Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép -Dầm thép tổ hợp được làm từ thép cacbon M270 cấp 250

Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG, TIẾT DIỆN NGANG CẦU VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 1.1 Cơ sở tính tốn: - Dầm thép tổ hợp làm từ thép cacbon M270 cấp 250 theo bảng (A6.4.1.1) có cường độ chảy nhỏ Fy = 250MPa cường độ chịu kéo nhỏ Fu = 400MPa - Tổng quát {A6.10.1} Thiết kế dầm chịu uốn theo: + TTGH cường độ + TTGH sử dụng + TTGH mỏi đứt gãy cho chi tiết 1.2 Chọn dạng mặt cắt ngang chiều dài tính tốn : - Chiều rộng phần xe chạy: B1 = 8m - Chiều rộng phần người bộ: B2 = x 1,5m - Chọn dạng bố trí phần người mức với phần xe chạy, dùng vạch sơn rộng 25cm - Chiều rộng lan can: B3 = 50cm Vậy: Chiều rộng toàn mặt cầu xác định: B = B1 + 2B2 + 2B3 =8+2.1,5+2.0,5+2.0.25= 12,5m 1.2.1 Chiều dài tính tốn: Chiều dài tính tốn cầu dầm giản đơn nhịp: Ltt = Ld - 2.a = 26–2.0,3= 25,4m Với a: khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối, chọn a=0,3m 1.2.2 Số lượng dầm chủ: - Số dầm chủ: Nb =6 dầm 1.2.3 Chọn kiểu dầm chủ; - Dầm thép chữ I 1.2.4 Bố trí dầm chủ mặt ngang: - Khoảng cách S dầm chủ: S = 2100mm - Khoảng cách từ dầm biên đến mép mặt cầu là: Sk  B  (N b  1).S 12500  (6  1).2100   1000cm 2 SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản 1.2.5 Các lớp phủ mặt cầu Các lớp mặt cầu chọn sau: Lớp phủ asphan, lớp mui luyện lớp phòng nước có độ dày tính chung 75mm.Có dung trọng γlp=22,5 kN/m3 400 1.2.6 Lan can: Chọn lan can có hình dạng sau: 200 100 250 600 250 500 Hình 2.1 Mặt cắt ngang lan can cầu 1.2.7 Chiều dày mặt cầu - Ta có yêu cầu cấu tạo mặt cầu: - Chiều dày tối thiểu mặt cầu BTCT quy định điều (A9.7.1.1) 175mm (không kể lớp hao mòn) - Khi chọn chiều dày phải cộng thêm lớp hao mòn 15mm - Đối với bảng hẫng dầm biên phải thiết kế chịu tải trọng va chạm rào chắn nên chiều dày phải tăng lên 25mm (chiều dày tối thiểu mút hẫng 200mm) theo quy định điều (A13.7.5.3.1) Vậy ta định chọn chiều dày mặt cầu ts = 200mm Dạng mặt cắt ngang cầu chọn hình vẽ: SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản MÀÛ T CÀÕ T NGANG CÁÖ U TÈLÃÛ :1/25 6250 250 VẢ CH SÅN PHÁN LN RÄÜ NG 25CM 4000 4000 2% 6250 250 500 1500 2% 1500 1500 75 200 250 75 1500 100 250 600 400 500 1000 2100 2100 2100 2100 2100 Hình 2.2 Dạng mặt cắt ngang cầu SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 1000 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 2.1 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO - Khoảng cách dầm chủ: S = 2100mm - Số lượng dầm chủ: n = 6dầm - Lớp bảo vệ Mép bản: a = 60mm Mép bản: a = 25mm - Tỷ trọng bê tông: Wc = 2500kg/m3 - Cường độ nén bê tông 28 ngày tuổi: f’c = 30MPa - Giới hạn chảy thép thanh: Fy = 400MPa Es = 200000MPa 2.2 TÍNH TỐN 2.2.1 Ảnh hưởng tải trọng hệ số sức kháng 2.2.1.1 Ảnh hưởng tĩnh tải Các hệ số tải trọng cho tĩnh tải: - Đối với mặt cầu lan can tay vịn: pDCmax = 1,25 pDCmin = 0,9 - Đối với lớp mặt cầu pDWmax = 1,5 pDWmin = 0,65 2.2.1.2 Ảnh hưởng hoạt tải + Hệ số xung kích: IM = 0,25 + Hệ số tải trọng: LL = 1,75 + Hệ số xe: - Đường xe: m = 1,2 - Đường xe: m = 1,0 - Đường xe: m = 0,85 2.2.2 Ngun tắc tính tốn Sử dụng phương pháp phân tích gần để thiết kế mặt cầu BTCT đúc chỗ đúc liền khối {6.2.2.1.6} Mơ hình tính tốn coi mặt cầu dải vng góc với cấu kiện đỡ Khi tính tốn hiệu ứng lực bản, phân tích dải rộng 1m theo chiều ngang cầu Các cấu kiện kê giả thiết tuyệt đối cứng Ta có sơ đồ tính, phần cánh SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản hẫng dầm biên tính theo sơ đồ cơng son, mặt cầu phía tính theo sơ đồ dầm liên tục gối cứng vị trí dầm chủ 2.2.3 Tính tốn nội lực mặt cầu 2.2.3.1 Tính tốn nội lực hẫng Xét trường hợp bất lợi bảng hẫng chịu tác dụng tĩnh tải, bánh xe ô tô người 2.2.3.1.1 Tĩnh tải tác dụng cho dải rộng 1m theo phương ngang cầu - Do trọng lượng thân: DCbmc = 1.ts. = 1.0,2.2500 = 500kg/m = kN/m - Do trọng lượng lan can: Tĩnh tải lan can tay vịn: Plc = 0,06T/m Tĩnh tải bệ đỡ lan can: DClc  2. 25.(0,5.(0,1  0,35).0,25  0,5.(0,2  0,25).0,2  0, 4.0,25  0,559.0,25)  2.0,003.78,5  17,992kN / m - Do trọng lượng thân lớp mặt cầu: + Các lớp mặt cầu chọn sau: Lớp phủ asphan, lớp mui luyện lớp phòng nước có độ dày tính chung 75mm Có dung trọng trung bình lớp: γlp=22,5 kN/m3 DW = 0,075.22,5=1,688 kN/m Mơ hình tải trọng tác dụng lên cánh hẫng hình vẽ: SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản 500 300 1800 145/2 kN DClc 250 650 750 1000 145/2 kN TTL PL DW DCbmc 500 Hình 2.1: Mơ hình tải trọng tác dụng lên cánh hẫng 2.2.3.1.2 Hoạt tải tác dụng cho dải rộng 1m theo phương ngang cầu - Do xe tải thiết kế (Design Truck) Xét bánh xe nặng xe tải thiết kế có trọng lượng P đặt cách mép bệ đỡ lan can 300mm Khoảng cách từ tim bánh xe tới ngàm x = 1000-500-300-250=-50mm Bánh xe không nằm dầm công xôn =>chiều rộng dãi tương đương: E = 0m Chiều rộng tiếp xúc bánh xe b = 510mm Chiều dày mặt cầu tf = 200mm - Do người Chiều rộng lề người 1,5m Tải trọng người 300kg/m2 = 3kN/m2 Tổng hợp kết quả: Giả sử chọn bf = 500mm, ta có bảng tổng hợp kết chiều dài, tĩnh tải hoạt tải sau: Chiều dài L1 (m) L2 (m) L3 (m) L4 (m) 0,75 0,65 0,25 0,25 Trong đó: L1 – Chiều dài hẫng L2 – Khoảng cách từ tim lan can đến ngàm SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản L3 – Chiều dài phần có lớp phủ mặt cầu L4 – Chiều dài đoạn phân bố tải trọng người Với L1, L2, L3, L4, L5 tính theo nhịp có hiệu kê dầm dọc chiều dài cánh hẫng trừ chiều rộng cánh dầm dọc tức b f/2 Tĩnh tải DCbmc DClc (kN) DW (kN/m) (kN/m) 17,992 1,688 Hoạt tải: PL=3kN/m 2.2.3.1.3 Nội lực ngàm Xét hệ số điều chỉnh tải trọng trường hợp sử dụng giá trị cực đại i  = D.R.I ≥ 0,95 Lấy  = 1,0 Mômen ngàm: � L23 L12 L24 �   DC   DC L   DW   PL M = �p1 � bmc p1 lc p2 PL 2 2� � � 0, 752 0, 252 0, 252 � 1, 25.5  1, 25.17,992.0, 65  1,5.1, 688  1, 75.3 = 1, � � 2 � � = 16,620 kNm Lực cắt ngàm  p1 DC1 L1   p1 DC2   p DW L3   PL PL.L4 � V =  � � � = 1,0. 1, 25.5.0, 75  1, 25.17,992  1,5.1,688.0, 25  1,75.3.0, 25 = 29,123 kN SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản 2.2.3.2 Tính tốn nội lực kiểu dầm H.1 H.2 Đối với cầu dầm phân tích mơ hình dải liên tục, kê dầm chủ Đối với mặt cầu dầm có mặt cắt hình hộp phân tích theo mơ hình dải ngàm đầu tính theo phương pháp gần với đường lối tính tốn mơmen dương mặt cắt nhịp mơ hình giản đơn kê gối khớp Trị số mômen mặt cắt nhịp đầu ngàm xác định theo công thức: M 0,5 L k M 00,5.S Với M 0,5.S – mômen ngoại tải gây mặt cắt nhịp dầm giản đơn Trong đó: k: hệ số xét đến tính chất ngàm hai đầu k= 0,5 xác định momen dương k= – 0,8 xác định momen âm S – nhịp có hiệu bản, S = 2,1 – 0,5/2 = 1,85m (giả thiết bf = 0,5m) 2.2.3.2.1 Nội lực tĩnh tải 1m dài cầu Tĩnh tải tính tốn tồn bộ: SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản DL = 1,25DC1 + 1,5DW = 1,25.5 + 1,5.1,688 = 8,782 kN/m Mômen mặt cắt nhịp dầm giản đơn tương đương: M 00,5 S  DL. MD = 1,0.8,782.1,852/8 = 3,757kNm Mơmen tính tốn dầm thật:  M 0,5 S  0,5.3,757 = 1,879kNm  M goi  0,8.3, 757 = -3,006kNm 2.2.3.2.2 Nội lực hoạt tải 1m dài cầu + Bề rộng dải tương đương: S = 1850mm < 4600mm nên ta xét xe tải thiết kế, không xét tải trọng xe trục.{3.6.1.3.3} Bề rộng tiếp xúc bánh xe: b = 510mm Chiều dài tiếp xúc bánh xe: l 2,28.10  3.1  IM .P  - hệ số tải trọng,  = 1,75 IM = 25%, P = 0,5.145/2 = 36,25kN l 2,28.10  3.1,751  0,25.36250 = 180,8mm Theo mơ hình tính tốn theo sơ đồ phẵng, tác dụng tải trọng bánh xe quy băng tải dài (b+ts) theo phương ngang cầu có cường độ phân bố cho 1m rộng bản: SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang GVHD: TS.Nguyễn Xn Toản b ts ts /2 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép b+ts S l+t s b+ts S/4 LL Hình 2.2: Phân bố bánh xe dải mặt cầu - Với mômen dương: E = 660 + 0,55.S = 660 + 0,55.1850 = 1677,5mm > 1000mm LL1 = P 36,25 = = 15,22kNm 2(b  t s ).E 2(0,51  0,2).1,6775 (0,51  0, 2) � 1,85 /  (0,51  0, 2) / 1,85 1,85 � �   MP = =0,265 2 1,85 / 4 � � � Mômen mặt cắt nhịp dầm giản đơn: M 0   m. n (1  IM ).LL1  MP = 1,0.1,2.1,75.(1+0,25).15,22 0,265 = 10,602kNm M 0,5.S = 0,5.10,602 = 5,301kNm - Với mômen âm: E = 1220 + 0,25.S = 1220 + 0,25.1850 = 1682,5mm LL2 = P 36,25 = = 15,17kNm 2(b  t s ).E 2(0,51  0,2).1,6825 Mômen mặt cắt nhịp dầm giản đơn: SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 10 GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản 100 100 100 100 100 100 65 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép Pb Pv R 50100 100 60 X Hình 3.6 Cấu tạo liên kết sườn dầm Mômen tác dụng cân với tổng mômen kháng tổng mômen kháng đinh nhóm M  Pb J M c  Pb  c J (3.8) Trong đó: - M: mơmen tác dụng, M = Ms + d.Vmn = 1056,902 + 0,15 554,749= 1140,114 kNm - Pb: lực M gây đinh xa nhóm đinh - J: tổng bình phương khoảng cách đinh nhóm tính trọng tâm nhóm đinh (mm2 ) �x =26.100 = 26.10 mm = �y =2.3.(100 + 200 + 300 Jx = Jy i i 2 2 + 4002 + 5002 + 6002) = 546.104mm2 Vậy J = Jx + Jy = 572.104mm2 SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 72 Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản - c: khoảng cách từ đinh xa đến trọng tâm nhóm đinh c= Như ta có: Pb  6002  1002  608, 276mm M.c 1140,114.103.608, 276   121, 667kN J 572.104 Lực cắt tải trọng gây là: Pv = V 554,749   14, 224kN n 39 Vậy lực cắt lớn tác dụng lên đinh xa tải trọng có hệ số lực cắt mômen gây là: 2 2 x max � 600 � � 100 � � � y max � � R � Pb  P  P  � 121,667 � 14, 224  121,667 v b � � � � c � 608, 276 � � 608, 276 � � c � � � � = 124,797 kN Vậy R=124,797 kN  Rr =143,2 kN Vậy mối nối sườn dầm đảm bảo chịu lực 4.2.4 Tính tốn mối hàn: 4.2.4.1 Tính tốn sức kháng mối nối hàn góc: (A.6.13.3.2.4) 4.2.4.1.1.Mối hàn góc chịu kéo nén: - Sức kháng tính tốn mối hàn góc chịu kéo nén song song với đường hàn phải lấy theo sức kháng tính toán kim loại bản, tức là: R = 250MPa 4.2.4.1.2.Mối hàn góc chịu cắt: - Các liên kết hàn dùng đương hàn góc chịu cắt diện tích hiệu dụng phải lấy theo trị số nhỏ sức kháng tính tốn thép sức kháng tính tốn kim loại hàn lấy sau: Rr = 0,6.ϕe2.Fexx (A6.13.3.2.2b-1) (3.9) Trong đó: - ϕe2: hệ số sức kháng thép hàn (A6.5.4.2), ϕe2 = 0,8 - Fexx: cường độ phân loại kim loại hàn (MPa) Chọn que hàn E70XX Thay vào cơng thức (3.9) ta có: Rr = 0,6.ϕe2.Fexx = 0,6.0,8.0,69.70.10 = 231,84MPa SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 73 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản 4.2.4.2 Cấu tạo mối hàn góc tiết diện dầm chủ: {A.6.13.3.4} 4.2.4.2.1 Cấu tạo mối hàn góc: - Mối hàn góc có dạng hình tam giác Kích thước mối hàn tính cạnh tam giác - Cường độ mối hàn tính theo chiều dày đoạn nhỏ tính từ góc tam giác đến mặt mối hàn - Mối hàn góc dùng để nối biên ( biên dưới) vách dầm có dạng liên kết kiểu chữ T 4.2.4.2.2 Kích thước đường hàn góc: (A.6.13.3.4) - Kích thước mối hàn góc phải thiết kế cho lực tải trọng tính tốn khơng vượt q sức kháng tính tốn liên kết tính - Kích thước lớn đường hàn góc sử dụng dọc theo mép phận liên kết phải lấy sau: + Đối với vật liệu dày nhỏ 6,0mm: chiều dày vật liệu, + Đối với vật liệu dày 6,0mm lớn hơn: nhỏ chiều dày vật liệu 2mm - Kích thước nhỏ đường hàn qui định theo bảng (A.6.13.3.4-1) Khi chiều dày thép T  20mm 6mm T > 20mm 8mm - Từ qui định ta chọn kích thước đường hàn sau: + Với kích thước mối hàn cho trước, dày có tốc độ nguội nhanh kiềm chế lớn mỏng, để ngăn ngừa vết nứt co ngót nguội, tuỳ theo chiều dày nối mà ta chọn chiều dày kích thước mối hàn khác + Đường hàn phải có đủ sức kháng để kháng lại tác dụng tải trọng có hệ số + Đối với mối nối biên dầm với vách dầm có chiều dày thép nhỏ 16mm, chọn đường hàn có chiều dày hh = 8mm 4.2.4.2.3 Tính tốn nội lực đường hàn góc: - Để đơn giản để an toàn ta xét V lớn tất giai đoạn dầm để tính tốn Gọi T lực cắt hay lực trượt đơn vị chiều dài T V.Sc I SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC (3.10) Trang 74 Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản Trong đó: - V: lực cắt tính tốn lớn nhất, thường lấy gối tải trọng có hệ số gây V = 992,072kN - Sc: mômen tĩnh biên dầm trục trung hoà tiết diện Sc = 500.25.737,5 = 9,219.106 mm3 - I: momen quán tính tiết diện ngun trục trung hồ tiết diện I = 1,766.1010mm4 Thay vào công thức (3.10) ta có: V.Sc 992,072.103.9, 219.106 T   517,875N / mm I 1,766.1010 - Trường hợp có thêm bánh xe hoạt tải đặt gối cầu ta phải kể thêm tải trọng tập trung bánh xe vào, gọi Q lực cắt P tác dụng lên đường hàn đơn vị chiều dài: Q= nh 1  IM .P (N/mm) L  2.H (3.11) H P L 45° 510 L + 2H Hình 3.7 Phân phối tải trọng bánh xe Trong đó: - P: tải tập trung bánh xe hoạt tải P = 145000N SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 75 Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản - IM: hệ số xung kích, trường hợp tính mối nối biên vào sườn dầm IM = 75% - H: khoảng cách tính từ mặt cầu xe chạy đến trọng tâm đường hàn H = 200 +75+25+ = 304mm - L: chiều rộng vệt tác dụng bánh xe hoạt tải tác dụng lên mặt cầu tính theo phương dọc cầu L = 2,28.10-3  (1+IM).P’ (3.12) Trong đó: + P’= 72500 N xe tải thiết kế +  = 0,95: Hệ số tải trọng Thay vào cơng thức (3.12) ta có: L = 2,28.10-3 0,95.(1,75).72500 = 274,811mm Thay vào công thức (3.11) ta có: Q= 1,75.1,75.145000  503,01N / mm 274,811  2.304 + Ứng suất tác dụng lên đường hàn lực cắt T đơn vị chiều dài gây ra: RT = T/(2.hh)= 517,875 = 32,367 N/mm2 2.8 + Ứng suất tác dụng lên đường hàn Q gây là: RV = Q 503,01 = = 31,438 /mm2 2.h h 2.8 Tổng ứng suất tác dụng lên đường hàn: R  RT2  RV2  32,367  31, 4382  45,122 N / mm2 = 45,122 MPa So sánh với sức kháng cắt tính tốn thép đường hàn ta có: R = 45,122 MPa < Rr = 231,84MPa Vậy đường hàn thiết kế đảm bảo đủ cường độ SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 76 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ LIÊN KẾT NGANG 5.1.Mặt cắt chữ I: - Trong cầu có kết cấu nhịp khơng liên hợp có nách bêtơng loại kết cấu nhịp cầu khác có khả làm việc cứng nằm ngang, phải giả thiết tải trọng gió lên nửa dầm biên, lên mặt sàn, xe cộ, lan can, cấu kiện phụ cầu truyền lực trực tiếp lên kết cấu nhịp, làm việc cứng ngăn ngang, để truyền tải trọng đến gối tựa Phải giả thiết tải trọng gió nửa dầm biên tác dụng hướng ngang vào cánh dầm - Đối với cầu có kết cấu nhịp khơng làm việc cứng nằm ngang phải áp dụng quy tắc đòn bẩy cho việc phân bố tải trọng gió lên cánh dầm - Phải giả thiết cánh dầm chịu tải trọng gió ngang truyền tải trọng đến điểm giằng liền kề tác động uốn Những điểm giằng đặt nút giằng gió khung ngang vị trí vách ngăn - Các lực ngang tác dụng lên điểm giằng qua cánh dầm phải truyền đến gối tựa đường truyền tải sau: + Tác dụng giàn giằng gió ngang mặt phẳng cánh dầm + Tác dụng khung khung ngang vách ngăn truyền lực lên mặt cầu giằng gió mặt phẳng cánh dầm khác, sau qua tác dụng vách ngăn mặt cầu, tác dụng giàn giằng gió lên gối tựa + Sự uốn theo chiều ngang cánh dầm lực ngang gây tất cánh dầm khác mặt phẳng truyền lực lên đầu cuối nhịp, ví dụ, mặt cầu khơng có tác dụng cứng nằm ngang khơng có giằng gió mặt phẳng hai cánh dầm 5.2.Tiêu chí thiết kế: - Người kỹ sư thiết kế phải chứng minh có đường truyền tải trọng rõ ràng trực tiếp xuống kết cấu phần cơng trình tất thành phần kết cấu, mối liên kết có đủ khả chịu tác dụng tải trọng phù hợp với đường truyền tải trọng chọn - Dòng truyền lực đường truyền tải trọng giả định phải phù hợp với tất thành phần kết cấu kể chi tiết bị tác động, giới hạn thế, phải kể cánh vách đứng dầm hay giàn chủ, khung giằng ngang, liên kết, mặt phân giới dầm - với tất phận hệ thống gối cầu truyền từ mặt phân giới cánh thông qua khống chế bu lông neo phận tương tự khác kết cấu bên SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 77 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản - Trong việc phân tích thiết kế vách ngăn đầu khung giằng, cần xét tới gối đỡ theo phương nằm ngang với số lượng gối đỡ thích hợp Độ mảnh yêu cầu liên kết cấu kiện giằng tham gia vào hệ thống chịu lực theo phương ngang phải phù hợp với điều khoản định cho việc thiết kế cấu kiện - Các phận vách ngăn khung giằng ngang người thiết kế xác định coi phần đường truyền tải trọng động đất từ kết cấu bên xuống, gối đỡ phải thiết kế cấu tạo để giữ tính đàn hồi (căn vào tiêu chuẩn áp dụng cho diện tích thơ) chịu trận động đất thiết kế loại gối đỡ Các điều khoản dùng thiết kế cấu kiện áp dụng cho phận 4000 250 500 1500 LỈÛ C GIỌ Pwt 2775 200 75 2% 1500 75 Pwb 2100 2100 1000 Hình 4.1 Sơ đồ tính lực gió tác dụng lên dầm 5.3 Tính tốn: - Vị trí bất lợi dầm chịu lực ngang biên Do ta kiểm tra vị trí thỏa mãn dầm đủ khả ănng chịu lực ngang 5.3.1 Tính tốn cho biên dưới: + Lực gió tác dụng vào dầm biên chịu hết + Lực gió tác dụng vào biên :  pw D Wbot  (N/mm) Trong : SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 78 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản + pw : tải trọng gió ngang đơn vị diện tích(N/mm2) pw = PD At +  =1,4: hệ số tải trọng gió tác dụng lên kết cấu lấy theo TTGHCĐII (tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt 25m/s) +D=1500mm: chiều cao dầm + PD : tải trọng ngang gió tính sau: 22TCVN272-05 (3.8.1.1) PD  0, 0006.V At Cd �1,8 At kN V = tốc độ gió xác định theo phương trình (3.8.1.1-1) V= VB.S - Giả thiết cầu xây dựng Đà Nẵng, tra TCVN 2737 – 1995 ta thấy Đà Nẵng thuộc vùng gió IIB � VB=45 m/s - Tra theo bảng (3.8.1.1-2) ta giá trị S=1,09 Thay vào công thức ta có: V = VB.S = 45.1,09= 49,05 m/s + Bề rộng tính tồn lực gió khoảng cách sườn tăng cường: Lb = = 4,2m + At = diện tích cấu kiện hay kết cấu phải tính tải trọng gió ngang (m2) At = Lb.H = 4,2.2,775=11,655 m2 + Cd= 1,0 : Hệ số cản quy định theo hình 3.8.1.2.1.1 Thay vào cơng thức ta có: PD  0, 0006.49,052 11,655.1  16,824 �1,8 At  1,8.11, 655  20,979 kN Vậy PD= 20,979kN Lực gió tác dụng đơn vị diện tích: Vậy lực gió phân bố diện tích kết cấu là: PD 20,979.103   0,0018 N/mm2 pw = A t 11,655.106 + Lực gió tác dụng vào biên : Wb  .Pw D 1, 4.0,0018.1500   1,89N / mm 2 PWb  Wb L b  1,89.4,  7,938N SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 79 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản WBot.Lb2/10 Lb Lb Lb Lb WBot Hình 4.2 Sơ đồ chịu lực ngang biên Mômen lớn tác dụng lên biên tải trọng gió là: Wb L2b 1,89.4, 2 MW    3,334kN.m 10 10 Ứng suất nén lớn xuất biên là: M W 3,334.106 fc    88,906MPa  [f y ]  250MPa Wc 25.3002 Vậy biên đủ khả chịu lực ngang 5.3.2 Tính tốn cho khung ngang: Dầm ngang khung ngang phận ngang cầu làm nhiệm liên kết dầm dọc lại với Nhiệm vụ dầm ngang khung ngang:  Truyền lực gió ngang vào dầm cầu từ dầm cầu vào gối  Tạo điều kiện ổn định dầm biên giai đoạn lắp ráp đặt mặt cầu  Phân bố tỉnh tải hoạt tải lên dầm dọc dầm chủ - Bố trí: + Dầm ngang khung ngang cao tốt Đối với dầm cán 1/2 chiều cao dầm chủ SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 80 Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản + Dầm ngang khung ngang cần tương thích kháng lại lực gió tác dụng lên phần liên kết ngang + Dầm ngang khung ngang đầu dầm chủ cần tương xứng để chuyển tất lực gió tích lủy xuống gối + Càng số lượng liên kết ngang tốt mối nối chúng gây mỏi Tải trọng gió lại truyền vào vùng mố dầm ngang mặt cầu, phản lực truyền cho gối cho dầm Phản lực truyền vào khung ngang là: 1500 )  21, 433kN Toàn lực ngang tác dụng vào khung ngang chịu nên chịu lực là: PWT  1, 4.0,0018.4, 2.(2775  FN  21, 433  10,716kN - Ta xác định  : độ mảnh Ở ta sử dụng thép hình L : 100x100x12 Tra đặc trưng hình học sách Kết cấu thép- Cấu kiện ta có: r y = 30,2 mm ; As=2270mm2 Kết cấu chịu nén phải thỏa mãn yêu cầu độ mảnh sau: kl 0,5.2100   34,77  140 (đối với phận liên kết) ry 30, 2 �kl �Fy �0,5.2100 � � 250 � � � � � 0,153 � �ry  �E �30, 2. �� 200000 � � � � Ta thấy:   0,153  2, 25 Ta có sức kháng nén liên kết là: Pn  0,66.Fy As  0,660,153.250.2270.103  532,545kN So sánh: Pr   c Pn  0,9.532,545  479, 29kN  FN  10,716kN Vậy kết cấu hoàn toàn chịu lực ngang SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 81 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản TÀI LIỆU THAM KHẢO Thiết kế cầu thép- Tác giả: TS Nguyễn Xuân Toản- TH.S Nguyễn Văn Mỹ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 Cơ sở thiết kế ví dụ tính tốn cầu dầm cầu dàn thép – Tác giả Nguyễn Bình Hà Nguyễn Minh Hùng ( Nhà xuất xây dựng) PGS.TS Nguyễn Viết Trung Kết Cấu Nhịp Cầu Thép SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 82 Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản PHỤ LỤC CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG, TIẾT DIỆN NGANG CẦU VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 1.1 Cơ sở tính tốn: 1.2 Chọn dạng mặt cắt ngang chiều dài tính tốn : 1.2.1 Chiều dài tính toán: 1.2.2 Số lượng dầm chủ: 1.2.3 Chọn kiểu dầm chủ; 1.2.4 Bố trí dầm chủ mặt ngang: .1 1.2.5 Các lớp phủ mặt cầu 1.2.6 Lan can: 1.2.7 Chiều dày mặt cầu CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU .4 2.1 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO .4 2.2 TÍNH TỐN 2.2.1 Ảnh hưởng tải trọng hệ số sức kháng 2.2.1.1 Ảnh hưởng tĩnh tải 2.2.1.2 Ảnh hưởng hoạt tải 2.2.2 Nguyên tắc tính toán .4 2.2.3 Tính tốn nội lực mặt cầu 2.2.3.1 Tính tốn nội lực hẫng 2.2.3.2 Tính tốn nội lực kiểu dầm 2.2.4 Tính thép: 11 2.2.4.1 Cốt thép chịu mômen dương .13 2.2.4.2 Cốt thép chịu mômen âm 14 2.2.4.3 Cốt thép chịu mômen âm cho phần hẫng mặt cầu 15 2.2.4.4 Cốt thép phân bố 15 2.2.4.5 Cốt thép chống co ngót nhiệt độ .15 2.2.5.Kiểm tra nứt – Tổng quát .15 2.2.5.1 Kiểm tra cốt thép chịu mômen dương 16 2.2.5.2 Kiểm tra cốt thép chịu mômen âm 17 CHƯƠNG 19 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ VÀ TÍNH TỐN NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ 19 3.1 Sơ chọn tiết diện dầm : 19 3.1.1.Chọn chiều cao dầm chủ: .19 3.1.1.1.Chọn theo điều kiện kinh nghiệm : 19 3.1.1.2.Chọn theo điều kiện kinh tế : .19 3.1.2 Tiết diện đồng hay lai: 25 SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 83 Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản 3.1.3 Chọn tiết diện dầm chủ: 25 3.2 Tính tốn dầm chủ: .27 3.2.1 Số liệu đầu vào: .27 3.2.1.1 Các yếu tố mặt cắt ngang đặc tính học vật liệu: 27 3.2.1.2 Ảnh hưởng tải trọng: 27 3.2.1.2.1 Ảnh hưởng tĩnh tải; 27 3.2.1.2.2 Ảnh hưởng hoạt tải 27 3.2.1.3 Hệ số sức kháng 28 3.2.1.4 Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng cho trạng thái giới hạn (TTGH): 28 3.2.2 Tính tốn: 28 3.2.2.1 Tính nội lực hoạt tải: .28 3.2.2.1.1 Chọn số lượng xe: (A3.6.1.1.1) 28 3.2.2.1.2 Hệ số phân bố mômen: (A4.6.2.2.2) 28 a Tính tốn cho dầm trong: 29 b Tính tốn cho dầm biên: .30 3.2.2.1.3 Hệ số phân bố lực cắt: (A4.6.2.2.3) 31 a Tính tốn cho dầm trong: 32 b Tính tốn cho dầm biên: .32 3.2.2.1.4 Hệ số phân bố ngang cho tải trọng người bộ: 33 3.2.2.2.Nội lực hoạt tải gây ra: 33 3.2.2.2.1 Mômen hoạt tải gây ra: 34 3.2.2.2.2 Lực cắt hoạt tải gây ra: 38 3.2.2.3 Tính nội lực tĩnh tải: 40 3.2.2.3.1 Mômen tĩnh tải gây ra: .40 3.2.2.3.2 Lực cắt tĩnh tải gây ra: 43 3.2.3.Tổ hợp nội lực: .43 3.3 Kiểm tra giới hạn việc xác định kích thước mặt cắt (A6.10.2): 44 3.3.1 Các tỉ lệ cấu tạo chung: 44 3.3.2 Độ mảnh vách: 44 3.4 Kiểm tra dầm chủ: 45 3.4.1 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ (A6.10.4): 45 3.4.1.1 Kiểm tra độ mảnh vách tiết diện chắc: (A6.10.4.1.2) 45 3.4.1.2.Kiểm tra độ mảnh biên chịu nén tiết diện chắc: (A6.10.4.1.3) 46 3.4.1.3 Mômen chảy mômen dẻo tiết diện không liên hợp: 46 3.4.1.4 Liên kết dọc biên chịu nén tiết diện đặc chắc: (A6.10.4.1.7) 48 3.4.1.5.Sức kháng uốn: 48 3.4.1.6 Sức kháng cắt theo TTGH cường độ: (A6.10.7) 49 3.4.2 Kiểm tra TTGH sử dụng độ võng dài hạn: (A6.10.5) 51 3.4.3 TTGH mỏi đứt gãy chi tiết yêu cầu độ mỏi vách dầm: (A6.5.3), (A6.10.6) 52 3.4.3.1 Chu kỳ tải trọng: 52 3.4.3.2 Biên độ ứng suất cho phép mỏi: 53 SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 84 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản 3.4.3.3 Tiêu chuẩn tải trọng thiết kế mỏi: 53 3.4.4.Tính khả thi kết cấu : .54 3.4.4.1 Chiều dày phận:(A6.7.3) 54 3.4.4.2 Kiểm tra độ võng (không bắt buột): (A2.5.2.6.2) .54 3.5 Cắt bớt biên: 56 3.5.1 Xác định nội lực tiết diệnL/2, L/4, L/8, 3L/8: 56 Tính tốn nội lực tiết diện ta tính tốn trên, kết tổng hợp theo bảng sau: 56 3.5.2.Vẽ biểu đồ bao mômen uốn dầm: 57 3.6 Thiết kế sườn tăng cường (A6.10.8.1): 59 3.6.1 Thiết kế sườn tăng cường ngang trung gian: (A6.10.8.1) 59 3.6.1.1 Độ mảnh: 59 3.6.1.2 Độ cứng (A.6.10.8.1.3): .60 3.6.1.3 Cường độ: 61 3.6.2.Thiết kế sườn tăng cường gối: (A6.10.8.2) .62 3.6.2.1 Độ mảnh (6.10.8.2.2): 63 3.6.2.2 Sức kháng gối (6.10.8.2.3): 64 3.6.2.3 Sức kháng nén dọc trục (6.10.8.2.4): 64 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM 66 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG: {A.6.13} 66 4.1.1 Các loại liên kết nay: .66 4.1.2 Phân đoạn dầm chủ: 66 4.2 Tính tốn: 67 4.2.1.Tính tốn nội lực tiết diện mối nối: 67 4.2.1.1 Mômen mối nối: 67 4.2.1.2 Lực cắt: 68 4.2.1.3 Tổng hợp nội lực: .69 4.2.2 Xác định sức kháng danh định bulông: 69 4.2.2.1 Sức kháng cắt bulông: (A.6.13.2.7) .69 4.2.2.2 Sức kháng ép mặt bulông: (A.6.13.2.9) .70 4.2.2.3 Sức kháng trượt bulông: (A.6.13.2.8) 70 4.2.2.4 Tính tốn mối nối biên dầm: 71 4.2.3 Tính tốn mối nối sườn dầm chủ: 72 4.2.3.1 Tính toán nội lực sườn dầm mối nối: 72 4.2.3.2 Chọn bố trí đinh liên kết: 72 4.2.3.3 Tính tốn mối nối sườn dầm chủ: .72 4.2.4 Tính tốn mối hàn: 74 4.2.4.1 Tính tốn sức kháng mối nối hàn góc: (A.6.13.3.2.4) 74 4.2.4.1.1.Mối hàn góc chịu kéo nén: 74 4.2.4.1.2.Mối hàn góc chịu cắt: .74 4.2.4.2 Cấu tạo mối hàn góc tiết diện dầm chủ: {A.6.13.3.4} .74 4.2.4.2.1 Cấu tạo mối hàn góc: .74 4.2.4.2.2 Kích thước đường hàn góc: (A.6.13.3.4) 75 SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 85 Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép GVHD: TS.Nguyễn Xn Toản 4.2.4.2.3 Tính tốn nội lực đường hàn góc: 75 CHƯƠNG 5: 78 THIẾT KẾ LIÊN KẾT NGANG 78 5.1.Mặt cắt chữ I: 78 5.2.Tiêu chí thiết kế: 78 5.3 Tính tốn: 79 5.3.1 Tính tốn cho biên dưới: 79 5.3.2 Tính tốn cho khung ngang: 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC Trang 86