phục vụ cho đồ án cầu thép 1 : Tính toán chi tiết dầm thép I liên hợp bản mặt cầu BTCT , thiết kế mối nối bu lông , neo bản mặt cầu , kiểm toán theo tiêu chuẩn TCVN 118232017 , đồ án nhầm phục vụ cho sinh viên Xây Dựng và các chuyên ngành liên quan
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BỘ MÔN CẦU VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU THÉP _ NHÓM: SINH VIÊN THỰC HIỆN: 02 Lê Thanh Duy Hồ Nam Trần Văn Tú GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: 39062 14286 21896 TS Nguyễn Ngọc Tuyển Hà Nội, 10/10/2021 62CD4 62CD4 62CD4 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG SỐ LIỆU THIẾT KẾ, LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823-2017 Hoạt tải thiết kế HL93 Chiều dài nhịp: L= 38.9m Chiều dài nhịp tính tốn: Ltt= 38.3m Bề rộng mặt cầu: Bc= 14,5m Bề rộng phần xe chạy: K= 13,5m Loại dầm: dầm thép chữ I liên hợp bê tông cốt thép Vật liệu 1.1.1.1 Bê tông mặt cầu Trọng lượng đơn vị bê tông: Cường độ nén mẫu bê tơng tiêu chuẩn hình trụ (28 ngày): Ứng suất nén cho phép: Môđun đàn hồi bê tông mặt cầu: 1.1.1.2 Cốt thép thường Cốt thép thường theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008 “Thép cốt bê tông” Bảng 1- 1.Phân loại cốt thép thường Giới hạn chảy Mơđun đàn hồi Đường kính Loại thép Cấp thép nhỏ (Mpa) (mm) (Mpa) Thép trịn trơn Thép có gờ CB240-T CB400-V 240 400 200000 200000 >10 1.1.1.3 Thép dầm chủ dầm ngang Trọng lương riêng thép dầm chủ : Giới hạn chảy dẻo : fy = 345 MPa Cường độ kéo nhỏ thép : fu = 450MPa Môđun đàn hồi thép dầm chủ E = 200000 MPa 1.1.1.4 Thép đinh neo chịu cắt Đinh neo sử dụng thép cấp 1020 theo tiêu chuẩn ASTM A108 Bảng 1- 2.Đặc trưng vật liệu đinh neo Ký hiệu Đơn vị Cường độ kéo nhỏ thép Giới hạn chảy thép fsu fsy MPa MPa Giá trị 400 345 1.2 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG Số lượng dầm chủ Số lượng dầm chủ: dầm chủ với S= 2100mm Chiều dài cánh hẫng: 950 mm Mặt cắt ngang kết cấu nhịp Hình 1- Mặt cắt ngang cầu Mặt cắt ngang dầm chủ 1.2.1.1 Bề dày mặt cầu Chiều dày thiết kế khơng kể lớp hao mịn h=200 mm phải thỏa mãn : Dầm đỡ phải thép bê tơng → đạt Bản mặt cầu đúc chỗ tồn bảo dưỡng nước→ đạt Bản mặt cầu phải liên hợp với dầm đỡ→ đạt 6.0 < 𝑆𝑆 /ℎ = 2100/200 = 10.5 100, → đạt Chiều dài có hiệu 2200 175, → đạt Độ hẫng 1000 = 5h=1000mm, → đạt = 30MPa >28MPa, → đạt 1.2.1.2 Bề dày lớp phủ Lớp bê tơng anpha dày 70 mm Lớp phịng nước dày mm Hình 1- 2.Cấu tạo mặt cầu 1.2.1.3 Lan can 350 150 200 150 1050 700 300 500 Hình 1- 3.Cấu tạo lan can Trọng lượng dải lan can, tay vịn lan can lấy sơ Trọng lượng dải chân lan can: Để thiên an toàn tiện cho tính tốn, trọng lượng dải chân lan can dược tính sau: Trong đó: b𝑆 𝑆𝑆: Bề rộng chân lan can, h𝑆𝑆𝑆: Chiều cao chân lan can, 0.75: Hệ số tính tốn gần xét đến cấu tạo thực chân lan can Do đó: 1.3 Lựa chọn tiết diện dầm chủ Chọn chiều cao dầm chủ Chiều cao toàn dầm thép liên hợp với bê tông lấy sau: Tỷ lệ = hmin= Bản bụng Chiều cao sườn Chiều dày sườn dầm ( thép hợp kim ) tw= => Chọn h= 1,85m = 1,342cm= 13,42mm Khơng có sườn tăng cường dọc : tw= = 12mm => Chọn tw= 15mm Bản bụng Kích thước biên trên: = 275mm => Chiều rộng: btf = 300mm => 12,5 tf => Chọn Kích thước biên dưới: Chiều rộng : Chiều dày : Hình 1- 4.Mặt cắt dầm chữ I 1.4 LỰA CHỌN SỐ LƯỢNG VÀ KÍCH THƯỚC DẦM NGANG Với L = 38.3m ta bố trí dầm ngang • Tại mặt cắt gối: ng = dầm • Tại mặt cắt nhịp: nnh = dầm • • • Tại mặt cắt 2L/6: Tại mặt cắt 4L/6: Tại mặt cắt 5L/6: n2/6 = dầm n4/6 = dầm n4/6 = dầm Tổng số lượng dầm ngang toàn cầu: 36 dầm Chiều cao dầm ngang = 1000mm Chiều dài dầm ngang =2185mm Bề rộng cánh dầm ngang = 200mm Chiều dày cánh dầm ngang = 15mm Chiều cao sườn dầm ngang = 970mm Chiều dày sườn dầm ngang = 15mm 1.5 THỐNG KÊ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN Bảng 1- 3.Thống kê kích thước lan can Chiều rộng (mm) Chiều cao(mm) 500 1050 Lan can Dầm chủ Bảng 1- Thống kê kích thước dầm chủ Chiều rộng(mm) Chiều cao(mm) Bản cánh 300 20 Sườn dầm 15 1650 Bản cánh 400 30 Dầm ngang Bảng 1- Thống kê kích thước dầm ngang Chiều rộng(mm) Chiều cao(mm) Chiều dày(mm) 200 1000 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 2.1 BẢN MẶT CẦU (Biểu đồ tổ hợp nội lực: Momen dương CĐ1- Vẽ Midas) 2.2 TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP BẢN MẶT CẦU Tính tốn cốt thép chịu momen dương – kiểm tra TTGH cường độ 2.2.1.1 Tính tốn bố trí thép d-am 25 18 Hình 2-1 Tiết diện nhịp chịu momen dương Chiều cao có hiệu tiết diện nhịp chịu momen dương : Lớp bảo vệ 40 mm Lớp bảo vệ 25 mm ������ = 200�� − 25𝑆𝑆 −0.5x = 200mm – 9mm– 25mm = 165 mm Hệ số kháng uốn Mômen dương lớn (TTGH cuờng độ I ): Khoảng cách từ trọng tâm miền chịu nén bê tông đến trọng tâm cốt thép chịu kéo bê tông (lấy gần đúng): Jd = 0.9x165 =149.4mm Sơ chọn diện tích cốt thép chịu kéo : Xét 1m chiều rộng = 866.4 Ta chọn với 2.2.1.2 Kiếm tra diện tích cốt thép tối thiểu Kiểm tra diện tích cốt thép tối thiểu yêu cầu đơn vi chiều rộng : => Thỏa mãn 2.2.1.3 Kiểm tra diện tích cốt thép tối da Với giả thiết phân bố ứng suất nén theo hình chữ nhật : Chiều cao khối ứng suất hình chữ nhật vùng nén: 10 200 25 d-duong 18 𝑆 𝑆 ∶=18 mm; 𝑆 𝑆 ∶=200 ; 𝑆𝑆 ∶= 400 Mpa ; 𝑆𝑆 ∶= 30 Mpa 5.6.3 Xác định lực tác dụng sườn dầm TTGH sử dụng Lực cắt giả thiết sườn dầm chịu hết: Có => Momen uốn sườn dầm xác định thông qua công thức: Bảng 5- 13 Bảng tính momen uốn sườn dầm TTGH sử dụng MDC1 2332 IwNC 7.29E+09 INC 2.16E+10 MDC2+DW 918 IwLT 8.50E+09 ILT 4.03E+10 MLL 3157 IwST 6.89E+9 IST 4.94E+10 → Mw = 1436 KNm 5.6.4 Tính tốn số lượng bu lông theo điều kiện sức kháng trượt (TTGH SD) Sức kháng trượt danh định bu lông liên kết ma sát xác định ( P613.2.8) Trong đó: số lượng mặt cắt ma sát cho bu lông Chọn lực căng tối thiểu yêu cầu bu lông quy định(bảng 15 P-6) Bulơng M253 đường kính 22mm hệ số kích thước lỗ quy định hệ số điều kiện bề mặt quy định (bảng 5.6) Xác định lực tác dụng lên bu lơng Theo phương đứng bố trí 17 bu lơng bước bu lơng 100mm, bu lơng ngồi cách mép 50 mm Lực tác dụng lên bu lông lực cắt : Lực tác dụng lên bu lông momen: => => Bulông thỏa mãn trượt 5.6.5 Kiểm tra sức kháng cắt bu lông theo TTGH cường độ Điều kiện kiểm tra sức kháng cắt bu lơng 65 Trong đó: diện tích bu lơng theo đường kính danh định cường độ kéo nhỏ bu lông số mặt phẳng cắt cho bu lông Lực tác dụng lên bu lông lực cắt : kN Lực tác dụng lên bu lông momen: Sức kháng cắt danh định bulông: Bảng 5-14 Bảng tính momen uốn sườn dầm TTGH sử dụng Thông số R Đơn vị kN kN kN Mối nối 23.2 170.5 173.6 284.6 ĐẠT kN Kiểm tra 5.7 Kiểm tra sức kháng cắt sườn dầm mã vị trí nối Sức kháng cắt tính toán lấy giá trị nhỏ đây: Cắt chảy Cắt theo nứt gãy diện tích nguyên diện tích giảm yếu sườn dầm, mã Bảng 5- 12 Tính tốn sức kháng cắt danh định sườn dầm 66 => => Sườn vị trí nối đủ khả chịu cắt Bảng 5- 12 Tính tốn sức kháng cắt danh định mã => => Bản mã chọn đủ khả chịu cắt 67 Chi tiết mối nối bụng dầm 5.8 Xác định nội lực cánh dầm Lực dọc lớn cánh dầm xác định cơng thức: Trong Pfy sức kháng biên dầm Fcf ứng suất thiết kế Ae diện tích có hiệu cánh Đối với dầm biên trên: Đối với dầm biên dưới: 68 Trong : ứng suất lớn tải trọng tính tốn điểm chiều dày cánh khống chế vị trí mối nối (Mpa) • Đối với dầm biên trên: • Đối với dầm biên dưới: 5.9 Xác định số lượng bu lông cần thiết Sử dụng loại bu lông với sườn dầm →Số bu lông cần thiết cho cánh trên: → chọn 10 →Số bu lông cần thiết cho cánh dưới: → chọn 20 Bố trí bu lơng - Cánh trên: hàng, hàng bu lông, bước bu lông 50 mm → Kích thước nối : 300x600x20 mm - Cánh dưới: hàng , hàng bu lông, bước bu lơng 75mm → Kích thước nối : 400x800x20 mm 69 5.10 Kiểm tra khả chịu kéo cánh mã vị trí nối Sức kháng kéo tính tốn Pr phải lấy trị số nhỏ cường độ chảy tương theo PT sau: Trong đó: sức kháng kéo danh định chảy tiết diện nguyên(N) cường độ chảy (MPa) diện tích nguyên phận sức kháng kéo danh định đứt gãy tiết diện thực(N) diện tích tiết diện trừ giảm yếu U hệ số triết giảm cắt trễ U=1 hệ số sức kháng chảy hệ số sức kháng đứt gãy, Kiểm tra khả chịu kéo cánh vị trí nối Kiểm tra khả chịu kéo mã vị trí nối 70 5.11 Kiểm tra khả chịu nén =0.9 x 345 x 1000 x 0.00868=2695 kN hệ số sức kháng nén theo điểu 5.4.2-P6 Fy cường độ chảy nhỏ quy định cánh As diện tích nguyên nối Lực nén cánh => 71 Cấu tạo mối nối Chi tiết mối nối cánh 72 Chi tiết mối nối cánh 73 CHƯƠNG THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP CẦU 6.1 TRÌNH TỰ CHẾ TẠO DẦM THÉP - Có nhiều phương pháp chế tạo kết cấu thép,trình tự chế tạo dầm thép nhà máy tuân thủ theo bước sau: Ở nhà máy 6.1.1.1 Tiếp nhận chuẩn bị thép - Dầm thép có L =38.9 m chia thành đoạn dầm cấu tạo sau: Bảng 6- 15 Kiểm tra khả chịu kéo mối nối biên Vị trí Kích thước thép Số lượng/1 dầm Bản biên 11800x300x20 Bản bụng 15300x1800x15 Bản biên 11800x400x30 Ghi - Phải có dấu hiệu kiểm tra nhà máy, giấy chứng nhận cách nấu số hiệu thép - Xưởng thu nhận, cạo gỉ, phân loại điều chỉnh cong vênh xếp kho 6.1.1.2 Công tác lấy dấu gia công thép - Theo vẽ thiết kế lấy dấu, đánh dấu đường bao, tâm lỗ đường cắt thép - Theo đường đánh dấu đột tâm lỗ vạch sẵn tiến hành cắt, uốn, khoan đột lỗ bu lông Gia công đầu mép máy bào máy phay 6.1.1.3 Công tác lắp ghép tạo hình dầm thép - Láp đặt hệ thống khn giá lắp (như hình) cố định vị trí với để tiến hành tạo mối hàn theo bước sau: - Đặt định vị biên (đối với đoạn giữa) - Đặt định vị đứng - Cố định tạm thời phận mối hàn mỏng tay (40-50mm cách 0.5-1m) - Đưa đến phân xưởng để hàn tự động (h=8mm) 74 Hình 6- 5.Đưa dầm vào giá khuôn lắp ghép cố định 6.1.1.4 Công tác hàn liên kết - Để tăng suất chất lượng dầm thép, sử dụng máy hàn tự động (que hàn 4mm) cho liên kết biên bụng - Đặt giá quay đặt liền để tăng suất hàn Hình 6- 6.Máy hàn tự động 75 6.1.1.5 Kiểm tra ứng suất biến dạng hàn thép - Sử dụng phương pháp tạo độ vồng ngược để khơng chế biến dạng hàn - Ngồi để hạn chế biến dạng cục bộ, sử dụng máy hàn tự động có que hàn để tiến hành hàn đối xứng 6.1.1.6 Công tác chuẩn bị lỗ cho mối nối bu lông lắp ráp công trường - Trước vận chuyển công trường, đoạn dầm cần tạo lỗ vị trí mối nối theo sở kết cấu định sẵn (đã lấy dấu đoạn dầm) - Sử dụng khoan máy để khoan lỗ lắp ráp Ở công trường 6.1.1.7 Tổ chức mặt - Vận chuyển đoạn dầm xe tải đến bãi thi cơng cầu - Sử dụng cần cẩu cổng (có hiệu lớn khả cẩu khơng thay đổi phạm vi hoạt động) để đưa đoạn dầm chi tiết vào kho thép - Kho thép cơng trường cần đặt vị trí phẳng khơng ngập nước, khơng nên xa vị trí cầu 1km - Các đoạn dầm cần đặt lớp chồng tà vẹt gỗ (20x30cm), chi tiết nhỏ (bulong, ) đựng hịm kín chống rỉ - Vạch trước sơ đồ bố trí cấu kiện để tiện cho việc làm sạch, sơ lắp thực kho thép 6.1.1.8 Vận chuyển đoạn dầm đến công trường - Trước vận chuyển đến vị trí lắp ráp, đoạn dầm chi tiết cần kiểm tra lại mức độ gỉ, bẩn, độ cong vênh cần làm (bằng máy phun cát, bàn chải sắt), điều chỉnh (bằng nhiệt) - Sơ lắp số đoạn dầm vs đạt đến tải trọng mà cần cẩu đảm nhiện để tiết kiện thời gian triệt để suất 6.1.1.9 Thực mối nối lắp ráp ngồi cơng trường - Tại vị trí mối nối đoạn dầm sau làm nhám súng phun cát, đưa bãi đến vị trí thi cơng lắp ráp lại với theo trình tự sau: + + + Dùng lói định vị hình cố định nối vị trí mối nối Dùng lói lắp ráp để chịu tải trọng Công nhân đặt bu lông cường độ cao vòng đệm (đã làm sạch) vào vị trí lỗ Dùng cờ lê máy chạy ép vặn bu lông đến khoảng 90% lực kéo thiết kế Dùng cờ lê đo lực để kiểm tra điều chỉnh nội lực cho đủ trị số thiết kế Tiến hành công tác lắp đặt neo chống cắt liên kết hàn lên dầm thép + + + 76 - Lưu ý: + Vị trí lắp ráp phải định vị đường dẫn vào cầu tiện cho trình lao dọc kết cấu nhịp bu lông bị hỏng bị nứt buu lông ngắn ốc bắt không hết phải thay Biên nghiệm thu bu lơng cường độ cao phải có đại diện thiết kế, thi cơng kí nhận + + 6.2 TRÌNH TỰ LAO LẮP DẦM CHỦ VÀ BẢN MẶT CẦU Lao lắp dầm chủ - Sau công tác chuẩn bị trường (đắp đất sau mố, chuẩn bị bãi để dầm đường vận chuyển, cẩu lắp dầm dẫn thép,…), việc lao dầm giá thực sau: + Lắp đặt giá mố đầu cầu, lao dầm dẫn thép + Vận chuyển dầm từ bãi chứa vị trí gối dầm mố trụ trái + Dùng giá tiến hành lao dầm đến vị trí mố trụ phải + Kích điều chỉnh dầm thép đặt xuống gối + Lần lượt lao dầm lại + Liên kết cố định dầm + Tiến hành thi công dầm ngang theo vẽ thiết kế Thi cơng mặt cầu - Sau lao lắp tồn dầm thi công xong dầm ngang, tiến hành thi công mặt cầu sau: + + + + + + Lắp đặt hệ thống giàn giáo, chuẩn bị công tác ván khuôn Lắp đặt ván khuôn mặt cầu, lắp dựng cốt thép Tiến hành đổ bê tông lớp (30-40 cm) Đầm bê tông đầm dùi dầm bàn (tránh va phải neo chống cắt) Thực công tác bảo dưỡng theo quy định hành Tháo gỡ ván khn 77 Hình 6-7.Mơ tả lao lắp dầm 6.3 HOÀN THIỆN CẦU - Tiếp tục thi cơng cơng trình mặt cầu (lan can, tay vịn, đá vỉa, lớp mặt cầu, ) - Hoàn thành chi tiết cầu theo vẽ thiết kế (khe co dãn, trang trí, đèn điện, nước, cơng trình phụ, ) - Tháo dỡ kết cấu phụ tạm - Vệ sinh khu vực cơng trường 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đình Tâm, Cầu bê tông cốt thép đường ô tô, Nhà xuất xây dựng 2005 [2] Nguyễn Tiến Oanh, Nguyễn Trâm, Lê Đình Tâm, Xây dựng cầu bê tơng cốt thép, Nhà xuất xây dựng, 1995 [3] Bộ Giao thông vận tải, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, Nhà xuất giao thông vận tải, 2005 [4] American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), LRFD Bridge Design Specifications, 4th Edition, Washington DC, 2007 [5] Wai Fan Chen and Lien Duan, Bridge Engineering Handbook, CRC press, NewYork, 2000 [6] Richard M.Baker, Jay A.Pucket, Design of highway bridge, MC Graw Hill, 1997 79 ... cánh chịu nén 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 18 260 18 260 18 260 18 260 18 260 13 685 12 732 11 990 11 4 61 111 43 1. 27 1. 36 1. 45 1. 52 1. 56 10 5 18 260 11 037 1. 57 - Các mặt cắt có cánh chịu nén giằng cách đoạn(MDC1)... cắt (KN) 10 0 15 .14 3 2. 713 3.25 10 1 15 .14 3 2. 713 3.25 10 2 15 .14 3 2. 713 3.25 10 3 15 .14 3 2. 713 3.25 10 4 15 .14 3 2. 713 3.25 10 5 15 .14 3 2. 713 3.25 Hệ số phân phối ngang hoạt tải 19 .15 15 .32 11 .49 7.66... trục Tiết diện đ.anh Y1 Y4 x 3.83 7.66 11 .49 15 .32 19 .15 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 66. 010 1 11 7.3 51 154.023 17 6.027 18 3.3 61 3.447 6 .12 8 8.043 9 .19 2 9.575 0.00 2 .12 3.47 5.03 6. 61 7.43 Y3 0.00 2.55