Tải bản đầy đủ

Nguyễn văn HIền MSHSSV 121106007

Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ VÀ TÍNH
TOÁN NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ.......................................................4
1.1. Số liệu đầu vào:.........................................................................................................4
1.1.1. Đề tài:.............................................................................................................4
1.1.2. Số liệu thiết kế:................................................................................................4
1.1.3. Tiêu chuẩn áp dụng:........................................................................................4
1.2. Thiết kế cấu tạo:.........................................................................................................4
1.2.1. Lựa chọn loại vât liệu:....................................................................................4
1.2.1.1. Bê tông:................................................................................................................ 4
1.2.1.2.Thép:.............................................................................................................4
1.2.2. Thiết kế mặt cắt ngang:...................................................................................4
1.2.2.1. Mặt cắt ngang:.............................................................................................4
1.2.2.2. Chiều dày bản mặt cầu:...............................................................................5
1.2.2.3. Các lớp phủ mặt cầu:...................................................................................5
1.2.3. Lựa chọn tiết diện dầm chủ:............................................................................6
1.2.3.1. Chọn chiều cao dầm chủ:.............................................................................6

- Chọn chiều cao dầm chủ theo 2 điều kiện sau:.......................................................6
1.2.3.2. Chọn tiết diện vách dầm, bản biên và bản táp :...........................................6
- Vì ta dự kiến sẽ dùng cùng một loại thép công trình cho tất cả các chi tiết nên tiết
diện được coi là đồng nhất. Do đó hệ số lai Rh = 1.0................................................6

CHƯƠNG II: NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC
TRẠNG THÁI GIỚI HẠN.....................................................................8
2.1. Các giai đoạn làm việc của dầm chủ và tải trọng tác dụng ứng với từng giai đoạn:. 8
2.1.1. Giai đoạn 1:....................................................................................................9
......................................................................................................................................... 10
Hình 2.1. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 1.................................................10
2.1.2. Giai đoạn 2:..................................................................................................10
......................................................................................................................................... 11
......................................................................................................................................... 11
Hình 2.2. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 2.................................................11
- Momen kháng uốn:.......................................................................................................11
2.1.3. Giai đoạn 3:..................................................................................................11
......................................................................................................................................... 12
......................................................................................................................................... 12
Hình 2.3. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 3.................................................12
- Momen kháng uốn:.......................................................................................................13
2.2. Tính toán nội lực dầm chủ:......................................................................................13
2.2.1. Tính hệ số phân bố ngang:............................................................................13
SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:1


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

2.2.2. Tính nội lực dầm chủ:...................................................................................18
2.2.2.1. Tính nội lực do hoạt tải gây ra tại các mặt cắt đặc trưng:.........................18
2.2.2.1.1.Tính toán mômen :....................................................................................18
Lực cắt tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau:.......................................21
2.2.2.2. Tính nội lực do tỉnh tải gây ra tại các mặt cắt đặc trưng:..........................24
2.2.2.2.1.Tính toán tỉnh tải :....................................................................................24
2.2.2.2.1.Tính toán momen do tỉnh tải gây ra :.......................................................28
2.2.2.2.2.Tính toán lực cắt do tỉnh tải gây ra :........................................................28

2.2.3. Xác định Mômen chảy My và Mômen dẻo Mp:.............................................29
2.2.3.1. Xác định Mômen chảy My :........................................................................29
2.2.3.2. Xác định Mômen dẻo Mp:..........................................................................29
2.3. Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn :...........................................................31
2.3.1. Trạng thái giới hạn cường độ 1:...................................................................31
2.3.2. Trạng thái giới hạn sử dụng 1:......................................................................32
2.3.3. Trạng thái giới hạn sử dụng 2:......................................................................32
2.3.4. Trạng thái giới hạn mỏi:...............................................................................33
2.4. Xác định ứng suất trong các giai đoạn:...................................................................34
2.4.1. Giai đoạn 1:..................................................................................................34
2.4.2. Giai đoạn 2:..................................................................................................34
2.4.3. Giai đoạn 3:..................................................................................................34

CHƯƠNG III: KIỂM TOÁN DẦM CHỦ..........................................35
3.1. Kiểm toán các điều kiện để đảm bảo ổn định :.........................................................35
3.1.1. Mất ổn định của vách dầm:...........................................................................35
3.1.2. Yêu cầu tiết diện đặc chắc đối với vách:.......................................................36
3.1.3. Mất ổ định cục bộ của bản biên chịu nén:.....................................................36
3.1.4. Mất ổn định tổng thể:....................................................................................36
3.2. Kiểm toán dầm chủ theo TTGH cường độ 1:...........................................................37
3.2.1. Kiểm tra Sức kháng uốn:...............................................................................37
3.2.2. Sức kháng cắt:...............................................................................................37
3.3. Kiểm toán dầm chủ theo TTGH sử dụng :................................................................39
3.3.1. Kiểm tra trạng thái ứng suất :.......................................................................39
3.3.2. Kiểm tra độ võng của dầm:...........................................................................40
3.4. Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi ở tiết diện giữa nhịp:...........................................41
3.4.1. Chu kỳ tải trọng:...........................................................................................41
3.4.2. Biên độ ứng suất cho phép mỏi:....................................................................42
3.4.3. Biên độ ứng suất lớn nhất:............................................................................42
3.4.4. Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi ở tiết diện tại gối:.....................................43
3.5. Cắt bớt bản biên:.....................................................................................................44
3.5.1.Vẽ biểu đồ Mômen uốn của dầm:...................................................................44
3.5.2.Vẽ biểu đồ Bao vật liệu của dầm:...................................................................45
................................................................................................................................. 46
SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:2


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƯỜN TĂNG CƯỜNG. .47
4.1. Kiểm tra xem có cần phải sử dụng sườn tăng cường dọc hay không:......................47
4.2.Tính toán sườn tăng cường đứng tại gối:..................................................................47
4.2.1. Kiểm tra yêu cầu về độ mảnh:.......................................................................47
4.2.2. Kiểm tra yêu cầu về độ cứng:........................................................................48
4.2.3. Kiểm tra về cường độ:...................................................................................49
4.2.4. Sức kháng của gối:........................................................................................50
4.2.5. Sức kháng nén dọc trục :...............................................................................50
4.3.Tính toán sườn tăng cường đứng trung gian:...........................................................51
4.3.1. Yêu cầu về độ mảnh:.....................................................................................52
4.3.2. Kiểm tra về độ cứng:.....................................................................................53
4.3.3. Kiểm tra về cường độ:...................................................................................54

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM CHỦ..............................55
5.1. Giới thiệu chung:.....................................................................................................55
5.1.1. Phân loại các kiểu mối nối:...........................................................................55
5.1.2. Phân đoạn dầm chủ:.....................................................................................55
5.2. Tính toán:.................................................................................................................57
5.2.1.Tính toán nội lực tại tiết diện mối nối:...........................................................57
5.2.1.1. Mômen tại mối nối:....................................................................................57
5.2.2. Xác định sức kháng danh định của một bulông:............................................59
5.2.2.1. Sức kháng cắt của bulông: (A.6.13.2.7).....................................................59
5.2.2.3. Sức kháng trượt của bulông: (A.6.13.2.8)..................................................60
5.2.3. Tính toán số bulông cho mối nối biên dầm:..................................................60
Tính toán ứng suất tại mối nối theo TTGH sử dụng 2:....................................................60
5.2.4. Tính toán mối nối sườn dầm chủ:..................................................................62
Giai đoạn 1:............................................................................................................62
......................................................................................................................................... 64
Hình 2.1. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 1.................................................64
Giai đoạn 2:.................................................................................................................... 64
......................................................................................................................................... 65
......................................................................................................................................... 65
Hình 2.2. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 2.................................................65
Giai đoạn 3:.................................................................................................................... 65
......................................................................................................................................... 66
......................................................................................................................................... 66
Hình 2.3. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 3.................................................66
......................................................................................................................................... 66
5.3. Tính toán mối hàn:...................................................................................................69
5.3.1. Tính toán sức kháng của mối nối hàn góc:....................................................69
SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:3


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

5.3.2. Cấu tạo mối hàn góc trong tiết diện dầm chủ................................................70

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT............75
6.1.Tính toán neo chống cắt :..........................................................................................75
6.4. Hệ liên kết ngang.....................................................................................................79

CHƯƠNG I: LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ VÀ TÍNH TOÁN
NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ
1.1. Số liệu đầu vào:
1.1.1. Đề tài:
- Thiết kế cầu: Cầu dầm thép liên hợp.
1.1.2. Số liệu thiết kế:
- Chiều dài nhịp tính toán:
Ltt= 25 (m).
- Khổ cầu:
K = 7 + 2 ×1.25(m).
- Tải trọng thiết kế:
Hoạt tải HL93.
Tải trọng người: 3.6 (KN/m2).
1.1.3. Tiêu chuẩn áp dụng:
Tiêu chuẩn thiết kế được áp dụng là tiêu chuẩn 22TCN 272 - 05.
1.2. Thiết kế cấu tạo:
1.2.1. Lựa chọn loại vât liệu:
1.2.1.1. Bê tông:
- Cường độ chịu nén : fc’= 30 (Mpa).
3
- Trọng lượng bản thân : γ c = 2.5 (T/m ).

- Môđun đàn hồi bê tông :

E s = 0.043 × γ c1.5 ×

f c ' = 0.043 × 25001.5 × 30 = 29440.1 ( Mpa)

(1.1)

1.2.1.2.Thép:
Theo AASHTO chọn hợp kim thấp cường độ cao M270 cấp 345
- Cường độ chịu kéo min : fu= 450 (Mpa)
- Cường độ chảy min : fy= 345 (Mpa)
- Môđun đàn hồi : E= 200000 (Mpa )
3
- Trọng lượng riêng : γ s = 7.85 (T/m )
1.2.2. Thiết kế mặt cắt ngang:
1.2.2.1. Mặt cắt ngang:
- Chiều dài nhịp tính toán : Ltt= 25 (m) .
- Chiều rộng phần xe chạy: W = 7 (m).
- Chiều rộng phần người đi bộ: T = 1.25 (m)

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:4


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

- Chọn dạng bố trí phần người đi bộ cùng mức với phần xe chạy, dùng vạch sơn phân làn
(vạch sơn liên tục) để phân cách giữa người đi bộ và làn xe.
- Chiều rộng cột lan can: Blc = 0.5 (m).
- Chiều rộng vạch sơn phân làn :Bvs =0.25 (m)
Vậy: Chiều rộng toàn mặt cầu được xác định:
B = W+ 2.T+ 2.Bvs+ 2.Blc
= 7+ 2 ×1.25 + 2 × 0.25+2 × 0.5= 11 (m)
- Số dầm chủ : Nb = 5 dầm .
- Khoảng cách giữa 2 dầm chủ :

S=

B 11000
=
= 2200 (mm)
Nb
5

(1.2)

⇒ chọn S = 2200(mm) .

- Khoảng cách với phần cánh hẫng :
B-(N b −1) × S 11000 − (5 −1) × 2200
SK =
=
= 1100 (mm) (1.3)
2
2
1.2.2.2. Chiều dày bản mặt cầu:
- Ta có các yêu cầu về cấu tạo:
+ Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT được quy định ở điều {A9.7.1.1} là
175(mm) (chưa kể lớp hao mòn).
+ Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêm lớp hao mòn 15 (mm)
Vậy ta quyết định chọn chiều dày bản mặt cầu ts = 200 (mm)
+ Chiều cao đoạn vuốt là: t0 = 50(mm)
1.2.2.3. Các lớp phủ mặt cầu:
- Lớp Bêtông nhựa dày: 0.07 (m)
- Lớp phòng nước dày: 0.004 (m)

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:5


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

1250

250

7000/2

LỚP BÊ TÔNG ATPHAN DÀY 7CM
LỚP PHÒNG NƯỚC DÀY 0.4CM
BẢN MẶT CẦU BTCT f'c=30Mpa DÀY 20CM

1210

500

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

1.5%

1.5%

1.5%

900
1100

2200

900
2200

2200

2200

1150

600

60O 300

1250

1.5%

2200

2200

Hình 1.1. Dạng mặt cắt ngang cầu.
1.2.3. Lựa chọn tiết diện dầm chủ:
1.2.3.1. Chọn chiều cao dầm chủ:
- Chọn chiều cao dầm chủ theo 2 điều kiện sau:
+ Theo kinh nghiệm thiết kế:

25600
 L L  25600
d =  ÷ ÷=

= 1024 ÷ 1422(mm)
25
18
25
18



(1.4)

+ Theo giá trị min:

d ≥ d min = 0.033 × L = 0.033 × 25600 = 844,8( mm)

(1.5)

Căn cứ vào hoạt tải là HL93 và 2 điều kiện trên ta chọn chiều cao dầm chủ là 1250mm.
1.2.3.2. Chọn tiết diện vách dầm, bản biên và bản táp :
- Vì ta dự kiến sẽ dùng cùng một loại thép cơng trình cho tất cả các chi tiết nên tiết diện
được coi là đồng nhất. Do đó hệ số lai Rh = 1.0.
1.2.3.2.1. Cấu tạo vách dầm:
 Các cơ sở để chọn tiết diện: ( Theo 22 TCN 272 - 05)
Chiều dày của sườn dầm phải thỗ mãn tw ≥ 8 (mm), ta có thể lấy theo cơng thức kinh
nghiệm :
tw = 3×d + 7 = 3×1.25 + 7 =10.75(mm)
(1.6)
Và tw khơng được nhỏ hơn 10mm đối với dầm tán đinh và 12mm đối với dầm hàn.
Vậy ta chọn tw = 14 (mm).
1.2.3.2.2. Cấu tạo bản biên:
SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:6


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

+ Bản biên (lựa chọn để đảm bảo ổn định cục bộ và ổn định tổng thể).
+ Bề rộng không nhỏ hơn 1/6 chiều cao dầm và không nhỏ hơn 1/20 khoảng cách
giữa các điểm được liên kết cố định trong phương ngang.
+ Bề rộng bản biên không lớn hơn 30tw và 800mm
Ta có: tc ≥ 1.1× tw = 1.1×14= 15.4 (mm)
(1.7)
Chiều cao sườn dầm Lấy sơ bộ D=0.95×d=0.95×1.25=1194(mm)
1
× D ≤ bc ≤ 30 × tc ≈ 229 ≤ bc ≤ 480 (1.8)
6
* Bản biên trên:
Ta chọn: + tc = 18(mm)
+ bc = 250(mm)
* Bản biên dưới:
Với điều kiên tương tự khi chọn bản biên trên.
Ta chọn: + t f = 18(mm)
+ b f = 300(mm)
*Bản táp:
Ta lựa chọn thêm bản táp hàn vào bản biên phía dưới có bề rộng bf’=400mm và chiều
dày bản táp là 20mm.

Chiều
cao
h(mm)
1250

Bảng 1.1. Bảng chọn các giá trí của dầm chủ
Vách dầm
Bản biên trên
Bản Biên dưới
D(mm) tw(mm) bc (mm)
1194
14
250

tc (mm)
18

Bản Táp

b f (mm)

t f (mm)

b f ' (mm)

t f ' (mm)

300

18

400

20

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:7


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

Hình 1.2. Mặt cắt ngang dầm chủ

CHƯƠNG II: NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC TRẠNG
THÁI GIỚI HẠN
2.1. Các giai đoạn làm việc của dầm chủ và tải trọng tác dụng ứng với từng giai đoạn:
Xác định bề rộng bản có hiệu đối với dầm trong :
L
 25000
4
 4 = 6250(mm)


bi = min S
= min 2200( mm)
(2.1)


b
250
12 × t s + max(t w , c )
12 × 200 + max(14,
) = 2525( mm)
2
2


Vậy bề rộng có hiệu của bản mặt cầu đối với dầm trong là: bi = 2200(mm).
Xác định bề rộng bản có hiệu đối với dầm biên :

L
8

S
2200
b e = + min  S Hang
=
+ min
2
2

6 × ts + max( tw , bc )

2 4

 25000
 8 = 3125(mm)

(2.1)
1100( mm)

14 250
6 × 200 + max( ,
) = 1262.5( mm)
2 4


Vậy bề rộng có hiệu của bản mặt cầu đối với dầm biên là: be = 2200( mm).
SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:8


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

2.1.1. Giai đoạn 1:
Lắp dựng kết cấu nhịp trên nền đường, lao kéo kết cấu nhịp ra vị trí mố trụ, thi công
bê tông bản mặt cầu, bê tông bản mặt cầu chưa đông cứng.
+ Tiết diện chịu lực: dầm thép.
+ Tải trọng: Tải trọng dầm chủ.
Tải trọng hệ liên kết.
Tải trọng hệ bản mặt cầu.
 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép:
- Diện tích mặt cắt ngang của dầm thép:
A=250×18+1194×14+300×18+400×20 = 34616(mm2).
- Mô men tĩnh với trục X-X: (X-X là trục đi qua mép dưới của bản táp).
x−x
QNC
=250×18× (1250-18×0.5)+1194×14× (0.5×1194+18+20)+ 300×18× (0.5×18+20)

+400× 20× (0.5×20) = 16435760( mm3).
- Khoảng cách từ trục trung hòa NC-NC của tiết diện NC tới trục X-X :
Q X − X 16435760
b
= NC =
= 474.8(mm).
+ YNC
A
34616
t
b
+ YNC = d − YNC = 1250 – 474.8 =775.2 (mm).

- Mô men quán tính của tiết diện đối với với trục trung hòa NC-NC :
b
3
3
t
t
tc 3
tc 2
(YNC
− tc )3 tw × (YNC − t f − t f ' ) b f × t f
t
b
I = bc × + bc × tc × (YNC − ) + t w ×
+
+
+ b f × t f × (YNC
− t f ' − f )2
12
2
3
3
12
2
3
b ×t
t
b
+ f ' f ' + b f ' × t f ' × (YNC
− f ' )2
12
2
3
18
18
(775.2 − 18)3 14 × (474.8 − 18 − 20)3 300 ×183
I −I
⇔ I NC
= 250 ×
+ 250 × 18 × (775.2 − ) 2 + 14 ×
+
+
12
2
3
3
12
3
18
400 × 20
20
+300 × 18 × (474.8 − 20 − ) 2 +
+ 400 × 20 × (474.8 − ) 2
2
12
2
I −I
6
4
⇔ I NC = 7858.7 × 10 (mm )
I −I
NC

- Mômen kháng uốn tại thớ của tiết diện :
+Thớ dưới:

b
S NC
=

t
+Thớ Trên: S NC =

I −I
I NC
7858.7 ×106
=
= 16.55 ×106 (mm3 ).
b
YNC
474.8
I −I
I NC
7858.7 ×106
=
= 10.13 ×106 (mm3 ).
t
YNC
775.2

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:9


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

Hình 2.1. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 1
2.1.2. Giai đoạn 2:
Bê tông bản mặt cầu đã đông cứng.
+ Tiết diện chịu lực: dầm thép liên hợp dài hạn.
+ Tải trọng: Tải trọng lan can tay vịn.
Tải trọng lớp phủ mặt cầu.
 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép dài hạn:
- Bề rộng chuyển đổi bản bê tông:

btr , LT =

be
2200
=
= 91,67(mm). (2.2)
3× n 3× 8

- Diện tích tiết diện dài hạn:
ALT = A + btr , LT × ts = 34616 + 91,67 × 200 = 52950(mm 2 ). (2.3)
- Momen tĩnh đối với trục NC:
t
t
QLT = btr , LT × ts × ( s + t h + y NC
)
2
(2.4)
200
5
3
= 91,67 × 200 × (
+ 50 + 775.2) = 169.6 ×10 ( mm ).
2

- Trục trung hòa LT dời trục 1 đoạn:

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:10


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

QLT 169,6 ×105
b=
=
= 320,3(mm).
ALT
52950
t
YLTt = YNC
− b = 775.2 − 320,3 = 454,9(mm).

YLTb = YNCb + b = 474.8 + 320,3 = 795,1(mm).
YLTtc = YLTt + t h + t s = 454,9 + 50 + 200 = 704.9(mm).
- Momen quán tính:

1
t
tc
× btr , LT × ts3 + btr , LT × ts × ( yLT
− s ) 2 = 7858.7 × 106 + 34616 × 320.32
12
2
1
200 2
+ × 91.67 × 2003 + 91.67 × 200 × (704.9 −
) = 1817.96 × 106 ( mm 4 )
12
2
I LT = I NC + ANC × b 2 +

Hình 2.2. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 2
- Momen kháng uốn:
+Thớ dưới: S

b
LT

I LT 1817.68 ×106
= b =
= 22.86 ×106 (mm3 ).
YLT
795.1

t
+Thớ Trên: S LT =

S

tc
LT

I LT 1817.68 ×106
=
= 39.95 ×106 (mm3 ).
YLTt
454.9

tc
I LT
1817.68 ×106
= tc =
= 25.78 ×106 (mm 3 ).
YLT
704.9

2.1.3. Giai đoạn 3:
Bê tông bản mặt cầu đã đông cứng.

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:11


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

+ Tiết diện chụi lực: dầm thép liên hợp ngắn hạn.
+ Tải trọng: Hoạt tải xe.
Tải trọng người.
 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép ngắn hạn:
- Bề rộng chuyển đổi bản bê tông:

btr ,ST =

be 2200
=
= 275(mm).
n
8

- Diện tích tiết diện ngắn hạn:
AST = A + btr ,ST × ts = 34616 + 275 × 200 = 89616(mm 2 ).
- Momen tỉnh đối với trục NC:

t
200
t
QST = btr ,ST × t s × ( s + t h + y NC
) = 275 × 200 × (
+ 50 + 775.2) = 508.8 × 105 (mm3 ).
2
2
- Trục trung hòa NC dời trục 1 đoạn:
QST 508.8 ×105
c=
=
= 567.8(mm).
AST
89616
t
YSTt = YNC
− c = 775.2 − 567.8 = 207.37(mm).
b
YSTb = YNC
+ c = 474.8 + 567.8 = 1042.6(mm).

YSTtc = YSTt + t h + t s = 207.37 + 50 + 200 = 457.37( mm).

Hình 2.3. Đặc trưng hình học của dầm chủ giai đoạn 3

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:12


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

- Momen quán tính:
t
1
tc
× btr , ST × t s3 + btr ,ST × t s × ( y ST
− s ) 2 = 7858.7 ×106 + 34616 × 567.82
12
2
1
200 2
+ × 275 × 2003 + 275 × 200 × (457.37 −
) = 26226.35 ×10 6 ( mm 4 )
12
2
I ST = I NC + ANC × c 2 +

- Momen kháng uốn:
b
+Thớ dưới: S ST =

t
+Thớ Trên: S ST =

tc
S ST
=

I ST 26226.35 ×106
=
= 25.15 ×106 (mm 3 ).
b
YST
1042.6
I ST 26226.35 ×106
=
= 126.47 ×106 (mm3 ).
t
YST
207.37

I ST 26226.35 ×106
=
= 55.34 ×106 (mm 3 ).
YSTtc
457.37

2.2. Tính toán nội lực dầm chủ:
2.2.1. Tính hệ số phân bố ngang:
Theo AASHTO thì số làn xe là phần nguyên của tỉ số giữa bề rộng cầu và 3500mm
(bề rộng làn xe thiết kế ).
 7000 
= [ 2] = 2làn
W = 7(m) => Số làn xe thiết kế là: 
 3500 
a. Tính toán hệ số phân bố ngang cho mômen của dầm ngoài:
 Trường hợp 1 làn chất tải (xe lấn làn, không có người đi bộ): Dùng phương pháp
đòn bẩy xác định hệ số phân bố ngang.

2200

1100

0.18
1

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:13


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

Hình 2.4. Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối
–Hệ số phân bố ngang cho momen :

mg MSE = m ×

1
1
yi = 1.2 × × (1 + 0.18) = 0,708

2
2

 Trường hợp 1 làn chất tải (xe đúng làn, có người đi bộ): Dùng phương pháp đòn
bẩy xác định hệ số phân bố ngang.

2200

1100

0.58
1

Hình 2.5. Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối
–Hệ số phân bố ngang cho momen :

mg MSE = m ×

1
1
yi = 1.2 × × 0.58 = 0.348

2
2

 Hai hoặc nhiều làn chất tải :
mg MME = em × mg MMI
Trong đó:
- em : hệ số điều chỉnh dầm trong ra dầm ngoài.

em = 0.77 +

de
500
= 0.77 +
= 0.948 ⇒ em = 1
2800
2800

-

dc : khoảng cách từ tim dầm biên tới mép trong của lan can.
(–300 ≤ de ≤ 1700)
MI
 Xác định hệ số phân bố ngang cho momen dầm trong : mg M
Công thức xác định theo AASHTO:
1100≤ S= 2200 ≤4900(mm) ; 110 ≤ ts=200 ≤300(mm) ; 6000 ≤ L ≤ 73000(mm)
mgMMI= 0,075 + (

S 0,6 S 0,2 K g 0,1
) ( ) ( 3)
2900
L
Lts

(2.6)

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:14


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

Trong đó:
2
Kg :tham số độ cứng . K g = n.( I d + A.eg )
S : khoảng cách giữa 2 dầm chủ. S = 2200 (mm).
Với
+ Id : mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục trung hòa ở giai đoạn chưa liên
Id= 7858.7 × 106 ( mm 4 ).

hợp.

+A : diện tích của dầm thép. A=34616 (mm2).
+eg : khoảng cách giữa các trọng tâm bản mặt cầu và trọng tâm dầm thép.
t
eg = 0.5 × ts + th + YNC
= 0.5 × 200 + 50 + 775.2 = 925.2( mm)

+n -Tỷ lệ môdun đàn hồi của thép làm dầm và bêtông làm bản mặt cầu :
n=

E s E dam
=
Ec Ebmc

'
- Có thể tra bảng 5.1 sách thiết kế cầu thépTỷ số n.Với 25 ≤ f c = 30( Mpa ) ≤ 32( Mpa)
suy ra:n=8.

K g = n.( I d + A × eg2 ) = 8 × (7858.7 × 106 + 34616 × 925.2 2 ) = 2.99 × 1011 ( mm 4 ).

Ta có :

2.99 ×1011
⇒( 3) = (
) = 1.45
L.ts
25600 × 2003
Thay các giá trị vào công thức (2.6) ta có :
Kg

mg MMI = 0.075 + (

2200 0.6 2200 0.2
) ×(
) × 1.450.1 = 0.62
2900
25000

Chọn giá trị max để tính toán:
M
+Trường hợp 1 làn chất tải : mg LL = 0.62
M
+Trường hợp 2 làn chất tải : mg LL = 0.708

b. Tính toán hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm ngoài:
 Trường hợp 1 làn chất tải (xe lấn làn, không có người đi bộ): Dùng phương pháp
đòn bẩy xác định hệ số phân bố ngang.

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:15


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

2200

1100

0.18
1

Hình 2.6. Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối
–Hệ số phân bố ngang cho lực cắt :

mgVSE = m ×

1
1
yi = 1.2 × × (1 + 0.18) = 0.708

2
2

 Trường hợp 1 làn chất tải (xe đúng làn, có người đi bộ): Dùng phương pháp đòn
bẩy xác định hệ số phân bố ngang.

2200

1100

0.58
1

Hình 2.7. Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối
–Hệ số phân bố ngang cho lực cắt:

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:16


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

mgVSE = m ×

1
1
yi = 1.2 × × 0.58 = 0.348

2
2

 Hai hoặc nhiều làn chất tải :
mgVME = em × mgVMI
Trong đó:
- em : hệ số điều chỉnh dầm trong ra dầm ngoài.

em = 0.6 +

de
500
= 0.6 +
= 0.767 ⇒ em = 0.767
3000
3000

-

dc : khoảng cách từ tim dầm biên tới mép trong của lan can.
(–300 ≤ de ≤ 1700)
Đk áp dụng:
1100≤ S= 2200 ≤4900(mm) ; 110 ≤ ts=200 ≤300(mm) ;6000≤L≤ 73000(mm)
Công thức xác định theo AASHTO
mgVMI = 0.2 +

2200 2200 2
S
S
) 2 =0.2 +
−(
)
-(
3600 10700
3600 10700

= 0.7688

V
Chọn giá trị max để tính toán: em × mg LL = 0.783 × 0.7688 = 0.589

c. Tính toán hệ số phân bố ngang do hoạt tải đoàn người gây ra cho dầm biên:
Hệ số phân bố ngang của hoạt tải đoàn người tính bằng phương pháp đòn bẩy :

2200

1100

1.5

1.256

1

0.7

Hình 2.8. Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối
Ta có :

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:17


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

1
g PL = ω PL = × 1.25 × (1.256 + 0.7) = 1.225
2

Bảng 2.1. Bảng tổng kết hệ số phân bố ngang dầm ngoài
Hệ số phân bố
Ký hiệu
Xe chạy đúng làn
Xe chạy lấn làn
ngang
Mômen
mgLLM
0.62
0.708
V
Lực cắt
mgLL
0.589
0.708
Đoàn người
gPL
1.225
2.2.2. Tính nội lực dầm chủ:
2.2.2.1. Tính nội lực do hoạt tải gây ra tại các mặt cắt đặc trưng:
2.2.2.1.1.Tính toán mômen :
–Theo trạng thái giới hạn cường độ 1:

(

M
M
M kCĐ( LL1 + PL ) = η × mg LL
× γ LL × ( 1 + IM ) × ∑ Pi × yi + 9.3 × ω  + g PL
× γ PL × PL × ω

–Theo trạng thái giới hạn sử dụng:

M
M
M kSD( LL +PL ) = mg LL
×
( 1 + IM ) × ∑Pi × yi + 9.3 ×ω
 + g PL × PL ×ω

Trong đó :
+ Pi – trọng lượng các trục xe
+ yi – tung độ đường ảnh hưởng
+ ω –diện tích đường ảnh hưởng.
+ (1 + IM): hệ số xung kích.
M

M

+ mg LL , g PL : hệ số phân bố tải trọng đối với mômen.
a. Tính toán mômen tai vị trí mặt cắt giữa nhịp (L/2):
1.2
110

4.3
145

4.3
35

145

DC
DW
4.1

6.25 5.65

4.1
W= 78.125

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:18

)


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

Hình 2.9. Đường ảnh hưởng momen tại vị trí mặt cắt giữa nhịp (L/2)
Bảng 2.2. Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/2 của dầm thiết kế:
Loại xe L(m) x(m) Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
145
4.1
594.5
Xe 3 trục
145
6.25
906.25
1644.25
25
12.5
35
4.1
143.5
1644.25
110
6.25
687.5
Xe 2 trục
1309
110
5.65
612.5
b. Tính toán mômen tai vị trí mặt cắt (3L/8):
1.2
110

4.3
145

3.17

4.3
35

145

5.86 5.41

4.24
W = 73.25

9375

15625

Hình 2.10. Đường ảnh hưởng momen tại vị trí mặt cắt (3L/8)
Bảng 2.3. Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện 3L/8 của dầm thiết
kế:
Loại xe L(m) x(m) Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
xe 3 trục
145
5.86
849.7
145
3.17
459.65
1475.75
25
9.375
35
4.24
148.4
1475.75
xe 2 trục
110
5.86
644.6
1239.7
110
5.41
595.1

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:19


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

c. Tính toán mômen tai vị trí mặt cắt (L/4):
1.2
110
145

4.3

4.3

35

145

4.68 4.38

2.53

3.61

W= 58.5
6250

18750

Hình 2.11. Đường ảnh hưởng momen tại vị trí mặt cắt (L/4)
Bảng 2.4. Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/4 của dầm thiết kế:
Loại xe L(m) x(m) Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
xe 3 trục
145
4.687
679.615
145
3.612
523.74
1292.15
31
6.25
35
2.537
88.795
1292.41
xe 2 trục
110
4.687
515.57
998.14
110
4.387
482.57
d. Tính toán mômen tai vị trí mặt cắt (L/8):
1.2
110
145

35

145

2.73 2.58
3125

4.3

4.3

2.19

1.66
W= 34.125
21875

Hình 2.12. Đường ảnh hưởng momen tại vị trí mặt cắt (L/8)

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:20


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

Bảng 2.5. Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/8 của dầm thiết kế:
Loại xe
L(m) x(m) Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
xe 3 trục
145
2.734
396.43
145
2.196
318.42
772.95
25
3.125
35
1.66
58.1
772.95
xe 2 trục
110
2.734
300.74
584.98
110
2.584
284.24
2.2.2.1.1.Tính toán lực cắt :
Lực cắt tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau:
–Theo trạng thái giới hạn cường độ 1:

(

)

1
+
 V
Vkcd( LL
+ g VPL .γ PL .PL.ω+  (2.8)
+ PL ) = η. mg LL .γ LL . (1 + IM ).∑ PiYi + 9,3.ω

–Theo trạng thái giới hạn sử dụng:

(

)

V
+
VkSD
+ g VPL .PL.ω+ (2.9)
( LL +PL ) = mg LL . (1 + IM ).∑ PiYi + 9,3. ω

Trong đó :
+ Pi trọng lượng các trục xe
+ yi tung độ đường ảnh hưởng
+ ω + diện tích đường ảnh hưởng dương của lực cắt.
+ (1 + IM): hệ số xung kích.
M

M

+ mg LL , g PL : hệ số phân bố tải trọng đối với mômen
a. Tính toán lực cắt tai vị trí mặt cắt (L/2):
1.2m
110
4.3m

110

4.3m
35

145

145

+
0.5

0.452

-

0.156
0.328

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:21


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

Hình 2.13. Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí mặt cắt (L/2)

Bảng 2.6. Bảng tính lực cắt do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/2 của dầm thiết kế:
Loại xe
L(m) x(m) Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
xe 3 trục
145
0.5
72.5
145
0.328
47.56
125.52
25
12.5
35
0.156
5.46
125.52
xe 2 trục
110
0.5
55
104.72
110
0.452
49.72
b. Tính toán lực cắt tai vị trí mặt cắt (3L/8):
1.2m
110
4.3m

110

4.3m
35

145

145

0.375

0.625

9375

0.577

0.281

0.453

15635

Hình 2.14. Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí mặt cắt (3L/8)
Bảng 2.7. Bảng tính lực cắt do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện 3L/8 của dầm thiết kế:
Loại xe
L(m) x(m) Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
xe 3 trục
145
0.625
90.625
145
0.543
78.73
179.19
25
9.375
35
0.281
9.835
179.19
xe 2 trục
110
0.625
68.75
132.22
110
0.577
63.47

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:22


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

c. Tính toán lực cắt tai vị trí mặt cắt (L/4):
1.2m
110
4.3m

110

4.3m

145

0.75

0.702

145

35

0.578

0.406

Hình 2.15. Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí mặt cắt (L/4)
Bảng 2.8. Bảng tính lực cắt do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/4 của dầm thiết kế:
Loại xe
L(m) x(m) Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
xe 3 trục
145
0.75
108.75
208.075
145
0.587
85.115
25
3.125
35
0.406
14.21
208.075
xe 2 trục
110
0.75
82.5
159.72
110
0.702
77.22
b. Tính toán lực cắt tai vị trí mặt cắt (L/8):
1.2m
110
4.3m

110

145

0.875

0.827

4.3m
145

35

0.703

0.531

Hình 2.16. Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí mặt cắt (L/8)
Bảng 2.9. Bảng tính lực cắt do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/8 của dầm thiết kế:
SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:23


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép
Loại xe

L(m)

xe 3 trục
31
xe 2 trục

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

x(m)

Tải trọng trục
kN
145
145
3.875
35
110
110

yi
(m)
0.875
0.703
0.581
0.875
0.827

Pi×yi
(kN.m)
126.875
101.935
20.335
96.25
90.97

∑Pi×yi
(kN.m)

Max∑Pi×yi
(kN.m)

258.145
258.145
187.22

e. Tính toán lực cắt tai vị trí mặt cắt tại gối :
1.2m
110
4.3m

110

4.3m
145

145

0.828
1

35

0.656

0.952

Hình 2.17. Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí mặt cắt tại gối
Bảng 2.10. Bảng tính lực cắt do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện tại gối của dầm thiết
kế:
Loại xe
L(m) x(m)
Tải trọng trục
yi
Pi×yi
∑Pi×yi
Max∑Pi×yi
kN
(m)
(kN.m)
(kN.m)
(kN.m)
xe 3 trục
145
1
145
145
0.828
120.06
288.02
31
0
35
0.656
22.96
288.02
xe 2 trục
110
1
110
214.72
110
0.952
104.72
2.2.2.2. Tính nội lực do tỉnh tải gây ra tại các mặt cắt đặc trưng:
2.2.2.2.1.Tính toán tỉnh tải :
a. Trọng lượng bản thân của dầm chủ và hệ liên kết:

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:24


Đồ Án : Thiết kế Cầu thép

GVHD : Th.S TRẦN ĐÌNH MINH

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân :

DCdc = As × γ s = 34616 × 10 −6 × 78.5 = 2.72(KN/m)
Trong đó: As: là diện tích mặt cắt ngang của tiết diện dầm.
3

γs : trọng lương riêng của thép, γ = 78.5(kN/m )
- Tĩnh tải do hệ thống liên kết ngang:Trọng lượng của hệ thống liên kết ngang lấy bằng
0.11x DCdc . DClkn = 0.11 .DCdc = 0.11 × 2.72 = 0.3(KN/m)
b. Trọng lượng bản thân của bản mặt cầu:

DCbmc =

Abmc × γ bt
Nb

Trong đó: Abmc: là diện tích mặt cắt ngang của bản mặt cầu và đoạn vút.
3

γs : trọng lương riêng của bê tông, γ = 25(kN/m ).
Nb: số dầm.
-Diên tích của bản mặt cầu:

A bmc = 11 × 0.2 + 5 × (0.24 + 2 × 0.075) × 0.05 = 2.2975 (m 2 )
-Tĩnh tải do bản mặt cầu : DCbmc =

Abmc × γ bt 2.2975 × 25
=
= 11.48 (KN/m)
Nb
5

-Vậy:
DC1 = DCdc + DClkn + DCbmc = 2.72 + 0.3 + 10.98 = 14.5 (KN/m)
c. Trọng lượng các lớp mặt cầu:

DW =

∑ DW
Nb

=

0.07 × 11× 22.5 + 0.004 × 11 × 15
= 3.597(KN/m)
5

d. Trọng lượng lan can tay vịn:
Lan can : gồm có phần bệ làm bằng bê tông cốt thép đổ liên tục theo chiều dài của dầm
và phần phía trên làm bằng kim loại.Để tính khối lượng của lan can ta tính cho từng bộ
phận như sau:

SVTH : Nguyễn Văn Hiền - MSHSSV:121106007 - Lớp :K612GT

Trang:25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×