Phân tích so sánh một số nội dung tính toán thiết kế kết cấu theo các tiêu chuẩn tiên tiến hiện hành,luận văn thạc sỹ chuyên ngành xây dựng cầu hầm

Nguyễn đăng điềm Bộ GIáO DụC V ĐO TạO TRƯờNG ĐạI HọC GIAO THÔNG VậN TảI - - Nguyễn đăng điềm luận văn thạc sỹ kỹ thuật phân tích so sánh số nội dung tính toán thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn tiên tiến hnh LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT Chuyên ngnh: xây dựng cầu hầm MÃ số: 60.58.25 xanh biÓn, 159 trang Hμ néi 2012 Hμ Néi - 2012 Bộ GIáO DụC V ĐO TạO TRƯờNG ĐạI HọC GIAO THÔNG VậN TảI - - NguyÔn đăng điềm phân tích so sánh số nội dung tính toán thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn tiên tiến hnh LUậN VĂN THạC Sỹ Kỹ THUậT Chuyên ngnh: xây dựng cầu hầm MÃ số: 60.58.25 Hớng dẫn khoa học: Pgs.ts trần đức nhiệm H Nội - 2012 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu Trường đại học Giao Thông Vận Tải, cịn nhiều hạn chế mặt trình độ thời gian, tơi hồn thành luận văn kế hoạch Có kết nhờ hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS.Trần Đức Nhiệm tồn thể thầy cô môn bạn đồng nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy PGS.TS.Trần Đức Nhiệm, người thầy ln tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận án Tơi chân thành cảm ơn gia đình bạn bè cổ vũ động viên tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Thầy, Cơ Trong khoa Cơng Trình, Phịng đào tạo sau đại học – Trường đại học Giao Thông Vận Tải Trong trình làm luận án, lực thân cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp, dẫn thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp Hà Nội, Ngày…… Tháng…….năm 2012 Học viên Nguyễn Đăng Điềm HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -0- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT MỤC LỤC CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .9 CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 11 1.1 TỔNG QUAN KẾT CẤU CẦU THÉP 11 1.1.1 Phân tích ưu điểm vượt trội, nhược điểm kết cấu cầu thép 11 1.1.2 Vật liệu thép xây dựng 12 1.2 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CẦU THÉP 16 1.2.1 Tình hình xây dựng xu hướng phát triển cầu thép giới 16 1.2.2 Tình hình xây dựng xu hướng phát triển cầu thép Việt Nam 23 1.2.3 Giới thiệu số cầu thép Việt Nam 24 1.3 LỊCH SỬ VẬN DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ 28 1.3.1 Thiết kế theo phương pháp ứng suất cho phép (ASD) 28 1.3.2 Thiết kế theo tải trọng phá hoại (LFD) 29 1.3.3 Thiết kế theo trạng thái giới hạn 30 1.3.4 Thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy 30 1.3.5 Thiết kế theo phương pháp hệ số độ tin cậy riêng 31 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 33 CHƯƠNG II: CÁC NỘI DUNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN TIÊN TIẾN HIỆN HÀNH 34 2.1 TRIẾT LÝ TÍNH TỐN THIẾT KẾ .34 2.1.1 Triết lý tính tốn thiết kế theo tiêu chuẩn 22 TCN 18 – 79 34 2.1.2 Triết lý tính tốn thiết kế theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 35 2.1.3 Triết lý tính toán thiết kế theo tiêu chuẩn BS 5400 38 2.1.4 Nhân xét 41 2.2 HOẠT TẢI THIẾT KẾ 42 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -1- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT 2.2.1 Hoạt tải thiết kế theo tiêu chuẩn 22 TCN 18 – 79 42 2.2.2 Hoạt tải thiết kế theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 43 2.2.3 Hoạt tải thiết kế theo tiêu chuẩn BS 5400 46 2.2.4 Nhận xét 49 2.3 KHÁI QT CÁC NỘI DUNG TÍNH TỐN KẾT CẤU THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN 50 2.3.1 Trình tự nội dung tính tốn thiết kế kế cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN 18 – 79 50 2.3.2 Trình tự nội dung tính toán thiết kế kế cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 57 2.3.3 Trình tự nội dung tính tốn thiết kế kế cấu thép theo tiêu chuẩn BS 5400 63 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 85 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH SO SÁNH CÁC NỘI DUNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN TIÊN TIẾN HIỆN HÀNH 86 3.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẤU KIỆN CHỊU UỐN .86 3.1.1 Sức kháng uốn mặt cắt 86 3.1.2 Sức kháng cắt 98 3.1.3 Neo chống cắt 104 3.1.4 Tính tốn mỏi cho cấu kiện chịu uốn 110 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẤU KIỆN CHỊU LỰC DỌC TRỤC .114 3.2.1 Tính tốn cấu kiện dọc trục theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 114 3.2.2 Tính tốn cấu kiện dọc trục theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 115 3.2.3 Tính tốn cấu kiện dọc trục theo tiêu chuẩn BS 5400 117 3.2.4 Nhận xét 119 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .124 TÀI LIỆU THAM KHẢO .126 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -2- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT PHỤ LỤC I: TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP NHỊP GIẢN ĐƠN THEO TIÊU CHUẨN 22TCN 18-79 129 PHỤ LỤC II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP NHỊP GIẢN ĐƠN THEO TIÊU CHUẨN 22TCN 272-05 146 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -3- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 - Các đường cong ứng suất - biến dạng điển hình thép kết cấu 13 Hình 1.2 - Các đường cong ứng suất - biến dạng ban đầu điển hình thép cơng trình 15 Hình 1.3 - Các đường cong gỉ cho vài loại thép mơi trường cơng nghiệp 16 Hình 1.4 – Cầu Coalbrookdale 17 Hình 1.5 – Cầu bắc qua vịnh Menami Anh 17 Hình 1.6 – Cầu Bitania 18 Hình 1.7 – Cầu giàn thép bắc qua kênh Erie 18 Hình 1.8 – Cầu Quebec Canada 19 Hình 1.9 – Cầu vịm Sydney Austraylia 19 Hình 1.10 – Tình hình sử dụng cầu HPS Mỹ 20 Hình 1.11 – Mặt cắt ngang dầm thép có sườn thép lượn sóng 21 Hình 1.12 – Cầu dầm liên hợp 21 Hình 1.13 – Mặt cắt ngang dạng hộp 22 Hình 1.14 – Thay đổi cấu tạo mặt cắt ngang cầu dầm thép 22 Hình 1.15 – Hình ảnh cầu Thăng Long 24 Hình 1.16 – Hình ảnh cầu Chương Dương 26 Hình 1.17 – Cầu Bính 27 Hình 1.18 – Hệ số tải trọng hệ số sức kháng 32 Hình 2.1 - Đặc điểm xe tải thiết kế 44 Hình 2.2 – Đặc điểm xe hai trục 44 Hình 2.3 – Tải trọng thiết kế 45 Hình 2.4 - Hoạt tải thiết kế theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 45 Hình 2.5 – Khoảng cách trục xe tải trọng HB 47 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -4- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Hình 2.6 – Xe tải HB danh định 48 Hình 2.7 – Xe HB trải dài hai danh định 48 Hình 2.8 – Tải trọng RU 48 Hình 2.9 – Tải trọng RL 49 Hình 2.10 - Ứng suất biến dạng mặt cắt ngang dầm 63 Hình 2.11 – Sức kháng uốn danh định dầm chế tạo hàn (Fabricated by welding) dạng mặt cắt khác (Other sections) 67 Hình 2.12 - Giới hạn ứng suất cắt, trường hợp m fw  69 Hình 2.13 - Giới hạn ứng suất cắt, trường hợp m fw  0.01 70 Hình 2.14 - Tương tác sức kháng uốn cắt 70 Hình 2.15 - Tương tác sức kháng uốn cắt trường hợp m fw = 71 Hình 2.16 - Bố trí neo chống cắt 72 Hình 2.17 - Xe tải dùng để tính tốn mỏi 73 Hình 2.18 - Phân loại chi tiết 74 Hình 2.19 - Giới hạn ứng suất  H 74 Hình 2.20 - Quan hệ  r  N 78 Hình 2.21 - Định nghĩa bo to cho mặt cắt không tăng cường độ cứng 79 Hình 2.22 - Định nghĩa bo to cho mặt cắt tăng cường độ cứng 79 Hình 2.23 - Xác định ứng suất  c 81 Hình 3.1 – Phân loại mặt cắt theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 86 Hình 3.2 – Sơ đồ ứng suất theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 89 Hình 3.3 – Sơ đồ ứng suất theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 90 Hình 3.4 – Sơ đồ ứng suất theo tiêu chuẩn BS 5400 90 Hình 3.5 – Sơ đồ ứng suất mặt cắt chịu mô men âm theo tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05.91 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -5- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Hình 3.6 – Sơ đồ ứng suất mặt cắt chịu mô men âm theo tiêu chuẩn BS 5400 92 Hình 3.7 - Ứng suất tiếp mặt cắt ngang 98 Hình 3.8 - Bản bụng tăng cường 100 Hình 3.9 – Hiệu ứng trường kéo 101 Hình 3.10 – Thí nghiệm cắt hiệu ứng trường kéo 101 Hình 3.11 – Tác động tương hỗ cắt uốn 102 Hình 3.12 - So sánh đường cong trung gian với số liệu thí nghiệm neo chống cắt.105 Hình 3.13 - Tổng số neo chống cắt cần thiết 107 Hình 3.14 - Ứng suất dư xem xét tính tốn cấu kiện chịu nén 120 Hình 3.15 - Sự biến thiên độ cong ban đầu theo thống kê 121 Hình 3.16 - Sự tập trung ứng suất cục cắt trễ lỗ bu lơng 121 Hình 3.17 - Sự tập trung ứng suất cục cắt trễ liên kết hàn 122 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -6- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các thuộc tính học nhỏ thép cán dùng cơng trình, cường độ chiều dày 13 Bảng 1.2: Thống kê số lượng cầu Việt Nam 23 Bảng 2.1: Các tiêu kĩ thuật đoàn xe tiêu chuẩn 42 Bảng 2.2: Hệ số xe 43 Bảng 2.3: Hệ số xe m 43 Bảng 2.4: Lực xung kích theo 22TCN 272 - 05 45 Bảng 2.5: Hệ số tải trọng  fL tải trọng HA 46 Bảng 2.6: Hệ số tải trọng  fL tải trọng HA 47 Bảng 2.7: Hệ số tải trọng  fL tải trọng 49 Bảng 2.8: Hệ số  dạng mặt cắt ngang 66 Bảng 2.9: Tải trọng RL 73 Bảng 2.10: Giá trị k3 cho tải trọng RU 76 Bảng 2.11: Giá trị k4 76 Bảng 2.12: Hệ số k5 76 Bảng 2.13: Giá trị k6 77 Bảng 2.14: Xác định hệ số K2 m 78 Bảng 2.15: Xác định  c 82 Bảng 3.1: Các mặt cắt I liên hợp chịu uốn dương, Rh = 1.0 94 Bảng 3.2: Các mặt cắt I liên hợp chịu uốn âm, Rh = 1.0 95 Bảng 3.3: Các mặt cắt I không liên hợp chịu uốn dương uốn âm, Rh = 1.0 96 Bảng 3.4: Kiểm tốn ứng suất pháp với tổ hợp tải trọng 97 Bảng 3.5: Sức kháng uốn theo tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 97 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 -7- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Ứng suất mép bê tông  bt = -60.06 < Rb = 190 kG/cm2 Đạt Ứng suất mép bê tông  bd = -27.87< Rb = 190 kG/cm2 Đạt Kiểm toán dầm theo điều kiện ổn định 7.1 Kiểm toán dầm theo điều kiện ổn định chung + Bề rộng cánh chịu nén bt = 40cm + Chiều dài tự cánh chịu nén L0 = 2.70 m Ta có L0 = 2.70 m < 15 bt = 15*0,04 = 6m -> Kết luận khơng kiểm tốn dầm thép ổn định chung 7.2 Kiểm toán dầm theo điều kiện ổn định cục Chiều dày bụng  b  2, 0cm , khoảng cách sườn tăng cường a = 1.35 < 2*1.5m -> Không kiểm tra ổn định cục Tính tốn bố trí neo liên kết 8.1 Xác định lực tác dụng nên neo Tính tốn neo liên kết bao gồm nội dung sau: + Tính lực tác dụng nên neo: Lực trượt lực bóc + Tính khả chịu lực loại neo + Tính tốn bố trí neo Lực gây trượt tải trọng Kí Tên gọi đại lượng hiệu Giá trị Đơn vị MMQT dầm chủ ( không xét từ biến) Jtd 6572087 cm4 MMQT dầm chủ ( xét từ biến) J’td 5369286 cm4 MMQT với trục II –II ( không xét từ biến) Std 36693.1 cm4 MMQT với trục II –II ( xét từ biến) S’td 22273.2 cm4 ký kiệu x QttII Qtth To MC gối 0-0 14.18 49.48 335.04 kG/cm MC L/8 I-I 4.05 10.63 39.27 263.37 kG/cm MC L/4 II-II 8.1 7.09 32.10 208.60 kG/cm MC L/2 III-III 16.2 0.00 20.38 113.80 kG/cm Tên MC HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 143 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Lực trượt co ngót Các đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Bề rộng tính tốn bê tơng bc 200 cm Hệ số co ngót c 2E-4 Diện tích dầm thép Ft 630 cm3 KC từ TTH I-I đến TTH II-II Z 51.03 cm Mô men tĩnh dầm thép đối TTH II-II St 32148.4 cm3 Diện tích mặt cắt tính đổi F’td 1015.33 cm2 MMQT MC liên hợp trục II-II J’td 5369286 cm4 KC từ TTH đến mép dầm thép Zb 37.90 cm KC từ trọng tâm đến mép trến dầm thép y0b 19.90 cm KC từ trọng tâm đên trục II-II y0b 57.80 cm Ứng suất trọng tâm co ngót  bd 19.21 kG/cm2 Diện tích bê tơng F 4624 cm2 Lực gây trượt co ngót Tc 88816.4 kG/cm Lực trượt chênh lệch nhiệt độ bê tông dầm thép Các đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Diện tích dầm thép bị nẵng chiếu FT 303 cm2 Mô men tĩnh dầm thép nắng chiếu ST 19432.1 cm3 Hệ số giãn nở nhiệt thép bê tông  1E-05 1/độ  max 30 Độ KC từ TTH đến mép dầm thép ytt 27.71 cm KC từ trọng tâm đến mép dầm thép Zb 19.90 cm KC từ trọng tâm đến TTH II-II y0b 47.61 cm Ứng suất trọng tâm co ngót  bt 7.93 kG/cm2 Diện tích bê tông F 4624 cm2 Lực gây trượt chênh nhiệt độ Tt 36679.7 kG/cm Chênh lệch nhiệt độ HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 144 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT 8.2 Xác định khả chịu cắt neo Các đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Đường kính thép làm neo  20 mm Diện tích chịu tiết diện neo Fn 6.28 cm2 Góc nghiêng neo  45 Độ Cường độ thép làm neo Rs 2400 kG/cm2 Khả chống trượt neo [T] 19193 kG/cm2 Khả chống bóc neo [V] 15080 kG/cm2 8.3 Bố trí neo liên kết Bố trí neo chống trượt tải trọng ký kiệu x To a Đơn vị MC gối 0-0 335.04 57.29 cm MC L/8 I-I 4.05 263.37 72.88 cm MC L/4 II-II 8.1 208.60 92.01 cm MC L/2 III-III 16.2 113.80 168.65 cm Tên MC Bố trí neo chống trượt co ngót chênh nhiệt độ Các đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Lực gây trượt co ngót bê tơng Tc 88816.4 kG/cm Lực gây trượt chênh nhiệt độ Tt 36679.7 kG/cm Khả chống trượt neo [T] 19193 kG Số neo cần thiết nct 6.54 neo Số neo bố trí nbt neo Ký hiệu Giá trị Đơn vị Lực bóc co ngót bê tơng Vc 26865.1 kG/cm Lực bóc chênh nhiệt độ Vt 11094.8 kG/cm Khả chống bóc neo [V] 15080 kG Số neo cần thiết nct 2.52 neo Số neo bố trí nbt neo Bố trí neo chống bóc co ngót chênh nhiệt độ Các đại lượng HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 145 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT PHỤ LỤC II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP NHỊP GIẢN ĐƠN THEO TIÊU CHUẨN 22TCN 272-05 Số liệu thiết kế 1.1 Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu vĩnh cửu - Tần suất lũ thiết kế: P = 1% - Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Chiều dài nhịp L = 33m - Điều kiện thông thuyền: Sông thong thuyền cấp V, bề rộng thong thuyền B = 25m, chiều cao thông thuyền h =3.5m - Khổ cầu: + 2x1.5 + 2x0.5 -> Chiều rộng toàn cầu B = 12.00 m - Tải trọng thiết kế: + Hoạt tải HL_93 + Người bộ: 300 Mpa - Vật liệu chế tạo kết cấu: + Thép hợp kim M270M cấp 345W + Bê tông cường độ chịu nén f’c = 28Mpa 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm Thép hợp kim M270M cấp 345W có: + Cường độ chảy Fy = 345 Mpa + Cường độ đứt thép Fu = 485 Mpa Bê tơng có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày f’c = 28Mpa 1.3 Xác định hệ số tính tốn - Hệ số tải trọng: + Tĩnh tải giai đoạn I:   1.25 + Tĩnh tải giai đoạn II:  II  1.5 +Hoạt tải   1.75 - Hệ số xe: Chiều dài nhịp tính tốn Ltt  32.4m > 25 m, cầu thiết kế nên xem xét thêm hệ số m=1 Chọn kích thước dầm chủ 2.1 Xác định chiều dài nhịp tính tốn kết cấu nhịp HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 146 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT - Chiều dài nhịp L = 33m - Khoảng cách từ tim gối đến mép dầm a = 0.3 m - Chiều dài nhịp tính tốn L = 33 – 2*0.3 = 32.4m 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang Số dầm chủ mặt cắt ngang lựa chọn n = dầm chủ 2.3 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang Mặt cắt ngang cầu Hình 1: Sơ đồ mặt cắt ngang dầm Các kích thước mặt cắt ngang dầm: Ký hiệu Giá trị Đơn vị Bề rộng phần xe chạy Bxe 800 cm Số xe thiết n1 Lề người ble 2x150 cm Chiều rộng gờ chắn bánh bgc cm Chiều cao gờ chắn bánh hgc cm Chiều rộng chân lan can blc 2x50 cm Chiều cao chân lan can hlc 50 cm Chiều rộng toàn cầu Bcau 1200 cm Số dầm chủ thiết kế n Dầm Khoảng cách dầm chủ d 200 cm Chiều dài cánh hẫng ch 100 cm Các kích thước HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 147 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT 2.4 Chiều cao dầm chủ + Chiều cao phần bụng dầm: Dw  150 cm + Chiều dày cánh tt  3cm + Chiều dày cánh tb  3cm + Chiều cao toàn dầm thép 156 cm 2.5 Cấu tạo bê tông mặt cầu + Chiều dày bê tông hc = 20cm + Chiều dày vút hv = 12cm + Bề rộng phần vút bv = 12cm + Chiều dài phần cánh hẫng c = 100cm 2.6 Tổng hợp kích thước mặt cắt ngang dầm chủ a, Mặt cắt ngang dầm thép b, Dầm biên c, Dầm Xác định đặc trưng hình học mặt cắt dầm chủ 3.1 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt ngang dầm chủ giai đoạn I Các đại lượng Giá trị Đơn vị ANC 630 cm2 Mô men tĩnh mặt cắt đáy dầm S0 42255 cm3 Khoảng cách từ TTH I-I đến đáy dầm Yt 67.071 cm Khoảng cách từ mép dầm TTH I-I YIt 88.929 cm Mô men qn tính phần bụng IW 598330 cm4 Mơ men qn tính phần cánh Ict 917341 cm4 Mơ men qn tính phần cánh Icb 903076 cm4 Mơ men quán tính dầm thép INC 2418747 cm4 Diện tích mặt cắt ngang dầm thép Kí hiệu HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 148 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Mô men kháng uốn thớ S NC 17875.15 cm3 Iy 101850 cm3 Mô men QT đối trục oy 3.2 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt ngang dầm chủ giai đoạn II Mặt cắt tính toán giai đoạn II mặt cắt liên hợp Mặt cắt liên hợp ngắn hạn sử dụng để tính tốn tải trọng ngắn hạn hoạt tải, khơng xem xét đến ảnh hưởng từ biến Mặt cắt liên hợp dài hạn dùng để tính tốn tải trọng dài hạn xét đến ảnh hưởng từ biến Mặt cắt ngắn hạn Đặc trưng hình học dầm biên Mặt cắt dài hạn Kí Giá trị Đơn vị Kí hiệu Giá trị Bề rộng cánh hẫng b1 100 b1 100 cm Bề rộng cánh b2 100 b2 100 cm Bề rộng tính tốn bê tơng bs 200 bs 200 cm Diện tích phần bê tơng Aso 4000 A’so 4000 cm2 Diện tích phần vút Ah 624.0 A’h 624.0 cm2 Diện tích tồn bê tông As 4624 A’s 4624 cm2 Diện tích cốt thép Ar 22.62 A’r 22.62 cm2 Diện tích MC quy đổi AST 1230.62 A’ST 1230.62 cm2 Mô men tĩnh MC đối trục I-I SIx 65413.9 S’Ix 23477.4 cm3 Khoảng cách từ trục TH I-I đến II-II Z 53.16 Z’ 27.77 cm MMQT dầm thép đối trục II-II I IINC 4198798 I ‘IINC 2904743 cm4 MMQT BTCT đối trục II-II IS 1685546 I’S 1157989 cm4 MMQT vút BTCT II-II Ih 140055 I’h 119175 cm4 MMQT cốt thép Ir 75499 I’r 156405 cm4 MMQT mặt cắt liên hợp II-II IST 33487.8 I’ST 17497.9 cm4 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 hiệu - 149 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT 3.3 Xác định đặc trưng mặt cắt giai đoạn chảy dẻo - Xác định vị trí trục trung hịa dẻo Pt + Pw = 7245+10350 = 17595 kN > Pc + Prb + Ps+ Prs = 4140+475+11005+475= 16095 kN -> Trục trung hòa dẻo di qua sườn dầm Chiều cao phần sườn dầm chịu nén: Dcp  Dw  f yf At  f yc Ac  0.85 f c' As  f yr Ar  f yw Aw     10.87cm  Xác định mô men chảy: My  MD1  MD  MAD  2933.02  1148.34  12103.9  16185.2kN.m Xác định mô men dẻo: M p  Prt drt  Prb drb  Pd t t  Y (D  Y ) Pw dwt  Pw dwc  Pc dc = 21136.53 kN.m D D Xác định tĩnh tải tác động lên kết cấu nhịp 4.1 Cấu tạo trọng lượng phận kết cấu nhịp 4.1.1 Hệ liên kết ngang vị trí gối Các đại lượng Số hiệu thép làm liên kết ngang gối Kí hiệu Giá trị Đơn vị I700 Chiều cao dầm ngang hdn 70 cm Bề rộng cánh bc 21 cm Chiều dày cánh c 2.08 cm Chiều dày bụng b 1.3 cm Mơ men qn tính mặt cắt ngang dầm Jdn 134600 cm4 Trọng lượng mét dài gn 138 kG/m Số dầm ngang theo phương dọc cầu nd Dầm Số dầm ngang theo phương ngang cầu nn Dầm Tổng số dầm ngang toàn cầu nlkn 10 Dầm Khoảng cách liên kết ngang a0 32.4 m Chiều dài liên kết ngang Ln 1.96 m Trọng lượng liên kết ngang m dài qn 0.14 kN/m ngang HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 150 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT 4.1.2 Hệ liên kết ngang vị trí trung gian Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao hệ liên kết ngang hdn 120 cm Số lượng liên kết ngang theo phương dọc cầu nd 12 hệ Số lượng LKN theo phương ngang cầu nn hệ Tổng số liên kết ngang toàn cầu nlkn 60 hệ Khoảng cách hệ liên kết ngang a0 2.70 m Giá trị Đơn vị Thép góc cấu tạo ngang Các đại lượng Kí hiệu Số hiệu thép làm ngang L100x100x10 Bề rộng cánh thép bg 10 cm Chiều dày cánh thép góc g 1.0 cm Diện tích mặt cắt ngang Fth 19.20 cm2 Trọng lượng m dài gd 15.10 kG/m Mơ men qn tính LKN Jlkn 179.00 cm4 Số ngang nnt Chiều dài ngang Lnt 1.98 m Số ngang nnd Chiều dài ngang Lnd 1.98 m Giá trị Đơn vị Thép góc cấu tạo xiên Các đại lượng Kí hiệu Số hiệu thép làm xiên L100x100x10 Bề rộng cánh thép bg 10 cm Chiều dày cánh thép góc g 1.0 cm Diện tích mặt cắt ngang Fth 19.20 cm2 Trọng lượng m dài gd 15.10 kG/m Mơ men qn tính LKN Jlkn 179.00 cm4 Số ngang nnt Chiều dài ngang Lnt 2.22 m Số ngang nnd HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 151 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Chiều dài ngang Lnd 2.22 m Trọng lượng liên kết ngang m dài gn 0.517 kN/m Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao sườn tăng cường hs 150 cm Chiều dày sườn tăng cường s 1.6 cm Bề rộng sườn tăng cường bs 19 cm Trọng lượng sườn tăng cường gs 53.80 kG Khoảng cách sườn tăng cường as 1.35 m Trọng lượng STC tính m dài dầm qs 0.53 kN/m Kí hiệu Giá trị Đơn vị 4.1.3 Hệ sườn tăng cường dầm chủ Các đại lượng 4.1.4 Hệ liên kết dọc dầm Các đại lượng Số hiệu thép làm xiên L100x100x10 Bề rộng cánh thép bg 10 cm Chiều dày cánh thép góc g 1.0 cm Trọng lượng m dài gd 15.10 kG/m Số liên kết dọc khoang nt Số khoang hệ liên kết dọc nk 13 khoang Tổng số dầm ngang toàn cầu nlkn 10 Dầm Trọng lượng liên kết dọc m dài dầm qn 9.99 kN/m Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng dầm chủ qsb 494.55 kN/m Trọng lượng dầm ngang gối qdn 0.137 kN/m Trọng lượng hệ liên kết ngang trung gian qn 0.517 kN/m Trọng lượng sườn tăng cường qs 0.53 kN/m Trọng lượng hệ liên kết dọc qd 0.092 kN/m Trọng lượng bê tông qb 1156.00 kN/m Trọng lượng gờ chắn bánh qgc 0.00 kN/m 4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I Các đại lượng HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 152 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT q1tc 22.352 kN/m Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng lề người qle 0.575 kN/m Trọng lượng lớp phủ mặt cầu qmc 0.368 kN/m Trọng lượng lan can qlc 1.56 kN/m Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn II DWtc 5.83 kN/m Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn II DWtt 8.75 kN/m Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn I 4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II Các đại lượng Tính tốn nội lực 5.1 Xác định mặt cắt tính tốn nội lực STT Tên mặt cắt x Đơn vị Mặt cắt gối m Mặt cắt L/8 4.05 m Mặt cắt L/4 8.1 m Mặt cắt L/2 16.2 m 5.2 Tính nội lực tĩnh tải Nội Lực Dtích Tĩnh tải tc Nội lực tĩnh tải tiêu Nội lực tĩnh tải tính tốn Dah’ (kN/m) chuẩn(TTGHSD) (TTGH CĐ) W DCtc DWtc W*DCtc W*DWtc Tổng  W*DCtc  W*DWtc Tổng M1 57.41 17.9 5.83 1027.64 334.70 1362.34 1284.55 502.05 1786.60 M2 98.42 17.9 5.83 1761.72 573.79 2335.51 2202.15 860.68 3062.83 M3 116.10 17.9 5.83 2078.19 676.86 2755.05 2597.74 1015.29 3613.03 M4 131.22 17.9 5.83 2348.84 765.01 3113.85 2936.05 1147.52 4083.57 Q1 16.20 17.9 5.83 289.98 94.45 384.43 362.48 141.67 504.14 Q2 12.15 17.9 5.83 217.49 70.83 288.32 271.86 106.25 378.11 Q3 8.10 17.9 5.83 144.99 47.22 192.21 181.24 70.83 252.07 Q4 5.50 17.9 5.83 98.45 32.07 130.52 123.06 48.10 171.16 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 153 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT 5.3 Bảng tổ hợp tải trọng Tổ hợp tải trọng TTGH SD Nội Lực TT TC GĐ I Hoạt tải tiêu chuẩn GĐ II Làn Người TT+xe+ TT+trục+ Làn Làn +Người +Người NL max X tải trục M1 1027.64 334.70 406.39 435.97 350.48 339.07 2457.43 2487.01 2457.43 M2 1761.72 573.79 964.42 812.36 600.83 581.26 4480.49 4328.43 4480.49 M3 2078.19 676.86 1222.17 976.93 708.76 685.69 5369.89 5124.65 5369.89 M4 2348.84 765.01 1474.07 1126.48 801.10 775.02 6162.16 5814.57 6162.16 Q1 289.98 94.45 118.49 86.30 60.21 95.68 658.58 626.39 658.58 Q2 217.49 70.83 102.25 75.31 46.10 73.26 509.76 482.81 509.76 Q3 144.99 47.22 86.02 64.32 33.87 53.82 365.80 344.11 365.80 Q4 98.45 32.07 75.59 57.26 27.01 42.92 275.63 257.63 275.63 Tổ hợp tải trọng TTCĐ I Nội TT tính tốn Hoạt tải tính tốn TT+xe+ TT+trục Làn Làn +Người +Người Nội Lực GĐ I GĐ II X tải trục Làn Người M1 1284.55 502.05 888.97 953.68 613.34 593.37 M2 2202.15 860.68 2109.66 1777.05 1051.45 1017.21 7239.33 6906.72 7239.33 M3 2597.74 1015.29 2673.50 2137.04 1240.34 1199.95 8724.71 8188.25 8724.71 M4 2936.05 1147.52 3224.53 2646.17 1401.93 1356.28 10064.1 9303.74 10064.1 Q1 362.48 141.67 259.20 188.78 105.38 167.44 1035.88 965.47 1035.88 Q2 271.86 106.25 223.68 164.74 80.68 128.20 810.46 751.52 810.46 Q3 181.24 70.83 188.16 140.69 59.27 94.19 593.56 546.09 593.56 Q4 123.06 48.10 165.36 125.26 47.27 75.11 458.80 418.70 458.80 HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 Lực 3881.28 3945.99 3945.99 - 154 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Kiểm tra tính cân xứng mặt cắt dầm chủ Kiểm tra tính cân xứng mặt cắt 1 t c bc3  3* 403  16000cm 12 12 1 1 1 I y  t c bc3  t w Dw3  t t bt3  3* 403  150* 23  3*703  101857cm 12 12 12 12 12 12 I yc 16000   0.157  0.9  Ok 0.1  I y 101857 I yc  Kiểm tra độ mảnh sườn dầm mặt cắt đặc Dcp tw  E 2*10.87 2*105  10.87  3.76  3.76  90.53 -> Đạt Fys 345 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén mặt cắt đặc bc E 40 2*105   6.67  0.382  0.382  9.20 -> Đạt Fys 2tc 2*3 345 Kiểm tra tương tác sườn dầm cánh chịu nén Dcp tw  9.35 bf 2t f  E 2*10.87 40 2*105  9.35  6.25  6.25 -> Đạt Fyw 2t f 345 Kiểm toán dầm TTGH CĐI a Kiểm toán sức kháng uốn - Mặt cắt đặc chắc: Sức kháng uốn danh định Mn = Mp = 21136.53 kN.m - Sức kháng uốn tính toán: M r   M n  1* 21136.53 kN.m > Mu = 10064.1 kN.m -> Đạt b Kiểm toán sức kháng cắt - Xác định hệ số c: D 150 Ek 2*105 *11.17   75  1.10  1.10  111.062  c  tw f yw 345 - Sức kháng cắt tính tốn dầm:       0,87(1  C )  0,87(1  1)    6003.00 1  Vn  Vp C    d0    135    1  1       150   D          6003.00    - Kiểm toán: Vr  Vn  1* 6003.00  6003kN  Vu  1035.88kN -> Đạt HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 155 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Kiểm toán dầm TTGH mỏi a Kiểm toán ứng suất mỏi uốn + Ứng suất mép dầm thép hoạt tải mỏi: ft  M LL t 294417 y  357.73  17.26Mpa 6099898 I ST + Ứng suất mép dầm thép hoạt tải mỏi: ft  M LL t 294417 y  1202.27  58.02Mpa 6099898 I ST + Ứng suất mép dầm thép hoạt tải mỏi: f t  17.26 Mpa  f yw  345Mpa Đạt b Kiểm toán ứng suất mỏi cắt Ứng suất mép dầm thép hoạt tải mỏi: f t  17.26Mpa  0.58cf yw  0.58*1*345  200.1Mpa Đạt Kiểm toán dầm TTGH sử dụng + Độ võng tải trọng làn:  lan  0.718cm + Độ võng xe tải thiết kế:  xetai  1.453cm Độ võng lớn dầm lấy giá trị lớn : + Độ võng xe tải thiết kế:  xetai  1.453cm + Độ võng 25%xe tải thiết kế + Làn:   0.25*1.453  0.718  1.08cm Vậy   1.453cm  L  3.24 Đạt 800 10 Tính tốn bố trí neo liên kết a Lực trượt danh định tác dụng nên neo Vn  0.85 f c, As  0.85* 28* 4624 *102  11005.1kN b Sức kháng cắt neo: Qn  0,5 Asc fcEc  Asc Fu Trong + Asc: Diện tích mặt cắt ngang đinh neo (mm2), + fc : Cường độ chịu nén quy định bê tông tuổi 28 ngày (MPa), + Ec : Mô đun đàn hồi (MPa), + Fu : Cường độ chịu kéo nhỏ đặc trưng neo chống cắt HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 156 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Qn  0,5 Asc fcEc  0.5* 3.810 28* 28441*102  169.61 kN Sức kháng cắt tính tốn neo: Qr   Qn  0.85*169.61  144.17kN c Sức kháng mỏi neo Zr   d  19, d với   238  29, log N thay số: Zr  19,0d  19.0* 2.2  9.196 kN d Bố trí neo - Lực trượt danh định tác dụng nên neo: Vn  11005.1kN - Sức kháng tính tốn neo: Qr  144.17kN - Số lượng neo cần thiết (tính cho nửa dầm): ns  Vh 11005.1   76.33 neo Qr 144.17 Số neo hàng: neo Tổng neo bố trí: 122 neo với khoảng cách 27cm HỌC VIÊN: NGUYỄN ĐĂNG ĐIỀM – LỚP : CAO HỌC CẦU HẦM K18 - 157 -