ĐỒ ÁN CẦU THÉP TCVN 11823 ( GỒM THUYẾT MINH VÀ BẢN VẼ)

ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO MỤC LỤC SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: Thiết kế kết cấu nhịp giản đơn, dầm thép liên hợp BTCT với số liệu đầu vào sau : + Chiều dài tính tốn : Ltt=37 m + Bề rộng phần xe chạy : B= m + Bề rộng lề hành : K=2x1.5 m + Tải trọng thiết kế : 0.5HL93 1.2 VẬT LIỆU -Thép làm dầm chủ : Thép M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa -Thép làm hệ liên kết ngang (dầm ngang khung ngang), sườn tăng cường : M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa -Thép mặt cầu, lề hành : + Thép đai : CI có Fy=240MPa + Thép chịu lực, cấu tạo : CII có Fy=280MPa -Thép làm lan can, cột lan can : M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa -Bê tông mặt cầu, lan can, lề hành : C30 có -Trọng lượng riêng thép : -Trọng lượng riêng bê tơng có cốt thép : 1.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU: 1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng LC: Bề rộng toàn cầu: Btc=7000 + x 1500+ x 250 = 10500 mm Ta có: Khoảng cách dầm chính: S = 1.6-2.2m Chọn số dầm 5, khoảng cách dầm S = 2200 mm, chiều dài hẫng LC = 850 mm SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO 1.3.2 Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo lớp mặt cầu : Độ dốc ngang thiết kế : 2% Tạo dốc thay đổi chiều cao đá kê gối : Là dùng đá kê gối có chiều cao tăng dần để tạo độ dốc ngang mặt đường sau hoàn thiện Chiều cao tối thiểu gối 150 mm Chiều cao gối thiết kế: + Gối : 150 mm + Gối : 150 + S x 2%=194 mm + Gối : 186 + S x 2%=238 mm Các gối lại : Đối xứng 1.3.3 Thiết kế nước mặt cầu: Đường kính ống: D≥100mm Diện tích ống nước tính sở 1m mặt cầu tương ứng với cm2 ống thoát nước Khoảng cách ống tối đa 15m, chiều dài ống vượt qua đáy dầm 100mm Diện tích mặt cầu S = L x Btc=37.7 x 10.5 = 395.85 m cần bố trí 395.85 cm2 = 39585 mm2 ống nước ⇒ A1ơng = 3.14 × 100 = 7850 mm Số ống cần thiết : Vậy ta chọn ống, bố trí đối xứng bên bên ống ,khoảng cách ống 9m SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO lop phong nuoc dày 5mm bê tông asphal dày 70 mm chi tiêt lop bê tông BMC dày 200mm 2% 2% Ø14a200 Ø12a200 Ø10a400 chi tiêt Ø12a200 dâm ngang chi tiêt chi tiêt chi tiêt ơng TN Ø 100 Hình 1.1: Mặt cắt ngang cầu 1.4 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM : 1.4.1 Chiều dài dầm tính tốn : Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối : a=0.35 m Chiều dài dầm tính tốn : Ltt = 37 m 1.4.2 Chiều cao dầm : Chiều cao dầm chọn từ chiều cao tối thiểu quy trình theo kinh nghiệm thiết kế: Vậy chọn chiều cao dầm thép: d=1300 mm Chiều cao dầm liên hợp: H= 1600 mm 1.4.3 Kích thước tiết diện ngang : SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN 4 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Hình 1.2: Tiết diện dầm liên hợp Chiều cao phần vút : hV=100mm Chiều dày bê tông : tS=200 mm Chiều dày sườn dầm : tW=14 mm Chiều rộng cánh : bC=350 mm Chiều dày cánh : tC=25 mm Chiều rộng cánh : bf=420 mm Chiều dày cánh : tf=45 mm 1.5 THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH: 1.5.1 Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang: STC GOI STC CÓ LK NGANG DAM NGANG STC TRUNG GIAN Hình 1.3: Bố trí STC hệ liên kết ngang Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, khơng bố trí sườn tăng cường dọc Bố trí sườn tăng cường đứng gối đầu dầm, khoảng cách 300 mm Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1.600 mm, riêng đoạn đầu dầm (từ đầu đến hệ khung ngang đầu tiên) bố trí cách khoảng 750 mm SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang thép cán chữ I, loại dầm cánh rộng W840x295 Tại sườn tăng cường đứng cách khoảng 3.2m bố trí hệ khung ngang thép L100 x 100 x 10 (cho xiên ngang) Bề dày tất sườn tăng cường 14mm, kích thước lại xem hình vẽ Neo chống cắt: Hình 1.4: Bố trí neo chống cắt Thiết kế loại neo hình nấm với số liệu sau : Đường kính đinh: dS = 20 mm Chiều cao: h = 230 mm Thiết kế hàng neo với khoảng cách tim neo đến mép cánh 75 mm, khoảng cách hàng neo 200 mm 1.5.2 Mối nối dầm chính: Mối nối sử dụng bulơng cường độ cao Số lượng mối nối , đặt đối xứng qua tim cầu, cách đầu dầm 13000mm SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO CHƯƠNG THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU Ở phần thiết kế cấu tạo bố trí thép, tính tĩnh tải, khơng tính tốn nội lực tính tốn cốt thép 2.1 LAN CAN: Hình 2.1: Cấu tạo cột lan can SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Cột lan can: chiều dài nhịp 37.1 m, bố trí khoảng cách cột lan can m bên cầu gồm 19 cột lan can, 18 cặp liên kết, 18 cặp tay vịn Một cột lan can tạo thép: T1 100 x 1,740 x T2 140 x 740 x T3 100 x 150 x Thể tích thép là: Thể tích thép T1: VT1 = 100 x 1,740 x =870,000 mm3 Thể tích thép T2: VT2 = 140 x 740 x =518,000 mm3 Thể tích thép T3: VT3 = 100 x 150 x = 75,000 mm3 Thanh liên kết: Tay vịn: Tổng trọnglượng lan can toàn cầu: Tính 1mm theo phương dọc cầu: SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO 2.2 LỀ BỘ HÀNH: VÁT 20x20 VÁT 20x20 Hình 2.2: Lề hành Lề hành: (tính 1mm theo phương dọc cầu) SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO Vậy: Vị trí đặt DC3: Xác định cách cân momen điểm A Vậy DC3 cách mép trái đoạn 663 mm Chọn bố trí cốt thép mặt cầu hình sau: Thép dùng cho lề hành thép CII có Fy=280 MPa Bê tơng sử dụng có F’c= 28 MPa Hình 2.3: Bố trí thép lề hành 2.3 BẢN MẶT CẦU: Bản mặt cầu tính tốn theo sơ đồ: Bản congxon loại dầm Trong phần loại dầm đơn giản xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục sau tính tốn dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục mặt cầu SVTH: NGUYỄN VĂN TÍN 10 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo Bề dày nối N4: tN4=30 (mm) Bề rộng nối N5: bN5=380 (mm) Bề dày nối N5: tN5=30 (mm) Momen quán tính tiết diện dầm chưa liên hợp INC=12,342,577,211.739 (mm4) Diện tích mặt cắt ngang nối Momen tĩnh mặt cắt ngang nối trục X_X SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 134 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo khoả ng cách từ TTH đến mép nối N5 Khoảng cách từ TTH đến mép nối N1 Xác định momen quán tính Thay số vào ta SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 135 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo nhận xét: IN= (mm4)≥ INC=12,342,577,211.739 (mm4) Độ lệch tâm nối so với trục trung hòa chưa liên hợp: 4.4.2 Kiểm tra nối cánh Khả chịu lực kéo nối (xét cho mặt cắt giảm yếu ) Ta có Lực tải trọng tính toán tác dụng lên nối: Dầm biên : Dầm trong: Kiểm tra: Dầm biên: Dầm trong: Vậy nối đảm bảo khả chịu lực SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 136 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo 4.4.3 Kiểm tra nối cánh dưới: Khả chịu lực nối cánh dưới: Ta có: Lực dọc tải trọng tính toán tác dụng lên nối: Kiểm tra: Dầm biên : Dầm trong: Kiểm tra: Dầm biên: Dầm trong: Vậy nối đảm bảo khả chịu lực 4.4.4 Kiểm tra nối bụng Kiểm tra nối bụng từ điều kiện đảm bảo khả chịu cắt Lực cắt tác dụng: Dầm biên : Dầm : Cường độ tính toán chịu cắt: fV=0.58xfy=0.58x250=145 (MPa) Khả chịu cắt bụng: SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 137 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo Kiểm tra: Dầm biên Dầm giữa: Vậy nối đảm bảo khả chịu lực 4.5 THIẾT KẾ HỆ LIÊN KẾT NGANG 4.5.1 Sơ cấu tạo bố trí Liên kết khung ngang: có 22 liên kết khung ngang dầm Khoảng cách liên kết ngang 3,200 mm Dùng thép L 100 x 100 x 10 (cho xiên ngang) Thanh ngang dài: 2138 mm Thanh xiên dài: 903 mm Mỗi liên kết ngang có: x = liên kết ngang, x = liên kết xiên Liên kết ngang đầu dầm: Dầm ngang W840x295 dài 2138 m 4.5.2 Thiết kế dầm ngang 4.5.2.1 Sơ đồ đặt kích nội lực Ta chọn vị trí đặt kích, cách điều đầu dầm ngang Khoảng cách từ đầu dầm ngang đến vị trí đặt kích: x = 450 mm Ta có dầm ngang tất nên số kích sử dụng 16 kích, lực kích mà kích cần phải kích P = Ptc/16 với Ptc tổng tải trọng cầu: (giả sử bỏ qua hiệu ứng xung kích kích dầm cầu) Sơ đồ đặt kích: SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 138 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo Mmax = P.x P kích P kích Nội lực dầm ngang: 4.5.2.2 Chọn tiết diện dầm ngang Từ công thức xác định ứng suất dầm momen uốn ta có momen kháng uốn cần thiết dầm ngang là: Dựa vào điều kiện chiều cao dầm ngang tối thiểu phải lớn ½ chiều cao dầm liên hợp h > 0.5 x 1,600 = 800 mm momen kháng uốn dầm.Ta chọn tiết diện dầm ngang W840x295 có kích thước sau: Chiều cao dầm: d=840 mm Bề rộng cánh: bf=295 mm Bề dày cánh: tf=27mm Bề dày bụng: tw=14 mm Dầm có momen kháng uốn: SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 139 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo 4.5.2.3 Thiết kế mối nối bulông dầm ngang sườn tăng cường Nội lực thiết kế bulông dầm ngang sườn tăng cường lấy sau: Chọn hàng bulơng có đường kính d=22mm Khoảng cách hàng bulong 120mm, Khoảng cách tim bulông đến mép của dầm ngang 50 mm Khả chống trượt bulông: Rn = Kh x Ks x Ns x Pt Trong đó: Kh = : hệ số kích thước lỗ Ks = 0.5 : hệ số điều kiện bề mặt Ns=1 : số mặt trượt bulông Pt = 176,000 N : lực căng yêu cầu tối thiểu Khoảng cách bulơng nhóm: Khoảng cách bu lông 7: l1 = 600 mm Khoảng cách bu lông 6: l2 = 360 mm Khoảng cách bu lông 5: l3 =120 mm SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 140 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo D? M NGANG W840 X 295 HÌnh 4.5:Bố trí bulông dầm ngang với sườn tăng cường đầu dầm Lực tác dụng vào bu lơng ngồi (bu lơng chịu lực tác dụng lớn nhất): Do mômen tác dụng: Do lực cắt tác dụng: Tổng lực tác dụng vào bulơng ngồi cùng: So sánh với Rn: =>Mối nối đủ khả chịu lực 4.5.3 Thiết kế hệ liên kết khung ngang 4.5.3.1 Tải trọng: Gỉa thiết lực gió tác dụng vào nửa dầm, BMC lan can truyền vào BMC Còn tải trọng gió tác dụng vào nửa truyền vào cánh dưới: + Tính lực gió: SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 141 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo -áp lực gió: -Hệ số tải trọng: - Chiều cao chắn gió kết cấu: d1=2900mm - Chiều cao chắn gió dầm: d2=1300mm +Lực gió có nhân hệ số tác dụng vào cánh dưới: +Lực gió nhân hệ số tác dụng vào cánh trên: 4.5.3.2 Nội lực Khoảng cách LKN: Lb=3,200mm Lực gió tác dụng vào giằng dưới: N Lực gió tác dụng vào giằng trên: Góc ngang xiên 280 Lực gió tác dụng vào giằng xiên: 4.5.3.2.1.Kiểm toán giằng trên: Thanh giằng giả thiết Vì chéo truyền lực gió trực tiếp vơ BMC Để cung cấp ổn định ngang cho cánh suốt trình thi cơng ta chọn thép góc: Thanh L100x100x10 4.5.3.2.2.Kiểm toán giằng SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 142 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo Sử dụng thép góc điều 100x100x10 cạch Có đặc trưng hình học: As L b t rmin Fy 2,280 2138 100 10 30.4 250 mm2 mm mm mm mm MPa  Kiểm tra độ mảnh cấu kiện Xét tỷ số: K.L ≤ 140 rmin Trong đó: K = 0.75: hệ số chiều dài hiệu dụng Thay số: Thỏa mãn Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: b E ≤ k t Fy Trong đó: k = 1.49 : hệ số oằn giằng Thay số: Thỏa mãn  Kiểm toán cường độ: Xác định Pn: SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 143 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Thỏa mãn 4.5.3.2.3.Kiểm tốn giằng xiên Ta sử dụng thép góc cạnh 100 x 100 x 10 có đặc trưng hình học sau: As = 2,280 mm2 rmin = 30.4 mm L = 903mm Fy = 250 Mpa  Kiểm tra độ mảnh cấu kiện Xét tỷ số: K.L ≤ 140 rmin Trong đó: K = 0.75: hệ số chiều dài hiệu dụng Thay số: Thỏa mãn Tỷ số bề rộng mặt cắt / chiều dày: b E ≤ k t Fy Trong đó: k = 1.49 : hệ số oằn giằng SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 144 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo Thay số:  Kiểm toán cường độ: Thỏa mãn Xác định Pn: Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là: Thỏa mãn 4.5.3.2.4.Thiết kế liên kiết bulông LKN STC: Chọn bulơng có đường kính d=22mm Xác định khả chịu lực bulông: Khả chống trượt: Rnt = Kh x Ks x Ns x Pt Trong đó: Kh = 1: hệ số kích thước lỗ Ks = 0.5: hệ số điều kiện bề mặt Pt = 176,000N: lực căng yêu cầu tối thiểu ứng với d=22mm Xác định số bulông cho liên kết ngang: Thanh giằng trên: bulông Thanh giằng xiên: SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 145 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo bulông Thanh giằng dưới: bulông Vậy ta chọn bulông d = 22 mm cho liên kết giằng trên, giằng xiên giằng 4.6 THIẾT KẾ MỐI HÀN SƯỜN DẦM VÀ CÁNH DẦM 4.6.1 Mối nối hàn góc chịu kéo nén: Ứng suất nén tác dụng vào mối hàn góc trên: (dầm biên) (dầm giữa) Ứng suất kéo tác dụng vào mối hàn góc dưới: (dầm biên) (dầm giữa) Ứng suất vị trí mối hàn chồng cánh phủ dầm thép: (dầm biên) (dầm giữa) Ứng suất thiết kế mối hàn phải lấy giá trị max giá trị sau: SVTH: CAO THỊ MINH THÙY MSSV:1551090322 146 ĐAMH TK CẦU THÉP GVHD: TS Phan Quốc Bảo =228.417 (dầm biên) =226.292 (dầm giữa) So sánh: + Dầm biên: + Dầm giữa: f =228.417 Mpa < Fy = 250Mpa fb-h = 213.84 Mpa