Đồ án Cầu thép liên hợp BTCT nhịp L = 21 (m)

Đồ án thiết kế cầu thép liên hợp BTCT Thiết kế theo TCVN 11823 06:2017 Nhịp L = 21 (m); B = 16 (m); Cấp bê tông bản mặt cầu Fb = 25 (MPa); Thép dầm chủ Fy = 300 (MPa) () ĐỒ ÁN NÀY CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO, CÁC THÔNG TIN TRONG BÀI CÓ THỂ BỊ SAI SÓT HOẶC KHÔNG ĐÚNG, KHÔNG NÊN COPPY NGUYÊN MẪU MÀ NÊN THAM KHẢO THEO TCVN 11823 06:2017

XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Số liệu chung

- Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 11823-06:2017

- Mặt cắt ngang (B): B = Lc + 0.0 + 15 + 0.0 + Lc

Với bề rộng phần xe chạy là 15m, không có lề bộ hành và kích thước gờ chắn Lc = 0.5m => B = 16 (m)

- Vật liệu: Cấp bê tông bản mặt cầu: 25 (MPa)

Thép dầm chủ: Fy = 300 (MPa)

- Loại dầm Dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép

Ghi chú: Tải trọng người 3000 N/m2, IM = 33% cho THSH & THCĐ

1.1.2.1 Bê tông bản mặt cầu

- Cường độ nén của bê tông: f c ' = 25 (MPa)

- Tỷ trọng bê tông: γ c = 2500 (kg/m 3 )

- Cường độ chịu kéo khi uốn: f r =0.63 f c ' = 3.15 (MPa)

- Trọng lượng riêng lớp phủ: γ DW =

Dầm thép sử dụng tiết diện chữ I, theo tiêu chuẩn ASTM A709M cấp 345 hoặc tương đương, ta có các đặc trưng sau:

- Cường độ chảy nhỏ nhất: Fy = 3300 (MPa)

- Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: Fu = 450 (MPa)

- Modun đàn hồi của thép: Es = 200000 (MPa)

- Trọng lượng riêng của thép:  s = 250 (kN/m 3 )

Cấu tạo kết cấu nhịp 1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp

- Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 (m)

- Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 21 – 0.3x2 = 20.4 (m)

1.2.2 Thiết kế mặt cắt ngang cầu

- Khoảng cách giữa 2 dầm chủ (1.5m - 1.7m): S = 1500 (mm)

- Chọn chiều cao dầm chủ:

- Chiều dày bản mặt cầu:

+) Chiều rộng bản cánh trên dầm thép: bb = 300 (mm) +) Chiều rộng bản cánh dưới dầm thép một: b1 = 300 (mm) +) Chiều rộng bản cánh dưới dầm thép hai: b2 = 400 (mm)

- Chiều dày bản sườn:  s  6(mm), chọn  s = 16(mm)

- Chiều dày lớp phủ: h1 = 75 (mm)

- Chọn độ dốc ngang cầu: i = 2%

- Tạo độ dốc ngang cầu bằng cách sử dụng lớp mui luyện

Kích thước dầm chủ được lựa chọn như bảng sau:

Thông số Kích thước Đơn vị

Khoảng cách giữa các dầm chủ (S) 1500 mm

Chiều dài bản hẫng (de) 750 mm

Chiều cao dầm chủ (H) 1000 mm

Bề rộng bản cánh trên (bt) 300 mm

Chiều dày bản cánh trên (tt) 25 mm

Bề rộng bản cánh dưới 1(bb) 300 mm

Chiều dày bản cánh dưới 1(tb) 25 mm

Bề rộng bản cánh dưới 2 (bb2) 400 mm

Chiều dày bản cánh dưới 2(tb2) 25 mm

Chiều dày sườn dầm (tw) 16 mm

Chiều cao sườn dầm (hw) 925 mm

Hình 1.1 Kích thước sơ bộ dầm thép

Hình 1.2 Mặt cắt ngang cầu dầm thép liên hợp bản BTCT

ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM THÉP

Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh

Xác định đặc trưng hình học của phần bản BTCT

Hình 2.1 Vị trí TTH của phần bản BTCT của dầm thép

- Diện tích phần bê tông:

- Mô men tĩnh đối với trục đi qua phần tiếp xúc giữa bản bê tông và dầm thép:

- Vị trí trọng tâm của phần bê tông (ycb):

Vậy vị trí trục trung hòa của phần bê tông cách mép dưới 1 đoạn là 193.2 (mm)

- Mô men quán tính của phần bê tông đối với trục trung hòa của phần bê tông:

Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép chưa liên hợp bản BTCT

Hình 2.2 Vị trí TTH của phần dầm thép chưa có bản táp

- Diện tích phần dầm thép:

- Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của bản cánh dưới:

- Vị trí trọng tâm của dầm thép (yct):

Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép dưới cùng 1 đoạn là 487.5 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép trên của dầm thép (ytt): ytt = 487.5 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép dưới của dầm thép (ytd): ytd = 487.5 (mm)

- Mô men quán tính của phần dầm thép đối với trục trung hòa của dầm thép:

2.3.2 Dầm thép có bản táp

- Diện tích phần dầm thép:

- Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của bản cánh dưới:

- Vị trí trọng tâm của dầm thép (yct):

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép trên của dầm thép (ytt): ytt = 386.9 (mm)

- Mô men quán tính của phần dầm thép đối với trục trung hòa của dầm thép:

Hình 2.3 Vị trí TTH của phần dầm thép có bản táp

Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp bản BTCT

2.4.1 Dầm thép chưa có bản táp (liên hợp ngắn hạn n)

- Ta có 25  f c ' = 25  32(MPa), nên tỷ số modun đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng trung bình (n) là 8

- Mô men tĩnh đối với trục đi qua đáy của dầm thép:

- Vị trí trọng tâm của tiết diện liên hợp (yctd1):

Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép dưới cùng 1 đoạn là 901.5(mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép dưới của dầm thép (ytd1): ytd1 = yctd1 = 901.5 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của dầm thép (ytd2) và mép dưới của bê tông (ytd3): ytd2 = ytd3 = 73.5 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của bê tông (ytd4): ytd4 = 1295 – 901.5 = 393.5 (mm)

- Mô men quán tính của tiết diện liên hợp:

Hình 2.4 Vị trí TTH dầm thép liên hợp ngắn hạn n chưa có bản táp

2.4.2 Dầm thép chưa có bản táp (liên hợp dài hạn 3n)

- Ta có 25  f c ' = 25  32(MPa), nên tỷ số modun đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng trung bình (n) là 8, suy ra 3n = 24

Vậy vị trí trục trung hòa của dầm liên hợp cách mép dưới cùng 1 đoạn là 719.6 (mm)

Hình 2.5 Vị trí TTH dầm thép liên hợp dài hạn 3n chưa có bản táp

2.4.3 Dầm thép có bản táp (liên hợp ngắn hạn n)

- Ta có 25  f c ' = 25  32(MPa), nên tỷ số modun đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng trung bình (n) là 8

- Vị trí trọng tâm của tiết diện liên hợp (y ctd1 ):

Hình 2.6 Vị trí TTH dầm thép liên hợp ngắn hạn n có bản táp

2.4.4 Dầm thép có bản táp (liên hợp dài hạn 3n)

- Ta có 25  f c ' = 25  32(MPa), nên tỷ số modun đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng trung bình (n) là 8, suy ra 3n = 24

Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép dưới cùng 1 đoạn là 612 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép dưới của dầm thép (ytd1): ytd1 = yctd1 = 612 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của dầm thép (ytd2) và mép dưới của bê tông (ytd3): ytd2 = ytd3 = 388 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của bê tông (ytd4): ytd4 = 1320 – 612 = 708 (mm)

Hình 2.7 Vị trí TTH dầm thép liên hợp dài hạn 3n có bản táp

HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG

Hệ số phân bố hoạt tải theo làn cho monen

- Tham số cứng dọc: K g = n I ( + Ae g 2 ) (Đ4.6.2.2.1.E14)

+) eg: Khoảng cách từ trục trung hòa của dầm thép đến trục trung hòa bản bê tông

+) n: Hệ số tính đổi modun đàn hồi, n = 8

+) I: Momen quán tính của mặt cắt chưa liên hợp đối với trọng tâm, I = 6312807245 (mm 4 )

+) A: Tổng diện tích của mặt cắt chưa liên hợp, A = 39800 (mm 2 )

- Hệ số phân bố momen đối với dầm trong:

= +       +) Hai hay nhiều làn chất tải: (Đ4.6.2.2.2.1)

= +       So sánh các hệ số phân bố, ta chọn: mg M I = 0.482

- Hệ số phân bố momen đối với dầm biên:

+) Kiểm tra phạm vi áp dụng tiêu chuẩn: − 300  d e = 250 1700  (Thỏa mãn), với de là khoảng cách giữa tim bản bụng phía ngoài dầm biên và mép trong lan can

+) Một làn chất tải: Tính theo phương pháp đòn bẩy, sơ đồ như Hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ đường ảnh hưởng 1 làn chất tải của dầm biên

Khi có một làn chất tải, hệ số làn là 1.2 nên ta có:

So sánh các hệ số phân bố, ta chọn: mg M E = 0.46

Hệ số phân bố hoạt tải theo làn cho lực cắt

- Hệ số phân bố lực cắt đối với dầm trong:

+) Kiểm tra phạm vi áp dụng tiêu chuẩn:

So sánh các hệ số phân bố, ta chọn: mg V I = 0.597

- Hệ số phân bố lực cắt đối với dầm biên:

+) Kiểm tra phạm vi áp dụng tiêu chuẩn: − 300  d e = 250 1700  (Thỏa mãn)

+) Một làn chất tải: Tính theo phương pháp đòn bẩy, tính toán như sơ đồ như hình 3.1

Khi có một làn chất tải, hệ số làn là 1.2 nên ta có:

So sánh các hệ số phân bố, ta chọn: mg V E = 0.46

Hệ số phân bố ngang cho lan can

Dầm biên chịu toàn bộ tải trọng của lan can, do đó tải trọng này không được đặt trực tiếp lên dầm biên Hệ số phân bố ngang của lan can được thể hiện trong Hình 3.1, với giá trị là 2003 1.335.

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với momen

Momen Một làn Hai hay nhiều làn HSPBN tính toán

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với lực cắt

Lực cắt Một làn Hai hay nhiều làn HSPBN tính toán

TÍNH TOÁN NỘI LỰC DO HOẠT TẢI

Lực cắt và momen tại vị trí gối

Hình 4.1 Biểu đồ lực cắt tại vị trí gối

- Do tải trọng làn: lan goi

Lực cắt và momen tại vị trí L/8

Hình 4.2 Biểu đồ lực cắt tại vị trí L/8

- Do tải trọng làn: lan L/8

- Do tải trọng làn: lan

Lực cắt và momen tại vị trí 3L/8

Hình 4.4 Biểu đồ lực cắt tại vị trí 3L/8

- Do tải trọng làn: lan 3L/8

- Do tải trọng làn: lan

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp các giá trị hoạt tải trên dầm

Tải trọng Nội lực Gối L/8 L/4 3L/8 L/2

TÍNH TOÁN NỘI LỰC DO TĨNH TẢI

Tĩnh tải giai đoạn I

- Trọng lượng bản thân dầm thép

- Trọng lượng dầm ngang, sườn tăng cường

Ta đang làm bài toán thiết kế do đó ta có thể lấy trọng lượng dầm ngang và sườn tăng cường theo trọng lượng của dầm chủ

+) Trọng lượng dầm ngang và sườn tăng cường tác dụng lên một dầm chủ phía trong

Tại vị trí có bản táp: P n I = 3.06 0.09  = 0.28(N/mm)

Tại vị trí không có bản táp: P n I = 2.3 0.09  = 0.21(N/mm)

+) Đối với dầm ngoài, ta lấy trọng lượng dầm ngang và sườn tăng cường bằng một nửa so với dầm trong

Tại vị trí có bản táp: P n E = 0.28 0.5  = 0.14(N/mm)

Tại vị trí không có bản táp: P n E = 0.21 0.5  = 0.1(N/mm)

- Trọng lượng bản bê tông

+) Trọng lượng bản bê tông: DC%00 9.81 10  − 9 =2.45 10 − 5 (N/mm 3 )

+) Trọng lượng bản và bản vút: DC ' =2.45 10 − 5 370000=9.1(N/mm)

Tĩnh tải giai đoạn II

- Trọng lượng lớp phủ bê tông nhựa dày 75 mm

- Trọng lượng lan can: DC lc =9.064(N/mm)

Tổ hợp nội lực do tĩnh tải (DC1 và DW)

5.3.1 Nội lực tĩnh tải cho dầm trong

- Tại các vị trí có bản táp: DC1 = 3.06 + 0.28 + 9.1 = 12.44(N/mm)

- Tại vị trí gối: DC1 = 2.3 + 0.21 + 9.1 = 11.61(N/mm)

Hình 5.1 Biểu đồ phân bố tĩnh tải tại vị trí L/2 của dầm trong

- Ta tính toán tại các vị trí L/8; L/4; 3L/8 tương tự như trên, ta được kết quả như bảng 5.1

5.3.2 Nội lực tĩnh tải cho dầm biên

- Tại các vị trí có bản táp: DC1 = 3.06 + 0.14 + 9.1 = 12.3(N/mm)

- Tại vị trí gối DC1 = 2.3 + 0.1 + 9.1 = 11.5(N/mm)

- Hệ số phân bố ngang lan can: mg lc =1.335

- Tĩnh tải do lan can: DC lc =9.064 1.335 1(N/mm)

- Ta tính toán tương tự như dầm trong, ta được kết quả như bảng 5.1

Bảng 5.1 Bảng tổng hợp các giá trị tĩnh tải trên dầm

TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Các hệ số tải trọng

+) Trạng thái giới hạn cường độ:

 Uốn và kéo 1.00 Cắt và xoắn 0.90 Nén tại neo 0.80

+) Các trạng thái giới hạn khác:  =1

- Hệ số thay đổi tải trọng:

Cường độ Sử dụng Mỏi

+) Trạng thái giới hạn cường độ I:U= [1.25DC 1.5DW 1.75(LL IM+ + + +PL)]

+) Trạng thái giới hạn sử dụng I:U 1.0(DC D W) 1.0(LL IM)= + + + +) Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy:U=0.75(LL IM)+

+) Một làn chất tải: m = 1.2 +) Hai làn chất tải: m = 1

Môi nối bản mặt cầu 75%

Tất cả các TTGH khác 33%

Tổ hợp tải trọng

6.2.1 Tổ hợp tải trọng cho dầm trong

- Các thông số tải trọng của hoạt tải:

+) Hệ số phân phối momen:

Bảng 6.1 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với momen

Momen Một làn Hai hay nhiều làn HSPBN tính toán

+) Hệ số phân phối lực cắt:

Bảng 6.2 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với lực cắt

Lực cắt Một làn Hai hay nhiều làn HSPBN tính toán

+) Thông số tải trọng của người: mgpT = 0

+) Hệ số xung kích: IM = 33%

+) Tại vị trí có bản táp: DC1 = 12.44 (kN/m)

+) Tại vị trí gối: DC1 = 11.61 (kN/m)

Bảng 6.3 Bảng tổng hợp các giá trị hoạt tải trên dầm

- Tổ hợp tải trọng tại vị trí L/2: Đối với moment:

(LL IM) mg (1.33 max(M , M ) M ) mg M

(LL IM) mg (1.33 max(Q ,Q ) Q ) mg Q 0.597 (1.33 117.2 23.7) 107.2(kN)

U 1.0(DC D W) 1.0(LL IM) 1 0 1 107.2 107.2(kN)= + + + =  +  Tính toán tương tự với các mặt cắt còn lại ta được kết quả như bảng 6.4

Bảng 6.4 Bảng tổ hợp nội lực cho dầm trong

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CHO DẦM TRONG

Nội lực Loại tải trọng 0 L/8 L/4 3L/8 L/2

DW 0 96.3 165.0 206.3 220.0 mg(LL+IM)+PL 0.0 492.7 823.6 992.5 1047.7

DW 43.1 32.4 21.6 10.8 0.0 mg(LL+IM)+PL 278.7 233.1 189.4 147.4 107.2

6.2.1 Tổ hợp tải trọng cho dầm biên

+) Hệ số phân phối momen: Bảng 6.1

+) Hệ số phân phối lực cắt: Bảng 6.2

+) Tại vị trí có bản táp: DC1 = 12.3 (kN/m)

+) Tại vị trí gối: DC1 = 11.5 (kN/m)

- Tổ hợp tải trọng tại vị trí L/2: Đối với moment:

DC1 = 604 (kN.m); DW = 220 (kN.m); DClc = 471.5 (kN.m)

(LL IM) mg (1.33 max(M , M ) M ) mg M

(LL IM) mg (1.33 max(Q ,Q ) Q ) mg Q

U 1.0(DC D W) 1.0(LL IM) 1 0 1 82.6= + + + =  +  6(kN) Tính toán tương tự với các mặt cắt còn lại ta được kết quả như Bảng 6.4

Bảng 6.5 Bảng tổ hợp nội lực cho dầm biên

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CHO DẦM BIÊN

Nội lực Loại tải trọng 0 L/8 L/4 3L/8 L/2

LANCAN 0.0 206.3 353.6 442.0 471.5 mg(LL+IM)+PL 0.0 470.2 786.0 947.2 999.8

LANCAN 92.5 69.3 46.2 23.1 0.0 mg(LL+IM)+PL 214.8 179.6 145.9 113.6 82.6

Tổ hợp tải trọng cho TTGH mỏi và đứt gãy

- Đối với TTGH mỏi và đứt gãy, ta sử dụng xe 3 trục có khoảng cách hai bánh sau là 9000

(mm) để tính nội lực

Hình 6.1 Sơ đồ tính toán tải trọng mỏi tại vị trí L/8

- Ta tính toán tương tự với các mặt cắt còn lại ta được kết quả như Bảng 6.5

Bảng 6.5 Bảng tổng hợp giá trị nội lực xe 3 trục TTGH mỏi và đứt gãy

+) Hệ số phân phối moment: Bảng 6.1 +) Hệ số phân phối lực cắt: Bảng 6.2

- Tổ hợp tải trọng tại vị trí L/2 đối với dầm trong Đối với momen:

(LL+IM)=mg (1.15 M ) =0.482 (1.15 929.8)  Q5.4(kN.m) TTGH mỏi và đứt gãy: U =0.75 (LL +IM)=0.75 515.4 86.6(kN) Đối với lực cắt:

(LL+IM)=mg (1.15 Q ) =0.597 (1.15 81)  U.6(kN.m) TTGH mỏi và đứt gãy: U=0.75 (LL IM) + =0.75 55.6 A.7(kN)

- Tính toán tương tự đối với các vị trí còn lại và dầm biên, ta được kết quả như Bảng 6.6 và

Bảng 6.6 Bảng tổng hợp giá trị TTGH mỏi và đứt gãy đối với dầm trong

Bảng 6.7 Bảng tổng hợp giá trị TTGH mỏi và đứt gãy đối với dầm biên

KIỂM TRA DẦM CHỦ

Kiểm tra các giới hạn kích thước mặt cắt

7.1.1 Kiểm tra tỉ lệ các phần tử

+) Iyc: momen quán tính của bán cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục thẳng đứng trong mặt phẳng bản bụng

+) Iy: momen quán tính của mặt cắt thép đối với trục thẳng đứng trong mặt phản bản bụng

7.1.2 Kiểm tra độ mảnh bản bụng có mặt cắt đặc chắc

- Bản bụng được xem là đặc chắc nếu: cp w yc

+) Dcp : chiều cao bản bụng chịu nén tại lúc moment dẻo +) Fyc = 300 (MPa): cường độ chảy dẻo của bán cánh chịu nén

Để xác định Dcp, bước đầu tiên là phải xác định trục trung hòa dẻo của mặt cắt liên hợp, trong đó trục trung hòa dẻo được xác định dựa trên sự cân bằng các lực dẻo của các thành phần của mặt cắt, giúp đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong quá trình tính toán.

+) Lực dẻo trong thành phần thép của diện tích ngang là tích số của diện tích bản biên, vách ngăn và cốt thép với cường độ chảy thích hợp

Lực dẻo trong phần bê tông chịu nén của tiết diện được xác định dựa trên sự tương đương giữa khối ứng suất hình chữ nhật và khối ứng suất phân bố đều 0.85f c'.

+) Bỏ qua vùng bê tông chịu kéo

- Ta có giá trị các lực dẻo là +) Lực dẻo trong bản mặt cầu: P s 1 =0.85 f c ' A s 1 =0.85 25 1500 220   p12500(N)

+) Lực dẻo bản cánh chịu nén: P c = F yc A c 00 300 25  "50000(N) +) Lực dẻo bản cánh chịu kéo: P t 1 =F yt A t 1 00 300 25  "50000(N)

P t 2 = F yt A t 2 00 400 25  000000(N) +) Lực dẻo trong bản bụng: P w = F yw A w 00 925 16  D40000(N)

 Trục trung hòa dẻo đi qua bản cánh trên

- Đặt khoảng cách trục trung hòa dẻo đến mép dưới bản cánh trên là x

Hình 7.1 Vị trí trục trung hòa dẻo đi qua bản cánh trên dầm thép có bản táp

- Ta có giá trị các lực dẻo là:

+) Lực dẻo trong bản mặt cầu: P s 1 =0.85 f c ' A s 1 =0.85 25 1500 220   p12500(N)

+) Lực dẻo bản cánh chịu nén trên: P c 1 = F yc A c 1 00 300 (25  −x)"50000 90000− x

+) Lực dẻo bản cánh chịu kéo dưới: P c 2 = F yc A c 2 00 300  =x 90000x(N)

+) Lực dẻo bản cánh chịu kéo: P t 1 = F yt A t 1 00 300 25  "50000(N)

P t 2 = F yt A t 2 00 400 25  000000(N) +) Lực dẻo trong bản bụng: P w = F yw A w 00 925 16  D40000(N)

Ta có Lực kéo = Lực nén  P w +P t 1 +P t 2 +P c 2 =P s 1 +P s 2 +P c 1

 Hình 7.2 Biểu đồ ứng suất khi dầm đạt Mp

- Kiểm tra điều kiện: cp w yc

- Với bản bụng đặc chắc, ta kiểm tra độ mảnh bản cánh chịu nén theo công thức: f f yc b E

Với bf = 300 (mm), tf = 25 (mm), ta có: 300 200000

→ Kích thước bản cánh đã chọn đạt điều kiện về độ mảnh bản cánh chịu nén

Kiểm tra dầm theo TTGH cường độ

7.2.1 Kiểm tra sức kháng uốn

Xác định momen dẻo (M p ) cho tiết diện dầm có bản táp

- x = 2.35 (mm): khoảng cách từ TTH dẻo đến mép dưới của bản cánh trên

- Cánh tay đòn của từng phần với TTH dẻo là:

+) Phần bản bê tông (hình chữ nhật): ds1 = 22.65 + 100 + 110 = 232.65 (mm) +) Phần bản bê tông (hình thang): ds2 = 54.17 + 22.65 = 76.82 (mm)

+) Phần bản cánh trên chịu nén: dc1 = 22.65/2 = 11.325 (mm)

+) Phần bản cánh trên chịu kéo: dc2 = 2.35/2 = 1.175 (mm)

+) Phần bản bụng chịu kéo: dw = 2.35 + 925/2 = 464.85 (mm)

+) Phần bản cánh dưới chịu kéo: dt1 = 2.35 + 925 + 25/2 = 939.85 (mm)

+) Phần bản táp chịu kéo: dt2 = 2.35 + 925 + 25 + 25/2 = 964.85 (mm)

Ta có momen dẻo Mp p s1 s1 s 2 s 2 c1 c1 c2 c2 w w t1 t1 t 2 t 2

= Xác định momen dẻo (M p ) cho tiết diện dầm không có bản táp

- Xác định vị trí trục trung hòa dẻo:

+) Lực dẻo bản cánh chịu nén: P c =F yc A c 00 300 25  "50000(N)

+) Lực dẻo bản cánh chịu kéo: P t 1 = F yt A t 1 00 300 25  "50000(N)

+) Lực dẻo trong bản bụng: P w =F yw A w 00 925 16  D40000(N)

 Trục trung hòa dẻo đi qua bản cánh trên

- Đặt khoảng cách trục trung hòa dẻo đến mép dưới bản cánh trên là x

- Ta có giá trị các lực dẻo là:

+) Lực dẻo bản cánh chịu nén trên: P c 1= F yc A c 1 00 300 (25  −x)"50000 90000− x

+) Lực dẻo bản cánh chịu kéo dưới: P c 2 = F yc A c 2 00 300  =x 90000x(N)

+) Lực dẻo bản cánh chịu kéo: P t 1 =F yt A t 1 00 300 25  "50000(N) +) Lực dẻo trong bản bụng: P w = F yw A w 00 925 16  D40000(N)

Ta có Lực kéo = Lực nén  P w +P t 1 +P t 2 +P c 2 = P s 1 +P s 2 +P c 1

 Hình 7.3 Vị trí trục trung hòa dẻo đi qua bản cánh trên dầm thép không có bản táp

Hình 7.4 Biểu đồ ứng suất khi dầm đạt Mp

- Cánh tay đòn của từng phần với TTH dẻo là:

+) Phần bản bê tông (hình chữ nhật): ds1 = 6 + 100 + 110 = 216 (mm)

+) Phần bản bê tông (hình thang): ds2 = 54.17 + 6 = 60.17 (mm)

+) Phần bản cánh trên chịu nén: dc1 = 6/2 = 3 (mm)

+) Phần bản cánh trên chịu kéo: dc2 = 19/2 = 9.5 (mm)

+) Phần bản bụng chịu kéo: dw = 19 + 925/2 = 481.5 (mm)

+) Phần bản cánh dưới chịu kéo: dt1 = 19 + 925 + 25/2 = 956.5 (mm)

Ta có momen dẻo Mp p s1 s1 s 2 s 2 c1 c1 c 2 c 2 w w t1 t1

- Để kiểm tra sức kháng uốn TTGH cường độ, ta sử dụng nội lực dầm trong

+) M n : Sức kháng uốn danh định của mặt cắt liên hợp đặc chắc

- Xác định sức kháng uốn danh định Mn (Đ10.7.1.2 - TCVN 11823 - 6:2017)

Dp: Khoảng cách từ đỉnh của bản bê tông tới trục trọng tâm của mặt cắt liên hợp xuất hiện momen dẻo (mm), D p "0 100+ +(25−2.35)42.65(mm)

Dt: Tổng chiều cao của mặt cắt liên hợp (mm), Dt = 1320 (mm)

Mp: Momen dẻo của mặt cắt liên hợp xác định theo Điều D1 Phụ lục D (N.mm)

- Yêu cầu về tính dẻo (Đ10.7.3 – TCVN 11823 – 2017 – 06): Mặt cắt đặc chắc và không đặc chắc phải thỏa mãn điều kiện:D p 0.42D t

+) Dp: Khoảng cách từ đỉnh của bản bê tông tới trục trọng tâm của mặt cắt liên hợp xuất hiện momen dẻo (mm), D p "0 100+ +(25−2.35)42.65(mm)

+) Dt: Tổng chiều cao của mặt cắt liên hợp (mm), Dt = 1320 (mm)

Ta có D p 42.650.42D t =0.42 1320 U4.4→Đạt yêu cầu

- Ta xét tại mặt cắt L/2:

Kiểm tra: M u =3252.9( kN m ) M r = M n = 1 7810.75=7810.75( kN m )→Đạt yêu cầu Tiến hành kiểm tra tương tự với các vị trí còn lại ta được kết quả như Bảng 7.2

Tại các vị trí gối L/8 và L/4, chúng ta áp dụng đặc trưng hình học của dầm liên hợp không có bản táp Ngược lại, ở vị trí 3L/8 và L/2, đặc trưng hình học của tiết diện liên hợp có bản táp được sử dụng.

- Một số đặc trưng tại các vị trí dầm không có bản táp:

+) Mp = 5536.6 (kN.m) +) Kiểm tra:D p 26(mm)0.42D t =0.42 1295 T3.9(mm)→Đạt yêu cầu

Bảng 7.2 Bảng tổng hợp kiểm tra sức kháng uốn theo TTGH cường độ

Kiểm tra ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT

7.2.2 Kiểm tra sức kháng cắt (Đ10.9 - TCVN 11823 - 6:2017)

- Để kiểm tra sức kháng cắt TTGH cường độ, ta sử dụng nội lực dầm trong

+) =1: Hệ số sức kháng cắt (Đ5.4.2 TCVN 11823 - 6:2017)

+) Vn: Sức kháng cắt danh định được quy định ở các Điều 10.9.2 và 10.9.3 lần lượt đối với bản bụng không có sườn tăng cứng và có sườn tăng cứng (N)

+)Vu: Lực cắt trong bản bụng do tải trọng tính toán tại mặt cắt đang xét (N)

- Sức kháng cắt danh định của khoang bụng phía trong phải tính theo các quy định của Điều

10.9.1 TCVN 11823 - 6:2017, và với mặt cắt trong phạm vi khoang phải có cấu tạo thõa mãn:

Thì sức kháng được tính bằng: ( )

Với: d0: Khoảng cách giữa các sườn tăng cứng ngang (mm)

Vn: Sức kháng cắt danh định của khoang bản bụng (N)

Vp: Lực cắt dẻo (N) C: Tỷ số của sức kháng ổn định chịu cắt với cường độ cắt chảy

Tỷ số C, phải được xác định như sau:

Trong đó: k = Hệ số ổn định chịu cắt = 2

Nếu khác điều kiện trên, sức kháng cắt danh định phải được lấy như sau:

- Sức kháng cắt của khoang bụng biên được tính như sau: Vn = Vcr = CVp

C: Tỷ số của sức kháng ổn định oằn chịu cắt với cường độ cắt chảy xác định theo phương trình như ở khoang bụng phía trong khi thích hợp

Vcr: Sức kháng cắt theo cường độ chảy hoặc sức kháng ổn định cắt (N)

- Kiểm tra tại vị trí L/2:

Sức kháng được tính bằng: ( )

+) Xác định tỷ số của sức kháng ổn định chịu cắt với cường độ cắt chảy C:

+) Kiểm tra điều kiện: V u 7.3(kN)V r =V n = 1 2714.4'14.4(kN)→Đạt yêu cầu

Tiến hành kiểm tra với các vị trí còn lại ta được kết quả như Bảng 7.3:

Bảng 7.3 Bảng tổng hợp kiểm tra sức kháng cắt theo TTGH cường độ

Kiểm tra ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT

Kiểm tra dầm theo TTGH sử dụng

Đối với TTGH sử dụng, ta sử dụng nội lực dầm trong để tính toán

7.3.1 Xác định ứng suất và thể hiện biểu đồ ứng suất trong dầm do uốn

Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Để xác định tiết diện tại vị trí L/2, cần phải tính toán tiết diện chịu momen dương tương ứng với các giai đoạn khác nhau, bao gồm giai đoạn chưa liên hợp, giai đoạn liên hợp dài hạn 3n và tiết diện liên hợp ngắn hạn n Bằng cách xác định các hệ số tương ứng, chúng ta có thể tính toán tiết diện một cách chính xác và hiệu quả."

MDC1 = 647.1 (kN.m), MDC2 = 220 (kN.m), MLL+IM = 1.33 x 1047.7 = 1393.441 (kN.m)

- Giai đoạn chưa liên hợp: Ứng suất tại mép trên, mép dưới dầm thép được tính như sau:

- Giai đoạn liên hợp dài hạn (3n): Ứng suất tại mép trên, mép dưới dầm thép và mép trên bản bê tông được tính như sau:

- Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (n): Ứng suất tại mép trên, mép dưới dầm thép và mép trên bản bê tông được tính như sau:

Hình 7.5 Biểu đồ ứng suất do uốn trong các giai đoạn và Biểu đồ ứng suất tổng cộng

7.3.2 Kiểm tra ứng suất tại biên trên và biên dưới dầm thép do tải trọng dài hạn

- Đối với 2 bản biên tiết diện liên hợp, ứng suất bản cánh trong uốn dương và uốn âm không được vượt quá: f f 0.95R b R h F y

+) Rh: Hệ số lai được qui định ở Điều 6.10.4.3.1, với bản cánh đồng nhất Rh = 1

+) Rb: Hệ số truyền tải trọng được qui định ở Điều 6.10.4.3.2

+) Fy = 300 (Mpa): Cường độ chảy bản cánh

+) ff: Ứng suất tại biên bản cánh

+) Đối với bản cánh chịu nén:

Nếu dầm có sườn tăng cường dọc hoặc 2 c b w c

 b = 5.76 đối với các cấu kiện có diện tích bản cánh chịu nén bằng hoặc lớn hơn diện tích bản cánh chịu kéo

Giá trị b = 4.64 áp dụng cho các cấu kiện có diện tích bản cánh chịu nén bằng hoặc nhỏ hơn diện tích bản cánh chịu kéo Trong đó, f c là ứng suất trong bản cánh chịu nén do tác động của tải trọng tính toán.

Ac = Diện tích của bản cánh chịu nén (mm 2 )

+) Đối với bản cánh chịu kéo, Rb = 1

Tại vị trí L/2, chúng ta tiến hành tính toán ứng suất lớn nhất của thanh thép dầm, sử dụng momen do tải trọng tĩnh không có hệ số DC1, DW và tải trọng động có hệ số.

MDC1 = 647.1 (kN.m), MDC2 = 220 (kN.m), MLL+IM = 1.33 x 1047.7 = 1393.441 (kN.m)

- Kiểm tra ứng suất tại biên trên dầm thép (bản cánh chịu nén)

Chiều cao bản bụng chịu nén khi chưa liên hợp BMC là 588.1 mm, được tính bằng công thức Dc = 613.1 – 25 Chiều dày bản bụng là 16 mm, ký hiệu là tw Ứng suất bản cánh do tải trọng thiết kế gây ra là f c, với giá trị là 10296537.7.

S n = (mm 3 ) +) Ứng suất bản cánh tại biên trên dầm thép:

80.87( ) 0.95 0.95 1 1 300 285( ) f b h y f = MPa  R R F =    = MPa →Đạt yêu cầu

- Kiểm tra ứng suất tại biên dưới dầm thép (bản cánh chịu kéo) +) Đối với bản cánh chịu kéo ta có Rb = 1

S n = (mm 3 ) +) Ứng suất bản cánh tại biên dưới dầm thép:

103.7( ) 0.95 0.95 1 1 300 285( ) f b h y f = MPa  R R F =    = MPa →Đạt yêu cầu Tiến hành kiểm tra với các vị trí còn lại ta được kết quả như Bảng 7.4 và Bảng 7.5:

Bảng 7.4 Bảng tổng hợp kiểm tra ứng suất biên trên dầm thép

Kiểm tra Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt

Bảng 7.5 Bảng tổng hợp kiểm tra ứng suất biên dưới dầm thép

Kiểm tra Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt

Kiểm tra độ võng tiêu chuẩn và độ vồng ngược

- Kiểm tra độ võng tiêu chuẩn +) Điều kiện độ võng tiêu chuẩn khi có hoạt tải sử dụng, theo AASHTO lấy như sau:

Độ võng hoạt tải được xác định bằng cách lấy giá trị lớn hơn giữa độ võng của xe tải thiết kế và 25% độ võng của xe tải thiết kế cộng với độ võng tải trọng làn.

Để tính toán độ võng do hoạt tải, trước tiên cần kiểm tra độ võng của dầm chủ bằng cách xếp tải lên tất cả các làn Tất cả các làn đều được chất tải và các dầm đỡ làn đều võng, giả thiết rằng các dầm này võng như nhau Hệ số phân bố độ võng được xác định bằng cách chia số làn cho số dầm, cụ thể là g = 2/10 = 0.2 Do đó, khi tính toán độ võng, các giá trị mô men gây ra do hoạt tải cần được nhân với hệ số mg = 1.0 x 0.2 = 0.2.

-Xét trường hợp xe tải đơn thiết kế:

Hình 7.5 Sơ đồ bố trí sắp xếp xe tải để có độ võng lớn nhất

- Độ võng tại điểm x bất kì do tải trọng có thể tìm trong ASCI 1986 x

Hình 7.6 Nguyên tắc chung đặt lực tập trung

+) Độ võng lớn nhất khi P đặt giữa nhịp

+) Độ võng do tải trọng P2 gây ra là:

+) Độ võng của dầm do tải trọng P1 và P3 gây ra là:

 = = Vậy tổng độ võng do hoạt tải và xe tải đơn thiết kế là: 0.002 + 1.410+0.34 =1.752 (mm)

+Độ võng của dầm do 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế là:

25% xe tải thiết kế: = 1.752 x 0.25=0,438 (mm)

+) Độ võng do tải trọng làn thiết kế:

Hình 7.7 Sơ đồ tải trọng làn của dầm

Kiểm tra điều kiện:  = h max (  3 T ; 0.25   +  3 T lane ) = 1.938( mm )  25.5( mm ) → Đạt điều kiện

- Thiết kế độ vồng ngược cho dầm:

+)Độ võng dầm thép khi chịu tĩnh tải giai đoạn I

+) Độ võng dầm thép khi chịu tĩnh tải giai đoạn II

Dầm trong: DC2 = DW = 4.23 (kN/m)

Dầm biên: DC2 = DW + DClancan = 4.23 + 12.1 = 16.33 (kN/m)

+) Tổng độ võng tĩnh tải của dầm trong:  = T 22.22 3.41 + = 25.63(mm) +) Tổng độ võng tĩnh tải của dầm biên:  = T 21.97 13.15 + = 35.12(mm)

+) Vậy độ vồng ngược cần chế tạo cho tất cả các dầm là

Kiểm tra dầm theo TTGH mỏi

Để kiểm tra TTGH mỏi ta sử dụng nội lực dầm trong

7.4.1 Kiểm tra mỏi do tải trọng gây ra

- Sức kháng mỏi danh định được lấy như sau:

A = 82 x 10 11 (MPa 3 ): Hệ số vật liệu (Đ6.1.2.5 – Bảng 5 TCVN11823-03:2017)

N = 248.2 (Chu kì): Số chu kỳ lặp lại của ứng suất

Với: ( )  F TH = 165 (MPa): Ngưỡng ứng suất mỏi vật liệu sẽ có tuổi thọ mỏi tiến tới 

Ứng suất lớn nhất do tải trọng mỏi được xác định bằng 2 lần biên độ ứng suất lớn nhất gây ra bởi hoạt tải mỏi Biên độ ứng suất không cần nhân 2 vì sức kháng mỏi đã được chia cho 2.

S n = 25600390 (mm 3 ) Ứng suất mỏi lớn nhất:

Kiểm tra điều kiện ta có: f = 15.1( MPa )   ( F ) n = 82.5( MPa ) →Đạt điều kiện

7.4.2 Sức kháng mỏi do cong vênh gây ra

- Mỏi do bản bụng chịu uốn:

Here is the rewritten paragraph:Khi cánh chịu uốn do tác dụng của tải trọng dài hạn chưa nhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định ở Đ6.10.6.2, ứng suất nén đàn hồi lớn nhất trong cánh được lấy bằng ứng suất lớn nhất ở bản bụng, với giá trị được tính toán bằng đơn vị MPa.

+) Fyw: Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng

+) Dc: Chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đài hồi, tính như sau:

DC DW LL IM nct ltt stt f f F

+) tf = 25 (mm): Chiều dày bản cánh chịu nén

+) tw = 16 (mm): Chiều dày bản bụng

=S : Ứng suất tại biên trên dầm thép

Ta có bảng tổng hợp các giá trị như Bảng 7.6

Bảng 7.6 Bảng tổng hợp các giá trị tính sức kháng mỏi do cong vênh

+) Tổng ứng suất lớn nhất gây ra bởi TTGH mỏi trong bản bụng dầm thép

+) Kiểm tra điều kiện:  f = 77.9( MPa )  f cf = 300( MPa ) →Đạt điều kiện

- Mỏi do bản bụng chịu cắt:

+) Ứng suất cắt lớn nhất trong bản bụng phải thỏa mãn điều kiện sau: cf 0.58 yw

Vcf : Ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất trong bản bụng do tác dụng của tải trọng dài hạn tiêu chuẩn và của tải trọng mỏi

+) C: Tỷ số ứng lực oằn do cắt với cường độ chảy do cắt

+) Fyw: Cường độ chảy nhỏ nhất được quy định của bản bụng

Tỷ số C, phải được xác định như sau:

Trong đó: k = Hệ số ổn định chịu cắt = 2 2

  Với d0 = 2400 (mm): Khoảng cách giữa các dầm ngang; D = 925 (mm): Chiều cao bản bụng

+) Tính ứng suất cắt lớn nhất: 1 (95.2 32.4 233.1) 10 3

DC DW LL IM cf w

VDC1 = 95.2 (kN); VDW = 32.4 (kN); VLL+IM = 2Vmoi = 2 x 233.1 = 466.2 (kN)

D = 925 (mm): Chiều cao bản bụng; tw = 16 (mm): Chiều dày bản bụng

= =   =  = → +) Kiểm tra điều kiện ta có: 40.12( MPa )  0.58 1 300 174(   = MPa ) →Đạt

TÍNH TOÁN BỐ TRÍ NEO CHỐNG CẮT

Thiết kế neo theo trạng thái giới hạn mỏi

- Chọn kích thước neo +) Chiều cao neo h = 180 (mm) +) Đường kính neo d = 22 (mm)

Để đảm bảo tính ổn định của bản mặt cầu, neo cần được chôn sâu tối thiểu 50 mm Với chiều cao bản vút là 100 mm, chiều sâu neo trong bản mặt cầu được tính là hlk = 180 – 100 = 80 mm, lớn hơn 50 mm, nên yêu cầu này đã được đáp ứng.

Hình 8.1 Chi tiết neo chống cắt

Khoảng cách ngang tối thiểu giữa các tim neo không được nhỏ hơn 4 lần đường kính thân neo Đồng thời, khoảng cách tĩnh giữa mép bản cánh trên và mép neo gần nhất phải đạt ít nhất 25 mm.

+) Chọn bố trí 3 neo chống cắt trên một mặt cắt ngang:

+) Khoảng cách giữa 2 tim neo là 100 (mm) > 4d = 88 (mm)

+) Khoảng cách giữa mép neo gần mép bản cánh nhất đến mép bản cánh là 50 (mm) > 25(mm)

- Xác định biên độ lực cắt Vsr:

Biên độ lực cắt được xác định bằng cách tính sự khác biệt giữa lực cắt dương và lực cắt âm tại điểm do xe tải 3 trục gây ra, với khoảng cách giữa 2 trục sau là 9 m Kết quả này được nhân với hệ số xung kích mỏi 1.15 và hệ số phân bố ngang lớn nhất mà không có hệ số làn xe, đồng thời cũng tính đến hệ số tải trọng do TTGH mỏi.

Khi tính toán tổ hợp tải trọng cho tổ hợp nội lực TTGH mỏi, cần lưu ý rằng đây là tổ hợp tải trọng không hệ số Do đó, để đảm bảo tính chính xác, chúng ta phải chia cho hệ số làn tương ứng với hệ số phân bố ngang của số làn xe sử dụng Trong trường hợp này, với việc áp dụng hệ số PBN cho 2 làn xe, ta sẽ chia cho 1.

+) Để xác định lực cắt âm, ta chất tải về phía sơ đồ đường ảnh hưởng lực cắt âm sao cho lớn nhất

- Tính toán tại mặt cắt gối

Hình 8.2 Sơ đồ đường ảnh hưởng do xe 3 trục tác dụng tại mặt cắt gối

- Tính toán tại mặt cắt L/8

Hình 8.3 Sơ đồ đường ảnh hưởng do xe 3 trục tác dụng tại mặt cắt L/8

- Tính toán tại mặt cắt 3L/8

Hình 8.5 Sơ đồ đường ảnh hưởng do xe 3 trục tác dụng tại mặt cắt 3L/8

Bảng 8.1 Bảng tổng hợp giá trị lực cắt V sr

+) Bước neo của neo đinh chống cắt phải được xác định để thỏa mãn TTGH mỏi

+) Bước từ tim neo đến tim neo không được lớn hơn 600 (mm) và không được nhỏ hơn 6 lần đường kính thân neo (6d = 132 mm)

+) Bước neo của neo đinh chống cắt không được nhỏ hơn: r sr n Z I

+) n = 3: Số lượng neo trong một mặt cắt ngang (mm), h r n V

= Q +) I: Momen quán tính mặt cắt liên hợp ngắn hạn (mm 4 )

Không có bản táp: I = 1.3 x 10 10 (mm 4 );

Theo quy định trong Điều 10.7.4.2 và Điều 10.10.2 của TCVN 11823-6:2017, sức kháng mỏi chịu cắt của một neo chống cắt riêng lẻ được xác định với giá trị I = 2.1 x 10^10 (mm^4) cho loại neo đinh.

Khi lưu lượng xe tải bình quân hàng ngày (ADTT) trên một làn đường đạt từ 960 xe tải trở lên, cần sử dụng tổ hợp tải trọng mỏi I để tính toán Sức kháng cắt mỏi vô hạn được xác định theo công thức: Z r 8d 2.

Nếu không như trên thì dùng tổ hợp tải trọng mỏi II để tính và sức kháng cắt mỏi hữu hạn được xác định như sau: Z r = d 2 (N), với  #8 29.5LogN− và  19

Vsr là biên độ lực cắt ngang mỏi cho mỗi đơn vị độ dài (N/mm), trong khi Q đại diện cho momen tĩnh của diện tích quy đổi ngắn hạn của bản bê t

Bảng 8.2 Bảng tổng hợp bước neo tại các mặt cắt

+) Số neo cần thiết tính theo TTGH mỏi là 20400 n 3 306

Thiết kế neo theo trạng thái giới hạn cường độ

Số lượng neo chống cắt được xác định dựa trên TTGH cường độ, và cần được bố trí giữa mặt cắt có momen dương lớn nhất và điểm có momen bằng không, với yêu cầu không được nhỏ hơn.

- Sức kháng cắt tính toán Qr

+) Sức kháng cắt tính toán của một neo chống cắt phải được tính như sau: r sc n

+) Q n : Sức kháng cắt danh định của một neo chống cắt đơn theo quy định trong Điều 10.10.4.3 (N)

+)  = sc 0.85: Hệ số sức kháng đối với neo chống cắt theo quy định trong Điều 5.4.2

+) Sức kháng cắt danh định của một neo đinh chịu cắt được ngàm trong bản bê tông phải được lấy như sau: Q n =0.5A sc  f c ' E c  A sc F u

A = = (mm 2 ) : Diện tích mặt cắt ngang một neo chống cắt

' f c = 25 (MPa): Cường độ chịu nén bê tông ở 28 ngày tuổi

E c =0.0017 c 2  3 f c ' 1068(MPa): Mô đun đàn hồi của bê tông

Fu = 450 (MPa): Cường độ chịu kéo nhỏ nhất của neo

- Xác định lực cắt ngang danh định: Sức kháng cắt ngang danh định phải được lấy nhỏ hơn giá trị của V h =0.85 f c '   =b t s 0.85 25 1500 220   p12500(N) = 7012.5 (kN) và

+) f c ' %(MPa): Cường độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi +) b = 1500 (mm): Bề rộng hữu hiệu bản cánh bê tông

+) ts = 200 (mm): Chiều dày bản cánh

+) As = 39800 (mm 2 ): Diện tích mặt cắt ngang dầm thép

- Số lượng neo chống cắt: Số lượng neo chống cắt cần thiết theo TTGH cường độ là:

Sau khi thiết kế theo hai trạng thái giới hạn, chúng tôi đã chọn số lượng neo là 306 cái với đường kính neo 22 mm Khoảng cách giữa các neo theo phương dọc cầu là 200 mm và khoảng cách theo phương ngang cầu là 100 mm.

Hình 8.7 Sơ đồ bố trí neo chống cắt theo phương ngang cầu

Hình 8.8 Sơ đồ bố trí neo chống cắt theo phương dọc cầu

THIẾT KẾ SƯỜN TĂNG CỨNG

Thiết kế sườn tăng cứng tại gối

Theo Điều 10.11 – TCVN 11823 – 06: 2017, các sườn tăng cứng cần được bố trí ở bản bụng của các dầm tổ hợp tại tất cả các vị trí gối Các sườn này phải bao gồm một hoặc nhiều thép bản hoặc thép góc, được liên kết bằng hàn hoặc bắt bulông vào hai bên của bản bụng Mối nối vào bản bụng được thiết kế nhằm truyền toàn bộ lực gối do các tải trọng tính toán.

+) Các sườn tăng cứng phải được kéo dài trên toàn bộ chiều cao bản bụng và càng khít càng tốt, tới các mép ngoài của các bản cánh

Mỗi sườn tăng cứng cần được mài để lắp khít với bản cánh, từ đó nhận tải trọng hiệu quả, hoặc có thể được gắn vào bản cánh qua phương pháp hàn rãnh ngấu hoàn toàn.

Diện tích tựa của sườn tăng cứng có kích thước nhỏ hơn tiết diện nguyên, do đầu sườn cần được vát chéo để ngăn chặn mủ hàn lọt vào góc giữa bản biên và vách.

+) Khi chịu sức kháng nén, bản bụng dầm cũng tham gia chịu nén cùng với sườn tăng cứng với chiều rộng không lớn hơn 9tw về mỗi phía

- Thiết kế theo kích thước sơ bộ:

Hình 9.1 Kích thước sơ bộ sườn tăng cứng

- Chiều rộng nhô ra của sườn tăng cứng phải thỏa mãn:

+) ts: Chiều dày của sườn tăng cứng (mm), chọn ts = 14 (mm)

+) Fys = 250 (MPa): Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của sườn tăng cứng

- Sức kháng tựa của sườn tăng cường gối (Đ10.11.2.3–TCVN11823–06:2017): Sức kháng tựa tính toán cho sườn tăng cường gối được lắp khít, phải được tính như sau:

+) (Rsb)n: Sức kháng tựa danh định sườn tăng cứng gối được lắp khít (N),

APN là diện tích phần nhô ra của sườn tăng cứng bên ngoài gờ đường hàn giữa bản bụng và bản cánh, không vượt quá mép của bản cánh, được tính bằng milimét vuông (mm²).

+) Fys: cường độ chảy nhỏ nhất quy định của sườn tăng cứng (MPa) +) Lấy (Rsb)n = Vu = 669000 (N), ta có (Rsb)n = 1.4Apn345 = 669000 (N)

+) Tính số cặp sườn tăng cứng: 1385.1 0.35

- Kiểm tra tỷ số độ mảnh giới hạn: Đối với các bộ phận liên kết: K L 140 r

+) K = 0.75 (mm): hệ số chiều dài hiệu dụng +) L = 925 (mm): chiều dài không giằng

+) r: bán kính hồi chuyển (mm), với r I

I: Momen quán tính đối với trục trọng tâm của vách (mm 4 )

A: Diện tích chịu nén (mm 2 ), A2 14 2  + 2 200 16 376(mm 2 )

- Kiểm tra sức kháng nén dọc trục sườn tăng cứng gối (Đ10.11.2.4–TCVN 11823-06:2017) +) Sức kháng tính toán của cấu kiện chịu nén (Pr) (Đ9.2.1-TCVN11823-06:2017) được tính như sau: P r = c  P n

Pn: Sức kháng nén danh định (quy định ở Đ9.5.1-TCVN11823-06:2017 cho cấu kiện liên hợp)

 c = 0.9: Hệ số sức kháng nén được quy định ở Đ5.4.2-TCVN11823-06:2017 +) Theo Đ9.5.1-TCVN11823-06:2017 cột có mặt cắt liên hợp phải được tính như sau:

As = 29800 (mm 2 ): Diện tích mặt cắt ngang dầm thép

Ac = 370000 (mm 2 ): Diện tích mặt cắt ngang bản bê tông

Fy = 300 (MPa): Cường độ chảy của thép n = 8: Tỉ số modul đàn hồi của thép và bê tông

C1 = 0.7, C2 = 0.6, C3 = 0.2: hằng số liên hợp cột

Các giá trị Fyr = 0; Ar = 0: cường độ chịu kéo và diện tích mặt cắt ngang cốt thép dọc (ở đây ta không có cốt thép dọc) e y

+) Kiểm tra điều kiện, ta có: Vu = 669 (kN) < Pr = 8025.97 (kN) → Đạt điều kiện

Thiết kế sườn tăng cứng trung gian

- Chọn sườn tăng cứng trung gian như sườn tăng cứng ở gối và kiểm toán lại

- Theo Đ10.11.1.2-TCVN11823-06:2017, chiều rộng (bt) của phần nhô ra của mỗi sườn tăng cứng phải thỏa mãn các điều kiện: 50 t 30 b  + D (1) và 16t p b t 0.25b f (2)

30 30 t b  + D = + = (mm), ta có bt = 142 (mm) → Đạt điều kiện

- Tính momen quán tính (Đ10.11.1.3-TCVN11823-06:2017)

+) Momen quán tính sườn tăng cứng ngang phải lấy bằng giá trị nhỏ hơn trong các giới hạn sau: It ≥ It1 và It ≥ It2

It1: Momen quán tính tối thiểu của sườn tăng cứng ngang cần thiết để phát huy toàn bộ sức kháng ổn định chịu cắt của bản bụng (mm 4 )

Momen quán tính tối thiểu của sườn tăng cứng ngang là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa sức kháng cắt sau khi xảy ra mất ổn định oằn do tác động của trường kéo chéo Việc xác định giá trị này, cụ thể là mm 4, giúp đảm bảo cấu trúc có khả năng chịu lực tốt hơn và duy trì tính ổn định trong quá trình hoạt động.

Momen quán tính của sườn tăng cứng ngang quanh mép tiếp xúc với bản bụng được xác định cho các sườn đơn (một bên bản bụng) và quanh trục giữa chiều dày của bản bụng đối với các sườn kép (hàn cả hai bên bản bụng) Giá trị nhỏ hơn giữa d0 và D (mm) được sử dụng để tính toán, trong đó d0 là giá trị nhỏ hơn của bề rộng khoang bụng liền kề Thông số J đại diện cho độ cứng chống uốn của sườn tăng cứng.

t: Giá trị lớn hơn giữa Fyw/Fcrs và 1.0

Fcrs: Ứng suất ổn định cục bộ cho sườn tăng cứng (MPa)

Ta có: b = min (do, D) = min (2400,925) = 925 (mm)

+) Diện tích sườn tăng cứng phải thỏa mãn

 =      −  −     = − → Đạt Với: A s =  2 142 14  = 3976(mm 2 ): Tổng diện tích ngang của sườn tăng cứng

THIẾT KẾ MỐI NỐI

Thiết kế liên kết bản cánh và bụng dầm

Việc liên kết giữa cánh dầm và bụng dầm được thực hiện thông qua các đường hàn nằm ngang kéo dài theo chiều dài của dầm Những đường hàn này đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cánh và bụng dầm hoạt động như một thể thống nhất.

Các đường hàn cần được thiết kế để chịu đựng lực cắt lớn nhất, dựa trên tải trọng tính toán có hệ số và lực tập trung (nếu có) theo phương dọc cầu.

10.1.1 Xác định sức kháng cắt của đường hàn

Đối với đường hàn góc, cần xác định sức kháng cắt bằng cách lấy giá trị nhỏ hơn giữa sức kháng cắt tính toán của vật liệu liên kết và sức kháng cắt tính toán của kim loại hàn.

- Sức kháng cắt tính toán của vật liệu liên kết:

+)  = v 1: hệ số sức kháng cắt đối với vật liệu qui định tại Đ5.4.2-TCVN11823- 06:2017

+) As: diện tích nguyên của cấu kiện liên kết

+) Fy = 300 (MPa): Cường độ chảy nhỏ nhất của vật liệu

- Sức kháng cắt tính toán của vật liệu trên một đơn vị diện tích:

- Sức kháng cắt tính toán của kim loại hàn:

+) = 2 0.8: Hệ số sức kháng cắt đối với kim loại hàn qui định tại Đ5.4.2- TCVN11823-06:2017

+) Fy = 300 (MPa): Cường độ chảy nhỏ nhất của kim loại hàn

Vậy sức kháng cắt tính toán của đường hàn là: R0 = 144 (MPa)

10.1.2 Xác định chiều cao đường hàn

- Xác định lực gây trượt có xét đến hệ số, công thức tính lực gây trượt do tải trọng gây ra:

+) V DC1 : Lực cắt do tĩnh tải giai đoạn I, với V DC 1 =0.95 1.25 95.2 113.05  = (kN)

+) V DC2 : Lực cắt do tĩnh tải giai đoạn II, với V DC 1 =0.95 1.5 32.4  F.17(kN)

+) V LL IM + : Lực cắt do hoạt tải xe, với V LL IM + =0.95 1.75 233.1  87.53(kN)

+) S c : Momen tĩnh của bản cánh chịu nén đối với TTH của mặt cắt dầm thép

+) S n c : Momen tĩnh của bản cánh nén đối với TTH của mặt cắt liên hợp ngắn hạn

+) S 3n c : Momen tĩnh của bản cánh chịu nén đối với TTH của mặt cắt liên hợp dài hạn +) I0: Momen quán tính của mặt cắt dầm thép

+) In: Momen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn +) I3n: Momen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn

- Xác định lực cắt trong đường hàn do tải trọng tập trung của bánh xe:

Nếu trên cánh dầm có lực tập trung đường hàn còn chịu lực nén theo phương thẳng đứng Trên một đơn vị chiều dài, lực nén đó là:

+) P: Trọng lượng bánh xe nặng nhất trong đoàn xe tiêu chuẩn có xét đến xung kích và hoạt tải P=1.75 +( 1 IM )0.5 =Z 1.75 1.33 0.5 145 168.74   = (kN)

+) Z = 145 (kN): Trọng lượng bánh xe nặng nhất +) : Chiều dài tiếp xúc của lực phân bố

= = = : Momen quán tính của bản cánh trên

+) : Hệ số xét đến tình trạng tiếp xúc giữa cánh và bụng dầm, dầm hàn có  =1

- Chọn chiều cao đường hàn:

+) Trên một đơn vị chiều dài, đường hàn chịu 1 lực:

→ Chiều cao đường hàn là:

+) Ngoài ra, chiều cao đường hàn còn phải thỏa mãn quy định tại Đ13.3.4-TCVN11823-

→ Chọn chiều cao đường hàn là: 12 (mm)

Chiều dài tối thiểu của đường hàn góc phải, theo quy định tại Đ13.3.5-TCVN11823-06:2017, phải gấp bốn lần kích thước của nó và không được nhỏ hơn 40 mm.

→ Thỏa mãn vì chiều dài đường hàn bố trí suốt chiều dài dầm

10.2.1 Tính toán đặc trưng hình học dầm thép bị giảm yếu (Trường hợp 1)

Trong thiết kế mối nối dầm, cần lưu ý rằng chiều dài tối đa cho phép là 10 m do các yếu tố sản xuất, vận chuyển và thi công Để tối ưu hóa chi phí thi công, việc sử dụng mối nối bằng bulông cường độ cao là giải pháp hiệu quả.

- Tính toán đặc trưng hình học dầm thép bị giảm yếu (TH1)

Với chiều dài tính toán của dầm là 20.4 mét, chúng ta sẽ bố trí một mối nối tại vị trí L/4, chia dầm thành hai đoạn thép: một đoạn dài 5.1 mét và một đoạn dài 15.3 mét.

+) Chọn loại bulông: sử dụng bulông M164 (A325M) với d = 20 mm, kích thước lỗ tiêu chuẩn là 22 mm

- Đặc trưng hình học của phần bản BTCT

+) Diện tích phần bê tông: Fb = 370000 (mm 2 )

+) Mô men tĩnh đối với trục đi qua phần tiếp xúc giữa bản bê tông và dầm thép:

 Vậy vị trí trục trung hòa của phần bê tông cách mép dưới 1 đoạn là 193.2 (mm)

- Momen quán tính của phần bê tông đối với trục trung hòa của phần bê tông:

Hình 10.1 Vị trí TTH của phần bản BTCT của dầm thép

(*) Đặc trưng hình học của phần dầm thép chưa liên hợp có bản táp:

+) Diện tích phần dầm thép (Ft):

= −   + −   + −   +  +) Momen tĩnh đối với trục đi qua mép dưới của bản táp (St):

+) Vị trí trọng tâm dầm thép (yct):

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép trên của dầm thép (yt): yt = 613.4 (mm)

- Momen quán tính của phần dầm thép đối với trục trung hòa của dầm thép:

(*) Đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp ngắn hạn (n) có bản táp:

- Ta có 25 f c ' %32(MPa), nên tỷ số modunl đàn hồi của thép trên bê tông trọng lượng trung bình (n) là 8

- Momen tĩnh đối với trục đi qua mép tiếp xúc giữa bê tông và dầm thép:

Vậy vị trí trục trung hòa của dầm thép cách mép trên cùng dầm thép 1 đoạn là 130.4 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép liên hợp đến mép dưới của dầm thép (ytd1): ytd1 = H – yctd1 = 1000 – 130.4 = 869.6 (mm)

- Momen quán tính của tiết diện liên hợp:

(*) Đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp dài hạn (3n) có bản táp:

- Mô men tĩnh đối với trục đi qua mép tiếp xúc giữa bê tông và dầm thép:

Bảng 10.1 Bảng tổng hợp đặc trưng hình học tại vị trí mối nối do giảm yếu

Tiết diện Chưa liên hợp Liên hợp ngắn hạn n Liên hợp dài hạn 3n

10.2.2 Tính toán đặc trưng hình học các bản táp ốp mối nối (Trường hợp 2)

- Chọn loại bu lông như trên, với d = 20 (mm), kích thước lỗ tiêu chuẩn là 22 (mm)

- Giả sử ta sẽ đặt hai hàng bulông trên mỗi mặt cắt ngang như trên cho các bản táp

(*) Đặc trưng hình học của phần bản BTCT

+) Diện tích phần bê tông: F b 00 220 100 100 300 100 25 300 +  +  −  62500(mm 2 )

+) Momen tĩnh đối với trục đi qua phần tiếp xúc giữa bản bê tông và dầm thép:

 Vậy vị trí trục trung hòa của phần bê tông cách mép dưới 1 đoạn là 196.9 (mm)

- Momen quán tính của phần bê tông đối với trục trung hòa của phần bê tông:

Hình 10.1 Vị trí TTH của phần bản BTCT của dầm thép (*) Đặc trưng hình học của phần dầm thép chưa liên hợp có bản táp:

+) Diện tích các bản táp tại vị trí mối nối:

+ + −      + −    +) Momen tĩnh đối với trục đi qua mép dưới của bản táp (St):

=   +   +   =  +    +  +   +  +) Vị trí trọng tâm dầm thép (yct):

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến mép trên của dầm thép (yt): yt = 515.88 (mm)

- Momen quán tính của phần dầm thép đối với trục trung hòa của dầm thép:

(*) Đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp ngắn hạn (n) có bản táp:

- Momen tĩnh đối với trục đi qua mép trên của bản táp ốp trên cùng:

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của dầm thép (ytd2) và mép dưới của bê tông (ytd3): ytd2 = yctd1 = 74.9 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của bê tông (ytd3): ytd3 = (320 – 25) + 74.9 = 369.9 (mm)

(*) Đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp dài hạn (3n) có bản táp:

- Momen tĩnh đối với trục đi qua mép trên của bản táp ốp trên cùng:

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của bản táp ốp cánh trên: ytd2 = yctd1 = 260.9 (mm)

- Khoảng cách từ trọng tâm dầm liên hợp đến mép trên của bê tông (ytd3): ytd3 = (320 – 25) + 260.9 = 369.9 (mm)

Bảng 10.2 Bảng tổng hợp đặc trưng hình học tại vị trí mối nối do mối nối

Tiết diện Chưa liên hợp Liên hợp ngắn hạn n Liên hợp dài hạn 3n

10.2.3 Xác định nội lực tác dụng lên vị trí mối nối (Vị trí L/4)

- Sử dụng nội lực dầm trong để tính toán

+) Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dầm tại vị trí L/4: DC1 = 12.44 (N/mm)

+) Tĩnh tải do trọng lượng lớp phủ tại vị trí L/4: DW = 4.23 (N/mm)

+) Hệ số phân phối ngang đối với momen: mg = 0.482

+) Hệ số phân phối ngang đối với lực cắt: mg = 0.597

- Nội lực do trọng lượng bản thân dầm gây ra tại vị trí mối nối:

=  2  = - Nội lực do trọng lượng lớp phủ gây ra tại vị trí mối nối:

=  2  = - Nội lực tổng hợp lớn nhất do hoạt tải HL93 gây ra tại vị trí mối nối:

(LL IM+ )=mg1.33 max M , M ( 3T 2T )+Mlan=0.4821.33 1012 362.8 + 3.62(kN.m)

(LL IM+ )=mg1.33 max Q ,Q ( 3T 2T )+Qlan=0.5971.33 198.4 53.4 + 9.4(kN.m)

* Tính nội lực do tiết diện bị giảm yếu:

+ Moment do sườn dầm chịu:

+ Lực cắt do sườn dầm chịu:

+ Moment do bản cánh trên chịu:

+ Moment do bản cánh dưới chịu:

BẢNG TỔNG HỢP NỘI LỰC Nội lực Trường hợp Do giảm yếu

→ Chọn Mw = 679.24 kN.m và Vw = 415.26 kN thiết kế mối nối cho bản bụng

10.2.4 Kiểm tra dầm chủ tại tiết diện mối nối theo TH1 giảm yếu do thay đổi ĐTHH

Kiểm tra dầm chủ tại tiết diện mối nối theo TH1 giảm yếu do thay đổi ĐTHH

+ Lực dẻo trong bản mặt cầu:

𝑃 𝑠 = 0.85𝑓 𝑐 ′ 𝐴 𝑠 = 0.85 × 35 × 2400 × 220 = 15 708 000(𝑁) + Lực dẻo bản cánh trên chịu nén:

𝑃 𝑐 = 𝐹 𝑦𝑐 𝐴 𝑐 = 250 × (300 × 25 − 4 × 22 × 25) = 1 325 000(𝑁) + Lực dẻo bản cánh dưới chịu kéo:

𝑃 𝑡2 = 𝐹 𝑦𝑡 𝐴 𝑡2 = 250 × (500 × 25 − 4 × 22 × 25) = 2 575 000(𝑁) + Lực dẻo trong bản bụng:

→ Trục trung hòa dẻo đi qua bản mặt cầu

- Đặt khoảng cách trục trung hòa dẻo đến mép trên bản mặt cầu là x

- Bỏ qua sự chịu kéo của bê tông ta có:

+ x = 133.45 (mm): khoảng cách từ TTHD đến đỉnh bản mặt cầu

+ Cánh tay đòn của mỗi lực dẻo đối với TTHD là:

Phần bản bê tông: d’s = 133.45 / 2 = 66.725 (mm)

Phần bản cánh chịu kéo trên: dt1 = 12.5 + 100 + 86.55 = 187.8 (mm)

Phần bản bụng chịu kéo: dw = 1125/2 + 25 + 100 + 86.55 = 774.05 (mm)

Phần bản cánh chịu kéo dưới: dt2 = 12.5 + 1125 + 25 + 100 + 86.55 = 1349.05(mm)

𝑑 𝑡3 = 12.5 + 25 + 1125 + 25 + 100 + 86.55 = 1374.05 (𝑚𝑚) + Tổng moment dẻo của các lực dẻo đối với TTHD là moment dẻo:

Kiểm tra sức kháng uốn TTGH cường độ tại vị trí mối nối (TH1)

• Để kiểm tra sức kháng uốn TTGH cường độ, ta sử dụng nội lực dầm trong

• Điều kiện: 𝑀 𝑢 ≤ 𝑀 𝑟 = 𝜙𝑀 𝑛 Trong đó: 𝜙 = 1 : hệ số sức kháng uốn

Mn: sức kháng uốn danh định của mặt cắt liên hợp đặc chắc

• Xác định sức kháng uốn danh định M n

+ TH1: Nếu 𝐷 𝑝 ≤ 𝐷′ → 𝑀 𝑛 = 𝑀 𝑝 + TH2: Nếu 𝐷′≤ 𝐷 𝑝 ≤ 5𝐷′ khác thì:

Sức kháng uốn danh định phải được lấy bằng :

𝐷 𝑝 : Khoảng cách từ đỉnh bản bê tông tới trục trọng tâm của mặt cắt liên hợp xuất hiện moment dẻo

𝐷 𝑡 : Tổng chiều cao mặt cắt liên hợp

- Do yêu cầu đồ án thiết kế theo TCVN 11823-2017 nên :

-Lưu ý xét đến yêu cầu tính dẻo của tiết diện: 10.7.3 TCVN 11823-06-2017

Thõa yêu cầu về tính dẻo (Trường hợp không thõa yêu cầu ta phải thay đổi kích thước tiết diện)

Kiểm tra ứng suất tại biên trên và biên dưới do giảm yếu tại vị trí mối nối L/4 là rất quan trọng Ứng suất bản cánh trong quá trình uốn dương và uốn âm cần phải được kiểm soát, không được vượt quá giới hạn cho phép để đảm bảo an toàn và độ bền của kết cấu.

Ta tính toán ứng suất lớn nhất của tải trọng gây ra trên dầm, bao gồm moment từ tải trọng tĩnh không hệ số DC1, DW và tải trọng hoạt động với hệ số 1.33 cho LL và IM.

+ Kiểm tra ứng suất tại biên trên dầm thép (bản cánh chịu nén): Điều kiện: c b b w c

R 1 t   f → Trong đó: Dc = 749.65–25= 724.65 (mm): chiều cao bản bụng chịu nén chưa liên hợp tw = 18 (mm): bề dày bản bụng

E = 200000 (MPa): modul đàn hồi bản cánh dầm thép fc: ứng suất bản cánh do tải trọng thiết kế gây ra

108.17 = 301.1 → 𝑅 𝑏 = 1 + Ứng suất bản cánh tại biên trên dầm thép:

Kiểm tra có: 𝒇 𝒄 = 108.17(MPa) < 0.95 R b R h F y = 0.95 × 1 × 1 × 250 = 237.5(MPa)

+ Kiểm tra ứng suất tại biên dưới dầm thép (bản cánh chịu kéo):

+ Đối với bản cánh chịu kéo ta có Rb = 1

𝑆 𝑑 3𝑛 = 2.6 × 10 7 (mm 3 ) + Ứng suất bản cánh tại biên dưới dầm thép:

Kiểm tra có:𝒇 𝒄 = 149.57(Mpa) < 0.95 R b R h F y = 0.95 × 1 × 1 × 250 = 237.5(Mpa)

10.2.5 Kiểm tra dầm chủ tại tiết diện mối nối theo TH2 các bản táp mối nối

+ Lực dẻo trong bản mặt cầu:

𝑃 𝑠 = 0.85𝑓 𝑐 ′ 𝐴 𝑠 = 0.85 × 35 × 2400 × 220 = 15708000(𝑁) + Lực dẻo bản táp cánh trên chịu nén:

𝑃 𝑐2 = 𝐹 𝑦𝑐 𝐴 𝑐2 = 250 × (130 × 25 × 2 − 4 × 22 × 25) = 1075000(𝑁) + Lực dẻo bản táp cánh dưới chịu kéo:

+ Lực dẻo trong bản táp bụng:

→ Trục trung hòa dẻo đi qua bản mặt cầu Đặt khoảng cách trục trung hòa dẻo đến mép trên bản mặt cầu là x

Bỏ qua sự chịu kéo của bê tông ta có:

→ 𝑥 = 165.54 mm + x = 165.54 (mm): khoảng cách từ TTHD đến đỉnh bản mặt cầu

+ Cánh tay đòn của mỗi lực dẻo đối với TTHD là:

Phần bản bê tông: d’s = 165.55/ 2 = 82.775 (mm)

Phần bản cánh chịu kéo trên: dt1 = 12.5 + 100 + 54.46 = 166.95 (mm) dt2 = 12.5 +25+ 100 + 54.46 = 191.95 (mm)

Phần bản bụng chịu kéo: dw = 1125/2 + 25 + 100 + 54.46 = 741.95 (mm)

Phần bản cánh chịu kéo dưới: dt3 = 12.5 + 1125 + 100 + 54.46 = 1291.95(mm)

+ Tổng moment dẻo của các lực dẻo đối với TTHD là moment dẻo:

Kiểm tra sức kháng uốn TTGH cường độ tại vị trí mối nối (TH2)

• Để kiểm tra sức kháng uốn TTGH cường độ, ta sử dụng nội lực dầm trong

Trong đó: 𝜙 = 1 : hệ số sức kháng uốn

Mn: sức kháng uốn danh định của mặt cắt liên hợp đặc chắc Sức kháng uốn danh định phải được lấy bằng :

𝐷 𝑝 : Khoảng cách từ đỉnh bản bê tông tới trục trọng tâm của mặt cắt liên hợp xuất hiện moment dẻo

𝐷 𝑡 : Tổng chiều cao mặt cắt liên hợp

- Do yêu cầu đồ án thiết kế theo TCVN 11823-2017 nên :

- Lưu ý xét đến yêu cầu tính dẻo của tiết diện: 10.7.3 TCVN 11823-06-2017

Thõa yêu cầu về tính dẻo (Trường hợp không thõa yêu cầu ta phải thay đổi kích thước tiết diện)

Kiểm tra, ta thấy: 𝑀 𝑢 = 4160(𝑘𝑁𝑚) < 𝑀 𝑟 = 𝜙𝑀 𝑛 = 1 × 9738.9 = 9738.9(𝑘𝑁𝑚) → Đạt

Kiểm tra ứng suất tại biên trên và biên dưới do giảm yếu ở vị trí mối nối L/4 Ứng suất của bản cánh trong quá trình uốn dương và uốn âm cần phải được

Ta thực hiện tính toán ứng suất lớn nhất của tác động gây ra bởi moment từ tải trọng tĩnh không hệ số DC1, DW và tải trọng động có hệ số 1.33 (LL+IM) cho dầm trong.

MLL+IM = 1.33 x 1550.18 = 2061.74 (kNm) + Kiểm tra ứng suất tại biên trên dầm thép (bản cánh chịu nén): Điều kiện: c b b w c

R 1 t   f → Trong đó: Dc = 749.65–25= 724.65 (mm): chiều cao bản bụng chịu nén chưa liên hợp tw = 18 (mm): bề dày bản bụng

E = 200000 (MPa): modul đàn hồi bản cánh dầm thép fc: ứng suất bản cánh do tải trọng thiết kế gây ra

108.17 = 301.1 → 𝑅 𝑏 = 1 + Ứng suất bản cánh tại biên trên dầm thép:

Kiểm tra có: 𝒇 𝒄 = 96.83(MPa) < 0.95 R b R h F y = 0.95 × 1 × 1 × 250 = 237.5(MPa) →Đạt

+ Kiểm tra ứng suất tại biên dưới dầm thép (bản cánh chịu kéo):

+ Đối với bản cánh chịu kéo ta có Rb = 1

+ Ứng suất bản cánh tại biên dưới dầm thép:

Kiểm tra có:𝒇 𝒄 = 160.25(Mpa) < 0.95 R b R h F y = 0.95 × 1 × 1 × 250 = 237.5(Mpa)

BẢNG TỔNG HỢP KIỂM TRA DO THAY ĐỔI ĐTHH Kiểm tra Kí hiệu Giảm yếu (TH1) Bản táp ốp (TH2)

Sức kháng uốn Mn (kN.m) 9540 9800 Ứng suất biên trên ft (MPa) 108.17 96.83 Ứng suất biên dưới fd(MPa) 149.57 160.25

10.2.6 Thiết kế mối nối dầm

* Xác định khả năng chịu cắt của bulông

Sử dụng mối nối bằng bulong cường độ cao → Khả năng chịu lực của bu lông tính theo công thức sau: [𝑁 𝑏 ] = 𝑓 ℎ𝑏 𝐴 𝑏𝑛 𝛾 1 𝜇

𝛾 2 𝑛 𝑓 (Điều 2.6.2 – Kết Cấu Thép – Phạm Văn Hội)

Trong đó: + Chọn đường kính bu lông: d = 20 mm → Abn = 2.45 (cm 2 ) (Bảng 2.9) + fhb = 0.7fub với fub = 1350 (MPa) (Bảng 1.12 phụ lục I)

+  = 1 1: hệ số tin cậy, giả sử số bu lông n > 10

+ 𝜇 = 0.5, 𝛾 2 = 1.35 : hệ số ma sát và hệ số tin cậy (Bảng 2.10)

+ nf: số mặt ma sát của bu lông

+ Đối với mối nối bản cánh trên và sườn dầm: nf = 2

+ Đối với mối nối bản cánh dưới: nf = 3

+ Cường độ chịu kéo nhỏ nhất của thép làm cầu: Fy = 400 MPa

+ Lực kéo đứt trong bản cánh dưới:

+ Lực kéo đứt trong bản cánh trên:

* Tính mối nối bản cánh trên:

→ Bố trí bulông 4 hàng 6 cột ta có:

+ Chiều dày bản táp cánh trên: 25 (mm)

+ Chiều rộng bản táp cánh trên: 300 (mm)

+ Chiều rộng bản táp ốp cánh trên: 130 (mm)

+ Chiều dài bản táp cánh trên: 600 (mm)

+ Chiều dài bản táp ốp cánh trên: 600 (mm)

+ Khoảng cách từ bulông ngoài cùng đến mép bản táp: 50 (mm)

+ Khoảng cách các bulông: 100 (mm)

* Tính mối nối bản cánh dưới:

→ Bố trí bulông 4 hàng 8 cột ta có:

+ Chiều dày bản táp cánh trên: 25 (mm)

+ Chiều rộng bản táp cánh trên: 300 (mm) + Chiều rộng bản táp ốp cánh trên: 130 (mm)

+ Chiều dài bản táp cánh trên: 800 (mm)

+ Chiều dài bản táp ốp cánh trên: 800 (mm) + Khoảng cách từ bulông ngoài cùng đến mép bản táp: 50 (mm)

+ Khoảng cách các bulông: 100 (mm)

THIẾT KẾ HỆ LIÊN KẾT NGANG

Lý thuyết thiết kế liên kết ngang

+ Giằng bản cánh chịu nén của tiết diện dầm thép trong giai đoạn thi công

+ Phân bố tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên kết cấu

+ Đảm bảo độ ổn định của bản cánh chịu nén ở TTGH Cường độ I

+ Truyền tải trọng gió ngang vào các dầm trong:

+ Tải trọng giú tỏc dụng lờn lan can, bản mặt cầu, vỳt dầm, ẵ chiều cao dầm chớnh phớa trờn sẽ do bản biên trên chịu

+ Tải trọng giú tỏc dụng lờn ẵ chiều cao dầm chớnh phớa dưới sẽ do bản biờn dưới chịu

+ Những thanh của hệ LKN liên kết gần với bản biên trên dầm sẽ chịu toàn bộ tải trọng gió tác dụng lên bản biên trên

+ Những thanh của hệ LKN liên kết gần với bản biên dưới dầm sẽ chịu toàn bộ tải trọng gió tác dụng lên bản biên dưới

+ Nếu sử dụng dầm ngang thì có thể dung dầm chữ I hay chữ C nhưng cần chú ý là chiều cao dầm ngang khụng được nhỏ hơn ẵ chiều cao dầm chủ

+ Đối với dầm chủ có chiều cao >1.4 (m), nên chọn LKN hệ giằng

Do chiều cao dầm h = 1.2m, nên ta sẽ sử dụng dầm chữ C định hình.

Chọn kích thước liên kết ngang

- Chiều cao dầm ngang: hd = 600 (mm)

- Chiều dài 1 dầm ngang: L = 2240 (mm)

- Bề rộng bản cánh dầm ngang: bf = 200 (mm)

- Chiều dày bản cánh dầm ngang: tf = 20 (mm)

- Chiều cao sườn dầm ngang: hw = 560 (mm)

- Chiều dày sườn dầm ngang: tw = 16 (mm)

- Khoảng cách giữa các dầm ngang: Lng = 4800 (mm)

- Số lượng dầm ngang theo phương dọc cầu: n = 4 (dầm)

- Tổng số lượng dầm ngang: nd = 4 × 4 = 16 (dầm)

- Diện tích dầm ngang: Ad = 16960 (mm 2 )

- Moment quán tính đối với trục y: Iy = 62632853.33 (mm 4 )

- Momemnt quán tính quanh trục x: Ix = 907221333.3 (mm 4 )

Xác định lực gió tác dụng lên các dầm

Tải trọng tác dụng lên dầm ngang là tải trọng gió ngang, áp lực gió do tải trọng gió tạo ra được xác định theo điều 3.8.1.2.1 như sau: 𝑷 𝑫 = 𝟎 𝟎𝟎𝟔𝑽 𝟐 𝑪 𝒅 ≥ 𝟏 𝟖(𝒌𝑵/𝒎 𝟐 )

Trong đó: + V (m/s) – tốc độ gió thiết kế xác định theo điều 3.8.1.1

+ Cd – Hệ số sức cản xác định dựa vào hình 3.8.1.2.1.1

* Xác định tốc độ gió thiết kế:

Tải trọng gió ngang PD cần được xác định theo hướng tác dụng nằm ngang và được đặt tại trọng tâm của các phần diện tích phù hợp đã được tính toán.

+ V là tốc độ gió thiết kế: V= VB  S

+ VB là tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu

Ta giả thiết công trình được xây dựng tại khu vực IV (tra bảng) ta có: VB = 59 m/s

S =1 hệ số điều chỉnh đối với khu đất và độ cao mặt cầu theo quy định

At = 0.01696 (m 2 ): diện tích kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang

Hệ số cản Cd phụ thuộc vào tỷ số b/d, trong đó b = 11.5 m là chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can Chiều cao kết cấu phần trên, bao gồm cả lan can đặc nếu có, được tính bằng d = 0.65 + 0.32 + 1.2 = 2.17 m Do đó, tỷ số b/d là 11.5/2.17 = 5.3.

=> Cd = 1.38 (Tra Cd như hình bên dưới)

→ Áp lực gió ngang tác dụng theo phương ngang cầu là:

* Xác định lực gió tác dụng lên dầm ngang:

- Lực gió tác dụng vào nửa dưới đáy dầm chủ tác dụng lên biên dưới dầm ngang:

- Lực gió tác dụng vào nửa trên dầm chủ tác dụng lên thanh liên kết ngang phía trên:

𝑃 𝑡𝑜𝑝 = 𝑤 𝑡𝑜𝑝 × 𝐿 𝑏 = 5.93 × 2.240 = 13.31(𝑘𝑁) Trong đó: + h = 1.2 (m): chiều cao dầm chủ

+ Lb = 2.240 (m): khoảng cách giữa các dầm ngang + tf = 0.32 (m): chiều dày BMC và bản vút

+ hlc = 0.65 (m): chiều cao phần lan can đặc chắn gió

→ Tổng lực gió tác dụng lên dầm theo phương ngang:

Kiểm tra khả năng chịu lực dọc của thanh ngang

Vì lực gió tác dụng lên thanh ngang phía trên lớn hơn nên ta sẽ kiểm tra khả năng chịu lực của thanh ngang phía trên

* Kiểm tra tỉ số độ mảnh giới hạn: Đối với các bộ phận liên kết:

+ K =0.75 (mm): hệ số chiều dài hiệu dụng + L = 5000 (mm): chiều dài không giằng + r (mm): bán kính hồi chuyển quanh trục y y s

* Kiểm tra sức kháng nén dầm ngang:

Theo Điều 9.5.1 11823-06:2017 cột có mặt cắt liên hợp phải được tính như sau:

→ Tính sức kháng nén theo TH1:

→ Kiểm tra điều kiện ta thấy: Pn = 3473.34 (kN) > Pwind = 17.84 (kN) → Đạt

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT 1

1.1 Số liệu thiết kế (Đề 2A6A) 1

1.1.2 Vật liệu 1.1.2.1 Bê tông bản mặt cầu 1

1.2 Cấu tạo kết cấu nhịp 1.2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp 1

1.2.2 Thiết kế mặt cắt ngang cầu 1

CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM THÉP 3

2.1 Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh 3

2.2 Xác định đặc trưng hình học của phần bản BTCT 3

2.3 Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép chưa liên hợp bản BTCT 4

2.3.1 Dầm thép chưa có bản táp 4

2.3.2 Dầm thép có bản táp 5

2.4 Xác định đặc trưng hình học của phần dầm thép liên hợp bản BTCT 5

2.4.1 Dầm thép chưa có bản táp (liên hợp ngắn hạn n) 5

2.4.2 Dầm thép chưa có bản táp (liên hợp dài hạn 3n) 6

2.4.3 Dầm thép có bản táp (liên hợp ngắn hạn n) 7

2.4.4 Dầm thép có bản táp (liên hợp dài hạn 3n) 8

CHƯƠNG 3: HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 9

3.1 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn cho monen 9

3.2 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn cho lực cắt 10

3.3 Hệ số phân bố ngang cho lan can 10

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NỘI LỰC DO HOẠT TẢI 10

4.1 Lực cắt và momen tại vị trí gối 11

4.2 Lực cắt và momen tại vị trí L/8 11

4.4 Lực cắt và momen tại vị trí 3L/8 12

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN NỘI LỰC DO TĨNH TẢI 13

5.2 Tĩnh tải giai đoạn II 14

5.3 Tổ hợp nội lực do tĩnh tải (DC1 và DW) 14

5.3.1 Nội lực tĩnh tải cho dầm trong 14

5.3.2 Nội lực tĩnh tải cho dầm biên 14

CHƯƠNG 6: TỔ HỢP TẢI TRỌNG 15

6.1 Các hệ số tải trọng 15

6.2.1 Tổ hợp tải trọng cho dầm trong 15

6.2.1 Tổ hợp tải trọng cho dầm biên 17

6.3 Tổ hợp tải trọng cho TTGH mỏi và đứt gãy 18

CHƯƠNG 7: KIỂM TRA DẦM CHỦ 18

7.1 Kiểm tra các giới hạn kích thước mặt cắt 19

7.1.1 Kiểm tra tỉ lệ các phần tử 19

7.1.2 Kiểm tra độ mảnh bản bụng có mặt cắt đặc chắc 19

7.2 Kiểm tra dầm theo TTGH cường độ 20

7.2.1 Kiểm tra sức kháng uốn 20

7.2.2 Kiểm tra sức kháng cắt (Đ10.9 - TCVN 11823 - 6:2017) 23

7.3 Kiểm tra dầm theo TTGH sử dụng 24

7.3.1 Xác định ứng suất và thể hiện biểu đồ ứng suất trong dầm do uốn 24

7.3.2 Kiểm tra ứng suất tại biên trên và biên dưới dầm thép do tải trọng dài hạn 25

7.3 Kiểm tra độ võng tiêu chuẩn và độ vồng ngược 26

7.4 Kiểm tra dầm theo TTGH mỏi 27

7.4.1 Kiểm tra mỏi do tải trọng gây ra 27

7.4.2 Sức kháng mỏi do cong vênh gây ra 28

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN BỐ TRÍ NEO CHỐNG CẮT 29

8.1 Thiết kế neo theo trạng thái giới hạn mỏi 29

8.2 Thiết kế neo theo trạng thái giới hạn cường độ 32

CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ SƯỜN TĂNG CỨNG 33

9.1 Thiết kế sườn tăng cứng tại gối 33

9.2 Thiết kế sườn tăng cứng trung gian 35

CHƯƠNG 10: THIẾT KẾ MỐI NỐI 36

10.1 Thiết kế liên kết bản cánh và bụng dầm 36

10.1.1 Xác định sức kháng cắt của đường hàn 36

10.1.2 Xác định chiều cao đường hàn 37

10.2.1 Tính toán đặc trưng hình học dầm thép bị giảm yếu (Trường hợp 1) 38

10.2.2 Tính toán đặc trưng hình học các bản táp ốp mối nối (Trường hợp 2) 40

10.2.3 Xác định nội lực tác dụng lên vị trí mối nối (Vị trí L/4) 43

10.2.4 Kiểm tra dầm chủ tại tiết diện mối nối theo TH1 giảm yếu do thay đổi ĐTHH 44

10.2.5 Kiểm tra dầm chủ tại tiết diện mối nối theo TH2 các bản táp mối nối 47

10.2.6 Thiết kế mối nối dầm 49

CHƯƠNG 11: THIẾT KẾ HỆ LIÊN KẾT NGANG 51

11.1 Lý thuyết thiết kế liên kết ngang 51

11.2 Chọn kích thước liên kết ngang 51

11.3 Xác định lực gió tác dụng lên các dầm 51

11.4 Kiểm tra khả năng chịu lực dọc của thanh ngang 52

PROJECT OF STEEL BRIDGE DESIGN

Advisor: NGUYEN HUYNH TAN TAI PhD

Tiêu đề	Đồ Án Thiết Kế Cầu Thép
Tác giả	Hoàng Khánh Phước
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Huỳnh Tấn Tài
Trường học	Ho Chi Minh City University of Technology and Education
Chuyên ngành	Civil Engineering
Thể loại	Graduation Project
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Ho Chi Minh City

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	5,04 MB
File đính kèm	BTC CẦU THÉP.rar (436 KB)