THIẾT kế môn học cầu THÉP f1 THIẾT kế kết cấu NHỊP cầu dầm GIẢN đơn LIÊN hợp THÉP với bản BTCT, HL93+300daNm2, l=22m

Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép Bộ môn Cu Hm Thiết kế môn học cầu thép F1 I.Ni dung thit k Thit k kt cu nhp cu dm gin n liờn hp thộp vi bn BTCT II.S liu thit k 1.Hot ti tiờu chun :HL93+Ti trng ngi i b 3.10 3 Mpa=300daN/m 2 . 2.Chiu di nhp :L=22m. 3.Chiu di nhp tớnh toỏn:L tt =22-2*0.3=21.4m. 4.Kh cu :7+2*1.5m. 5.Số dầm chủ: 5 6.Công nghệ chế tạo: Tổ hợp hàn 5.Loi liờn kt s dng :Bu lụng cng cao. 6.Dm ch:Mt ct ghộp t hp hn. 7.Loi thộp: Thép Các bon. 8.Bờ tụng bn mt cu : M400,f c =28Mpa. I. Tiêu chuẩn thiết kế Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 05. Phần thuyết minh 1.S LIU TNH TON THIT K 1.1.S LIU CHUNG Hong Vn Nguyờn Cu ng B B K46 1 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm -Quy mô thiết kế : Cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng dầm thép liên hợp BTCT. -Tần suất thiết kế : P=1%. -Quy trình thiết kế :22TCN 272-05. -Chiều dài nhịp: L=22m. -Điều kiên thông thuyền :Sông thông thuyền cấp V ,tra bảng cấp thông thuyền của song ta có: +Bề rộng thông thuyền B tt =25m +Tĩnh không thông thuyền H tt =3.5m. -Khổ cầu 7+2x1.5. +Bề rộng phần xe chạy: B xe =7m +Lề người đi bộ: 2x1.5 m : b le =1.5m +chân lan can: 2x 0.5 m : b clc =0.5m +Bề rộng toàn cầu: B cau =7+2x1.5+2x0.5=11m. -Hoạt tải thiết kế: +Tải trọng HL93: +Người đi bộ: 3x10 -3 Mpa=3 kN/m 2- 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:Bê tông cấp A +Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày:f’ c =28 Mpa. +Trọng lương riêng của bê tông : γ c =2.5T/m 3 =25kN/m 3 . +Môđun đàn hồi của bê tông xác định theo công thức: E c =0.043 γ c 1 5 cf ' =0.043x2500 1 5 . 28 =28441,827 Mpa. -Vật liệu thép chế tạo dầm:Thép hợp kim thấp cấp 345 có các thông số kỹ thuật như sau: +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 =2.10 5 Mpa -Liên kết dầm: +Liên kết dầm chủ bằng đường hàn Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 2 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm +Liên kết mối nối dầm bằng bu lông cường độ cao. 1.3.CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN -Hệ số tải trọng: +Tĩnh tải giai đoạn I: γ 1 =1.25 và 0.9 +Tĩnh tải giai đoạn II: γ 2 =1.5 và 0.65 +Hoạt tải HL93 và đoàn người: γ 3 =1.75 và 1.0. -Hệ số xung kích :1+IM=1.25(chỉ tính đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế) -Hệ số làn: Trong mỗi trường hợp tải trọng nếu chiều dài nhịp L tt >=25m thì phải xét them hệ số làn xem(giá trị này mặc định là 1) +theo 22TCN 272-05 thì hệ số làn m được lấy như sau: BẢNG HỆ SỐ LÀN XE m SỐ LÀN 1 2 3 >3 m 1.2 1.0 0.85 0.65 +Ở đây do cầu được thiêt kế 2 làn nên m=1.0. 2.CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP. 2.1.CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP. -KCN giản đơn có chiều dài nhịp là L nh =22m. -Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối (tuỳ thuộc vào loại gối) ở đây lấy a=0.3m. chiều dài nhịp tính toán: L tt =L nh -2x0.3=2.4m. Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 3 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm 2.2.LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG. Lựa chọn theo trường hợp số dầm nhiều :n dc >4 Khi lựa chọn số dầm nên đảm bảo khoảng cách giữa các dầm S=1.2 ÷ 2.4 m là hợp lý ,không nên thiết kế khoảng cách giữa các dầm chủ >3m,vì khi đó bản mặt cầu làm việc sẽ rất bất lợi. Đồng thời liên kết ngang giữa các dầm kém nên không đảm bảo độ cứng cho KCN,khi đó cầu sẽ bị dao động lớn. Trong bài toán thiết kế này căn cứ vào bề rộng thiết kế của cầu bằng 12.4m nên ta chọn số dầm chủ n=6 dầm chủ. 2.3.QUY MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU. -Mặt cắt ngang cầu -Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu: +Bề rộng phần xe chạy: B xe =7m +Số làn xe thiết kế : n l =2 làn +Lề người đi bộ: 2x1.5 m : b le =1.5m +chân lan can: 2x 0.5 m : b clc =0.5m +Bề rộng toàn cầu: B cau = 7+2x1.5+2x0.5=11m. +Số dầm chủ thiết kế n=5 dầm. +Khoảng cách giữa các dầm S=2.2 m. +Chiều dài phần cánh hẫng: d e =1.1m. 2.4.chiÒu cao dÇm chñ. -Chiều cao dầm chủ được chọn phụ thuộc vào: +Chiều dài nhịp tính toán Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 4 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm +Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang. +Quy mô của tải trọng khai thác. -Xác định chiều cao của dầm chủ theo điều kiện cường độ : M u ≤ M r Trong đó: +M u :mô men tính toán lớn nhất do tải trọng gây ra +M r : Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt dầm chủ -Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện về độ cứng (độ võng) ∆ LL ≤ [∆] Trong đó: ∆ LL :Là độ võng của kết cấu nhịp do hoạt tải. [ ∆] : Độ võng cho phép: 1.tải trọng xe nói chung : [∆]=L/800 2.tải trọng xe, tải trọng người đi bộ hoặc kết hợp cả hai tải trọng này: [∆]=L/1000 -Xác định chiều cao dầm thép theo kinh nghiệm: +chiều cao dầm thép: H sb /L ≥ 1/30 +chiều cao toàn bộ dầm liên hợp : H cb /L ≥ 1/25 với H sb : là chiều cao dầm thép H cb : là chiều cao dầm liên hợp -Ngoài ra việc lựa chọn chiều cao dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng của các bản thép hiện có trên thị trường để tránh việc phải cắt các bản thép một cách bất hợp lý. -Trong bước tính toán sơ bộ chọn chiều cao dầm thép theo công thức: H sb /L ≥ 1/30 hay H sb ≥ 0.71m Vậy chọn chiều cao dầm thép: +chiều cao bản bụng : D w =1400 mm +chiều dày bản cánh trên : t t t =25 mm +chiều dày bản cánh dưới : b t =25 mm +chiều cao toàn bộ dầm thép H sb =1450 mm 2.5.CẤU TẠO BÊ TÔNG BẢN MẶT CẦU. Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 5 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm -Kích thước bản bê tông được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ. -Chiều dày bản thường chọn: s t =(16-25)cm -Theo quy định của 22 TCN272-05 thì chiều dày bản bê tông mặt cầu phải lớn hơn 175 mm. Đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực. Ở đây ta chọn chiều dày bản bê tông mặt cầu là t s =18 cm. -Bản bê tông có thể cấu tạo vút dạng đường chéo nhằm tăng chiều cao dầm.Mục đích tăng khả năng chịu lực của dầm và bố trí hệ neo liên kết . -Kích thước cấu tạo bản bê tông mặt cầu : +Chiều dày bản bê tông : s t =18cm +Chiều dày vút bản : h t =10 cm +Bề rộng vút bản : h b =10 cm +Chiều dài phần cánh hẫng : e d =110 cm +Chiều dài phần cánh phía trong: S/2=110 cm. 2.6.TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ. -Mặt cắt ngang dầm chủ: Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 6 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm 600 350 25 25 20 1200 600 25 25 20 1200 200 2000 350 120 120 -Cấu tạo bản bụng: +Chiều cao bản bụng : D w =140 cm +Chiều dày bản bụng: w t =2cm -Cấu tạo bản cánh trên hay bản cánh chịu nén: Do có bản bê tông chịu nén nên bản cánh trên của dầm thép chỉ cần cấu tạo đủ để bố trí neo liên kết với bản bê tông, vì vậy kích thước của bản cánh trên thường nhỏ hơn kích thước của bản cánh dưới: +Bề rộng bản cánh chịu nén : c b =40 cm +Chiều dày bản cánh chịu nén: c t =2.5cm -Cấu tạo bản cánh dưới hay bản cánh chịu kéo +Bề rộng bản cánh chịu kéo : t b =60cm +Chiều dày bản cánh chịu kéo : t t =2.5 cm -Tổng chiều cao dầm thép : H sb =140+2.5+2.5=145 cm -Cấu tạo bản bê tông : chiều dày bản : s t =18cm và chiều cao vút bản : h t =10cm -chiều cao toàn bộ dầm liên hợp : H cb =145+10+18=173 cm. Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 7 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm 3.XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ. 3.1.CÁC GIAI ĐOẠN LÀM VIỆC CỦA CẦU DẦM LIÊN HỢP. 3.1.1.Tường hợp 1: -Cầu dầm liên hợp thi công theo biện pháp lắp ghép hoặc lao kéo dọc không có đà giáo hay trụ tạm đỡ dưới .Trong trường hợp này mặt cắt dầm liên hợp làm việc theo hai giai đoạn. -Mặt cắt làm việc: Mặt cắt dầm giai đoạn I Mặt cắt dầm giai đoạn II -Giai đoạn 1:khi thi công xong dầm thép . +Mặt cắt tính toán là mặt cắt dầm thép . +Tải trọng tính toán : (Tĩnh tải giai đoạn I) Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 tw bt Hsb tt Dc1 tc bc Y1 I I Líp phßng nuíc h=1c Hdc bs tc Dw tt Dc2 bt tw tv Hdt Y1 Z1 I I II II Mặt cắt dầm giai đoạn I: I I 8 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm 1.Trọng lượng bản thân dầm. 2.Trọng lượng hệ liên kết dọc và hệ liên kết ngang. 3.Trọng lượng bản bê tông và những phần bê tông đươc đổ cùng với bản. -Giai đoạn 2:Khi bản mặt cầu đã đạt 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 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 3.1.2.Trường hợp 2. -Cầu dầm liên hợp thi công theo biện pháp lắp ghép trên đà giáo cố định hoặc có trụ tạm đỡ dưới . -Giai đoạn I:Trong giai đoạn thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp và tải trọng thi công sẽ do kết cấu đà giáo đỡ dưới chịu,như vậy trong giai đoạn này mặt cắt dầm chưa làm việc. -Giai đoạn II: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 chủ sẽ gồm: +Tĩnh tải giai đoạn I. +Tĩnh tải giai đoạn II. +Hoạt tải. Ở đây ta giả thiết cầu đươc thi công theo biện pháp lắp ghép bằng cần cẩu hoặc lao kéo dọc nên cầu dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn như đã phân tích ở trên. Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 9 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm 3.2.XÁC ĐỊNH ĐTHH MẶT CẮT GIAI ĐOẠN I. -Giai đoạn 1: khi thi công xong dầm thép và đã đổ bê tông bản mặt cầu ,tuy nhiên giữa dầm thép và bản bê tông chưa tạo được hiệu ứng liên hợp. -Mặt cắt tính toán là mặt cắt dầm thép. -Diện tích mặt cắt dầm thép (diện tích mặt cắt nguyên). NC A = c b . c t +D w . w t + t b t t =40x2.5+140x2+60x2.5=530 cm 2 -Xác định mômen tĩnh của mặt cắt đối với trục 0-0 đi qua đáy dầm thép : o S = c b . c t .(H sb - 2 c t )+ D w . w t .( 2 W D + t t )+ t b t t . 2 t t =40x2.5x(145-2.5/2)+140x2x(140/2+2.5)+60x2.5x2.5/2=34862.5cm 3 . -Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai đoạn I: Y 1 = NC A S 0 =65.78 cm -Chiều cao phần sườn dầm chịu nén: D c1 =H sb - c t -Y 1 =145-2.5-65.78=76,72 cm -Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I: Y 1 t =H sb -Y 1 =145-65.78=79.22 cm -Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I: Y 1 b =Y 1 =65.78 cm. -Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I +Mômen quán tính bản bụng: Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 tw bt Hsb tt Dc1 tc bc Y1 I I b s 10 [...]... K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép Chiu cao sn tng cng Chiu dy sn tng cng B rng sn tng cng Din tớch mt ct ngang sn tng cng Trng lng 1 thanh sn tng cng Khong cỏc gia cỏc sn tng cng Trng lng h STC trờn 1m di 1 dm ch hs ts bs 120 16 19 cm cm cm as gs do 30.4 0.286 1.356 cm2 kN m qs 0.42 kN/m 4.1.4 H liờn kt dc cu: - Cu to: Hong Vn Nguyờn 32 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép. .. nTTH I-I Yb 65.78 Mụmen tnh mt ct dm i vi TTH I-I SNC 13683.39 MMQT ca mt ct dm i vi trc Oy Iy 58426.67 Hong Vn Nguyờn 11 N V cm2 cm3 cm cm4 cm4 cm4 cm4 cm cm cm3 cm4 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép 3.3 XC NH C TRNG HèNH HC MT CT GIAI ON II: 3.3.1 Mt ct tớnh toỏn giai on II: - Giai on 2: Khi bn mt cu ó t cng v tham gia lm vic to ra hiu ng liờn hp gia dm thộp v bn BTCT - Mt ct... un ca biu mụmen) ca ti trng thng xuyờn i vi cỏc nhp liờn tc, thớch hp c mụmen õm v dng - Theo 22TCN 272 05 b rng bn cỏnh ( bn bờ tụng ) ly nh sau: Hong Vn Nguyờn 12 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép bs b1 b2 Biểu đồ ứng suất pháp ts Hcb de S Hỡnh 7: Xỏc nh b rng tớnh toỏn ca bn cỏnh - Xỏc nh b1: Ly giỏ tr nh nht trong cỏc giỏ tr sau: + + 1 1 Ltt = 2140 =267.5 cm 8 8 1 1 1 6.ts... rng tớnh toỏn ca bn bờ tụng + S: Khong cỏch gia cỏc dm ch +bc: B rng bn cỏnh trờn ca dm thộp + tw: Chiu dy bn bng ca dm thộp +de :Chiu di phn cỏnh hng Hong Vn Nguyờn 13 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép 3.3.3 Xỏc nh h s quy i t bờ tụng sang thộp - Vỡ tit din liờn hp cú hai loi vt l thộp v bờ tụng nờn khi tớnh c trng hỡnh hc ta tớnh i v mt loi vt liu Ta tớnh i phn bờ tụng sang thộp... toỏn phn bờ tụng bn mt cu c tớnh i sang thộp bng cỏch chia c trng hỡnh hc ca phn bờ tụng cho h s n ( khi khụng xột t bin) hoc n ( khi cú xột n t bin ) Hong Vn Nguyờn 14 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép 3.3.4 Xỏc nh c tớnh hỡnh hc ca mt ct dm biờn a Mt ct tớnh toỏn b 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... trờn n mộp trờn ca bn bờtụng : art=5cm -Li ct thộp phớa di : +ng kớnh ct thộp : rb=12mm 3,14 x1,2 2 +Din tớch mt ct ngang mt thanh : a= = 1,131cm2 4 Hong Vn Nguyờn 15 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép +S thanh trờn mt ct ngang dm : nrb =10thanh +Khong cỏch gia cỏc thanh : @=22cm +Tng din tớch ct thộp phớa di : Arb=10x1,131=11,31 cm2 +Khong cỏch t tim ct thộp phớa di n mộp di ca... trớ trong bn bờ tụng + ANC: Din tớch dm thộp + AST: Din tớch ca mt ct liờn hp ngn hn - Xỏc nh mụmen tnh ca tit din liờn hp i vi TTH I-I ca tit din thộp Hong Vn Nguyờn 16 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép 1 n ts t ) + bc.th.( Hsb-Y1+ s ) 2 2 1 2 + 2 .th.bh ( Hsb -Y1+ th )}+Ar( Hsb- Y1 + Yr ) 2 3 SIx= {bs.ts( Hsb- Y1 + th + 1 8 = ì 18 18 1 2 220 ì 18 ì 145 65,78 + 10 + +... 65,78 50,56 + ) + 2 + 8 12 2 36 2 1 2 + 2 ì ì 10 ì 10 ì 145 65,78 50,56 + ì 10 = 72748,5 cm4 2 3 + Mụmen quỏn tớnh phn ct thộp trong bn: Hong Vn Nguyờn 17 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép Ir= Ar ì ( Hsb-Y1-Z1+Yr)2 = 22.62 ì (145-65,78-50,56+19)2=51386,2 cm4 + Mụmen quỏn tớnh ca tit din liờn hp ngn hn: IST = INCII+Is+Ih+Ir = 3057432,6 +1137888,7 +72748,5 +51386,2 =... liờn hp di hn: A' s 4460 ALT = ANC + + Ar=530+ +22.62=738.45 cm2 24 n' Trong ú: + Ar: Din tớch ct thộp b trớ trong bn bờ tụng + ANC: Din tớch dm thộp Hong Vn Nguyờn 18 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép + ALT: Din tớch ca mt ct liờn hp di hn - Xỏc nh mụmen tnh ca tit din liờn hp i vi TTH I-I ca tit din thộp 1 ts t ) + bcth(Hsb-Y1+ h ) ' {bs.ts (Hsb-Y1+th+ n 2 2 1 2 +2 .th.bh (Hsb-Y1+... ì (145 65,78 27,34 + ) 2 + 2 + 24 12 2 36 1 2 +2 ì ì10 ì10 ì (145- 65,78-27,34+ ì 10 )2)= 68368.6 cm4 3 2 + Mụmen quỏn tớnh phn ct thộp trong bn: = Hong Vn Nguyờn 19 Cu ng B B K46 Bộ môn Cu Hm Thiết Kế Môn Học : Cầu Thép Ir = Ar( Hsb-Y1-Z1+Yr)2=22,62 ì (145-65,78-27,34+19)2=113642.9 cm4 + Mụmen quỏn tớnh ca tit din liờn hp di hn: ILT = INCII + Is + Ih+Ir= 2098842.6 + 833432.4 + 68368.6 + 113642.9 . ThÐp Bé m«n Cầu Hầm -Quy mô thiết kế : Cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng dầm thép liên hợp BTCT. -Tần suất thiết kế : P=1%. -Quy trình thiết kế :22TCN 27 2-0 5. -Chiều dài nhịp: L=22m. - iều kiên. thép : E s =2.10 5 Mpa -Liên kết dầm: +Liên kết dầm chủ bằng đường hàn Hoàng Văn Nguyên Cầu Đường Bộ B K46 2 ThiÕt KÕ M«n Häc : CÇu ThÐp Bé m«n Cầu Hầm +Liên kết mối nối dầm bằng bu lông cường. sau: BẢNG HỆ SỐ LÀN XE m SỐ LÀN 1 2 3 >3 m 1.2 1.0 0.85 0.65 +Ở đây do cầu được thiêt kế 2 làn nên m=1.0. 2.CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP. 2.1.CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP. -KCN giản đơn có