Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép - Chương 4: Tính toán cầu dầm thép, cầu dầm thép bê tông liên hợp cung cấp cho người học các kiến thức về tính toán cấu tạo dầm, tính neo liên kết bản mặt cầu với dầm thép,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
9/21/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP NGUYỄN NGỌC TUYỂN Bộ môn Cầu Công trình ngầm website: http://48cdhn2.tk/ 4‐2012 4.5. Tính tốn cấu tạo dầm • 4.5.1. Tính tốn liên kết biên dầm với sườn dầm H – Khi dầm chịu uốn, tấm biên dầm muốn trượt lên sườn dầm, vì mối hàn liên kết biên dầm với sườn dầm làm việc với ứng suất cắt P – Lực trượt đơn vị chiều dài dầm L T VS b I • V = lực cắt; • Sb = momen tĩnh biên dầm; • I = mơ men quán tính tiết diện dầm 155 9/21/2012 Tính toán cấu tạo dầm (t.theo) – Đối với dầm liên hợp BTCT, lực trượt đơn vị chiều dài dầm: T V D1S bs V D S b V AD S b 3n IS I td I tdn – Khi có bánh xe đặt trực tiếp, thì mối hàn cịn chịu ứng suất cắt thẳng đứng, do đó ứng suất cắt tổng cộng bằng: P f fV2 f H2 L T 2 h fH với: và fV 1 IM P 2 h 156 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) đó: • Δh = chiều cao có hiệu mối hàn khơng nhỏ 6mm; • λ = chiều dài phân bố áp lực bánh xe, = L+2H; • IM = hệ số xung kích; – Điều kiện kiểm tra là: f Rr 0, 6e Fexx đó: • e 0,80 • Fexx = cường độ mối hàn (MPa) 157 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • 4.5.2. Tính đứng gối (6.9.4.1) D – Thanh đứng trên gối làm nhiệm vụ truyền áp lực gối R R – Thanh đứng trên gối phải kiểm toán theo 2 điều kiện: • Chịu ép mặt cục bộ • Chịu lực dọc theo điều kiện ổn định 158 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) 159 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) – Kiểm tra điều kiện chịu ép mặt cục bộ: R b Apn Fys đó: D • φb = Hệ số sức kháng tựa; • Apn = Diện tích cánh chìa sườn tăng cường gối; • Fys = Cường độ thép sườn tăng cường R R 160 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) – Kiểm tra điều kiện ổn định chịu lực dọc: 9t w 9t w tw R Pr c Pn • φc = Hệ số sức kháng; • Pn = Sức kháng nén danh định; 2, 25 Pn 0, 66 Fy AS 2.25 Pn 0.88 Fy As với 0, 75 D Fy r E Chú ý: khi xác định As r đối với sườn tăng cường hàn vào bụng tiết diện hiệu dụng gồm diện tích sườn tăng cường phần sườn dầm kéo dài phía khơng q 9tw 161 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • 4.5.3. Tính mối nối dầm – Dầm làm việc chịu uốn nên tiết diện có momen M và lực cắt V. – Có thể giả thiết sau: • Sườn dầm chịu hồn tồn lực cắt V và phần mơ men M của tiết diện. Momen uốn phân cho sườn dầm tỷ lệ với momen quán tính sườn dầm • Cánh dầm khơng chịu lực cắt chịu phần lớn mômen M tiết diện. Tuy nhiên, để đơn giản thiên an toàn, giả thiết biên dầm chịu lực tối đa để tính liên kết biên dầm 162 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Tính mối nối liên kết sườn dầm: – Mô men và lực cắt sườn dầm Mw Mw Vw V n I Mw M w I Vw Vw đó: • Iw = mơ men qn tính sườn dầm; • I = mơ men quán tính tiết diện dầm – Nội lực truyền cho bu lơng: • Do lực cắt Vw: • Do mơ men Mw: RV = Vw / k RM_max = (Mw / Σyi2)*ymax đó: • k = số lượng bu lơng có nửa nối • y = khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện dầm đến tim đinh 163 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) – Điều kiện để kiểm tra V RM2 _ max Rr ymax R yi Rmax đó: R M,i • Rr = sức kháng đinh bu lông làm việc với 2 mặt ma sát; • Rmax = lực tác dụng lớn lên đinh R M,Max Chú ý: • lực Rmax hợp lực 2 lực thành phần RV (do lực cắt) và RM_max (do mô men) • Lực RV có phương thẳng đứng cịn lực RM_max có phương nằm ngang • Do đó bu lơng làm việc bất lợi bu lông ở hàng xa trục trung hịa lực tác dụng lên bu lơng lớn Rmax 164 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) – Trường hợp nối rộng, tức số hàng đinh theo phương nằm ngang nhiều thì: x Mw r max r i r Mw i r ma RM _ max K đó: • rmax = khoảng cách từ trung tâm khu vực bố trí đinh (trên nửa nối) tới đinh xa nhất; • ri = khoảng cách từ trung tâm khu vực bố trí đinh (trên nửa nối) tới vị trí đinh thứ i; 165 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) – Nếu kết cấu nhịp cầu dầm liên hợp với mặt cầu thì: M w M D1 Iw I LT I ST M D wLT M AD wST Ig Ic Ic Vw V VD1 VD VAD đó: MD1 , VD1 = mơ men và lực cắt tĩnh tải giai đoạn 1 MD2 , VD2 = mô men và lực cắt tĩnh tải giai đoạn MAD , VAD = mô men và lực cắt hoạt tải Iw , IwLT , IwST = mơ men qn tính riêng bụng dầm thép trục trung hòa dầm chưa liên hợp, trục trung hòa tiết diện liên hợp dài hạn, và trục trung hòa tiết diện liên hợp ngắn hạn • Iw , IwLT , IwST = mơ men qn tính dầm thép trục trung hòa dầm chưa liên hợp, trục trung hòa tiết diện liên hợp dài hạn, và trục trung hòa tiết diện liên hợp ngắn hạn • • • • 166 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) Một số lưu ý khi tính lực tác dụng lên đinh mối nối dầm thép liên hợp với BTCT: • Khi tính Rv khơng có khác so với trường hợp mối nối dầm thép không liên hợp; • Khi tính RM.max vị trí trục trọng tâm tiết diện thay đổi phụ thuộc tiết diện dầm dầm thép đơn tiết diện liên hợp. Tuy nhiên, để đơn giản lấy gần theo vị trí trục trọng tâm dầm thép 167 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Tính mối nối liên kết biên dầm: – Lực biên dầm xác định biểu thức N Fr Af đó: • N = sức kháng biên dầm; • Fr = cường độ giới hạn cho phép vật liệu biên dầm; • Af = diện tích tính tốn biên dầm – Số đinh bu lông cần thiết để nối biên dầm: n N Rr • Với, Rr sức kháng đinh bu lơng 168 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • 4.5.4. Tính neo liên kết mặt cầu với dầm thép – Neo liên kết với dầm thép có tác dụng chống lại lực trượt hai phần tiết diện liên hợp phải kiểm toán theo hai trạng thái giới hạn sau: • Trạng thái giới hạn mỏi • Trạng thái giới hạn cường độ – Thông thường dựa vào trạng thái giới hạn mỏi để thiết kế bố trí neo liên kết sau kiểm tốn cường độ 169 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Tính tốn thiết kế neo theo TTGH mỏi – Lực trượt dầm thép đơn vị chiều dài dầm tính sau: vh Vsr Q I – Từ tính khoảng neo (bước neo) p nZ r vh • I = momen qn tính tiết diện liên hợp ứng với tải trọng ngắn hạn; • Q = momen tĩnh diện tích quy đổi mặt cầu; • Vsr = lực cắt xác định cho trạng thái giới hạn mỏi; • p = bước neo; • n = số lượng neo trong mặt cắt ngang biên dầm; 170 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Zr = sức kháng mỏi chịu cắt neo; Z r d 19d Trong đó: – α = 238 ‐ 29.5logN – d = đường kính danh định neo – N = số chu kỳ quy định, N = (365)(100)n(ADTT)sl • Đối với neo làm thép chữ U ( và loại neo cứng), Zr xác định theo điều kiện sức kháng mối hàn neo vào đỉnh dầm làm việc chống mỏi: Zr = 0.8(ΔF)nAh , trong đó: – 0,8 = hệ số sức kháng (φhan); – (ΔF)n = Sức kháng danh định vật liệu mối hàn – Ah = diện tích mối hàn 171 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Kiểm tốn neo theo TTGH về cường độ – Sức kháng cắt: đó: Z r sc Z n • Zn = sức kháng danh định • φsc = 0.85 = hệ số sức kháng neo chống cắt – Đối với neo đinh Z n 0.5 Asc f E A ' c c sc Fu đó: • Asc = diện tích mặt cắt ngang neo đinh chịu cắt; • f’c = cường độ nén 28 ngày bê tơng; • Ec = mô đun đàn hồi bê; • Fu = cường độ kéo nhỏ quy định neo đinh chịu cắt 172 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) – Đối với neo làm thép chữ U: Z n 0.3 t f 0.5t w Lc f E ' c c đó: • tf = bề dày cánh neo chữ U; • tw = bề dày sườn neo chữ U; • Lc = bề rộng neo – Điều kiện kiểm tốn số lượng neo bố trí tối thiểu: m Vh Zr đó: • Vh = lực cắt nằm ngang danh định( lực trượt) giữa dầm thép; • m = số lượng neo bố trí nửa dầm giản đơn 173 10 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Lực cắt nằm ngang danh định Vh tính sau: 0.85 f c'bts Vh Fyw Dtw Fyt bt tt Fyc bctc Trong đó: • f’c = cường độ nén bê tơng mặt cầu; • b = bề rộng cánh tham gia làm việc; • ts = bề dày bản; • Fyw, Fyt, Fyc = cường độ chảy thép sườn dầm, biên biên dầm; • tw, tc, tc – bề dày sườn dầm, biên biên dầm; • D, bt, bc ‐ chiều cao sườn dầm, bề rộng biên biên 174 11 ... đinh bu lơng cần thiết để nối biên dầm: n N Rr • Với, Rr sức kháng đinh bu lơng 168 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • 4. 5 .4. Tính neo liên kết mặt cầu với dầm thép – Neo liên kết với dầm thép... cường độ – Thông thường dựa vào trạng thái giới hạn mỏi để thiết kế bố trí neo liên kết sau kiểm tốn cường độ 169 9/21/2012 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Tính tốn thiết kế neo theo TTGH mỏi – Lực... đơn giản thiên an toàn, giả thiết biên dầm chịu lực tối đa để tính liên kết biên dầm 162 Tính tốn cấu tạo dầm (t.theo) • Tính mối nối liên kết sườn dầm: – Mơ men? ?và lực cắt sườn dầm Mw Mw Vw