Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 1 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THAM KHẢO THIẾT KẾ CẦU THÉP (LƯU Ý: CHỈ DÙNG ĐỂ THAM KHẢO) ĐÀ NẴNG 01-2010 Hng dn ỏn mụn hc: Thit K Cu Thộp GVHD: Trn Vn c Trang 2 A/ S LIU THIT K : 1. Cỏc S Liu Thit k: Khi thit k cn cú cỏc s liu y nh di õy. Chiu di nhp: L, chiu di nhp tớnh toỏn: L tt Kh cu : K = B rng xe chy + phn ngi i b (Chỳ ý: gia phn xe chy v phn l i b cú b phn ngn cỏch cng hay mm) Ti trng: + Hot ti ụtụ: HL93 hoc 0,65HL93 hoc 0,5HL93 + Ngi : 3000Pa hoc 4000Pa Loi kt cu dm thộp: Dm thộp liờn hp vi bn bờtụng ct thộp. 2. Ni Dung Thit K: + Tớnh toỏn ni lc dm ch v duyt tit din. + Tớnh neo liờn kt. + Tớnh toỏn n nh. + Tớnh toỏn mi ni dm ch. + Tớnh toỏn cỏc liờn kt trong tit din dm ch. 3. Tiờu chun ỏp dng: Tiờu chun ỏp dng trong Thit K Cu Thộp l Tiờu chun 22TCN 272-05. B/ CHN MT CT NGANG CU TIT DIN DM CH: - i vi cu dm thộp liờn hp vi bn bờtụng ct thộp thỡ cỏc yu t ca mt ct ngang cu cú liờn quan n nhau: s lng dm, khong cỏch dm l nhng yu t cú liờn quan mt thit vi nhau, theo kinh nghim thỡ cho thy rng vic b trớ khong cỏch dm ln, s lng dm ch ớt thỡ kinh t hn so vi vic ta b trớ nhiu dm ch nhng kớch thc nh. T khuyn cỏo ú ta chn mt ct ngang ca cu thng t 5-7 dm tựy theo kh cu. 1901200 7000 1650 87516501650 50010001000500 16501650875 1200 BAN BTCT DAèY 19CM 1.5% LẽP PHOèNG NặẽC 1CM BTN HAT MậN DAèY 6CM ĩ DC MUI LUYN 1.5% 1.5% 10001000 1000 1000 10001000 MT CếT NGANG CệU TL : 1/50 Mt ct ngang cu. Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 3 - Chú ý : Phần ngăn cách giữa người đi bộ và phần xe chạy là gì? - Chọn Dầm I tiết diện đồng nhất, không nên chọn tiết diện lai. - Chiều cao dầm chủ: Ký hiệu: d Theo kinh nghiệm chọn: d = 3020 L L  (m) - Bản biên trên: + Chiều rộng: b fc ≥ 200 (mm) + Chiều dày: nên chọn t fc ≥ 10 (mm) - Bản biên dưới: + Chiều rộng: nên chọn b ft = b fc + (5÷ 10)cm + Chiều dày: nên chọn t ft ≥ 10 (mm) và t ft ≥ t fc - Sườn đứng: + Chiều cao: D c = d-t fc - t ft + Chiều dày: nên chọn t w ≥ 10 (mm) C/ BẢN MẶT CẦU: Theo kinh nghiệm chọn chiều dày của bản t s = 1210 S S  mm và t s ≥ 175mm , S: khoảng cách giữa hai dầm; bê tông bản mặt cầu có cường độ nén f ’ c = 30MPa D/ CHỌN HỆ SỐ SỨC KHÁNG (): - Trạng thái giới hạn (TTGH) cường độ:  Chịu uốn 1,0 Chịu cắt 1,0 - Các TTGH không thuộc cường độ: 1,0 E/ HỆ SỐ ĐIỀU CHỈNH TẢI TRỌNG: Hãû säú âiãöu chènh Tiãu chuáøn TTGH cæåìng âäü TTGH sæí duûng Mỏi 1.Hãû säú deío D  {A1.3.3} 0,95 1,00 1,00 2.Hãû säú dæ thæìa R  {A1.3.4} 0,95 1,00 1,00 3.Hãû säú quan troüng I  {A1.3.5} 1,05 KAD KAD IRD   {A1.3.2.1} 0,95 1,00 1,00 F/ CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG: 1.TTGH cường độ I: U=  [ 1,25.D c +1,5D w +1,75(LL+IM) ]. Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 4 2.TTGH sử dụng: U=1,0.(D c+ D w )+1,3(LL+IM) Chú ý tổ hợp tải trọng sử dụng khác với cầu bê tông. 3.TTGH mỏi, đứt gãy: U= 0,75(LL+IM) D c : Tĩnh tải bộ phận kết cấu và liên kết D w : Tải trọng tĩnh các lớp mặt cầu và thiết bị LL: Hoạt tải xe IM: lực xung kích của xe cộ G/ NỘI LỰC DO HOẠT TẢI : 1/Chọn Số Làn Xe: Theo AASHTO thì số làn xe là phần nguyên của tỉ số giữa bề rộng cầu và 3500mm. N L = phần nguyên W () 3500 ; W- bê rộng phần xe chạy (mm); 2/ Hệ số làn xe (m): Số làn xe m 1 1,2 2 1,0 3 0,85 3/ Hệ số xung kích (IM): Bộ phận công trình IM Mối nối mặt cầu 75 % Mỏi 15% Tất cả các bộ phận khác 25% Không áp dụng cho tải trọng làn 4/ Xác định Hệ số phân phối Mômen của Dầm Trong và Dầm Ngoài: - Việc tính toán một cách chính xác sơ đồ tính không gian của cầu gồm nhiều dầm là hết sức phức tạp. Do đó người ta dùng cách tính gần đúng bằng cách đưa sơ đồ cầu thực tế về sơ đồ cầu phẳng và chỉ cần tính cho 01 dầm đại diện, khi đó phải kể thêm hệ số phân bố ngang của hoạt tải. - Loại tiết diện ngang (a): S (mm); L (mm) ; t s (mm); tỷ số môđun đàn hồi có thể chọn n = 8 ; f’ c (MPa) - Diện tích dầm thép: A g (mm 2 ) - Dùng thép công M270 cấp 345 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 5 Đặc trưng tiết diện dầm thép được tính như sau: Thành phần A(mm 2 ) y(mm) A.y(mm 3 ) y-y ’ A(y-y’) I 0 Biên trên 6000 10 60000 623,5 2,23.10 9 0,200.10 6 Vách 16240 590 9,58.10 6 43,50 30,73.10 6 1,820.10 6 Biên d ưới 8000 1190 9,52.10 6 556,5 2,47.10 6 0,267.10 6 Tổng 30240 19,16.10 6 4,83.10 9 1,824.10 9 y ’ = 5,633 30240 10.16,19 6  mm y t = -623,5 mm ; y d = 466,5 mm I x =10 9 x(1,824+4,83)=6,651.10 9 mm 4 S t = 5,633 10.651,6 9   t y I =-10,49. 10 6 mm 3 S t = 5,466 10.651,6 9  dt y I =14,257. 10 6 mm 2 + Độ lệch tâm của dầm e g = 25+190/2 + 1160/2 = 700mm + Tham số độ cứng K g = nx(I g +e g 2 .A g ) =8.(6,651.10 6 +700 2 .30240) = 1,71.10 11 mm 4 d e = 875-500 = 375 mm + Trong đó: K g : tham số độ cứng dọc A g :diện tích dầm dọc (mm 2 ) n: tỷ số mô đun = c s E E d e : khoảng cách từ tim dầm ngoài đến mép trong đá vỉa (mm) e g :khoảng cách giữa trọng tâm dầm chủ và của bản mặt cầu (mm) I g : mômen quán tính của dầm (mm 4 ) a. Dầm trong: + Khi có một làn xe chất tải: mg M SI =0,06+ 0,4 0,3 0,1 3 ( ) ( ) ( ) 4300 g s K SS L Lt S: khoảng cách giữa các dầm chủ S = 1650mm. L: chiều dài nhịp dầm; L= 23000mm. K g =1,71.10 11 mm 4 t s =190mm Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 6 mg M SI =0,06 + 0,4 0,3 0,1 3 ( ) ( ) ( ) 4300 g s K SS L Lt Suy ra mg M SI = 0,37 + Khi có hai làn xe được chất tải: mg M MI = 0,075 + 0,6 0,2 0,1 3 ( ) ( ) ( ) 2900 g s K SS L Lt = 0,499 (khống chế) * Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người (dầm trong): 875 0.41 1 1000500 1650 Ðah R2 PL 675 1 2 mg M PLI = 0,5.0,41.0,675= 0,138 (khống chế) - Khi tính hệ số phân phối ngang cho dầm trong, tổ hợp bất lợi sẽ gồm tải trọng người và hai làn xe ô tô. b. Dầm ngoài: - Khi có một làn xe chất tải dùng phương pháp đòn bẩy: + Khi có một làn xe chất tải: dùng phương pháp đòn bẩy R1 = P P 522,01425. 21650 1        + Khi xếp một làn xe thì hệ số làn xe: m = 1,2  mg M SE = 1,2.0,522 = 0,627 mg M SE = 0,627 (khống chế) - Khi có hai làn xe chất tải với hệ số điều chỉnh mômen : mg M ME = e x mg M SE Với e = 0,77+ 2800 e d = 0,77+ 2800 375 = 0,903 < 1,0 => e=1,0 Vậy mg M ME = e x mg M SE = 1,0x0,627 = 0,627 21 1650 500 600 1800 P/2 P/2 875 225 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 7 * Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người (dầm ngoài): 2 1 675 PL Ðah R1 1650 500 1000 1 1.20 875 0.59 mg M PLE = 0,5.(1,2+0,59).1,0 = 0,895. - Ta thấy khi tính hệ số phân phối ngang cho dầm ngoài (dầm biên), khi chất tải đồng thời xe và người thì hầu hết dầm biên chỉ chịu tải trọng người chứ không chịu tải trọng xe ô tô. Vì vậy, tổ hợp vừa có xe vừa có người là không bất lợi khi tính cho dầm ngoài, mà chọn tổ hợp chỉ có xe xếp ra cách mép lan can 60cm. c. Xác định nội lực Mômen do hoạt tải gây ra (chưa có hệ số vượt tải): Giá trị mômen trong các dầm khi có kể đến lực xung kích: M LL+IM =0,65.mg[(M Tr hoặc M Ta )(1+ 100 IM )+M Ln ]+ mg PL .M PL (nếu có) Trong đó: M Tr mômen tại giữa nhịp dầm do xe tải thiết kế. M Ta mômem tại giữa nhịp do xe hai trục thiết kế M n mômen tại giữa nhịp dầm do tải trọng làn thiết kế. 360 575 545 545 360 2300 1150 430 430 Ðah M(L/2) 120 Đường ảnh hưởng tính M TR tại giữa nhịp. M Tr = 145x5,75+(145+35)x3,6 = 1481,75 kNm. M Td = 110x5,45x2 = 1199 kNm. Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 8 M Ln = 2 8 WL = 8 23.3,9 2 =614,96 kNm. M PL = 8 . 2 LPL = 8 23.3 2 =198,38 kNm. Suy ra mômen tại giữa nhịp của dầm chủ do hoạt tải gây ra: + Dầm Trong: M LL+IM = 0,65x[0,499x(1481,75x1,25 +614,96)]+0,138x198,38 = 818,2 kNm. + Dầm ngoài: M LL+IM = 0,65x[0,627x(1481,75x1,25 + 614,96)] = 1005,92 kNm. 5/ Xác định Hệ Số Phân phối ngang Lực Cắt của Dầm Trong và Dầm Ngoài: a. Dầm trong: + Khi có một làn xe được chất tải: mg V SI =0,36+ 7600 S = 0,577 + Khi có hai làn xe được chất tải: mg V MI =0,2+ 2 () 3600 10700 SS  =0,634 (khống chế) + Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người tương tự phần tính đối với mômen. mg V PLI = 0,5.0,41.0,675= 0,138 (khống chế) b. Dầm ngoài: Khi có một làn xe được chất tải dùng phương pháp đòn bẩy ta xác định được hệ số phân bố lực cắt của dầm ngoài: mg V SE =1,2.0,522 = 0,627.(khống chế ) + Khi có hai làn xe chất tải: e= 0,6+ 3000 e d =0,6 - 3000 75 =0,725 mg V ME = e x mg V SE = 0,725x0,627= 0,36 + Hệ số phân phối ngang của hoạt tải người tương tự phần tính đối với mômen. c. Xác định nội lực Lực cắt do hoạt tải gây ra (chưa có hệ số vượt tải): Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 9 2400 120 Ðah Vg 430430 1 0.953 0.824 0.644 Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối Lực cắt tại gối của dầm chủ do hoạt tải gây ra là: V LL+IM =mg[(V Tr hoặc V Ta )(1+ 100 IM )+V Ln ]+ mg PL .V PL (nếu có) V Tr = 145x(1+0,82)+35x0,64= 286,3kN V Ta =110x(1+0,95)=214,5 kN V Ln = 9,3x11,5=106,95 kN V PL = 3x11,5= 34,5 kN + Dầm Trong : V LL+IM =0,65x[0,634x(286,3x1,25 +106,95)]+0,138x34,5 =196,5 kN + Dầm ngoài : V LL+IM =0,65x[0,627 x(286,3x1,25 + 106,95)] = 189,5 kN H/ NỘI LỰC DO TĨNH TẢI: Gọi D 1 là tải trọng của dầm thép, bản mặt cầu, phần vút. D 2 là trọng lượng của các lớp mặt cầu 75mmm. D 3 là trọng lượng của lan can tay vịn, đá vỉa. w là giá trị của tải phân bố đều kN/m. Khi đó giá trị của mômen và lực cắt của dầm chủ lần lượt tại giữa nhịp và tại gối là: M= 2 WL 8 =72w (kNm); V=12w (kN) b. Nội lực dầm trong và dầm ngoài do tĩnh tải: Dầm trong: D 1 : Bản mặt cầu = 2400x10 9 x9,81x190x1650= 7,38 kN/m. Phần vút = 2400x10 9 x9,81x300x50= 0,35 kN/m. Phần dầm thép = 30240x10 6 x7,85x9,81= 2,2 kN/m Suy ra D 1 = 9,93 kN/m D 2 : Các lớp mặt cầu = 2250x75x1650x9,81x10 9 =2,73kN/m. Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 10 D 3 : Phần lan can tay vịn = 5,2 10.6 81,9.2400.318750.2 9  kN/m. Mô men và lực cắt của dầm trong khi chưa có hệ số: Loại Lực w (kN/m) M (kNm) V (kN) D 1 9,93 656.62 114.195 D 2 2,73 180.52 31.395 D 3 2,5 165.31 28.75 LL+IM N/A 818,2 196,5 Dầm ngoài: D 1 -Bản mặt cầu = 2400x10 9 x9,81x190x(875+825)= 7,6 kN/m -Phần vút = 2400x10 9 9,81x300x50= 0,35 kN/m. -Phần dầm thép = 30240x10 6 x7,85x9,81=2,2 kN/m D 1 =10,15 kN/m D 2 Phần các lớp mặt cầu =2250x9,81x10 9 x75x(375+825)=1,98 kN/m D 3 phần lan can tay vịn =2,5 kN/m Mô men và lực cắt dầm ngoài khi chưa có hệ số: Loại lực w (kN/m) M (kNm) V (kN) D 1 10,15 671.17 116.725 D 2 1,98 130.93 22.77 D 3 2,5 165.31 28.75 LL+IM N/A 1005,2 189,5 I/ TIẾT DIỆN THIẾT KẾ YÊU CẦU : 1/TTGH cường độ: Mômen và lực cắt của dầm chủ khi có hệ số: M=0,95x{1,25xD 1 +1,5xD 2 +1,25xD 3 +1,75x(LL+IM)} V=0,95x{1,25xD 1 +1,5xD 2 +1,25xD 3 +1,75x(LL+IM)} Dầm trong: M u = 0,95x(1,25x656,62+1,5x180,52+1,25x165,31+1,75x818,2) = 3474,69 kNm V= 0,95x(1,25x114,195+1,5x31,395+1,25x28,75+1,75x196,5)= 679,43 kN Dầm ngoài: M=0,95x(1,25x671.17+1,5x130,93+1,25x165,31+1,75x1005,2)= 3543,87 kNm V=0,95x(1,25x116,725+1,5x22,77+1,25x28,75+1,75x189,5)= 586,34 kN 2/ Xét dầm liên hợp với bản bêtông cốt thép có các giai đoạn làm việc như sau: +Trọng lượng của dầm và bản bêtông khi chưa đông cứng là do dầm thép chịu. +Tải trọng tĩnh chất thêm là do dầm liên hợp dài hạn chịu. [...]... thực hiện nối ở những vị trí này là hợp lý và số lượng mối nối là ít nhất GVHD: Trần Văn Đức Trang 30 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép - Cầu thường chịu tác dụng của tải trọng động lớn và thay đổi, nên hiện nay trong thiết kế cầu thép thường dùng hai loại liên kết là liên kết bằng đinh và liên kết hàn Mối nối gồm có hai loại là mối nối được tiến hành trong công xưởng và mối nối được tiến hành... 33 neo GVHD: Trần Văn Đức Trang 29 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép Bố trí neo cho tiết diện ngang của dầm liên hợp được thể hiện như sau: 100 30 190 Bố trí neo theo phương dọc cầu: 33 neox350mm cho 1/2L = 11500mm Sườn dầm Bố trí neo liên kết theo phương dọc cầu L TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM CHỦ - Trong thi công cầu thép, do bị khống chế bởi chiều dài của tấm thép cũng như những khó khăn trở ngại... chiều cao của cả dầm thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 20 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép Vậy với bt = 100mm đã thoả các yêu cầu cấu tạo + Yêu cầu về mômen quán tính: Yêu cầu này thoả mãn là để đảm bảo sườn tăng cường đứng đủ độ cứng J = 2,5 ( 1160 DP 2 -2 = - 1,62  lấy J = 0,5 ) -2 = 2,5 d0 2500 It = 2x1003x10/3 = 6,66.106mm > d0tw3J = 3000x143x0,5 = 4,16.106mm.(OK) + Yêu cầu về diện tích của... việc tính toán cũng như an toàn thì đối với các sườn tăng cường trung gian ta chỉ tính toán đối với sườn tăng cường trung gian gần gối nhất GVHD: Trần Văn Đức Trang 19 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép Thép sử dụng làm các sườn tăng cường ta chọn loại thép cùng cấp với thép dầm chủ, cấp 345 Để tính toán sườn tăng cường đứng trung gian ta tính nội lực tại tiết diện dầm cách gối 1,2m, cách đầu... được hàn vào biên trên của dầm thép và một đầu được chôn vào bản bêtông khi đổ - Chọn loại neo hình nấm GVHD: Trần Văn Đức Trang 26 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép - Đối với dầm đơn giản liên hợp thì cần bố trí neo chống cắt trên suốt chiều dài nhịp dầm, Mủ neo cầu tạo để chống nhổ và chống trượt ngang Việc tính toán bao gồm kiểm tra sức kháng nhổ, tính toán dạng hư hỏng là neo bọ cắt đứt... 345MPa như vậy đạt yêu cầu, nghĩa là dầm thép đã đảm bảo điều kiện về cường độ GVHD: Trần Văn Đức Trang 15 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép 8/ Kiểm Tra Độ Đặc Chắc Của Tiết Diện, tính moomen chảy, mô men dẻo: Tính mômen chảy : My=MD1+MD2+MAD MD1= mômen gây ra bởi tải trọng cố định hệ số trên mặt cắt thép MD2= momen gây ra bởi tải trọng cố định hệ số chẳng hạn lớp phủ mặt cầu và các thanh chắn... pyêu cầu = n.Z r I Vsr Q I: mômen quán tính của tiết diện liên hợp ngắn hạn = 14,06x109mm4 n=3 số neo chống cắt trên tiết diện ngang Vì mỏi được giới hạn bởi tải trọng lặp, thiết kế trên cơ sở đàn hồi Nếu giả thiết dầm hoàn toàn liên hợp thì lực cắt ngang trên một đơn vị chiều dài là V h (N/mm) có thể nhận được từ biểu thức: Vh = VsrxQ/I GVHD: Trần Văn Đức Trang 27 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu. .. được mômen dẻo Mp - Độ mảnh yêu cầu của vách dầm cho tiết diện đặc chắc là: 2 Dcp tw ≤ 3,76 E Fyc - Dcp là chiều cao phần vách dầm chịu nén - tw là chiều dày của vách dầm -Giả sử rằng trục trung hoà dẻo của dầm là đi qua bản biên trên của dầm : GVHD: Trần Văn Đức Trang 16 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép - Chọn bêtông bản mặt cầu có fc’= 30MPa, thép dầm là loại thép công trình có Fyc=345MPa... hệ số sức kháng  =1,0;  = 1,0 Như vậy điều kiện đảm bảo sức kháng mỏi của dầm là: ( ΔF )n không nhỏ γ Δf γ = 0,75- trạng thái giới hạn mỏi Chu kỳ tải trọng: Giả thiết rằng đây là cầu trên đường cao tốc liên tỉnh với lưu lượng xe là 20000xe/làn-ngày Tỉ lệ xe tải trong luồng: ADTT= 0,1 x 20000 x 2(làn)= 4000xe/làn-ngày GVHD: Trần Văn Đức Trang 25 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép Số lượng... mm, đường kính lỗ tròn chuẩn là 22mm GVHD: Trần Văn Đức Trang 33 Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép - Khi tính toán để an toàn ta xem ứng suất lớn nhất ở biên dưới của dầm thép đạt đến cường độ chịu uốn nhỏ nhất của thép bản biên Fu = 450MPa Do đường ứng suất có mối quan hệ tuyến tính do đó ứng suất ở mép bản biên bên kia của dầm thép được xác định: Fu' = t Fu d Fu’ ứng suất ở biên ở biên kia . CHN MT CT NGANG CU TIT DIN DM CH: - i vi cu dm thộp liờn hp vi bn bờtụng ct thộp thỡ cỏc yu t ca mt ct ngang cu cú liờn quan n nhau: s lng dm, khong cỏch dm l nhng yu t cú liờn quan mt thit. cứng là do dầm thép chịu. +Tải trọng tĩnh chất thêm là do dầm liên hợp dài hạn chịu. Hướng dẫn đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép GVHD: Trần Văn Đức Trang 11 + Hoạt tải và lực xung kích là do tiết. khi uốn do tải trọng tĩnh không nhân hệ số và hai lần tải trọng mỏi. - Mômen do 2 lần tải trọng mỏi: Xe tải nặng qua cầu gấp gần 2 lần tải trọng mỏi do vậy ta phải nhân đôi. Mômen do tải trọng