Cầu dầm giản đơn liên hợp thép BTCT
Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 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 = 28 m - 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: 7.0+2x1.5+2x0.5m: + Bề rộng phần xe chạy: B xe = 7m + Lề người đi bộ: 2x1.5m: b le = 1.5 m + Chân lan can: 2x0,5m: b lc = 0.5 m + Bề rộng toàn cầu: B cau = 7+2x1.5+2x0.5 B cau = 11 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 = 420 MPa - Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: f y = 420 MPa - Vật liệu bê tông chế tạo bản mặt cầu: + Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: ' c f = 28 MPa + Trọng lượng riêng của bêtông: c γ = 24 kN/m 3 + Môđun đàn hồi của bêtông: ' c 5,1 cc f.043,0E γ= E c = 26752.5MPa - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép các bon + Giới hạn chảy của thép: f y = 345 MPa + Giới hạn kéo đứt của thép: f u = 450 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 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 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 Thit k mụn hc Cu Thộp B mụn cu Hm 2. CU TO KT CU NHP 2.1. Chiu di tớnh toỏn KCN - Kt cu nhp gin n cú chiu di nhp: L nh = 28 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 = 27.4 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 1 2 M? T C? T NGANG T? I G? I 1 2 M? T C? T NGANG T? I GI? A NH?P 2.0% 2.0% Bản mặt cầu dày 20cm Lớp phòng n ớc dày 1 cm Lớp bê tông nhựa dày 5cm Lớp bê tông bảo vệ dày 3cm vạch sơn vạch sơn 500 1500 3500 3500 1500 500 11000 Hỡnh 1. Cu to kt cu nhp - Cỏc kớch thc c bn ca mt ct ngang cu: + B rng phn xe chy: B xe = 700 cm + S ln xe thit k: n l = 2 ln + B rng l i b: b le = 2x150 cm + 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 = 2x50 cm + Chiu cao chõn lan can: h clc = 50 cm + B rng ton cu: B cau = 1100cm + S dm ch thit k: n = 5 dm + Khong cỏch gia cỏc dm ch: S = 220 cm + Chiu di phn cỏnh hng: o e d = 110 cm 2.4. Chiu cao dm ch 3 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm - Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào: + Chiều dài nhịp tính toán. + Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang. + Quy mô tải trọng khai thác. - 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 = 120 cm + Chiều dày bản cánh trên: t t = 3cm + Chiều dảy bản cánh dưới: t b = 3cm + Chiều cao toàn bộ dầm thép: H sb = 120 + 3 + 3 = 126 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 = (17.5 ÷ 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 = 20 cm + Chiều cao vút bản: t h = 5 cm + Bề rộng vút bản: b h = 5 cm + Chiều dài phần cánh hẫng: o e d = 110 cm + Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 110 cm 11000 4 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm Hình 2. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu 2.6. Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ 400 1200 800 400 3030 1260 800 1200 1260 50 50 200 2200 Hình 3. Cấu tạo mặt cắt ngang dầm chủ - Cấu tạo bản bụng: + Chiều cao bản bụng: D w = 120 cm + Chiều dày bản bụng: t w = 3cm - 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 = 3 cm - Cấu tạo bản cánh dưới hay bản cánh chịu kéo: + Bề rộng bản cánh chịu kéo: b t = 80 cm + Số tập bản: n = 1 tập + Chiều dày 1 bản: t = 3 cm + Tổng chiều dày bản cánh chịu kéo: t t = 3 cm - Tổng chiều cao dầm thép: H sb = 126 cm - Cấu tạo bản bêtông: + Chiều dày bản bêtông: t s = 20 cm + Chiều cao vút bản: t h = 5cm - Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp: H cb = 126+20+5 = 151 cm 5 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 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 kết cấu nhịp theo phương pháp lao kéo dọc - Mặt cắt làm việc: Hình 5a. Mặt cắt dầm 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 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 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 dầm 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 kết cấu nhịp trên đà giáo cố định 7 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm - 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 + 120.2 + 80.3 = 600cm 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 + ++ −= 3 3 120 3 40.3. 126 120.2. 3 80.3. 30420cm 2 2 2 = − + + + = ÷ ÷ - Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai đoạn I: 8 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm o 1 NC S 30420 Y 50.7cm A 600 = = = - Chiều cao phần sườn dầm chịu nén: D c1 = H sb – t c – Y 1 = 126 – 3 – 50.7 = 72.3cm - Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I : 1 t sb 1 Y H Y 126 50.7 75.3cm= − = − = - Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I: 1 b 1 Y Y 50.7cm= = - 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 2.120 120 I t .D t Y 2.120 3 50.7 12 2 12 2 = + + − = + + − ÷ ÷ = 324309.6cm 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 40.3 126 50,7 12 2 12 2 = + − − = + − − ÷ ÷ = 653662,8 cm 4 + Mômen quán tính bản cánh chịu kéo: 2 2 3 3 t t t tf t t 1 b .t t 80.3 3 I b .t Y 80.3 50,7 12 2 12 2 = + − = + − ÷ ÷ = 581133,6cm 4 + Mômen quán tính của tiết diện dầm thép: I NC = I w + I cf + I tf = 324309,6+653662,8+581133,6 = 1559106 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 3 126 50,7 3 3 40.3 126 50,7 2. 14083,29cm 2 2 − − = − − + = ÷ - 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 3.40 140.2 3.80 I 144080cm 12 12 12 12 12 12 = + + = + + = 9 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 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 cm 2 Mômen tĩnh mặt cắt đối với đáy dầm S o 30420 cm 3 Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I Y 1 50.7 cm KC từ mép trên dầm thép đến TTH I-I 1 t Y 75.3 cm KC từ mép dưới dầm thép đến TTH I-I 1 b Y 50.7 cm Mômen quán tính phần bản bụng I w 324309.6 cm 4 Mômen quán tính phần cánh trên I cf 653662.8 cm 4 Mômen quán tính phần cánh dưới I tf 581133.6 cm 4 Mômen quán tính của dầm thép I Nc 1559106.6 cm 4 Mômen tĩnh mặt cắt đối với TTH I-I S Nc 14083.29 cm 3 MMQT của mặt cắt dầm đối với trục O y I y 144080 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. Hình 8. Mặt cắt dầm giai đoạn II 3.3.2. Xác định bề rộng tính toán của bản bêtông 10 [...]... 10 Mặt cắt dầm biên 3.3.4.2 ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông - Cốt thép trong bản bêtông mặt cầu được bố trí thành hai lưới là lưới cốt thép phía trên và lưới cốt thép phía dưới của bản Để đơn giản chỉ tính cốt thép theo phương dọc cầu 12 Bộ môn cầu Hầm 11Ø12@200 L=27900 140Ø16@200 L=10900 100 50 200 50 Thiết kế môn học Cầu Thép 68 Ø10@400 Ø8@400 Hình 11 Bố trí cốt thép trong bản bêtông dầm biên -... Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm - Trọng lượng của dầm ngang trên một dầm chủ được tính bằng cách tính tổng trọng lượng của tất cả các thanh của dầm ngang và chia đều cho mỗi dầm chủ nhân với chiều dài dầm chủ: + Số mặt cắt có bố trí dầm ngang: n = 2 mặt cắt + Số dầm ngang trên mỗi mặt cắt: ndn = 4 dầm + Tổng số dầm ngang trên toàn cầu: ∑ n dn = 2.4 = 8 dầm + Chiều dài mỗi dầm ngang: Ldn =... bản bêtông mặt cầu được bố trí thành hai lưới là lưới cốt thép phía trên và lưới cốt thép phía dưới của bản Để đơn giản chỉ tính cốt thép theo phương dọc dầm 135 16@200 L = 27020 10 12@200 L = 11900 65 10@400 65 10@400 Hình 13: Bố trí cốt thép trong bản bêtông dầm trong - Lưới cốt thép phía trên: + Đường kính cốt thép: φ = 12 mm 3.1416.1.2 2 = 1,131cm2 4 + Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: nrt = 12 thanh... mép dưới của dầm thép: y1 = 50,7cm t + Khoảng cách từ TTH I-I đến mép trên của dầm thép: y1 = 75,3cm + Ứng suất mép trên dầm thép: M 2039,48.100 f1t = − D1 y It = − 75,3 = −9,85kN / cm 2 = −98,5MPa I NC 1559106 + Ứng suất tại mép dưới dầm thép: 28 Thiết kế môn học Cầu Thép f1b = Bộ môn cầu Hầm M D1 b 2309,48.100 y I = 50,7 = 6,632KN / cm 2 = 66,32MPa I NC 1559106 - Ứng suất trong dầm thép do MD2: + Mô... dưới của dầm thép: 74,77 t + Khoảng cách từ TTH II’-II’ đến mép trên của dầm thép: y II' = 51,227cm + Ứng suất mép trên dầm thép: f 2t = − M D2 t 655,98.100 y II' = − 51,27 = −1,174kN / cm 2 = −11,74MPa I LT 2863251 + Ứng suất tại mép dưới dầm thép: f 2b = M D2 b 655,98.100 y II' = 74,77 = 1,713KN / cm 2 = 17,13MPa I LT 2863251 - Ứng suất trong dầm thép do MAD: b + Ứng suất tại mép dưới dầm thép: f... diện dầm thép đến trọng tâm tiết diện liên hợp (khoảng cách từ I-I đến II-II): S1 54306,77 Z1 = x = = 45,06cm AST 1205,27 - Chiều cao phần sườn dầm chịu nén đàn hồi: Dc2 = Hsb – tc – Y1 – Z1 = 126 – 3– 50,7– 45,06 = 27,24cm - Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục II-II: YtII = Hsb − Y 1 − Z1 = 126 − 50,7 − 45,06 = 30,24cm 14 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm - Khoảng cách từ mép dưới dầm thép. .. 4858,49 cm2 + Diện tích của mặt cắt liên hợp dài hạn: A 4858,49 A LT = A NC + 's + A r = 600 + + 27,14 = 829,58cm 2 n 24 22 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm Trong đó: + n ' : Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép và bêtông + Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông + ANC : Diện tích dầm thép - Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiết diện thép: 1 t t S1 ' = ' {bs... 2 = 17207.7kN.m Vậy mômen dẻo của mặt cắt dầm biên là: Mp = 17207, 7kNm 31 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 4 XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 4.1 Cấu tạo các hệ liên kết trong KCN 4.1.1 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối - Dầm ngang tại mặt cắt gối là chỗ đặt kích nâng hạ các cụm dầm trong quá trình thi công và sửa chữa cầu khi cần thiết Do đó liên kết ngang ở gối phải cấu tạo chắc chắn... 4858,59 cm2 + Diện tích của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: A 4858,59 AST = A NC + s + A r = 600 + + 27,14 = 1234,45cm 2 n 8 Trong đó: + n: Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép và bêtông + Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông + ANC : Diện tích dầm thép - Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiết diện thép: 20 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm t t 1 {b s t s ... Tại mỗi hệ liên kết ngang được cấu tạo có chiều cao H = 90cm, gồm 6 thanh thép góc L = 100x100x10 , 2 thanh ở phía trên quay lưng vào nhau, 2 thanh ở phía dưới quay lưng vào nhau và 2 thanh thép xiên liên kết trực tiếp với sườn tăng cường bản bụng - Cấu tạo các thép góc làm thanh ngang: 33 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + Số hiệu thép góc: + Bề rộng cánh thép góc: + Chiều dày cánh thép góc: . học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 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 27 2-0 5 -. 5 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 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. 26752.5MPa - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép các bon + Giới hạn chảy của thép: f y = 345 MPa + Giới hạn kéo đứt của thép: f u = 450 MPa + Môđun đàn hồi của thép: E s = 200000 MPa - Liên kết dầm : + Liên