Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật Đồ án thiết kế dầm thiết kế kỹ thuật
Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP Phần ii thiết kế kỹ thuật 85 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP ch-ơng I Thiết kế dầm thép liên hợp bê tông cốt thép l=30m Sè liƯu tÝnh to¸n thiÕt kÕ: 1.1 SèliƯu chung: - Quy tr×nh thiÕt kÕ: 22TCN 272-05 - ChiỊu dài nhịp: L=30m - Khổ cầu: +2x2.0+ 2x0.5 (m) + Bề rộng phần xe chạy: B xe= (m) + LỊ ng-êi ®i bé: 2x2.0 (m) => ble=2.0 (m) + Ch©n lan can: 2x0.5 (m) => blc= 0.5 (m) - Hoạt tải thiết kế: + Tải trọng HL93: 1.Tổ hợp HL93K: Tổ hợp xe tải thiết kế(Truck) + Tải trọng làn(Lane) 2.Tổ hợp HL93M: Tổ hợp xe trục thiết kế(Tandem) + Tải trọng làn(Lane) + Ng-ời ®I bé: 3.10 -3Mpa = 300daN/m2 1.2 VËt liÖu chÕ tạo dầm: - Thép chế tạo neo liên hợp: f y = 420Mpa - Cốt thép chịu lực mặt cầu: : f y = 420Mpa - Vật liệu bê tông chế tạo mặt cầu: + C-ờng độ chịu nén bê tông tuổi 28 ngày: f c= 30Mpa + Trọng l-ợng riêng be tông: c = 2,5T/m3 = 25kN/m3 + Môđun đàn hồi bê tông: Ec = 0,043c1,5 fc ' = 0,043.2500 1,5 30 = 28441,8(Mpa) - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép bon M270M cấp 250 có thông số kĩ thuật nhsau: + Cấp thép: 250 + Giới hạn chảy thép: f y = 250 Mpa + Gới hạn kéo đứt 86 thép: fu = 400 Mpa Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + Môđun đàn hồi thép: Es = 2.105 Mpa - Liên kết dầm: + Liên kết dầm chủ đ-ờng hàn + Liên kết mối nối dầm bulông c-ờng độ cao 1.3 Các hệ số tính toán: - Hệ số tải trọng: + Tĩnh tải giai đoạn I: 1= 1,25 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II: 2= 1,5 0,65 + Hoạt tải HL93 đoàn Ng-ời: 1,75 1,0 - Hệ số xung kÝch: 1+IM = 1,25( chØ tÝnh víi xe t¶i vµ xe 2trơc thiÕt kÕ) - HƯ sè lµn: + Theo 22TCN 272-05 hệ số m đ-ợc lấy nh- sau: BảNG:Hệ Số LàN m Số n Hệ sè lµn m 1.2 1.0 0.85 >3 0.65 + cầu đ-ợc thiết kế nên ta lấy hệ số m = 1,0 Cấu tạo kết cấu nhịp: 2.1 Chiều dài tính toán KCN: - Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp L nh = 32 (m) - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối lấy a = 0.4 (m) => Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh – 2xa = 30- 2x0.3 = 29.4 (m) 2.2 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu: - Các kích th-ớc mặt cắt ngang cầu: + Bề rộng phần xe chạy: Bxe = 800 cm +Số lµn xe thiÕt kÕ: nl = lµn +BỊ réng lỊ ®i bé: 87 ble = 2x200 cm Tr-êng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + Bề rộng gờ chắn bánh: bgc = cm + Chiều cao gờ chắn bánh: hgc = cm + BỊ réng ch©n lan can: b clc = 2x50 cm + ChiỊu cao ch©n lan can: h clc = 50 cm + BỊ réng toµn cÇu: B cau = 800 + 2x200 +2x50 = 1300cm + Số dầm chủ thiết kế: n=6 + Khoảng cách tim dầm: S = 220cm + Chiều dài phần cánh hẫng: d e = 100cm - Mặt cắt ngang cầu: mặt cắt ngang 1/2 Mặt cắt nhịp 1/2 Mặt cắt gối 13000 500 2000 2000 4000 4000 500 Lớp bê tông nhựa dày cm Lớp phòng n-ớc dày 0,4cm Bản mặt cầu dày 20-25cm 1400 100 100 2% 200 2% 1000 2200 2200 2200 2200 2200 Hình 1: Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp 2.3 Chiều cao dầm chủ: - Trong b-ớc tính toán sơ ta chọn chiều cao dầm thép theo công thøc: Hsb => Hsb L 30 *29.4 = 1.08 m 30 => Chän chiỊu cao dÇm thÐp: + ChiỊu cao b¶n bơng: Dw = 133 cm + Chiều dày cánh trên: tt = cm + Chiều dày cánh d-ới: tb = cm 88 1000 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + Chiều cao toàn dầm thép: H sb = 133+3+4 = 140cm = 1.40 m 2.4 Cấu tạo bê tông mặt cầu: - Kích th-ớc bêtông đ-ợc xác định theo điều kiện chịu uốn d-ới tác dụng tải trọng cục - Chiều dày th-ờng chọn: ts = 16 đến 25cm - Theo quy định 22TCN 272 05 chiều dày bê tông mặt cầu phải lớn 175mm, đồng thời phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực => Chọn chiều dày bêtông mặt cầu ts = 20cm - Bản bêtông cấu tạo vút dạng đ-ờng vát chéo, theo dạng đ-ờng cong tròn không cần tạo vút Mục đích việc cấu tạo vút bêtông nhằm làm tăng chiều cao dầm=> tăng khả chịu lực dầm tạo chỗ ®Ĩ bè trÝ hƯ neo liªn kÕt - KÝch th-íc cấu tạo bêtông mặt cầu: + Chiều dày bêtông : ts = 20cm + Chiều dày vút bản: th = 12cm + BỊ réng vót b¶n: b h = 12cm + Chiều dài phần cánh hẫng: d e = 100cm + Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 110cm 89 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP 30 200 2200 40 1330 120 700 Hình 2: Cấu tạo bêtông mặt cầu 2.5 Tổng hợp kích th-ớc thiết kế dầm chủ: - Mặt cắt ngang dầm chủ: 90 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM §å ¸N TèT NGHIƯP 30 200 2200 40 1330 120 700 Hình 3: Cấu tạo mặt cắt ngang dầm chủ - Cấu tạo bụng: + Chiều cao bụng: Dw = 1.33m + Chiều dày bụng: tw = 2cm - Cấu tạo cánh hay cánh chịu nén: Do có bêtông chịu nén nên cánh dầm thép cần cấu tạo đủ để bố trí neo liên kết với bêtông, kích th-ớc cánh th-ờng nhỏ kích th-ớc cánh d-ới: + Bề rộng cánh chịu nén: b c = 40cm + Số tập bản: n = tập + Chiều dày bản: t = 3cm + Tổng chiều dày cánh chịu nén: tc = 1.3 = 3cm - Cấu tạo cánh d-ới hay cánh chịu kéo: + Bề rộng cánh chịu kéo: b t = 70cm + Số tập bản: n = tập + Chiều dày bản: t =4cm 91 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + Tổng chiều dày cánh chịu kéo: tt =40cm - Tỉng chiỊu cao dÇm thÐp: Hsb = 133 +3 +4 =140cm - Cấu tạo bêtông: chiều dày bản: ts =20cm chiều cao vút bản: th = 12cm - Chiều cao toàn dầm liên hợp : H cb = 140 + 12 + 20 = 172cm X¸c định đặc tr-ng hình học mặt cắt dầm chủ 3.1 Các giai đoạn làm việc cầu dầm liên hợp: Giả thiết cầu đ-ợc thi công theo biện pháp lắp ghép cần cẩu lao kéo dọc nên cầu dầm liên hợp làm việc theo giai đoạn : - Giai đoạn I: Khi thi công xong dầm thép + Mặt cắt tính toán: mặt cắt dầm thép + Tải trọng tính toán: ( tĩnh tải giai đoạn I) Trọng l-ợng thân dầm Trọng l-ợng hệ liên kết dọc liên kết ngang Trọng l-ợng bêtông phần bêtông đ-ợc đổ với - Giai đoạn II: mặt cầu đà đạt đ-ợc c-ờng độ tham gia làm việc tạo hiệu ứng liên hợp dầm thép BTCT + Mặt cắt tính toán mặt cắt liên hợp Thép- BTCT + Tải trọng tính toán: 1.Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm trọng l-ợng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắn bánh( phận đ-ợc đổ bêtông lắp ghép sau tháo dỡ ván khuôn bêtông mặt cầu) 2.Hoạt tải - Mặt cắt làm việc: 92 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TèT NGHIÖP Yr bc th I I Hcb Dw Hsb I II Hsb Dc1 I II Dc2 bh tc Z1 Dw bc ts bs Y1 Y1 tw tw tt tt bt bt Hình 4a: Mặt cắt tính toán GĐI Hình 4b: Mặt cắt tính toán GĐII 3.2 Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn I: - Giai đoạn 1: Khi thi công xong dầm thép đổ bêtông mặt cầu, nhiên dầm thép bêtông ch-a tạo hiệu ứng liên hợp - Mặt cắt tính toán mặt cắt dầm thép - Diện tích mặt cắt dầm thép( diện tích mặt cắt nguyên): ANC = bc.tc + Dw.tw + bt.tt = 40.3 + 133.2 + 70.4 = 792cm2 - Xác định mômen tĩnh mặt cắt trục 0-0 qua đáy dầm thép: So = bc.tc.( Hsb - tc/2 ) + Dw.tw.( Dw + tt ) + bt.tt.tt/2 = 40.3.( 150- 3/2 ) + 133.2.(144/2 +4 ) + 70.4.3/2 = 56295cm3 - Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai ®o¹n I : Y1 = So 56295 = = 71,08 cm 792 ANC - Chiều cao phần s-ờn dầm chịu nÐn : Dc1 = Hsb – tc – Y1 = 140 71,08 =65,92 cm - Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục I I : Yt1 = Hsb – Y1 = 140– 71,08 = 68,92 cm - Khoảng cách từ mép d-ới dầm thép ®Õn trôc I – I : YbI = Y1 = 71,08 cm - Xác định mômen quán tính mặt cắt dầm TTH I - I + Mômen quán tính bụng: 93 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP Iw = tw Dw3 3.1443 D 144 + tw Dw w + tt − Y1 = + 3.144 + − 71, 08 12 12 = 949825,68 cm4 + Mômen quán tính cánh chÞu nÐn: I cf = bc t c 40.33 3 + bc t c H sb − Y1 − t c = + 40.3 150 − 71, 08 − 12 12 2 = 917160,77cm4 + Mômen quán tính cánh chịu kéo: 2 b t t 70.33 3 I tf = t t + bt t t Y1 − t = + 70.3. 71,08 − = 1016846,54 cm4 12 2 12 + Mômen quán tính tiÕt diƯn dÇm thÐp: INC = Iw + Icf +Itf = 2883832,99 cm4 - Xác định mômen tĩnh phần mặt cắt dầm thép TTH I I : (H − Y1 − t c ) t S NC = bc t c H sb − Y1 − c + t w sb 2 = (150 − 71, 08 − 3) 3 40.3 150 − 71, 08 − + 2 = 21563,77 cm3 - Mômen quán tính mặt cắt dầm thép đối víi trơc Oy: t b D t t b 3.40 154.33 3.70 Iy = c c + w w + t t = + + 12 12 12 12 12 12 = 102096,5 cm4 - Bảng tổng hợp kết tính toán ĐTTH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I: Các đại l-ợng kí hiệu Diện tích mặt cắt dầm thép ANC Mômen tĩnh mặt cắt đáy dầm So Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I Y1 KC từ mép dầm thÐp ®Õn TTH I- I Yt1 KC tõ mÐp d-íi dầm thép đến TTH I-I Yb1 Mômen quán tính phần bụng Iw Mômen quán tính phần cánh Icf Mômen quán tính phần cánh d-ới Itf Mômen quan tính dầm thép INC Mômen tĩnh ặt cắt TTH I-I SNC 94 Giá trị 792 56295 71.08 88.92 71.08 949825.68 917160.77 1016846.54 2883832.99 21563.77 đơn vị cm2 cm3 cm cm cm cm4 cm4 cm4 cm4 cm3 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP - Lực tr-ợt tải trọng gây đ-ợc xác định theo công thức : + Tr-ờng hợp : Trục trung hoà dẻo nằm lực nén C nhỏ c-ờng độ toàn phần nhiên cân yêu cầu C lùc kÐo tiÕt diƯn ®ã ta cã : C = Vh = fywDtw + fytbttt + fycbftf + Tr-ờng hợp : Trục trung hoà dẻo nằm tiÕt diƯn thÐp vµ lùc nÐn C = v h c-ờng độ toàn phần tính theo công thøc : bs ts + th bc + .bh th = 0,85 f ' A C = Vh = 0,85 f c c s n Trong ®ã : + f c' : C-ờng độ chịu nén tuổi 28 ngày quy định bê tông f c' = 28Mpa = 2,8kN / m + bs : BÒ rộng tính toán bản, b s = 240cm + ts : Chiều dày bản, ts = 20cm + As : Diện tích bê tông bao gồm phÇn vót, A s = 5224cm2 + Fyw, Fyt, Fyc : C-ờng độ chảy nhỏ nhát quy định s-ờn dầm, cánh chịu kéo chịu nén dầm thÐp + Dw : ChiỊu cao s-ên dÇm thÐp + bt, bc : Bề rộng cánh chịu kéo cánh chịu nén dầm thép + tw, tt, tc : Chiều dày s-ờn dầm, chiều dày cánh chịu kéo chịu nén + bh, tn : Bề rộng chiều cao vút dầm - Khi mặt cắt dầm phát triển đến giai đoạn chảy dẻo theo nh- kết tính toán ta có trục trung hoà dẻo (PNA) dầm chủ qua s-ờn dầm nên ta tính lực tr-ợt giai đoạn chảy dẻo theo công thức : Vh = 0,85 f c' As = 0,85.2,8.5024 ,00 10 −2 = 12433 ,1kN 12.3 Xác định khả chịu lực neo 12.3.1 Lo¹i neo sư dơng - Sư dơng neo đinh mũ chịu cắt cấu tạo nh- hình vẽ : 168 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP Hình 33 : Neo đinh mũ - Các quy định cấu tạo neo đinh mũ : + Đ-ờng kính thân neo : d = 1624mm + Chiều cao neo phải lớn lần đ-ờng kính thân neo + B-ớc neo tính từ tim đến tim neo không đ-ợc v-ợt 600mm không nhỏ lần đ-ờng kính thân neo (A6.10.7.4.1b) + Theo ph-ơng ngang cầu khoang cách neo phải lớn lần đ-ờng kính thân neo + Khoảng cách tĩnh cánh dầm thép mép neo phải lớn 25 mm (A6.10.7.4.1) + Chiều dày tĩnh lớp phr neo không đ-ợc nhỏ 50mm, miền có vút, khoảng cách đỉnh tiết diện thép đáy bê tông lớn, neo chống cắt cần chôn sâu 50mm (a6.10.7.4.1d) 12.3.2 Sức kháng neo - Công thức tÝnh to¸n : Qn = 0,5 Asc f c' Ec Asc fu Qr = scQn Trong ®ã : + sc : HƯ sè kh¸ng ®èi víi neo chèng c¾t, sc = 0,85 + Qn : Sức kháng cắt danh định + Qr : Sức kháng cắt tính toán + Asc : Diện tích mặt cắt ngang neo đinh chịu cắt 169 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + fc : C-ờng độ chịu nén 28 ngày quy định bê tông + Ec : Môđun đàn hồi bê tông bản, số liệu xác, loại bê tông có khối l-ợng riêng từ 1440 đến 2500kG/m lấy môđun đàn hồi nh- sau : Ec = 0, 043 c1,5 f c' =28441,8 MPa Víi c lµ khối l-ợng riêng bê tông tính kG/m + fu : C-ờng độ kéo đứt quy định thép làm neo, thông th-ờng f u = 450MPa - Tính khả chịu cắt neo định mũ : + Đ-ờng kính thân neo : d = 22mm = 2,2cm + ChiỊu cao cđa nÐo : hneo = 20cm 3,1416.2, 22 + Diện tích mặt cắt ngang thân neo : Asc = = 3,801cm2 + C-êng ®é kÐo ®øt cđa thÐp lµm neo : fu = 450 MPa + Sức kháng danh định neo: Qn = 169, 61kN Asc f u = 3,801.450.10−1 = 171, 06kN = Kết luận: Đạt - Sức kháng cắt tính to¸n cđa neo: Qr = scQn = 0,85.169,61 = 144,16kN 12.3.3 Søc kh¸ng mái cđa neo - Søc kh¸ng mái cđa mét neo ®inh mị: Z r = d 19d Víi: = 238 - 29,5 logN Trong đó: + d: Đ-ờng kính neo đinh mò, d = 22mm = 2,2cm + N: Sè chu kỳ tính mỏi (theo quy định điều A.6.6.1.2.5) N = (35) (100)n(ADTT) SL + n: Số chu kỳ phạm vi ứng suất l-ợt chạy qua xe t¶i, n=1 + ADTT: Sè xe t¶i mét ngày theo chiều tính trung bình tuổi thọ thiÕt kÕ ADTT = 0,85.7000 = 5950 => N = (365).(100).1.5950 = 2,17.10 => = 238 - 29,5logN = 238 - 29,5log(2,17.10 8) = -7,936 - KiÓm tra: Ta cã: = -7,936 < 19.d = 19.222.10-3 = 9,196 VËy ta lÊy: Zr = 19d2 = 9,196 kN 170 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP 12.4 Bố trí neo - Lực tr-ợt danh định tác dụng lên neo: Vh = 12433,1 kN - Søc kh¸ng tÝnh to¸n cđa neo: Qr = 144,16 kN - Sè neo cÇn thiÕt bố trí đoạn dầm từ mặt cắt có mômen lớn đến mặt cắt có mômen (trên 1/2 chiều dài dầm): n= Vh 12433,1 = = 86,25 neo Qr 144,16 - Bè trÝ neo: + Sè neo hàng: nn = neo + Số hàng neo 1/2 chiều dài dầm: n h = 55 hàng + Tổng số neo bố trí 1m dài dÇm: n n = 110 neo + B-íc neo bè trÝ: p= Ltt 31400 = = 300mm = 30cm ( nh − 1) ( 50 − 1) B¶n đệm Hình 34: Bố trí neo định mũ chịu cắt 12.5 Kiểm toán neo đinh mũ theo TTGH mỏi - Theo điều kiện c-ờng độ đà tính số neo sau bè trÝ neo ®ã cã b-íc cđa neo p (khoảng cách neo theo chiều dọc dầm) theo sức kháng mỏi b-ớc neo phải thoả mÃn điều kiện: p nn Z r I ST Vsr S s Trong đó: + p: B-ớc neo theo ph-ơng dọc cầu, p = 300cm + nn: Sè l-ỵng neo mét mặt cắt ngang, n n = neo + lST: Mômen quán tính mặt cắt liên hợp ngắn hạn, lST = 7286466 cm4 171 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + Ss: Mômen tĩnh bê tông đối vói TTH mặt cắt liên hợp ngắn hạn Ss = 38587,4 cm3 + Vsr: Lực cắt xe tải thiết kế có xét đến xung kích xác định cho TTGH mái V sr = VtcLL (1 + IM ) = 151,83kN + Zr: Sức chịu kháng mỏi neo riêng lẻ, Z r = 9,196 - Kiểm toán: p = 30 nn Z r I ST 2.9,196.7286466 = = 22,87cm => Kết luận: Không đạt Vsr S s 144,54.38587,4 13 Tính toán liên kết cánh với bụng 13.1 Lực tác dụng lên liên kết 13.1.1 Lực gây tr-ợt bảnh cánh bụng - Lực gây tr-ợt cánh bụng dầm théplà ứng suất tiếp xuất bề mặt tiếp giáp bụng cánh ứng suất tiếp hình thành lực cắt gheo định luật ®èi vøng cđa øng st tiÕp - S¬ ®å tÝnh: P a2 V H a2+2H Hình 35: Sơ đồ tính liên kết hàn - Cánh dầm đ-ợc liên kết với s-ờn dầm đ-ờng hàn góc từ suốt chiều dài dầm - Nội dung tính toán xác định chiều cao đ-ờng hàn kiểm tra ứng suất tiếp - áp lực bánh xe phân bố qua lớp phủ mặt cầu theo góc nghiêng = 45o - Lực gây tr-ợt dọc tải trọng gây ra: ( ) ( II II ' II ' Vtth ScII + S sII VttI ScI Vtt Sc + Ss T= + + I NC I LT I ST Trong ®ã: 172 ) ( kN / m ) Tr-êng ®¹i học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + VItt: Lực cắt tĩnh tải giai đoạn I, V Itt = 424,5kN + VIItt: Lực cắt tĩnh tải giai đoạn II, V IItt= 155 kN + Vhtt: Lực cắt hoạt tải, V htt = 473,72 kN + SIc: Mômen tĩnh cánh nÐn ®èi víi TTH I - I, t 3 ScI = bc tc H sb − Y1 − c = 40.3 150 − 71, 08 − = 10490, 4cm3 2 2 + SIIc: Mômen tĩnh cánh nén TTH mặt cắt LH ngắn hạn (II-II) t S cII = bc t c H sb − Y1 − Z1 − c = 4441,2cm3 2 + ScII: Mômen tĩnh cánh nén TTH mặt cắt LH dài hạn (II-II) t S cII ' = bc t c H sb − Y1 − Z1' − c = 7395,6cm3 + SsII: Mômen tĩnh bê tông TTH mặt cắt LH ngắn hạn (II-II) SsII = 38587,4cm3 + SsII: Mômen tĩnh bê tông TTH mặt cắt LH dài hạn (II-II) SsII = 19024,9cm3 + INC: Mômen quán tính mặt cắt dầm thép: INC = 2883833 cm4 + IST: Mômen quán tính mặt cắt LH ngắn hạn: IST = 7286466 cm4 + ILT: Mômen quán tính mặt cắt LH dài hạn: ILT = 5134401 cm4 Vậy ta cã: T= VttI S cI VttII ( S cII ' + S sII ' ) Vtth ( S cII + S sII ) + + I NC LLT I ST = 5,139 kN / cm = 513,9kN / m 13.1.2 áp lực phân bố tải trọng bánh xe - Công thức tính toán: V= (1 + IM ) P Trong đó: + P: Tải trọng b¸nh xe, P = 145/2 = 72,5kN + : HƯ sè t¶i träng, = 1,75 + 1+IM: HƯ sè xung kÝch, (1+IM) = 1,25 + : Lµ chiỊu dµi đặt tải, = a2+ 2H 173 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + : Hệ số tiếp xúc cánh với bụng, = 1,0 + H: Chiều dày mặt cầu lớp phủ mặt cầu H = ts + th + hmc + tc = 20 + 12 + 12 + = 47cm + a2: Chiều dài tiếp xúc vệt bánh xe với mặt đ-ờng, a = 0,2m = 20cm => = a2 + 2H = 20 + 2.47 = 114cm - áp lực phân bố tải trọng bánh xe: V= (1 + IM ) P 1.1, 75.1, 25.72,5 = = 1,3912kN / cm = 139,12kN / m 114 13.2 Xác định chiều cao đ-ờng hàn 13.2.1 C-ờng độ đ-ờng hàn góc - Công thức tÝnh to¸n: 0, 28v Ag f y Rr = 0, 60 e f xx Trong ®ã: + v: Hệ số sức kháng cắt, v = 1,0 + fy: C-ờng độ chảy nhỏ cấu kiện liên kÕt, f y = 250Mpa + Ag: DiÖn tÝch tiÕt diện nguyên chịu cắt cấu kiện liên kết + fexx: C-ờng độ phân loại thép đ-ờng hàn (MPa), ®èi víi que hµn E70XX cã c-êng ®é lµ fexx = 485MPa + e2: Hệ số kháng thép hàn, e2 = 0,8 - Vậy ta có c-ờng độ tính toán đ-ờng hàn là: Rr = 0,60.0,8.485=232,80Mpa = 232,8.10 kN/m2 14.2.2 Xác định chiều cao đ-ờng hàn - Chiều cao tính toán đ-ờng hàn: dh = T +V T +V Rrg = tdh 2.tdh 2.Rrg VËy ta cã chiÒu cao tối thiểu đ-ờng hàn là: t dh 513,9 + 139,12 T +V = = 0,00114m = 1,14mm 2.Rrg 2.232,8.103 - ChiÒu cao tèi thiểu cạnh đ-ờng hàn: w = tdh sin Trong ®ã : + tdh : ChiỊu cao tÝnh toán đ-ờng hàn, tdh = 1,14mm 174 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ ¸N TèT NGHIƯP + w : ChiỊu cao nhá nhÊt cạnh đ-ờng hàn + : Góc nghiên mặt đ-ờng hàn với cạnh đ-ờng hàn, = 45o + : Hệ số phụ thuộc vào ph-ơng pháp hàn loại đ-ờng hàn, tra bảng ứng với tr-ờng hợp hàn tay đ-ờng hàn lõm ta có = 0.4 Bảng xác định hệ số Tỉ số cạnh Hàn tay bán tự động Hàn tự đông đ-ờng hàn a/c Mặt phẳng Mặt lõm Mặt phẳng MỈt lâm 1,0 0,7 0,4 1,0 0,7 1,5 2,0 0,8 0,9 0,6 0,7 1,0 1,0 0,9 1,0 2,5 0,9 0,8 1,0 1,0 VËy ta cã chiỊu cao tèi thiĨu cạnh đ-ờng hàn : w= t dh 1,14 = = 4,03mm sin 0,4 sin 450 - Chọn đ-ờng hàn thiết kế : wdh = 20mm 14.Tính toán mối nối dầm 14.1 Khả chịu lực cđa bul«ng : - Bul«ng sư dơng mèi nèi dầm bulông c-ờng độ cao, khả chịu lực bulông sức kháng tr-ợt ma sát tập thép liên kết lực kéo tr-ớc thân bulông - Chọn buông thiết kế cho mối nối đặc tính nh- sau : + Loại bulông thiết kế, M164 (hay A325M t-ơng đ-ơng theo tiêu chuẩn ASTM) + Đ-ờng kính buông : d=24mm=2,4cm + Đ-ờng kính lỗ đinh : dlo= 26mm=2,6cm - Lực kéo tối thiểu bulông, tra theo bảng sau: Lực kéo nhỏ yêu cầu bulông PT Đ-ờng kính bulông mm Lực kéo yêu cầu P t(kN) Bulông M164 (A325) Bul«ng M253 (A490M) 16 91 114 20 22 142 176 179 221 24 205 257 175 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TèT NGHIÖP 27 30 267 326 334 408 36 475 595 => VËy tra b¶ng ta cã: Pt= 205kN - Hệ số kích th-ớc lỗ (lỗ tiêu chuẩn), tra bảng theo sau: Hệ số kích th-ớc lỗ K n Loại lỗ Kn Cho lỗ tiêu chuẩn 1,00 Cho lỗ cỡ khía rÃnh ngắn 0,85 Cho lỗ khía cạnh dài với rÃnh vuông 0,70 góc với ph-ơng lực Cho lỗ khía rÃnh dài với r·nh song 0,60 song víi ph-¬ng cđa lùc => VËy tra bảng ta có: K h=1,00 - Hệ số điều kiện bề mặt, tra bảng theo bảng sau: Hệ số bề mặt k s Điều kiện bề mặt ks Cho điều kiện bề mặt loại A 0,33 Cho điều kiện bề mặt loại B 0,50 Cho điều kiện bề mặt loại C 0,33 => Giải thiết điều kiện bề mặt thép thuộc loại A tức đ-ợc làm biện pháp thổi lớp phủ loại A, tra bảng ta có K s= 0,33 - Số mặt cắt qua thân bulông, Ns = mặt - Hệ số sức kháng tr-ợt =1,00 - Sức kháng tr-ợt bulông: + Sức kháng tr-ợt danh định: Rn = K h K s N s Pt = 1, 0.0,33.2.205 = 135,3kN + Sức kháng tr-ợt tính toán: Rt = Rn = 1, 00.135,3 = 135,3kN 14.2 Tínhtoán mối nối bụng: 14.2.1 Cấu tạo mối nối dầm: - Độ vồng thiết kế dầm: + Độ vång tÝnh to¸n: v = 6,96 cm 176 Tr-êng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM §å ¸N TèT NGHIƯP + §é vång thiÕt kÕ: vtk = 5cm - Tạo độ vồng mối nối dầm: Dầm đ-ợc cấu tạo từ đoạn, đoạn dài 11m Nh- để tạo đ-ợc độ vồng mối nối ta phải đặt đoạn dầm hai đầu nghiêng đoạn dầm đặt thẳng để tạo độ vồng thiết kế 5cm Khi mối nối dầm có cấu tạo nh- sau: 1 2 3 4 14.2.2 Cấu tạo mối nối bụng: - Trong thiết kế mối nối dầm ta th-ờng chọn cấu tạo táp bố trí bulông mối nối tr-ớc sau kiểm tra khả chịu lực bulông, thông th-ờng ta cần kiểm tra khả chịu lực bulông chịu lực bất lợi - Bố trí bulông mối nối bụng: + Số cột bulông: n c= cét + Sè cét bul«ng: n h= 13 hàng + Tổng số bulông bên mối nối: n= 3x13=39 bulông + Khoảng cách cột: ac=8cm + Khoảng cách hàng: ah= 10cm + Khoảng cách từ tim bulông đến mép thép là: amép= 5cm - Kích th-ớc táp: + Chiều dày táp t= cm + Bề rộng táp: 177 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP bbt = 53cm + Chiều cao táp: h bt= 130cm hbt = (13 − 1) 10 + 2.5 = 130cm - Bảng toạ độ hàng bulông: Cột x (cm) -8 y (cm) 60 -8 -8 Tỉng Hµng 3664 x (cm) y (cm) 60 50 40 2564 1664 0 -8 -8 30 20 964 464 -8 -8 10 164 64 9548 r2(cm) 3600 x (cm) y (cm) 60 50 40 2500 1600 8 50 40 2564 1664 0 30 20 900 400 8 30 20 964 464 0 10 9100 100 8 10 164 64 9548 r2(cm) r2(cm) 3664 + Tổng bình ph-ơng khoảng cách từ bulông đến gốc toạ độ là: r = ( 9548 + 9100 + 9548 ) = 56392cm + Khoảng cách từ bulông xa đến gốc tạo ®é lµ: Xmax= 8cm; Ymax= 60cm 2 => rmax = xmax + ymax = 82 + 602 = 3664 = 60,53cm + Góc ph-ơng bán kính rmax so víi trơc OX: xmax = are cos = 82, 41 r 60,53 max max = are cos 14.3.3 Kiểm toán khả chịu lực bulông: - Gọi Mtt Vtt nội lực tính toán lớn mặt cắt nối dầm (mặt cắt III-III), tra bảng tổng hợp nội lực tính toán ta có: + Mômen: Mtt= 8709,24kN.m + Lực cắt: Vtt= 438,64kN - Lực tác dụng lên mối nối: s-ờn dầm chịu phần mômen M tttheo tỉ lệ mômen quán tính tiết diện s-ờn dầm với tiết diện toàn dầm chủ toàn lực cắt V tt Nh- lực tác dụng vào mối nối s-ờn dầm là: + Lực cắt: Vw = Vtt= 438,64kN + Mômen M w = Iw M tt I 178 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP Trong đó: + Vw: Lực cắt bụng chịu + Mw: Mômen bụng chịu + Mtt: Mômen tính toán vị trí mối nối + Iw: Mômen quán tính tiết diện bụng: t D 3.1543 Iw = w w = = 913066cm4 12 12 + I: Mômen quán tính tiết diện dầm chủ lấy mômen quán tính mặt cắt liên hợp ngắn hạn IST= 7286466cm4 => Vậy ta có: Mw = Iw 913066 M tt = 8709,24 = 1091,35kN m I 7286466 - Lực cắt xem nh- phân bố cho hàng bulông nên có n bulông bulông chịu lực là: Tv = Vw 438,64 = = 11,25kN n 39 - Lực tác dụng lên đinh chịu lực bất lợi mômen M là: 2 M w rmax M w xmax + ymax 1091,35.10 2.60,53 TM = = = = 117,14kN 56392 ri xi2 + yi2 ( ) Trong ®ã: + : góc hợp lực TM với trục y, =82,410 + TMX: Lực tác dụng theo ph-ơng trục x + TMY: Lực tác dụng theo ph-ơng trục y - Lực tác dụng lên đinh xa (đinh chịu lực bất lợi là): T= (T My + TV ) + TMx = 119,15 KN - KiÓm tra khả chịu lực bulông xa nhất: T=119,15 KN < Rtb = 135 ,3 KN => KÕt luËn: Đạt, mối nối bụng đảm bảo khả chịu lực 14.3 Tính toán mối nối cánh 14.3.1 Mối nối cánh - Sơ đồ tính: + Sơ đồ tính mối nối cánh - Lực tác dụng: Mối nối cánh 179 chịu tác dụng lực dọc N0 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP N = f y Athf Trong đó: + fy; C-ờng độ chảy quy định nhỏ thép f y=250Mpa=25kN/cm2 + Athf : Tiết diện thu hẹp cánh Ta dự kiến bố trí cột bulông mối nối cánh trên, diện tích thu hẹp cánh đ-ợc xác định nh- sau; Athf = bc tc − 4dlo tc = 40.3 − 4.2, 6.3 = 88,8cm => Vậy lực dọc tác dụng lên cánh lµ: No = f y Athf = 25.88,8=2220 KN - Xác định số bulông cần bố trí: 2220 No N [Rrb ]=>n bo =135,3 = 16,4 (bul«ng) n [Rr ] - Bố trí bulông liên kết mối nối cánh trên: + Số bulông bố trí: n=24bulông + Số cột bulông n c=4 cột + Số hàng bulông n h= hàng + Khoảng cách cột bulông ac= + Khoảng cách hàng bulông ah =8 cm + Khoảng cách từ tim bulông đến mép thép a mép= cm + Khe hở mép dầm thép: a k= 2,4cm (đây khe hở đảm bảo cho việc tạo độ vồng mối nối) - Cấu tạo táp nối cánh trên: + Chiều dày táp: t=2cm + Bề rộng táp bbtn = 40cm + Bề rộng táp trong: Lbt=2{(7-1).8+2,5+2,4}= 119.4 cm => Cấu tạo mối nối cánh Hình 45: Mối nối cánh 180 Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP Mặt cắt 1-1 Mặt cắt 2-2 14.2.2 Mối nối cánh d-ới - Sơ đồ tính: + Sơ đồ tính mối nối cánh Lực tác dụng: Mối nối cánh chịu tác dụng lực dọc: N N = f y Athf Trong ®ã: + fy: C-ờng độ chảy quy định nhỏ thÐp, fy = 250 Mpa = 25 kN/cm2 + Athf : Tiết diện thu hẹp cánh Ta dự kiến bố trí cột bulông mối nối cánh trên, diện tích thu hẹp cánh đ-ợc xác định nh- sau: Athf = bt.tt 4.d10tt = 70.3 – 6.2,6.3 = 163,2 cm2 VËy lực dọc tác dụng lên cánh là: N0 = fy Athf = 25.163,2 = 4080 kN Xác định số bulông cần bố trí: ( 4080 N0 N 5630.4 = 30,16 Bul«ng) Rrb n b0 = = 41.61 = 135,3 n Rr 135.3 Bố trí bulông liên kết mối nối 181 cánh d-ới: Tr-ờng đại học gtvt Khoa công trình môn CầU HầM Đồ áN TốT NGHIệP + Số bulông bố trí: n = 42 bulông + Số hàng bulông: nh = hàng + Số cột bulông: n c = cột + Khoảng cách cột bulông ac = 7cm + Khoảng cách hàng buông, ah = 8cm + Khoảng cách từ tim bulông đến mép thép a mep = 5cm + Khe hở mép d-ới dầm thép ak= 1cm Cấu tạo táp nối cánh trên: + Chiều dày táp: t= 2cm + Bề rộng táp ngoài: b btn = 70 cm + Bề rộng táp trong: bbtt = 32 cm + Chiều dài táp là: Lbt = 2.(7-1).8+2.5+1 = 118cm Cấu tạo mối nối cánh d-ới Mặt cắt 4-4 Mặt cắt 3-3 Hình 47: Mối nối cánh d-íi 182 ... 8.1 20. 963 20. 963 6. 3775 2 56 6.3775 169 .8 77.9 51.7 333.9 221.5 320 212.3 1 16. 8 77.5 4 36. 8 289.8 kN kN V3 V4 5. 46 20. 963 20. 963 6. 3775 114.5 6. 3775 34.8 149.3 143.1 52.2 195.3 kN kN DCtc. 6. 3.2... kN.m kN.m 1 16. 64 20. 963 6. 3775 2445.1 743.9 3189 30 56. 4 1115.8 4172.2 kN.m M4 V0 131.22 20. 963 16. 2 20. 963 6. 3775 2750.8 6. 3775 339 .6 8 36. 9 103.3 3587.7 442.9 3438.5 424.5 1255.3 155 469 3.8 579.5... tính toán thiết kế cho dầm bất lợi dầm biên nên tất số liệu đặc tr-ng hình học mặt cắt sử dụng tính toán kết tính toán sau t-ơng ứng với dầm biên Tính toán nội lực 6. 1 Các mặt cắt tính toán nội