Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp bản BTCT nhịp giản đơn cho đường ôtô
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (687.07 KB, 76 trang )
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
Thiết kế môn học
Cầu thép
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-1-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
PHầN i
Các số liệu thiết kế
I. Nội dung thiết kế:
Thiết kế kết cấu cầu dầm thép liên hợp bản BTCT nhịp giản đơn cho đ-
ờng ôtô.
II. Số liệu thiết kế:
1. Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93 + Tải trọng ngời đi bộ 3.10
-3
MPa.
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-2-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
2. Chiều dài nhịp: 17m.
3. Chiều dài nhịp tính toán: 16,4m.
4. Khổ cầu: 10,5+2x2,0.
5. Loại liên kết sử dụng: Bulông cờng độ cao.
6. Dầm chủ: Mặt cắt ghép tổ hợp hàn.
7. Loại thép: Thép hợp kim thấp(Tổ hợp).
8. Bêtông bản mặt cầu: f
c
= 30Mpa.
9. Cốt thép mặt cầu : G40, G60 hoặc tơng đơng.
10. Các số liệu khác : Tự chọn.
III. Tiêu chuẩn thiết kế:
Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế của Bộ GTVT: 22 TCN 272 01.
IV. yêu cầu về hình học:
+ Cầu nằm trên đờng thẳng theo phơng ngang.
+ Bán kính cong theo phơng đứng là: R = (dạng thẳng).
V. chọn loại dầm-Bố trí kết cấu nhịp:
+ Sử dụng dầm tổ hợp.
+ Sơ đồ kết cấu: Dầm giản đơn.
+ Số lợng nhịp: 1 nhịp.
Sơ đồ kết cấu.
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-3-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
PHầN iI
THIếT Kế BảN MặT CầU
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-4-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
i. Số LIệU ĐầU vào.
1. Lựa chọn khoảng cách giữa các dầm chủ :
Chọn khoảng cách giữa các dầm chủ là: 2 (m).
2000 2000
2000
10002000 2000 2000 20001000
2. C ờng độ của bê tông dùng cho kết cấu.
Sử dụng bê tông cấp 28 MPa.
3. C ờng độ cốt thép dùng cho kết cấu :
Sử dụng thép hợp kim thấp.
Cấp của cốt thép: G60.
4. Tỉ trọng của bê tông:
Tỉ trọng của bê tông:
c
= 2,5 (T/m
3
) = 25(kN/m
3
).
5. Cấu tạo lan can, lề ng ời đi:
+ Sử dụng lan can có kích thớc nh hình vẽ.
Cấp của lan can: cấp 1 (chiều cao tối thiểu 810 mm, lực va xô thiết kế 60
kN).
+ Lề ngời đi đồng mức với phần xe chạy, đợc phân cách với phần xe chạy
bằng dải phân cách cứng (dải phân cách cứng nh hình vẽ).
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-5-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
300
250
400
150
300 50
200
200
250
125
250
Bản mặt cầu
Lan can phần bằng thép
Lan can phần bằng bêtông Dải phân cách cứng
Cấu tạo lan can. Cấu tạo gờ chắn bánh.
Bảng tổng hợp số liệu của bêtông làm bản mặt cầu:
1.Bêtông làm bản mặt cầu cấp : A
2. Cờng độ nén quy định của bêtông f'
c
= 28 Mpa
3. Mô đuyn đàn hồi của bêtông E
c
= 28441.827 Mpa
4. Tỷ trọng của bêtông y
c
= 25 kN/m
3
5. Chiều dày lớp phủ t
w
= 70 mm
6. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phủ = 22,5 kN/m
3
7. Chiều dày lớp phòng nớc
= 4 mm
8. Tỷ trọng vật liệu làm lớp phòng nớc = 0,72 kN/m
3
9. Chiều cao vút = 100 mm
Chú ý rằng trong đó E
c
đợc tính theo công thức:
1,5 1,5
0,043 ' 0,043*2500 28 28441,827MPa
b c c
E y f= = =
ii. Xác định chiều dày của bản bê tông:
+ Chọn chiều dày của bản bê tông mặt cầu (kể cả phần hẫng) là: 150 (mm).
+ Chiều cao vút là: 100 (mm).
iii. Tính toán thiết kế bản mặt cầu:
1.Tính toán bản mặt cầu phần giữa 2 dầm I:
Sơ đồ tính toán thực tế là sơ đồ dầm 2 đầu ngàm, chiều dài tính toán là
khoảng cách giữa 2 dầm I liên tiếp (thiên về an toàn). Để đơn giản trong tính toán
ta tính toán nội lực trên sơ đồ dầm giản đơn sau đó suy ra nội lực trên sơ đồ thực
tế theo các công thức kinh nghiệm:
M
0
= 0,5M
max
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-6-
2000
2000
sơ đồ thực tế
sơ đồ dầm giản đơn
M
max
M
o
M
1
M
1
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
M
1
= 0,8M
max
a) Tính toán tải trọng bản thân của bộ phận kết cấu và các thiết bị phụ phi kết
cấu (DC):
+ Diện tích của mặt cắt là: A
c
= 200.15 + 2.15.15 + 10.10 = 3550 (cm
2
).
+ Chiều cao của mặt cắt quy đổi là:
).(75,17
3550
200
cmh
==
2000
177,5
+ Tải trọng bản thân của kết cấu là: DC
1
=
c
.1.h = 25.1.0,1775= 4,438 (kN/m).
(Tính cho 1m dài dọc cầu).
b) Tính toán tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng
(DW).
+ Gờ chắn xe:
- Diện tích mặt cắt của gờ chắn xe là: A
c
= 0,5.(0,125 + 0,25).0,25 = 0,046875
(m
2
).
- Trọng lợng của gờ chắn xe là: DC
2
=
c
.A
c
.1/0,25 = 25.0,046875.1/0,25
DC
2
= 4,688 (kN/m).
Ghi chú: DC
2
chỉ phân bố trên chiều dài 250 mm, cách đầu ngàm 1 đoạn
250 mm.
+ Lớp phòng nớc:
- Chọn lớp tạo dốc dày 0,4 (cm).
- Trọng lợng thể tích của lớp phòng nớc là:
c
= 0,72(kN/m).
- Trọng lợng của lớp phòng nớc là:
q
1
= 0,72.1.0,004 = 0,0029 (kN/m).
+ Lớp bê tông asphals:
- Chọn bề dày lớp bê tông asphals là: 7 (cm).
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-7-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
- Trọng lợng thể tích của bê tông asphals là:
a
= 22,5 (kN/m).
- Trọng lợng của lớp asphals là:
q
2
= 22,5.1.0,07 = 1,575 (kN/m).
Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu là:
DW = q
1
+ q
2
= 0,0029 + 1,575 = 1,578 (kN/m).
c) Tính toán mômen bản mặt cầu:
Ta nhận thấy rằng mômen ở giữa bản là lớn nhất nên ta chỉ cần tính toán
với mặt cắt giữa bản.
+ Tính toán mômen do tải trọng DC
1
gây ra:
DC = 4,438 (kN/m)
2
0,5
đuờng ảnh huởng momen
M
DC1
= 4,438x1x0,5 = 2,219 (kN.m).
+ Tính toán mômen do tải trọng DC
2
và DW gây ra:
0,25
0,125
0,25
DC 2 = 4,688 (kN/m)
0,5
2
2
0,5
DW = 1,578 (kN/m)
M
DC2
=4,688.(0,125+0,25).0,25/2=0,220 (KN.m).
M
DW
= 1,578.1.0,5 = 0,789 (kN.m).
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-8-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
+ Tính toán mômen do hoạt tảI xe gây ra:
Theo tiêu chuẩn mới (22 TCN 272 05) thì vệt bánh xe có dạng hình chữ nhật
có bề rộng là 510 mm và có chiều dài đợc tính theo công thức:
L = 2,28.10
-3
.
P
IM
)
100
1( +
Trong đó:
P : Tải trọng một bánh xe. P = 72500 (N).
IM: Hệ số xung kích. IM = 75%.
: Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cờng độ).
=
1,75.
- Chiều dài vệt tiếp xúc là:
L =
).(506,0)(50672500).
100
75
1.(75,1.10.28,2
3
mmm ==+
- Bề rộng vệt tiếp xúc là:
b = 510 + 2.h = 510 + 2.150 = 810 (mm) = 0,81 (m).
Tải trọng phân bố dới vệt bánh xe là:
)./(506,89
1.81,0
5,72
1.
mkN
b
P
q ===
Momen do tải trọng làn gây ra:
M
L
= 9,3.0,5.1 = 4,65 (kN.m).
Momen do bánh xe tải thiết kế gây ra:
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-9-
510
b = 810
150
9,3 (kN/m)
0,5
2
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
M
xe
= 89,506.(0,2975 + 0,5).0,405 = 28,91 (kN.m).
Momen do tải trọng HL93 gây ra:
M
HL93
= n.M
xe
+ M
L
= 1,2.28,91 + 4,65 = 39,34 (kN.m).
n = 1,2: Hệ số làn xe. (Do bề rộng nhỏ nên ta chỉ xếp trên 1 làn xe).
+ Mômen do tải trọng bộ hành (PL) gây ra:
1,5
PL = 3 (kN/m)
0,25
2
0,5
M
PL
= 0,5.(0,25+0,5).3+3.1.0,5= 2,625 (kN.m).
+ Mômen do lực xung kích của xe gây ra:
M
IM
= 75%M
xe
= 0,75.28,91 = 21,68 (kN.m).
Vậy ta có các giá trị momen (-) và momen (+) trên sơ đồ thực tế đợc ghi trong
bảng sau:
M
DC1
M
DC2
DW M
IM
M
HL93
M
PL
Giá trị mômen M
max
2,219 0,22 0,789 21,68 39,34 2,625
Giá trị mômen (+) (giữa
dầm)
1,110 0,110 0,395 10,840 19,670 1,313
Giá trị mômen (-) (tại
ngàm)
1,775 0,176 0,631 17,344 31,472 2,100
d) Tổ hợp tải trọng:
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-10-
q = 89,506 (kN/m)
2
0,5
0,2975
0,81
0,2975
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
Đối với bản mặt cầu chỉ cần tính toán và kiểm toán theo hệ số sức kháng
và khống chế bề rộng vết nứt, nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn c-
ờng độ I và trạng thái giới hạn sử dụng.
Tính toán nội lực theo công thức:
Q
Tính toán
=
iii
Q
Trong đó:
i
: Hệ số tải trọng.
Q
i
: Nội lực tính.
i
: Hệ sô điều chỉnh tải trọng.
Ghi chú:
max
: Hệ số tải trọng lớn nhất.
min
: Hệ số tải trọng nhỏ nhất.
+ Khi tính toán với trạng thái giới hạn cờng độ I:
1
=
D
đối với thiết kế thông thờng.
R
= 1 thiết kế bản mặt cầu với mức d thông thờng.
I
= 1,05 cầu đợc thiết kế là quan trọng.
Vậy:
05,1
==
IRD
+ Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng:
1
=
D
đối với thiết kế thông thờng.
R
= 1 thiết kế bản mặt cầu với mức d thông thờng.
I
= 1 cầu đợc thiết kế là quan trọng.
Vậy:
.1
==
IRD
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng cờng độ I
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng sử dụng
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
Hệ số
M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
IM
KN.m
M
HL93
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
KN.m
1,25
1,25
1,5
1,75
1,75 1,75
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05 1,05
+
max
M
1,457 0,144 O,622 19,919 36,144 2,413 60,699
max
M
2,330 0,231 0,994 31,870 57,830 3,859 97,114
Hệ số M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
IM
KN.m
M
HL93
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
1 1 1 1 1 1
1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
)(
max
+
M
1,11 0,11 0,395 10,840 19,670 1,313 33,438
)(
max
M
1,775 0,176 0,631 17,344 31,472 2,100 53,498
-11-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
2. Tính toán bản mặt cầu phần hẫng.
Chọn sơ đồ tính toán là sơ đồ công son nh hình vẽ.
Kết cấu chịu tác dụng của trọng lợng bản thân, tải trọng lan can, tải trọng bộ
hành, lớp phủ mặt cầu.
a. Tính toán tải trọng bản thân của bộ phận kết cấu và các thiết bị phụ phi kết cấu
(DC):
+ Diện tích của mặt cắt là: A
c
= [200.15 + 2.15.15 + 10.10]/2 = 1775 (cm
2
).
+ Chiều cao của mặt cắt quy đổi là:
).(178)(75,17
100
1775
mmcmh
==
1000
178
+ Tải trọng bản thân của kết cấu là: DC
1
=
c
.1.h = 25.1.0,178 = 4,450 (kN/m).
(Tính cho 1m dài dọc cầu).
b. Tính toán tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng :
+ Lan can, tay vịn lề ngời đi:
- Phần thép có trọng lợng: W
rl
== 0,5 (KN/m).
- Phần bê tông có trọng lợng:
W
cb
= A
c
.
bt
= 0,149.25 = 3,725(KN/m).
Tổng: DC
2
= 0,5 + 3,725 = 4,225 (KN/m).
Ghi chú: DC
2
chỉ phân bố trên chiều dài 500 mm ở phía đầu công son.
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-12-
1000
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
+ Lớp phòng nớc:
- Chọn lớp tạo dốc dày 0,4 (cm).
- Trọng lợng thể tích của lớp phòng nớc là:
c
= 0,72(kN/m).
- Trọng lợng của lớp phòng nớc là:
q
1
= 0,72.1.0,004 = 0,0029 (kN/m).
+ Lớp bê tông asphals:
- Chọn bề dày lớp bê tông asphals là: 7 (cm).
- Trọng lợng thể tích của bê tông asphals là:
a
= 22,5 (kN/m).
- Trọng lợng của lớp asphals là:
q
2
= 22,5.1.0,07 = 1,575 (kN/m).
Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu là:
DW = q
1
+ q
2
= 0,0029 + 1,575 = 1,578 (kN/m).
c. Tải trọng bộ hành:
Kết cấu chịu tác dụng của tải trọng bộ hành PL = 3.10
-3
(MPa) = 3 (kN/m)
phân bố đều trên toàn bộ phần lề đi bộ.
d. Tính toán mômen bản mặt cầu:
Do đặc điểm chịu lực nên kết cấu chỉ xuất hiện mômen âm lớn nhất ở ngàm.
+ Mômen do tải trọng DC
1
gây ra:
) (225,2
2
1.450,4
2
.
2
2
1
1
mkN
lDC
M
DC
===
+ Mômen do DC
2
và DW gây ra:
) (584,1375,0.225,45,0).5,01.(
2
1
.
22
mkNDCM
DC
==+=
) (197,0
2
5,0.578,1
2
.
22
mkN
lDW
M
DW
===
+ Mômen do tải trọng bộ hành PL gây ra:
) (375,0
2
5,0.3
2
.
22
mkN
lPL
M
PL
===
e. Tổ hợp tải trọng:
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng cờng độ I
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
Hệ số
M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
KN.m
1,25
1,25
1,5 1,75
1,05
1,05
1,05 1,05
max
M
2,920 2,079 0,310 0,689 5,998
-13-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
bảng tổng hợp tổ hợp tải trọng sử dụng
3. Bố trí cốt thép bản mặt cầu:
3.1. Đối với sơ đồ 1 (sơ đồ 2 đầu ngàm):
a. Tính toán cho phần mômen d ơng (bản).
Sử dụng cốt thép thờng theo ASTM có đờng kính danh định 18. Xác định
diện tích cốt thép chịu kéo theo công thức:
sy
s
df
M
A
.
)(
max
+
=
Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ là:
d = 35 (mm); d
s
= 178 35 = 143 (mm).
)(17,1061
143.400
10.699,06
2
6
mmA
s
==
.
Số lợng thanh cốt thép chọn là:n =
2
.
.4
s
str
s
A
A
A
=
A
str
: Diện tích mặt cắt ngang một thanh cốt thép.
17,4
18.
17,1061.4
2
==
n
Chọn: n = 5 (thanh).
mặt cắt giữa bản
178
449044
5
18
1000
1004 x 200 = 800100
1000
b. Tính toán cho phần mômen âm (bản):
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
Hệ số
M
DC1
KN.m
M
DC2
KN.m
M
DW
KN.m
M
PL
KN.m
Tổng
KN.m
1
1
1 1
1,0
1,0
1,0 1,0
max
M
2,225 1,584 0,197 0,375 4,381
-14-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
Sử dụng cốt thép thờng theo ASTM có đờng kính danh định 18. Xác định
diện tích cốt thép chịu kéo theo công thức:
sy
s
df
M
A
.
)(
max
=
Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ là:
d = 35 (mm); d
s
= 178 35 = 143 (mm).
)(797,1697
143.400
10.114,79
2
6
mmA
s
==
Số lợng thanh cốt thép chọn là:n =
2
.
.4
s
str
s
A
A
A
=
A
str
: Diện tích mặt cắt ngang một thanh cốt thép.
67,6
18.
797,1697.4
2
==
n
Chọn: n = 10 (thanh).
Sơ đồ bố trí cốt thép nh hình vẽ:
100 4 x 200 = 800 100
1000
50
9 x 100 = 900 50
15
18
44 90 44
178
mặt cắt tại ngàm
3.2. Đối với sơ đồ 2 (sơ đồ công son):
Sử dụng cốt thép thờng theo ASTM có đờng kính danh định 18. Xác định
diện tích cốt thép chịu kéo theo công thức:
sy
s
df
M
A
.
)(
max
=
Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ là:
d = 35 (mm); d
s
= 178 35 = 143 (mm).
)(685,104
143.400
10.988,5
2
6
mmA
s
==
.
Số lợng thanh cốt thép chọn là:n =
2
.
.4
s
str
s
A
A
A
=
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-15-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
A
str
: Diện tích mặt cắt ngang một thanh cốt thép.
41,0
18.
685,104.4
2
==
n
Chọn: n = 10 (thanh).
Bố trí thêm 5 thanh cốt thép 16 ở thớ d ới.
Sơ đồ bố trí cốt thép nh hình vẽ:
100 4 x 200 = 800 100
1000
50
9 x 100 = 900 50
15
18
44 90 44
178
mặt cắt tại ngàm
iv. KIểm toán mặt cắt:
1) Tính duyệt hàm l ợng cốt thép:
Lợng cốt thép tối đa phải thoả mãn:
42,0
e
d
c
Với: c: Khoảng cách từ thớ chịu nén xa nhất tới trục trung hoà.
bf
fAfA
c
c
ySyS
85,0
1
'
''
=
85,0
7
)2828(05,0
85,0
7
)28(05,0
85,0
'
1
=
=
=
c
f
d
e
: Chiều cao làm việc tơng ứng từ thớ chịu nén xa nhất tới
trọng tâm lực kéo trong cốt thép chịu kéo.
Lợng cốt thép tối thiểu phải thoả mãn:
ey
c
d
c
f
f
<=== %21,0
400
28
.03,003,0
'
min
+ Mặt cắt tại ngàm (của cả 2 sơ đồ):
).(87,23
1000.85,0.28.85,0
)510.(400.47,254
85,0
1
'
''
mm
bf
fAfA
c
c
ySyS
=
=
=
d
e
= 134 (mm).
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-16-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
<==
42,0178,0
134
87,23
e
d
c
Đạt.
ey
c
d
c
f
f
<=== %21,0
400
28
.03,003,0
'
min
= 0,178 = 17,8%
Đạt.
+ Mặt cắt giữa bản (của sơ đồ 1):
).(87,23
1000.85,0.30.85,0
400.5.47,254
85,0
.
1
'
mm
bf
fA
c
c
yS
===
d
e
= 134 (mm).
<== 42,0178,0
134
87,23
e
d
c
Đạt.
ey
c
d
c
f
f
<=== %21,0
400
28
.03,003,0
'
min
= 0,178 = 17,8%
Đạt.
2) Tính duyệt mômen uốn:
2.1. Với sơ đồ 1:
a. Kiểm toán với mômen d ơng:
) (119,63
).(10.119,63)
2
958,19
134.(400.5.47,254)
2
.(.
6
mkNM
mmN
a
dfAM
n
SySn
=
===
).(958,1987,23.836,0.
1
mmca ===
M
r
= M
n
= 0,9.63,119 = 56,807 (KN.m).
Ta thấy: M
tt
= 33,438 < 56,807 Đạt.
b. Kiểm toán với mômen âm:
) (924,108
) (10.924,108)
2
958.19
44.(400.5.47,254
)
2
958,19
134.(400.10.47,254)
2
.(.)
2
.(.
6
'''
mkNM
mmN
a
dfA
a
dfAM
n
SySSySn
=
=
+==
M
r
= M
n
= 0,9.108,924 = 98,031 (KN.m).
Ta thấy: M
tt
= 97,114 < 98,031 Đạt.
2.2. Với sơ đồ 2 (sơ đồ công xon):
) (924,108
) (10.924,108)
2
958,19
44.(400.5.47,254
)
2
958,19
134.(400.10.47,254)
2
.(.)
2
.(.
6
'''
mkNM
mmN
a
dfA
a
dfAM
n
SySSySn
=
=
+==
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-17-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
M
r
= M
n
= 0,9.108,924 = 98,031 (KN.m).
Ta thấy: M
tt
= 5,998 < 108,031 Đạt.
3) Kiểm toán nứt:
Chiều rộng của vết nứt trong cấu kiện chịu uốn đợc kiểm soát bằng sự
phân bố cốt thép trong vùng bê tông chịu kéo lớn nhất.
Theo trạng thái giới hạn về mặt sử dụng, ứng suất kéo trong cốt thép thờng (f
S
)
không đợc vợt quá trị số ứng suất kéo của cốt thép trong giai đoạn sử dụng (fsa):
240400.6,06,0
).(
3/1
===
y
c
sa
f
Ad
Z
f
f
sa
: ứng suất kéo trong cốt thép ở giai đoạn sử dụng.
d
c
: Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng của bê tông đến tim của thanh
hay sợi cốt thép gần nhất nhng không đợc vợt quá 50mm.
A: Diện tích của phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo
chia cho số thanh cốt thép (mm
2
).
Z: Thông số khống chế nứt. Giả sử điều kiện môi trờng khắc nghiệt: Z = 23000
(N/mm).
f
y
: Giới hạn chảy tối thiểu của thanh cốt thép.
3.1. Với sơ đồ 1:
a. Kiểm toán nứt với mômen d ơng (mặt cắt giữa bản):
d
c
= 44 (mm).
A =
).(17600
5
88000
2
mm=
( )
3006,218
17600.44
23000
3/1
==
sa
f
< 0,6f
y
= 240
Đạt.
b. Kiểm toán nứt với mômen âm:
d
c
= 44 (mm).
A =
).(8800
10
88000
2
mm=
( )
345,239
8800.44
23000
3/1
==
sa
f
< 0,6f
y
= 240
Đạt.
3.2. Với sơ đồ 2 (bản hẫng).
d
c
= 44 (mm).
A =
).(8800
10
88000
2
mm=
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-18-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
( )
3006,218
8800.44
23000
3/1
==
sa
f
< 0,6f
y
= 240
Đạt.
PHầN iIi
THIếT Kế dầm chủ
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-19-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
I. Lựa chọn kích th ớc dầm chủ:
Sử dụng dầm tổ hợp.
1. Chiều cao dầm:
Theo công thức kinh nghiệm ta có:
).(68,013,1
25
1
15
1
mLh
d
ữ=
ữ=
Theo công thức kinh nghiệm của 22TCN-272-05:
).(567,0
30
1
mLh
d
==
Vậy chọn chiều cao dầm là: h
d
= 0,80 (m) = 80 (cm).
2. Lựa chọn bề dày s ờn dầm:
Theo công thức kinh nghiệm (với dầm bằng thép hợp kim thấp) ta có:
).(9)(9,080
10
1
10
1
mmcmh
d
===
Chọn bề dày sờn dầm là:
).(14 mm
=
3. Lựa chọn kích th ớc bản cánh (trên và d ới).
Kích thớc bản cánh trên và bản cánh dới đợc lựa chọn nh hình vẽ.
a. Lựa chọn bề rộng bản cánh dầm:
+ Sử dụng liên kết hàn đối với mặt cắt tổ hợp.
+ Bề rộng bản cánh dầm không đợc nhỏ hơn: B
min
=
+ 2.5 (mm).
: Bề dày sờn dầm.
5 mm: Độ chìa ra tối thiểu của bản cánh.
B
min
= 20 + 10 = 30 (mm).
+ Với cầu đờng ô tô, bề rộng tối đa của bản cánh là: 15
= 15.20 = 300
(mm) hoặc 0,4 (m).
B
max
=
{ }
mmmm 400,300
Vậy ta chọn chiều rộng bản cánh trên dầm là: B
ft
= 250 (mm) và chiều rộng
bản cánh dới là: B
fd
=350(mm).
b. Lựa chọn bề dày bản cánh dầm:
Chọn chiều dày bản cánh trên: t
ft
= 20 (mm) và chiều dày bản cánh dới:
t
fb
=25(mm).
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-20-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
Vậy ta có kích thớc mặt cắt nh hình vẽ:
350
800
20
20
250
25
t
fb
B
ft
t
ft
H
B
fb
h
s
755
Vậy ta có bảng tổng hợp kích thớc dầm chủ nh sau:
4. Số
liệu của thép dầm chủ:
1.Mô đuyn đàn hồi của thép E
s
= 200000 Mpa
2. Thép hợp kim thấp cờng độ cao M270M
= Cấp 345W
3. Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất, F
u
= 485 Mpa
4. Cờng độ chảy nhỏ nhất, F
y
= 345 Mpa
5. Tỷ trọng của thép y
s
= 78,5 kN/m
3
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
Số lợng dầm chủ n = 8
Khoảng cách giữa các dầm chủ S = 2000 mm
Chiều dài phần hẫng kể cả lan can = 1000 mm
Chiều cao dầm chủ H = 800 mm
Chiều rộng bản cánh trên B
ft
= 250 mm
Chiều dày bản cánh trên t
ft
= 20 mm
Chiều rộng bản cánh dới B
fb
= 350 mm
Chiều dày bản cánh dới t
fb
= 25 mm
Chiều dày sờn dầm t
w
= 14 mm
Chiều cao sờn dầm D
w
= 755 mm
Bề rộng lan can = 500 mm
Bề rộng dải phân cách = 250 mm
Tổng bề rộng của cầu = 16000 mm
Diện tích dầm thép A = 25320 mm
2
-21-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000
500 2000 3x3500
250
2000
250
1000 1000
500
Mặt cắt ngang kết cấu nhịp
5. Kích th ớc mặt cắt dầm ngang :
Tổng số lợng dầm ngang = 42
Số lợng dầm ngang theo phơng dọc cầu = 6
Khoảng cách giữa các dầm ngang = 3280 mm
Chiều cao dầm ngang h
d
= 500 mm
Chiều dài một dầm ngang = 1940 mm
Bề rộng bản cánh dầm ngang b
d
= 170 mm
Chiều dày bản cánh dầm ngang = 15,2 mm
Chiều dày sờn dầm ngang t
wd
= 9,5 mm
Chiều cao sờn dầm ngang D
wd
= 469,6 mm
Diện tích mặt cắt dầm ngang A
d
= 9780 mm
2
Khối lợng các dầm ngang = 62,555 kN
Tĩnh tải rải đều trên 1 dầm chủ là = 0,477 kN/m
II. Xác định chiều rộng có hiệu của bản:
1. Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh:
1.1. Dầm giữa:
Chiều rộng hữu hiệu của bản có thể lấy là giá trị min của 3 giá
trị sau:
*1/4 chiều dài nhịp =
=16400.
4
1
4100 mm
* 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất
của
bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của
dầm = 1925 mm
*Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau = 2000 mm
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-22-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm giữa là b
i
= 1925 mm
1.2. Dầm biên:
Bề rộng hữu hiệu của bản cánh có thể đợc lấy bằng 1/2 bề
rộng
hữu hiệu của dầm giữa cộng trị số min của các đại lợng sau:
* 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu =
=16400.
8
1
2050 mm
* 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất
giữa
1/2 bề dày bản bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên
của dầm =
962,
5 mm
* Chiều dài phần hẫng = 1000 mm
Vậy bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm biên là bc = 1925 mm
2. Xác định hệ số quy đổi n:
25 32 7
c
f n =
.
Đối với tải trọng tạm thời: n = 7.
Đối với tải trọng dài hạn: n = 3x7 = 21.
3. Tính đặc tr ng hình học của mặt cắt:
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-23-
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
Các kí hiệu kích thớc dầm liên hợp
200
800
100 100250
1925
25
350
14
120
20
14
350
25
800
200
20
100100
120
250
1925
755
755
Mặt cắt liên hợp của dầm trong và dầm biên
3.1. Đối với mặt cắt nguyên:
Vì mặt cắt dầm trong và dầm biên là nh nhau,do vậy ta tính chung cho cả
mặt cắt dầm biên và mặt cắt dầm trong.
a) Các công thức tính toán:
Diện tích mặt cắt nguyên:
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-24-
4
. . .
250.20 350.25 755.14 24320( )
nc ft ft fb fb w w
A B t B t D t
mm
= + +
= + + =
Trờng đại học giao thông vận tải bộ môn công trình gttp
Khoa công trình thiết kế môn học cầu thép
Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dới cùng của mặt cắt:
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo và chịu nén xa nhất:
Mômen quán tính của mặt cắt:
= + + + +
ữ ữ
+ +
= + + +
+ +
2 2
3 3
3
2
3 5
2
3
. .
. . .
12 2 12 2
.
. .( )
12 2
250.20 20 350.25 25
250.20.(458,15 ) 350.25.(341,85 )
12 2 12 2
755.14 755
755.1.(341,85 25)
12 2
ft ft ft fb fb fb
nc ft ft nct fb fb ncd
w w w
w w ncd fb
B t t B t t
I B t Y B t Y
D t D
D t Y t
=
2 9 4
2,495.10 ( )mm
b) Thay số tính toán ta đợc kết quả sau:
Diện tích mặt cắt nguyên A
nc
= 24320 mm
2
Mômen tĩnh S
nct
đối với đáy dầm chủ = 8,314.10
6
mm
3
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo
Y
ncd
= 341,85 mm
Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén
Y
nct
= 458,5 mm
Mômen quán tính I
nc
= 2,459.10
9
mm
4
3.2. Mặt cắt liên hợp dài hạn: (n = 21):
Vì mặt cắt dầm biên và dầm trong là giống nha, nên ta tính chung cho cả
dầm biên và dầm trong.
a) Công thức tính toán:
Diện tích mặt cắt liên hợp:
Sinh viên: Lơng Hà Giang.
Lớp : CT_GTCC K42.
-25-
6 3
. .( ) . . . .( )
2 2 2
20 25 755
250.20.(800 ) 350.25. 755.( 25) 8,314.10 ( )
2 2 2
ft fb
w
nc ft ft fb fb w w fb
t t
D
S B t D B t D t t
mm
= + + +
= + + + =
6
8,314.10
341,850( )
24320
nc
ncd
nc
S
Y mm
A
= = =
800 341,85 458,15( )
nct ncd
Y D Y mm= = =
