Thiết Kế Cầu Dầm Thép Liên Hợp Bản BTCT Nhịp Đơn Giản L=25 M (Kèm Bản Vẽ Cad, Bảng Tính)

A : Diện tích mặt cắt ngang của phần dầm chủ eg : Khoảng cách từ trọng tam bản mặt cầu đến trọng tâm của dầm Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số mô men thiết kế của các dầm giữa + Mộ

Trêng §¹i Häc GiaoTh«ng VËn T¶i

Khoa C«ng Tr×nh

Bé m«n : CÇu - HÇm

ThiÕt KÕ m«n häc cÇu dÇm thÐp liªn hîp

Gi¸o viªn híng dÉn : PGS.TS TrÇn §øc NhiÖm

1

I Nội dung thiết kế:

Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản BTCT nhịp giản đơn

II.Số liệu thiết kế:

1 Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng người đi bộ 3.10 mpa

8 Bêtông bản mặt cầu cấp 28 MPa

III Tiêu chuẩn thiết kế:

Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 - 05

Phần thuyết minh

I Các số liệu của bêtông, thép và lựa chon mặt cắt:

1 Số liệu của bêtông làm bản mặt cầu:

4 Chiều dày của bản mặt cầu ts = 180 mm

5 Chiều dày của lớp phủ = 70 mm

1.Mô đuyn đàn hồi của thép Es 200000 Mpa

2 Thép hợp kim thấp cờng độ cao

3 Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất Fu 450 Mpa

4 Cờng độ chảy nhỏ nhất Fy 345 Mpa

ChiÒu dµy b¶n c¸nh díi tft= 30 mm

Tæng bÒ réng cña cÇu B = 11500 mmDiÖn tÝch dÇm thÐp ANC = 39650 mm2

750

250 1500

2000

11500 7000

Chiều cao dầm ngang dn= 550 mm

Chiều dài một dầm ngang 1940 mm

Bề rộng bản cánh dầm ngang bfn = 180 mm

Chiều dày bản cánh dầm ngang tfn

Chiều dày sờn dầm ngang twn = 10.3 mm

Chiều cao sờn dầm ngang Dwn = 529.4 mm

Bề rộng hữu hiệu của bản cánh có thể lấy là giá trị

nhỏ nhất của 3 giá trị sau:

+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn

nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng

Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2

bề rộng hữu hiệu của dầm giữa cộng trị số nhỏ nhất

của các đại lợng sau:

5

+ 1/8 chiều dài nhịp hữu

+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số

lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng

H×nh 4: MÆt c¾t liªn hîp cña dÇm trong vµ dÇm biªn

3.1 §èi víi mÆt c¾t nguyªn:

) 2 (

) 2 (

fc

3.2 §èi víi mÆt c¾t liªn hîp

+ Träng lîng b¶n th©n dÇm chñ DCdc = 0.31125 KN/m+ TÜnh t¶i do träng lîng b¶n mÆt

1.2-TÜnh t¶i giai ®o¹n II (T¸c dông lªn mÆt c¾t liªn hîp):

*TÜnh t¶i do lan can cÇu: Gi¸trÞ §¬nvÞ

Träng lîng phÇn lan can thÐp = 0.5 kN/m Träng lîng phÇn lan can bªt«ng = 4.32 kN/m

DÇm ngoµi DClc = 0,5 + 4,32= 4.82 kN/m DÇm trong DClc = 0 kN/m

*TÜnh t¶i do träng lîng phÇn líp phñ trªn 1

dÇm:

Träng lîng phÇn líp phñ = 2,76 kN/m Träng lîng phÇn líp phßng níc

DW = 2,79 kN/m

*TÜnh t¶i do träng lîng r¶i ph©n c¸ch

BÒ réng d¶i ph©n c¸ch Bpc 0.25 m ChiÒu cao r¶i ph©n c¸ch Hpc 0.00 m

DCpc 0.00 KN/m VËy tÜnh t¶i giai ®o¹n II lµ: DC2 = 7.61 kN/m

1.3/ Tổng hợp các loại tĩnh tải tác dụng lên dầm

Loại tải trọng Dầm trong Dầm ngoài Đơn vị

2 Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:

 Hoạt tải HL93 bao gồm:

+xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế

3 Tính hệ số phân bố hoạt tải theo làn:

3.1 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mômen:

3.1.1 Đối với dầm trong

+ Một làn chịu tải thiết kế

3 , 0 4 , 0

4300 06

S S

g

1 , 0 3

2 , 0 6 , 0

2900 075

S S g

n : Tỷ số giữa mô đun đàn hồi của bê tông bản mặt cầu

và mô đun đàn hồi của dầm

I : Mô men quán tính chống uốn của tiết diện phần dầm chủ

A : Diện tích mặt cắt ngang của phần dầm chủ

eg : Khoảng cách từ trọng tam bản mặt cầu đến trọng tâm của dầm

Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số mô men thiết kế của các dầm giữa

+ Một làn chịu tải thiết kế : Dùng phơng pháp đòn bẩy

0.2 1.1

3.2.1 Đối với dầm trong

+ Một làn chịu tải thiết kế:

+ Một làn chịu tải thiết kế theo quy tắc đòn bẩy

3.3 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối ng ời đi bô

Sử dụng phơng pháp đòn bẩy cho cả mô men và lực cắt coi

tải trọng ngời là tải trọng tập trung

-Dầm ngoài : g = 0,875.1,5= 1,313

-Dầm trong : g = 0

Bảng tổng hợp hệ số phân bố

137600

S 0,36

g  

vi

HÖ sè ph©n bè tÝnh to¸n DÇm trong DÇm ngoµi

Mômen do DC1 gây ra TTGH Cờng độ 1 TTGH Sử dụng

+ Để thiên về an toàn ở TTGH Cờng độ I

+Để thiên về an toàn ở TTGH Cờng độ I

+ ở TTGH Sử dụng

Lực cắt do DC2

3 Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải gây ra

3.1 Bảng tổng hợp mô men do tĩnh tải gây ra:( có nhân với hệ

số biến đổi tải trọng)

3.2 Bảng tổng hợp lực cắt do tĩnh tải gây ra:( có nhân với hệ

số biến đổi tải trọng)

4 Mômen do hoạt tải gây ra:

4.1 Do xe 3 trục gây ra:

 Tải trọng của bánh xe và khoảng cách của chúng xem hình vẽ

 Cách xếp xe lên đờng ảnh hởng (ĐAH): Xếp xe sao cho hợp lựccủa các trục bánh xe và trục bánh xe gần nhất cách đều tung

độ lớn nhất của ĐAH

Trong đó: Pi: Trọng lợng các truc xe.

yi: Tung độ đờng ảnh hởng mômen

Ta có bảng tung độ các vị trí đặt tải và mômen của dầm chủ:

4.3 Do tải trọng làn gây ra:

Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm, có độ lớn P = 9,3N/mm

Tải trọng làn không tính hệ số xung kích

Công thức tính mômen:

19

Trong đó: Pi: Tải trọng làn.

: Diện tích đờng ảnh hởng mômen

Mặtcắt yi (m) wi (m2) Pi (KN) M (KN.m)

Tải trọng ngời trên cầu ôtô bằng 3kN/m2. Là tải trọng rải đềutrên toàn bộ chiều dài dầm coi nh rải đều trên toàn bộ bềrộng lề ngời đi Tải trọng ngời không tính hệ số xung kích.Công thức tính mômen:

5.1 Do ho¹t t¶i xe 3 trôc g©y ra:

5.3-Do tải trọng làn gây ra:

Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm, có độ lớn

Tải trọng ngời trên cầu ôtô bằng 3 kN/m2. Là tải trọng rải

đều trên toàn bộ chiều dài dầm Tải trọng ngời không tính

6.1-B¶ng tæng hîp kÕt qu¶ m«men tÝnh to¸n sau khi nh©n hÖ sè:

= 0,95 : HÖ sè ®iÒu chØnh t¶i träng

gm : HÖ sè ph©n bè t¶i träng

7.2-B¶ng tæng hîp lùc c¾t tÝnh to¸n do toµn bé t¶i träng g©y ra:

trong ngoài trong

Dầm trong là dầm bất lợi ta tính toán cho dầm ngoài

V Thiết kế và kiểm duyệt dầm chủ:

 Sau khi tính toán nội lực dầm chủ cho dầm trong và dầmbiên so sánh ta thấy dầm trong bất lợi hơn nên ta tính toánthiết kế cho dầm trong

 Các dầm có mặt cắt chữ I chịu uốn phải đợc thiết kế theo:

 Sức kháng uốn theo TTGH cờng độ

 Sức kháng cắt theo TTGH cờng độ

 TTGH sử dụng đối với độ võng và độ vồng thiết kế

 Tính toán mỏi

1 Kiểm tra điều kiện cấu tạo:

1.1 Tỉ lệ cấu tạo chung :

25

V× dÇm kh«ng cã sên t¨ng cêng däc nªn ®iÒu kiÖn kiÓm tralµ:

- :ứng suất bất lợi nhất trong cánh nén do:

+Tĩnh tải tính toán giai đoạn I : = ( Mpa)

+Tĩnh tải tính toán giai đoạn II : = Mpa

+Ngời đi và HL93 : = (Mpa)

- Dcp: Chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc mômendẻo

- Fyc: Cờng độ chảy dẻo nhỏ nhất đợc qui định của bảncánh chịu nén, Fyc = 345 (Mpa)

 Xác định D cp :

Để xác định Dcp phải xác định trục trung hoà dẻo (TTHD) củamặt cắt liên hợp

TTHD của mặt cắt đợc xác định trên cơ sở cân bằng lựcdẻo của các thành phần của mặt cắt

27

Lực dẻo trong thành phần thép của tiết diện ngang là tích

số của diện tích bản biên, vách ngăn và cốt thép với cờng độchảy thích hợp

Lực dẻo trong phần bê tông chịu nén của tiết diện xác

định trên cơ sở tơng đơng giữa khối ứng suất hình chữnhật và khối ứng suất phân bố đền 0,85f’c Bỏ qua vùng bêtông chịu kéo

Nên TTHD đi qua bản cánh của dầm chủ

Do trục trung hòa dẻo đi qua bản cánh chịu nén nên Dcp = 0

tc : Chiều dày bản cánh chịu nén 25 mm

Đạt ! Kết luận : Mặt có bản cánh đặc chắc

2.3/ Xác định giá trị mômen dẻo Mp:

Gọi là khoảng cách từ trục trung hòa dẻo đến mép trên của bản cánh chịu nén

Lb :Chiều dài không đợc giằng Lb = 1000(mm)

ry : Bán kính quán tính của mặtcắt thép đối với trục thẳng

đứng ry = 79,398 (mm)

29

M1 : Mô men nhỏ hơn do tác dụng của tải trọng tính toán ở mỗi

đầu của chiều dài không đợc giằng M1 =

Giằng bị uốn theo đờng cong ngợc lại

Điều kiện trên thỏa mãn !

2.5/ Xác định giá trị mômen chảy My:

: Khả năng chịu mômen chảy ban đầu của mặt cắt liênhợp ngắn hạn chịu mômen dơng

Trong đó:

+ MD1: Mômen do tải trọng thờng xuyên và có hệ số lêntiết diện thép khi bê tông vẫn còn làm việc theomômen kháng uốn của tiết diện không liên hợp SNC

+ MD2: Mômen do phần còn lại của tải trọng thờng xuyên

có hệ số do mômen kháng uốn của tiết diện liên hợp dàihạn chịu SLT

+ MAD: Mômen bổ sung do yêu cầu đạt tới giới hạn chảymột trong các biên thép Mômen này do hoạt tải có hệ

số và mômen kháng uốn của tiết diện liên hợp ngắn hạnchịu SST

Có thể tìm MAD từ phơng trình:

Với Fy = 345MPa: Cờng độ chảy nhỏ nhất của thép.

Cuối cùng thay số vào ta đợc bảng tính sau đối với mặt cắt L/2

6.10.4.2.2a-2)

-Dp: Khoảng cách từ TTHD đến đỉnh bản bê tông đến trụctrung hòa dẻo:

D =114,8 mm

Nh vậy phải tính Mn theo công thức (1)

Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt:

Sức kháng cắt tính toán của dầm:

Trong đó:

: Hệ số sức kháng cắt,

Vn: Sức kháng cắt danh định của dầm

Sức kháng cắt danh định của bản bụng không có STC của

dầm lai và dầm đồng nhất phải đợc lấy nh sau:

Nếu Thì V =V =0,58.F D.t

Vậy V =0,58.945.20.345.10 = kN

(Ta không phải kiểm tra điều kiện cắt khi có STC nữa)

4 Kiểm tra mỏi và đứt gãy với các chi tiết:

4.1 Mỏi do vách chịu uốn:

Các bản bụng không có gờ tăng cờng dọc phải thoả mãn yêu cầu sau:

Nếu: thì Điều6.10.6.3-1

Nếu không thì Điều6.10.6.3-2

Trong đó:

- fcf: ứng suất nén đàn hồi lớn nhất trong cánh khi chịu uốn dotác dụng của tải trọng dài hạn cha nhân hệ số và của tải trọngmỏi theo quy định ở Điều 6.10.6.2 đợc lấy bằng ứng suất lớnnhất ở bản bụng (MPa)

- Fyw: Cờng độ chảy nhỏ nhất qui định của bản bụng, Fyw = 345MPa

- Dc: Chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi, tính nh sau:

Trong đó:

+ tf: Chiều dày của bản cánh chịu nén, tf = 20 mm

33

Chú ý: Tải trọng LL+IM: đợc tính với 2 lần tải trọng mỏi ở

đây tải trọng mỏi là một xe thiết kế với khoảng cách hai trục sau là 9m (có nhân hệ số xung kích và chia cho hệ số làn)

và tải trong ngời đi

(Điều 6.10.6.4-1)

Trong đó:

- vcf: ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất trong bản bụng do tácdụng của tải tác dụng của tải trọng dài hạn tiêu chuẩn và củahai lần tải trọng mỏi nh đợc quy định ở Điều 6.10.6.2 (MPa)

- C : Tỉ số ứng lực oằn do cắt với cờng độ chảy do cắt đợcqui định ở Điều 6.10.6.7.3.3a (MPa)

- Fyw: Cờng độ chảy nhỏ nhất qui định của bản bụng, Fyw =345MPa

Chú ý: tải trọng mỏi gồm một xe tải thiết kế với khoảng cách

2 trục là 9 m( xếp tải nh hình vẽ).khi đó có xét đến: hệ sốphân bố ngang,hệ số xung kích, hệ số lan xe do hai lần tảitrọng mỏi gây ra

 Giá trị của C đợc xác định theo qui định sau:

Nếu:

Nếu:

35

Nếu:

Với:

Trong đó:

- d0: Khoảng cách giữa các gờ tăng cờng = 1745 mm

- D: Chiều cao bản bụng, D = 945mm

Ta có:

Vậy ta có:

Dầm giản đơn không có sự phân bố lại mô men nên cần phảikiểm tra độ võng dài hạn theo phân tích đàn hồi

Hệ số xung kích trong TTGHSD là:1,15 còn lại các hệ số lấy =1

 Mặt cắt tiết diện liên hợp, ứng suất bản cánh trong uốn dơng

và uốn âm không đợc vợt quá:

(Điều6.10.5.2.1)

Trong đó: + Rb : Hệ số truyền tải trọng, Rb = 1

6.Kiểm tra võng do hoạt tải (độ vồng ng ợc):

6.1 Độ võng khi có hoạt tải sử dụng:

Trong đó:

Độ võng do hoạt tải lấy trị số lớn hơn của:

37

 Độ võng do xe tải thiết kế.

 Độ võng do 25% xe tải thiết kế cộng với tải trọng làn

6.1.1 Độ võng do xe tải đơn:

Độ võng tại một điểm bất kỳ cách gối một đoạn x do tảitrọng tập trung đặt cách gối một đoạn a gây ra (x xác địnhbằng công thức sau:

Kết Quả tính toán nh sau:

Vì 2 mối nối đối xứng tại vị trí Ltt/3 nên cấu tạo 2 mối nốigiống nhau

Đoạn dầm ở giữa đạt nằm ngang , 2 đoạn dầm 2 bên đặtsao cho nghiêng với đoạn giữa 1 góc  , với tg=

  =

tg

VI Thiết kế neo liên kết:

 Sử dụng neo liên kết là neo đinh chống cắt

 Neo đinh đợc bố trí trên suốt chiều dài nhịp cho cầu liên hợp hệ giản đơn

 Tỉ lệ chiều cao và đờng kính của neo đinh chịu cắt không đợc nhỏ hơn 4

1 Trạng thái giới hạn mỏi:

- p: Bớc của neo đinh chống cắt theo dọc cầu.

- n: Số lợng các neo chống cắt trong 1 mặt cắt ngang n=2

- I : Mô men quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn,

I=1,544.10 mm

- Q: Mô men thứ nhất của diện tích qui đổi đối với trục

trung hoà của mặt cắt liên hợp ngắn hạn

- Vsr: Phạm vi lực cắt dới LL+IM xác định theo TTGH mỏi

Đã xác định ở trên khi kiểm toán mỏi

+ d: Đờng kính của neo đinh, d = 20mm.

+ n: Số chu kỳ ứng suất của 1 xe tải phụ thuộc vàoloại cấu kiện và chiều dài nhịp n =1

+ (ADTT)SL= ADTT.p ADTT: Số xe tải/ngày theo một chiều tính trungbình trong tuổi thọ thiết kế , ADTT=200 (xe)(ADTT)SL= 0,8.200 =160

+ N: số chu kì biên độ ứng suất trong tuổi thọthiết kế cầu Theo tiêu chuẩn thì tuổi thọ thiết

 Khoảng cách tim của các neo chống cắt không đợc vợt quá600mm và không đợc nhỏ hơn 6 lần đờng kính đinh 6d =120mm

 Khoảng cách ngang từ tim đến tim neo không đợc nhỏ hơn

100 150 100 2000

400

25 50 5020

- : Hệ số sức kháng đối với các neo chống cắt,

- Qn: Sức kháng uốn danh định của một neo đinh chịu cắt

43

 Số lợng neo chống cắt bố trí giữa mặt cắt của mômen dơnglớn nhất và mỗi điểm kề mômen 0,0, hoặc giữa mỗi điểm kề

mômen 0,0 và tim của trụ đỡ ở phía trong không đợc nhỏ hơn:

neo

Trong đó:

- Vh: Sức kháng cắt nằm ngang danh định tính theo công thức:

-As Tổng diện tích của mặt cắt thép

- b: Chiều rộng hiệu dụng của bản, b = 2000 mm

- ts: Chiều dày của bản, ts = 180mm

Kết luận :

Nh vậy ta sử dụng loại neo đinh chông cắt có các đặc trng hình học sau :

Bớc neo theo phơng dọc cầu p = 200 mm

Bớc neo theo phơng ngang cầu pz = 150 mm

VII Thiết kế mối nối:

+ Với mối nối bằng bu lông cờng độ cờng độ cao, tại vị trí mốinối (L/3) có: M0 =

KN.m

Q0 = kN

+ Sử dụng loại bu lông cờng độ cao có:

 Đờng kính bu lông : d = 27 mm

 Cờng độ chảy nhỏ nhất F =1400 Mpa

 Khả năng chịu kéo của đinh N = kN

+ Chọn kích thớc bản táp tại mối nối:

 Chiều dày bản táp sờn dầm :16 mm

 Chiều cao bản táp sờn dầm : 870 mm

+ Diện tích MCN các bản táp:

 Bản táp cánh trên A = mm

 Bản táp cánh dới A = 12000 mm+ Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất của thép làm cầu Fy = 345 Mpa+ Lực kéo đứt trong bản cánh trên

2.TÝnh mèi nèi b¶n bông

+ Mèi lèi b¶n bông dÇm chÞu lùc c¾t Q0,vµ mét phÇn m« men uèn

Bè trÝ bu l«ng vµo b¶n t¸p sên dÇm t¹i vÞ trÝ mèi nèi lµ :

Sè bu l«ng ë mçi bªn mèi nèi lµ : 36 bu l«ng

M« men tÝnh to¸n khi dêi vÒ träng t©m cña mét bªn mèi nèi lµ :Kho¶ng c¸ch gi÷a träng t©m 2 bªn mèi nèi lµ :

e = 255 (mm)

Mtk = M - Q.e = - 0,255 =

75 75

- Lực cắt phân bố đều cho các đinh KN

- Mô men uốn phân bố cho các đinh không đều nhau đinh

 Sức kháng uốn tính toán của kim loại hàn lấy nh sau:

Trong đó:

: Hệ số sức kháng của thép hàn,

Fexx: Cờng độ phân loại của thép hàn

Với kim loại hàn E70XX, Fexx = 482.65MPa

Tính chiều cao đ ờng hàn:

 Lực cắt đơn vị giữa bản cánh và bản bụng theo phơng dọccầu là:

Trong đó:

+ I: Mômen quán tính của mặt cắt thép,

+ : Mômen tĩnh của cánh chịu nén đối với trục TH củadầm chủ

+ P: Trọng lợng bánh xe nặng nhất trong đoàn xe tiêu chuẩn

có xét đến xung kích và hoạt tải:

Chọn chiều cao đ ờng hàn:

Chiều cao đờng hàn đợc chọn thống nhất trên suốt chiềudài dầm và phải thoả mãn qui định của qui trình (A.6.13.3.4):

Chiều dày kim loại cơ

bản kích thớc nhỏ nhất của bộ phận mỏng hơn của đờng hàn góc

đợc nối ghép T (mm) mm T<= 20 6

T > 20 8

Vậy ta chọn chiều cao đờng hàn là: hđh = 10 mm

Hàn theo phơng pháp nửa tự động

49