tổng hợp tài liệu kết cấu thép

Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Bài tập lớn
Kết cấu thép
Giáo viên hớng dẫn : Nguyễn Ngọc Lâm
Sinh viên : Trần Trung Hiếu
Lớp : Cầu - Đờng bộ B K46
Đề bài: Thiết kế một dầm chủ, nhịp giản đơn trên cầu đờng ôtô, có mặt cắt dầm
thép tổ hợp đờng hàn trong nhà máy và lắp ráp mối nối tại công trờng bằng
bulông độ cao, không liên hợp.
I. số liệu giả định
Chiều dài nhịp
Hoạt tải
Khoảng cách tim hai dầm
Số làn xe thiết kế
: L = 23 m
: HL-93
: b
f
+ 32 cm
: n
L
=2 làn
Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích (DW)
Tĩnh tải bản BTCT mặt cầu (DC
2
)
: 5,32 kN/m
: 5,32 kN/m
Hệ số phân bố ngang tính cho mômen : mg
M

= 0,56
Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt : mg
Q
= 0,54
Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg
d
= 0,62
Hệ số phân bố ngang tính mỏi : mg
f
= 0,58
Hệ số cấp đờng : k = 0.5
Số lợng giao thông trung bình 1 ngày/ 1 làn : ADT = 20000 xe/ngày/làn
Tỷ lệ xe tải trong luồng : k
truck
= 0,2
Độ võng cho phép của hoạt tải : L/800
Vật liệu
Thép chế tạo dầm
Bulông cờng độ cao
: f
y
= 400 MPa
: A490
Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005
II-yêu cầu về nội dung
1. Chọn mặt cắt ngang dầm.
2. Tính mômen, lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra.
3. Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt do tải trọng gây ra.
4. Kiểm toán dầm theo các TTGHCĐI, sử dụng và mỏi.
5. Tính toán thiết kế sờn tăng cờng.

6. Tính toán thiết kế mối nối công trờng.
7. Thể hiện trên giấy A1. Cấu tạo dầm và thống kê sơ bộ khối lợng
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
1
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
I. Chọn mặt cắt dầm
Mặt cắt dầm đợc chọn theo phơng pháp thử sai, tức là ta lần lợt chọn kích
thớc mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm và các quy định khống chế của tiêu
chuẩn thiết kế rồi kiểm toán lại, nếu không đạt thì ta phải chọn lại và kiểm toán
lại. Quá trình này đợc lập lại cho đến khi thoả mãn.
1. Chiều cao dầm thép
Chiều cao dầm chủ có ảnh hởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải
cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này. Đối với cầu đờng ôtô nhịp giản đơn ta có
thể chọn theo công thức kinh nghiệm sau:

L
25
1
d

, và ta thờng chọn
L
12
1
20
1
d

ữ=
Ta có: 1/25L = 0,92 m
1/20L = 1.15 m
1/12L = 1,92 m
Vậy ta chọn d =1200 mm
2. Bề rộng cánh dầm
Chiều rộng cánh dầm đợc lựa chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:
b
f
=
d
3
1
2
1
b
f






ữ=
ta chọn: Chiều rộng bản cánh trên chịu nén: b

c
= 500 mm
Chiều rộng bản cánh dới chịu kéo: b
f
= 500 mm
3. Chiều dày bản cánh và bản bụng dầm
Theo quy định của quy trình (A6.7.3) thì chiều dày tối thiểu của bản cánh, bản
bụng dầm là 8mm. Chiều dày tối thiểu này là do chống rỉ và yêu cầu vận chuyển,
tháo lắp trong thi công.
Ta chọn: Chiều dày bản cánh trên chịu nén: t
c
= 30 mm
Chiều dày bản cánh dới chịu kéo: t
t
= 30 mm
Chiều dày bản bụng dầm: t
w
= 18 mm
Do đó chiều cao của bản bụng sẽ là: D = 1140 mm
Mặt cắt dầm sau khi chọn có hình vẽ:
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
2
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
4. Tính các đặc trng hình học của mặt cắt
Đặc trng hình học của mặt cắt dầm đợc tính toán và lập thành bảng sau:
Mặt cắt A h A*h Io y Ay*y Itotal
Cánh trên 15000 1185 1.8E+07 1E+06 -585 5E+09 5.1E+09
Bản bụng 20520 600 1.2E+07 2E+09 0 0 2.2E+09

Cánh dới 15000 15 225000 1E+06 585 5E+09 5.1E+09
Tổng 50520 600 3E+07 2E+09 0 1E+10 1.2E+10
Trong đó:
A=Diện tích (mm
2
)
h=Khoảng cách từ trọng tâm từng phần tiết diện dầm đến đáy dầm (mm)
I
o
=Mômen quán tính của từng phần tiết diện dầm đối với trục nằm ngang đi
qua trọng tâm của nó.
h
total
=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm ( nhóm các phần tiết diện dầm)
đến đáy bản cánh dới dầm (mm).
h
total
=


=

)(
).(
A
hA
y
(mm).
y=Khoảng cách từ trọng tâm từng bộ phận đến trọng tâm của mặt cắt dầm
(mm)

y=
hy


(mm).
I
total
=I
o
+A.y
2
(mm
4
).
Từ đó ta tính đợc:
Mặt cắt y
bot
y
top
y
botmi
d
y
topmi
d
S
bot
S
top
S

botmid
S
topmid
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
3
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Dầm thép 600 600 585 585
2.1E+0
7
2E+0
7
2.1E+0
7
2E+0
7
Trong đó:
y
bot
=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy bản cánh dới dầm thép
(mm)
y
top
=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đỉnh bản cánh trên dầm thép
(mm)
y
botmid
=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh dới
dầm thép (mm)

y
topmid
=Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh trên
dầm thép (mm)
s
bot
=mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y
bot
s
top
=mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y
top
s
botmid
=mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y
botmid
s
topmid
=mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y
topmid
5. Tính toán trọng lợng bản thân dầm thép
Diện tích mặt cắt ngang dầm thép A = 50520mm
2
Trọng lợng riêng của thép làm dầm
s

= 78.5kN/m
3
Trọng lợng bản thân dầm thép w
DC1

= 3.875kN/m
II. Tính toán và vẽ biểu đồ bao nội lực
1.Tính toán M, V theo phơng pháp đờng ảnh hởng
Chia dầm thành các đoạn bằng nhau. Chọn số đoạn dầm: N
dd
= 10 đoạn
Chiều dài mỗi đoạn dầm: L
dd
= 2.3 m
Trị số đờng ảnh hởng mômen đợc tính toán theo bảng sau:

Mặt cắt Xi đah M
i
A
mi
1 2.3 2.07 23.805
2 4.6 3.68 42.32
3 6.9 4.83 55.545
4 9.2 5.52 63.48
5 11.5 5.75 66.125

Trong đó:
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
4
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
X
i
=Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i

Đah M
i
=Tung độ đah M
i`
A
Mi
=Diện tích đờng ảnh hởng M
i
Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng mômen tại các mặt cắt dầm nh sau:
10
5.75
5.52
4.83
3.68
2.07
Dah M5
Dah M4
Dah M3
Dah M2
Dah M1
0 1 2 3 4
5 6
7 8 9
Hệ số điều chỉnh tải trọng tính cho TTGHCĐ lấy nh sau:
95.0
=

Mômen tại các tiết diện bất kì đợc tính theo công thức:
Đối với TTGHCĐI:
M

i
=
( )
[ ]
{ }
MiMiLMWDDC
AIMkLLLLmgww
++++
175.175.15.125.1
Ư

=M
DC
i
+M
WD
i
Ư
+M
LL
i
Đối với trạng thái giới hạn sử dụng:
M
i
=
( )
[ ]
{ }
MiMiLMWDDC
AIMkLLLLmgww

++++
13.13.10.10.10.1
Ư

=M
DC
i
+M
WD
i
Ư
+M
LL
i
Trong đó:
LL
L
=Tải trọng làn rải đều (9.3 kNm)
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
5
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
LL
Mi
=Hoạt tải tơng đơng ứng với đờng ảnh hởng Mi
mg
M
=Hệ số phân bố ngang tính cho mômen
W

DC
=Tải trọng rải đều do bản thân dầm thép và bản BTCT mặt cầu
W
DW
=Tải trọng rải đều do lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu
1+IM=Hệ số xung kích
A
Mi
=Diện tích đờng ảnh hởng Mi
k=Hệ số cấp đờng
Bảng trị số mômen theo TTGHCĐI
Mặt cắt anpha A
mi
LL
truck
LL
tandem
M
cd
M
sd
1 0.1 23.805 24.33 18.497 864.42 433.05
2 0.2 42.32 23.86 18.329
1525.1
7
769.86
3 0.3 55.545
23.38
6
18.429

1986.4
6
1010.44
4 0.4 63.48
22.90
8
18.297
2252.5
9
1154.79
5 0.5 66.125 22.43 18.165
2328.0
6
1202.91
Biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cờng độ
M (kN)
864.42
1525.17
1986.46
2252.59
2328.06
864.42
1525.17
1986.46
2252.59
Trị số đờng ảnh hởng lực cắt đợc tính toán theo bảng sau:
Mặt
cắt
x
i

L
i
A
vi
A
v
0 0 23 11.5 11.5
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
6
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
1 2.3 20.7 9.315 9.2
2 4.6 18.4 7.36 5.06
3 6.9 16.1 5.635 4.6
4 9.2 13.8 4.14 2.3
5 11.5 11.5 2.875 0
Trong đó:
X
i
=Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i
Đah V
i
=Tung độ đờng ảnh hởng V
i
A
V
=Tổng đại số diện tích đờng ảnh hởng V
i
A

Vi
=Diện tích đờng ảnh hởng V
i
(phần diện tích lớn hơn)
Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng lực cắt tại các mặt cắt dầm nh sau:
Lực cắt tại các tiết diện bất kì đợc tính theo công thức sau:
Đối với TTGHCĐI:
V
i
=
( )
[ ]
{ }
ViViLVvWDDC
AIMkLLLLmgAww
++++
175.175.1)5.125.1(
Ư

=V
DC
i
+V
WD
i
Ư
+V
LL
i
Đối với TTGHSD:

V
i
=
( )
[ ]
{ }
ViViLVvWDDC
AIMkLLLLmgAww
++++
13.13.1)0.10.1(0.1
Ư
=V
DC
i
+V
WD
i
Ư
+V
LL
i
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
7
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Trong đó :
LL
Vi
=Hoạt tải tơng ứng với đờng ảnh hởng V

i
mg
v
=Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt
Bảng trị số lực cắt theo TTGHCĐ và TTGHSD

Mặt
cắt
x
i
(m) L
i
(m) A
vi
A
v
LL
truck
(kN/m) LL
tandem
(kN/m) Q
cd sd
0
0 23 11.5 11.5 24.8 18.665
407.5
8 341.15
1
2.3 20.7 9.315 9.2 27.1275 20.679
341.0
5 285.29

2
4.6 18.4 7.36 5.06 28.384 23.172
246.5
0 205.54
3
6.9 16.1 5.635 4.6 33.25 26.328
213.6
6 178.25
4
9.2 13.8 4.14 2.3 37.404 30.52
152.9
9 127.23
5 11.5 11.5 2.875 0 42.57 36.325 94.3077.84
Biểu đồ bao lực cắt cho dầm ở trạng thái giới hạn cờng độ :
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
8
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Q (kN)
94.30
341.05
152.99
213.66
246.50
407.58
94.30
341.05
152.99
213.66

246.50
407.58
III. Kiểm toán dầm theo TTGHCĐI
3.1.Kiểm toán điều kiện chịu mômen
3.1.1.Tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép
Ta lập bảng tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép tại mặt cắt giữa nhịp
dầm theo TTGHCĐI nh sau:
Mặt cắt M S
bot
S
top
S
botmid
S
topmid
F
bot
F
top
F
botmi
d
F
topmi
d
Dầm thép
2328.0
6
2.1E+0
7

2.1E+0
7
2E+0
7
213526
77
111.
8
111.
8
109.
0
109.
0
Trong đó:
F
bot
=ứng suất tại đáy bản cánh dầm thép
F
top
=ứng suất tại đỉnh bản cánh trên dầm thép
F
botmid
=ứng suất tại điểm giữa bản cánh dới dầm thép
F
topmid
=ứng suất tại điểm giữa bản cánh trên dầm thép
3.1.2.Tính mômen chảy của tiết diện
Mômen chảy của tiết diện không liên hợp đợc xác định theo công thức sau:
M

y
=F
y
S
NC
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
9
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Trong đó:
F
y
=Cờng độ chảy nhỏ nhất theo quy định của thép làm dầm
S
nc
=mômen kháng uốn của tiết diện không liên hợp
Ta có:
F
y
= 345 MPa
S
NC
= 2.0E+07 mm
3
M
y
= 7.2E+09 Nmm
3.1.3.Tính mômen dẻo của tiết diện
Chiều cao bản bụng chịu nén tại mômen dẻo đợc xác định nh sau: (A6.10.3.3.2)

Với tiết diện đối xứng kép, do đó: D
cp
=D/2=570mm
Khi đó mômen dẻo của tiết diện không liên hợp đợc tính theo công thức:
M
p
=P
w






++






++






22224
t

t
c
c
t
D
P
t
D
P
D
Trong đó:
P
w
=F
yw
A
w
=Lực dẻo của bản bụng
P
c
=F
yc
A
c
= Lực dẻo của bản cánh trên chịu nén
P
t
=F
yt
A

t
=Lực dẻo của bản cánh dới chịu kéo
Vậy ta có: M
p
= 8.1E+09Nmm
3.1.4.Kiểm toán sự cân xứng của tiết diện
Tiết diện I chịu uốn phải đợc cấu tạo cân xứng sao cho: (A6.10.2.1)
9.01.0

y
yc
I
I
(1)
Trong đó:
I
y
=Mômen quán tính của tiết diện dầm thép đối với trục thẳng đứng đi qua
trọng tâm bản bụng
I
yc
=Mômen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục
thẳng đứngđi qua trọng tâm bản bụng
Ta có:
I
y
= 6.26E+08 mm
4
I
yc

= 3.13E+08 mm
4
I
yc
/I
y
= 0.5
Vậy 0.1<I
yc
/I
y
<0.9

Đạt
3.1.5.Kiểm toán độ mảnh của vách đứng
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
10
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Ngoài nhiệm vụ chông cắt, vách đứng còn có chức năng tạo cho bản biên đủ xa
để chịu uốn có hiệu quả. Khi một tiết diện I chịu uốn, có hai khả năng h hỏng có
thể xuất hiện trong vách đứng. Đó là vách đứng có thể mất ổn định nh cột thẳng
đứng chịu ứng suất nén có bản biên đõ hoặc có thể mất ổn định nh một tấm do
ứng suất dọc trong mặt phẳng uốn.
Bản bụng của dầm phải đợc cấu tạo sao cho thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.2.2)
cw
c
f
E

t
D
77.6
2

(2)
Trong đó:
F
c
=ứng suất ở giữa bản cánh chịu nén do tải trọng ở TTGHCĐI gây ra
D
c
=Chiều cao bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi
Ta có:
Đối với tiết diện không liên hợp đối xứng kép thì D
c
=D/2
D
c
= 570 mm
F
c
= 109.0 MPa
VT = 63.33
VP2 = 285.67
Thoả mãn
3.1.6.Kiểm tra tiết diện dầm là đặc chắc, không đặc chắc hay mảnh
3.1.6.1.Kiểm toán độ mảnh của vách đứng có mặt cắt đặc chắc
Độ mảnh của vách đứng để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thoả mãn điều
kiện sau: (A6.10.4.1.2)

ycw
cp
f
E
76.3
t
D2

(3)
Trong đó:
D
cp
=Chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc mômen dẻo
F
yc
=Cờng độ chảy nhỏ nhất theo quy định của bản cánh chịu nén
Ta có:
Trên ta đã tính đợc D
cp
= 570 mm
Vế trái của (3) VT3 = 63.33
Vế phải của (3) VP3 = 84.076
Kiểm toán (3)

Đạt
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
11
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu

3.1.6.2.Kiểm toán độ mảnh của biên chịu nén có mặt cắt đặc chắc
Độ mảnh của biên chịu nén để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thoả mãn điều
kiện sau: (A.6.10.4.1.3)
ycf
f
F
E
382.0
t2
b

(4)
Trong đó:
B
f
=Chiều rộng bản cánh chịu nén
T
f
=Chiều dày bản cánh chịu nén
Ta có
Vế trái của (4) VT4 = 8.33
Vế phải của (4) VP4 = 8.54
Kiểm toán (4)

Đạt
3.1.6.3.Kiểm toán tơng tác giữa độ mảnh bản bụng và biên chịu nén của mặt
cắt đặc chắc.
Thực nghiệm cho thấy các mặt cắt đặc chắc có thể không có khả năng đạt đợc
các mômen dẻo khi tỷ số độ mảnh của bụng và cánh chịu nén cả hai đều vợt quá
75% giới hạn cho trong các phơng trình (3) và (4). Do đó, tơng tác giữa độ mảnh

bản bụng và biên chịu nén để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thoả mãn các
điều kiện sau: (A6.10.4.1.6)
ycw
c
f
E
76.375.0
t
D2
ì
(5)
ycf
f
f
E
382.075.0
t2
b
ì
(6)
Ta có
Vế trái của (5) VT5 = 63.33
Vế phải của (5) VP5 = 89.881
Kiểm toán (5)

Đạt
Vế trái của (6) VT6 = 8.33
Vế phải của (6) VP6 = 8.54
Kiểm toán (6)

Đạt
3.1.6.4.Kiểm toán liên kết dọc của biên chịu nén có mặt cắt đặc chắc
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
12
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Khoảng cách giữa các liên kết dọc L
b
để đảm bảo cho tiết diện là đặc chắc phải
thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.4.1.7)

yc
y
p
l
b
F
Er
M
M
L 0759.0124.0
(8)
Trong đó:
R
y
=Bán kính quán tính của tiết diện đối với trục đối xứng thẳng đứng
M
l
=Mômen nhỏ hơn do tác dụng của tải trọng tính toán ở mỗi đầu của chiều
dài không đợc giằng
M
p
=Mômen dẻo của tiết diện
Ta có:
Trên ta đã tính đợc I

y
= 6.26E+08 mm
4
Diện tích tiết diện dầm A= 50520 mm
2
R
y
= 111.276mm
Chọn khoảng cách các liên kết dọc L
b
= 4500 mm
Ta kiểm toán cho khoang giữa là bất lợi nhất M
l
= 1755.817 kNmm
M
p
=8.1E+09 Nmm
Vế phải của (8) VP8 = 6899.1 mm
Vế trái của (8) VT8 = 4500 mm
Kiểm toán (8)

Đạt
Kết luận: Vậy tiết diện dầm là đặc chắc
3.1.7.Kiểm toán sức kháng uốn
Sức kháng uốn của dầm phải thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.4)
Đối với trờng hợp tiết diện dầm là đặc chắc:
nfru
MMM

=

max
(9)
Trong đó:
f

=Hệ số kháng uốntheo quy định: (A6.5.4.2)
M
umax
=Mômen uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp dầm ở TTGHCĐI
M
n
=Sức kháng uốn danh định đặc trng cho tiết diện đặc chắc
Ta có:
f

= 1.0
M
n
=M
p
= 8.1E+09 Nmm
Vế trái của (9) VT9 = 2328.06 kNmm
Vế phải của (9) VP9 = 8.1E+09 Nmm
Kiểm toán (9)

Đạt
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
13
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ

môn Kết cấu
3.2.Kiểm toán theo điều kiện chịu lực cắt
3.2.1.Kiểm toán theo yêu cầu bốc xếp
Đối với các bản bụng khi không có STC dọc, phải sử dụng STC đứng nếu:
150
>
w
t
D
(10)
Ta có:
Vế trái của (10) VT10 = 63.333
Kiểm toán (10)

Không đạt
Kết luận: Không cần sử dụng STC đứng khi bốc xếp
3.2.2.Kiểm toán sức kháng cắt của dầm
3.2.2.1.Kiểm toán khoang trong
Sức kháng cắt của khoang trong phải thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.7.1)
V
u


V
r
=
nV
V

(11)

Trong đó:
V
n
=Lực cắt tại mặt cắt tính toán
V

=Hệ số kháng cắt theo quy định (A6.5.4.2)
V
n
=Sức kháng cắt danh định của mặt cắt, đợc xác định nh dới đây
Ta kiểm toán cho mặt cắt 1 là mặt cắt bất lợi nhất, do đó: M
u
=864.42 kNmm
Kiểm tra điều kiện:
pfu
MM

5.0

(11*)
Ta có:
Vế trái của (11*) VT11*= 864.42 kNmm
Vế phải của (11*) VP11*= 3.6E+09Nmm
Kiểm toán (11*)

Đạt
Khi đó V
n
đợc xác định theo công thức sau:
( )

+

+=
2
0
1
187.0
D
d
C

CVV
pn
Trong đó:
V
p
=lực cắt dẻo của vách dầm , đợc xác định nh sau:
V
p
=0.58F
yw
Dt
w
=4106052Nmm
C=tỷ số của ứng suất oằn cắt và cờng độ chảy cắt, ta có C đợc xác định nh sau:
(A6.10.7.3.3a).
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
14
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Nếu:
yww
F
Ek
t
D
10.1

thì C=1 (11a)
Trong đó:

2
0
5
5






+=
D
d
k
k=5.6
Ta có:
Vế phải của (11a) VP11a= 63.33333
Vế trái của (11a) VT11a = 73.80098
Kiểm toán (11a)

Đạt
Ta có:
V

= 1
V
n
= 3904177 N
Vế trái của (11) VT11 = 341.05kN
Vế phải của (11) VP11 = 3904177 N

Kiểm toán (11)

Đạt
3.2.2.2.Kiểm toán khoang biên
Sức kháng cắt của khoang biên phải thoả mãn điều kiện sau:
pvnvru
CVVVV

==
max
(12)
Trong đó:
V
umax
=lực cắt lớn nhất tại mặt cắt gối
Ta có:
Vế trái của (12) VT12 = 407.58kN
Vế phải của (12) VP12 = 3813.89kN
Kiểm toán (12)

Đạt
IV. Kiểm toán dầm theo TTGHSD
4.1.Kiểm toán độ võng dài hạn
Dùng tổ hợp TTSD để kiểm tra chảy của kết cấu thép và ngăn ngừa độ võng th-
ờng xuyên bất lợi có thể ảnh hởng điều kiện khai thác ứng suất bản biên chịu
mômen dơng và âm, phải thoả mãn điều kiện sau:
Đối với tiết diện không liên hợp:
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
15

Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
F
f


0.8R
h
F
yt
(13)
Trong đó :
F
f
=ứng suất đàn hồi bản biên dầm do TTGHSD gây ra
R
h
=Hệ số lai, với tiết diện đồng nhất thì R
h
=1
Ta tính toán cho mặt cắt giữa nhịp là bất lợi nhất M
u
= 1202.91Nmm
Ta có: R
h
= 1
Vế trái của (13) VT13 = 57.780 MPa
Vế phải của (13) VP13 = 276 MPa
Kiểm toán (13)

Đạt
4.2.Kiểm toán độ võng
Độ võng của dầm phải thoả mãn điều kiện sau đây:
L
cp
800
1
=
(14)
Trong đó :
L=Chiều dài nhịp dầm

=Độ võng lớn nhất do hoạt tải ở TTGHSD, bao gồm cả lực xung kích,lấy
trị số lớn hơn của:
+Kết quả tính toán do chỉ một mình xe tải thiết kế
+Kết quả tính toán của 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế
Độ võng lớn nhất (tại mặt cắt giữa dầm ) do xe tải thiết kế gây ra có thể lấy gần
đúng ứng với trờng hợp xếp xe sao cho mômen uốn tại mặt cắt giữa dầm là lớn
nhất. Khi đó ta có thể sử dụng hoạt tải tơng đơng của xe tải thiết kế để tính toán.
Độ võng lớn nhất (tại mặt cắt giữa dầm) do tải trọng rải đều gây ra đợc tính theo
công thức:

=
EI
wL
384
5
4
Trong đó:
W=tải trọng rải đều trên dầm

E=Môđun đàn hồi của thép làm dầm
I=Mômen quán tính của tiết diện dầm
Ta có:
Tải trọng rải đều tơng đơng của xe tải thiết kế
(đã nhân hệ số) w
truck
= 15.4206 N/mm
Tải trọng rải đều tơng đơng của tải trọng làn thiết kế
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
16
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
(đã nhân hệ số) w
lane
= 6.39375 N/mm
Mômen quán tính của tiết diện dầm I= 1.2E+10 mm
4
Độ võng do xe tải thiết kế

1
=12.86 mm
Độ võng do tải trọng làn thiết kế

2
=5.33 mm
Độ võng do 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn

3
=8.545 mm

Vế trái (14) VT14 =12.86 mm
Vế phải (14) VP14 =28.75 mm
Kiểm toán (14)

Đạt
4.3.Tính toán độ vồng ngợc
Các cầu thép nên làm độ vồng ngợc trong khi chế tạo để bù lại độ võng do tĩnh
tải không hệ số và các trắc dọc tuyến. ở đây ta chỉ xét đến độ võng do tĩnh tải
không hệ số của:
Tĩnh tải dầm thép và bản BTCT mặt cầu do tiết diện dầm thép chịu
Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu
Ta có:
Tĩnh tải dầm thép và bản BTCT w
dc
=9.286 N/mm
Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu w
dw
=2N/mm
Độ vồng ngợc

= 3.61403 mm
V.Kiểm toán dầm theo TTGH mỏi và đứt gãy
5.1.Kiểm toán mỏi đối với vách đứng
5.1.1.Kiểm toán mỏi đối với vách đứng chịu uốn
Kiểm tra điều kiện chịu uốn của vách đứng khi chịu tải trọng lặp:
ycw
c
f
E
t

D
57.0
2

(15)
Trong đó:
D
c
=Chiều cao của vách chịu nén trong giai đoạn đàn hồi
Ta có:
Đối với dầm đối xứng kép thì D
c
=D/2 D
c
=570mm
Vế trái của (15) VT15 = 63.333 mm
Vế phải của (15) VP15 = 127.456mm
Kiểm toán (15)

Đạt
Do đó ứng suất nén đàn hồi lớn nhất phải thoả mãn điều kiện:
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
17
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
f
cf

R

h
F
yc
(16)
Trong đó:
F
cf
=ứng suất nén đàn hồi lớn nhất ở bản biên chịu nén khi uốn do tác dụng của
tải trọng dài hạn cha nhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định, đại diện cho
ứng suất nén khi uốn lớn nhất trong vách
Xếp xe tải mỏi bất lợi nhất cho mặt cắt giữa dầm nh sau:
Tải trọng trục P1= 35kN Đặt cách gối x1 = 5700 mm
P2= 145kN x2 = 10000 mm
P3= 145kN x3 = 19000 mm
Ta có:
Mômen do xe tải mỏi tác dụng M
truck
= 286.809 kNm
Tĩnh tải rải đều của dầm thép và bản BTCT w
dc
=8.966 kN/m
Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu w
dw
= 2 kN/m
Mômen do tác dụng của tải trọng dài hạn M
đc+dw
=548.3 kNm
Mômen mỏi M
cf
= 844.072 kNm

Vế trái của (16) VT16 = 40.544 MPa
Vế phải của (16) VP16 = 345 MPa
Kiểm toán (16)

Đạt
5.1.2.Kiểm toán mỏi đối với vách đứng chịu cắt
ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất trong vách do tác dụng của tải trọng dài hạn cha
nhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định phải thoả mãn điều kiện sau:
v
cf


0.58CF
yw
(17)
Trong đó:
V
cf
=ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất trong vách do tác dụng của tải trọng dài hạn
cha nhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định
Xếp xe tải mỏi bất lợi nhất cho mặt cắt gối nh sau:
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
18
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Tải trọng trục P1= 35kN Đặt cách gối x1 = 13.3 m
P2= 145kN x2 = 9.0 m
P3= 145kN x3 = 0.0 m
Ta có:

Lực cắt do xe tải mỏi tác dụng V
truck
= 80.673 kN
Tĩnh tải rải đều của dầm thép và bản BTCT w
dc
=8.966 kN/m
Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu w
dw
=2
kN/m
Lực cắt do tác dụng của tải trọng dài hạn V
đc+dw
= 109.66 kN
Lực cắt mỏi V
cf
=192.854 N
Vế trái của (17) VT17 = 9.263 MPa
Vế phải của (17) VP17 = 215.492 MPa
Kiểm toán (17)

Đạt
VI. Tính toán thiết kế sờn tăng cờng.
1. Bố trí sờn tăng cờng đứng.
Ta có: 3D = 3420 mm
Vậy ta chọn:
Khoảng cách giữa các STC đứng trung gian d
0
= 3000 mm
Khoảng cách các khoang cuối d
01

= 1000 mm
Chiều rộng của STC đứng trung gian b
p
= 125 mm
Chiều dày của STC đứng trung gian t
p
= 12 mm
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
19
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Ta có hình vẽ bố trí STC đứng nh sau:

2. Kiểm toán STC đứng trung gian
2.1. Kiểm toán độ mảnh
Chiều rộng và chiều dày của STC đứng trung gian phải đợc giới hạn về độ mảnh
để ngăn mất ổn định cục bộ của vách dầm: (A10.8.1.2)
ys
pp
F
E
tb
d
48.0
30
50
+
(19)
ppf

tbb 0.1625.0

(20)
Trong đó:
D=Chiều cao mặt cắt dầm thép
T
p
=chiều dày STC
B
p
=chiều rộng STC
F
ys
=Cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của STC
B
f
=Chiều rộng bản cánh của dầm
Ta có:
Vế trái của (19) VT19 = 90 mm
Vế phải của (19) VP19 = 138.685 mm
Kiểm toán (19)

Đạt
Vế trái của (20) VT20 = 125 mm
Vế phải của (20) VP20 = 192 mm
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
20
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu

Kiểm toán (20)

Đạt
2.2. Kiểm toán độ cứng
Độ cứng của STC phải thoả mãn các phơng trình sau: (A6.10.8.1.3)
JtdI
wl
3
0

(21)
5.00.25.2
2
0









=
d
D
J
p
(22)
Trong đó:

D
0
=khoảng cách giữa các STC đứng trung gian
d
p
=Chiều cao của vách không có STC dọc hoặc chiều cao phụ lớn nhất của
vách có STC dọc. Ta chỉ xét khi không có STC dọc nên D
p
=D
I
l
=mômen quán tính của tiết diện STC đứng trung gian lấy đối với mặt tiếp
xúc với váchkhi là STC đơn và với điểm giữa chiều dày vách khi là STC
kép
Ta có:
D
p
= 1140mm
D
0
= 3000mm
J = 0.5
T
w
= 14 mm
B
p
= 125 mm
T
p

= 12 mm
Vế trái của (21) VT21 = 1.92E+07 mm
4
Vế phải của (21) VP21 = 8.75E+06 mm
4
Kiểm toán (21)

Đạt
2.3.Kiểm toán cờng độ
Diện tích tiết diện ngang của STC đứng trung gian phải đủ lớn để chống lại thành
phần thẳng đứng của ứng suất xiên trong vách: (A6.10.8.4)
( )















ys
yw
w

r
u
ws
F
F
t
V
V
CBDtA
2
18115.0
(23)
Trong đó:
V
r
=Sức kháng cắt tính toán của vách dầm
V
u
=Lực cắt do tải trọng tính toán ở TTGHCĐI
A
s
=Diện tích STC, tổng diện tích cả đôi STC
B=Hệ số, đợc xác định phụ thuộc STC
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
21
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Ta có:
Với STC kép bằng thép tấm thì B = 1.00

Nh trên ta có C = 1
Ta xét STC đứng liền kề STC đứng gối là bất lợi nhất V
u
= 3904177
N
V
r
= 341.05 kN
Vế trái của (23) VT23 = 3000 mm
2
Vế phải của (23) VP23 = -583.2 mm
2
Kiểm toán (23)

Đạt
3.Kiểm toán STC gối
3.1. Chọn kích thớc STC gối
Ta chọn:
Chiều rộng của STC gối b
p
= 125 mm
Chiều dày của STC gối t
p
= 12 mm
Số đôi STC gối n
g
= 1
Chiều rộng đoạn vát góc của STC gối 4t
w
= 70 mm

Ta có hình vẽ kích thớc STC gối nh sau:
3.2.Kiểm toán độ mảnh
Độ mảnh của STC gối phải thoả mãn điều kiện sau: (A6.10.8.2.2)
ys
pp
F
E
tb 48.0

(24)
Trong đó:
b
p
=Chiều rộng của STC gối
t
p
=Chiều dày của STC gối
Ta có:
Vế trái của (24) VT24 = 125 mm
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
22
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Vế phải của (24) VP24 = 138.68mm
Kiểm toán (24)

Đạt
3.3.Kiểm toán sức kháng tựa
Sức kháng tựa tính toán, B

f
phải đợc lấy nh sau:
uuyspubf
VRFAB
==

(25)
Trong đó:
b

=Hệ số sức kháng tựa theo quy định (A6.5.4.2)
A
pu
=Diện tích phần chìa của STC gối ở bên ngoài các đờng hàn bản bụng vào
bản cánh nhng không vợt ra ngoài mép của bản cánh
Ta có:
b

= 1.0
Vế trái của (25) VT25 = 455.4 N
Vế phải của (25) VP25 = 407.58N
Kiểm toán (25)

Đạt
3.3.Kiểm toán sức kháng nén dọc trục
STC gối cộng một phần vách phối hợp nh một cột để chịu lực nén dọc trục
Đối với STC đợc hàn vào bản bụng, diện tích có hiệu của tiết diện cột đợc lấy
bằng diện tích tổng cộng các thành phần của STC và một đoạn vách nằm tại
trọng tâm không lớn hơn 9t
w

sang mỗi bên của các cấu kiện phía ngoài của nhóm
STC gối
Điều kiện kiểm toán:
uuncr
VRPP
==

(26)
Trong đó:
c

=Hệ số kháng nén theo quy định (A6.5.4.2)
P
n
=Sức kháng nén danh định, đợc xác định nh sau: (A4.6.2.5)
Nếu
25.2


thì
sysn
AFP

66.0
=
Nếu
25.2
>

thì

lAFP
sysn
/88.0
=
E
F
r
kl
s
2






=


Trong đó:
A
s
=Diện tích mặt cắt nguyên
k=Hệ số chiều dài hiệu dụng theo quy định. Với trờng hợp liên kết bản ở hai
đầu thì k=0.75 (A4.6.2.5)
l=Chiều dài không giằng =chiều cao vách D
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
23
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ

môn Kết cấu
r= Bán kính quán tính của tiết diện cột
s
A
I
r
=
I=Mômen quán tính của tiết diện cột đối với trục trung tâm của vách
Ta có:
c

= 0.9
A = 3000mm
2
I = 1.92E+07 mm
2
r = 80.09 mm
l = 1140 mm
k = 0.75
kl/r = 9.7


= 0.0231
P
n
= 1190465 N
Vế trái của (26) VT26 = 1025.11 kN
Vế phải của (26) VP26 = 407.58 kN
Kiểm toán (26)

Đạt
VII. Tính toán thiết kế mối nối công trờng
7.1.Chọn vị trí mối nối công trờng
Ta phải bố trí các mối nối dầm do chiều dài vật liệu cung cấp , yêu cầu cấu tạo,
điều kiện sản xuất cũng nh khả năng vận chuyển và lắp ráp bị hạn chế
Vị trí mối nối công trờng nên tránh chỗ có mômen lớn. Đối với dầm giản đơn, ta
thờng bố trí ở chỗ
L






ữ
3
1
4
1
và đối xứng với nhau qua mặt cắt giữa dầm
ở đây ta chia dầm thành 3 đoạn
Do đó, vị trí mối nối công trờng cách gối một đoạn x
mn
= 6.9 m
Ta có:
Mômen tại vị trí mối nối ở TTGHCĐI M
CĐ
= 1986.46 kNm
Mômen tại vị trí mối nối ở TTGHSD M
SD

= 1010.44 kNm
Lực cắt tại vị trí mối nối ở TTGHCĐI V
CĐ
= 213.66 kN
Lực cắt tại vị trí mối nối ở TTGHSD V
SD
= 178.25 kN
7.2.Tính toán lực thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh
7.2.1.Tính toán ứng suất ở điểm giữa bản cánh
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
24
Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ
môn Kết cấu
Ta có bảng tính toán ứng suất ở điểm giữa bản cánh nh sau:
TTGH
M
(kNm)
S
botmid
(mm
3
)
S
topmid
(mm
3
)
f
botmid

(MPa)
f
topmid
(MPa)
CĐI
1986.4
6 2.1E+07 2E+07 93.031 93.0312
SD
1010.4
4 2.1E+07 2E+07 47.322 47.3215
7.2.2.Tính toán lực thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh
ứng suất thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh dới chịu kéo của TTGHCĐI đợc xác
định theo công thức nh sau
yf
yfbotmid
tbot
F
Ff
F



+
=
75.0
2

Trong đó:
F
botmid

=ứng suất ở điểm giữa bản cánh dới ở TTGHCĐI


=Hệ số kháng theo quy định (A6.5.4.2)
ứng suất thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh trên chịu nén của TTGHCĐI đợc xác
định theo công thức nh sau:
yfc
yfctopmid
ctop
F
Ff
F

+
=
75.0
2
Trong đó:
F
topmid
=ứng suất tại điểm giữa bản cánh trên ở TTGHCĐI
c

=Hệ số sức kháng theo quy định (A6.5.4.2)
Ta có:


= 0.95
c

= 0.90
Bảng lực thiết kế nhỏ nhất trong bản cánh ở TTGHCĐI
Vị trí f(MPa)

F
y
(MPa)
F(MPa) A(mm
2
) P(N)
Cánh dới
93.0312 380 285 15000 4275000
Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ
B_K46
25