Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương 1: Cầu giàn thép (P4) do TS. Nguyễn Ngọc Tuyển biên soạn cung cấp cho người học các kiến thức tiếp theo về Giàn chủ. Hy vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Xây dựng dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ mơn Cầu Cơng trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP 2 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://cauthep2.tk/ Link dự phòng: https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/ cau‐thep‐2 Hà Nội, 11‐2014 Giàn chủ (t.theo) • Kiểm tra theo giới hạn mỏi: Điều kiện kiểm tra: f F n Đối với TTGH mỏi: Các hệ số η = 1 và Φ = 1 γ = hệ số tải trọng quy định Bảng 3.4.1‐1 cho tổ hợp tải trọng tính mỏi Trong đó: ( Δf ) = Biên độ ứng suất do tải trọng mỏi ( ΔF )n = Sức kháng mỏi danh định, xác định theo điều 6.6.1.2.5 như sau: F n A 3 F TH N A = Hằng số phụ thuộc chi tiết kết cấu (có thứ nguyên MPa3) lấy theo bảng 6.6.1.2.5‐1 (đối với giàn, A = 82.0 x 1011 39.3 x 1011) 54 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) F n A 3 F TH N N = Chu kỳ ứng suất suốt tuổi thọ cơng trình N 365 100 n ADTT SL n = Số chu kỳ biên độ ứng suất có 1 xe chạy qua cầu lấy theo bảng 6.6.1.2.5‐1 55 Giàn chủ (t.theo) N 365 100 n ADTT SL (ADTT)SL = p(ADTT) = Số xe tải / ngày xe đơn tính trung bình tuổi thọ thiết kế. ADTT = Số xe tải / ngày theo 1 chiều tính trung bình tuổi thọ thiết kế. p = Phân số xe tải xe đơn lấy theo Bảng 3.6.1.4.2‐1 56 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) F n A 3 F TH N (ΔF)TH = Ngưỡng mỏi biên độ không đổi, lấy từ Bảng 6.6.1.2.5‐3 (Giới hạn mỏi biên độ ứng suất không đổi thường lấy 165MPa và 110MPa tương ứng với giá trị số A ở trên) 57 Giàn chủ (t.theo) • Khi kiểm toán giàn, chiều dài tự do các lấy sau: – Đối với biên, thanh xiên, thanh đứng ở gối xét uốn mặt phẳng mặt phẳng giàn lấy chiều dài hình học – Đối với xiên, thanh đứng khác xét uốn: » Trong mặt phẳng giàn lấy 0.8 chiều dài hình học » Ra ngoài mặt phẳng giàn lấy chiều dài điểm mà liên kết phương ngang (nhờ hệ thống liên kết) » Ra ngoài mặt phẳng giàn lấy 0.7 chiều dài hình học giao với khác chịu kéo 58 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) – Thanh hai nhánh liên kết giằng: c • Thanh 2 nhánh uốn mặt phẳng giàn (theo phương trục x‐x) thì độ cứng (hay mơ men qn tính tiết diện trục y‐y) phải xét tới ảnh hưởng do ghép từ 2 nhánh • Nói cách khác, ngồi tượng uốn cong trục phải xét đến uốn cục 2 nhánh phạm vi giữa giằng b => độ mảnh λ thay độ mảnh tương đương λtđ,x y td , x x2 nh2 , x x x y 59 Giàn chủ (t.theo) td , x x2 nh2 , x a) c) b) V V 2 T T c c V V 2 V V 2 T c M T V V 2 V V 2 T T b b V V 2 60 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) td , x x2 nh2 , x Trong đó: – λx = Độ mảnh theo phương trục x‐x của thanh, tính với tiết diện gồm hai nhánh – λnh,x = Độ mảnh theo phương trục x‐x của thanh, tính với tiết diện có 1 nhánh chiều dài tự do là khoảng cách giằng. Cần ý rằng giới hạn 40 đối với chịu nén 50 đối với chịu kéo • Bản giằng tính tốn chịu lực cắt giả định có trị số không thay đổi chiều dài thanh. Lực cắt xác định biểu thức sau: V AFy min Trong đó: – α = Hệ số lấy (0.24 ÷ 0.00007) λ , với λ độ mảnh thanh. 61 Giàn chủ (t.theo) – A = Diện tích tiết diện nguyên – Fy = Cường độ chảy dẻo thép – ϕ = Hệ số uốn dọc mặt phẳng song song với mặt phẳng bố trí giằng – ϕmin = Hệ số uốn dọc nhỏ hai hệ số uốn dọc tương ứng mặt phẳng song song với mặt phẳng bố trí giằng mặt phẳng vng góc với mặt phẳng • Các giằng với hai mảnh tạo thành kết cấu hệ giàn khơng có xiên với nút cứng, nên tác dụng lực V giàn có biểu đồ mơ men như hình vẽ Mơ men trong nhánh: M V C VC 2 Mô men trong giằng: M d VC 2m Trong đó, m = số mặt phẳng bố trí giằng 62 Bộ mơn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Lực cắt giằng V M d VC b mb • Căn trị số mô men và lực cắt xác định ở trên => có thể kiểm tốn giằng mối hàn liên kết giằng vào hai nhánh V C 2 Md V C 2 63 Giàn chủ (t.theo) – Tính tốn nút giàn • Việc tính tốn nút giàn bao gồm: – Tính liên kết vào nút – Kiểm toán sức kháng nút • (1). Tính liên kết vào nút xác định số đinh cần thiết theo điều kiện cân cường độ nút liên kết, như số đinh xác định theo biểu thức: n Pr Rr Trong đó: – Pr = sức kháng (xem phần thiết kế tiết diện thanh) – Rr = sức kháng đinh 64 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • (2). Sức kháng nút kiểm toán theo tiết diện I iI I iI I I A2 A2 A1 A3 iI A3 iI A1 Cần kiểm tra để đảm bảo tiết diện giảm yếu theo đường I-I II-II không bị xé rách cách kiểm tra điều kiện: Pu ≤ Pr (tức kiểm tra nội lực tác dụng không vượt sức kháng xé rách theo đường I-I II-II tiết diện) 65 Giàn chủ (t.theo) – Sức kháng chống xé rách theo đường I-I II-II lấy sau: Nếu A3n 0.58 A1n A2 n Pr 0.8 0.58 Fy A1g A2 g Fu A3n thì: Nếu A3n 0.58 A1n A2 n Pr 0.8 0.58 Fu A1n A2 n Fy A3 g thì: Trong đó: – A1 ; A2 ; A3 = Các phần tiết diện nút tương ứng tạo đường xé rách I-I II-II ; I I – n = Chỉ số ám tiết diện tiết diện giảm yếu; – g = Chỉ số ám tiết diện tiết diện nguyên; A2 A1 A3 – Fy = Cường độ chảy thép nút – Fu = Cường độ kéo đứt thép nút 66 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) Cần kiểm tra tiết diện giảm yếu theo đường III-III không bị cắt cách kiểm tra điều kiện: D D cos t f Fu 0.74 v A 1.0 0.427 Fu A 0.427 Fu A Trong đó: – A = Diện tích chịu cắt theo đường III-III nút; – α = Góc nghiêng chéo Dt Nt Df iii iii Nf 67 Giàn chủ (t.theo) Cần kiểm tra tiết diện giảm yếu theo đường IV-IV chịu kéo lẫn uốn: – Lực kéo bằng: N Nt Dt cos – Mô men uốn: M e Nt Dt cos Chú ý: IV Dt M X X e N e Nt Nt+Dtcos IV (1). Đối với tiết diện cần ý xét tới trường hợp có thêm thép ốp ngồi (hoặc bên trong) để nối biên tính tốn nối biên phép kể diện tích phần nút có chiều cao chiều cao phụ cho đủ diện tích cần nối (2). Sau tính M và N, cần kiểm tra nút chịu kéo uốn đồng thời theo công thức quy định điều 6.8.2.3 theo TTGH cường độ TTGH mỏi 68 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 1.5. Hệ liên kết cầu giàn • Cấu tạo hệ liên kết – Hệ thống liên kết có tác dụng liên kết giàn chủ với tạo thành kết cấu khơng gian cứng khơng biến hình do vậy: • Giúp giàn chịu tải trọng nằm ngang tác dụng theo phương ngang cầu • Phân phối tải trọng thẳng đứng giàn chủ – Hệ liên kết dọc bố trí ở mức biên biên giàn chủ có thanh biên giàn chủ dầm ngang hệ dầm mặt cầu – Sơ đồ giàn liên kết dọc chữ thập, tam giác, quả trám, chữ K… 69 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) (1). Kiểu chữ thập (2). Kiểu trám (4). Kiểu chữ K (3). Kiểu tam giác B d • Sơ đồ giàn liên kết dọc kiểu chữ thập sử dụng phổ biến có độ cứng tốt • Sơ đồ kiểu chữ K được dùng trường hợp bề rộng cầu lớn, khi khoảng cách giàn chủ “B” lớn nhiều so với chiều dài khoang “d” giàn 70 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) – Hệ liên kết ngang thường bố trí mặt phẳng đứng giàn chủ mặt phẳng xiên • Về nguyên tắc, cố gắng đưa hệ liên kết ngang xuống thấp tốt không vi phạm vào khổ tĩnh không cầu (và phải cách mặt đường tối thiểu 5300mm theo Điều 2.3.3.2) • Các đứng xiên giàn chủ với dầm ngang mặt cầu hợp với hệ liên kết ngang làm thành khung ngang 71 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) – Tiết diện hệ liên kết thường cấu tạo kiểu thành đứng làm từ thép hình (ví dụ hình góc L , thép U, hoặc thép I) – Các thuộc hệ liên kết ngang quy định độ mảnh giới hạn (lớn so với độ mảnh giới hạn chịu lực chính) • Thanh chịu nén: n 140 • Thanh chịu kéo: k 240 72 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10 ... 68 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11 /14 /2 014 1. 5. Hệ liên kết cầu giàn • Cấu tạo hệ liên kết – Hệ thống liên kết có tác dụng liên kết giàn chủ với tạo thành kết cấu... / ngày theo 1 chiều tính trung bình tuổi thọ thiết kế. p = Phân số xe tải xe đơn lấy theo Bảng 3.6 .1. 4.2 1 56 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11 /14 /2 014 Giàn chủ... chảy thép nút – Fu = Cường độ kéo đứt thép nút 66 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11 /14 /2 014 Giàn chủ (t.theo) Cần kiểm tra tiết diện giảm yếu theo đường III-III