Thiet ke mon hoc Cau thep pptx

Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 I. Số liệu tính toán thiết kế. 1. Số liệu chung. - Quy mô thiết kế: Cầu đợc thiết kế vĩnh cửu dầm thép liên hợp BTCT. - Quy trình thiết kế: 22TCN 272 - 2005 - Chiều dài nhịp: L = 38m - Số lợng dầm chủ: 6 dầm. - Khổ cầu: 11+ 2x1 (m). + Bề rộng phần xe chạy: B xe = 11(m). + Lề ngời đi bộ: 2x1(m) b lề = 1(m). + Chân lan can : 2x0,5 (m) b lc = 0,5 (m). + Dãy phân cách bằng vạch sơn : 2x0,25 (m) b pc = 0,25 (m). + Bề rộng toàn cầu: B cầu = 11+ 2x1+ 2x0,5 +2x0.25= 14.5(m). - Hoạt tải thiết kế: + Tải trọng HL93: - Tổ hợp HL93K: Tổ hợp của xe tải thiết kế + Tải trọng làn. - Tổ hợp HL93M: Tổ hợp của xe hai trục thiết kế + Tải trọng làn. + Ngời đi bộ: 3.10 -3 MPa = 300 daN/m2. 2. Vật liệu chế tạo dầm. - Thép chế tạo neo liên hợp: Cờng độ chảy quy định nhỏ nhất: y f =420 MPa. - Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: Cờng độ chảy quy định nhỏ nhất: y f =420MPa. - Vật liệu bê tông chế tạo bản mặt cầu: + Cờng độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày: ' c f =30MPa. + Trọng lợng riêng của bê tông c =2,5 T/m 3 =25 KN/m 3 . + Mô đuyn đàn hồi của bê tông đợc xác định theo công thức: 29440302500043.0043,0 5.1'5.1 =ìì=ìì= ccc fE (MPa). - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép h p kim thp cng cao M270M cấp 345 + Giới hạn chảy của thép: y f =345 MPa. + Giới hạn kéo đứt của thép: u f =450MPa. + Mô đuyn đàn hồi của thép: s E =200000 MPa. - Liên kết dầm: + Liên kết dầm chủ bằng đờng hàn. + Liên kết mối nối dầm bằng bulông cờng độ cao 3. Các hệ số tính toán. - Hệ số tải trọng: + Tĩnh tải giai đoạn I: 1 = 1,25 và 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II: 2 = 1,5 và 0,65 Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 1 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 + Hoạt tải HL93 và đoàn ngời: h = 1,75 và 1,0 - Hệ số xung kích: 1+IM = 1,25 (chỉ tính đối với xe tải và xe hai trục thiết kế). - Hệ số làn: Trong mỗi trờng hợp tải trọng nếu chiều dài nhịp tt L 25m thì phải xét thêm hệ số làn xe m. + Theo 22TCN272-2005 thì hệ số làn đợc lấy nh sau: Số làn (n) Hệ số làn (m) 1 1.2 2 1.0 3 0.85 >3 0.65 Ta có L tt = 37,2m > 25m và cầu đợc thiết kế 3 làn nên ta chọn hệ số làn m =0.85 Lựa chọn và đề xuất các kích thớc của dầm chủ. 1. Chiều dài tính toán kết cấu nhịp. - Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài: nh L =38m). - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a=0,4m). Chiều dài tính toán nhịp: 2 tt nh L L a= = 38-2x0,4=37,2 m - Số dầm chủ: dc n = 6 dầm. 2. Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu. - Mặt cắt ngang cầu: Lớp mui luyện h=2cm Lớp phòng n u?c h=1cm Lớp BT bảo vệ h=4cm Lớp BT átphan h=5cm 1500 2300x5=11500 1500 600 400 340 270 30 1440 30 700 900 150 5001850 600 C? U T? O M? T C? T NGANG C? U T? L? : 1:50 A 1000 5001000500 250 5500 2505500 2L 100x100x10 2L 100x100x10 L 1 0 0 x 1 0 0 x 1 0 L 1 0 0 x 1 0 0 x 1 0 2L 100x100x10 2L 100x100x10 L 1 0 0 x 1 0 0 x 1 0 2 L 1 0 0 x 1 0 0 x 1 0 - Các kích thớc cơ bản cảu mặt cắt ngang cầu: + Bề rộng phần xe chạy: B xe = 1100 cm. + Số làn xe thiết kế : n l = 3 làn. + Bề rộng lề đi bộ: b lề = 2x100 cm. + Bề rộng chân lan can: b lc = 2x50 cm. + Chiều cao chân lan can: h lc = 50 cm. + Bề rộng toàn cầu: B câu = 1100 + 2x100 + 2x50 +2x25= 1450 cm. + Số dầm chủ thiết kế: n dầm = 6 dầm. + Khoảng cách giữa các dầm: S = 230 cm. Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 2 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 + Chiều dài phần cánh hẫng: d e = 150 cm. 3. Lựa chọn kích thớc dầm chủ. Trong bớc tính toán sơ bộ ta chọn chiều cao dầm chủ theo công thức: 8.1483720 25 1 25 1 =ì sb sb H L H cm. Chọn chiều cao dầm thép nh sau: + Chiều cao bản bụng: D w = 144 cm. + Chiều dày bản cánh trên: t c = 3 cm. + Chiều dày bản cánh dới: t t =3 cm. + Chiều cao toàn bộ dầm thép: H sb = 144+3+3 = 150 cm. 4. Cấu tạo bản bê tông mặt cầu. - kích thớc của bản bê tông đợc xác định theo điều kiện bản chịu uốn dới tác dụng của tải trọng cục bộ. - Chiều dày bản thờng chọn: t s = (16 ữ 25) cm. Theo quy định của Quy trình 22TCN 272 - 05 thì chiều dày của bản bê tong mặt cầu phải lớn hơn 175 mm. đồng thời phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực. ở đây ta chọn chiều dày bản bê tông mặt cầu: t s = 20 cm. - bản bê tông có cấu tạo vút dạng đờng chéo. Mục đích của việc cấu tạo vút bản bê tông là nhằm làm tăng chiều cao dầm, tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí hệ neo liên kết. - Lựa chọn kích thớc của bản bê tông mặt cầu nh sau: + Chiều dày bản bê tông: t s = 20 cm. + Chiều dày vút bản: t h = 15 cm. + Chiều rộng vút bản : b h = 15 cm. + chiều dài phần cánh hẫng: d e = 150 cm. + Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 115 cm. 5. Tổng hợp kích thớc thiết kế mặt cầu. Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 3 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 600 400 30 1440 30 20 600 400 30 1440 30 20 2300 200 150 - Cấu tạo bản bụng (Web): + Chiều cao bản bụng: D w = 144 cm. + Chiều dày bản bụng: t w = 2 cm. - Cấu tạo bản cánh trên hay bản cánh chịu nén (Compress flange): Do có bản bê tông chịu nén nên bản cánh trên của dầm thép chỉ cần cấu tạo đủ để bố trí neo liên kết với bản bê tông, vì vậy kích thớc của bản cánh trên thờng nhỏ hơn bản cánh dới. + Bề rộng bản cánh chịu nén: b c = 40 cm. + Số tập bản : n = 1 tập. + Chiều dày một bản: t = 3 cm. Tổng chiều dày bản cánh chịu nén: t c = 1x3 = 3 cm. - Cấu tạo bản cánh dới hay bản cánh chịu kéo: + Bề rộng bản cánh chịu kéo: b t = 60 cm. + Số tập bản: n = 1 tập. + Chiều dày một bản: t = 3 cm. Tổng chiều dày bản cánh chịu kéo: t t = 1x3 = 3 cm. - Tổng chiều cao dầm thép: H sb = 150 cm. - Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp: H cb = 185 cm. Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 4 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 III. Xác định đặc trng hình học theo các giai đoạn làm việc của dầm chủ. 1. Xác định đặc trng hình học mặt cắt giai đoạn I. - Giai đoạn 1: Khi thi công xong dầm thép và đã đổ bản bê tông mặt cầu, tuy nhiên giữa dầm thép và bản bê tông cha tạo ra hiệu ứng liên hợp. - Mặt cắt tính toán là mặt cắt cắt dầm thép. tt dw tc tw Shb Y1 DC1 X bt bc Mặt cắt dầm GĐ I: - Diện tích mặt cắt dầm thép (diện tích mặt cắt nguyên): A NC = b c .t C +t w .D w +t t .b t = 40.3+144.2+60.3 = 588(cm2). - Xác định mômen tĩnh đối của mặt cắt đối với trục 0-0 đi qua đáy dầm thép: 2 2 2 0 t ttt w ww c sbcc t tbt D tD t HtbS + ++ = 39690 2 3 .3.603 2 144 .2.144 2 3 150.3.40 0 =+ ++ =S (cm3). - Khoảng cách từ đáy dầm đến trục trung hòa(TTH) mặt cắt giai đoạn I: Y 1 = 5.67 588 39690 0 == NC A S (cm). - Chiều cao sờn dầm chịu nén: 5.795.673150 11 === YtHD csbc (cm). - Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I: Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 5 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 5.705.79150 1 === YHY sb I t (cm). - Khoảng cách từ mép dới dầm thép đến trục I-I: 5.79 1 ==YY I b (cm). - Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I + Mômen quán tính bản bụng: )(5138645.673 2 144 .144.2 12 144.2 2 12 . 4 2 3 2 1 3 cmYt D Dt Dt I t w ww ww w = ++= ++= + Mômen quán tính bản cánh chịu nén: 4 2 3 2 1 3 787410 2 3 5.67150.3.40 12 3.40 2 12 . cm t YHtb tb I c sbcc cc cf = += += + Mômen quán tính bản cánh chịu kéo: 4 2 3 2 1 3 784215 2 3 5.67.3.60 12 3.60 2 12 . cm t Ytb tb I t tt tt tf = += += + Mômen quán tính của tiết diện dầm thép: )(2085489784215787410513864 4 cmIIII tfcfwNC =++=++= - Xác định mômen tĩnh của phần trên mặt cắt dầm thép đối với TTH I-I. ( ) )(16040 2 5.79 .2 2 3 5.67150.3.40 2 . 2 3 2 2 1 1 cm tYH t t YHtbS csb w c sbccNC =+ = + = - Mô men quán tính của mặt cắt dầm đối với trục Oy: )(70096 12 60.3 12 2.144 12 40.3 12 . 12 . 12 . 4 333 333 cm bttDbt I ttwwcc y =++=++= - Bảng tổng hợp kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I: Các đại lợng Ký hiệu Đơn vị Giá trị Diện tích mặt cắt dầm thép A NC cm2 588 Mômen tĩnh mặt cắt đối với đáy dầm S 0 cm3 39690 Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I Y 1 cm 67.5 KC từ mép trên dầm thép đến TTH I-I Y tI cm 70.5 KC từ mép dới dầm thép đến TTH I-I Y bI cm 79.5 Mômen quán tính phần bản bụng I w cm4 513864 Mômen quán tính phần cánh trên I cf cm4 787410 Mômen quán tính phần cánh dới I tf cm4 784215 Mô men quán tính dầm thép I NC cm4 2085489 Mômen tĩnh mặt cắt đối với TTH I-I S NC cm3 16040 MMQT mặt cắt dầm đối với trục Oy I y cm4 70096 2. Xác định đặc trng hình học mặt cắt giai đoạn II. 2.1. Mặt cắt tính toán. Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 6 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 - Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt 80% cờng độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT mặt cầu. - Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp Đặc trng hình học mặt cắt giai đoạn 2 là đặc trng hình học của tiết diện liên hợp. bs Z1 Dc2 1 2 2 ts th Scb tt dw tc tw Shb Y1 1 bt bc 2.2. Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông. - Trong tính toán không phải toàn bộ bản bê tông mặt cầu tham gia làm việc chung với dầm thép theo phơng dọc cầu. Bề rộng bản bê tông làm việc chung với dầm thép hay còn gọi là bộ rộng có hiệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: Chiều dài tính toán của dầm, khoảng cách giữa các dầm chủ và bề dày bản bê tong mặt cầu. - Khi tính toán bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu, chiều dài nhịp hữu hiệu có thể lấy bằng nhịp thực tế đối với các nhịp giản đơn và bằng khoảng cách giữa các điểm thay đổi mômen uốn (điểm uốn của biều đồ mômen) của tải trọng thờng xuyên đối với các nhịp liên tục, thích hợp cả mômen âm và dơng. - Theo Quy Trình 22TCN 272-2005 bề rộng bản bê tông lấy nh sau: Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 7 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 Bieồu ủo ửựng suaỏt phaựp b s b 2 b 1 H cb t s S d e - Xác định b1: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau: + 4653720. 8 1 . 8 1 == tt L (cm). + 13040. 4 1 20.6 . 4 1 . 2 1 max.6 =+= + c w s b t t (cm). + d e =150 (cm). Vậy chọn: b 1 = 130 (cm). - Xác định b 2 : Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau: + 4653720. 8 1 . 8 1 == tt L (cm). +. 13040. 4 1 20.6 . 4 1 . 2 1 max.6 =+= + c w s b t t cm + 115 2 230 2 == S (cm). Vậy chọn b 2 = 115 cm. - Bề rộng tính toán bản bê tông của dầm biên: b s = b 1 +b 2 = 130+115=245 (cm). - Bề rộng tính toán bản bê tông của dầm trong: b s = 2.b 2 = 2.115=230 (cm). Trong đó: + L tt : Chiều dài tính toán nhịp. + S : Khoảng cách các dầm chủ. + d e : Chiều dài phần cánh hẫng. 2.3. Xác định hệ số quy đổi từ bê tông sang thép. - Vì tiết diện liên hợp có hai loại vật liệu là thép và bê tông nên khi tính toán ĐTHH ta tính đổi về một loại vật liệu. Ta tính đổi phần BT sang thép dựa vào hệ số n là tỷ số giữa mô đuyn đàn hồi của thép và bêtông. + Trờng hợp mặt cắt chịu lực ngắn hạn (không xét hiện tợng từ biến của BT). Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 8 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 Ta có: c s E E n = + Trờng hợp mặt cắt chịu lực dài hạn (có xét hiện tợng từ biến của BT). Ta có : gd c s E E n = Trong đó: + E s : Là mô đuyn đàn hồi của thép, E s = 2.10 5 MPa. + E c : Là mô đuyn đàn hồi của BT phụ thuộc vào loại BT. E c =29440(MPa). + E gd c : Là môđun đàn hồi giả định của BT khi có xét đến hiện tợng từ biến, thờng lấy E gd c = 0.33E bt + f c : Cờng độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày, f c =30 MPa. Bảng hệ số quy đổi từ bê tông sang thép STT F'c (MPa) n ' n =3n 1 16 fc <20 10 31 2 20 fc <25 9 27 3 25 fc <32 8 24 4 32 fc <41 7 21 5 41 fc 6 18 - Với f c = 30 MPa ta lấy hệ số quy đổi từ bê tông sang thép là: n=8; n=24 Khi tính toán phần bê tông bản mặt cầu đợc tính đổi sang thép bằng cách chia đặc trng hình học của phần bê tong cho hệ số n (khi không xét từ biến) hoặc n (khi có xét đến từ biến). 2.4. Xác định đặc trng hình học của mặt cắt dầm biên. a. Mặt cắt tính toán Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 9 Trờng đại học GTVT Hà Nội Thiết kế môn học: Cầu thép F1 2450 200 600 400 30 1440 30 20 150 b. ĐTHH của cốt thép trong bản bê tông. - Cốt thép trong bản bê tông mặt cầu đợc bố trí thành hai lới, lới cốt thép phía trên và lới cốt thép phía dới. Trong tính toán ở đây ta chỉ quan tâm đến các thanh cốt thép trong bản bê tông theo phơng dọc dầm. 2450 200 400 30 150 Sơ đồ bố trí cốt thép trong bản bê tông - Lới cốt thép phía trên: + Đờng kính cốt thép: d= 12mm + Diện tích mặt cắt ngang một thanh : 2 2 13,1 4 2,1.1416,3 cma == + Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 12 thanh. Sinh viên thực hin : Lấ VN NAM Trang 10