đồ án thiết kế cầu thép
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (616.75 KB, 69 trang )
1
Chương 1
LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ
1.1 Sơ bộ chọn dạng mặt cắt ngang (MCN) và tiết diện dầm .
1.1.1 Cơ sở tính toán .
Thiết kế dầm thép chịu uốn theo:
- Trạng thái giới hạn (TTGH) về cường độ.
- TTGH sử dụng để kiểm tra độ võng.
- TTGH mỏi và nứt gãy cho các chi tiết.
- Yêu cầu mỏi cho vách.
- Tính khả thi của cấu tạo.
1.1.2 Chọn dạng mặt cắt ngang và chiều dài tính toán .
1.1.2.1. Chiều dài nhịp tính toán.
- Chiều dài tính toán cầu dầm giản đơn 1 nhịp: Ltt = 37 m
1.1.2.2. Số lượng dầm chủ.
Các thông số thiết kế gồm:
- Chiều rộng phần xe chạy:
B1 = 7 m
- Chiều rộng phần người đi bộ:
B2 = 1,5 m
- Chiều rộng cột lan can:
B3 = 0,25 m
- Chọn dạng bố trí người đi bộ cùng mức với phần xe chạy, gờ chắn bánh xe để
phân cách làn xe và người đi bộ.
- Chiều rộng gờ chắn:
B4 = 0,25 m.
- Chiều rộng toàn cầu được xác định theo công thức:
B = B1 + 2B2 + 2B3 + 2B4 = 7 + 2.1,5 + 2.0,25 + 2.0,25 = 11 m
- Số lượng dầm chủ: Nb = 5
- Khoảng cách S giữa các dầm chủ:
S = B/Nb = 11/5 = 2,20 m.→ Chọn S = 2,20 m
- Phần cánh hẫng:
Sk = (11,0-2,20*4)/2 = 1,10 (m)
2
1.1.2.3. Chọn kiểu dầm chủ.
-
Chọn kiểu dầm thép tổ hợp chữ I. Thép sử dụng là thép hợp kim thấp cường độ
cao M270M cấp 345, có cường độ chảy min Fy = 345(MPa), cường độ kéo min
Fu = 450MPa, theo mục 6.4.1[1]
Mô đun đàn hồi của thép thường Es = 200000 MPa.
-
Bêtông sử dụng cho bản mặt cầu là bêtông có fc’ = 30 MPa.
-
Thép đường hàn là thép cơ bản A572/M270M cấp 345.
1.1.2.4. Bố trí dầm chủ trên mặt cắt ngang.
½ MẶT CẮT NGANG CẦU TL:1/50
250
1500
250
2200
2200
200 250
250
750
3500
1100
Hình 1.1: Sơ đồ bố trí chung mặt cắt ngang cầu.
1.1.2.5. Các lớp phủ mặt cầu.
Các lớp mặt cầu được chọn như sau:
- Lớp phủ asphan:
0.07 m
- Lớp phòng nước:
0.05 m
1.1.2.6. Chiều dày bản mặt cầu.
Các yêu cầu về cấu tạo bản mặt cầu:
- Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT được quy định ở điều 9.7.1.1[1] là
175mm (không kể lớp hao mòn).
- Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêm lớp hao mòn 15mm.
- Đối với bảng hẫng của dầm ngoài cùng do phải thiết kế chịu tải trọng va chạm
rào chắn nên chiều dày bản phải tăng lên 25mm (chiều dày tối thiểu ở mút hẫng
là 200mm).
→ Chọn chiều dày bản mặt cầu ts = 200mm.
3
1.1.3. Sơ bộ chọn tiết diện dầm.
-
Theo 22TCN272-05
Chiều cao của toàn bộ dầm thép không liên hợp với bản bêtông cốt thép được lấy
như sau:
h 1
⇒ h ≥ 0,04x37 = 1,48 m chọn d = 1,8 m.
≥
L 25
-
Ta có chiều cao vách dầm: D=0,95d = 0,95.1,8= 1,710 (m). Chọn D = 1,740 m.
-
Từ điều kiện: b f ≥ D / 6 = 1740 / 6 = 290(mm)
Chọn bản biên có: b f = 400mm
Từ điều kiện: b f / 2t f ≤ 12 → t f ≥ b f / 24 = 400 / 24 = 16,67 → t f = 30mm
Chiều dày vách:
từ điều kiện: t f ≥ 1,1t w → t w ≤ t f / 1,1 = 30 / 1,1 = 27,3mm → t w = 16mm
Bảng 1.1: Kích thước tiết diện dầm chủ.
Thông số
Ký hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều cao dầm chủ
d
1.800
mm
Bề dày bản biên
30
mm
tf
-
Chiều cao vách
Bề dày vách
Bề rộng bản biên
D
tw
bf
1.740
16
400
30
200
400
mm
mm
mm
30
1800
1740
16
400
Hình 1.2: Cấu tạo mặt cắt ngang dầm chủ.
4
Chương 2
TÍNH TOÁN NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ
2.1. Số liệu đầu vào
- Khoảng cách giữa các dầm chủ: S = 2200 mm.
- Số lượng dầm chủ: Nb = 5 dầm.
- Kiểu dầm chủ: Dầm thép chữ I.
2.1.1. Các yếu tố mặt cắt ngang và đặc tính cơ học của vật liệu
+ Đối với cầu dầm thép không liên hợp thì các yều tố của mặt cắt ngang cầu có
liên quan, có quan hệ mật thiết đến nhau: số lượng dầm, khoảng cách dầm là
những yếu tố có liên quan mật thiết với nhau, theo kinh nghiệm thì cho thấy
rằng việc bố trí khoảng cách dầm lớn, số lượng dầm chủ ít thì kinh tế hơn so
với việc ta bố trí nhiều dầm chủ.
+ Chọn thép làm dầm: Loại thép công trình cấp 345 có:
-
Cường độ chịu kéo:
fu= 450 MPa.
-
Cường độ chảy:
fy = 345 MPa.
-
Mô đun đàn hồi:
ES = 2.105 MPa.
-
Trọng lượng riêng:
γS = 7850 kg/m3 = 78,5 kN/m3
+ Bản mặt cầu BTCT có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày : fc' = 30 MPa .
Mô đuyn đàn hồi : Ec = 0,043. γ c1,5 . f c'
= 0,043. 24001,5 . 30 = 27690(MPa)
2.1.2. Ảnh hưởng của tải trọng.
2.1.2.1. Ảnh hưởng của tĩnh tải.
Bảng 2.1: Các hệ số tải trọng cho tĩnh tải:
Loại tải trọng
Cấu kiện và các thiết bị phụ (DC)
Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích (DW)
Hệ số tải trọng (γp)
Lớn nhất
Nhỏ nhất
1,25
0,90
1,50
0,65
5
2.1.2.2. Ảnh hưởng của hoạt tải
-
Hệ số xung kích IM(%) theo mục 3.6.2.1[1].
Bảng 2.2: Hệ số xung kích IM ở các TTGH
Kết cấu
Mối nối bản mặt cầu
TTGH Mỏi và đứt gãy
Các TTGH khác
-
IM (%).
75
15
25
Hệ số làn xe theo mục 3.6.1.1.2[1].
Bảng 2.3. Hệ số làn xe
Số là xe Hệ số là xe (m)
1
1,2
2
1,0
3
0.85
>3
0,65
2.1.3. Hệ số sức kháng
Đối với TTGH cường độ hệ số sức kháng φ phải lấy theo mục 6.5.4.2[1].
- Đối với uốn: φf = 1,00
- Đối với cắt: φv = 1,00
Các TTGH không thuộc TTGH cường độ: φ = 1,00
2.1.4. Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng cho các trạng thái giới hạn
-
Hệ số biến đổi tải trọng là hệ số đưa vào tính toán có liên quan đến tính dẻo,
tính dư, và tầm quan trọng của cầu.
η = ηD .ηR .ηL 0,95
Trong đó:
D - hệ số liên quan đến tính dẻo.
R - hệ số liên quan đến tính dư.
L - hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác.
-
Với tất cả các trạng thái giới hạn không phải là trạng thái giới hạn cường độ
D = R = 1,0.
6
Bảng 2.4. Bảng xác định :
D
Theo mục
1.3.3[1]
Cường độ
1,0
Sử dụng
1,0
Mỏi
1,0
R
1.3.4[1]
1,0
1,0
1,0
L
1.3.6[1]
1,0
-
-
1.3.2.1[1]
1,0
1,0
1,0
2.1.5. Chọn tổ hợp tải trọng tác dụng
2.1.5.1. TTGH cường độ:
TTGH cường độ là tổ hợp tải trọng xét khi trên cầu có xe và không có gió.
U = {1,25DC + 1,5DW + 1,75(LL+IM+PL)}.
DC: tĩnh tải các bộ phận của kết cấu và liên kết.
DW: trọng lượng của các lớp mặt cầu và thiết bị trên cầu.
LL: hoạt tải xe cộ.
IM: lực xung kích của xe cộ.
PL : tải trọng đoàn người.
2.1.5.2. Trạng thái giới hạn về mặt sử dụng
U = {1,0(DC + DW) + 1,3(LL+IM+PL)}
2.1.5.3. Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy:
U = 0,75(LL+IM).
2.2. Tính toán
2.2.1. Tính toán đặc trưng hình học.
Từ kích thước hình học được xác định như bảng 1.1 , ta tính toán các đặc trưng hình
học của dầm thép, kết quả ghi ở bảng 2.5.
Bảng 2.5: Xác định đặc trưng hình học.
Thông số
Ký hiệu
Giá trị
Đơn vị
Diện tích dầm chủ
A
51.840
mm2
Mô men tĩnh
Q
46.656.000
mm3
yt
900
mm
Mô men quán tính
I
25.823.232.000
mm4
Mô men kháng uốn
S
28.692.480
mm3
2.2.2. Tính nội lực do hoạt tải.
2.2.2.1. Chọn số lượng làn xe theo mục 3.6.1.1.1.[1].
Theo AASHTO thì số làn xe là phần nguyên của tỉ số giữa bề rộng cầu và
3500mm (bề rộng của 1 làn xe).
7
W
7000
= phần nguyên
=2,0
NL = phần nguyên
3500
3500
chọn 2 làn.
2.2.2.2. Xác định tham số độ cứng dọc.
Bảng 2.6: Xác định tham số độ cứng dọc.
Thông số
Bề rộng bản mặt cầu
Chiều dài nhịp tính toán
Chiều dày bản mặt cầu
Số dầm chủ
Khoảng cách hai dầm chủ
Chiều dài bản hẫng
Hệ số chuyển đổi bê tông sang thép
Khoảng cách từ trọng tâm của dầm
cơ bản và bản mặt cầu
Tham số độ cứng dọc
Ký hiệu
B
Ltt
ts
N
S
Sk
n
Giá trị
11.000
37.000
200
5
2.200
1100
8
Đơn vị
mm
mm
mm
eg
0
mm
Kg
20,66*1010
mm4
mm
mm
2.2.2.3. Xác định hệ số phân bố mô men và lực cắt cho dầm giữa.
-
Sử dụng phương pháp AASHTO ,tính toán tương tụ như mục 5.4.1[2] , kết quả
hệ số phân bố ngang mô men và lực cắt cho dầm giữa được ghi trong bảng 2.7.
-
Mặt cắt ngang cầu ở hình 1.1 có dạng mặt cắt ngang loại a trong bảng 1.20[2].
Do vậy , dựa vào bảng 1.21[2] và bảng 1.23[2] các điều kiện áp dụng để tính
hệ số phân bố cần được kiểm tra:
1100 ≤ S = 2200 ≤ 4900mm
6000 ≤ L = 37000 ≤ 73000
,110 ≤ t s = 200 ≤ 300mm
, Nb = 5 ≥ 4
4 x10 9 ≤ K g = 20,66 *1010 ≤ 3 x1012 mm 4 → OK
Bảng 2.7: Hệ số phân bố ngang mô men và lực cắt cho dầm giữa.
Mô men
Lực cắt
Một làn chất tải
0,376
0,649
Hai làn trở lên
0,540
0,769
2.2.2.4. Xác định hệ số phân bố mô men và lực cắt cho dầm biên.
-
Sử dụng phương pháp đòn bẩy , tính toán tương tự như mục 5.4.2[2] , kết quả
hệ số phân bố ngang mô men và lực cắt cho dầm biên được ghi trong bảng 2.8.
2.2.2.4.1. Xác định hệ số phân bố mô men cho dầm biên.
-
8
Hệ số phân bố ngang đối với một làn xe chất tải được tính theo phương pháp
đòn bẩy. Hình 2.1 thể hiện cách tính hệ số phân bố cho dầm biên thông qua việc
xác định áp lực lên dầm biên do hoạt tải được đặt tại vị trí sao cho bất lợi nhất.
1100
1800
600
250
1500
250
145kN
0,705
Ð.a.h Rbiên
1100
1
2200
0,318
2200
1,386
145kN
1,568 m2
Hình 2.1. Phương pháp đòn bẩy.
-
-
Khi đó, áp lực này được tính:
1
RSE = (0,318 + 0) = 0,159
2
Hệ số phân bố ngang cho dầm biên với 1 làn chất tải là:
mg MSE = mxRSE = 1,2 x0,159 = 0,191
Hệ số phân bố ngang đối với 2 hay nhiều làn xe được tính:
mg MME = e.mg MMI
Với:
e = 0,77 +
biên, nghĩa là:
de
≥ 1,0 và de là khoảng cách từ mép trong lan can đến dầm
2800
− 300 ≤ d e = 850 ≤ 1700mm . Thay vào, ta được:
850
= 1,074 → e = 1,074
2800
= 1,074 x0,540 = 0,580
e = 0,77 +
Và:
mg MME
9
2.2.2.4.2. Xác định hệ số phân bố lực cắt cho dầm biên.
- Hệ số phân bố đối với một làn chất tải xác định theo phương pháp đòn bẩy.
Trường hợp này tương tự như tính hệ số phân bố mô men cho dầm biên, nghĩa là:
mg VSE = mxRSE = 1,2 x0,159 = 0,191
- Hệ số phân bố đối với nhiều làn xe chất tải được tính:
mgVME = e.mgVMI
Với:
de
, và − 300 ≤ d e = 625 ≤ 1700mm . Thay vào, ta được:
3000
850
e = 0,6 +
= 0,883
3000
mgVME = 0,883 x0,769 = 0,679
e = 0,6 +
Và:
Bảng 2.8: Hệ số phân bố ngang mô men và lực cắt cho dầm biên.
Mô men
Lực cắt
Một làn chất tải
0,191
0,191
Hai làn trở lên
0,580
0,679
2.2.2.4.3. Đoàn người :
-
Hệ số phân bố đoàn người của momen.
mgngười=1,5x (1,386+0,705)/2= 1.568
2.2.2.5. Mô men do hoạt tải không có hệ số.
Để tính toán mô men do hoạt tải gây ra, xe tải thiết kế và xe hai trục được xếp lên
đường ảnh hưởng sao cho gây ra nội lực bất lợi nhất như hình 2.2 , tung độ đường ảnh
hưởng được tính toán và kết quả ghi trong bảng 2.9.
110kN
4,3m
35kN
110kN
4,3m
145kN
4,3m
4,3m
145kN
145kN
35kN
145kN
9,3kN/m
3,0kN/m2
Xk = X2 = X4 = X7
y6
y3 = y5
X1
y2 =y4 = y7
y8
y1
L
X8
d.a.h Mk
X6
X3 = X5
L-Xk
Hình 2.2. Đường ảnh hưởng mô men tại tiết diện bất kỳ.
10
37(m)
7,10
8,65
9,25
7,10
18,5
d.a.h ML/2
7,059
8,222
8,672
5,984
13,875
d.a.h M3L/8
3,713
9,25
6,638
6,938
5,863
d.a.h ML/4
0,284
4,625
d.a.h ML/8
3,509
3,896
4,046
6,714
7,719
8,108
5,203
12,00
d.a.h Mmoi noi
Hình 2.3. Đường ảnh hưởng mô men tại các tiết diện.
Bảng 2.9. Giá trị tung độ đường ảnh hưởng đường mô men.
Mặt cắt
Gối
Khoảng cách
Tung độ
L/8
Khoảng cách
Tung độ
L/4
Khoảng cách
Tung độ
3L/8
Khoảng cách
Tung độ
L/2
Khoảng cách
Tung độ
Mối nối
Khoảng cách
Tung độ
11
Giá trị tung độ đường ảnh hưởng
Xk
X1
X2
X3
X7
X8
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Yk
Y1
Y2
Y3
Y7
Y8
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Xk
X1
X2
X3
X7
X8
4,625
0,325
4,625
28,075
4,625
31,175
Yk
Y1
Y2
Y3
Y7
Y8
4,046
0,284
4,046
3,509
4,046
3,896
Xk
X1
X2
X3
X7
X8
9,25
4,95
9,25
23,45
9,25
26,55
Yk
Y1
Y2
Y3
Y7
Y8
6,938
3,713
6,938
5,863
6,938
6,638
Xk
X1
X2
X3
X7
X8
13,875
9,575
13,875
18,825
13,875
21,925
Yk
Y1
Y2
Y3
Y7
Y8
8,672
5,984
8,672
7,059
8,672
8,222
Xk
X1
X2
X3
X7
X8
18,50
14,20
18,50
14,20
18,50
17,30
Yk
Y1
Y2
Y3
Y7
Y8
9,25
7,10
9,25
7,10
9,25
8,65
Xk
12,00
Yk
8,108
X1
7,70
Y1
5,203
X2
12,00
Y2
8,108
X3
20,7
Y3
6,714
X7
12,00
Y7
8,108
X8
23,8
Y8
7,719
Mô men không có hệ số do xe tải thiết kế tại vị trí giữa nhịp được tính như sau:
M Truck = (145 x9,25 + 145 x7,1 + 35 x 7,1) = 2619,25(kN .m)
Tương tự như vậy, ta tính toán mô men do hoạt tải gây ra tại các tiết diện còn lại.
Kết quả tính toán được ghi trong bảng 2.10.
Bảng 2.10. Giá trị mô men không có hệ số do hoạt tải gây ra (kN.m).
Vị trí
Gối
L/8
L/4
3L/8
L/2
Mối nối
x(m)
0
4,625
9,250
13,875
18,500
12,000
L-x(m)
37,000
32,375
27,750
23,125
18,500
25,000
ω
0
74,867
128,344
160,430
171,125
150,000
2.2.2.6. Lực cắt do hoạt tải gây ra.
Mtruck
0
1105,42
1986,10
2490,44
2619,25
2331,30
Mtandem
0
873,62
1493,36
1858,34
1969
1740,97
MLL
0
696,26
1193,60
1492,0
1591,46
1395,00
MPL
0
224,60
385,03
481,29
513,38
450,00
12
Để tính toán lực cắt do hoạt tải gây ra, xe tải thiết kế và xe hai trục được xếp lên
đường ảnh hưởng sao cho gây ra nội lực bất lợi nhất như hình 2.4 , tung độ đường ảnh
hưởng được tính toán và kết quả ghi trong bảng 2.11.
Lực cắt không có hệ số do xe tải thiết kế tại vị trí giữa nhịp được tính như sau:
VTruck = (145 x 0,5 + 145 x 0,384 + 35 x0,268) = 137,56(kN )
Tương tự như vậy , ta tính toán lực cắt không hệ số do hoạt tải gây ra tại các tiết diện
còn lại.
Kết quả tính toán được ghi trong bảng 2.12.
110kN
110kN
4,3m
145kN
4,3m
145kN
35kN
9,3kN/m
3,0kN/m2
L
X3
X2
X5
X1 = X4
y3
y2
y5
y1 = y4
1
1
Hình 2.4. Đường ảnh hưởng lực cắt tại tiết diện bất kỳ.
d.a.h Vk
13
37(m)
d.a.h Vgoi
1
0,768
0,884
0,968
1
0,125
d.a.h VL/8
1
0,643
0,759
0,843
0,875
1
0,25
d.a.h VL/4
0,634
0,718
0,75
0,518
1
0,375
1
d.a.h V3L/8
0,393
0,509
0,593
0,625
1
0,5
1
d.a.h VL/2
0,268
0,384
0,468
0,5
1
1
0,324
d.a.h Vmoi noi
0,443
0,643
0,676
0,559
1
Hình 2.5. Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện.
Bảng 2.11. Tính tung độ đường ảnh hưởng lực cắt (m).
14
Vị trí
Gối
L/8
L/4
3L/8
L/2
Mối nối
X1
0,000
X2
4,30
X3
8,60
X4
0,00
X5
1,20
4,625
8,925
13,225
4,625
5,825
9,25
13,55
17,85
9,25
10,45
13,87
18,17
5
5
13,87
22,475
5
15,075
18,50
22,80
27,10
18,5
19,7
12,00
16,30
20,60
12,00
13,20
Y1
1,00
Y2
0,884
Y3
0,76
Y4
1,00
0,875 0,759
8
0,64
0,875 0,843
0,75
0,63
3
0,518
0,75
4
0,625 0,509
0,39
0,625 0,593
0,50
0,38
3
0,268
0,50
0,468
0,67
4
0,559
0,44
0,67
0,643
3
6
6
Y5
0,968
0,718
Bảng 2.12. Giá trị lực cắt không có hệ số do hoạt tải gây ra (kN.m).
Vị trí
Gối
L/8
L/4
3L/8
L/2
Mối nối
x
0
4,625
9,25
13,875
18,5
12,00
L-x
37
32,375
27,75
23,125
18,5
25
ω+
18,50
14,164
10,406
7,227
4,625
8,450
Mtruck
300,06
259,435
218,81
178,185
137,56
194,58
Mtandem
216,48
188,98
161,48
133,98
106,48
145,09
MLL
172,05
131,73
96,776
67,211
43,013
78,89
MPL
55,50
42,49
31,22
21,68
13,88
25,35
2.2.2.7. Tính toán mô men và lực cắt do xe tải mỏi gây ra theo trạng thái giới hạn
mỏi.
Xếp xe tải lên đường ảnh hưởng mô men và lực cắt hình 2.7 và hình 2.9, ta tính được
tung độ đường ảnh hưởng như bảng 2.13 và bảng 2.14.
9,0m
4,3m
145kN
35kN
4,3m
145kN
9,0m
145kN
35kN
145kN
9,3kN/m
X1
Xk = X2 = X4
y6
y3 = y5
y2 = y4
y1
L
d.a.h Mk
X6
X3 = X5
L-Xk
Hình 2.6. Đường ảnh hưởng mô men tại tiết diện bất kỳ.
15
13,875
3,684
3,613
6,938
4,688
9,25
d.a.h ML/2
5,297
8,672
5,984
3,713
2,384
4,047
2,922
0,284
4,625
2,60
4,75
9,25
7,10
18,5
37(m)
d.a.h M3L/8
d.a.h ML/4
d.a.h ML/8
Hình 2.7. Đường ảnh hưởng mô men tại các tiết diện.
Bảng 2.13. Tung độ đường ảnh hưởng mô men.
Vị
Xk
X1
X2 =
X3 =
X6
Y1
trí
X4
X5
Gối
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
L/8 4,625 0,325 4,625 23,375 19,075 0,284
L/4
9,25
4,95
9,25
18,75 14,45 3,713
3L/8 13,875 9,575 13,875 14,125 9,825 5,984
L/2
18,5 14,20 18,5
9,50
5,20
7,10
Y2=Y4=Yk Y3=Y5
0,00
4,047
6,938
8,672
9,250
0,00
2,922
4,688
5,297
4,750
Y6
0,00
2,384
3,613
3,684
2,60
16
9,0m
4,3m
145kN
145kN
35kN
9,3kN/m
L
X3
X2
X1 = Xk
y1
y2
y3
1- y1
1
1
Hình 2.8. Đường ảnh hưởng lực cắt tại tiết diện bất kỳ.
37(m)
d.a.h Vg?i
1
0,641
0,757
1
0,125
d.a.h VL/8
0,632
0,875
0,516
1
1
0,25
d.a.h VL/4
0,391
0,75
0,507
1
0,375
1
d.a.h V3L/8
0,266
0,625
0,382
1
0,5
1
d.a.h VL/2
0,141
0,257
0,5
1
Hình 2.9. Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện.
d.a.h Vk
17
Bảng 2.14. Tính toán tung độ đường ảnh hưởng lực cắt.
Vị trí
Gối
L/8
L/4
3L/8
L/2
Xk
0
4,625
9,25
13,875
18,5
X1
X2
X3
0
9
13,3
4,625 13,625 17,925
9,25
18,25 22,55
13,875 22,875 27,175
18,5
27,50 31,80
Y1=Yk
1,00
0,875
0,75
0,625
0,5
Y2
0,757
0,632
0,507
0,382
0,257
Y3
0,641
0,516
0,391
0,266
0,141
Lực cắt do xe tải mỏi tại vị trí gối được tính:
Vtruck = 1x 0,75 x 0,679.[1,15.(145 x1,0 + 145 x 0,757 + 35 x0,641)] = 112,77(kN )
Tương tự như vậy, ta tính toán được lực cắt có hệ số do xe tải mỏi gây ra tại các tiết
diện còn lại . kết quả tính toán được ghi trong bảng 2.15.
Bảng 2.15. Tính toán lực cắt do xe tải mỏi gây ra.
Mặt cắt
Xe tải mỏi
ω+
VLL (KN)
Vtruck (KN)
Σpi.yi
Gối
277,20
18,50
87,62
162,34
L/8
236,58
14,16
67,08
138,55
L/4
195,95
10,41
49,29
114,76
3L/8
155,33
7,23
34,23
90,97
L/2
114,70
4,63
21,90
67,17
Mô men do xe tải mỏi tại vị trí giữa nhịp được tính:
M L / 2 = 1x0,75 x0,580.[1,15.(145 x9,25 + 145 x 4,75 + 35 x7,10)] = 926,92(kN )
Tương tự như vậy, ta tính toán được mô men có hệ số do xe tải mỏi gây ra tại các tiết
diện còn lại . kết quả tính toán được ghi trong bảng 2.16.
Bảng 2.16. Tính toán mô men do xe tải mỏi gây ra.
Mặt cắt
Xe tải mỏi
Σpi.yi
ω
MLL
Mtruck
Gối
L/8
L/4
3L/8
L/2
0,00
1020,45
1815,73
2234,95
2278,50
0
74,87
128,35
160,43
171,13
(KN.m)
0
302,89
519,25
649,03
692,29
(KN.m)
0,00
510,48
908,32
1118,03
1139,82
2.2.3. Tính nội lực do tĩnh tải
2.2.3.1. Khối lượng bản mặt cầu (DCBMC)
- Khối lượng bản mặt cầu của dầm biên và dầm chủ chịu bằng nhau.
- Khối lượng BMC trên 1m dài dầm chủ:
DCBMC = (24*0,2*11)/5= 10,56 KN/m dài dầm chủ.
100
250
120
100
150
750
100
150
100
30
18
2.2.3.2. Khối lượng lan can tay vịn (do dầm biên chịu) (DClc-tv)
250
Hình 2.10. Kích thước lan can tay vịn
- Lan can tay vịn làm bằng BTCT B25, khoảng cách giữa các cột là 2(m) :
- Khối lượng cốt thép trung bình lấy trong 1m3 bê tông là 60 kg
- Trọng lượng lan can tay vịn :
Bảng 2.17: Khối lượng lan can – tay vịn
Thể tích BT
(m3)
Hàm lượng
thép(kg/m3)
Khối lượng
thép (kN)
Tổng khối
lượng (kN)
Cột lan can
0,15*0,15*0,75*19
60
0,192
7,829
2
Tay vịn
0,1*0,1*37*3
60
0,666
27,102
3
Bệ cột lan can
0,25*0,25*37
60
1,388
56,463
2,246
91,394
STT
Hạng mục
1
Tổng cộng
→
DClc-tv=91,394/37 = 2,47 (KN/m dài dầm chủ)
2.2.3.3. Khối lượng các lớp mặt cầu (DW).
-
Đối với dầm trong:
DW = 0,075*2,2*22,5 = 3,713 (kN/m dài dầm chủ).
-
Đối với dầm biên:
DW = 0,075*1,7*22,5 = 2,869 (kN/m dài dầm chủ).
2.2.3.4. Khối lượng dầm chủ.
-
Diện tích tiết diện dầm thép: Atd = 51840 mm2
-
Thể tích một dầm thép:
19
Vd = Atd *37,6 = 0,05184*37,6 = 1,9492 m3
-
Khối lượng một dầm :
Gd = γ s *Vd = 78,5* 1,9492 = 153,011 (kN)
-
Khối lượng các hệ thống liên kết dầm:
Glk = α *Gd = 0,04*153,011= 6,120 (kN)
Trong đó α là hệ số xét đến trọng lượng của hệ thống liên kết. Chọn α =0,04.
-
Vậy khối lượng của hệ thống dầm thép:
Gdc = Gd + Glk = 153,011+6,120 = 159,131 (kN)
-
Tĩnh tải trên một mét dài dầm chủ:
DCdc = 159,131/37= 4,301 (kN/m dài dầm chủ)
2.2.3.5. Khối lượng gờ chắn bánh xe (do dầm biên chịu).
-
Kích thước gờ chắn bánh xe:
150
125
250
125
37600
250
Hình 2.11. Kích thước gờ chắn bánh xe.
-
Khối lượng bê tông của gờ chắn bánh được tính như sau:
V = [0,15*0,25 + 0,125*0,1 + 0,125*0,1/2]*37,6 = 2,115 (m3)
-
Trọng lượng gờ chắn trên 1 mét dài dầm chủ:
DCgc = 24*V/37 =24*2,115/37 = 1,372 (KN/m dài dầm chủ)
2.2.3.6. Tổng hợp tĩnh tải của dầm trong và dầm biên.
Bảng 2.18: Tĩnh tải của dầm biên.
Thông số
Trọng lượng dầm thép và hệ liên kết
Trọng lượng bản mặt cầu
Trọng lượng lan can, tay vịn
Trọng lượng gờ chắn bánh xe
Trọng lượn lớp phủ
Ký hiệu
DC1
DC2
DC3
DC4
DW
Giá trị
4,301
10,56
2,47
1,372
2,869
Đơn vị
KN/m
KN/m
KN/m
KN/m
20
Bảng 2.19: Tĩnh tải của dầm trong.
Thông số
Trọng lượng dầm thép và hệ liên kết
Trọng lượng bản mặt cầu
Trọng lượng lan can, tay vịn
Trọng lượng gờ chắn bánh xe
Trọng lượn lớp phủ
Ký hiệu
DC1
DC2
DC3
DC4
DW
Giá trị
4,301
10,56
3,713
Đơn vị
KN/m
KN/m
KN/m
KN/m
2.2.3.7. Đường ảnh hưởng nội lực.
-
Đường ảnh hưởng mô men và lực cắt tại các tiết diện tính toán được thể hiện
trong hình 2.12.
21
DW
DC
DW
DC
37(m)
37(m)
d.a.h Vg?i
18,5
9,25
d.a.h ML/2
1
1
0,125
d.a.h VL/8
13,875
d.a.h M3L/8
1
8,672
0,875
1
0,25
d.a.h VL/4
9,25
d.a.h ML/4
1
0,75
6,934
0,375
1
d.a.h V3L/8
4,625
d.a.h ML/8
1
0,625
4,047
0,5
1
d.a.h VL/2
12,00
8,108
d.a.h Mmoi noi
1
0,5
0,324
1
d.a.h Vmoi noi
1
0,676
Hình 2.12. Đường ảnh hưởng mô men và lực cắt tại tiết diện tính toán.
2.2.3.8. Tính toán nội lực tại các tiết diện.
22
2.2.3.8.1. Mô men.
Mô men không có hệ số tại vị trí giữa nhịp do tĩnh tải DC1 gây ra trong dầm biên:
M DC1 = γ DC .DC1 . ∑ Ω = 4,301*171,125=736,01 (KN.m)
Tương tự cách tính trên, mô men không hệ số tại các tiết diện của dầm dọc do tĩnh
tải gây ra được ghi trong bảng 2.20 và bảng 2.21.
Bảng 2.20. Mô men không có hệ số của dầm biên do tĩnh tải gây ra (KN.m)
Vị trí
x
L-x
Gối
0
37
1/8L
4,625 32,375
1/4L
9,25
27,75
3/8L
13,875 23,125
1/2L
18,5
18,5
Mối nối 12,00 25,00
ω
0
74,867
128,344
160,430
171,125
150,00
MDC1
0
322,00
552,01
690,01
736,01
645,15
MDC2
0
790,60
1355,31
1694,14
1807,08
1584,00
MDC3
0
184,92
317,01
396,26
422,68
370,50
MDC4
0
102,72
176,09
220,11
234,78
205,80
MDW
0
214,79
368,22
460,27
490,96
430,35
Bảng 2.21. Mô men không có hệ số của dầm trong do tĩnh tải gây ra (KN.m)
Vị trí
x
L-x
ω
Gối
0
37
0
1/8L
4,625 32,375 74,867
1/4L
9,25
27,75 128,344
3/8L
13,875 23,125 160,430
1/2L
18,5
18,5 171,125
Mối nối 12,00 25,00 150,00
MDC1
0
322,00
552,01
690,01
736,01
645,15
MDC2
0
790,60
1355,31
1694,14
1807,08
1584,00
MDC3
0
0
0
0
0
0
MDC4
0
0
0
0
0
0
MDW
0
277,98
476,54
595,68
635,39
556,95
2.2.3.8.2. Lực cắt.
Lực cắt không có hệ số tại vị trí gối do tĩnh tải DC1 gây ra trong dầm biên:
V0 = γ DC .DC1 . ∑ Ω = 4,301*(18,5-0)=79,57 kN
Tương tự cách tính trên, lực cắt không hệ số tại các tiết diện của dầm dọc do tĩnh
tải gây ra được ghi trong bảng 2.22 và bảng 2.23.
Bảng 2.22. Lực cắt không có hệ số của dầm biên do tĩnh tải gây ra (KN)
Vị trí
Gối
1/8L
1/4L
3/8L
1/2L
Mối nối
x
0
4,625
9,25
13,875
18,5
12,00
ω+
18,5
14,164
10,406
7,227
4,625
8,45
ω0
-0,289
-1,156
-2,602
-4,625
-1,944
Σω
18,5
13,875
9,250
4,625
0
6,506
VDC1
79,57
59,68
39,78
19,89
0
27,98
VDC2
195,36
146,52
97,68
48,84
0
68,70
VDC3
45,70
34,27
22,85
11,42
0
16,07
VDC4
25,38
19,04
12,69
6,35
0
8,93
VDW
53,08
39,81
26,54
13,27
0
18,67
Bảng 2.23. Lực cắt không có hệ số của dầm trong do tĩnh tải gây ra (KN)
Vị trí
Gối
1/8L
1/4L
x
0
4,625
9,25
ω+
18,5
14,164
10,406
ω0
-0,289
-1,156
Σω
18,5
13,875
9,250
VDC1
79,57
59,68
39,78
VDC2
195,36
146,52
97,68
VDC3
0
0
0
VDC4
0
0
0
VDW
68,69
51,52
34,35
23
3/8L
1/2L
Mối nối
13,875
18,5
12,00
7,227
4,625
8,45
-2,602
-4,625
-1,944
4,625
0
6,506
19,89
0
27,98
48,84
0
68,70
0
0
0
0
0
0
2.2.4. Tổng hợp nội lực do tĩnh tải và hoạt tải theo các TTGH.
2.2.4.1. TTGH cường độ
Dầm ngoài:
M=1 x [1,25*DC + 1,5* DW + 1,75 *mgLL* (LL+IM)+ 1,75*gp*PL]
V=1 x [1,25* DC + 1,5* DW + 1,75 x mgLL* (LL+IM)+ 1,75*gp*PL]
Dầm trong:
M=1 x [1,25*DC + 1,5*DW + 1,75* mgLL*(LL+IM)]
V=1 x [1,25*DC + 1,5*DW + 1,75* mgLL*(LL+IM)]
Bảng 2.24 : Tổ hợp nội lực TTGHCĐ I
DẦM TRONG
DẦM NGOÀI
Vị trí
M (KN/m)
V (KN)
Vị trí
M (KN/m)
V (KN)
Gối
1/8L
1/4L
3/8L
1/2L
Mối nối
0
3118,57
5399,95
6754,56
7182,88
6317,07
930,61
730,51
537,63
351,99
173,59
426,92
Gối
1/8L
1/4L
3/8L
1/2L
Mối nối
0
4096,74
7080,82
8855,97
9422,76
8281,98
1091,71
849,90
619,22
399,71
191,36
487,91
2.2.4.2. TTGH sử dụng
* Dầm ngoài:
M=1,00 *[1,00*DC + 1,00* DW + 1,3*mgLL* (LL+IM)+ 1,3*gp*PL]
V= 1,00 *[1,00 *DC + 1,00*DW + 1,3 *mgLL*(LL+IM)+ 1,3*gp*PL]
* Dầm trong:
M=1,00 *[1,00*DC + 1,00* DW + 1,3x mgLL* (LL+IM)]
17,17
0
24,16
24
V=1,00 * [1,00* DC + 1,00* DW + 1,3x mgLL*(LL+IM)]
Bảng 2.25 : Tổ hợp nội lực TTGHSD
DẦM TRONG
Vị trí
Gối
1/8L
1/4L
3/8L
1/2L
Mối nối
M (KN/m)
0
2364,36
4093,17
5119,90
5444,88
4788,25
DẦM NGOÀI
V (KN)
703,10
551,51
405,27
264,43
128,95
321,28
Vị trí
Gối
1/8L
1/4L
3/8L
1/2L
Mối nối
M (KN/m)
0
3118,76
5389,41
6740,44
7172,27
6303,53
V (KN)
829,63
645,33
469,32
301,59
142,15
369,00
2.2.4.3. TTGH mỏi.
* Dầm ngoài:
M=1,00 *[0,75*mgLL* (LL+IM)]
V= 1,00 *[0,75* mgLL*(LL+IM)]
* Dầm trong:
M=1,00 *[0,75*mgLL* (LL+IM)]
V= 1,00 *[0,75* mgLL*(LL+IM)]
Bảng 2.26 : Tổ hợp nội lực TTGH mỏi.
DẦM TRONG
DẦM NGOÀI
Vị trí
M (KN/m)
V (KN)
Vị trí
M (KN/m)
V (KN)
Gối
1/8L
1/4L
3/8L
1/2L
0
540,53
942,09
1169,49
1222,90
179,55
145,54
114,27
85,74
59,94
Gối
1/8L
1/4L
3/8L
1/2L
0
558,13
973,41
1208,05
1262,20
168,79
136,36
106,67
79,71
55,49
25
KẾT LUẬN: Từ kết quả tính toán nội lực nhận thấy dầm biên chịu nội lực
lớn hơn nên để đảm bảo an toàn ta chọn dầm biên để tính toán tiếp.
