đồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơn, đồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơn, đồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơnđồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơnđồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơnđồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơnđồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơnđồ án thiết kế cầu thép dầm giản đơn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BỘ MÔN CẦU VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP _ SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN ĐỨC TRUNG 72260 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN MINH HÙNG 60CD5 Hà Nội, 11/03/2019 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC BẢNG BIỂU ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP CHƯƠNG SỐ LIỆU THIẾT KẾ I Số liệu, kích thước hình học đầu vào: - Chiều dài nhịp: 30.5 m Chiều dài nhịp tính toán: 30 m Khổ cầu: 12 m Bề rộng xe chạy: 11 m Loại tiết diện: dầm thép I liên hợp với mặt cầu bê tông cốt thép Số dầm chủ: dầm II Số liệu vật liệu tiêu chuẩn tính tốn: - Bê tơng mặt cầu: C30 có Thép sử dụng cho sườn dầm biên loại: M270 cấp 345 có độ chảy min: - Thép sử dụng cho tiết diện ngang loại M270 cấp 345 có Thép sử dụng cho sườn tăng cường loại M270 cấp 345 có Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP CHƯƠNG THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU I Dầm chủ: • Bố trí dầm chủ mặt cắt ngang : Có dầm chủ, loại dầm thép I, có chiều dài 30.5m - Khoảng cách từ tim dầm chủ đến tim dầm chủ: ( - Chiều dài hẫng: • Chọn kích thước cấu tạo dầm chủ : Dầm chủ làm tiết diện I ghép có kích thước Bảng 2-1 Bảng 2- Thống kê kích thước (mm) Chiều cao dầm Bề dày sườn Chiều cao sườn dầm Bề rộng biên Bề dày biên 1180 16 1108 300 24 Bề rộng Bề dày Bề rộng Bề dày biên biên biên biên dưới dưới 300 24 • Sườn tăng cường đứng : - Bố trí đầu gối, vị trí có liên kết ngang - Chiều dày: - Giữa hai bên sườn dầm vát góc vng: 60x60 mm II Liên kết ngang: Dùng thép hình chữ I cán nóng loại “W” : W610x125 - Diện tích : A= 15900 mm - Chiều cao : d = 617 mm - Rộng biên : b = 229 mm - Dày biên: - Dày vách: - Bố trí liên kết ngang dọc theo chiều dài nhịp t = 19.6 mm 400 24 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP 4300 250 4300 4300 4200 4300 4300 4300 250 30500 Hình 2- Chiều dài nhịp III.Bản mặt cầu: Bản mặt cầu đổ bê tông chỗ liên hợp với dầm thép thông qua đinh neo chống cắt - Chiều dày mặt cầu: 200mm - Chiều cao vút: 60 mm - Bệ rộng vút: 60 mm - Chiều dày lớp phủ: 75 mm - Độ dốc ngang cầu: 2% IV Lan can: Lan can có kích thước hình vẽ: Diện tích lan can: 50 75 300 875 500 200 500 Hình 2- Mặt cắt lan can V Mặt đường xe chạy: Mặt đường xe chạy gồm lớp cách nước lớp bê tơng nhựa có chiều dày trung bình 75mm VI Hình vẽ thể cấu tạo, kích thước mặt cắt ngang cầu: ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2460 60 24 200 200 THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP 16 1108 1156 24 400 24 24 1180 1108 140 300 Tiết diện nhịp Tiết diện đầu dầm Hình 2-3 Mặt cắt ngang dầm 11000 500 1180 60200 875 500 1200 9600 Hình 2-4 Mặt cắt ngang cầu 1200 CHƯƠNG THIẾT KẾ DẦM CHỦ I Tính tốn nội lực tĩnh tải: Dầm 1.1 Trọng lượng dầm chủ: 1.2 Trọng lượng phận cấu tạo dầm: Trọng lượng phận như: sườn tăng cường, mối nối, đinh neo… giả thiết lấy 10% trọng lượng dầm chủ: 1.3 Trọng lượng liên kết ngang tác dụng lên dầm: 1.4 Trọng lượng mặt cầu ( kể vút) tác dụng lên dầm: 1.5 Trọng lượng lan can tác dụng lên dầm: 1.6 Trọng lượng lớp phủ mặt cầu tác dụng lên dầm: DẦM NGOÀI Trọng lượng liên kết ngang : Trọng lượng phận khác giống với dầm tính Tính nội lực tĩnh tải tác dụng lên dầm Các tải trọng tĩnh tải tác dụng quy tải trọng phân bố theo chiều dài dầm 3.1 Phần tĩnh tải tác dụng lên tiết diện thép đơn thuần: + = 16.128 (N/mm) 3.2 Lớp phủ mặt cầu tác dụng lên tiết diện liên hợp: 3.3 Phần tĩnh tải giai đoạn 2, trừ lớp phủ mặt cầu: (N/mm) =2.472 (N/mm) Vẽ đường ảnh hưởng momen uốn lực cắt: • Đường ảnh hưởng momen uốn tiết diện L/4 7.5 22.5 5.625 Hình 3- Đường ảnh hưởng = Diện tích đường ảnh hưởng momen uốn tiết diện L/4: = Momen uốn tiết diện L/2: 15 15 7.5 Hình 3- Đường ảnh hưởng = Diện tích đường ảnh hưởng momen uốn tiết diện L/4: = • Lực cắt tiết diện đầu dầm: 10 300 24 1058.6 1108 97.4 24 60 200 300 Hình 3-34 Tiết diện đầu dầm • Momen tĩnh: • Momen quán tính: 1.2.2.2 Tiết diện chưa cắt táp (áp dụng cho tiết diện nhịp) 45 400 24 24 981.6 1108 198.4 24 60 200 300 Hình 3- 35 Tiết diện nhịp • Momen tĩnh: • Momen qn tính: 1.3 Sức kháng cắt neo theo điều kiện mỏi : Trong : α = 238 - 29.5lgN N - chu kỳ ứng suất mỏi N = 248.2106 chu kỳ (đã tính mục IX) α = 238 - 29.5lg(248.2106) = -9.647 < Vậy lấy Zr = 19d2 = 19202 = 7600 (N) = 7.6KN 1.4 Tính lực trượt dầm thép • Lực trượt : • Bươc neo tính theo cơng thức 46 n - số đinh hàng Theo yêu cầu cấu tạo: Bước neo từ tim đến tim neo không 600 mm không nhỏ lần đường kính thân neo (A.6.10.7.4.1b): 120 ≤ p ≤ 600 (mm) Bảng 3-26 Bảng tính tốn bước neo Mặt cắt Thông số Đơn vị Vsr N Qst mm3 15.442106 15.442106 21.504106 Ix st mm4 1.8021010 1.8021010 2.7991010 Zr N 7600 7600 7600 n 3 Vh N 110.69 91.96 77.23 p mm 206 248 295 pchọn mm 200 240 280 Đạt Đạt Đạt 120 ≤ p ≤ 600 Đầu dầm L/4 129.194103 107.336103 L/2 100.529103 Đối với nhịp đơn giản, mặt cầu tham gia làm việc với dầm tồn chiều dài nhịp cầu Do đó, ta bố trí đinh neo chống cắt tồn chiều dài nhịp cầu 47 • • • Đinh neo chống cắt bố trí thành hai khoảng : - Từ tiết diện đầu dầm đến tiết diện L/4 bố trí bước neo: 200mm - Từ 1/4 nhịp bên sang 1/4 nhịp bên bố trí bước neo: 240mm Như vậy, tổng số lượng neo bố trí tồn chiều dài cầu dầm là: Tổng số lượng neo dùng toàn dầm là: Nsc = 5413 = 2065 (neo) 1.2 Kiểm tra theo TTGHCĐ 1.2.1 • Xác định sức kháng cắt neo đinh hình nấm Sức kháng uốn danh định neo đinh hình nấm tính theo cơng thức: Diện tích mặt cắt ngang neo: Cường độ chịu kéo nhỏ neo Fu = 450Mpa Cường độ chịu nén thiết kế bê tông f’c = 30MPa Mô đun đàn hồi bê tơng: Vậy • Sức kháng cắt neo đinh hình nấm 1.2.2 Xác định lực trượt danh định Tính Vh theo hai công thức sau lấy trị số nhỏ hơn: = 345(30024+ 110816+ 30024) = 11084.2103(N) Vậy Vh = 11084.2103(N) • Số lượng neo bố trí dầm từ điểm có mơ men dương lớn đến điểm có mơ men tính theo cơng thức: =92.24 (neo) Lấy 93 neo • Số lượng neo tồn dầm: =930 (neo) Kết luận: số lượng neo tính tốn theo TTGH mỏi khống chế với 48 Tính liên kết biên dầm với sườn dầm • Tính cho tiết diện đầu dầm: Xác định momen tĩnh: - Tiết diện dầm thép đơn thuần: Khoảng cách từ trọng tâm biên đến TTH: - Tiết diện liên hợp dài hạn: - Tiết diện liên hợp ngắn hạn: • Lực trượt đơn vị chiều dài: • • Chiều cao có hiệu mói hàn: ứng suất cắt lực trượt gây • • ứng suất cắt tải trọng bánh xe gây nhỏ so với nên đồ án bỏ qua Kiểm tra cường độ mối hàn: Chọn que hàn E7018 có cường độ mối hàn Fexx = 345MPa Hệ số sức kháng mối hàn tính cắt song song với trục mối hàn TGHCĐ1: Φe2 = 0.8 Sức kháng cắt mối hàn: Rr = 0.6Φe2.Fexx = 0.60.8345 = 165.6 (MPa) Kiểm tra: f = fH < Rr => mối hàn đảm bảo cường độ Tính đứng gối 3.1 Diều kiện độ mảnh Chiều rộng phần chìa STC: bt =140 mm Chiều dày STC: = 22 mm Cường độ chảy STC: Fys = 345 MPa Kiểm tra điều kiện: bt => Đạt 49 3.2 Kiểm tra điều kiện ép mặt Diện tích thực phần STC tỳ lên biên gối: Apn = 22 (140-60)2 = 3520 (mm2) Giới hạn chảy thép làm STC: Fys = 345MPa Hệ số sức kháng tỳ mặt: Φb = 1.0 Sức kháng tỳ mặt tính tốn: Br = ΦbApnFys = 1.03520345 = 1214400 (N) =1214.4 KN Kiểm tra: R = V = 1155.34 KN < Br => Đạt 3.3 Kiểm tra điều kiện ổn định : Các kích thước đứng gối : 16 296 140 22 310 140 18 Diện tích tiết diện : Momen quán tính : Bán kính quán tính : Dộ mảnh : Vì => sức kháng nén danh định: =3791.71 (kN) Hệ số sức kháng nén: Φc = 0.9 Sức kháng nén tính tốn: Pr = ΦcPn = 0.93791.71 = 3412.53 (KN) 50 Kiểm tra: R = 1155.34 KN < Pr =>Đạt 3.4 Kiểm tra mối hàn STC gối vào sườn dầm Chiều cao đường hàn: hh = 12 mm Chiều dài đường hàn: lh = 620 mm Số lượng đường hàn: nh = Giới han chảy: Fy = 345 MPa Hệ số sức kháng hàn: Φh = 0.8 Sức kháng liên kết: Ph = Φh.0,6Fy.nh.lh.0,7hh = 0.80.634549880.712 = 5497.39103 (N) = 5497.39 KN Kiểm tra: R = 1155.34 KN < Ph => Đạt Tính mối nối: Chia dầm thép thành đoạn, có chiều dài : 10+10.5+10 =30.5 m 30500 10000 10500 10000 Hình 3- 36 Mặt cắt dọc cầu 4.1 Tính mối nối bụng dầm : 4.1.1 • Xác định nội lực vị trí mối nối : Do hoạt tải : - Tính momen uốn : 9.75 22.25 1.2m 110kN 110kN 4.3m 145kN 4.3m 35kN 145kN WL=9.3 N/mm ÐAH MN y3 y1=6.581 y4 y2 Hình 3- 37 ĐAH MMN 51 + Xe tải trục : =145( + Xe tải trục : =110( Vậy xe tải trục khống chế : + Tải trọng : Suy : =0.8 - Tính lực cắt : 9.75 22.25 1.2m 110kN 110kN 4.3m 145kN 4.3m 35kN 145kN WL=9.3 N/mm ÐAH VMN y1 y4 y3 y2 Hình 3- 38 ĐAH VMN + Xe tải trục : =145( + Xe tải trục : 52 =110( Vậy xe tải trục khống chế : + Tải trọng : (bỏ qua phần tải trọng xếp phần âm cua ĐAH) Suy : =0.8 • Do tĩnh tải : Với ĐAH mơ men uốn lực cắt hình vẽ, để tính nội lực tĩnh tải, cần lấy tải trọng phân bố nhân với diện tích ĐAH Bảng 3-27 Momen uốn lực cắt tiết diện mối nối tải trọng không hệ số: q MMN Tải trọng VMN (KN) (KN/m) (KNm) D1 15.736 1553.438 107.546 D2 2.472 244.033 16.895 DW 3.642 359.534 24.891 LL+IM 2572.904 239.443 Bảng 3- 28 Tổ hợp nội lực tiết diện mối nối theo TTGHCĐ1 4.1.2 M (KNm) Thép đơn 1941.798 134.433 Liên hợp dài hạn 844.342 58.455 Liên hợp ngắn hạn 4502.582 419.025 V (KN) Tính momen quán tính sườn dầm - Tiết diện dầm thép: - Tiết diện liên hợp dài hạn: - Tiết diện liên hợp ngắn hạn: 4.1.3 • Tiết diện làm việc Xác định lực tác dụng lên sườn dầm TTGHCĐ1 Lực cắt giả thiết sườn dầm chịu hồn tồn: 53 =611.913 (kN) • Momen uốn sườn dầm chịu: 4.1.4 Xác định nội lực tác dụng lên sườn dầm TTGHSD: 4.1.5 Tính tốn số bu lơng theo điều kiện sức kháng trượt (TTGHSD) (kN) Sử dụng bu lông cường độ cao, Φ24mm (M253), liên kết ma sát 4.1.5.1 Xác định sức kháng trượt bu lông CĐC.(A.6.13.2.8) Lực kéo yêu cầu nhỏ bu lông (bảng 6.13.2.8-1): Pt = 257KN Số mặt phẳng ma sát: Ns = Hệ số kích thước lỗ (bảng 6.13.2.8-2, với bu lông lỗ tiêu chuẩn): Kh = Hệ số điều kiện bề mặt (bảng 6.13.2.8-3, với bề mặt loại B): Ks = 0.5 Sức kháng trượt bu lông: Pr = Pn = Kh.Ks.Ns.Pt = 10.52257 = 257 (KN) 4.1.5.2 Xác định lực tác dụng lên bu lông Theo phương đứng chọn 14 bu lông, bố trí cách 75mm Bu lơng ngồi cách mép nối 50mm Số bu lông hàng ngang chọn theo tính tốn Gọi số bu lông hàng là: m Lực tác dụng lên bu lông lực cắt: Lực lớn tác dụng lên bulong momen uốn : (kN) Hợp lực tác dụng lên bu lông: = Điều kiện R Chọn số bulong hàng là: m=3 54 520 50 1075 13@75=975 50 49 80 80 102 80 80 49 55 80 80 90 80 80 55 520 Hình 3-39 Bản nối sườn dầm 4.1.6 Kiểm tra sức kháng cắt bulong theo TTGHCĐ1 4.1.6.1 Xác định sức kháng cắt: Với đường ren nằm mặt phẳng cắt ta có: Diện tích mặt cắt ngang bulong: Cường độ chịu kéo nhỏ bu lông: Fub = 820 MPa Số mặt phẳng cắt: Ns = Hệ số sức kháng cắt bu lông: Φs = 0.8 Sức kháng cắt bu lông: Pr = Φs.Pn = Φs.0,48.Ab.Fub.Ns 4.1.6.2 xác định lực tác dụng lên bulong: Lực tác dụng lên bu lông lực cắt: Lực lớn tác dụng lên bu lonong momen: (kN) Hợp lực tác dụng lên bulong: = 55 Kiểm tra R Đạt 4.1.7 Kiểm tra sức kháng ép mặt bulong: Chọn khoảng cách trống lỗ bu lông đầu nối: L c = 38 mm Chiều dày sườn dầm: t = 16mm Cường độ kéo vật liệu liên kết: Fu = 450 MPa Hệ số sức kháng ép mặt: Φb = 1.0 Sức kháng ép mặt bu lông: Pr = ΦbPn = Φb.1,2.Lc.t.Fu = 1.01.23816450 = 328320 (N) = 328.32KN Lực tác dụng lên bu lông: R = 212.75KN Kiểm tra: R < Pr => Đạt 4.1.8 Kiểm nối sườn dầm chịu cắt Diện tích nguyên nối: Ag = twp.hwp = 161075= 17200 (mm2) Giới hạn chảy thép làm nối: Fy = 345MPa Hệ số sức kháng cắt: Φv = Sức kháng cắt nối sườn dầm: Pr = Φv.Pn = Φv.0.58.Ag.Fy = 1.00.5817200345 = 3441720 (N) = 3441.72KN Lực cắt tác dụng lên sườn dầm truyền lên nối: Vw = 611.913 kN Kiểm tra: Vw < Pr => Đạt 4.2 Tính mối nối biên dầm 4.2.1 Tính tốn , bố trí bu lơng mối nối biên dầm Mối nối biên dầm tính theo phương pháp cân cường độ Diện tích biên dầm: Af = bf.tf Cường độ giới hạn cho phép vật liệu làm biên dầm Fr = 345MPa Lực dọc lớn biên dầm: N = Fr.Af = 345x300x24 = 2484000 (N) = 2484KN Sử dụng bu lông cường độ cao Φ24mm, có hai mặt phẳng ma sát Sức kháng trượt tính mục 4.1.5.1: Pr = 257KN Số bu lông cần thiết để nối biên dầm: Bu lông bố trí hai hàng dọc, cách 180mm Khoảng cách từ bu lông đến mép biên 60mm Bước bu lơng theo phương dọc 80mm • Hình vẽ thể bố trí bu lơng biên: Bố trí bu lông biên dưới: 56 80 80 80 170 80 80 80 80 55 60 55 80 300 60 180 d=15 920 Hình 3-40 Bản nối biên 80 80 80 183 80 80 80 80 48 60 180 d=15 300 60 49 80 920 Hình 3- 41 Bản nối biên 4.2.2 Tính nối biên dầm chịu kéo Chọn nối biên dầm có kích thước (mm): Biên trên: 91030015; 910120 Biên dưới: 910300; 910120 Diện tích tiết diện nguyên: Ag = 30015+120152 = 8100 (mm2) Diện tích tiết diện trừ giảm yếu: An = 8100 - 241622 = 6964 (mm2) Cường độ chảy vật liệu làm nối: Fy = 345MPa Cường độ chịu kéo đứt vật liệu làm nối: Fu = 450MPa Hệ số sức kháng chảy vật liệu làm nối: Φy = 0.95 Hệ số sức kháng đứt gãy vật liệu làm nối: Φu = 0.8 Hệ số triết giảm xét đến trễ trượt liên kết: U = 1.0 Sức kháng nối phải lấy giá trị nhỏ của: Pr1 = Φy.Fy.Ag = 0.953458100 = 2654775 (N) Và: Pr2 = Φu.Fu.An.U = 0.845069641.0 = 2507040 (N) Vậy: Pr = Pr2 = 2507.04 KN Lực dọc lớn biên tính trên: N = 2484 KN Kiểm tra: Pr > N=>Đạt 57 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP Bảng 3- 29 Bảng tra trọng lượng thép theo độ dày 1m2 Độ dày (mm) Ngang (mm) Dài (mm) Trọng lượng (kg) 10 12 14 15 16 18 20 22 24 25 26 28 30 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 15.7 23.55 31.4 39.25 47.1 62.8 78.5 94.2 109.9 117.75 125.6 141.3 157 172.7 188.4 196.25 204.1 219.8 235.5 58 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đình Tâm, Cầu thép, Nhà xuất Giao thơng vận tải, 2004 [2] Lê Đình Tâm, Nguyễn Tiến Oanh, Nguyễn Trâm, Xây dựng cầu thép, Nhà xuất xây dựng, 1996 [3] Wai Fan Chen and Lien Duan, Bridge Engineering Handbook, CRC press, NewYork, 2000 [4] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, 2005 [5] Richard M.Baker, Jay A.Pucket, Design of highway bridge, MC Graw Hill, 1997 59 ... dầm: 1. 2m 11 0kN 11 0kN 4.3m 4.3m 35kN 14 5kN 14 5kN 0.96 0.86 9.3N/mm 0. 71 Hình 3- 13 Đường ảnh hưởng =14 5 (1+ 0.857)+35 = 414 .08kN 4 .1. 4 Lực cắt tiết diện nhịp: 1. 2m 11 0kN 11 0kN 4.3m 4.3m 35kN 14 5kN 14 5kN... ngang cầu: ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2460 60 24 200 200 THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP 16 11 08 11 56 24 400 24 24 11 80 11 08 14 0 300 Tiết diện nhịp Tiết diện đầu dầm Hình 2-3 Mặt cắt ngang dầm 11 000 500 11 80 60200... (kN.m) L/4 L L/2 2 212 .9 295.05 1. 25D2 +1. 5D 7 21. 66 962.22 12 8.30 W Liên hợp ngắn hạn 1. 75 3893.3 5053 .1 710 .12 (LL+IM) 279.2 Tổng 6274.6 8228.2 11 33.4 6 279.2 1. 25D1 16 59.6 Dầm thép Liên hợp dài