Thi công thiết kế cầu thép

ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế Phương pháp thiết kế Vật liệu dùng thi coâng 2.1 Lan can 2.1.1 Thanh lan can 2.1.2 Cột lan can 2.2 Lề hành 2.3 Bó vỉa CHƯƠNG II LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH CHƯƠNG III BẢN MẶT CẦU 3.1 Số liệu tính toán 3.2 Sơ đồ tính toán mặt cầu 3.3 Tính nội lực cho congxon 3.4 Tính nội lực cho dầm cạnh dầm biên 3.5 Tính nội lực cho dầm 3.6 Thiết kế cốt thép cho mặt cầu 3.7 Kiểm tra nứt cho mặt cầu CHƯƠNG IV DẦM CHÍNH 4.1 Kích thước dầm 4.1.1 Phần dầm thép 4.1.2 Phần bê tông cốt thép 4.1.3 Sơ chọn kích thước sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối 4.2 Xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm 4.3 Hệ số phân bố ngang 4.4 Xác định nội lực hoạt tải mặt cắt 4.5 Nội lực tónh tải tác dụng lên dầm 4.6 Tổ hợp nội lực mặt cắt theo trạng thái giới hạn 4.7 Kiểm toán dầm thép giai đoạn I 4.8 Kiểm toán dầm thép giai đoạn II 4.9 Tính toán sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối, neo chống cắt, đường hàn SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA 2 4 10 15 15 15 19 23 27 28 30 30 30 30 31 40 44 48 59 63 64 74 Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế: - Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I - Khổ cầu: B - K = 7.2 m – 0.75 m - Chiều dài dầm chính: L = 34.6 m - Số dầm chính: dầm - Khoảng cách dầm chính: 1.6 m - Số sường tăng cương đứng (một dầm): 40 - Khoảng cách sường tăng cường: m - Số liên kết ngang: 10 - Khoảng cách liên kết ngang: m - Khoảng cách trụ lan can: 2m Phương pháp thiết kế: - 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 - gữa dầm 1.6 m - Kiểm toán Vật liệu dùng thi công - Thanh cột lan can (phần thép): Thép CT3 Fy 240 MPa s 7.85 10 N / mm - Lề hành, lan can: Bêtông: fc' 30 MPa  2.5 10  N / mm Theùp AII: Fy 280 MPa s 7.85 10 N / mm - Baûn mặt cầu, vút Bêtông: fc' 30 MPa  2.5 10  N / mm Theùp AII: Fy 280 MPa s 7.85 10 N / mm - Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang Thép taám M270M caáp 345: Fy 345 MPa s 7.85 10 N / mm Thép góc: L 100 x 100 x 10: Fy 240 MPa s 7.85 10 N / mm SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA GVHD: PHAN QUỐC BẢO Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO CHƯƠNG II LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH 2.1 Lan can: 2.1.1 Thanh lan can: - Choïn lan can thép ống đường kính D =100 mm kính d = 92 mm - Khoảng cách cột lan can là: L = 2000 mm 5 - Khối lượng riêng thép lan can: s 7.85 10 N / mm - Thép cacbon số hiệu CT3: fy = 240 MPa 2.1.1.1 Tải tác dụng lên lan can: 2000 P = 890 N y g = 0.095 N/mm w = 0.37 N/mm w = 0.37 N/mm x 2000 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 - d 100 - 92 -5 g   7.85 10 3.14  0.095 N / mm 4 + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Theo phương ngang: + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Tải tập trung P = 890 N đặt theo phương hớp lực g w 2.1.1.2 Nội lực lan can: * Theo phương y: - Mômen tónh tải mặt cắt nhịp: M gy  g L2 0.095 20002  47500 N.mm 8 - Mômen hoạt tải mặt cắt nhịp: + Tải phân bố: M yw  w L2 0.37 20002  185000 N.mm 8 SVTH: HOÀ XUÂN NGHĨA Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO + Tải tập trung: M yP  P L 890 2000  445000 N.mm 4 * Theo phương x: - Mômen hoạt tải mặt cắt nhịp: + Tải phân bố: M xw  w L2 0.37 20002  185000 N.mm 8 * Toå hợp nội lực tác dụng lên lan can: M   (DC M gy  LL M wy )2  ( LL M xw )2  LL M P  - Trong đó: +  : hệ số điều chỉnh tải trọng:  D I R Với: D  0.95 : hệ số dẻo cho thiết kế thông thường theo yêu cầu I 1 : hệ số quan trọng R 1 : hệ sốù dư thừa (mức thông thường)    0.95 1 1  0.95 + DC 1.25 : hệ số tải trọng cho tónh tải + LL 1.75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải  M  0.95  (1.25 47500  1.75 185000)2  (1.75 185000)2  1.75 445000  1216329 N.mm 2.1.1.3 Kiểm tra khả chịu lực lan can: .M n  M Trong đó: +  : hệ số sức kháng:  = + M: mômen lớn tónh hoạt tải + Mn: sức kháng tiết diện M n fy S S mômen kháng uốn tiết dieän  3.14 (D3  d )  (1003  923 ) 21716 mm 32 32  M n 240 21716 = 5211840 N.mm .M n 1 5211840 = 5211840 N.mm 1216329 N.mm S Vaäy lan can đảm bảo khả chịu lực 2.1.2 Cột lan can Ta tính toán với cột lan can giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan (hình 2.2) SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO h1 = 350 P'' = 1630 N I I I I h 2= 300 h = 650 P'' = 1630 N Hình 2.2: sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can Để đơn giản tính toán ta kiểm tra khả chịu lực lực xô ngang vào cột kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng trọng lượng thân * Kiểm tra khả chịu lực cột lan can: - Kích thước: h 650 mm; h1 350 mm; h 300 mm - Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải) + Lực phân bố: w = 0.37 N/mm lan can hai bên cột truyền vào cột lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N + Lực tập trung: P = 890 N + Suy lực tập trung vào cột là: P '' P ' P 740+890 = 1630 N - Ta kiểm toán mặt cắt I-I: 190 174 130 X 61 61 Y Hình 2.3: Mặt cắt I-I - Mômen mặt cắt I-I: M I  I P ''h  P ''h 1630 650  1630 300 1548500 N.mm - Maët cắt I-I đảm bảo khả chịu lực khi: M n .LL M I  I - Sức kháng tiết diện: M n fy S SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO + S mômen kháng uốn tiết diện   175  130 8  130 8 912   I 12  S    12 219036.74 N / mm Y 95  M  f  S  240 x 219036.74 = 52568816.84 N.mm  n y - Vaäy M n 52568816.84 M 1548500 N / mm  Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả chịu lực * Kiểm tra độ mảnh cột lan can: K.l 140 r Trong đó: + K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu + l 1070 mm : chiều dài không giằng ( l  h ) + r : bán kính hồi chuyển nhỏ (ta tính cho tiết diện đỉnh cột tiết diện nhỏ nhaát) r I A 140 124 130 X 61 61 Y Hình 2.4: Tiết diện nhỏ cột lan can Với: I : mômen quán tính tiết diện: 124 I   130 8  130 8 662  10342656 mm 12 12   A : diện tích tiết dieän: A 130 8 2  124 8 3072 mm 10342656  r   58 mm 3072 K.l 0.75 1070   13.8 140 Vậy thỏa mãn điều kiện mảnh r 58 2.2 Lề hành: 2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề hành gồm: * Xét 1000 mm dài - Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = N/mm SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO - Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10-4 = 2.5 N/mm 1000 PL = N/mm DC = 2.5 N/mm 1000 Hình 2.5: Sơ đồ tính nội lực lề hành 2.2.2 Tính nội lực: - Mômen mặt cắt nhịp: DC.L2 2.5 10002  312500 N.mm 8 PL.L2 10002   375000 N.mm 8 + Do tónh tải: M DC  + Do hoạt tải: M PL - Trạng thái giới hạn cường độ: M U . DC M DC  PL M PL  0.95 (1.25 312500  1.75 375000) 994531 N.mm - Trạng thái giới hạn sử dụng: M S  M DC  M PL  312500  375000 687500 N.mm 2.2.3 Tính cốt thép: - Tiết diện chịu lực b x h = 1000 mm x 100 mm - Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông: - ds = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm - Xác định chiều cao vùng nén a: a d s2  d s2  M u 80  0.85 fc' b 80  994531 0.54 mm 0.9 0.85 30 1000 - Bản lề hành có 28 MPa< f'c = 30 Mpa < 56 Mpa  1 0.85  0.05 ' 0.05 (fc  28) 0.85  (30  28) 0.836 7 - Xác định khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoaø c: c a 0.54  0.646 mm 1 0.836 - Xác định trường hợp phá hoại cho toán cốt đơn: SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO c 0.646  0.008  0.45  toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo ds 80 - Xác định diện tích cốt theùp: 0.85 fc' a b 0.85 30 0.54 1000 AS   49.18 mm fy 280 - Kieåm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: A s  0.03 b.h f 'c 30  0.03 1000 100  321.43 mm fy 280 100 200 200 200 200 100 20 80 Þ 10 100 - Chọn 10a200  1000 mm có thép (diện tích A s = 392.5 mm2) theo phương dọc lề hành bố trí 10a200 1000 Hình 2.6: Bố trí cốt thép lề hành 2.2.4 Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng: (kiểm tra nứt) - Tiết diện kiểm toán: Tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 mm x 100 mm - Khoảng cách từ thớ chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất: d c  a' 20 mm < 50 mm - Diện tích vùng bê tông bọc quanh nhóm thép: A c 2 d c b 2 20 1000 40000 mm - Diện tích trung bình bêtông bọc quanh thép: A A c 40000  8000 mm n - Mômen ngoại lực tác dụng vào tiết diện: Ms 687500 N.mm - Khối lượng riêng bêtông: c 2500 Kg / m - Môđun đàn hồi bêtông: E c  0.043 1.5c  f 'c  0.043 25001.5  50 38010 MPa - Môđun đàn hồi thép: Es 200000 MPa Es 200000 - Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n  E  38010 5.262 c - Chiều cao vùng nén bêtông tiết diện nứt: SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO  A  d s b x n  s     b  n A s  392.5  80 1000 5.262     1000  5.262 392.5   14.16 mm  -Mômen quán tính tiết diện bê tông nứt:  b x  I cr   n A s (d s  x)2     1000 14.16    5.262 392.5 (80  14.16)2  9899418.69 mm   -Ứng suất cốt thép ngoại lực gaây ra: fs  Ms 687500  d s  x  n   80  14.16  5.262 24.06 MPa I cr 9899418.69 - Khí hậu khắc nghiệt: Z 23000 N / mm - Ứng suất cho phép cốt thép: fsa  Z 23000 3  423.66 MPa d c A 20 8000 -So saùnh: fsa  423.66 MPa  0.6 fy  0.6 280 168 MPa chọn fy 168 MPa để kiểm tra: fs 24.06 MPa  168 MPa Vậy thoả mãn điều kiện nứt 2.3 Bó vỉa: - Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.6 hình 2.7 - Ta tiến hành kiểm tra khả chịu lực bó vỉa dạng tường sau: + Sơ đồ tính toán lan can dạng tường sơ đồ dẻo + Chọn cấp lan can cấp dùng cho cầu có xe tải Bảng 2.1: Lực tác dụng vào lan can Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Phương mằm ngang Phương thẳng đứng Phương dọc caàu Ft = 240 FV = 80 FL = 80 Chiều dài lực tác dụng(mm) Lt = 1070 LV = 5500 LL = 1070 + Biểu thức kiểm toán cường độ lan can có dạng R W Ft RW   M c L2c   M   M H    b W L c  L t  H  Khi xe va vào tường: L  L  H.(M b  M W H) L c  t   t   Mc   Khi xe va vào đầu tường: SVTH: HỒ XUÂN NGHÓA Trang 10