Đồ Án Cầu Thép Chiều Dài Nhịp Tính Toán Ltt=32m (Kèm Bản Vẽ Cad)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (839.7 KB, 75 trang )
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ
1.1. Số liệu thiết kế:
Chiều dài nhịp tính toán
: Ltt = 32m
Khổ cầu
: K = 7,0 + 2 x 0 m.
Tải trọng thiết kế
: Hoạt tải HL93
Tải trọng người
: 250 daN/m2
1.2. Nội dung thiết kế:
Lựa chọn tiết diện dầm chủ.
Kiểm tra tiết diện dầm chủ theo các trạng thái giới hạn.
Thiết kế liên kết giữa các bộ phận trong tiết diện dầm chủ.
Thiết kế mối nối dầm chủ.
Thiết kế hệ neo liên kết..
1.3. Tiêu chuẩn áp dụng:
Tiêu chuẩn được áp dụng là tiêu chuẩn 22TCN 272 - 05.
Trang1:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
CHƯƠNG I
LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ VÀ TÍNH TOÁN NỘI
LỰC
1.1.XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM CHỦ
1.1.1.Chọn tiết diện dầm chủ
Cơ sở để chọn tiết diện dầm:
+ Theo điều kiện kinh tế
+ Theo kinh nghiệm
+ Theo điều kiện độ cứng
1.1.1.1.Chọn theo kinh nghiệm:
+ Đối với cầu dầm thép liên hợp bản BTCT kết cấu nhịp giản đơn gồm các dầm
chủ đặt song song nhau cùng đỡ bản mặt cầu thì có thể chọn chiều cao dầm (kể cả
bản):
H=(
1 1
1 1
÷ )L tt =( ÷ ).3200 = (128÷213,33)(cm)
15 25
25 15
Theo 22TCN272-05 khuyến cáo thì chiều cao của dầm thép được lấy tối thiểu như
sau:
D= 0,033.3200 = 105,6(cm)
Chiều cao của toàn bộ dầm thép liên hợp với bản bêtông cốt thép được lấy như
sau:
H = 0,04.3200 = 128(cm)
Sơ bộ chọn chiều cao phần dầm thép: D= 170(cm)
Chiều dày của bản mặt cầu lấy không nên nhỏ hơn 190(mm) (có cộng thêm 15mm
lớp chống hao mòn) để đảm bảo cho dầm thép đủ khả năng chịu lực. Đồng thời chiều
dày của bản bêtông được xác định theo AASHTO:
ts =
S+3000 2150+3000
=
= 171, 7(mm).
30
30
Chọn chiều dày của bản mặt cầu ts =20(cm); phần vút:tvs = 10(cm).
Vậy chiều cao của tiết diện liên hợp: H= 190(cm).
Chọn các kích thước của tiết diện dầm thép:
+ Sườn dầm:
Chiều dày sườn dầm :tw không được nhỏ hơn 12(mm)
+ Bản biên:
Trang2:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Chiều rộng không nhỏ hơn 1/6 chiều cao dầm và nhỏ hơn hoặc bằng 24 lần bề
dày bản biên
Chiều dày bản biên lớn hơn hoặc bằng 1,1tw (chiều dày sườn dầm).
1.1.1.2.Chọn theo điều kiện kinh tế
Tức là chọn sao cho khối lượng thép là nhỏ nhất có thể. Nó được xác định theo
công thức:
D=A. 3
M
Fy
Trong đó :
A: Hệ số lấy theo kinh nghiệm phụ thuộc cấu tạo bản biên và sườn dầm, thường
lấy 5.5-6,5; lấy 6,5 đối với dầm hàn nhịp nhỏ;
Fy: Cường độ chảy của thép dầm, Fy = 345(MPa);
M (kN.m): mômen có hệ số tại tiết diện giữa nhịp của dầm biên.
1.1.1.2.1.Tính toán khối lượng bản mặt cầu
Bảng 1-1.
Cấu kiện
Kí
hiệu
Biểu thức
Kết quả
Thể tích BT bản
Vbmc (0,2 × 7,8+0,55 × 0,1 × 4+0,5 × 0,525 × 0,1) × 32 57,36
mặt cầu
Trọng lượng BT
DCbmc
57,36 × 24
1376,64
bản mặt cầu
Hàm lượng thép
G2
Đơn
vị
m3
kN
kN
1.1.1.2.2Tính toán khối lượng lan can - tay vịn:
Trên 1 nhịp 32m ta bố trí 17 cột lan can tương ứng với 16 bước tay vịn, mỗi bước
tay vịn bằng ống INOX dài 2,0m
Bảng 1-2. Bảng tính toán khối lượng lan can – tay vịn một nhịp.
Trang3:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
Cấu kiện
Chiều dài ống INOX
Trọng lượng ống
INOX
Trọng lượng thép lan
can
Thể tích BT phần
chân của lan can- tay
vịn
Trọng lượng BT phần
chân của lan can- tay
vịn
Tổng trọng lượng
Hàm lượng thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Kí
hiệu
L
Biểu thức
Kết quả
Đơn vị
32 × 4
128
m
DCtv
128 × 5,82 × 10-2
7,45
kN
DCtlc
0,06 × 0,002 × 78,5 × 34
0,32
kN
Vlc
(0,3 × 0,2+0,2 × 0,8) × 17 × 2
7,48
m3
DCblc
7,48 × 24
179,52
kN
DC2
G2
DCtv +DCtlc+DCblc
7,48 × 1,75
187,29
13,09
kN
kN
1.1.1.2.3.Tính toán khối lượng các lớp mặt cầu:
Bảng 1-3. Bảng tính toán khối lượng các lớp mặt cầu một nhịp.
Cấu kiện
Kí hiệu
Biểu thức
Kết quả
Đơn vị
Lớp1: Bê tông nhựa dày
DW1
0,06 × 7,0 × 23
9,66
kN/m
6(cm)
Lớp2: Phòng nước dày
DW2
0,005 × 7,0 × 15
0,525
kN/m
0,5(cm)
Tổng cộng :
DW
DW1+DW2
10,185
kN/m
Tính Tổng khối lượng các lớp phủ mặt cầu trên 1m dài:DW = 10,185(kN/m)
1.1.1.2.4.Tính toán khối lượng dầm chủ:
Trọng lượng thép của dầm được xác định theo công thức gần đúng của giáo sư
N.X.Xtơreletxki :
DCdc =
1,75×a×K 0 +1,4×b×DC mc
×L tt
Fy
-1,4× ( 1+α ) b×L tt
γ
Trong đó :
DCdc : Trọng lượng thép trên 1m dài dầm
Ltt : Nhịp tính toán của dầm , L = 32(m)
1,75 và 1,4 : Các hệ số tải trọng đối với hoạt tải và tĩnh tải
Fy= 3,45.105(kN/m2): Cường độ chảy nhỏ nhất của thép làm dầm
α = 0,12: Hệ số xét đến trọng lượng hệ liên kết
a,b : Các đặc trưng trọng lượng ,lấy tuỳ theo kết cấu nhịp khác nhau
Trang4:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Với cầu dầm , ta lấy a = b =5
γ=78,5(kN/m 3 ) : Trọng lượng riêng của thép làm dầm
DCmc :Trọng lượng phân bố đều của bản mặt cầu, lan can – tay vịn và các lớp
mặt cầu trên 1m dài của dầm, tính chia cho các dầm chủ: (4dầm).
DCmc =DCbmc+DC2+DW
(kN/m)
DCmcdn = 10,19+1,463+2,412=14,065
(kN/m)
DCmcdtr = 11,32+1,463+2,681=15,464
(kN/m)
K0: Tải trọng tương đương của hoạt tải thiết kế có kể đến lực xung kích và hệ số
phân bố tải trọng.
K0= gmLL × ((1+IM) × m × ktd+9,3)+ 4,0 × gmPL (kN/m).
Trong đó:
1+IM: Hệ số xung kích được tính như sau:
Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, tác động tĩnh học của xe hai trục thiết kế hay xe
tải thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỉ lệ phần trăm
cho lực xung kích. Hệ số xung kích được lấy bằng: (1+IM/100)
Với IM: Lực xung kích tính bằng phần trăm. Tất cả các trạng thái giới hạn khác trừ
trạng thái giới hạn mỏi và giòn lấy IM = 25%.
Vậy: (1+IM)=1+
25
=1,25
100
1.2m
110KN
31.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
35KN
4.3m
xetaíi thiãú
t kãú
4.775
5.55
145KN
4.3m
5.85
7.8
3.225
145KN
110KN
ktd: Tải trọng tương đương của hoạt tải xe thiết kế ứng với đường ảnh hưởng
dạng tam giác đỉnh ¼ nhịp
9.3KN/m
Hình 1-1: Đường ảnh hưởng mômen tại ¼ nhịp và chất tải bất lợi
n
Ta có: ω×k td = ∑ Pi ×yi
i=1
Suy ra:
3
k td1 = ∑ Pi ×yi /ω = (145.5,85 + 145.3, 225 + 35.4,775) / 91, 26 = 14,66(kN / m)
i=1
Trang5:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
2
k td2 = ∑ Pi ×yi /ω = (110.5,85 + 110.5,55) / 91, 26 = 13,74(kN / m)
i=1
Chọn ktd = max( ktd1, ktd2)=14,66 kN/m
gmLL, gmPL: các hệ số phân bố ngang của hoạt tải theo làn đối với momen.
1.1.2. Hệ số phân bố ngang
* Xác định hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với momen của dầm trong
và dầm ngoài:
1.1.2.1. Hệ số phân bố ngang cho momen:
1.1.2.1.1 Đối với dầm trong:
Vì số dầm chủ Nb =4 nên ta dùng công thức để tính hệ số phân bố ngang.
0.1
0.4
0.3
S S Kg
- Một làn thiết kế chịu tải: mg = 0, 06 +
÷ ÷ 3÷
4300 L Lt s
SI
M
0.4
0.3
0.1
2000
2000
mg = 0, 06 +
÷ x
÷ x ( 1, 0 ) = 0,38
4300
32000
SI
M
0.1
- Hai làn thiết kế chịu tải: mg
MI
M
0.6
0.2
S S Kg
= 0, 075 +
÷ ÷ 3÷
2900 L Lt s
0.6
0.2
2000 2000
mg MI
M = 0, 075 +
÷
÷
2900 32000
( 1, 0 )
0.1
= 0,535
SI
MI
Vậy chọn hệ số phân bố moment cho dầm trong: Max ( mg M , mg M ) = 0,535
1.1.2.1.2Đối với dầm ngoài:
- Một làn thiết kế chịu tải: Dùng nguyên tắt đòn bẩy
Theo đó lấy cân bằng moment đối với gối giả định ta được:
7600
3500
3500
300
300
1800
1200
1800
600
gia?thiê´t la`kho´p
800
2000
1900
Hình 1-2: Đường ảnh hưởng phản lực tại gối R
Trang6:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
R=
P 1900 + 100
÷ = 0,5P
2 2000
- Khi có một làn xe chất tải, hệ số làn xe là 1.2 như vậy hệ số phân bố là:
mgSE
M = 1, 2 ×
0.95 + 0.05
= 0, 6
2
- Hai làn thiết kế chịu tải:
Hệ số điều chỉnh tải trọng:
de= Sk(đoạn hẫng) - Blancan= 800-300=500mm
e = 0, 77 +
de
≥ 1, 0
2800mm
e = 0, 77 +
500
= 0,95 ≤ 1, 0 → dùng e = 1,0
2800
MI
mg ME
M = e × mg M = 1× 0,535 = 0,535
Vậy chọn hệ số phân bố moment cho dầm ngoài:
SE
ME
mgM =Max ( mg M , mg M ) = 0, 6
1.1.2.2 Xác định hệ số phân bố ngang cho lực cắt
1.1.2.2.1 Đối với dầm trong
- Một làn thiết kế chịu tải: mgSIV = 0,36 +
mgSIV = 0,36 +
S
7600
2000
= 0, 623
7600
2
- Hai làn thiết kế chịu tải: mg MI
V = 0, 2 +
S
S
−
÷
3600mm 10700mm
2
mg MI
V = 0, 2 +
2000 2000
−
÷ = 0, 721
3600 10700
SI
MI
Vậy chọn hệ số phân bố lực cắt cho dầm trong: Max ( mg V , mg V ) = 0, 721
1.1.2.2.2. Đối với dầm ngoài:
- Một làn thiết kế chịu tải:
Dùng nguyên tắt đòn bẩy
SE
mgSE
V = mg M = 0, 6
- Hai làn thiết kế chịu tải:
Trang7:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
Hệ số điều chỉnh cho lực cắt dầm ngoài: e = 0, 6 +
GVHD: Đỗ Việt Hải
de
500
= 0, 6 +
= 0, 77
3000
3000
MI
mg ME
V = e × mg V = 0, 77 × 0, 721 = 0,555
Vậy chọn hệ số phân bố lực cắt cho dầm ngoài:
SE
ME
mgV =Max( ( mg V , mg V ) = 0, 6
Bảng 1-4: bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang của moment và lực cắt:
HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG
Moment
Dầm trong
LL
0,535
Dầm ngoài
LL
0,600
Thay các giá trị vào công thức tính K0 ta xác định được:
lực cắt
0,721
0,600
* Đối với dầm biên:
K01= 0,6(1,25 × 1 × 14,66+9,3) = 16,575(kN/m).
* Đối với dầm trong:
K02= 0,535(1,25 × 1 × 14,66+9,3) = 14,779(kN/m).
Thay các giá trị vào công thức N.X-Xtơreletxki, định được:
DCdcb =
DCdctr =
1,75×5×16,575+1,4×5×14,065
×32=1,880(kN/m)
3,45.105
-1,4×5×(1+0,12)×32
78,5
1,75×5×14,779+1,4×5×14,464
×32=1,780(kN/m)
3,45.105
-1,4×5×(1+0,12)×32
78,5
Chọn DCdc= max(DCdcb ,DCdctr)=1,880(kN/m)
Trọng lượng thép dầm chủ của 1 nhịp :
DCdc= 1,88×32×4= 240,64(kN)
Trọng lượng thép của hệ liên kết :
DClk= 0,12 × DCdc= 28,877(kN)
Vậy:
D=A. 3
M
4836,33
=6,5. 3
=1,57(m)
Fy
3,45.105
1.3.1.2. Chọn theo điều kiện độ cứng
Tức là khống chế độ võng của dầm.Theo AASHTO,độ võng do hoạt tải có kể đến
xung kích phải nhỏ hơn 1/800 chiều dài nhịp,nghĩa là :
Δ LL+IM ≤
1
l
800
Điều này sẽ được kiểm tra sau.
Trang8:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
1.3.1.3. Theo diều kiện chống mất ổn định cục bộ:
Chọn và kiểm tra sau
Qua một số yêu cầu của dầm liên hợp ở trên ta chọn tiết diện dầm như sau:
Bảng 1-5.
Cấu kiện
Ký hiệu Kích thước
Chiều rộng bản biên trên
btf
30
Chiều dày bản biên trên
ttf
1,7
Chiều rộng bản biên dưới
bbf
40
Chiều dày bản biên dưới
tbf
2,3
Chiều rộng bản táp
btb
35
Chiều dày bản táp
ttb
1,5
Chiều cao vách dầm
Dw
166
Chiều dày vách dầm
tw
1,7
Chiều cao dầm thép
d
170
Chiều cao phần vút
tvs
10
Chiều dày bản mặt cầu
ts
20
Chiều cao của tiết diện liên hợp
H
190
1.3.2. Xác định chiều rộng có hiệu của bản cánh:
Đơn vị
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm
1.3.2.1. Dầm trong:
Chiều rộng hữu hiệu của bản có thể lấy là giá trị min của 3 giá trị sau:
- chiều dài nhịp
- 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn của bề dày bản bụng dầm
hoặc ½ chiều rộng bản cánh trên của dầm
- Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau.
Vậy: bi ≤ L/4 = 3200/4 = 80(cm)
bi ≤ 12.18+17 = 233(cm)
bi ≤ S=200(cm)
Vậy chiều rộng có hiệu của bản cánh dầm trong là: bi = 200(cm)
1.3.2.2. Dầm ngoài:
Bề rộng hữu hiệu của bản cánh có thể được lấy bằng ½ bề rộng hữu hiệu của dầm
giữa cộng trị số min của các đại lượng sau:
Trang9:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
− 1/8 chiều dài nhịp;
− 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng số lớn hơn của ½ chiều dày vách
hoặc ¼ chiều rộng bản cánh trên của dầm;
− Chiều rộng của phần hẫng.
Vậy: b ≤ L/8 = 3200/8 = 400(cm)
b ≤ 6.18+17/2 = 116,5(cm)
b ≤ 80(cm)
Vậy: b= 80(cm)
Vậy chiều rộng có hiệu của bản cánh dầm biên là: b e = b +
bi
=180(cm)
2
1.3.3. Vật liệu
1.3.3.1. Bê tông bản mặt cầu:
'
Bản mặt cầu BTCT có cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi : f c = 30(MPa);
f c' =0,043.(2400)1,5 30 = 27691, 47(MPa).
Mođuyn đàn hồi : E=0,043γ1,5
c
1.3.3.2. Thép làm dầm
Dầm chủ là dầm tổ hợp hàn được làm từ thép hợp kim thấp cường độ cao
M270M cấp 345có:
-
Cường độ chịu kéo nhỏ nhất Fu = 450(MPa)
-
Cường độ chảy nhỏ nhất Fy =345(MPa)
-
Môđuyn đàn hồi Et=200000(MPa)
-
Hệ số giãn nở nhiệt α =11,7.10-6 mm/mm/oC
Dùng que hàn:E7018- W(thép vật liệu hàn cấp 70 (ksi) )- hàn tay và hàn hồ
quang.
1.3.4. Xác định hệ số quy đổi n
n=
Et
200000
=
=7,22
E b 27691, 47
chọn n=8
− Đối với tải trọng tạm thời: n=8
− Đối với tải trọng dài hạn: 3n=3 × 8=24
1.4. TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT DẦM.
1.4.1. Đối với mặt cắt nguyên
Diện tích mặt cắt nguyên: A NC =Btf .t tf +Bbf .t bf +Btb .t tb +D w .t w
Mômen tĩnh của mặt cắt đối với mép dưới cùng của mặt cắt:
Trang10
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
S NC =b tf .t tf (D-
GVHD: Đỗ Việt Hải
t tf
t
t
D
)+b bf .t bf (t tb + bf )+b tb .t tb ( tb )+D w .t w ( w +t bf +t tb )
2
2
2
2
Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ chịu kéo và chịu nén xa nhất:
ybNC = a =
Q NC t
; y NC = d-y bNC .
A NC
Momen quán tính của mặt cắt so với trục trung hòa:
b tf .t 3tf
.t
b .t 3
.t
b .t 3
.t
+b tf .t tf (ytNC - tf ) 2 + bf bf +Bfb .t fb (Yb -t tb - bf ) 2 + tb tb +b tb .t tb (Yb - bf ) 2 +
12
2
12
2
12
2
3
D .t
.D
+ w w +D w .t w (ybNC - w -t tb -t bf ) 2
12
2
I NC =
Mômen kháng uốn của tiết diện dầm thép tính đối với mép trên và mép dưới là:
StNC =
I NC
;
ytNC
SbNC =
I NC
;
ybNC
23
17
1660
1700
17
300
400
Hình 1-4: tiết diện dầm thép
Bảng 1-6. Bảng kết quả tính toán các giá trị.
CÁC TÍNH CHẤT CỦA TD KHÔNG LIÊN HỢP
Kết quả
Đơn vị
Diện tích dầm thép As
4.25E+02
cm2
Moment tĩnh đối với trục X_X: Sx
Khoảng cách từ TTH đền đỉnh dầm thép:Y
3.95E+04
9.29E+01
cm 3
cm
Khoảng cách từ TTH đền mép trên dầm thép:Yt
-9.29E+01
cm
Khoảng cách từ TTH đền mép dưới dầm thép:Yd
7.71E+01
cm
Moment quán tính đối với trục X_X: Ix
5.30E+06
cm 4
Moment quán tính dối với trục TH INC
1.63E+06
cm 4
Trang11
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Moment tĩnh của 1/2 tiết diện St
-1.76E+04
cm 3
Moment tĩnh của 1/2 tiết diện Sd
2.11E+04
cm 3
1.4.2. Mặt cắt liên hợp dài hạn: (3n=24)
Diện tích mặt cắt liên hợp:
A LT =A NC +b e .t s )/3n
Momen tĩnh của mặt cắt đối với mép dưới cùng của mặt cắt:
SLT =Sy +(be .t s .(D+t vs +
ts
))/3n
2
Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ chịu kéo và chịu nén xa nhất:
ybLT =
SLT t
;y LT =d-ybLT ; ytcLT =ytLT + th + ts
A LT
Momen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn:
I LT =I NC +A NC .(ytNC -y tLT ) 2 +(
be .t 3s
.t
+b e .t s (D+t vs + s -y bLT ) 2 )/3n
12
2
Mômen tĩnh của nữa tiết diện so với trục trung hoà :
SbLT =
I LT tc I LT
;SLT = tc
ybLT
y LT
200
x
2000
300
x
LT
NC
23
LT 17
NC
1660
1700
I LT
;
ytLT
17
StLT =
400
Hình 1-5: tiết diện dầm thép dài hạn
Bảng 1-7. kết quả tính toán các giá trị.
CÁC TÍNH CHẤT CỦA TD DÀI HẠN, 3n=24
Kết quả
Đơn vị
Diện tích liên hợp As
6.11E+02
cm2
Moment tĩnh đối với trục X_X: Sx
Khoảng cách từ TTH đền trục X_X: Y
3.61E+04
5.92E+01
cm 3
cm
Khoảng cách từ TTH đền mép trên dầm thép:Yt
-5.92E+01
cm
Khoảng cách từ TTH đền mép dưới dầm thép:Yd
1.108E+02
cm
Trang12
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Moment quán tính đối với trục X_X: Ix
5.37E+06
cm 4
Moment quán tính dối với trục TH ILT
3.23E+06
cm 4
Moment tĩnh của 1/2 tiết diện St
-5.45E+04
cm 3
Moment tĩnh của 1/2 tiết diện Sd
1.4.3. Mặt cắt liên hợp ngắn hạn:(n=8)
2.91E+04
cm 3
Diện tích mặt cắt liên hợp:
AST =A NC +b e .t s )/n
Momen tĩnh của mặt cắt đối với mép dưới cùng của mặt cắt:
SST =Sy +(b e .t s .(D+t vs +
ts
))/n
2
Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ chịu kéo và chịu nén xa nhất:
ybST =
SST t
;y ST =d-ybST ; ytcST =y tST + th + ts
AST
Momen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn:
IST =I NC +A NC .(y tNC -y tST ) 2 +(
b e .t 3s
.t
+b e .t s (D+t vs + s -y bST ) 2 )/n
12
2
Mômen tĩnh của nữa tiết diện so với trục trung hoà :
t
SST
=
IST
;
ytST
b
SST
=
IST tc IST
;SST = tc
ybST
y ST
x
ST
LT 17
NC
x
ST
LT
NC
23
1660
1700
17
200
2000
300
400
Hình 1-6: tiết diện dầm thép ngắn hạn
Bảng 1-8. kết quả tính toán các giá trị
CÁC TÍNH CHẤT CỦA TD NGẮN HẠN, n=8
Kết quả
Đơn vị
Diện tích liên hợp As
Moment tĩnh đối với trục X_X: Sx
Khoảng cách từ TTH đền trục X_X: Y
Khoảng cách từ TTH đền mép trên dầm thép:Yt
9.81E+02
2.95E+04
3.00E+01
-3.00E+01
cm2
cm 3
cm
cm
Khoảng cách từ TTH đền mép dưới dầm thép:Yd
1.40E+02
cm
Trang13
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Moment quán tính đối với trục X_X: Ix
5.31E+06
cm 4
Moment quán tính dối với trục TH IST
4.43E+06
cm 4
Moment tĩnh của 1/2 tiết diện St
-1.47E+05
cm 3
Moment tĩnh của 1/2 tiết diện Sd
1.5. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
3.16E+04
cm 3
1.5.1. Xác định hệ số phân bố ngang của hoạt tải:
Từ các thông số của tiết diện dầm đã chọn ta đi xác định lại hệ số phân bố ngang
của hoạt tải để thiết kế kỹ thuật.
1.5.1.1. Xác định hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với momen của dầm trong và
dầm ngoài:
1.5.1.1.1. Đối với dầm trong:
− Khi có một làn xe chất tải:
g m1 = 0, 06 + (
S 0,4 S 0,3 K g 0,1
) ( ) ( 3 )
4300
L
Lt s
Trong đó:
S: Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2000mm;
L: Chiều dài nhịp tính toán L=32000mm.
Kg: Tham số độ cứng dọc
ts:bề dày bản bê tông ts=200mm
+ Khi thiết kế kỹ thuật hệ số
Kg
Lt 3s
được tính như sau:
2
Kg:được xác định theo công thức: K g =n(I+Aeg )
n =8
: hệ số quy đổi vật liệu
I1=1.63E+06 cm4
: momen quán tính dầm
A=4.25E+02cm2
: diện tích dầm dọc chủ
eg=112,90cm
: cự li giữa trọng tâm của dầm và bản mặt cầu
Vậy:
Kg
Lt 3s
=
8(1630000 + 425 ×112,92 )
= 2, 202
3200 × 203
Suy ra gm1= g m1 = 0, 06 + (
2000 0,4 2000 0,3
) x(
) x2,2020,1 =0,407
4300
32000
− Khi có hai hoặc nhiều làn xe chất tải:
gm2 = 0, 075 + (
S 0,6 S 0,2 K g 0,1
) ( ) ( 3 ) = 0,578
2900
L
Lt s
Trang14
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
= 0, 075 + (
GVHD: Đỗ Việt Hải
2000 0,6 2000 0,2
) x(
) x2,2020,1 = 0,572
2900
32000
1.5.1.1.2. Đối với dầm ngoài:
− Trường hợp 1: Có hoạt tải đoàn người và xe chạy phía trong vạch sơn.
+ Khi có một làn xe chất tải: dùng phương pháp đòn bẩy (đã tính );
+ Khi có hai hoặc nhiều làn xe chất tải: không áp dụng;
+ Với tải trọng người đi:dùng phương pháp đòn bẩy (đã tính).
− Trường hợp 2: Xe chạy lấn qua lề đi bộ, không có hoạt tải đoàn người.
+ Khi có một làn xe chất tải: dùng phương pháp đònbẩy (đã tính)
+ Khi có hai hoặc nhiều làn xe chất tải:
gm2=e.gm(trong)
với e=0, 77+
de
500
=0, 77+
®
2800
2800
Trong đó: de = 500mm là khoảng cách từ tim dầm chủ ngoài cùng đến mép trong
của lan can.
Suy ra g m2 =e.g m(trong) =(0, 77+
500
).0,572= 0,542
2800
Bảng 1-9. Kết hợp với những giá trị đã tính ở phần sơ bộ ta có bảng sau:
Momen
Một làn
Hai hay
nhiều làn
HSPBN
tính toán
Dầm trong
0,407
0,572
0,572
Dầm ngoài(TH1)
0,60
KAD
0,60
Dầm ngoài(TH2)
0,535
0,508
0,535
1.5.1.2. Xác định hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt của dầm trong và
dầm ngoài:
1.5.1.2.1. Đối với dầm trong:
- Một làn thiết kế chịu tải: mgSIV = 0.36 +
mgSIV = 0.36 +
S
7600
2000
= 0.623
7600
2
- Hai làn thiết kế chịu tải: mg
MI
V
S
S
= 0.2 +
−
÷
3600mm 10700mm
Trang15
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
2
mg MI
V = 0.2 +
2000 2000
−
÷ = 0.721
3600 10700
SI
MI
Vậy chọn hệ số phân bố lực cắt cho dầm trong: Max ( mg V , mg V ) = 0.721
1.5.1.2.2. Đối với dầm ngoài:
- Một làn thiết kế chịu tải:
Dùng nguyên tắt đòn bẩy
SE
mgSE
V = mg M = 0.6
- Hai làn thiết kế chịu tải:
Hệ số điều chỉnh cho lực cắt dầm ngoài: e = 0.6 +
de
500
= 0.6 +
= 0.77
3000
3000
MI
mg ME
V = e × mg V = 0.77 × 0.721 = 0.555
Vậy chọn hệ số phân bố lực cắt cho dầm ngoài:
SE
ME
mgV =Max( ( mg V , mg V ) = 0.6
Bảng 1-10. hệ số phân bố ngang cho momen và lực cắt
HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG
Dầm trong
LL
Dầm ngoài
LL
1.5.2. Xác định tĩnh tải và hoạt tải
Moment
0.535
0.6
lực cắt
0.721
0.6
1.5.2.1. Tĩnh tải tác dụng lên 1m dầm chủ
Dựa vào hệ số phân phối ngang cho mômen của hoạt tải dùng cho phần thiết kế kỹ
thuật đã tính ở trên ta đi xác định lại được trọng lượng thép trên 1m dầm chủ giữa,
trọng lượng thép trên 1m dầm biên không thay đổi.
Bảng 1-11. Bảng các giá trị tĩnh tải
TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM TRONG
Loại lực
w (kN/m)
Trọng lượng dầm và bản D1
14.147
Lớp phủ mặt cầu D2
3.311
Lan can D3
1.036
TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM NGOÀI
Loại lực
w (kN/m)
Trọng lượng dầm và bản D1
13.202
Trang16
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Lớp phủ mặt cầu D2
Lan can D3
1.5.2.2. Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:
2.98
1.036
* Dầm trong:
Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn .
* Dầm ngoài:
Trường hợp 1: Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn.
1.6. TÍNH NỘI LỰC DẦM CHỦ THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN
1.6.1. Bảng các hệ số tải trọng
Bảng 1-12. Bảng hệ số tải trọng
Loại tải trọng
DC
DW
Hoạt tải
TTGH cường độ I
Max
Min
1,25
1,5
1,75
0,9
0,65
1,35
TTGH
TTGH
sử dụng
1.0
1.0
1.0
mỏi
0
0
0,75
Bảng 1-13. Bảng hệ số điều chỉnh tải trọng
Hệ số
Cường độ
Sử dụng
Mỏi
Tính dẻo ηD
1.0
1.0
1.0
Tính dư ηR
1.0
1.0
1.0
Tính quan trọng ηI
1.0
KAD
KAD
Tích η = ηD .ηR ηI
1.0
1.0
1.0
Bảng 1-14. Hệ số làn xe:
Số là xe
1
2
Hệ số làn xe
(m)
1,2
1,0
Bảng 1-15. Bảng hệ số xung kích IM (%):
Bộ phận công trình
Mối nối bản mặt cầu(tất cả các trạng thái giới hạn)
IM (%)
75
Trang17
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
TTGH Mỏi
Tất cả các TTGH khác
Tất cả kết cấu khác
15
25
1.6.2. Nội lực dầm chủ do tải trọng gây ra
Ta đi xác định nội lực dầm chủ do tĩnh tải và hoạt tải gây ra tại vị trí giữa nhịp đối
với momen và tại vị trí gối đối với lực cắt của dầm trong và dầm ngoài.
1.6.2.1. Nội lực dầm chủ do tĩnh tải:
− Đối với momen:
+ TTGH cường độ 1: Mu = (1,25.DC1+1,25.DC2+1,5DW). |ΩM|(kN.m)
+ TTGH sử dụng: Mu = (DC1+DC2+DW).|ΩM|(kN.m)
− Đối với lực cắt:
+ TTGH cường độ: Vu = (1,25.DC1+1,25.DC2+1,5DW).(|Ω+v| – |Ω-v|)
+ - TTGH SD: Vu = (DC1+DC2+DW).(|Ω+v| – |Ω-v|)
1.6.2.2. Nội lực dầm chủ do hoạt tải:
Đối với momen:
Hoạt tải xe thiết kế + tải trọng làn + hoạt tải người
− TTGH CĐ 1:
n
Mu=1,75.[gmLL.((1+IM).0,65 ∑ Pi yi +9,3.ΩM)+ gmPL.4,0. ΩM](kN.m)
i=1
− TTGH SD:
n
Mu=1. [gmLL.((1+IM).0,65 ∑ Pi yi +9,3.ΩM)+gmPL.4,0.ΩM](kN.m)
i=1
Đối với lực cắt:
− TTGH CĐ 1:
n
Vu=1,75.[gvLL.((1+IM).0,65 ∑ (Pi ×yi ) +9,3.Ω+v)+ gvPL.4,0.Ω+v](kN)
i=1
n
− TTGH SD: Vu=1. [gvLL.((1+IM).0,65 ∑ (Pi ×yi ) +9,3.Ω+v)+gvPL.4,0.Ω+v](kN)
i=1
Đ.a.h moment và cách sắp xếp tải trọng như sau
Trang18
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
D3
D2
D1
31.2m
110KN
110KN
1.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
4.3m
35KN
145KN
145KN
4.3m
xetaíi thiãú
t kãú
9.3KN/m
Đường ảnh hưởng moment tại vị trí gối
D3
D2
D1
31.2m
110KN
110KN
1.2m
xe2truû
c thiãú
t kãú
4.3m
xetaíi thiãú
t kãú
2.338
2.875
35KN
145KN
3.413
3.263
3.9
145KN
4.3m
9.3KN/m
Đường ảnh hưởng moment tại vị trí L/8
D3
D2
110KN
31.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
35KN
4.3m
xetaíi thiãú
t kãú
4.775
5.55
145KN 110KN
4.3m
5.85
7.8
3.225
145KN
D1
1.2m
9.3KN/m
Đường ảnh hưởng moment tại vị trí L/4
Trang19
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
D3
D2
110KN
31.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
5.708
xetaíi thiãú
t kãú
9.3KN/m
11.7
7.323
35KN
4.3m
6.872
145KN 110KN
4.3m
4.632
145KN
D1
1.2m
Đường ảnh hưởng moment tại vị trí 3L/8
D3
D2
D1
xe2 truû
c thiãú
t kãú
xetaíi thiãú
t kãú
5.65
35KN
4.3m
7.8
15.6
5.65
145KN
4.3m
110KN
1.2m
7.2
145KN 110KN
31.2m
9.3KN/m
Đường ảnh hưởng moment tại vị trí L/2
Đ.a.h lực cắt và cách sắp xếp tải trọng như sau:
D3
D2
110KN
31.2m
4.3m
35KN
4.3m
145KN
145KN 110KN
D1
1.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
xetaíi thiãú
t kãú
0.739
0.870
0.964
1
D3
9.3KN/m
Trang20
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí gối
D3
D2
110KN
31.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
35KN
145KN
4.3m
xetaíi thiãú
t kãú
0.614
0.745
0.125
4.3m
0.875
0.839
1
145KN 110KN
D1
1.2m
9.3KN/m
Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí L/8
D3
D2
110KN
31.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
xetaíi thiãú
t kãú
0.489
35KN
145KN
4.3m
0.62
0.25
4.3m
0.75
0.714
1
145KN 110KN
D1
1.2m
9.3KN/m
Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí 3L/4
D3
D2
D1
110KN
1.2m
xe2 truû
c thiãú
t kãú
35KN
4.3m
xetaíi thiãú
t kãú
9.3KN/m
1
0.495
145KN
4.3m
0.364
0.6250.375145KN 110KN
0.589
31.2m
Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí 3L/8
Trang21
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
D3
D2
D1
110KN
1.2m
35KN
xe2truû
c thiãú
t kãú
xetaíi thiãú
t kãú
0.239
4.3m
145KN
4.3m
9.3KN/m
0.37
1
0.5
0.464
0.5
145KN 110KN
31.2m
Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí L/2
Kết quả tính toán được thực hiện thông qua bảng tính:
Bảng 1-16. Bảng tính diện tích đường ảnh hưởng
Các trị số để tính diện tích đah
Diện tích đah
Nội
lực
l(m)
x
l-x
y
M0
31.2
0
31.2
0
0
0
Ml/8
31.2
3.9
27.3
3.413
53.235
53.235
Ml/4
31.2
7.8
23.4
5.850
91.260
91.260
M3l/8
31.2
11.7
19.5
7.313
114.075
114.075
Ml/2
31.2
15.6
15.6
7.800
121.680
121.680
V0
31.2
0
31.2
1
0
15.6
0
15.6
Vl/8
31.2
3.9
27.3
0.875
0.125
11.944
-0.244
11.7
Vl/4
31.2
7.8
23.4
0.75
0.25
8.775
-0.975
7.8
V3l/8
31.2
11.7
19.5
0.625
0.375
6.094
-2.194
3.9
Vl/2
31.2
15.6
15.6
0.5
0.5
3.900
-3.900
0
y1
y2
Ω +v
ΩM
Ω-v
∑Ω
Bảng 1-17. Bảng tính toán momen do tĩnh tải giai đoạn 1: DC1
Momen
DC1
Diện tích
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
M(kN.m
)
(kN/m)
(m2)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
M0
13.202
0
0
0
0
0
Ml/8
13.202
53.235
941.39
878.51
753.12
702.81
Ml/4
13.202
91.260
1613.82
1506.02
1291.06
1204.81
Trang22
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
M3l/8
13.202
114.075
2017.27
1882.52
1613.82
1506.02
Ml/2
13.202
121.680
2151.76
2008.02
1721.41
1606.42
Bảng 1-18. Bảng tính toán momen do tĩnh tải giai đoạn 2: DC2
Momen
DC2
Diện tích
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
M(kN.m
)
(kN/m)
(m2)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
M0
2.98
0
0
0
0
0
Ml/8
2.98
53.235
220.33
198.30
176.26
158.64
Ml/4
2.98
91.26
377.70
339.94
302.16
271.95
M3l/8
2.98
114.075
472.13
424.93
377.70
339.94
Ml/2
2.98
121.68
503.60
453.26
402.88
362.61
Bảng 1-19. Bảng tính toán momen do tĩnh tải giai đoạn 2: DW
Momen
DW
Diện tích
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
M(kN.m
)
(kN/m)
(m2)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
M0
1.036
0
0
0
0
0
Ml/8
1.036
53.235
82.73
82.73
55.15
55.15
Ml/4
1.036
91.26
141.82
141.82
94.55
94.55
M3l/8
1.036
114.075
177.27
177.27
118.18
118.18
Ml/2
1.036
121.68
189.09
189.09
126.06
126.06
Bảng 1-20. Bảng tổng kết momen do tĩnh tải gây ra:
Tổng
momen do
tĩnh tải
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
M(kN.m
)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
M0
0
0
0
0
Ml/8
1244.45
1159.54
984.53
916.60
Ml/4
2133.34
1987.78
1687.76
1571.31
M3l/8
2666.67
2484.72
2109.70
1964.14
Ml/2
2844.45
2650.37
2250.35
2095.09
Bảng 1-21. Bảng tính toán lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 1: DC1
Lực cắt
DC1
Diện tích
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
Trang23
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
V(kN)
(kN/m)
(m2)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
V0
13.202
15.6
275.87
257.44
220.69
205.95
Vl/8
13.202
11.7
208.11
194.21
165.52
154.46
Vl/4
13.202
7.8
142.76
133.22
110.35
102.98
V3l/8
13.202
3.9
79.83
74.50
55.17
51.49
Vl/2
13.202
0
19.31
18.02
0.00
0.00
Bảng 1-22. Bảng tính toán lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 2: DC2
Lực cắt
DC2
Diện tích
2
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
V(kN)
(kN/m)
(m )
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
V0
2.98
15.6
64.56
58.11
46.49
46.49
Vl/8
2.98
11.7
48.71
43.84
34.87
34.87
Vl/4
2.98
7.8
33.41
30.07
23.24
23.24
V3l/8
2.98
3.9
18.68
16.82
11.62
11.62
Vl/2
2.98
0
4.52
4.07
0.00
0.00
Bảng 1-23. Bảng tính toán lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 2: DW
Lực cắt
DW
Diện tích
2
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
V(kN)
(kN/m)
(m )
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
V0
1.036
15.6
24.24
24.24
16.16
16.16
Vl/8
1.036
11.7
18.40
18.40
12.12
12.12
Vl/4
1.036
7.8
12.98
12.98
8.08
8.08
V3l/8
1.036
3.9
7.99
7.99
4.04
4.04
Vl/2
1.036
0
3.43
3.43
0.00
0.00
Bảng 1-24. Bảng tổng kết lực cắt do tĩnh tải gây ra:
Tổng lực
cắt do tĩnh
tải
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
V(kN.m)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
V0
364.67
339.79
283.34
268.60
Vl/8
275.21
256.44
212.51
201.45
Vl/4
189.15
176.28
141.67
134.30
Trang24
:
Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép
GVHD: Đỗ Việt Hải
V3l/8
106.50
99.30
70.84
67.15
Vl/2
27.26
25.52
0.00
0.00
Bảng 1-25. Bảng xác định tung độ đường ảnh hưởng và tải trọng xe:
Các giá trị tung độ đah và tải trọng trục xe
Pi(kN)
Tải trọng
145
145
35
110
110
y1
y2
y3
y1
y2
0
0
0
0
0
yi
NL
M0
Xe 3 trục
0
3
Xe 2 tr
2
0
Ml/8
3.413
2.875
2.338
3.413
3.263
(kN.m)
∑ P y993.50
Ml/4
5.850
4.775
3.700
5.850
5.550
1670.13
1254.0
M3l/8
4.625
7.313
5.700
7.313
6.863
2048.69
1559.2
Ml/2
5.650
7.800
5.650
7.800
7.200
2148.00
1650.0
V0
1
0.862
0.724
1
0.962
295.37
215.7
Vl/8
0.875
0.737
0.599
0.875
0.837
254.74
188.2
Vl/4
0.750
0.612
0.474
0.750
0.712
214.12
160.7
V3l/8
0.625
0.487
0.349
0.625
0.587
173.49
133.2
Vl/2
0.500
0.362
0.224
0.500
0.462
132.87
105.7
i
i
i=1
Bảng 1-26. Bảng tính toán momen do hoạt tải xe 3 trục gây ra
11
M(kN.m
)
Diện tích
3
Py
∑
i
i
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
(m2)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
i=1
M0
0
0
0
0
0
0
Ml/8
993.50
53.235
1626.23
1823.81
929.27
1042.18
Ml/4
1670.13
91.26
2749.18
3083.19
1570.96
1761.82
M3l/8
2048.69
114.075
3390.87
3802.84
1937.64
2173.05
Ml/2
2148.00
121.68
3573.31
4007.46
2041.89
2289.97
Bảng 1-27. Bảng tính toán momen do hoạt tải xe 2 trục gây ra
Momen
2
∑Py
i
M(kN.m)
i
i=1
Diện
tích
THGH cường độ I
TTGH sử dụng
(m2)
Dầm trong
Dầm ngoài
Dầm trong
Dầm ngoài
M0
0
0
0
0
0
0
Ml/8
734.25
53.235
1322.83
1483.54
755.90
847.74
Ml/4
1254.00
91.260
2262.18
2537.03
1292.68
1449.73
Trang25
:
Py
∑734.2
i
i
i=1
