = 390Mpa Sức kháng tính toán mối hàn phải lấy giá trị Min giá trị 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 : BÙI THEÁ HUY Trang 96 ... 3.2 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU - Bản mặt cầu tính toán theo sơ đồ: Bản Congsol loại dầm SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 13 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ Hình 3.1 Sơ đồ tính mặt cầu 4.3.3... Mômen kháng uốn thớ dầm thép ( mm ) Mômen kháng uốn thớ dầm thép ( mm ) Mômen kháng uốn SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 26 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ mép bê tông ( mm ) Mômen kháng uốn... lực theo phương dọc cầu Ft : lực xô ngang quy định bảng 2.1 SVTH : BÙI THẾ HUY Trang 12 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TK CẦU THÉP GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ CHƯƠNG III THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU − Mặt cầu phận trực tiếp chịu

Ngày đăng: 19/12/2014, 14:41

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • GIỚI THIỆU CHUNG

  • 2.3. BÓ VỈA:

  • 1 3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

  • 4.3.3. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGSOL (bản hẫng)

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan