Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương 1: Cầu giàn thép (P3) do TS. Nguyễn Ngọc Tuyển biên soạn cung cấp cho người học các kiến thức về Giàn chủ. Đây là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Xây dựng dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ mơn Cầu Cơng trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP 2 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://cauthep2.tk/ Link dự phòng: https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/ cau‐thep‐2 Hà Nội, 11‐2014 Giàn chủ (t.theo) • Để thay đổi tiết diện phù hợp với nội lưc, các thép tiết diện có bề dày bề rộng thay đổi. Tuy nhiên, phải đảm bảo điều kiện sau: – Đảm bảo phải nối nút, – Đảm bảo hoạt động thuận tiện máy hàn tự động lòng tiết diện – Đảm bảo tính dễ kiểm tra, duy tu thi cơng Thơng thường kích thước lòng tiết diện tối thiểu 350mm‐400mm • Khi thiết kế cấu tạo tiết diện cần ý h e 1,5%h – Chiều cao tiết diện không lớn 1/15 chiều dài – Hai biên 2 khoang kề khơng có độ lệch tâm độ lệch tâm không vượt 1.5% chiều cao tiết diện (Nếu không đảm bảo điều kiện cần xét tới mô men do lệch tâm tính tốn giàn) – Các thép khơng mỏng 10mm 38 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) – Bề dày bề rộng thép phải đảm bảo quan hệ t2 t1 b1 t4 C4 t3 b3 c 30 35 ; 18 20 t3 t4 b2 b3 b1 b 30 35 ; 40 45 t1 t2 – Đối với chịu nén tỉ số phải đảm bảo yêu cầu ổn định cục b1 E 1.49 t1 Fy ; b2 E 1.40 t2 Fy b3 E 1.49 t3 Fy ; c4 E 0.56 t4 Fy đó: Fy E là cường độ chảy mô mô dun đàn hồi thép 39 Giàn chủ (t.theo) • Độ mảnh giới hạn giàn quy định sau: – Thanh chịu nén: 120 – Thanh chịu kéo: 200 – Thanh chịu lực đổi dấu: 140 • Bản giằng thép có khoét lỗ làm nhiệm vụ liên kết hai nhánh (hay 2 thành đứng) tạo thành tiết diện giàn. • Bản giằng có bề dày khơng nhỏ b/45 và khơng nhỏ 8‐10mm bố trí cách khoảng c=(2‐3)b. Thông thường a không nhỏ 0.75b và ở hai đầu ađ =1.3a đối với chịu kéo ; ađ =1.7a đối với chịu nén Bản giằng Bản giằng Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 40 Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) b • Tấm thép có khoét lỗ có bề dày tương tự giằng. Lỗ có th hỡnh trũn hoc hỡnh ụvan ađ a giữ cho tiết diện hộp không bị méo do chịu lực q trình vận chuyển, trong long tiết diện có cấu tạo chắn ngang (dày từ 8‐10mm). • Các chắn ngang bố trí ở 2 đầu ở đoạn cách khoảng 3m đối với chịu nén • Đối với chịu kéo cần bố trí chắn ngang ở 2 đầu 1 bản trung gian ở giữa chiều dài 41 Giàn chủ (t.theo) b b – Cấu tạo nút gin: b b Bản đệm 910x240x4 b Nỳt gin nơi truyền lực nên quan trọng. • Hiện nay các quy tụ nút thường liên kết bulông cường độ cao. Liên kết đinh tán gặp chủ yếu cầu cũ • Liên kết hàn sử dụng do điều kiện thi cơng lắp ráp khó khăn gây ứng suất hàn. 42 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) Khi thiết kế nút giàn cần ý: • Hướng tâm giàn để tránh gây mơ men nút • Bảo đảm nối vào nút chắn • Bảo đảm thuận tiện cho việc thi công lắp ráp • Bảo đảm tính dễ kiểm tra, duy tu, bảo quản 43 Giàn chủ (t.theo) • Tính tốn giàn chủ – Tải trọng tác dụng giàn • Kết cấu nhịp giàn hệ không gian phức tạp => để đơn giản tách thành kết cấu phẳng để tính • Giàn chủ coi hệ phẳng mặt phẳng đứng chịu tác dụng tĩnh tải hoạt tải thẳng đứng truyền qua hệ dầm mặt cầu đặt nút • Tải trọng bao gồm: Tĩnh tải (DC và DW) và Hoạt tải (LL và PL) • (1). Tĩnh tải: – Trọng lượng hệ mặt cầu hệ liên kết coi phân cho giàn chủ phân bố chiều dài nhịp – Theo kinh nghiệm, trị số tĩnh tải hệ liên kết lấy 8‐10% tĩnh tải giàn chủ – Tĩnh tải trọng lượng giàn chủ xác định theo số liệu kết cấu nhịp tương tự có sẵn, hoặc 44 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) – Tĩnh tải trọng lượng giàn chủ xác định theo công thức lý thuyết Stre‐let‐ski như sau: gd aq b g cl g mc glk l Fy bl Trong đó: q = hoạt tải tác dụng giàn (là tải trọng tương đương với đường ảnh hưởng tam giác có đỉnh ở ¼ nhịp có kể tới hệ số tải trọng, hệ số xung kích, hệ số phân phối ngang. Theo tiêu chuẩn 272‐05, hoạt tải HL‐93 nên kỹ sư thiết kế phải tự xác định trị số tải trọng tương đương này) gd, gcl, gmc, glk = trọng lượng thân giàn chủ, các lớp mặt cầu, hệ mặt cầu, hệ liên kết cho 1 m dài giàn chủ l = chiều dài nhịp tính tốn Fy = sức kháng tính toán vật liệu giàn ϒ = dung trọng thép a, b = các hệ số, đối với giàn đơn giản lấy a = b = 3.5 45 Giàn chủ (t.theo) Trị số gd xác định trị số lý thuyết, do đó cần phải kể thêm hệ số cấu tạo 1.5‐1.8 • (2). Hoạt tải – Hoạt tải HL93 và PL như quy định tiêu chuẩn thiết kế cầu – Hệ số phân bố ngang cầu giàn xác định theo nguyên tắc đòn bảy – Xác định nội lực • Mặc dù liên kết giàn nút liên kết cứng tải trọng chủ yếu đặt nút giàn nên xác định nội lực giàn theo sơ đồ giàn có liên kết khớp nút • Để tính trị số nội lực cần phải vẽ đường ảnh hưởng nội lực tương ứng xếp tải lên đường ảnh hưởng tìm nội lực bất lợi 46 Bộ mơn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) – Thiết kế tiết diện giàn Thông thường thiết kế tiết diện tiến hành theo bước sau: • Sơ xác định tiết diện • Căn vào yêu cầu quy định cấu tạo, giả thiết thép thành phần tiết diện • Kiểm tốn khả chịu lực tiết diện Diện tích sơ tiết diện xác định theo cơng thức: A Pu Fy đó: – Pu = Nội lực – Fy = Cường độ vật liệu – ξ = Độ dự trữ xét tới yếu tố ảnh hưởng tới làm việc hữu hiệu tiết diện 47 Giàn chủ (t.theo) – Kiểm tốn tiết diện giàn • Đối với chịu kéo (điều 6.8.2.1): y Fy Ag Pu Pr u Fu AnU Pu = Hiệu ứng lực dọc trục do tải trọng tính tốn gây Pr = Sức kháng kéo tính tốn Trong đó: ϕy = Hệ số sức kháng, lấy 0.95 ϕu = Hệ số sức kháng, lấy 0.8 Fy = Cường độ chảy thép Fu = Cường độ cực hạn thép Ag = Diện tích tiết diện nguyên An = Diện tích tiết diện giảm yếu U = Hệ số triết giảm xác định sau: » U = 1 đối với thành phần tác dụng lực truyền tới tất cấu kiện » Thơng thường lấy U = 0.85 48 Bộ mơn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Đối với chịu kéo uốn đồng thời (điều 6.8.2.3): Pr M M uy Pu ux Pr M rx M ry Pu 0.2 kiểm tra: Pr Pu M ux M uy 1.0 Pr M rx M ry Nếu Pu 0.2 kiểm tra: Nếu 1.0 Trong đó: Pu = Hiệu ứng lực dọc trục do tải trọng tính tốn gây Pr = Sức kháng kéo tính tốn Mux ; Muy = Mô men uốn do tải trọng tương ứng trục x và y Mrx ; Mry = Sức kháng uốn tiết diện tương ứng trục x và y 49 Giàn chủ (t.theo) Sức kháng uốn tính tốn Mr xác định sau: Mr = ΦfMn = 1.0Mn Trong đó, Mn sức kháng uốn danh định • Đối với tiết diện chữ H khi uốn mặt phẳng đứng Mn = Mp , Mp = sức kháng uốn tiết diện bị chảy dẻo toàn bộ. 1 • Tiết diện chữ H uốn mặt phẳng nằm ngang theo quy định dầm I nghiên cứu ở Học phần Cầu thép 2 50 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Đối với tiết diện hình hộp b 2 0.064 Fy Sl M n Fy S 1 AE Iy x x Trong đó: Fy = Cường độ chảy dẻo tiết diện S = Mơ men chống uốn A = Diện tích bao quanh đường tim thép tạo thành tiết diện l = Chiều dài không liên kết phương vng góc với phương chịu uốn Iy = Mơ men qn tính trục vng góc với phương uốn b = Khoảng cách tĩnh thép tạo thành tiết diện δ = Bề dày tương ứng thép 51 Giàn chủ (t.theo) • Đối với chịu nén (điều 6.9.2.1): Pu = Hiệu ứng lực dọc trục do tải trọng tính tốn gây Pr = Sức kháng nén tính tốn Pu Pr c Pn Trong đó: ϕc = Hệ số sức kháng nén, lấy 0.9 Pn = Trị số sức kháng nén danh định, xác định sau: • Nếu λ ≤ 2.25 thì Pn = 0.66λFyA • Nếu λ > 2.25 Pn 0.88Fy A với Kl Fy r E A = Diện tích tiết diện nguyên Fy ; E = Cường độ chảy mô đun đàn hồi tiết diện K = Hệ số chiều dài (lấy 0.75) L = chiều dài khơng giằng r = Bán kính qn tính 52 Bộ mơn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Đối với chịu nén uốn đồng thời (điều 6.9.2.2): Pr M M uy Pu ux Pr M rx M ry Pu 0.2 kiểm tra: Pr Pu M ux M uy 1.0 Pr M rx M ry Nếu Pu 0.2 kiểm tra: Nếu 1.0 Trong đó: Pu = Hiệu ứng lực dọc trục do tải trọng tính tốn gây Pr = Sức kháng nén tính tốn Mux ; Muy = Mơ men uốn do tải trọng tương ứng trục x và y Mrx ; Mry = Sức kháng uốn tiết diện tương ứng trục x và y 53 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD .. .Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11 /14 /2 014 Giàn chủ (t.theo) – Bề dày bề rộng thép phải đảm bảo quan hệ t2 t1 b1 t4 C4 t3 b3 c 30 35 ; 18 20 t3 t4 b2 b3 b1 b 30 35... hàn. 42 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11 /14 /2 014 Giàn chủ (t.theo) Khi thiết kế nút giàn cần ý: • Hướng tâm giàn để tránh gây mô men nút • Bảo đảm nối vào nút chắn... dẻo tồn bộ. 1 • Tiết diện chữ H uốn mặt phẳng nằm ngang theo quy định dầm I nghiên cứu ở Học phần Cầu thép 2 50 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11 /14 /2 014 Giàn chủ