Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu cực hay trình bày chi tiết trình tự thiết kế cầu thép do TS. Nguyễn Cảnh Tuấn đại học Bách Khoa thực hiện. Thích hợp cho các bạn đang học môn cầu thép hoặc đồ án luận văn liên quan đến cầu thép
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM THIẾT KẾ CẦU THÉP TS NGUYỄN CẢNH TUẤN CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CẦU THÉP‐BÊ TÔNG CỐT THÉP LIÊN HỢP GIỚI THIỆU CHUNG THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN DẦM HỘP LIÊN HỢP BTCT 2/333 GIỚI THIỆU CHUNG THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN DẦM BẢN TRỰC HƯỚNG LIÊN HỢP BTCT 3/333 GIỚI THIỆU CHUNG THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN DẦM I LIÊN HỢP BTCT 4/333 DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN KHÁI NIỆM ‐ Dầm I chịu uốn loại kết cấu chịu tải trọng theo phương vuông góc với trục dầm gây momen uốn lực cắt ‐ Lực dọc dầm cầu thường nhỏ bỏ qua Nếu lực dọc lớn đáng kể kết cấu xem loại vừa dầm vừa cột ‐ Nếu lực tác dụng theo phương vuông góc với trục dầm không qua trọng tâm cắt (shear center) cần phải xem xét trường hợp dầm vừa chịu uốn xoắn đồng thời ‐ Trong phạm vi học, đề cập đến dầm thẳng tiết diện chữ I đối xứng trục qua mặt phẳng bụng chịu uốn chịu cắt 5/333 DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 6/333 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN Dầm tiết diện chữ I chịu uốn phải thoả mãn yêu cầu sau (Điều 6.10.1): (1) Tỉ lệ tiết diện để không bị ổn định cục bộ, dễ chế tạo lắp đặt (6.10.2.1) (2) Sức kháng uốn theo TTGH Cường Độ (6.10.4) (3) Sức kháng cắt theo TTGH Cường Độ (6.10.7) (4) Độ võng dài hạn theo TTGH Sử Dụng (6.10.5) (5) TTGH Mỏi & Đứt Gãy chi tiết (6.5.3) và mỏi bụng (6.10.6) (6) Tính khả thi kết cấu (6.10.3.2) Thông thường TTGH giai đoạn thi công Sử Dụng khống chế thiết kế Khi đó, TTGH Mỏi Cường Độ thoả mãn 7/333 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN SƠ ĐỒ THIẾT KẾ CHUNG 8/333 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN SƠ ĐỒ THIẾT KẾ DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT 9/333 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN SƠ ĐỒ THIẾT KẾ DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT (tt) 10/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Hiện tượng mỏi Cường độ mỏi của thép hiện nay được xác định bằng thực nghiệm Thực nghiệm cho thấy, ứng với mỗi trị số biên độ ứng suất của tải trọng lặp Si thì ta sẽ tìm được một số chu kỳ tác dụng của tải trọng lặp gây phá hoại mỏi kết cấu tương ứng Ni Thí nghiệm trên đã được Voller thực hiện với nhiều mẫu thử khác nhau và thu được kết quả như sau 150/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Hiện tượng mỏi Để rút ngắn chiều dài đồ thị đường cong mỏi và đơn giản khi sử dụng, người ta thưng biểu diễn đường cong mỏi trên hệ trục logarít như hình vẽ trên Như vậy, bằng thí nghiệm ta xác định được đường cong mỏi của các loại thép khác nhau Trên đường cong mỏi S – N, trị số Si gọi là cường độ mỏi, Ni gọi là số chu kỳ gây phá hoại mỏi tương ứng và Smin gọi là giới hạn mỏi của vật liệu, nó chính là trị số cường độ mỏi lớn nhất tương ứng với số chu kỳ gây phá hoại mỏi bằng vô cùng 151/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Hiện tượng mỏi Ảnh hưởng của cường độ vật liệu thép cơ bản đến cường độ mỏi Bằng thực nghiệm, người ta thấy quan hệ giữa cường độ mỏi và cường độ tĩnh của vật liệu thép cơ bản như sau: Từ hình vẽ ta thấy, đối với mẫu tròn đặc và mẫu có khoét lỗ thì giữa cường độ mỏi tăng tuyến tính với cường độ tĩnh của vật liệu thép cơ bản, còn đối với liên kết hàn thì cường độ mỏi là một hằng số không phụ thuộc vào cường độ tĩnh của kim loại đường hàn (kim loại que hàn) 152/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Vì thực nghiệm cho thấy trong bản thân đường hàn luôn tồn tại sẵn những vết nứt (khuyết tật) và sự phá hoại mỏi bao gồm hai quá trình như sau: Quá trình hình thành vết nứt: quá trình này phụ thuộc tuyến tính vào cường độ tĩnh của thép cơ bản Quá trình phát triển (lan truyền) vết nứt đến phá hoại: quá trình này không thuộc vào cường độ tĩnh của thép cơ bản Ảnh hưởng của ứng suất dư đến cường độ mỏi Ứng suất dư có ảnh hưởng lớn đến cường độ tĩnh của thép cơ bản, tuy vậy nó lại không ảnh hưởng đến cường độ mỏi Vì nếu tải trọng lặp có biên độ ứng suất là S, ứng suất dư là fr thì biên độ ứng suất tổng cộng vẫn là S 153/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Thiết kế theo TTGH mỏi bao gồm giới hạn ứng suất do hoạt tải của xe tải thiết kế mỏi chỉ đạt đến một trị số thích hợp ứng với một số lần tác dụng lặp xảy ra trong tuổi thọ thiết kế của cầu Thiết kế theo TTGH đứt gãy bao gồm việc chọn thép có độ dẻo dai thích hợp ở một nhiệt độ quy định Tuổi thọ mỏi được xác định bằng biên độ ứng suất kéo trong liên kết Do vậy không quan tâm đến ứng suất thực cũng như ứng suất dư Biên độ ứng suất chịu kéo được xác định bằng cách đặt hoạt tải mỏi trên các nhịp khác nhau của cầu Nếu cầu là dầm giản đơn chỉ có ứng suất cực đại ứng suất cực tiểu bằng không Khi tính toán các ứng suất này dùng lý thuyết đàn hồi tuyến tính Trong một số vùng dọc theo chiều dài dầm chính ứng suất nén do tải trọng thường xuyên không hệ số (tĩnh tải danh định) lớn hơn ứng suất kéo do hoạt tải mỏi gây ra, với hệ số tải trọng mỏi theo quy định Để bỏ qua hiện tượng mỏi tại các vùng này thì ứng suất nén phải lớn hơn hoặc bằng hai lần ứng suất kéo, vì xe tải nặng nhất qua cầu xấp xỉ bằng hai lần hoạt tải mỏi dùng để tính ứng suất kéo 154/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Hiện tượng mỏi 155/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) §3.6.1.4 Tải trọng mỏi Độ lớn Sử dụng 01 xe tải 3 trục gây mỏi Không sử dụng tải trọng làn Lực xung kích tính bằng 15% Hệ số tải trọng là 0.75 cho hoạt tải gây mỏi (LL + IM) và CE Không xét hệ số làn xe cho tải trọng mỏi Hệ số phân bố ngang tính cho 01 làn xe Hệ số điều chỉnh η = 1.00 156/333 THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN TTGH MỎI & NỨT 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) §3.6.1.4 Tải trọng mỏi Tần số Khi thiếu các thông tin đầy đủ thì ADTT của làn xe đơn phải lấy như sau: trong đó ADTT : số xe tải/ngày theo một chiều (trung bình trong tuổi thọ thiết kế) ADTTSL : số xe tải/ngày trong một làn xe đơn (trung bình trong tuổi thọ thiết kế) p : phân số xe tải trong một làn xe đơn (Bảng 3.6.1.4.2‐1) Số làn xe có giá trị cho xe tải p 1.00 0.85 ≥ 3 0.80 157/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Sức kháng mỏi danh định phải được lấy như sau: A 1/3 (F) n Max , (F)TH N với N (365) (100) n (ADTT)SL trong đó: A = hằng số lấy từ Bảng 6.6.1.2.5‐1 (×1011 MPa3) n = số các chu kỳ phạm vi ứng suất với mỗi lượt xe tải (Bảng 6.6.1.2.5‐2) (ADTT)SL = ADTT một làn xe chạy như quy định trong Điều 3.6.1.4 (ΔF)TH = ngưỡng mỏi biên độ không đổi (MPa) (Bảng 6.6.1.2.5‐3) 158/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) Các phận cấu tạo chi tiết chịu hiệu ứng mỏi tập hợp vào tám loại, tuỳ theo sức kháng mỏi chúng Mỗi loại ký hiệu chữ in hoa: A loại tốt nhất, E’ loại xấu Loại cấu tạo A B dùng cho phận phẳng liên kết hàn chất lượng tốt phần tử lắp ráp không mối nối Loại chi tiết D E dùng cho loại liên kết hàn góc hàn rãnh bán kính chuyển thích hợp chiều dày không phù hợp Loại C áp dụng cho mối hàn liên kết có bán kính chuyển lớn 150 mm thích hợp với mối hàn tốt 159/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) 160/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) (F)TH 161/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.1 SỨC KHÁNG MỎI (6.6.1.2.5) M (LL IM), moi mg M,1 lan 1.2 0.75 M LL,moi 1 IM Kiểm tra mỏi cho dầm giản đơn fu M (LL IM), moi SST (F) n với Mu,(LL + IM),mỏi là momen tính toán do hoạt tải gây mỏi IM = 15% đối với tải trọng mỏi 162/333 THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN TTGH MỎI & NỨT 9.2 SỨC KHÁNG MỎI CỦA BẢN BỤNG (6.10.6) Khi chịu uốn (6.10.6.3) Các bản bụng không có gờ tăng cường dọc phải thoả mãn các yêu cầu sau: 2Dc E 5.70 Nếu thì fcf ≤ Fyw tw Fyw 2Dc E 5.70 Nếu thì tw Fyw tw f cf 3.25E 2D c i 1.0M DC1 1.0M DC2 1.0M DW 0.75M mo LL IM f cf f t 2 t t t SNC SLT SST trong đó: fcf = ứng suất nén đàn hồi lớn nhất trong cánh khi chịu uốn do tác dụng của tải trọng dài hạn chưa nhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định ở Điều 6.10.6.2 được lấy bằng ứng suất uốn lớn nhất ở bản bụng (MPa) 163/333 TTGH MỎI & NỨT THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN 9.2 SỨC KHÁNG MỎI CỦA BẢN BỤNG (6.10.6) Khi chịu cắt (6.10.6.4) Phải bố trí các bản bụng của các mặt cắt đồng nhất có gờ tăng cường ngang và có hoặc không có gờ tăng cường dọc được bố trí để thoả mãn : vcf ≤ 0.58CFyw moi 1.0Q DC1 1.0Q DC2 1.0Q DW 0.75Q LL IM v cf 2 Dt w Dt w Dt w trong đó : vcf = ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất ở bản bụng do tác dụng của tải trọng dài hạn tiêu chuẩn và của tải trọng mỏi như được quy định ở Điều 6.10.6.2 (MPa) C = tỷ số ứng lực oằn do cắt với cường độ chảy do cắt (6.10.6.7.3.3a) 164/333 ... MOMEN CHẢY VÀ MOMENT DẺO THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN Bê tông bả n mặ t cau có f’c = 28 (Mpa) Cường độ chịu nén f’c (Mpa) n 16 ≤ f’c < 20 20 ≤ f’c < 25 25 ≤ f’c < 32 32 ≤ f’c < 41 41 ≤ f’c n = 10... Stb 24 /333 CẤU TẠO HÌNH HỌC THIET KE CAU THEP TS NGUYEN CANH TUAN BỀ RỘNG HỮU HIỆU CỦA BẢN MẶT CẦU BTCT (Điều 4.6 .2. 6.1) (2) Đối với dầm Bề rộng hữu hiệu củ a dam ngoà i lấy 1 /2 bề rộng... tả i GĐ1: MD1 = 120 0 (kNm) ‐ Momen tı́nh toá n do tı̃nh tả i G 2: MD2 = 407 (kNm) ‐ Bê tông bả n mặ t cau có f’c = 28 (Mpa) ‐ Thé p dam có Fy = 345 (Mpa) và Es = 20 0000 (Mpa) 30/333