Thuyet minh đồ án thiết kế cầu thép

19 220 0
Thuyet minh đồ án thiết kế cầu thép

Đang tải... (xem toàn văn)

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

Thông tin tài liệu

TÀI LIỆU VỀ THIẾT KẾ CẦU THÉP Tham khảo tài liệu với nội dung chi tiết đặc trưng về vật liệu, cơ sở thiết kế cầu thép và các liên kết của nó. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, lĩnh vực xây dựng cầu ở nước ta cũng liên tục phát triển theo hướng công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Các công nghệ xây dựng cầu thép, cầu nhịp lớn ngày càng được hoàn thiện và triển khai ứng dụng rộng rãi trên phạm vi cả nước.

BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP ĐỒ ÁN CẦU THÉP I.SỐ LIỆU CHO Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 11823-2017 Chiều dài nhịp (L): 18.0 m Chiều dài nhịp tính tốn (Ltt) : 17.4 m Khổ cầu: K = 8.0 m Tải trọng : HL - 93 I.1.Vật liệu I.1.1.Thép Thép dùng để thiết kế loại thép AASHTO M270M, cấp 250, (ASTM A709M, cấp 250 ) Các tiêu vật lý chủ yếu sau : Cường độ tính tốn chịu uốn (Ru): 250 Mpa Mô đun đàn hồi thép (Eth): 200.000 Mpa Cường độ tính tốn cốt thép làm neo: 250 Mpa I.1.2.Bê tông Cường độ nén bêtông tuổi 28 ngày f 'c = 28 Mpa Cường độ chịu kéo uốn : + Khối lượng đơn vị chiều dài : 14.6 kg/m = 0.143 N/mm Mặt cắt ngang , bố trí dầm ngang thể hình I.2.4.Các lớp phủ mặt đường Mặt đường gồm lớp : -Bê tông asphal dày 7.5 cm -Lớp phòng nước dày 0,3 cm Hình 1- Bố trí chung cầu f r = 0,63 fc′ = 3.33 Mpa Mô đuyn đàn hồi (Eb): Ec =0,043 y 1,5 fc′ = 28 442 Mpa c I.2.Các kích thước hình học I.2.1.Mặt cắt ngang +Số lượng dầm chủ (n): +Khoảng cách dầm chủ (d): 2.2 m + chiều cao dầm liên hợp (hd): 1400 mm +Chọn chiều cao dầm thép (hth): 1080 mm +Chọn chiều dày BTCT (hc): 200 mm +Chọn chiều dày vút BTCT(hv): 120 mm +Chọn chiều rộng vút BTCT (bv): 120 mm +Chiều cao phần BTCT (hbt): 320 mm +Chọn chiều rộng phần tiếp xúc BT biên dầm thép (bs) : 300 mm +Chọn kích thước biên dầm thép (bb x hb ) : 300 x 20 mm +Chọn kích thước biên thứ (b1 x h1) : 300 x 20 mm +Chọn kích thước biên thứ hai (b2 x h2) : 400 x 24 mm ⇒ chiều cao sườn dầm thép hs = 1080 - 64 = 1016 mm Chọn δs = 16mm 1016 x 16 mm Chọn kích thước sườn dầm thép (hs x δs ): I.2.2.Lan can, hành Kích thước lan can, hành thể hình I.2.3.Liên kết ngang : Các vách ngang khung ngang cho dầm thép cán phải cao nửa chiều cao dầm Do ta chọn liên kết ngang sau : Chọn liên kết ngang thép hình góc cạnh L102x102x9.5 có đặc trưng hình học sau : + Diện tích : A = 1850 mm + Chiều cao : d = 102 mm + Chiều dày cánh : t f = 9.5 mm II.TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC II.1.Xác định chiều rộng có hiệu cánh +Đối với dầm : − 0.25 *17400 = 4350mm  bi = − 12 * 200 + 300 / = 2550mm − 2200mm  Do bi = 2200 mm +Đối với dầm : − 0.125 *17400 = 2175mm bi  be = + − * 200 + 300 / = 1275mm − 1100mm  BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG Do be = ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP bi + 1100 = 2200 mm Hình 2- Tiết diện liên hợp thép BTCT I t 670857.58 = 10088.08 (cm ) = yt 66.5 I 670857.58 + Sb= t = = 16165.24 (cm ) yb 41.5 + St = Hình – Khoảng cách từ trục trung hồ đến điểm tính tốn II.3.Đặc trưng hình học phần BTCT II.2.Xác định đặc trưng hình học phần dầm thép +Diện tích phần dầm thép (Ft): Ft = bbhb + δshs + b1h1 + b2h2 = 30x2 +1.6x101.6 + 30x2 + 40x2.4 = 378.56 (cm2) + Mômen tĩnh trục qua trọng tâm sườn dầm thép (St) : St = (bbhb)y1+ (δshs)y2+ (b1h1)y3+ (b2h2)y4 = 30x2x(-51.8) +1,6.101.6.(0) + 30.2,0.(51.8) + 40.2,4.(54) = 5184 (cm3) + Vị trí trọng tâm phần dầm thép (Yct) : Yct= St / Ft = 5184/378.56 = 13.7 (cm) ⇒ Vị trí trục trung hồ cách trọng tâm sườn dầm thép phía là: 13.7 cm + Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép dầm thép (Ytt) : Ytt= 2.0 +101.6/2 + 13.7 = 66.5 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép dầm thép (Ytd): Ytd = 2,0 + 2,4 + 101.6/2 – 13.7 = 41.5 (cm) + Mơmen qn tính phần dầm thép trục trung hoà dầm thép : It=30.23/12 + 30.2.(-65.5)2 + 1,6.101,63/12 + 1,6.101,6.(-13.7)2 + 30.23/12 + 30.2.(38.1)2 + 40.2,43/12 + 40.2,4.(40.3)2 = 20+257,415+139,836.3+30,511+20+ 87,096.6+46.08+155,912.6 = 670 857 58 (cm4) Hình 4- Tính đặc trưng hình học phần bê tơng + Diện tích phần bêtơng : Fb = 220.20 + 12.12 + 12.30 = 904 (cm2) + Mômen tĩnh trục qua phần tiếp xúc bê tông dầm thép : Sb = 220.20.(-22) + 12.12.(-8) + 30.12.(-6) = -100 112 (cm3) + Vị trí trọng tâm phần BT (Ycb): Ycb= Sb /Fb = - 100 112/4 904 = - 20,4 (cm) ⇒Vị trí trục trung hồ cách mép BT phía đoạn là: 20.4 ( cm) + Mômen quán tính phần BT trục trung hồ phần BT: BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP Ib= 220.203/12 + 4400.(-1.6)2 + 2[12.123/36 + 144.(12.4)2/2] + 30.123/12 + 360.(14.4)2 = 146 666,67 + 11 264+ 23 293,44 + 320 + 74 649,6 = 260 193,71(cm4) II.4 Đặc trưng hình học tiết diện liên hợp a) Tiết diện liên hợp ngắn hạn + Tỷ số môđun đàn hồi thép bêtông (n) là: n=Et/Eb =200 000/28 442 = 7,03 + Diện tích tương đương : Ftđ = Fb/n+ Ft= 904/7,03 + 378.56 = 1076,14 (cm2) + Mômen tĩnh trục qua mép tiếp xúc bêtông dầm thép : Stđ = (Fb.Ycb)/n +Ft.Ytt = 4904.(-20.4)/7.03 + 378,56.66.5 = 10 943,57 (cm3) + Vị trí trọng tâm tiết diện liên hợp (Yctđ1) : Yctđ = Stđ/Ftđ = 10 943,57/1076,14 = 10,17 (cm) ⇒ Vị trí trục trung hồ cách mép dầm thép phía đoạn là: 10,17 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ1) : Ytđ1 = hth + Yctđ = 108 – 10,17 = 97.83 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ2) biên bêtông (Ytđ3): Ytđ2 = Ytđ3 = Yctđ = 10,17 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên bêtông (Ytđ4): Ytđ4 = hbt + Yctđ = 32 + 10,17 = 42,17 (cm) + Mơmen qn tính tiết diện liên hợp : Itđ1 = Ib/n1 + Fb.Y2ttb1/n1 + It + Ft.(Ytt - Ytđ12) = 260 193,71/7,03 + 904.(-30,57)2./7,03 + 670 857 ,58 + 378,56.(56,33)2 =37 011,91 + 651 907,55 + 670 857,58 + 201 196,96 = 560 974 (cm4) I t 2560974 = 251 816.5 (cm ) = yt 10.17 I 2560974 = 26 177.80 (cm ) + S bn = t = yb 97.83 + S tn = Hình – Khoảng cách trục trung hoà tiết diện liên hợp ngắn hạn 0-0 : Trục trung hoà tiết diện liên hợp 1-1 : Trục trung hoà sườn dầm thép 2-2 Trục trung hoà dầm thép 3-3 : Trục trung hồ phần bêtơng b) Tiết diện liên hợp dài hạn + Diện tích tương đương : Ftđ = Fb/3n+ Ft= 4904/21.09 + 378.56 = 611.09 (cm2) + Mômen tĩnh trục qua mép tiếp xúc bêtông dầm thép : Stđ = (Fb.Ycb)/3n +Ft.Ytt = 4904*(-20.4)/21.09 + 378.56*66.5 = 20430.68 (cm3) + Vị trí trọng tâm tiết diện liên hợp (Yctđ1) : Yctđ = Stđ/Ftđ = 20430.68/611.09 = 33.43 (cm) ⇒ Vị trí trục trung hồ cách mép dầm thép phía đoạn là: 33.43 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ1) : Ytđ1 = hth + Yctđ = 108-33.43 = 74.57 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ2) biên bêtông (Ytđ3): Ytđ2 = Ytđ3 = Yctđ = 33.43 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên bêtông (Ytđ4): Ytđ4 = hbt + Yctđ = 32 + 33.43 = 65.43 (cm) + Mơmen qn tính tiết diện liên hợp : Itđ1 = Ib/3n + Fb.Y2ttb1/3n + It + Ft.(Ytt - Ytđ12) = 260193.71/21.09 + 4904*(-53.83)2/21.09 + 670857.58 + 378.56*(33.07)2 = 12337.3+673787.02+670857.58+414002.64 = 770 984.54 (cm4) I t 1770984.54 = 52 976 (cm ) = 33.43 yt I t 1770984.54 + S 3n = 23749.29 (cm ) = b = yb 74.57 + S 3n t = BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP Hình – Tiết diên liên hợp dài hạn III TÍNH HỆ SỐ PHÂN PHỐI NGANG III.1) Hệ số phân phối mômen Các thông số : S = 2200 mm L = 17400 mm t s = 200 mm III.1.b) Hệ số phân phối mômen dầm ngồi : + Khi có xe chất tải : sử dụng nguyên tắc đòn bẩy Sơ đồ nguyên tắc đòn bẩy để xác định hệ số phân phối hình P P R*2200 = x 2300 + x500 2 R = 0.636P SE = 1.2 x(0.636) = 0.763 Vậy ta có : g MME = 0.636 => mg momen + Khi có hai xe chất tải : d c = 1100 – 400 - = 692 mm 692 Do ta lấy e = 0.77+ = 1.017 >1 2800 ME mg momen = e * mg MMI = 1.017*0.668 = 0.679 Sơ đồ tính hệ số phân phối theo phương pháp đòn bẩy Xác định tham số độ cứng dọc : K g = n( I + Ae g2 ) Với e g : Khoảng cách trọng tâm dầm thép bêtông , e g = 665+204 = 869 mm Trong phương trình , tham số lấy theo dầm khơng liên hợp , ta có : K g = n( I + Ae g2 ) = 7.03*(6 708 575 800 + 37856*869 ) = 2.48*10 11 mm III.1.a) Hệ số phân phối mômen dầm + Khi có chất tải : SI mg momen = 0.06 + ( SI mg momen = 0.06 + ( K g 0.1 S 0.4 S 0.3 ) *( ) *( ) L 4300 L * t s3 2200 0.4 2200 0.3 2.48*1011 0.1 ) *( ) *( ) 4300 17400 17400* 2003 SI mg momen = 0.06+0.765*0.538*1.06 = 0.496 +Khi có hai chất tải : MI mg momen = 0.075 + ( MI mg momen = 0.075 + ( K g 0.1 S 0.6 S 0.2 ) *( ) *( ) 2900 L L * t s3 2200 0.6 2200 0.2 2.48*1011 0.1 ) *( ) *( ) 2900 17400 17400 * 2003 MI mg momen = 0.075+0.847*0.66*1.06 = 0.668 III.2.a) Hệ số phân phối lực cắt cho dầm + Khi có xe chất tải : S 2200 SI mg cat = 0.36 + = 0.36 + = 0.649 7600 7600 + Khi có hai xe chất tải : BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MI mg cat = + ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP S S 2200 2200 −( ) = + −( ) 3600 10700 3600 10700 Tan M 100 =0 b) Lực cắt mơmen vị trí 101 Sơ đồ xếp tải hình : b.1) Do tải trọng Ta có : 15660 Lan V101 = 9.3 * * (15660 * ) = 65 537 N = 65.537 kN 17400 Lan M 101 = 9.3 * * [(1740 + 15660) *1566] *10 −6 = 126.71 kNm b.2) Do xe Truck Ta có : 15660 15660 − 4300 15660 − * 4300 Tr V101 = 254.94 kN = 145 * + 145 * + 35 * 17400 17400 17400 15660 − 4300 15660 − * 4300 Tr M 101 = [145 *1566 + 145 * *1740 + 35 * *1740] *10 −3 17400 17400 Tr M 101 = 416.5 kNm MI mg cat = 0.769 III.2.b) Hệ số phân phối lực cắt cho dầm ngồi + Khi có xe chất tải : sử dụng nguyên tắc đòn bẩy ME mg cat = 0.763 + Khi có hai xe chất tải : d 692 ME MI mg cat = e * mg cat = 0.831 với e = 0.6 + c = 0.6 + 3000 3000 ME mg cat = 0.831* 0.769 = 0.639 IV TÍNH NỘI LỰC DO HOẠT TẢI Ta tính lực cắt mơmen cho vị trí 100 , 101 105 a) Lực cắt mơmen vị trí 100 Sơ đồ xếp tải hình : a.1) Do tải trọng Ta có : Lan V100 = 9.3 x (17400 x1) = 80 910 N = 80.91 kN Lan M 100 = a.2) Do xe truck 17400 − 4300 17400 − * 4300 Tr V100 = 145 *1 + 145 * ( ) + 35 * ( ) = 289.17 kN 17400 17400 Tr M 100 =0 110 kN 110 kN Xe Tandem 145 kN 145 kN 35 kN Xe Truck Lane = 9.3 N/mm V100 a.3) Do xe Tandem Tan V100 = 110 *1 + 110 * ( 17400 − 1200 ) = 212.41 kN 17400 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP b.3) Do xe Tandem Ta có : 15660 15660 − 1200 + 110* = 190.41 kN 17400 17400 15660 − 1200 = [110*1566 + 110* *1740 ]*10 −3 = 331.32 kNm 17400 Tan V101 = 110* Tan M101 c) Lực cắt mômen cho vị trí 105 Sơ đồ xếp tải hình : c.1) Do tải trọng 1 Lan V105 = 9.3 * * (8700 * ) = 20 227.5 N = 22.23 kN 2 8700   Lan M 105 = 9.3 * * * 8700 * *10 −6 = 351.96 kNm  2   c.2) Do xe Truck Ta có : 8700 − 4300 8700 − * 4300 Tr V105 = 118.02 kN = 145 * + 145 * + 35 * 17400 17400 Tr M105 = [145* 8700 8700 − 4300 8700 − 4300 + 145* *8700 + 35* *8700] *10 −3 17400 17400 Tr M 105 = 1026.75 kNm c.4) Do xe Tandem Ta có : 8700 − 1200 Tan V105 = 110 * + 110 * = 102.41 kN 17400 8700 8700 − 1200 Tan = [110 * + 110 * M 105 * 8700 ]*10 −3 = 891 kNm 17400 Tan M 105 = 891 kNm d) Lực cắt mômen vị trí 102, 103, 104 Cách tính giống Từ ta lập bảng giá trị nội lực cho tiết diện sau : Bảng nội lực vị trí dầm 0.1L 0.2L 0.3L 0.4L 0.5L Tải trọng Nội lực BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Lane Truck Tandem V M V M V M ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP 80.91 65.54 51.78 39.65 29.13 20.23 0.00 126.71 225.25 295.65 337.88 351.96 289.17 254.94 220.71 186.48 152.25 118.02 0.00 416.50 719.90 910.20 987.40 1026.75 212.41 190.41 168.41 146.41 124.41 102.41 0.00 331.32 586.08 764.28 865.92 891.00 V TÍNH NỘI LỰC DO TĨNH TẢI 1) Tĩnh tải giai đoạn I + Trọng lượng thân dầm ghép : g gh = 7850*9.81*10 −9 *378.56*10 = 2.915 (N/mm ) + Trọng lượng dầm ngang – sườn tăng cường : Ta làm tốn thiết kế ta lấy trọng lượng dầm ngang sườn tăng cường theo trọng lượng dầm chủ : - Trọng lượng dầm ngang sườn tăng cường tác dụng lên dầm chủ phía : PnI = 2.915*12% = 2.915*0.12 = 0.35 (N/mm) -Đối với dầm chủ phía ngồi , ta lấy trọng lượng dầm ngang sườn tăng cường nửa so với dầm : PnE = 0.35*0.5 = 0.175 (N/mm) + Trọng lượng bêtông : Trọng lượng bêtông : DC = 2500x9.81x10 −9 = 2.4525x10 −5 N / mm Trọng lượng : 2.4525x10 −5 x200x2200 = 10.791 N/mm 2) Tĩnh tải giai đoạn II + Trọng lượng lớp phủ bêtông nhựa dày 75 mm : DW = 2250x9.81x 10 −9 x75x2200 = 3.642 N/mm + Trọng lượng lan can : 2.4525x10 −5 x157125 = 3.854 N/mm 3) Tổng hợp nội lực tĩnh tải Để đơn giản cho tính tốn , ta tính nội lực cho dầm chủ số vị trí tải trọng phân bố đơn vị gây Sơ đồ xếp tải : ξ =0 Vx ( kN ) M x (kNm) 8.70 0.00 ξ =0.1 6.96 13.62 ξ =0.2 5.22 24.22 ξ =0.3 3.48 31.79 ξ =0.4 1.74 36.33 ξ =0.5 0.00 37.85 VI TỔ HỢP TẢI TRỌNG Các hệ số tải trọng 1) Hệ số sức kháng a) Trạng thái giới hạn cường độ φ Uốn kéo 1.00 Cắt xoắn 0.90 Nén neo 0.80 b) Trạng thái giới hạn khác 1.00 2) Hệ số thay đổi tải trọng Cường độ Sử dụng Mỏi Dẻo dai , η D 0.9 1.0 1.0 Dư thừa , η R 0.95 1.0 1.0 Quan trọng , η l 1.05 KAD KAD η = η Dη Rη l = 0.95 1.0 1.0 3) Tổ hợp tải trọng Trạng thái giới hạn cường độ I : U = η [1,25DC + 1,5DW + 1,75(LL+IM +PL) + 1,0 FR + γ TG TG] Trạng thái giới hạn sử dụng I : U = 1,0(DC + DW ) + 1,0(LL+IM +PL) + 0,3(WS) + WL + 1,0FR Trạng thái giới hạn mỏi : U= 0,75(LL+IM) 4) Hệ số xe Số xe chất tải m 1.2 1.0 5) Hệ số xung kích Các phận cơng trình IM% Mối nối mặt cầu 75 Mỏi 15 Các loại khác 25 Từ sơ đồ xếp tải hình , ta tính lực cắt mơmen vị trí x : L x Vx = w( − x) = wL(0.5 − ξ ) với ξ = L w M x = x( L − x) = 0.5wL2 (ξ − ξ ) Từ ta tính lực cắt mơmen tải trọng đơn vị w=1 N/mm = 1kN/m gây 10 điểm dầm 6) Tổ hợp tải trọng a) Dầm + Các thông số tải trọng : BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP - Hệ số phân phối mômen : SI = 0.496 Khi có xe chất tải : mg momen MI = 0.668 Khi có hai xe chất tải : mg momen - Hệ số phân phối lực cắt : SI Khi có xe chất tải : mgcat = 0.649 Bảng tổng hợp nội lực cho dầm chủ phía ngồi Nội lực MI cat Khi có hai xe chất tải : mg = 0.769 + Hệ số xung kích : IM = 25% (đổi lại IM=33% theo TCVN 11823-2017) + DC1 = 14.056 N/mm + DC2 = DW = 3.642 N/mm M s (kNm) Bảng tổng hợp nội lực cho dầm Loại tải trọng 0.5L 532.02 V s kN DC1 0.00 Khoảng cách đến gối 0.1L 0.2L 0.3L 0.4L 191.44 340.44 446.84 510.65 DW 0.00 49.60 88.21 115.78 132.31 137.85 Mu (kNm) mg M (LL+IM) 0.00 432.42 751.58 957.51 1050.18 1092.45 Nội lực Ms (kNm) DC1 V s kN Mu (kNm) V u (kN) 122.29 97.83 73.37 24.46 31.69 25.35 mg V (LL+IM) η [1.25DC+1.5DW +1.75(LL+IM) η [1.25DC+1.5DW +1.75(LL+IM) 340.18 0.00 295.46 251.98 209.74 168.75 1016.92 1779.47 2287.47 2540.88 129.00 2644.4 755.92 643.50 214.47 533.13 12.67 424.85 6.34 0.00 DW b) Dầm ngồi + Các thơng số tải trọng : - Hệ số phân phối mômen : SE = 0.763 Khi có xe chất tải : mg momen ME Khi có hai xe chất tải : mg momen = 0.679 - Hệ số phân phối lực cắt : SE Khi có xe chất tải : mg cat = 0.763 ME = 0.639 Khi có hai xe chất tải : mg cat + Hệ số xung kích : IM = 25% + DC1 = 13.881 N/mm + DC2 = 7.496 N/mm 19.01 48.91 318.62 0.00 V u (kN) Loại tải trọng Khoảng cách đến gối DC1 0.00 0.1L 189.06 0.2L 336.20 0.3L 441.28 0.4L 504.30 0.5L 525.40 Lan can DW 0.00 0.00 52.49 49.60 93.34 88.21 122.52 115.78 140.02 132.31 145.87 137.85 mg M (LL+IM) 0.00 493.92 858.47 1093.68 1199.54 1247.81 DC1 120.76 96.61 72.46 48.31 24.15 0.00 Lan can 33.53 26.82 20.12 13.41 6.71 0.00 DW mg V (LL+IM) η [1.25DC+1.5DW +1.75(LL+IM ) η [1.25DC+1.5DW +1.75(LL+IM ) 31.69 25.35 19.01 12.67 6.34 0.00 337.53 293.16 250.01 208.11 167.43 128.00 0.00 1178.66 2062.99 2652.74 2947.90 3068.05 789.52 670.07 552.67 437.33 324.04 212.80 VII KIỂM TRA ỨNG SUẤT TRONG DẦM + Xem xét việc chất tải tình đổ bêtơng : Giai đoạn I : Trọng lượng dầm dầm thép chịu ( DC ) Giai đoạn II : Tải trọng tĩnh chất thêm ( lan can lớp phủ mặt cầu – DW ) tiết diện liên hợp dài hạn chịu (3n = 21.09) Giai đoạn III : Hoạt tải xung kích ( LL+IM) tiết diện liên hợp ngắn hạn chịu (n=7.03) Đối với dầm giản đơn tiết diện không đổi việc kiểm tra ứng suất pháp tiến hành theo mômen uốn tiết diện nhịp (Ltt/2), ứng suất tiếp kiểm tra theo lực cắt tiết diện gối VII.1) TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ Ta kiểm tra dầm trạng thái giới hạn cường độ với giả thiết dầm làm việc giai đoạn đàn hồi Đối với tất mặt cắt chịu uốn dương , Dcp phải lấy yêu cầu độ mảnh bụng mặt cắt đặc phải coi thoả mãn a) Kiểm tra ứng suất dầm thép a.1) Dầm ngồi +Mơmen tải trọng có hệ số : M DC1 = 1.25*525.4 = 656.75 kNm M DC = 1.25*145.87 + 1.5*137.85 = 389.12 kNm M LL + IM = 1.75*1247.81 = 2183.67 kNm +ứng suất thớ đỉnh dầm thép : BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP M DC1 M 3n M LL + IM * y + DC *y + * yn I I 3n In 656.75*106 389.12 *106 2183.67 *106 = *665 + *334.3 + *101.7 670857.58*10 1770984.54*104 2560974*104 Fy = ff= = 65.1+7.35+8.67 = 81.12 Mpa < 250 Mpa +ứng suất thớ đáy dầm thép : M M 3n M LL + IM *y + * yn f f = DC1 * y + DC 3n n I I I 656.75*10 389.12*106 2183.67 *106 = * 415 + *745.7 + *978.3 670857.58*104 1770984.54 *104 2560974 *104 = 40.63+16.38+ 83.42 = 140.43 Mpa < 250 Mpa a.2) Dầm +Mơmen tải trọng có hệ số : M DC1 = 1.25*532.02 = 665.03 kNm M DC = 1.5*137.85 = 206.78 kNm M LL + IM = 1.75*1092.45 = 1911.8 kNm +ứng suất thớ đỉnh dầm thép : M DC1 M 3n M LL + IM * y + DC *y + * yn 3n n I I I 665.03*10 206.78*106 1911.8*106 = *665 + *334.3 + *101.7 670857.58*10 1770984.54*104 2560974*104 ff= = 65.92+3.9+7.6 = 77.42 Mpa < 250 Mpa +ứng suất thớ đáy dầm thép : M DC1 M 3n M LL + IM * y + DC *y + * yn I I 3n In 665.03*106 206.78*106 1911.8*106 = * 415 + *745.7 + *978.3 670857.58*104 1770984.54 *104 2560974 *104 ff= = 41.14+8.71+ 73 = 122.88 Mpa < 250 Mpa b) Kiểm tra sức kháng uốn +Điều kiện kiểm tra : ∑ γ i * M i ≤ M r = φ M n Trong : M r - Mômen kháng uốn tiết diện M u - Mômen kháng uốn danh định tiết diện , dầm làm việc giai đoạn đàn hồi , M u = M y φ - Hệ số sức kháng , trạng thái giới hạn cường độ φ =1 + Xác định mơmen chảy giới hạn M y : Tổ hợp tải trọng : M D1 = 0.95*1.25*525.4 = 623.92 kNm M D = 0.95*(1.25*145.87+1.5*137.85) = 369.66 kNm Ứng suất đáy dầm đạt giới hạn chảy trước Xét phương trình : M D1 M D M AD + 3n + n Sb Sb Sb 623.92*106 369.66 *106 M AD + + 3 16165.24 *10 23749.29 *10 26177.8*103 M AD 250 = 38.6+15.57+ 26177.8*103 250 = M AD =195.83*26177.8*10 = 5126398574 Nmm = 5126.4 kNm Từ ta có : M y = M D1 + M D + M AD = 623.92+369.66+5126.4 = 6119.98 kNm + Kiểm tra sức kháng uốn : M u ≤ M r 3068.05 ≤ 6119.98 => Đạt b) Kiểm tra sức kháng cắt +Điều kiện kiểm tra : ∑ γ i *Vi ≤ Vr = φV Vn Với ϕV = 1.0 (A6.5.4.2) + Xác định sức kháng cắt danh định V n : Đối với bụng khơng có sường tăng cường Xét điều kiện : 1016 200000 = 63.5 ≤ 2.46* = 89.83 16 150 D E ≤ 2,46 , tw Fyw Vậy ta có : Vn = Vp = 0.58* Fyw * D * tw = 0.58*150*1016*16 = 1414272 N = 1414.272 kN + Kiểm tra điều kiện : ∑ γ i *Vi ≤ Vr = φV Vn 789.52 ≤ 1414.272 -> Đạt d) Thiết kế sườn tăng cường gối +Các gờ tăng cường gối phải đặt lên bụng dầm thép cán tất vị trí gối điểm tải trọng tập trung khác mà : Vu > 0,75 ϕb Vn (6.10.8.2.1-1) : ϕb = hệ số sức kháng gối quy định Điều 6.5.4.2 , ϕb = 1.00 Vu = lực cắt tải trọng tính tốn (N) Vn = sức kháng cắt danh định từ Điều 6.10.7 (N) +Kiểm tra điều kiện : Vu > 0,75 ϕb Vn 789.52 kN > 0.75*1.00*1414.272 = 1060.7 kN -> Không cần bố trí sườn tăng cường gối VII.2) TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG a) Kiểm tra độ võng ngắn hạn Hệ dầm cho dầm đơn giản , độ võng giới hạn : ∆= L 17400 = = 21.75mm 800 800 Để kiểm độ võng dầm chủ , ta xếp tải lên tất Khi tính tốn độ võng , hệ số phân phối mơmen lấy số chia cho số dầm : g = =0.5 Do tính tốn độ võng , giá trị mômen gây hoạt tải cần nhân với hệ số mg = 1.0*0.5 = 0.5 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG + Cơng thức tính độ võng : ∆ = ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP M m M k EI - Với 25% xe Truck +Lane : Với E = Es = 200000 Mpa ; I = 1770984.54x10 mm Sơ đồ xếp tải kiểm tra võng hình sau : ∆ = 0.25*4.2 + *0.5*1015 *( *351.96*17.4* 4.35*10−3 ) = 3.55 mm 200000*1770984.54*10 So sánh với trị số giới hạn độ võng ta thấy thoả -> Điều kiện độ võng đạt b) Kiểm tra giới hạn ứng suất cánh TTGH kiểm tra để đảm bảo độ võng tĩnh không ảnh hưởng đến giao thông cầu Ứng suất cánh không vượt : ff ≤ 0,95 Rb Rh Fyf Rh = hệ số lai quy định Điều 6.10.4.3.1,với tiết diện đồng Rh = 1.0 Rb = hệ số truyền tải trọng quy định Điều 6.10.4.3.2 : + Với cánh chịu nén : Ta kiểm tra điều kiện : Dc E ≤ λb tw fc Trong : - D c = 665 – 20 = 645 mm - t w = 16 mm - λb = 4,64 cấu kiện có diện tích cánh chịu nén nhỏ diện tích cánh chịu kéo + Mơmen lớn TTGH sử dụng vị trí 105 cho dầm : M = 1.0*( DC+DW ) + 1.3*(LL+IM) M = 1.0*(525.4 + 145.87+137.85) + 1.3*(1247.81) M = 525.4 + 283.72 + 1622.153 (kNm) Ứng suất cánh : f c = M DC M DW M LL + IM 525.4*106 283.72*106 1622.153 + 3n + = + + n 3 St St St 10088.08*10 52976*10 251816.5*103 f c = 52.08+5.36+6.44 = 63.88 Mpa 2*645 200000 ≤ 4.64* 80.625 < 259.63 -> Thoả mãn 16 63.88 2*645*16 2Dc t w Từ ta tính : ar = = =3.44 Ac 300* 20 Thay số vào ta có : - Với xe Truck : 4400   −3 (0.5*834.61* 4.4) * ( * 8700 * 4.35*10 )     +(834.61* 4.3* 2.2 + 4.35 *10−3 )     −3  15  + (0.5*(1026.75 − 834.61) * 4.3*3.633*10  ∆= *0.5*10 * = 4.2 mm   4400 200000*1770984.54*10 −3 * 4.35*10 )   +0.5*595.39 * 4.4) *( * 8700     2.2 + 4.35 *10 −3 )  +(595.39* 4.3*     +(0.5*(1026.75 − 595.39) * 4.3*3.633*10 −3    2D c 3.44 2*645 200000 ar E   −λ b ) *( − 4.64* ) Rb = −  = 1- (   fc  1200 + 300*3.44 16 63.88  1200 + 300a r  t w Rb = 1-0.00154*(80.625-259.63) = 1.276 Ứng suất cánh : f f = 63.88 Mpa Kiểm tra điều kiện : ff ≤ 0,95 Rb Rh Fyf 63.88 ≤ 0.95*1.276*1*250 = 303.05 -> Đạt + Với cánh chịu kéo : Rb = Ứng suất cánh : ff= M DC M DW M LL + IM 525.4*106 283.72*106 1622.153 + 3n + = + + 3 n Sb Sb Sb 16165.24 *10 23749.29 *10 26177.8*103 10 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP f f = 32.5+11.95+61.97 = 106.42 Mpa Kiểm tra điều kiện : ff ≤ 0,95 Rb Rh Fyf 106.42 ≤ 0.95*1*1*250 = 237.5 -> Đạt c)Kiểm tra độ võng tĩnh tải c.1) Độ võng dầm thép chịu tĩnh tải phần I +Dầm : DC1 = 13.881 N/mm ∆ thE = (∆F)n = ( Mặt khác : 82*1011 1/3 ) = 32.08 Mpa 248.2 *106 (∆F)TH = 0.5*165 = 82.5 Mpa Do : (∆F)n = 82.5 Mpa c) Biên độ ứng suất lớn Sơ đồ tính tải trọng mỏi : w * L4 13.881*174004 * = * = 12.35 mm 384 E * I 384 200000*6708575800 +Dầm : DC1 = 14.056 N/mm ∆ thE = w * L4 14.056 *174004 * = * = 12.51 mm 384 E * I 384 200000*6708575800 c.1) Độ võng dầm liên hợp chịu tĩnh tải +Dầm : DC2 = 7.496 N/mm ∆ thE = w * L4 7.496*17400 * = * = 2.52 mm 384 E * I 384 200000 *17709845400 Vậy độ võng tổng cộgn dầm liên hợp chịu tĩnh tải : ∆ = 12.35 + 2.52 = 14.87 mm +Dầm : DC2 = 3.64217.698 N/mm ∆ thE = 4 w* L 3.642*17400 * = * = 1.23 mm 384 E * I 384 200000 *17709845400 Vậy độ võng tổng cộgn dầm liên hợp chịu tĩnh tải : ∆ = 12.51 + 1.23 = 13.74 mm +Dùng trị số 15 mm để tạo độ võng ngược cho tất dầm VII.3) KIỂM TRA MỎI VÀ ĐỨT GÃY A) KIỂM TRA MỎI Biên độ ứng suất cho phép phụ thuộc vào chu kỳ tải trọng cấu tạo liên kết Đứt gãy phụ thuộc vào cấp vật liệu nhiệt độ Khi tính mỏi xét xe tải mỏi a) Chu kỳ tải trọng Giả thiết cầu nằm đường cao tốc liên tỉnh miền nông thôn với lưu lượng 20000 xe cộ một ngày Tỉ lệ xe tải luồng = 0.2 : ADTT = 0.2*ADT = 0.2*20000*2làn ADTT = 8000 xe tải /ngày p = 0.85 ADTT SL = p*ADTT = 0.85* 8000 = 6800 xe tải /ngày Số chu kỳ lần xe tải qua cho dầm đơn giản nhịp 17400 mm n=1( Bảng A6.6.1.2.5.2 ) Vậy : N = 365*100*1*6800 = 248.2*10 chu kỳ b) Sức kháng mỏi danh định A (∆F)n =   N ≥ (∆F)TH Hệ số xung kích IM = 15% Từ sơ đồ ta tính M LL + IM = (680.75+351.96 )+0.15*680.75 = 1134.83 kNm Tải trọng mỏi : M moi = 0.75* M LL + IM = 0.75* 1134.83 = 851.12 kNm Biên độ ứng suất lớn : M moi 851.12*106 f = n = = 32.51 Mpa Sb 26177.8*103 + Kiểm tra điều kiện mỏi : 2*f < (∆F)n -> Điều kiện mỏi thoả mãn 2*32.51 = 65.02 < 82.5 d) Kiểm tra điều kiện mỏi bụng chịu uốn + Đối với bụng khơng có sường tăng cường dọc , xét điều kiện : 2D c E ≤ 5,70 tw Fyw D c = 665 – 20 = 645 mm Thay số vào ta có : 2*645 200000 = 80.625 < 5.7 * = 162.9 -> Thoả mãn 16 250 +Tải trọng dùng để tính tốn : Tải trọng thường xuyên chưa nhân hệ số + lần tải trọng mỏi M D1 = 525.4 kNm M D = 145.87+137.85 = 283.72 kNm M moi = 851.12 kNm Ứng suất lớn bụng dầm thép : f cf = M D1 M D 2 * M moi + 3n + Sb Sb Sbn 525.4 *106 283.72 *106 2*851.12*106 f cf = + + 16165.24*103 23749.29*103 26177.8*103 11 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP f cf = 32.5+11.95+65.03 = 109.48 < 250 -> Đạt e) Kiểm tra mỏi cho sườn chịu cắt Khi có xe tải mỏi xe hệ số phân phối lực cắt dầm lớn dầm ngồi ta kiểm tra mỏi cho dầm + Điều kiện kiểm tra : Vcf ≤ 0.58* C * Fyw + Tải trọng dùng để kiểm tra : Tải trọng dài hạn tiêu chuẩn : VD1 = 122.29 kNm VD = 31.69 kNm 2* Vmoi = 2*[0.769*(145*0.5+35* + Xác định C : Giả thiết bụng khơng cần có sường tăng cường ngang nên : =5 d0 ( ) D D E *k Xét điều kiện : ≤ 1.1* tw Fyw k = 5+ 8700 − 4300 *0.5)] = 2* 62.56 kNm 8700 +Kiểm tra điều kiện : : Vcf ≤ 0.58* C * Fyw 5.01 ≤ 0.58*1*150 = 87 -> Đạt + Tính mơmen tĩnh : T i ế t S D S3 S ( ( ( mmm mmm 3 s n 7 8 VIII) KIỂM TRA CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO a) Tỉ lệ chung Điều kiện kiểm tra : 0.1 ≤ 2227072 670857.58*10 Do tĩnh tải 3148787 1770984.54*10 Do hoạt tải 6929933 Q (kN) 122.29 31.69 τ max 2.54 0.35 2* 62.56 2.12 560 974*10 Iy ≤ 0.9 Điều kiện kiểm tra phần tính đặc trưng hình học tiết diện thoả mãn b) Độ mảnh vách Đối với vách khơng có sườn tăng cường dọc : 2* Dc E ≤ 6.77 * tw fc 9 3 D c - chiều cao vách chịu nén trạng thái đàn hồi , D c lấy giai đoạn có dầm thép làm việc đổ bêtông ( cầu nhịp giản đơn – bêtơng chưa làm việc phần dầm thép chịu nén lớn ) Do : D c = 665 – 20 = 645 mm Tải trọng tính tốn : M D1 = 0.95*1.25*532.02 = 631.77 kNm ( dầm trong) Ứng suất cánh : f c = Kiểm tra điều kiện : + Ứng suất cắt lớn sườn I(mm4) I yc d ) ) ) i ệ n B ả n S(mm3) 1016 200000*5 = 63.5 ≤ 1.1* = 89.8 -> Thoả mãn Với 16 150 Fyw = 0.6*F y = 0.6*250 = 150 Mpa Do C=1 Sơ đồ xác định tải trọng mỏi gây lực cắt Nội lực Do tĩnh tải 5.01 Tổng M D1 631.77 *106 = = 62.63 Mpa St 10088.08*103 2* Dc E ≤ 6.77 * tw fc 2*645 200000 = 80.625 ≤ 6.77 * = 382.57 16 62.63 -> Đạt c) Độ mảnh biên chịu nén +Đối với cánh chịu nén có mặt cắt đặc : 12 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG bf 2*t f ≤ 0.382 * ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP E Fyc 300 200000 = 7.5 ≤ 0.382* = 10.8 -> Đạt 2* 20 250 Do ta cần tính tốn theo quy định điều 6.10.4.1.7 việc gằng cánh chịu nén có mặt cắt đặc Các giằng khơng cần vĩnh cửu , làm việc chờ bêtông mặt cầu khô cứng sau tháo + Chiều dài không giằng : Lb ≤ [0.124 − 0.0759( M  ry * E  )]   M p  Fyc  +Tính M - mơmen nhỏ tác dụng tải trọng tính tốn đầu chiều dài không giằng (N-mm) Để an tồn ta phải lấy giá trị M lớn để tính tốn Khoảng cách dầm ngang 2900 mm , giả thiết chiều dài không giằng khoảng cách dầm ngang ( tức ta giằng cánh chịu nén vị trí dầm ngang ) -> L b = 2900 mm + Tính mơmen dẻo M p : Xác định trục trung hoà dẻo : giả thiết trục trung hoà dẻo cách mép biên biên khoảng y Xét cân lực dẻo : Từ sơ đồ bố trí dầm ngang , ta nhận thấy M đạt giá trị lớn vị trí dầm ngang thứ tính từ đầu gối (khoảng cách từ vị trí đến nhịp 2900 mm Tính mơmen M tải trọng tính tốn : - Do tải trọng :  17400 − 5800  M MLan1 = 9.3* *  (5800 + 11600) * *5800  *10 −6 = 312.86 kNm  17400  - Do xe Truck M MTr1 = [145*3867 + 145* 11600 − 4300 5800 − 4300 *5800 + 35* *3867] *10 −3 17400 5800 M MTr1 = 948.55 kNm -Do xe Tandem M MTan1 11600 − 1200 *5800 ]*10 −3 = 806.7 kNm = [110*3867 + 110* 17400 Vậy M = 0.95*1.75*[0.763*( 1.25*948.55+312.86 )] = 1900.89 kNm Sơ đồ tính M y y = Pw *(1 − ) + Pc1 + Pc D D y y 250*300* 20 + 250*1016*16* = 250*1016*16*(1 − ) + 250*300* 20 + 250* 400* 24 D D y 2*1016*16* = 1016*16 + 400* 24 D Pt + Pw * y = 808 mm Vậy ta có: M p =250*300*20*798+250*1016*16*280+250*300*20*238+250*400*24*260 13 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP M p = 1,197,000,000+1,137,920,000+357,000,000+624,000,000 M p = 3,315,920,000 Nmm = 3315.92 kNm +Tính r y - Bán kính hồi chuyển nhỏ mặt cắt thép trục thẳng đứng (mm) 20*3003 1016 *163 20 *3003 24* 4003 I ty = + + + 12 12 12 12 Sơ đồ đặt xe để gây hiệu ứng lực lớn bên + Biên độ lực cắt vị trí 100 : Xác định Vmax : Do xe Truck : Vậy : r y = y t I = At 17400 − 9000 17400 − 9000 − 4300 *1 +35* *1 17400 17400 = 223.25 kN I ty = 45,000,000+346,795+45,000,000+128,000,000 I ty = 218,346,795 (mm ) A t =37856 ( mm ) V Truck = 145*1+145* Do xe Tandem : V Tandem = 110*1+110* 218, 346, 795 = 75.95 mm 37856 +Kiểm tra điều kiện : Lb ≤ [0.124 − 0.0759( M  ry * E  )]   M p  Fyc  1900.89   75.95* 200000   *  3315.92   250   2900 ≤ 4867.36 mm 2900 ≤  0.124 − 0.0759 * 17400 − 1200 *1 17400 = 212.42 kN Do : Vmax = V Truck + V lane = 223.25 + 0.5*9.3*17400*10 −3 = 304.16 kN Xác định Vmin : Vmin = Biên độ lực cắt : V sr = 0.75*1.15*(0.73/1.2)*( Vmax - Vmin ) = 0.5246875*(304.16 – ) = 159.59 kN SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH LỰC CẮT LỚN NHẤT DO TẢI TRỌNG LL+IM Vậy điều kiện giằng cánh chịu nén thoả mãn IX.) TÍNH TỐN BỐ TRÍ NEO CHỐNG CẮT Neo chống cắt cần bố trí suốt chiều dài nhịp cho cầu liên hợp hệ giản đơn a) Lựa chọn đinh sử dụng Dùng neo đinh hình nấm đường kính 20 mm , chiều cao 100 mm b) Kiểm tra yêu cầu cấu tạo đinh neo +Kiểm tra tỷ số chiều cao đinh neo đường kính đinh neo : h 100 = = > -> Đạt d 20 +Khoảng cách ngang - Khoảng cách từ tim đến tim neo không nhỏ lần đường kính neo (80 mm) - Khoảng cách tĩnh mép biên mép neo gần nhất 25 mm Chiều rộng biên 300mm , ta bố trí đinh neo mặt cắt ngang +Lớp phủ độ chôn : Neo phải chơn mặt cầu 50 mm lớp phủ tĩnh neo phải 50 mm c) Sức kháng mỏi neo Z r = α d ≥ 19d α = 238 − 29.5log N Trong : N = 365*100*1*6800 = 248.2*10 (chu kỳ) α = 238 − 29.5*log(248.2*106 ) = - 9.65 Vậy Z r = 19* d = 19*20 = 7600 (chu kỳ) Do d) Xác định biên dộ lực cắt LL+IM cho TTGH mỏi Để xác định biên độ lực cắt ta cần xác định lực cắt lớn nhỏ 10 vị trí dầm + Biên độ lực cắt vị trí 105 : Xác định Vmax : Do xe Truck : V Truck = 145*0+145*0.5+35* 8700 − 4300 *0.5 8700 14 BỘ MÔN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP = 81.35 kN Do xe Tandem : V Tandem = 110*0.5+110* 8700 − 1200 *0.5 8700 = 102.42 kN Do : Vmax = V Tandem + V lane = 102.42 + 0.5*0.5*9.3*8700*10 −3 = 122.65 kN Xác định Vmin : Vmin = - 122.65 ( đối xứng cho vị trí 105 ) Biên độ lực cắt : V sr = 0.75*1.15* (0.73/1.2)*( Vmax - Vmin ) = 0.5246875*[122.65 - (-122.65) ] = 128.71 kN Tính tốn tương tự cho vị trí khác ta có bảng tổng hợp biên độ lực cắt sau Bảng tổng hợp biên độ lực cắt tải trọng mỏi gây Vị trí 100 101 102 103 104 105 Lực cắt dương max không hệ số (kN) 304.16 256.29 220.19 186.07 153.55 122.65 Lực cắt âm không hệ số (kN) -15.23 -39.65 -65.7 -93.37 -122.65 Biên độ lực cắt (kN) 159.59 142.46 136.34 132.10 129.56 128.71 e) Tính tốn bước neo + Mơmen qn tính tiết diện liên hợp ngắn hạn : I = 2560974*10 mm + Mômen tĩnh tiết diện chuyển đổi trục trung hoà tiết diện liên hợp ngắn hạn : Q = 200* 2200 *305.7 = 19133428 mm 7.03 +Bước neo Vị trí 100 n Bảng tính tốn bước neo vị trí dầm Zr Vsr (kN) I (mm ) Q ( mm ) 7600 2560974*10 19133428 159.59 7600 2560974*10 p (mm) 191 7600 2560974*10 7600 2560974*10 7600 2560974*10 7600 2560974*10 Qn = 0.5*314.16* 28* 28442 = 140178.04 ≤ 314.16* 400 = 125664 Do ta lấy Q n = 125664 N=125.664 +Sức kháng tính tốn neo : Qr = ϕ sc * Qn = 0.85*125.664 = 106.81 kN +Số neo chống cắt yêu cầu tiết diện có mơmen dương lớn điểm có mơmen Vh Qr Trong V h lấy giá trị nhỏ hai giá trị sau : V h = 0.85* f c' * b * ts = 0.85*28*2200*200*10 −3 = 10472 kN V h = As * Fy = 37856* 250*10−3 = 9464 kN Do ta lấy lực cắt ngang danh định V h = 9464 kN 19133428 136.34 224 +Số neo chống cắt yêu cầu : n = 19133428 132.10 231 Số neo chống cắt so với 129 neo tính theo TTGH mỏi Do ta lấy số neo yêu cầu 129 neo theo TTGH mỏi 19133428 129.56 236 19133428 128.71 237 105 Qn = 0.5* Asc * f c' * Ec ≤ Asc * Fu 214 104 f = 28 Mpa E c = 28442 Mpa F u = 400 Mpa 142.46 103 19133428 102 ' c không : n = 101 +Từ bảng ta nhận thấy bước neo yêu cầu không thay đổi nhiều , ta bố trí sau : Trong khoảng dầm từ vị trí 100 đến vị trí 102 : n = ; p = 190 mm ; số neo yêu cầu N = 3*19 neo Trong khoảng dầm từ vị trí 102 đến vị trí 105 : n = ; p = 220 mm ; số neo yêu cầu N = 3*24 neo Ngoài , từ vị trí đầu dầm đến vị trí 100 cần có thêm hàng neo chống cắt hai hàng neo chống bóc Vậy tổng số neo đinh hình nấm cần thiết cho nửa dầm : N = 3*(20+24) = 132 (neo) Tổng số neo cho tồn dầm 2*132+3*1= 267 neo f) Tính toán số neo theo trạng thái giới hạn cường độ +Sức kháng tính tốn neo chống cắt Q phải lấy sau : Qr = ϕ sc * Qn Trong : Q n - sức kháng danh định neo ϕ sc - Hệ số sức kháng neo chống cắt , ϕ sc = 0.85 (6.5.42) +Sức kháng danh định neo : π * d π * 202 Ta có : A sc = = =314.16 mm 9464 Vh = = 88.6 106.81 Qr X ) TÍNH TỐN LIÊN KẾT BIÊN DẦM VÀO SƯỜN DẦM Thơng thường việc kết hợp mối hàn nhà máy bulông cường độ cao công trường biện pháp tốt kết cấu thép Do ta sử dụng mối nối hàn để liên kết biên vào vách dầm sử dụng bulông cường độ cao để nối dầm 15 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP a) Chọn liên kết hàn +Biên dầm sườn dầm liên kết với mối hàn góc có bề mặt cong lõm, tỷ số hai cạnh mối hàn 1:2 +Chiều cao cạnh lớn mối hàn ∆h =10 mm , hệ số mối hàn β = 0,7 -> Chiều dày có hiệu đường hàn h = β * ∆h = 0.7* 10 = mm +Kiểm tra yêu cầu cấu tạo liên kết hàn : ban han - Chiều dày lớn liên kết hàn : hmin = 16 mm -> hmax = 14 mm => Thoả mãn han - Chiều dày có nhỏ : ta có T = 16 mm < 20 mm -> hmin = mm => Thoả mãn +Chiều dài có hiệu nhỏ đường hàn góc phải lớn lần kích thước phải lớn 40 mm -> Thoả mãn ( chiều dài đường hàn chiều dài dầm ) b) Tính tốn ứng suất trượt +Xét tải trọng tác dụng theo giai đoạn Lấy giá trị Vmax giai đoạn dầm để tính tốn để đảm bảo chịu lực đơn giản +Kết tính tốn cho theo bảng: Lực trượt tác dụng vào mối hàn qua giai đoạn Đơn vị Vmax_i kN Tải trọng tác dụng Tĩnh tải Tĩnh tải Hoạt tải 122.29 65.22 340.18 cm 3930 39496.6 21875.3 Ii cm 670857.58 1770984.54 2560974 T0-i N/mm 71.64 145.45 290.57 Sb Trong đó: Vmax-i : Lực cắt lớn giai đoạn thứ “i’’ Sb : Mômen tĩnh tiết diện biên dầm thép biên dầm thép BTCT trục trung hồ tương ứng I : Mơmen qn tính của tiết diện giai đoạn làm việc thứ “i’’ T0-i : Lực trượt đơn vị chiều dài ứng với giai đoạn thứ “i’’ +Lực trượt tổng cộng đơn vị chiều dài: T = ∑ T0 _ i = 71.64 + 145.45 + 290.57 = 507.66 (N/mm) +Ứng suất tiếp mối hàn lực trượt: τ T = 507.66 T = = 36.26 2*0.7 *10 2β∆ h (N/mm ) +Ứng suất tiếp gây lực trượt cục bánh xe : τp = P (1 + IM ) 2* β * ∆h * λ Trong : IM = 25% P = 72.5 kN – tải trọng bánh xe Diện tích tiếp xúc bánh xe hình chữ nhật có chiều rộng 510 mm chiều dài λ cho : λ = 2.28* γ *(1+ IM )*P = 2.28*1.5*(1+0.25)*72.5 = 310 mm 100 P * (1 + IM ) 72.5*(1 + 0.25) *1000 = 20.88 (N/mm ) 2* β * ∆h * λ 2*0.7 *10*310 +Sức kháng tính tốn đường hàn ( Rr ) : Rr phải lấy giá trị nhỏ Vậy : τ p = = hai giá trị sau : Sức kháng tính tốn kim loại hàn : Rr = 0.6* ϕe * Fexx = 0.6*0.8*250 = 120 Mpa - Sức kháng tính tốn vật liệu liên kết : Rr* = ϕv * Rn = ϕv *0.58* Ag * Fy Với : - ϕ v = hệ số sức kháng cắt theo quy định điều 6.5.4.2 , ϕ v =1.0 - F y = 250 Mpa Vậy : Rr* = ϕv *0.58* Ag * Fy = 1.0*0.58* Ag * 250 = 145* Ag ( N) Do sức kháng tính cho đơn vị diện tích : Rr = Rr* / Ag = 145 Mpa Do ta lấy : Rr = 120 Mpa +Kiểm tra điều kiện : τ T2 + τ P2 ≤ Rr τ ≤ Rr 36.262 + 20.882 = 41.84 ≤ 120 Mpa => Liên kết hàn đảm bảo điều kiện chịu lực XI ) TÍNH TỐN MỐI NỐI DẦM Giả thiết thực tế , điều kiện sản xuất , vận chuyển thi công , chiều dài tối đa 10 m , ta cần tính tốn mối nối dầm Để giảm giá thành thi công , ta sử dụng mối nối bulông cường độ cao a) Tính tốn đặc trưng hình học tiết diện giảm yếu +Chọn loại bulơng : sử dụng bulông M164 (A325M) với d = 20 mm , kích thước lỗ tiêu chuẩn 22 mm +Khi sử dụng mối nối liên kết bulông , tiết diện bị giảm yếu Giả sử ta đặt hai hàng bulông mạt cắt ngang biên dầm thép Tiết diện sườn bị giảm yếu 15 % a.1) Đặc trưng hình học phần dầm thép +Diện tích phần dầm thép : FT = (Fb - Flô) + (F1 - Flô) + (F2 - Flô) + Fs.0,85 = (60 – 2*2.2*2) + (60 – 2*2.2*2) + (96 – 2*2.2*2.4) + 162.56*0.85 = 326.016 cm2 + Mômen tĩnh trục qua trọng tâm sườn dầm thép (St) : St = (bbhb)y1+ (δshs)y2+ (b1h1)y3+ (b2h2)y4 = 51.2*(-51.8) +138.176*(0) + 51.2*(51.8) + 85.44*(54) = 4613.76 (cm3) + Vị trí trọng tâm phần dầm thép (Yct) : Yct= St / Ft = 4613.76/326.016 = 14.2 (cm) ⇒ Vị trí trục trung hồ cách trọng tâm sườn dầm thép phía là: 14.2 cm + Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép dầm thép (Ytt) : Ytt= 2.0 +101.6/2 + 14.2 = 67 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép dầm thép (Ytd): Ytd = 2.0 + 2.4 + 101.6/2 – 14.2 = 41 (cm) 16 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP + Mơmen qn tính phần dầm thép trục trung hoà dầm thép : It = 30*23/12 + (51.2)*(-66)2 + 0.85*1.6*101.63/12 + 138.176*(-14.2)2 + 30*23/12 + 51.2*(37.6)2 + 40*2.43/12 + 85.44*(39.8)2 = 20 + 223027 + 118,860.84 + 27 862 + 20 + 72 384.5 + 46.08 + 135340.4 = 577 560.8 (cm4) I t 577 560.8 = 8620.3 (cm ) = yt 67 I 577 560.8 = 14086.8 (cm ) + Sb= t = yb 41 + St = a.2) Đặc trưng hình học phần bêtơng + Diện tích phần bêtông : Fb = 220.20 + 12.12 + 12.30 = 904 (cm2) + Mômen tĩnh trục qua phần tiếp xúc bê tông dầm thép : Sb = 220.20.(-22) + 12.12.(-8) + 30.12.(-6) = -100 112 (cm3) + Vị trí trọng tâm phần BT (Ycb): Ycb= Sb /Fb = - 100 112/4 904 = - 20,4 (cm) ⇒Vị trí trục trung hồ cách mép BT phía đoạn là: 20.4 ( cm) + Mơmen qn tính phần BT trục trung hoà phần BT: Ib= 220.203/12 + 4400.(-1.6)2 + 2[12.123/36 + 144.(12.4)2/2] + 30.123/12 + 360.(14.4)2 = 146 666,67 + 11 264+ 23 293,44 + 320 + 74 649,6 = 260 193,71(cm4) a.3) Đặc trưng hình học tiết diện liên hợp ngắn hạn + Tỷ số môđun đàn hồi thép bêtông (n) là: n=Et/Eb =200 000/28 442 = 7,03 + Diện tích tương đương : Ftđ = Fb/n+ Ft= 904/7.03 + 326.016 = 1023.6 (cm2) + Mômen tĩnh trục qua mép tiếp xúc bêtông dầm thép : Stđ = (Fb.Ycb)/n +Ft.Ytt = 4904.(-20.4)/7.03 + 326.016*67 = 7612.4 (cm3) + Vị trí trọng tâm tiết diện liên hợp (Yctđ1) : Yctđ = Stđ/Ftđ = 7612.4/1023.6 = 7.4 (cm) ⇒ Vị trí trục trung hồ cách mép dầm thép phía đoạn là: 7.4 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ1) : Ytđ1 = hth + Yctđ = 108 – 7.4 = 100.6 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ2) biên bêtông (Ytđ3): Ytđ2 = Ytđ3 = Yctđ = 7.4 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên bêtông (Ytđ4): Ytđ4 = hbt + Yctđ = 32 + 7.4 = 39.4 (cm) + Mơmen qn tính tiết diện liên hợp : Itđ1 = Ib/n1 + Fb.Y2ttb1/n1 + It + Ft.(Ytt - Ytđ1) = 260 193.71/7.03 + 904*(-27.8)2/7.03 + 577 560.8+ 326.016*(59.6)2 = 37 011.91+ 539 119 + 577 560.8+ 158 061 = 311 753 (cm4) I t 311 753 = 312 399 (cm ) = yt 7.4 I 311 753 + S bn = t = = 22980 (cm ) yb 100.6 + S tn = a.4.) Tiết diện liên hợp dài hạn + Diện tích tương đương : Ftđ = Fb/n+ Ft= 904/21.09 + 326.016 = 558.54 (cm2) + Mômen tĩnh trục qua mép tiếp xúc bêtông dầm thép : Stđ = (Fb.Ycb)/n +Ft.Ytt = 4904.(-20.4)/21.09 + 326.016*67 = 17100 (cm3) + Vị trí trọng tâm tiết diện liên hợp (Yctđ1) : Yctđ = Stđ/Ftđ = 17100/558.54 = 30.6 (cm) ⇒ Vị trí trục trung hồ cách mép dầm thép phía đoạn là: 30.6 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ1) : Ytđ1 = hth + Yctđ = 108 – 30.6 = 77.4 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên dầm thép (Ytđ2) biên bêtông (Ytđ3): Ytđ2 = Ytđ3 = Yctđ = 30.6 (cm) + Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến biên bêtông (Ytđ4): Ytđ4 = hbt + Yctđ = 32 + 30.6 = 62.6 (cm) + Mơmen qn tính tiết diện liên hợp : Itđ1 = Ib/n1 + Fb.Y2ttb1/n1 + It + Ft.(Ytt - Ytđ1) = 260 193.71/21.09 + 904*(-51)2/21.09 + 577 560.8+ 326.016*(36.4)2 = 12 337.3 + 604803 + 577 560.8 + 431 958 = 626 659 (cm4) I t 626 659 = 53 159 (cm ) = yt 30.6 I t 626 659 + S 3n = 21 016 (cm ) = b = yb 77.4 + S 3n t = b) Tính tốn nội lực vị trí nối dầm tải trọng tính tốn +Vị trí nối dầm cách đầu dầm khoảng 8000 m m => vị trí cách gối khoảng 8000 – 300 = 7700 mm => ξ = x 7700 = = 0.4425 L 17400 +Nội lực tải trọng tính tốn gây vị trí nối dầm (tính cho dầm ngồi ) - Do tĩnh tải : DC1 = 13.881 N/mm V = w * L *(0.5 − ξ ) = 13.881*17400*(0.5 - 0.4425) = 13 887.94 N = 13.89 kN M = 0.5* w * L2 *(ξ − ξ ) = 0.5*13.881*17400 *(0.4425 - 0.4425 ) = 518 379 002.8 Nmm = 518.38 kNm - Do tĩnh tải : DC2 = 7.496 N/mm V = w * L *(0.5 − ξ ) = 7.496*17400*(0.5 - 0.4425) = 7499.75 N = 7.5 kN M = 0.5* w * L2 *(ξ − ξ ) = 0.5*7.496*17400 *(0.4425 - 0.4425 ) = 279 934 371.1 Nmm = 279.93 kNm 17 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP - Do hoạt tải : sơ đồ tính nội lực hoạt tải hình *) Do tải trọng 9700 V Lan = 9.3* *(9700* ) = 25 144.74 N = 25.15 kN 17400  9700  M Lan = 9.3* *  (7700 + 9700) * *7700  *10 −6 = 347.31 kNm  17400  *) Do xe Truck 9700 9700 − 4300 9700 − 2* 4300 + 145* + 35* = 128.04 kN 17400 17400 17400 9700 9700 − 4300 7700 − 4300 9700 *7700 + 145* *7700 + 35* *( *7700)] = [145* 17400 17400 7700 17400 V Tr = 145* M Tr *10 −3 M Tr = 1035.26 kNm *) Do xe Tandem 9700 9700 − 1200 + 110* = 115.06 kN 17400 17400 9700 9700 − 1200 = [110* *7700 + 110* *7700 ]*10 −3 = 885.94 kNm 17400 17400 V Tan = 110* M Tan +Vậy nội lực vị trí mối nối dầm gây hoạt tải : V = 0.95*1.75* mg V *(LL+IM) = 0.95*1.75*mg V *(1.25* Vtruck + Vlane ) 0.95*1.75*0.763*(1.25*128.04+25.15) = 187.43 kN M = 0.95*1.75* mg M (LL+IM) = 0.95*1.75* mg M (1.25* M truck + M lane ) = 0.95*1.75*0.763*(1.25*1035.26+347.31) = 2082.08 kNm c) Sức kháng bulơng Sức kháng tính tốn R r liên kết bắt bulông trạng thái giới hạn cường độ phải lấy sau : Rr = ϕ * Rn Trong : Rn - sức kháng danh định bulông , liên kết vật liệu c.1) Sức kháng danh định bulông (A6.13.2.7) +Kiểm tra điều kiện áp dụng công thức : L max = 1016 mm < 1270 mm -> Thoả mãn +Với mặt phẳng cắt khơng có ren , sức kháng bulông : Rn = 0.38* Ab * Fub * N s Trong : 18 BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG Ab= π *d2 = π * 202 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP = 314.16 mm f cf = F ub = 820 Mpa Ns = Vậy R n = 0.38*314.16*820*2 = 85 953.9 N = 195.78 kN c.2) Sức kháng cắt vât liệu liên kết (A6.13.2.9) Với bulơng có khoảng cách trống lỗ không nhỏ 2d = 20 mm : Rn = 2.4 * d * t * Fu = 2.4*20*16*250 = 192000 N = 192 kN c.3) Sức kháng cắt vật liệu liên kết (A6.13.5) Rr = ϕv * Rn = ϕv *0.58* Ag * Fy = 1.0*0.58*1016*16*0.6*250 = 1414272 N R r = 1414.27 kN c.4) Sức kháng trượt bulông Rn = K h * K s * N s * Pt = 1*0.33*2*142 = 93.7 kN Từ giá trị ta lấy sức kháng tính tốn bulơng Rr = 93.7 kN d) Tính tốn mối nối sườn dầm +Đối với dầm liên hợp , mômen sườn dầm chịu : Is I s3n I sn M s = M DC1 * + M DC * 3n + M LL + IM * n I thep I lh I lh 146722.84 186960 403664 M s = 518.38* + 279.93* + 2082.08* 577560.8 1626659 2311753 M s = 131.7+32.2+363.6 = 527.5 kNm +Lực cắt sườn dầm chịu : Vs = VDC1 + VDC + VLL + IM = 13.89+7.5+187.43 = 208.82 kN +Bố trí bulơng : Bố trí hàng đinh hàng đinh (mỗi bên) có: y1 = 84; y2 = 56 ; y3 = 28 ; → Σy2k = 10976 cm2 -Lực tác dụng lên đinh lực cắt : SV = Vs 208.82 = = 34.8 kN k -Lực tác dụng lên đinh mômen : S M ,max = M s * ymax 84 = 527.5* = 67.3 kN n * ∑ yi 6*10976*10−2 518.38*106 279.93*106 2082.08*106 + + 8620.3*103 53159*103 312399*103 f cf = 60.13+5.3+6.67 = 72.1 Mpa +Ứng suất biên dầm thép : f cf = M DC1 M DC M LL + IM + 3n + Sb Sb Sbn 518.38*106 279.93*106 2082.08*106 f cf = + + 14086.8*103 21016 *103 22980*103 f cf = 36.8+13.32+90.6 = 140.72 Mpa +Nội lực tính tốn biên dầm: Ntr = f cf * Ag = 72.1*(300*20- 2*26*20) = 369152 N = 369.2 kN Số bulông cường độ cao để liên kết : ntr = Ntr /[ S r ] = 369.2/(93.7) = 3.9 → Chọn ntr = +Nội lực tính tốn biên dầm : Nd = f cf * Ag = 140.72*(300*20-2*26*20 +400*24-2*26*24) Nd = 1922800 N = 1922.8 kN +Số bulông cường độ cao để liên kết : nd = Nd/[Sr] = 1922.8/(93.7) = 20.5 → chọn nd = 24 +Chọn tiết diện nối: - Biên : Bản phía có kích thước : 300x16 mm phía có kích thước: 100x16 mm - Tổng diện tích nối biên : F = (30*1.6 – 2*2.6*1.6) + (2*10*1.6 – 2*2.6*1.6) = 63.36 cm2 > Ftr = 60 cm2 → đảm bảo yêu cầu cấu tạo - Biên : phía có kích thước: 120x30 mm Bản phía có kích thước : 400x30 mm -Tổng diện tích nối biên (chịu kéo): F = (40*3.0 – 2*2.6*3.0) + (2*12*3.0 – 2*2.6*3.0) = 160.8 cm2 > Fd = 156 cm2 → đảm bảo yêu cầu cấu tạo Kiểm tra điều kiện : S max = SV2 + S M2 ,max ≤ S r 34.82 + 67.32 = 75.765 ≤ 93.7 Vậy liên kết bulông mối nối sườn dầm đủ chịu lực +Chọn tiết diện nối : gồm có kích thước 940X370X10 mm Tổng diện tích nối sườn Fns= 2*94*1.0 = 188 cm2 > Fs= 162.56 cm2 → đạt yêu cầu e) Tính tốn mối nối biên +Ứng suất biên dầm thép : f cf = M DC1 M DC M LL + IM + 3n + Sb Sb Sbn 19

Ngày đăng: 27/05/2019, 11:19

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan