BÀI tập lớn THIẾT kế cầu THÉP giành cho sinh viên đại học, cao đẳng, tại chức, chuyên nghành cầu đường , CTGTTP, kỹ thuật xây dựng .....................................................................................................................................................................................................................................................
BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CẦU THÉP I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU 1.1 SỐ LIỆU CHUNG - Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN272-05 - Chiều dài nhịp : L = 33 m - Khổ cầu : 12.0+2x0.5 (m) + Bề rộng xe chạy : + Lề người : +Bề rộng lan can cầu: B = 12 ( m ) 0.0 (m) 2x0.5 (m) + Bề rộng toàn cầu : - Tải trọng thiết kế : HL93 + 3.10-3 Mpa - Vật liệu chế tạo kết cấu : +Thép hợp kim cacbon M270 + Bê tông có cường độ chịu nén : f c' = 28Mpa 1.2 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CHẾ TẠO DẦM f y = 345Mpa - Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy quy định nhỏ f y = 420Mpa - Cốt thép chịu lực mặt cầu: Cường độ chảy quy định nhỏ - Vật liệu chế tạo mặt cầu: + Cường độ chịu nén bêtông tuổi 28 ngày: f c' = 28Mpa γ c = 23,54kN / m + Trọng lượng riêng bêtông: + Mô đun đàn hồi bêtông đựơc xác định theo công thức: E c = 0, 043γ c1,5 f c ' = 0, 043.24001,5 28 = 26752(MPa) - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép hợp kim M270M cấp 345W II KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 2.1 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA KẾT CẤU NHỊP - Chiều dài nhip: Lnh = 33,6 m - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0.3 m ⇒ Chiều dài tính toán KCN: a=33,6-2.0.3=33 (m) 2.2 LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG - Số dầm chủ mặt cắt ngang : dầm chủ 2.3 QUY MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU - Các kích thước mặt cắt ngang cầu CÁC KÍCH THƯỚC Bề rộng phần xe chạy KÍ HIỆU Bxe n Số xe thiết kế b le Lề người Chiều rộng gờ chắn bánh Chiều cao gờ chắn bánh Chiều rộng chân lan can Chiều cao chân lan can bgc h b clc h clc Bcau Chiều rộng toàn cầu nd Số dầm chủ thiết kế Khoảng cách dầm chủ S d oe Chiều dài cánh hẫng GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ 12,00 m 0,00 0 2x0,5 0,5 13,00 m m m m m m 4,0 dầm 2,5 m 2,75 m 2.4 CHIỀU CAO DẦM CHỦ - Chiều cao dầm thép: + Chiều cao bụng : D w = 150cm + Chiều dày bản bụng: t w = 1.2cm + Bề rộng cánh chịu nén: = 30 cm + Chiều dày cánh dưới: t b = 3,0cm + Bề rộng cánh dưới: =35 cm +Bề dày cánh : t t = 3cm + Chiều cao toàn dầm thép: -Chiều dầy bê tông mặt cầu : H sb = 150 + + 3.0 = 156,0cm t s = 17, 0cm 2.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ - Mặt cắt ngang dầm chủ II Tính đặc trưng hình học Đặc trưng hình học mặt cắt dầm thép - Diện tích mặt cắt dầm thép : A NC = 30.3+150.1,2+35.3=375 ( cm ) - Xác định mômen tĩnh tiết diện với trục qua đáy dầm thép t So = b t t t H sb − b t Dw + t b ÷+ b b t b b ÷+ D w t w 3.0 3.0 150 So = 30 × 156.0 − + 3.0 ÷+ 35 × 3.0 × = 28102,5cm ÷+ 150 × 1.2 × ⇒ - Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I Y1 = So 28102,5 = = 74.94cm A NC 375 - Chiều cao sườn dầm chịu nén Dc1 = Hsb − t b − Y1 = 156.0 − 3.0 − 74.94 = 78.06cm - Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục I-I: Yt1 = H sb − Y1 = 156, − 74,94 = 82, 06cm - Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục I-I: Yb1 = Y1 = 74, 94cm - Xác định mômen quán tính mặt cắt dầm TTH I-I + Mômen quán tính bụng: Iw = t w Dw D + t w D w ( w + t b − Y1 ) 12 2 × 1503 150 = + 1, × 150 × + 3, − 74,94 ÷ = 564185,5cm 12 + Mômen quán tính cánh Icf = b t t 3t t + b t t t (H sb − Y1 − t ) 12 2 30 × 33 3 = + 30 × × 156, − 74,94 − ÷ = 569748,9cm 12 2 + Mômen quán tính cánh b b t 3b t b 35 × 3, 03 3, I tf = + b b t b (Y1 − ) = + 35 × 3, × (74, 94 − ) 12 12 = 566389, 3cm + Mômen quán tính tiết diện dầm thép I NC = I W + Icf + I tf = 564185,5 + 569748,9 + 566389,3 = 1700323,7cm - Xác định mômen tĩnh phần mặt cắt dầm thép TTH I-I tt DC1 SNC = b t t t H sb − Y1 − ÷+ t w 2 3 78,062 = 30 × × 156,0 − 74,94 − ÷+ 1, × = 10816, 4cm 2 - Mômen quán tính mặt cắt dầm thép trục Oy t t b3t D w t 3w t b b3b × 303 150 × 1, 23 3,0 × 353 IY = + + = + + = 17490,35cm 12 12 12 12 12 12 Đặc trưng hình học mặt cắt liên hợp ngắn hạn dài hạn 2.1: Xác định bề rộng tính toán bê tông - Trong tính toán toàn bêtông mặt cầu tham gia làm việc chung với dầm thép theo phương dọc cầu Bề rộng bêtông làm việc chung với dầm thép hay gọi bề rộng có hiệu, phụ thuộc vào nhiều yếu tố chiều dài tính toán nhịp, khoảng cách dầm chủ bề dày bêtông mặt cầu - Theo 22TCN272 – 05 bề rộng cánh lấy sau: Xác định b1: Lấy giá trị nhỏ giá trị sau: + x 3300=412,5(cm) + 1 1 t w × 12 6t s + max = × 17,0 + max = 102 + 7,5 = 109,5cm 1 b × 30 c + d oe = 275cm Vậy: b1 = 109,5cm Xác định b2: Lấy giá trị nhỏ giá trị sau: + x 3300=412.5 (cm) + 1 1 t w × 12 6t s + max = × 17,0 + max = 102 + 7,5 = 109,5cm 1 b × 30 c ) + (cm) Vậy: ⇒ Bề rộng tính toán cánh dầm biên: 2.2: Xác định ĐTHH mặt cắt dầm biên a Mặt cắt tính toán b ĐTHH cốt thép bêtông -Lưới cốt thép phía + Đường kính cốt thép: Φ = 12mm + Diện tich mặt cắt ngang thanh: π × 1.22 a= = 1.131cm + Số mặt cắt ngang dầm: n = 11 + Khoảng cách thanh: @ = 20 cm + Tổng diện tích cốt thép phía trên: A rt = 11× 1.131 = 12, 441cm + Khoảng cách từ tim cốt thép phía đến mép tông: a rt = 5cm - Lưới cốt thép phía dưới: + Đường kính cốt thép: Φ = 12mm + Diện tich mặt cắt ngang thanh: π × 1.22 a= = 1.131cm + Số mặt cắt ngang dầm: n = 11 + Khoảng cách thanh: @ = 20 cm + Tổng diện tích cốt thép phía trên: A rb = 11 ×1.131 = 12, 441cm + Khoảng cách từ tim cốt thép phía đến mép tông: a rb = 5cm - Tổng diện tích cốt thép bêtông: A r = A rt + A rb = 12, 441 + 12, 441 = 24,882cm 10 - Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đền mép dầm thép: Yr = A rt (t s + t h − a rt ) + A rb (a rb + t h ) 12, 441× ( 17, + − ) + 12, 441 × (5 + 6) = = 14,5cm A rt + A rb 12, 441 + 12, 441 2.3 ĐTHH mặt cắt liên hợp ngắn hạn: - Mặt cắt liên hợp ngắn hạn sử dụng để tính toán tải trọng ngắn hạn hoạt tải, giai đoạn không xét tới tượng từ biến - Tính diện tích bêtông +Diện tích toàn bêtông: = 219x17,0 + 30x3 + 2xx6x6= 3849,0 () + Diện tích tính đổi mặt cắt Trong đó: + Art : Diện tích cốt thép bố trí bêtông + ANC : Diện tích dầm thép + AST: Diện tích tính đổi tiết diện liên hợp không xét từ biến - Xác định mômen tĩnh tiết diện liên hợp TTH I-I tiết diện thép t2 th bs t s H sb − Y1 + t h + ÷+ b c t h H sb − Y1 + 1 S1x = n 2t × t h b h H sb − Y1 + h ÷ ÷+ + A r ( Hsb − Y1 + Yr ) +24,882x(156,0 – 74,94 + 14,5= 49123,08 ( - Khoảng cách từ TTH I-I đến TTH II-II 11 (cm) - Chiều cao sườn dầm chịu nén - Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục II-II: =156,0-74,94-55,76 =25,3 (cm) - Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục II-II: =74,94+ 55,76= 130,7 (cm) - Xác định mômen quán tính tiết diện liên hợp + Mômen quán tính dầm thép + Mômen quán tính phần bêtông 748380,40 ( + Mômen quán tính phần vút cánh 2 b t t 3h th b h t 3h 2t h Ih = + bc t h Hsb − Y1 − Z1 + ÷ + + × b h t h H sb − Y1 − Z1 + ÷ n 12 2 36 =21959,73 ( + Mômen quán tính phần cốt thép =24,88x = + Mômen quán tính mặt cắt liên hợp ngắn hạn: 12 =+748380,40+21959,73+ =3676016,35 () 2.4 Xác định ĐTHH mặt cắt liên hợp dài hạn - Mặt cắt liên hợp dài hạn đựơc sử dụng để tính toán tải trọng lâu dài tĩnh tải ta phải xét tới từ biến - Trong trường hợp có xét tới tượng từ biến đặc trưng hình học mặt cắt đựơc tính tương tự không xét tới từ biến, thay hệ số n n’ - Tính diện tích bêtông +Diện tích bêtông = bsts + bcth + bhth = 219 x 17,0 + 30 x + xx x 6=3939 +Diện tích tính đổi mặt cắt ALT = ANC + + Ar = 375 + + 24,88=539,125 Trong đó: + Art : Diện tích cốt thép bố trí bêtông + ANC : Diện tích dầm thép + ALT: Diện tích tính đổi tiết diện liên hợp xét từ biến - Xác định mômen tĩnh tiết diện liên hợp TTH I-I tiết diện thép t2 th bs t s H sb − Y1 + t h + ÷+ b t t h H sb − Y1 + 1 S1'x = ' n 2t × t h b h H sb − Y1 + h ÷ ÷+ + A r ( H sb − Y1 + Yr ) +24,88x(156,0–74,94+ 14,5)= 17959,32 ( - Khoảng cách từ TTH I-I đến TTH II’-II’ 13 = = = 33,31cm - Chiều cao sườn dầm chịu nén - Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục II’-II’: = 156,0-74,94-33,31= 47,75 cm - Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục II’-II’: =74,94 + 33,31 = 108,25 cm - Xác định mômen quan tính tiết diện liên hợp + Mômen quán tính dầm thép 1700323,7 = +375 x =2116407,24 + Mômen quán tính phần bêtông = = =604855,0 + Mômen quán tính phần vút cánh 2 b t t 3h th b h t 3h 2t h I = ' + b t t h H sb − Y1 − Z1 + ÷ + + × b h t h H sb − Y1 − Z1 + ÷ n 12 2 36 ' h =23390,42 + Mômen quán tính phần cốt thép 14 = Ar = 24,88x = 96318,65 + Mômen quán tính mặt cắt liên hợp dài hạn: =2116407,24+ 604855,0+ 23390,42+ 96318,65 =2840971,31 III: Kiểm tra điều kiện tính duyệt theo TTGH CĐ mặt cắt dầm chịu uốn giai đoạn khai thác Công thức kiểm toán : 1.Kiểm tra vị trí TTH dẻo -Tính thông số + Lực dẻo BT: = 0,85 = 0,85.28.2190.170=8860740 (N) + Lực dẻo cánh : =345.300.30=3105000 (N) +Lực dẻo bụng := 345.1500.12=6210000 (N) +Lực dẻo cánh dưới: = 345.350.30 = 2572500(N) Ta có : TTH dẻo qua cánh dầm thép -Gọi x khoảng cách từ TTH dẻo đến đáy dầm ta có phương trình : Giải phương trình ta x= 1545,38 (mm) -Tính mô men dẻo := = Thay số ta 0,959 (N.mm) =9595,92 (kN.m) 15 -Tính mô men chảy : Là mô men uốn bổ sung ; += (345.100038988,27 (KN.m) = += (345.1000= 8051,93 (KN.m) 8051,93 (KN.m) = 1402+806+8051,93=1025,9 (KN.m) 2.Kiểm toán sức kháng uốn -Khoảng cách từ mặt BT đến TTH dẻo : Ta thấy nên sức kháng uốn danh định tính theo công thức: -Sức kháng uốn tính toán : -Mô men uốn tải trọng : Ta thấy : Dầm đảm bảo khả chịu uốn… 16 [...]... 219x17,0 + 30x3 + 2xx6x6= 3849,0 () + Diện tích tính đổi của mặt cắt Trong đó: + Art : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông + ANC : Diện tích dầm thép + AST: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi không xét từ biến - Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép t2 th bs t s H sb − Y1 + t h + 2 ÷+ b c t h H sb − Y1 + 2 1 S1x = n 1 2t... cách từ TTH I-I đến TTH II-II 11 (cm) - Chiều cao sườn dầm chịu nén - Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục II-II: =156,0-74,94-55,76 =25,3 (cm) - Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II-II: =74,94+ 55,76= 130,7 (cm) - Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp + Mômen quán tính của dầm thép + Mômen quán tính của phần bản bêtông 748380,40 ( + Mômen quán tính của phần vút bản cánh 2 2... +Diện tích tính đổi của mặt cắt ALT = ANC + + Ar = 375 + + 24,88=539,125 Trong đó: + Art : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông + ANC : Diện tích dầm thép + ALT: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi xét từ biến - Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép t2 th bs t s H sb − Y1 + t h + 2 ÷+ b t t h H sb − Y1 + 2 1 S1'x = ' n 1 2t... I-I đến TTH II’-II’ 13 = = = 33,31cm - Chiều cao sườn dầm chịu nén - Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục II’-II’: = 156,0-74,94-33,31= 47,75 cm - Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II’-II’: =74,94 + 33,31 = 108,25 cm - Xác định mômen quan tính của tiết diện liên hợp + Mômen quán tính của dầm thép 1700323,7 = +375 x =2116407,24 + Mômen quán tính của phần bản bêtông = = =604855,0 + Mômen...- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép bản đền mép trên của dầm thép: Yr = A rt (t s + t h − a rt ) + A rb (a rb + t h ) 12, 441× ( 17, 0 + 6 − 5 ) + 12, 441 × (5 + 6) = = 14,5cm A rt + A rb 12, 441 + 12, 441 2.3 ĐTHH của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: -... bản cánh 2 2 1 b t t 3h th b h t 3h 1 2t h Ih = + bc t h Hsb − Y1 − Z1 + ÷ + 2 + 2 × b h t h H sb − Y1 − Z1 + ÷ n 12 2 36 2 3 =21959,73 ( + Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản =24,88x = + Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: 12 =+748380,40+21959,73+ =3676016,35 () 2.4 Xác định ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn - Mặt cắt liên hợp dài hạn đựơc sử dụng... cánh 2 2 1 b t t 3h th b h t 3h 1 2t h I = ' + b t t h H sb − Y1 − Z1 + ÷ + 2 + 2 × b h t h H sb − Y1 − Z1 + ÷ n 12 2 36 2 3 ' h =23390,42 + Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản 14 = Ar = 24,88x = 96318,65 + Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn: =2116407,24+ 604855,0+ 23390,42+ 96318,65 =2840971,31 III: Kiểm tra điều kiện tính duyệt theo TTGH CĐ mặt cắt... Lực dẻo tại bản cánh trên : =345.300.30=3105000 (N) +Lực dẻo tại bản bụng := 345.1500.12=6210000 (N) +Lực dẻo tại bản cánh dưới: = 345.350.30 = 2572500(N) Ta có : và TTH dẻo đi qua cánh trên của dầm thép -Gọi x là khoảng cách từ TTH dẻo đến đáy dầm ta có phương trình : Giải phương trình trên ta được x= 1545,38 (mm) -Tính mô men dẻo := = Thay số ta được 0,959 (N.mm) =9595,92 (kN.m) 15 -Tính mô men ... mặt cắt ngang : dầm chủ 2.3 QUY MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU - Các kích thước mặt cắt ngang cầu CÁC KÍCH THƯỚC Bề rộng phần xe chạy KÍ HIỆU Bxe n Số xe thiết kế b le Lề người Chiều rộng gờ chắn... dày cánh : t t = 3cm + Chiều cao toàn dầm thép: -Chiều dầy bê tông mặt cầu : H sb = 150 + + 3.0 = 156,0cm t s = 17, 0cm 2.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ - Mặt cắt ngang dầm chủ II Tính... toán bê tông - Trong tính toán toàn bêtông mặt cầu tham gia làm việc chung với dầm thép theo phương dọc cầu Bề rộng bêtông làm việc chung với dầm thép hay gọi bề rộng có hiệu, phụ thuộc vào nhiều