Thiết kế Cầu dầm giản đơn liên hợp thép BTCT

ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1.1. Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép - BTCT - Tần suất thiết kế: P = 1% - Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Chiều dài nhịp: L = 22 m - Số dầm chủ: n = 5 dầm - Điều kiện thông thuyền: Sông thông thuyền cấp V + Bề rộng thông thuyền: B tt = 25 m + Tĩnh không thông thuyền: H tt = 3,5 m - Khổ cầu: 8,0+2x1,0m: B = 10 m + Bề rộng phần xe chạy: B xe = 8 m + Lề người đi bộ: 2x1,50m: b le = 1,5 m + Chân lan can: 2x0,5m: b lc = 0,5 m + Bề rộng toàn cầu: B cau = 12 m - Hoạt tải thiết kế: HL 93 + 3.10 -3 MPa 1.2. Vật liệu chế tạo dầm - Thép chế tạo neo liên hợp: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: f y = 250 MPa - Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: f u = 400 MPa - Vật liệu bê tông chế tạo bản mặt cầu: + Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: ' c f = 26 MPa + Trọng lượng riêng của bêtông: c γ = 25 kN/m 3 + Môđun đàn hồi của bêtông: ' c 5,1 cc f.043,0E γ= E c = 27407MPa - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép các bon với các thông số: + Cấp thép: 270M + Giới hạn chảy của thép: f y = 250 MPa + Giới hạn kéo đứt của thép: f u = 400 MPa + Môđun đàn hồi của thép: E s = 200000 MPa - Liên kết dầm : + Liên kết dầm chủ bằng đường hàn. + Liên kết mối nối dầm bằng bu lông cường độ cao. 1 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 1.3. Các hệ số tính toán - Hệ số tải trọng: + Tĩnh tải giai đoạn I: 1 γ = 1,25 và 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II: 2 γ = 1,5 và 0,65 + Hoạt tải HL93 và đoàn người: h γ = 1,75 và 1,0 - Hệ số xung kích: 1+ IM = 1,25 - Hệ số làn (do thiết kế 2 làn): m = 1,0 2 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 2. CU TO KT CU NHP 2.1. Chiu di tớnh toỏn KCN - Kt cu nhp gin n cú chiu di nhp: L nh = 22 m - Khong cỏch t u dm n tim gi: a = 0,3 m - Chiu di tớnh toỏn nhp: L tt = L nh - 2.a L tt = 21.4 m 2.2. La chn s dm ch trờn mt ct ngang - S dm ch nhiu : n = 5 dm 2.3. Quy mụ mt ct ngang cu Vạch sơn 2% Vạch sơn 2% Lớp bê tông bảo vệ dày 4cm Lớp phòng n ớc dày 1cm Lớp mui luyện dày 2-13cm Lớp bê tông nhựa dày 5cm Bản mặt cầu dày 20cm HèNH 1: CU TO MT CT NGANG KT CU NHP - Cỏc kớch thc c bn ca mt ct ngang cu: + B rng phn xe chy: B xe = 800 cm + S ln xe thit k: n l = 2 ln + B rng l i b: b le = 2x150cm + B rng g chn bỏnh: b gc = 0 cm + Chiu cao g chn bỏnh: h gc = 0 cm + B rng chõn lan can: b clc = 2x50cm + Chiu cao chõn lan can: h clc = 50 cm + B rng ton cu: B cau = 120 cm + S dm ch thit k: n = 5 dm + Khong cỏch gia cỏc dm ch: S = 240 cm + Chiu di phn cỏnh hng: d e = 120 cm 2.4. Chiu cao dm ch - Chiu cao dm ch c la chn ph thuc vo: + Chiu di nhp tớnh toỏn. + S lng dm ch trờn mt ct ngang. + Quy mụ ti trng khai thỏc. 3 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm - Xác định theo điều kiện cường độ. - Xác định theo kinh nghiệm. - Ngoài ra việc lựa chọn dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng của các bản thép hiện có trên thị trường để tránh việc phải cắt bản thép một cách hợp lý. - Trong bước tính toán sơ bộ ta chọn chiều cao dầm thép theo công thức: .m88.04,26. 30 1 H 30 1 L H sb sb =≥⇒≥ => Chọn chiều cao dầm thép: + Chiều cao bản bụng: D w = 150 cm + Chiều dày bản cánh trên: t t = 3 cm + Chiều dảy bản cánh dưới: t b = 4 cm + Chiều cao toàn bộ dầm thép: H sb = 150 + 3 + 4 = 157 cm 2.5. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu - Kích thước của bản bêtông mặt cầu được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ. - Chiều dày bản thường chọn t s = (16 ÷ 25) cm - Theo quy định của 22 TCN 272 - 05 thì chiều dày bản bêtông mặt cầu phải lớn hơn 175 mm , Đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực. => Ở đây ta chọn t s = 20 cm. - Bản bêtông cấu tạo vút dạng đường vát chéo để tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí neo liên kết. - Kích thước cấu tạo bản bêtông mặt cầu: + Chiều dày bản bê tông: t s = 18 cm + Chiều cao vút bản: t h = 10 cm + Bề rộng vút bản: b h = 10 cm + Chiều dài phần cánh hẫng: d e = 120 cm + Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 120 cm HÌNH 2: CẤU TẠO BẢN BÊ TÔNG MẶT CẦU 4 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 2.6. Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ HÌNH 3: CẤU TẠO MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ - Cấu tạo bản bụng: + Chiều cao bản bụng: D w = 150 cm + Chiều dày bản bụng: t w = 2 cm - Cấu tạo bản cánh trên hay bản cánh chịu nén: + Bề rộng bản cánh chịu nén: b c = 40 cm + Số tập bản: n = 1 tập + Chiều dày 1 bản: t = 3 cm + Tổng chiều dày bản cánh chịu nén: t c = 1.3 = 3 cm - Cấu tạo bản cánh dưới hay bản cánh chịu kéo: + Bề rộng bản cánh chịu kéo: b c = 70 cm + Số tập bản: n = 1 tập + Chiều dày 1 bản: t = 4 cm + Tổng chiều dày bản cánh chịu kéo: t c = 1.4 = 4 cm - Tổng chiều cao dầm thép: H sb = 157 cm - Cấu tạo bản bêtông: + Chiều dày bản bêtông: t s = 20 cm + Chiều cao vút bản: t h = 10 cm - Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp: H cb = 157+18+10 = 185 cm 5 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 3. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 3.1. Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp 3.1.1. Trường hợp 1: Cầu dầm liên hợp thi công theo phương pháp lắp ghép hay lao kéo dọc không có đà giáo hay trụ đỡ ở dưới. Trong trường hợp này dầm làm việc theo 2 giai đoạn: HÌNH 4: THI CÔNG KCN THEO PHƯƠNG PHÁP LAO KÉO DỌC - Mặt cắt làm việc: HÌNH 5A: MẶT CẮT TÍNH TOÁN GIAI ĐOẠN I - Giai đoạn I: Sau khi thi công xong dầm thép. + Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt dầm thép. + Tải trọng tính toán: 1. Trọng lượng bản thân dầm. 6 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 2. Trọng lượng hệ liên kết dọc và hệ lien kết ngang. 3. Trọng lượng bản bêtông và những phần bêtông được đổ cùng với bản - Giai đoạn II: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo hiệu ứng liên hợp giữa thép và bản BTCT. + Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt liên hợp thép – BTCT. + Tải trọng tính toán: 1. Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắn bánh. 2. Hoạt tải. HÌNH 5B: MẶT CẮT TÍNH TOÁN GIAI ĐOẠN II 3.1.2. Trường hợp 2 - Cầu dầm liên hợp thi công bằng phương pháp lắp ghép trên đà giáo cố định hoặc có trụ tạm đỡ dưới. HÌNH 6: THI CÔNG KCN TRÊN ĐÀ GIÁO CỐ ĐỊNH 7 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm - Giai đoạn 1: Trong quá trình thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp và tải trọng thi công sẽ do đà giáo chịu, như vậy giai đoạn này mặt cắt chưa làm việc. - Giai đoạn 2: Sau khi dỡ đà giáo thì trọng lượng của kết cấu nhịp mới truyền lên các dầm chủ, mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp. Như vậy tải trọng tác dụng lên dầm gồm: + Tĩnh tải giai đoạn I. + Tĩnh tải giai đoạn II + Hoạt tải. Kết luận: Giả thiết cầu được thi công bằng phương pháp lắp ghép bằng cần cẩu nên dầm làm việc theo hai giai đoạn ở trong trường hợp 1. 3.2. Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn I - Giai đoạn I: Khi thi công xong dầm thép đã đổ bản bêtông mặt cầu, tuy nhiên giữa dầm thép và bản bêtông chưa tạo ra hiệu ứng liên hợp. HÌNH 7: MẶT CẮT DẦM GIAI ĐOẠN I - Mặt cắt tính toán là mặt cắt dầm thép: - Diện tích mặt cắt dầm thép (diện tích mặt cắt nguyên): A NC = b c .t c + D w .t w + b t .t t = 40.3 + 150.2 + 70.4 = 700cm 2 - Xác định mômen tĩnh của mặt cắt đối với trục 0-0 đi qua đáy dầm thép: 2 t .t.bt 2 D .t.D 2 t H.t.bS t ttt w ww c sbcco +       ++       −= 8 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 3 3 150 4 40.3. 157 150.2. 4 70.4. 42920 2 2 2     = − + + + =  ÷  ÷     cm - Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai đoạn I: o 1 NC S 42920 Y 61.31cm A 700 = = = - Chiều cao phần sườn dầm chịu nén: D c1 = H sb – t c – Y 1 = 157 – 3 – 61.31 = 92.69cm - Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I : 1 t sb 1 Y H Y 157 61.31 95,69cm= − = − = - Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I: 1 b 1 Y Y 61.31cm= = - Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I: + Mômen quán tính bản bụng: 2 2 3 3 w w w w w w t 1 t .D D 2.150 150 I t .D t Y 2.150 4 61.31 12 2 12 2     = + + − = + + −  ÷  ÷     = 656335.3cm 4 + Mômen quán tính bản cánh chịu nén: 2 2 3 3 c c c cf c c sb 1 b .t t 40.3 3 I b .t H Y 40.3 157 61.31 12 2 12 2     = + − − = + − −  ÷  ÷     = 1064603.9cm 4 + Mômen quán tính bản cánh chịu kéo: 2 2 3 3 t t t tf t t 1 b .t t 70.4 4 I b .t Y 70.4 61.31 12 2 12 2     = + − = + −  ÷  ÷     = 985465cm 4 + Mômen quán tính của tiết diện dầm thép: I NC = I w + I cf + I tf = 656335.3+ 1064603.9+ 985465= 2706404.2 cm 4 - Xác định mômen tĩnh của phần trên mặt cắt dầm thép đối với trục I-I: ( ) 2 tYH .t 2 t YHt.bS 2 c1sb w c 1sbccNC −− +       −−= ( ) 2 157 61.31 3 3 40.3 157 61.31 2. 19892.93 2 2 − −   = − − + =  ÷   cm 3 - Mômen quán tính của mặt cắt dầm thép đối với trục Oy: 3 3 3 3 3 3 4 c c w w t t y t .b D .t t .b 3.40 150.2 4.70 I 130433.33cm 12 12 12 12 12 12 = + + = + + = 9 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm - Bảng tổng hợp kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm thép giai đoạn I: Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Diện tích mặt cắt dầm thép A NC 700 cm 2 Mômen tĩnh mặt cắt đối với đáy dầm S o 42920 cm 3 Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I Y 1 61.31 cm KC từ mép trên dầm thép đến TTH I-I 1 t Y 95.69 cm KC từ mép dưới dầm thép đến TTH I-I 1 b Y 61.31 cm Mômen quán tính phần bản bụng I w 656335.35 cm 4 Mômen quán tính phần cánh trên I cf 1064603.85 cm 4 Mômen quán tính phần cánh dưới I tf 985464.99 cm 4 Mômen quán tính của dầm thép I Nc 2706404 cm 4 Mômen tĩnh mặt cắt đối với TTH I-I S Nc 19892.93 cm 3 MMQT của mặt cắt dầm đối với trục O y I y 130433.33 cm 4 3.3. Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II 3.3.1 Mặt cắt tính toán - Giai đoạn II: Khi bản mặt cầu đã đạt được 80% cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT. - Mặt cắt tính toán là: Mặt cắt liên hợp. Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II là ĐTHH của tiết diện liên hợp. Hsb Hcb I I IIII Y1 Z1 Dc1 tt Yr tt ts bs bt Dw tw bc 10 [...]... 2.0,36 qs = s = = 0,57(kN / m) do 1,25 30 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 4.1.4 H liờn kt dc cu - V trớ ca h liờn kt dc cu: + i vi kt cu nhp cu dm thộp ta cu to hai h liờn kt dc trờn v dc di nm trờn mt phng song song vi bn cỏnh trờn v cỏnh di dm thộp + i vi kt cu liờn hp thộp BTCT thỡ bn bờtụng mt cu úng vai trũ nh h liờn kt dc trờn do ú trong cu Thộp BTCT ta ch cn cu to h liờn kt dc di - Cu... 4 c S + = 120cm 2 => Vy: b2 = 118cm Do ú: - B rng tớnh toỏn ca bn bờtụng dm biờn: bs = b1+b2 = 118+118 = 236cm - B rng tớnh toỏn ca bn bờtụng dm trong: bs = 2.b2 = 2.118 = 236cm 11 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm Vi: + Ltt: Chiu di nhp tớnh toỏn + ts: Chiu dy bn bờtụng mt cu + bs: B rng tớnh toỏn ca bn bờtụng + S: Khong cỏch gia cỏc dm ch + bc: B rng bn cỏnh chu nộn ca dm thộp + tw: Chiu... phn bờtụng bn mt cu c tớnh i sang thộp bng cỏch chia THH ca phn bờtụng cho h s n (khi khụng xột t bin) hoc n(khi xột n t bin) 3.3.4 Xỏc nh THH mt ct dm biờn 3.3.4.1 Mt ct tớnh toỏn 12 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm HèNH 10: MT CT DM BIấN 3.3.4.2 THH ca ct thộp trong bn bờtụng - Ct thộp trong bn bờtụng mt cu c b trớ thnh hai li l li ct thộp phớa trờn v li ct thộp phớa di ca bn n gin ch tớnh... thộp phớa di n mộp di bn bờtụng: a rb = 5cm - Tng din tớch ct thộp trong bn bờtụng: Ar = Art + Arb = 2.11.31 = 22.62 cm2 - Khong cỏch t trng tõm ct thộp bn n mộp trờn ca bn bờtụng: 13 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm A rt (t s + t h a rt ) + A rb (a rb + t h ) 11.31.(18 + 10 5) + 11.31.(5 + 10) = Ar 22.62 = 19cm Trong ú: + ts: Chiu dy bn bờtụng + th: chiu dy bn vỳt dm Yr = 3.2.4.3 THH ca... 2 2 1 2 2 .10.10.157 61.31 + 10 ữ + 22.62.(157 61.31 + 20) = 69805.9cm3 } 2 3 - Khong cỏch t trng tõm tit din dm thộp n trng tõm tit din liờn hp (khong cỏch t I-I n II-II): 14 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm S1 69805.9 Z1 = x = = 53.04cm AST 1316.12 - Chiu cao phn sn dm chu nộn n hi: Dc2 = Hsb tc Y1 Z1 = 157 3 61.31 53.04 = 39.65cm - Khong cỏch t mộp trờn dm thộp n trc II-II:... quỏn tớnh ca mt ct liờn hp ngn hn: I ST = I II + I s + I h + I r NC = 4675614,7 + 2032291,7+ 144392,9 + 85960,8= 6938260,1cm4 - Mụmen tớnh ca bn bờtụng vi TTH II-II ca tit din liờn hp: 15 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 1 t t Ss = {bs t s H sb Y1 Z1 + t h + s ữ+ b c t h H sb Y1 Z1 + h ữ+ n 2 2 1 2 2 .t h b h H sb Z1 Y1 + t h ữ + A r (H sb Y1 Z1 + Yr ) } 2 3 1 18 10 Ss... bn i vi TTH I-I ca tit din thộp: 1 t t S1 = ' {bs t s H sb Y1 + t h + s ữ+ bc t h H sb Y1 + h ữ+ x n 2 2 1 2 2 .t h b h H sb Y1 + t h ữ + A r (H sb Y1 + Yr ) } 2 3 16 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm S1 = x 1 18 10 {18.236.157 61,31 + 10 + ữ+ 40.10.157 61,31 + ữ+ 24 2 2 1 2 2 .10.10.157 61,31 + 10 ữ + 22.62.(157 61,31 + 18) = 24998,07cm3 } 2 3 - Khong cỏch t trng... 40.103 18 40.103 = { + 40.10.157 61,31 27,16 + 10 + ữ + 2 24 12 2 36 2 1 2 2 .10.10.157 61,31 27,16 + 10 ữ } = 113825,2cm 4 2 3 + Mụmen quỏn tớnh ca phn ct thộp trong bn: 17 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm ' I'r = A r ( H sb Y1 Z1 + Yr ) = 22.62.(157 61,31 27,16 + 18) 2 2 = 173288,6cm4 + Mụmen quỏn tớnh ca mt ct liờn hp ngn hn: ' I LT = I II ' + I s + I 'h + I 'r NC = 3222711,1... 2032292 Is ' 144393 I h ' 85961 I r 6938260 ILT n v cm cm cm cm2 2 500 cm 2 4748 cm 22.62 cm2 920.45 cm2 24998.1 cm3 27.16 cm 4 3222711 cm 136078 cm4 0 4 113825 cm 4 173289 cm 487060 cm4 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 5 MM tnh ca bn vi trc II-II Ss 37127.4 S ' s 4 19010.9 cm 3.3.5 Xỏc nh THH ca mt ct dm trong - Mt ct tớnh toỏn : HèNH 12: MT CT DM TRONG - Theo nh cu to thỡ dm biờn v dm trong... 19 MC di hn Kớ Giỏ hiu tr b1 118 b2 118 bs 236 ' A so 4248 ' 500 A h ' 4748 A s 22.62 Ar 1316.12 ALT 1 69805.9 S x n v cm cm cm cm2 2 500 cm 2 4748 cm 22.62 cm2 920.45 cm2 24998.1 cm3 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm ' MMQT ca dm thộp vi trc II-II Z1 I II NC 53.04 Z 1 II ' 4675615 I NC 27.16 cm 4 3222711 cm MMQT ca bn vi trc II-II Is ' MMQT phn vỳt bn vi trc II-II Ih 2032292 I s ' 144393 I . ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1.1. Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép - BTCT - Tần suất thiết kế: P = 1% - Quy