Tài liệu Phần I: Thiết kế kỹ thuật cầu thép liên hợp bản BTCT có nội dung chính gồm 2 chương: Chương 1 - Lựa chọn tiết diện dầm chủ và chương 2 - Nội lực và tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn. Mời các bạn tham khảo!
PHẦN I: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT CHƯƠNG I : LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ Số liệu thiết kế 1.1 Kích thước tính tốn Khoảng cách từ đầu dầm đến tin gối: a = 0,3m Chiều dài nhịp tính tốn: Ltt = 25m Chiều dài dầm: L = Ltt + 2a = 25 + 2.0,3 = 25,6m Tải trọng thiết kế tính tốn: hoạt tải 0,65HL93 Tải trọng người đi bộ: PL = 4Kn/m2 Khổ cầu: K = 10,5 + 2x1m 1.2 Vật liệu sử dụng Thép sử dụng là thép M270 cấp 250 có: + Cường độ chảy min Fy = 250Mpa + Cường độ kéo min Fu = 400Mpa + Modul đàn hồi E = 2.105Mpa + Trọng lượng riêng: γs = 7,85Kn/m3 Bê tơng sủ dụng cho bản mặt cầu là bê tơng B30 có f’c = 30Mpa Modul đàn hồi của bê tơng: Ec = 0,043.γb1,5. Tiêu chuẩn thiết kế: AASHTO Thiết kế mặt cắt ngang 2.1 Các thơng số thiết kế Chiều rộng phần xe chạy: Blàn xe = 10,5m Chiều rộng người đi bộ: Bngười đi = 2m. Chiều rộng bệ lan can: Blan can = 0,25m Chiều rộng gờ chắn bánh xe: Bgờ chắn = 0,25m => Chiều rộng tồn cầu: B = Blx + Bnđ + 2.Blc + 2.Blc = 10,5 + 2 + 2.0,25 + 2.0,25 = 13,5m Số lượng dầm chủ: Nb = 7 dầm Khoảng cách giữa các dầm chủ: chọn S = 1,95m Chiều dài cánh hẫng: Sk = (B – 6S) / 2 = (13,5 – 6.1,95)/2 = 0,9m 2.2 Bản mặt cầu BTCT Chiều dày tối thối của BMC BTCT được quy định ở điều {9.7.1.1} là 175mm (khơng kể lớp bảo vệ và hao mòm) Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêm lớp hao mòn 15cm Đối với bản hẫng của dầm ngồi cùng do phải thiết kế chịu tải trọng va chạm rào chắn nên chiều dày bản phả tăng thêm 25mm (chiều dày tối thiểu ở mút hẫng là 20mm) Chọn chiều dày bản mặt cầu ts = 200mm 2.3 Các lớp phủ mặt cầu Lớp phủ asphan: 0,07m Độ dốc mui luyện 2% => lớp mui luyện dày trung bình: 0,053m Lớp phòng nước: 0,004m Hình 1.1 Mặt cắt ngang cầu Lựa chọn tiết diện dầm chủ ( dầm tổ hợp chữ I ): 3.1 Cơ sở chọn tiết diện Theo kinh nghiệm Theo điều kiện kinh tế Theo điều kiện độ cứng 3.2 Chiều cao dầm chủ (d) Theo điều kiện hmin Chiều cao dầm không được nhỏ hơn dmin: dmin ≥ 0,033L = 0,033.25 = 0,825m Theo cơng thức kinh nghiệm ddc = L = 25 = 11,38 => chọn chiều cao dầm chủ ddc = 1,3m 3.3 Chọn tiết diện vách dầm, bản biên và bản táp Chiều cao sườn dầm (D): D ≥ 0,95d = 0,95.1,3 = 1,235m => chọn D = 1,25m Ta có: bf ≥ D/6 = 1,25/6 = 0,208m chọn bản biên có: btf = 240m, bbf = 320m, bbf’ = 260m Ta có: ≤ 12 => tf ≥ + Bản biên trên: = = 0,01m => chọn ttf = 0,016m + Bản biên dưới: = = 0,013m => chọn ttf = 0,017m + Bản táp: = = 0,0108m => chọn ttf = 0,017m Chiều dày vách: Ta có: ttf ≥ 1,1tw => tw ≤ ttf / 1,1 = 0,016/1,1 = 0,0014m => chọn tw = 0,016m Bảng 1.1 Tổng hợp các giá trị dầm chủ Chiều Vách Bản B ả n Bản táp cao dầm biên biên d D tw btf ttf bbf tbf bbf’ Mm mm mm mm mm mm mm mm ttf’ mm 1300 1250 16 240 16 320 17 260 17 3.4 Kiểm tra tính cân xứng Tính cân xứng của vách được kiểm tra theo cơng thức: 0,1 ≤ ≤10 hay 0,1 ≤ = 0,25 ≤10 => ĐẠT Trong đó: Iyc: mơmen qn tính của bản biên chịu nén tiết diện thép đối với trục thẳng đứng của mặt phẳng vách Iyc = ttf.btf3/12 = 16.2403/12 = 18,43.106 mm4 Iyt: mơmen qn tính của bản biên chịu kéo tiết diện thép đối với trục thẳng đứng của mặt phẳng vách Iyt = tbf.bbf3/12 + tbf’.bbf’3/12 = 17.3203/12 + 17.2603/12 = 71,32.106 mm4 Hình 1.2 Cấu tạo sơ bộ dầm chủ CHƯƠNG II: NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN Ngun lý chịu lực của dầm liên hợp với bản bê tơng cốt thép các giao đoạn làm việc: Giai đoạn 1: giai đoạn không liên hợp Trọng lượng bản thân của dầm, các hệ liên kết, bản bê tông khi chưa đông cứng do dầm thép chịu Giai đoạn 2: giai đoạn liên hợp + Giai đoạn liên hợp dài hạn: tải trọng tác dụng gồm lớp phủ mặt cầu, lan can tay vịn. Tiết diện dầm làm việc là tiết diện liên hợp + Giải đoạn liên hơn ngắn hạn: tiết diện làm việc là tiết diện liên hơp ngắn hạn (hoạt tải và xung kích) Xác định bề rộng có hiệu quả của BMC 1.1 Bề rộng có hiệu đối với dầm trong be = min =min = 1950mm Vậy bề rộng có hiệu của BMC đối với dầm trong là be = 1950mm 1.2 Bề rộng có hiệu đối với dầm ngồi be’ = + min = + min = 1875mm Vậy bề rộng có hiệu của BMC đối với dầm trong là be’ = 1875mm Dầm trong D ầm biên Hình 2.1 bề rộng hữu hiệu đối với dầm biên, dầm trong Xác định đặt trưng hình học của tiết diện dầm ở các giai đoạn làm việc 2.1 Giai đoạn 1 (dầm chưa liên hợp): Diện tích mặt cắt ngun: ANC = btf.ttf + D.tw + bbf.tbf + bf’.tf’ Momen tĩnh của tiết diện đối với trục đi qua mép dưới cùng của tiết diện: QNC = bf’tf’(tf’/2) + bbf.tbf .(tf’ + tbf/2) + D.tw.( + tbf + tf’) + btf.ttf .(ttf/2 + D + tbf +tf’) Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép dưới của tiết diện: = Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép trên của tiết diện: = d Momen quán tính của tiết diện dầm INC: INC = + ()2 + + ()2 + + tw.D.( + tbf + )2 + + ()2 Momen kháng uốn của tiết diện dầm thép tính đối với mép trên và mép dưới: = ; = Bảng 2.1 Tổng hợp các đặc trưng của dầm giai đoạn chưa liên hợp ANC QNC INC mm mm mm mm mm4 mm3 mm3 33700 18,32.106 543,62 756,38 7,75.109 1,42.107 1,02.107 2.2 Giai đoạn 2: a Giai đoạn liên hợp dài hạn Bề rộng chuyển đổi bản bê tông bbr = = = 78,125mm với n = 8 – tỷ số modul đàn hồi của vật liệu làm dầm (ES) với modul đàn hồi của vật liệu BMC (EC) và trả bảng với fc’ = 30Mpa Diện tích tiết diện (bỏ qua phần vút) ALT = ANC + btr.ts Momen tĩnh của tiết diện lấy với trục NC QLT = btr.ts.( + th + ) với th = 100mm – bề dày phần vút bản bê tơng Khi đó trục trung hòa LT của tiết diện liên hợp dài hạn vị trí cách trục NC đoạn: b = Trục trung hòa LT cách mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên của bản bê tơng lần lượt: = + b = – b = + th + ts Momen qn tính của tiết diện liên hợp ILT = INC + ANC.b2 + + btr.ts.( )2 Momen kháng uốn của tiết diện dài hạn đối với mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên bản bê tơng: = ; = ; = ALT mm2 49325 Bảng 2.2 Tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm giai đoạn liên hợp dài hạn QLT b ILT mm mm mm mm mm mm4 mm3 mm3 14,94.10 302,96 846,58 453,42 753,42 1,76.10 10 2,08.10 mm3 3,88.10 2,34.107 b Giai đoạn liên hợp ngắn hạn Bề rộng chuyển đổi bản bê tông. bbr = = = 234,375mm Diện tích tiết diện AST = ANC + btr.ts Momen tĩnh của tiết diện lấy với trục NC QST = btr.ts.( + th + ) Khi đó trục trung hòa LT của tiết diện liên hợp dài hạn vị trí cách trục NC đoạn: c = Trục trung hòa LT cách mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên của bản bê tơng lần lượt: = + b = – b = + th + ts Momen qn tính của tiết diện liên hợp IST = INC + ANC.c2 + + btr.ts.( )2 Momen kháng uốn của tiết diện dài hạn đối với mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên bản bê tơng: = ; = ; = AST mm2 80575 Bảng 2.3 Tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm giai đoạn liên hợp ngắn hạn QST c IST mm mm mm mm mm mm4 mm3 mm3 44,83.106 556,3 1099,99 200 500 2,58.1010 2,34.107 12,9.107 mm3 5,16.107 Hình 2.2 Trục trung hòa ở các giai đoạn tiết diện liên hợp đối với dầm biên Kiểm tra theo các TTGH Trạng thái giới hạn cường độ Trạng thái giới hạn sử dụng và kiểm tra độ võng Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy cho các tiết diện Yêu cầu mỏi cho các vách dầm Xác định các hệ số và tổ hợp tải trọng 4.1 Xác định hệ số sức kháng φ Đối với TTGH cường độ hệ số sức kháng φ phải lấy: Đối với cấu kiện chịu uốn: φf = 1,00 Đối với cấu kiện chịu cắt: φv = 1,00 Các TTGH khơng thuộc TTGH cường độ: φ = 1 4.2 Chọn số lượng làn xe Theo AASHTO thì số làn xe thiết kế là phần ngun của tỉ số bề rộng cầu là 35000mm (bề rộng làn xe thiết kế) NL = phần nguyên (K/3500) = phần nguyên (10500/3500) = 3 làn 4.3 Hệ số làn xe Số làn xe Bảng 2.4 Xác định hệ số làn xe Hệ số làn xe (m) 1,2 1,0 0,85 Hệ số làn xe trong bảng trên khơng áp dụng cho trạng thái mỏi 4.4 Hệ số xung kích IM (%) Cấu kiện Mối nối BMC Mỏi Bộ phận khác Dầm chủ Bảng 2.5 Xác định hệ số xung kích IM (%) 75 15 25 33 4.5 Ảnh hưởng của hoạt tải xe, người đi và tải trọng làn Trạng thái cường độ Trạng thái sử dụng Bảng 2.6 Hệ số tải trọng γLL γPL 1,75 1,75 1,3 1,3 4.6 Xác định hệ số phân bố ngang Tính tốn hệ số phân bố hoạt tải theo làn: Tham số độ cứng dọc hay còn gọi là momen qn tính của BMC đối với dầm thép khi chưa liên hợp: Kg = n.(INC + ANC.eg2) = 8.(7,75.109 + 33700.956,382) = 0,308.1012 Trong đó: + n = = 8 – tỷ số modul đàn hồi của vật liệu làm dầm và vật liệu làm bản Với BMC có fc’ = 30Mpa. (tra bảng) + ANC = 33700mm2 – diện tích tiết diện dầm chủ + INC = 7,75.109 mm4 – momen qn tính của tiết diện + eg = + th + = 956,38 mm – khoảng cách giữa trọng tâm của BMC và dầm khi dầm chưa liên hợp với bê tơng Xét tỷ số: = = 1,044 4.7 Đối với dầm trong Kiểm tra các điều kiện để áp dụng công thức + 4900mm ≥ S = 1950mm ≥ 1100mm 6000mm ≤ Ld = 25000mm ≤ 73000mm Nb = 7 dầm > 4 300mm ≥ ts = 200mm ≥ 110mm Vậy các điều kiện trên được thõa mãn nên áp dụng công thức theo AASHTO + + + 4.7.1 Hệ số phân bố ngang cho momen Khi xếp 1 làn xe trên mặt cầu: = 0,06 + . . = 0,06 + . .1,044 = 0,649 Trong đó: + – hệ số phân bố momen cho dầm trong trường hợp chỉ xếp 1 làn xe trên cầu + S – khoảng cách giữa các dầm chủ + Ltt – chiều dài tính tốn của kết cấu nhịp + ts – chiều dày bản bê tơng mặt cầu Khi xếp > 1 làn xe trên mặt cầu: = 0,075 + . . = 0,075 + . .1,044 = 0,569 Trong đó: – hệ số phân bố momen cho dầm trong trường hợp chỉ xếp > 1 làn xe trên cầu => Hệ số phân bố ngang cho momen của dầm trong: = max( ; ) = max(0,649; 0,569) = 0,649 4.7.2 Hệ số phân bố ngang cho lực cắt Khi xếp 1 làn xe trên mặt cầu: = 0,36 + = 0,36 + = 0,616 Khi xếp > 1 làn xe trên mặt cầu: = 0,2 + = 0,2 + = 0,708 => Hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm trong: = max( ) = max( 0,616; 0,708) = 0,708 4.7.3 Hệ số phân bố tải trọng người đi gPL = = = 0,285 4.8 Đối với dầm biên 4.8.1 Hệ số phân bố ngang cho momen Hình 2.3 Đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm ngồi a Trường hợp 1 làn chất tải: Dùng phương pháp đòn bẩy xác định hệ số phân bố = m.0,5 = 0,85.0,5.(0,263 + 0) = 0,112 b Trường hợp hai hoặc nhiều làn chất tải = em. = 1. 0,569= 0,569 Trong đó: + em = 0,77 + = 0,77 + = 0,895 em = 1 de = 350mm – khoảng cách từ mép trong gờ chắn đến dầm biên 300 ≤ de ≤ 1700 + = 0,569 = > Hệ số phân bố ngang cho momen của dầm biên: = max( , ) = max( 0,112; 0,569) = 0,569 4.8.2 Hệ số phân bố ngang cho lực cắt a Trường hợp 1 làn chất tải Dùng phương pháp đòn bẩy xác định hệ số phân bố = m.0,5 = 0,85.0,5.(0,263 + 0) = 0,112 b Trường hợp hai hoặc nhiều làn chất tải = em. = 1. 0,708= 0,708 Trong đó: em = 0,77 + = 0,77 + = 0,895 em = 1 de = 350mm – khoảng cách từ mép trong gờ chắn đến dầm biên 300 ≤ de ≤ 1700 = 0,708 = > Hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm biên: = max( , ) = max( 0,112; 0,708) = 0,708 4.8.3 Hệ số phân bố tải trọng người đi gPL = 1/2 (y1 + y2) = ½(1,39 +0,76) = 1,075 Bảng 2.7 Tổng hợp hệ số phân bố ngang Hệ số phân bố ngang Momen Lực cắt Người đi Dầm trong GPL Dầm biên 0,649 0,708 0,285 Xác định nội lực tại các tiết diện của dầm do hoạt tải gây ra 5.1 Tính tốn momen: Momen tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau: Theo trạng thái giới hạn cường độ 1: = η.{.γLL.[ 0,65.(1 + IM). + 0,93.ω ] +gPL. γPL.PL. ω} Theo trạng thái giới hạn sử dụng: = .[ 0,65.(1 + IM). + 0,93.ω ] +gPL.PL. ω Trong đó: + η – hệ số điều chỉnh tải trọng TTGHCĐ1: η = 0,95 TTGHSD: η = 1 + Pi – trọng lượng các trục xe + yi – tung độ đường ảnh hưởng + ω – diện tích đường ảnh hưởng + (1 + IM) = 1,33 – hệ số xung kích + = 0,649 – hệ số tải trọng đối với momen + gPL= 1,075 – hệ số tải trọng người đi + γLL, γPL – hệ số tải trọng của hoạt tải TTGHCĐ1: γLL = γPL = 1,75 TTGHSD: γLL = γPL = 1,3 + 0,65 – hệ số lấy theo tải trọng 0,65HL93 + PL = 4kN/m2 – tải trọng người đi bộ 10 0,569 0,708 1,075 L/2 L/8 3L/8 L/4 MN 78,125 1644,25 1309 1644,25 34,125 771,5 584,1 771,5 73,25 1458,1 1239,7 1458,1 52,25 1152,1 889,9 1152,1 63 1069,65 672,54 1069,65 5.2 Tính tốn lực cắt: 4 4 1,075 2170,585 1697,300 1,075 997,820 761,126 1,075 1957,209 1530,449 1,075 1500,588 1173,392 1,075 1511,318 1181,780 Lực cắt tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau: Theo trạng thái giới hạn cường độ 1: = η.{.γLL.[ 0,65.(1 + IM). + 0,93. ω+ ] + gPL. γPL.PL. ω} Theo trạng thái giới hạn sử dụng: = .[ 0,65.(1 + IM). + 0,93. ω+ ] + gPL.PL. ω+ Trong đó: + η – hệ số điều chỉnh tải trọng TTGHCĐ1: η = 0,95 TTGHSD: η = 1 + Pi – trọng lượng các trục xe + yi – tung độ đường ảnh hưởng + ω+ – diện tích dương đường ảnh hưởng + (1 + IM) = 1,33 – hệ số xung kích + = 0,708 – hệ số tải trọng đối với momen + gPL = 1,075 – hệ số tải trọng người đi + γLL, γPL – hệ số tải trọng của hoạt tải TTGHCĐ1: γLL = γPL = 1,75 TTGHSD: γLL = γPL = 1,3 + 0,65 – hệ số lấy theo tải trọng 0,65HL93 + PL = 4kN/m2 – tải trọng người đi bộ 12 Hình 2.5 Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện Bảng 2.9 Lực cắt do hoạt tải gây ra Trạng thái giới hạn CĐ1 Mặt cắ t ω+ m2 SD Gối L/2 L/8 3L/8 L/4 12,5 3,125 9,570 4,883 7,031 PL gPL kN/m 3 trục 2 trục max 288,1 214,5 288,1 125,95 104,5 125,95 247,36 187,55 247,36 165,675 132,55 165,675 207,06 159,72 207,06 MN 6,480 197,45 13 152,9 197,45 V kN.m 4 4 4 V kN.m 1,075 1,075 1,075 1,075 1,075 1,075 373,223 491,655 313,001 199,861 255,731 242,42 309,812 120,360 258,509 163,301 210,076 198,878 Xác định nội lực tại các tiết diện của dầm do tĩnh tải gây ra 6.1 Các thành phần tĩnh tải Hình 2.6 Mặt cắt ngang cầu Bảng 2.10 Thống số tính tốn sơ bộ Dung trọng của bê tơng cốt thép γBT 25kN/m3 Dung trọng của lớp mui luyện γML 15kN/m3 Dung trọng của lớp phòng nước γPN 22kN/m3 Dung trọng của cốt thép γs 78,5kN/m3 Dung trọng của bê tơng nhựa γBTN 22,5kN/m3 Tỷ trọng hợp kim Nhơm γAL 28kN/m3 a Lan can – tay vịn Gồm có phần bệ làm bằng bê tơng cốt thép đổ liên tục theo chiều dài của dầm và phần phía trên làm bằng kim loại. Để tính khối lượng của lan can ta tính cho từng bộ phận như sau: Hình 2.7 Chi tiết bệ lan can và lan can 14 Phần bệ lan can: DCbệ = Vbệ. γBT = 2.(0,6.0,25 – 2.0,025.0,025).25,6.25 = 190,39kN Phần trụ lan can: Vì phần kết cấu bằng kim loại có tiết diện phức tạp nên để đơn giản việc tính tốn, ta tiến hành quy đổi tiết diện này tương đương một tiết diện đơn giản là hình chữ nhật bằng cách tính trung bình bề rộng các mặt cắt đặc trưng, từ đó tính tốn được khối lượng của lan can. Ta cần chú ý rằng tại liên kết lan can gắn với tay vịn có 2 đoạn ống kéo dài để tăng cường độ cứng liên kết với tay vịn, tuy nhiên ta xem phần khối lượng này là khơng đáng kể và bỏ qua khi tính tốn khối lượng của lan can + Hình 2.9 Quy đổi mặt cắt tiết diện tính tốn của lan can Bề rộng bình qn: bbq = .( + 100 + 135 ) = 130mm = 0,13m Diện tích tiết diện: S = 0,61.0,13 = 0,063m2 + Thể tích 1 lan can: Vlc = S.d = 0,063.0,13 = 0,00818m3 + Cầu nhịp 25,6m, khoảng cách tay vịn là 2m nên tổng số lan can trên 1 nhịp là 2.12 = 24 cọc thép Tỏng khối lượng của lan can trên 1 nhịp: DClc = 24.Vlc. γAL = 24.0,00818.28 = 5,501kN Phần tay vịn: + 15 Hình 2.8 Chi tiết tay vịn theo phương dọc cầu Tay vịn trên cầu có 2 loại, loại có D = 120mm, t=5mm và loại D = 100mm, t = 5mm. Mỗi đoạn ống tay vịn dài 2m và được liên kết tại các lan can cầu. Để tính tốn khối lượng tay vịn, ta tiến hành tính tốn khối lượng của mỗi loại tay vịn rồi từ đó tính tốn cho cầu Khối lượng tay vịn D = 120mm, L = 2m được tính như sau: DCtv1 = ( 0,122 – 0,1152).2. γAL = ( 0,122 – 0,1152).2.28 = 0,052kN Khối lượng tay vịn D = 80mm, L = 2m được tính như sau: DCtv2 = ( 0,082 – 0,0752).2. γAL = ( 0,082 – 0,0752).2.28 = 0,034kN Tổng khối lượng tay vịn trên 1 nhịp: DCtv = (12 1).2.(DCtv1 + DCtv2) = 22.(0,052 + 0,034) = 1,892kN b Gờ chắn bánh xe Hình 2.10 Chi tiết gờ chắn bánh xe Khối lượng gờ chắn trên 1 nhịp cầu: DCgc = Vgc. γBT = 2.(0,25.0,35 – 0,5.0,15.0,15).25,6.25 = 97,6kN => Tĩnh tải do lan can – tay vin, gờ chắn bánh xe trên 1m dài của nhịp cầu L = 25,6m, có 7 dầm chủ là: DClctv,gc = = = 1,64kN/m Bảng 2.8 Tổng hợp tĩnh tải của dầm 16 Trọng lượng dầm thép Trọng lượng hệ liên kết Trọng lượng lc – tv, gcbx Trọng lượng BMC Trọng lượng lớp phủ Tĩnh tải giai đoạn 1 Tĩnh tải giai đoạn 2 DCdc = As.γs = 33700.106.78,5 = 2,64kN/m DChlk = 0,11.DC1 = 0,11.2,64 = 0,29kN/m DClctv,gc = 1,64kN/m DCBMC = (ABMC. γBT)/Nb = (13,5.0,2 + 7.0,39.0,1).25/7 = 10,62kN/m DW = (DW1 + DW2 + DW3)/67 = (0,07.10,5.22,5+0,004.10,5.22+0,053.10,5.15)/7 = 3,687kN/m DC1 = DCdc + DChlk + DCBMC = 2,64 + 0,29 + 10,62 = 13,55kN/m DC2 = DClctv,gc = 1,64kN/m 6.2 Momen do tĩnh tải gây ra = η.( γDC.DC + γDW.DW) Trong đó: + η – hệ số điều chỉnh tải trọng + γDC, γDW – hệ số tải trọng Trạng thái CĐ1 Trạng thái SD η 0,95 γDC 1,25 + diện tích đường ảnh hưởng 17 γDW 1,5 Hình 2.11 Đường ảnh hưởng momen tại các tiết diện Bảng 2.9 Momen do tĩnh tải giai đoạn 1 (DC1) gây ra theo các trạng thái giới hạn Giá trị do tĩnh Cường độ 1 Sủ dụng tải gây ra Mặt cắt ω (m2) DC1 (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 13,55 0 L/2 78,125 13,55 1257,080 1058,594 3L/8 73,25 13,55 1178,638 992,537 L/4 52,25 13,55 840,735 707,987 L/8 34,125 13,55 549,092 462,393 Mối nối 63 13,55 1013,709 853,65 Bảng 2.10 Momen do tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2 DW) gây ra theo các trạng thái giới hạn Giá trị do Cường độ 1 Sủ dụng tĩnh tải gây Mặt cắt ω (m2) DC2 (kN/m) DW (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 1,64 3,687 0 L/2 78,125 1,64 3,687 562,615 416,172 3L/8 73,25 1,64 3,687 527,508 390,203 L/4 52,25 1,64 3,687 376,277 278,336 L/8 34,125 1,64 3,687 245,750 181,784 Mối nối 63 1,64 3,687 453,693 335,601 6.3 Lực cắt do tĩnh tải gây ra Vk(LL+PL) = η.( γDC.DC + γDW.DW).(ω+ ω) Trong đó: + η – hệ số điều chỉnh tải trọng + γDC, γDW – hệ số tải trọng η γDC Trạng thái CĐ1 0,95 1,25 Trạng thái SD 1 γDW 1,5 + ω+ diện tích dương đường ảnh hưởng + ω diện tích âm đường ảnh hưởng 18 Hình 2.12 Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện Bảng 2.12 Lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 1 (DC1) gây ra theo các trạng thái giới hạn Giá trị do Cường độ1 Sủ dụng tĩnh tải gây Mặt cắt ω+ (m2) ω (m2) DC1 (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 12,5 13,55 201,133 169,375 L/8 9,570 0,195 13,55 150,849 127,031 L/4 7,031 0,781 13,55 100,566 84,687 3L/8 4,883 1,758 13,55 50,283 42,344 L/2 3,125 3,125 13,55 0 Mối 6,480 0,980 13,55 88,498 74,525 nối Bảng 2.13 Lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2 DW) gây ra theo các trạng thái giới hạn Giá trị do Cường Sủ dụng tĩnh tải độ1 gây ra Mặt cắt ω+ (m2) ω (m2) DC2(kN/m) DW (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 12,5 1,64 3,687 90,018 66,587 L/8 9,570 0,195 1,64 3,687 67,514 49,941 L/4 7,031 0,781 1,64 3,687 45,009 33,293 3L/8 4,883 1,758 1,64 3,687 22,505 16,647 L/2 3,125 3,125 1,64 3,687 0 Mối 6,480 0,980 1,64 3,687 39,608 29,298 nối 19 Bảng 2.14 Tổng kết nội lực do tĩnh tải gây ra Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Tổng nội lực do tĩnh tải TTGH cường độ 1 Mặt cắt Momen kN.m Gối 549,092 L/8 840,735 L/4 1178,638 3L/8 1257,080 L/2 1013,709 Mối nối Gối 245,750 L/8 376,277 L/4 527,508 3L/8 562,615 L/2 453,693 Mối nối Lực cắt kN.m 201,133 150,849 100,566 50,283 88,498 90,018 67,514 45,009 22,505 39,608 Momen kN.m 462,393 707,987 992,537 1058,594 853,650 181,784 278,336 390,203 416,172 335,601 Lực cắt kN.m 169,375 127,031 84,687 42,344 74,525 66,587 49,941 33,293 16,647 29,298 Gối L/8 L/4 3L/8 L/2 Mối nối 291,151 218,363 145,575 72,788 128,106 644,177 986,323 1382,740 1474,766 1189,251 235,962 176,972 117,980 58,991 103,823 794,842 1217,012 1706,146 1819,695 1467,402 TTGH sủ dụng 6.4 Tính tốn tổ hợp các nội lực do tĩnh tải và hoạt gây ra Tổ hợp nội lực theo TTGH cường độ 1 + Tổ hợp momen Mu = + + Tổ hợp lực cắt Vu = + Tổ hợp nội lực theo TTGH sử dụng + Tổ hợp momen Mu = + + Tổ hợp lực cắt Vu = + Bảng 2.15 Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt trong dầm chủ Mặt cắt 20 TTGH cường độ 1 Momen TTGH sử dụng Lực cắt Momen Lực cắt kN.m 1792,662 2717,600 3663,355 3990,280 2978,720 3990,280 Gối L/8 L/4 3L/8 L/2 Mối nối Max kN.m 664,374 531,364 401,306 272,649 491,655 370,529 664,374 kN.m 1405,303 2159,715 2913,189 3172,066 2371,031 3172,066 kN.m 545,774 435,481 328,056 222,292 120,360 302,701 545,774 Xác định ứng suất trong các giai đoạn Ta chỉ cần tính ứng suất tại mặt cắt L/2, vì tại mặt cắt này momen lớn nhất nên ứng suất tại đây cũng là lớn nhất 7.1 Ứng suất do tác dụng của tĩnh tải giai đoạn 1 (chưa liên hợp) Tải trọng tác dụng : Là những tải trọng thường xun tác dụng lên tiết diện dầm thép như tải trọng bản thân dầm thép, hệ liên kết, và bản BTCT Ta có : G1 = DC1 = 13,55 (kN/m) Ứng suất tại biên trên và bên dưới dầm thép: = ; = Bảng 2.16 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 1 ở TTGH cường độ 1 Ứng suất Ứng suất MG1 INC Mặt cắt biên trên biên dưới kN.m mm4 mm mm Mpa Mpa Gối 7,75.10 756,38 543,62 0 L/8 549,092 7,75.10 756,38 543,62 53,599 38,516 L/4 840,735 7,75.109 756,38 543,62 82,053 58,973 3L/8 1178,638 7,75.10 756,38 543,62 115,032 82,675 L/2 1257,080 7,75.109 756,38 543,62 122,688 88,178 Mối nối 1013,709 7,75.10 756,38 543,62 98,935 71,106 Max 122,688 88,178 Bảng 2.17 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 1 ở TTGH sử dụng 21 Mặt cắt MG1 kN.m INC mm4 Gối L/8 L/4 3L/8 L/2 Mối nối 462,393 707,987 992,537 1058,594 853,65 7,75.109 7,75.109 7,75.109 7,75.109 7,75.109 7,75.109 Max mm mm 756,38 756,38 756,38 756,38 756,38 756,38 543,62 543,62 543,62 543,62 543,62 543,62 Ứng suất Ứng suất biên trên biên dưới Mpa Mpa 0 45,128 32,434 69,098 49,661 96,869 69,621 103,316 74,254 83,314 59,879 103,316 74,254 7.2 Ứng suất do tác dụng của tĩnh tải giai đoạn 2 (liên hợp dài hạn) Tiết diện làm việc : dầm thép và bản bê tông Tải trọng tác dụng : là những tải trọng thường xuyên tác dụng lên tiết diện liên hợp như : lớp phủ mặt cầu, lan can, tay vịn Ta có : G2 = DC2 + DW = 1,64 + 3,687 = 5,327 kN/m + Ứng suất biên trên dầm thép : = + Ứng suất biên dưới dầm thép : = + Ứng suất biên trên bản bê tông : = n = 8 hệ số chuyển đổi giữa cốt thép và bê tông Mặt cắ t Gối L/8 L/4 3L/8 L/2 MN 22 Bảng 2.17 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 2 ở TTGH cường độ 1 MG2 ILT kN.m mm4 mm mm mm Mpa Mpa Mpa 1,76.1 453,42 846,58 753,42 0 10 245,75 1,76.1 453,42 846,58 753,42 6,331 11,821 0,438 010 376,27 1,76.1 453,42 846,58 753,42 9,638 18,099 0,671 010 527,50 1,76.1 453,42 846,58 753,42 13,589 25,374 0,941 010 562,61 1,76.1 453,42 846,58 753,42 14,494 27,062 1,003 010 453,69 1,76.1 453,42 846,58 753,42 11,689 21,182 0,809 010 Max 14,494 27,062 1,003 Mặt cắ t Gối L/8 L/4 3L/8 L/2 MN Bảng 2.18 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 2 ở TTGH sủ dụng MG2 ILT kN.m mm4 mm mm mm Mpa Mpa Mpa 1,76.1 453,42 846,58 753,42 0 10 181,78 1,76.1 453,42 846,58 753,42 4,683 8,744 0,324 010 278,33 1,76.1 453,42 846,58 753,42 7,171 13,388 0,496 010 390,20 1,76.1 453,42 846,58 753,42 10,053 18,769 0,659 010 416,17 1,76.1 453,42 846,58 753,42 10,722 20,018 0,742 010 335,60 1,76.1 453,42 846,58 753,42 8,646 16,143 0,598 010 Max 10,722 20,018 0,742 7.3 Ứng suất do tác dụng của hoạt tải (liên hợp ngắn hạn) Tiết diện làm việc : dầm thép và bản bê tơng Tải trọng tác dụng : là hoạt tải tính tốn + Ứng suất biên trên dầm thép : = + Ứng suất biên dưới dầm thép : = + Ứng suất biên trên bản bê tông : = n = 8 hệ số chuyển đổi giữa cốt thép và bê tông Mặt cắ t Gối L/8 23 Bảng 2.20 Tổng hợp ứng suất do hoạt tải ở TTGH cường độ 1 MLL+PL IST kN.m mm4 mm mm mm Mpa Mpa Mpa 2,58.1 1099,9 500 0 200 10 997,82 2,58.1 1099,9 500 7,735 4,254 0,242 200 10 0 L/4 3L/8 L/2 MN 1500,5 88 1957,2 09 2170,5 85 1511,3 18 2,58.1 010 2,58.1 010 2,58.1 010 2,58.1 010 200 200 200 200 Max Mặt cắ t Gối L/8 L/4 3L/8 L/2 MN 1099,9 1099,9 1099,9 1099,9 500 11,632 6,398 0,363 500 15,172 8,345 0,474 500 16,826 9,254 0,526 500 11,716 6,443 0,366 16,826 9,254 0,526 Bảng 2.21 Tổng hợp ứng suất do hoạt tải ở TTGH sủ dụng MLL+PL IST kN.m mm4 mm mm mm Mpa Mpa Mpa 2,58.1 1099,9 500 0 200 10 761,12 2,58.1 1099,9 500 5,900 3,245 0,184 200 10 1173,3 2,58.1 1099,9 500 9,096 3,878 0,284 200 10 92 1530,4 2,58.1 1099,9 500 11,864 6,525 0,371 200 10 49 1697,3 2,58.1 1099,9 500 13,157 7,236 0,411 200 10 00 1181,7 2,58.1 1099,9 500 9,161 5,038 0,286 200 10 80 Max 13,157 7,236 0,411 7.4 Tổ hợp ứng suất Bảng 2.21 Tổng hợp ứng suất pháp tại vị trí mặt cắt L/2 Ứng suất (Mpa) Mặt cắt Biên Biên trên L/2 dưới Biên trên bản BT dầm dầm Trạng thái tính tốn CĐ1 SD CĐ1 SD CĐ1 SD 122,688 103,316 88,178 74,254 GĐ chưa liên hợp 0,00 0,00 14,494 10,722 27,062 20,018 1,003 GĐ liên hợp dài hạn 0,742 GĐ liên hợp ngắn 16,826 13,157 9,254 7,236 0,526 0,411 hạn Tổng ứng suất 154,008 127,195 124,494 101,508 1,529 1,153 7.5 Xác định trục trung hòa dẻo của tiết diện liên hợp 7.6 Chiều cao chịu nén của vách 24 7.7 Sức kháng lực cắt Kiểm tra ổn định cục bộ và tổng thể 8.1 Kiểm tra ổn định cục bộ 8.2 Kiểm tra ổn định tổng thể Các trạng thái giới hạn 9.1 Kiểm tra về thi công 9.2 Kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng 9.3 Kiểm tra theo trạng thái cường độ 1 9.4 Kiểm tra độ võng đàn hồi 9.5 Kiểm tốn theo trạng thái giới hạn về mỏi 9.6 Kiểm tra ứng suất trong bản bê tơng 10 Xác định vị trí cắt bớt bản táp 10.1 Nội lực tại các tiết diện khi chưa cắt bản biên 10.2 Vẽ biểu đồ bao momen uốn, bao vật liệu dầm 25 26 ... Trọng lượng bản thân của dầm, các hệ liên kết, bản bê tông khi chưa đông cứng do dầm thép chịu Giai đoạn 2: giai đoạn liên hợp + Giai đoạn liên hợp dài hạn: tải trọng tác dụng gồm lớp phủ mặt cầu, lan ... Theo AASHTO thì số làn xe thiết kế là phần ngun của tỉ số bề rộng cầu là 35000mm (bề rộng làn xe thiết kế) NL = phần ngun (K/3500) = phần ngun (10500/3500) = 3 làn 4.3 Hệ số làn xe Số làn xe Bảng 2.4 Xác định hệ số làn xe... Ứng suất do tác dụng của tĩnh tải giai đoạn 1 (chưa liên hợp) Tải trọng tác dụng : Là những tải trọng thường xun tác dụng lên tiết diện dầm thép như tải trọng bản thân dầm thép, hệ liên kết, và bản BTCT Ta có : G1 = DC1 = 13,55 (kN/m)