đồ án thiết kế cầu thép N kết cấu nhịp đơn giản, dầm thép liên hợp BTCT, chiều dài 31m, bề rộng phần xe chạy 8m, bề rộng bộ hành 2x1m, tải trọng thiết kế HL93

Momen kháng uốn đối với thớ trên t/d dầm thép:Momen kháng uốn đối với thớ dưới t/d dầm thép: Momen tĩnh của tiết diện dầm thép đối với trục trunghoà: III.1.1.ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC GIAI ĐOẠN

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG

I.1.SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

Thiết kế một kết cấu nhịp giản đơn, dầm thép liên hợpbản BTCT với các số liệu đầu vào sau :

Chiều dài toàn dầm : 31m

Bề rộng phần xe chạy : 8 m

Bề rộng lề bộ hành : 2x1m

Tải trọng thiết kế : HL93

Thép bản mặt cầu, lề bộ hành :

Thép đai : CI có Fy=240MPa

Thép chịu lực, cấu tạo : CII có Fy=280MPa

Thép làm thanh lan can, cột lan can : M270 cấp 250 cócường độ chảy Fy=250MPa

Bê tông bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành : C30 có

Trọng lượng riêng của thép :

Trọng lượng riêng của bê tông có cốt thép :

I.3.THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU:

I.3.1.Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng L C :

Bề rộng toàn cầu: Btc=2x4000 + 2x1000 + 2x200 = 10400mm

Ta có:

Chọn khoảng cách giữa các dầm chính: S = 1.6÷2.5m

Vì n là số nguyên nên n = 5, 6

Chọn số dầm chính là 5, khoảng cách giữa các dầm là S

= 2100mm, chiều dài cánh hẫng LC = 1000mm

I.3.2.Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo các lớp mặt cầu :

Độ dốc ngang thiết kế : 1.5%

Tạo dốc bằng thay đổi chiều cao đá kê gối : Là dùng đákê gối có chiều cao tăng dần để tạo độ dốc ngang của mặtđường sau khi hoàn thiện Chiều cao tối thiểu của gối là100mm

Chiều cao gối thiết kế:

Gối 1 : 150mm

Gối 2 : 150+Sx1.5%=182mm

Gối 3 : 150+2xSx1.5%=213mm

Các gối còn lại : Đối xứng

I.3.3.Thiết kế thoát nước m ặt cầu :

Đường kính ống: D≥100mm Diện tích ống thoát nước được tínhtrên cơ sở 1m2 mặt cầu tương ứng với ít nhất 1.5cm2 ống thoátnước Khoảng cách ống tối đa 15m, chiều dài ống vượt qua đáydầm 100mm

Diện tích mặt cầu S=LxBtc=31x10.4=322.4m2 vậy cần bố trí ítnhất 483.6cm2 = 48360mm2 ống thoát nước

Số ống cần thiết :

Vậy ta chọn 8 ống, khoảng cách ống là 7m.

I.4.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM :

I.4.1.Chiều dài dầm tính toán :

Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là : a=0.3m.Chiều dài dầm tính toán : LTT = 31-2a = 31-2x0.3 = 30.4m

I.4.2.Chiều cao dầm :

Chiều cao dầm được chọn từ chiều cao tối thiểu trong quytrình và theo kinh nghiệm thiết kế :

Vậy chọn chiều cao dầm thép d=1000mm.

Chiều cao dầm liên hợp H= 1300mm

I.4.3.Kích th ướ c ti ế t di ệ n ngang :

Chiều cao phần vút :

Chiều rộng bản phủ : b’f=550 mm

Chiều dày bản phủ : t’f=21 mm

I.5.THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH: I.5.1.Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang:

Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, không bố trí sườn tăngcường dọc

Bố trí 2 sườn tăng cường đứng gối tại đầu mỗi dầm,khoảng cách 200mm.

Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách1400mm, riêng tại đoạn đầu dầm (từ đầu đến hệ khung ngangđầu tiên) thì khoảng cách sườn đầu tiên là 500 mm, cáckhoảng sau là 1000 mm

Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầmngang bằng thép cán chữ I, loại dầm cánh rộng W690x240 Tạicác sườn tăng cường đứng cách khoảng 2.8 m thì bố trí hệkhung ngang bằng thép L 100 x 100 x 10 (cho cả thanh xiên vàthanh ngang)

Bề dày của tất cả các sườn tăng cường là 14mm, kíchthước còn lại xem hình vẽ :

I.5.1.Neo chống cắt:

Thiết kế loại neo hình nấm với các số liệu sau :

I.5.2.Mối nối dầm chính:

Mối nối sử dụng bulong cường độ cao

Số lượng mối nối là 2, chia thành 3 đoạn có chiều dài lần

lượt 10.5 m-10 m-10.5 m

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT

Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép:

T1 100 x 1740 x 5

T2 140 x 740 x 5

T3 100 x 150 x 5

Thể tích các tấm thép là:

Thể tích tấm thép T1: VT1 = 100 x 1740 x 5 =870000 mm3Thể tích tấm thép T2: VT2 = 140 x 740 x 5 =518000 mm3

Thể tích tấm thép T3: VT3 = 100 x 150 x 5 = 75000 mm3

tayvin   4   Tổng trọng lượng lan can trên toàn cầu:

DC s (Vcot lancan Vlienket Vtayvin)

57.85 10 (14630000 216141.58 4712388.98)

II.2.LỀ BỘ HÀNH:

Lề bộ hành: (tính trên 1mm theo phương dọc cầu)

Vậy

Vị trí đặt DC3: xác định bằng cách cân bằng momen tại vịtrí đặt

Vậy DC3 cách mép trái 1 đoạn bằng: 432 mm

Chọn và bố trí cốt thép trong bản mặt cầu như hình sau:Thép dùng cho lề bộ hành là thép CII có Fy=280 MPa

Bê tông sử dụng có F’c=30 MPa

II.3.BẢN MẶT CẦU:

Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxonvà bản loại dầm Trong đó phần bản loại dầm đơn giản đượcxây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toán dầmđơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục củabản mặt cầu

Cốt thép dùng trong bản mặt cầu là thép CII có cườngđộ Fy=280 MPa, bê tông dùng cho bản mặt cầu là loại bêtông có cường độ chịu nén f’c=30 MPa

Do trong phạm vi hẹp của đồ án môn học nên ta bố trícốt thép trong bản mặt cầu theo yêu cầu cấu tạo như hìnhdưới

Ø12a200

Ø12a200

Ø12a200

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ DẦM CHÍNH

III.1.ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC :

III.1.1.GIAI ĐOẠN CHƯA LIÊN HỢP:

Diện tích mặt cắt ngang phần dầm thép:

Moment tĩnh của dầm thép đối với trục X-X:

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :

Momen kháng uốn đối với thớ trên t/d dầm thép:

Momen kháng uốn đối với thớ dưới t/d dầm thép:

Momen tĩnh của tiết diện dầm thép đối với trục trunghoà:

III.1.1.ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC GIAI ĐOẠN 2(GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP):

III.1.1.1.Bề rộng có hiệu dầm trong B i và dầm ngoài B e :

Dầm giữa:

Dầm biên:

III.1.1.2.Đặc trung hình học dầm trong:

III.1.1.2.1.Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (ST):

 Đối với dầm giữa:

Bố trí cốt thép trong bản mặt cầu là 12a200 và bêtông bản mặt cầu có cường độ f’c=30MPa

Diện tích cốt thép dọc bản:

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Bi

Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu vềthép, phụ thuộc vào cường độ của bê tông làm bản mặtcầu ( f’c = 30Mpa => n = 8 )

Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông (tính phần vút) đếnmép trên dầm thép:

Diện tích mặt cắt ngang dầm:

Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :

- Mép trên dầm thép :

- Mép dưới dầm thép :

- Mép dưới bản bê tông:

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : IST

Momen kháng uốn của tiết diện liên hợp : SST

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bảnbê tông :

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp ngắn hạn đối với trụctrung hoà:

 Đối với dầm biên:

Bố trí cốt thép trong bản mặt cầu là 12a200 và bêtông bản mặt cầu có cường độ f’c=30MPa

Diện tích cốt thép dọc bản:

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Be

Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu vềthép, phụ thuộc vào cường độ của bê tông làm bản mặtcầu ( f’c = 30Mpa => n = 8 )

Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông (tính phần vút) đếnmép trên dầm thép:

Diện tích mặt cắt ngang dầm:

Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

Khoảng cách từ trục TH1 đến trục TH2

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :

- Mép trên dầm thép :

- Mép dưới dầm thép :

- Mép dưới bản bê tông:

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : IST

Momen kháng uốn của tiết diện liên hợp : SST

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bảnbê tông :

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp ngắn hạn đối với trụctrung hoà:

III.1.1.2.2.Giai đoạn l iên hợp dài hạn (LT):

 Đối với dầm giữa:

Diện tích cốt thép dọc bản:

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn BiDiện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầuvề thép, phụ thuộc vào cường độ của bê tông làm bảnmặt cầu

Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp : Ad

Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :

- Mép trên dầm thép:

- Mép dưới dầm thép:

- Mép dưới bản bê tông:

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : ILT

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới t/ddầm thép:

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bảnbê tông :

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp dài hạn đối với trụctrung hoà:

 Đối với dầm biên:

Diện tích cốt thép dọc bản:

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn BeDiện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầuvề thép, phụ thuộc vào cường độ của bê tông làm bảnmặt cầu.

Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp : Ad

Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

Khoảng cách từ trục TH1 đến TH2:

Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm :

- Mép trên dầm thép:

- Mép dưới dầm thép:

- Mép dưới bản bê tông:

- Mép trên bản bê tông:

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : ILT

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới t/ddầm thép:

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bảnbê tông :

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp dài hạn đối với trụctrung hoà:

Bảng tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm trong vàdầm biên:

Dầm giữa

Đặc trưng TD dầm thépGiai đoạn Tiết diên dầm liên hợp

1(NC) Ngắn hạn(ST) -GĐ2 Dài hạn(LT) -GĐ2Diện tích tiết diện (mm) 39,832 100,445.14 61,695.14Momen kháng uốn thớ dưới dầm

thép (mm3) 18,773,341.89 27,572,768.65 25,504,475.12Momen kháng uốn thớ trên dầm

thép (mm3) 10,258,347.42 163,984,607 47,143,358.99Momen kháng uốn tại mép dưới

bản BT (mm3)   1,311,876,856 1,131,440,616Momen kháng uốn tại đỉnh bản BT

(mm3)   425,353,774.5 610,095,469Momen quán tính của tiết diện

(mm4) 6,633,560,356 23,603,944,333 16,550,619,042

Dầm biên

Đặc trưng TD dầm thépGiai đoạn Tiết diên dầm liên hợp

1(NC) Ngắn hạn(ST) -GĐ2 Dài hạn(LT) -GĐ2Diện tích tiết diện (mm) 39,832 99,195.14 61,278.47Momen kháng uốn thớ dưới dầm

thép (mm3) 18,773,341.89 27,532,257.37 25,452,717.75Momen kháng uốn thớ trên dầm

thép (mm3) 10,258,347.42 158,157,749.8 46,283,472.74Momen kháng uốn tại mép dưới

bản BT (mm3)   1,265,261,999 1,110,803,346Momen kháng uốn tại đỉnh bản BT

(mm3)   418,498,664.9 601,890,831.1Momen quán tính của tiết diện

(mm4) 6,633,560,356 23,450,049,565 16,421,838,964

TẢI TRỌNG – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:

III.1.2.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU:

Hình 3.3.STC tại liên kết ngang

Hình 3.4.STC tại dầm ngang

-Sườn tăng cường:

+Sườn tăng cường giữa: Hình 3.1

Một dầm có: 13 x 2 = 26 sườn tăng cường giữa

Khoảng cách các sườn: do = 2800 mm

Khối lượng một sườn tăng cường:

+ Sườn tăng cường gối:hình 3.2

Một dầm có: 4 x 2 = 8 sườn tăng cường gối

Khoảng cách các sườn: 200 mm

Khối lượng một sườn:

+ Sườn tăng cường tại liên kết ngang: hình 3.3

Một dầm có: 10 x 2 = 20 sườn tăng cường

Khoảng cách các sườn: do = 2800 mm

Khối lượng một sườn tăng cường:

-Liên kết khung ngang: có 20 liên kết khung ngang trênmỗi dầm

+ Khoảng cách giữa các liên kết ngang 2800 mm

+ Dùng thép L 100 x 100 x 10 (cho cả thanh xiên vàthanh ngang)

+ Trọng lượng mỗi mét dài:

+Thanh ngang dài: 2030 mm

+ Mỗi liên kết ngang có: 2 x 1 = 2 thanh liên kết ngang,

2 x 1 = 2 thanh liên kết xiên

-Liên kết ngang ở đầu dầm:

+Dầm ngang W690x240 dài 2085mm có khối lượng:

g=A.1985.γ=30600.2085.7,85.10-5=5008.38N +Sườn tăng cường tại giữa dầm ngang để đặt kích trongquá trình thay gối sau này:có 4 sườn tăng cườngg=4.130.89=523.59N

-Mỗi dầm có 20 liên kết khung ngang và 4 dầm ngang

-Sườn tăng cường:

=>DC1=P1+ P2 +P3 +P4 +P5

=3.13+0.5+0.5+0.710+0.263

=5.103 N/mm

-Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

+Diện tích bản mặt cầu: Abmc=Btc.ts=10400.200=2080000

mm2

2 v

vút).γ

-Trọng lượng lan can – lề bộ hành:đã tính ở trên

DC3 = 7.53 N/mm(tính cho toàn cầu)

-Tĩnh tải lớp phủ DW:

III.1.2.2.Hoạt Tải:

-Hoạt tải tác dụng lên dầm gồm có: HL93 + Tải trọngngười đi

-Tải trọng xe HL93 gồm có:

+ Tải trọng xe 3 trục và tải trọng làn

+ Tải trọng xe 2 trục và tải trọng làn

-Xe 3 trục:

+ Trục trước: P3 = 35000 N

+ Trục sau: P1 = P2 = 145000 N

-Xe 2 trục: P1 = P2 = 110000 N

-Tải trọng làn: Wlàn = 9.3 N/mm

-Tải trọng người đi: WPL = 3.10-3 xB bộ hành=3.10-3 x 1000 = 3N/mm

III.1.3.XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:

III.1.3.1.Phương pháp đòn bẫy:

III.1.3.1.1.Dầm Biên:

Hình 3.3.Đường ảnh hưởng dầm biên theo phương

pháp đòn bẫy

 Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :

 Hoạt tải làn:

 Hoạt tải người đi bộ:

 DW:

 DC3:

 DC2:

III.1.3.1.2.Dầm Giữa :

a.Xét cho dầm 3 :

Hình 3.4.Đường ảnh hưởng dầm 3 theo phương

pháp đòn bẫy

 Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :

b.Xét cho dầm 2:

Hình 3.5.Đường ảnh hưởng dầm 2 thep pp đòn

 Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :

III.1.3.2.Phương pháp dầm đơn: Chỉ tính cho HL93

b.Hệ số phân bố cho moment:

 Một làn chất tải:

0,1 0,4 0,3

g SI

+Dầm chủ làm bằng thép có EB200000 MPa

Vậy

Vậy:

 Hai hay nhiều làn chất tải:

c.Hệ số phân bố cho lực cắt:

 Một làn chất tải:

 Hai hay nhiều làn chất tải:

gMIluccat: Hệ số phân bố lực cắt cho dầm trong trường hợpxếp >1 làn xe trên cầu

III.1.3.2.2.Dầm Biên:

a.Một làn chất tải: (PP đòn bẩy)

 Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :

 Hoạt tải làn:

(Hệ số phân bố ngang cho Momen và lực cắt cùng giá trị)

b.Hai hay nhiều làn chất tải:

Vì de = - 200 thỏa điều kiện áp dụng PP dầm đơn, vậy

không cần thiết tính hệ số phân bố ngang cho tải trọng HL93với các phương pháp khác như nén lệch tâm, gối tựa đànhồi, nên ta có :

 Hệ số phân bố cho momen:



ME MI momen momen m.g e.m.g

Trong đó:

e: Hệ số điều chỉnh (e 1 )

Ta có e = 0.699 <1 Vậy chọn e = 1

Vậy:

 Tính hệ số phân bố cho lực cắt:

Hệ số điều chỉnh :Vậy:

III.1.3.3.Phương pháp nén lệch tâm:

III.1.3.3.1.Hệ Số mềm α :

3 '

S EI

I I L

Khoảng cách liên kết ngang là: Lb=2800mm

Tính In:

Mặt cắt bố trí thép hệ liên kết ngang

Hình 3.7 Mặt cắt thép liên kết ngang L100x100x10

Thép L100x100x10 có:F=1920mm2 ;I=1,770,000 mm4

Momen tĩnh đối với trục X-X:

Khoảng cách từ trục trung hòa (0-0) đến trục X-X:

Xác định moment quán tính:

=>Thoả.

Tỷ số

Từ hai điều kiện cho thấy, dùng phương pháp nén lệchtâm để tính hệ số phân bố ngang cho tải trọng sẽ cho kếtquả chính xác hơn phương pháp gối tựa đàn hồi

Như phân tích ở trên, phương pháp dầm đơn đã sử dụngđể tính hệ số phân bố ngang cho hoạt tải HL93 (gồm xe vàlàn), nên ở đây tính thêm cho tải trọng HL93 chỉ mang tínhtham khảo

n 2 a

a a

1 1 y

Trong đó: n – số dầm chủ

ai – khoảng cách giữa 2 dầm đối xứng

Tính cho hoạt tải:

 Khi xếp 1 làn xe trên cầu:

Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :

Tải trọng làn:

 Khi xếp 2 làn xe trên cầu:

Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :Tải trọng làn:

Hoạt tải người:

Hình 3.10.Đường ảnh hưởng dầm trong theo phương pháp

nén lệch tâm

Ta có hệ số phân bố ngang:

DC3:

DW:

DC2:

Tính cho hoạt tải:

 Khi xếp 1 làn xe trên cầu:

Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :

Tải trọng làn:

 Khi xếp 2 làn xe trên cầu:

Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :Tải trọng làn:

Hoạt tải người:

Bảng3.1.Tổng hợp hệ số phân bố ngang

DẦM

BIÊN

PP DẦMĐƠN

III.1.4.NỘI LỰC – TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC TTGH

III.1.4.1.KIỂM TRA DẦM CHỦ TẠI CÁC MẶT CẮT SAU:

Tại mặt cắt gối (I-I): cách gối một khoảng L = 0(Vu)

Tại mặt cắt mối nối (II-II): cách gối một khoảng L2 =

10200 mm(Ms,Vs)

Tại mặt cắt liên kết ngang gần mặt cắt giữa dầm (III-III):cách gối một khoảng

L3 = 13800 mm(Mu)

Tại mặt cắt giữa dầm (IV-IV): cách gối một khoảng L4 =

V2trục= P1.y1 + P2.y’1 = 110000 x 1 + 110000 x 0.961 = 215,710 N

Vlàn = Wlàn ΩV(+) = 9.3 x 15200 = 141,360 NVPL = WPL ΩV(+) = 3 x 15200 = 45,600 NVDC1=DC1 =5.103x(15200-0)= 77,566 NVDC2=DC2 =57.625x(15200-0)=875,900 NVDC3=DC3 =7.53x(15200-0)=114,456 NVDW=DW =13.8x(15200-0)=209,760 NMomen: M3trục=M2trục=Mlane=MPL=MDC1=MDC2=MDC3=MDW=0

Hình 3.14 Đ.a.h momen M

Diện tích đường ảnh hưởng moment:

M3trục = P1.y1 + P2.y2 + P3.y3

= 145000 x 6677.63+ 145000 x 5334.87 + 35000 x3892.11

Hình 3.15 Đ.a.h lực cắt V

Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt: ,

V3trục = P1.y1 + P2.y2 + P3.y3

= 145000 x 0.664 + 145000 x 0.523 + 35000 x 0.382

= 185,485 NV2trục = P1.y1 + P2.y’1

= 110000 x 0.664 + 110000 x 0.625

= 141,790 NVlàn = Wlàn ΩV(+) = 9.3 x 6706.4 =62,370 N

Hình 3.16 Đ.a.h momen M

Diện tích đường ảnh hưởng moment:

M3trục = P3.y1 + P2.y2 + P1.y3

= 145000 x 5583.55 + 145000 x 7535.53 + 35000 x5187.5