KHOA KINH tế TRƯỜNG DH (16)

ĐỐ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG GIỚI THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế: Phương pháp thiết kế: Vật liệu dùng thi công: .2 LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH Lan can: Lề hành: BẢN MẶT CẦU Số liệu tính toaùn: Sơ đồ tính toán mặt cầu: Tính nội lực cho công-xôl: (bản hẫng) Tính nội lực cho dầm cạnh dầm biên: .9 Tính nội lực cho dầm giữa: 14 Thiết kế cốt thép cho mặt cầu: 19 DẦM CHÍNH .21 Kích thước dầm chính: 21 Xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm: 22 Xác định hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu: .29 Xác định nội lực hoạt tải mặt cắt: 33 Nội lực tónh tải tác dụng lên dầm chính: 38 Tổ hợp nội lực mặt cắt theo trạng thái giới hạn: 42 I.2 Kiểm toán dầm thép giai đoạn 1: .43 I.3 Kiểm toán dầm thép giai đoạn 2: .48 I.4 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng: 52 I.5 Kiểm tra yêu cầu cấu tạo: (Độ vồng ngược) 52 I.6 Kiểm tra mỏi nứt gãy: 53 I.7 Tính toán sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối, neo chống cắt: 54 SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỐ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG GIỚI THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế: - Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I Khổ cầu: 14000 mm Chiều dài toàn dầm chính: L = 26.000 mm Số dầm chính: dầm Khoảng cách dầm chính: 2000 mm Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 32 Trong có sườn tăng cường gối Khoảng cách sườn tăng cường: 2000 mm Khoảng cách sườn gối 150 mm Khoảng cách sườn tăng cường gối với sườn trung gian 1400 mm Số liên kết ngang (giữa dầm): Số dầm ngang vị trí đầu dầm Khoảng cách liên kết ngang: m Khoảng cách trụ lan can: m Phương pháp thiết kế: - Thiết kết theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 - Bản mặt cầu tính theo hẫng làm việc theo phương ngang cầu - Dầm chính: Tính dầm giản đơn Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng cách - dầm m - Kiểm toán Vật liệu dùng thi công: - Thanh cột lan can (phần thép): Thép CT3 + Fy = 240 MPa −5 + γ s = 7.85× 10 N / mm - Lề hành, lan can: SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỐ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP + Bêtông: GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG fc' = 30 MPa γ = 2.5× 10−5 N / mm3 + Theùp AII: Fy = 280 MPa γ s = 7.85× 10−5 N / mm3 - Bản mặt cầu, vút + Bêtông: fc' = 30 MPa γ = 2.5× 10−5 N / mm3 + Theùp AII: Fy = 280 MPa γ s = 7.85× 10−5 N / mm3 - Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang + Thép taám M270M caáp 345: Fy = 345 MPa γ s = 7.85× 10−5 N / mm3 + Thép góc: L 100 x 100 x 10: Fy = 240 MPa γ s = 7.85× 10−5 N / mm3 SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH Lan can: I.1.1 Thiết kế lan can: - Chọn lan can thép ống có: + Đường kính D =80 mm + Đường kính d = 70 mm - Khoảng cách cột lan can là: L = 4000 mm - Khối lượng riêng thép lan can: γ s = 7.85× 10−5 N / mm3 - Thép cacbon số hiệu CT3: fy =240 MPa I.1.1.1 Tải tác dụng lên lan can: 4000 P=890N g=0.0925N/mm w=0.37N/mm w=0.37N/mm Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên lan can - Theo phương thẳng đứng (y): + Tónh tải: Trọng lượng tính toán thân lan can: D2 -d2 802 - 702 g= γ π = 7.85× 10-5 × 3.14× = 0.0925 N / mm 4 + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Theo phương ngang: SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Tải tập trung P = 890 N đặt theo phương hợp lực g w I.1.2 Cột lan can: Ta tính toán với cột lan can giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan (hình 2.2): 230 P"=2370N 650 150 230 P"=2370N I 190 150 80 690 80 150 80 P"=2370N I Hình 2.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can Lề hành: I.1.3 Tải trọng tác dụng lên lề hành gồm:  Xét 1000 mm dài - Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = N/mm - Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10-4 = 2.5 N/mm SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG Hình 2.4: Sơ đồ tính nội lực lề hành I.1.4 Tính cốt thép: - Tiết diện chịu lực b x h = 1000 mm x 100 mm - Choïn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông: ds = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm - Choïn φ10a200 ⇒ 1000 mm có thép (diện tích A s = 471 mm2) theo phương dọc lề hành bố trí φ10a200 SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG BẢN MẶT CẦU Số liệu tính toán: - Khoảng cách dầm là: S = 2000 mm Bản mặt cầu làm việc theo phương Chiều dày mặt cầu: hf = 200 mm Chọn lớp phủ mặt cầu gồm lớp sau: + Lớp bêtông Atphan dày 50 mm + Lớp bêtông Ximăng bảo vệ dày 40 mm + Lớp phòng nước dày mm - Độ dốc ngang cầu: % tạo thay đổi độ cao đá vỉa gối Sơ đồ tính toán mặt cầu: - Bản mặt cầu tính toán theo sơ đồ: Bản công-xôl loại dầm Trong phần loại dầm đơn giản xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục sau tính toán dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục mặt cầu Hình 3.1: Sơ đồ tính mặt cầu SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG Tính nội lực cho công-xôl: (bản hẫng) Hình 3.2: Sơ đồ tính cho công-xol I.1.5 Tải trọng tác dụng lên Công-xol: I.1.5.1 Tónh tải: Tải trọng tác dụng lên có tónh tải, ta xét tónh tải tác dụng lên dải rộng 1000 mm theo phương dọc cầu: 100 200 Lan can phầ n bê -tô ng 45° 250 225 1000 Hình 3.3: Sơ đồ tónh tải lan can, lề hành tác dụng lên mặt cầu SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG Trọng lượng lan can truyền vào cột lan can truyền xuống bản, ảnh hưởng lan can lên trọng lượng lan can dài 2000mm phía, hay ta tính với dài 4000 mmm - Trọng lượng là: 2 -5 2 Pγ×π×(R 7.85×10 ×π×(40 -35 )×4000 370 N = = thép -R )×L lan can = - Tại cột lan can có lan can, trọng lượng lan can tác dụng lên cột là: ∑ P1 = 3×P1 = × 370 = 1110 N - Trọng lượng cột (bỏ qua lỗ rỗng lan can, xem cột lan can bê-tông đặc): P2 = 2.5 ×10−5 × 140 ×160 × 740 = 414.4 N - Trọng lượng lan can phần bê-tông quy lực tập trung cột lan can (tính cho dải 1000mm): P3 = 2.5 ×10−5 × 1000 × 250 × 755 = 4718.75 N - Trọng lượng lề hành (một nửa tác dụng lên bó vỉa, nửa tác dụng lên lan can bê-tông): xét cho dải 1000 mm 1000 P4 = 2.5 × 10 −5 × 1000 × 100 × = 1000 N - Vậy trọng lượng toàn lan can lề hành gây mặt cầu là: DC3 ∑ P1 + P2 + P3 + P4 = 1110 + 414.4 + 4718.75 + 1000 = 7243.15 N - Trọng lượng thân mặt cầu: DC = 2.5 ×10-5 × 1000 × 200 = N/mm I.1.5.2 Hoạt tải: - Hoạt tải tác dụng cho dải rộng 1000 mm trường hợp có tải người truyền xuống (hoạt tải chia đôi bó vỉa nhận nửa lan can phần bê tông chịu nửa, lực tập trung đầu hửng) PL × 1000 × b 3.10 −3 × 1000 × 1000 P PL = = = 1500 N 2 + b = 1000 mm: bề rộng phần lề hành Tính nội lực cho dầm cạnh dầm biên: Bản đặt gối dầm chủ, nhịp khoảng cách hai dầm: S = 2000 mm, cách tính ta tính dầm đơn giản đặt hai gối, xét cho dải roäng 1000 mm SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG I.1.6 Tónh tải nội lực tónh tải tác dụng lên dầm biên: I.1.6.1 Tónh tải: - Trọng lượng thân: DC2 = 1000× hf × γ c = 1000× 200× 2.5× 10−5 = N / mm - Trọng lượng lề hành người truyền xuống bó vỉa: b × h × γ × 1000 100× 1000× 2.5× 10−5 × 1000 P2 = 2 c = = 1250 N 2 - Trọng lượng bó vỉa: P4 = b4 × h4 × γ c × 1000 = 200× 280× 2.5× 10−5 × 1000 = 1400 N (b4 = 200 mm chiều rộng bó vỉa, h = 280 mm chiều cao bó vỉa) DC3 = P2 + P4 = 1250 + 1000 = 2250 N - Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu: hDW = 167.5 mm + Trọng lượng riêng lớp phủ: γ c ' = 2.3× 10−5 N / mm3 DW = hDW × 1000× γ 'c = 167.5× 1000× 2.3× 10−5 = 3.85 N / mm I.1.6.2 Nội lực - Sơ đồ tính sau: Hinh 3.5: Sơ đồ tính dầm + Với L1 = 750 mm ; L2 =1250 mm ; S = 2000 mm - Xét hệ số điều chỉnh tải trọng: η = ηD × ηR × ηI + ηD : Hệ số độ dẻo, trường hợp thiết kế thông thường ηD = + ηR : Hệ số dư thừa, dầm có tính dư ηR = 0.95 + ηI : Hệ số quan trọng, ηI = ⇒ η = 0.95 SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 10 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG + Dc = yncst –tc = 757.18-20=737.18 Thay số ta được: 737.18 200000 2× = 73.71 ≤ 6, 77× = 206,24 20 215,5 Thoả mãn điều kiện I.2.3 Sức kháng uốn theo trạng thái giới hạn cường độ: Độ mảnh bụng: Điều kiện để bụng mặt cắt đặc là: × Dcp E ≤ 3, 76 × tw Fy Trong đó: + Dcp = 848 mm : chiều cao bụng chịu nén mômen dẻo + tw = 20 mm : chiều dày bụng + E = 200000 MPa : mô đun đàn hồi thép + Fy = 345 MPa : cường độ chảy nhỏ quy định cánh chịu nén Thay số: × 848 200000 = 84,8 ≤ 3, 76 × = 90, 53 ⇒ Thoả mãn tiết diện 20 345 đặc Vậy ta xét tiếp điều kiện giằng cánh chịu nén có mặt cắt đặc chắc:   M   r × E  L b ≤  0, 124 − 0, 0759×  ữ ì y ữ M p    Fy  Trong đó: + Lb = 4000 mm : chiều dài không giằng cánh chịu nén (khoảng cách liên kết dọc) + M1: mômen nhỏ tác dụng tải trọng tính toán đầu chiều dài không giằng, lấy mômen mặt cắt III-III tónh tải giai đoạn M1 = 2053130625 N.mm + Mp = 3503378400 N.mm Mô-men dẻo giai đoạn (tiết diện chưa liên hợp) + ry: bán kính quán tính nhỏ mặt cắt thép trục thẳng đứng J ry = y As SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 44 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG Jy : mômen quán tính mặt cắt phần dầm thép trục thẳng đứng mặt phẳng bụng tc.b3c D.t3w tff.b3 t'ff.b'3 Jy = + + + 12 12 12 12 3 20 × 300 1340× 18 20 × 4503 20 × 5003 = + + + 12 12 12 12 = 249764120 mm  ⇒ ry =  249764120 = 79.78 mm 39240 As = 51800 mm2 : diện tích phần dầm thép Thay số: 2053130625    79.78× 200000  4000 ≥  0, 124 − 0, 0759 ×  ÷ × ÷ = 2057   3503378400     345 Không thõa mãn điều kiện giằng cánh chịu nén có mặt cắt đặc Xét phương trình tương tác cánh chịu nén vách đứng: Điều kiện để tiết diện đặc : 2×Dcp b E + 9,35× c ≤ 6,25× tw 2×t c Fyc Thay số ta có: 2×848 250 200000 + 9,35× = 91.05 < 6,25× = 150, ⇒ Thoả mãn 20 2×20 345 Thõa mãn yêu cầu tương tác cánh chịu nén vách đứng Ta tìm sức kháng uốn tiết diện theo công thức Q tuỳ chọn: Sức kháng uốn tiết diện Mn tính theo công thức:            ÷  0, ÷ Qp − Qfl       M n = M p ; ì ì Mp ữ  M p ÷  Q p − 0, ÷      ÷    M y       Trong đó: + MP = 3503378400 N.mm: Mô-men dẻo tiết diện không liên hợp + M y = Fy ×SNC = 345 × 29149670,5 = 10056636350 N.mm :Mô-men chảy tiết diện không liên hợp, S NC mô-men kháng uốn tiết diện (tính giai đoạn 1, giai đoạn chưa liên hợp) SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 45 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP Q p = 5,47× + Vì Mp My GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG − 3,13 = 5, 47 × 3503378400 − 3,13 = −1.224 10056636350 bc 250 E 200000 = = 6.25 < 0, 382 × = 0, 382 × = 9, 2×t c × 20 Fyc 345 Nên Qfl = 30, = 2×Dcp 30, = 3.31 2×848 20 tw Thay số vào ta có:            ÷ 0,  −1.224 − 3.31  M n = 3503378400; ì ì 3503378400 ữ ÷ 3503378400 ÷  −1.224 − 0,         10056636350     = ( 3503378400; 11836764460 ) = 3503378400 (N.mm) Sức kháng uốn mô-men tính toán tiết diện : + M r = φf ×M n = 1× 3503378400 = 3503378400 N.mm Kiểm tra khả chịu mô-men uốn tiết diện làm việc giai đoạn 1: Mu = 2321616937,5 N.mm < Mr = 3503378400 N.mm Vậy tiết diện đủ khả chịu mô-men giai đoạn I.2.4 Kiểm tra khả chịu cắt giai đoạn 1: I.2.4.1 Yêu cầu bốc xếp : Khoảng cách sườn tăng cường ngang d o phải thoả mãn:      260 ÷  260 ÷ ÷⇒ 2000 < 1140 ×  d o ≤ Dì ữ = 5200 Thoaỷ maừn D ÷  1140 ÷  t ÷  20   w  I.2.4.2 Sức kháng cắt dầm: Sức kháng cắt dầm cần xác định tất khoang (panen) khoang biên để đảm bảo tất khoang dầm chịu lực cắt tối đa tải trọng tính toán gây Tiết diện xét tiết diện không liên hợp, có sườn tăng cường có mặt cắt không đặc chắc, cánh mảnh, sức kháng cắt tính theo điều A.6.10.7.3.3b (22TCN27205) SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 46 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG I.2.4.3 Sức kháng cắt khoang bên mặt cắt không đặc chắc: Xét khoang dầm: M 2321616937,5 fu = t u = = 215.5 MPa SNC 10771883,1 < 0, 75× ϕf × Fy = 0, 75ΜPa ×1× 345 = 258, 75 Nhận xét : fu ứng suất lớn cánh chịu nén panen xem xét tải trọng tính toán, ta thấy khoang mô-men lớn nhất, f u lớn Như tức fu khoang lại có giá trị thoả mãn điều kiện Vậy ta có sức kháng cắt tất khoang dầm là:     0, 87 × ( − C )   Vn = Vp × C +      1+  ÷   D    + Vp: Lực cắt dẻo + Vp = 0,58×Fyw ×D×t w = 0, 58 × 345 ×1140 × 20 = 4562280 N C= + C: tỉ số xác định theo công thức (A.6.10.7.3.3) : 1,1 k × D Fyw tw Với k D k ≤ ≤ 1, 38 × Fyw tw Fyw Neáu 1,1× k = 5+   D÷   = 5+  2000   ÷  1140  = 6, 62 Ta có : k 200000×6, 62 D 200000×6, 62 1,1× = 1,1× = 68.14 ≤ = 75 ≤ 1, 38 × = 85.48 Fyw 345 tw 345 1,1 E×k 1,1 200000×6, 62 × = × = 0, 908 D Fyw 75 345 tw Sức kháng cắt danh định khoang là:         0, 87 × ( − C )  0, 87 × ( − 0, 908 )    Vn = Vp × C + = 4562280 × 0, 908 +  = 4330431 N  d   2000     1+  1+  o ÷  ÷     1200   D    Vaäy sức kháng cắt khoang là: ⇒ Thoả mãn Vaäy SVTH: TRẦN ANH DŨNG C= MSSV:0951050013 47 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG Vφ×V 1n =43304301 × 43304301 = N r = v Kiểm tra khả chịu cắt khoang trong, nhận xét khoang gần gối chịu lực cắt lớn nhất, khoang dầm chịu cắt nhỏ Xét lực cắt gối tónh tải giai đoạn laø Vu = 134642,8 N < Vr = 4330431 N Vậy có nghóa tất khoang lại dầm có khả chịu cắt giai đoạn I.2.4.4 Xét khoang biên: Sức kháng cắt danh định khoang biên: Vn = C×Vp = 0, 908 × 4562280 = 4142550 N Sức kháng cắt khoang biên là: Vr = Vn = 4142550 (vì φ v = ) Kiểm tra khả chịu cắt (khoang biên gối): Vu = 239365 < Vn = 4142550 Vậy tiết diện đủ khả chịu cắt I.3 Kiểm toán dầm thép giai đoạn 2: I.3.1.1 Xác định chiều cao chịu nén bụng dầm Dc: I.3.1.1.1 Xác định ứng suất thớ biên dầm thép giai đoạn II:  Tónh tải: - Ứng suất thớ dầm thép: M b fLT = GD2 b SLT Trong đó: + MGD2 = 4048446150 N.mm : mômen lớn tónh tải giai đoạn II b = 26611600,85 mm3 : mômen kháng uốn tiết diện + SLT (thớ dầm thép) Thay số: 4048446150 b fLT = = 152.13 MPa 26611600.85 - Ứng suất thớ dầm thép: M t fLT = GD2 StLT Trong đó: + MGD2 = 4048446150 N.mm: mômen lớn tónh tải giai đoạn II + StLT = 49105632,22 mm3 : mômen kháng uốn tiết diện (thớ dầm thép) Thay số: SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 48 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG 4048446150 = 82.44 MPa 49105632,22 - Ứng suất thớ bê tông: M b− c fLT = bGD2 SLT−c Trong đó: + MGD2 = 4048446150 N.mm: mômen lớn tónh tải giai đoạn II b− c = 1178535173 mm3 : mômen kháng uốn tiết diện + SLT (thớ bê tông) Thay soá: 4048446150 b− c fLT = = 3.4 MPa 1178535173 - Ứng suất thớ bê tông: M t− c fLT = tGD2 SLT− c Trong đó: + MGD2 = 4048446150 N.mm: mômen lớn tónh tải giai đoạn II + StLT− c = 688671092,1 mm3 : mômen kháng uốn tiết diện (thớ bê tông) Thay soá: 4048446150 t− c fLT = = 5.87 MPa 688671092,1  Hoạt tải: - Ứng suất thớ dầm thép: M b fST = bLL SST Trong đó: + M LL =2116917516 N.mm : mômen lớn hoạt tải giai đoạn II (bằng tổng mô-men hoạt tải xe trục, người hành) b = 26611600,85 mm3 : mômen kháng uốn tiết diện + SST (thớ dầm thép) Thay số: 2116917516 b fST = = 79.54 MPa 26611600,85 - Ứng suất thớ dầm thép: M t fST = tLL SST Trong đó: + M LL =2116917516 N.mm : mômen lớn hoạt tải giai đoạn II t fLT = SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 49 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG t = 49105632,22 mm3 : mômen kháng uốn tiết diện + SST (thớ dầm thép) Thay số: 2116917516 t fST = = 43.1 MPa 49105632,22 - Ứng suất thớ bê toâng: M b− c fST = bLL SST− c Trong đó: + M LL =2116917516 N.mm : Mômen lớn hoạt tải giai đoạn II b− c = 1178535173 mm3 : Mômen kháng uốn tiết diện (thớ + SST bê tông) Thay số: 2116917516 b− c fST = = 1.79 MPa 1178535173 - Ứng suất thớ bê tông: M t− c fST = t−LLc SST Trong đó: + M LL =2116917516 N.mm : Mômen lớn hoạt tải giai đoạn II t− c = 688671092,1 mm3 : Mômen kháng uốn tiết diện + SST (thớ bê tông) Thay số: 2116917516 t− c fST = = 3.07 MPa 688671092,1 - I.3.1.2 Tổng hợp ứng suất thớ biên dầm thép (giai đoạn II) Ứng suất thớ dầm thép: b b b ffb = NC + ffLT + ST = 126,04 + 152.13 + 79.54 =357.71 MPa Ứng suất thớ dầm thép: t t t fft = NC + ffLT + ST = 215.52 + 82.44 + 43.1 =341.06 MPa Ứng suất thớ bê tông: b− c b− c ffb− c = LT + fST = 3, + 1.79 = 5.19 MPa Ứng suất thớ bê tông: t− c t− c fft− c = LT + fST = 5.87 + 3.07 =8, 94 MPa SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 50 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG I.3.2 Phân loại tiết diện dầm: Ta kiểm tra tiết diện theo yêu cầu tiết diện đặc chắc: I.3.2.1 Kiểm tra độ mảnh tiết diện: Nếu tiết diện đặc độï mảnh bụng dầm thoả mãn điều kiện: × Dcp E ≤ 3.76 × tw Fy Trong đó: + Dcp = Y =18.8 mm : chiều cao bụng chịu nén mômen dẻo + tw = 20 mm : chiều dày bụng + E = 200000 MPa : mô đun đàn hồi thép + Fy = 345 MPa : cường độ chảy nhỏ quy định cánh chịu nén Thay số: × 18,8 200000 = 1,88 ≤ 3, 76 × = 90, 53 ⇒ Thoả mãn 20 345 I.3.2.2 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén: Vì tiết diện I thép liên hợp với bê-tông miền chịu mô-men dương, chịu nénđđược giữ suốt chiều dài chịu nén nên yêu cầu độ mảnh không cần thiết I.3.3 Kiểm tra khả chịu cắt giai đoạn 2: Sức kháng cắt dầm: Sức kháng cắt dầm cần xác định tất khoang (panen) khoang biên để đảm bảo tất khoang dầm chịu lực cắt tối đa tải trọng tính toán gây Tiết diện xét tiết diện liên hợp, có sườn tăng cường có mặt cắt đặc chắc, sức kháng cắt tính theo điều A.6.10.7.3.3a (22TCN272-05) I.3.3.1 Sức kháng cắt khoang bên mặt cắt không đặc chắc:  Xét khoang dầm: Ta có : M u = 6165363666 > 0, 5φ× f M × p= 5, 1× 9344196022 × = 4672098011 Nên sức kháng cắt khoang tính theo công thức :     0, 87 × (1 − C)   Trong đó: Vn = R×Vp × C + ≥ C×Vp  Vậy chọn R=1 d   1+  o ÷   D    SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 51 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG Như tính toán mục tính toán sức kháng cho tiết diện không liên hợp (tiết diện làm việc giai đoạn 1), ta coù: V p = 4562280 N C = 0, 908 Thay số vào công thức tính sức kháng cắt danh định khoang ta có:         0, 87 × (1 − C)  0, 87 × (1 − 0, 908)    Vn = R×Vp × C + = 1×4562280× 0, 908 +       2000     1+  1+  ÷ ÷    1140    D    = 4507715,13 N > C×Vp = 0, 908 × 4562280 = 4142550, 24 - Vậy sức kháng cắt khoang tiết diện V r = Vn = 4507715.13 N I.3.3.2 Sức kháng cắt khoang biên tiết diện là: Vr = Vn = C×Vp = 4142550, 24 N Kiểm tra khả chịu cắt tiết diện: - Lực cắt lớn loại hoạt tải (đã nhân hệ số) : Vumax = 681500,12 N Ta nhận thấy Vu < Vr khoang biên lẫn khoang tiết diện Vậy tiết diện đủ khả chịu cắt I.4 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng: Kiểm tra độ võng tónh tải: ff ≤ 0.95× R h × Fyf Trong đó: + ff : ứng suất cánh dầm đàn hồi tải trọng tính toán gây M DC1,DC2 M DC3,DW M LL ,PL ff = s s,b + s s,b + 1,3× Ss,b SNC SLT SST 1857293550 1247919750 1326352048 + + 1,3× = 206,88 18418653,01 26611600,85 29149670,58 + Rh = 1: hệ số lai + Fyf = 345 MPa : cường độ chảy nhỏ cánh Thay số: ff = 206,88 N ≤ 0.95× 1× 345 = 327.75 N ⇒ Thỏa mãn = I.5 Kiểm tra yêu cầu cấu tạo: (Độ vồng ngược) Độ vồng nhịp tải trọng phân bố dầm phân bố là: SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 52 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG WD L4 L4  DC1 DC2 + DC3 + DW  ∆ CL = × = ì ì + ữ 384 E.I 384 E I NC I LT  Trong đó: + L = 29400 mm : chiều dài nhịp tính toán + I NC =8156215139,65mm4 : mômen quán tính tiết diện dầm thép + I LT =20710415812,36 mm4 : mômen quán tính tiết diện dầm liên hợp dài hạn Thay số: 294004  4,64 12,55+ 5,37+ 6,18  ∆ CL = ì ì + ữ = 84,27 mm 384 200000  8156215139,65 20710415812,36  Vậy tất dầm lấy độ vồng ngược là: 85 mm I.6 Kiểm tra mỏi nứt gãy:  Sức kháng mỏi danh định phải lấy thỏa mãn điều kiện sau: ( ) A (∆F) n = ≥ (∆F)TH N - Với chu kỳ biên độ ứng suất: N = 365 x 100 x n x (ADTT)SL Trong đó: + A = 82 x 1011 MPa3 : số phân loại chi tiết + n = : số chu kì phạm vi ứng suất lượt chạy qua xe tải + (∆F)TH = 165 MPa : ngưỡng mỏi biên độ không đổi + (ADTT)SL Xác định chu kỳ biên độ ứng suất (N): Giả thiết ADT = 20000 xe/ngày đêm ADTT = g’.ADT Trong đó: + g’ = 0.2 : tỷ lệ xe tải Do thiết kế cầu xe ⇒ ADTT = 0, × × 20000 = 16000 Xe/ngày đêm (ADTT)SL = p.ADTT Trong đó: p = 0.85 (ADTT)SL = 0.85 × 16000 = 13600 Xe/ngày đêm ⇒ N = 365 × 100 × × 13600 = 496400000 Thay số vào ta có sức kháng mỏi danh ñònh: ( ) 11 (∆F) n = 82 × 10 = 25,46 MPa ≤ × 165 = 82.5 MPa 496400000 ⇒ Laáy (∆F) n = 82.5 MPa để tính toán  Kiểm toán: SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 53 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG M moi ≤ (∆F) n SST Trong đó: + Mmoi = 761609139 N.mm: mômen mỏi dầm + KST = 63246201 mm3: mômen tónh tiết diện ngắn hạn f moi = K ST = ∑ Ai ×Yi =A s ×Yo' +A c-td ×(Yc-td -Yo' )+A ct ×(Yct -Yo' ) =39240 × 563, 41+54375 × (945,5-563, 41) + 3384,92 × (957.2 - 563.41) =44217299.8 mm (Ac-td ; Act … : xem thêm mục IV.2.3.2) Thay soá: 781113711 f moi = = 17.66 MPa ≤ (∆F) n = 82,5 MPa 44217299.8 Thỏa mãn I.7 Tính toán sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối, neo chống cắt: I.7.1 Tính toán sườn tăng cường: Chỉ thiết kế cho sường tăng cường đứng, không thiết kế sườn tăng cường dọc Thép dùng làm sườn tăng cường có số hiệu: M270 cấp 345 có: E = 200000 MPa, Fys = 345 MPa I.7.1.1 Tính toán sườn tăng cường trung gian: - Khoảng cách sườn tăng cường: = 2000 mm - Số lượng sườn tăng cường trung gian dầm thép: x 16 = 32 - Kích thước sườn: + Chiều rộng sườn tăng cường: bt = 167 mm + Chiều dày sườn tăng cường: = 20 mm + Chiều cao sườn tăng cường: Ds = 1300 mm + Khoảng cách đầu mối hàn gờ tăng cường vào bụng mép gần đường hàn cánh vào bụng: A = 50 mm I.7.1.2 Thiết kế sườn tăng cường gối: - Tại gối đặt cặp sườn tăng cường gối - Khoảng cách sườn (tính từ tim) d = 150 mm Mỗi dầm có sườn tăng cường gối - Kích thước sườn: + Chiều rộng sườn tăng cường gối: bt = 167 mm + Chiều dày sườn tăng cường gối: = 20 mm SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 54 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG + Chiều cao sườn tăng cường gối: Ds = 1340 mm Hai đầu sườn tăng cường hàn vào hai cánh cánh dầm I.7.2 Tính toán neo chịu cắt (neo hình nấm): (Lực cắt dầm gữa lớn dầm biên nên ta kiểm toán cho dầm giữa)  Chọn neo hình nấm có: - Đường kính ñinh: d = 20 mm - Chieàu cao: h = 200 mm - Chọn hàng neo - Khoảng cách tim neo đến mép cánh 40 mm - Khoảng cách hai hàng neo 200 mm  Kiểm toán neo: - Bố trí chung: + Chiều cao vút: hvut = 100 mm neo chôn vào bê tông: h – hvut = 200 – 100 = 100 mm + Đỉnh neo cách mép bê tông 100 mm cách mép 100 mm h 200 = 10 ≥ Thỏa mãn + = d 20 Vậy thỏa mãn điều kiện cấu tạo bố trí - Với điều kiện bước neo từ tim đến tim không vượt 600 mm không nhỏ lần đường kính đinh (120 mm) Nên ta chọn bước đai sau: - Từ đầu dầm đến mặt cắt II-II chọn bước neo p = 350 mm - Từ mặt cắt II-II đến mặt cắt IV-IV chọn bước neo p = 400 mm - Từ mặt cắt IV-IV đến mặt cắt V-V chọn bước neo p = 500 mm Nhưng thực tế, mối nối ta bố trí neo khoảng cách mà cần chỉnh phù hợp để tránh cho neo chồng lên bu-lông Khoảng cách từ mặt cắt có mômen đến mặt cắt có mômen lớn có tất số neo là: n = 42+12+20 = 74 neo Nhưng theo thực tế có tất 78 neo - Trạng thái giới hạn cường độ: Sức kháng tính toán neo chống cắt Q phải lấy sau: Qr ≤ ϕsc Qn Trong đó: + Qn : sức kháng danh định + ϕsc = 0, 85: hệ số sức kháng neo chống cắt Qn = 0, 5× A sc fc' E c ≤ A sc.Fu Trong đó: + Asc = 314 mm2: diện tích mặt cắt ngang cuả neo chống cắt SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 55 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG + f’c = 30 MPa : cường độ chịu nén 28 ngày quy định bê tông + Ec = 27691 MPa: mô đun đàn hồi bê tông + Fu = 345 MPa : cường độ kéo nhỏ neo Thay số: Qn = 0, 5× 314× 30 × 27691 = 143097 N ≥ 314× 345 = 108330 N Do đó: lấy Qn = 108330 N để tính toán - Sức kháng cắt tính toán neo chống cắt (xét đén thất thường chế tạo) Qr = ϕsc.Qn = 0, 85× 108330 =92081 N Số lượng neo chống cắt bố trí mặt cắt mômen dương lớn điểm mômen V ns = h Qr Trong đó:  0.85× f 'c bi ts Vh = min  Fyw D.tw + Fyc.bc.tc + Fyff.b tf Thay số:  0, 85× 30 × 2000 × 200 = 10200000 N Vh = min  345× 1140 × 16 + 345× 250× 20 + 345× 350 × 20 = 10367250 N ⇒ Vh = 10200000 N Thay soá: 10200000 ns = = 110, 77 92081 n = 148 > ns =110, 77 ⇒ thỏa mãn  Vậy ta chọn 148 neo để bố trí cho toàn dầm I.7.3 Tính toán mối nối dầm thép: (A.6.13.1) Ta sử dụng bu-lông cường độ cao cho mối nối, liên kết lúc kiên kết ma sát, ta tính toán kiểm tra với sức kháng trượt kháng cắt I.7.3.1 Sức kháng tính toán bu lông:  Sức kháng cắt: - Số mặt phẳng cắt cho bu lông: Ns = - Chọn bu lông cường độ cao có: d = 22 mm - Cường độ chịu kéo nhỏ bu lông: Fub = 820 MPa - Diện tích bu lông: d2 222 A = π× = 314 , × = 379, 94 mm2 4 - Thiết kế đường kính ren nằm mặt phẳng cắt, sức kháng cắt cho bu lông: SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 56 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG R n− c = 0, 48× A b.Fub.Ns = 0, 48× 397, 94 × 820 × = 299089 N  Sức kháng ép mặt: sức kháng ép mặt không xét đến với liên kết ma sát  Sức kháng trượt: (A.6.13.2.8) R n− t = K h.K s.Ns.Pt Trong đó: + Pt = 221000 N: lực kéo yêu cầu nhỏ + Kh = 1: hệ số kích thước lỗ + Ks = 0,5: hệ số điều kiện bề mặt Bề mặt làm thổi không sơn Thay số: R n− t = 1× 0, 5× × 221000 = 221000 N  Sức kháng kéo: sức kháng kéo không xét đến mối nối lực gây nhổ cho bu-lông có ít, không đáng kể Gía trị sức kháng nhỏ nhaát: R n = min(R n−c ,R n− t ) = 221000 N I.7.3.2 Tính số bu lông cho mối nối dầm:  Tính bu lông cho cánh trên: - Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh trên: Nt = f t × A c Với: Ac diện tích cánh trên: Ac = bc.tc = 300 x 20 = 6000 mm2 Vaäy: Nt = 341.06 x 6000 = 2046000N - Số bu lông can thiêt cho mối nối nb: N 2046000 nb = = = 9.25 bu lông Rn 221000 ta chọn: nb = 10 bu lông, bố trí hàng hàng bu lông  Tính bu lông cho cánh dưới: - Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh dưới: N = f b.(A ff + A ' ) Trong đó: + Af diện tích cánh dưới: Af = bf.tf = 450 x 20 = 9000 mm2 + A’f diện tích phủ: A’f = b’f.t’f =500 x 20 = 10000 mm2 Thay soá: N = 357.71 x (9000 + 10000) = 6796490 N - Số bu lông can thiêt cho mối nối nb: N 6796490 nb = = = 30,1 bu loâng Rn 221000 ta chọn: nb = 32 bu lông, bố trí hàng hàng bu lông SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 57 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP GVHD: TS NGUYỄN QUỐC HÙNG - Chọn số lượng bu lông cho bụng: Chọn 80 bu lông cường độ cao d = 22 mm, bên mối nối đặt 40 đinh chia làm n = dãy dãy có 10 bulông, khoảng cách bu lông theo haøng ngang laø: b = 90 mm, theo haøng đứng b2 = 100 mm - Khoảng cách bu lông nhóm (Đánh số thứ tự từ xuống) : + Khoảng cách bu lông 10: l1 = 9000 mm + Khoảng cách bu lông 9: l2 = 700 mm + Khoảng cách bu lông 8: l3 = 500 mm + Khoảng cách bu lông 7: l4 = 300 mm + Khoảng cách bu lông 6: l5 = 100 mm  - HEÁT -  SVTH: TRẦN ANH DŨNG MSSV:0951050013 58 ... định không cần xét tải trọng - Ở có trường hợp đặt tải: - Trường hợp có bánh xe xe - Trường hợp có bánh xe xe khác đặt khoảng cách bánh xe 1200 mm I.1.9.1 Xét trường hợp có bánh xe: Ta đặt bánh... I.2.4.4 Xét khoang biên: Sức kháng cắt danh định khoang biên: Vn = C×Vp = 0, 908 × 4562280 = 4142550 N Sức kháng cắt khoang biên là: Vr = Vn = 4142550 (vì φ v = ) Kiểm tra khả chịu cắt (khoang biên... panen xem xét tải trọng tính toán, ta thấy khoang mô-men lớn nhất, f u lớn Như tức fu khoang lại có giá trị thoả mãn điều kiện Vậy ta có sức kháng cắt tất khoang dầm là:     0, 87 × ( − C ) 