Thuyet-minh-Do-An-Thiet-Ke-Cau-Thep-Phan Quoc Bao

TK KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I SỐ LIỆU THIẾT KẾ: Thiết kế kết cấu nhịp giản đơn, dầm thép liên hợp BTCT với số liệu đầu vào sau: Chiều dài toàn dầm : 35.8 m Bề rộng phần xe chạy: m Bề rộng lề hành : 2x1.4 m Tải trọng thiết kế : HL93 II VẬT LIỆU Thép làm dầm chủ: Thép M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa Thép làm hệ liên kết ngang (dầm ngang khung ngang), sườn tăng cường : M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa (tra bảng 6.4.1.1- TC 22TCN272-05) Thép mặt cầu, lề hành: CII có Fy=280(Mpa) Thép đai: : CI có Fy=240(MPa) Thép chịu lực, cấu tạo : CII có Fy=280(MPa) Thép làm lan can, cột lan can : M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa ' Bê tơng mặt cầu, lan can, lề hành : C30 có f c = 30 ( MPa ) Trọng lượng riêng thép: γ S = 7.85 × 10−5 (N / mm ) Trọng lượng riêng bê tông có cốt thép : γ C = 2.5 × 10 −5 (N / mm ) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: γw=2.5x10-5 (N/mm3) III THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU: a Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng LC: Bề rộng toàn cầu: Btc=8,000 + 2x1,300 + 2x250 = 11,300mm Ta có:  Btc = (n − 1) S + Lc  ⇒ Btc ≈ nS  L ≈ S c   Chọn khoảng cách dầm chính: S = (1.6÷2.5) m B   11,300 11,300   B ⇒ n =  tc ÷ tc ÷ =  ÷ ÷ = ( 4.5 ÷ 7.1)  2,500 1,600   2,500 1,600  Vì n số nguyên nên n ∈ [5; 6; 7] Khi n=5 ⇒ S = BTC 11,300 = = 2, 260mm Chọn S=2,300mm n SVTH: HOÀNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP ⇒ LC = BTC − (n − 1) S 11,300 − (5 − 1) × 2,300 = = 1,050mm 2 Khi n=6 ⇒ S = ⇒ LC = BTC 11,300 = = 1,883mm Chọn S=1,900 n BTC − (n − 1) S 11,300 − (6 − 1) × 1,900 = = 900mm 2 Khi n=7 ⇒ S = ⇒ LC = GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO BTC 11,300 = = 1, 614mm Chọn S=1,650 n BTC − (n − 1) S 11,300 − (7 − 1) × 1,650 = = 700mm 2 Bảng 1.1: số dầm Số dầm(n) Khoảng cách dầm(S) Lc(mm) 2,300 1,050 1,900 900 1,650 700 Chọn số dầm 6, khoảng cách dầm S = 1,900mm, chiều dài cánh hẫng LC = 900mm b Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo lớp mặt cầu : Độ dốc ngang thiết kế: 2% Tạo dốc thay đổi chiều cao đá kê gối : Là dùng đá kê gối có chiều cao tăng dần để tạo độ dốc ngang mặt đường sau hoàn thiện.Chiều cao tối thiểu gối 100mm Chiều cao gối thiết kế: Gối 1: 150 mm Gối 2: 150+Sx2%=150+1,900x2%=188mm Gối 3: 190+Sx2%=188+1,900x2%=226mm Các gối lại : Đối xứng c Thiết kế nước mặt cầu: Đường kính ống: D≥100mm Diện tích ống nước tính sở 1m mặt cầu tương ứng với 1.5cm ống thoát nước.Khoảng cách ống tối đa 15m, chiều dài ống vượt qua đáy dầm 100mm Diện tích mặt cầu S=LxBtc=35,8x 11,3=404.5 m2 cần bố trí 404.5X1.5=607 cm2 = 60,700 mm2 ống thoát nước 3.14 × 100 = 7,850 mm Số ống cần thiết: ⇒ A1ông = n= 60,700 = 7.7 7850 SVTH: HOÀNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Vậy ta chọn ống, khoảng cách ống m Hình 1.1:hình chiếu mặt cắt ngang cầu IV XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM : a Chiều dài dầm tính tốn : Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối : a=0.4 m Chiều dài dầm tính tốn : LTT = 35 m b Chiều cao dầm : Chiều cao dầm chọn từ chiều cao tối thiểu quy trình theo kinh nghiệm thiết kế :  d = 0.033L = 0.033 × 35,800 = 1,180 mm  H ≥ 0.04L = 0.04 × 35,800 = 1, 450mm  1 1 H = L ÷ L = 35,800 ÷ 35,800 = 1,180 ÷ 1, 450mm 25 20 25 20  Vậy chọn chiều cao dầm thép d=1,150mm Chiều cao dầm liên hợp H= 1,450mm SVTH: HOÀNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO c Kích thước tiết diện ngang : Chiều cao phần vút : hV=100mm Chiều dày bê tông : tS=200 mm Chiều dày sườn dầm : tW=15 mm Chiều rộng cánh : bC=400 mm Chiều dày cánh : tC=20 mm Chiều rộng cánh : bf=450 mm Chiều dày cánh : tf=22 mm Chiều rộng phủ : b’f=550 mm Chiều dày phủ : t’f=22 mm Hình 1.2: Tiết diện dầm V THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH: a Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang: Hình1.3: Sơ đồ vị trí STC Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, khơng bố trí sườn tăng cường dọc Bố trí sườn tăng cường đứng gối đầu dầm, khoảng cách 200mm Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1,500 mm, riêng đoạn đầu dầm (từ đầu đến hệ khung ngang đầu tiên) bố trí sườn trung gian cách hệ khung ngang 1,200 mm STC gối 1,200 mm Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang thép cán chữ I, loại dầm cánh rộng W760x196 Tại sườn tăng cường đứng cách khoảng 3500mm bố trí hệ khung ngang thép L100x100x10 (cho xiên ngang) Bề dày tất sườn tăng cường 15 mm, kích thước cịn lại xem hình vẽ : SVTH: HỒNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Hình 1.4: Kích thước STC SVTH: HOÀNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO b Neo chống cắt: Thiết kế loại neo hình nấm với số liệu sau : Đường kính đinh: dS = 20mm Độ chơn sâu mặt bê tông không nhỏ 50mm chọn acs=75 mm => Chiều cao: h = 300-75=225 mm Thiết kế hàng neo với khoảng cách tim neo đến mép cánh 75mm, khoảng cách hàng neo 250mm c Mối nối dầm chính: Mối nối sử dụng bulong cường độ cao Số lượng mối nối 2, đặt đối xứng qua tim cầu, vị trí đặt mối nối khoảng Ltt /3 Ltt /3, cách đầu dầm 12 m SVTH: HỒNG ANH TUẤN-1151110219 Hình 1.5: Neo Trang TK KẾT CẤU NHỊP VI GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU Ở phần thiết kế cấu tạo bố trí thép, tính tĩnh tải, khơng tính tốn nội lực tính tốn cốt thép a LAN CAN: Ø Ø Ø18 Hình 1.6: Kích thước lan can Cột lan can: chiều dài nhịp 35m, bố trí khoảng cách cột lan can 2m bên cầu gồm 18 cột lan can, 17 cặp liên kết, 17 cặp tay vịn Một cột lan can tạo thép: T1 100 x 1,570 x T2 140 x 740 x T3 100 x 150 x Thể tích thép là: Thể tích thép T1: VT1 = 100 x 1,570 x =785,000 mm3 Thể tích thép T2: VT2 = 140 x 740 x =518,000 mm3 Thể tích thép T3: VT3 = 100 x 150 x = 75,000 mm3 Vcot lancan = 870, 000 + 518, 000 + 75, 000 = 1, 463, 000mm3 Thanh liên kết: Tay vịn: V tayvin = 2× Vlienket = × π × (902 − 82 ) × 100 = 216,142 mm3 π × (80 − 702 ) × 2,000 = 4,712,389mm3 Tổng trọng lượng lan can toàn cầu: DC = γ s × (Vcot lancan + Vlienket + Vtayvin ) = 7.85 × 10−5 × (1,378,000 × 18 + 216,142 × 17 + 4,712,389 × 17) = 8,644 N Tính 1mm theo phương dọc cầu: Plancan = 8, 644 = 0.243 N / mm 35,800 SVTH: HOÀNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Sơ đồ tính tốn ngoại lực tác dụng: Hình 2.3.2 Sơ đồ tính tốn ngoại lực tác dụng vào lan cana • Tải trọng tác dụng: • Tĩnh tải • Hoạt tải P = 890 (N ) Pw = 0.37 × 2,000 = 740 (N ) Nội lực chân trụ: - Lực nén dọc trục N = 1.75 ( P + × Pw ) + 1.25 × Gbt = 1.75 × ( 890 + × 740 ) + 1.25 × 501.5 = 3, 479 (N ) - Momen uốn M = 1.75 × L1 × ( P + Pw ) + 1.75 × L2 × ( P + Pw ) = 1.75 × 330 × (890 + 740) + 1.75 × 750 × (890 + 740) = 3, 080, 700 (N mm) - Lực cắt Pu = 1.75 × × ( Pw + P ) = 1.75 × × (740 + 890) = 5, 705 (N ) • Đặc trưng hình học tiết diện nhỏ nhất: Ta kiểm toán cho tiết diện nhỏ trụ lan can SVTH: HOÀNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Hình 2.3.3.Tính tốn đặc trưng tiết diện Diện tích tiết diện A = × 100 × + 140 × = 1,700 (mm ) Momen quán tính tiết diện đối trục x-x  100 × 53 × 1403 2 I = 2× + 100 ì ì 72.5 ữ+ = 6.4 ì 106 (mm ) 12  12  Bán kính quán tính r= I 6.4 × 106 = = 61.36 (mm) A 1,700 • Sức chịu nén trụ lan can: Độ mảnh K × L 0.875 × 750 = = 10.7 ≤ 22 r 61.36 Vậy cột làm việc theo cột ngắn, không cần xét độ ảnh hưởng hệ số khuếch đại mơmen Trong đó: K= 0.875: hệ số độ dài hữu hiệu tương ứng với liên kết chốt hai đầu theo điều kiện 4.6.2.5 L= 750 (mm): chiều cao cột lan can r = 61.36 (mm): bán kính qn tính Sức chịu nhổ bulơng chân trụ: Hình 2.3.4: Sơ đồ tính tốn sức chịu nhổ bu lơng chân trụ SVTH: HỒNG ANH TUẤN-1151110219 Trang TK KẾT CẤU NHỊP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Lực nhổ tác dụng vào bulông Cân momen quanh bulông thứ ta có M = N × 45 + P × × 90 ⇒P= M − 45 × N 3, 080, 700 + 45 × 3, 479 = = 17,985 (N ) 90 × 90 × Lực cắt tác dụng bulông Pu −1 = Pu 5, 705 = = 1, 426(N ) 4 Sức kháng cắt bulơng Rn = 0.38 × Ab × Fub × N s Trong Ab : Diện tích bulơng theo đường kính danh định Ab = π × d π × 202 = = 314 (mm ) 4 Fub : Cường độ chịu kéo nhỏ bulông Fub = 830 ( MPa ) N s :Số mặt phẳng cắt qua bulông Ns = Vậy Rn = 0.38 × Ab × Fub × N s = 0.38 × 314 × 830 × = 99085,83 (N ) Sức kháng bulông chịu cắt nhổ đồng thời Ta có Pu −1 1426.25 = = 0, 014 ≤ 0,33 Rn 99085,83 Nên Tn = 0.76 × Ab × Fub = 0.76 × 314 × 830 = 198,071.2 (N ) > Pu =5,705 (N) Thoả điều kiện chịu cắt nhổ đồng thời Do tải trọng tác dụng lên lan can nên ta cần kiểm tra cho lan can có đường kính nhỏ(thanh lan can dưới) • Thanh lan can • Tĩnh tải tác dụng: Trọng lượng thân: g = γs ×F SVTH: HỒNG ANH TUẤN-1151110219 Trang 10