THIẾT kế môn học cầu THÉP, THIẾT kế KC cầu dầm ,THÉP LIÊN hợp ,bản BTCT NHỊP gđơn ĐƯỜNG ÔTÔ,HL93+300daNm2 NHỊP dài 21m
THiÕt kÕ m«n häc cÇu thÐp b b b é é é m m m « « « n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 1 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu thÐp THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 2 I. Nội dung thiết kế: Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT nhịp giản đơn cho đờng ôtô. II. Số liệu thiết kế: 1. Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng ngời đi bộ 3 KN/m 2 . 2. Chiều dài nhịp: 21m. 3. Chiều dài nhịp tính toán: 20,4m. 4. Khổ cầu: 10,5+2x2.0 m 5. Loại liên kết sử dụng: Bulông cờng độ cao. 6. Dầm chủ: Mặt cắt ghép tổ hợp hàn. 7. Loại thép: Thép hợp kim thấp. 8. Bêtông bản mặt cầu: f c = 40 Mpa. III. Tiêu chuẩn thiết kế: Thiết kế theo quy trình tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 01. VI. chọn loại dầm-Bố trí kết cấu nhịp: + Sử dụng dầm tổ hợp. + Sơ đồ kết cấu: Dầm giản đơn. + Số lợng nhịp: 1 nhịp. Sơ đồ kết cấu. THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 3 Phần thuyết minh I Các số liệu của bêtông: 1. Số liệu của bêtông làm bản mặt cầu: 1.Bêtông làm bản mặt cầu cấp : A 2. Cờng độ nén quy định của bêtông f' c = 40 Mpa 3. Mô đuyn đàn hồi của bêtông E c = 33994.50 Mpa 4. Tỷ trọng của bêtông y c = 25 kN/m 3 5. Chiều dày của bản mặt cầu t s = 160 Mm 6. Chiều dày lớp phủ t w = 70 Mm 7. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phủ = 22.5 kN/m 3 8. Chiều dày lớp phòng nớc = 5 Mm 9. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phòng nớc = 0.72 kN/m 3 10. Chiều cao vút : 50 Mm 11.Độ dốc của vút : 1:1 ii. Tính toán thiết kế bản mặt cầu: 1. Tính toán bản mặt cầu phần giữa 2 dầm I: Sơ đồ tính toán thực tế là sơ đồ dầm 2 đầu ngàm, chiều dài tính toán là khoảng cách giữa 2 dầm I liên tiếp (thiên về an toàn). Để đơn giản trong tính toán ta tính toán nội lực trên sơ đồ dầm giản đơn sau đó suy ra nội lực trên sơ đồ thực tế theo các công thức kinh nghiệm: M 0 = 0,5M max M 1 = 0,8M max a) Tính toán tải trọng bản thân của bộ phận kết cấu và các thiết bị phụ phi kết cấu (DC): + Diện tích của mặt cắt là: A c = 160.15 + 2.15.15 + 10.10 = 2950 (cm 2 ). 2000 2000 sơ đồ thực tế sơ đồ dầm giản đơn M max M o M 1 M 1 THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 4 + Chiều cao của mặt cắt quy đổi là: 2950 13, 44 ( ). 160 h cm = = + Tải trọng bản thân của kết cấu là: DC 1 = c .1.h = 25.1.0,1344= 3,36 (kN/m). (Tính cho 1m dài dọc cầu). b) Tính toán tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng (DW). + Gờ chắn xe: - Diện tích mặt cắt của gờ chắn xe là: A c = 0,5.(0,125 + 0,25).0,25 = 0,046875 (m 2 ). - Trọng lợng của gờ chắn xe là: DC 2 = c .A c .1/0,25 = 25.0,046875.1/0,25 DC 2 = 4,688 (kN/m). Ghi chú: DC 2 chỉ phân bố trên chiều dài 250 mm, cách đầu ngàm 1 đoạn 250 mm. + Lớp phòng nớc: - Chọn lớp tạo dốc dày 0,4 (cm). - Trọng lợng thể tích của lớp phòng nớc là: c = 0,72(kN/m). - Trọng lợng của lớp phòng nớc là: q 1 = 0,72.1.0,004 = 0,0029 (kN/m). + Lớp bê tông asphals: - Chọn bề dày lớp bê tông asphals là: 7 (cm). - Trọng lợng thể tích của bê tông asphals là: a = 22,5 (kN/m). - Trọng lợng của lớp asphals là: q 2 = 22,5.1.0,07 = 1,575 (kN/m). Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu là: DW = q 1 + q 2 = 0,0029 + 1,575 = 1,578 (kN/m). c) Tính toán mômen bản mặt cầu: THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 5 Ta nhận thấy rằng mômen ở giữa bản là lớn nhất nên ta chỉ cần tính toán với mặt cắt giữa bản. + Tính toán mômen do tải trọng DC 1 gây ra: DC = 4,438 (kN/m) 2 0,5 đuờng ảnh huởng momen M DC1 = 3,36x1x0,6 = 2,06 (kN.m). + Tính toán mômen do tải trọng DC 2 và DW gây ra: 0,25 0,125 0,25 DC 2 = 4,688 (kN/m) 0,5 2 2 0,5 DW = 1,578 (kN/m) M DC2 =4,688.(0,15+0,3).0,15/2=0,158 (KN.m). M DW = 1,578.1.0,6 = 0,9522 (kN.m). + Tính toán mômen do hoạt tảI xe gây ra: Theo tiêu chuẩn mới (22 TCN 272 05) thì vệt bánh xe có dạng hình chữ nhật có bề rộng là 510 mm và có chiều dài đợc tính theo công thức: L = 2,28.10 -3 . P IM ) 100 1( + THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 6 Trong đó: P : Tải trọng một bánh xe. P = 72500 (N). IM: Hệ số xung kích. IM = 75%. : Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cờng độ). = 1,75. - Chiều dài vệt tiếp xúc là: L = ).(506,0)(50672500). 100 75 1.(75,1.10.28,2 3 mmm ==+ - Bề rộng vệt tiếp xúc là: b = 510 + 2.h = 510 + 2.150 = 810 (mm) = 0,81 (m). Tải trọng phân bố dới vệt bánh xe là: )./(506,89 1.81,0 5,72 1. mkN b P q === Momen do tải trọng làn gây ra: M L = 9,3.0,6.1 = 5,58 (kN.m). Momen do bánh xe tải thiết kế gây ra: M xe = 89,506.(0,2975 + 0,6).0,405 = 32,91 (kN.m). 9,3 (kN/m) 0,5 2 q = 89,506 (kN/m) 2 0,5 0,2975 0,81 0,2975 THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 7 Momen do tải trọng HL93 gây ra: M HL93 = n.M xe + M L = 1,2.32,9 + 5,58 = 45,01 (kN.m). n = 1,2: Hệ số làn xe. (Do bề rộng nhỏ nên ta chỉ xếp trên 1 làn xe). + Mômen do tải trọng bộ hành (PL) gây ra: 1,5 PL = 3 (kN/m) 0,25 2 0,5 M PL = 0,6.(0,3+0,6).6+6.1.0,6= 6,82 (kN.m). + Mômen do lực xung kích của xe gây ra: M IM = 75%M xe = 0,75.32,9 = 24,68 (kN.m). Vậy ta có các giá trị momen (-) và momen (+) trên sơ đồ thực tế đợc ghi trong bảng sau: M DC1 M DC2 DW M IM M HL93 M PL Giá trị mômen M max 2,06 0,158 0,9522 24,68 45,01 36,82 Giá trị mômen (+) (giữa dầm) 1.03 0.079 0,476 12,34 22.50 18,41 Giá trị mômen (-) (tại ngàm) 1,65 0.1264 0,764 19,74 36 29,456 d) Tổ hợp tải trọng: Đối với bản mặt cầu chỉ cần tính toán và kiểm toán theo hệ số sức kháng và khống chế bề rộng vết nứt, nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn cờng độ I và trạng thái giới hạn sử dụng. Tính toán nội lực theo công thức: Q Tính toán = iii Q Trong đó: THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 8 i : Hệ số tải trọng. Q i : Nội lực tính. i : Hệ sô điều chỉnh tải trọng. Ghi chú: max : Hệ số tải trọng lớn nhất. min : Hệ số tải trọng nhỏ nhất. + Khi tính toán với trạng thái giới hạn cờng độ I: 1 = D đối với thiết kế thông thờng. R = 1 thiết kế bản mặt cầu với mức d thông thờng. I = 1,05 cầu đợc thiết kế là quan trọng. Vậy: 05,1 = = IRD + Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng: 1 = D đối với thiết kế thông thờng. R = 1 thiết kế bản mặt cầu với mức d thông thờng. I = 1 cầu đợc thiết kế là quan trọng. Vậy: .1 = = IRD bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng cờng độ I bảng tổng hợp tổ hợp tải trọg sử dụng Hệ số M DC1 KN.m M DC2 KN.m M DW KN.m M IM KN.m M HL93 KN.m M PL KN.m Tổng KN.m 1,25 1,25 1,5 1,75 1,75 1,75 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 + max M 1.351875 0.103688 0.62475 12.19625 20.53125 24.16313 59,08 max M 2.165625 0.1659 1.00275 25.90875 47.25 38.661 115.154 THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 9 2. Tính toán bản mặt cầu phần hẫng. Chọn sơ đồ tính toán là sơ đồ công son nh hình vẽ. Kết cấu chịu tác dụng của trọng lợng bản thân, tải trọng lan can, tải trọng bộ hành, lớp phủ mặt cầu. a. Tính toán tải trọng bản thân của bộ phận kết cấu và các thiết bị phụ phi kết cấu (DC): + Diện tích của mặt cắt là: A c = [160.15 + 2.15.15 + 10.10]/2 = 1475 (cm 2 ). + Chiều cao của mặt cắt quy đổi là: 1475 14,75 ( ) 148 ( ). 100 h cm mm = = + Tải trọng bản thân của kết cấu là: DC 1 = c .1.h = 25.1.0,160 = 4,450 (kN/m). (Tính cho 1m dài dọc cầu). b. Tính toán tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng : + Lan can, tay vịn lề ngời đi: - Phần thép có trọng lợng: W rl == 0,5 (KN/m). Hệ số M DC1 KN.m M DC2 KN.m M DW KN.m M IM KN.m M HL93 KN.m M PL KN.m Tổng 1 1 1 1 1 1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 )( max + M 1.03 0.079 0,476 12,34 22.50 18,41 55,5 )( max M 1,65 0.1264 0,764 19,74 36 29,456 87,7 THiết kế môn học cầu thép b b b ộ ộ ộ m m m ô ô ô n n n c c c t t t - - - g g g t t t - - - t t t p p p 10 - Phần bê tông có trọng lợng: W cb = A c . bt = 0,149.25 = 3,725(KN/m). Tổng: DC 2 = 0,5 + 3,725 = 4,225 (KN/m). Ghi chú: DC 2 chỉ phân bố trên chiều dài 500 mm ở phía đầu công son. + Lớp phòng nớc: - Chọn lớp tạo dốc dày 0,4 (cm). - Trọng lợng thể tích của lớp phòng nớc là: c = 0,72(kN/m). - Trọng lợng của lớp phòng nớc là: q 1 = 0,72.1.0,004 = 0,0029 (kN/m). + Lớp bê tông asphals: - Chọn bề dày lớp bê tông asphals là: 7 (cm). - Trọng lợng thể tích của bê tông asphals là: a = 22,5 (kN/m). - Trọng lợng của lớp asphals là: q 2 = 22,5.1.0,07 = 1,575 (kN/m). Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu là: DW = q 1 + q 2 = 0,0029 + 1,575 = 1,578 (kN/m). c. Tải trọng bộ hành: Kết cấu chịu tác dụng của tải trọng bộ hành PL = 6.10 -3 (MPa) = 6 (kN/m) phân bố đều trên toàn bộ phần lề đi bộ rộng 2 m d. Tính toán mômen bản mặt cầu: Do đặc điểm chịu lực nên kết cấu chỉ xuất hiện mômen âm lớn nhất ở ngàm chieu dài ngàm l=1,75 m + Mômen do tải trọng DC 1 gây ra: 2 2 1 1 . 4,45.0,875 1,70 ( . ). 2 2 DC DC l M kN m = = = + Mômen do DC 2 và DW gây ra: 2 2 1 . .(1 0,875).0,875 4, 225.0,375 3,46 ( . ). 2 DC M DC kN m = + = = 2 2 . 1,578.0,875 0, 60 ( . ). 2 2 DW DW l M kN m = = = + Mômen do tải trọng bộ hành PL gây ra: [...]... i nhịp = 5100 mm 2550 mm * 12 lần độ d y trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề d y bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm = 18 H THiết kế môn học cầu thép bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp *Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau = 2400 mm Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm giữa l bi = 2400 mm 2550 mm 1/2 bề d y bản bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm. .. Tổng bề rộng của cầu = 1080 500 250 15500 Mm Mm Mm Mm Diện tích dầm thép A = 56000 mm2 17 THiết kế môn học cầu thép bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp Mặt cắt ngang to n nhịp Dầm chủ B ft tft tw D w tfb B fb 2 Kích thớc mặt cắt dầm ngang: Tổng số lợng dầm ngang = Số lợng dầm ngang theo phơng dọc cầu = Khoảng cách giữa các dầm ngang = 55 11 2040 mm Chiều cao dầm ngang hd = Chiều d i một dầm ngang = 700... toán nứt với mômen âm: dc = 44 (mm) A= 88000 = 8800 (mm 2 ) 10 f sa = 23000 (44.8800)1 / 3 = 239,345 < 0,6fy = 240 Đạt 3.2 Với sơ đồ 2 (bản hẫng) dc = 44 (mm) A= 88000 = 8800 (mm 2 ) 10 f sa = 23000 (44.8800)1 / 3 = 218,3006 < 0,6fy = 240 Đạt 16 THiết kế môn học cầu thép bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp Thiết kế dầm chủ Số liệu của thép dầm chủ: 1.Mô đuyn đ n hồi của thép Es = 2 Thép hợp kim thấp... tải do trọng lợng bản mặt cầu DCbmc = 10.000 kN/m *Tĩnh tải do trọng lợng vút DCv = 0.266 kN/m *Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT dầm ngang DCdn = 0.077 kN/m *Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do TLBT hệ liên kết dọc Liên kết dọc dùng thép góc đều cạnh L100x100x10 có: DClkd = 0.139 kN/m Trọng lợng trên 1m d i l : 15.1 kG/m Chiều d i mỗi hệ liên kết dọc: 4.3 m To n cầu có số hệ liên kết dọc l : 45 *Tĩnh.. .THiết kế môn học cầu thép M PL = bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp PL.l 2 6.0,8752 = = 2, 297 (kN m) 2 2 e Tổ hợp tải trọng: bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng cờng độ I MDC1 MDC2 MDW MPL Tổng KN.m KN.m KN.m KN.m KN.m 1,25 1,25 1,5 1,75 1,05 1,05 1,05 1,05 M max 2,23 4,54 0,79 3,01 Hệ số 10,57 bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng sử dụng MDC1 MDC2 MDW MPL Tổng... Diện tích của phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo chia cho số thanh cốt thép (mm2) Z: Thông số khống chế nứt Giả sử điều kiện môi trờng khắc nghiệt: Z = 23000 (N/mm) fy: Giới hạn chảy tối thiểu của thanh cốt thép 15 THiết kế môn học cầu thép bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp 3.1 Với sơ đồ 1: a Kiểm toán nứt với mômen dơng (mặt cắt giữa bản) : dc = 44 (mm) A= 88000 = 17600 (mm 2 )... 200 mm ts: Bề d y bản bêtông = Tính toán đa ra kết quả nh sau: ( Kg Lt s3 )^ 0.1 1 b) Đối với dầm ngo i: 24 THiết kế môn học cầu thép bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp Một l n chất tải: Tính hệ số phân bố ngang dùng nguyên tắc đòn bẩy Xếp tải nh hình vẽ Cự li theo phơng ngang cầu của xe Truck v Tandem đều l 1800mm Phản lực tại A đợc thiết lập bằng phơng trình cân bằng mômen đối với điểm B: p p *... tính toán 0,816 0.965 HSPBN của ngời 0 1 Đối với lực cắt: Lực cắt Một l n Dầm trong Dầm ngo i 0.678 0.696 IV Nội lực dầm chủ: 1 Bảng các hệ số tải trọng: 26 THiết kế môn học cầu thép bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp a) Bảng hệ số tải trọng: Loại tải trọng DC DW LL+IM TTGH cờng độ I Max Min 1.25 0.9 1.5 0.65 1.75 1.35 TTGHSD TTGH mỏi 1 1 1 0 0 0.75 b) Bảng hệ số điều chỉnh tải trọng: Hệ số Dẻo dai... của dầm chủ: Ystd = Sst ; Ystt = D Ystd Ast Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: B ft t 3 ft 2 2 t ft B fb t 3 t fb fb I st = + B ft t ft Ystt + + B fb t fb Ystb + 12 2 12 2 + 3 Dw tw D B t 3 t + Dw tw (Ystb w t fb )2 + s s + Bs ts D + tvs + s Ystb 12 2 12 2 2 21 THiết kế môn học cầu thép bộ môn ct gt tp bộ m ô n c t g t tp b) Bảng kết quả tính đặc trng hình học của... rộng bản cánh dầm ngang bd = Chiều d y bản cánh dầm ngang = Chiều d y sờn dầm ngang twd = Chiều cao sờn dầm ngang Dwd = 210 28.2 17.5 643.6 Mm Mm Mm Mm Diện tích mặt cắt dầm ngang Ad = Khối lợng các dầm ngang = Tĩnh tải rải đều trên 1 dầm chủ l = 23107 15.84 0.077 mm2 kN kN/m II Xác định chiều rộng có hiệu của bản: 1 Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh: 1.1 Dầm giữa: Chiều rộng hữu hiệu của bản . dung thiết kế: Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT nhịp giản đơn cho đờng ôtô. II. Số liệu thiết kế: 1. Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng ngời đi bộ 3 KN/m 2 . 2. Chiều dài. Bêtông bản mặt cầu: f c = 40 Mpa. III. Tiêu chuẩn thiết kế: Thiết kế theo quy trình tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 01. VI. chọn loại dầm- Bố trí kết cấu nhịp: + Sử dụng dầm tổ hợp. . Chiều dài nhịp: 21m. 3. Chiều dài nhịp tính toán: 20,4m. 4. Khổ cầu: 10,5+2x2.0 m 5. Loại liên kết sử dụng: Bulông cờng độ cao. 6. Dầm chủ: Mặt cắt ghép tổ hợp hàn. 7. Loại thép: Thép hợp kim