Thiết Kế Cầu Thép Dầm Thép Liên Hợp Tiết Diện Chữ I, 6 Dầm Chính, L=40m (Kèm Bản Vẽ, Sap, Bảng Tính)

MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế: .3 Phương pháp thiết kế: .3 Vật liệu dùng thi công: LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH Lan can: Lề hành: 11 Bó vỉa: 14 BẢN MẶT CẦU 19 Số liệu tính toán: 19 Sơ đồ tính toán mặt cầu: .19 Tính nội lực cho công-xôl: (bản hẫng) 20 Tính nội lực cho dầm cạnh dầm biên: 22 Tính nội lực cho dầm giữa: 27 Thiết kế cốt thép cho mặt cầu: .33 Kiểm tra nứt cho mặt cầu: 34 DẦM CHÍNH 36 Kích thước dầm chính: .36 Xác đònh đặc trưng hình học tiết diện dầm: 37 Xác đònh hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu: 49 Xác đònh nội lực hoạt tải mặt cắt: 53 Nội lực tónh tải tác dụng lên dầm chính: 57 Tổ hợp nội lực mặt cắt theo trạng thái giới hạn: 65 IV.2 Kiểm toán dầm thép giai đoạn 1: 71 IV.3 Kiểm toán dầm thép giai đoạn 2: 79 IV.4 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng: 88 IV.5 Kiểm tra yêu cầu cấu tạo: (Độ vồng ngược) 88 IV.6 Kiểm tra mỏi nứt gãy: .89 Trang MỤC LỤC IV.7 Tính toán sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối, neo chống cắt: .90 Trang CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU CHUNG Chương I GIỚI THIỆU CHUNG Các số liệu thiết kế: - Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I Khổ cầu: B - K = 7500 mm – 1750 mm Chiều dài dầm chính: L = 40.000 mm Số dầm chính: dầm Khoảng cách dầm chính: 2000 mm Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 46 Trong có sườn tăng cường gối Khoảng cách sườn tăng cường: 2000 mm Khoảng cách sườn gối 150 mm Khoảng cách sườn tăng cường gối với sườn trung gian 1850 mm - Số liên kết ngang (giữa dầm): 11 - Khoảng cách liên kết ngang: m - Khoảng cách trụ lan can: m Phương pháp thiết kế: - Thiết kết theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 - Bản mặt cầu tính theo hẫng làm việc theo phương ngang cầu - Dầm chính: Tính dầm giản đơn Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng cách dầm m - Kiểm toán Vật liệu dùng thi công: - Thanh cột lan can (phần thép): Thép CT3 + Fy = 240 MPa −5 + γ s = 7.85 × 10 N / mm - Lề hành, lan can: + Bêtông: fc' = 30 MPa γ = 2.5 × 10−5 N / mm + Thép AII: Fy = 280 MPa γ s = 7.85 × 10−5 N / mm - Bản mặt cầu, vút + Bêtông: fc' = 30 MPa γ = 2.5 × 10−5 N / mm Trang CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU CHUNG + Thép AII: Fy = 280 MPa γ s = 7.85 × 10−5 N / mm - Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang + Thép M270M cấp 345: Fy = 345 MPa γ s = 7.85 × 10−5 N / mm + Thép góc: L 100 x 100 x 10: Fy = 240 MPa γ s = 7.85 × 10−5 N / mm Trang Chương II – LAN CAN & LỀ BỘ HÀNH Chương II LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH Lan can: II.1.1 Thiết kế lan can: - Chọn lan can thép ống có: + Đường kính D =80 mm + Đường kính d = 70 mm - Khoảng cách cột lan can là: L = 4000 mm −5 - Khối lượng riêng thép lan can: γ s = 7.85 × 10 N / mm - Thép cacbon số hiệu CT3: fy = 240 MPa II.1.1.1 Tải tác dụng lên lan can: 4000 P=890N g=0.0925N/mm w=0.37N/mm w=0.37N/mm Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên lan can - Theo phương thẳng đứng (y): + Tónh tải: Trọng lượng tính toán thân lan can: D2 - d 802 - 702 g=γ π = 7.85 × 10-5 × 3.14 × = 0.0925 N / mm 4 + Hoạt tải: Trang Chương II – LAN CAN & LỀ BỘ HÀNH Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Theo phương ngang: + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Tải tập trung P = 890 N đặt theo phương hợp lực g w II.1.1.2 Nội lực lan can:  Theo phương y: - Mômen tónh tải mặt cắt nhòp: g × L2 0.0925 × 40002 y Mg = = = 185000 N.mm 8 - Mômen hoạt tải mặt cắt nhòp: + Tải phân bố: w × L2 0.37 × 40002 M yw = = = 740000 N.mm 8 + Tải tập trung: P × L 890 × 4000 M yP = = = 890000 N.mm 4  Theo phương x: - Mômen hoạt tải mặt cắt nhòp: + Tải phân bố: w × L2 0.37 × 40002 M xw = = = 740000 N.mm 8  Tổ hợp nội lực tác dụng lên lan can: M = η  ( γ DC M gy + γ LL M yw )2 + ( γ LL M xw )2 + γ LL M P  - Trong đó: + η : hệ số điều chỉnh tải trọng: η = ηD ηI ηR Với: ηD = 0.95 : hệ số dẻo cho thiết kế thông thường theo yêu cầu ηI = : hệ số quan trọng ηR = : hệ sốù dư thừa (mức thông thường) ⇒ η = 0.95 × × = 0.95 + γ DC = 1.25 : hệ số tải trọng cho tónh tải + γ LL = 1.75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải ⇒ M = 0.95 ×  (1.25 × 185000 + 1.75 × 740000)2 + (1.75 × 740000)2 +1.75 × 890000  = 3381160 N.mm II.1.1.3 Kiểm tra khả chòu lực lan can: φ.M n ≥ M Trang Chương II – LAN CAN & LỀ BỘ HÀNH Trong đó: + φ : hệ số sức kháng: φ = + M: mômen lớn tónh hoạt tải + Mn: sức kháng tiết diện: M n = fy × S o S mômen kháng uốn tiết diện π 3.14 S = (D3 − d ) = × (803 − 703 ) = 16592 mm 32 32 ⇒ M n = 240 × 16592 = 3981969 N.mm φ.M n = × 3981969 = 3981969 N.mm ≥ 3381160 N.mm Vậy lan can đảm bảo khả chòu lực II.1.2 Cột lan can: Ta tính toán với cột lan can giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan (hình 2.2): 230 P"=2370N 650 150 230 P"=2370N I 190 150 80 690 80 150 80 P"=2370N I Hình 2.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can Để đơn giản tính toán ta kiểm tra khả chòu lực lực xô ngang vào cột, bỏ qua lực thẳng đứng trọng lượng thân II.1.2.1 Thiết kế cốt thép cho cột lan can: - Kích thước: hình vẽ 2.2 - Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải) Trang Chương II – LAN CAN & LỀ BỘ HÀNH + Lực phân bố: w = 0.37 N/mm lan can hai bên cột truyền vào cột lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 4000 = 1480 N + Lực tập trung: P = 890 N + Suy lực tập trung vào cột là: P '' = P '+ P = 1480+890 = 2370 N  Nhận xét: mặt cắt I-I mặt cắt nguy hiểm nhất, cần kiểm tra khả chòu lực thiết kế cốt thép mặt cắt - Mômen mặt cắt I-I: M I −I = P ''× (h1 + h + h ) = 2370 × (190 + 420 + 650) = 2986200 N.mm - Mặt cắt I-I đảm bảo khả chòu lực khi: φM n ≥ M u = η.γ LL M I − I = 1× 1.75 × 2986200 = 5225850 N.mm  Thiết kế cốt thép cho cột lan can: - Tiết diện chòu lực: b x h = 140 mm x 160 mm - Chọn a’ = 30 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông: ds = h – a’ = 160 – 30 = 130 mm - Xác đònh chiều cao vùng nén a: a = d s2 − d s2 − × Mu φ× 0.85 × fc' × b × 5225850 = 13.12 mm 0.9 × 0.85 × 30 × 140 - Bản lề hành có 28 MPa < f'c = 30 MPa < 56 Mpa, vậy: 0.05 ' 0.05 β1 = 0.85 − (fc − 28) = 0.85 − × (30 − 28) = 0.836 7 - Xác đònh khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà c: a 13.12 c= = = 15.76 mm β1 0.836 = 130 − 1302 − - Xác đònh trường hợp phá hoại cho toán cốt đơn: c 15.76 = = 0.131 < 0.42 ⇒ toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo ds 120 - Xác đònh diện tích cốt thép: 0.85 × fc' × a × b 0.85 × 30 × 13.12 × 140 AS = = = 167.28 mm fy 280 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: A s = 167.28 mm A smin = 0.03 × b × h × f 'c 30 = 0.03 × 140 × 160 × = 72 mm fy 280 Trang Chương II – LAN CAN & LỀ BỘ HÀNH Ta thấy As > Asmin - Chọn vùng kéo 2φ10a80 ⇒ diện tích As = 201,06 mm2 - Cốt thép bố trí hình 2.3 II.1.2.2 Kiểm tra khả chòu lực cột lan can: 30 140 110 30 - Chiều cao vùng chòu nén : As ×f y 201, 06×280 a= = = 15, 77 mm ' 0, 85×f c ×b 0, 85×30×140 30 130 30 160 Hình 2.3: Bố trí cốt thép cột lan can - Kiểm tra: c a 15, 77 = = dβ×d , s 0s 836×130 = 0,145 < 0, 42 Vậy cột lan can chịu phá hoại dẻo - Sức kháng mô-men cột lan can: a M n = 0,85×f c' ×b×(d s − ) 15, 77 ) = 6874940 N.mm - Ta có: điều kiện an toàn cho cột lan can là: φM n = 6874940 × 0, = 6187446 N.mm = 0,85 × 30 × 15, 77 × 140 × (130 − M u = η× γ LL × M I − I = 1× 1, 75 × 2986200 = 5225850 N.mm Vậy φM n > M u Vậy tiết diện đủ an toàn II.1.2.3 Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng: (kiểm tra nứt) - Tiết diện kiểm toán: + Tiết diện chữ nhật có b x h = 160 mm x 140 mm - Khoảng cách từ thớ chòu kéo đến trọng tâm cốt thép chòu kéo gần nhất: Trang Chương II – LAN CAN & LỀ BỘ HÀNH d c = a1 = 30 mm < 50 mm - Diện tích trung bình bêtông bọc quanh thép: (2 × a1 + a2 ) × b (2 × 30 + 0) × 140 Ac = = = 4200 mm n Trong đó: + a1 khoảng cách từ thớ chòu kéo đến trọng tâm cốt thép chòu kéo + a2 khoảng cách tim cốt thép chòu kéo hàng cốt thép chòu kéo hàng - Mômen ngoại lực tác dụng vào tiết diện: Ms = 2986200 N.mm - Khối lượng riêng bêtông: γ c = 2500 Kg / m - Môđun đàn hồi bêtông: E c = 0.043 × γ1.5 c × f 'c = 0, 043 × 25001,5 × 30 = 29440 MPa - Môđun đàn hồi thép: Es = 200000 MPa Es 200000 = = 6, 7934 - Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n = Ec 29440 - Chiều cao vùng nén bêtông tiết diện nứt: A  × ds × b  x = n × s × 1+ − 1÷ ÷ b  n × As    201, 06  × 130 × 140 = 6, 7934 × × 1+ − ÷ = 41, 54 mm  140 6, 7934 × 201, 06 ÷   - Mômen quán tính tiết diện bê tông nứt:  b × x3  I cr =  + n × As × (d s − x)2 ÷    140 × 41,543  = + 6, 7934 × 201, 06 × (130 − 41, 54)2 ÷   = 14034536 mm - Ứng suất cốt thép ngoại lực gây ra: M fs = s × ( d s − x ) × n I cr 2986200 × ( 130 − 41, 54 ) × 6, 7934 = 127, 87 MPa 14034536 - Khí hậu khắc nghiệt: Z = 23000 N / mm - Ứng suất cho phép cốt thép: = Trang 10 Chương IV – DẦM CHÍNH 106666667 ≥ 2000 × 203 × 0.5 = 8000000 ⇒ Thoả mãn - Kiểm tra cường độ: Thực chất kiểm tra diện tích mặt cắt ngang sườn tăng cường Diện tích sườn tăng cường phải thoả mãn điều kiện sau: V  Fyw  A s ≥  0,15 × B.D.t w (1 − C) u − 18 × t 2w   Vr    Fys  Trong đó: + Vr : sức kháng cắt tính toán + Vu : lực cắt tải trọng tính toán trạng thái giới hạn cường độ + As : diện tích sườn tăng cường A s = × b t t p = × 200 × 20 = 8000 mm + B = + Fyw : cường độ chảy nhỏ bụng + Fys : cường độ chảy nhỏ sườn tăng cường + C : tỷ số ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt E.k D E.k 1,1 × ≤ ≤ 1, 38 × Fys tw Fyw 5 = 5+ = 8, 2 Vơiù: d0 2000 D 1440 200000 × 8, 1600 200000 × 8, ⇒ 1,1 × = 75, 84 ≤ = 80 ≤ 1, 38 × = 95,15 345 20 345 ⇒ Thoả mãn 1,1 E.k 1,1 200000 × 8, C= × = × = 0, 948 D Fyw 1600 345 Vậy tw 20 Thay số: 1099814 345   8000 ≥  0,15 × × 1600 × 20 × (1 − 0, 948) × × = −7139, 67 − 18 × 20    345  4550000 ⇒ Thoả mãn k = 5+ ( ) ( ) IV.7.1.2 Thiết kế sườn tăng cường gối: - Tại gối đặt cặp sườn tăng cường gối - Khoảng cách sườn (tính từ tim) d = 150 mm Mỗi dầm có sườn tăng cường gối - Kích thước sườn: Trang 92 Chương IV – DẦM CHÍNH 45° 1600 1660 60 40 110 50 Hình 4.24: Cấu tạo sườn tăng cường gối + Chiều rộng sườn tăng cường gối: bt = 200 mm + Chiều dày sườn tăng cường gối: = 20 mm + Chiều cao sườn tăng cường gối: Ds = 1600 mm Hai đầu sườn tăng cường hàn vào hai cánh cánh dầm - Kiểm tra chiều rộng phần thò (phần chìa) b t : d E   50 + 30 ≤ b t ≤ 0.48.t p F ys   16 × t ≥ b ≥ 0.25 × b p t f  Trong đó: + d: chiều cao mặt cắt thép + Fys : cường độ chảy nhỏ gờ tăng cường (MPa) + bf : bề rộng cánh chòu nén bf = bc = 320 mm Thay số:  1660 200000  50 + = 105, 33 ≤ 200 ≤ 0.48 × 20 × = 231.14  30 345  16 × 20 = 320 ≥ 200 ≥ 0.25 × 320 = 80 ⇒ Bề rộng phần chìa bt thoả mãn - Kiểm tra độ mảnh: Trang 93 Chương IV – DẦM CHÍNH bt ≤ 0, 48 × E Fys Thay số: 200 200000 = 10 ≤ 0, 48 × = 11, 56 ⇒ Thoả mãn 20 345 - Kiểm toán sức kháng tựa: Br = φb A pn Fys ≥ Vu Trong đó: + Fys : cường độ chảy nhỏ sườn tăng cường gối + φb = : hệ số sức kháng tựa + Apn : diện tích phần chìa sườn tăng cường bên đường hàn bụng vào cánh, không vượt cánh A pn = 110 × 20 × = 8800 mm Thay số: Br = × 8800 × 345 = 3036000 ≥ 1099814 ⇒ Thoả mãn - Kiểm tra cường độ: o Diện tích cột chòu nén: A = × (b t t p ) + (18 × t w + d1 ).t w = × (200 × 20) + (18 × 20 + 150) × 20 = 26200 mm Trong đó: + d1 : khoảng cách sườn tăng cường gối (tính từ tim đến tim) Thay số: + Xác đònh mômen quán tính (I): 200 20 I = × 20 × 200 + × 20 × 200 × = 246933333 mm + 2 12 o Bán kính quán tính tiết diện cột: I 246933333 r= = = 97, 08 mm A 26200 o Hệ số độ mảnh: k.L ≤ 140 r Trong đó: + k: hệ số chiều dài hiệu dụng: k = 0,75 + L: chiều dài không giằng: L = Dc = 1600 mm + Thay số: 0, 75 × 1600 = 12, 36 ≤ 140 ⇒ Đạt 97, 08 ( ) ( ) Trang 94 Chương IV – DẦM CHÍNH o Kiểm tra: Pr = ϕc Pn ≥ Vu Trong : + ϕc = 0, : hệ số sức kháng nén + Xác đònh Pn: k.L Fy λ= E π.r ( ) 345 0, 75 × 1600   = = 0, 0267 ÷ ×  3,14 × 97, 08  200000 λ = 0, 0267 ≤ 0, 25 ⇒ Pn = 0, 66λ × Fy A = 0, 660,0267 × 345 × 26200 = 8939273 N Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Pr = 0, × 8939273 = 8045346 ≥ 1099814 ⇒ Thỏa mãn IV.7.2 Tính toán liên kết ngang: - Kích thước liên kết ngang: + Khoảng cách liên kết ngang 4000 mm + Dùng thép L 100 x 100 x 10 (cho xiên ngang) + Trọng lượng mét dài: g lk = 149,15 N Thanh ngang dài: L = 1550 mm Thanh xiên dài: L = 1125 mm + Mỗi liên kết ngang có: x 2= liên kết ngang x = liên kết xiên + Mỗi dầm có 11 liên kết ngang - Ta giả thiết lực gió tác dụng vào phần lan can bê tông, mặt cầu, vút dầm thép Tổng hợp lực gió tác dụng vào ngang liên kết ngang - Tính lực gió: + Áp lực gió: PD = 0,00240MPa + Hệ số tải trọng: γ = 1, + Diện tích chắn gió cầu: Acg = 108600000 mm + Tải trọng gió tác dụng vào liên kết ngang: γ × PD × A cg 1, × 0, 0024 × 108600000 W= = = 33172 N 11 11 Tải trọng gió tác dụng lên giằng giằng bằng: W = 16586 N - Thanh giằng có kích thước giống giằng lực tác dụng vào nên ta kiểm toán giằng dưới: Thép góc: L 100 x 100 x 10 : As = 1920 mm2, J = 1790000 mm4, L = 1550 mm, Trang 95 Chương IV – DẦM CHÍNH Fy = 240 Mpa PD Hình 4.25:Tải trọng gió tác dụng lên cầu theo phương ngang  Kiểm tra độ mảnh cấu kiện K.L ≤ 140 r Trong đó: + K = 0,75 J 1790000 = = 30, 533 mm + r= As 1920 Thay số: 0, 75 × 1550 = 38, 073 ≤ 140 ⇒ Thỏa mãn 30, 533  Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: b E ≤ k× t Fy Trong đó: + k = 1,49 : hệ số oằn giằng Thay số: 100 × 200000 = 20 ≤ 1, 49 × = 43, 013 ⇒ Thỏa mãn 10 240  Kiểm toán cường độ: Xác đònh Pn: Trang 96 Chương IV – DẦM CHÍNH k.L  Fy λ =  ÷  π.r  E 240  0, 75 × 1550  = ÷ × 200000 = 0,176  3, 14 × 30, 533  λ = 0,176 ≤ 0.25 ⇒ Pn = 0.66λ × Fy A = 0, 66 0,176 × 240 × (1920 × 2) = 856521 N Vậy sức kháng nén dọc trục (có hệ số) là: Pr = 0, × 856521 = 770869 N ≥ 16586 N ⇒ Thỏa mãn IV.7.3 Tính toán neo chòu cắt (neo hình nấm): (Lực cắt dầm gữa lớn dầm biên nên ta kiểm toán cho dầm giữa)  Chọn neo hình nấm có: - Đường kính đinh: d = 20 mm - Chiều cao: h = 200 mm - Chọn hàng neo - Khoảng cách tim neo đến mép cánh 50 mm - Khoảng cách hai hàng neo 200 mm  Kiểm toán neo: - Bố trí chung: + Chiều cao vút: hvut = 100 mm neo chôn vào bê tông: h – hvut = 200 – 100 = 100 mm + Đỉnh neo cách mép bê tông 100 mm cách mép 100 mm h 200 = 10 ≥ Thỏa mãn + = d 20 Vậy thỏa mãn điều kiện cấu tạo bố trí - Trạng thái giới hạn mỏi: + Sức kháng mỏi đinh: 38 × d Zr = α × d ≥ α = 238 − 29 , × log N Với Trong đó:  d = 20 mm : đường kính đinh neo  N = 248, × 106 : số chu kỳ tính bước (kiểm toán giới hạn mỏi) Thay số: α = 238 − 29, × log 248, × 10 = −9, 647 MPa 38 × 202 Z r = −9, 647 × 20 = −3858, 66 N ≤ = 7600 N 2 Trang 97 Chương IV – DẦM CHÍNH Vậy lấy Zr = 7600 N để tính toán + Xác đònh bước neo theo trạng thái giới hạn mỏi: Bước neo chống cắt không dược nhỏ hơn: n × Zr × I p≤ Vsr × Q Trong đó: + P : bước neo chống cắt dọc theo trục + n = 2: số lượng neo chống cắt mặt cắt ngang + I : mômen quán tính tiết diện liên hợp ngắn hạn I = 61661745980 mm + Q : mômen tónh diện tích mặt cầu chuyển đổi trục trung hoà tiết diện liên hợp ngắn hạn t b t Q = s e  y + t h + s ÷ n  2 200 × 2000  = ×  393, 06 + 100 + 200 ÷ = 29653000 mm   + Vsr : biên độ lực cắt hoạt tải (đã nhân hệ số) xác đònh cho TTGH mỏi  mg  Vsr = (V ( + ) − V ( − ) ) × (1 + IM ) ×  max ÷× γ LL  1,  V ( + ) : Lực cắt dương lớn hoạt tải trục tính mỏi (chưa nhân hệ số) tính lập bảng , xem mục IV.4.2 bảng 4.3  V ( − ) : Lực cắt âm lớn hoạt tải trục tính mỏi (chưa nhân hệ số)  IM = 0,15 : hệ số xung kích để tính mỏi  mgmax : hệ số phân bố ngang lớn cho xe thiết kế  γ LL = 0, 75 : hệ số tải trọng cho trạng thái giới hạn mỏi Biên độ lực cắt hoạt tải xác đònh cho TTGH mỏi mặt cắt I-I:  mg  Vsr = (V ( + ) − V ( − ) ) × (1 + IM ) ×  max ÷× γ LL  1,    0, 721  = (182479 − 0) × (1 + 0,15) ×  ÷× 0, 75 = 94564 Ν  1,  Bước neo khoảng từ mặt cắt I-I đến mặt cắt II-II: × 7600 × 61661745980 p≤ = 334, 24 mm 94564 × 29653000 Biên độ lực cắt hoạt tải xác đònh cho TTGH mỏi mặt cắt II-II: Trang 98 Chương IV – DẦM CHÍNH  mg Vsr = (V ( + ) − V ( − ) ) × (1 + IM ) ×  max  1,  ÷× γ LL   0, 721  = [ 129667 − (−25919) ] × (1 + 0,15) ×  ÷× 0, 75 = 80627 Ν  1,  V ( − ) tính cách xếp tải trục để tính mỏi đặt vò trí tung độ âm Tại mặt cắt II-II, tung độ âm y = 0,25 Ta dễ dàng tính lực cắt âm lớn xe tải trục tính mỏi : V ( − ) = - 25919 N Bước neo khoảng từ mặt cắt II-II đến mặt cắt IV-IV: × 7600 × 61661745980 p≤ = 392, 02 mm 80627 × 29653000 Tương tự ta tính bước neo đoạn từ mặt cắt IV-IV đến mặt cắt V-V: V ( − ) = - 54194 N p ≤ 400,8 mm Với điều kiện bước neo từ tim đến tim không vượt 600 mm không nhỏ lần đường kính đinh (120 mm) Nên ta chọn bước đai sau: - Từ đầu dầm đến mặt cắt II-II chọn bước neo p = 320 mm - Từ mặt cắt II-II đến mặt cắt IV-IV chọn bước neo p = 380 mm - Từ mặt cắt IV-IV đến mặt cắt V-V chọn bước neo p = 400 mm Nhưng thực tế, mối nối ta bố trí neo khoảng cách mà cần chỉnh phù hợp để tránh cho neo chồng lên bu-lông Vì mối nối ta bố trí khoảng cách thích hợp cho khoảng cách neo nhỏ 380 mm Khoảng cách từ mặt cắt có mômen đến mặt cắt có mômen lớn có tất số neo là: n = (32+17+11)x2 = 120 neo Nhưng theo thực tế có tất 122 neo - Trạng thái giới hạn cường độ: Sức kháng tính toán neo chống cắt Q phải lấy sau: Q r ≤ ϕsc Q n Trong đó: + Qn : sức kháng danh đònh + ϕsc = 0, 85 : hệ số sức kháng neo chống cắt Q n = 0, × A sc fc' E c ≤ A sc Fu Trong đó: + Asc = 314 mm2: diện tích mặt cắt ngang cuả neo chống cắt + f’c = 30 MPa : cường độ chòu nén 28 ngày quy đònh bê tông + Ec = 27691 MPa: mô đun đàn hồi bê tông + Fu = 345 MPa : cường độ kéo nhỏ neo Thay số: Q n = 0, × 314 × 30 × 27691 = 143097 N ≥ 314 × 345 = 108330 N Do đó: lấy Qn = 108330 N để tính toán Trang 99 Chương IV – DẦM CHÍNH - Sức kháng cắt tính toán neo chống cắt (xét đén thất thường chế tạo) Q r = ϕsc Q n = 0, 85 × 108330 = 92081 N Số lượng neo chống cắt bố trí mặt cắt mômen dương lớn điểm mômen V ns = h Qr Trong đó:  0.85 × f 'c bi t s Vh =   Fyw D.t w + Fyc bc t c + Fyf b f t f Thay số:  0, 85 × 30 × 2000 × 200 = 10200000 N Vh =   345 × 1600 × 20 + 345 × 320 × 20 + 345 × 420 × 20 = 16146000 N ⇒ Vh = 10200000 N Thay số: 10200000 = 110, 77 92081 n = 122 ≥ n s = 110, 77 ⇒ Thỏa mãn ns = IV.7.4 Tính toán mối nối dầm thép: (A.6.13.1) Ta sử dụng bu-lông cường độ cao cho mối nối, liên kết lúc kiên kết ma sát, ta tính toán kiểm tra với sức kháng trượt kháng cắt 8.84 - 5.42 245.65 - DC XLT + 260.87 Hình 4.26: Biểu đồ ứng suất dầm liên hợp IV.7.4.1 Sức kháng tính toán bu lông:  Sức kháng cắt: Trang 100 Chương IV – DẦM CHÍNH - Số mặt phẳng cắt cho bu lông: Ns = - Chọn bu lông cường độ cao có: d = 22 mm - Cường độ chòu kéo nhỏ bu lông: Fub = 820 MPa - Diện tích bu lông: d2 222 A = π× = 3, 14 × = 379, 94 mm 4 - Thiết kế đường kính ren nằm mặt phẳng cắt, sức kháng cắt cho bu lông: R n − c = 0, 48 × A b Fub N s = 0, 48 × 397, 94 × 820 × = 299089 N  Sức kháng ép mặt: sức kháng ép mặt không xét đến với liên kết ma sát  Sức kháng trượt: (A.6.13.2.8) R n − t = K h K s Ns Pt Trong đó: + Pt = 221000 N: lực kéo yêu cầu nhỏ + Kh = 1: hệ số kích thước lỗ + Ks = 0,5: hệ số điều kiện bề mặt Bề mặt làm thổi không sơn Thay số: R n − t = × 0, × × 221000 = 221000 N  Sức kháng kéo: sức kháng kéo không xét đến mối nối lực gây nhổ cho bu-lông có ít, không đáng kể Gía trò sức kháng nhỏ nhất: R n = min(R n −c ,R n − t ) = 221000 N IV.7.4.2 Tính số bu lông cho mối nối dầm:  Tính bu lông cho cánh trên: - Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh trên: Nt = f t × Ac Với: Ac diện tích cánh trên: Ac = bc.tc = 320 x 20 = 6400 mm2 Vậy: Nt = 245,65 x 6400 = 2212160 N - Số bu lông can thiêt cho mối nối nb: N 2212160 nb = = = 10, 01 bu lông Rn 221000 Để thiên an toàn ta chọn: nb = 12 bu lông, bố trí hàng hàng bu lông  Tính bu lông cho cánh dưới: - Lực tải trọng tính toán tác dụng lên cánh dưới: N = f b (A f + A 'f ) Trong đó: + Af diện tích cánh dưới: Af = bf.tf = 420 x 20 = 8400 mm2 Trang 101 Chương IV – DẦM CHÍNH + A’f diện tích phủ: A’f = b’f.t’f = 500 x 20 = 10000 mm2 Thay số: N = 260,87 x (8400 + 10000) = 4800008 N - Số bu lông can thiêt cho mối nối nb: N 4800008 nb = = = 21, 72 bu lông Rn 221000 Để thiên an toàn ta chọn: nb = 24 bu lông, bố trí hàng hàng bu lông  Tính bu lông cho bụng: - Mô-men phân phối nội lực vào cánh bụng: + Trong giai đoạn 1: Mômen tác dụng vào dầm thép tiết diện giai đoạn 1: M1 = 3509482781 N.mm Mômen quán tính bụng so với trục trung hòa: 2 D3 t w  16003 × 20  Iw = +  Y0 − D − t c ÷ D.t w = +  994, 65 − 1600 − 20 ÷ × 1600 × 20 12 12     2 = 7802750587 mm Mômen tác dụng vào bụng theo tỷ lệ mômen quán tính: I 7802750587 M w1 = M w = 3509482781 × = 1262169987 N.mm I NC 21695666291 + Trong giai đoạn 2, tiết diện ngắn hạn: Mômen tác dụng vào dầm thép giai đoạn 2, tiết diện liên hợp dài hạn: M = 1790851781 N.mm Mômen quán tính bụng so với trục trung hòa: 2 D3 t w  16003 × 20  Iw = +  Y0 −LT − D − t c ÷ D.t w = +  764, 76 − 1600 − 20 ÷ × 1600 × 20 12 12     2 = 6924313310 mm Trong Y0-LT khoảng cách từ trục trung hoà tiết diện liên hợp dài hạn đến mép dầm thép Mômen tác dụng vào bụng theo tỷ lệ mômen quán tính: I 6924313310 M W −LT = M × W = 1790851781 × = 300547399 N.mm I LT 41259444870 + Trong giai đoạn 2, tiết diện ngắn hạn: Mômen tác dụng vào dầm thép giai đoạn 2, tiết diện liên hợp ngắn hạn: M = 3992582548 N.mm Mômen quán tính bụng so với trục trung hòa: 2 D3 t w  16003 × 20  Iw = +  Y0 −ST − D − t c ÷ D.t w = +  473, 91 − 1600 − 20 ÷ × 1600 × 20 12 12     2 = 10659571890 mm Trang 102 Chương IV – DẦM CHÍNH Trong Y0-ST khoảng cách từ trục trung hoà tiết diện liên hợp dài hạn đến mép dầm thép Mômen tác dụng vào bụng theo tỷ lệ mômen quán tính: I 10659571890 M W −ST = M × W = 3992582548 × = 722177491 N.mm I ST 58931801710 - Như vậy, tổng mô-men tác dụng lên bụng dầm là: M = M W-1 + M W-LT + M W-ST = 1262169987 + 300547399 + 722177491 = 2284894877 N.mm - Lực cắt tác dụng vào dầm chính, lấy lực cắt tổ hợp lớn nhất: Vu = 463742 N (ta lấy lực cắt dầm tổ hợp 2) Ta xem lực cắt truyền hết vào bụng - Chọn số lượng bu lông cho bụng: Chọn 112 bu lông cường độ cao d = 22 mm, bên mối nối đặt 56 đinh chia làm n = dãy dãy có 14 bulông, khoảng cách bu lông theo hàng ngang là: b = 90 mm, theo hàng đứng b2 = 100 mm - Khoảng cách bu lông nhóm (Đánh số thứ tự từ xuống) : + Khoảng cách bu lông 14: l1 = 13000 mm + Khoảng cách bu lông 13: l2 = 1100 mm + Khoảng cách bu lông 12: l3 = 900 mm + Khoảng cách bu lông 11: l4 = 700 mm + Khoảng cách bu lông 10: l5 = 500 mm + Khoảng cách bu lông 9: l6 = 300 mm + Khoảng cách bu lông 8: l7 = 100 mm - Lực tác dụng vào bu lông (bu lông chòu lực tác dụng lớn nhất) + Do mômen tác dụng: M p × l2 NM = n × (l12 + l 2 + l32 + l + l52 + l + l 27 ) 2284894877 × 1300 = 163207 N × (13002 + 1100 + 900 + 700 + 500 + 300 + 100 ) + Do lực cắt tác dụng: V 463724 NV = = = 8281 N nb 56 = - Tổng lực tác dụng vào bu lông cùng: N ub = N 2M + N 2V = 1632072 + 82812 = 163417 N So sánh với Rn: N ub = 163417 N < R n = 221000 N Thỏa mãn Trang 103 Chương IV – DẦM CHÍNH 1211 70 90 90 90 90 90 90 90 90 90 865 90 70 170 91 38 60 176 171 80 42 89 1700 13x100=1300 170 170 70 90 865 90 90 90 90 165 170 90 90 90 90 90 70 1205 Hình 4.27: Bố trí bu lông nối IV.7.4.3 Tính bu lông cho liên kết ngang: Chọn bu lông cường độ cao d = 16 mm Liên kết liên kết ma sát, sử dụng lỗ tiêu chuẩn Trang 104 Chương IV – DẦM CHÍNH Các liên kết ngang chòu lực nén (do tải trọng gió xét trên) Vì bulông cần tính toán theo sức kháng cắt sức kháng trượt  Sức kháng tính toán bu lông: - Sức kháng cắt: + Số mặt phẳng cắt cho bu lông: Ns = + Cường độ chòu kéo nhỏ bu lông: Fub = 820 MPa + Diện tích bu lông: d2 162 A = π× = 3, 14 × = 201 mm 4 + Thiết kế đường kính ren nằm mặt phẳng cắt, sức kháng cắt cho bu lông: R n − c = 0, 48 × A b Fub N s = 0, 48 × 201 × 820 × = 79138 N - Sức kháng ép mặt: sức kháng ép mặt không xét đến với liên kết ma sát - Sức kháng trượt: (A.6.13.2.8) R n − t = K h K s Ns Pt Trong đó: + Pt = 114000 N: lực kéo yêu cầu nhỏ + Kh = 1: hệ số kích thước lỗ + Ks = 0,5: hệ số điều kiện bề mặt Bề mặt làm thổi không sơn Thay số: R n − t = × 0, × × 114000 = 57000 N - Sức kháng kéo: sức kháng kéo không xét đến mối nối lực gây nhổ cho bu-lông có ít, không đáng kể - Gía trò sức kháng nhỏ nhất: R n = min(R n −c ,R n − t ) = 57000 N Tại liên kết ngang sử dụng bu-lông Lực tải trọng tác dụng (xét mục IV.12.2): W 16586 Pu = = = 8293 N n Trong n số bu-lông So sánh ta thấy Pu = 8293 < R n = 57000 N Vậy bu-lông liên kết ngang đủ chòu lực Tính toán tương tự cho mối nối khác ta có kết vẽ thiết kế  - HẾT -  Trang 105 Chương IV – DẦM CHÍNH Trang 106 [...]... toán bản mặt cầu: - Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản công-xôl và bản loại dầm Trong đó phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toán dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu Hình 3.1: Sơ đồ tính bản mặt cầu Trang 19 Chương III – BẢN MẶT CẦU Tính nội lực cho bản công-xôl: (bản hẫng) Hình 3.2: Sơ đồ tính cho bản. .. giới hạn sử dụng thuộc trường hợp đặt hai bánh xe trên bản dầm là: - Trạng thái giới hạn cường độ: + + Mômen dương: M u = 166 6 261 2.04 N.mm − + Mômen âm: M u = −237 865 71.55 N.mm - Trạng thái giới hạn sử dụng: + + Mômen dương: Ms = 10488338.07 N.mm − + Mômen âm: Ms = −14959712.21 N.mm Trang 32 Chương III – BẢN MẶT CẦU Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu: Ta sẽ thiết kế cốt thép tương ứng với các giá trò... + MSPL  SW   263 38182 .62 × 1000   = 0.5 ×  5013437.5 + + 1378125  1 760   = 1 067 8219.49 N.mm Tính nội lực cho bản dầm giữa: III.1.5 Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm: III.1.5.1 Tónh tải: - Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đối với bản dầm giữa thì sẽ không có tải trọng bó vỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố đầy dầm - Trọng lượng bản thân: DC2 =... ở trên: III.1.7 Thiết kế cho phần bản chòu mômen âm: - Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trò nội lực trong 1000 mm bản mặt cầu như sau: − - Mômen âm: M u = −237 865 71.55 N.mm - Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000 mm - Chiều cao tiết diện tính toán: h = 200 mm - Cường độ cốt thép: fy = 280 MPa - Cấp bêtông: f 'c = 30 MPa - Tải trọng tác dụng: M = 237 865 71.55 N.mm - Chọn... 8180, 65 × 750 + 1, 75 × 262 5 × 750  2   = 12228 860 , 16 N.mm + Trạng thái giới hạn sử dụng: γ DC = 1 ; γ PL = 1 ; η = 0.95   7502 Ms = 1× 1× 5 × + 1× 8180, 65 × 750 + 1× 262 5 × 750  2   = 9510487, 5 N.mm Tính nội lực cho bản dầm cạnh dầm biên: Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhòp của bản là khoảng cách giữa hai dầm: Trang 22 Chương III – BẢN MẶT CẦU S = 2000 mm, cách tính ta sẽ tính như dầm. .. BẢN MẶT CẦU hDW 510 405 60 0 SW 750 1050 413 537 Hình 3 .6: Tải trọng động tác dụng lên bản biên III.1.4.2 Nội lực:  Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ - Bề rộng bánh xe tiếp xúc với bản mặt cầu 510 mm - Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu: b1 = b2 + 2 × h DW = 510 + 2 × 132 = 774 mm Nhưng diện tích của nhưng diện tích bánh xe tác dụng lên bản mặt cầu gần bản cơngxol chỉ là phần diện tích... 200 × = 64 2. 86 mm 2 fy 280 Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất II.1.8 Xác đònh M W H - M W H : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng: - Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.7) 200 40 300 40 2 Þ 14 264 36 160 - - Hình 2.7: Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu Cốt thép dùng 2 φ14 mm Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép. .. 5. 262 = 57.81 MPa I cr 9899418 .69 - Khí hậu khắc nghiệt: Z = 23000 N / mm - Ứng suất cho phép trong cốt thép: Z 23000 fsa = 3 = 3 = 423 .66 MPa dc × A 20 × 8000 - So sánh: fsa = 423 .66 MPa > 0 .6 × fy = 0 .6 × 280 = 168 MPa chọn fy = 168 MPa để kiểm tra: fs = 57.81 MPa < 168 MPa Vậy thoả mãn điều kiện về nứt Bó vỉa: - Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2 .6 và hình 2.7 - Ta tiến hành kiểm... t c = 20 mm - Bề dày cánh trên: - Chiều cao dầm thép: d = 166 0 mm - Chiều cao sườn dầm: D = 160 0 mm - Chiều dày sườn: t w = 20 mm - Chiều rộng cánh dưới dầm: b f = 420 mm t f = 20 mm - Bề dày cánh đưới dầm: - Chiều rộng bản phủ: b'f = 500 mm - Bề dày bản phủ: t 'f = 20 mm IV.1.2 Phần bản bê tông cốt thép: - Bản làm bằng bê tông có: fc' = 30 MPa - Bề dày bản bê tông: t s = 200 mm - Chiều cao đoạn vút...   28507 069 ,19 × 1000  = 0, 5 ×  4020000 +  1 760   = 10108599, 2 N.mm Trang 30 Chương III – BẢN MẶT CẦU III.1 .6. 2 Xét trường hợp 2 (có 2 bánh xe) Hình 3.9: Tải trọng động tác dụng lên bản giữa (Trường hợp đặt 2 bánh xe) - Giá trò nội lực: Tương tự như trên ta có: + b1 = 774 mm + SW − = 1220 + 0.25 × S = 1220 + 0.25 × 2000 = 1720 mm + SW + = 66 0 + 0.55 × S = 66 0 + 0.55 × 2000 = 1 760 mm + b''1 ... đoạn Tiết diện dầm liên hợp Dài hạn-giai đoạn 568 00 115745 78911 3 260 7797 4828 867 9 434017 46 21812409 160 971508 66 889515 1287772 067 160 5348372 722182485 110012 465 1 61 661 745980 4 369 5575990 2 169 566 6291... tính tiết diện ( mm ) Tiết diện dầm liên hợp Ngắn hạn-giai đoạn Tiết diện dầm liên hợp Dài hạn-giai đoạn 568 00 108417 75750 3 260 7797 47830 761 418350 96 21812409 137720085 5 964 4 161 1101 760 683 1431459 866 ... 2 169 566 6291 = 3 260 77 96. 5 mm 166 0 − 994 .65 y - Xác đònh mômen kháng uốn tiết diện (Thớ dầm thép) : I 2 169 566 6291 StNC = nct = = 21812408. 76 mm 994 .65 Y b IV.1.5 Xác đònh đặc trưng hình học tiết diện dầm giai