THIẾT kế dầm cầu THÉP LIÊN hợp có TIẾT DIỆN CHỮ i, KHỔ cầu b k=7,2m 0,75m,l=34,6m,6 DẦM,KHOẢNG CÁCH 2 dầm CHÍNH 1,6m, số LIÊN kết NGANG 10
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1 MB, 86 trang )
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
MỤC LỤC
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Các số liệu thiết kế 2
2. Phương pháp thiết kế 2
3. Vật liệu dùng trong thi công 2
CHƯƠNG II
LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH
2.1. Lan can 4
2.1.1. Thanh lan can 4
2.1.2. Cột lan can 5
2.2. Lề bộ hành 7
2.3. Bó vỉa 10
CHƯƠNG III
BẢN MẶT CẦU
3.1. Số liệu tính toán 15
3.2. Sơ đồ tính toán bản mặt cầu 15
3.3. Tính nội lực cho bản congxon 15
3.4. Tính nội lực cho bản dầm cạnh dầm biên 19
3.5. Tính nội lực cho bản dầm giữa 23
3.6. Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu 27
3.7. Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu 28
CHƯƠNG IV
DẦM CHÍNH
4.1. Kích thước cơ bản của dầm chính 30
4.1.1. Phần dầm thép 30
4.1.2. Phần bản bê tông cốt thép 30
4.1.3. Sơ bộ chọn kích thước sườn tăng cường, liên kết
ngang, mối nối 30
4.2. Xác đònh đặc trưng hình học của tiết diện dầm 31
4.3. Hệ số phân bố ngang 40
4.4. Xác đònh nội lực do hoạt tải tại các mặt cắt 44
4.5. Nội lực do tónh tải tác dụng lên dầm chính 48
4.6. Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt theo trạng thái giới hạn 59
4.7. Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn I 63
4.8. Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn II 64
4.9. Tính toán sườn tăng cường, liên kết ngang, mối nối, neo 74
chống cắt, đường hàn
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 1
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Các số liệu thiết kế:
- Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I
- Khổ cầu: B - K = 7.2 m – 0.75 m
- Chiều dài dầm chính: L = 34.6 m.
- Số dầm chính: 6 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm chính: 1.6 m.
- Số sường tăng cương đứng (một dầm): 40
- Khoảng cách các sường tăng cường: 2 m
- Số liên kết ngang: 10
- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 4 m
- Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m.
2. Phương pháp thiết kế:
- Bản mặt cầu tính theo bản hẫng và làm việc theo phương ngang cầu.
- Dầm chính: Tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng
cách - gữa các dầm 1.6 m
- Kiểm toán.
3. Vật liệu dùng trong thi công
- Thanh và cột lan can (phần thép):
Thép CT3
y
F 240 MPa=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Lề bộ hành, lan can:
Bêtông:
'
c
f 30 MPa=
5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép AII:
y
F 280 MPa=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Bản mặt cầu, vút bản
Bêtông:
'
c
f 30 MPa=
5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép AII:
y
F 280 MPa=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang
Thép tấm M270M cấp 345:
y
F 345 MPa=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép góc: L 100 x 100 x 10:
y
F 240 MPa=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 2
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 3
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
CHƯƠNG II
LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH
2.1. Lan can:
2.1.1. Thanh lan can:
- Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm và kính trong
d = 92 mm
- Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm
- Khối lượng riêng thép lan can:
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Thép cacbon số hiệu CT3:
y
f = 240 MPa
2.1.1.1. Tải trong tác dụng lên thanh lan can:
0
x
y
w = 0.37 N/mm
w = 0.37 N/mm
P = 890 N
g = 0.095 N/mm
2000
2000
Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can
- Theo phương thẳng đứng (y):
+ Tónh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can
2 2 2 2
-5
D -d 100 -92
g 7.85 10 3.14 0.095 N/ mm
4 4
= γ π = × × × =
+ Hoạt tải:
Tải phân bố: w = 0.37 N/mm
- Theo phương ngang:
+ Hoạt tải:
Tải phân bố: w = 0.37 N/mm
- Tải tập trung P = 890 N được đặt theo phương hớp lực của g và w
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can:
* Theo phương y:
- Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp:
2 2
y
g
g L 0.095 2000
M 47500 N.mm
8 8
× ×
= = =
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
2 2
y
w
w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 4
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
+ Tải tập trung:
y
P
P L 890 2000
M 445000 N.mm
4 4
× ×
= = =
* Theo phương x:
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
2 2
x
w
w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =
* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:
y y 2 x 2
DC g LL w LL w LL P
M .
( .M .M ) ( .M ) M
= η
γ + γ + γ + γ
- Trong đó:
+
η
: là hệ số điều chỉnh tải trọng:
D I R
. .η = η η η
Với:
D
0.95 :η =
hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu
I
1:η =
hệ số quan trọng
R
1:η =
hệ sốù dư thừa (mức thông thường)
0.95 1 1 0.95⇒ η = × × =
+
DC
1.25γ =
: hệ số tải trọng cho tónh tải
+
LL
1.75γ =
: hệ số tải trọng cho hoạt tải
[ ]
2 2
M 0.95
(1.25 47500 1.75 185000) (1.75 185000) 1.75 445000
1216329 N.mm
⇒ = ×
× + × + × + ×
=
2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can:
n
.M Mφ ≥
Trong đó:
+
φ
: là hệ số sức kháng:
φ
= 1
+ M: là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải
+ M
n
: sức kháng của tiết diện
n y
M f S= ×
S là mômen kháng uốn của tiết diện
3 3 3 3 3
3.14
S .(D d ) (100 92 ) 21716 mm
32 32
π
= − = × − =
n
M 240 21716 = 5211840 N.mm⇒ = ×
n
.M 1 5211840 = 5211840 N.mm 1216329 N.mmφ = × ≥
Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực
2.1.2. Cột lan can
Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan
(hình 2.2)
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 5
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
I
I
I
I
P'' = 1630 N
P'' = 1630 N
h = 650
2
h = 300
h = 350
1
Hình 2.2: sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can
Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chòu lực lực xô ngang vào cột
và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân
* Kiểm tra khả năng chòu lực của cột lan can:
- Kích thước:
1 2
h 650 mm; h 350 mm; h 300 mm= = =
- Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)
+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào
cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N
+ Lực tập trung: P = 890 N
+ Suy ra lực tập trung vào cột là:
P'' P' P 740+890 = 1630 N= + =
- Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I:
61
8
61
190
174
X
Y
130
8
8
Hình 2.3: Mặt cắt I-I
- Mômen tại mặt cắt I-I:
I I 2
M P'' h P'' h
1630 650 1630 300 1548500 N.mm
−
= × + ×
= × + × =
- Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chòu lực khi:
n LL I I
M . .M
−
φ ≥ η γ
- Sức kháng của tiết diện:
n y
M f Sφ = ×
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 6
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
+ S mômen kháng uốn của tiết diện
3
3
2
3
8 175
130 8
2
130 8 91
I
12
12
S 219036.74 N/ mm
Y 95
×
×
× +
+ × ×
÷
= = =
⇒
n y
M f S 240 x 219036.74 = 52568816.84 N.mmφ = × =
- Vậy
n
M 52568816.84 M 1548500 N/ mmφ = ≥ =
⇒
Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả năng chòu lực
* Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:
K.
140
r
≤
l
Trong đó:
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu
+
1070 mm=l
: chiều dài không được giằng (
h=l
)
+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại đỉnh cột vì tiết diện
ở nay là nhỏ nhất)
I
r
A
=
8
8
130
Y
X
124
140
61
8
61
Hình 2.4: Tiết diện nhỏ nhất của cột lan can
Với:
I : mômen quán tính của tiết diện:
( )
3
3
4
2
8 124
130 8
I 2 10342656 mm
130 8 66
12
12
×
×
= × + =
+ × ×
A : diện tích tiết diện:
2
A 130 8 2 124 8 3072 mm= × × + × =
10342656
r 58 mm
3072
⇒ = =
K. 0.75 1070
13.8 140
r 58
×
⇒ = = ≤
l
Vậy thỏa mãn điều kiện mảnh
2.2. Lề bộ hành:
2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:
* Xét trên 1000 mm dài
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 7
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm
- Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10
-4
= 2.5 N/mm
PL = 3 N/mm
DC = 2.5 N/mm
1000
1000
Hình 2.5: Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành
2.2.2. Tính nội lực:
- Mômen tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Do tónh tải:
2
2
DC
DC.L 2.5 1000
M 312500 N.mm
8 8
×
= = =
+ Do hoạt tải:
2
2
PL
PL.L 3 1000
M 375000 N.mm
8 8
×
= = =
- Trạng thái giới hạn cường độ:
[ ]
U DC DC PL PL
M . M M
0.95 (1.25 312500 1.75 375000) 994531 N.mm
= η γ × + γ ×
= × × + × =
- Trạng thái giới hạn sử dụng:
[ ]
S DC PL
M M M 312500 375000 687500 N.mm= + = + =
2.2.3. Tính cốt thép:
- Tiết diện chòu lực b x h = 1000 mm x 100 mm
- Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông:
- d
s
= h – a’ = 100 – 20 = 80 mm
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
2 2 2
u
s s
'
c
2 M
2 994531
a d d 80 80 0.54 mm
0.85 f b 0.9 0.85 30 1000
×
×
= − − = − − =
φ× × × × × ×
- Bản lề bộ hành có 28 MPa< f'
c
= 30 Mpa < 56 Mpa
⇒
'
1 c
0.05 0.05
0.85 .(f 28) 0.85 (30 28) 0.836
7 7
β = − − = − × − =
- Xác đònh khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà c:
1
a 0.54
c 0.646 mm
0.836
= = =
β
- Xác đònh trường hợp phá hoại cho bài toán cốt đơn:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 8
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
s
c 0.646
0.008 0.45
d 80
= = <
⇒
bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo
- Xác đònh diện tích cốt thép:
'
2
c
S
y
0.85 f a b
0.85 30 0.54 1000
A 49.18 mm
f 280
× × ×
× × ×
= = =
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
c
2
s
y
f ' 30
A 0.03 b.h. 0.03 1000 100 321.43 mm
f 280
≥ × = × × × =
- Chọn
10a200φ ⇒
1000 mm có 5 thanh thép (diện tích A
s
= 392.5 mm
2
) và
theo phương dọc lề bộ hành bố trí
10a200φ
200200200100
5 Þ 10
1000
100
20
80
100200
Hình 2.6: Bố trí cốt thép trên lề bộ hành
2.2.4. Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng: (kiểm tra nứt)
- Tiết diện kiểm toán:
Tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 mm x 100 mm
- Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chòu kéo gần
nhất:
c
d a' 20 mm= =
< 50 mm
- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:
2
c c
A 2 d b 2 20 1000 40000 mm= × × = × × =
- Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép:
c
2
A 40000
A 8000 mm
n 5
= = =
- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:
s
M 687500 N.mm=
- Khối lượng riêng của bêtông:
3
c
2500 Kg/ mγ =
- Môđun đàn hồi của bêtông:
1.5
c c c
E 0.043 f'= × γ ×
1.5
0.043 2500 50 38010 MPa= × × =
- Môđun đàn hồi của thép:
s
E 200000 MPa=
- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:
s
c
E 200000
n 5.262
E 38010
= = =
- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 9
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
s s
s
A 2 d b
x n 1 2
b n A
392.5 2 80 1000
5.262 1 2 14.16 mm
1000 5.262 392.5
× ×
= × × + −
÷
÷
×
× ×
= × × + − =
÷
÷
×
-Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:
3
2
cr s s
3
2 4
b x
I n A (d x)
3
1000 14.16
5.262 392.5 (80 14.16) 9899418.69 mm
3
×
= + × × −
÷
×
= + × × − =
÷
-Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:
( ) ( )
s
s s
cr
M
687500
f d x n 80 14.16 5.262 24.06 MPa
I 9899418.69
= × − × = × − × =
- Khí hậu khắc nghiệt:
Z 23000 N/ mm=
- Ứng suất cho phép trong cốt thép:
sa
3
3
c
Z 23000
f 423.66 MPa
d A 20 8000
= = =
× ×
-So sánh:
sa y
f 423.66 MPa 0.6 f 0.6 280 168 MPa= > × = × =
chọn
y
f 168 MPa=
để
kiểm tra:
s
f 24.06 MPa 168 MPa= <
Vậy thoả mãn điều kiện về nứt
2.3. Bó vỉa:
- Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.6 và hình 2.7
- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chòu lực của bó vỉa dạng tường như sau:
+ Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo
+ Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải
Bảng 2.1: Lực tác dụng vào lan can
Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN)
Chiều dài lực tác
dụng(mm)
Phương mằm ngang Ft = 240 Lt = 1070
Phương thẳng đứng F
V
= 80 L
V
= 5500
Phương dọc cầu F
L
= 80 L
L
= 1070
+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng
W t
R F≥
2
c c
W b W
c t
M .L
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
= × + × +
÷
× −
Khi xe va vào giữa tường:
2
t t b W
c
c
L L 8 H.(M M .H)
L
2 2 M
× +
= + +
÷
Khi xe va vào đầu tường:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 10
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
2
t t b W
c
c
L L H.(M M .H)
L
2 2 M
+
= + +
÷
Trong đó:
W
R
: sức kháng của lan can
W
M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục thẳng đứng
c
M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục nằm ngang
b
M
: sức kháng của dầm đỉnh
H: chiều cao tường
c
L
: chiều dài đường chảy
t
L
: chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu
F
t
: lực xô ngang quy đònh ở bảng 2.1
2.3.1. Xác đònh
c
M
: (Tính trên 1000 mm dài)
- Tiết diện tính toán b x h = 1000 mm x 100 mm và bố trí cốât thép (hình 2.6)
200200200100
1000
5 Þ 14
200
25
175
100200
Hình 2.7: Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa the phương đứng
- Cốt thép dùng
14a200φ
mm, 1000 mm dài có 5 thanh
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí
tương tự.
- Diện tích cốt thép A
s
:
2 2
2
s
. 3.14 14
A 5 5 769.3 mm
4 4
π φ ×
= × = × =
- Chọn a’ = 26 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép ngoài của bê
tông)
s
d h a' 200 26 174 mm= − = − =
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
S y
'
c
A f
769.3 280
a 8.45 mm
0.85 f b 0.85 30 1000
×
×
= = =
× × × ×
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
1
a 8.45
c 10.11 mm
0.836
= = =
β
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
s
c 10.11
0.058 0.45
d 175
= = ≤
Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 11
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
n S y s
a
8.45
M A f (d ) 769.3 280 37853713.1 N.mm
174
2
2
⇒ = × × − = × × =
−
÷
- Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:
n
c
M 37853713.1
M 37853.713 N.mm/mm
1000 1000
= = =
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
c
2
s
y
f ' 30
A 0.03 b.h. 0.03 1000 200 642.86 mm
f 280
≥ × = × × × =
Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.2. Xác đònh
W
M H
-
W
M H
: Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng:
- Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.7)
200
300
2 Þ 14
40
160
40 264
36
Hình 2.8: tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu
- Cốt thép dùng 2
14φ
mm
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí
tương tự.
- Diện tích cốt thép A
s
:
2 2
2
s
. 3.14 14
A 2 2 307.72 mm
4 4
π φ ×
= × = × =
- a’= 40 mm
ds h a' 200 40 160 mm= − = − =
- Xác đònh chiều cao vùng nén:
a
S y
'
c
A f
307.72 280
a 11.26 mm
0.85 f b 0.85 30 300
×
×
= = =
× × × ×
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà
1
a 11.26
c 13.47 mm
0.836
= = =
β
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện
s
c 13.47
0.084 0.45
d 160
= = ≤
Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 12
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
n S y s
a
11.26
M A f (d ) 307.72 280
160
2
2
12815676.38 N.mm
⇒ = × × − = × ×
−
÷
=
- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:
w n
M H M 12815676.38 N.mm= =
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
c
2
s
y
f ' 30
A 0.03 b.h. 0.03 300 200 289.29 mm
f 280
≥ × = × × × =
Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.3. Chiều dài đường chảy:
c
(L )
Chiều cao bó vỉa: H=300 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên
b
M 0=
* Với trường hợp xe va vào giữa tường:
- Chiều dài đường chảy:
2
t t b W
C
c
L L 8 H.(M M .H)
L
2 2 M
× +
= + +
÷
2
C
1070 1070 8 300 (0 12815676.38)
L 1583.22 mm
2 2 37853.713
× × +
= + + =
÷
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c t
M .L
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
= × × + × +
÷
× −
2
W
2 37853.713 1583.22
R 8 0 8 12815676.38
2 1583.22 1070 300
399538.25 N
×
= × × + × +
÷
× −
=
t W
F 240000 N R 399538.25 N⇒ = < =
Thoả mãn
* Với trường hợp xe va vào đầu tường:
2
t t b W
c
c
L L H.(M M .H)
L
2 2 M
+
= + +
÷
2
C
1070 1070 300 (0 12815676.38)
L 1157.73 mm
2 2 37853.713
× +
= + + =
÷
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c T
M .L
2
R M M .H
2 L L H
= × + +
÷
× −
2
W
2 37853.713 1157.73
R 0 12815676.38
2 1157.73 1070 300
292162.47 N
×
= × + +
÷
× −
=
t W
F 240000 N R 292162.47 N⇒ = < =
Thoả mãn
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 13
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
CHƯƠNG III
BẢN MẶT CẦU
3.1. Số liệu tính toán
- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: S = 1600 mm
- Bản mặt cầu làm việc theo một phương
- Chiều dày bản mặt cầu: h
f
= 200 mm
- Chọn lớp phủ mặt cầu gồm các lớp sau:
+ Lớp bêtông Atphan dày 50 mm
+ Lớp bêtông Ximăng bảo vệ dày 40 mm
+ Lớp phòng nước dày 5 mm
- Độ dốc ngang cầu: 1.5 % được tạo bằng thay đổi độ cao đá vỉa ở tại mỗi gối
3.2. Sơ đồ tính toán bản mặt cầu
- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm.
Trong đó phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó
sau khi tính toán dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của
bản mặt cầu.
Hình 3.1: Sơ đồ tính bản mặt cầu
3.3. Tính nội lực cho bản congxon: (bản hẩng)
Hình 3.2: Sơ đồ tính cho bản côngxon
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 14
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
3.3.1. Tải trọng tác dụng lên bản Côngxol
3.3.1.1. Tónh tải
Tải trọng tác dụng lên bản có tónh tải, ta sẽ xét tónh tải tác dụng lên dải bản
rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:
Hình 3.4: Sơ đồ tónh tải lan can, lề bộ hành tác dụng lên bản mặt cầu
* Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
= × ×γ = × × × =
* Trọng lượng lan can, lề bộ hành:
- Trọng lượng tường bêtông:
5
1 1 1 c
P 1000 b h 1000 250 650 2.5 10 4062.5 N
−
= × × ×γ = × × × × =
Trong đó:
b
1
= 250 mm: bề rộng của lan can hần bê tông
h
1
= 650 mm: chiều cao của lan can phần bê tông
- Trọng lượng lề bộ hành người đi: (tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa
và lan can phần bê tông chòu một nửa)
5
2 2 c
2
b h 1000
100 550 2.5 10 1000
P 687.5 N
2 2
−
× ×γ ×
× × × ×
= = =
- Trong lượng thanh lan can tay vòn: trên 1 nhòp có hai thanh: Ф100 dày 4 mm,
dài 2000 mm
⇒
1 thanh lan can có trọng lượng:
2 2 2 2
5
3 s
D d 100 92
P ' . . .L 7.85 10 3.14 2000 190 N
4 4
−
− −
= γ π = × × × × =
- Trên toàn chiều dài cầu có 11 nhòp:
⇒
Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:
3 3
P ' 11 2 P ' 11 2 190 4180 N= × × = × × =
∑
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 15
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
- Trọng lượng cột lan can: Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép
1 2 3
T ; T ; T
và 2 ống thép liên kết Ф 90 dày 4mm, dài 120 mm (hình 3.3)
Cột lan can=Tấm thép
1
T
+ Tấm thép
2
T
+Tấm thép
3
T
+ Ống liên kết
Hình 3.5: chi tiết cột lan can
Trọng lượng tấm thép
1
T
:
122.46 N
Trọng lượng tấm thép
2
T
:
51.92 N
Trọng lượng tấm thép
3
T
:
19.39 N
Trọng lượng ống thép Ф90:
2.04 N
- Trọng lượng một cột lan can:
3
P '' 122.46 51.92 19.39 2.04 195.81 N= + + + =
Khoảng cách giữa hai cột lan can là 2000 mm, trên chiều dài nhòp 34000 mm
có 18 cột
- Trọng lượng toàn bộ cột lan can:
3 3
P '' P '' 18 195.81 18 3524.21 N= × = × =
∑
- Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là:
3
3
P ' P '' 6460 3524.21 9984.21 N+ = + =
∑ ∑
- Ta sẽ quy một cách gần đúng toàn bộ trọng lượng này thành lực phân bố dọc
cầu có giá trò:
3
3
tt
P ' P ''
9984.21
0.294 N / mm
L 34000
+
= =
∑ ∑
Suy ra: Trọng lượng lan can trên 1000 mm chiều dài bản:
3
P 0.294 1000 294 N= × =
- Vậy trọng lượng toàn bộ lan can lề bộ hành trên 1000mm chiều dài bản mặt
cầu tác dụng lên bản hẫng:
3 1 2 3
DC P P P 4062.5 687.5 294 5043.65 N= + + = + + =
3.3.1.2. Hoạt tải:
- Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1000 mm trong trường hợp này chỉ có tải
của người đi bộ truyền xuống (hoạt tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa và
lan can phần bê tông chòu một nửa, là lực tập trung tại đầu bản hửng)
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 16
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
3
PL
PL 1000 b 3 10 1000 750
P 1125 N
2 2
−
× × × × ×
= = =
(b = 750 mm: bề rộng phần lề bộ hành)
3.3.2. Nội lực trong bản hẫng:
- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.4):
Hình 3.6: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
D R I
η = η × η × η
Trong đó:
D
0.95 :η =
hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu
I
1:η =
hệ số quan trọng
R
1:η =
hệ sốù dư thừa (mức thông thường)
0.95 1 1 0.95⇒ η = × × =
- Giá trò môme âm tại ngàm:
2
h
DC 2 DC 3 h PL PL h
b
M DC DC b P b
2
= η× γ × × + γ × × + γ × ×
+ Trạng thái giới hạn cường độ1:
DC
1.25γ =
;
PL
1.75γ =
;
0.95η =
2
u
600
M 0.95 1.25 5 1.25 5043.65 600 1.75 1125 600
2
4717571.78 N.mm
= × × × + × × + × ×
=
+ Trạng thái giới hạn sử dụng:
DC
1γ =
;
PL
1γ =
;
0.95η =
2
s
600
M 1 1 5 1 5043.65 600 1 1125 600
2
3702692.02 N.mm
= × × × + × × + × ×
=
3.4. Tính nội lực cho bản dầm cạnh dầm biên:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 17
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhòp của bản là khoảng cách giữa hai dầm
S = 1600 mm, cách tính ta sẽ tính như dầm đơn giản đặt trên hai gối, xét cho
dải bản rộng 1000 mm
3.4.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm biên:
3.4.1.1. Tónh tải:
- Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
= × ×γ = × × × =
- Trọng lượng lề bộ hành người đi truyền xuống bó vỉa:
5
2 2 c
2
b h 1000
100 550 2.5 10 1000
P 687.5 N
2 2
−
× ×γ ×
× × × ×
= = =
- Trọng lượng bó vỉa:
5
4 4 4 c
P b h 1000 200 300 2.5 10 1000 1500 N
−
= × × γ × = × × × × =
(b
4
= 200 mm chiều rộng bó vỉa, h
4
= 300 mm chiều cao bó vỉa)
3 1 2
DC P P 687.5 1500 2187.5 N= + = + =
- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu:
DW
h 132 mm=
+ Trọng lượng riêng lớp phủ:
5 3
c
' 2.3 10 N/ mm
−
γ = ×
5
DW c
DW h 1000 ' 132 1000 2.3 10 3.04 N/ mm
−
= × × γ = × × × =
3.4.1.2. Nội lực
- Sơ đồ tính như sau:
Hinh 3.7: Sơ đồ tính bản dầm
-Với L1 = 400 mm ; L2 =1200 mm ; S = 1600 mm
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
η = η × η × η
D R I
+
η
D
:
Hệ số độ dẻo, trường hợp thiết kế thông thường
η =
D
1
+
η
R
:
Hệ số dư thừa, bản dầm có tính dư
R
η =
0.95
+
η
I
:
Hệ số quan trọng,
η =
I
1
⇒ η = 0.95
- Giá trò mômen dương tại giữa nhòp:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 18
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
2
2
DC DW
3 1
2
DC DW 2 1 DC
DC L
DC S DW S
M L (S L )
8 4 2 2
+
×
×
= η× γ × + γ × × × + − + γ ×
÷
+ Trạng thái giới hạn cường độ:
DC
1.25γ =
;
γ =
DW
1.5
;
η = 0.95
+
×
= × × + × × × + − +
÷
2 2
DC DW
u
5 1850 2.19 1850
M 0.95 1.25 1.5 1125 (1850 725)
8 4 2
2750 725
1.25
2
×
+ ×
4648935.59 N.mm=
+ Trạng thái giới hạn sử dụng:
DC
1γ =
;
γ =
DW
1
;
η = 1
+
×
= × × + × × × + − +
÷
2 2
DC DW
s
5 1850 2.19 1850
M 1 1.25 1 1125 (1850 725)
8 4 2
2750 725
1
2
×
+ ×
= ×
6
3.78506719 10 N.mm
3.4.2. Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm:
3.4.2.1. Hoạt Tải:
- Gồm có 2 hoạt tải: tải trọng người đi truyền xuống bản mặt cầu thông qua bó
vỉa, tải trọng xe 3 trục đặt như hình 3.6:
- Với
=
1
L 725 mm
;
=
2
L 1125 mm
;
=
3
L 175 mm
- Tải người: lực tập trung có giá trò như sau
3
PL
PL 1000 b 3 10 1000 1200
P 1800 N
2 2
−
× × × × ×
= = =
(b = 1200 mm bề rộng lề bộ hành)
- Tải xe3 trục: đặt một bánh xe 3 trục (hình 3.6):
Hình 3.8: Tải trọng động tác dụng lên bản biên
3.4.2.2 Nội lực:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 19
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
* Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ
- Bề rộng bánh xe tiếp xúc với bản mặt cầu 510 mm
- Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:
1 2 DW
b b 2 h 510 2 132 774 mm= + × = + × =
-
1 1
b' b 774 mm= =
- Giá trò tải p:
1
0.65 P 0.65 145000
p 60.89 N/ mm
2 b 2 774
× ×
= = =
× ×
- Diện làm việc của bản:
+ Khi tính mômen âm tại gối:
SW 1220 0.25 S 1220 0.25 1600 1620 mm
−
= + × = + × =
+ Khi tính mômen dương tại giữa nhòp:
SW 660 0.55 S 660 0.55 1600 1540 mm
+
= + × = + × =
- Giá trò mômen tại giữa nhòp:
+ Do tải xe3 trục:
LL 2
1
LL 1 3 3
b' 1 S 1
M (1 IM) 1.2 p b' (S L ) ( L )
2 2 2 2
= η× γ × + × × × × − − × − − ×
÷
* Trạng thái giới hạn cường độ:
η = 0.95
;
γ =
LL
1.75
;
IM 0.25=
[
LL
u
774
M 0.95 1.75 (1 0.25) 1.2 60.89 774 (1600 213 )
2
= × × + × × × × − − ×
2 7
1 1600 1
( 213) 3.2600684 10 N.mm
2 2 2
× − − × = ×
÷
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
η = 1
;
γ =
LL
1
;
IM 0.25=
[
LL
S
774
M 1 1 (1 0.25) 1 60.89 774 (1600 213 )
2
= × × + × × × × − − ×
2 7
1 1600 1
( 213) 1.960943399 10 N.mm
2 2 2
× − − × = ×
÷
+ Do tải người:
PL
PL 1
PL
P L
M
2
×
= η× γ ×
* Trạng thái giới hạn cường độ:
0.95η =
;
PL
1.75γ =
PL
PL 1
u PL
P L
M
2
×
= η× γ
5
1125 400
0.95 1.75 3.740625 10 N.mm
2
×
= × × = ×
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
1η =
;
PL
1γ =
PL
PL 1
s PL
P L
M
2
×
= η× γ
5
1125 400
2.25 10 N.mm
2
×
= = ×
Giá trò mômen tại giữa nhòp do tónh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính liên tục
của bản mặt cầu (Với dải bản 1000 mm) được tính như sau:
- Trạng thái giới hạn cường độ:
+ Tại gối :
LL
DC DW PL
u
u u u
M 1000
M 0.7 M M
SW
+
−
×
= − × + +
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 20
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
7
6 5
7
3.2600684 10 1000
0,7 3.63089525 10 3.740625 10
1620
-1.689018574 10 N.mm
× ×
= − × × + + ×
= ×
+ Tai giữa nhòp:
LL
DC DW PL
u
u u u
M 1000
M 0.5 M M
SW
+
+
×
= × + +
7
6 5
7
3.2600684 10 1000
0.5 3.63089525 10 3.740625 10
1540
1.258711654 10 N.mm
× ×
= × × + + ×
= ×
- Trạng thái giới hạn sử dụng:
+ Tại gối:
LL
DC DW PL
s
s s s
M 1000
M 0.7 M M
SW
+
−
×
= − × + +
7
6 5
7
1.960943399 10 1000
0.7 2.88758 10 2.25 10
1620
-1.065201822 10 N.mm
× ×
= − × × + + ×
= ×
+ Tai giữa nhòp:
LL
u
DC DW PL
s u u
M
M 0.5 M M
SW
+
+
= × + +
7
6 5
6
1.960943399 10 1000
0.5 2.88758 10 2.25 10
1540
7.92298935 10 N.mm
× ×
= × × + + ×
= ×
3.5. Tính nội lực cho bản dầm giữa:
3.5.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm:
3.5.1.1. Tónh tải:
- Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đối với bản dầm
giữa thì sẽ không có tải trọng bó vỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố đầy
dầm
- Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
= × ×γ = × × × =
- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu:
DW
h 132 mm=
+ Khối lượng riêng lớp phủ:
5 3
c
2.3 10 N/ mm
−
γ = ×
5
DW c
DW h 1000 132 1000 2.3 10 3.04 N/ mm
−
= × × γ = × × × =
3.5.1.2. Nội lực:
- Sơ đồ tính như sau:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 21
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
Hình 3.9 : Sơ đồ tính tónh tải cho bản dầm giữa
- Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như bản dầm biên
- Giá trò mômen dương tại giữa nhòp:
2 2
2
DC DW
DC DW
DC S DW S
M
8 8
+
× ×
= η× γ × + γ ×
÷
+ Trạng thái giới hạn cường độ:
DC
1.25γ =
;
DW
1.5γ =
;
0.95η =
2 2
DC DW
u
5 1600 3.04 1600
M 0.95 1.25 1.5
8 8
+
× ×
= × × + ×
÷
6
3.284416 10 N.mm= ×
+ Trạng thái giới hạn sử dụng:
DC
1γ =
;
DW
1γ =
;
1η =
2 2
DC DW
s
6
5 1600 3.04 1600
M
8 8
2.571520 10 N.mm
+
× ×
= +
÷
= ×
3.5.2. Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm :
- Chỉ có xe3 trục, ở đây ta không xét tải trọng làn vì nhòp bản
S =1600 mm < 4600 mm theo quy đònh không cần xét tải trọng làn
- Ở đây sẽ có 2 trường hợp đặt tải:
- Trường hợp chỉ có 1 bánh xe của 1 xe
- Trường hợp có 2 bánh xe của 2 xe khác nhau đặt trong bản khi đó khoảng
cách giữa 2 bánh xe là 1200 mm
3.5.2.1. Xét trường hợp 1 chỉ có 1 bánh xe:
Ta sẽ đặt bánh xe ngay tại giữa nhòp để tính toán
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 22
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
Hình 3.10: Tải trọng động tác dụng lên bản giữa
(Trường hợp đặt 1 bánh xe)
- Giá trò nội lực: Tương tự như trên ta có:
+
1
b 774 mm=
+
1
0.65 P 0.65 145000
p 60.89 N/ mm
2 b 2 774
× ×
= = =
× ×
SW 1220 0.25 S 1220 0.25 1600 1620 mm
−
= + × = + × =
SW 660 0.55 S 660 0.55 1600 1540 mm
+
= + × = + × =
+ Giá trò mômen tại giữa nhòp:
( )
LL 1 1
LL
p b b
M 1 IM 1.2 S
4 2
÷
×
= η× γ × + × × × −
* Trạng thái giới hạn cường độ:
0.95η =
;
LL
1.75γ =
;
IM 0.25
=
( )
LL
u
7
60.89 774 774
M 0.95 1.75 1 0.25 1.2 1600
4 2
3.563732402 10 N.mm
×
= × × + × × −
÷
= ×
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
1η =
;
LL
1γ =
;
IM 0.25
=
( )
LL
s
7
60.89 774 774
M 1 1 1 0.25 1.2 1600
4 2
2.143598438 10 N.mm
×
= × × + × × −
÷
= ×
Giá trò mômen tại giữa nhòp do tónh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính liên
tục của bản mặt cầu (Với dải bản 1000 mm) được tính như sau:
- Trạng thái giới hạn cường độ:
+ Tại gối:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 23
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
LL
DC DW
u
u u
7
6
7
M 1000
M 0.7 M
SW
3.563732402 10 1000
0.7 3.284416 10
1620
-1.769793491 10 N.mm
+
−
×
= − × +
× ×
= − × × +
= ×
+ Tai giữa nhòp:
LL
DC DW
u
u u
7
6
7
M 1000
M 0.5 M
SW
3.563732402 10 1000
0.5 3.284416 10
1540
1.321276775 10 N.mm
+
+
×
= × +
× ×
= × × +
= ×
- Trạng thái giới hạn sử dụng:
+ Tại gối:
LL
DC DW
s
s s
7
6
7
M 1000
M 0.7 M
SW
2.143598438 10 1000
0,7 2.571520 10
1620
-1.106252638 10 N.mm
+
−
×
= − × +
× ×
= − × × +
= ×
+ Tai giữa nhòp:
LL
DC DW
s
s s
7
6
6
M 1000
M 0.5 M
SW
2.143598438 10 1000
0.5 2.571520 10
1540
8.24549519 10 N.mm
+
+
×
= × +
× ×
= × × +
= ×
3.5.2.2. Xét trường hợp 2 (có 2 bánh xe)
Hình 3.11: Tải trọng động tác dụng lên bản giữa
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 24
ĐỒ ÁN CẦU THÉP GVHD: PHAN QUỐC BẢO
(Trường hợp đặt 2 bánh xe)
- Giá trò nội lực: Tương tự như trên ta có:
+
1
b 774 mm=
+
SW 1220 0.25 S 1220 0.25 1600 1620 mm
−
= + × = + × =
+
SW 660 0.55 S 660 0.55 1600 1540 mm
+
= + × = + × =
+
1 1
b'' b 1200 774 1200 1974 mm= + = + =
+
1
0.65 P 0.65 145000
p 47.75 N/ mm
b'' 1974
× ×
= = =
-Giá trò mômen tại giữa nhòp:
( )
2
LL
LL
p S
M 1 IM 1
8
×
= η× γ × + × ×
* Trạng thái giới hạn cường độ:
0.95η =
;
LL
1.75γ =
;
IM 0.25=
( )
2
LL
u
7
47.75 1600
M 0.95 1.75 1 0.25 1
8
3.175088652 10 N.mm
×
= × × + × ×
= ×
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
1η =
;
LL
1γ =
;
IM 0.25=
( )
2
LL
s
7
47.75 1600
M 1 1 0.25 1
8
1.909827761 10 N.mm
×
= × + × ×
= ×
Giá trò mômen tại giữa nhòp do tónh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính liên tục
của bản mặt cầu (Với dải tính toán 1000 mm) được tính như sau:
- Trạng thái giới hạn cường độ:
+ Tại gối:
LL
DC DW
u
u u
7
6
7
M 1000
M 0.7 M
SW
3.175088652 10 1000
0.7 3.284416 10
1620
1.601861007 10 N.mm
+
−
×
= − × +
× ×
= − × × +
= − ×
+ Tai giữa nhòp:
LL
DC DW
u
u u
7
6
7
M 1000
M 0.5 M
SW
3.175088652 10 1000
0.5 3.284416 10
1540
1.195093739 10 N.mm
+
+
×
= × +
× ×
= × × +
= ×
- Trạng thái giới hạn sử dụng:
+ Tại gối:
SVTH: HỒ XUÂN NGHĨA Trang 25
