THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU DÀN THÉP kết cấu thép 2

1/14/201622 Liên kết giữa các nhánh của thanh Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng Nếu thanh có cấu tạo 2 nhánh, thì các nhánh của thanh có thể được liên kết với nhau bằngth

Trang 1

Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

Các bộ phận của kết cấu nhịp cầu dàn thép

Các sơ đồ cầu dàn thép

1/14/2016

Bản chất và sự làm việc của dàn

Biểu đồ ứng suất pháp trong tiết diện

ngang dầm thép có hình tam giác

Khi ứng suất tại biên dầm đạt đến cường

độ của vật liệu thì ứng suất ở sườn dầm

Trang 2

Ưu điểm của cầu dàn thép

Các thanh dàn chịu lực dọc là chủ yếu  biểu

đồ ứng suất có hình chữ nhật, không đổi trên

chiều dài mỗi thanh  tiết kiệm vật liệu

Trọng lượng bản thân nhẹ  vượt được nhịp

dài

Chiều cao kiến trúc nhỏ (đường xe chạy dưới)

Có khả năng chế tạo hàng loạt cấu kiện giống

nhau tại nhà máy  giảm giá thành

Có thể cấu tạo dàn có chiều cao thay đổi, chịu

lực hợp lý, kiến trúc đẹp

1/14/2016

Nhược điểm của cầu dàn thép

Tốn thêm vật liệu để làm nút dàn  nhịp

ngắn sẽ không kinh tế

Nút dàn là nơi tập trung ứng suất, có cấu

tạo phức tạp

Chế tạo, lắp ráp, duy tu bảo dưỡng phức

tạp hơn so với cầu dầm

Phạm vi sử dụng cầu dàn thép

Cầu dàn thép chỉ kinh tế khi chiều dài nhịp

L > 6080m đối với cầu ôtô và L > 5060m

đối với cầu xe lửa

Trang 3

Bản mặt cầu: tương tự như trong KCN cầu dầm

Hệ liên kết: cùng với dàn chủ tạo thành kết cấu

không gian bất biến hình

Liên kết dọc: chịu tải trọng tác dụng theo

phương ngang cầu

Cổng cầu: truyền tải trọng từ hệ liên kết dọc trên

xuống gối cầu (cầu có đường xe chạy dưới)

Trang 4

Chiều cao không đổi (biên song song)

Chiều cao thay đổi (biên đa giác)

Đường xe chạy trên

Đường xe chạy dưới

Đường xe chạy giữa

1/14/2016

Cầu có đường xe chạy giữa

Cầu dàn biên cứng

Trang 5

Tính toán nội lực trong các thanh

Kiểm toán tiết diện thanh và nút

Các kiểu hoa giàn

1 Tam giác

2 Không thanh đứng

3 Hai thanh chéo (chữ X)

Trang 6

Chiều dài khoang dàn

Phụ thuộc vào:

Chiều cao của dàn

Chiều cao dầm dọc, dầm ngang

Góc nghiêng của các thanh xiên

Số lượng khoang

Thường cấu tạo 8−10 khoang

Góc nghiêng của thanh xiên: 50−60°

Cấu tạo thanh dàn thanh dàn

Nguyên tắc cấu tạo

Các loại tiết diện

Liên kết các nhánh của thanh

1/14/2016

Nguyên tắc cấu tạo

Sử dụng ít đinh tán hoặc mối hàn ghép nốitạo thành tiết diện thanh

Sử dụng ít chủng loại thép hình

Sử dụng ít thép cho các chi tiết ghép nối

Hình dạng tiết diện đơn giản, thuận tiện cho việc chế tạo và lắp ráp, dễ duy tu bảo dưỡng, không bị đọng nước và rác bẩn

1/14/2016

Các loại tiết diện thanh dàn

Có 2 loại tiết diện thanh

Tiết diện có một thành đứng

Tiết diện hai thành đứng

Tiết diện một thành đứng

Trang 7

Tiết diện hai thành đứng

1/14/2016

Tiết diện hai thành đứng

Dễ thay đổi diện tích tiết diện thanh

Mô men quán tính lớn

Một số chú ý khi chọn tiết diện

Chiều cao tiết diện thanh không quá lớn so với chiều dài

Các thanh biên của hai khoang kề nhau nên đúng tâm hoặc lệch tâm nhỏ

Các tấm thép không được quá mỏng và không quá dày

Đảm bảo các quy định về độ mảnh của thanh

và tỉ lệ giữa chiều rộng và bề dày các tấm thép

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

1/14/201618

Chiều cao tiết diện không nên lớn quá 1/15 chiều dài thanh

Đường tim của các thanh biên thuộc hai khoang kề nhau không nên lệch quá 1,5%

chiều cao của thanh

Bề dày các tấm thép không được nhỏ hơn 10mm

Trang 8

1/14/201620

Đối với thanh chịu nén, còn quy định thêm:

Quy định về độ mảnh giới hạn

các thanh

Thanh chịu nén λ ≤ 120

Thanh có ứng suất đổi dấu λ ≤ 140

Thanh chỉ chịu kéo λ ≤ 200

1/14/201622

Liên kết giữa các nhánh của thanh

Nếu thanh có cấu tạo 2 nhánh, thì các nhánh của thanh có thể được liên kết với nhau bằngthanh giằng, bản giằng

Để các nhánh cùng làm việc, tạo được độ cứng cần thiết cho thanh

1/14/201623

Thanh giằng

Bản giằng

Bản khoét lỗ

Thanh chịu nén: bản giằng và thanh giằng bố trí và cấu tạo trên cơ sở tính toán

Thanh chịu kéo: bảo đảm yêu cầu quy định về cấu tạo

Trang 9

Quy định về kích thước

Chiều dày tối thiểu của bản giằng

Kích cỡ tối thiểu, độ mảnh tối đa, góc

nghiêng của thanh giằng

Số lượng đinh tán tối thiểu và khoảng

cách tối đa giữa các đinh

…

1/14/201626

Cấu tạo bản chắn ngang

Bố trí ở hai đầu thanh và cách nhau 3m

1/14/201627

Cấu tạo nút dàn

Nguyên tắc cấu tạo

Các loại bản nút

Ví dụ cấu tạo

1/14/201628

Nguyên tắc cấu tạo

Các thanh phải đồng quy vào nút

Liên kết thanh vào nút chắc chắn

Dễ dàng cho thi công, lắp ráp

Dễ kiểm tra, bảo quản, duy tu

Bản nút chắp tiết kiệm vật liệu

Trang 10

Các loại bản nút

Bản nút liền với thanh

Kết cấu nhịp cầu dàn thép là kết cấu không gian siêu tĩnh nhiều bậc

Có thể tách ra thành các hệ phẳng để tính

Dàn chủ được xem là dàn phẳng gồm các thanh hai đầu liên kết khớp, chịu tải trọng thẳng đứng đặt tại các nút dàn

Sự đơn giản hóa này cho kết quả đủ chính xác đối với công tác thiết kế thực tế

Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên dàn chủ

Bản thân dàn chủ

Hệ liên kết

Dầm dọc và dầm ngang

Bản mặt cầu

Lan can và đường người đi

Các lớp mặt đường trên cầu

Hoạt tải xe và người đi bộ

Trang 11

Xác định nội lực

Vẽ các đường ảnh hưởng nội lực trong

các thanh

Tính nội lực max, min do tĩnh tải và hoạt

tải ứng với các trạng thái giới hạn

Hệ số phân phối tải trọng được tính theo

Chọn tiết diện sơ bộ

Tính diện tích yêu cầu

Chọn kích thước tiết diện

Tính đặc trưng hình học

Tính sức kháng

Kiểm toán

1/14/201639

Chọn tiết diện thanh sơ bộ

Loại tiết diện (chữ H, hình hộp…)

Chọn bề rộng chung cho tất cả các thanh

Bắt đầu từ thanh có nội lực lớn nhất

Nên cố định cả chiều cao các thanh biên

1/14/201640

Diện tích tiết diện yêu cầu

N – Nội lực trong các thanh dàn do tải trọng tính toán

Fu– Cường độ của thép

ξ – Dự trữ cho sự giảm yếu tiết diện hoặc giảm sức kháng khi xem xét ổn định của thanh chịu nén

1/14/201641

Kiểm toán tiết diện thanh chịu kéo

φy– hệ số sức kháng, bằng 0,95

φu– hệ số sức kháng, bằng 0,80

Fy, Fu – cường độ chảy và kéo đứt của thép

Ag, An– diện tích tiết diện nguyên và diện tích thực (tiết diện giảm yếu)

U–tỉ số giữa diện tích giảm yếu của thanh trong và ngoài phạm vi liên kết vào nút (0,85)

1/14/201642

Kiểm toán tiết diện chịu kéo + uốn

Mux, Muy– mô men uốn tương ứng với trục x

và trục y

Mrx, Mry– sức kháng uốn của tiết diện

Mr= φf.Mn= 1,0Mn

Mn– sức kháng uốn danh định

Trang 12

Sức kháng uốn danh định của

tiết diện chữ H

Khi uốn trong mặt phẳng thẳng đứng:

Mn= Mp

Mp– sức kháng tiết diện khi bị chảy toàn bộ

Khi uốn trong mặt phẳng ngang: các quy định

như đối với dầm I

1/14/201644

tiết diện hộp

S – mô men chống uốn

Iy– mô men quán tính đối với trục vuông góc

với phương uốn

A – diện tích bao quanh bởi đường tim các

tấm tạo thành tiết diện

tiết diện hộp

l – chiều dài thanh không được liên kết trong

phương vuông góc với phương chịu uốn

, b – bề dày các tấm tạo thành tiết diện và

khoảng cách tĩnh giữa chúng

E – mô đun đàn hồi của vật liệu

1/14/201646

Kiểm toán tiết diện thanh chịu nén

Kiểm toán tiết diện chịu nén + uốn

Tương tự như đối với tiết diện thanh chịu kéo + uốn

Kiểm tra giới hạn về mỏi

Điều kiện:

∆f – biên độ ứng suất do tải trọng mỏi(hoạt tải và các hệ số quy định khi tính vềmỏi)

(∆F)n– sức kháng mỏi danh định

Trang 13

Sức kháng mỏi danh định:

49

 A – hằng số phụ thuộc chi tiết kết cấu (Mpa 3 )

 (∆F) TH – giới hạn mỏi (cho ở bảng)

 N – số chu kỳ ứng suất trong suốt thời kỳ sử

dụng công trình.

1/14/2016

Số chu kỳ ứng suất:

50

n – số chu kỳ ứng suất khi một xe tải chạy qua

cầu, lấy từ bảng

(ADTT)SL– số xe tải trên một làn xe trong một

ngày đêm, được quy định trong tiêu chuẩn

ADTT – số xe tải theo một chiều

p – hệ số phân bố xe tải trong 1 làn xe đơn (tra

bảng)

1/14/201651

Chiều dài tự do của các thanh

Thanh biên, thanh xiên ở gối, thanh đứng ở gối:

chiều dài hình học của thanh

Thanh xiên, thanh đứng khác thì khi xét uốn:

- Trong mặt phẳng của dàn: 0,8 chiều dài hình

học

- Ra ngoài mặt phẳng của dàn: khoảng cách

giữa các điểm mà thanh được liên kết trong

phương ngang

- Ra ngoài mặt phẳng của dàn: 0,7 chiều dài

hình học, nếu thanh đó giao nhau với một thanh

khác

1/14/201652

Tính mối nối và liên kết thanh vào nút

Tính số đinh (bu lông) liên kết thanh vào nút

Kiểm toán sức kháng của bản nút

1/14/201653

Số đinh liên kết thanh vào nút

Trang 14

Kiểm tra kéo rách bản nút

Điều kiện:

Avg, Avn–diện tích nguyên và diện tích thực

dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất cắt (mm2)

Atg, Atn– như trên, dọc theo mặt phẳng chịu

Kiểm tra kéo rách bản nút

Fy, Fu− cường độ chảy và cường độ kéo nhỏ

nhất quy định của vật liệu liên kết (MPa)

φbs= 0,8 − hệ số sức kháng đối với cắt khối

Kiểm tra bản nút chịu cắt 3–3

Điều kiện:

A diện tích tiết diện bản nút chịu cắt

1/14/201658

Kiểm tra bản nút chịu uốn + kéo

Trang 15

Liên kết dầm dọc vào dầm ngang

Liên kết dầm ngang vào dàn chủ

Cấu tạo và tính toán tương tự cầu dầm thép

Tuỳ theo hình thức liên kết dầm dọc vào

dầm ngang mà chọn sơ đồ tính là dầm liên

tục hay dầm đơn giản

Nhịp tính toán là khoảng cách giữa các dầm

Liên kết dầm dọc vào dầm ngang

Trang 16

Nội lực trong đinh làm việc nặng nhất:

1/14/2016

Bản con cá và các đinh tán liên kết tấm thép đầu dầm vào thép góc liên kết cùng làm việc với nhau

Diện tích của tiết diện:

Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục đi qua đinh dưới cùng:

Mô men quán tính của tiết diện:

Trang 17

Nội lực trong bản con cá:

Nội lực trong đinh dưới cùng

do mô men M:

Nội lực trong một đinh do lực cắt V:

Nội lực tổng cộng trong đinh dưới cùng:

Liên kết dầm ngang vào dàn chủ

Cấu tạo bản góc để tăng diện bố trí đinh

Trong sườn dầm ngang phải đủ bố trí 60-70% số đinh

1/14/2016

Liên kết dầm ngang vào dàn chủ

Liên kết dầm ngang vào dàn chủ dễ dàng có chuyển vị xoay

Tại gối dầm ngang, coi M = 0

Liên kết dầm ngang lên dàn chủ chỉ tính với phản lực V = V0

Số đinh liên kết:

m2= 0,85 cho các đinh liên kết vào dàn chủ

m2= 0,90 cho các đinh liên kết vào sườn dầm ngang

1/14/2016

Tính dầm ngang đầu dàn theo điều kiện kích dàn

Các dầm ngang tại nút có bố trí gối cầu còn phải được tính toán chịu lực kích nâng kết cấu nhịp

Trang 18

Cấu tạo hệ liên kết dọc

Cấu tạo hệ liên kết ngang

Tính toán hệ liên kết

1/14/2016

Khái niệm về hệ liên kết

Có tác dụng liên kết các dàn chủ, tạo thành kết

cấu không gian cứng, không biến hình

Chịu các tải trọng nằm ngang tác dụng theo

phương ngang cầu

Phân phối tải trọng thẳng đứng giữa các dàn chủ

Hệ liên kết dọc được bố trí ở mức biên trên và

biên dưới dàn chủ

Các thanh biên của hệ liên kết dọc cũng chính là

các thanh biên của dàn chủ

Có cấu kiện vừa thuộc hệ liên kết dọc, vừa

thuộc hệ liên kết ngang hoặc/và hệ dầm mặt cầu

1/14/2016

Các kiểu hoa dàn của hệ liên kết dọc

Kết cấu nhịp có nhiều dàn chủ (cầu có đường xe chạy trên)

Hệ liên kết ngang

Bố trí trong mặt phẳng các thanh đứng hoặc thanh xiên của dàn chủ

Hai đầu dàn có cổng cầu, để truyền lực

từ hệ liên kết dọc trên xuống gối cầu

Trang 19

Liên kết ngang trong kết cấu

nhịp có đường xe chạy trên

Hai dàn chủ gần nhau

Hai dàn chủ xa nhau

Nhiều dàn chủ

1/14/2016

Tiết diện thanh hệ liên kết

Tiết diện thanh liên kết vào một bản nút

Tải trọng gió lên kết cấu nhịp

Tải trọng gió lên xe

Lực gió truyền lên hệ liên kết dọc

 S – hệ số điều chỉnh đối với khu vực chịu gió

Tải trọng gió lên kết cấu nhịp

Đối với kết cấu nhịp kiểu dàn, lực gió sẽ đượctính toán cho từng bộ phận một cách riêng rẽ

Gió ngang lên diện tích chắn gió At(m2):

Trang 20

Hệ số cản gió

Đối với dầm dọc, bản mặt cầu, lan can đặc:

1/14/2016

b  Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề

Ai Diện tích hình chiếu của cấu kiện thứ i

lên mặt phẳng đón gió của dàn

A  Diện tích giới hạn bởi đường bao của dàn

W0 Áp lực gió (daN/m2), tính theo vận tốc gió

k  Hệ số thay đổi áp lực động, phụ thuộc chiều dài thanh dàn

Trang 21

Tải trọng gió lên xe

Để tính theo trạng thái giới hạn cường độ III:

gió thổi đồng thời lên xe và lên kết cấu nhịp

Gió ngang bằng 1,5 kN/m đặt ở cao độ 1800

mm so với mặt đường xe chạy

Hệ số tải trọng gió  = 1,0

1/14/2016

Lực gió truyền lên hệ liên kết dọc

Trong cầu có hai hệ liên kết dọc trên và dưới mỗi hệ sẽ chịu 60% áp lực gió lên giàn chủ;

Áp lực gió truyền lên hệ mặt cầu, lan can và lên

xe sẽ truyền 80% lên hệ liên kết dọc ở biên có đường xe chạy và 40% liên hệ liên kết dọc ở biên còn lại

Trong cầu chỉ có một hệ liên kết dọc hoặc có bản mặt cầu bê tông cốt thép thay cho hệ liên kết dọc, thì chúng sẽ chịu toàn bộ tải trọng gió

1/14/2016

Hệ liên kết dọc trên, gió thổi lên kết cấu:

Wtr,D= (0,6Cd1.h1+ 0,8Cd2.h2+ 0,8Cd3.h3)W0

Gió thổi lên xe: Wtr,L= 0,8PL

Hệ liên kết dọc dưới: thay hệ số 0,8 bằng 0,4

1/14/2016

Dàn có đường xe chạy trên

Hệ liên kết dọc dưới, gió thổi lên kết cấu:

Wd,D= [(0,6Cd1.h1+ 0,8d2.h2+ 0,8(Cd3Cd1)h3]W0

Gió thổi lên xe: Wd,L= 0,8PL

Hệ liên kết dọc trên: thay hệ số 0,8 bằng 0,4

1/14/2016

Dàn có đường xe chạy dưới

Trang 22

Vẽ các đường ảnh hưởng nội lực

Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu nhịp WDsẽ

chất lên toàn bộ ĐAH

Tải trọng gió tác dụng lên xe WLchỉ chất lên

phần có diện tích lớn hơn của ĐAH

Các thanh biên của hệ liên kết dọc đồng thời

cũng là thanh biên của dàn chủ, cho nên nội lực

do gió sẽ đem cộng với nội lực do tĩnh tải (và

hoạt tải) thẳng đứng gây ra

1/14/2016

Tính nội lực trong các thanh của

hệ liên kết dọc

Chỉ tính với kết cấu nhịp có đường xe chạy dưới

1/14/2016

Lực gió truyền lên cổng cầu

Tải trọng gió ngang từ hệ liên kết dọc trên

tác dụng lên cổng cầu:

Sơ đồ tính là khung có ngàm ở chân

Tính cổng cầu

Vị trí điểm có mô men uốn bằng 0:

Khi phần trên cổng cầu có dạng một dầm:

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	3,44 MB