Tính toán, thiết kế hệ thống dầm chịu lực cho cầu chịu được tải trọng an toàn

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với những sự tiến bộ của khoa hoc kĩ thuật trong đó
không
thể không nhắc tới chuyên nghành công nghệ Hàn. Môn học kết cấu Hàn thực
sự
là hành trang không thể thiếu cho người kĩ sư, công nhân có thể dựa vào đó làm
cơ
sở tính toán cũng như thiết kế. Ngành Hàn của chúng ta càng ngày càng phát
triển
cùng với sự chuyên sâu chuyên ngành của giảng viên giảng dạy. Đối với mỗi
sinh
viên chuyên ngành Hàn thì việc đưa đồ án kết cấu Hàn vào giúp sinh viên làm
quen với thực tế công việc thiết kế. Đồ án kết cấu Hàn giúp chúng ta sử dụng tài
liệu và so sánh giữa thực tế và lý thuyết. Cùng với những kiến thức chuyên
ngành
thì việc vận dụng thêm các tài liệu chuyên nghành khác như xây dựng, giao
thông
vận tải phục vụ cho việc tính toán.
Đồ án môn học kết cấu là cơ hội để em có thể kiểm tra và tổng hợp lại
kiến
thức đã học.Trong kỳ học này em được giao đề tài “Tính toán, thiết kế hệ
thống
dầm chịu lực cho cầu chịu được tải trọng an toàn”. Sau thời gian nghiên cứu
đồ
án của em đã hoàn thành và được trình bày gồm 4 phần như sau:
-
-
-
-

Phần I: Tổng quan
Phần II: Phân tích kết cấu.
Phần III: Tính toán kết cấu.
Phần IV: Kết luận và rút ra kinh nghiệm.
Để hoàn thành việc tính toán thiết kế dầm cầu,em xin chân thành cảm
ơn
sự giúp đỡ hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thông cùng với các thầy
trong
bộ môn Hàn và Gia công tấm Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng
Yên đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án. Trong quá trình thực hiện thì
em
cũng có nhiều thiếu sót. Kính mong thầy thông cảm và bỏ qua cho em.
Hưng Yên,ngày 30, tháng 06, năm
2010
Sinh viên thực hiện
Lê Mạnh Hà
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà

1
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
PH
ẦN
I:
PH
ÂN
TÍC
H
KẾ

T
CẤ
U
1.1.
Xác định,lựa chọn mặt cắt kết
cấu.
Từ thực tế sản
xuất ,thiết kế thì khi
ta chọn mặt cắt
ngang của dầm ta
chọn
dầm chữ I. Tức là ta phải
tính toán kích thước dầm
như bản bụng, bản cánh
của
dầm. Hình dạng của chữ I
thi có thể tiêu chuẩn hóa
bằng các catalog của cá
hãng
sản xuất chế tạo thép hoặc
các sổ tay tra cứu. Yêu cầu
kỹ thuật được các kỹ sư
thiết
kế sao cho trọng lượng
thiết kế là nhỏ nhất.
Bản bụng chịu lực
cắt là chủ yếu.
Chiều cao bản bụng
thường lấy bằng
1/18

đến 1/20 chiều dài nhịp
dầm đối với cầu đường bộ,
nhỏ hơn đối với cầu đường sắt.
Bản cánh sẽ cung cấp khả năng chịu uốn. Chiều rộng
và bề dày bản cánh
thường được xác định bởi sự lựa chọn diện tích của bản cánh
trong phạm vi giới
hạn của tỷ số giữa bề rộng và chiều dày.
Các kết cấu phải được thiết kế để được thỏa mãn các
yêu cầu vể trạng thái
giới hạn cường độ, mỏi và phá hoại, sử dụng và cực hạn.
Hình 1.1: Ba vùng biến đổi cấu kiện thép chịu
uốn
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà

u.vn
2
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
1.2. Thông số kết cấu:
- Chiều dài nhịp:
- Số lượng xe đang nằm trên cầu là:
- Trọng lượng mỗi xe là:
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
M = 12 m
nmax = 8 xe
Q = 50 tấn
- Coi các xe nằm dàn đều trên
nhịp cầu
- Cầu có đường sắt chạy qua với

tải trọng là N =100 tấn
PHẦN II: TÍNH TOÁN KẾT
CẤU XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG,
TIẾT
DIỆN NGANG CẦU VÀ
CÁC KÍCH THƯỚC CƠ
BẢN.
2.1.Tính toán tổng lực tác dụng.
a) Khối lượng dầm:
m
d
=
Dd
.V
d
Trong đó:
- Dd : Khối lượng riêng 7,85.10-3
kG/cm3
- Vd: Thể tích dầm:
Vd = 4Vmh + 2Vc +
Vb
Vc = 3.30.1200 =
108000 ( cm3)
Vb = 2.94.1200 =
225600 ( cm3)
Vmh = 1/2.a.K.L =
1/2.0,8.1,6.1200 = 768
(cm3)
→ Vd = 4.768 + 2.108000 + 225600 = 444672
(cm3)

→ md = 444672.7,85.10-3 = 3490 (kG/cm3)
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê
Mạnh Hà
o
k.edu.vn
3
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
b) Khối lượng và kích
thước của bêtông:
- Đổ lớp bê tông có
chiều dày: bbtct = 15
cm
- Khối lượng riêng:
Dbtct = 2500 (kG/
m3) = 25.10-4 (cm3)
Ta có: Vbtct =
15.1400.1200 = 252.105
(cm3)
→ mbtct =
252.105.25.10-4 =
63000 (kG)
c)
K
hố
i
lư
ợn
g

củ
a
la
n
ca
n:
+
C
hi
ều
ca
o
đế
bệ
đỡ
:
+
Chi
ều
cao
trê
n:
+
Chi
ều
cao
vát
:
+
Chi

ều
rộn
g
đế
bệ
đỡ:
+
Chi
ều
rộn
g
phần trên:
+ Chiều
rộng phần
vát:
h
đ
=
1
0
c
m
h
t
=
3
0
c
m
h

V
=
3
0
c
m
bđ = 50
cm
bt = 25
cm
bV = 25
cm
b
t
b
d
bv
C
ấ
u

t
ạ
o

l
a
n

c

a
n

t
a
y

v
ị
n
.
mlc = 2(Vlc.Dbtct )
- Vlc = Slc.L
- Vlc =
{bt.(hđ
+ ht +
hV) +
hđ.bV
+
.bt.hV}.L
S
u
y

r
a
:
=
{30.
( 10 +

30 +
30 ) +
10 .
25 +
=
285.
104
( cm3
)
mlc =
2(285.104.25.
10-4) = 14250
(kG)
1
2
25.3 0}. 1200
d) Khối lượng của xe:
mx =
nx.Q +
Qtàu =
8.5000
0 +
10000
0 =
50.104
(kG)
Gv hướng dẫn: Nguyễn
Trọng Thông
Sv
thực

hiện:
Lê
Mạn
h
Hà
http://ww
w.ebook.e
du.vn
4
h
t
h
d
h
v
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
e) Khối lượng của phụ
kiện: Phụ kiện của cầu
như: cột đèn, đường ống,
…
Ta lấy khoảng 1000 ( kG)
⇒ mpk = 1000 (kG)
Vậy tải trọng thường
xuyên mà một dầm phải
chịu là:
- Q
- Q
(md + mbtct + mlc + mpk )
(3490 + 63000 + 14250 +

1000) = 14670 (kG)
• Tải trọng của xe tác dụng
lên dầm là:
Q
.mx = .50.104 =
71428,57 (kG)
• Xe nằm yên trên cầu nên
tải trọng mà một dầm phải
chịu là:
Q = Qtx + Qx =
14670 + 71428,57
= 86098,57 (kG)
= 860,9857 kN
⇒

t
ả
i
t
r
ọ
ng phân bố:
q= =
= 71,75 kN/m
• Ta có biểu đồ phân bố lực cắt cũng như mômen trên:
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv
thực
hiện:
Lê

Mạnh
Hà
.
vn
5
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
Hình 2.1:
Biểu đồ
lực cắt và
mômen do
lực Q gây
ra
• Môme lớn nhất tại tiết
diện giữa dầm:
M
=
= 1810,8 kN.m
=181.105 da.cm
• Lực cắt lớn nhất tại tiết
diện đầu dầm:
V
=
= 603,36 kN =
6,0336.104 daN
Với γp: hệ số tin cậy
về tải trọng
2.2. Xác định kích thước
dầm chữ I
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông

Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà

u.vn
6
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
2.2.1. Chọn vật liệu dầm:
Chọn vật liệu dầm là thép
CCT38 có thông số kỹ
thuật như sau:
σ
và E = 2,1.106 T/m2
2.2.2. Xác định chiều dày
bản sàn thép:
+ Ý nghĩa của tải trọng làn
thể hiện tác dụng của các
xe khác trong đoàn xe có
thể
xuất hiện cùng một lúc trên
cầu.
+ Từ những yếu tố kỹ
thuật trên, ta chọn cầu có 2
làn đường với chiều rộng
cầu là
13000mm, mỗi nửa cầu là
1làn đường. Bên cạnh là
vai đường với chiều rộng
bằng
bề rộng của làn đường
dành cho người đi bộ.

+ Bản hẫng có chiều cao
bằng 0,35 lần bề rộng của
làn.
+ Ta chọn thiết kế cầu có 7
dầm dọc chiều dài cầu.
Bề dày lớp phủ bêtông là
15cm, khối lượng riêng
của bêtông là 2500 Kg/m3
Tả
i trọng tác
động lên
sàn:
qL =
- Tổng lực tác dụng lên cầu: ΣQ = 860,9857.7 =
6026,8 kN
- Diện tích mặt cầu: A = 14.12 = 168 m2
Suy ra tải trọng tác động lên sàn:
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà

u.vn
7
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
q
=
= 35,87kN/m2
Theo bảng 3.1[1] với tải
trọng tác dụng lên sàn là qL
= 35,87 kN/m2 > 30 kN/m2

nên
ta chọn chiều dày bản thép
là 12mm
Hì
nh
1.2
:
Mô
hìn
h
tải
trọ
ng
làn
2.2.3. Xác định chiều cao
vách dầm:
Chiều cao dầm là
thông số cơ bản khi
thiết kế dầm. Chiều
cao dầm phải đảm
bảo yêu cầu sử dụng:
Dầm phải đủ cứng
để không quá độ
võng giới hạn,
nhưng cao độ trên mặt
giàn bị khống chế bởi yêu cầu công nghệ và kinh tế.
Gọi h là chiều cao dầm, h cần thỏa mãn: hmin ≤ h ≤ hmax và h
càng gần hkt càng tốt
Trong đó:
+ hmin: Chiều cao đảm bảo dầm đủ cứng vững trong

suốt quá trình sử dụng,
nghĩa là độ võng của dầm không vượt quá độ võng giới hạn.
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà

u.vn
8
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN HÀN
ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀN
+ hmax: Chiều cao
lớn nhất có thể của
dầm, được quy định
trọng nhiệm vụ
thiết kế, chính là khoảng
cách cho phép đủ để bố trí
hệ thống dầm và sàn
+ hkt: Chiều cao của
tiết diện dầm ứng
với lượng thép làm
dầm ít nhất
a) Tính chiều cao hmin:
Theo công thức (3.13) [1]
giả thiết hệ số vượt tải
trung bính γtb = 1,2
h
n
= .
400
.
= 91,26 cm

Trong đó: f là cường độ
tính toán chịu kéo của thép
bản sàn (bảng I.1[1])
b) Tính chiều cao hkt:
Với h ~ hmin sử dụng công
thức kinh nghiệm (3.31[1])
để xác định chiều dày bản
bụng dầm:
tw = 7+
=7+ = 9,73
mm
Để tính hkt , sơ bộ chọn tw
=10mm, dầm hàn chọn hệ
số cấu tạo k =1,15
+ Mômen lớn nhất tại tiết
diện giữa dầm:
M
=
181.1
05 daNm
+ Mômen chống uốn cần thiết:
W=
=
= 7869,56 cm3
Với hệ số điều kiện làm việc của dầm γc =1 bảng I.14[1]
Tử các số liệu trên, thay vào công thức (3.18[1]) tính được
hkt :
hkt
=
k.

= 1,15. = 102,017 cm
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv
thực
hiện:
Lê
Mạnh
Hà
.
vn
9