BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP Giáo viên hướng dẫn : Đỗ Thị Hằng Sinh viên : Hoàng Đình Trường Lớp : CĐSK55 A. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế một dầm chủ, nhịp giản đơn trên đường ôtô, có mặt cắt chữ I dầm thép ghép hàn trong nhà máy và lắp ráp mối nối tại công trường bằng bulông độ cao, không liên hợp. B. CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC 1 Chiều dài nhịp dầm L = 15.0 m 2 Số làn xe thiết kế nL = 2.0 làn 3 Khoảng cách giữa các dầm chủ Sd = 2.00 m 4 Tĩnh tải bản BTCT mặt cầu wDC2 = 8.00 kNm 5 Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích wDW = 6.00 kNm 6 Hoạt tải xe ôtô thiết kế HL93 = 9.3 kNm 7 Số lượng giao thông trung bình hàng ngàymột làn ADT = 15000 xengàylàn 8 Tỷ lệ xe tải trong luồng ktruck = 0.20 9 Hệ số phân bố ngang tính cho mômen mgM = 0.55 10 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt mgV = 0.55 11 Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng mgD = 0.55 12 Hệ số phân bố ngang tính cho mỏi mgF = 0.55 13 Hệ số cấp đường k = 1.00 14 Vật liệu: Thép chế tạo dầm Thép M270 cấp 345 E = 200000 Mpa Fy = 345 Mpa Fu = 450 Mpa Bu lông CĐC ASTM A325M 15 Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 2722005 C. NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Chọn mặt cắt dầm, tính các đặc trưng hình học; 2. Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực bằng phương pháp đường ảnh hưởng; 3. Kiểm toán dầm theo các trạng thái giới hạn cường độ I, sử dụng và mỏi; 4. Tính toán và thiết kế sườn tăng cường; 5. Tính toán thiết kế mối nối công trường; 6. Bản vẽ: Vẽ mặt chính dầm, các mặt cắt đại diện Vẽ các mối nối Thống kê sơ bộ vật liệu Khố giấy A1 BÀI LÀM I. CHỌN MẶT CẮT DẦM Mặt cắt dầm được chọn theo phương pháp thử sai, tức là ta lần lượt chọn kích thước mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm và các quy định khống chế của tiêu chuẩn thiết kế rồi kiểm toán lại, nếu không đạt thì ta phải chọn lại và kiểm toán lại. Quá trình này được lặp lại cho đến khi thoả mãn. 1. Chiều cao dầm thép Chiều cao dầm chủ có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này. Đối với cầu đường ôtô nhịp giản đơn ta có thể chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm. d=(120÷112)L≥125 L ↔d=(1500020÷1500012)≥1500025 ↔d=(750÷1250) mm≥600 mm Vậy ta chọn d = 1100 (mm) 2. Bề rộng cánh dầm Chiều rộng cánh dầm được lựa chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau: b_c=b_f=(12÷13)d=(550÷367) mm Vậy ta chọn: Chiều rộng bản cánh trên chịu nén: bc = 400 mm Chiều rộng bản cánh dưới chịu kéo: bf = 400 mm 3. Chiều dày bản cánh và bản bụng dầm Theo quy định của quy trình (A6.7.3) thì chiều dày tối thiểu của bản cánh, bản bụng dầm là 8mm. Chiều dày tối thiểu này là do chống rỉ và yêu cầu vận chuyển, tháo lắp trong thi công. Ta chọn: Chiều dày bản cánh trên chịu nén: tc = 25 mm Chiều dày bản cánh dưới chịu kéo: tt = 25 mm Chiều dày bản bụng dầm: tw = 14 mm Do đó chiều cao của bản bụng sẽ là: D=dt_ct_f=11002525=1050 mm Mặt cắt dầm sau khi chọn có hình vẽ: 4. Tính các đặc trưng hình học của mặt cắt Đặc trưng hình học của mặt cắt dầm được tính toán và lập thành bảng sau: Mặt cắt A h A.h I0 A.y2 Itotal = I0+A.y2 mm2 mm mm3 mm4 mm4 mm4 Cánh trên 10000 1088 10875000 520833 2889062500 2889583333 Bản bụng 14700 550 8085000 1350562500 0 1350562500 Cánh dưới 10000 13 125000 520833 2889062500 2889583333 Tổng 34700 550 19085000 1351604167 5778125000 7129729167 Trong đó: A : Diện tích h : Khoảng cách từ trọng tâm từng phần tiết diện dầm đến đáy dầm I0 : Mômen quán tính của từng phần tiết diện dầm đối với trục nằm ngang đi qua trọng tâm của nó 〖 h〗_total=y ̅=(∑▒(A.h) )(∑▒A) : Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm (nhóm các phần tiết diện dầm) đến đáy bản cánh dưới dầm y=|y ̅h| : Khoảng cách từ trọng tâm từng bộ phận đến trọng tâm của mặt cắt dầm Từ đó ta tính được: Mặt cắt ybot ytop ybotmid ytopmid Sbot Stop Sbotmid Stopmid mm mm mm mm mm3 mm3 mm3 mm3 Dầm thép 550 550 538 538 1.3E+07 1.3E+07 1.3E+07 1.3E+07 Trong đó: ybot : K.cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy bản cánh dưới dầm thép ytop : K.cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đỉnh bản cánh trên dầm thép ybotmid : K.cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh dưới dầm thép ytopmid : K.cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh trên dầm thép Sbot : mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ybot Stop : mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ytop Sbotmid : mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ybotmid Stopmid : mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ytopmid 5. Tính toán trọng lượng bản thân dầm thép Diện tích mặt cắt ngang dầm thép A = 34700 mm2 Trọng lượng riêng của thép làm dầm γ_s = 78,5 kNm Trọng lượng bản thân dầm thép W_DC1 = 2,72 kNm II. TÍNH TOÁN VÀ VẼ BIỂU ĐỒ BAO NỘI LỰC 1. Tính toán M, V theo phương pháp đường ảnh hưởng Chia dầm thành các đoạn bằng nhau. Chọn số đoạn dầm: Nđd = 10 đoạn Chiều dài mỗi đoạn dầm: Lđd = 1,5 m Trị số đường ảnh hưởng mômen được tính toán theo bảng sau: Mặt cắt xi Đ.a.h Mi AMi m m mm2 1 1.500 1.350 10.125 2 3.000 2.400 18.000 3 4.500 3.150 23.625 4 6.000 3.600 27.000 5 7.500 3.750 28.125 Trong đó: Xi : Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đ.a.h Mi : Tung độ đ.a.h Mi AMi : Diện tích đ.a.h Mi Đ.a.h M1 1.350 Đ.a.h M2 2.400 Đ.a.h M3 3.150 Đ.a.h M4 3.600 Đ.a.h M5 3.750 Hệ số điều chỉnh tải trọng tính cho TTGHCĐ lấy như sau: η=0,95 Mômen tại các tiết diện bất kì được tính theo công thức: Đối với TTGHCĐI: M_i=η{(1,25.w_DC+1,5.w_DW ).A_Mi+〖mg〗_M 1,75.〖LL〗_L.A_Mi+1,75.m.∑▒〖〖LL〗_Mi.y_i.(1+IM) 〗}=M_iDC+M_iDW+M_iLL Đối với trạng thái giới hạn sử dụng: M_i=1,0{(1,0.w_DC+1,0.w_DW ).A_Mi+〖mg〗_M 1,3.〖LL〗_L.A_Mi+1,3.m.∑▒〖〖LL〗_Mi.y_i.(1+IM) 〗}=M_iDC+M_iDW+M_iLL Trong đó: LLL : Tải trọng làn rải đều LLMi : Hoạt tải tương đương ứng với đường ảnh hưởng Mi mgM : Hệ số phân bố ngang tính cho mômen WDC : Tải trọng rải đều do bản thân dầm thép và bản BTCT mặt cầu WDW : Tải trọng rải đều do lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu 1+IM : Hệ số xung kích AMi : Diện tích đường ảnh hưởng Mi k : Hệ số cấp đường Bảng trị số mômen theo TTGHCĐI Mặt cắt xi AMi ∑LLMiTruck .yi ∑LLMiTandem .yi MiDC MiDW MiLL MiCĐ m m2 kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m 1 1.5 10.125 346.300 283.800 128.94 28.86 481.91 639.705 2 3.0 18.000 595.100 501.600 229.22 51.30 833.25 1113.772 3 4.5 23.625 746.400 653.400 300.86 67.33 1054.01 1422.200 4 6.0 27.000 830.300 739.200 343.84 76.95 1178.61 1599.393 5 7.5 28.125 831.750 759.000 358.16 80.16 1189.83 1628.150 Bảng trị số mômen theo TTGHSD Mặt cắt xi AMi ∑LLMiTruck .yi ∑LLMiTandem .yi MiDC MiDW MiLL MiCĐ m m2 kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m kN.m 1 1.5 10.125 346.300 283.800 108.58 20.25 376.83 505.662 2 3.0 18.000 595.100 501.600 193.03 36.00 651.56 880.593 3 4.5 23.625 746.400 653.400 253.35 47.25 824.19 1124.793 4 6.0 27.000 830.300 739.200 289.55 54.00 921.62 1265.164 5 7.5 28.125 831.750 759.000 301.61 56.25 930.39 1288.255 Biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cường độ M (kNm) Trị số đường ảnh hưởng lực cắt được tính toán theo bảng sau: Mặt cắt xi Đ.a.h Vi AVi A1,Vi m m m2 m2 0 0.000 1.000 7.500 7.500 1 1.500 0.900 6.000 6.075 2 3.000 0.800 4.500 4.800 3 4.500 0.700 3.000 3.675 4 6.000 0.600 1.500 2.700 5 7.500 0.500 0.000 1.875 Trong đó: xi : Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đ.a.h Vi : Tung độ đường ảnh hưởng Vi AVi : Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng Vi A1,Vi : Diện tích đường ảnh hưởng Vi (phần diện tích lớn hơn) Ta có hình vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại các mặt cát dầm như sau: Lực cắt tại các tiết diện bất kì được tính theo công thức sau: Đối với TTGHCĐI: V_i=η{(1,25.w_DC+1,5.w_DW ).A_Vi+〖mg〗_V 1,75.〖LL〗_L.A_Vi+1,75.m.∑▒〖〖LL〗_Vi.y_i.(1+IM) 〗}=V_iDC+V_iDW+V_iLL Đối với TTGHSD: V_i=1,0{(1,0.w_DC+1,0.w_DW ).A_Vi+〖mg〗_V 1,3.〖LL〗_L.A_Vi+1,3.m.∑▒〖〖LL〗_Vi.y_i.(1+IM) 〗}=V_iDC+V_iDW+V_iLL Trong đó: LLVi : Hoạt tải tương ứng với đường ảnh hưởng Vi mgv : Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Bảng trị số lực cắt theo TTGHCĐI Mặt cắt xi AVi A1,Vi ∑LLViTruck .yi ∑LLViTandem .yi ViDC ViDW ViLL ViCĐ m m2 m2 kN kN kN kN kN kN 0 0.00 7.500 7.500 263.330 211.200 95.51 21.38 364.76 481.641 1 1.50 6.000 6.075 230.830 189.200 76.41 17.10 315.49 409.000 2 3.00 4.500 4.800 198.330 167.200 57.31 12.83 267.50 337.634 3 4.50 3.000 3.675 165.830 145.200 38.20 8.55 220.79 267.544 4 6.00 1.500 2.700 133.330 123.200 19.10 4.28 175.35 198.729 5 7.50 0.000 1.875 103.385 101.200 0.00 0.00 134.11 134.110 Bảng trị số lực cắt theo TTGHSD Mặt cắt xi AVi A1,Vi ∑LLViTruck .yi ∑LLViTandem .yi ViDC ViDW ViLL ViSD m m2 m2 kN kN kN kN kN kN 0 0.00 7.500 7.500 263.330 211.200 80.43 15.00 285.22 380.652 1 1.50 6.000 6.075 230.830 189.200 64.34 12.00 246.70 323.044 2 3.00 4.500 4.800 198.330 167.200 48.26 9.00 209.18 266.433 3 4.50 3.000 3.675 165.830 145.200 32.17 6.00 172.65 210.819 4 6.00 1.500 2.700 133.330 123.200 16.09 3.00 137.12 156.203 5 7.50 0.000 1.875 103.385 101.200 0.00 0.00 104.87 104.868 Ta có biểu đồ bao lực cắt ở TTGHCĐI như sau: III. KIỂM TOÁN DẦM THEO TTGHCĐI 3.1. Kiểm toán điều kiện chịu mômen 3.1.1. Tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép Ta lập bảng tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép tại mặt cắt giữa nhịp dầm theo TTGHCĐI như sau: Mặt cắt M Sbot Stop Sbotmid Stopmid fbot ftop fbotmid ftopmid N.mm mm3 mm3 mm3 mm3 MPa MPa MPa MPa Dầm thép 1.1E+09 1.3E+07 1.3E+07 1.3E+07 1.3E+07 8.8E+01 8.8E+01 8.6E+01 1.4E+02 Trong đó: fbot : ứng suất tại đáy bản cánh dầm thép ftop : ứng suất tại đỉnh bản cánh trên dầm thép fbotmid : ứng suất tại điểm giữa bản cánh dưới dầm thép ftopmid : ứng suất tại điểm giữa bản cánh trên dầm thép 3.1.2. Tính mômen chảy của tiết diện Mômen chảy của tiết diện không liên hợp được xác định theo công thức sau: M_y=F_y.S_NC=345.1,3.〖10〗7=4,5.〖10〗9 (N.mm) Trong đó: Fy = 345 MPa : Cường độ chảy nhỏ nhất theo quy định của thép làm dầm SNC = 1,3.107 mm3 : Mômen kháng uốn của tiết diện không liên hợp 3.1.3. Tính mômen dẻo của tiết diện Chiều cao bản bụng chịu nén tại mômen dẻo được xác định như sau: (A6.10.3.3.2) Tiết diện đối xứng kép nên: D_cp=D2=10502=525 (mm) Khi đó mômen dẻo của tiết diện không liên hợp được tính theo công thức: M_p=P_w.(D4)+P_c.(D2+t_c2)+P_t.(D2+t_t2) =5,1.〖10〗6.(10504)+3,5.〖10〗6.(10502+252)+3,5.〖10〗6.(10502+252)=5.〖10〗9 (N.mm) Trong đó: P_w=〖F_yw.A〗_w=5,1.〖10〗6 (N) : Lực dẻo của bản bụng P_c=〖F_yc.A〗_c=3,5.〖10〗6 (N) : Lực dẻo của bản cánh trên chịu nén P_t=〖F_yt.A〗_t=3,5.〖10〗6 (N) : Lực dẻo của bản cánh dưới chịu kéo 3.1.4. Kiểm toán sự cân xứng của tiết diện Tiết diện I chịu uốn phải được cấu tạo cân xứng sao cho: (A6.10.2.1) 0,1≤I_ycI_y =(1,3.〖10〗8)(2,7.〖10〗8 )=0,5≤0,9 (1) →Thỏa mãn KT (1) Trong đó: Iy : Mômen quán tính của tiết diện dầm thép đối với trục thẳng đứng đi qua trọng tâm bản bụng Iyc : Mômen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục thẳng đứngđi qua trọng tâm bản bụng 3.1.5. Kiểm toán độ mảnh của vách đứng Ngoài nhiệm vụ chông cắt, vách đứng còn có chức năng tạo cho bản biên đủ xa để chịu uốn có hiệu quả. Khi một tiết diện I chịu uốn, có hai khả năng hư hỏng có thể xuất hiện trong vách đứng. Đó là vách đứng có thể mất ổn định như cột thẳng đứng chịu ứng suất nén có bản biên đõ hoặc có thể mất ổn định như một tấm do ứng suất dọc trong mặt phẳng uốn. Bản bụng của dầm phải được cấu tạo sao cho thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.2.2) 〖2.D〗_ct_w ≤6,77√(Ef_c ) (2) ↔2.52514=75 ≤6,77√((2.〖10〗5)(1,2.〖10〗2 ))=273.3 →Thỏa mãn KT (2) Trong đó: fc : ứng suất ở giữa bản cánh chịu nén do tải trọng ở TTGHCĐI gây ra Dc : Chiều cao bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi 3.1.6. Kiểm tra tiết diện dầm là đặc chắc, không đặc chắc hay mảnh a) Kiểm toán độ mảnh của vách đứng có mặt cắt đặc chắc Độ mảnh của vách đứng để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.4.1.2) 〖2.D〗_cpt_w ≤3,76√(EF_yc ) (3) ↔2.52514=75 ≤3,76√((2.〖10〗5)345)=90,5 →Thỏa mãn KT (3) Trong đó: Dcp : Chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc mômen dẻo Fyc : Cường độ chảy nhỏ nhất theo quy định của bản cánh chịu nén b) Kiểm toán độ mảnh của biên chịu nén có mặt cắt đặc chắc Độ mảnh của biên chịu nén để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thoả mãn điều kiện sau: (A.6.10.4.1.3) b_f〖2.t〗_f ≤0,382√(EF_yc ) (4) ↔4002.25=8 ≤0,382√((2.〖10〗5)345)=9,2 →Thỏa mãn KT (4) Trong đó: bf : Chiều rộng bản cánh chịu nén tf : Chiều dày bản cánh chịu nén E : Mô đun đàn hồi của thép Fyc : Cường độ chảy của thép theo quy định c) Kiểm toán tương tác giữa độ mảnh bản bụng và biên chịu nén của mặt cắt đặc chắc Thực nghiệm cho thấy các mặt cắt đặc chắc có thể không có khả năng đạt được các mômen dẻo khi tỷ số độ mảnh của bụng và cánh chịu nén cả hai đều vượt quá 75% giới hạn cho trong các phương trình (3) và (4). Do đó, tương tác giữa độ mảnh bản bụng và biên chịu nén để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thoả mãn các điều kiện sau: (A6.10.4.1.6) 〖2.D〗_cpt_w ≤0,75.3,76√(EF_yc ) (5) ↔2.52514=75 >0,75.3,76√((2.〖10〗5)345)=67,9 → Ko thỏa mãn KT (5) b_f〖2.t〗_f ≤0,75.0,382√(EF_yc ) (6) ↔4002.25=8 >0,75.0,382√((2.〖10〗5)345)=6,9 → Ko thỏa mãn KT (6) → Đi kiểm tra phương trình tương tác: 〖2.D〗_cpt_w +9,35.(b_f〖2.t〗_f )≤6,25√(EF_yc ) (7) ↔2.52514+9,35.(4002.25)=149,8≤6,25.√((2.〖10〗5)345)=150,5 →Thỏa mãn KT (7) d) Kiểm toán liên kết dọc của biên chịu nén có mặt cắt đặc chắc Khoảng cách giữa các liên kết dọc Lb để đảm bảo cho tiết diện là đặc chắc phải thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.4.1.7) L_b≤0,1240,0759.(M_lM_p )(r_y.E)F_yc (8) ↔4000 (mm)≤0,1240,0759.((1,3.〖10〗9)(5.〖10〗9 ))(88.2.〖10〗5)345=5334 (mm) →Thỏa mãn KT (8) Kết luận: Vậy tiết diện dầm là đặc chắc Trong đó: Ry : Bán kính quán tính của tiết diện đối với trục đối xứng thẳng đứng Ml : Mômen nhỏ hơn do tác dụng của tải trọng tính toán ở mỗi đầu của chiều dài không được giằng Mp : Mômen dẻo của tiết diện 3.1.7. Kiểm toán sức kháng uốn Sức kháng uốn của dầm phải thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.4) Đối với trường hợp tiết diện dầm là đặc chắc: M_(u max)≤M_r=∅_f.M_n (9) ↔1,6.〖10〗9 (N.mm)≤5.〖10〗9 (N.mm) →Thỏa mãn KT (9) Trong đó: =1,0 : Hệ số kháng uốn theo quy định: (A6.5.4.2) Mumax : Mômen uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp dầm ở TTGHCĐI Mn=Mp : Sức kháng uốn danh định đặc trưng cho tiết diện đặc chắc 3.2.Kiểm toán theo điều kiện chịu lực cắt 3.2.1.Kiểm toán theo yêu cầu bốc xếp Đối với các bản bụng khi không có STC dọc, phải sử dụng STC đứng nếu: Dt_w >150 (10) ↔105014=751,10√((2.〖10〗5.5,61)345)=63 → Ko thỏa mãn (11a) Trong đó: k=5+5(d_0D)2 =5+5(30001050)2 =5,61 với d =D 3D =1050 3150 mm chọn d = 3000 (mm) 1,10√((E.k)F_yw )≤Dt_w ≤1,38√((E.k)F_yw ) thì C=1,10(Dt_w ) √((E.k)F_yw ) (11b) ↔1,10√((2.〖10〗5.5,61)345)=63≤105014=75≤1,38√((2.〖10〗5.5,61)345)=79 → Thỏa mãn (11b) Dt_w >1,38√((E.k)F_yw ) thì C=1,52(Dt_w )2 √((E.k)F_yw ) (11c) ↔105014=752,25 thì P_n=(0,88.F_ys.A_s)λ Trong đó: As : Diện tích mặt cắt nguyên k = 0,75 : Hệ số chiều dài hiệu dụng theo quy định A4.6.2.5) (Với trường hợp liên kết bản ở hai đầu) r=√(IA_s ) : Bán kính quán tính của tiết diện cột l = D : Chiều dài không giằng = chiều cao vách I : Mômen quán tính của tiết diện cột đối với trục trung tâm của vách Ta có = 0,9 A = 9288 mm2 I = 7.107 mm4 r = 86,7 mm l = 1050 mm k = 0,75 klr = 9,1 = 0,0144 Pn =3,2.106 N ϕ_c.P_n=0,9.3,2.〖10〗6=2,9.〖10〗6 (N)≥R_u=V_u=408974 (N) →Thỏa mãn KT (26) VII. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỐI NỐI CÔNG TRƯỜNG 7.1.Chọn vị trí mối nối công trường Ta phải bố trí các mối nối dầm do chiều dài vật liệu cung cấp , yêu cầu cấu tạo, điều kiện sản xuất cũng như khả năng vận chuyển và lắp ráp bị hạn chế Vị trí mối nối công trường nên tránh chỗ có mômen lớn. Đối với dầm giản đơn, ta thường bố trí ở chỗ và đối xứng với nhau qua mặt cắt giữa dầm ở đây ta chia dầm thành 4 đoạn Do đó, vị trí mối nối công trường cách gối một đoạn xmn = 6 m Ta có: Mômen tại vị trí mối nối ở TTGHCĐI MCĐ = 1,2.109 Nm Mômen tại vị trí mối nối ở TTGHSD MSD = 9,8.108 Nm Lực cắt tại vị trí mối nối ở TTGHCĐI VCĐ = 1,1.105 N Lực cắt tại vị trí mối nối ở TTGHSD VSD = 9,2.104 N 7.2. Tính toán lực thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh 7.2.1. Tính toán ứng suất ở điểm giữa bản cánh Ta có bảng tính toán ứng suất ở điểm giữa bản cánh như sau: TTGH M Sbotmid Stopmid fbotmid ftopmid N.mm mm3 mm3 MPa MPa CĐI 1.25E+09 1.33E+07 1.33E+07 94.0 94.0 SD 9.76E+08 1.33E+07 1.33E+07 73.6 73.6 7.2.2. Tính toán lực thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh ứng suất thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh dưới chịu kéo và nén của TTGHCĐI được xác định theo công thức như sau F_tbot=|f_botmid+φ_y.F_yf |2≥0,75.φ_y.F_yf F_ctop=|f_topmid+φ_c.F_yf |2≥0,75.φ_c.F_yf Trong đó: Fbotmid : ứng suất ở điểm giữa bản cánh dưới ở TTGHCĐI φ_y=0,95 : Hệ số kháng theo quy định (A6.5.4.2) Ftopmid : ứng suất tại điểm giữa bản cánh trên ở TTGHCĐI φ_c=0,9 : Hệ số sức kháng theo quy định (A6.5.4.2) Bảng lực thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh ở TTGHCĐI Vị trí f φFy F A P MPa MPa MPa mm2 N Cánh dưới 94.0 327.8 245.8 10000 2458125 Cánh trên 94.0 310.5 232.9 10000 2328750 Bảng lực thiết kế trong bản cánh ở TTGHSD Vị trí F = f A P MPa mm2 N Cánh dưới 73.6 10000 735769 Cánh trên 73.6 10000 735769 7.3.Thiết kế mối nối cánh 7.3.1.Chọn kích thước mối nối Mối nối được thiết kế theo phương pháp thửsai, tức là ta lần lượt chọn kích thước mối nối dựa vào kinh nghịêm và các quy định khống chế của tiêu chuẩn thiết kế rồi kiểm toán lại, nếu không đạt thì ta phải chọn lại và kiểm toán lại. Quá trình được lặp lại cho đến khi thoả mãn Ta chọn sơ bộ kích thước mối nối như sau: Kích thước bản nối ngoài=dày rộng dài 14 400 500 mm Kích thước bản nối trong=dày rộng dài 14 180 500 mm Đường kính bulông CĐC dbolt = 24 mm Sử dụng lỗ tiêu chuẩn dhole = 26 mm Số bulông mỗi bên mối nối N = 12 bulông Bulông được bố trí thành 4 hàng,3 cột Khoảng cách giữa các bulông theo phương dọc dầm Sl = 80 mm Khoảng cách giữa các bulông theo phương ngang dầm Sh= 80 mm Ta có hình vẽ mối nối đã chọn như sau: Sau đây ta chỉ tính toán cho bản cánh dưới, bản cánh trên lấy tương tự 7.3.2. Kiểm toán khoảng cách của các bulông CĐC a) Khoảng cách tối thiểu Khoảng cách tối thiểu từ tim đến tim các bulông phải thoả mãn: S_min=3.d_bolt=3.24=72 (mm) Kiểm toán khoảng cách giữa các bulông theo công thức: Min(S_1,S_0 )=80 (mm)≥S_min=72 (mm) (26a) →Thỏa mãn KT (26a) Trong đó: S0 = 80 mm : Khoảng cách các bulông theo phương ngang dầm S1 = 80 mm : Khoảng cách các bulông theo phương dọc dầm b) Khoảng cách tối đa Để đảm bảo ép xít mối nối, chống ẩm, khoảng cách tối đa từ tim đến tim các bulông của hàng bulông liền kề với cạnh tự do của bản nối hay thép hình phải thoả mãn: S≤(100+4.t)≤175 (27) 80 (mm)≤(100+4.14)=156 (mm)≤175(mm) →Thỏa mãn KT (27) Trong đó: t : Chiều dày nhỏ hơn của bản nối hay thép hình c) Khoảng cách đến mép cạnh Khoảng cách nhỏ nhất từ tim bulông đến mép thanh phải thoả mãn theo quy định : (A6.13.2.6.61) Khoảng cách lớn nhất từ tim bulông đến mép thanh không lớn hơn 8 lần chiều dày của bản nối mỏng nhất hoặc 125 mm Kiểm toán khoảng cách đến mép cạnh theo công thức như sau: S_emin≤S_e≤S_emax (27a) 42 (mm)≤50 (mm)≤112 (mm) →Thỏa mãn KT (27a) Trong đó: Semin : Khoảng cách nhỏ nhất từ tim bulông đến mép thanh Semax : Khoảng cách lớn nhất từ tim bulông đến mép thanh Se : Khoảng cách tim bulông ngoài cùng đến mép thanh 7.3.3. Kiểm toán sức kháng cắt của bulông CĐC Sức kháng cắt tính toán của bulông CĐC ở TTGHCĐI được xác định như sau: R_rs=φ_s.R_ns=φ_s.0,48.A_b.F_ub.N_s =0,8.0,48.452.830.2=288371 (N) Trong đó: φ_s=0,8 : Hệ số sức kháng cắt tính toán cho bulông A325M (A490M) chịu cắt theo quy định (A6.5.4.2) R_ns : Sức kháng cắt danh định của bulông CĐC theo quy định, dùng bulông có chiều dài sao cho đường ren răng nằm ngoài mặt phẳng cắt Ab = 452 mm2 : Diện tích bulông theo đường kính danh định Fub = 830 MPa : Cường độ chịu kéo nhỏ nhất của bulông Ns = 2 : Số mặt phẳng cắt cho mỗi bulông Sức kháng cắt tính toán của bulông CĐC ở TTGHCĐI phải thoả mãn điều kiện sau: P_botN≤R_rs (27b) P_botN=245812512=204844 (N)≤R_rs=288371 (N) →Thỏa mãn KT (27b) Trong đó: Pbot : Lực thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh dưới ở TTGHCĐI 7.3.4. Kiểm toán sức kháng ép mặt của lỗ bulông CĐC Sức kháng ép mặt của lỗ bulông CĐC ở TTGHCĐ được xác định như sau: R_rbb=φ_bb.R_nbb=φ_bb.2,4.d_bolt.t.F_u=0,8.2,4.24.25.450=518400 (N) Trong đó: φ_bb =0,8 : Hệ số sức kháng ép mặt bulông trên vật liệu theo quy định: (A6.5.4.2) R_nbb : Sức kháng ép mặt danh định của bulông CĐC theo quy định t = 25 mm : Chiều dày bản nối Fu = 450 MPa : Cường độ chịu kéo của vật liệu liên kết Sức kháng ép mặt tính toán của bulông CĐC ở TTGHCĐI phải thoả mãn điều kiện sau: P_botN≤R_rbb (27c) P_botN=245812512=204844 (N)≤R_rs=518400 (N) →Thỏa mãn KT (27c) 7.3.5. Kiểm toán sức kháng trượt Sức kháng trượt tính toán của bulông CĐC ở TTGHSD được xác định như sau: R_r=R_n=K_h.K_s.N_s.P_t=1.0,33.2.257000=169620 (N) Trong đó: R_n : Sức kháng trượt của bulông CĐC theo quy định (A6.13.2.8) Ns =2 : Số lượng mặt ma sát cho mỗi bulông Pt=257000 N : Lực căng tối thiểu yêu cầu trong bulông theo quy định (A6.13.2.81) Kh =1 : Hệ số kích thước lỗ theo quy định (A6.13.2.82) Ks =0,33 : Hệ số điều kiện bề mặt theo quy định (A6.13.2.83) Sức kháng trượt của bulông CĐC ở TTGHSD phải thoả mãn điều kiện sau: R_a=P_aN=73576912=61314 (N)≤R_r=169620 (N) (27d) →Thỏa mãn KT (27d) 7.4. Tính toán thiết kế mối nối bụng dầm 7.4.1. Chọn kích thước mối nối Mối nối được thiết kế theo phương pháp thửsai, tức là ta lần lượt chọn kích thước mối nối dựa vào kinh nghịêm và các quy định khống chế của tiêu chuẩn thiết kế rồi kiểm toán lại, nếu không đạt thì ta phải chọn lại và kiểm toán lại. Quá trình được lặp lại cho đến khi thoả mãn Ta chọn sơ bộ kích thước mối nối như sau: Kích thước bản nối =dày rộng cao=14 360 950 mm Đường kính bulông CĐC dbolt = 22 mm Sử dụng lỗ tiêu chuẩn dhole = 24 mm Số bulông mỗi bên mối nối N = 26 bulông Bulông được bố trí thành 2 cột ,và 10 hàng Khoảng cách giữa các bulông theo phương dọc dầm Sl = 80 mm Khoảng cách giữa các bulông theo phương đứng Sv = 90 mm 7.4.2. Tính toán lực cắt thiết kế nhỏ nhất Lực cắt thiết kế ở TTGHCĐI được xác định theo công thức sau: V=(V_u+V_r)2≥0,75.V_r (107395+2598960)2=1353177 (N)