Chương 5: Kiểm toán các bộ phận cầu thép

FV + Fyw : cường độ chảy nhỏ nhất của bản bụng + Fys : cường độ chảy nhỏ nhất của sườn tăng cường + C : tỷ số ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt... Vsr : phạm vi lực cắt xác định cho

Đường hàn

h = 10mm

R20

S.T.C S2-1

Hình 4.67: Cấu tạo sườn tăng cường trung gian 5.1.1 Thiết kế sườn tăng cường trung gian:

- Khoảng cách các sườn tăng cường: do = 3000 mm

- Số lượng sườn tăng cường trung gian trong một dầm : 2 x 11 = 22

+ Chiều rộng sườn tăng cường: bt = 170 mm

+ Chiều dày sườn tăng cường: tp = 15 mm

+ Chiều cao sườn tăng cường: D = 1360 mm

+ Khoảng cách giữa đầu của mối hàn gờ tăng cường với bản bụng và mép gần của đường hàn bản cánh với bản bụng: A = 80 mm

Trong đó:

bt =170 mm: Chiều rộng sườn tăng cường

tp=15 mm: Chiều dày sườn tăng cường

A 0.15 B.D.t (1 C) 18 t

FV

+ Fyw : cường độ chảy nhỏ nhất của bản bụng

+ Fys : cường độ chảy nhỏ nhất của sườn tăng cường

+ C : tỷ số ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt

Hình 4.68: Cấu tạo sườn tăng cường gối

Đường hàn

h = 10mm

R20

S.T.C S2-1

- Tại mỗi gối đặt 2 cặp sườn tăng cường gối

- Khoảng cách giữa các sườn (tính từ tim) dl = 150 mm Mỗi dầm có 8 sườn tăng cường gối

+ Chiều rộng sườn tăng cường tại gối: bt = 170 mm

+ Chiều dày sườn tăng cường tại gối: tp = 15 mm

+ Chiều cao sườn tăng cường tại gối: D = 1440 mm

Hai đầu sườn tăng cường được hàn vào hai bản cánh trên và cánh dưới dầm

Trong đó:

bt =170 mm: Chiều rộng sườn tăng cường

tp=15 mm: Chiều dày sườn tăng cường

.r

345 0.75 1440 0.314

200000 3.14 82.33

•Kiểm tra điều kiện về cấu tạo và vị trí:

+ Chiều cao bản vút: hvut = 100 mm vậy neo chôn vào bản bê tông:

h – hvut = 200 – 100 = 100 mm+ Đỉnh neo cách mép trên bản bê tông 100 mm và cách mép dưới 100

mm h = 200 10 4= ≥ ⇒

d 20Vậy thỏa mản điều kiện về cấu tạo và bố trí

Thỏa mãn

+ Sức kháng mỏi của một đinh:

2 2

Trong đó:

p : bước của các neo chống cắt dọc theo trục

n = 2: số lượng các neo chống cắt trong một mặt cắt ngang

I : mômen quán tính của tiết diện liên hợp ngắn hạn

4

I = 52924946980 mm

r sr

n.Z IP

V Q

≤

Vậy lấy Zr = 7600 N để tính toán

+ Xác định bước neo theo trạng thái giới hạn mỏi:

Bước của các neo chống cắt không dược nhỏ hơn:

•Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi:

Q : mômen thứ nhất của diện tích quy đổi đối với trục trung hòa liên hợp ngắn hạn

Vsr : phạm vi lực cắt xác định cho trạng thái giới hạn mỏi

Vsr ta tính cho tại 3 mặt cắt: I-I; II-II; III-III

Tính bước neo trong khoảng từ mặt cắt I-I đến II-II

Tính bước neo trong khoảng từ mặt cắt III-III đến V-V

Với điều kiện bước neo từ tim đến tim không vượt quá 600 mm và không được nhỏ hơn 6 lần đường kính đinh (120mm),ta chọn bước đai như sau:

Từ đầu dầm đến mặt cắt II-II chọn bước neo p = 200 mm

Từ mặt cắt II-II đến mặt cắt III-III chọn bước neo p = 300 mm

Từ mặt cắt III-III đến mặt cắt V-V chọn bước neo p = 400 mmKhoảng cách từ mặt cắt có mômen bằng 0 đến mặt cắt có mômenlớn

nhất có tất số neo là: n = 67 neo

: Sức kháng cắt tính toán của một neo chống cắt

= 0.85: Hệ số sức kháng đối với các neo chống cắt

Asc = 314 mm2 : diện tích mặt cắt ngang của neo chống cắt

f’c = 30 MPa : cường độ chịu nén 28 ngày quy định của bê tông

Ec = 27691.47 MPa : môđun đàn hồi của bê tông

Fu = 345 MPa : cường độ kéo nhỏ nhất của neo

r sc n

Q = ϕ Q = 0.85 108330 = 92080.5 N ×

h s

r

V n

Độ võng của thiết kế lấy như sau:

Độ võng do 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn

giữa)

(dầm biên)

Tính bu lông cho bản cánh trên:

Với: Ac là diện tích bản cánh trên:

Ac = bc.tc = 350 x 20 = 7000 mm2Vậy: N = 382.57 x 7000 = 2677990 N (dầm biên)

N = 331.99 x 7000 = 2323930 N (dầm giữa)

Số bulông cần thiết cho mối nối nb:

bulông (dầm biên)

Để thiên về an toàn ta chọn: nb = 24 bu lông, bố trí 4 hàng mỗi hàng 6

Tính bu lông cho bản cánh dưới:

Lực do tải trọng tính toán tác dụng lên bản cánh dưới:

Trong đó:

+ Af là diện tích bản cánh dưới:

Ac = bf.tf = 450 x 20 = 9000 mm2 + A’f là diện tích bản phủ:

A’f = b’f.t’f = 550 x 20 = 11000 mm2Thay số:

Để thiên về an toàn ta chọn: nb = 36 bu lông, bố trí 4 hàng mỗi hàng 9

Mômen tác dụng vào bản bụng theo tỷ lệ mômen quán tính:

18092841919,2 2182077119,9

18092841919,22099108742,7

- Khoảng cách giữa các bu lông trong nhóm:

Khoảng cách giữa 2 bu lông 1 và 12: l1 = 1210 mm

Khoảng cách giữa 2 bu lông 2 và 11: l2 = 990 mm

Khoảng cách giữa 2 bu lông 3 và 10: l3 = 770 mm

Khoảng cách giữa 2 bu lông 4 và 9: l4 = 550 mm

Khoảng cách giữa 2 bu lông 5 và 8: l5 = 330 mm

Khoảng cách giữa 2 bu lông 6 và 7: l6 = 110 mm

+ Kh = 1: hệ số kích thước lỗ+ Ks = 0.5: hệ số điều kiện bề mặt+ Pt = 176000 N: lực căng yêu cầu tối thiểu

Thiết kế bu lông cho liên kết ngang:

• Thiết kế bu lông:

tf b

Xác định số bulông cho các liên kết ngang:

+ Thanh giằng trên:

Xác định khả năng chịu lực của một bulông:

+ Thanh giằng dưới:

bf b

Thay số:

N = 180.89 x 1584.13 = 286553.28 N

- Mômen tác dụng vào dầm thép:

M = 90406647.4 N.mm

- Momen phân phối nội lực vào bản cánh và bản bụng:

Mômen quán tính của bản bụng so với trục trung hòa:

197,74 x 180.89 Mpa

2

d t 2

62.38 2

d 2

Trong đó:

+ Aw là diện tích bản bụng:

Aw = D.tw = (262.38 – 2x11.18) x 6.60 = 1584.13

mm+ f 2 w : Ứng suất do mômen gây ra cho bản bụng dầm ngang

• Kiểm tra sức kháng trượt:

- Lực cắt tác dụng vào bản bụng:

-Lực cắt tác dụng vào dầm chính:

d 2t t I

1

6 mm 2

59937325.29 11471177.23

I

M M.

I

N.mm

Mômen tác dụng vào bản bụng theo tỷ lệ mômen quán tính:

• Kiểm tra sức kháng trượt:

u 286553.28 + 135949.85 317167.

= V

+ Do lực cắt tác dụng:

- Tổng lực tác dụng vào bulông ngoài cùng:

So sánh :

Thỏa mãn

+ Do mômen tác dụng:

- Lực tác dụng vào bu lông ngoài cùng

• Kiểm tra sức kháng trượt:

t ct-h

c c

731.47 371.7 361.81 Mpa

731.47 2

f

D f

• Mối nối hàn góc chịu kéo và chịu nén:

Ứng suất tại vị trí mối hàn chồng bản cánh dưới và bản phủ dầm thép:

Ứng suất kéo tác dụng vào mối hàn góc dưới:

b c f

b-h

c c

1500 731.47 20 399.92 390.03 Mpa

( )

y t-h b-h y

0.75 345 258.75 Mpa max 380.13 345

Ta dùng fb-h = 380.13 Mpa (dầm biên) và ft-h = 347.97 Mpa

(dầm giữa) để kiểm toán

Ứng suất thiết kế mối hàn phải lấy giá trị max trong 2 giá trị sau:

(dầm giữa)

fb-h = 364.24 Mpa < thỏa mãn Fy = 345 Mpa

• Mối nối hàn góc chịu kéo và chịu nén:

y t-h b-h y

0.75 345 258.75 Mpa max 347.97 345

0.75F max F

206.66 Mpa 2

Điều kiện kiểm toán:

203.445 Mpa 2

0.75F max

V: lực cắt tại vị trí gối theo trạng thái giới hạn cường độ

54054431148.51 mm

So sánh:

tk Mpa tt Mpa

Vậy mối hàn đảm bảo khả năng chịu lực.

• Mối nối hàn góc chịu cắt:

y tt

Chọn que hàn theo AWS là E7016-X có Fexx = 390Mpa

Sức kháng tinh toán của mối hàn :

•Dùng thép L 102 x 76 x 12,7.

• Trọng lượng mỗi mét dài : glk= 164 N

• Khoảng cách giữa các khung ngang Lb= 3000 mm

• Thanh ngang dài L = 1670 mm

• Thanh xiên dài L = 1180 mm

• Mỗi liên kết ngang có 2x1 = 2 thanh liên kết ngang và 2x1 = 2 thanh liên kết xiên

• Mỗi dầm có 12 liên kết ngang

• Góc giữa thanh giằng xiên với phương ngang

Góc giữa thanh giằng xiên và phương ngang:

Lực gió tác dụng vào thanh giằng xiên:

=

•Sơ đồ tính + tải trọng :

× = ≤ ⇒

0.75 1670 56.93 140

22

Ta sử dụng thép góc không đều cạnh 102 x 76 x 12.7 có các đặc trưng hình học sau:

•Kiểm toán thanh giằng dưới :

Fbf = 7560 N : lực tác dụng vào cấu kiện

•Kiểm toán thanh giằng dưới :

Lực gió trong thanh giằng trên được giả thiết là bằng 0 vì các thanh chéo sẽ truyền lực gió trực tiếp vào bản mặt cầu Để cung cấpđộ ổn định ngang cho bản cánh trên trong suốt quá trình thi công ta chọn thép góc

102 x 76 x 12.7 đối với thanh giằng trên

•Kiểm toán thanh giằng trên :

× = ≤ ⇒

0.75 1180 40.22 140

22

Ta sử dụng thép góc không đều cạnh 102 x 76 x 12.7 có các đặc trưng hình học sau:

Fbf = 7560 N : lực tác dụng vào cấu kiện.

•Kiểm toán thanh giằng xiên :

( ) ( )

2

F k.L

E

.r

240 0.75 1180 0.197

200000 3.14 22

Sơ đồ tính là dầm được ngàm 2 đầu như hình vẽ:

•Sơ đồ tính + tải trọng :

+ γbêtông = 2.5 x 10-5 N/mm3

P2 = 34000 x Avút x γ bêtông = 34000 x 315000 x 2.5 x 10-5 = 267750 N

-Mối nối: (chọn trước): Q7 = 0.5 x 34000 = 17000 N

Tổng trọng lượng cầu:

STT Tên tải trọng Giá trị (N)

Khi kích dầm, xét dầm chịu tải trọng thẳng đứng ở giữa

Mômen tại giữa nhịp: (sơ đồ 2 gối)

Mômen tại ngàm:

Mômen tại giữa nhịp:

•Nội lực + Tổ hợp nội lực :

STT Nội lực Giá trị Đơn vị

1 Momen tai giữa

Ta thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM, chọn thép M270M cấp 345W ta có:-Cường độ chảy nhỏ nhất Fy- = 345 Mpa = 50 ksi

-Cường độ chịu kéo nhỏ nhất Fu = 485 Mpa

Giả thiết là tiết diện đặc với ứng suất cho phép là:

Fb = 0.66 x 345 = 227.7 Mpa

Mômen kháng uốn cần thiết:174562290 3

766632.81 227.7

•Thiết kế : Vật liệu + Kích thước :

Tra bảng thép trang 212 giáo trình “ thiết kế kết cấu thép” GS.TS Đoàn Định Kiến, ta chọn thép W12x35 có:

Sx = 747250.12 mm3

d = 261.62 mm ; bf = 166.62 mm

tw = 7.62 mm ; tf = 13.21 mm

Thép W12x35

•Thiết kế : Vật liệu + Kích thước :

tiết diện đặc

Ứng suất làm việc :

•Kiểm toán:

20000 20000

3365.26 261.62

50 166.62 13.21

c

y f

d

F A

f c

50 166.62 13.21

c

y f

d

F A

Kiểm tra khả năng chịu cắt:

Tỉ số độ mảnh / bụng: