Đồ án tốt nghiệp cầu thép

Đồ án cầu thép, đồ án cho các bạn ngành giao thông, thiết kế tham khảo trong quá trình học, làm đồ án tốt nghiệp, cũng như một tài liệu cần thiết cho các bạn sinh viên chuyển ngành giao thông vận tải nghiên cứu.

Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1. Các số liệu thiết kế: - Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I - Chiều dài dầm chính: L = 33.6 m. - Bề rộng phần xe chạy: 14 m. - Bề rộng lề bộ hành: 2x0.75 m. - Tải trọng thiết kế: 0.65HL93. - Chiều dài nhòp tính toán: L = 33 m. - Số dầm chính: 8 dầm. - Khoảng cách 2 dầm chính: 2 m. - Số sường tăng cương đứng (một dầm): 52 - Khoảng cách các sường tăng cường: 1.5 m - Số liên kết ngang: 12 - Khoảng cách 2 liên kết ngang: 3 m - Khoảng cách 2 trụ lan can: 2.2m. 2. Phương pháp thiết kế: - Bản mặt cầu tính theo bản hẫng và làm việc theo phương ngang cầu. - Dầm chính: Tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm thép liên hợp. - Kiểm toán. 3. Vật liệu dùng trong thi công - Thanh và cột lan can (phần thép): Thép M270 cấp 250: = y F 250 MPa 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Lề bộ hành, lan can: Bêtông: ' c f 30 MPa= 5 3 2.5 10 N/ mm − γ = × Thép AII: y F 280 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Bản mặt cầu, vút bản: Bêtông: ' c f 30 MPa= 5 3 2.5 10 N/ mm − γ = × Thép AII: y F 280 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × SVTH: Phạm Thị Lõn 1 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo - Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang: Thép tấm M270M cấp 345: y F 345MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Thép góc: L 102 x 76 x 12.7: = y F 345 MPa 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × SVTH: Phạm Thị Lõn 2 MẶT CẮT NGANG CẦU Tỷ lệ:1/30 Lớp bêtông bảo v ? : 15mm Lớp phòng nước: 5 mm Lớp mui luyện: 52 mm Lớp bêtông nhựa: 50mm 1000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 1000 16000 750 75014000250 250 16000 i=1.5% i= 1 .5 % 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: - Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm vàđđường kính trong d = 90 mm. - Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2200 mm - Khối lượng riêng thép lan can: 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Thép M270 cấp 250: y f = 250 MPa 2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên thanh lan can: Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can. - Theo phương thẳng đứng (y): + Tónh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can = γ π = × × × = 2 2 2 2 -5 D -d 100 -90 g 7.85 10 3.14 0.117 N/ mm 4 4 + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm Tải tập trung: P = 890 N/mm. - Theo phương ngang: + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm Tải tập trung: P = 890 N/mm. SVTH: Phạm Thị Lõn 3 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo 2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can: * Theo phương y: - Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp: × × = = = 2 2 y g g L 0.117 2200 M 70785.00 N.mm 8 8 - Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp: + Tải phân bố: × × = = = 2 2 y w w L 0.37 2200 M 223850.00 N.mm 8 8 + Tải tập trung: × × = = = y P P L 890 2200 M 489500.00 N.mm 4 4 * Theo phương x: - Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp: + Tải phân bố: × × = = = 2 2 x w w L 0.37 2200 M 223850.00 N.mm 8 8 + Tải tập trung: × × = = = x P P L 890 2200 M 489500.00 N.mm 4 4 * Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can: [ ] = η γ + γ + + γ + 2 y y y x x 2 DC g LL w P LL w P M . .M .(M M ) .(M M ) - Trong đó: + η : Là hệ số điều chỉnh tải trọng: D I R . .η = η η η Với: η = D 1.05 : Hệ số dẻo. η = I 1.05 : Hệ số quan trọng. η = R 1.05 : Hệ sốù dư thừa. ⇒ η = × × =1.05 1.05 1.05 1.16 + DC 1.25γ = : hệ số tải trọng cho tónh tải + LL 1.75γ = : hệ số tải trọng cho hoạt tải [ ] [ ] ⇒ = × × + × + × = 2 2 M 1.16 1.25 70785 1.75 (223850+489500) 1.75 (223850+489500) 2121741.20 N.mm 2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can: SVTH: Phạm Thị Lõn 4 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo n .M Mφ ≥ Trong đó: + φ : Là hệ số sức kháng: φ = 1 . + M: Là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải. + M n : Sức kháng của tiết diện. n y M f S= × S là mômen kháng uốn của tiết diện: π = − = × − = 3 3 3 3 3 3.14 S .(D d ) (100 90 ) 26591.88 mm 32 32 ⇒ = × n M 250 26591.88 = 6647970.00 N.mm φ = × > = n .M 1 6647970.00 = 6647970.00 N.mm M 2121741.20 N.mm Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực. 2.1.2. Cột lan can: Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can (hình 2.2): Hình 2.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can. Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chòu lực lực xô ngang vào cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân. * Kiểm tra khả năng chòu lực của cột lan can: - Kích thước: = = = 1 2 h 640 mm; h 350 mm; h 290 mm - Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải) SVTH: Phạm Thị Lõn 5 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo + Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2200 = 814.00 N + Lực tập trung: P = 890 N + Suy ra lực tập trung vào cột là: = + =P'' P' P 814.00+890.00 = 1704.00 N - Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I: Hình 2.3: Mặt cắt I-I. - Mômen tại mặt cắt I-I: − = × + × = × + × = I I 2 M P'' h P'' h 1704.00 640 1704.00 290 1584720.00 N.mm - Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chòu lực khi: n LL I I M . .M − φ ≥ η γ - Sức kháng của tiết diện: n y M f Sφ = × + S mômen kháng uốn của tiết diện ×   × × + + × ×  ÷   = = = 3 3 2 3 8 184 120 8 2 120 8 96 I 12 12 S 218579.63 N/ mm Y 100 ⇒ φ = × = n y M f S 250 x 218579.63 =54644907.50 N.mm - Vậy φ = > = × × n M 54644907.50 M 1.16 1.75 1584720.00=3216981.60 N/ mm ⇒ Mặt Cắt I–I đảm bảo khả năng chòu lực * Kiểm tra độ mảnh của cột lan can: K. 140 r ≤ l Trong đó: + K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu + = 720 mml : chiều dài không được giằng ( h=l ) + r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại đỉnh cột vì tiết diện ở đây là nhỏ nhất) SVTH: Phạm Thị Lõn 6 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo I r A = Hình 2.4: Tiết diện nhỏ nhất của cột lan can. Với: I : mômen quán tính của tiết diện: ( ) × × = × + = + × × 3 3 4 2 8 144 120 8 I 2 13090816.00 mm 120 8 76 12 12 A : diện tích tiết diện: = × × + × = 2 A 120 8 2 144 8 3072.00 mm ⇒ = = 13090816.00 r 65.28 mm 3072.00 × ⇒ = = < ⇒ K. 0.75 720 8.27 140 r 65.28 l Vậy thỏa mãn điều kiện mảnh. 2.2. Lề bộ hành: 2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm: * Xét trên 1000 mm dài - Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm - Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10 -4 = 2.5 N/mm SVTH: Phạm Thị Lõn 7 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo Hình 2.5: Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành. 2.2.2. Tính nội lực: - Mômen tại mặt cắt giữa nhòp: + Do tónh tải: × = = = 2 2 DC DC.L 2.5 550 M 94531.25 N.mm 8 8 + Do hoạt tải: × = = = 2 2 PL PL.L 3 550 M 113437.50 N.mm 8 8 - Trạng thái giới hạn cường độ: [ ] = η γ × + γ × = × × + × = U DC DC PL PL M . M M 1.16 (1.25 94531.25 1.75 113437.50) 367348.44 N.mm - Trạng thái giới hạn sử dụng: [ ] = + = + = S DC PL M M M 94531.25 113437.50 207968.75 N.mm 2.2.3. Tính cốt thép: - Tiết diện chòu lực b x h = 1000 mm x 100 mm - Chọn a’ = 30 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông: - d s = h – a’ = 100 – 30 = 70 mm - Xác đònh chiều cao vùng nén a: × × = − − = − − = φ× × × × × × 2 2 2 u s s ' c 2 M 2 367348.44 a d d 70 70 0.23 mm 0.85 f b 0.9 0.85 30 1000 - Bản lề bộ hành có 28 MPa< f' c = 30 Mpa < 56 Mpa ⇒ ' 1 c 0.05 0.05 0.85 .(f 28) 0.85 (30 28) 0.836 7 7 β = − − = − × − = SVTH: Phạm Thị Lõn 8 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo - Xác đònh khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà c: = = = β 1 a 0.23 c 0.28 mm 0.836 - Xác đònh trường hợp phá hoại cho bài toán cốt đơn: = = < s c 0.28 0.004 0.42 d 70 ⇒ bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo - Xác đònh diện tích cốt thép: × × × × × × = = = ' 2 c S y 0.85 f a b 0.85 30 0.23 1000 A 20.95 mm f 280 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: ≥ × = × × × = c 2 s y f ' 30 A 0.03 b.h. 0.03 1000 100 321.43 mm f 280 - Chọn 10a200φ ⇒ 1000 mm có 5 thanh thép (diện tích A s = 392.5 mm 2 ) và theo phương dọc lề bộ hành bố trí 10a200φ Hình 2.6: Bố trí cốt thép trên lề bộ hành. 2.2.4. Kiểm toán ở 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 chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chòu kéo gần nhất: = = c d a' 30 mm < 50 mm - Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép: = × × = × × = 2 c c A 2 d b 2 30 1000 60000 mm - Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép: = = = c 2 A 60000 A 12000 mm n 5 - Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện: = s M 207968.75 N.mm - Khối lượng riêng của bêtông: 3 c 2500 Kg/ mγ = - Môđun đàn hồi của bêtông: 1.5 c c c E 0.043 f'= × γ × = × × = 1.5 0.043 2500 30 29440.09 MPa - Môđun đàn hồi của thép: s E 200000 MPa= SVTH: Phạm Thị Lõn 9 Đồ án cầu thép GVHD: Phan Quốc Bảo - Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: = = = s c E 200000 n 6.79 E 29440.09 - Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:   × × = × × + −  ÷  ÷ ×     × × = × × + − =  ÷  ÷ ×   s s s A 2 d b x n 1 1 b n A 392.5 2 70 1000 6.79 1 1 16.83 mm 1000 6.79 392.5 -Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:   × = + × × −  ÷     × = + × × − =  ÷   3 2 cr s s 3 2 4 b x I n A (d x) 3 1000 16.83 6.79 392.5 (70 16.83) 9123323.68 mm 3 -Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra: ( ) ( ) = × − × = × − × = s s s cr M 207968.75 f d x n 70 16.83 6.79 8.23 MPa I 9123323.68 - Khí hậu khắc nghiệt: Z 23000 N/ mm= - Ứng suất cho phép trong cốt thép: = = = × × sa 3 3 c Z 23000 f 323.32 MPa d A 30 12000 -So sánh: = > × = × = sa y f 323.23 MPa 0.6 f 0.6 280 168 MPa chọn y f 168 MPa= để kiểm tra: s f 8.15 MPa 168 MPa= < ⇒ Vậy thoả mãn điều kiện về nứt. 2.3. Bó vỉa: - Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.6 và hình 2.7 - Ta tiến hành kiểm tra khả năng chòu l ực của bó vỉa dạng tường như sau: + Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo. + Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải . Bảng 2.1: Lực tác dụng vào lan can Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm) Phương nằm ngang Ft = 240 Lt = 1070 Phương thẳng đứng F V = 80 L V = 5500 Phương dọc cầu F L = 80 L L = 1070 + Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng SVTH: Phạm Thị Lõn 10 [...]... mản điều kiện cốt thép tối đa 2.3.2 Xác đònh M W H SVTH: Phạm Thị Lõn 12 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép - M W H : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng: - Tiết diện tính toán b x h = 250 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.7) Hình 2.8: tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu - Cốt thép dùng: 2 φ14 mm - Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi... mm + Lớp phòng nước dày 5 mm - Độ dốc ngang cầu: 1.5 % 3.2 Sơ đồ tính toán bản mặt cầu - Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm Trong đó phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toán dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu Hình 3.1: Sơ đồ tính bản mặt cầu 3.3 Tính nội lực cho bản congxon: (bản... GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép Hình 3.2: Sơ đồ tính cho bản côngxon 3.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản Côngxon 3.3.1.1 Tónh tải Tải trọng tác dụng lên bản có tónh tải, ta sẽ xét tónh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu: Hình 3.4: Sơ đồ tónh tải lan can, lề bộ hành tác dụng lên bản mặt cầu * Trọng lượng bản thân: SVTH: Phạm Thị Lõn 18 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép DC2 = 1000... Bảo Đồ án cầu thép DẦM CHÍNH 4.1 Kích thước cơ bản của dầm chính: 4.1.1 Phần dầm thép: - Số hiệu thép dầm: M270M cấp 345 (A709M cấp 345 – ASTM) Thép hợp kim thấp cường độ cao (hình 4.1) - Chiều rộng cánh trên: bc = 300 mm - Bề dày cánh trên: t c = 20 mm - Chiều cao dầm thép: d = 1262 mm - Chiều cao sườn dầm: D = 1200 mm - Chiều dày sườn: t w = 16 mm - Chiều rộng cánh dưới dầm: bf = 400 mm - Bề dày cánh... Cốt thép dùng φ14a200 mm, 1000 mm dài có 5 thanh SVTH: Phạm Thị Lõn 11 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép - Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí tương tự - Diện tích cốt thép As: As = 5 × π.φ2 3.14 × 142 = 5× = 769.30 mm 2 4 4 - Chọn a’ = 30 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép ngoài của bê tông) d s = h − a' = 200 − 30 = 170 mm - Xác đònh chiều cao vùng... ×  160 −  ÷ 2  2  = 13203403.58 N.mm - Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa: M w H = M n = 13203403.58 N.mm - Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: A s ≥ 0.03 × b.h f 'c 30 = 0.03 × 250 × 200 × = 160.71 mm 2 fy 280 Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất SVTH: Phạm Thị Lõn 13 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép - Kiểm tra lượng thép tối đa: Asb = 0.85 × f c' 0.003 × β1 × × ds... Thị Lõn 22 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép  5 × 20002 2.82 × 20002  Ms + DW =  + ÷ DC 8 8   = 3910000.00 N.mm 3.5.2 Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm : - Do nhòp tính toán của bản mặt cầu S = 2000 mm < 4600 mm và làm việc theo phương ngang cầu (1 phương) nên chỉ cần thiết kế với hoạt tải là xe 3 trục Ta sẽ đặt bánh xe ngay tại giữa nhòp để tính toán: Hình 3.10: Tải trọng động...  b 150 mm  SVTH: Phạm Thị Lõn 15 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép CHƯƠNG III BẢN MẶT CẦU 3.1 Số liệu tính toán SVTH: Phạm Thị Lõn 16 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép - Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: S = 2000 mm - Bản mặt cầu làm việc theo một phương - Chiều dày bản mặt cầu: hf = 200 mm - Chọn lớp phủ mặt cầu gồm các lớp sau: + Lớp bêtông Atphan dày 50 mm + Lớp bêtông Ximăng bảo vệ dày 15 mm... kháng uốn của tiết diện tại đỉnh dầm thép (xét tại đỉnh bản bê tông): t− SSTc = I ST × n 32607072499.77 × 8 = = 498112585.69 mm 3 t −c y 523.69 - Xác đònh mômen kháng uốn của tiết diện tại đỉnh dầm thép (xét tại điểm ngay thớ dưới bản vút bê tông): b− SSTc = I ST × n 32607072499.77 × 8 = = 953109649.60 mm 3 b−c y 273.69 SVTH: Phạm Thị Lõn 34 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép - Xác đònh mômen kháng... cốt thép cho bởi công thức: As = 0.85 × f 'c × a × b 0.85 × 30 × 7.80 × 1000 = = 710.36 mm 2 fy 280 SVTH: Phạm Thị Lõn 25 GVHD: Phan Quốc Bảo Đồ án cầu thép -Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: A s = 710.36 ≥ 0.03 × b.h f 'c 30 = 0.03 × 1000 × 200 × = 642.86 mm 2 fy 280 2 Chọn Ф14a200 để bố trí: trong 1000 mm có 5 thanh Ф14 và có A s = 769.3 mm - Kiểm tra lượng thép tối đa: - Kiểm tra lượng thép . Phan Quốc Bảo CHƯƠNG II LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH 2.1. Lan can: 2.1.1. Thanh lan can: - Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm vàđđường kính trong d = 90 mm. - Khoảng cách 2 cột lan. N.mm M 2121741.20 N.mm Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực. 2.1.2. Cột lan can: Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can (hình 2.2): Hình 2.2: Sơ. nhòp cầu có 15 khoảng lan can: ⇒ Trọng lượng toàn bộ thanh lan can: = × × = × × = ∑ 3 3 P ' 15 2 P ' 15 2 257.58 7727.40 N - Trọng lượng cột lan can: Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm