ĐỒ ÁN MÔN HỌC thiết kế cầu thép

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DẦM CHÍNH TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG.... Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 1 – Mặt cắt dầm thép chưa liên hợp .... Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 2 - Mặt cắt dầm t

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP MỤC LỤC

Chương I SỐ LIỆU CHUNG 3

I.1 CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ: 3

I.2 KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG CẦU, DẦM CHỦ,CÁC BỘ PHẬN CẦU THÉP 3

I.3 VẬT LIỆU 4

Chương II TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH 5

II.1 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC DẦM CHÍNH 5

II.1.1 ĐTHH giai đoạn 1 ( mặt cắt dầm thép không liên hợp) 5

II.1.2 ĐTHH giai đoạn 2 ( mặt cắt liên hợp) 6

II.1.2.1 Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu (4.6.2.6) 6

II.1.2.2 Mặt cắt dầm thép liên hợp ( tải trọng ngắn hạn) 7

II.1.2.3 Mặt cắt dầm thép liên hợp ( tải trọng dài hạn) 8

II.1.3 Bảng tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm chủ 10

II.1.4 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn chảy dẻo 10

II.1.4.1 Xác định vị trí trục trung hòa dẻo (PNA) 11

II.1.4.2 Xác định chiều cao sườn dầm chịu nén 11

II.1.4.3 Xác định momen chảy My 11

II.1.4.4 Xác định momen dẻo Mp 13

II.2 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 13

II.2.1 Tính cho dầm giữa: 13

II.2.1.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen : 13

II.2.1.2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt : 14

II.2.1.3 Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng người đi: 14

II.2.2 Tính cho dầm biên: 14

II.2.2.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen: 14

II.2.2.2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt: 15

II.2.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang tính toán 16

II.3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DẦM CHÍNH TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG 16

II.3.1 Nội lực do tỉnh tải tác dụng lên dầm chủ 17

II.3.1.1 Tải trọng tác dụng lên dầm chủ 17

II.3.1.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn 1 18

II.3.1.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn 2 18

II.3.1.4 Nội lực do tĩnh tải 19

II.3.2 Nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ: 21

II.3.2.1 Hoạt tải thiết kế 21

II.3.2.2 Nội lực do hoạt tải 21

II.3.3 Tổ hợp nội lực trong dầm chính 26

II.3.3.1 Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 1 – (Mặt cắt dầm thép chưa liên hợp) 26

II.3.3.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 2 - Mặt cắt dầm thép liên hợp 27

II.4 KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 29

II.4.1 Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt 29

II.4.2 Kiểm tra độ mãnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc 29

II.4.3 Kiểm tra độ mãnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 29

II.4.4 Kiểm tra tương tác giữa sườn dầm với bản cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 30

II.5 KIỂM TRA DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ 1 30

II.5.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ: 30

II.5.1.1 Sức kháng uốn của mặt cắt liên hợp đặc chắc 30

II.5.1.2 Kiểm toán khả năng chịu lực của dầm 31

II.5.2 Kiểm toán sức kháng cắt dầm chủ 31

II.5.2.1 Xác định hệ số c 31

II.5.2.2 Sức kháng cắt của dầm chủ 32

II.5.2.3 Kiểm toán khả năng chịu cắt của dầm 33

II.6 KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG 34

II.6.1 Kiểm tra độ võng do tỉnh tải theo phân tích đàn hồi 34

II.6.2 Kiểm toán độ võng do hoạt tải theo phân tích đàn hồi 35

II.6.2.1 Tính độ võng do tải trọng làn và tải trọng người 35

II.6.2.2 Tính độ võng do xe tải thiết kế 35

II.6.2.3 Kiểm toán độ võng do hoạt tải 36

II.6.2.4 Tính độ vồng 36

II.7 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 37

II.7.1 Xác định các tải trọng tác dụng lên neo 37

II.7.1.1 Sự phát sinh lực trượt và lực bóc 37

II.7.1.2 Lực trượt danh định tác dụng lên neo 37

II.7.2 Xác định khả năng chịu lực của neo 38

II.7.3 Sức kháng mỏi của neo 38

II.7.4 Bố trí neo 39

II.7.5 Kiểm toán neo theo TTGH mỏi 39

II.8 TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM 40

II.8.1 Khả năng chịu lực của bulong 40

II.8.2 Tính toán mối nối bản bụng 40

II.8.2.1 Cấu tạo mối nối bản bụng 40

II.8.2.2 Kiểm toán khả năng chịu lực của bulong 41

II.8.3 Tính toán mối nối bản cánh: 42

II.8.3.1 Mối nối bản cánh trên 42

II.8.3.2 Mối nối bản cánh dưới 42

Chương I SỐ LIỆU CHUNG I.1 CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

Họ tên : TRẦN VĂN ĐỒNG mã đề: 22BYQU

Tải trọng thiết kế : 0.65HL93+Người 3KN/m2

Cường độ chịu nén bê tong BMC : 30MPa

Chiều dài nhịp tính toán : L tt = Ld-2x0.3=21.4 (m)

I.2 KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG CẦU, DẦM CHỦ,CÁC BỘ PHẬN CẦU THÉP

I.2.1 Mặt cắt ngang cầu:

Mặt cắt ngang cầu được chọn như sau:

- Chiều dày bản mặt cầu: hf=200mm

- Độ dốc ngang cầu: i=2%

- Lớp phủ mặt cầu như sau:

+ Lớp vữa tạo mui luyện dày TB 80mm

- Chiều cao sườn: D=1300mm

- Chiều dày sườn: tw=20mm

- Chiều dày bản bê tông: ts=200mm

- Chiều cao đoạn vút : tv=100mm

- Góc nghiêng phần vút: 450

I.3 VẬT LIỆU

I.3.1 Thép kết cấu dầm

- Dầm I sử dụng thép cấp 345 theo tiêu chuẩn ASTM A709

- Mô đun đàn hồi của thép Ep=200000 Mpa

- Cường độ kéo nhỏ nhất của thép fu=400 Mpa

- Giới hạn chảy của thép fy=345 Mpa

I.3.2 Thép kết cấu khác

- Thép chế tạo neo liên hợp: cường độ chảy nhỏ nhất : fy=420Mpa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu:cường độ chảy nhỏ nhất : fy=420Mpa

- Liên kết dầm

+ Liên kết dầm chủ bằng đường hàn

+ Liên kết mối nối dầm bằng bulong cường độ cao

I.3.3 Bê tông

Bản mặt cầu và gờ lan can đổ tại chổ

- Cường độ chịu nén của bê tông f’c=30 Mpa

Hệ số tính đổi mô đun đàn hồi

- Đối với tải trọng tạm thời n=8

- Đối với tải trọng dài hạn 3n=24

Chương II TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH II.1 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC DẦM CHÍNH

Đặc trưng hình học dầm chính được tính theo hai giai đoạn chủ yếu:

- Giai đoạn 1 : Thi công bản mặt cầu (Mặt cắt dầm thép không liên hợp)

- Giai đoạn 2 : Mặt cắt dầm liên hợp dưới tác dụng của tải trọng dài hạn (hệ

số mô đun 3n) : Mặt cắt dầm liên hợp dưới tác dụng tải trọng tức thời ( hệ số

NC

  s,b

NC

- Xác định mômen quán tính của thiết diện

- Momen kháng uốn của tiết diện dầm thép

 Momen kháng uốn đối với thớ trên tiết diện dầm thép

II.1.2 ĐTHH giai đoạn 2 ( mặt cắt liên hợp)

II.1.2.1 Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu (4.6.2.6)

II.1.2.1.1 Dầm giữa

Đối với bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu của các dầm giữa có thể lấy trị số nhỏ nhất của:

 1/4 chiều dài nhịp hữu hiệu

 12 lần độ dầy trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dầy bản bụng dầm hoặc lấy 1/2 bề rộng của bản cánh trên của dầm hoặc

 Khoảng cách trung bình của các dầm liền kề nhau

 1/8 lần chiều dài nhịp hữu hiệu

 6,0 lần độ dày trung bình của bản, cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dầy bản bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng của bản cánh trên của dầm chính, hoặc

 Bề rộng của phần hẫng

II.1.2.2 Mặt cắt dầm thép liên hợp ( tải trọng ngắn hạn)

Hình 4.3: Tiết diện liên hợp ngắn hạn

II.1.2.2.1 Xác định diện tích mặt cắt ngang dầm

 Xác định trục trung hòa của tiết diện liên hợp

 Môđun mặt cắt (Mômen tĩnh) của dầm liên hợp đối với trục '

Hình 4.4: Tiết diện liên hợp dài hạn

II.1.2.3.1 Xác định diện tích mặt cắt ngang dầm

3.14 14

4+ Diện tích phầnbản bê tông quy đổi về diện tích cốt thép :

 Xác định trục trung hòa của tiết diện liên hợp

 Môđun mặt cắt (Mômen tĩnh) của dầm liên hợp đối với trục '

II.1.3 Bảng tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm chủ

Do bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm biên và dầm giữa như nhau be=bi=2200mm

do đó các đặc trưng hình học của dầm biên giống dầm giữa

Ta có bảng tổng hợp các đặc trưng hình học dầm chủ như sau:

DẦM GIỮA - DẦM BIÊN

Đặc trưng Tiết diện dầm thép

Tiết diện dầm liên hợp

Tiết diện dầm liên hợp

Giai đoạn 1 Ngắn hạn-GĐ 2 Dài hạn-GĐ 2

Diện tích tiết diện

Mômen kháng uốn thớ

dưới dầm thép (mm3) 27,345,181 38,982,763 35,400,870 Mômen kháng uốn thớ

trên dầm thép(mm3) 22,158,242 173,782,229 66,740,235 Mômen kháng uốn tại mép

dưới bản bê tông (mm3) 0.00 1,390,257,832 1,601,765,650 Mômen kháng uốn tại mép

trên bản bê tông(mm3) 0.00 630,801,648 978,801,030 Mômen quán tính của tiết

diện (mm4) 16,646,379,167 43,302,873,310 31,458,645,867

II.1.4 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn chảy dẻo

- Giai đoạn 3: khi ứng suất trên toàn mặt cắt đều đặt đến giới hạn chảy

- Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp => Đặc trưng hình học giai đoạn 3 là đặc trưng hình học của tiết diện liên hợp

II.1.4.1 Xác định vị trí trục trung hòa dẻo (PNA)

- Mặt cắt dầm làm việc trong giai đoạn chảy dỏe khi tất cả các phần trên mặt cắt đều đã đạt đến giới hạn chảy

- Vị trí trục trung hòa dẻo (PNA) được xác định như sau:

+ Nếu Pt+Pw > Pc + Prb + Ps + Prt => TTH đi qua sườn dầm

+ Nếu Pt+Pw < Pc + Prb + Ps + Prt và Pt+Pw + Pc > Prb + Ps + Prt => TTH đi qua bản cánh trên

+ Nếu Pt+Pw + Pc < Prb + Ps + Prt => TTH đi qua bản bê tông

Tính lực dẻo của các phần của mặt cắt dầm:

- Lực dẻo trong cánh chịu kéo của dầm thép:

 Trục trung hoà đi qua bản cánh trên

II.1.4.2 Xác định chiều cao sườn dầm chịu nén

Trục TH dẻo đi qua bản cánh trên:

Kết quả tính chiều cao phần sườn dầm chịu nén:

+ Đối với dầm biên:

Ứng suất trong dầm thép do MD1:

+ Momen do tỉnh tải giai đoạn 1: MD1=1286.08kNm + Momen quán tính của mặt cắt nguyên INC=1664638cm4 + Khoảng cách từ TTH I-I đến mép dưới dầm thép

=> 3b   1b 2b 345 47,03 16,61 281,36  

y

- Xác định momen uốn bổ xung MAD:

+ Momen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn IST=4330287cm4 + Khoảng cách từ TTH II-II đến mép dưới dầm thép

ST

f I M

ST

f I M

II.1.4.4 Xác định momen dẻo Mp

- Mômen dẻo của tiết diện được xác định theo công thức:

M  (P.d )Trong đó:

1722960 kN.cm=17229.60kNm

II.2 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG

II.2.1 Tính cho dầm giữa:

II.2.1.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen :

 Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm không liên hợp đến trọng tâm bản mặt cầu:

Với: I: Mômen quán tính của tiết diện phần dầm cơ bản

A: Diện tích của tiết diện phần dầm cơ bản

eg: Khoảng cách giữa trọng tâm dầm cơ bản (dầm thép) và bản mặt cầu

 Với dầm chữ I, hệ số phân bố ngang được tính theo công thức sau (4.6.2.2a) :

 Với một làn thiết kế chịu tải:

II.2.1.2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt :

 Với một làn thiết kế chịu tải:

SI V

II.2.1.3 Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng người đi:

- Đối với dầm trong thì ảnh hưởng của tải trọng Người là không đáng kể Khi đó

ta xếp tải trọng Người lên cả hai lề đi bộ và coi như tải trọng này phân bố đều cho các dầm chủ:

II.2.2 Tính cho dầm biên:

II.2.2.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen:

 Với một làn thiết kế chịu tải (dùng phương pháp đòn bẩy):

- Cự ly theo chiều ngang của 2 loại xe này như nhau (1.8m), nên hệ số phân bố của 2 loại xe này như nhau

Hình 4.5: Sơ đồ tính theo phương pháp đòn bẩy cho dầm biên

- Tính các tung độ đường ảnh huưởng

II.2.2.2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt:

 Với một làn thiết kế chịu tải (dùng phương pháp đòn bẩy):

 Với xe tải thiết kế:

II.3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DẦM CHÍNH TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG

 Vẽ đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt

 Xếp tải lên đường ảnh hưởng

 Với tải trọng tập trung Pi : xác định tung độ đường ảnh hưởng tương ứng yi

 Với tải trọng phân bố qi : xác định diện tích đường ảnh hưởng Ωi

Tính nội lực:

 Với tải tập trung: Σ Pi x yi

 Với tải phân bố : Σ qi x Ωi

II.3.1 Nội lực do tỉnh tải tác dụng lên dầm chủ

II.3.1.1 Tải trọng tác dụng lên dầm chủ

II.3.1.1.1 Cấu tạo các hệ liên kết trong KCN

 Hệ liên kết tại mặt cắt gối

Tại mặt cắt gối ta sử dụng dầm ngang I600

+Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài: gdn=1.06kN/m

+Tổng số dầm ngang trên toàn cầu: n=2x4=8 dầm

+Chiều dài mỗi dầm ngang Ldn=2.16m

Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài dầm chủ

+Trọng lượng thanh trên 1m dài: q=0.15kN/m

+Chiều dài thanh ngang: L=2.14m

+Trọng lượng thanh trên 1m dài: q=0.15kN/m

+Chiều dài thanh xiên : L=2.25m

Trọng lượng hệ liên kết ngang trên 1m dài 1 dầm chủ:

Tổng số liên kết ngang trên toàn cầu :28



 lkn lkn

nh

 Sườn tăng cường dầm thép:

Cấu tạo và trọng lượng hệ sườn tăng cường

+Chiều cao sườn tăng cường: hs=130cm

+Chiều dày sườn tăng cường : ts=1.6cm

+Bề rộng sườn tăng cường : bs=19cm

+Trọng lượng 1 sườn tăng cường ps=30,4.130.10-6.78,5=0,310kN

+Khoảng cách giữa các sườn tăng cường: do=1,35m

Trọng lượng của sườn tăng cường

s s

+Chiều dài một thanh xiên của hệ LK dọc : Lx=3.4m

+Số thanh LK dọc trên một khoang: n=3 thanh

Tổng số thanh xiên của HLK dọc n=24thanh

Tổng trọng lượng của các thanh xiên trong HLK dọc

dc nh

II.3.1.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn 1

- Tỉnh tải giai đoạn 1 gồm:

+ Trọng lượng bản thân dầm chủ

+ Trọng lượng hệ liên kết ngang cầu

+ Trọng lượng hệ liên kết dọc cầu

+ Trọng lượng mối nối

+ Trọng lượng bản mặt cầu và những phần bê tông được đổ cùng với bản

 Trọng lượng rãi đều dầm thép:

DC2 = qbmc= 12.25 kN/m

II.3.1.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn 2

- Tỉnh tải giai đoạn 2 gồm:

+ Trọng lượng lớp phủ lề người đi bộ

+ Trọng lượng lớp phủ mặt cầu và phần xe chạy

+ Trọng lượng trọng lượng phần chân lan can, lan can

 Tỉnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 2:

DC3 = qclc + qlc = 1.875 + 0.10 = 1.975kN/m

DW = qle + qmc = 0.69+4.51=5.20 kN/m II.3.1.3.1 Bảng tổng hợp tỉnh tải tác dụng lên dầm chủ

II.3.1.4 Nội lực do tĩnh tải

II.3.1.4.1 Tính các giá trị đường ảnh hưởng

ĐAH Lực cắt Bảng tính giá trị ĐAH đối với Momen:

X

Ltt=21400

ĐAH Momen

Diện tích (ΩM) 0,00 25,04 42,93 49,04 57,25

Bảng tính giá trị ĐAH đối với Lực cắt:

II.3.1.4.3 Bảng tổng hợp nội lực do tỉnh tải

Bảng nội lực do tĩnh tải (không hệ số)

Lực cắt 55,64 41,73 27,82 21,06 0,00

II.3.2 Nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:

II.3.2.1 Hoạt tải thiết kế

Hoạt tải thiết kế 0.65HL93 gồm một tổ hợp của Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết

kế và Tải trọng làn thiết kế:

Tải trọng người đi là tải trọng phân bố có giá trị : PL = 3KN/m2

II.3.2.2 Nội lực do hoạt tải

II.3.2.2.1 Tại mặt cắt Gối

Hình 4.7: Xếp hoạt tải trên Đ.A.H mặt cắt Gối

Nội lực tại mặt cắt Gối do hoạt tải (không hệ số)

P3

Hình 4.8: Xếp hoạt tải trên Đ.A.H mặt cắt L/8

Nội lực tại mặt cắt L/8 do hoạt tải (khơng hệ số)

Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế

b/Ltt

P1 P2

P3

P4 P5

P1 P2

P3

P4 P5

Hình 4.9: Xếp hoạt tải trên Đ.A.H mặt cắt L/4

Nội lực tại mặt cắt L/4 do hoạt tải (khơng hệ số)

Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế

b/Ltt

P1 P2

P3

P1 P2

P3

Hình 4.10: Xếp hoạt tải trên Đ.A.H mặt cắt Mối nối

Nội lực tại mặt cắt Mối nối do hoạt tải (khơng hệ số)

Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế

b/Ltt

P1 P2

P3

P1 P2

P3

Hình 4.11: Xếp hoạt tải trên Đ.A.H mặt cắt L/2

Nội lực tại mặt cắt L/2 do hoạt tải (khơng hệ số)

II.3.2.2.6 Bảng tổng hợp nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:

Bảng nội lực do hoạt tải lên dầm chủ do hoạt tải (khơng hệ số)

Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế

+

P4 P5

P1 P2

P3

P4 P5

II.3.3 Tổ hợp nội lực trong dầm chính

Tổ hợp tải trọng tính toán được lấy như sau:

DC : Tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu

DW : Tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và phụ kiện

LL : Hoạt tải + tải trọng làn

II.3.3.1 Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 1 – (Mặt cắt dầm thép chưa liên hợp)

II.3.3.1.1 Trạng thái giới hạn cường độ 1

Bảng nội lực giai đoạn 1

DC 1 1.25 76,55 57,41 38,27 28,97 0,00

Tổng cộng(V u1 ) 240,39 180,29 120,19 90,99 0,00

II.3.3.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 2 - Mặt cắt dầm thép liên hợp

II.3.3.2.1 Trạng thái giới hạn cường độ 1 (TTGHCĐ1)

Là tổ hợp tải trọng cơ bản để tính với tải trọng khai thác khi trên cầu có xe và