ví dụ về tính toán thiết kế cầu thép

ví dụ về tính toán thiết kế cầu thép

Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 1 Phụ lục 1. Số liệu tính toán thiết kế 1.1 Số liệu chung 3 1.2 Các hệ số tính toán. 4 2 Tính đặc trng hình học mặt cắt 2.1 ĐTHH Giai đoạn I 5 2.2 ĐTHH Giai đoạn II 5 3 Tính toán nội lực v ứng suất 3.1 Xác định tĩnh tải tác dụng 10 3.2 Tính nội lực v ứng suất trong dầm thép do tĩnh tải 11 3.3 Tính nội lực v ứng suất trong dầm thép do co ngót. 12 3.4 Chiều cao chịu nén của sờn dầm ứng với mômen đn hồi 14 3.5 Mômen chảy M y 14 3.6 Trục trung ho dẻo v mômen dẻo (M p ). 16 4 Tính Hiệu ứng của tải trọng 4.1 Các hệ số 20 4.2 Tính nội lực 23 5 Tính toán sức kháng uốn 5.1 Sức kháng uốn của dầm trong 33 5.2 Sức kháng uốn của dầm biên 34 6 Kiểm tra dầm theo TTGH cờng độ I 6.1 Kiểm toán điều kiện mômen uốn 35 6.2 Kiểm toán điều kiện lực cắt 35 7 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 7.1 Nguyên tắc chung 39 7.2 Tỉ lệ cấu tạo chung. 39 7.3 Kiểm tra độ mảnh của sờn dầm 39 7.4 Kiểm tra mối nối sờn dầm 41 7.5 Kiểm tra khoảng cách giữa các sờn tăng cờng 45 7.6 Kiểm tra bề rộng sờn tăng cờng. 46 7.7 Kiểm tra mômen quán tính của sờn tăng cờng 46 7.8 Kiểm tra độ mảnh cánh nén của mặt cắt đặc. 48 7.9 Kiểm tra giằng bản cánh chịu nén của mặt cắt đặc 48 Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 2 8 Kiểm tra độ võng v tính độ vồng 8.1 Kiểm tra độ võng di hạn trong TTGH sử dụng 50 8.2 Kiểm tra độ võng do hoạt tải 54 8.3 Tính độ vồng 57 9 Tính toán v bố trí neo 9.1 Nguyên tắc tính toán. 58 9.2 Tính lực trợt 58 9.3 Tính sức kháng danh định của neo 58 9.4 Tính số neo v bố trí 59 9.5 Kiểm tra neo đinh theo sức kháng mỏi 59 9.6 Sức kháng cắt của neo [ 60 Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 3 Ví dụ tính toán thiết kế Cầu dầm thép liên hợp với bản bêtông cốt thép (BTCT) 1 Số liệu tính toán thiết kế cầu 1.1 Số liệu chung - Chiều di nhịp 58,6m; khẩu độ tính toán 58m. - Bề rộng mặt cầu (tính từ hai mép trong của gờ chắn bánh) 5,7m. Gờ chắn bánh mỗi bên 0,4m, bề rộng ton cầu 5,7m+0,4mx2 = 6,50m. - 4 dầm chủ bằng thép có khoảng cách giữa các dầm 1,5m v: + Cánh trên 40x3 (cm). + Sờn dầm 225x2,5 (cm). + Cánh dới 60x4 (cm). + Thép hợp kim thấp cờng độ cao cấp 345 (cờng độ chảy nhỏ nhất F y = 345MPa). - Bê tông bản: + Chiều dy bản 18cm. + Chiều cao vút 12cm. + Độ dốc của vút 1:1. + Cờng độ nén quy định của bê tông ở 28 ngy tuổi f c = 30MPa. - Liên kết ngang ở gối bằng thép cấp 250 v có: + Cánh trên v cánh dới: 30x2 (cm). + Sờn dầm: 96x1,4 (cm). - Liên kết ngang trung gian bằng thép L 100x100x10 cấu tạo dạng chữ X (hai thanh chéo). - Khoảng cách giữa các liên kết ngang 3,86 m. - Liên kết dọc bằng thép L 100x100x10. - Sờn tăng cờng đứng 225x18,7x1,8 (cm) có vát góc. - Các kích thớc khác xem hình vẽ 1ê v 1b. Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 4 - Cấu tạo mặt cắt ngang cầu: 2850 2850400 400 5700 6500 1000 1500 1500 1500 1000 2320 320 1279 384180 120 Lớp bê tông nhựa Lớp phòng nuớc Bản mặt cầu dy 18cm Hình 1a. Mặt cắt ngang trên gối Hình 1b. Mặt cắt ngang giữa nhịp 1.2 CáC hệ số tính toán. 2850 2850400 400 5700 6500 1000 1500 1500 1500 1000 2320 320 1279 384 180 120 120 235.00 500 Lớp bê tông nhựa Lớp phòng nuớc Bản mặt cầu dy 18cm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 5 2 Tính đặc trng hình học mặt cắt 2.1 ĐTHH Giai đoạn I. - Giai đoạn I chỉ có thép lm việc nên đặc trng hình học của dầm trong v dầm biên nh nhau (hình 2). - Diện tích tiết diện dầm thép: 2 2 3 2 2 2 1 5,922. 2404.60 5,5625,2.225 12040.3 cmAA cmA cmA cmA ti t t t == == == == - Mômen tĩnh của tiết diện dầm thép đối với trục x (hình 2): 3 120.230,5 562,5.116,5 240.2 93671,25 x Scm=+ += Hình 2 - Khoảng cách từ trục trung hòa đn hồi của tiết diện dầm thép đến đáy dầm: cm A S Z x t 54,101 5,922 25,93671 === - Mômen quán tính của tiết diện dầm thép đối với trục trung hòa x t : 333 2224 40.3 2,5.225 60.4 120.128,96 562,5.14,96 240.99,54 6872998 12 12 12 t I cm=+ + + ++ = 2.2 ĐTHH Giai đoạn II. 2.2.1 ĐTHH mặt cắt dầm trong. - Bề rộng bản cánh hữu hiệu. cmmb m m m b t t 1505,1 36,2 5,1 4,0. 2 1 025,0 max18,0.12 6,1460,58. 4 1 min == = + = = - Hệ số tính đổi thép bê tông: b t E E n = . 40 60 4 225 3 x 130,46101,54 2,5 t x Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 6 150 12 18 232 x x' x td td t 60 Z Z' Hình 3 - Theo điều 6.10.3.1.1, quy trình 22TCN 272 05, n phụ thuộc vo f c l ứng suất trong bản cánh chịu nén do tải trọng tính toán, tuy nhiên ở giai đoạn đầu có thể lấy nh sau: E t = 200000 MPa (điều 6.4.1) E b = cc fy '043,0 5,1 điều (5.4.2.3), trong đó y c l khối lợng riêng của bê tông, lấy y c = 2400 kG/m 3 (bảng 3.5.1-1), f c = 30MPa 222,7 27691 200000 27691302400.043,0 5,1 === == b t b E E n MPaE => Ta chọn n = 8. - Đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: 2 3 2 2 2 1 18 2.8 24.12 60 8 12.40 5,337 8 18.150 cmA cmA cmA b b b = == == - Diện tích tính đổi: 2 1338cmAAA bittd =+= - Mômen tĩnh của bản BT (đã đổi sang thép) đối với trục trung ho của dầm thép (x t ): 3 63,6179746,138.1846,136.6046,151.5,337 cmS td =++= - Khoảng cách từ trục trung ho của tiết diện liên hợp ngắn hạn (x tđ ) đến trục x t : Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 7 cm A S Z td bt 19,46 1338 63,61797 === - Mômen quán tính của tiết diện liên hợp đối với trục x tđ : .13233409439224219681696872998 )27,92.144 36 12.24 27,90.480 12 12.40 27,105.2700 12 18.150 ( 8 1 19,46.5,9226872998 4 2 3 2 3 2 3 2 cm I td =++= ++++ ++++= - Đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp di hạn: 2' 3 2' 2 2 ' ' 1 6 2.24 24.12 20 24 12.40 5,112 3 18.15018.150 cmA cmA cm n n A b b b == == === - Diện tích tính đổi: 2'' ' 1061cmAAA bittd =+= - Mômen tĩnh của bản đối với trục trung ho của dầm thép (x t ): 3' 21,2059946,138.646,136.2046,151.5,112 cmS bt =++= - Khoảng cách từ trục trung ho của tiết diện liên hợp di hạn )( ' td x đến trục x t : cm A S Z td bt 41,19 1061 21,20599 ' ' ' === - Mômen quán tính của tiết diện liện hợp di hạn đối với trục ' td x : 3 '2 2 33 22 4 1 150.18 6872998 922,5.19,41 ( 2700.132,05 24 12 40.12 24.12 480.117,05 144.119,05 ) 12 36 6872998 347550 2324062 9544610 td I cm =+ + + + ++ ++ =++= Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 8 2.2.2 ĐTHH mặt cắt dầm biên. 175 12 18232 x x' x td td t 60 Z Z' Hình 4: Mặt cắt dầm biên - Bề rộng cánh bê tông tham gia lm việc với dầm chủ: cmmb m m m b t t 17575,1 36,2 0,1 4,0. 2 1 025,0 max18,0.6 325,760,58. 8 1 min 2 5,1 == = + = += - Đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: 2 1 75,393 8 18.175 cmA b == 32 , bb AA nh của dầm trong. - Diện tích tính đổi: .25,1394 2 cmAAA bittd =+= - Mômen tĩnh của bản (kể cả vút) đối với trục trung ho của dầm thép (x t ): 2 255,7031746,138.1846,136.6046,151.75,393 cmS bt =++= - Khoảng cách từ trục trung ho của tiết diện liên hợp ngắn hạn )( td x đến trục t x : cm A S Z td bt 43,50 25,1394 255,70317 === - Mômen quán tính của tiết diện liên hợp ngắn hạn đối với trục td x : Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 9 3 22 33 22 4 1 175.18 6872998 922,5.50,43 ( 3150.101,03 812 40.12 24.12 480.86,03 144.88,03 ) 12 36 6872998 2346088 4614082 13833167 td I cm =+ + + + ++ ++ =++= - Đặc trng hình học của mặt cắt liên hợp di hạn: 2' 1 25,131 24 18.175 cmA b == ' 3 ' 2 , bb AA nh tiết diện liên hợp di hạn của dầm trong. - Diện tích tính đổi: '' 2 1079,75 td t bi A AA cm=+= - Mômen tĩnh của tiết diện bản (kể cả vút) đối với trục trung ho của dầm thép () t x : ' 3 131,25.151,46 20.136,46 6.138,46 23439,085 bt Scm=++= - Khoảng cách từ trục trung ho của tiết diện liên hợp di hạn ' () td x đến trục t x : cm A S Z td bt 71,21 75,1079 085,23439 ' ' ' === - Mômen quán tính của tiết diện liên hợp di hạn đối với trục trung ho ' () td x : 3 '2 2 33 22 4 1 175.18 6872998 922,5.21,71 ( 3150.129,75 24 12 40.12 24.12 480.114,75 144.116,75 ) 12 36 6872998 434796 2558568 9866362 td I cm =+ + + + ++ ++ =++= Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 10 3 Tính toán nội lực v ứng suất 3.1 Xác định tĩnh tải tác dụng 3.1.1 Tĩnh tải giai đoạn I. - Tĩnh tải danh định bản thân dầm: 78,5.922,5.10 -4 = 7,242 kN/m. - Tĩnh tải danh định liên kết ngang: + Ton nhịp có 6 liên kết ngang gối I 1000, mỗi liên kết di 1,47 m v trọng lợng 1 mét di 2,52 kN/m. Trọng lợng ton bộ: 2,52.1,47.6 = 22,226 kN. + Ton nhịp có 14 liên kết ngang trung gian, mỗi liên kết (cả trên một mặt cắt ngang) có 12L 100x100x10 di 1,47m v 6L 100x100x10 di 1,892m. Thép góc có trọng lợng 1m di l 0,151 kN. Trọng lợng ton bộ cc liên kết ngang trung gian: 0,151.14 (1,47.12+1,892.6) = 61,289 kN. + Tĩnh tải cho một dầm do liên kết ngang: 22,226 61,289 0,356 4.58,6 kN m + = + Tĩnh tải danh định do liên kết dọc: Bố trí liên kết dọc ở 15 khoang, mỗi khoang có 4L100x100x10 di 2,328m, tĩnh tải cho một dầm: 0,151.15.4.2,328 0,090 4.58,6 kN m = + Tĩnh tải dinh định sờn tăng cờng, mối nối, Lấy gần đúng bằng 15% trọng lợng bản thân dầm chủ. 0,15.7,242 1,086 kN m = + Tĩnh tải danh định bản mặt cầu. Lấy trọng lợng riêng của bê tông cốt thép l 25 3 kN m có tĩnh tải danh định: 25.6,5.0,18 25.0,12.0,52 8,873 4 kN m += + Tĩnh tải danh định tổng cộng: 7,242 0,356 0,090 1,086 8,873 17,647 I kN q m =++++= 3.1.2 Tĩnh tải giai đoạn II. - Tĩnh tải danh định lớp phủ mặt cầu (DW). Lớp phủ dy bình quân 8cm, trọng lợng riêng 22,5 3 kN m , tĩnh tải cho một dầm: 22,5.0.08.5,7 2,565 4 kN m = [...]... Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Ghi chú: Khi tính theo công thức đã cho nếu Dcp có giá trị âm thì trục trung ho dẻo không nằm trong sờn dầm thép, lúc đó phải tính vị trí trục trung ho dẻo theo ứng suất phân bố đều trên diện tích hình chữ nhật nh phần a) của 5.1.1 v lấy Dcp = 0 4 Tính Hiệu ứng của tải trọng 19 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu... giá trị lớn nhất ở mặt cắt giữa nhịp, về nguyên tắc không đợc cộng dồn các mômen đó, nhng trong thiết kế để đơn giản trong tính toán v thiên về an ton ngời ta chấp nhận cộng dồn các mômen đó để có hiệu ứng bất lợi nhất của tải trọng 23 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 a - Tính mômen uốn do HL-93 - Mômen uốn do xe tải thiết kế (cha xét hệ số) với sơ đồ xếp xe nh... xe tải thiết kế khống chế thiết kế v có mômen uốn tổng cộng (cha xét hệ số): HL M tc = 4328,528 + 3910,65 = 8239,178kNm - Mômen uốn do HL-93 khi có xét hệ số xung kích v hệ số phân bố ngang: + Dầm trong: M HL = [4328,528.(1 + IM ) + 3910,65].0,3223 (kNm) + Dầm biên: M HL = [4328,528(1 + IM ) + 3910,65].0,4000 (kNm) 24 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 b - Tính. .. dơng đó l mômen âm, còn trong trờng hợp chênh lệch nhiệt độ âm đó l mômen dơng Với dầm giản đơn sau ny trong tính toán chỉ cần tính chênh lệch nhiệt độ âm vì MTG cùng dấu với mômen uốn do co ngót, do tải trọng 32 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 5 5.1 Tính toán sức kháng uốn Sức kháng uốn của dầm trong - Chiều cao chịu nén của sờn dầm ứng với mômen dẻo: Dcp = 87,36cm... mômen tính theo công thức (3-120) l: 740,322 715,729 100 = 3,32% 740,322 Vì cả lực dọc v mômen uốn do chênh lệch nhiệt độ đều không quá 5% nên có thể áp dụng chênh lệch nhiệt độ trung bình để tính nội lực do chênh lệch nhiệt độ 29 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Chú ý rằng lực dọc v mômen uốn do chênh lệch nhiệt độ dơng l lực kéo v mômen uốn âm a.2 - Tính cho... 0,5574 (kN ) + Dầm biên: Q HL = [309,060(1 + IM ) + 269,7] 0,4000 (kN ) Ghi chú: M HL , Q HL cha phải l mômen uốn v lực cắt tính toán vì cha có hệ số tải trọng, hệ số ny sẽ đợc đa vo trong các trạng thái giới hạn cờng độ, sử dụng v đặc biệt 25 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 4.2.3 Nội lực do đon Ngời a - Mômen uốn do Ngời - Mômen do ngời đi lớn nhất ở mặt cắt giữa... Hình 13 26 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 a.1 - Tính cho dầm trong (Z = 46,19cm) - Chia diện tích bản v vút thnh 4 diện tích nhỏ: - A1 diện tích phần trên bản có chiều dy 100mm (10cm), diện tích đã đổi sang thép l: 150.10 = 187,5cm 2 ; 8 23 + 6 Ta1 = 2 = 12,50 C 2 - A2 diện tích phần bản ở dới dy 180-100=80mm (8cm), khi đổi sang thép có: 150.8 At 2 = = 150cm... (12,5.18750.1092,7 + - Nếu tính theo chênh lệch nhiệt độ trung bình có: + Nhiệt độ trung bình ở phần bản: 1 23 + 6 6 + 4, 4 100 + 80 = 10,370 C 180 2 2 Chênh lệch nhiệt độ của bản với dầm thép: T1 = 10,37 2 = 8,370 C Diện tích tính đổi phần bản: A1 = 150.18 = 337,5cm 2 = 33750mm 2 8 N1 = 11,7.106.8,37.200000.33750 = 661020,75 N = 661,021kN 28 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn.. .Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 - Gờ chắn bánh bằng bê tông cốt thép có kích thớc nh trên hình 5, thép của lan can ở cả hai bên có trọng lợng 1 kN trên một mét di cầu Tĩnh tải danh định cho một dầm: 25.2 1 kN (0,32.0,30 + 0,384.0,35) + = 2,88 + 0, 25 = 3,130 4 4 m 0,384... trong bảng 4 Bảng 4 : Hệ số xung kích của tải trọng T.T.G.H Cờng độ Sử dụng Mỏi 1,25 1,25 1,15 Tên hệ số 1+ IM 100 4.1.4 - Hệ số phân bố ngang của HL 93 20 Nguyễn Văn Nhậm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 - Kiểm tra điều kiện áp dụng hệ số phân bố ngang gần đúng theo quy trình 22TCN 272 05: + Bề rộng mặt cầu 6,5m v không đổi trên ton chiều di + Số dầm n = 4 + Các dầm chủ song . Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 3 Ví dụ tính toán thiết kế Cầu dầm thép liên hợp với bản bêtông cốt thép (BTCT) 1 Số liệu tính toán thiết kế. Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 1 Phụ lục 1. Số liệu tính toán thiết kế 1.1 Số liệu chung 3 1.2 Các hệ số tính toán. 4 2 Tính đặc. nuớc Bản mặt cầu dy 18cm Ví dụ tính toán thiết kế Cầu thép Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Nguyễn Văn Nhậm 5 2 Tính đặc trng hình học mặt cắt 2.1 ĐTHH Giai đoạn I. - Giai đoạn I chỉ có thép lm việc