Thiết kế cầu giàn thép nguyễn cương (2)

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỤC LỤC 2.1.2 Tải trọng tác dụng lên dầm dọc .7 2.1.2.1.Nội lực tĩnh tải 2.1.2.2.Nội lực hoạt tải THIẾT KẾ CẦU GIÀN THÉP I ) Tóm tắt nhiệm vụ đồ án Số liệu đầu vào: - Chiều dài nhịp tính tốn : ltt = 80 m - Khổ cầu : K = 8+2 × 1.0 (m) - Tải trọng thiết kế: + Hoạt tải thiết kế: 0.65HL93 + Đoàn người: 400 daN/m2 Nhiệm vụ thiết kế: - Thiết hế hệ dầm mặt cầu :dầm dọc , dầm ngang , liên kết dầm dọc vào dầm ngang liên kết dầm ngang vào dàn chủ - Thiết kế tiết diện dàn nút tự chọn - Thiết kế nút Tiêu chuẩn thiết kế: Thiết kế theo quy trình 22TCN 272-05 II) Thiết kế hệ dầm mặt cầu : 1.Các trạng thái giới hạn 1.1 Trạng thái giới hạn cường độ I U = η.{1.25DC + 1.5DW + 1.75(LL+IM)} (2.1) IM = 25% SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 1.2 Trạng thái giới hạn sử dụng U = 1,0.(DC + DW) +1,0.(LL+IM) (2.2) IM = 25% 1.3 Trạng thái giới hạn mỏi đứt gãy U = 0,75.(LL+IM) (2.3) IM = 15% Trong đó: LL: hoạt tải xe IM: lực xung kích DC: tỉnh tải phận kết cấu liên kết DW: tỉnh tải lớp phủ mặt cầu PL: hoạt tải người η = ηD.ηR.ηI: hệ số điều chỉnh tải trọng, lấy theo 22TCN 272-05 Bảng 1: Các hệ số Cường độ Sử dụng Mỏi Hệ số độ dẻo ηD (A.1.3.3) 0.95 1.0 1.0 Hệ số dư thừa ηR (A.1.3.4) 0.95 1.0 1.0 Hệ số quan trọng ηI (A.1.3.5) 1.05 KAD KAD η=ηD.ηR.ηI (A.1.3.2.1) 0.95 1.0 1.0 Vật liệu dùng cho kết cấu: -Thép kết cấu M270 cấp 250 có FY = 250Mpa - Bê tơng mặt cầu có f’c = 30Mpa - Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao Chọn sơ đồ kết cấu nhịp - Chọn giàn có đường biên song song.Giàn có 10 khoang, chiều dài khoang d = 8.0 m - Chiều cao giàn chủ: 1  h =  ÷ l = (11 ÷ 8.0)m ( với giàn có chiều cao không đổi )  10  Tuy nhiên ta hồn tồn khơng có tự để lựa chọn chiều cao dàn,nó phụ thuộc vào kích thước xe chạy cầu; cầu ơtơ có đường xe chạy duới chiều cao giàn chủ không nhỏ 7,3 m Chọn sơ chiều cao giàn chủ h =10 m Trong dàn hình tam giác có đứng chiều dài khoang lấy (0,6 ÷ 0,8)h ,do ta chọn chiều dài khoang d=8,0m Khi góc xiên α hợp xiên phương nằm ngang α = 51020’23’’ SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hình 1: Sơ đồ giàn chủ * Khoảng cách tim giàn chủ : Đối với cầu xe chạy : Bố trí hai giàn chủ với khoảng cách lớn khổ đường xe chạy từ (1 ÷ 1,5)m Ta chọn khoảng cách hai giàn chủ B = m ( tính từ tim hai dàn chủ ),( đá vỉa bên 0,25m có thêm phần chiều dày dàn biên 0,5m ) Chọn sơ kích thước: 4.1 Bản mặt cầu: Ta tính cho phần xe chạy: - Bản mặt cầu có chiều dày tối thiểu 175 mm,cộng thêm 15 mm hao mòn Vậy chiều dày 190 mm Phía lớp phủ mặt cầu dày 7.5cm gồm lớp: BTAP, lớp phòng nước 1.5.1.2 Phần hành: - Mặt đường phần hành làm BTCT dày 10cm, có rải lớp phủ BTN dày 2cm Ta tính được: -Trọng lượng mặt cầu đường xe chạy đường người đi: DC1 = 0,19.2,5.8,5.9,81 + 0,1.2,5.2.1,0.9,81 = 44.51(kN/m) -Trọng lượng lớp phủ mặt cầu đường xe chạy đường người đi: DW = 2,25.9,81.0,075.8,0+ 2.1,0.2,25.9,81.0,02 = 14.13 (kN/m) -Trọng lượng lan can, phòng hộ : DC2 = 1,4 (kN/m) -Trọng lượng đá vĩa: DC2(dv) = (0,3.0,2+0,5.0,45.0,05 )2,5.9,81=1,75(kN/m) 4.2 Dầm dọc: - Chọn dầm dọc , khoảng cách dầm 1,5m - Chiều cao dầm dọc kích thước khác tính xác phần thiết kế dầm dọc 4.3 Dầm ngang: - Các dầm ngang đặt nút giàn chủ, cách khoảng khoang giàn d = 8.0m - Chiều cao dầm ngang kích thước khác tính xác phần thiết kế dầm ngang 4.4 Liên kết dọc dọc giàn chủ: SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hình 2: Liên kết dọc dọc giàn chủ 4.5 Chọn sơ tiết diện giàn chủ: - Chọn tiết diện kiểu chữ H biên giàn - Chọn xiên đứng có bề rộng với biên để dễ liên kết với nhau, chọn biên có chiều cao h khơng đổi để dễ liên kết - Chiều cao chiều rộng xác định theo công thức kinh nghiệm 332/Tr.345 sách N.I.POLIVANOV l2 80 = 80 − = 64cm 400 400 b = h – 0,2l = 64-0,2 × 80=48cm h=l− Trị số h chọn chọn sai số ±10cm Do ta chọn h = 64cm, b= 48cm 4.6 Tính trọng lượng kết cấu nhịp: - Trọng lượng thép 1m dài dầm chủ xác định theo công thức: 1,75.k + 1,25.DC + 1,5.DW a.l ΦFy DC(dc) = − 1,25.(1 + α ) a.l γ (2.4) Trong đó: - DC - trọng lượng BMC đường xe chạy tính cho 1m giàn chủ, kN/m.(tính cho giàn chủ chịu ),( gồm có mặt cầu , đá vỉa,người ) DC = ∑ DC nl = 8,5.0,19.80.2,5.9,81 + 2.1,75 + 0,1.2,5.2.1,0.9,81 = 19,84 kN/m 2.80 - DW: trọng lượng lớp phủ mặt cầu DW = ∑ DW = 0,075.8,5.80.2,25.9,81 = 7,03kN/m n.l 2.80 - l: nhịp tính tốn dầm, l = 80m - Fy: cường độ chảy nhỏ thép làm dầm, kN/m2 SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dùng thép cơng trình M270 cấp 250 có Fy = 250Mpa = 2,5.105 kN/m2 - Φ : Hệ số sức kháng , Φ =1 - γ : trọng lượng thể tích thép, γ = 7,85 T/m3 = 78,5 kN/m3 - α: hệ số xét đến trọng lượng hệ liên kết dầm chủ (lấy tùy thuộc vào chiều dài nhịp), α = 0,1-0,12 - a: đặc trưng trọng lượng ứng với dầm giản đơn, a = - k0: Tải trọng tương đương tất loại hoạt tải tác dụng lên dầm kể hệ số phân bố ngang, hệ số xe hệ số xung kích (kN/m) - Tính hệ số phân phối ngang hoạt tải: ta dùng phương pháp đòn bẩy Hình 3: Ngun tắc đòn bẩy để xác định hệ số phân bố mơmen hoạt tải thiết kế cho giàn chủ Ta có: -Xét 1làn xe chất tải : mgLL=1,2.0,5(0,877+0,677) = 0,9324 -Xét 2làn xe chất tải : mgLL=1,0.0,5.(0,877+0,677+0,544+0,344) = 1,221 Vậy mgLL = 1,221 -Xác định k0: Tính k0.25L xe tải xe hai trục gây ra: SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hình 4: Đường ảnh hưởng mơmen mặt cắt 1/4 nhịp xe tải thiết kế Hình 5: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 1/4 nhịp xe hai trục ∑ P y  145.15 + 145.13,93 + 35.12,85   =7,74 kN/m 600   ω P y  110 15 + 110 14,7   = 5,45 kN/m k0.25L(XHT) = ∑ i i =  600   ω k0.25L(XTTK) = i i = Vậy ta chọn k0.25L = 7,74kN/m => k0 = mgLL.[(1+IM).k0.25 + qLL] = 1,221.(1,25.7,74+0,65.9,3) = 19,19 kN/m Thay tất vào công thức (2.4) ta có: 1,75.19,19 + 1,25.19,84 + 1,5.7,03 DC(dc) = 2,5.10 − 1,25(1 + 0,1).5.80 5.80 = 10,46 kN/m 78,5 Trọng lượng thép hệ liên kết, thường xem hàm số trọng lượng giàn chủ ggl = α.DC(dc) = 0,1 × 10,46 = 1,046kN/m Trọng lượng giàn (kể hệ liên kết ) = ( 8,3+1,046) × × 80 = 1495,36kN 5.Thiết kế dầm dọc: SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dầm dọc đặt dọc theo hướng xe chạy , làm việc dầm liên tục nhiều nhịp,có nhịp tính tốn khoảng cách dầm ngang , dầm dọc có tác dụng làm giảm độ lớn mặt cầu 2.1.2 Tải trọng tác dụng lên dầm dọc Sự phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên dầm dọc xác định theo phương pháp đòn bẩy Hình 2.2 thể phân bố tải trọng lên dầm dọc Hình 2.2 Đường ảnh hưởng áp lực lên dầm Bảng 2.1: Hệ số phân phối ngang dầm dọc Dầm Số xe chất tải Hệ số xe m mg 0.65 HL 93 =m.0,5 ∑ yi Dầm Dầm Dầm 1 1,2 1,2 1,0 0,46 0,6 0,6 2.1.2.1.Nội lực tĩnh tải Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc bao gồm : lớp phủ mặt cầu DW, đá vĩa , thân dầm dọc Tính tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc : Tải trọng thân dầm dọc DC1 = 0,99 kN/m Trọng lượng mặt cầu DC2=0,19.2,5.9,81= 4,66 kN/m2 Trọng lượng lớp phủ DW=0,075.2,25.9,81=1,655 kN/m2 Trọng lượng đá vỉa : DC2(dv)=1,75kN/m SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Tổng quát ta đặt tải trọng lên đường ảnh hưởng áp lực dầm , tĩnh tải xác định theo công thức sau gtt = 1.5.DW ω D¦W +1,25.(DC2 ω DC +DC1+ DC2(dv)ydv) (2.2) Trong : ω D¦W , ω DC : Diện tích đường ảnh hưởng áp lực dầm xét tương ứng với lớp phủ mặt cầu, mặt cầu ydv: tung độ đường ảnh hưởng ứng với trọng tâm đá vỉa Bảng 3: Kết tính tốn tải trọng tĩnh tác dụng lên dầm dọc DW(kN/m2) ω DW DC2(kN/m2) ω DC DC1 ydv gtt(kN/m) Dầm 1,655 1,021 4,66 1,333 1,2 1,250 17,27 Dầm 1,655 1,521 4,66 1,583 1,2 -0,250 13,40 Dầm 1,655 1,5 4,66 1,5 1,2 0,000 13,96 Nội lực tính tốn tĩnh tải xác định theo công thức : M= gtt ω M ; V= gtt ωV (2.6) Hình : Đường ảnh hưởng tải trọng tĩnh tác dụng lên dầm Từ cơng thức (2.6) ta có bảng tính sau : Bảng : Mơ men tĩnh tải tính tốn Tiết diện nhịp ω DAH M1/2(kN.m) Dầm 8.0 138.16 Dầm 8.0 107.2 Dầm 8.0 111.68 Bảng 5: Lực cắt tĩnh tải tính tốn Tiết diện gối ω DAH V1/2(kN) Dầm 4.0 69.08 SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A ω DAH 6.0 6.0 6.0 Tiết diện 1/4 M1/4(kN.m) 103.62 80.4 83.76 Tiết diện 1/4 ω DAH V1/4(kN) 2.5 43.175 Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dầm Dầm 4.0 4.0 53.6 55.84 2.5 2.5 33.5 34.9 2.1.2.2.Nội lực hoạt tải Hiệu ứng lớn hoạt tải gây lấy theo giá trị lớn trường hợp sau - Xe hai trục thiết kế +tải trọng + tải trọng người (hệ số xung kích IM=25%) ( HL93M) - Xe tải thiết kế +tải trọng + tải trọng người (hệ số xung kích IM=25%) ( HL93K) Ở ta không xét tải trọng người ( dầm dọc không chịu tải trọng người) * Tại tiết diện 100 (gối) : +Xe tải +Xe tanđem + Tải trọng *Tại tiết diện 1/4 nhịp M100 = V100 = 145(1+0,46) =211.7 kN M100 =0 V100=110(1+0,8)=198 kN Vln100=0.65 9,3.4=24.18kN, Mln100=0 +Xe tải M102,5 = 145.(1.5+0.425)=279.125kN V102,5= 145 (0.75+0.213)=139.635 kN Xe tanđem M102,5 =110(1.5+1.2)=297kN V102,5=110(0,75+0,6)=148.5 kN ln + Tải trọng V 102,5= 0,65.9,3.2.5=15,11kN, Mln102,5=0,65.9,3.6 =36.27kN * Tại tiết diện 105( nhịp) SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí +Xe tải M105 = 145.2,0=290kN V105= 145 0,5=72,50 kN Xe tanđem M105 =110(2,0+1,40)=374kN V105=110(0,50+0,35)=93.5 kN ln + Tải trọng V 105=0,65.9,3.1,0=6,05kN, Mln105=0,65.9,3.8,0 =48.36 kN h Nội lực hoạt tải gây Mu = η mgM 1,75((1+IM) ∑ Pi yi + qL ω ) h Vu = η mgV 1,75((1+IM) ∑ Pi yi + qL ω ) Đối với trạng thái giới hạn cường độ η = 0,95 Bảng 2.5 Nội lực hoạt tải tính tốn mg HL 93 IM(%) Tại gối Tại ¼ nhịp Tại nhịp Mu(kN.m) Vu(kN) Mu(kN.m) Vu(kN) Mu(kN.m) Vu(kN) Dầm 0,46 25 220,86 311,65 153,51 394,50 94,00 Dầm 0,60 25 288,08 406,5 200,23 514,57 122,61 Dầm 0,60 25 288,08 406,5 200,23 514,57 122,61 Bảng 2.6 Tổng hợp nội lực dầm dọc Tại gối Mô men (kN.m) Lực cắt (kN) Tĩnh tải hoạt tải Tĩnh tải hoạt tải ∑M ∑V Dầm Dầm Dầm Tại 1/4 nhịp 0 0 0 0 Mô men (kN.m) Tĩnh tải hoạt tải ∑M SVTH: NGUYỄN CƯƠNG 69.08 53.6 55.84 Tĩnh tải Lớp: 04X3A 220,86 289.94 288.08 341,68 288.08 343,92 Lực cắt (kN) hoạt tải ∑V Trang: 10 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 43 44' Nén 156.64 1.21 930 7.7312 250 Kéo 105.12 0.81 750 250 Bảng 35 : Chịu Áp dụng Thanh lực Pu, kN Pr Pu/Pr (Muy/Mry) CT 43' Nén 3418.4 KAD KAD 0.00483 KAD 45' Nén 4912.1 KAD KAD 0.00502 KAD 45 Kéo 1388.7 3232.67 0.43 0.00768 4.11 43 Nén 1968 KAD KAD 0.00754 KAD 44' Kéo 970.66 2496.6 0.39 4.11 2.3.2 Kiểm tra chịu nén uốn kết hợp 2.3.2.1) Sức kháng nén: Pr = φ.Pn Tr.154 sách Cầu thép - Tính λ theo cơng thức 4.8 Tr.154:  K l λ =   rS π 2344.25 1025.61 1395.23 610.412 VT KAD KAD 0.44 KAD 0.39 So sánh VP KAD KAD KAD 0.00754 Kết luận KAD KAD Đạt KAD Đạt  FY   E (3.17) Trong đó: K: hệ số chiều dài có hiệu, K = 0,75 theo (A.4.6.2.5) L: chiều dài khơng có liên kết, mm rS: bán kính qn tính trục ổn định, mm Fy: cường độ chảy, Fy = 250MPa E: môđuyn đàn hồi, MPa - Tính sức kháng nén danh định Pn: Nếu λ ≤ 2,25 Pn = 0,66λ.Fy.Ag Nếu λ ≥ 2,25 Pn = 0,88.FY Ag λ Trong đó: Ag: diện tích tiết diện nguyên - Bảng tính toán kết : Bảng 36: Chịu Thanh lực K l, cm rs Fy, MPa E, MPa λ 43' Nén 0.75 550 82.175 250 200000 0.319 45' Nén 0.75 550 82.863 250 200000 0.314 45 Kéo 0.75 930 95.258 250 200000 KAD 43 Nén 0.75 930 97.657 250 200000 0.646 44' Kéo KAD 750 54.571 250 200000 KAD - Tính Pr= φ.Pn ; với φ: hệ số sức kháng nén, φ = 0.9 lấy (A.6.5.4.2) Bảng 37 : SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A (3.18) (3.19) As,cm2 212 292.32 141.12 156.64 105.12 Pn, kN 4642.06 6414.09 KAD 2994.11 KAD Trang: 49 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Chịu Thanh lực Pn, kN φ Pr, kN Pu, kN Kết luận 43' Nén 4642.1 0.9 4177.9 3418.4 Đạt 45' Nén 6414.1 0.9 5772.7 4912.1 Đạt 45 Kéo KAD 0.9 KAD KAD KAD 43 Nén 2994.1 0.9 2694.7 1968 Đạt 44' Kéo KAD 0.9 KAD KAD KAD 2.3.2.2) Kiểm tra chịu nén uốn kết hợp: Tr.156 sách Cầu thép Công thức kiểm tra: M M uy  PU PU  ≤1, < 0,2 +  ux + Pr 2,0.Pr  M rx M ry  PU P 0,8  M ux M uy  ≥ 0,2 U + + ≤ 1, Nếu Pr Pr 0,9  M rx M ry  Nếu (3.20) (3.21) Ta có bảng kiểm tra: Bảng 38 : Chịu Áp dụng VT Thanh lực Pu/Pr CT Muy/Mry (4.13) VP (4.13) Kết luận 43' Nén 0.818 4.13 0.0048 0.82229 Đạt 45' Nén 0.851 4.13 0.005 0.85546 Đạt 45 Kéo KAD KAD 0.0077 KAD KAD KAD 43 Nén 0.73 4.13 0.0075 0.7367 Đạt 44' Kéo KAD KAD KAD KAD KAD 2.3.2.3) Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ: Tr.154 sách Cầu thép - Để tránh ổn định cục bộ, tỉ số rộng/dày chịu nén phải thỏa mãn: Đối với đứng: Đối với ngang: bd E ≤ k , k = 0,56 td FY bn E ≤ k , k = 1,49 tn Fy (3.22) (3.23) Trong đó: k: hệ số ổn định tấm, lấy theo bảng 4.3, Tr.155 bd: chiều rộng tấm, lấy h/2, mm td, tn: chiều dày đứng, ngang, mm bn: chiều rộng ngang, lấy bn = b – 2.td E: môđuyn đan hồi, E = 200000MPa FY: cường độ chảy, FY = 250MPa - Ta có bảng kiểm tra: Bảng 39: Kiểm tra ổn định cục đứng SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 50 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Chịu Thanh lực bd,mm td,mm k E,MPa Fy,MPa bd/td k.√(E/Fy) Kết luận 43' Nén 175 20 0.56 200000 250 8.75 15.8 Đạt 45' Nén 175 28 0.56 200000 250 6.25 15.8 Đạt 45 Kéo 200 12 0.56 200000 250 15,29 15.8 KAD 43 Nén 200 14 0.56 200000 250 14.29 15.8 Đạt 44' Kéo 125 12 0.56 200000 250 10.42 15.8 KAD Bảng 40 : Kiểm tra ổn định cục ngang Chịu Thanh lực bn,mm tn,mm k E,MPa Fy,MPa bn/tn k.√(E/Fy) Kết luận 43' Nén 360 20 1.49 200000 250 18 42.1 Đạt 45' Nén 344 28 1.49 200000 250 12.29 42.1 Đạt 45 Kéo 376 12 1.49 200000 250 31.33 42.1 KAD 43 Nén 372 12 1.49 200000 250 31 42.1 Đạt 44' Kéo 376 12 1.49 200000 250 31.33 42.1 KAD 2.3.3 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng Không kiểm tra 2.3.4 Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi Các phận nhà máy chế tạo xưởng mối nối hàn rãnh liên tục song song với phương ứng suất Dùng bulông cường độ cao chịu ma sát cho liên kết đầu Cả hai đầu liên kết thuộc loại chi tiết mỏi loại B 2.3.4.1) Chu kỳ tải trọng Giả sử lưu lượng xe trung bình hàng ngày ADT = 15000 xe/làn/ngày có hai xe tải, tỉ lệ xe tải đoàn xe 0,2 (lấy theo Bảng 6.2 Tr.189 sách Cầu thép) ADTT = 0,2.ADT = 0,2.(15000).(2 làn) = 6000 xe tải/ngày - Số xe tải ngày cho xe trung bình tuổi thọ thiết kế tính tốn theo biểu thức: ADTTSL = PxADTT Trong đó: + P: phần xe tải đơn, lấy theo Bảng 6.1 Tr.189 sách Cầu thép, với xe P = 0,85 => ADTTSL = 0,85.6000 = 5100 xe tải/ngày N = 365.100.(n).(ADTTSL) (phương trình 6.7 Tr.189) = 365.100.1.5100 = 186,15.106 chu kỳ n = 1,0 lấy theo Bảng 6.3 Tr.190 sách Cầu thép 2.3.4.2) Biên độ ứng suất cho phép mỏi -Loại B Sức kháng mỏi danh định tính theo biên độ ứng suất lớn cho phép sau:  A (ΔF)n =   N 1/ ≥ (ΔF)TH SVTH: NGUYỄN CƯƠNG (3.24) Lớp: 04X3A Trang: 51 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Trong đó: + A: số mỏi thay đổi theo loại chi tiết mỏi, lấy Bảng 6.5 Tr.193 sách Cầu thép, với chi tiết loại B => A = 39,3.1011 Mpa + N: số chu kỳ cho xe tải qua, N = 186,15.106 + (ΔF)TH: số ngưỡng biên độ ứng suất mỏi, lấy Bảng 6.5 Tr.193 sách Cầu thép, với chi tiết loại B => (ΔF)TH = 110 Mpa  39,3x1011 Ta tính được: (ΔF)n =   186,15.10 Do ( ∆ F)n = 55 MPa    1/ = 27,6 MPa < 1 (ΔF)TH = 110 = 55MPa 2 2.3.4.3) Biên độ ứng suất lớn nhất: giả thiết lai lần biên độ ứng suất gây hoạt tải mỏi qua Tuy nhiên biên độ ứng suất không cần nhân với sức kháng mỏi chia cho Đối với mỏi:Nmỏi = 0,75.(1+IM)NLLmỏi NLLmỏi: nội lực lớn chưa hệ số chưa kể lực xung kích xe tải mỏi gây Lực xung kích tính mỏi IM = 0,15 Xác định NLLmỏi xe tải mỏi gây Với NLLmỏi = mgLL ∑ pi yi Với mgLL = 0,6 Ta tiến hành vẽ đường ảnh hưởng xe tải mỏi gây 43 , 43, 43’ , 45’ 44’ Ta có hình vẽ sau : SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 52 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 3' 2' 4.3 5' 7' 9' 10 4' 6' 8' 10' 11 9.0 145 DAH N43' 0.934 1.174 0.715 1.467 35 145 4.3 9.0 145 2.93 35 145 y − y ( XTTK ) : ( XTTK ) : 330,69 DAH N45 : ∑P y ∑P y + y y − ( XTTK ) 196,66 ( XTTK ) 83,03 1.279 1.213 0.432 DAH N45 4.3 145 35 0.648 145 DAH N43 9.0 145 145 DAH N44' 1.000 0.218 ∑P y ∑P y 35 1.213 145 35 + 0.527 9.0 4.3 DAH N43’ : 145 0.553 0.367 9.0 4.3 145 0.846 145 1.213 0.047 35 145 0.245 4.3 145 9.0 0.168 1.213 0.073 35 9.0 0.725 4.3 1.759 1.415 DAH N45' DAH N45’: ∑P y ∑P y + ( XTTK ) − ( XTTK ) 490,04 y y DAH N43 : ∑P y ∑P y + y y − ( XTTK ) 42,34 ( XTTK ) 235,99 DAH N44’ : ∑P y ∑P y + ( XTTK ) 152,63 − ( XTTK ) y y Ta tính biên độ ứng suất nội lực bảng dưới, mối hàn đứng ngang, nằm gần trục trung hoà nên ta cần xét lực dọc trục, tính chất tiết diện thực dùng trường hợp xấu f= N moi 0.75(1 + IM )( N t − ( N c )) = An An (3.25) Nt: Lực kéo xe tải mỏi gây Nc: Lực nén xe tải mỏi gây Ta có kết thể bảng tính sau : SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 53 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Bảng 41 : f, Thanh Nt Nc NLL 1+IM γLL Nmoi,kN An, cm MPa (∆F)n,MPa 43' -198.414 198.414 1.15 0.75 171.132 174.88 9.79 55 45' -294.024 294.024 1.15 0.75 253.596 240.352 10.55 55 45 118 -49.818 167.818 1.15 0.75 144.743 118.848 12.18 55 43 25,404 -141.594 166.998 1.15 0.75 144.036 134.368 10.72 55 44' 91,578 91.578 1.15 0.75 78.986 93.984 8.4 55 moi IV Thiết kế nút giàn số 4: Nguyên tắc thiết kế nút : Các giàn phải liên kết với thông qua nút liên kết Để tránh lệch tâm, liên kết phải đối xứng qua trục Tốt liên kết có sức kháng sức kháng Chiều dày nút phải đủ để chịu lực cắt, lực dọc uốn tiết diện lâm giới, nơi có ứng suất lớn Cần tránh việc thay đổi tiết diện đột ngột, cần thay đổi nên cắt vát, uốn lượn để dễ coi tránh ứng suất tập trung Khi xác định nội lực giàn, ta giả thiết liên kết khớp nút Tuy nhiên thực tế nút giàn liên kết cứng Giàn liên kết khớp có cấu tạo phức tạp khơng có ưu điểm đặc biệt chịu lực mà tạo cho kết cấu chịu lực xung kích Vì ta chọn liên kết nút giàn bulông cường độ cao thông qua nút Bản nút la đơn hay kép tùy theo giàn hay vách đứng Bản nút nơi liên kết thanh, ngun tắc cắt đứt nối với thông qua nút Ngồi liên kết chịu lực giàn, nút la nơi để liên kết giàn gió, dầm ngang, khung ngang, tạo thành kết cấu không gian ba chiều Dầm ngang đựơc liên kết với nút thơng qua thép góc nối trực tiếp vách đứng dầm ngang với nút SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 54 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Các xiên giàn gió liên kết với nút thơng qua đặt nằm ngang, liên kết với nút thơng qua thép góc Nút giàn vị trí quan trọng để liên kết thanh, giao điểm đương tim tốt giao điểm nút để tránh tải trọng tác dụng lệch tâm Trong trường hợp ghép từ mối hàn nhà máy Liên kết thơng qua nút tiến hanh ngồi trường tốt bulông bulông cường độ cao Đối với tiết diện vách đứng nút đơn Các tiết diện H hộp đựoc liên kết nút kép Bản nút thường cấu tạo hai thép liền Khi cạnh tự nút chịu nén, cần tăng cường sườn thép góc để chống ổn định Khi thiết kế, cần ý đến khả ứng suất nút thi công ngược dấu ứng suất khai thác Bản nút thiết kế theo phương pháp tiết diện dựa cường độ qui ước vật liệu Theo phương pháp tiết diện bao gồm việc nghiên cứu ứng suất nhiều mặt phẳng nút giàn Tuy nhiên gặp nút có hình dạng bất thường dùng phương pháp phần tử hữu hạn Khi thiết kế nút ngồi u cầu chịu lực phải thõa mãn u cầu cấu tạo cẩu lắp Lực dọc tác dụng từ vào khỏi nút giàn tạo thành khối ứng suất cắt quanh liên kết, giả thiết có góc nghiêng khoảng 300 trình bày hình sau (đường 1-5 4-6): Working line ° 30 Working line L or b A C D A Working line Hình 26: Nguyên tắc thiết kế nút.( hình vẽ giả định ) Trình tự thiết kế nút giàn: - Vẽ đường tim giàn SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 55 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí - Xác định phận cần liên kết mặt phẳng giàn dầm ngang, hệ liên kết dọc - Xác định loại hình liên kết - Cấu tạo đầu cần nối Bản nút thiết kế theo cường độ thiết kế trung bình giàn chịu tải trọng có hệ số không nhỏ 75% cường độ thiết kế Cường độ thiết kế lấy trị số nhỏ của: + Cường độ + Khả cột nhịu nén + Cường dộ dựa tỉ số rộng /dày Các góc xiên phải đặt sát vớu vách đứng biên đứng Bulông để liên kết nút phải đặt trọng tâm - Xác định đường bao nút Bước chủ yếu phụ thuộc vào xiên - Xác định chiều dày nút thỏa mãn điều kiện Tr.144 sách Cầu thép Ta kiểm tra phần sau - Thiết kế mối nối (tại nút) theo khả chịu lực Bố trí nút liên kết phụ để cân với cần nối (bản đệm, táp) - Xác định vị trí lỗ bulơng khoảng cách đến hai đầu 2.1 Tính số bulơng liên kết giàn: Chọn bulơng cường độ cao có đường kính danh định 20mm, đường kính lỗ chuẩn 22mm Cơng thức xác định số bulông: nbl = Pr Rn (4.1) Trong đó: Pr: sức kháng Rn: sức kháng danh định nhỏ bulơng 2.1.1 Tính sức kháng danh định bu lông Trong cầu, mối nối bu lông chịu ép mặt không dùng liên kết chịu ứng suất đổi dấu, nút ta dùng liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát * Sức kháng trượt danh định bu lông (A6.13.2.8) Rn = KhKSNSPt (4.2) Trong đó: KS : hệ số điều kiện bề mặt qui định, chọn bề mặt loại B, KS = 0,5 Kh : hệ số kích thước lỗ, với lỗ tiêu chuẩn, Kh = NS : số lượng mặt ma sát cho bulông, Ns = P t: lực căng tối thiểu yêu cầu bulông, với bulông 20 mm A325M, P t = 142MPa Vậy: Rn = 1.0,5.1.142 = 71 kN Sức kháng tính tốn bu lông : Rntt = Rn ϕ b = 71 0,8 = 56,8 kN Dựa vào trị số Rn tính ta chọn sức kháng danh định nhỏ bu lông là: Rn = 56,8 kN SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 56 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí * Do AASHTO yêu cầu liên kết với nút phải truyền 75% cường độ thiết kế giá trị trung bình tải trọng có hệ số cường độ thiết kế Ta chọn :  Sức kháng = Max( 0,75Pr , (Pr+Nmax)/2) 2.1.2 Tính chọn số bulơng: Số lượng bu lông để liên kết giàn nút số tính bảng sau: Bảng 42:Số lượng bulơng thực tế chọn bố trí giàn nút chịu Pr số BL Thanh lực Pr(kN) 75%Pr Nmax 0.5(Pr+Nmax) (chọn) Rn(kN) n(bulông) chọn 43' nén 4177.9 3133.43 3418.4 3798.15 3798.2 56,8 66,86 80 45' nén 5772.7 4329.53 4912.1 5342.4 5342.4 56,8 78.9 80 43 nén 2694.7 2021.03 1968 2331.35 2331.4 56,8 41,04 56 45 kéo 3232.7 2424.53 1388.73 2310.715 2424.5 56,8 42,68 56 44' kéo 2496.6 1872.45 970.66 1733.63 1872.5 56,8 32,96 36 2.2 Bố trí bulơng: Dựa vào u cầu sau: - Khoảng cách tối thiểu tim bulông đến tim bulông không nhỏ ba lần đường kính: d ≥ 3.20 = 60mm - Để đảm bao ép xit mối nối, chống ẩm, khoảng cách từ hàng bulơng ngồi đến cạnh tự nối hay thép hình phải thỏa mãn: S ≤ (100 + 4t) ≤ 175, với t chiều dày nhỏ nối hay thep hình - Khoảng cách nhỏ từ lỗ bulơng đến mép qui dịnh bảng 5.3 Tr.165 sách Cầu thép không lớn lần chiều dày nối mỏng 125mm 3.Tính tốn nút giàn số 4: SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 57 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 1682 50 70 110 70 50 60 6060 720 60 A C28 065 80 12 A D 30° 60 e=330 N45' 48 L or b =577 N43' 9x80 80 60 60 130 60 60 80 12 80 60 N45 N43' N44' Hình 27 : Tính tốn nút nút giàn số Căn vào số lượng bố trí nút, diện tích tiết diện thanh, số lượng bu lơng liên kết để định cấu tạo nút, bố trí phải thoả mãn nguyên tắc cấu tạo bu lông Chọn sơ chiều dày nút δ = 20mm Kiểm tra nút giàn số thỏa mãn điều kiện sau: 3.1) Tải trọng tác dụng lên xiên chia thành thành phần song song vng góc với đường A-A Ứng suất cắt xuất dọc theo tiết diện nghiêng theo đường A-A qua hàng bulông cuối Tổng ứng suất cắt phải cân với lực ngang xiên (nếu có chiều) Ứng suất cắt (gọi fV) không vượt fy/1.35 Trong fy cường độ chảy thép, MPa - Điều kiện: fV ≤ fY 1,35 V M + - Tính fV: fV = An I n (4.3) (4.4) Trong dó: + V: lực cắt có hệ số lớn xuất nút theo phương ngang V = ∑N.cosα, với N.cosα lực dọc chiếu lên phương ngang + An: diện tích thực nút sau trừ giảm yếu bulông, với nút: 2Ang = 2.1682.20.10-2 = 672,8 cm2 An = 2.Ang – 2.4.2.( + 0,3) = 636 cm2 + M: mômen xuất nút lực dọc lệch tâm, SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 58 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí M = ∑NY.e, với e = 330mm khoảng cách từ giao điểm đến tiết diện A-A (trên hình 27) + In: mơmen qn tính tiết diện thực qua trục A-A, trục bị giảm yếu lỗ bulơng hình vẽ (mỗi lỗ bulơng đường kính bulơng cộng thêm 3mm (Tr.152 sách Cầu thép) Ta tính được: 20.1682 ).10-4 = 1586195 cm4 12 Igy= .20.(20+3)3 10-4 = 16,22 cm4 12 Ing = 2.( In = Ing - Igy = 1586178 cm4 Kết tính tốn cho bảng: Bảng 43: Thanh Lực Nmax,kN Cosα V,kN An,cm2 43 Nén 1968 0,591 1983,8 636 45 Kéo 1388.73 0,591 Ta thấy: fV = 72,464 MPa < fy 1,35 = 250 1,35 e,mm M,kN.m 330 654,65 In,cm4 fV,MPa 1586178 72,464 = 106,9MPa => Đạt 3.2) Ứng suất nén xuất mép nút dọc theo tiết diện A-A thành phần lực thẳng đứng xiên tác dụng điểm C D thành phần lực đứng chịu nén phản lực dầm ngang Ứng suất nén không vượt ứng suất cột có chiều dài tự L b Nếu tỉ số mảnh L/r = 12 L/t mép nút chịu nén lớn 120, ứng suất nén mép bị vượt quá, phải cấu tạo thêm thép góc tăng cường Tỉ số L/r tiết diện tạo thép góc cộng 300mm cho phép cột Ngồi kiểm tra L/r nút chịu nén, tỉ số rộng /dày b/t cạnh tự phải kiểm tra để đảm bảo ứng suất không vượt 348 f y * Tại nút số ta có: ∑Nđứng = (N43 – N45).sinα = ( 1968 – 1388,7 ) sin 53044’46” = 467,15 MPa * Ứng suất mép tiết diện A-A : fc = P 6M + A td (4.5) Trong đó: P: Ứng suất theo phương thẳng đứng ; P = ∑Nđứng = 467,15 KN A: Diện tích nút mặt cắt A-A ; A=2.20.1682 = 67280 mm2 M: Mômen gây lực P tiết diện kiểm tra ; M= P.sin α e e: khoảng cách từ điểm giao xiên đến điểm C(hoặc D) ; SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 59 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí e= 330 mm 467,15.10 6.467,15.0,806.330.10 =20,07 Mpa + 67820 20.1682  fc= Ta có: b = L = 577 mm, t=20mm b/t = 28,85 20,07 MPa → Đạt 3.3) Tại xiên: V1 + V2 ≥ Pd (4.7) Trong đó: Pd: lực xiên (N) V1: sức kháng cắt (N) dọc theo đường 1-2 va 3-4, V1 = Ag.fy Ag: diện tích tiết diện nguyên dọc theo tuyến mm2 V2: sức kháng dọc trục (N) theo tiết diện 2-3 dựa A n.fy cho xiên Ag.Fg cho xiên chịu nén An: diện tích thực, mm2 tiết diện Fg: ứng suất nén cho phép Ta có bảng kiểm tra sau (tính cho nên lấy Pd = Nmax/2) Bảng 44: Ag23, Thanh A12, A34, fy, V1, An23, Fg or fy, V2, Lực xiên mm2 mm2 MPa kN mm2 MPa kN mm2 43 Nén 9600 9600 250 4156,9 5600 4220 250 1400 45 Kéo 9600 9600 250 4156,9 5600 4220 250 1055 SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A chịu lực kéo V1+V2, kN 5556,9 5211,9 Trang: 60 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Kiểm tra bảng sau: Bảng 45: Thanh xiên V1+V2, kN 43 5556,9 45 5211,9 Nmax, kN 1968 1388,7 Pd, kN 984 694,35 Kết luận Đạt Đạt 3.4) Giả thiết ứng suất truyền từ xiên vào nút phạm vi đường xiên 30 so với trục tính từ hàng bulơng ngồi (đường 1-5 4-6 hình 27 ) Như ứng suất tiết diện vng góc với trục xiên hàng bulông cuối (theo đường 5-6) phạm vi vùng hình thang không vượt f y tiết diện thực xiên chịu kéo Fg xiên chịu nén Dựa vào hình vẽ ta thấy đường 5-6 cắt qua bulông, đường 5-6 dài 1065 mm, từ tính Ag, An (tính cho nút) Kết tính tốn kiểm tra cho bảng tính sau: Bảng 29: Thanh Lực Nmax,kN Ag, mm2 An, mm2 f56, MPa Fg or fy, MPa Kết luận 43 Nén 1968 42600 38920 50,56 250 Đạt 45 Kéo 1388,7 42600 38920 35,68 250 Đạt Như nút thỏa tất điền kiện kiểm tra 4) Thiết kế mối nối biên nút theo khả chịu lực Dựa theo nguyên lý cân lực N N = ⇒ Athanh = Anút Athanh Anút (4.8) Theo phần ta có : - Đối với 45’ : Athanh = 292,32 cm2 Anút = (2.20.350)/100 = 140 cm2 Chọn táp có bề dày 12 mm ⇒ Anút = 140 + (4.1,2.35) = 308 cm2 - Đối với 43’ : biên có bề dày nhỏ 45’ nên ta bố trí thêm đệm dày 8mm Hình vẽ thể việc bố trí táp đệm biểu diễn hình SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 61 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Thanh 45' Bn tạp Bn tạp Thanh 43' Bn tạp Bn nụt Bn tạp Bn âãûm Bn nụt Vậy ta chọn nút dự kiến có kích thước sau: 20 242 1130 888 1682 320 1042 320 Hình 28: Kích thước nút (một bản) Bố trí thành phần nút sau: SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 62 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 1682 Thanh 43' 9x80 6060 720 BÂ 350x28 20 BN 400x28 400 10 5500 930 1 930 7500 5500 7500 400 60 Tha nh 43 930 7500 BN 400x12 12 BN 400x12 250 BÂ 250x12 BÂ 400x14 5500 14 5500 400 400 60 400 12 BN 400x12 80 80 12 930 BÂ 400x12 60 60 130 60 120 12 80 7500 120 400 12 80 400 60 Thanh 45' 28 60 350 350 BN 400x20 60 28 BÂ 350x20 50 70 110 70 50 20 45 nh Tha Thanh 44' Hình 29: Mặt cắt diện nút giàn số TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Sách cầu thép : GS.TS Lê Đình Tâm 2) Bài giảng cầu thép : ThS Nguyễn Văn Mỹ 3) Cơ sở thiết kế ví dụ tính tốn cầu dầm cầu giàn thép ( Nguyễn Bình Hà – Nguyễn Minh Hùng ) 4) Kết cấu nhịp cầu thép : GS.TS Nguyễn Viết Trung 5) Sách cầu thép : POLIVANOP 6) Tiêu chuẩn thiết kế cầu 272-05 7) Các tài liệu diễn đàn : http://cauduongbkdn.com/forums SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: 63 ... cho kết cấu: -Thép kết cấu M270 cấp 250 có FY = 250Mpa - Bê tơng mặt cầu có f’c = 30Mpa - Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao Chọn sơ đồ kết cấu nhịp - Chọn giàn có đường biên song song .Giàn. .. phần thiết kế dầm dọc 4.3 Dầm ngang: - Các dầm ngang đặt nút giàn chủ, cách khoảng khoang giàn d = 8.0m - Chiều cao dầm ngang kích thước khác tính xác phần thiết kế dầm ngang 4.4 Liên kết dọc... dọc dọc giàn chủ: SVTH: NGUYỄN CƯƠNG Lớp: 04X3A Trang: Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hình 2: Liên kết dọc dọc giàn chủ 4.5 Chọn sơ tiết diện giàn chủ: - Chọn tiết diện kiểu chữ H biên giàn -