Bài tập lớn kết cấu thép dầm chữ I có L bằng 12 m hoạt tải HL 93 trường GTVT

Bµi TËp Lín KÕt CÊu ThÐp Bé m«n KÐt CÊu Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp L = 12 m HL 93 SV Minh Quang Long 1 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu I. số liệu giả định: Chiều dài nhịp Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Số làn xe thiết kế l = 12m HL- 93 S d = 2 m n L = 2 làn Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích (DW) Tĩnh tải bản BTCT mặt cầu (DC 2 ) 5.49 KN/m 6.0 KN/m Hệ số phân bố ngang tính cho mômen mg M = 0.62 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt mg Q = 0.61 Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng mg D = 0.5 Hệ số phân bố ngang tính mỏi mg F = 0.5 Hệ số cấp đờng k = 1.0 Số lợng giao thông trung bình 1 ngày/ 1 làn ADT = 20000 xe/ngày/làn Tỷ lệ xe tải trong luồng k truck = 0.2 Độ võng cho phép của hoạt tải 1/800 Vật liệu Thép chế tạo dầm: f y =345 MP Bulông CĐC: A490 Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-05 II-yêu cầu về nội dung A - tính toán : 1. Chọn mặt cắt ngang dầm. 2. Tính mômen, lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra. 3. Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt do tải trọng gây ra. 4. Kiểm toán dầm theo các TTGHCĐI, sử dụng và mỏi. 5. Tính toán thiết kế sờn tăng cờng. 6. Tính toán thiết kế mối nối công trờng. B - Bản vẽ : 7. Thể hiện trên giấy A1. Cấu tạo dầm và thống kê sơ bộ khối lợng. 2 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu Bài làm I. Chọn mặt cắt dầm: Mặt cắt dầm đợc chọn theo phơng pháp thử sai, tức là ta lần lợt chọn kích thớc mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm và các quy định khống chế của tiêu chuẩn thiết kế rồi kiểm toán lại, nếu không đạt thì ta phải chọn lại và kiểm toán lại. Quá trình này đợc lập lại cho đến khi thoả mãn. Mặt cắt ngang dầm: D t w d t c t t b t b c MT CT NGANG DM 1.1. Chiều cao dầm thép : Chiều cao dầm chủ có ảnh hởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này. Đối với cầu đờng ôtô nhịp giản đơn ta có thể chọn theo công thức kinh nghiệm sau: d L 25 1 , và ta thờng chọn d= L ữ 15 1 20 1 Ta có: L =12 1/20L = 0.6 m 1/12L = 1.0 m Vậy ta chọn d = 800 mm 1.2. Bề rộng cánh dầm : Chiều rộng cánh dầm đợc lựa chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau: 3 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu b f= d ữ 3 1 2 1 ( mm ) Ta có : d = 800 mm (1/3)d = 267 mm (1/2)d = 400 mm Vậy ta chọn: Chiều rộng bản cánh trên chịu nén: b c = 300 mm Chiều rộng bản cánh trên chịu kéo: b f = 300 mm 1.3. Chiều dày bản cánh và bản bụng dầm : Theo quy định của quy trình (A6.7.3) thì chiều dày tối thiểu của bản cánh, bản bụng dầm là 8mm. Chiều dày tối thiểu này là do chống rỉ và yêu cầu vận chuyển, tháo lắp trong thi công. Ta chọn: Chiều dài bản cánh trên chịu nén: t c = 25 mm Chiều dày bản cánh dới chịu kéo: t t = 25 mm Chiều dày bản bụng dầm: t w = 14 mm Do đó chiều cao của bản bụng sẽ là: D = 750 mm Mặt cắt dầm sau khi chọn có hình vẽ: MT CT NGANG DM 4 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu 1.4. Tính các đặc trng hình học của mặt cắt : Đặc trng hình học của mặt cắt dầm đợc tính toán và lập thành bảng sau: Mt ct A i (mm2) h i (mm) A i h i (mm3) I 0i (mm4) A i y i (mm4) I i (mm4) Cánh trên 7500 787.5 5906250 390625 1126171875 1126562500 Bn bng 10500 400 4200000 492187500 0 492187500 Cánh di 7500 12.5 93750 390625 1126171875 1126562500 Tng 25500 400 10200000 492968750 2252343750 2745312500 Trong đó: A i = Diện tích phần tiết diện thứ I (mm 2 ); h i = Khoảng cách từ trọng tâm từng phần tiết diện thứ i đến đáy dầm (mm); I 0i = Mômen quán tính của từng phần tiết diện thứ i đối với trục nằm ngang đi qua trọng tâm của nó ( mm 4 ); y = Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy dầm (mm); = )( ).( A hA y (mm); y i = Khoảng cách từ trọng tâm phần tiết diện thứ i đến trọng tâm của mặt cắt dầm (mm); y i = hy (mm); I i = Mô men quán tính của phần tiết diện thứ i đối với trục nằm ngang đi qua trọng tâm của mặt cắt dầm ( mm 4 ); I i = I 0i + A i .y i 2 (mm 4 ). Từ đó ta tính đợc: Mt ct y bot mm y top mm y botmid mm y topmid mm S bot mm 3 S top mm 3 S botmid mm 3 S topmid mm 3 Dm thép 400 400 387.5 387.5 6,863 . 10 6 6,863 . 10 6 7,085 . 10 6 7,085 . 10 6 Trong đó: y bot = Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy bản cánh dới dầm thép (mm); y top = Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đỉnh bản cánh trên dầm thép (mm); y botmid = Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh dới dầm thép (mm); y topmid = Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh trên dầm thép (mm); s bot = mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y bot ( mm 3 ); s top = mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y top ( mm 3 ); s botmid = mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y botmid ( mm 3 ); 5 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu s topmid = mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y topmid ( mm 3 ). 1.5.Tính toán trọng lợng bản thân dầm thép : Diện tích mặt cắt ngang dầm thép A = 25500 mm 2 Trọng lợng riêng của thép làm dầm s = 78.5 kN/m 3 Trọng lợng bản thân dầm thép trên 1m dài dầm : w DC1 = A s = 2,00175 kN/m 6 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu II. Tính toán và vẽ biểu đồ bao nội lực: 2.1.Tính toán M, V theo phơng pháp đờng ảnh hởng : Chia dầm thành các đoạn bằng nhau. Chọn số đoạn dầm: N dd = 12 đoạn Chiều dài mỗi đoạn dầm: L dd = 1,0 m Trị số đờng ảnh hởng mômen đợc tính toán theo bảng sau: Mt ct xi(m) ahMi(m) AMi(m2) 1 1 0.92 5.5 2 2 1.67 10 3 3 2.25 13.5 4 4 2.67 16 5 5 2.92 17.5 6 5 3.00 18 Trong đó: + X i =Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ I; + Đah M i = Tung độ đah M i ; + A Mi = Diện tích đờng ảnh hởng M i . Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng mômen tại các mặt cắt dầm nh sau: 7 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu ah M1 ah M2 ah M3 ah M4 ah M5 ah M6 Hệ số điều chỉnh tải trọng tính cho TTGHCĐ lấy nh sau: 95.0= Mômen tại các tiết diện bất kì đợc tính theo công thức: Đối với TTGHCĐI : M i = ( ) [ ] { } MiMiLMWDDC AIMmLLLLmgww ++++ 175.175.15.125.1 Ư =M DC i +M WD i Ư +M LL i Đối với TTGHSD : M i = ( ) [ ] { } MiMiLMWDDC AIMLLLLmgww ++++ 13,13,10.10.10.1 Ư =M DC i +M WD i Ư +M LL i Trong đó: LL L =Tải trọng làn rải đều (9.3 kNm) LL Mi =Hoạt tải tơng đơng ứng với đờng ảnh hởng Mi Mg M =Hệ số phân bố ngang tính cho mômen W DC =Tải trọng rải đều do bản thân dầm thép và bản BTCT mặt cầu W DW =Tải trọng rải đều do lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu 1+IM=Hệ số xung kích A Mi =Diện tích đờng ảnh hởng Mi m=Hệ số cấp đờng 8 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu Bảng trị số mômen theo TTGHCĐI Mặt cắt x i ( m) i A Mi ( m 2 ) LL Mi truck (kN/m) LL Mi tandem (kN/m) M i DC (kN/m) M i DW (kN/m) M i LL (kN/m) M i CD (kN/m) 1 1 0.083 5.5 39.903 34.627 52.261 43.028 240.339 335.628 2 2 0.167 10 38.477 34.423 95.021 78.233 424.839 598.093 3 3 0.25 13.5 37.05 34.22 128.278 105.614 557.143 791.035 4 4 0.333 16 35.59 33.813 152.033 125.172 640.438 1 917.644 5 5 0.417 17.5 34.13 33.407 166.286 136.907 678.737 981.93 6 6 0.5 18 32.67 33 171.037 140.819 680.82 992.676 Bảng trị số mômen theo TTGHSD Mặt cắt x i ( m) i A Mi ( m 2 ) LL Mi truck (kN/m) LL Mi tandem (kN/m) M i DC (kN/m) M i DW (kN/m) M i LL (kN/m) M i CD (kN/m) 1 1 0.083 5.5 39.903 34.627 10.459 41.809 178.538 230.806 2 2 0.167 10 38.477 34.423 19.017 19.017 315.595 353.628 3 3 0.25 13.5 37.05 34.22 25.672 25.672 413.878 465.223 4 4 0.333 16 35.59 33.813 30.427 30.427 475.754 536.607 5 5 0.417 17.5 34.13 33.407 33.279 33.28 504.204 570.763 6 6 0.5 18 32.67 33 34.23 34.23 505.752 574.212 Biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cờng độ M (kN) 9 Bài Tập Lớn Kết Cấu Thép Bộ môn Két Cấu Trị số đờng ảnh hởng lực cắt đợc tính toán theo bảng sau: Mặt cắt x i (m) Dah V i (m) A vi (m) A 1.vi (m) 0 0 1 6 6 1 1 0.917 5 5.042 2 2 0.833 4 4.167 3 3 0.75 3 3.375 4 4 0.667 2 2.667 5 5 0.583 1 2.042 6 6 0.5 0 1.5 Trong đó: x i : Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đah V i : Tung độ phần lớn hơn của đờng ảnh hởng V i A Vi : Tổng diện tích đờng ảnh hởng V i A 1,Vi : Diện tích đờng ảnh hởng V i (phần diện tích lớn hơn) Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng lực cắt tại các mặt cắt dầm nh sau: 10 [...]... Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu III Ki m toán d m theo TTGHC I: 3.1.Ki m toán i u kiện chịu m men : 3.1.1.Tính toán ứng suất trong các bản cánh d m thép : Ta l p bảng tính toán ứng suất trong các bản cánh d m thép t i m t cắt giữa nhịp d m theo TTGHC I nh sau: Mt M Sbot Stop Sbotmid Stopmid fbot ftop fbotmid ftopmid 3 3 3 3 3 3 3 ct (N.mm) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm3) Dm thép 0,99.109.. .B i Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu ah V0 ah V1 ah V2 ah V3 ah V4 ah V5 ah V6 L c cắt t i các tiết diện bất kì đợc tính theo công thức sau: Đ i v i TTGHC I: Vi= {(1,25wDC + 1,5wDƯW ) AVi + mgV [1,75LLL + 1,75mLLVi (1 + IM ) ] AVi } =V iDC +V iDƯW +V iLL Đ i v i TTGHSD: Vi=1,0{(1,0wDC + 1,0wDƯW ) AVi + mgV [1,3LLL + 1,3mLLVi (1 + IM ) ] AVi } =V iDC +V iDƯW +V iLL Trong đó : LLVi =Hoạt t i tơng... chỗ ữ L và đ i xứng v i nhau qua m t cắt giữa d m 1 4 1 3 đây, ta chia d m thành 3 đoạn: chiều d i toàn d m l Ld = L + 2*0,3 = 12, 6 m Do đó, vị trí m i n i công trờng cách g i m t đoạn xmn = 3,8 m Ta có: M men t i vị trí m i n i ở TTGHC I MCĐ = 0,892.109 Nmm M men t i vị trí m i n i ở TTGHSD MSD = 0,522.109 Nmm L c cắt t i vị trí m i n i ở TTGHC I VCĐ = 0,188.105 N L c cắt t i vị trí m i n i ở TTGHSD... N => Đạt 30 B i Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu VII Tính toán thiết kế m i n i công trờng: 7.1.Chọn vị trí m i n i công trờng: Ta ph i bố trí các m i n i d m do chiều d i vật liệu cung cấp , yêu cầu cấu tạo, i u kiện sản xuất cũng nh khả năng vận chuyển và l p ráp bị hạn chế 31 B i Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu Vị trí m i n i công trờng nên tránh chỗ có m men l n Đ i v i d m giản đơn, ta... 0 ,124 0,0759 l M p 16 ry E F yc B i Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu ry=Bán kính quán tính của tiết diện đ i v i trục đ i xứng thẳng đứng (mm); Ml =M men nhỏ hơn do tác dụng của t i trọng tính toán ở m i đầu của chiều d i không đợc giằng (N.mm); Mp =M men dẻo của tiết diện (N.mm); Ta có: Trên ta đã tính đợc Iy = 1126 71500 mm4 Diện tích tiết diện d m A = 25500 mm2 ry = 66,47 mm Chọn... B i Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu = Hệ số t i trọng m i, ta có: = 0,75; ( f ) = Biên độ ứng suất do xe t i m i gây ra (MPa); ( F )n= Sức kháng m i danh định (MPa) *Tính biên dộ ứng suất do xe t i m i gây ra ( f ): + Đ i v i tiết diện không liên hợp: f = M cf S Trong đó: S = M men kháng uốn của tiết diện d m thép (mm3); Mcf = M men uốn t i m t cắt giữa nhịp d m do xe t i m i, có nhân hệ số,... đứng trung gian Khoảng cách các khoang cu i Chiều rộng của STC đứng trung gian Chiều dày của STC đứng trung gian Ta có hình vẽ bố trí STC đứng nh sau: 25 3D = 2250 mm d0 d01 bp tp = = = = 2000 1000 140 16 mm mm mm mm B i Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu MT CHNH B TR STC NG Mat cat I- I II - II II II Mat cat II-II 6.2 Ki m toán STC đứng trung gian: 6.2.1 Ki m toán độ m nh: Chiều rộng và chiều dày của... fbot = ứng suất t i đáy bản cánh d m thép (MPa); ftop = ứng suất t i đỉnh bản cánh trên d m thép (MPa); fbotmid = ứng suất t i i m giữa bản cánh d i d m thép (MPa); ftopmid = ứng suất t i i m giữa bản cánh trên d m thép (MPa) 13 B i Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu 3.1.2.Tính m men chảy của tiết diện : M men chảy của tiết diện không liên hợp đợc xác định theo công thức sau: My=FySNC Trong đó:... Iy =M men quán tính của tiết diện d m thép đ i v i trục thẳng đứng i qua trọng t m bản bong (mm4); Iyc =M men quán tính của bản cánh chịu nén của m t cắt thép quanh trục thẳng đứng i qua trọng t m bản bụng (mm4) Ta có: Iy= tcbc3 /12 = 56250000 mm4 = 0,56.108 mm4 Iyc= (tcbc3 /12) + (Dtw3 /12) + (tfbf3 /12) = 1126 71500 mm4 =1,13.108 mm4 => I yc Iy = 0.499 14 B i Tập L n Kết Cấu Thép Vậy: 0.1< I yc Iy Bộ m n... d i: 12x300x400mm Kích thớc bản n i trong = dày x rộng x d i: 12x130x400 mm Đờng kính bulông CĐC dbolt = 20 mm Sử dụng l tiêu chuẩn dhole = 22 mm Số bulông m i bên m i n i N = 12 bulông Bulông đợc bố trí thành hàng ,m i hàng bulông Khoảng cách giữa các bulông theo phơng dọc d m Sl = 60 mm Khoảng cách giữa các bulông theo phơng ngang d m Sh = 60 mm Ta có hình vẽ m i n i đã chọn nh sau: 33 B i Tập L n . ] { } MiMiLMWDDC AIMmLLLLmgww ++++ 175.175.15 .125 .1 Ư =M DC i +M WD i Ư +M LL i Đối với TTGHSD : M i = ( ) [ ] { } MiMiLMWDDC AIMLLLLmgww ++++ 13,13,10.10.10.1 Ư =M DC i +M WD i Ư +M LL i Trong. = m men kháng uốn của m t cắt d m ứng với y top ( mm 3 ); s botmid = m men kháng uốn của m t cắt d m ứng với y botmid ( mm 3 ); 5 Bài Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu s topmid = m men. Bµi TËp L n KÕt CÊu ThÐp Bé m n KÐt CÊu Bµi tËp l n KÕt cÊu thÐp L = 12 m HL 93 SV Minh Quang Long 1 Bài Tập L n Kết Cấu Thép Bộ m n Két Cấu I. số liệu giả định: Chiều dài nhịp Hoạt