đồ án cầu thép cầu đường

 ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ GVHD: ThS PHẠM CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ Mã đề: 24 Thiết kế kết cấu nhịp giản đơn, dầm thép liên hợp BTCT với số liệu đầu vào sau : + Chiều dài toàn dầm : L=28m + Bề rộng phần xe chạy : B= 9m + Bề rộng lề hành : K=2 x 1.4m + Tải trọng thiết kế : 0.65HL93 + Chọn bề rộng chân lan can: 0.25m 1.2 VẬT LIỆU - Thép làm dầm chủ: Thép M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy= 250 MPa, Fu=400 MPa - Thép làm hệ liên kết ngang (dầm ngang khung ngang), sườn tăng cường : M270 M250 có cường độ chảy Fy=250 MPa, Fu= 450 MPa - Thép mặt cầu, lề hành : + Thép đai : CI có Fy = 240 MPa + Thép chịu lực, cấu tạo : CII có Fy = 280 MPa - Thép làm lan can, cột lan can : M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy = 250MPa  - Bê tông mặt cầu, lan can, lề hành : C30 có f C  30 MPa  S  7.85  10 5 N / mm3 - Trọng lượng riêng thép : 5 - Trọng lượng riêng bê tơng có cốt thép :  C  2.5  10 N / mm 1.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU 1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng LC - Bề rộng toàn cầu: Btc=9000 + x 1400+ x 250 = 12300 mm - Ta có: Btc  ( n  1) S  Lc     Btc  nS Lc  S  - Khoảng cách dầm chính: S = 1.6-2.5m SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ n GVHD: ThS PHẠM Btc B 12300 12300  tc    4.92  7.68 2,500 1, 600 2,500 1, 600 Vì n số nguyên nên n = 5,6,7 Khi n=5 S BTC 12300   2460 mm n Chọn S=2400 mm BTC  (n  1) S 12300  (5  1)  2400   1350mm 2 B 12300  S  TC   2050 mm n Khi n=6 Chọn S=2100 mm B  (n  1) S 12300  (6  1)  2100  LC  TC   900mm 2  LC  Khi n=7 S  LC  BTC 12300   1757 mm n Chọn S=1800 mm BTC  (n  1) S 12300  (7  1)  1800   750mm 2 Số dầm(n) Khoảng cách dầm(S) 2400 2100 1800 Lc(mm) 1350 900 750 - Chọn số dầm 6, khoảng cách dầm S = 2100 mm, chiều dài hẫng LC = 900 mm 1.3.2 Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo lớp mặt cầu - Độ dốc ngang thiết kế : 2% - Tạo dốc thay đổi chiều cao đá kê gối : Là dùng đá kê gối có chiều cao tăng dần để tạo độ dốc ngang mặt đường sau hoàn thiện Chiều cao tối thiểu gối 150 mm - Chiều cao gối thiết kế: + Gối : 150 mm + Gối : 150 + S x 2%=192 mm + Gối : 192 + S x 2%=234 mm - Các gối cịn lại bố trí đối xứng 1.3.3 Thiết kế thoát nước mặt cầu - Đường kính ống: D≥100mm Diện tích ống nước tính sở 1m mặt cầu tương ứng với cm2 ống nước Khoảng cách ống tối đa 15m, chiều dài ống vượt qua đáy dầm 100mm SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ GVHD: ThS PHẠM - Diện tích mặt cầu S = L x Btc=28 x 12.3 = 344.4 m2 cần bố trí 344.4 cm2 = 34440mm2 ống thoát nước A1ong    1002  7854mm - Số ống cần thiết : n 34440  4.38 7584 - Vậy ta chọn ống, bố trí đối xứng bên bên ống , khoảng cách ống 9m Hình 1.1 Mặt cắt ngang cầu 1.4 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM 1.4.1 Chiều dài dầm tính tốn : - Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối : a=0.3 m - Chiều dài dầm tính tốn : Ltt = Ltd-2xa =28-2x0.3=27.4 m 1.4.2 Chiều cao dầm : - Chiều cao dầm chọn từ chiều cao tối thiểu quy trình theo kinh nghiệm thiết kế: + Chiều cao dầm thép tối thiểu theo quy trình: d  0.033L  0.033  28000  924 mm + Chiều cao dầm liên hợp tối thiểu theo quy trình: H  0.04L  0.04  28000  1120 mm + Chiều cao dầm liên hợp theo kinh nghiệm: SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ H GVHD: ThS PHẠM 1 1 Ltt  Ltt   28000   28000  1120  1400 mm 25 20 25 20 - Tăng chiều cao dầm thêm 10- 15% để đảm bảo độ võng => Vậy chọn chiều cao dầm thép: d = 1100 mm => Chiều cao dầm liên hợp: H = 1400 mm 1.4.3 Kích thước tiết diện ngang Hình 1.2 Tiết diện dầm liên hợp - Ta có kích thước tiết diện ngang sau: + Chiều cao phần vút : hV=100mm + Chiều dày bê tông : tS=200 mm + Chiều dày sườn dầm : tW=15 mm + Chiều rộng cánh : bC=350 mm + Chiều dày cánh : tC=20 mm + Chiều rộng cánh : bf=350 mm + Chiều dày cánh : tf=20 mm + Chiều rộng phủ: b’f=450 mm + Chiều dày phủ: t’f=20 mm SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ GVHD: ThS PHẠM 1.5 THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH: 1.5.1 Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang: Hình 1.3 Bố trí STC hệ liên kết ngang - Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, khơng bố trí sườn tăng cường dọc( d< 2m) - Bố trí sườn tăng cường gối đầu dầm, khoảng cách 200 mm - Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1500 mm, riêng đoạn đầu dầm bố trí cách khoảng 600-1000 mm (Hình vẽ) - Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang thép cán chữ I, loại dầm cánh rộng W 760 x 196 - Tại sườn tăng cường đứng cách khoảng 3000mm bố trí hệ khung ngang thép L100 x100x10 (cho xiên ngang) Bề dày tất sườn tăng cường 14mm, kích thước cịn lại xem hình vẽ 1.5.2 Neo chống cắt (Neo mềm) Hình 1.4 Bố trí neo chống cắt SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ  - Thiết kế loại neo hình nấm với số liệu sau : - Đường kính đinh: dS = 20 mm - Chiều cao: h = 230 mm - Thiết kế hàng neo với khoảng cách tim mép cánh 75 mm, khoảng cách hàng neo 200 mm GVHD: ThS PHẠM neo đến 1.5.3 Mối nối dầm chính: - Mối nối sử dụng bulơng cường độ cao Số lượng mối nối , đặt đối xứng qua tim cầu, cách đầu dầm 9000mm SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ GVHD: ThS PHẠM CHƯƠNG THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU - Ở phần thiết kế cấu tạo bố trí thép, tính tĩnh tải, khơng tính tốn nội lực tính tốn cốt thép 2.1 LAN CAN Hình 2.1 Cấu tạo cột lan can - Chiều dài nhịp 28 m, bố trí khoảng cách cột lan can 1850mm bên cầu gồm 16 cột lan can, 15 cặp liên kết, 15 cặp tay vịn Một cột lan can tạo thép: T1 100 x 1,740 x T2 140 x 740 x T3 100 x 150 x Thể tích thép là: Thể tích thép T1: VT1 = 100 x 1,740 x =870000 mm3 Thể tích thép T2: VT2 = 140 x 740 x =518000 mm3 Thể tích thép T3: VT3 = 100 x 150 x = 75000 mm3 Vcot lancan  870000  518000  75000  1463000 mm3 Thanh liên kết: SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC Vlienket     (902  822 )  100  216142 mm3 MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ Vtayvin   GVHD: ThS PHẠM   (802  702 )  1850  4358959.81 mm3 Tay vịn: Tổng trọng lượng lan can toàn cầu: DC   s  (Vcot lancan  Vlienket  Vtayvin )  7.85  105  (1463000  16  216142 15  4358959.81 15)  7224.71 N Tính 1mm theo phương dọc cầu: Plancan  7224.71  0.258 N / mm 28000 2.2 LỀ BỘ HÀNH Hình 2.2 Lề hành - Ta chia phần lề hành thành phần hình vẽ (phần mặt lề hành có độ dốc 1% nhỏ nên xem khơng có độ dốc xem khơng có phần vát) - Ta tính trọng lượng phần theo phương dọc cầu( Tính cho chiều dài Ldam= 28000mm) - Ta có: P1  250  313  28000  2.5 105  54775( N ) P2  P4  100  172  28000  2.5  10 5  12040( N ) P3  1150  141  28000  2.5 10 5  113505( N ) P5  250  657  28000  2.5  10 5  114975( N ) - Vậy tổng trọng lượng lan can phần bê tông chiều dài cầu L=28000mm: SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP ĐỆ GVHD: ThS PHẠM PDC  P1  P2  P3  P4  P5  54775  12040  113505  12040  114975  307335( N ) - Ta có trọng lượng lan can (Phần thép+ phần bê tơng) phân bố chiều dài nhịp tính tốn: DC3  qlancan  PDC 307335  0.258   11.23( N / mm) L 28000 - Vị trí đặt DC3: Xác định cách cân momen quay quanh trục qua mép bó vỉa: P lancan  xlancan  P1  x1  P2  x2  P3  x3  P4  x4  P5  x5 x' DC3  7224.71 1525  54775  125  12040  300  113505  825  12040  1350  114975  1525 7224.71  307335  975(mm) Vậy vị trí đặt DC3 cách mép ngồi bó vỉa đoạn 975 (mm) 2.3 BẢN MẶT CẦU Bản mặt cầu tính tốn theo sơ đồ: Bản congxon 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 Cốt thép dùng mặt cầu thép CII có cường độ Fy=250 MPa, bê tông dùng cho mặt cầu loại bê tơng có cường độ chịu nén f’c=30 MPa Do phạm vi hẹp đồ án mơn học nên ta bố trí cốt thép mặt cầu theo yêu cầu cấu tạo hình Hình 2.3 Bố trí thép mặt cầu SVTH: PHẠM LÊ QUANG LỘC MSSV: 1651090077 Trang  ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ CHƯƠNG THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 3.1 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC 3.1.1 Giai đoạn chưa liên hợp Hình 3.1 Đặc trưng hình học dầm - Diện tích mặt cắt ngang phần dầm thép: As  bc tc  D.tw  b f t f  b ' f t ' f  350  20  1040 15  350  20  450  20  38600 mm - Moment tĩnh dầm thép trục X-X: tf    t 'f  t  D K X  X   Ai ycX,i X  bc  tc  c  D  tw   tc   b f  t f   tc  D   b 'f  t ' f  d   2 2     20 20  20   1040     350  20   1040  15    20  350  20  1040  20   450  20  1100   2 2      25794000 mm3 - Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép dầm : s ,t YNC c K X  X 25794000   668.24mm As 38600 s ,b s ,t YNC  d  YNC  1100  668.24  431.76mm - Xác định moment quán tính: SVTH: MSSV: Trang 10  ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ t  h   2 bN  tN   N  tff  t'  tN  tN  hN   N3  X  tff  t'  tN        t  t 2 bN  tN   D  N  tff  t'  tN  bN1  tN1   N1  d  tN       20   900  20  450 20  2 150 20   40  20 15 900   70 40 20     kX _ X  bN  tN  tN    20  20 2 120 20  1040   40  20 290 20   1100  20       20,126,000.00(mm3 ) Khoảng cách từ TTH đến mép nối N5 YNb5  KX_ X AN  20,126,000.00 52,600.00  382.62(mm) Khoảng cách từ TTH đến mép nối N1 YNt   tN  d  tN1   YNb5   20  1100  20  382.62  757.38(mm) Xác định momen quán tính IN   bN  tN3 12  2   t  2 bN  tN3 t   bN  tN   YNb5  N    2 bN  tN  YNb5  tN  t'ff  t  N  2 12 2    2 tN  YNb5  tN  t'ff  t  100    2 tN  YNt1  tN1  tc  98 3  2 bN  tN3 12  t  tN  bN1  tN3 t  2 bN  tN   YN1  tN1  tc   bN1  tN1   YNt1  N1     12 2   Thay số vào ta SVTH: MSSV: Trang 126  ĐAMH TK CẦU THÉP IN   450 203 12 GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 2   20  2 150 20 20   450 20  382.62     2 150 20 382.62  20  40   2 12 2   2 15  382.62  20  40  70 3  2 15  757.38 20  20  70 3 2 120 203  12   20  290 20 20  2 120 20  757.38 20  20     290 20  757.38  2 12 2    10,352,786,109.00 (mm4 ) Nhận xét: IN= 10,352,786,109.00 (mm4)≥ INC=7,427,166,874,03 (mm4) Độ lệch tâm nối so với trục trung hòa chưa liên hợp: s,b elt  (YNb5  tN )  YNC  (382.62  20)  431.76  69.14(mm) 4.5.2 Kiểm tra nối cánh Khả chịu lực kéo nối (xét cho mặt cắt giảm yếu ) Ta có [N ]  [AN1  AN ] fy  (bN1  2 d)  tN1  2 (bN  d)  tN   fy  (290  2 22)  20  2 (120  22)  20  250  2,210,000.00 (N ) Lực tải trọng tính tốn tác dụng lên nối: Dầm biên : N  1, 281, 788.71 N Dầm trong: N  1, 278,826.54N Kiểm tra: Dầm biên:  N   2, 210, 000.00  N   N  1, 281, 788.71  N  Dầm trong:  N   2, 210, 000.00  N   N  1, 278,826.54  N  Vậy nối đảm bảo khả chịu lực 4.5.3 Kiểm tra nối cánh Khả chịu lực nối cánh dưới: Ta có: SVTH: MSSV: Trang 127  ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ [N ]  [AN  AN ] fy  2 (bN  2 d)  tN  (bN  nv  d)  tN   fy   2 (150  2 22)  20  (450  4 22)  20  250  2,870,000.00 (N ) Lực dọc tải trọng tính tốn tác dụng lên nối: Kiểm tra: Dầm biên : N  2, 497, 218.20 N Dầm trong: N  2,165, 730.82 N Kiểm tra: Dầm biên:  N   2,870, 000.00  N   N  3, 649, 268.7  N  Dầm trong:  N   2,870, 000.00  N   N  3, 776,106.6 N Vậy nối đảm bảo khả chịu lực 4.5.4 Kiểm tra nối bụng Kiểm tra nối bụng từ điều kiện đảm bảo khả chịu cắt Lực cắt tác dụng: Dầm biên : V  239, 489.00 ( N ) Dầm : V  301,852.00 ( N ) Cường độ tính tốn chịu cắt: fV=0.58xfy=0.58x250=145 (MPa) Khả chịu cắt bụng: [V ]  AN  fV  [2 tN  (hN  nv  d)] fV  [2 15 (900  11 22)] 145  2,862,300.00(N ) Kiểm tra: Dầm biên  V   2,862,300.00  N   V  274, 430.90  N  Dầm giữa:  V   2,862,300.00  N   V  341, 707.20  N  Vậy nối đảm bảo khả chịu lực 4.6 THIẾT KẾ HỆ LIÊN KẾT NGANG 4.6.1 Sơ cấu tạo bố trí Liên kết khung ngang: có 18 liên kết khung ngang dầm SVTH: MSSV: Trang 128  ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Khoảng cách liên kết ngang 3000 mm Dùng thép L 100 x 100 x 10 (cho xiên ngang) Thanh ngang dài: 2045 mm Thanh xiên dài: 983 mm Mỗi liên kết ngang có: liên kết ngang liên kết xiên Liên kết ngang đầu dầm: Dầm ngang W760x196 dài 2045 mm 4.6.2 Thiết kế dầm ngang 4.6.2.1 Sơ đồ đặt kích nội lực Ta chọn vị trí đặt kích, cách đầu dầm ngang Khoảng cách từ đầu dầm ngang đến vị trí đặt kích: x = 450 mm Ta có 10 dầm ngang tất nên số kích sử dụng 20 kích, lực kích mà kích cần phải kích P = Ptc/20 với Ptc tổng tải trọng cầu: (giả sử bỏ qua hiệu ứng xung kích kích dầm cầu) Sơ đồ đặt kích: Ptc   n  DC1  DC   DC3  DW   L cau  (6  5.02  68.25   11.47  14.175)  28000  3, 793, 412.00 N  PK  Ptc 3, 793, 412   189, 670.60 N nk 20 Nội lực dầm ngang: M max  PK xX  189,670.60x450  85,351,770N 4.6.2.2 Chọn tiết diện dầm ngang Từ công thức xác định ứng suất dầm momen uốn ta có momen kháng uốn cần thiết dầm ngang là: MW  SVTH: M max 73013850   292055.4 mm3 Fy 250 MSSV: Trang 129  ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Dựa vào điều kiện chiều cao dầm ngang tối thiểu phải lớn ½ chiều cao dầm liên hợp h > 0.5 x 1400 = 700 mm momen kháng uốn dầm.Ta chọn tiết diện dầm ngang W760x196 có kích thước sau: Chiều cao dầm: d=770 mm Bề rộng cánh: bf=268 mm Bề dày cánh: tf=25.4 mm Bề dày bụng: tw=15.6 mm Dầm có momen kháng uốn:  tw (d  2t f )3  b f t 3f d tf  2  2  b f t f (  )2   12   12 2  2×I x-x    Wx =  d d  15.6  (770   25.4)3  268  25.43 770 25.4   2  2  268  25.4  (  )  12 12 2     770  6,159, 464.50 mm  M W  341, 407.08 mm3 4.6.2.3 Thiết kế mối nối bulông dầm ngang sườn tăng cường Nội lực thiết kế bulông dầm ngang sườn tăng cường lấy sau: M  0.7  M max =0.7  85,351,770  59,746,239 N.mm V  Pk  189,670.60 N Chọn hàng bulơng có đường kính d=22mm,mỗi hàng có bulơng Khoảng cách hàng bulong 122mm,giữa dãy bulông 64mm Khoảng cách tim bulông đến mép của dầm ngang 75 mm Khả chống trượt bulông: Rn = Kh x Ks x Ns x Pt Trong đó: Kh = : hệ số kích thước lỗ Ks = 0.5 : hệ số điều kiện bề mặt Ns=1 : số mặt trượt bulông Pt = 176000 N : lực căng yêu cầu tối thiểu  R n  1 0.5 1176000  88000 N Khoảng cách bulơng nhóm: Khoảng cách bu lông 6: l1 = 600 mm Khoảng cách bu lông 5: l2 = 360 mm Khoảng cách bu lông 4: l3 = 120 mm SVTH: MSSV: Trang 130  ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Hình 4.5 Bố trí bulơng dầm ngang với sườn tăng cường đầu dầm Lực tác dụng vào bu lơng ngồi (bu lơng chịu lực tác dụng lớn nhất): Do mômen tác dụng: NM  M b.l1 59,746,239.00  600   35,563.24 N 2 n.(l  l2  l3 )  (6002  3602  1202 ) Do lực cắt tác dụng: NV  V 189,670.60   15,805.88 N nb 12 Tổng lực tác dụng vào bulơng ngồi cùng: N ub  2 N2M  N2V = 35,563.24  15,805.88 =38,917.47N So sánh với Rn: N ub= 38,917.47 Mối nối đủ khả chịu lực 4.6.3 Thiết kế hệ liên kết khung ngang 4.6.3.1 Tải trọng Gỉa thiết lực gió tác dụng vào nửa dầm, BMC lan can truyền vào BMC Cịn tải trọng gió tác dụng vào nửa truyền vào cánh dưới: + Tính lực gió: -Áp lực gió: SVTH: PD  0.0024 MPa MSSV: Trang 131  ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Hệ số tải trọng:   1.4 - Chiều cao chắn gió kết cấu: d1=2800mm - Chiều cao chắn gió dầm: d2=1100mm +Lực gió có nhân hệ số tác dụng vào cánh dưới: Wbf    pD  d 1.4  0.0024  1100   1.85 2 +Lực gió nhân hệ số tác dụng vào cánh trên: d 1100 Wtf    pD  (d1  )  1.4  0.0024  (2800  )  7.56 2 4.6.3.2 Nội lực Khoảng cách LKN: Lb=3000mm Lực gió tác dụng vào giằng dưới: Fbf  Wbf  L b  1.85 3000  5,544 N Lực gió tác dụng vào giằng trên: Ftf  Wtf  L b  7.56 3000  22,680N Góc ngang xiên 28o24’48’’ Lực gió tác dụng vào giằng xiên: Fd  Ftf cos310  22,680  25,786.27 cos(280 24'48'') 4.6.3.2.1 Kiểm toán giằng Thanh giằng giả thiết Vì chéo truyền lực gió trực tiếp vơ BMC Để cung cấp ổn định ngang cho cánh suốt q trình thi cơng ta chọn thép góc: Thanh L100x100x10 4.6.3.2.2 Kiểm toán giằng Sử dụng thép góc điều cạch Có đặc trưng hình học: As L b t SVTH: 1920 2045 100 10 100x100x10 mm2 mm mm mm MSSV: Trang 132 ĐAMH TK CẦU THÉP  30.4 250 mm MPa rmin Fy GVHD: ThS PHẠM ĐỆ  Kiểm tra độ mảnh cấu kiện Xét tỷ số: K.L  140 rmin Trong đó: K = 0.75: hệ số chiều dài hiệu dụng Thay số: 0.75  2045  50.45  140  30.4 Thỏa mãn Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: b E  k t Fy Trong đó: k = 1.49 : hệ số oằn giằng Thay số: 100 200000  10  1.49   42.14  10 250 Thỏa mãn  Kiểm toán cường độ: Xác định Pn:  k.L  Fy    .r  E 250  0.75  2045    0.32     30.4  200000   0.32