Khái niệm chung về cầu thép: Cầu thép cấu tạo từ các cấu kiện thép, được thi công để vượt những nhịp lớn hoặc làm các cầu tạm, xây dựng nhanh chóng, với khả năng chịu lực lớn và tính tin cậy cao, trọng lượng nhẹ nhàng, tính cơ động cao và khả năng cơ giới hóa triệt để. ... Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao.
Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường THIẾT KẾ CẦU GIÀN THÉP &1 Mở đầu 1.1 Tóm tắt nhiệm vụ đồ án 1.1.1 Số liệu đầu vào: - Chiều dài nhịp tính tốn : ltt = 60 m - Khổ cầu : K = 7.0+2x1.0 m - Tải trọng thiết kế: + Hoạt tải thiết kế: HL93 + Đoàn người: 300 daN/m2 1.1.2 Nhiệm vụ thiết kế: - Thiết hế hệ dầm mặt cầu :dầm dọc , dầm ngang, liên kết dầm dọc vào dầm ngang liên kết dầm ngang vào dàn chủ - Thiết kế tiết diện dàn nút tự chọn - Thiết kế nút dàn 1.1.3.Tiêu chuẩn thiết kế Thiết kế theo quy trình 22TCN 272-05 1.2- Các trạng thái giới hạn 1.2.1 Trạng thái giới hạn cường độ I U = η.{1.25DC + 1.5DW + 1.75(LL+IM+PL)} IM = 25% 1.2.2 Trạng thái giới hạn sử dụng U = 1,0.(DC + DW) +1,0.(LL+IM+PL) IM = 25% 1.2.3Trạng thái giới hạn mỏi đứt gãy U = 0,75.(LL+IM) IM = 15% Trong đó: LL: hoạt tải xe IM: lực xung kích DC: tỉnh tải phận kết cấu liên kết DW: tỉnh tải lớp phủ mặt cầu PL: hoạt tải người η = ηD.ηR.ηI: hệ số điều chỉnh tải trọng, lấy theo 22TCN 272-05 Bảng1.1: Các hệ số Cường độ Sử dụng Mỏi Hệ số độ dẻo ηD (1.3.3) 0.95 1.0 1.0 Hệ số dư thừa ηR (1.3.4) 0.95 1.0 1.0 Hệ số quan trọng ηI (1.3.6) 1.05 KAD KAD η=ηD.ηR.ηI (1.3.2.1) 0.95 1.0 1.0 1.3 Vật liệu dùng cho kết cấu SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường -Thép kết cấu M270 cấp 250 có FY = 250Mpa -Bê tơng mặt cầu có f’c = 30Mpa - Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao 1.4- Chọn sơ đồ kết cấu nhịp - Chọn giàn có đường biên song song Giàn có 10 khoang, chiều dài khoang d = 6,0 m - Chiều cao giàn chủ: 1 h l 8.57 6.00m 10 ˜˜ 51 ˜2 '' 25 0' 7.5 Tuy nhiên ta hồn tồn khơng có tự để lựa chọn chiều cao dàn, cịn phụ thuộc vào kích thước xe chạy cầu, cầu ơtơ có đường xe chạy có chiều cao khơng < 7.3 m Chọn sơ h =7.5 m Chiều dài khoang d=6m Khi góc xiên α hợp xiên phương nằm ngang α = 51020’25’’ 10×6m Hình 1.1: Sơ đồ giàn chủ * Khoảng cách tim giàn chủ : Đối với cầu xe chạy : Bố trí hai giàn chủ với khoảng cách lớn khổ đường xe chạy 1-1,5m để kể đến phần đá vỉa bề rộng giàn Ta chọn khoảng cách hai giàn chủ B = 8,0 m 1.5- Chọn sơ kích thước 1.5.1- Bản mặt cầu: 1.5.1.1-Phần xe chạy:(A9.7.1.1) - Bản mặt cầu có chiều dày tối thiểu 175 mm,cộng thêm 15 mm hao mòn Vậy chiều dày 190 mm Phía lớp phủ mặt cầu dày 7.5cm gồm lớp: BTAP, lớp bảo vệ, lớp phòng nước 1.5.1.2- Phần hành: - Mặt đường phần hành làm BTCT dày 10cm, có rải lớp phủ BTN dày 2cm Ta tính được: -Trọng lượng mặt cầu đường xe chạy đường người đi: DC1 = 0,19.2,5.7,5.9,81 + 0,1.2,5.2.1,0.9,81 = 39,85(kN/m) -Trọng lượng lớp phủ mặt cầu đường xe chạy đường người đi: SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường 8m DW = 2,25.9,81.0,075.7,0+ 2.1,0.2,25.9,81.0,02 = 12,47 (kN/m) -Trọng lượng lan can, phòng hộ : DC2 = 1,4 (kN/m) -Trọng lượng đá vĩa: DC2(dv) = (0,3.0,2+0,5.0,45.0,05 )2,5.9,81=1,75(kN/m) 1.5.2 Dầm dọc: - Chọn dầm dọc,khoảng cách dầm dọc 1,6 m - Chiều cao dầm dọc kích thước khác tính xác phần thiết kế dầm dọc 1.5.3 Dầm ngang: - Các dầm ngang đặt nút giàn chủ, cách khoảng khoang giàn d = 6,0 m - Chiều cao dầm ngang kích thước khác tính xác phần thiết kế dầm ngang 1.5.4 Liên kết dọc dọc giàn chủ: 8m 8x6m 10x6m Hình 1.2: Liên kết dọc dọc giàn chủ 1.5.5 Chọn sơ tiết diện giàn chủ: - Chọn tiết diện kiểu chữ H biên giàn - Chọn xiên đứng có bề rộng với biên để dễ liên kết với nhau, chọn biên có chiều cao h khơng đổi để dễ liên kết - Chiều cao chiều rộng xác định theo công thức kinh nghiệm 332/Tr.345 sách N.I.POLIVANOV h l l2 60 60 51,00cm 400 400 b = h – 0,2l = 51,00 – 0,2x60 = 39,00cm Trị số h chọn chọn sai số ±10cm Do ta chọn h = 50cm, b = 40cm 1.5.6 Tính trọng lượng kết cấu nhịp: - Trọng lượng thép 1m dài dầm chủ xác định theo cơng thức: SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường 1,75 k 1,25.DC 1,5.DW a.l Fy DC(dc) = 1,25.(1 ) a.l Trong đó: - DC - trọng lượng BMC đường xe chạy đường người tính cho 1m giàn chủ, kN/m.(tính cho giàn chủ chịu )( gồm có mặt cầu , đường người , lan can , đá vỉa ) DC = DC = 7,5.0,19.60.2,5.9,81 2.1,75 2.1,0.0,1.60.9,81 2.1,4 =22,45 kN/m 2.60 nl - DW: trọng lượng lớp phủ mặt cầu tính cho 1m giàn chủ DW = DW = (0,075.7.60 0,02.1,0.60).2,25.9,81 =6,01 kN/m 2.60 n.l - l: nhịp tính tốn dầm, l = 60 m - Fy: cường độ chảy nhỏ thép làm dầm, kN/m2 Dùng thép cơng trình M270 cấp 250 có Fy = 250Mpa = 2,5.105 kN/m2 : Hệ số sức kháng , =1 - : trọng lượng thể tích thép, = 7,85 T/m3 = 78,5 kN/m3 - : hệ số xét đến trọng lượng hệ liên kết dầm chủ (lấy tùy thuộc vào chiều dài nhịp), = 0,1-0,12 - a: đặc trưng trọng lượng ứng với dầm giản đơn, a = 5,0(đối với cầu dàn) - k0: Tải trọng tương đương tất loại hoạt tải tác dụng lên dầm kể hệ số phân bố ngang, hệ số xe hệ số xung kích, kN/m Tính hệ số phân phối ngang người hoạt tải: dùng phương pháp đòn bẩy 8.0 SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU 0.25 1.8 0.488 1.2 0.638 1.8 0.863 0.6 1.031 1.000 1.156 1.0 7.0 Lớp: 27X3NT 0.263 0.25 Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường Hình1.3: Ngun tắc địn bẩy để xác định hệ số phân bố mômen hoạt tải thiết kế cho giàn chủ xếp tải xe Ta có: -Xét 1làn xe chất tải : mgLL=1,2.0,5.(0,863+0,638) = 0,884 -Xét 2làn xe chất tải : mgLL=1,0.0,5.(0,863+0,638+0,488+0,263) = 1,126 Vậy mgL = mgLL = 1,126 khống chế mgPL = ΩPL = 0,5.(1,156+1,031).1,0 = 1,094 Xác định k0: Tính k0.25 xe tải xe hai trục gây ra: 145 145 35 3Kn/m 9.100 10.175 11.25 9.3Kn/m Hình 1.4: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 1/4 nhịp k0.25 = P y i i 145.12,25 145.10,175 35.9,100 = 10,56 kN/m 337,50 = => k0 = mgLL.[(1+IM).k0.25 + qLL] + mgPL.PL = 1,126.(1,25.10,56 + 9,3) + 1,094.4 = 28,62 kN/m Thay tất vào cơng thức ta có: 1,75.28,62 1,25.24,45 1,5.6,01 5,0.60 DC(dc) = 2,5.10 1,25.(1 0,1).5,0.60 = 9,43 kN/m 78,5 Trọng lượng thép hệ liên kết, thường xem hàm số trọng lượng giàn chủ ggl = .DC(dc) = 0,1.9,43 = 0,943 kN/m SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường &2 Thiết kế hệ dầm mặt cầu, liên kết dầm dọc vào dầm ngang, dầm ngang vào dàn chủ 2.1.Thiết kế dầm dọc Dầm dọc đặt dọc theo hướng xe chạy, làm việc dầm liên tục nhiều nhịp, có nhịp tính tốn khoảng cách dầm ngang, dầm dọc có tác dụng làm giảm độ lớn mặt cầu 2.1.1 Chọn tiết diện Dùng tiết diện tổ hợp: tiết diện chữ I bao gồm sườn dầm, biên ghép với mối hàn góc Chọn tiết diện dầm dọc thỏa mãn điều kiện cấu tạo sau Đối với sườn dầm - Chiều cao: 1 15 1 15 + Theo điều kiện cấu tạo:D = .d .6,0 (0,75 ÷ 0,4) m + Chiều cao sườn dầm bề dày sườn có quan hệ với theo công thức tw D thép cacbon 12,5 - Trong trường hợp,bề dày sườn: tW ≥ 12mm Đối với biên Quan hệ bề dày tf bề rộng bf biên : tf bf - Khi 30 tW ≤ phải bố trí sườn tăng cường đứng theo tính tốn d 2.t f 50 → Tổng hợp điều kiện ta chọn sơ dầm dọc có kích thước sau: D =600 mm, bf = 240mm, tf = 16mm, tW = 12mm Ta có tW 12 = =0.021 > nên ta khơng bố trí sườn tăng cường đứng d 2.t f 600 2.16 50 → Diện tích mặt cắt ngang dầm dọc 144,96 cm2 Trọng lượng thân dầm dọc : 144,96.10-4.7,85.9,81=1,12 kN/m 2.1.2 Tải trọng tác dụng lên dầm dọc Sự phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên dầm dọc xác định theo phương pháp địn bẩy Hình 2.1 thể phân bố tải trọng lên dầm dọc SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường 7.5 7.0 1.6 1.8 1.0 0.812 ĐAH R1 1.34 0.6 1.0 1.8 1.0 ĐAH R3 1.8 1.2 0.250 ĐAH R2 0.344 1.8 Bảng 2.1: Hệ số phân phối ngang dầm dọc Dầm Số xe chất tải Hệ số xe m mg HL 93 =m.0,5 yi Dầm 1 1,2 Dầm 2 1,0 Dầm 1,0 2.1.2.1Nội lực tĩnh tải Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc bao gồm: lớp phủ mặt cầu DW, dầm dọc Tính tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc : Tải trọng thân dầm dọc DC1 = 1,12 kN/m Trọng lượng mặt cầu DC2=0,19.2,5.9,81= 4,66 kN/m2 Trọng lượng lớp phủ DW=0,075.2,25.9,81=1,655 kN/m2 SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT 0,487 0,600 0,625 đá vĩa, thân Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường Trọng lượng đá vỉa : DC2(dv)=1,75kN/m Tổng quát ta đặt tải trọng lên đường ảnh hưởng áp lực dầm, tĩnh tải xác định theo công thức sau gtt = 1.5.DW D¦W +1,25.(DC2 DC +DC1+ DC2(dv)ydv) Trong : D¦W , DC : Diện tích đường ảnh hưởng áp lực dầm xét tương ứng với lớp phủ mặt cầu, mặt cầu ydv: tung độ đường ảnh hưởng ứng với trọng tâm đá vỉa Bảng 2.2 Kết tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên dầm dọc DW(kN/m2) D¦W DC2(kN/m2) DC DC1 ydv Dầm 1,655 1,441 4,66 1,129 1,12 1,286 Dầm 1,655 1,505 4,66 1,582 1,12 -0,286 Dầm 1,655 1,600 4,66 1,600 1,12 0,000 Nội lực tính tốn tĩnh tải xác định theo công thức: M= gtt M ; V= gtt V ĐAH M 1/2 3.0 gtt(kN/m) 14,37 13,72 14,69 ĐAH M 1/4 1.125 1.5 6 ĐAQ goái H ĐAH Q 1/4 Bảng 2.3 Mơ men tĩnh tải tính tốn Tiết diện nhịp DAH M1/2(kN.m) Dầm 4,50 64,67 Dầm 4,50 61,74 Dầm 4,50 66,11 Tiết diện 1/4 DAH M1/4(kN.m) 3,375 48,50 3,375 46,31 3,375 49,58 Bảng 2.4 Lực cắt tĩnh tải tính tốn Tiết diện gối DAH V1/2(kN) Dầm 3,00 43,11 Dầm 3,00 41,16 Tiết diện ¼ DAH V1/4(kN) 1,50 21,56 1,50 20,58 SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường Dầm 3,00 44,07 1,50 22,04 2.1.2.2Nội lực hoạt tải Hiệu ứng lớn hoạt tải gây lấy theo giá trị lớn trường hợp sau - Xe hai trục thiết kế + tải trọng + tải trọng người (hệ số xung kích IM=25%) (HL93M) - Xe tải thiết kế + tải trọng + tải trọng người (hệ số xung kích IM=25%) (HL93K) Ở ta không xét tải trọng người (do dầm dọc không chịu tải trọng người) * Tại tiết diện 100 (gối) : 1.2m 110kN 110kN 4,3m 145kN 6m 4,3m 145kN 35kN AH Q goái Đ +Xe tải +Xe tanđem + Tải trọng M100 = V100 = 145(1+0,283) =186,035 kN M100 =0 V100=110(1+0,8)=198,00 kN Mln100=0 Vln100= 9,3.3,0=27,90 kN, *Tại tiết diện 1/4 nhịp SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường 1.2m 110 kN 110 kN 4.3m 1.2m 4.3m 145 kN 110 kN 110 kN 4.3m 145 kN 4.3m 35 kN 9.3KN/m 0.03 0.05 0.55 1.125 35 kN 0.75 145 kN 0.825 1.5 145 kN ÐAH M 1/4 ÐAH Q 1/4 +Xe tải M102,5 = 145.(1,125+0.05) =170,375 kN V102,5 = 145.(0,75+0,03) =113,10 kN Xe tanđem M102,5 =110.(1,125+0,825)=214,50 kN V102,5 =110.(0,75+0,55) =143,00 kN + Tải trọng Vln102,5= 9,3.1,6875=15,694 kN Mln102,5=9,3.3,375 =31,388 kN * Tại tiết diện 105( nhịp) 1.2m 110 kN 110 kN 1.2m 4.3m 145 kN 110 kN 110 kN 4.3m 145 kN 4.3m 145 kN 35 kN ÐAH M 1/2 +Xe tải SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU 0.3 0.5 0.9 1.5 35 kN 9.3KN/m 145 kN 4.3m ÐAH Q 1/2 M105 = 145.1,5 Lớp: 27X3NT =217,50 kN Trang: 10 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường M M uy PU PU 1 (4.10) 0,2 ux Pr 2,0.Pr M rx M ry PU P 0,8 M ux M uy 0,2 U 1 (4.11) Nếu Pr Pr 0,9 M rx M ry Nếu Trong đó: Pr: sức kháng kéo có hệ số (N), Pr tính bảng 2.11 Mrx, Mry: sức kháng uốn có hệ số trục x y (kN.m) Mux, Muy: mômen trục x y theo tải trọng có hệ số (kN.m) Pu: lực dọc trục tải trọng có hệ số (N) Tính Mux, Muy: Mô men uốn đầu trọng lượng thân lấy 1/10 giá trị tính coi liên khớp đầu Mux = Muy = 1,25.gDC l2 cosα 10 gDC: trọng lượng m dài (kN/m) Tính Mrx, Mry: Mrx: KAD Mux = Mry = φf.Mny Với φf = 1,0 Sức kháng uốn danh định, xác định theo AASHTO mô men dẻo Như trục yếu tiết diện H, ta tính theo cường độ chảy F y mômen kháng uốn S, ta việc dùng tính chất tiết diện thực hay tiết diện nguyên để tính sức kháng uốn phụ thuộc vào tiết diện thực hay nguyên khống chế Mny = 1,75.Fy.SY SY = IY b , với y = y Tổng hợp kết quả: Bảng 2.14: Chịu Ag , gDC, Thanh lực cm2 kN/m 43' Nén 231,2 1,78 45' Nén 350,72 2,7 45 Kéo 172,16 1,33 43 Nén 179,52 1,38 44' Kéo 102,72 0,79 Bảng 2.15: Thanh Chịu Pu, kN Pr SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU L, Muy, Fy, Sy, Mry, cm 600 600 960,47 960,47 750 kNm 8,01 12,15 9,58 9,94 0,00 MPa 250 250 250 250 250 cm3 3173,8 5294,9 2377,7 3030,1 1313,4 kNm 1388,54 2316,52 1040,26 1325,69 574,60 Pu/Pr Lớp: 27X3NT (Muy/Mry) Áp VT So Trang: 45 (Muy/Mry) 0,0058 0,0052 0,0092 0,0075 Kết Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường lực 43' Nén 4103,99 KAD KAD 0,00577 45' Nén 6141,41 KAD KAD 0,00524 45 Kéo 2382,06 3975,99 0,65 0,00921 43 Nén 1060,39 KAD KAD 0,0075 44' Kéo 0,6 978,35 2188,19 3.3.2- Kiểm tra chịu nén uốn kết hợp 4.3.2.1) Sức kháng nén có hệ số: Pr = φc.Pn (A6.9.2.1) - Tính λ theo công thức 4.8 Tr.154: K l rS dụng CT KAD KAD 4,1 KAD 4,1 KAD KAD 0,66 KAD 0,6 sánh VP KAD KAD KAD luận KAD KAD Đạt KAD Đạt FY E Trong đó: K: hệ số chiều dài có hiệu, K = 0,75 theo A.4.6.2.5 L: chiều dài khơng có liên kết, mm rS: bán kính quán tính trục ổn định, mm Fy: cường độ chảy, Fy = 250MPa E: môđuyn đàn hồi, MPa - Tính sức kháng nén danh định Pn: Nếu λ ≤ 2,25 Pn = 0,66λ.Fy.As Nếu λ ≥ 2,25 Pn = 0,88.FY As Trong đó: As: diện tích tiết diện ngun - Bảng tính tốn kết quả: Bảng 2.16 : Chịu Fy, Thanh K l, cm rs E, MPa λ lực MPa 43' Nén 0,75 600 89,022 250 200000 0,324 45' Nén 0,75 600 91,49 250 200000 0,306 45 Kéo 0,75 960,47 99,581 250 200000 0,663 43 Nén 0,75 960,47 97,527 250 200000 0,691 44' Kéo KAD 750 51,931 250 200000 KAD - Tính Pr= φc Pn ; với φc: hệ số sức kháng nén, φ = 0.9 lấy A.6.5.4.2 Bảng 21-1: Thanh Chịu Pn, kN SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU φ Pr, kN Lớp: 27X3NT Pu, kN As,cm2 Pn, kN 231,2 350,72 172,16 179,52 102,72 5071,96 7721,13 3267,61 3367,89 KAD Kết Trang: 46 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường lực 43' Nén 5071,96 0,9 4564,76 4103,99 45' Nén 7721,13 0,9 6949,02 6141,41 45 Kéo 3267,61 0,9 2940,85 2382,06 43 Nén 3367,89 0,9 3031,1 1060,39 44' Kéo KAD 0,9 KAD KAD b) Kiểm tra chịu nén uốn kết hợp(A6.9.2.2) Công thức kiểm tra: luận Đạt Đạt Đạt Đạt KAD M M uy PU PU 1 , (4.12) 0,2 ux Pr 2,0.Pr M rx M ry PU P 0,8 M ux M uy 0,2 U 1 , (4.13) Nếu Pr Pr 0,9 M rx M ry Nếu Ta có bảng kiểm tra: Bảng 21-2: Áp VT VP Kết dụng Muy/Mry (4.13) (4.13) luận CT 43' Nén 0,899 -4,13 0,00577 0,905 Đạt 45' Nén 0,884 -4,13 0,00524 0,889 Đạt 45 Kéo 0,810 -4,12 0,00921 0,819 Đạt 43 Nén 0,350 -4,13 0,0075 0,358 Đạt 44' Kéo KAD KAD KAD KAD KAD c) Kiểm tra điều kiện ổn định cục (A6.9.4.2) - Để tránh ổn định cục bộ, tỉ số rộng/dày chịu nén phải thỏa mãn: Thanh Chịu lực Pu/Pr Đối với đứng: Đối với ngang: bd E k , k = 0,56 td FY bn E ≤ k , k = 1,49 tn Fy Trong đó: k: hệ số ổn định tấm, lấy theo bảng 4.5, Tr.155 bd: chiều rộng tấm, lấy h/2, mm td, tn: chiều dày đứng, ngang, mm bn: chiều rộng ngang, lấy bn = b – 2.td E: môđuyn đan hồi, E = 200000MPa FY: cường độ chảy, FY = 250MPa - Ta có bảng kiểm tra: SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 47 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường Bảng 22: Kiểm tra ổn định cục đứng Chịu Thanh bd,mm td,mm k E,MPa Fy,MPa lực 43' Nén 190 20 0,56 200000 250 45' Nén 190 32 0,56 200000 250 45 Kéo 200 16 0,56 200000 250 43 Nén 200 16 0,56 200000 250 44' Kéo 120 12 0,56 200000 250 bd/td k.√(E/Fy) 9,5 5,94 12,5 12,5 10 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt KAD Bảng 23: Kiểm tra ổn định cục ngang Chịu Kết Thanh bn,mm tn,mm k E,MPa Fy,MPa bn/tn k.√(E/Fy) lực luận 43' Nén 360 22 1,49 200000 250 16,36 42,1 Đạt 45' Nén 336 32 1,49 200000 250 10,5 42,1 Đạt 45 Kéo 368 12 1,49 200000 250 30,67 42,1 Đạt 43 Nén 368 14 1,49 200000 250 26,29 42,1 Đạt 44' Kéo 376 12 1,49 200000 250 31,33 42,1 KAD 3.3.3- Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng Không kiểm tra 3.3.4- Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi Các phận nhà máy chế tạo xưởng mối nối hàn rãnh liên tục song song với phương ứng suất Dùng bulông cường độ cao chịu ma sát cho liên kết đầu Cả hai đầu liên kết thuộc loại chi tiết mỏi loại B a) Chu kỳ tải trọng Giả sử lưu lượng xe trung bình hàng ngày ADT = 15000 xe/làn/ngày có hai xe tải, tỉ lệ xe tải đoàn xe 0,2 (lấy theo Bảng 6.2 Tr.189 sách Cầu thép) ADTT = 0,2.ADT = 0,2.(15000).(2 làn) = 6000 xe tải/ngày - Số xe tải ngày cho xe trung bình tuổi thọ thiết kế tính tốn theo biểu thức: ADTTSL = PxADTT Trong đó: + P: phần xe tải đơn, lấy theo Bảng 6.1 Tr.189 sách Cầu thép, với xe P = 0,85 => ADTTSL = 0,85.6000 = 5100 xe tải/ngày N = 365.100.(n).(ADTTSL) (phương trình 6.7 Tr.189) = 365.100.1.5100 = 186,15.106 chu kỳ n = 1,0 lấy theo Bảng 6.3 Tr.190 sách Cầu thép b) Biên độ ứng suất cho phép mỏi -Loại A SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 48 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường Sức kháng mỏi danh định tính theo biên độ ứng suất lớn cho phép sau: A (ΔF)n = N 1/ ≥ (ΔF)TH Trong đó: + A: số mỏi thay đổi theo loại chi tiết mỏi, lấy Bảng 6.5 Tr.193 sách Cầu thép, với chi tiết loại B => A = 39,3.1011 Mpa + N: số chu kỳ cho xe tải qua, N = 186,15.106 + (ΔF)TH: số ngưỡng biên độ ứng suất mỏi, lấy Bảng 6.5 Tr.193 sách Cầu thép, với chi tiết loại B => (ΔF)TH = 110 Mpa 39,3x1011 Ta tính được: (ΔF)n = 186,15.10 Do ( F)n = 55 MPa 1/ 27,6 MPa < 1 (ΔF)TH = 110 = 55MPa 2 c) Biên độ ứng suất lớn nhất: giả thiết lai lần biên độ ứng suất gây hoạt tải mỏi qua Tuy nhiên biên độ ứng suất không cần nhân với sức kháng mỏi chia cho Đối với mỏi:Nmỏi = 0,75.(1+IM)NLLmoi NLLmoi: nội lực lớn chưa hệ số chưa kể lực xung kích xe tải mỏi gây Lực xung kích tính mỏi IM = 15% Xác định NLLmoi xe tải mỏi gây NLLmoi = mgLL∑Pi.yi với mgLL= 0,737 (do xe tải mỏi gây ra, không xét hệ số xe) SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 49 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường 3' 5' 2' 9m 35 kN 145 kN 0.100 0.192 145 kN 35 kN + 0.768 9m 4.3m 9m 35 kN 145 kN 145 kN 145 kN 145 kN 35 kN 4.3m 9m 145 kN 1.44 1.576 4.3m 1.92 2.667 35 kN 145 kN _ Ðah N43 Piyi(XTTK)=253,42 Piyi(XTTK)=46,40 0.704 0.612 0.896 0.256 0.064 1.281 _ + 145 kN Ðah N43' Piyi(XTTK)=365,135 1.280 1.04 _ 0.821 Ðah N45' Piyi(XTTK)=542,36 9m 35 kN 145 kN 1.600 Ðah N45 Piyi(XTTK)=87,02 P iyi(XTTK)=211,82 1.281 1.281 4.3m 11 4.3m 145 kN 145 kN 0.384 _ 9m 8' 10' 1.281 4.3m 6' 60m 4' 0.576 0.484 7' 9' 10 4.3m 35 kN 145 kN 9m 145 kN Ðah N44' Piyi(XTTK)=154,905 1.00 0.283 + SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 50 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường Ta tính biên độ ứng suất nội lực bảng dưới, mối hàn đứng ngang, nằm gần trục trung hoà nên ta cần xét lực dọc trục, tính chất tiết diện thực dùng trường hợp xấu f= N moi 0.75(1 IM )( N t ( N c )) = An An Nt: Lực kéo xe tải mỏi gây Nc: Lực nén xe tải mỏi gây Bảng 24: 43' 45' 45 43 44' Nt(kN) Nc(kN) NLLmoi 1+IM γLL Nmoi,kN An, cm2 f MPa 16,54 16,06 7,36 16,84 16,61 (∆F)n MPa 55 55 55 55 55 -365,135 365,135 1,15 0,75 314,93 190,368 -542,36 542,36 1,15 0,75 467,79 291,328 211,82 87,02 124,8 1,15 0,75 107,64 146,176 46,4 -253,42 299,82 1,15 0,75 258,59 153,536 154,905 154,905 1,15 0,75 133,61 80,448 &4 Thiết kế nút giàn số Các giàn phải liên kết với thông qua nút liên kết Để tránh lệch tâm, liên kết phải đối xứng qua trục Tốt liên kết có sức kháng sức kháng Chiều dày nút phải đủ để chịu lực cắt, lực dọc uốn tiết diện lâm giới, nơi có ứng suất lớn Cần tránh việc thay đổi tiết diện đột ngột, cần thay đổi nên cắt vát, uốn lượn để dễ coi tránh ứng suất tập trung Khi xác định nội lực giàn, ta giả thiết liên kết khớp nút Tuy nhiên thực tế nút giàn liên kết cứng Giàn liên kết khớp có cấu tạo phức tạp khơng có ưu điểm đặc biệt chịu lực mà cịn tạo cho kết cấu chịu lực xung kích Vì ta chọn liên kết nút giàn bulông cường độ cao thông qua nút Bản nút đơn hay kép tùy theo giàn hay vách đứng Bản nút nơi liên kết thanh, nguyên tắc cắt đứt nối với thơng qua nút Ngoài liên kết chịu lực giàn, nút nơi để liên kết giằng gió, dầm ngang, khung ngang, tạo thành kết cấu không gian ba chiều Dầm ngang đựơc liên kết với nút thơng qua thép góc nối trực tiếp vách đứng dầm ngang với nút Các xiên giằng gió liên kết với nút thông qua đặt nằm ngang, liên kết với nút thơng qua thép góc Nút giàn vị trí quan trọng để liên kết thanh, giao điểm đường tim tốt giao điểm nút để tránh tải trọng tác dụng lệch tâm Trong trường hợp ghép từ mối hàn nhà máy Liên kết thông qua nút tiến hanh trường tốt SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 51 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường bulông bulông cường độ cao Đối với tiết diện vách đứng nút đơn Các tiết diện H hộp đựơc liên kết nút kép Bản nút thường cấu tạo hai thép liền Khi cạnh tự nút chịu nén, cần tăng cường sườn thép góc để chống ổn định Khi thiết kế, cần ý đến khả ứng suất nút thi công ngược dấu ứng suất khai thác Bản nút thiết kế theo phương pháp tiết diện dựa cường độ qui ước vật liệu Theo phương pháp tiết diện bao gồm việc nghiên cứu ứng suất nhiều mặt phẳng nút giàn Tuy nhiên gặp nút có hình dạng bất thường dùng phương pháp phần tử hữu hạn Khi thiết kế nút ngồi u cầu chịu lực cịn phải thỏa mãn u cầu cấu tạo cẩu lắp Lực dọc tác dụng từ vào khỏi nút giàn tạo thành khối ứng suất cắt quanh liên kết, giả thiết có góc nghiêng khoảng 300 Trình tự thiết kế nút giàn: Vẽ đường tim giàn Xác định phận cần liên kết mặt phẳng giàn dầm ngang, hệ liên kết dọc Xác định loại hình liên kết Cấu tạo đầu cần nối Bản nút thiết kế theo cường độ thiết kế trung bình giàn chịu tải trọng có hệ số khơng nhỏ 75% cường độ thiết kế Cường độ thiết kế lấy trị số nhỏ của: + Cường độ + Khả cột chịu nén + Cường độ dựa tỉ số rộng/dày Các góc xiên phải đặt sát với vách đứng biên đứng Bulông để liên kết nút phải đặt trọng tâm Xác định đường bao nút Bước chủ yếu phụ thuộc vào xiên Xác định chiều dày nút thỏa mãn điều kiện Tr.144 sách Cầu thép Ta kiểm tra phần sau Thiết kế mối nối (tại nút) theo khả chịu lực Bố trí nút liên kết phụ để cân với cần nối (bản đệm, táp) Xác định vị trí lỗ bulông khoảng cách đến hai đầu 4.1- Tính số bulơng liên kết giàn Chọn bulơng cường độ cao có đường kính danh định 20mm, đường kính lỗ chuẩn 22mm Số bu lơng cần thiết xác định từ điều kiện cân cường độ liên kết (quan niệm bu lơng phá hoại) Khi số bu lơng tính: n Pr (4.1) Rn Trong đó: Pr: sức kháng SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 52 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Thanh 43' 45' 43 45 44' Khoa Xây Dựng Cầu Đường Rn: sức kháng danh định nhỏ bulông 4.1.1 - Tính sức kháng danh định bu lông Trong cầu, mối nối bu lông chịu ép mặt không dùng liên kết chịu ứng suất đổi dấu, nút ta dùng liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát Sức kháng trượt danh định bu lông (A6.13.2.8) Rn = KhKSNSPt (4.2) Trong đó: KS: hệ số điều kiện bề mặt qui định, chọn bề mặt loại B, KS = 0,5 Kh: hệ số kích thước lỗ, với lỗ tiêu chuẩn Kh = NS: số lượng mặt ma sát cho bulông, Ns = Pt: lực căng tối thiểu yêu cầu bulông, với bulông 20mm A325M, Pt = 142MPa vậy: Rn = 1.0,5.1.142 = 71kN Sức kháng kéo bulông(A.6.13.2.10) Tn = 0,76.Ab.Fub(4.3) Trong đó: Ab: đường kính danh định bu lông Fub: cường độ chiu kéo nhỏ qui định bu lông, Fub = 830MPa Vậy Tn = 0,76.452,39.830.10-3 = 285,37 kN Kết luận - Dựa vào trị số Rn tính ta chọn sức kháng danh định nhỏ bu lông là: Rnmin = 71 kN Do AASHTO yêu cầu liên kết với nút phải truyền 75% cường độ thiết kế giá trị trung bình tải trọng có hệ số cường độ thiết kế ta chọn giá trị lớn → Sức kháng = Max( 0,75Pr , (Pr+Nmax)/2) - Ta tính chọn số bulơng để liên kết giàn nút số bảng sau: Bảng 4.1: chịu N Pr(kN) 75%Pr Nmax 0.5(Pr+Nmax) Pr (chọn) Rn(kN) lực (bulông) nén 4564,764 3423,57 4103,99 4334,377 4334,377 71 61,05 nén 6949,019 5211,76 6141,41 6545,215 6545,215 71 91,19 nén 2940,847 2205,64 2382,06 2661,454 2661,454 71 37,49 kéo 3031,1 2273,32 1060,39 2045,745 2045,745 71 28,81 kéo 2188,186 1641,14 978,35 1583,268 1583,268 71 22,30 Số lượng bulông thực tế chọn bố trí giàn nút 4.1.2) Bố trí bulơng: dựa vào yêu cầu sau: - Khoảng cách tối thiểu tim bulông đến tim bulông không nhỏ ba lần đường kính: d ≥ 3.20 = 60mm => Chọn dmin = 60mm SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 53 số BL chọn 108 108 48 48 28 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Để đảm bảo ép xit mối nối, chống ẩm, khoảng cách từ hàng bulơng ngồi đến cạnh tự nối hay thép hình phải thỏa mãn: S ≤ (100 + 4t) ≤ 175, với t chiều dày nhỏ nối hay thép hình - Khoảng cách nhỏ từ lỗ bulông đến mép qui dịnh bảng A.6.13.2.6.6-1 không lớn lần chiều dày nối mỏng 125mm - Bước dọc bu lông liên kết phận chịu nén không vượt q lần đường kính bu lơng (4.20=80mm)trên đoạn chiều dài 1,5 lần chiều rộng lớn 4.2- Tính tốn nút giàn số Căn vào số lượng bố trí nút, diện tích tiết diện thanh, số lượng bu lông liên kết để định cấu tạo nút, bố trí phải thoả mãn nguyên tắc cấu tạo bu lông Chọn sơ chiều dày nút δ = 20mm 1330 N45'=6141,41 360 65 2 A 30 30 28 b=295 N44'=978,35 28 b=295 ,06 82 23 5= N4 N4 3= 10 60 ,39 32 A 32 17 N43'=4103,99 Hình 5.1 Nguyên tắc thiết kế nút giàn Kiểm tra nút giàn số thỏa mãn điều kiện sau: 4.2.1) Tải trọng tác dụng lên xiên chia thành thành phần song song vng góc với đường A-A hình 15 (ngang đứng) Ứng suất cắt xuất dọc theo tiết diện nguyên theo đường A-A qua hàng bulông cuối Tổng ứng suất cắt phải cân với lực ngang xiên (nếu có chiều) Ứng suất cắt (gọi fV) không vượt fy/1.35√3 Trong fy cường độ chảy thép, MPa SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 54 Đồ án môn học Thiết Kế Cầu Thép Khoa Xây Dựng Cầu Đường Tại mặt cắt A-A, mặt có bề rộng 1330 mm, chiều dày 20mm ứng suất cắt thiết kế fy = 250 =106,92 Mpa, hình chiếu tải trọng xuống phương 1,35 1,35 nằm ngang ( Pr45 Pr43 )cos =(2661,454+2045,745)0,6247=2940,59 KN 2940,59.10 Ta thấy: fV = =55,27 MPa < 106,92MPa => đạt 1330.20.2 4.2.2 Ứng suất nén xuất mép nút dọc theo tiết diện A-A thành phần lực thẳng đứng xiên tác dụng điểm C D thành phần lực đứng chịu nén phản lực dầm ngang Ứng suất nén không vượt ứng suất cột có chiều dài tự L b Nếu tỉ số mảnh L/r =3.46.L/t mép nút chịu nén lớn 120, ứng suất nén mép bị vượt quá, phải cấu tạo thêm thép góc tăng cường Tỉ số L/r tiết diện tạo thép góc cộng 300mm cho phép cột Ngồi cịn kiểm tra L/r nút chịu nén, tỉ số rộng /dày b/t cạnh tự phải kiểm tra để đảm bảo ứng suất không vượt 348 Fy Đối với nút số ∑Nđứng = (N34 – N45).sinα = (2382,06 – 2173,07).sin51020’25’’ = 1031,67 KN Ứng suất mép tiết diện A-A : fc = P 6M A td với P : ứng suất theo phương thẳng đứng ; P=1031,67KN A: diện tích nút mặt cắt A-A ; A=2.20.1330=53200 mm2 M : mômen gây lực P tiết diện kiểm tra ; M= P.sin e e : khoảng cách từ trọng tâm đứng đến điểm C(hoặc D) ; e=228mm 1031,67.103 6.1031,67.0,781.228.103 =19,53 Mpa 53200 20.13302 + Ta có b=L=360 mm, t=20mm→b/t=18