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.
Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ MỤC LỤC CHƯƠNG I : .2 1.1 Tóm tắt nhiệm vụ đồ án 1.1.1 Các số liệu thiết kế : 1.1.2 Nhiệm vụ thiết kế: 1.2.Các trạng thái giới hạn 1.2.1 Trạng thái giới hạn cường độ I 1.2.2 Trạng thái giới hạn sử dụng 1.2.3.Trạng thái giới hạn mỏi đứt gãy 1.3 Vật liệu dùng cho kết cấu .3 1.4 Chọn sơ đồ kết cấu nhịp .3 1.5 Chọn sơ kích thước 1.5.1.Bản mặt cầu: 1.5.2 Dầm dọc: 1.5.3 Dầm ngang: 1.5.4 Liên kết dọc dọc giàn chủ: CHƯƠNG II : 2.1.Thiết kế dầm dọc 2.1.1 Chọn tiết diện 2.1.2 Tải trọng tác dụng lên dầm dọc 2.1.3 Kiểm tra tiết diện 11 2.2 Thiết kế dầm ngang .17 2.2.1 Chọn tiết diện 17 2.2.2 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang 18 2.2.3 Xác định nội lực dầm ngang 20 2.2.3 Kiểm tra tiết diện 22 2.3 Thiết kế liên kết dầm dọc vào dầm ngang .26 2.3.1.Xác định số bu lông liên kết cá với cánh dầm dọc 27 2.3.2 Xác định số bu lông liên kết sườn dầm dọc thép góc liên kết 29 2.3.3 Tính số lượng bulơng 30 2.4 Thiết kế liên kết dầm ngang vào nút .31 2.4.1.Cơng thức tính 31 2.4.3.Tính số lượng bulông 31 CHƯƠNG III: 32 3.1 Xác định nội lực qui tụ nút số 33 3.1.1 Xác định tải trọng tác dụng lên giàn 33 3.1.2 Tổ hợp nội lực 37 3.2- Chọn tiết diện 37 3.2.1 Tính nội lực 37 3.2.2.Chọn tiết diện 39 SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 3.3.Kiểm tra tiết diện .41 3.3.1 Kiểm tra chịu kéo uốn kết hợp 41 3.3.2 Kiểm tra chịu nén uốn kết hợp 44 3.3.3 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng 46 3.3.4 Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi 46 CHƯƠNG IV: 49 4.1.Tính số bulơng liên kết giàn 51 4.1.1 Tính sức kháng danh định bu lông 51 .57 .58 CHƯƠNG V : 58 THIẾT KẾ CẦU GIÀN ĐƯỜNG ÔTÔ CHẠY DƯỚI ĐỒ ÁN CẦU THÉP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ VÀ CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU NHỊP 1.1 Tóm tắt nhiệm vụ đồ án 1.1.1 Các số liệu thiết kế : 1.1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế: áp dụng tiêu chuẩn ngành 22TCN 272-05 1.1.1.2 Chiều dài nhịp: ltt=75m 1.1.1.3 Khổ cầu: K=7.0 + 2x1.0 m 1.1.1.4 Tải trọng: hoạt tải HL93 1.1.1.5 Đoàn người: 400 daN/m2 SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 1.1.2 Nhiệm vụ thiết kế: 1.1.2.1 Thiết kế hệ dầm mặt cầu: • Dầm dọc • Dầm ngang • Liên kết dầm dọc vào dầm ngang • Liên kết dầm ngang vào dàn chủ 1.1.2.2 Thiết kế tiết diện dàn nút tự chọn 1.1.2.3 Thiết kế nút 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)} IM = 25% (1.1) 1.2.2 Trạng thái giới hạn sử dụng U = 1,0.(DC + DW) +1,0.(LL+IM) IM = 25% (1.2) 1.2.3.Trạng thái giới hạn mỏi đứt gãy U = 0,75.(LL+IM) IM = 15% Trong đó: LL - hoạt tải xe IM - lực xung kích DC tĩnh tải phận kết cấu liên kết DW tĩnh tải lớp phủ mặt cầu η = ηD.ηR.ηI: hệ số điều chỉnh tải trọng,lấy theo 22TCN 272-05 (1.3) Bảng1.1: Các hệ số Hệ số độ dẻo ηD Hệ số dư thừa ηR Hệ số quan trọng ηI η=ηD.ηR.ηI (1.3.3) (1.3.4) (1.3.6) (1.3.2.1) Cường độ 0,95 0,95 1,05 0,95 Sử dụng 1,0 1,0 KAD 1,0 Mỏi 1,0 1,0 KAD 1,0 1.3 Vật liệu dùng cho kết cấu -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 = 7,5 m SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ Chiều cao giàn chủ: 1 h = ÷ xL = 10,71 ÷ 7,5m 10 (1.4) Tuy nhiên, chiều cao dàn phụ thuộc vào kích thước xe chạy cầu, cầu ơtơ có đường xe chạy có chiều cao không < 7,3 m Chọn sơ h =10,5 m Chiều dài khoang d =7,5m Khi góc xiên α hợp xiên phương nằm ngang α = 54027’44’’ 3' 5' 7' 9' 10 10.5 10.5 7.5 2' 4' 6' 75 8' 10' 7.5 11 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 75mm gồm lớp: BTAP, lớp bảo vệ, lớp phòng nước 1.5.1.2 Trọng lượng phận - Bản mặt cầu dày 190 mm: DC1 = 2,5.9,81.0,19.7,5 = 34,95 kN/m - Lớp phủ mặt cầu đường xe chạy dày 75mm: DW = 2,25.9,81.0,075.7,0 =11,59 kN/m -Trọng lượng đá vỉa: DC2(dv) = 2.2,5 (0,15 + 0,25).0,3 9,81 = 2,94 kN/m 1.5.2 Dầm dọc: -Chọn dầm dọc, khoảng cách dầm dọc 1,6 m -Chiều cao dầm dọc: tính xác phần thiết kế dầm dọc SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 1.5.3 Dầm ngang: - Các dầm ngang đặt nút giàn chủ, cách khoảng khoang giàn d = 7,5 m - Chiều cao dầm ngang kích thước khác tính xác phần thiết kế dầm ngang 8.0 1.5.4 Liên kết dọc dọc giàn chủ: 8.0 75 75 Hình 1.2: Liên kết dọc dọc giàn chủ CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU, LIÊN KẾT DẦM DỌC VÀO DẦM NGANG, DẦM NGANG VÀO GIÀN 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 Chiều cao dầm dọc chọn theo điều kiện sau : 1 1 .d = ÷ .7,5 = (0,938 ÷ 0,500) m 15 15 D= ÷ (2.1) Do dầm dọc có nhịp nhỏ nên ta dùng dầm định hình → Chọn tiết diện dầm dọc loại I cánh rộng theo tiêu chuẩn ASTM loại W có đặc trưng hình học sau : SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ d tf Y X tw X Y bf Hình 2.1: Mặt cắt ngang thép hình “W” d, mm bf, mm tf, mm tw, mm Z, mm3 Iy, mm4 Ix, mm4 600 240 16 12 2794139 36945792 838241792 -Diện tích mặt cắt ngang dầm dọc 144,96 cm -Trọng lượng thân dầm dọc : 144,96.10-4.7,85.9,81= 1,12 kN/m Sxmm3 1605216 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 2.2 thể phân bố tải trọng lên dầm dọc SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ ĐAH R1 ĐAH R2 ĐAH R3 Hình 2.2 Đường ảnh hưởng áp lực lên dầm Bảng 2.1: Hệ số phân phối ngang dầm dọc Dầm Số xe chất tải Hệ số xe m Dầm Dầm Dầm 1 1,2 1,2 1,0 mg HL 93 = m.0,5 ∑ yi 0,487 0,600 0,625 2.1.2.1.Nội lực tĩnh tải Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc bao gồm: lớp phủ mặt cầu DW, đá vỉa, thân 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 -Trọng lượng đá vỉa : DC2(dv)=2,94kN/m SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 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 ω D¦W +1,25.(DC2 ω DC + DC1+ DC2(dv)ydv) (2.2) Trong : ω D¦W , ω 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 trọng tâm đá vỉa Bảng 2.2 Kết tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên dầm dọc DW(kN/m2) ω D¦W DC2(kN/m2) ω 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= η gtt ω M ; V= η gtt ωV ĐAH M1/2 gtt(kN/m) 16,383 14,115 15,532 (2.3) ĐAH M1/4 ĐAH Q1/4 ĐAH Qgoi Bảng 2.3 Mơ men tĩnh tải tính tốn Tiết diện nhịp ω DAH M1/2(kN.m) Dầm 7,031 114,676 Dầm 7,031 99,243 Dầm 7,031 109,205 Bảng 2.4 Lực cắt tĩnh tải tính tốn Tiết diện gối ω DAH Vg(kN) Dầm 3,75 61,436 Dầm 3,75 52,931 Dầm 3,75 58,245 Tiết diện 1/4 ω DAH M1/4(kN.m) 5,273 86,388 5,273 74,428 5,273 81,900 Tiết diện 1/4 ω DAH V1/4(kN) 1,875 30,718 1,875 25,195 1,875 29,123 2.1.2.2.Nội lực hoạt tải SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ Hiệu ứng lớn hoạt tải gây lấy theo giá trị lớn trường hợp sau : - Xe tải thiết kế + tải trọng (hệ số xung kích IM=25%) - Xe hai trục thiết kế +tải trọng (hệ số xung kích IM=25%) Tại tiết diện gối: 110 KN 110 KN 145 KN 145 KN 35 KN ĐAH Qgoi +Xe tải : Mgoi = Vgoi = 145(1+0,427) =206,92 kN +Xe tanđem : Mgoi =0 Vgoi =110(1+0,84) =202,40 kN + Tải trọng Mln100=0 Vlngoi= 9,3.3,75=34,88kN Tại tiết diện 1/4 nhịp 110 KN 110 KN 110 KN 145 KN 145 KN 110 KN 145 KN ĐAH M1/4 145 KN 9.3 KN/M 35 KN ĐAH Q1/4 +Xe tải : M1/4L = 145.(1,406+0.331)=251,87kNm SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT 35 KN Trang: Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ V1/4L = 145.(0,75+0.177)=134,42 kN +Xe tanđem : M1/4L =110(0,9375+0,6375)=173,25kNm V1/4L=110(0,75+0,51)=138,60 kN + Tải trọng : Mln1/4L=9,3.5,27 =49,01kNm Vln1/4L= 9,3.2,11=19,62kN Tại tiết diện nhịp : 110 KN 110 KN 110 KN 110 KN 145 KN 145 KN 35 KN 9.3 KN/M 145 KN 145 KN ĐAH M1/2 35 KN ĐAH Q1/2 +Xe tải : M1/2L = 145.1,875=271,88kNm V1/2L= 145 0,5=72,50 kN +Xe tanđem : M1/2L =110(1,875+1,275)=346,5kNm V1/2L=110(0,50+0,34)=92,40 kN + Tải trọng Mln1/2L=9,3.7,031 =65,39 kNm Vln1/2L= 9,3.0,938=8,72kN Bảng 2.5.Bảng kết tính tốn M,V vị trí gối, 1/4 L,1/2L Mgoi Vgoi M1/4L V1/4L M1/2L Xe tải 206,92 215,87 134,42 271,88 Xe tanđem 202,40 173,25 138,60 346,50 Tải trọng 34,88 49,01 19,62 65,39 Nội lực hoạt tải gây : Mu = η mgM 1,75((1+IM) ∑ Pi yi ) Vu = η mgV 1,75((1+IM) ∑ Pi yi ) Đối với trạng thái giới hạn cường độ η = 0,95 SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 10 V1/2L 72,50 92,40 8,71 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 44’ Bảng 3.15: Chịu Ag Thanh lực Cm GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 107,04 gDC L kN/m 45 Kéo 192,08 1,51 44' Kéo 117,12 0,92 Bảng 3,16: cm 32422,3 1621,12 Muy Syn Fy kNm MPa 1290,4 18,28 250 1050 250 Chịu Pu, Pr Thanh lực kN kN 45 Kéo 1927,71 4561,9 44' Kéo 1193,83 2781,6 Pu/Pr 0,42 0,43 cm Mry (Muy/Mry) kNm 2908,87 1272,63 0,006 1621,12 709,24 Áp (Muy/Mry) dụng VT CT 0,006 3,6 0,43 3,6 0,43 So sánh Kết VP luận Đạt Đạt 3.3.2 Kiểm tra chịu nén uốn kết hợp 3.3.2.1 Sức kháng nén có hệ số: (A6.9.2.1) Pr = φc.Pn Tính λ theo cơng thức 4.8 Tr.154: K L FY λ = rS π E (3.7) 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 λ (3.8) (3.9) Với As: diện tích tiết diện ngun - Bảng tính tốn kết quả: Bảng 3.17 : Chịu K L, rs Thanh lực Cm 43' Nén 0,75 750 95,95 45' Nén 0,75 750 96,84 43 Nén 0,75 1290,4 123,43 SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Fy, E, MPa MPa 250 200000 250 200000 250 200000 λ As, Pn, cm kN 0,436 232,00 5232,50 0,428 348,00 7690,60 0,779 218,88 4565,28 Trang: 44 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ - Tính Pr= φc Pn ; với φc: hệ số sức kháng nén, φ = 0.9 lấy A.6.5.4.2 Bảng 3.18: Chịu Pn, Pr, Pu, Kết Thanh lực kN φ kN kN luận 43' Nén 5232,50 0,9 4709,25 4527,54 Đạt 45' Nén 7690,60 0,9 6921,57 6839,83 Đạt 43 Nén 4565,28 0,9 4108,75 2720,11 Đạt 3.3.2.2 Kiểm tra chịu nén uốn kết hợp(A6.9.2.2) -Cơng thức kiểm tra: • Nếu PU < 0,2 Pr • Nếu PU ≥ 0,2 Pr M M uy PU ≤1, + ux + 2,0.Pr M rx M ry M uy P M ≤ 1, U + ux + Pr M rx M ry (3.10) (3.11) Ta có bảng kiểm tra: Bảng 3.19: Áp Chịu dụng Muy/Mry VT VP Kết Thanh lực Pu/Pr CT (3.11) (3.11) luận 43' Nén 0,961 3,11 0,009 0,970 Đạt 45' Nén 0,900 3,11 0,009 0,909 Đạt 43 Nén 0,662 3,11 0,014 0,676 Đạt 3.3.2.3 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: • Đối với đứng: bd E ≤ k , k = 0,56 td FY (3.12) • Đối với ngang: bn E ≤ k , k = 1,49 tn Fy (3.13) 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: Bảng 3.20: Kiểm tra ổn định cục đứng Thanh Chịu bd, td, K E, Fy, bd/td k E / Fy SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Kết Trang: 45 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 43' 45' 43 lực Nén Nén Nén mm 200 200 250 mm 20 30 16 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ MPa MPa 0,56 200000 250 0,56 200000 250 0,56 200000 250 10,00 6,67 15,63 Bảng 3.21: Kiểm tra ổn định cục ngang Chịu bn, tn, K E, Fy, bn/tn k Thanh lực mm mm MPa MPa 43' Nén 360 20 1,49 200000 250 18 45' Nén 340 30 1,49 200000 250 11,33 43 Nén 368 16 1,49 200000 250 23 15,8 15,8 15,8 E / Fy 41,2 41,2 41,2 luận Đạt Đạt Đạt Kết luận Đạt Đạt Đạt 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 3.3.4.1 Chu kỳ tải trọng -Giả sử lưu lượng xe trung bình hàng ngày ADT = 10000 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.(10000).(2 làn) = 4000 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 = 0,85.4000 = 3400 xe tải/ngày N = 365.100.(n).(ADTTSL) (phương trình 6.7 Tr.189) = 365.100.1.3400 = 121,04.106 chu kỳ n = 1,0 lấy theo Bảng 6.3 Tr.190 sách Cầu thép 3.3.4.2.Biên độ ứng suất cho phép mỏi -Loại B Sức kháng mỏi danh định tính theo biên độ ứng suất lớn cho phép sau: A N (ΔF)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 = 121,04.106 SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 46 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ (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 39,3 x1011 (ΔF)n = 121,04.10 Do ( ∆ F)n = 55 MPa 1/ = 31,9 MPa< 1 (ΔF)TH = 110 = 55MPa 2 3.3.4.3.Biên độ ứng suất lớn nhất: Được 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 xét hệ số chưa kể lực xung kích xe tải mỏi gây -Lực xung kích tính mỏi IM = 15% NLLmoi = mgLL∑Pi.yi với mgLL= 0,5.(0,863+0,638) = 0,751 (do xe tải mỏi gây ra, không xét hệ số xe) SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 47 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 3' 5' 7' 9' 10 2' 4' 6' 50 m 8' 10' 4.3m 11 9.0m 35kN 145kN 145kN 1.333 Dah N43' 0.6080 1.0667 0.8267 Pi.yi = 295.82 4.3m 9.0m 145kN 2.667 35kN 145kN 1.1200 1.2560 1.6000 DahN45' Pi.yi = 438.36 9.0m 4.3m 4.3m 9.0m 145kN 145kN 35kN 145kN 9.0m 4.3m 9.0m 35kN 145kN 145kN 4.3m 35kN 145kN 0.5216 1.2018 Dah N43 0.2404 0.8412 0.7379 0.024 1.2018 145kN Dah N45 Pi.yi- =74.613 Pi.yi+ =191.76 0.5047 0.4014 0.7209 4.3m 35kN 145kN 0.3605 1.2018 0.0409 0.1442 1.2018 35kN 145kN Pi.yi- =230.84 Pi.yi+ =38.34 9.0m 145kN DahN44' 1.000 0.140 Pi.yi = 149.9 Hình 3.5 Ảnh hưởng tải trọng mỏi 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 SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT (3.14) Trang: 48 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 Nt : Nc: GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ Lực kéo xe tải mỏi gây Lực nén xe tải mỏi gây Bảng 3.22: 43' 45' 45 43 44' mgLL 0,751 0,751 0,751 0,751 0,751 Bảng 3.23: NLLmoi kN 43' 168,36 45' 284,06 45 172,61 43 174,43 44' 97,14 ∑ Pi y i + 191,76 38,34 149,9 1+IM γLL 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 ∑ Pi y i − -259,82 -438,36 -74,61 -230,84 Nmoi, kN 195,12 329,21 200,04 201,65 112,57 Nt(kN) 144,01 28,29 112,57 An , cm2 191,68 319,78 171,92 186,62 107,04 NLLmoi 195,12 329,21 200,04 201,65 112,57 Nc(kN) -195,12 -329,21 -56,03 -173,36 f, MPa 8,78 8,89 10,04 9,32 9,07 (∆F)n, MPa 55 55 55 55 55 Kết luận Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ NÚT GIÀN SỐ IV SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 49 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 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 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, ngun tắc cắt đứt nối với thông qua nút Ngồi 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 giàn gió liên kết với nút thơng 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 thơng qua nút tiến hành ngồi trường tốt 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 thõa 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 không nhỏ 75% cường độ thiết kế Cường độ thiết kế lấy trị số nhỏ của: • Cường độ • Khả cột chịu nén SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 50 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ • 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 Để tăng số lượng bu lông chịu cắt, vách đứng dầm ngang kéo dài lên để đủ chỗ bố trí bu lơng Xác định đường bao nút Bước chủ yếu phụ thuộc vào xiên 6.Xác định chiều dày nút thỏa mãn điều kiện Tr.144 sách Cầu thép Ta kiểm tra phần sau 7.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 bulơng khoảng cách đến hai đầu 4.1.Tính số bulơng liên kết giàn Chọn bulơng cường độ cao có đường kính danh định cộng thêm 3,2 mm d = 22+3,2=25,2mm Số bu lông 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 Rn (4.1) Trong đó: Pr: sức kháng Rn: sức kháng danh định nhỏ bulơng 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 22mm A490M, P t = 221MPa Vậy: Rn = 1.0,5.1.221 = 110,5 kN Sức kháng tính tốn bu lơng : Rntt = Rn ϕ b = 110,5.0,8 = 88,4kN Dựa vào trị số Rn tính ta chọn sức kháng danh định nhỏ bu lông là: Rnmin = 88,4 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 : SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 51 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ 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 Pr 75%Pr Nmax 0.5(Pr+Nmax) Prchon Rn n số BL Thanh lực (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (bl) chọn 43’ Nén 4709,25 3531,91 4527,54 4618,40 4618,40 88,4 52,2 80 45’ Nén 6921,57 5191,18 6839,83 6880,70 6880,70 88,4 77,8 80 45 Kéo 4561,90 3421,43 1927,71 3244,81 3244,81 88,4 36,7 44 43 Nén 4108,75 3081,56 2720,11 3414,43 3414,43 88,4 38,6 44 44’ Kéo 2781,60 2086,20 1193,83 1987,72 1987,72 88,4 22,5 32 Số lượng bulông thực tế chọn bố trí giàn nút 4.1.2) Bố trí bulông: dựa vào yêu cầu sau: - Khoảng cách tối thiểu tim bulông đến tim bulông không nhỏ ba lần đường kính: d ≥ 3.22 = 66mm => Chọn dmin = 70mm - Để đảm bảo ép xit mối nối, chống ẩm, khoảng cách từ hàng bulông 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.6.13.2.6.61 không lớn lần chiều dày nối mỏng 125mm - Bước dọc bu lông liên kết phận chịu nén khơng vượt q lần đường kính bu lơng (4.22=88mm)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 Hình 5.1 Nguyên tắc thiết kế nút giàn SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 52 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ Kiểm tra nút giàn số thỏa mãn điều kiện sau: 1472 N4-5'=6839,83 19 N4-3'=4527,54 82 A 32 384 A 36 36 304 N4-4'=1193,83 304 7,7 92 =1 -5 N4 N4 -3 =2 72 0,1 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 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 nằm 1,35 1,35 ngang ( Pr45 + Pr43 )cos α =(4561,90+4108,75)0,582=5046,32 KN 5046,32.10 Ta thấy: fV = =85,71 MPa < 106,92MPa => đạt 1472.20.2 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 = (2720,11 – 1927,71).0,813 = 644,22 KN SVTH: Lê Thành Trực -Lớp: 27X3NT Trang: 53 Thiết Kế Cầu Thép theo TC272-05 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Mỹ Ứng suất mép tiết diện A-A : fc = P 6M + A td với P : ứng suất theo phương thẳng đứng ; P=644,22KN A: diện tích nút mặt cắt A-A ; A=2.20.1472=58880 mm2 M : mômen gây lực P tiết diện kiểm tra ; M= P.sin α e e : khoảng cách từ trọng tâm đứng đến điểm C(hoặc D) ; e=272mm 644,22.10 6.644,22.0,813.272.10 + =30,67 Mpa 58800 20.1472 + Ta có b=L=384 mm, t=20mm→b/t=19,2