Đồ án Thiết kế cầu thép ( đính kèm file tính toán )

TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN1) Số liệu thiết kế: Sơ đồ kết cấu nhịp: Cầu dàn đơn giản. Chiều dài nhịp tính toán: (Ltt) = 97,0 (m). Khổ cầu: 7,0 + 2 x 1 (m) Tải trọng :Ô tô: HL – 93Người đi bộ : 400 Kg m2 (dN m2) Vật liệu: M270M cấp 250 : Fu = 400 Mpa ; Fy = 250 Mpa = 250000(KNm2). M270M cấp 345 : Fu = 450 Mpa ; Fy = 345 Mpa = 345000(KNm2).2) Nhiệm vụ thiết kế: Phần tính toán:+ Tính dầm dọc, dầm ngang mặt cầu và liên kết chúng.+ Tính một nút dàn chủ. Phần bản vẽ: Thể hiện các chi tiết đã thiết kế tính toán

Trang 1

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ VÀ CHỌN SƠ ĐỒ

KẾT CẤU NHỊP.

I TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

1) Số liệu thiết kế:

- Sơ đồ kết cấu nhịp: Cầu dàn đơn giản

- Chiều dài nhịp tính toán: (Ltt) = 97,0 (m)

- Khổ cầu: 7,0 + 2 x 1 (m)

- Tải trọng :

Ô tô: HL – 93Người đi bộ : 400 Kg / m2 (dN/ m2)

- Vật liệu:

M270M cấp 250 : Fu = 400 Mpa ; Fy = 250 Mpa = 250000(KN/m2) M270M cấp 345 : Fu = 450 Mpa ; Fy = 345 Mpa = 345000(KN/m2).2) Nhiệm vụ thiết kế:

* Phần tính toán:

+ Tính dầm dọc, dầm ngang mặt cầu và liên kết chúng

+ Tính một nút dàn chủ

* Phần bản vẽ:

Thể hiện các chi tiết đã thiết kế tính toán

II CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

1) Sơ đồ kết cấu nhịp:

- Chọn kết cấu nhịp có đường xe chạy dưới, dạng dàn tam giác, biên trên và biên dưới song song, có hai dàn chủ

- Đường người đi bộ được bố trí hai bên phía ngoài của dàn chủ

- Kết cấu nhịp gồm hai hệ liên kết dọc trên và dọc dưới có dạng chữ thập

- Nhịp tính toán của dàn là 97m được chia thành 10 khoang chiều dài mỗi khoang

là d=9,7m

- Chiều cao dàn chủ:

h = Mặt khác theo điều kiện góc hợp lý nhất của góc nên h = 12.0 ÷ 12.9m

=> Chọn sơ bộ chiều cao dàn chủ là h = 12m

- Khoảng cách giữa hai tim dàn chủ : Bố trí hai dàn chủ với khoảng cách lớn hơn phần xe chạy 1 ÷ 1.5m để kể đến phần đá vỉa và bề rộng các thanh dàn Vì vậy ta chọn khoảng cách giữa hai dàn chủ là 8 m

2) Các kích thước cơ bản

a – Bản mặt cầu:

Trang 2

- Bản mặt cầu có chiều dày tối thiểu 175 mm,cộng thêm 15 mm hao mòn Vậychiều dày của bản là 190 mm Phía trên là lớp phủ mặt cầu dày 7.5cm gồm các lớp:bêtông asphan và lớp phòng nước.

-Phần bộ hành: Mặt đường phần bộ hành làm bằng bản BTCT dày 10cm, trên córải một lớp phủ bằng BTN dày 2cm

Trang 3

250 250

7000

Trang 4

, ,

,

, ,

T7 T6

T5 T4

T3 T2

T1

D10 D9

D8 D7

D6 D5

D4 D3

D2 D1

D0

T9 T8

T7 T6

T5 T4

T3 T2

Trang 5

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ DẦM DỌC, DẦM NGANG VÀ LIÊN KẾT GIỮA DẦM DỌC VỚI DẦM NGANG VÀ DẦM NGANG VỚI DÀN CHỦ

I THIẾT KẾ DẦM DỌC

Dầm dọc đặt dọc theo hướng xe chạy , trong tính toán coi dầm dọc là dầm đơngiản kê trên hai gối có nhịp tính toán là khoảng cách giữa các dầm ngang , dầm dọc cótác dụng làm giảm độ lớn của mặt cầu

- Chọn tiết diện dầm dọc : Tiết diện chữ I ghép gồm có tấm sườn dầm, các bản biên, các phân tố này liên kết với nhau bằng mối hàn góc

- Chiều cao của dầm dọc là h=0,7 m và bề dày bụng dầm là 10 mm

1) Tải trọng tác dụng lên dầm dọc

* Tĩnh tải: Trong tính toán ta có thể lấy như sau

- Tải trọng do bản mặt cầu và các lớp mặt cầu la 600 Kg/m2 = 6 KN/m2

- Tải trọng do trọng lượng bản thân dầm dọc là 80 ÷100 Kg/m ( Trên một khoang dàn) Trong đồ án nầy lấy trọng lượng bản thân dầm dọc là 100 Kg/m = 1 KN/m

* Hoạt tải: Sự phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên các dầm dọc được xácđịnh theo phương pháp đòn bẩy Hình dưới đây thể hiện sự phân bố tải trọng lên các dầm dọc:

Trang 6

4x1500=6000 500

( yi là tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí đặt tải)

(  là diện tích đường ảnh hưởng)

Trang 7

Bảng 1 : Hệ số phõn phối ngang của cỏc dầm dọc

2) Tớnh toỏn nội lực do tĩnh tải tỏc dụng lờn dầm dọc

Tĩnh tải tiêu chuẩn , tính toán tác dụng lên dầm dọc đợc xác định theo công thức sau: qtc = (q.b+gdd) ; qtt = ntt(q.b+gdd)

Trong đó b : khoảng cách giữa 2 dầm dọc : 1,5 (m)

q: trọng lợng phần bản mặt cầu và lớp mặt cầu : 6 KN/m2

gdd : trọng lợng bản thân dầm dọc: 1 KN/m

ntt : hệ số tĩnh tải ở trạng thái giới hạn sử dụng : 1,5

Bảng 2 : Kết qủa tớnh toỏn tải trọng tĩnh tỏc dụng lờn dầm dọc

Nội lực tính toán do tĩnh tải đợc xác định theo công thức : So =  P y i i= qtt.

( : Diện tích đờng ảnh hởng nội lực của đại lợng tính toán của dầm dọc)

Trang 8

3) Tớnh toỏn tải nội lực do hoạt tải tỏc dụng lờn dầm dọc.

Nội lực tính toán do hoạt tải xác định theo công thức:

Tải trọng ô tô HL93: S = nh (1 + ) HL93. P y i i

Tải trọng làn: S = nh lan q  Dah

Trong đó:

nh : hệ số hoạt tải ở trạng thái giới hạn sử dụng: 1,30

1+ :hệ số xung kích của ôtô xác định theo công thức: 1,25

35KN

4.3 4.3

110KN 110KN 1.2

1,825éAH M 1/2

Đah Qg

9,7

Trang 9

145KN 145KN 35KN

4.3 4.3

Đường ảnh hưởng tại các tiết diện tính toán của dầm dọc

DÇm Däc

HÖ sè ph©n phèi ngang M«men t¹i tiÕt diÖn gi÷a nhÞp (KNm)

 HL93  LAN M HL93 =Max{M TA ;M TR } M LAN M ho¹t

HÖ sè ph©n phèi ngang Lùc c¾t t¹i tiÕt diÖn gèi (KN)

 HL93  LAN Q HL93 =Max{Q TA ;Q TR } Q LAN Q ho¹t

DÇm däc Lùc c¾t t¹i tiÕt diÖn L/2 (KNm)

Trang 10

DÇm däc Lùc c¾t t¹i tiÕt diÖn gèi (KN)

Trang 11

nh m dd

S h

 Tính toán các đặc trng hình học của tiết diện dầm dọc:

- Mômen quán tính của dầm dọc:

F : Cờng độ chảy của thép làm dầm dọc

I : Mô men quán tính của tiết diện dầm dọc

ymax : Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép tiết diện

Trang 12

II THIẾT KẾ DẦM NGANG.

- Chọn tiết diện dầm dọc : Tiết diện chữ I ghép gồm có

tấm sườn dầm, các bản biên, các phân tố này liên kết với

- Biểu đồ đường ảnh hưởng :

- Nội lực tính toán do tĩnh tải được tính theo công thức:

Trang 13

2) Nội lực do hoạt tải:

Áp lực do một dóy bỏnh xe đứng trong hai khoang kề bờn dầm ngang tớnh được bằng cỏch xếp xe lờn đường ảnh hưởng:

q=9.3/3 KN/m²

Xếp xe HL93 và TT LAN lên đờng ảnh hởng áp lực của dầm ngang

( Tính theo trạng thái giới hạn sử dụng)

- Với xe tải thiết kế:

 Hoạt tải tỏc dụng lờn dầm ngang là:

ALL+IM=Max(ATR;ATA)x(1+IM)=122.63x1.25=153.29 (KN)

ALa = 3,1x9.7=30.07 (KN)

Xếp tải trọng A lên đờng ảnh hởng nội lực của dầm ngang để xác định nội lực do hoạt tải theo công thức:

So = nh.A..zi

Trang 14

Trong đó: nh: hệ số tải trọng: 1,30

zi : tung độ đờng ảnh hởng

Đối với tải trọng HL93 đã kể đến hệ số xung kích rồi

Ta cú đường ảnh hưởng của Mnh tại giữa nhịp và lực cắt tại gối Qg là:

1800 1600

Kết quả tớnh toỏn nội lực do hoạt tải được thể hiện trong bảng sau:

Bảng tổng hợp nội lực do hoạt tải

Trang 15

Bảng tổng hợp nội lực của dầm ngang

Mụmen tại tiết diện giữa nhịp(KNm) Lực cắt tại tiết diện gối(KN)

3) Thiết kế tiết diện dầm ngang:

Ta có :

Gọi Af là diện tích tiết diện của bản cánh

=>Tiết diện bản cánh đợc chọn sơ bộ theo công thức sau:

(Fy là cờng độ chảy của thép Fy=250000KN/m2)

=> Af = 1692,94 3

67 10 250000



  (m2) = 67(cm2)

M àn ( Đảm bảo điều kiện ổn định do cánh chịu nén)

Chọn sơ bộ chiều dày cánh là bf=250 mm và tf = 20mm

 Tính toán các đặc trng hình học của tiết diện dầm dọc:

- Mômen quán tính của dầm dọc:

4) Kiểm toán dầm ngang

 Kiểm tra sức kháng uốn:

[M] = My

=>  

max

y tt

F : Cờng độ chảy của thép làm dầm dọc

I : Mô men quán tính của tiết diện dầm dọc

ymax : Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép tiết diện

Trang 16

Liên kết gồm có : bản con cá ở biên trên , các thép góc liên kết đứng và vai kê Cácliên kết này dùng các loại bulông cường độ cao sau:

- Đối với bulông liên kết bản cá với cánh trên dầm dọc và dầm dọc với vai kê dùngloại bulông đường kính là 20 mm (khoảng cách tối thiẻu giữa các bước đinh là 3

=60mm)

- Đối với bulông liên kết dầm dọc với thép góc và thép góc với dầm ngang dùngloại bulông đường kính là 27 mm (khoảng cách tối thiẻu giữa các bước đinh là 3

=81mm)

Ta tiến hành chọn trước cấu tạo liên kết , sau đó tiến hành tính toán ,kiểm tra

- Giả thiết trong tính toán :

+ Mômen gối do bản con cá và số bu lông nối vai kê với cánh dầm dọc chịu

+ Lực cắt phân bố đều cho các bu lông nối sườn dầm dọc và cánh đứng của vai kêvới sườn dầm ngang

Nội lực tác dụng tại vị trí liên kết dầm dọc và dầm ngang

Mg=0,6.Mnh=0,6.703,31=421.99 kN.m

A=Qg= 322,53 kN

III.1 Xác định số bulông liên kết bản cá với cánh trên của dầm dọc

Nội lực trong bản con cá : S=

+ S : Nội lực trong bản con cá

+ nc : số lượng bulông cần thiết

+ N r: là sức kháng tính toán của một bulông

- Tính N r

Sức kháng trượt danh định của bu lông trong liên kết ma sát được tính như sau

Trang 17

N r = Kh KS NS Pt (2.25)Trong đú:

KS: là hệ số ma sỏt (Với bề mặt cỏc bản thộp được làm sạch KS = 0,5)

Kh:là hệ số kớch thước lỗ (Với lỗ tiờu chuẩn Kh = 1)

NS: là số lượng mặt ma sỏt cho mỗi bulụng, Ns = 1

Pt: lực căng trong bulụng, với bulụng 20 mm M235 Pt = 179kN

=> chọn số bulụng nc=8 và thỏa điều kiện cấu tạo

- Giả thiết chiều dày của bản cỏ là 20mm

 Diện tớch tiết diện bản cỏ là:

3

602,8

2, 4 10 250000

y

S Ac

A b h

  12,0 (cm)

- Với giả thiết bản cá sẽ đợc bố trí 2 hàng bulông cờng độ cao có đờng kính lỗ là22mm Chiều rộng nhỏ nhất tại vị trí đi qua hàng bulông sát dầm ngang của bản cá:

b = 12,0 + 4x2,2 = 20,8(cm)

 Ta chọn chiều rộng của bản cá tại vị trí dầm ngang là: 40 (cm)

Cấu tạo bản cá liên kết dầm dọc và dầm ngang:

Trang 18

320 250 320

3x70 100

F R b

Fy= 250000 kN/m2 với giả thiết là lực truyền lên các bulông bằng nhau :

ở đây ta chỉ cần kiểm tra cho tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện 1-1:

III.2 Xác định số lợng bulông liên kết sờn dầm dọc và thép góc liên kết:

Số lợng bulông cờng độ cao để liên kết sờn dầm dọc với thép góc liên kết:

N

  Căn cứ vào kích thớc thực tế  chọn số bulông n = 11 v thỏa mãn các yêu cầuàncấu tạo

Trong đó số bu lông liên kết sờn dầm dọc vào thép góc là 6, liên kết vai kê vàothép góc là 5

Số lợng bulông cờng độ cao để liên kết thép góc liên kết vào dầm ngang: 18

n : số bu lụng trờn thộp gúc đứng phần nằm trờn phạm vi vai kờ

Trang 20

Trong đó: 602,8

120,75

N v

S S n

 thoả mãn điều kiện

IV THIẾT KẾ LIấN KẾT DẦM NGANG VỚI DÀN CHỦ:

Trong tớnh toỏn liờn kết dầm ngang với dàn chủ thỡ cac thành phần lực tỏc dụngvào liờn kết là:

A = Qg = 951,29 (KN)

Mg = 0

Chọn liờn kết dầm ngang vào nỳt bằng 2 thộp gúc bố trớ 2 bờn sườn dầm và bằngcỏc bulụng cuờng độ cao M235 cú đường kớnh 20mm với lực căng trong cỏc bulụng

là Pt = 179KN Ta tớnh số lượng bulụng cần thiết như sau:

d

A

 Căn cứ vào điều kiện cấu tạo chọn số bulụng cường độ cao là n1 = 11 bulụng

Trang 21

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ DÀN CHỦ

a,b - Hệ số đặc trng cho trọng lợng của dàn, dàn nhịp đơn giản a = b = 3.5

gcl, gmc, glk: Trọng lợng của dàn chủ, các lớp mặt cầu, mặt cầu và hệ thống liên kết phân cho 1m dài dàn

l : chiệu dài nhịp tính toán

q : Hoạt tải tác dụng lên dàn có kể tới hệ số tải trọng, hệ số xung kích và hệ

Trang 22

250 250

7000 1000

Trang 23

g g

Trang 24

D10D9

D8D7

D6D5

D4D3

D2D1

D0

T9T8

T7T6

T5T4

đờng ảnh hởng lực dọc của các thanh dàn chủ

Trang 25

Ta có bảng kết quả tính diện tích đờng ảnh hởng và ktd của hoạt tải:

Vị trí

đỉnh Chiều dài Tung độ

đỉnh

Diện tích d-

L1, L2 : chiều dài phần dơng, phần âm của đờng ảnh hởng lực dọc

a1, a2 : hoành độ trái của đỉnh đờng ảnh hởng lực dọc dơng, âm

Góc nghiêng của các thanh xiên  = 51o

Trang 26

Nội lực tác dụng lên thanh giàn do tĩnh tải

3.2 Nội lực do hoạt tải:

 Tải trọng tiêu chuẩn: S tc  HL93 P i y i  lanq lan   ng q ng 

= 1,25 P yi i + 3,573,1+1,0954

Ta có sơ đồ xếp xe lên đờng ảnh hởng (Trang sau):

Nội lực tác dụng lên thanh giàn do hoạt tải tiêu chuẩn

Trang 27

D8D7

D6D5

D4D3

D2D1

D0

T9T8

T7T6

T5T4

1778

145KN 145KN 35KN

Trang 28

Giá trị tung độ đờng ảnh hởng yi tại vị trí đặt tảiThanh Trạng thái giới hạn cờng độ Trạng thái giới hạn mỏi

 Tải trọng tính toán theo trạng thái giới hạn cờng độ là:

35KN

Tải trọng tính toán: S n  1  P y 

Trang 29

Trong đó: nh : Hệ số tải trọng: 0,75 1  : hệ số xung kích : 1,15

Nội lực tính toán tác dụng lên thanh giàn (tính mỏi)

ii xác định các kích thớc cơ bản và diện tích các thanh:

Nguyên tắc cơ bản khi thiết kế cấu tạo các thanh dàn nh sau:

- Có đủ điều kiện chịu lực, đủ độ mảnh yêu cầu đối với thanh chịu nén cũng nhchịu kéo Các thanh chịu nén có độ cứng kháng uốn theo hai chiều đều lớn

- Dễ liên kết các thanh trong nút dàn

- Dễ thay đổi tiết diện, dễ tăng cờng sửa chữa

- Trục các thanh trong dàn giao nhau tại một điểm tại nút dàn

Việc chọn tiết diện thờng bắt đầu từ thanh có nội lực nén lớn nhất D2-T3 ,các kíchthớc cơ bản của thanh này sẽ quyết định bề rộng b của tất cả các thanh và cố gắng giữkhông đổi để các thanh liên kết vào nút đợc thuận lợi Chiều cao h của các thanh biêncũng nên giữ cố định để cho việc cấu tạo giàn đợc đơn giản

Chọn tiết diện thanh dàn có dạn g chữ H

Trang 30

Tiết diện thanh dàn

- Các giá trị b và h đợc xác định sơ bộ theo kinh nghiệm:



 ( Fy= 34,50 kN/cm2 )

- Hiệu ứng của tải trọng

- Fy cờng độ của vật liệu

-  : Dự trữ do giảm yếu tiết diện ( =10Mpa=1KN/cm2)

( Riêng đối với thanh D2-T2 ta chọn tiết diện thanh theo điều kiện cấu tạo)

Dựa vào kết quả tính toán diện tích cần thiết và kích thớc của tiết diện thanh, tiến

hành chọn kích thớc của các thanh giàn, kiểm tra điều kiện h/l < 1/15 tức là l/15 > h.

Các kết quả tính toán đợc thể hiện trong bảng tính toán dới đây:

Thanh

Chiều

dài thanh

Diện tích cần thiết

Kích thớc tiết diện chọn

Diện tích chọn

d

(mm) (cm 2) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm 2)

Trang 31

1 Kiểm tra độ mảnh của thanh:

Quy định về độ mảnh giới hạn của thanh () là:

- thanh chịu nén :   120

-thanh chịu kéo :   200

-thanh vừa chịu kéo và nén :   140

Các đặc trng hình học và độ mảnh của thanh đợc tính toán theo các công thức sau:

Trong đú:

IX, IY: mụmen quỏn tớnh đối với trục x-x, y-y

A : Diện tớch tiết diện thanh

rX, rY: bỏn kớnh quỏn tớnh đối với trục x-x, y-y

λX, λY: độ mónh của thanh đối với trục x-x, y-y

k : hệ số chiều dài hữu hiệu (Với cỏc thanh biờn và cỏc thanh xiờn, thanh đứng khichịu uốn ngoài mặt phẳng dàn thỡ k=1; cũn với cỏc thanh xiờn và thanh đứng khi chịuuốn trong mặt phẳng dàn thỡ k=0.8 )

Bảng : Kiểm tra độ mảnh của thanh

Trang 32

Ngoµi MP giµn

Trang 33

2 Kiểm toán tiết diện thanh đã chọn:

2.1 Thanh chịu kéo:

Điều kiện kiểm tra tiết diện thanh chịu kéo là:

Pu: Nội lực trong thanh

Pr : Sức kháng của tiết diện thanh

y

 ,u: hệ số sức kháng ( y=0,95; u=0,8)

y

F : cờng độ chảy của thép = 345 Mpa = 34,5 KN/cm2

Fu: cờng độ của thép khi kéo đứt = 450 Mpa = 45 KN/cm2

A: diện tích tiết diện nguyên

Agi: diện tích tiết diện giảm yếu (Với chiều cao tiết diện chọn trong khoảng36ữ55cm thì ta bố trí 4 hàng bulông cờng độ cao 22mm trên một tiết diện sẽ có 8 lỗ

bu lông với kích thớc lỗ để tính tiết diện thực là (22+3=25mm)

 Diện tích tiết diện giảm yếu của thanh dàn là:

A F P

y n

88 , 0 25

, 2

66 , 0 25

, 2

Với

E

F r

Trang 34