đồ án tốt nghiệp phương án cầu dầm thép liên hợp

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá HoàngĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP... Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá HoàngLL

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP

Trang 2

I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ

I.1 CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Tiêu chuẩn và quy trình áp dụng:

● 22TTC272-05: “Tiêu chuẩn thiết kế cầu”

● Và các tiêu chuẩn kỹ thuật khác có liên quan

Tải trọng thiết kế: HL93

Chiều dài nhịp dầm : 35 m

Bề rộng phần xe chạy : 7 m

Bề rộng lề bộ hành: 2 x 1,5 m

Bề rộng dải lan can: 2x0,25 m

I.2 VẬT LIỆU THIẾT KẾ

● Bản mặt cầu và bê tông lề bộ hành, tường lan can sử dụng cấp bê tông là C30, có cường độ chịu nén f c' =30Mpa

→ E c =0,043*γ1,5c * f c' =0,043*2500 * 30 29.440 (1,5 = MPa).

● Thép lan can là thép CT3, có cường độ chịu kéo Fy = 240 MPa

● Cốt thép thanh trong bản mặt cầu, tường lan can, lề bộ hành sử dụng thép AIII,

có cường độ chịu kéo Fy = 365 MPa

- Dầm chủ, sườn tăng cường, hệ liên kết ngang ( thép hình L ) dùng thép tấm M270 cấp 345W theo ASSHTO ( tương đương A707M cấp 345W- theo ASTM ) có cường độ chịu kéo min là Fu = 485 Mpa và cường độ chảy min là Fy = 345 MPa

● Bulông cường độ cao tuân theo tiêu chuẩn AASHTO M253M (ASTM A490M) làm từ thép cường độ cao A325 cường độ kéo tối thiểu Fu = 120 ksi = 827 MPa, cường

độ chảy tối thiểu Fy = 92 ksi = 634 MPa Đai ốc tuân theo tiêu chuẩn AASHTO M291M (ASTM A563M) hoặc ASHTO M292 (ASTM A194M), vòng đệm theo tiêu chuẩn ASTM F34 GM

I.3 BỐ TRÍ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH

Chiều dài nhịp dầm cầu là 35 m Bề rộng toàn cầu là 10,5 m Lan can sử dụng kiểu kết hợp giữa lan can ô tô và lan can lề bộ hành Bố trí 5 dầm chủ là dầm thép liên hợp

bê tông cốt thép dọc theo cầu với khoảng cách hai dầm liên tiếp là 2,1 m Chiều cao dầm thép là 1,5 m

Trang 3

II - THIẾT KẾ LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH

II.1 BỐ TRÍ CHUNG LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH

Chi tiết lan can – lề bộ hành.

II.2 THIẾT KẾ LAN CAN

II.2.1 Thiết kế thanh lan can

II.2.1.1 Sơ đồ tính – tải trọng

Trang 4

Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai cột lan can liền kề L = 2060 mm

Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên thanh lan can.

Tải trọng tác dụng lên thanh lan can, bao gồm:

● Trọng lượng bản thân lan can trên 1 mm chiều dài:

5 (70 62 )7,85*10 *3,14

4

→ DC = 0,065 N/mm

● Hoạt tải thiết kế:

Tải phân bố trên chiều dài thanh lan can W = 0,37 N/mm và tải tập trung P = 890 N theo Điều 13.8.2

II.2.1.2 Nội lực trong thanh lan can

● Mômen do tải trọng bản thân gây ra tại mặt cắt chính giữa nhịp:

● Tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn cường độ:

Mômen tại mặt cắt chính giữa nhịp trong trạng thái giới hạn cường độ là:

Trang 5

→ M = 1.588.156 (Nmm)

II.2.1.3 Khả năng chịu lực của lan can

● Mômen quán tính của tiết diện:

II.2.1.4 Kiểm toán

Công thức kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ : φ.M n ≥M

Hệ số sức kháng φ =1 đối với uốn theo Điều 6.5.4.2.

→ 1*3165828 (Nmm) ≥ 1588156 (Nmm) → Đảm bảo chịu lực.

II.2.2 Thiết kế cột lan can ở THGH cường độ

II.2.2.1 Sơ đồ tính – tải trọng

Bỏ qua lực thẳng đứng tác dụng vào cột lan can.Lấy cột lan can ở giữa cầu để tính Tải trọng tác dụng lên cột chỉ chỉ bao gồm các lực theo phương ngang cầu tại các vị trí liên kết thanh lan can, bao gồm:

● Hoạt tải phân bố W = 0,37 N/mm trên 2 nửa nhịp thanh lan can đường truyền về cột thành lực tập chung P’ = W*L = 0,37*2060 = 740 (N)

● Hoạt tại tập trung P = 890 N trên thanh lan can nay được di chuyển vị đặt ngay vị trí giao với cột

→ Vậy tổng hợp lực tác dụng lên cột theo phương ngang cầu tại mỗi vị trí giao với thanh lan can là :

F = P + P’ = 740 + 890 → F = 1360 (N)

Sơ đồ tính và các kích thước hình học của cột dưới đây:

Sơ đồ tính cột lan can.

II.2.2.2 Nội lực trong cột lan can

Mômen tại mặt cắt B-B :

*(340 560 780) 1360*1680

B B

Trang 6

LL B B

(Hệ số tải trọng với hoạt tải là γ =LL 1, 75)

II.2.2.3 Khả năng chịu lực của cột lan can

Sơ đồ tính cột lan can là dầm congxol (khi bỏ qua lực thẳng đứng dọc trục)

Mômen quán tính của tiết diện cột lan can tại mặt cắt B-B được sử dụng AutoCad

2007 tính được kết quả là:

Area: 19203,1820 Perimeter: 1959,9849 Bounding box: X: 0,0000 400,0000 Y: 0,0000 300,0000 Centroid: X: 199,9702 Y: 149,6748 Moments of inertia: X: 520465345,0568 Y: 1279361273,6390 Product of inertia: XY: 574740922,5494 Radii of gyration: X: 164,6301

Y: 258,1131 Principal moments and X-Y directions about centroid:

I: 90265161,0777 along [1,0000 0,0000]

J: 511463071,5344 along [0,0000 1,0000]

II.2.2.4 Kiểm toán cột lan can

- Trạng thái giới hạn cường độ:

.M r LL.M B B 1*1.227.511.370 1*1,75*2284800 3998400( N mm)

→ Thỏa!

II.3 THIẾT KẾ LỀ BỘ HÀNH

II.3.1 Thiết kế bản bê tông lề bộ hành

II.3.1.1 Sơ đồ tính và tải trọng

Sơ đồ tính là dầm giản đơn, cắt 1000 mm dài theo phương dọc cầu để tính, tiết diện tính là hình chữ nhật b*h = 1000 x 100 mm, chiều dài nhịp tính toán là L = 1300 mm

Sơ đồ tính lề bộ hành

Tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải bản thân (DC), hoạt tải người (PL)

Trang 7

II.3.1.2 Tính toán nội lực

Mô men trạng thái giới hạn cường độ:

30

365

c s

II.3.2 Thiết kế bó vỉa ở TTGH đặc biệt

II.3.2.1 Sơ đồ tính và tải trọng

- Tính bó vỉa lề bộ hành trong THGH đặc biệt, với cấp ngăn chặn L3

- Lực thiết kế lan can lấy theo A.13.7.3.3:

Trang 8

II.3.2.2 Khả năng chịu lực

- Đối với các va xô trong một phần đoạn tường:

2

.2

Trang 9

Trang 10

II.3.2.3 Kiểm toán

- Công thức kiểm toán: Rw ≥F t (A.13.7.3.3)

→ 319191( )N ≥240000( )N → Thỏa !

III - THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

III.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

Bê tông bản mặt cầu: C30 có fc’ = 30 MPa và Ec = 29440 MPa

Trang 11

III.2.3 Tính toán nội lực

- Mômen ở TTGH Cường độ:

Sơ đồ tính bản dầm giữa là sơ đồ dầm liên tục nhưng để đơn giản trong tính toán ta

sẽ với sơ đồ dầm giản đơn sau đó kết quả nội lực sẽ được nhân với hệ số điều chỉnh cho sơ đồ liên tục Nhịp tính toán là L = 2100 mm

Cắt 1000 mm dài theo phương dọc cầu để tính toán Tiết diện tính toán là hình chữ nhật có kích thước là b x h = 1000 x 200 (mm)

Trang 12

- Nhịp tính toán L = 2100 < 4600mm nên hoạt tải chỉ có xe 3 trục, xếp xe như trên

sơ đồ tính, tải trọng xe P = 145000 N đặt tại giữa nhịp, truyền xuống dải bản tính toán thành áp lực phân bố đều trên chiều dài làm việc SW của bản theo phương dọc cầu và b1 theo phương ngang cầu Theo phương ngang cầu thì giá trị lực phân bố là:

III.3.3 Tổ hợp và tính toán nội lực

- Mô men dương tại giữa nhịp ở TTGH cường độ, có xét đến hệ số điều chỉnh ½ cho sơ đồ liên tục:

Trang 13

- Mô men dương tại giữa nhịp ở TTGH sử dụng, có xét đến hệ số điều chỉnh ½ cho

sơ đồ liên tục:

III.4 THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU

III.4.1 Thiết kế cốt thép chịu mômen âm

Lấy mômen lớn nhất của mômen âm trong bản hẫng và gối của bản nhịp giữa làm

mô men thiết kế thép: M goi u =36.841.921( N mm), tiết diện thiết kế là bxh = 1000x200

Trang 14

30

365

c s

III.4.2 Thiết kế cốt thép chịu mômen dương

Mô men thiết kế thép: 1/ 2u 25.424.464( )

M = N mm , tiết diện thiết kế là bxh = 1000x200

30

365

c s

Trang 15

IV - TÍNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG

Mặt cắt ngang điển hình của cầu thuộc loại a) Bảng 4.6.2.2.1.1 của 22TCN 272-05

IV.1 Hệ số phân bố ngang cho dầm giữa

IV.1.1 Hệ số phân bố ngang cho mômen (Bảng 4.6.2.2.2.a-1)

● Thiết kế sơ bộ nên chọn 3

1

*

g s

S = 2100 mm : khoảng cách hai dầm chủ

ts = 200 mm : chiều dày bản

L = 35000 mm : Nhịp tính toán của dầm

Nb = 5 : số dầm chủ

Vậy điều kiện áp dụng thỏa !

● Hệ số mômen cho dầm trong khi một làn xe chất tải:

0,1

0,1 3

g SI

g MI

IV.1.2 Hệ số phân bố ngang cho lực cắt (Bảng 4.6.2.3a-1)

Phạm vi áp dụng hệ số phân bố cho lực cắt như với hệ số phân bố ngang cho mô men, thêm điều kiện là 4.109 ≤K g ≤3.1012 sẽ kiểm tra sau.

Trang 16

Trang 17

IV.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang (mg) cho hoạt tải

Tải

trọng

Dầm, nội lực

Số làn chất tải

Xe tải trụcXe hai trọng lànTải

Tải trọng người

Dầm

trong

Mômen

Lực cắt

* Nhận xét: hệ số phân bố ngang cho dầm biên nhỏ hơn dầm giữa Theo 22TCN 272-05 thì trong mọi trường hợp không được thiết kế dầm biên có khả năng chịu lực nhỏ hơn dầm giữa Do đó, ta chỉ chọn tính toán thiết kế cho dầm giữa

V - THIẾT KẾ DẦM CHỦ

V.1 LỰA CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM CHỦ

Chọn tiết diện ngang dầm thép hình chữ I, được tổ hợp từ thép tấm bằng các mối hàn góc liên tục ngấu hoàn toàn trong nhà máy.Thép sử dụng là M270 cấp 345W theo ASSHTO ( tương đương A707M cấp 345W- theo ASTM ) có cường độ chịu kéo min

là Fu = 485 Mpa và cường độ chảy min là Fy = 345 MPa

Chiều cao dầm thép tối thiểu phải lớn hơn:

Trang 18

V.2 KIỂM TRA CÁC GIỚI HẠN VỀ TỶ LỆ HÌNH HỌC

V.2.1 Tỷ lệ cấu tạo chung

V.3 XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI – TÍNH NỘI LỰC DO TĨNH TẢI TÁC DỤNG

Trọng lượng bản thân kết cấu lấy theo Bảng 3.5.1-1 22TCN 272-05

Để đơn giản khi tính toán, tĩnh tải coi như phân bố đều trên các dầm chủ không phân biệt dầm trong hay dầm ngoài

● Trọng lượng bản thân dầm chủ (bao gồm cả sườn tăng cường):

DC1 = [67750*7,85*10-5 ] +23*[ 1428*187,5*20]*7,85*10-5/35000

→ DC1 = 5,59 N/mm

● Trọng lượng liên kết ngang:

Trang 19

Liên kết ngang chọn thép L127x76x9,5 có khối lượng trên một mét dài là 14,5 kg/m = 0,145 N/mm → DC2 = 0,145*[2060*4+1170*2]*11 / 35000

Trang 20

V.4 XÁC ĐỊNH HOẠT TẢI – TÍNH NỘI LỰC DO HOẠT TẢI TÁC DỤNG

(Ghi chú: Ở phần này chưa nhân các hệ số phân bố ngang mg, hệ số tải trọngγi và

hệ số điều chỉnh tải trọngη)

Tổ hợp hoạt tải tác dụng:

TH1 : [Tải trọng làn q = 9,3 N/mm] + [Xe tải (35+145+145 kN)] + PL

TH2 : [Tải trọng làn q = 9,3 N/mm] + [Xe hai trục (110+110kN)] + PL

Trong đó hoạt tải người bộ hành: PL = 0,003*1500 = 4,5 N/mm

Vẽ đường ảnh hưởng cho mômen và lực cắt tại các mặt cắt tính toán Tính toán trên các mặt cắt là:

● Nội lực do xe ba trục khi chưa nhân hệ số:

- Mômen: M Xe truc3 =35000*6600 145000*(8750 6600)+ +

Trang 21

Trang 22

Đường ảnh hưởng lực cắt tại gối và sơ đồ chất tải.

● Nội lực do xe ba trục khi chưa nhân hệ số:

2

PL

V.4.3 Tính toán tại mặt cắt MC 4-4 (Liên kết ngang đầu tiên tính từ giữa nhịp)

Đường ảnh hưởng nội lực tại MC liên kết ngang đầu tiên

tính từ giữa nhịp và sơ đồ chất tải.

● Mômen do xe ba trục khi chưa nhân hệ số:

Trang 23

3 8663 9.3*10 * *35000

2

PL

V.5 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM GIAI ĐOẠN 1

Tiết diện ngang dầm chủ.

Trang 24

● Tính mômen quán tính chính trung tâm của tiết diện dầm thép:

Mô men quán tính chính của tầng phần tiết diện được tính với hệ trục quán tính chính trung tâm của nó tương ứng là:

4 1

I S

V.6 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM GIAI ĐOẠN 2

V.6.1 Xác định bể rộng hữu hiệu (b e ) của bản cánh bê tông

Theo điều 4.6.2.6.1 của 22TCN 272-05 ta có:

● Với dầm trong:

Trang 25

Tiết diện dầm liên hợp.

V.6.2 Tính toán cho tiết diện liên hợp ngắn hạn

Lấy dầm biên để tính toán, be = 2100 mm Ở phần trước ta đã có các số liệu của dầm thép trong hệ Oxy (Hình 4-2) là:

As = 67750 mm2; yo = 132 mm; IX = 22.220.880.580 (mm4)

Trang 26

Tiết diện dầm liên hợp ngắn hạn quy đổi.

Bê tông bản có f c' = 30MPa, theo điều 6.10.3.1.1b, 22TCN 272-05 ta có n = 8.

Diện tích phần bê tông bản cánh:

( 2)'c s* e 200*2100 420.000 mm

Trang 27

( )

4 ,

● Môdun kháng uốn của tiết diện quy đổi tại các điểm cần tính ứng suất là:

- Tại biên dưới tiết diện (mép bản táp):

t ST

V.6.3 Tính toán cho tiết diện liên hợp dài hạn

Trang 28

Tiết diện dầm liên hợp dài hạn quy đổi.

Diện tích thép quy đổi từ diện tích bê tông:

● Môdun kháng uốn của tiết diện quy đổi tại các điểm cần tính ứng suất là:

- Tại biên dưới tiết diện (mép bản táp):

t LT

Trang 29

Trang 30

→ Trục trung hòa dẻo đi qua vách dầm thép

Trục trung hòa dẻo cách mép dưới bản cánh trên dầm thép một khoảng là:

Như vậy lực dẻo trong vách dầm chia làm hai phần ngược dấu nhau bao gồm:

- Lực dẻo trong vách dầm phía trên trục trung hòa dẻo:

V.8.4 Tính mô men dẻo

- Cân bằng mô men quanh trục trung hòa dẻo ta có mô men dẻo:

Trang 31

đã tính toán nội lực Ta thấy tại mặt cắt thì mặt cắt 4-4 có mômen tính toán nhỏ hơn

Tổ hợp nội lực để tính mômen này ta có:

Trang 32

- Môđun đàn hồi của thép E = 200,000 MPa

- Cường độ chảy của bản cánh chịu nén Fyc = 345 MPa

- ry là bán kính hồi chuyển của mặt cắt thép với trục thẳng đứng:

605869399

94,667750

y y

V.10 KIỂM TOÁN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

V.10.1 Kiểm toán mô men giai đoạn 1 (dầm thép)

- Công thức kiểm toán:

.M n M u

- Hệ số sức kháng Φ =1.

- Tổ hợp nội lực tại mặt cắt kiểm toán 5-5, giai đoạn 1:

Giả xử tải trọng thi công là 4,8*10-4 MPa (tham khảo mục A.5.14.2.3.3) phân bố đều trên toàn bộ bề mặt cầu Khi đó tải trọng tác dụng lên một dầm là:

- Sức kháng uốn danh định của tiết diện thép đặc chắc:

Với tiết diện đặc chắc thông thường (tiết diện thép), ta có:

M =M

Tính mô men dẻo của tiết diện thép đặc trắc Mp:

Chiều cao bản bụng chịu nén của tiết diện thép tại mômen chảy như đã tính ở phần phân loại tiết diện là Dcp = 855 mm Do đó Mô men dẻo của tiết diện thép là:

( )2 2

' ' '

Trang 33

V.10.2 Kiểm toán mô men giai đoạn 2 (dầm liên hợp)

- Công thức kiểm toán:

.M n M u

- Hệ số sức kháng Φ =1 đối với uốn.

- Tổ hợp nội lực tại mặt cắt kiểm toán 5-5, giai đoạn 1:

0,54*1,75*2848125000 0,54*1,75*(1 0, 25)*2456750000 11.415.646.880 ( )

nê ta có sức kháng uốn danh định của tiết diện liên hợp:

Trang 34

2N

Với chu kỳ biên độ ứng suất: N = 365 * 100 * n * (ADTT)SL

Trong đó:

+ A = 82 x 1011 MPa3 : hằng số phân loại chi tiết

+ n = 1 : số các chu kì phạm vi ứng suất đối với mỗi lượt chạy qua của xe tải+ ( F)∆ TH =165 MPa: ngưỡng mỏi biên độ không đổi

+ (ADTT)SL

Xác định chu kỳ biên độ ứng suất (N):

- Giả thiết ADT = 20000 xe/ngày đêm

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	1,59 MB