ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU THÉP THIẾT KẾ CẦU DẦM CHỮ I

Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1. Các số liệu thiết kế 2 2. Phương pháp thiết kế 2 3. Vật liệu dùng trong thi công 2 CHƯƠNG II LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH 2.1. Lan can 3 2.1.1. Thanh lan can 3 2.1.2. Cột lan can 4 2.2. Lề bộ hành 6 2.3. Bó vỉa 9 CHƯƠNG III BẢN MẶT CẦU 3.1. Số liệu tính toán 13 3.2. Sơ đồ tính toán bản mặt cầu 13 3.3. Tính nội lực cho bản congxon 13 3.4. Tính nội lực cho bản dầm cạnh dầm biên 17 3.5. Tính nội lực cho bản dầm giữa 20 3.6. Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu 25 3.7. Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu 26 CHƯƠNG IV DẦM CHÍNH 4.1. Kích thước cơ bản của dầm chính 27 4.3. Hệ số phân bố ngang 37 4.4. Xác đònh nội lực do hoạt tải tại các mặt cắt 41 4.5. Nội lực do tónh tải tác dụng lên dầm chính 45 4.6. Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt theo trạng thái giới hạn 56 4.7. Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn I 60 4.8. Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn II 61 SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 1 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo 4.9. Tính toán sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối, neo 71 chống cắt, đường hàn SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 2 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 - Khổ cầu: B - K = 14.5 m – 1.5 m - Chiều dài dầm chính: L = 34.6 m. - Số dầm chính: 10 dầm. - Khoảng cách 2 dầm chính: 1.8 m. - Số sường tăng cương đứng (một dầm): 40 - Khoảng cách các sườn tăng cường: 2 m - Số liên kết ngang: 10 - Khoảng cách 2 liên kết ngang: 4 m - Khoảng cách 2 trụ lan can: 2 m. 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, khoảng cách - gữa các dầm 1.8 m - Kiểm toán. 3. Vật liệu dùng trong thi công - Thanh và cột lan can (phần thép): Thép CT3 y F 240 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= SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 3 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang Thép tấm M270M cấp 345: y F 345 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × Thép góc: L 100 x 100 x 10: y F 240 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 4 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 và kính trong d = 92 mm - Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm - Khối lượng riêng thép lan can: 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Thép cacbon số hiệu CT3: y f = 240 MPa 2.1.1.1. Tải trong tác dụng lên thanh lan can: 0 x y w = 0.37 N/mm w = 0.37 N/mm P = 890 N g = 0.095 N/mm 2000 2000 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 2 2 2 2 -5 D -d 100 -92 g 7.85 10 3.14 0.095 N/ mm 4 4 = γ π = × × × = + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Theo phương ngang: + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Tải tập trung P = 890 N được đặt theo phương hớp lực của g và w 2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can: SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 5 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo * Theo phương y: - Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp: 2 2 y g g L 0.095 2000 M 47500 N.mm 8 8 × × = = = - Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp: + Tải phân bố: 2 2 y w w L 0.37 2000 M 185000 N.mm 8 8 × × = = = + Tải tập trung: y P P L 890 2000 M 445000 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 2000 M 185000 N.mm 8 8 × × = = = * Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can: y y 2 x 2 DC g LL w LL w LL P M . ( .M .M ) ( .M ) M = η   γ + γ + γ + γ   - Trong đó: + η : là hệ số điều chỉnh tải trọng: D I R . .η = η η η Với: D 0.95 :η = hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu I 1:η = hệ số quan trọng R 1:η = hệ sốù dư thừa (mức thông thường) 0.95 1 1 0.95⇒ η = × × = + DC 1.25γ = : hệ số tải trọng cho tónh tải + LL 1.75γ = : hệ số tải trọng cho hoạt tải [ ] 2 2 M 0.95 (1.25 47500 1.75 185000) (1.75 185000) 1.75 445000 1216329 N.mm ⇒ = × × + × + × + × = 2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can: n .M Mφ ≥ Trong đó: SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 6 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo + 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 3 3 3 3 3 3.14 S .(D d ) (100 92 ) 21716 mm 32 32 π = − = × − = n M 240 21716 = 5211840 N.mm⇒ = × n .M 1 5211840 = 5211840 N.mm 1216329 N.mmφ = × ≥ 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 (hình 2.2) I I I I P'' = 1630 N P'' = 1630 N h = 650 2 h = 300 h = 350 1 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 650 mm; h 350 mm; h 300 mm= = = - Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải) SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 7 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 2000 = 740 N + Lực tập trung: P = 890 N + Suy ra lực tập trung vào cột là: P'' P' P 740+890 = 1630 N= + = - Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I: 61 8 61 190 174 X Y 130 8 8 Hình 2.3: Mặt cắt I-I - Mômen tại mặt cắt I-I: I I 2 M P'' h P'' h 1630 650 1630 300 1548500 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 8 175 130 8 2 130 8 91 I 12 12 S 219036.74 N/ mm Y 95 ×   × × + + × ×  ÷   = = = ⇒ n y M f S 240 x 219036.74 = 52568816.84 N.mmφ = × = - Vậy n M 52568816.84 M 1548500 N/ mmφ = ≥ = ⇒ Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả năng chòu lực * Kiểm tra độ mảnh của cột lan can: K. 140 r ≤ l Trong đó: SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 8 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo + K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu + 1070 mm=l : 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 nay là nhỏ nhất) I r A = 8 8 130 Y X 124 140 61 8 61 Hình 2.4: Tiết diện nhỏ nhất của cột lan can Với: I : mômen quán tính của tiết diện: ( ) 3 3 4 2 8 124 130 8 I 2 10342656 mm 130 8 66 12 12 × × = × + = + × × A : diện tích tiết diện: 2 A 130 8 2 124 8 3072 mm= × × + × = 10342656 r 58 mm 3072 ⇒ = = K. 0.75 1070 13.8 140 r 58 × ⇒ = = ≤ 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: Nguyễn Tiến Đức Trang 9 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo PL = 3 N/mm DC = 2.5 N/mm 1000 1000 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 1000 M 312500 N.mm 8 8 × = = = + Do hoạt tải: 2 2 PL PL.L 3 1000 M 375000 N.mm 8 8 × = = = - Trạng thái giới hạn cường độ: [ ] U DC DC PL PL M . M M 0.95 (1.25 312500 1.75 375000) 994531 N.mm = η γ × + γ × = × × + × = - Trạng thái giới hạn sử dụng: [ ] S DC PL M M M 312500 375000 687500 N.mm= + = + = 2.2.3. Tính cốt thép: - Tiết diện chòu lực b x h = 1000 mm x 100 mm - Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông: - d s = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm - Xác đònh chiều cao vùng nén a: 2 2 2 u s s ' c 2 M 2 994531 a d d 80 80 0.54 mm 0.85 f b 0.9 0.85 30 1000 × × = − − = − − = φ× × × × × × - Bản lề bộ hành có 28 MPa< f' c = 30 Mpa < 56 Mpa SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 10 [...]... thép tương ứng v i các giá trò n i lực ở TTGH cường độ vừa tính ở trên: SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 33 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo 3.6.1 Thiết kế cho phần bản chòu mômen âm: Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều d i bản mặt cầu, khi đó giá trò n i lực trong 1000 mm bản mặt cầu như sau: − 7 - Mômen âm: M u = −1.769793491× 10 N.mm - Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000 mm - Chiều cao tiết diện... mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản lo i dầm Trong đó phần bản lo i dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toán dầm đơn giản xong ph i nhân v i hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 17 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo Hình 3.1: Sơ đồ tính bản mặt cầu 3.3 Tính n i lực cho bản congxon: (bản hẩng) Hình 3.2: Sơ đồ tính... thoả mản i u kiện cốt thép nhỏ nhất 2.3.2 Xác đònh M W H - M W H : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đ i v i trục đứng: - Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.7) 200 40 300 40 2 Þ 14 264 36 160 Hình 2.8: tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu - Cốt thép dùng 2 φ14 mm - Tính toán v i b i toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên r i bên còn l i bố trí... bản dầm giữa: 3.5.1 Tónh t i và n i lực do tónh t i tác dụng lên bản dầm : 3.5.1.1 Tónh t i: - Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đ i v i bản dầm giữa thì sẽ không có t i trọng bó vỉa và t i trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố đầy dầm - Trọng lượng bản thân: DC2 = 1000 × h f × γ c = 1000 × 200 × 2.5 × 10 −5 = 5 N / mm - Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu: ... th i gi i hạn cường độ và trạng th i gi i hạn sử dụng thuộc trường hợp đặt một bánh xe trên bản dầm là: - Trạng th i gi i hạn cường độ: + 7 + Mômen dương: M u = 1.321276775 × 10 N.mm − 7 + Mômen âm: M u = −1.769793491× 10 N.mm - Trạng th i gi i hạn sử dụng: + 6 + Mômen dương: Ms = 8.24549519 × 10 N.mm − 7 + Mômen âm: Ms = -1.106252638 × 10 N.mm 3.6 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu: Ta sẽ thiết kế. .. CHƯƠNG III BẢN MẶT CẦU 3.1 Số liệu tính toán - Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: S = 1800 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 40 mm + Lớp phòng nước dày 5 mm - Độ dốc ngang cầu: 1.5 % được tạo bằng thay đ i độ cao đá vỉa ở t i m i g i 3.2 Sơ đồ tính toán bản mặt cầu. .. mômen t i giữa nhòp do tónh t i và hoạt t i gây ra có xét đến tính liên tục của bản mặt cầu (V i d i tính toán 1000 mm) được tính như sau: - Trạng th i gi i hạn cường độ: + T i g i:  M LL × 1000  M u = −0.7 ×  M u DC+ DW + u  SW −    3.175088652 × 10 7 × 1000  = −0.7 × 3.284416 × 10 6 +  1620   7 = −1.601861007 × 10 N.mm + Tai giữa nhòp: SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 32 Đồ án Cầu Thép GVHD:... mặt cầu: h DW = 132 mm −5 3 + Kh i lượng riêng lớp phủ: γ c = 2.3 × 10 N / mm DW = h DW × 1000 × γ c = 132 × 1000 × 2.3 × 10 −5 = 3.04 N / mm 3.5.1.2 N i lực: - Sơ đồ tính như sau: SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 27 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo Hình 3.9 : Sơ đồ tính tónh t i cho bản dầm giữa - Hệ số i u chỉnh t i trọng lấy như bản dầm biên - Giá trò mômen dương t i giữa nhòp:  DC2 × S2 DW × S2 ... trục (hình 3.6): SVTH: Nguyễn Tiến Đức Trang 24 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo Hình 3.8: T i trọng động tác dụng lên bản biên 3.4.2.2 N i lực: * Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ - Bề rộng bánh xe tiếp xúc v i bản mặt cầu 510 mm - Diện truyền t i của bánh xe xuống bản mặt cầu: b1 = b2 + 2 × h DW = 510 + 2 × 132 = 774 mm - b'1 = b1 = 774 mm 0.65 × P - Giá trò t i p: p = 2 × b = 1 0.65 × 145000... Nguyễn Tiến Đức Trang 34 Đồ án Cầu Thép GVHD: Phan Quốc Bảo 3.6.2 Thiết kế cho phần bản chòu mômen âm: Quá trình tính toán tương tự như trên, ta được kết quả là bố trí thép Ф16a200 3.7 Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu: Ta sẽ kiểm tra nứt của bản mặt cầu bằng trạng th i gi i hạn sử dụng + 6 + Mômen dương: Ms = 8.24549519 × 10 N.mm − 7 + Mômen âm: Ms = −1.106252638 × 10 N.mm 3.7.1 Kiểm tra nứt v i mômen