THIẾT KẾ DẦM THÉP LIÊN HỢP, L=30m

Đặc trưng hình học mặt cắt đoạn giữa dầmTrong phân tích kết cấu chịu uốn không liên hợp, đặc trưng hình học tính toán là mặt cắt dầm thép, Trong kết cấu liên hợp, diện tích mặt cắt bê tô

Trang 1

6 KIỂM TRA GIỚI HẠN KÍCH THƯỚC MẶT CẮT

7 SỨC KHÁNG UỐN DƯƠNG - T.T.G.H CƯỜNG ĐỘ

11 SƯỜN TĂNG CƯỜNG NGANG

12 TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI DẦM THÉP

13 NEO CHỐNG CẮT

14 THIẾT KÊ LIÊN KẾT ĐƯỜNG HÀN

15 THIẾT KẾ MỐI NỐI CÁC ĐOẠN DẦM THÉP (BU LÔNG)

16 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG VÀ TẠO ĐỘ VỒNG THI CÔNG

17 THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

THIẾT KẾ DẦM THÉP LIÊN HỢP, L=30M

MỤC LỤC

Trang 2

Gói thầu:

Công trình: Cầu tạm

Kết cấu phần trên: Dầm thép liên hợp BTCT N2, N3 & N4

1 SỐ LIỆU CHUNG

1.1 Tiêu chuẩn thiết kế & kích thước chung

Tiêu chuẩn thiết kế: "Tiêu chuẩn 22TCN-272-05" (Tham khảo ASSHTO 1998)

1.2.2 Thép đinh neo chịu cắt

Đinh neo sử dụng thép cấp 1020 theo tiêu chuẩn ASTM A108

Trang 3

THIẾT KẾ DẦM THÉP LIÊN HỢP BTCT, L=30.0M

1.2.3 Cốt thép thường

Tiêu chuẩn cốt thép: 0 (Nhập "0" cho TCVN 1651-2008, "1" cho ASTM A615)

Bản mặt cầu và gờ lan can đổ tại chỗ

Cường độ chịu nén quy định của bê tông (28 ngày tuổi) f'c = 30Mpa

Hệ số tính đổi môđun đàn hồi

1.2.5 Lớp phủ mặt cầu

Diện tích thanh thép thường

Trang 4

2 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

2.1 Vật liệu dầm thép

2.2 Kích thước mặt cắt ngang

• 12 lần chiều dày t.b bản cộng với 1/2 bề rộng của bản cánh trên 12t c +b f3 /2 = 2528 mm

Đối với các dầm biên, bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu lấy bằng: beff2 = 2000mm

1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm trong kề bên, cộng thêm trị số nhỏ nhất của:

• 6,0 lần chiều dày t.b bản, cộng với 1/4 bề rộng bản cánh trên: b eff1 /2 + 6t c + b f3 /4 = 2314 mm

Trang 5

2.3 Đặc trưng hình học mặt cắt đoạn giữa dầm

Trong phân tích kết cấu chịu uốn không liên hợp, đặc trưng hình học tính toán là mặt cắt dầm thép, Trong kết cấu

liên hợp, diện tích mặt cắt bê tông chuyển đổi sang diện tích thép dựa trên tỉ số môđun n cho tải trọng tức thời và

3n cho tải trọng dài hạn (Do xét tới độ tăng ứng biến gây ra bởi từ biến của bê tông dưới tác dụng của tải trọng

dài hạn, sử dụng 3n sẽ cho giá trị ứng suất cao hơn trong mặt cắt thép và giá trị n sẽ cho ứng suất cao hơn

trong bản bê tông cốt thép) Diện tích của vút bê tông không được tính vào đặc trưng hình học

Đặc trưng hình học kết cấu phần trên được tính theo 2 giai đoạn chủ yếu:

- Giai đoạn 1 : Thi công bản mặt cầu (Mặt cắt dầm thép không liên hợp)

- Giai đoạn 2 : Mặt cắt dầm liên hợp dưới tác dụng tải trọng dài hạn (hệ số môđun 3n)

: Mặt cắt dầm liên hợp dưới tác dụng tải trọng tức thời (hệ số môđun n)

2.3.1 Mặt cắt dầm thép không liên hợp

Bảng 2.1: Đặc trưng hình học dầm thép

Diện tích

Bề rộng(mm)

Chiều dày(mm)

A(mm2)

y(mm)

Ghi chú: y là khoảng cách từ trục trung hòa của bản bụng tới trục trung hòa của cấu kiện

Mômen quán tính mặt cắt đối với trục trung hòa x1-x1 của mặt cắt INA = Ix - (yc*ΣAy) = 1.9E+10 mm4

Khoảng cách từ trục trung hòa mặt cắt tới mép trên dầm thép ytops = 0.5hw + tf3 - yc = 949.0mmKhoảng cách từ trục trung hòa mặt cắt tới mép dưới dầm thép ybots = 0.5hw+tf1+tf2+yc = 706.0mm

Mômen quán tínhMặt cắt

Trang 6

2.3.2 Mặt cắt dầm thép liên hợp (tải trọng dài hạn)

Bảng 2.3: Đặc trưng hình học dầm thép liên hợp BTCT dưới tác dụng tải trọng dài hạn, 3n =24

Diện tích

Bề rộng(mm)

Chiều dày(mm)

A(mm2)

y(mm)

A*y(mm4)

A*y2

(mm4)

I0i(mm4)

Ix(mm4)

Mômen quán tính mặt cắt đối với trục trung hòa x1-x1 của mặt cắt INA = Ix - (yc*ΣAy) = 3.21E+10 mm4Khoảng cách từ trục trung hòa mặt cắt tới mép trên dầm thép ytops = 0.5hw + tf3 - yc = 678.3mmKhoảng cách từ trục trung hòa mặt cắt tới mép dưới dầm thép ybots = 0.5hw+tf1+tf2+yc = 976.7mm

Khoảng cách từ trục trung hòa mặt cắt tới mép trên bản mặt cầu ytopc=0.5hw+tf3+th+tc-yc = 958.3mm

2.3.3 Mặt cắt dầm thép liên hợp (tải trọng ngắn hạn)

Bảng 2.4: Đặc trưng hình học dầm thép liên hợp BTCT dưới tác dụng tải trọng ngắn hạn, n =8

Diện tích

Bề rộng(mm)

Chiều dày(mm)

A(mm2)

y(mm)

A*y(mm4)

A*y2

(mm4)

I0i(mm4)

Ix(mm4)

-BMC 250.0 190.0 47500.0 917.5 4.36E+07 4.00E+10 1.43E+08 4.01E+10

Trang 7

Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt tới trục trung hòa bản bụng yc = ΣAy/ΣA = 408.3mmMômen quán tính mặt cắt đối với trục trung hòa x1-x1 của mặt cắt INA = Ix - (yc*ΣAy) = 4.46E+10 mm4

Bảng 2.5: Tổng hợp đặc trưng hình học dầm thép liên hợp BTCT

Diện tích A (mm 2 )

y c (mm)

y tops (mm)

y bots (mm)

y topc (mm)

S tops (mm 3 )

S bots (mm 3 )

S topc (mm 3 )

kiện

Chiều cao

Trang 8

2.4 Đặc trưng hình học mặt cắt đoạn đầu dầm

2.4.1 Mặt cắt dầm thép không liên hợp

Bảng 2.1: Đặc trưng hình học dầm thép

Diện tích

Bề rộng(mm)

Chiều dày(mm)

A(mm2)

y(mm)

A*y(mm4)

A*y2(mm4)

I0i

(mm4)

Ix

(mm4)

2.4.2 Mặt cắt dầm thép liên hợp (tải trọng dài hạn)

Bảng 2.3: Đặc trưng hình học dầm thép liên hợp BTCT dưới tác dụng tải trọng dài hạn, 3n =24

Diện tích

Bề rộng(mm)

Chiều dày(mm)

A(mm2)

y(mm)

A*y(mm4)

A*y2(mm4)

I0i

(mm4)

Ix

(mm4)

Mômen quán tính mặt cắt đối với trục trung hòa x1-x1 của mặt cắt INA = Ix - (yc*ΣAy) = 2.70E+10 mm4Khoảng cách từ trục trung hòa mặt cắt tới mép trên dầm thép ytops = 0.5hw + tf3 - yc = 592.5mmKhoảng cách từ trục trung hòa mặt cắt tới mép dưới dầm thép ybots = 0.5hw+tf1+tf2+yc = 1052.5mm

2.4.3 Mặt cắt dầm thép liên hợp (tải trọng ngắn hạn)

Mômen quán tínhMặt cắt

Trang 9

Bảng 2.4: Đặc trưng hình học dầm thép liên hợp BTCT dưới tác dụng tải trọng ngắn hạn, n =8

Diện tích

Bề rộng(mm)

Chiều dày(mm)

A(mm2)

y(mm)

A*y(mm4)

-BMC 250.0 190.0 47500.0 917.5 4.36E+07 4.00E+10 1.43E+08 4.01E+10

Bảng 2.5: Tổng hợp đặc trưng hình học dầm thép liên hợp BTCT

Diện tích A (mm 2 )

y c (mm)

y tops (mm)

y bots (mm)

y topc (mm)

S tops (mm 3 )

S bots (mm 3 )

S topc (mm 3 )

Trang 10

3 TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN

Tính toán cho dầm: Dầm biên 1 (Nhập "1"= Dầm biên, "2"=Dầm giữa)

Phương pháp phân tích hoạt tải:

Tính toán theo hệ số phân bố ngang theo 22TCN272-05 1 (Nhập "1"=TC 22TCN272-05,"2"=PM)

3.1 Tĩnh tải (Tính cho 1 dầm)

Đối với các kết cấu dầm thép tổ hợp, trọng l ượng riêng của kết cấu dầm được tính cộng thêm : 15.0%

do có xét đến các phụ kiện khác như: mối nối, sườn tăng cường, bu lông, đường hàn…

Đầu dầm Ls/10 Ls/5 Mối nối Ls/2

x1 = x2 =

Giai đoạn 2

x7 = x8 = x9 =

Cấu kiện phụ trợ khác (kN/m)Lan can thép (kN/m)

Trang 11

Theo điều 3.6 của Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 hoạt tải ôtô đ ược đặt tên là HL-93 sẽ gồm một tổ hợp của:

Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế v à Tải trọng làn thiết kế

Dầm ngang tại điểm x (kN)

x8 = x9 = x7 =

Trang 12

3.3 Hệ số phân bố hoạt tải cho mômen

Số làn xe thiết kế nL = 2Làn

Theo C3.6.1.1.2: Hệ số làn xe đã bao gồm trong phương trình gần đúng tính toán hệ số phân bố ngang

cho hoạt tải theo mục 4.6.2.2 và 4.6.2.3 cho cả một hay nhiều làn xe

- Hai hay nhiều làn xe thiết kế: N b ≥ 4

- Kiểm tra điều kiện áp dụng:

Chiều dày Bản mặt cầu ts = 190mm → Áp dụng

Chiều dài nhịp tính toán Ls = 29400mm → Áp dụng

- Hai hay nhiều làn xe thiết kế: mg M MI = 0.603

- Một làn xe thiết kế: Sử dụng quy tắc đòn bẩy (trạng thái giới hạn cường độ) :

mg M SE = 0.686

- Hai hay nhiều làn xe thiết kế:

Phạm vi áp dụng:

-300 ≤ d e ≤ 1700

Khoảng cách tim bản bụng dầm biên tới mép trong gờ lan can:

de = 600mm → Áp dụng

e = 0.984

mg M ME = 0.594

1 0 3

3 0 4 04300 06

M

Lt

K L

S S mg

1 0 3

2 0 6 02900 075

=

s

g MI

M

Lt

K L

S S mg

2800 77

0

.

de e

mg e

M ME

SSe

Nguyên tắc đòn bẩy

C

S

C S S C

S S m

M

)]

600 (

) 1800 600 [(

5

=

Trang 13

3.4 Hệ số phân bố hoạt tải cho lực cắt

N b ≥ 4

Chiều dày Bản mặt cầu ts = 190mm → Áp dụng

Chiều dài nhịp tính toán Ls = 29400mm → Áp dụng

Số dầm trên mặt cắt ngang Nb = dầm →4 Áp dụng

→ Hệ số phân bố lực cắt cho dầm giữa:

- Một làn xe thiết kế: mg V SI = 0.636

- Hai hay nhiều làn xe thiết kế: mg V MI = 0.745

- Một làn xe thiết kế: Sử dụng quy tắc đòn bẩy (trạng thái giới hạn cường độ) :

mg V SE = 0.686

- Hai hay nhiều làn xe thiết kế

Phạm vi áp dụng:

-300 ≤ d e ≤ 1700

Khoảng cách tim bản bụng dầm biên tới mép trong gờ lan can:

2

mgV MI

3000 6

0

.

e

MI V ME

V

d e

mg e mg

+

=

Trang 14

3.5 Tác dụng của hoạt tải

Hoạt tải thiết kế 3507.0

Xe hai trôc thiÕt kÕ

Trang 15

Xe hai trôc thiÕt kÕ

Trang 16

Ng đi bộ W= 15 0.0

Trang 17

3.6 Tác dụng của hoạt tải tính mỏi

- Tải trọng tính mỏi là 01 xe tải thiết kế với khoảng cách các trục sau l à giá trị không đổi: 9.0m (3.6.1.4)

- Lực xung kích sử dụng cho hoạt tải l à: 15%

- Hệ số làn xe m không áp dụng cho trạng thái giới hạn mỏi Vậy đối với tác dụng của 1 l àn xe tải thiết kế, hệ số

phân bố ngang của hoạt tải phân tích mỏi bằng hệ số phân bố ngang ở trạng thái c ường độ chia cho hệ số làn xe m

Mômen Lực cắt

0.358 0.530 0.571 0.571

Tác dụng của hoạt tải tính mỏi

Trang 18

Xe t¶i thiÕt kÕ

1

Trang 19

ηi = ηD.ηR.ηI > 0.95 : giá trị cực đại của ηi

ηi = 1/(ηD.ηR.ηI) ≤ 1.0 : giá trị cực tiểu của ηi

4.1 Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 1 - Thi công mặt cầu (Mặt cắt dầm thép không li ên hợp)

4.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng giai đoạn 2 - (Mặt cắt dầm thép li ên hợp)

Tải trọng bản thân các kết cấu (DC 1 ) 1.25 0.0 838.5 1490.0 2058.0 2328.0

Tải trọng gờ lan can (DC 2 ) 1.25 0.0 178.7 317.7 438.9 496.3 Tải trọng lớp phủ mặt cầu + phụ trợ (DW) 1.50 0.0 259.3 460.9 636.9 720.2

Tải trọng lớp phủ mặt cầu + phụ trợ (DW) 1.50 98.0 78.4 58.8 33.3 0.0

MCN đoạn giữa dầm

Mômen

Tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu

(Dầm thép, dầm ngang, bê tông ướt măt cầu)

Tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu

(Dầm thép, dầm ngang, bê tông ướt măt cầu)

Mặt cắt ngang dầm

Hệ số tải trọng ( γi) Điều chỉnh tải trọng

Tổ hợp tải trọng

Hệ số tải trọng

Cường độ - I

Sử dụng - II

Mỏi

Thi công

Tổ hợp tải trọng: Thi công

Mặt cắt ngang đoạn đầu dầm

Trang 20

Tải trọng gờ lan can (DC 2 ) 1.00 0.0 142.9 254.1 351.1 397.1 Tải trọng lớp phủ mặt cầu + phụ trợ (DW) 1.00 0.0 172.8 307.3 424.6 480.1

Tải trọng lớp phủ mặt cầu + phụ trợ (DW) 1.00 65.3 52.3 39.2 22.2 0.0

Mặt cắt ngang dầm Lực cắt

Trang 21

5 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT MẶT CẮT

Ứng suất mặt cắt được tính toán dưới tác dụng của tải trọng bản thân kết cấu (DC1) áp dụng với mặt cắt dầm thép không liên hợp, tải trọng gờ lan can, lớp phủ mặt cầu và các phụ kiện khác (DC2 + DW) áp dụng với mặt cắt dầm thép liên hợp với hệ số môđun 3n, Hoạt tải (LL+IM) áp dụng với mặt cắt dầm thép liên hợp với hệ số môđun n.

5.1 Ứng suất thớ trên chịu nén của dầm thép

Đoạn đầu Đoạn giữa

S tops_end S tops_mid

Ứng suất f tops (Mpa)

Trang 22

6 KIỂM TRA CÁC GIỚI HẠN KÍCH THƯỚC MẶT CẮT (6.10.2) Căn cứ trên việc nghiên cứu về kết cấu chịu uốn, các tỷ lệ cấu tạo của mặt cắt dầm thép chữ I phải thoả mãn các điều kiện sau đây trong tất cả các giai đoạn thi công và trong trạng thái cuối cùng.

6.1 Điều kiện cấu tạo chung

Mặt cắt các cấu kiện uốn phải được cấu tạo theo tỷ lệ đảm bảo điều kiện:

Trong đó:

- Iy : Mômen quán tính của mặt cắt dầm thép đối với trục thẳng đứng trong mặt phẳng của bản bụng (mm4)

- Iyc : Mômen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục đứng trong mặt phẳng cuả bản bụng (mm4)

6.2 Độ mảnh của bản bụng

Bản bụng dầm phải được cấu tạo đảm bảo:

- Khi không có sườn tăng cường dọc:

- Khi có gờ tăng sườn cường dọc:

Trong đó:

- Dc : Chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi (mm)

- tw : Chiều dày của bản bụng (mm)

- tf : Chiều dày của bản cánh trên (mm)

- h1 : Tổng chiều cao dầm thép (mm)

- ftops : Ứng suất ở bản cánh trên dầm thép chịu nén do lực tính toán (Mpa)

- fbots : Ứng suất ở bản cánh dưới dầm thép chịu kéo do lực tính toán (Mpa)

tops p w

c

f

E t

D

77 6

tops p w

c

f

E t

D

63.11

f bots tops

tops

f f

Trang 23

6.3 Cấu tạo của bản cánh (Tham khảo AASHTTO 98)

Trong đó:

- bf : Chiều rộng của bản cánh (mm)

- tf : Chiều dày của bản cánh (mm)

- hw : Chiều cao của bản bụng (mm)

- tw : Chiều dày của bản bụng (mm)

6.3.1 Kiểm tra bản cánh trên

6.3.2 Kiểm tra bản cánh dưới

f

ft

b

6 /

w

f h

Trang 24

7 SỨC KHÁNG UỐN DƯƠNG - TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

Điều kiện áp dụng: Nghiên cứu về sức kháng uốn của mặt cắt chữ Ι thoả mãn các giới hạn về tỉ lệ hình học mặt cắt theo điều 6.10.2

và nghiên cứu về vật liệu thép có cường độ chảy dẻo nhỏ nhất quy định: Không vượt quá 345 MPa và có chiều cao mặt cắt không đổi phải được thực hiện theo các quy định về độ mảnh của bản bản bụng có mặt cắt đặc của Điều 6.10.4.1.2 như sau:

- Độ mảnh của bản bụng mặt cắt đặc chắc:

Bản bụng dầm xem là đặc chắc nếu thỏa mãn:

Trong đó:

- Dcp : Chiều cao của bản bản bụng chịu nén tại lúc mô men dẻo (mm)

- Fyf : Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất được quy định của bản cánh chịu nén (MPa)

- Đối với tất cả các mặt cắt chịu uốn dương, D cp phải lấy bằng 0 và yêu cầu về độ mảnh của bản bụng (6.10.3.1.4b) trong mặt cắt đặc chắc trên phải coi là đã thoả mãn và đối với các mặt cắt liên hợp chịu uốn dương,

- Đối với các mặt cắt chịu mômen uốn dương trong điều kiện khai thác, Các yêu cầu về cấu tạo của mặt cắt đặc chắc theo các điều 6.10.4.1.3, 6.10.4.1.4, 6.10.4.1.6a, S6.10.4.1.7 và 6.10.4.1.9 được xem xét là hoàn toàn thỏa mãn (6.10.4-1)

→ Mặt cắt tính toán chịu mômen dương được xem là đặc chắc

→ Sức kháng uốn phải được xác định theo điều 6.10.4.2.2 về sức kháng uốn dương của mặt cắt liên hợp đặc chắc

7.2 Mômem dẻo

Mômen dẻo phải được tính toán bằng mômen đầu tiên của lực dẻo đối với trục trung hoà dẻo (6.10.3.1.3)

Để tính toán các lực dẻo trong các phần thép của mặt cắt liên hợp, phải dùng cường độ chảy tương ứng cho cả bản cánh, bản bụng Lực dẻo trong các phần bê tông chịu nén của mặt cắt liên hợp có thể dựa trên khối ứng suất chữ nhật và bỏ qua phần bê tông chịu kéo.

Vị trí của trục trung hoà dẻo phải đuợc xác định theo điều kiện cân bằng mà không có lực dọc trục thuần tuý.

Cánh dướiBản bụng

Bản mặt cầuCánh trên

2 3.76

Trang 25

7.2.2 Bố trí cốt thép dọc trong phạm vi bề rộng hữu hiện bản mặt cầu:

- Drt & Drb : Đường kính cốt thép lưới trên & lưới dưới (mm)

- Srt & Srb : Khoảng cách các thanh cốt thép lưới trên & lưới dưới (mm)

- nrt & nrb : Số lượng cốt thép lưới trên & lưới dưới (thanh)

- Art & Arb : Tổng diện tích cốt thép lưới trên & lưới dưới (mm2)

- Crt & Crb : Khoảng cách từ mép trên bản mặt cầu tới trọng tâm cốt thép lưới trên & lưới dưới (mm)

Lưới thép dưới

Thành phần

Vị trí mặt cắt

Bản mặt cầu

Dầm thép

Vị trí mặt cắt Thông số

PNA

Y

Trang 26

Bảng các trường hợp xác định vị trí trục trung hòa dẻo

Trong đó:

- ds : Khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PNA tới trọng tâm bản mặt cầu

- drt : Khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PNA tới trọng tâm cốt thép lưới trên

- drb : Khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PNA tới trọng tâm bản bụng

- dc : Khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PNA tới trọng tâm bản cánh trên

- dw : Khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PNA tới trọng tâm cốt thép lưới dưới

- dt1 : Khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PNA tới trọng tâm bản cánh dưới 1

- dt2 : Khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PNA tới trọng tâm bản cánh dưới 2

Xác định vị trí trục trung hòa dẻo Ÿ và mômen dẻo Mp :

So sánh (1) ≥ (2) V

So sánh (1) ≥ (2) (2)

12

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	613,98 KB