ĐỒ án MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV: 1931093008 LỚP: CD19T-B2 GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Năm 2021 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ LỜI CẢM ƠN - Sau thời gian học tập, nghiên cứu trường đặc biệt sau học mơn Thiết kế cầu thép, em tích lũy số kiến thức định để thực đồ án môn học Thiết kế cầu thép Khoa Cơng Trình Giao Thơng trường Đại học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Trong thời gian thực đồ án cịn gặp số khó khăn định em cố gắng, nỗ lực học hỏi, bổ sung kiến thức để hoàn thành tiến độ giao Tuy nhiên kiến thức thân hạn chế nên ảnh hưởng phần đến chất lượng đồ án - Vì chắn đồ án cịn nhiều sai sót Rất mong nhận quan tâm đóng góp ý kiền từ thầy bạn bè để kịp thời khắc phục, tạo điều kiện thuận lợi cho trình làm việc, công tác sau - Em xin chân thành cảm ơn ThS PHẠM ĐỆ tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tế cho em suốt q trình học tập mơn Thiết kế cầu thép trường thời gian làm đồ án - Trong thời gian làm đồ án môn học em nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình cơ, với tất lịng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình - Mặt cắt ngang cầu .10 Hình - Tiết diện dầm liên hợp 11 Hình - Chi tiết cột lan can 12 Hình - Chi tiết lề hành 13 Hình - Bố trí cốt thép mặt cầu .13 Hình - Mặt cắt chưa liên hợp dầm 14 Hình - Mặt cắt liên hợp ngắn hạn dầm 16 Hình - Mặt cắt liên hợp ngắn hạn dầm 18 Hình - Đường ảnh hưởng dầm biên phương pháp đòn bẩy 21 Hình 10 - Đường ảnh hưởng dầm phương pháp nén lệch tâm 23 Hình 11 - Đường ảnh hưởng dầm biên phương pháp nén lệch tâm 24 Hình 12 - Phân bố tĩnh tải giai đoạn II cho dầm .26 Hình 13 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt I-I 27 Hình 14 - Đường ảnh hưởng moment mặt cắt II-II 29 Hình 15 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt II-II 29 Hình 16 - Đường ảnh hưởng moment mặt cắt III-III 32 Hình 17 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt III-III 32 Hình 18 - Đường ảnh hưởng moment mặt cắt IV-IV 34 Hình 19 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt IV-IV 34 Hình 20 - Lực dẻo tác dụng tiết diện dầm khơng liên hợp .41 Hình 21 - Lực dẻo tác dụng tiết diện dầm liên hợp 46 Hình 22 - Xếp xe tải thiết kế để tính độ võng mặt cắt nhịp 50 Hình 23 – Sơ đồ tính độ võng mặt cắt 1-1 lực P sinh 50 Hình 24 - Xếp xe tải thiết kế tải trọng mỏi để tính moment .52 Hình 25 – Xếp xe tải thiết kế tải trọng mỏi để tính lực cắt .53 Hình 26 – Đường ảnh hưởng moment điểm cắt lý thuyết 55 Hình 27 – Sườn tăng cường trung gian dầm biên 57 Hình 28 - Sườn tăng cường gối .59 Hình 29 – Mặt cắt hiệu dụng tiết diện chịu nén sườn tăng cường gối 60 Hình 30 – Bố trí neo chống cắt mặt cắt ngang dầm 61 Hình 31 - Sơ đồ tính liên kết hàn bụng cánh dầm 63 Hình 32 - Sơ đồ đặt kích 74 Hình 33 - Áp lực gió ngang lên kết cấu cầu 78 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng - Bảng kết tính đặc trưng hình học mặt cắt chưa liên hợp .15 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Bảng – Bảng kết tính đặc trưng hình học mặt cắt liên hợp ngắn hạn 18 Bảng – Bảng kết tính đặc trưng hình học mặt cắt liên hợp dài hạn 20 Bảng – Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang 25 Bảng - Các loại tĩnh tải tác dụng lên dầm 26 Bảng – Bảng tổng hợp kết tính tốn moment dầm (khơng hệ số) 36 Bảng - Bảng tổng hợp kết tính tốn lực cắt dầm (khơng hệ số) 36 Bảng –Hệ số điều chỉnh tải trọng, hệ số tải trọng hệ số xung kích 36 Bảng – Tổ hợp moment dầm giai đoạn thi công 37 Bảng 10 - Tổ hợp lực cắt dầm giai đoạn thi công 37 Bảng 11 - Tổ hợp moment dầm biên giai đoạn thi công 37 Bảng 12 - Tổ hợp lực cắt dầm biên giai đoạn thi công 37 Bảng 13 - Tổ hợp moment dầm trạng thái giới hạn cường độ I 38 Bảng 14 - Tổ hợp lực cắt dầm trạng thái giới hạn cường độ I 38 Bảng 15 - Tổ hợp moment dầm biên trạng thái giới hạn cường độ 38 Bảng 16 - Tổ hợp lực cắt dầm biên trạng thái giới hạn cường độ .38 Bảng 17 - Tổ hợp moment dầm trạng thái giới hạn sử dụng II 39 Bảng 18 - Tổ hợp lực cắt dầm trạng thái giới hạn sử dụng II .39 Bảng 19 - Tổ hợp moment dầm biên trạng thái giới hạn sử dụng II 39 Bảng 20 - Tổ hợp lực cắt dầm biên trạng thái giới hạn sử dụng II .39 Bảng 21 – Bố trí neo chống cắt 1/2 dầm 62 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 10 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ .10 1.2 VẬT LIỆU 10 1.2.1 Thép dầm chủ, dầm ngang, lan can cầu 10 1.2.2 Thép neo chống cắt 10 1.2.3 Cốt thép thường .10 1.2.4 Bê tông 10 1.2.5 Lớp phủ mặt cầu 11 1.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU 11 1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng L c 11 1.3.2 Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo lớp mặt cầu 11 1.3.3 Thiết kế thoát nước mặt cầu .12 1.4 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM 12 1.4.1 Chiều dài dầm tính tốn 12 1.4.2 Kích thước tiết diện ngang .12 CHƯƠNG 2: LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU 14 2.1 LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH 14 2.2 BẢN MẶT CẦU 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 17 3.1 TÍNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN .17 3.1.1 Xác định chiều rộng hữu hiệu cánh 17 3.1.1.1 Dầm 17 3.1.1.2 Dầm biên 17 3.1.2 Xác định hệ số quy đổi n 17 3.1.3 Tính đặc trưng hình học tiết diện 17 3.1.3.1 Giai đoạn chưa liên hợp 17 3.1.3.2 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (n = 7) 19 3.1.3.3 Giai đoạn liên hợp dài hạn (3n = 21) .21 3.2 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 23 3.2.1 Phương pháp dầm đơn .23 3.2.1.1 Dầm 23 3.2.1.2 Dầm biên 24 3.2.2 Phương pháp nén lệch tâm .25 3.2.2.1 Dầm 25 3.2.2.2 Dầm biên 27 3.3 TĨNH TẢI TÁC DỤNG 28 3.3.1 Tĩnh tải giai đoạn I (Tác dụng lên mặt cắt không liên hợp) .28 3.3.2 Tĩnh tải giai đoạn II (Tác dụng lên mặt cắt liên hợp) .28 3.3.3 Tổng hợp loại tĩnh tải tác dụng lên dầm 29 3.4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC .29 3.4.1 Xác định mặt cắt đặc trưng 29 3.4.2 Tại mặt cắt I-I 30 3.4.3 Tại mặt cắt II-II 32 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 3.4.4 Tại mặt cắt III-III .35 3.4.5 Tại mặt cắt IV-IV .37 3.5 TỔ HỢP TẢI TRỌNG .39 3.5.1 Tổ hợp tải trọng giai đoạn thi công 39 3.5.2 Tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn cường độ I 40 3.5.3 Tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng II .42 3.6 KIỂM TRA KHẢ NĂNG THI CÔNG .43 3.6.1 Kiểm tra yêu cầu cấu tạo dầm I không liên hợp 43 3.6.1.1 Tỷ lệ bụng 43 3.6.1.2 Tỷ lệ cánh 43 3.6.1.3 Kiểm tra yêu cầu bốc xếp 43 3.6.2 Xác định chiều cao chịu nén bụng dầm trạng thái moment dẻo Dcp .43 3.6.3 Xác định moment dẻo Mp 44 3.6.4 Momen chảy My .44 3.6.5 Phân loại mặt cắt 45 3.6.6 Sức kháng uốn cánh chịu nén .45 3.6.6.1 Sức kháng ổn định cục 45 3.6.6.2 Sức kháng ổn định xoắn ngang 45 3.6.7 Sức kháng uốn theo cánh chịu kéo 46 3.6.8 Kiểm toán sức kháng uốn dầm 46 3.6.9 Kiểm toán sức kháng cắt dầm 47 3.7 KIỂM TRA Ở TTGH CƯỜNG ĐỘ I .47 3.7.1 Xác định chiều cao chịu nén bụng dầm trạng thái moment dẻo Dcp .47 3.7.2 Xác định chiều cao chịu nén bụng dầm phạm vi đàn hồi Dc 49 3.7.3 Xác định moment dẻo Mp 50 3.7.4 Xác định moment chảy My .50 3.7.5 Phân loại mặt cắt 50 3.7.6 Yêu cầu tính dẻo 50 3.7.7 Kiểm tra khả chịu uốn .51 3.7.8 Kiểm tra khả chịu cắt 51 3.8 KIỂM TRA Ở TTGH SỬ DỤNG 51 3.8.1 Kiểm tra biến dạng không hồi phục 51 3.8.2 Thiết kế độ vồng ngược cấu tạo .52 3.8.3 Kiểm tra độ võng hoạt tải 52 3.9 KIỂM TRA Ở TTGH MỎI 54 3.9.1 Kiểm toán mỏi bụng 55 3.9.1.1 Mỏi moment uốn 55 3.9.1.2 Mỏi cắt 56 3.9.2 Kiểm toán mỏi cánh 56 3.10.THIẾT KẾ CHIỀU DÀI BẢN TÁP .58 3.11.THIẾT KẾ SƯỜN TĂNG CƯỜNG .60 3.11.1 Kiểm toán sườn tăng cường trung gian 60 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 3.11.1.1 Kiểm tra độ mảnh 60 3.11.1.2 Kiểm tra độ cứng .60 3.11.1.3 Kiểm tra cường độ 61 3.11.2 Kiểm toán sườn tăng cường gối .62 3.11.2.1 Kiểm tra độ mảnh 62 3.11.2.2 Kiểm tra sức kháng tựa 62 3.11.2.3 Kiểm tra sức kháng nén dọc trục .63 3.12.THIẾT KẾ NEO CHỐNG CẮT (XÉT CHO DẦM GIỮA) 64 3.12.1 Loại neo chống cắt 64 3.12.2 Bước neo 64 3.12.3 Khoảng cách ngang 65 3.12.4 Lớp phủ bê tông neo chiều sâu ngậm neo bê tông .65 3.12.5 Trạng thái giới hạn cường độ 65 3.12.5.1 Sức kháng cắt 65 3.12.5.2 Kiểm tra số lượng neo 66 3.13.THIẾT KẾ LIÊN KẾT ĐƯỜNG HÀN GIỮA BẢN BỤNG VÀ BẢN CÁNH DẦM 66 3.14.THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM 68 3.14.1 Mối nối cánh chịu kéo 68 3.14.1.1 Số bu lông liên kết 68 3.14.1.2 Sức kháng chảy đứt gãy nối chịu kéo .69 3.14.1.3 Sức kháng trượt bu lông 70 3.14.1.4 Sức kháng ép mặt lỗ bulông 71 3.14.2 Mối nối cánh chịu nén 71 3.14.2.1 Số bu lông liên kết 71 3.14.2.2 Sức kháng nén nối chịu nén 72 3.14.3 Mối nối bụng .72 3.14.3.1 Kích thước liên kết bu lơng: 72 3.14.3.2 Sức kháng cắt bu lông .72 3.14.3.3 Sức kháng cắt nối .74 3.14.3.4 Sức kháng phá hoại cắt khuôn nối 74 3.14.3.5 Sức kháng trượt bu lông 75 3.14.3.6 Sức kháng ép mặt lỗ bulông 76 3.15.THIẾT KẾ LIÊN KẾT NGANG 76 3.15.1 Cấu tạo liên kết ngang .76 3.15.2 Thiết kế dầm ngang 76 3.15.2.1 Sơ đồ đặt kích nội lực 76 3.15.2.2 Kiểm tra tiết diện dầm ngang 77 3.15.2.3 Thiết kế mối nối dầm ngang sườn tăng cường 77 3.15.3 Thiết kế hệ liên kết ngang 80 3.15.3.1 Nguyên tắc truyền tải lên hệ liên kết ngang .80 3.15.3.2 Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu cầu .80 3.15.3.3 Tải trọng gió tác dụng lên hệ liên kết ngang 81 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 3.15.3.4 Kiểm tra độ mảnh hệ liên kết ngang 82 3.15.3.5 Kiểm tra khả chịu lực dọc trục hệ liên kết ngang 82 3.15.3.6 Thiết kế liên kết bulông hệ liên kết ngang sườn tăng cường .82 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ - Chiều dài toàn dầm: 30m SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP - GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Bề rộng phần xe chạy: B1 = 11m Lề người đi: B2 = 1,4m Lan can: B3 = 0,3m Tổng bề rộng mặt cắt ngang cầu: B = B1 + 2B2 + 2B3 = 14,4m Tải trọng thiết kế: 0,65 HL93 1.2 VẬT LIỆU 1.2.1 Thép dầm chủ, dầm ngang, lan can cầu Sử dụng thép M270 cấp 250 theo tiêu chuẩn ASTM A709 tương đương - Giới hạn chảy nhỏ nhất: Fy = 250 MPa - Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: Fu = 400 MPa - Mô đun đàn hồi thép: Es = 200000 MPa - Trọng lượng riêng thép: s = 78,5 kN/m3 1.2.2 Thép neo chống cắt Sử dụng thép cấp 1020 theo tiêu chuẩn ASTM A108 - Cường độ kéo nhỏ thép: Fu = 400 MPa 1.2.3 Cốt thép thường 1.2.4 Giới hạn chảy cốt thép tròn trơn: fy = 240 MPa (CB240-T) Giới hạn chảy cốt thép có gờ: fy = 400 MPa (CB400-V) Mô đun đàn hồi thép: Es = 200000 MPa Bê tông - Cường độ chịu nén 28 ngày bê tông: f’c = 30 MPa - Mô đun đàn hồi bê tông: Ed = 28111 MPa - Trọng lượng riêng bê tông cốt thép: c = 25 kN/m3 1.2.5 Lớp phủ mặt cầu - Trọng lượng riêng lớp phủ mặt cầu: lp = 22,5 kN/m3 1.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU 1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng Lc - Bề rộng toàn cầu: Btc = 11 + 2.1,4 + 2.0,3 = 14,4 m Btc =(n-1)S+2L c => Btc  nS  L  0,5S - Ta có:  c SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Trong đó: Hệ số sức kháng uốn: ϕf = Ứng suất uốn lớn tải trọng tính tốn điểm chiều dày cánh khống chế vị trí mối nối:  M DC3  s,b t f +t 'f  M LL  s,b t f +t f'  +M DW u u u + Y +   LT   YST  I I     LT ST  (578,04+1262,78).100  2+2  (1439,70+25,93).100  2+2  =  51,01. 81,26 +  1182626,10  2454774,07    2904,61.100  2+2  +  105,02  =18, 271 kN/cm = 182,71 MPa 3412058,16   f cf =  s,b t f +t f' M DC1 +M DC2 u u  YNC I NC  Hệ số lai: Rh = Hệ số triết giảm ứng suất cánh:  = Cường độ chảy nhỏ cánh: Fyf = 250 MPa Hệ số điều chỉnh sức kháng cánh: Rg = (Mặt cắt bên mối nối nhau) - Lực thiết kế: Pcf = FcfAe = 216,36.103.180.10-4 = 3894,48 kN - Sức kháng cắt tính tốn bu lơng: Rr = ϕsRn = ϕs.0,38.Ab.Fub.Ns = 0,8.0,38.380.10-6.830.1000.2 = 191,76 kN Trong đó: Hệ số sức kháng cắt bu lông: ϕs = 0,80 Số lượng mặt phẳng chịu cắt tính cho bu lơng: Ns = Diện tích bu lơng liên kết: Ab = 380mm2 Cường độ chịu kéo bu lông: Fub = 830 MPa - Kiểm tra số bu lông: n = 28 > Pcf 3894,48 = =20,3 R r 191,76 3.14.1.2 Sức kháng chảy đứt gãy nối chịu kéo - Sức kháng chảy đứt gãy nối:  y Fy A g = 0,95.250.103 172.10-4 =4085 kN R r =  =4085 kN -4 u Fu A n U = 0,80.400.10 133,60.10 1= 4275,20 kN Trong đó: Hệ số sức kháng nứt gãy nối: ϕu = 0,80 Hệ số sức kháng chảy nối: ϕy = 0,95 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 67 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Cường độ chịu kéo nhỏ nối: Fu = 400 MPa Diện tích nguyên nối: Ag = 50.2 + 2.18.2 = 172 cm2 Diện tích trừ hao thực nối: An = 172 –8.2,4.2 = 133,60 cm2 < 0,85Ag Hệ số chiết giảm: U = - Kiểm tra: Rr = 4085 kN > Pcf = 3894.48 kN 3.14.1.3 Sức kháng trượt bu lông - Liên kết bu lông cho mối nối cánh thiết kế chống trượt TTGH sử dụng II - Sức kháng trượt tính toán liên kết lấy bằng: Rr = Rn = nKhKsNsPt = 28.1.0,33.2.176 = 2787,84 kN Trong đó: Số lượng bu lơng liên kết: n = 28 Hệ số kích thước lỗ: Kh = Hệ số điều kiện bề mặt: Ks = 0,33 Số mặt ma sát cho bu lông: Ns = Lực kéo yêu cầu nhỏ bu lông: Pt = 176 kN - Lực dọc trục gây trượt liên kết: Fs = f s A f 141,70.103 180.10-4 = = 2550,60 kN Rh Trong đó: Ứng suất tính tốn cánh vị trí mối nối: M sDC1 +M sDC2  s,b t f +t f'  M sDC3 +M sDW  s,b t f +t f'  M sLL  s,b t f +t f'  fs =  YNC +  YLT +  YST  I NC  I LT  IST     (462, 43+1010, 22).100  2+2  (1151,76+17, 29).100  2+2  =  51,01  81, 26+  1182626,10  2454774,07    + 2157, 71.100  2+2   105,02 =14,170kN/cm =141,70 MPa 3412058,16   Diện tích nguyên cánh tương ứng: Af = bftf+bf’tf’ = 40.2+50.2 = 180 cm2 - Kiểm tra: Fs = 2550,60 kN < Rr = 2787,84 kN SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 68 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 3.14.1.4 Sức kháng ép mặt lỗ bulông - Đối với lỗ tiêu chuẩn, khoảng cách trống bu lông không nhỏ 2db khoảng cách trống đầu không nhỏ 2db - Sức kháng ép lỗ bu lông: Rr = ϕbb2,4.db.t.Fu = 0,8.2,4.22.10-3.20.10-3.400.1000 = 337,92 kN Trong đó: Hệ số sức kháng ép mặt: ϕbb =0,8 Chiều dày vật liệu liên kết bu lông ép vào: t = 20mm - Kiểm tra: Rr = 337,92 kN > Pcf/n = 3894,84/24 = 162,27 kN 3.14.2.Mối nối cánh chịu nén 3.14.2.1 Số bu lông liên kết - Ở trạng thái cường độ, mối nối cánh thiết kế với ứng suất thiết kế: Fncf =R cf f ncf 161,37 =1,18 =190, 42MPa  0,75αf Fyf R g  0,75.1.1.250.1=187,50MPa Rh Trong đó: Hệ số sức kháng uốn: ϕf = Ứng suất uốn lớn tải trọng tính tốn điểm chiều dày cánh không khống chế vị trí mối nối đồng thời với fcf: f ncf = DC2 DC3 DW LL M DC1  s,t t c  M u +M u  s,t t c  M u  s,t t c  u +M u Y + Y +  NC   LT   YST -  I NC 2 I LT  IST  2   = (578,04+1262,78).100   (1439,70+25,93).100  2  78,99-  +  48,74 -  1182626,10 2 2454774, 07 2   + 2904,61.100  2  24,98-  =16,137 kN/cm =161,37MPa 3412058,16  2 Tỷ số Fcf fcf cánh khống chế: Rcf = Fcf/fcf = 216,36/182,71 = 1,18 Hệ số lai: Rh = Hệ số triết giảm ứng suất cánh:  = Cường độ chảy nhỏ cánh: Fyf = 250 MPa Hệ số điều chỉnh sức kháng cánh: Rg = (Mặt cắt bên mối nối nhau) - Diện tích có hiệu cánh: Ae = bctc = 40.2 = 80 cm2 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 69 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ - Lực thiết kế: Pncf = FncfAe = 190,42.103.80.10-4 = 1523,33 kN - Sức kháng cắt tính tốn bu lơng: Rr = 191,76 kN - Kiểm tra số bu lông: P 1523,33 n = 14 > ncf = = 7,9 R r 191,76 3.14.2.2 Sức kháng nén nối chịu nén - Sức kháng nén nối: Pr = ϕcFyfAg = 0,9.250.103.100.10-4 = 2250 kN Trong đó: Hệ số sức kháng nén: ϕc = 0,9 Diện tích mặt cắt nguyên nối: Ag = 30.2 + 2.10.2 = 100 cm2 - Kiểm tra: Pr = 2250 kN > Pncf = 1523,33 kN 3.14.3 Mối nối bụng 3.14.3.1 Kích thước liên kết bu lơng: - Số hàng bu lông theo phương đứng: nv = 13 - Số cột bu lông theo phương ngang: nh = - Tổng số bu lông cho bên liên kết: nb = 39 - Bước bu lông đứng: s = 80 mm - Bước bu lông ngang: g = 80 mm - Mơmen qn tính cực nhóm bu lơng tâm mối nối: Ip = n h  2 2  = 13.3 80 32 -1 +80 16 -1   6732800 mm s n -1 +g n -1 h v  12   12          3.14.3.2 Sức kháng cắt bu lông - Mối nối bụng thiết kế để chịu tồn lực cắt tính tốn thẳng đứng mômen độ lệch tâm lực cắt cộng với mơmen uốn tính tốn - Mơmen uốn lực dọc trục nằm ngang tính bụng dầm - Ở phần xác định bụng dầm bụng tăng cường tính sức kháng cắt danh định biên, mối nối cách đầu dầm 9,70m nên phải tính sức kháng danh định khoang phía để từ suy lực cắt thiết kế nhỏ SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 70 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 2Dt w 2.144.1,4 = =1,55< 2,50 ' ' b t +b t +b t 40.2+40.2+50.2 c c f f f f - Ta có: nên sức kháng cắt danh định khoang phía là:     0,87  1-C   0,87  1-0,95     Vn =Vp C+ =2517,20 0,95+ = 2562,07 kN     1+  d /D   1+  150/124     Trong đó: Lực cắt dẻo: Vp = 0,58FywDtw = 0,58.250.103.124.1,4.10-4 = 2517,20 kN Khoảng cách sườn tăng cứng ngang: d0 = 150cm < 1,5D = 216cm k=5+  /D  =5+  150/124  =8,42 Hệ số ổn định chịu cắt: Tỷ số sức kháng ổn định oằn chịu cắt với cường độ cắt chảy: D Ek 200000.8,42 =1,12 = 91,90  = 88,51 < 1,12 t F 250 yw  w   D = 88,51 < 1,40 Ek =1,40 200000.8,42 =114,88 t Fyw 250  w 1,12 Ek 1,12 200000.8,42 = =1,04 D Fyw 88,51 250 tw - Ta có Vu = 386,36 kN < 0,5ϕvVn = 0,5.1.2562,07 = 1281,04 kN nên giá trị lực cắt thiết => C = kế nhỏ trạng thái giới hạn cường độ tính theo cơng thức: Vuw = 1,5Vu = 1,5.386,36 = 552,54 kN - Moment tính tốn tác dụng lên bụng: t w D2 0,014.1,242 M uw = 1.216,36.103 +1,18.161,37.10 =729,7 kNm  R h Fcf +R cf f ncf  = 12 12 - Lực dọc tính tốn tác dụng lên bụng: t D 0,014.1,24 H uw = w  R h Fcf -R cf f ncf   1.216,36.103 -1,18.161,37.103 =225,19 kN 2 - Môment tính tốn lên liên kết mối nối:     Mtotal = Muw + e.Vuw = 729,7 + 0,135.552,54 = 804,30 kNm Trong đó: Độ lệch tâm lực cắt tim mối nối liên kết tính tốn: e = 0,135m - Lực cắt tính tốn thẳng đứng lớn lên bu lông:  n h -1 g  3-1 80 M 04,30 10 total Vuw 552,54 2 Pv = + = + =21,07 kN nb Ip 48 6732800 SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 71 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ - Lực cắt tính tốn nằm ngang lớn lên bu lông:  n v -1 s  16-1 80 M 04,30 10 total H uw 225,19 2 Ph = + = + = 76,37 kN nb Ip 48 6732800 - Lực cắt tính tốn lớn lên bu lơng: Pu =  P +P  = v h 21,07 +76,37 = 79, 22 kN - Sức kháng cắt tính tốn bu lơng: Rr = 191,76 kN - Kiểm tra: Pu = 79,22 kN < Rr = 191,76 kN 3.14.3.3 Sức kháng cắt nối - Sức kháng cắt tính tốn nối: -4  v 0,58.Fy A vg =1.0,58.250.10 364.10 = 5278 kN R r =min  =4635,55 kN -4  0,58.R F A =0,8.0,58.1.400.10 249,76.10 = 4635,55 kN  p u  vu Trong đó: Hệ số sức kháng cắt: ϕv = Hệ số sức kháng chịu cắt nứt gẫy: ϕvu = 0,8 Diện tích nguyên nối: Avg = 2.1,4.130 = 364 cm2 Diện tích trừ hao dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất cắt: Avn = 364 – 16.2.1,4.2,4 = 249,76 cm2 - Kiểm tra: Vuw = 552,54 kN < Rr = 4635,55 kN 3.14.3.4 Sức kháng phá hoại cắt khuôn nối - Xét phá hoại phận liên kết, mặt phẳng song song với lực đặt xem xét chịu ứng suất cắt mặt phẳng vng góc xem xét chịu ứng suất kéo - Xét nối chịu cắt mà không chịu kéo - Sức kháng tính tốn tổ hợp mặt phẳng: Rr = bs.Rp.0,58.Fu.Avn = 0,80.1.0,58.400.103.249,76.10-4 = 4635,55 kN > bs.Rp.0,58.Fy.Avg = 0,80.1.0,58.250.103.364.10-4 = 4222,40 kN  Chọn Rr = 4222,40 kN Trong đó: Hệ số sức kháng cắt khối: bs = 0,80 Hệ số chiết giảm theo phương pháp gia công lỗ: Rp = SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 72 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Diện tích nguyên dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất cắt: Avg = 364 cm2 Diện tích trừ hao dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất cắt: Avn = 249,76 cm2 - Kiểm tra: Vuw = 552,54 kN < Rr = 4222,40 kN 3.14.3.5 Sức kháng trượt bu lông - Liên kết bu lông cho mối nối bụng thiết kế chống trượt TTGH sử dụng II - Ứng suất lớn cánh ứng suất cánh lại tương ứng: f s = 141,70MPa M sDC1 +M sDC2  s,t t c  M sDC3 +M sDW  s,t t c  M sLL  s,t t c  f os =  YNC -  +  YLT -  +  YST -  I NC 2 I LT  IST  2   = (462, 43+1010, 22).100   (1151,76+17, 29).100  2  78,99-  +  48,74-  1182626,10 2 2454774,07 2   2157,71.100  2  24,98 -  =11,628 kN/cm =116,28 MPa 3412058,16  2 - Moment tính tốn tác dụng lên bụng: t D2 0,014.1,242 M sw = w  f s +f os  =  141,70.1000+116,28.1000  = 462,78kNm 12 12 - Lực dọc trục tính tốn lên bụng: t D 0,014.1,24 H sw = w  f s -f os  =  141,70.1000-116,28.1000  = 220, 65kN 2 - Lực cắt tính toán lên bụng: + Vsw = 283,08 kN - Mơment tính tốn lên liên kết mối nối: Mtotal = Msw + e.Vsw = 462,78 + 0,135.283,08 = 501 kNm Trong đó: Độ lệch tâm lực cắt tim mối nối liên kết tính tốn: e = 0,135m - Lực cắt tính tốn thẳng đứng lớn lên bu lông:  n h -1 g  3-1 80 M 501,00 10 total Vsw 283,08 2 Psv = + = + =11,85 kN nb Ip 48 6732800 - Lực cắt tính tốn nằm ngang lớn lên bu lông:  n v -1 s  16-1 80 M 01,00 10 total H sw 220,65 2 Psh = + = + = 49, 24 kN nb Ip 48 6732800 - Lực cắt tính tốn lớn lên bu lơng: Ps = P sv +Psh2  = 11,852 + 49, 242 = 50,65 kN SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 73 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ - Sức kháng trượt tính tốn bu lông: Rr = Rn = KhKsNsPt = 1.0,33.2.176 = 116,16 kN Trong đó: Hệ số kích thước lỗ: Kh = Hệ số điều kiện bề mặt: Ks = 0,33 Số mặt ma sát cho bu lông: Ns = Lực kéo yêu cầu nhỏ bu lông: Pt = 176 kN - Kiểm tra: Ps = 50,65 kN < Rr = 116,16 kN 3.14.3.6 Sức kháng ép mặt lỗ bulông - Sức kháng ép lỗ bu lông: Rr = ϕbb2,4.db.t.Fu = 0,8.2,4.22.10-3.14.10-3.400.1000 = 236,54 kN Trong đó: Hệ số sức kháng ép mặt: ϕbb = 0,8 Chiều dày vật liệu liên kết bu lông ép vào: t = 14 mm - Kiểm tra: Pu = 79,22 kN < Rr = 236,54 kN 3.15 THIẾT KẾ LIÊN KẾT NGANG 3.15.1 Cấu tạo liên kết ngang - Tại mặt cắt gối, liên kết ngang sử dụng dầm định hình, chỗ đặt kích để nâng hạ cụm dầm q trình thi công sửa chữa cầu cần thiết Do liên kết ngang gối phải cấu tạo chắn mặt cắt khác, thông thường dùng dầm I định hình - Tại mặt cắt trung gian, liên kết ngang cấu tạo theo dạng hệ gồm thép góc có số hiệu L100x100x10 3.15.2 Thiết kế dầm ngang 3.15.2.1 Sơ đồ đặt kích nội lực - Ta chọn vị trí đặt kích, cách đầu dầm ngang - Khoảng cách từ đầu dầm ngang đến vị trí đặt kích: x = 450 mm - Ta có 14 dầm ngang tất nên số kích sử dụng 28 kích, lực kích kích P = Pu/28 với Pu tổng tải trọng cầu (giả sử bỏ qua hiệu ứng xung kích kích dầm cầu) SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 74 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ Hình 32 - Sơ đồ đặt kích - Tĩnh tải cầu TTGH cường độ I: Pu   1, 25  n  DC1  1, 25  DC  1, 25   DC3  1,5  DW   L cau  (1, 25   4, 28  1, 25  9,35*8  1, 25   10,66  1,5  (2,84 *  0,16 * 2))  30  5669, kN - Tĩnh tải cầu TTGH sử dụng: Ps   n  DC1  DC   DC3  DW   L cau  (8  4, 28  9,35*8   10,66  (2,84 *  0,16 * 2))  30  4431,6 kN - Nội lực dầm ngang: Pu 5669,7 x= 0,45=91,12 kNm 28 28 P 4431,6 M s = s x= 0,45= 71,22 kNm 28 28 P 5669,7 Vu = u = =202.49 kN 28 28 P 4431,6 Vs = s = =168,27 kN 28 28 3.15.2.2 Kiểm tra tiết diện dầm ngang Mu = - Từ công thức xác định ứng suất dầm momen uốn ta có momen kháng uốn cần thiết dầm ngang là: Mu 91,12 = = 0,000365 m =365cm Fy 250.1000 - Ta chọn tiết diện dầm ngang I600x200x17x11 có moment kháng uốn W = 2577,96 cm3 W= 3.15.2.3 Thiết kế mối nối dầm ngang sườn tăng cường a Kích thước liên kết bu lông - Số hàng bu lông theo phương đứng: nv = SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 75 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ - Số cột bu lông theo phương ngang: nh = - Tổng số bu lông cho bên liên kết: nb = 14 - Bước bu lông đứng: s = 80 mm - Bước bu lông ngang: g = 80 mm - Mơmen qn tính cực nhóm bu lơng tâm mối nối: n h 2 s n h -1 +g n 2v -1  = 7.2 80 2 -1 +80 -1   380800 mm  12   12  b Sức kháng cắt bu lông  Ip =        - Nội lực thiết kế bu lông dầm ngang sườn tăng cường lấy sau: M = 0,7Mu = 0,7.113,51 = 63,78 kNm V = Vu = 202,49 kN - Mơment tính toán lên liên kết mối nối: Mtotal = M + e.V = 63,78 + 0,113.202,49 = 86,66 kNm Trong đó: Độ lệch tâm lực cắt tim mối nối gối tựa: e = 0,113m - Lực cắt tính tốn thẳng đứng lớn lên bu lơng:  n -1 g  2-1 80 M total h 86,66.103 V 202, 49 2 Pv = + = + =23,57 kN nb Ip 14 380800 - Lực cắt tính tốn nằm ngang lớn lên bu lơng:  n -1 s 107,96.103  7-1 80 M total v 2 Ph = = =54,62 kN Ip 380800 - Lực cắt tính tốn lớn lên bu lơng: Pu =  P +P  = v h 24,57 +54,62 = 59,49 kN - Sức kháng cắt tính tốn bu lơng: Rr = ϕsRn = ϕs.0,38.Ab.Fub.Ns = 0,8.0,38.380.10-6.830.1000.1 = 95,88 kN Trong đó: Hệ số sức kháng cắt bu lông: ϕs = 0,80 Số lượng mặt phẳng chịu cắt tính cho bu lơng: Ns = Diện tích bu lơng liên kết: Ab = 380mm2 Cường độ chịu kéo bu lông: Fub = 830 MPa - Kiểm tra: Pu = 59,49 kN < Rr = 95,88 kN SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 76 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ c Sức kháng trượt bu lông - Liên kết bu lông cho dầm ngang sườn tăng cường thiết kế chống trượt TTGH sử dụng II - Nội lực thiết kế bu lông dầm ngang sườn tăng cường lấy sau: M = 0,7Ms = 0,7.71,22 = 49,86 kNm V = Vs = 158,27 kN - Mơment tính tốn lên liên kết mối nối: Mtotal = M + e.V = 49,86 + 0,113.158,27 = 67,74 kNm Trong đó: Độ lệch tâm lực cắt tim mối nối gối tựa: e = 0,113m - Lực cắt tính tốn thẳng đứng lớn lên bu lông:  n -1 g  2-1 80 M total h 67,74.103 V 158, 27 2 Pv = + = + =18,42 kN nb Ip 14 380800 - Lực cắt tính tốn nằm ngang lớn lên bu lông:  n -1 s 67,74.103  7-1 80 M total v 2 Ph = = =42,69 kN Ip 380800 - Lực cắt tính tốn lớn lên bu lơng: Ps =  P +P  = v h 18,422 +42,69 = 46,49 kN - Sức kháng trượt tính tốn bu lơng: Rr = Rn = KhKsNsPt = 1.0,33.1.176 = 58,08 kN Trong đó: Hệ số kích thước lỗ: Kh = Hệ số điều kiện bề mặt: Ks = 0,33 Số mặt ma sát cho bu lông: Ns = Lực kéo yêu cầu nhỏ bu lông: Pt = 176 kN - Kiểm tra: Ps = 46,49 kN < Rr = 58,08 kN SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 77 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ d Sức kháng ép mặt lỗ bulông - Đối với lỗ tiêu chuẩn, khoảng cách trống bu lông không nhỏ 2db khoảng cách trống đầu không nhỏ 2db - Sức kháng ép lỗ bu lông: Rr = ϕbb.2,4.db.t.Fu = 0,8.2,4.22.10-3.11.10-3.400.1000 = 185,86 kN Trong đó: Hệ số sức kháng ép mặt: ϕbb = 0,8 Chiều dày vật liệu liên kết bu lông ép vào: t = 11 mm - Kiểm tra: Pu = 59,59 kN < Rr = 185,86 kN 3.15.3 Thiết kế hệ liên kết ngang 3.15.3.1 Nguyên tắc truyền tải lên hệ liên kết ngang - Tải trọng gió tác dụng lên lan can, mặt cầu, vút dầm, 1/2 chiều cao dầm phía biên chịu - Tải trọng gió tác dụng lên 1/2 chiều cao dầm phía biên chịu - Những hệ liên kết ngang liên kết gần với biên dầm chịu tồn tải trọng gió tác dụng lên biên - Những hệ liên kết ngang liên kết gần với biên dầm chịu tồn tải trọng gió tác dụng lên biên 3.15.3.2 Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu cầu - Cầu xây dựng TP.HCM nên kiểm tra với gió vùng IIA (Tra phụ lục E – TCVN 2737:1995) - Tốc độ gió giật giây với chu kỳ xuất 100 năm: VB = 45 m/s - Cầu xây dựng nơi thơng thống, khơng có cối xung quanh cao độ mặt cầu cao mặt đất khu vực xung quanh 10m nên hệ số điều chỉnh S lấy theo Bảng 14 / Phần TCVN 11823:2017: S = 1,09 - Vận tốc gió thiết kế: V = VBS = 45.1,09 = 49,05 m/s SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 78 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ - Do kết cấu phần có mặt đón gió đặc, mặt đón gió phần kết cấu vng góc với hướng gió ngang độ dốc vút dầm theo phương ngang khơng lớn ta xác định hệ số cản gió Cd sau:  Chiều rộng tồn cầu bề mặt lan can: b = 14400mm  Chiều cao kết cấu phần bao gồm lan can: d = 3394mm  Tỷ số b/d = 14400/3394 = 4,24  Tra Hình / Phần TCVN 11823:2017 Cd = 1,39 - Áp lực gió ngang lên kết cấu cầu: pD = 0,0006V2Cd = 0,0006.49,052.1,39 = 2,007 kN/m2 ≥ 1,8 kN/m2 Hình 33 - Áp lực gió ngang lên kết cấu cầu 3.15.3.3 Tải trọng gió tác dụng lên hệ liên kết ngang - Khoảng cách hệ liên kết ngang: Lb = 3000mm - Lực gió tính tốn phân bố 1m dài cánh dầm:   Wbf = γ WS p D t 'f +t f +D/2 =1,40.2,007  0,02+0,02+1,24/2  =1,85 kN/m - Lực gió tính tốn phân bố 1m dài cánh dầm: Wtf = γ WS p D  d-t f' -t f -D/2  =1,40.2,007  3,194-0,02-0,02-1,24/2  =7,12 kN/m - Lực gió tính tốn tác dụng vào giằng bên dưới: Fbf = WbfLb =1,85.3 = 5,55 kN - Lực gió tính tốn tác dụng vào giằng bên trên: Ftf = WtfLb = 7,12.3 = 21,36 kN SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 79 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ 3.15.3.4 Kiểm tra độ mảnh hệ liên kết ngang - Độ mảnh cấu kiện chịu nén: KL 0,75.175 = =43,17 max(Ftf, Fbf) = 23,31 kN 3.15.3.6 Thiết kế liên kết bulông hệ liên kết ngang sườn tăng cường - Đường kính bu lơng liên kết: db = 16mm - Đường kính lỗ bu lông liên kết: dH = 18mm a Sức kháng cắt bu lơng - Sức kháng cắt tính tốn bu lông: Rr = ϕsRn = ϕs.0,38.Ab.Fub.Ns = 0,8.0,38.201.10-6.830.1000.1 = 50,72 kN Trong đó: Hệ số sức kháng cắt bu lông: ϕs = 0,80 Số lượng mặt phẳng chịu cắt tính cho bu lơng: Ns = Diện tích bu lơng liên kết: Ab = 201 mm2 Cường độ chịu kéo bu lông: Fub = 830 MPa SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 80 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: ThS PHẠM ĐỆ - Kiểm tra số bu lông: F 23,31 n = > tf = = 0,46 R r 50,72 b Sức kháng trượt bu lông - Liên kết bu lông cho hệ liên kết ngang sườn tăng cường thiết kế chống trượt trạng giới hạn sử dụng II - Sức kháng trượt danh định bu lông: Rr = Rn = KhKsNsPt = 1.0,33.1.91 = 30,03 kN Trong đó: Số lượng mặt ma sát: Ns = Lực kéo yêu cầu nhỏ bu lông: Pt = 91 kN Hệ số kích thước lỗ: Kh = Hệ số điều kiện bề mặt: Ks = 0,33 (bề mặt loại C) - Kiểm tra số bu lông: F /1,4 23,31/1,4 n = > tf = = 0,55 Rr 30,03 c Sức kháng ép mặt lỗ bulông - Đối với lỗ tiêu chuẩn, khoảng cách trống bu lông không nhỏ 2db khoảng cách trống đầu không nhỏ 2db - Sức kháng ép lỗ bu lông: Rr = ϕbb.2,4.db.t.Fu = 0,8.2,4.16.10-3.10.10-3.400.1000 = 122,88 kN Trong đó: Hệ số sức kháng ép mặt: ϕbb = 0,8 Chiều dày vật liệu liên kết bu lông ép vào: t = 10 mm - Kiểm tra: Ptf/n = 23,31/2 = 11,66 kN < Rr = 122,88 kN SVTH: VÕ VĂN THÂN MSSV:1931093008 TRANG 81