Tham khảo bài tập lớn kết cấu thép

Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT Bài tập lớn Kết cấu thép Giáo viên hớng dẫn : Đào văn Dinh Sinh viên : Tạ ngọc Thiện Lớp : CDBA- K47 I.Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế dầm chủ tiết diện chữ I cầu nhịp giản đơn cầu ôtô, có mặt cắt dầm thép đờng hàn nhà máy lắp ráp mối nối công trờng bulông cờng độ cao, không liên hợp II.Các số liệu cho trớc 1) Chiều dài nhịp dầm L= 16(m) 2) Khoảng cách dầm chủ ad= 1,8 (m) 3) Tĩnh tải BTCT mặt cầu .WDC2= (KN/m) 4) Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu tiện ích WDW = (KN/m) 6) Hoạt tải xe ôtô thiết kế .HL- 93 5) Số xe thiết kế nL = (làn) 7) Số lợng giao thông trung bình hàng ngày ADT=1,5 ì 104xe/ngày/làn 8) Tỷ lệ xe tải luồng Ktruck = 0,15 9) Hệ số phân phối ngang tính cho mômen mgM = 0,62 10) Hệ số phân phối ngang tính cho lực cắt mgQ = 0,65 11) Hệ số phân phối ngang tính cho độ võng mgD = 0,5 12) Hệ số phân phối ngang tính cho mỏi .mgF = 0,45 13) Hệ số cấp đờng m = 0.5 14) Vật liệu - Thép chế tạo dầm M270 cấp 345 - Bu lông CĐC A490 15) Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 272-05 III.Nội dung tính toán thiết kế: 1) Chọn mặt cắt dầm, tính đặc trng hình học 2) Tính vẽ biểu đồ bao nội lực phơng pháp đờng ảnh hởng 3) Kiểm toán dầm theo trạng thái giới hạn cờng độ I, sử dụng mỏi 4) Tính toán thiết kế dầm tăng cờng 5) Tính toán thiết kế mối nối công trờng 6) Tính toán cắt cánh vẽ biểu đồ bao vật liệu 7) Bản vẽ cấu tạo dầm thống kê sơ khối lợng Bài làm I chọn mặt cắt dầm Mặt cắt dầm đợc lựa chọn phơng pháp thử - sai, tức ta lần lợt chọn kích thớc mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm quy định khống chế tiêu chuẩn thiết kế, kiểm toán lại, không đạt phải chọn lại kiểm toán lại Quy trình đợc lặp lại thoả mãn Chiều cao dầm thép Chiều cao dầm chủ có ảnh hởng lớn đến giá thành công trình, phải cân nhắc kỹ lựa chọn giá trị này.Đối với cầu đờng ôtô, nhịp giản đơn, ta chọn sơ theo kinh nghiệm nh sau: d Ta có: 1 L ta thờng chọn d = ữ L 25 20 12 Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT 1 L = ì 16 = 0, 64m = 640( mm) 25 25 1 L = ì16 = 0,80m = 800( mm) 20 20 1 L = ì16 = 1,333m = 1333( mm) 12 12 Căn vào số liệu ta chọn d =1100 (mm) Bề rộng cánh dầm Chiều rộng cánh dầm đợc lựa chọn sơ theo kinh nghiệm sau: 1 b f = ữ d (mm) 1 d = ì1100 = 366, 6(mm) 3 Ta có: 1 d = ì 900 = 550(mm) 2 Nh ta chọn: Chiều rộng cánh chịu nén: Chiều rộng cánh dới chịu kéo: b = 400 (mm) b = 400(mm) c t 3.Chiều dày cánh bụng dầm Theo quy định quy trình (A6.7.3) chiều dày tối thiểu cánh , bụng dầm mm chiều dày tối thiểu chống gỉ yêu cầu vận chuyển tháo lắp thi công Ta chọn : Chiều dày cánh chịu nén t c = 25 mm t = 25 mm t = 14 mm Chiều dày cánh dới chịu kéo f Chiều dày bụng dầm Do đó, chiều cao bụng (vách dầm) : D = 1100 - 2ì 25 = 1050 (mm) Vậy mặt cắt dầm sau chọn nh sau : Tạ ngọc Thiện w Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT 400 25 1050 1100 14 25 400 Mặt cắt ngang dầm 4.Tính đặc trng hình học mặt cắt dầm Đặc trng hình học mặt cắt dầm đợc tính toán lập bảng nh sau : Mặt cắt A(mm2) h(mm) A.h (mm3) I0 (mm4) A.y2(mm4) I toltal (mm4) Cánh Bản bụng Cánh dới Tổng 10000 14700 10000 34700 1087.5 550 12.5 1650 10875000 8085000 125000 19085000 520833.3333 1350562500 520833.3333 1351604167 2889062500 2889062500 5778125000 2889583333 1350562500 2889583333 7129729167 Trong : A = Diện tích (mm2) h = khoảng cách từ trọng tâm phần tiết diện dầm đến đáy dầm (mm) I0 = mô men quán tính phần tiết diện dầm trục nằm ngang qua trọng tâm (mm4) y = khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy cánh dới dầm (mm) y= ( A.h ) ( A) = 19085000 = 550 (mm) 34700 y= khoảng cách từ trọng tâm phận đến trọng tâm mặt cắt dầm(mm) Itotal=I0+A.y2 (mm4) Từ ta tính đợc : Mặt cắt ybot (mm) ytop (mm) ybotmid (mm) ytopmid (mm) Dầm thép 550.00 550.00 537.50 537.50 Sbot (mm3) Stop (mm3) 1,296.107 1,296.107 Sbotmid (mm3) 1,326.107 Trong đó: Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Stopmid (mm3) 1,326.107 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT ybot = Khoảng cách từ trọng tâm dầm đến đáy cánh dới dầm thép (mm) ytop = Khoảng cách từ trọng tâm dầm đến đỉnh cánh dầm thép (mm) ybotmid= Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm cánh dới dầm thép (mm) ytopmid =Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm cánh dầm thép (mm) Sbot = Mô men kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ybot (mm3) Stop = Mô men kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ytop (mm3) Sbopmid = Mô men kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ybotmid (mm3) Stopmid = Mô men kháng uốn mặt cắt dầm ứng với ytopmid (mm3) Tính toán trọng lợng thân dầm Diện tích mặt cắt ngang dầm thép Trọng lợng riêng thép làm dầm Trọng lợng thân dầm thép A WDC1 =34700 mm2 s = 78,5 kN/m3 = 2.72 kN/m II tính toán vẽ biểu đồ bao nội lực Tính toán M,V theo phơng pháp đờng ảnh hởng Chia dầm thành đoạn : Nđ = 10 đoạn Chiều dài đoạn dầm : Lđ = 1.6 m Ta đánh số thứ tự mặt cắt dầm theo đoạn chia nh sau: 10 Trị số đờng ảnh hởng mômen đợc tính toán theo bảng sau: Mt ct Xi (m) ahMi (m) AMi (m2) 1.600 3.200 4.800 6.400 8.000 1.440 2.560 3.360 3.840 4.000 11.520 20.480 26.880 30.720 32.000 Trong : Xi Đah Mi AMi : khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i : Tung độ đờng ảnh hởng Mi : Diệntích đờng ảnh hởng Mi Ta có đờng ảnh hởng mô men mặt cắt dầm nh sau: Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT 10 dah M1 1.44 dah M2 2.56 dah M3 3.36 dah M4 3.84 dah M5 4.00 = 0.95 Hệ số điều chỉnh tải trọng tính cho TTGHCĐ lấy nh sau: Mômen tiết diện đợc tính theo công thức sau: Đối với trạng thái giới hạn cờng độ I: M i = AMi { 1, 25.wDC + 1, 5.wDW + mg M 1, 75.LLL } + 1, 75.m LLMi (1 + IM ) DC DW LL =M +M +M i i i Đối với trạng thái giới hạn sử dụng : { M i = 1, 1, wDC + 1, wDW + mg M 1, 3LLL } + 1, 3mLLMi (1 + IM ) AMi DC DW LL =M +M +M i i i Trong : = 0,95 Hệ số điều chỉnh tải trọng tính cho TTGHCĐ LLi = Tải trọng rải (9.3 KN/m); LLMi = Hoạt tải tơng ứng với đờng ảnh hởng Mi; mgM = Hệ số phân bố ngang tính cho mô men( tính cho hệ số xes) wDC = Tải trọng rải thân dầm thép BTCT mặt cầu wDW = Tải trọng rải lớp phủ mặt cầu tiện ích cầu 1+IM = Hệ số xung kích ; AMi = Diện tích đờng ảnh hởng Mi m = hệ số cấp đờng ; Bảng trị số mô men theo trạng thái giới hạn cuờng độ I Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Mặt Xi cắt (m) i 1.6 0.100 3.2 0.200 4.8 0.300 6.4 0.400 8.0 0.500 AMi (m2) 11.520 20.480 26.880 30.720 32.000 LLMitruck (kN/m) 32.436 31.472 30.498 29.514 28.530 LLMttandem (kN.m) 26.334 26.198 25.992 25.716 25.440 MiDC (kN.m) 119.290 212.070 278.342 318.106 331.360 MiDW (kN.m) 65.664 116.736 153.216 175.104 182.400 Bài tập lớn _KCT MiLL MiCĐ (kN.m) (kN.m) 351.15 536.10 611.55 940.36 785.79 1217.35 878.58 1371.78 894.90 1408.66 Bảng trị số mô men theo trạng thái giới hạn sử dụng Mặt cắt Xi (m) 1.60 3.20 4.80 6.40 8.00 AMi (m2) 11.520 20.480 26.880 30.720 32.000 i 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 LLMitruck (kN/m) 32.436 31.472 30.498 29.514 28.530 LLMttandem (kN.m) 26.334 26.198 25.992 25.716 25.440 MiDC (kN.m) 100.45 178.59 234.39 267.88 279.04 MiDW (kN.m) 46.08 81.92 107.52 122.88 128.00 MiLL (kN.m) 274.58 478.20 614.45 687.01 699.77 Ta có biểu đồ bao mô men TTGHCĐI nh sau : 1217.35 1371.78 1408.66 1371.78 1217.35 940.36 536.10 10 0.000 940.36 0.000 536.10 2.Tính toán V theo phơng pháp đờng ảnh hởng Trị số đờng ảnh hởng lực cắt đợc tính toán theo bảng sau: Mt ct xi (m) ah Vi (m) Avi(m2) A1,Vi (m2) 0.000 1.000 8.000 8.000 1.600 0.900 6.400 6.480 3.200 0.800 4.800 5.120 4.800 0.700 3.200 3.920 6.400 0.600 1.600 2.880 8.000 0.500 0.000 2.000 Trong đó: Tạ ngọc Thiện Xi = Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đah Vi =Tung độ phần lớn đờng ảnh hởng Vi AVi = Tổng diện tích đờng ảnh hởng Vi Cầu Đờng Bộ A- 47 MiSD (kN.m) 421.12 738.71 956.37 1077.76 1106.81 Bộ môn kết cấu A1.Vi Bài tập lớn _KCT = Diện tích đờng ảnh hởng Vi( phần diện tích lớn) Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng lực cắt mặt cắt dầm: 0.50 0.50 0.40 0.60 0.30 0.70 0.20 0.80 0.10 0.90 1.00 10 Lực cắt tiết diện đợc tính theo công thức sau : Đối với trạng thái giới hạn cờng độ I : Vi = { ( 1,25 wDC +1,50 wDW ) AVi + mgv [ 1,75 LLL +1,75mLLVi (1+ IM )] A1,Vi } Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu = ViDC + ViDW + ViLL Bài tập lớn _KCT Đối với trạnh thái giới hạn sử dụng : { Vi =1,0 ( 1,0 wDC +1,0 wDW ) AVi +mgv [ 1,3LLL +1,3mLLVi (1+ IM ) ] A1,Vi } = V + V + Vi Trong : LLVi = Hoạt tải tơng ứng với đờng ảnh hởng Mi mgV = Hệ số phân bố ngang tính cho mô men ( tính cho hệ số xe ) Bảng trị số lực cắt theo TTGHCĐ1 DC i Mặt X (m) cắt i 0.0 1.6 3.2 4.8 6.4 8.0 DW i LL Li AVi (m2) 16.0 14.4 12.8 11.2 9.6 8.0 8.0 6.4 4.8 3.2 1.6 0.0 A1Vi mLLVitruck mLLVitandem QiDC (m2) (kN/m) (kN.m) (kN) 8.000 6.480 5.120 3.920 2.880 2.000 33.400 36.242 39.514 43.314 47.666 53.020 26.470 29.312 32.790 37.222 43.068 50.880 82.840 66.272 49.704 33.136 16.568 0.000 QiDW (kN) QiLL (kN) QiCĐ (kN) 45.600 36.480 27.360 18.240 9.120 0.000 260.863 223.737 188.094 154.070 121.660 91.718 389.303 326.489 265.158 205.446 147.348 91.718 Bảng trị số lực cắt theo TTGHSD Mặt cắt Xi(m ) Li AVi (m2) A1Vi (m2) LLVitruck (kN/m) LLVitandem (kN.m) QiDC (kN) QiDW (kN) QiLL (kN) QiSD (kN) 0.0 16.0 8.0 8.000 33.400 26.470 69.760 32.000 203.983 305.743 1.6 14.4 6.4 6.480 36.242 29.312 55.808 25.600 174.952 256.360 3.2 12.8 4.8 5.120 39.514 32.790 41.856 19.200 147.081 208.137 4.8 11.2 3.2 3.920 43.314 37.222 27.904 12.800 120.476 161.180 6.4 9.6 1.6 2.880 47.666 43.068 13.952 6.400 95.132 115.484 8.0 8.0 0.0 2.000 53.020 50.880 0.000 0.000 71.719 71.719 Tạ ngọc Thiện 398.303 326.489 265.158 205.446 147.348 91.718 91.718 147.348 205.446 265.158 326.489 398.303 Ta có biểu đồ bao lực cắt TTGHCĐ I Cầu Đờng Bộ A- 47 389.303 326.489 265.158 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT III Kiểm toán dầm theo TTGHCĐ I Kiểm toán điều kiện chịu mô men uốn 1.1 Tính toán ứng suất cánh dầm thép Ta lập bảng tính toán ứng suất cánh dầm thép mặt cắt nhịp dầm TTGHCĐI nh sau: Mặt cắt Dầm thép M (N.mm) Sbot (mm3) 1,4.109 Stop (mm3) Sbotmid (mm3) Stopmid (mm3) fbot (Mpa) ftop (Mpa) fbotmid (Mpa) ftopmid (Mpa) 1,296.107 1,296.107 1,326.107 1,326.107 108.67 108.67 106.20 106.20 Trong : fbot = ứng suất cách dới dầm thép (MPa); ftop = ứng suất cách dầm thép (MPa); fbotmid = ứng suất diểm cách dới dầm thép (MPa); ftopmid = ứng suất diểm cách dầm thép (MPa); 1.2 1.2 Tính mô men chảy tiết diện Mô men chảy tiết diện không liên hợp đợc xác nh sau: M y = f y S NC Trong : - FY = 345(MPa) cờng độ chảy nhỏ thép làm dầm - SNC= 1,296.107(mm3) Mô men kháng uốn tiết diện không liên hợp MY= 4,47.109(N.mm) 1.3 Tính toán mô men dẻo tiết diện Chiều cao bụng chịu nén mô men dẻo đợc xác định nh sau: (A6.10.3.3.2) Với tiết diện đối xứng kép , : Dcp= D/2 Dcp= 525 mm Khi mô men dẻo tiết diện không liên hợp đợc xác định theo công thức sau : : D t D M P = PW ữ+ PC + C 2 D tt ữ+ Pt + ữ PW= FVWAW : Lực dẻo bụng (N) PC= FycAc : Lực dẻo cánh chịu nén (N) PW= FytA : Lực dẻo cánh dới chịu nén (N) Vậy ta có : PW= 345.14.1050= 5,0715.106 N PC=345.25.400= 3,45 106 N Pt=345.25.400= 3,45 106 N Ta có MP = 5,0715.106 1050 + 3,45 106 1050 + 25 ữ = 5,04.109 Nmm 1.4 Kiểm toán cân xứng tiết diện(1): Tiết diện chữ I chịu uốn phải đợc cấu tạo cân xứng cho : I 0.1 yc 0.9 Iy Trong : Iy= Mô men quán tính tiết diện dầm thép trục thẳng đứng qua trọng tâm bụng (mm4); Iyc = Mô men quán tính cánh chịu nén mặt cắt thép quanh trục thẳng đứng qua trọng tâm bụng (mm4); Tạ ngọc Thiện 10 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Ta có : Iyc= 1,33 108 Iy = 2,67 108 Iyc// Iy=0.5 KT1 = Đạt Kiểm toán (1) 1.5 Bài tập lớn _KCT kiểm toán độ mảnh vách đứng Ngoài nhiệm vụ chống cắt , vách đứng có chức tạo cho biên đủ xa để chịu uốn có hiệu > Khi có tiết diện I chịu uốn , có hai khả h hỏng xuất vách đứng Đó vách đứng ổn định nh mọt cột thẳng đứng chịu ứng suất nén có biên đỡ ổn định nh tám ứng suất dọc mặt phẳng uốn Bản bụng dầm phải đợc cấu tạo cho thoả mãn điều kiện sau(A6.10.2.2) Khi gờ tăng cờng dọc ; DC E (2) 6.77 tW fe Trong : fc= ứng suất cánh chịu nén tải trọng TTGHCĐI gây (MPa) Sc= chiều cao bụng chịu nén phạm vi đàn hồi (mm) Ta có : Đối với tiết diện không liên hợp đối xứng kép Dc = D/2 =525 mm ta tính đợc fc = 88.16 Vế trái (2) VT2=75 Vế phải (2) VP2= 293,79 Kiểm toán (2) KT2=Đạt 1.6 Kiểm tra tiết diện dầm đặc , không đặc hay mảnh Kiểm vách đứng có mặt cắt đặc Độ mảnh vách đứng , để đảm bảo tiết diện đặc phải thoả mãn điều kiện sau(A6.10.4.1.2) DCP E 3.76 tW FyC Trong : Ta có : (3) Dcp=525mm Chiều cao bụng chịu nén lúc mô men dẻo (mm) Fyc = 345MpaCờng độ chảy nhỏ theo quy định cánh chịu nén (MPa); Dcp 2.525 E 2.105 = 75 3, 76 = 3, 76 = 90,5 => OK tw 14 Fyc 345 Kiểm toán độ mảnh biên chịu nén có mặt cắt đặc Độ mảnh cuả biên chịu nén , để đảm bảo tiết diện đặc phải thoả mãn điều kiện sau: = bf 2t f 0.382 E FyC (4) Trong : bf =400mm Chiều rộng cánh chịu nén (mm) tf =25mm Chiều dày cánh chịu nén ( mm) Ta có : bf 400 E 2.105 = = 0,382 = 0,382 = 9, => OK 2t f 2.25 Fyc 345 Kiểm toán tơng tác giũa độ mảnh bụng biên chịu nén mặt cắt đặc Thực nghiệm cho ta thấy mặt cắt đặc khả đạt đợc mô men tỷ số độ mảnh bụng cánh chịu nén hai vợt 75% giới hạn cho phơng trình (3) (4) Do tơng tác đọ mảnh bụng biên chịu nén , để đảm bả tiết diện đặc phải thoả mãn điều kiện sau : Tạ ngọc Thiện 11 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT Dcp E (0.75).3, 76 Fyc tW bw (0.75).0,382 E 2.t Fyc W Ta có : Dcp 2*525 E 2.105 = = 75 (0.75).3, 76 = (0.75).3, 76 = 67.9 14 Fyc 345 tW => Không đạt 400 E 2.10 bw 2.t = 2* 25 = > (0.75).0,382 F = (0.75).0,382 345 = 6.9 yc W Do ta phải kiểm tra phơng trình tơng tác : Dcp + 9.35 bf 6.25 E Fyc tW 2t f Ta có : Dcp b 5*525 400 + 9.35 f = + 9.35 ữ = 149.8 tW 2t f 14 2* 25 E 2.105 6.25 = 6.25 = 150.5 Fyc 345 OK Kiểm toán liên kết dọc biên chịu nén có mặt cắt đặc Khoảng cách điểm liên kết dọc Lb để đảm bảo cho tiết diện đặc phải thoả mãn điều kiện sau: M r E Lb 0.124 0.0759 ữ y M p ữ Fyc Trong : ry = bán kính quán tính tiết diện trục thẳng đứng (mm) M1 = Mô men nhỏ tác dụng tải trọng tính toán đầu chiều dài không đợc giằng ( N.mm); MP = Mô men dẻo tiết diện (N.mm); Ta có : ta tính đợc Iy = 2.67.108mm4 Diện tích tiết diện dầm A =34700mm2 ry =88 Chọn khoảng cách liên kết dọc Lb =4500mm Ta kiểm toán cho khoảng bất lợi , nên M1 =1,603.109 ta tính đợc MP =5,04.109 ta có: M ry E 1, 603.109 88* 2.105 Lb = 4500 0.124 0.0759 = 0.124 0.0759 = 5077 ữ Mp ữ ữ Fyc 5, 04.10 345 Kết luận : tiết diện đặc Kiểm toán sức kháng uốn Sức kháng uốn dầm phải thoả mãn điều kiện sau: Đối với trờng hợp tiết diện đặc : M umax Mr=r M n Trong : Tạ ngọc Thiện 12 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu r = Hệ số kháng uốn theo quy định r = 1.0 ( A6.5.4.2) Ta có : Bài tập lớn _KCT M umax = Mô men uốn lớn mặt cắt mhịp TTGHCĐI(N.mm) Mn = Sức kháng uốn danh định đặc trng cho tiết diện đặc (N.mm) =1 r M umax =1,408 109 Nmm = 5.04 109 Nmm M n =MP Ta có M u max M r = M n OK Kiểm toán điều kiện chịu lực cắt a) Kiểm toán theo yêu cầu bốc xếp Đối với bụng STC dọc , phải sử dụng STC đứng : D > 150 (10) tw Ta có : Vế trái (10) VT10 Kiểm toán (10) KT10 =60.71 =Không Đạt!!! Kết luận : Không cần sử dụng STC đứng bốc xếp b) Kiểm toán sức kháng cắt dầm Kiểm toán khoang Sức kháng cắt khoang phải thoả mãn điều kiện sau : (A6.10.7.1) Vu Vr = vVn Trong Vn = Lực cắt mặt cắt tính toán ; v = Hệ số kháng cắt theo quy định ; (A6.5.4.2) Vn = Sức kháng cắt danh định mặt cắt , đợc xác định nh dới đây: Ta kiểm toán cho mặt cắt mặt cắt bất lợi , : Mu =3.42 108 Kiểm tra điều kiện : M u 0,5 f M p ( 11) Ta có : Vế trái (11) Vế phải (11) Kiểm toán (11) Khi Vn đợc xác định theo công thức sau : : Nếu : VT11 =3.42 108 VP11 =1.95 109 KT11 =Đạt 0.87 ( C ) Vn = V p C + d0 1+ ữ D VP = lực cắt dẻo vách dầm , đợc xác định nh sau: VP=0.58FyW=DtW VP C = Tỷ số ứng oằn cắt avf cờng đọ chảy cắt , ta có C đợc xác định nh sau : D Ek 1,01 tw Fyw C = Trong : Tạ ngọc Thiện 13 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu K = 5+ Ta có : Nếu : Bài tập lớn _KCT K d0 Dữ Vế trái (11a) Vế phải (11a) Kiểm toán (11a) =5.61 VT11a =60.71 VP11a =62.73 KT11a =Đạt 1.10 Ek D Ek C= 1.10 1.38 (11b) D y yw t w y yw tw Kiểm toán (11b) Ek y yw =1.03 KT11b =Đạt Nếu : Vậy : 1.52 Ek C= ữ D Ek 1.38 D y yw ữ =0.97 (11c) tw y yw ữ tw Kiểm toán (11c) C= Ta có : 1.10 D ữ tw KT11c =Không đạt Ek y yw C =0.97 Vn=2.33.106 =1 v Vế trái (11) Vế phải (11) Kiểm toán (11) VT11 =.105 VP11 = 106 KT11 =Đạt Kiểm toán khoang biên Sức kháng cắt khoang biên phải thoả mãn điều kiện sau: ta có : Vumax Vr = vVn = v CVP (12) Vumax= lực cắt lớn mặt cắt gối : Vế trái (12) Vế phải (12) Kiểm toán (12) VT12 =2.55 105 VP12 =2.33 106 KT12 =Đạt Tính toán neo chống cắt IV Kiểm toán dầm theo TTghSD kiểm toán độ võng dài hạn Dùng tổ hợp TTSD để kiểm tra chảy kết cấu thép ngăn ngừa độ võng thờng xuyên bất lợi có ảnh hởng đến điều kiện khai thác , ứng suất biên chịu mô men dơng âm , phải thoả mãn điều kiện sau : Đối với tiết diện không liên hợp : f f 0.80 Rh Fyf (13) Trong : ff = ứng suất đàn hòi biên dầm TTSD gây : Rh = Hệ số lai với tiết diện đồng Rh = 1.0 Ta tính cho mặt cắt nhịp mặt cắt bất lợi , Mu =723.78 Tạ ngọc Thiện 14 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Ta có Rh Vế trái (13) Vế phải (13) Kiểm toán (13) Kiểm toán độ võng không bắt buộc Độ võng dầm không thoả mãn điều kiện sau đây: CP = Trong : của: Bài tập lớn _KCT =1 VT13 =71.65 VP13 =276 KT13 =Đạt L (14) 800 L=14000mm chiều dài nhịp dầm (m) = độ võng lớn hoạt tải TTGHSD , bao gồm lực xung kích , lấy trị số lớn + Kết tính toán xe tải thiết kế , + Kết tính toán 25% xe tải thiết kế với tải trọng thiết kế Độ võng lớn (tại mặt cắt dầm ) xe tải thiết kế gây lấy gần ứng với trờng hợp xếp xe cho mô men uốn mặt cắt dầm lớn Khi ta sử dụng hoạt tải tơng đơng xe tải thiết kế để tính toán Độ võng lớn (tại mặt cắt dầm) tải trọng rải gây đợc tính theo công thức lý thuyết đàn hồi nh sau : 5WL4 = 384 EI Trong : W= tải trọng rải dầm (N/m); E= Mô đun đần hồi thép làm dầm (MPa); I= Mô men quán tính tiết diện dầm , bao gồm BTCT mặt dới dầm liên hợp (mm4) Ta có : Tải trọng rải tơng xe thiết kế (đã nhân hệ số ) WtrucK = 10.05 Tải trọng rải tơng đơng tải trọng thiết kế (đã nhân hệ số) Wlane =6.41 Mô men quán tính tiết diện dầm I =4.55 109 Độ võng xe tải thiết kế =5.53 Độ võng tải trọng thiết kế = 3.53 Độ võng 25% xe tải thiết kế với tải trọng =4.91 Vế trái (14) VT14 =5.53 Vế phải (14) VP14 =17.5 Kiểm toán (14) KT14 =Đạt Tính toán độ vồng ngợc cầu thép nen làm dộ vồng ngợc chế tạo để bù lại độ võng tĩnh tải không hệ số trắc dọctuyến ta xét đến độ võng tĩnh tải không hệ số : Tĩnh tải dầm thép BTCt mặt cầu tiết diện dầm thép chịu : Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu tiện ích cầu Ta có : Tĩnh tải rải dầm thép BTCT mặt cầu WDC =7.5 Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu tiện ích cầu WDW =2 Độ võng tĩnh tải không hệ số hayđọ vồng ngợc =5.23 V Kiểm toán dầm theo TTGH mỏi đứt gãy Kiểm toán mỏi vách đứng )a Kiểm toán mỏi vách đứng chịu uốn DC E 5.70 tw Fyw Trong : Ta có : (15) DC = Chiều cao vách chịu nén giai đoạn đàn hồi (mm) Đối với dầm đối xứng kép DC = D/2 15 Tạ ngọc Thiện DC =425mm Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT Vế trái (15) VT15 =60.71 Vế phải (15) VP15 =137.24 Kiểm toán (15) KT15 =Đạt Do ứng suất nén đàn hồi lớn phải thoả mãn điều kiện : f cr Rh Fyc (16) Trong : f cr = ứng suất nén đàn hồi lớn nhát biên chịu nén uốn tác dụng tải trọng dài hạn cha nhân hệ số tải trọng mỏi theo quy định , đại diện cho ứng suất nến uốn vách (MPa) Xếp xe tải mỏi bất lợi cho mặtc cắt dầm nh sau: 145 kN 145 kN 35 kN 3000 12000 16300 24000 Tải trọng trục Ta có : P1 P2 P3 = 35 = 145 = 145 KN Đặt cách gối KN Đặt cách gối KN Đặt cách gối Mô men xe tải mỏ tác dụng Mtruckf Tĩnh tải rải dầm thép BTCT mặt cầu Mô men tác dụng tải trọng dài hạn Mô men mỏi Vế trái (16) Vế phải (16) Kiểm toán (16) x1 x2 x3 =2700mm =7000mm =14000mm WDW MDC+DW Mcf VT16 VP16 KT16 =591.1 =2 =232.9 =7.73 108 =76.55 =345 =Đạt )b Kiểm toán mỏi vách đứng chịu cắt ứng suất cắt đàn hồi lớn vách tác dụng tải dài hạn cha nhân hệ số tải trọng mỏi theo quy địnhthoả mãn điều kiện sau : vcf 0.58CFyW (17) Trong : vcf = ứng suất đàn hồi lớn vách , tác dụng tải trọng dài hạn cha nhân hệ số tải trọng mỏi theo quy định (MPa); Xếp xe tải mỏi bất lợi cho mặt cắt gối nh sau : Tạ ngọc Thiện 16 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT 145 kN 145 kN 35 kN 9000 13300 24000 Tải trọng trục Ta có : (a) P1 P2 P1 = 35 = 145 = 145 KN Đặt cách gối KN Đặt cách gối KN Đặt cách gối Mô men xe tải mỏ tác dụng Tĩnh tải rải dầm thép BTCT mặt cầu Mô men tác dụng tải trọng dài hạn Mô men mỏi Vế trái (17) Vế phải (17) Kiểm toán (17) x1 x2 x3 =11300mm =7000mm =0mm Mtruckf WDW MDC+DW Mcf VT17 VP17 KT17 =247.35 =2 =66.53 =3.1 105 =30.66 =194.19 =Đạt kiểm toán mỏi đứt gãy Kiểm toán mỏi Thiết kế theo TTGH mỏi bao gồm giới hạn ứng suất hoạt tải xe tải thiết kế mỏi đạt đến trị số thích hợp ứng với lần tác dụng lặp xảy trình phục vụ cầu Công thức kiểm tra mỏi nh sau: (18) ( F ) n ( f ) Trong : = Hệ số tải trọng mỏi , ta có =0.75; ( F ) n = Sức kháng mỏi danh định (MPa); ( f ) = 76.55Mpa ứng suất tải trọng mỏi gây (MPa); Tính biên độ ứng suất xe tải mỏi gây ( f ) Ta có : Mô men xe tải mỏi tác dụng Mô men mỏi xe tải mỏi tác dụng Vế phải (18) Tíng sức kháng mỏi danh định ( F ) n Ta có công thức tính toán nh sau: Mtruckf Mcf VP18 =591.08 =7.73 108 = ( F ) n Trong : A = ữ ( F ) TH N (18a) ( F ) TH , A = Ngỡn ứng suất mỏi, hệ số cấu tạo, Tra bảng theo qquy định phụ thuộc vào chi tiết cấu tạo dầm thép N= số chu kỳ biên đọ ứng suất tuổi thọ thiết cầu Theo tiêu chuẩn tuổi thọ thiết kế cầu 100 năm, : N= (100năm ).(365ngày).n(ADTTSL) (18b) n= Số chu kỳ ứng suất xe tải, tra bảng theo quy định , phụ thuộc vào loại cấu kiện chiều dài nhịp (ADTTSL)= Số xe tải/ ngày theo mọt chiều tính trung bình tuổi thọ thiết kế Tạ ngọc Thiện 17 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT (ADTTSL)= p.ADTT (18c) p = Một phần số xe tải đơn, tra bảng theo quy định, phụ thuộc số xe có giá trị cho xe tải cầu ADTT = Số xe tải / ngày theo chiều tính trung bình hàng ngày/ ADTT = Ktruck ADT.nL (18d) Ktruck = Tỷ lệ xe tải luồng Tra bảng theo quy định, phụ thuộc vào cấp đờng thiết kế ADT= Số lợng giao thông trung bònh hàng ngày/ Ta có : Tra bảng A6.6.1.25-1, với chi tiết loại B A = Tra bảng A6.6.1.2.5-3, với chi loai B ( F ) TH = Tra bảng A6.6.1.2.5-2, với dầm giản đơn L=18m n = Tra bảng A3.6.1.4.2-1,với số xe n= p = ADT = Ktruck = ADTT = N = Vế trái (18a) VT18a = Vế phải (18a) VP18a = Vế trái (18) VT18 = Vế phải (18) VP18 = Kiểm toán (18) KT18 = (b) Kiểm toán đứt gãy Vật liệu thép làm dầm phải có độ dẻo dai chống đứt gãy theo quy định tiêu chuẩn Thép đợc sử dụng theo tiêu chuẩn AASHTO thoả mãn tính toán thiết kế sờn tăng cờng Bố trí STC đứng Ta có ; 3D = Vậy ta chọn : Khoảng cách STC đứng trung gian ( khoang ) d0 = Khoảng cách khoang cuối ( khoang biên) d01 = Chiều rộng STC đứng trung gian bP = Chiều dày STC đứng trung gian tP = Ta có hình vẽ bố trí STC đứng nh sau ; Kiểm toán STC đứng trung gian Kiểm toán độ mảnh Chiều rộng chiều dày STC đứng trung gian phải đợc giới hạn độ mảnh để ngăn chặn ổn định cục vách ngăn (A10.8.1.2) d E 50 + bp 0.48t p (19) 30 Fys 0.25b f bp 16.0t p (20) Trong : d= chiều cao mặt cắt dầm thép (mm) = chiều dày STC (mm) bP= chiều rộng STC (mm) Fys= cờng độ chảy nhỏ quy định của STC (MPa) bf = chiều rộng cánh dầm (mm) Ta có: Vế trái (19) VT19 = Vế phải (19) VP19 = Kiểm toán (19) KT19 = Vế trái (20) VT20 = Vế phải (20) VP20 = Kiểm toán (20) KT20 = Kiểm toán độ cứng Độ cứng phải thoả mãn điều kiện sau: (21) (22) Trong : d0 = Khoảng cách STC đứng trung gian (mm) 18 Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT DP = Chiều cao D vách STC dọc , nên DP =D (mm) It = Mô men quán tính tiết diện STC đứng trung gian lấy mặt tiếp xúc với vách STC đơn với điểm chiều dày váh STC kép (mm4) Ta có : DP = d0 = J = tW = bP = tP = Vế trái (21) VT21 = Vế phải (21) VP21 = Kiểm toán (21) KT21 = kiểm toán cờng đọ Diện tích tiết diện ngang STC đứng trung gian phải đủ lớn để chống lại thành phần thẳng đứng ứng suất xiên vách 9A6.10.8.1.4) Fy V (23) As 0.15 BDtW ( C ) u 18tW W Vr Fys Trong : Vr = Sức kháng cắt tính toán vách dầm (N) Vu = Lực cắt tải trọng tính toán TTGHCĐI(N) AS = Diện tích STC, tổng diệntích đôi STC (mm2) B = Hệ số, đợc xác định phụ loại STC Ta có : Với STC thép , B = Nh ta có C = Ta xét STCđứng liền kề STC gối bất lợi nhất, Vu = Vr = Vế trái (23) VT23 = Vế phải (23) VP23 = Kiểm toán (23) KT23 = Kiểm toán STC gối chọn kích thớc STC gối Ta chọn Chiều rộng STC gối bP = Chiều dày STC gối tP = Số đôi STC gối ng = Chiều rộng đoạn vát góc STC gối 4tW = Trong : kl Fy = ữ r E AS = Diện tích mặt cắt nguyên (mm2) k =Hệ s chiều dài hiệu dụng theo quy định Với trờng hợp liên kết hàn hai đầu 0.75 (A4.6.2.5) l= Chiều dài không giằng(mm) = chiều cao vách D(mm) r = bán kính tiết diện cột (mm) Tạ ngọc Thiện 19 Cầu Đờng Bộ A- 47 k= [...]... Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Ta có Rh Vế trái của (13) Vế phải của (13) Kiểm toán (13) 2 Kiểm toán độ võng không bắt buộc Độ võng của dầm không thoả mãn điều kiện sau đây: CP = Trong đó : của: Bài tập lớn _KCT =1 VT13 =71.65 VP13 =276 KT13 =Đạt 1 L (14) 800 L=14000mm chiều dài nhịp dầm (m) = độ võng lớn nhất do hoạt tải ở TTGHSD , bao gồm cả lực xung kích , lấy trị số lớn hơn + Kết quả tính toán do... với dầm đối xứng kép thì DC = D/2 15 Tạ ngọc Thiện DC =425mm Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT Vế trái của (15) VT15 =60.71 Vế phải của (15) VP15 =137.24 Kiểm toán (15) KT15 =Đạt Do đó ứng suất nén đàn hồi lớn nhất phải thoả mãn điều kiện : f cr Rh Fyc (16) Trong đó : f cr = ứng suất nén đàn hồi lớn nhát ở bản biên chịu nén khi uốn do tác dụng của tải trọng dài hạn cha nhân hệ số và... của dầm phải thoả mãn điều kiện sau: Đối với trờng hợp tiết diện là đặc chắc : M umax Mr=r M n Trong đó : Tạ ngọc Thiện 12 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu r = Hệ số kháng uốn theo quy định r = 1.0 ( A6.5.4.2) Ta có : Bài tập lớn _KCT M umax = Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa mhịp ở TTGHCĐI(N.mm) Mn = Sức kháng uốn danh định đặc trng cho tiết diện đặc chắc (N.mm) =1 r M umax =1,408 109 Nmm = 5.04... theo quy địnhthoả mãn điều kiện sau : vcf 0.58CFyW (17) Trong đó : vcf = ứng suất đàn hồi lớn nhất trong vách , do tác dụng của tải trọng dài hạn cha nhân hệ số của tải trọng mỏi theo quy định (MPa); Xếp xe tải mỏi bất lợi nhất cho mặt cắt gối nh sau : Tạ ngọc Thiện 16 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT 145 kN 145 kN 35 kN 9000 13300 24000 Tải trọng trục Ta có : 2 (a) P1 P2 P1 = 35 =... sau: VP=0.58FyW=DtW VP C = Tỷ số của ứng oằn cắt avf cờng đọ chảy cắt , ta có C đợc xác định nh sau : D Ek 1,01 tw Fyw thì C = 1 Trong đó : Tạ ngọc Thiện 13 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu K = 5+ Ta có : Nếu : Bài tập lớn _KCT 5 2 K d0 Dữ Vế trái của (11a) Vế phải của (11a) Kiểm toán (11a) =5.61 VT11a =60.71 VP11a =62.73 KT11a =Đạt 1.10 Ek D Ek C= 1.10 1.38 (11b) thì D y yw t w y yw tw Kiểm...Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT 2 Dcp E (0.75).3, 76 Fyc tW bw (0.75).0,382 E 2.t Fyc W Ta có : 2 Dcp 2*525 E 2.105 = = 75 (0.75).3, 76 = (0.75).3, 76 = 67.9 14 Fyc 345 tW => Không đạt 5 400 E 2.10 bw... tra bảng theo quy định , phụ thuộc vào loại cấu kiện và chiều dài nhịp (ADTTSL)= Số xe tải/ ngày theo mọt chiều tính trung bình trong tuổi thọ thiết kế Tạ ngọc Thiện 17 Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT (ADTTSL)= p.ADTT (18c) p = Một phần số làn xe tải trong một làn đơn, tra bảng theo quy định, phụ thuộc số làn xe có giá trị cho xe tải của cầu ADTT = Số xe tải / ngày theo một chiều tính... (20) KT20 = Kiểm toán độ cứng Độ cứng của nó phải thoả mãn các điều kiện sau: (21) (22) Trong đó : d0 = Khoảng cách giữa các STC đứng trung gian (mm) 18 Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT DP = Chiều cao D của vách không có STC dọc , nên DP =D (mm) It = Mô men quán tính của tiết diện STC đứng trung gian lấy đối với mặt tiếp xúc với vách khi là STC đơn và với điểm giữa chiều... toán do một mình xe tải thiết kế , hoặc + Kết quả tính toán do 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế Độ võng lớn nhất (tại mặt cắt giữa dầm ) do xe tải thiết kế gây ra có thể lấy gần đúng ứng với trờng hợp xếp xe sao cho mô men uốn tại mặt cắt giữa dầm là lớn nhất Khi đó ta có thể sử dụng hoạt tải tơng đơng của xe tải thiết kế để tính toán Độ võng lớn nhất (tại mặt cắt giữa dầm) do tải... (18a) ( F ) TH , A = Ngỡn ứng suất mỏi, hệ số cấu tạo, Tra bảng theo qquy định phụ thuộc vào chi tiết cấu tạo của dầm thép N= số chu kỳ biên đọ ứng suất trong tuổi thọ thiết cầu Theo tiêu chuẩn thì tuổi thọ thiết kế của cầu là 100 năm, vậy : N= (100năm ).(365ngày).n(ADTTSL) (18b) n= Số chu kỳ ứng suất của một xe tải, tra bảng theo quy định , phụ thuộc vào loại cấu kiện và chiều dài nhịp (ADTTSL)= Số ... 265.158 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn _KCT III Kiểm toán dầm theo TTGHCĐ I Kiểm toán điều kiện chịu mô men uốn 1.1 Tính toán ứng suất cánh dầm thép Ta lập bảng tính toán ứng suất cánh dầm thép mặt cắt... Đah Vi =Tung độ phần lớn đờng ảnh hởng Vi AVi = Tổng diện tích đờng ảnh hởng Vi Cầu Đờng Bộ A- 47 MiSD (kN.m) 421.12 738.71 956.37 1077.76 1106.81 Bộ môn kết cấu A1.Vi Bài tập lớn _KCT = Diện tích... Dầm thép 550.00 550.00 537.50 537.50 Sbot (mm3) Stop (mm3) 1,296.107 1,296.107 Sbotmid (mm3) 1,326.107 Trong đó: Tạ ngọc Thiện Cầu Đờng Bộ A- 47 Stopmid (mm3) 1,326.107 Bộ môn kết cấu Bài tập lớn