thiết kế cầu dầm liên hợp nhịp giản đơn

THIẾT KẾ CẦU DẦM LIÊN HỢP NHỊP GIẢN ĐƠNTheo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 và làm giảm đáng kể diện tích bản cánh trên chịu nén của dầm thép.. Nếu thi công bình thường, dầm thép liên hợp sẽ làm

Trang 1

THIẾT KẾ CẦU DẦM LIÊN HỢP NHỊP GIẢN ĐƠN

(Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05)

và làm giảm đáng kể diện tích bản cánh trên chịu nén của dầm thép Việc cho BTCT chịu nén

và thép chịu kéo là sử dụng vật liệu hợp lý

Bản BTCT còn có tác dụng như hệ liên kết dọc trên làm tăng độ cứng ngang cầu Ngoài ra bản BTCT còn che chắn không cho nước mưa làm ướt dầm thép nên tuổi thọ của kết cấu được tăng lên đáng kể

Tuy nhiên do có bản BTCT nên tĩnh tải phân bố trên kết cấu nhịp tăng đáng kể so với các loại mặt cầu bằng gỗ hay bằng thép tấm

Nếu thi công bình thường, dầm thép liên hợp sẽ làm việc theo 2 giai đoạn:

ngang, bê tông bản mặt cầu, đà giáo, ván khuôn khi thi công bản và trọng lượng người cùng thiết bị thi công (gọi là tĩnh tải phần I)

(bao gồm dầm thép và bản BTCT) cùng tham gia chịu trọng lượng lớp phủ, trọng lượng lan can, lề bộ hành (gọi là tĩnh tải phần II) và họat tải trên cầu

Có thể dùng các biện pháp nâng dỡ dầm thép trong quá trình thi công bê tông bản mặt cầu (gọi là điều chỉnh nội lực trong dầm liên hợp) như dùng trụ tạm đỡ dưới, dùng hệ tander đỡ dưới, dùng hệ dây treo dầm thép v.v… Chỉ đến khi bản BTCT liên kết chắc chắn với dầm thép mới giải phóng hệ thống đỡ tạm làm cho tiết diện liên hợp tham gia chịu toàn bộ tĩnh tải và hoạt tải, sẽ giảm đáng kể nội lực trong dầm thép

2- Nguyên lý thiết kế

Việc thiết kế công trình cầu dựa trên nguyên lý các trạng thái giới hạn (TTGH) Trạng thái giới hạn là trạng thái khi vượt qua nó thì cầu hay bộ phận của cầu sẽ không còn thỏa mãn các điều kiện của thiết kế nữa

Trong mỗi TTGH mỗi cấu kiện hay liên kết phải thỏa mãn điều kiện: iiQi < Rn=Rr

Trang 2

Thiết kế cầu liên hợp nhịp giản đơn TS Nguyễn Quốc Hùng

3- Các trạng thái giới hạn

Nói chung kết cấu cầu cần xét theo 3 trạng thái giới hạn (TTGH):

Trạng thái giới hạn về cường độ là trạng thái giới hạn có liên quan đến cường độ và ổn

định Khi tới giới hạn cường độ coi rằng thép đạt tới giới hạn chảy dẻo (fc) còn toàn bộ tiết diện bê tông đạt tới 85%cường độ chịu nén quy định của bê tông (0,85fc’)

Trạng thái giới hạn sử dụng (hay khai thác) là trạng thái giới hạn liên quan đến biến

dạng và vết nứt dưới điều kiện khai bình thường

Trạng thái giới hạn đặc biệt là trạng thái liên quan đến các sự cố như động đất, va xô tàu

thuyền, xe cộ hay sụp lở…

Đối với công trình cầu, trạng thái giới hạn cường độ được xét cụ thể 3 trường hợp sau :Trạng thái giới hạn cường độ I : tính với tổ hợp cơ bản khi trên cầu có xe và không có gióTrạng thái giới hạn cường độ II: tính với tổ hợp tải trọng trên cầu không có xe nhưng có gió với tốc độ gió lớn hơn 25m/s

Trạng thái giới hạn cường độ III: tính với tổ hợp tải trọng gây ra mỏi và đứt gãy liên quan đến tác dụng lặp và xung kích của tải trọng

Trạng thái giới hạn sử dụng tính với tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với tốc độ gió 25m/s và với tất cả các tải trọng lấy theo giá trị danh định

4- Tải trọng thiết kế cầu

4.1 Tải trọng dài hạn Ký

4.1 Tải trọng tức thời Ký

5- Cấu tạo cầu dầm thép liên hợp

Nhịp cầu dầm thép liên hợp gồm các bộ phận sau:

1- Bản mặt cầu : bằng BTCT, trên đó có lớp phủ, lan can, lề bộ hành, giải phân cách Bên dưới bản, trên các dầm thép có thể tạo vút bê tông , chiều rộng bằng cánh trên dầm thép, vát nghiêng 1:1, chiều cao 10-20cm

2- Dầm thép : gồm bản cánh trên, bản cánh dưới và bản sườn (bản bụng) Dọc theo bản sườn

có các sườn tăng cường đứng để đảm bảo ổn định cục bộ cho bản sườn và để liên kết dầm ngang

Trang 3

3- Hệ neo : liên kết với cánh trên dầm thép để liên kết bản BTCT với dầm thép Neo liên kết

có thể bằng thép bản hay thép góc (neo cứng); có thể bằng thép tròn uốn dạng quai chảo (chữ U) hay dạng đinh thẳng đứng (neo mềm)

4- Hệ dầm ngang (hay liên kết ngang) cầu tạo từ thép hình [ hay I hoặc dạng dàn bằng thép góc Các dầm ngang đầu nhịp luôn bằng thép hình để có thể kích nâng kết cấu nhịp khi cần thiết Các sườn tăng cường để liên kết dầm ngang cần bố trí có khoảng cách bằnh nhau.5- Hệ liên kết dọc dưới : gòm các thanh thép hình L liên kết chéo trong khoảng cách 2 đầm chủ Chúng kết hợp với hệ liên kết ngang tạo thành kết cấu dàn tam giác hay dàn chữ X, theo mặt phẳng nằm ngang phía đáy dầm

6- Gối cầu : bằng thép, dạng bản phẳng, mặt tiếp tuyến hay gối con lắc, tùy theo chiều dài nhịp

6- Nội dung tính toán thiết kế cầu dầm thép liên hợp

 Tính nội lực dầm chủ theo các trạng thái giới hạn

 Thiết kế neo liên kết

- 3 -

3 1

2

4

Trang 4

CHƯƠNG II : HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

I SỐ LIỆU THIẾT KẾ

7- Chiều dài nhịp (L) : ( cho theo yêu cầu)

8- Tải trọng thiết kế : HL93 ; người đi 3kN/m2

9- Khổ cầu (G) : ( cho theo yêu cầu)

10- Chiều rộng lề người đi (T) : ( cho theo yêu cầu)

11- Loại liên kết : Bulong cường độ cao / Đinh tán

12- Vật liệu : Thép hợp kim thấp

13- Dạng dầm chủ : Ghép hàn

Sơ đồ các mặt cắt tính toán:

MC 0-0 : tại gối ; MC 1-1 = Ltt/4 ; MC 2-2 : tại mối nối ; MC 3-3 = Ltt/3 ; MC 4-4 = Ltt/2

II SỐ LIỆU LỰA CHỌN CHO DẦM LIÊN HỢP

1- Số liệu về bê tông bản mặt cầu

Trang 5

S S b2b1

4- Kích thước dầm ngang

III TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT DẦM

1- Chiều rộng có hiệu của bản cánh

1.1 Dầm giữa

Chiều rộng có hiệu của bản với dầm trong là giá trị nhỏ nhất

trong 3 giá trị sau :

Trang 6

IIII

x <

2- Tính đặc trưng hình học của mặt cắt

2.1 Hệ số quy đổi modun đàn hồi

Với tải trọng tức thới : n = Eb / Et ; với tải trọng dài hạn = 3n

Ai – Diện tích tiết diện từng phần

It = Ii +  Ai* zi2

Trong đó :

Ii – momen quán tính của từng phần đối trục bản thân

Ai – Diện tích tiết diện từng phần

zi – Khoảng cách từ trục bản thân từng phần tới trục trong tâm của toàn tiết diện

ytt = ht - ytd

2.3 Tiết diện liên hợp ngắn hạn (n)

Diện tích phần bản bê tông :

Abt= 1/n*(bc*hc+ 0,5*(btr+btr+2hv)*hv

Chiều cao dầm liên hợp:

Htđ = H + hv + hb

Khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện liên hợp tới trục

trung hòa tiết diện dầm thép:

Z = Abt*(0,5hb+hv+ytt )/(Abt+At )Momen quán tính tiết diện liên hợp:

Itđ = Ib+It +  (Ai*zi2)Trong đó :

Ai – Diện tích tiết diện bê tông hay tiết diện dầm thép

zi - Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông hay trọng tâm dầm thép tới trục trung hòa

tiết diện liên hợp

Khoảng cách từ trục trung hòa tới mép trên bản bê tông :

Trang 7

Diện tích phần bản bê tông :

Abt= (1/3n)*(bc*hc+ 0,5*(btr+btr+2hv)*hv

Khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện liên hợp tới trục trung hòa tiết diện dầm thép:

Z = Abt*(0,5hb+hv+ytt )/(Abt+At )Momen quán tính tiết diện liên hợp:

Itđ = Ib+It +  (Ai*zi2)Trong đó :

Ai – Diện tích tiết diện bê tông hay tiết diện dầm thép

zi - Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông hay trọng tâm dầm thép tới trục trung hòa tiết diện liên hợp

Tiết diện liên hợp dài hạn (3n)

Thể tích(m3)

Khốilượngđơn vị(kN/m3)

Khốilượng(kN)

Trang 8

35KN 4300mm 4300mm tới 9000mm 145KN

145KN

Làn thiết kế 3600mm1800mm

Khốilượngđơn vị(kN/m3)

Khốilượng(kN)

Dài(m)

Rộng(m)

Cao(m)

Tĩnh tải rải đều trên 1m dầm chủ : q t1 = P 2 /(n d *L)

(Tính riêng cho dầm trong và dầm biên theo nguyên tắc địn bảy)

Số lượng làn xe bằng phần nguyên của kết quả khi chia

phần chiều rộng phần xe chạy G cho 3500mm :

nL = G / 3500

2.3 Tính hệ số phân bố hoạt tải theo làn

2.3.1 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với

momen

* Đối với dầm trong:

1 , 0 3 3 , 0 4 , 0

( ) ( ) 4300 ( 06 , 0 mg

b

g SI

h L

K L

S mm

( ) ( ) 2900 ( 075 , 0 mg

b

g MI

h L

K L

S mm

S



Trong đĩ :

Trang 9

hb – Chiều dày bản bê tông

* Đối với dầm biên:

Tính hệ số phân bố ngang theo nguyên tắc

đòn bảy: xếp tải như hình vẽ Cự ly theo phương

ngang của xe Truck và Tander đều là 1800mm

2.3.2 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt

* Đối với dầm trong

2.4 Hệ số phân bố ngang đối với người đi bộ

Dùng phương pháp đòn bảy , co tải trọng người là lực tập trung, có :

Dầm biên : mgpe = 1Dầm trong: mgpi = 0

- 9 -

1800 600

S

RA

Trang 10

sử dụng

TTGH Mỏi

2- Nội lực dầm chủ do tĩnh tải gây ra

2.1 Diện tích các đường ảnh hưởng nội lực mặt cắt

Trang 11

tt L

x L

Trang 12

L/3L/2

Trang 13

3.3 Momen do tải trọng làn

Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm,

Có cường độ pL = 9,3 kN/m

Tải trọng làn không tính xung kích

Công thức tính momen : Mlan = pL M

3.4 Momen do người đi bộ

Tải trọng người là 3 kN/m2 Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm

Tải trọng người không tính hệ số xung kích

Bảng tổng hợp momen do hoạt tải không hệ số

làn

Tải trọngngười

Xe 3 trục(mỏi)

Trang 14

L/3L/2

Trang 15

- Hoạt tải xe thiết kế : xe 2 trục (Tander) hay xe 3 trục (Truck)

- Hoạt tải làn thiết kế (pL)

4.2 Chọn tổ hợp tải trọng tác dụng

Bảng tổng hợp momen do hoạt tải có hệ số TTGHCĐ I và TTGHSD

MLL+IM = mgmomen[1,25*max(Mtruck , Mtander)+MLan]+mgp*Mp

Trang 16

Bảng tổng hợp momen do hoạt tải có hệ số TTGH mỏi và đứt gãy

MLL+IM = mgmomen*1,15*max(Mtruck , Mtander)

Mặt cắt

Max(Mtruck,Mtander)

Hệ sốxungkích

Bảng tổng hợp lực cắt do hoạt tải có hệ số TTGH mỏi và đứt gãy

QLL+IM = mgcat*1,15*max(Qtruck , Qtander)

Mặt cắt

Max(Qtruck,Qtander)

Hệ sốxungkích

QLL+IM

Dầmtrong

Dầmbiên

Dầmtrong

Dầmbiên

Chọn giá trị lớn nhất, đưa vào các bảng dưới đây

Bảng tổ hợp momen do toàn bộ tải trọng có hệ số TTGHCĐ I

UI ={1,25DC+1,5DW+1,75(LL+IM)}

Điều

HSTải

Momen

do tĩnh

HSTải trọng

Momen

do lớp

Hệ sốhoạt tải

Momen

do hoạt

Momentính toán

Trang 17

chỉnhtảitrọng



trọngTĩnh tải



HSTảitrọngTĩnh tải

DC

Lực cắt

do tĩnhtải QDC

HSTảitrọngLớp phủ

DW

Lực cắt

do lớpphủ QDW

Hệ sốhoạt tải

LL

Lực cắt

do hoạttải

QLL+IM

Lực cắttính toán

Bảng tổ hợp lực cắt do toàn bộ tải trọng có hệ số TTGHSD

USD =1,0(DC+DW)+1,0(LL+IM)

GốiL/4Mối nốiL/3L/2

Bảng tổ hợp momen do toàn bộ tải trọng có hệ số TTGH mỏi

Trang 18

Căn cứ theo nội lực do toàn bộ tải trọng của dầm có nội lực bất lợi nhất để thiết kế

Các nội dung kiểm tra:

VII TÍNH DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ

1 Kiểm tra các giới hạn kích thước mặt cắt

3.1 Kiểm tra tỷ lệ các phần tử

Kiểm tra momen quán tính theo điều 6.10.2.1.1

Công thức kiểm toán : 0 , 1   0 , 9

y

yc

I I

Trang 19

3.2 Kiểm tra độ mảnh của bản bụng

Kiểm tra độ mảnh của bản bụng tiết diện đặc chắc theo điều 6.10.4.2.1

Nếu :

c

t s

cp

f

E t

D

76 , 3

Khi đó độ mảnh của bản cánh chịu nén kiểm tra theo điều 6.10.4.1.3.1 :

c

t tr

tr

f

E t

b

382 , 0

Trong đó :

Dcp – chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc đạt momen dẻo

ts – Chiều dày bản bụng

Et – modun đàn hồi của thép

f c – cường độ chảy dẻo nhỏ nhất của thép bản cánh trên

btr – Chiều rộng cánh trên chịu nén

ttr – chiều dày cánh trên chịu nén

Để xác định Dcp phải xác định trục trung hòa dẻo (TTHD) của mặt cắt liên hợp TTHD được xác định theo điều kiện cân bằng lực dẻo của các thành phần trong tiết diện

dẻo thích hợp

- Lực dẻo trong bản bê tông chịu nén là tổng hợp ứng suất phân bố đều tới 0,85f c ’ trên

toàn chiều cao tiết diện bê tông Bỏ qua vùng bê tông chịu kéo (nếu có)

, 0 [

bt c tr

c du c cp

A f

A f A

f A f D D

Trang 20

 Adu ; Atr ; As ; Abt – Diện tích tiết diện cánh dưới, cánh trên, sườn dầm và bản bê tông

 f c – cường độ chảy dẻo của thép dầm

2 Kiểm tra TTGH cường độ

4.1 Kiểm tra theo sức kháng uốn

Chiều cao vùng chịu nén của bản bụng là Dcp; do đó chiều cao chịu kéo của bản bụng

cp s sn s s

cp

H

D H d P H

D

Trong đó : di – khoảng cách từ trọng tâm từng phần tới TTHD

 Xác định sức kháng uốn danh định của mặt cắt liên hợp đặc chắc:

4

85,04

85,05

'

D

D M M M

D    Trong đó :

 = 0,7 (vì cường độ chảy nhỏ nhất của thép fc = 345 Mpa)

Ht – Chiều cao dầm thép

hv – chiều cao phần vút bê tông

hb – Chiều cao bản bê tông

3

2 1

n

D s

D c n AD

S

M S

M f S

Trong đó : Ss; Sn; S3n – modun chống uốn của tiết diện dầm thép, tiết diện liên hợp ngắn hạn và tiết diện liên hợp dài hạn : Si = Ii / yi ; với Ii là momen quán tính của tiết diện và yi là khoảng cách từ trục trung hòa của tiết diện tới đáy dầm

Bảng tính đặc trưng hình học của các tiết diện dầm chủ

hiệu Momenquán tính Ii

Khoảngcách yi

Modunchống uốn Si

Trang 21

Hệ số tảitrọng

i

Hệ số biếnđổi tảitrọng 

4.2 Kiểm tra theo sức kháng cắt

Điều kiện đảm bảo sức kháng cắt là Qmax < V r với V r =  v V n

)1(87,0[

2

D d

C C

V V

o p

C C

)1(87,0[

u r

M M

M M R



Tính lực cắt dẻo V p = 0,58f c Dt s Trong đó : D và ts là chiều cao và chiều dày bản bụng

do – khoảng cách giữa các sườn tăng cường đứng

C – tỷ số của ứng suất oằn cắt với cường độ cắt chảy; C=1

Bảng tính kiểm tra sức kháng cắt

Đạt / không đạt

VIII KIỂM TRA THEO TTGH SỬ DỤNG

1 Kiểm tra ứng suất theo momen sử dụng

Trong tiết diện liên hợp ứng suất trong bản cánh trên và dưới không được vượt quá

ff < 0,95RbRhfc

Trong đó :

Rb- hệ số truyền tải trọng, Rb = 1

- 21 -

Trang 22

Rh- hệ số lai, Rh = 1

fc – Cường độ chảy nhỏ nhất của thép bản cánh, fc = 345MpaMomen sử dụng lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp, gây ra bởi tĩnh tải không hệ số DC1 và DC2 và hoạt tải tăng 1,30 ( Ghi chú 6 của bảng 3.4.1-1), nghĩa là 1,30(LL+IM)

1.1 Ứng suất trong bản cánh trên

DC2LL+IMTổng

1.2 Ứng suất trong bản cánh dưới

DC2LL+IMTổng

2 Kiểm tra theo độ võng tiêu chuẩn và xác định độ vồng

2.1 Độ võng với hoạt tải sử dụng

2.2 Độ võng do xe tải đơn

2.3 Độ võng do 25% xe tải và tải trọng làn

2.4 Độ võng giữa nhịp do tĩnh tải phân bố đều

2.5 Độ vồng chế tạo

3 Kiểm tra theo TTGH mỏi

3.1 Mỏi do tải trọng gây ra

3.2 Mỏi do cong vênh gây ra

3.2.1 Do bản bụng chịu uốn 3.2.2 Do bản bụng chịu cắt

IX THIẾT KẾ SƯỜN TĂNG CƯỜNG

1 Thiết kế sườn tăng cường gối

1.1 Chiều rộng phần chỉa ra b tc

1.2 Sức kháng tựa

1.3 Sức kháng nén dọc trục

2 Thiết kế sườn tăng cường trong

2.1 Chiều rộng phần chìa ra của STC : b tc

2.2 Momen quán tính của STC

X THIẾT KẾ NEO LIÊN KẾT

1 Chọn loại neo và kích thước neo

2 Tính bước neo

Trang 23

2.1 Theo TTGH mỏi

2.2 Sức kháng chống cắt của neo theo TTGH cường độ

2.3 So sánh và lựa chọn bước neo

XI THIẾT KẾ MỐI NỐI

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	826,5 KB