THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu thép F1 I. Nội dung thiết kế: Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT nhịp giản đơn cho đờng ôtô. II. Số liệu thiết kế: 1. Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng ngời đi bộ 300kG/m 2 . 2. Chiều dài nhịp: 29m. 3. Chiều dài nhịp tính toán: 28,4m. 4. Khổ cầu: 10+2x1,5m. 5. Loại liên kết sử dụng: Bulông cờng độ cao. 6. Dầm chủ: Mặt cắt ghép tổ hợp hàn. 7. Loại thép: Thép hợp kim thấp. 8. Bêtông bản mặt cầu: f c = 30 Mpa. III. Tiêu chuẩn thiết kế: Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 01. Phần thuyết minh I. Các số liệu của bêtông và thép: 1. Số liệu của bêtông làm bản mặt cầu: 1.Bêtông làm bản mặt cầu cấp : A 2. Cờng độ nén quy định của bêtông f' c = 30 Mpa 3. Mô đuyn đàn hồi của bêtông E c = 29440,1 Mpa Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 1 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm 4. Tỷ trọng của bêtông y c = 25 kN/m 3 5. Chiều dày của bản mặt cầu t s = 200 mm 6. Chiều dày lớp phủ t w = 70 mm 7. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phủ = 22.5 kN/m 3 8. Chiều dày lớp phòng nớc = 5 mm 9. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phòng nớc = 0.72 kN/m 3 10. Chiều cao vút = 50 mm Chú ý rằng trong đó E c đợc tính theo công thức: E B =0,043.2500 1.5 . 30 =29440,1 MPa 2. Số liệu của thép dầm chủ: 1.Mô đuyn đàn hồi của thép E s = 200000 Mpa 2. Thép hợp kim thấp cờng độ cao M270M = Cấp 345W 3. Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất, F u = 485 Mpa 4. Cờng độ chảy nhỏ nhất, F y = 345 Mpa 5. Tỷ trọng của thép y s = 78.5 kN/m 3 3. Lựa chọn hình dáng và kích th ớc mặt cắt dầm chủ: Số lợng dầm chủ n = 6 Khoảng cách giữa các dầm chủ S = 2300 mm Chiều dài phần hẫng kể cả lan can = 1250 mm Chiều cao dầm chủ H = 1300 mm Chiều rộng bản cánh trên B ft = 300 mm Chiều dày bản cánh trên t ft = 20 mm Chiều rộng bản cánh dới B fb = 500 mm Chiều dày bản cánh dới t fb = 30 mm Chiều dày sờn dầm t w = 16 mm Chiều cao sờn dầm D w = 1250 mm Bề rộng lan can = 300 mm Bề rộng dải phân cách = 200 mm Tổng bề rộng của cầu = 14000 mm Diện tích dầm thép A = 41000 mm 2 Chú ý: Dải phân cách đợc sử dụng là dải phân cách mềm. Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 2 1,5 0,043 ' b c c E y f = THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm 300 20 1250 500 30 Hình 1: Mặt cắt ngang dầm chủ 1250 5@2300 1500 200 10000 200 1500 1250 Hình 2: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp 4. Kích th ớc mặt cắt dầm ngang: Tổng số lợng dầm ngang = 30 Số lợng dầm ngang theo phơng dọc cầu = 6 Khoảng cách giữa các dầm ngang = 5680 mm Chiều cao dầm ngang h d = 650 mm Chiều dài một dầm ngang = 2244 mm Bề rộng bản cánh dầm ngang b d = 300 mm Chiều dày bản cánh dầm ngang = 20.1 mm Chiều dày sờn dầm ngang t wd = 17.5 mm Chiều cao sờn dầm ngang D wd = 609.8 mm Diện tích mặt cắt dầm ngang A d = 22731.5 mm 2 Khối lợng các dầm ngang = 12.01 kN Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 3 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm Tĩnh tải rải đều trên 1 dầm chủ là = 0.070 kN/m II. Xác định chiều rộng có hiệu của bản: 1. Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh: 1.1. Dầm giữa Chiều rộng hữu hiệu của bản có thể lấy là giá trị min của 3 giá trị sau: *1/4 chiều dài nhịp = 7100 mm * 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm = 2550 mm *Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau = 2300 mm Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm giữa là bi = 2300 mm 1.2. Dầm biên: Bề rộng hữu hiệu của bản cánh có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm giữa cộng trị số min của các đại lợng sau: * 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu = 3550 mm * 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất giữa 1/2 bề dày bản bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm = 1275 mm * Chiều dài phần hẫng = 1250 mm Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm biên là bc = 2400 mm Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 4 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm 2. Xác định hệ số quy đổi n: 25 32 7 c f n = Đối với tải trọng tạm thời: n = 7. Đối với tải trọng dài hạn: n = 3x7 = 21. 3. Tính đặc tr ng hình học của mặt cắt: 3.1. Đối với mặt cắt nguyên: a) Các công thức tính toán: Diện tích mặt cắt nguyên: . . . . nc ft ft fb fb w w cp cp A B t B t D t B t= + + + Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt: . .( ) . ( ) . .( ) 2 2 2 ft fb w nc ft ft cp fb fb cp w w fb t t D S B t D t B t t D t t= + + + + + Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa nhất: ; nc ncd nct ncd nc S Y Y D Y A = = Mômen quán tính của mặt cắt: 2 2 3 3 3 2 . . . . . 12 2 12 2 . . .( ) 12 2 ft ft ft fb fb fb nc ft ft nct fb fb ncd cp w w w w w ncd fb B t t B t t I B t Y B t Y t D t D D t Y t = + + + + + ữ ữ + + b) Thay số tính toán ta đợc kết quả sau: Diện tích mặt cắt nguyên A nc = 41000 mm 2 Mômen tĩnh S nct đối với đáy dầm chủ = 21065000 mm 3 Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo Y ncd = 513.780 mm Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén Y nct = 786.220 mm Mômen quán tính I nc = 10351180691 mm 4 3.2. Mặt cắt liên hợp dài hạn: (n = 21) a) Công thức tính toán: Diện tích mặt cắt liên hợp: . . . . . lt ft ft fb fb w w cp cp s s A B t B t D t B t B t= + + + + Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt: . .( ) . ( ) . .( ) . . 2 2 2 2 ft fb w s lt ft ft fb fb t w w fb s s vs t t D t S B t D B t t D t t B t D t = + + + + + + + ữ Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 5 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa của dầm chủ: ; lt ltd ltt ltd lt S Y Y D Y A = = Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn: 2 2 3 3 2 3 3 2 . . . . . 12 2 12 2 . . . .( ) . . 12 2 12 2 ft ft ft fb fb fb lt ft ft ltt fb fb ltb w w w s s s w w ltb fb s s vs ltb B t t B t t I B t Y B t Y D t D B t t D t Y t B t D t Y = + + + + ữ ữ + + + + + + ữ b) Bảng kết quả tính đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp dài hạn: ĐTHH Dầm trong Dầm ngoài Đơn vị Bs = Bi/n 109.524 114.286 mm A lt 62904.7619 63857.143 mm 2 S ltt 52388809.52 53750714.3 mm 3 Y ltd 832.827 841.734 mm Y ltt 467.173 458.266 mm I lt 697.173 688.266 mm 4 Hình3: Các kí hiệu kích thớc dầm liên hợp Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 6 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm hợp của 300 50 50 2300 500 2400 1530 20 200 dầm trong và dầm biên 3.3. Mặt cắt liên hợp ngắn hạn: (n = 7) a) Công thức tính toán: Diện tích mặt cắt liên hợp: . . . . . st ft ft fb fb w w cp cp s s A B t B t D t B t B t= + + + + Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt: . .( ) . ( ) . .( ) . . 2 2 2 2 ft fb w s st ft ft fb fb t w w fb s s vs t t D t S B t D B t t D t t B t D t = + + + + + + + ữ Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa của dầm chủ: ; st std stt std st S Y Y D Y A = = Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: 2 2 3 3 2 3 3 2 . . . . . 12 2 12 2 . . . .( ) . . 12 2 12 2 ft ft ft fb fb fb st ft ft stt fb fb stb w w w s s s w w stb fb s s vs stb B t t B t t I B t Y B t Y D t D B t t D t Y t B t D t Y = + + + + ữ ữ + + + + + + ữ b) Bảng kết quả tính đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: ĐTHH Dầm trong Dầm ngoài Đơn vị Bs = Bi/n 328.571 342.857 mm As t 106714.2857 109571.429 mm 2 Ss tt 115036428.6 119122143 mm 3 Ys td 1077.985 1087.164 mm Ys tt 222.015 212.836 mm Ys tc 452.015 442.836 mm Is t 3.18E+10 3.21E+10 mm 4 Ss td 23692142.86 23320714.3 mm 3 Ss tc 48236428.57 48522142.9 mm 3 Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 7 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm 4.Kiểm toán độ mảnh của bản bụng: Bản bủng dầm phải đợc cấu tạo sao cho: Trong đó : D c : Chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi. Ta có: VT=98,277 VP=552,768 => Đạt. III. Tính toán tải trọng: 1. Tĩnh tải tác dụng lên 1 dầm chủ: 1.1. Tĩnh tải giai đoạn 1 (Tác dụng lên mặt cắt không liên hợp): * Trọng lợng bản thân dầm chủ DC dc = 3.627 kN/m * Tĩnh tải do trọng lợng bản mặt cầu DC bmc = 11.500 kN/m * Tĩnh tải do trọng lợng vút DC v = 0.438 kN/m * Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT dầm ngang DC dn = 0.742 kN/m * Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT hệ liên kết dọc DC lkd = 0.148 kN/m * Liên kết dọc dùng thép góc đều cạnh L100x100x10 có: Trọng lợng trên 1m dài là: 15.1 kG/m Chiều dài mỗi hệ liên kết dọc: 5.68 m Toàn cầu có số hệ liên kết dọc là: 30 * Tĩnh tải do trọng lợng neo liên kết DC neo = 0.1 kN/m * Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT sờn tăng cờng DC stc = 0.043 kN/m Kích thớc sờn tăng cờng 150x18x1530 Sờn đặt cách nhau: 1.72 m * Trọng lợng mối nối dầm lấy bằng DC mn = 0.1 kN/m Vậy tổng tĩnh tải giai đoạn I là: DC 1 = 16.697 kN/m Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 8 2 6,77 c w c D E t f THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm 1.2. Tĩnh tải giai đoạn II (Tác dụng lên mặt cắt liên hợp): *Tĩnh tải do lan can cầu: Trọng lợng phần lan can thép = 0.5 kN/m Trọng lợng phần lan can bêtông = 2.906 kN/m Dầm ngoài DC lc = 3.406 kN/m Dầm trong DC lc = 0.568 kN/m *Tĩnh tải do trọng lợng phần lớp phủ trên 1 dầm: Trọng lợng phần lớp phủ = 3.216 kN/m Trọng lợng phần lớp phòng nớc = 0.008 kN/m DW = 3.223 kN/m Vậy tổng tĩnh tải giai đoạn II là: DC 2 = 6.630 kN/m 1.3. Tổng hợp các loại tĩnh tải tác dụng lên dầm: Loại Dầm trong Dầm ngoài Đơn vị tải trọng DC1 16.697 16.697 kN/m DC2 3.791 6.630 kN/m Tổng 20.489 23.327 kN/m 2. Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ: 2.1. Các hoạt tải tác dụng gồm: Hoạt tải HL93. Hoạt tải xe 2 trục thiết kế. Tải trọng làn thiết kế. Tải trọng ngời đi bộ. 2.2. Chọn số l ợng làn xe: Số lợng làn xe sẽ bằng phần nguyên của kết quả khi chia phần chiều rộng xe chạy cho 3500mm: 3500 10000 = L N =2.86 Vậy số lợng làn xe là 3 làn. 2.3. Tính hệ số phân bố hoạt tải theo làn: 2.3.1. Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mômen: a) Đối với dầm trong: Một làn xe chất tải: mg momen SI =0,435 Hai hoặc nhiều làn xe chất tải: Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 9 0,1 0,4 0,3 3 0,06 4300 g SI momen s K S S mg mm L Lt = + = THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm mg momen MI =0,075+ 1.0 3 2.06.0 2900 s g Lt K L S mm S =0,075+ ( ) 1.0 2.06.0 272,1 28400 2300 2900 2300 mm mg momen MI =0,614 Trong đó: S: Khoảng cách tim các dầm chủ, S = 2300mm. d e : Chiều dài phần hẫng, d e = 1250mm L: Nhịp dầm, L = 28400 mm. K g : Tham số độ cứng dọc, xác định theo công thức: K g =n(I+Ae g 2 )=2,89075E+11 (mm 4 ) n=7 E B : Môđun đàn hồi của VL dầm = 200000 MPa E D : Môđun đàn hồi của VL bản mặt cầu = 29440,1 MPa I: Mômen quán tính dầm, I = 10351180691 mm 4 e g : Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm và của bản mặt cầu = 886,22 mm A: Diện tích dầm dọc chủ, A = 41000 mm 2 t s : Bề dày bản bêtông = 200 mm => 3 s g Lt K =1,272 b) Đối với dầm ngoài: Xếp tải nh hình vẽ. Một làn chất tải: Tính hệ số phân bố ngang dùng nguyên tắc đòn bẩy. Xếp tải nh hình vẽ. Cự li theo phơng ngang cầu của xe Truck và Tandem đều là 1800mm. Khi có một làn xe chất tải, hệ số làn xe là 1,2. Vậy hệ số phân bố ngang là: mg cat SE =1,2*0,761=0,913 Hai hoặc nhiều làn xe chất tải: . 0,77 1 2800 ME MI momen momen e mg emg d e mm = = + Ta có: Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đờng bộ B-K4 10 [...]... 132.698 151.679 98.547 Đơn vị m kN kN kN kN kN kN Chú ý: Tải trọng mỏi không xét hệ số làn xe V Thiết kế và kiểm duyệt dầm chủ: Sau khi tính toán nội lực dầm chủ cho dầm trong và dầm biên so sánh ta thấy dầm biên bất lợi hơn nên ta tính toán thiết kế cho dầm biên Bảng nội lực sử dụng để tính toán: Bảng giá trị mômen: Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đ ờng bộ B-K4 21 THiết kế môn học cầu thép F1 Mômen tính toán... Đạt VI Thiết kế neo liên kết: Sử dụng neo liên kết là neo đinh chống cắt Neo đinh đợc bố trí trên suốt chiều dài nhịp cho cầu liên hợp hệ giản đơn Tỉ lệ chiều cao và đờng kính của neo đinh chịu cắt không đợc nhỏ hơn 4 1 Trạng thái giới hạn mỏi: 1.1 Chọn kích thớc neo: Đờng kính thân neo d = Chiều cao neo h = 22 150 mm mm Ta có h/d = 6.82 > 4 Đạt 1.2 Bớc neo: Bớc của neo đinh chống cắt phải đợc... ngời là tải trọng tập trung Đối với dầm ngoài: mgpe = 1 Đối với dầm trong: mgpi = 0 2.5 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang: Đối với mômen: Mômen Một làn Dầm trong Dầm ngoài 0.435 0.913 Hai hay nhiều làn 0.614 0.747 Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đ ờng bộ B-K4 HSPBN tính toán 0.614 0.913 HSPBN của ngời 0 1 11 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm Đối với lực cắt: Lực cắt Một làn Dầm trong Dầm ngoài... trọng ngời gây ra: Tải trọng ngời trên cầu ôtô bằng 300kG/ m2 Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm Tải trọng ngời không tính hệ số xung kích Công thức tính mômen: QP = Pii Trong đó: Pi: Tải trọng ngời i : Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt Bảng giá trị độ lớn của lực cắt Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đ ờng bộ B-K4 19 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm Mặt cắt x(m) Diện tích Pi (kN/m) Q (kN) Gối... sử dụng Dầm trong Dầm ngoài 0 1515.550 1918.113 1796.207 2020.733 284.610 142.305 70.089 89.748 0 0 1730.186 2189.762 2050.591 2306.915 324.918 162.459 80.016 102.458 0 Chú ý: Đơn vị của mômen là: kN.m Trơng Văn kiểu -Lớp Cầu Đ ờng bộ B-K4 14 THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm Đơn vị của lực cắt là: kN 3 Nội lực dầm chủ do hoạt tải gây ra: 3.1 Mômen do hoạt tải gây ra: 3.1.1 Do hoạt tải HL-93... dầm chủ: 1 Bảng các hệ số tải trọng: a) Bảng hệ số tải trọng: Loại tải trọng DC DW LL+IM TTGH cờng độ I Max Min 1.25 0.9 1.5 0.65 1.75 1.35 TTGHSD TTGH mỏi 1 1 1 0 0 0.75 b) Bảng hệ số đi u chỉnh tải trọng: Hệ số Dẻo dai D D thừa R Quan trọng I Tích = D R I Cờng độ Sử dụng Mỏi 0.95 1 1 0.95 1 1 1.05 KAD KAD 0.95 1 1 c) Bảng lực xung kích: Cấu kiện Mối nối bản mặt cầu Tất cả các TTGH Tất cả các cấu. .. trên cầu ôtô bằng 300kG/ m2 Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm Tải trọng ngời không tính hệ số xung kích Công thức tính mômen: M P = Pii Trong đó: Pi: Tải trọng ngời i : Diện tích đờng ảnh hởng mômen Mặt cắt Gối L/4 11m L/3 L/2 x(m) Diện tích Pi (kN/m) M (kN.m) 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 0 170.134 215.325 201.640 226.845 0 0.000 7.1 75.615 11 95.700 9.467 89.618 14.2 100.820 3.1.5 Bảng tổng hợp kết. .. 3.3.2 Bảng tổng hợp kết quả lực cắt tính toán sau khi nhân hệ số: Lực cắt do hoạt tải Mặt cắt x(m) Gối L/4 11m L/3 L/2 0 7.1 11 9.467 14.2 TTGHCĐI Dầm trong Dầm ngoài 767.071 517.630 392.714 440.802 296.627 883.542 596.225 452.343 507.733 341.667 TTGHSD Dầm trong Dầm ngoài 438.326 295.788 224.408 251.887 169.501 504.881 340.700 258.481 290.133 195.238 4 Tổng hợp kết quả tính nội lực do toàn bộ tải trọng. .. nội lực do hoạt tải gây ra (có xét đến hệ số tải trọng và hệ số đi u chỉnh tải trọng tơng ứng): 3.3.1 Bảng tổng hợp kết quả mômen tính toán sau khi nhân hệ số: Mômen do hoạt tải Mặt cắt x(m) Gối L/4 11m L/3 L/2 0 7.1 11 9.467 14.2 TTGHCĐI Dầm trong Dầm ngoài 0.000 2823.038 3729.518 3455.014 3960.595 0.000 4196.691 5544.253 5136.178 5887.769 TTGHSD Dầm trong Dầm ngoài 0.000 1613.164 2131.153 1974.294... F1 bộ môn cầu hầm Trong đó: + MD1: Mômen do tải trọng thờng xuyên và có hệ số lên tiết diện thép khi bêtông vẫn còn làm việc theo mômen kháng uốn của tiết diện không liên hợp SNC + MD2: Mômen do phần còn lại của tải trọng thờng xuyên có hệ số do mômen kháng uốn của tiết diện liên hợp dài hạn chịu SLT + MAD: Mômen bổ sung do yêu cầu đạt tới giới hạn chảy một trong các biên thép Mômen này do hoạt tải . THiết kế môn học cầu thép F1 bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu thép F1 I. Nội dung thiết kế: Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT nhịp giản đơn cho đờng ôtô. II. Số liệu thiết. Số liệu thiết kế: 1. Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng ngời đi bộ 300kG/ m 2 . 2. Chiều dài nhịp: 29m. 3. Chiều dài nhịp tính toán: 28,4m. 4. Khổ cầu: 10+2x1,5m. 5. Loại liên kết sử dụng: Bulông. = 0.148 kN/m * Liên kết dọc dùng thép góc đều cạnh L100x100x10 có: Trọng lợng trên 1m dài là: 15.1 kG/m Chiều dài mỗi hệ liên kết dọc: 5.68 m Toàn cầu có số hệ liên kết dọc là: 30 * Tĩnh tải do trọng