ĐỒ ÁN CẦU THÉP ( GIÀNH CHO ĐƯỜNG SẮT GỒM fie thuyết minh bản vẽ và bảng tính excel)

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP......................4
1. Tóm tắc nhiệm vụ đồ án................................................................................4
1.1 Số liệu ban đầu.........................................................................................4
1.2. Nhiệm vụ thiết kế....................................................................................4
1.3. Tiếu chuẩn thiết kế..................................................................................4
2. Chọn sơ bộ kết cấu nhịp................................................................................4
3. Vật liệu dùng cho kết cấu..............................................................................5
4. Chọn sơ bộ kích thước...................................................................................5
4.1. Bản mặt cầu và kết cấu tầng trên.............................................................5
4.2. Dầm dọc..................................................................................................5
4.3. Dầm ngang..............................................................................................5
4.4. Liên kết dọc trên và dọc dưới giữa giàn chủ...........................................6
4.4.1. Chọn sơ bộ tiết diện thanh giàn chủ..................................................6
4.4.2. Trọng lượng kết cầu nhịp..................................................................6
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU..................................................8
1. Thiết kế dọc cầu.............................................................................................8
1.1. Chọn tiết diện..........................................................................................8
1.2.1. Nội lực do tĩnh tải............................................................................10
1.2.2. Nội lực do hoạt tải...........................................................................11
1.3. Kiểm tra tiết diện...................................................................................12
1.3.1. Kiểm tra độ bền...............................................................................12
1.3.2. Kiểm tra mỏi....................................................................................13
1.3.3. Kiểm tra độ võng.............................................................................14
1.3.4. Kiểm tra ổn định cục bộ..................................................................15
1.3.5. Kiểm tra ổn định tổng thể................................................................16
1.3.6. Kiểm tra đường hàn.........................................................................16

1.3.7. Yêu cầu cấu tạo...............................................................................18
2. Thiết kế dầm ngang.....................................................................................18
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

2.1. Chọn tiết diện........................................................................................18
2.2. Tải trọng tác dụng lên dầm ngang.........................................................20
2.2.1. Nội lực do tĩnh tải............................................................................20
2.2.2. Nội lực do hoạt tải...........................................................................21
2.3. Kiểm tra tiết diện...................................................................................22
2.3.1. Kiểm tra độ bền...............................................................................22
2.3.2. Kiểm tra mỏi....................................................................................23
2.3.3. Kiểm tra ổn định cục bộ..................................................................24
2.3.4. Kiểm tra tổng thể.............................................................................25
2.3.5. Kiểm tra đường hàn.........................................................................26
2.3.7. Yêu cầu cấu tạo...............................................................................27
3. Thiết kế hệ liên kết......................................................................................28
3.1. Thiết kế hệ lien kết dầm dọc và dầm ngang..........................................28
3.1.1. Thiết kế bản con cá..........................................................................28
3.1.2 Kiểm tra ứng suất bản con cá...........................................................30
3.1.3. Kiểm tra mỏi....................................................................................30
3.2. Xác định số lượng bu long liên kết sườn dầm dọc và thép góc liên kết32
3.3. Thiết kế dầm ngang vào nút..................................................................32
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ GIÀN CHỦ................................................................34
1. Tính toán nội lực các thanh.........................................................................34
1.1. Xác định các hệ số.................................................................................34

1.2. Tìm nội lực bằng MIDAS CIVIL..........................................................34
1.2.1 Mô hình hóa kết cấu.........................................................................34
1.2.2. Khai báo tải và gán tải.....................................................................36
1.2.3. Xuất kết quả nội lực........................................................................44
1.3. Chọn sơ đồ tiết diện thanh.....................................................................44
1.3.1. Chọn tiết diện..................................................................................44
1.3.2. Đặc trưng hình học của tiết diện thanh............................................46
1.4. Kiểm tra nội lực trong thanh.................................................................47
1.4.1 Momen uốn do trọng lượng bản thân...............................................48
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

1.4.2. Kiểm tra cường độ...........................................................................48
1.4.3. Kiểm tra ổn định..............................................................................49
1.4.4. Kiểm tra mỏi....................................................................................51
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ NÚT GIÀN CHỦ.......................................................55
1. Nguyên tắc thiết kế nút................................................................................55
2. Thiết kế nút giàn..........................................................................................55
3. Kiểm tra bản nút..........................................................................................57
3.1. Bản nút không bị xét rách......................................................................57
3.1.1. Kiểm tra tiết diện I-I........................................................................57
3.1.2. Kiểm tra tiết diện II-II.....................................................................58
3.2. Tiết diện giảm yếu mặt cắt ngang..........................................................59
3.2.1. Kiểm tra mặt cắt III-III theo điều kiện chống uốn và chống cắt.....59
3.2.2. Kiểm tra tiết diện chịu uốn..............................................................60

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP
1. Tóm tắc nhiệm vụ đồ án
1.1 Số liệu ban đầu
- Chiều dài nhịp tính toán: ltt = 80m.
- Khổ cầu: 1435mm.
- Tải trọng thiết kế: T-26.
1.2. Nhiệm vụ thiết kế
- Thiết kế hệ dầm mặt cầu: dầm dọc, dầm ngang, liên kết dầm dọc với
dầm ngang, liên kết dầm ngang với giàn chủ.
- Thiết kế tiết diện các thanh giàn.
- Thiết kế bản nút
1.3. Tiếu chuẩn thiết kế
- Thiết kế theo trạng thái giới hạn: Kiểm tra độ bền, mỏi, ổn định và độ
võng theo tiêu chuẩn: 22TCN 18-79.
- So sánh kiểm toán theo tiêu chuẩn AASTO-LFD bằng phần mền.
2. Chọn sơ bộ kết cấu nhịp
- Chọn kết cấu nhịp có tàu chạy dưới, dạng giàn tam giác có biên song
song với 2 dầm chủ.
- Chọn khoảng cách giữa 2 dầm chủ Bgc = 5,8m.
- Chiều cao dầm chủ:
 Chọn hgc = 10m > 8m (đối với đường dành cho xe lửa chạy).
- Chọn chiều dài khoan giàn d = 8m sao cho 400 < α < 600 (α là góc giữa
thanh giằng chéo và thanh biên).

Chiều cao cổng cầu hcc = (0,4 0,6)B = (0,4 0,6)x5,8 = (2,32 3,48) m.
 Chọn hcc = 2,5m.
- Ngoài ra, đối với đường tàu chạy dưới, khi chọn h phải chú ý đảm bảo
chiều cao tĩnh không H = 4,95m cho tàu theo công thức sau:
hgc ≥ H + hcc + hdng => 10 > 6 + 2,5 + 1,05 = 9,55m. Thỏa điều kiện.
- Vậy: Giàn có 2 biên song song có 10 khoang mỗi khoang có d = 8m. và
chiều cao giàn chủ là hgc = 10m, khoảng cách giữa 2 giàn chủ là 5,8m. α 510.

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 4


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

Hình 1.1. Sơ đồ giàn chủ.

3. Vật liệu dùng cho kết cấu
- Dùng thép hợp kim lò Mactanh: 15XCHD với các đặc trưng sau:
 Cường độ tiêu chuẩn: RII = 3500 (KG/cm2) = 35000 (T/m2).
 Hệ số đồng nhất: K = 0,85
 Cường độ tính toán khi chịu tác dụng lực dọc trục: R0 = 2700 (KG/cm2) =
27000 (T/m2).
 Cường độ tính toán khi chịu lực uốn Ru = 2800 (KG/cm2) = 28000 (T/m2).
- Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao.
4. Chọn sơ bộ kích thước
4.1. Bản mặt cầu và kết cấu tầng trên
- Trọng lượng trên 1m dài cầu của đường ray, tà vẹt có thể lấy: 0,8T/m =>
Vì 1 dầm chịu 0,4T/m vì cầu chọn 2 dầm dọc.
4.2. Dầm dọc

- Chọn 2 dầm dọc, khoảng cách giữa 2 dầm là 2,2m.
- Dầm dọc được thiết kế chi tiết hơn trong phần thiết kế dầm dọc.
4.3. Dầm ngang
- Các dầm ngang được tại các nút giàn chủ, cách nhau 1 khoảng bằng
khoang giàn d = 8m.
- Dầm ngang được thiết kế chi tiết hơn trong phần thiết kế dầm ngang.

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

4.4. Liên kết dọc trên và dọc dưới giữa giàn chủ

Hình 1.2. Liên kết dọc trên và dọc dưới của giàn chủ.

4.4.1. Chọn sơ bộ tiết diện thanh giàn chủ
- Chọn tiết diện các thanh kiểu chữ H ở biên giàn.
- Chọn các thanh xiên và các thanh đứng có cùng bề rộng với thanh biên
để dễ liên kết giữa các thanh với nhau, chọn các thanh biên có chiều cao h
không đổi để dễ liên kết.
- Chọn chiều cao và chiều rộng được xác định theo công thức kinh
nghiệm:
4.4.2. Trọng lượng kết cầu nhịp
- Chiều cao và chiều rộng được xác định theo công thức sau:
 Trong đó:
 l = 80m. Chiều dài nhịp tính toán.
 nh = 1,135 : Hệ số vượt tải của hoạt tải khi chiều dài đặt tải

 Ru = 28000 (T/m2): Cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm.
 γ = 7,85 (T/m3): Trọng lượng thể tích của thép.
 α = 0,12: Hệ số xét đến trọng lượng của hệ liên kết giữa các dầm chủ.
 a = 3,5: Đặc trưng trọng lượng ứng với dầm giản đơn.
 nt = 1,1: Hệ số vượt tải của tĩnh tải.

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

 gmc = 0,8(T/m): Đối với đầu xe lửa trọng lượng trọng lượng trên 1m dài cầu
của đường ray, tà vẹt… có thể lấy 0,8T/m cho một đường.
- Hoạt tải tác dụng lên dầm:
 Trong đó:
: Vậy hệ số xung kích
 K1/4 = 2,6x3,755 = 9,763 :Tải trọng tương đương T-26 tàu diesel có đỉnh ở
đầu mút nhịp khi chiều dài đặt tải

- Trọng lượng thép của hệ liên kết
 Trong đó:
 α = 0,12: Hệ số trọng lượng của hệ liên kết giữa các dầm chủ.

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU
1. Thiết kế dọc cầu
- Dầm dọc được đặt dọc theo hướng tàu chạy, làm việc như dầm lien tục
có nhiều nhịp, nhịp tính toán là khoảng cách các dầm ngang, dầm dọc có tác
dụng làm giảm độ dày và momen tại chính giữa của mặt cầu.
1.1. Chọn tiết diện
- Dùng thép tổ hợp hàn: tiết diện chữ I bao gồm: tấm sườn dầm, các bản
biên ghép với nhau bằng mối nối hàn góc.
- Chiều cao của cả dầm dọc h:
 Chọn h = 0,84m = 840mm.
- Bề dày sườn dầm tw:

tw ≥ 12mm
 Chọn tw = 16mm.
- Bề rộng bản biên bf

 Chọn bf = 260mm.
- Chiều dày bản biên tf

 Chọn tf = 20mm.
- Kiểm tra bố trí sườn tăng cường:
- Vậy không bố trí sườn tăng cường.
- Đặc trưng hình học của dầm dọc:
- Diện tích mặt cắt: As = 23200mm2 = 0,0232m2
- Momen quán tính theo trục x:
- Momen kháng uốn theo trục x:
- Momen tĩnh theo trục x:
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 8

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

20

16

820
800

840

20

260

260

Hình 2.1. Tiết diện dầm dọc.

1.2. Tải trọng tác dụng lên dầm dọc
- Hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên các dầm dọc được
xác định theo phương pháp đòn bẩy.
5800
2200

0,1 74

Hình 2.2. Đường ảnh hưởng áp lên dầm dọc.

- Hệ số phân bố ngang được tính theo công thức:
1
 0  1. �y
2
- Hệ số phân bố ngang của dầm 1 khi tàu chạy qua:
1
1 0
 dam1  �y 
 0,5
2
2
- Hệ số phân bố ngang của dầm 2 khi tàu chạy qua:

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 9

1

0,1 74

Ðah R2

0,8 26

1

Ðah R1

0,8 26

1435


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

dam 2 

1
1 0
y
 0,5
�
2
2

Bảng 2.1. Hệ số phân bố ngang của dầm dọc.
Dầm

Hệ số phân bố ngang η

1

0,5

2

0,5

1.2.1. Nội lực do tĩnh tải
- Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc bao gồm: Bản thân dầm dọc và tải trọng
do tà vẹt và ray.
- Trọng lượng của dầm dọc:
- Trọng lượng ray, tà vẹt và máng đá dăm:
gmc = 0,4 (T/m)
- Tĩnh tải tác dụng lên 1 dầm dọc
:
- Nội lực tính toán cho tĩnh tải được xác định theo công thức:
S0  gtt .
8000
4000

8000
4000

Ðah M1/2

2000

6000

Ðah M1/4

Odah=8m2

2

1,5

Odah=7,5m2

8000
4000

8000
4000

0,5

Ðah Q1/2

Ðah Q1/4

Odah=0

6000

0,25
0,75

Odah=0,65m2

8000

Ðah Qg?i

2000

1

Odah=4m2

Hình2.3. Đường ảnh hưởng.

- Kết quả nội lực do tĩnh tải:
Bảng 2.2. Momen do tĩnh tải.

Tiết diện giữa nhịp
M1/2 (T/m)
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 10

Tiết diện 1/4
M1/4 (T/m)


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

8

5,123

6

3842

Bảng 2.3. Lực cắt do tĩnh tải.

Tiết diện tại gối
VL (T)
4
2,561

Tiết diện 1/4
V1/4 (T)
1,281

2

1.2.2. Nội lực do hoạt tải
- Nội lực do hoạt tải tàu được xác định theo công thưc:
S0  nh .(1   ). .ktd .
Bảng 2.4. Tổng hợp nội lực tĩnh tải của dầm dọc.

Momen

Thông số

Lực cắt

L/2

L/4

L

L/2

L/4

λ

8

8

8

4

6

nh

1.276

1.276

1.276

1.288

1.282

1.474

1.474

1.474

1.529

1.500

Ktd

17.888

17.628

20.358

26.806

21.658

η

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

8

6

4.000

1

2.250

134.548

99.444

76.563

26.402

46.854

S0

Bảng 2.5. Tổng hợp nội lực của dầm dọc.

Momen (T.m)
Vị trí

Lực cắt (T)

Tổng

Tĩnh tải

Hoạt tải

Tổng M

Tĩnh tải

Hoạt tải

Tổng Q

L

0

0

0

2.561

76.563

79.125

43.044

L/4

3.842

99.444

103.286

1.281

46.854

48.135

25.529

L/2

5.123

134.548

139.671

0

26.402

26.402

13.403

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 11

Qtc


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

1.3. Kiểm tra tiết diện
1.3.1. Kiểm tra độ bền
a) Ứng suất pháp tuyến khi dầm dọc chịu uốn trong mặt phẳng chính
- Ứng suất pháp tuyến của dầm dọc
 Trong đó:
 M: Momen lớn nhất của dầm dọc (T.m)
 Wx: Momen kháng uốn của dầm dọc m3.
- Cường độ tính toán khi chịu uốn: Ru = 28000 (T/m2).
- Điều kiện:
- Yêu cầu chênh lệch không quá 15%

MAX

0

Y

24081,207

TTB

X

6181,641

T MAX 6919,367

MIN

Hình 2.4. Biểu đồ ứng suất.

b) Ứng suất tiếp tuyến khi dầm dọc chịu uốn
- Ứng suất tiếp tuyến của dầm dọc
 Trong đó:
 Q: Lực cắt lớn nhất của dầm dọc (T).
 Sx: Momen tĩnh của dầm dọc (m3).
 Ix: Momen quán tính của dầm dọc (m4).
 b: Bề rộng của dầm tại chính giữa tiết diện dầm (m).
- Ứng suất tiếp tuyến bình quân.

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 12

T TB

6181,641


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

 Trong đó:
 Q: Lực cắt lớn nhất của dầm T.
 H: Chiều cao của toàn bộ bản bụng.
 tw : Bề dày bản bụng.
- Ta có:
 C’ = 1
 0,6C’R0 = 16200 (T/m2)
- Điều kiện
- Vậy thỏa điều kiện.
c) Kiểm tra ứng suất tương đương (tại vị trí L/4)

R0 = 27000 (T/m2)
- Vậy thỏa điều kiện.
1.3.2. Kiểm tra mỏi
- Hệ số triết giảm cường độ tính toán của thép γ:
- Khi nén là chủ yếu ( đối với thép cơ bản của cấu kiện liên kết bu long
đinh tán hoặc lien kết hàn trong nhà máy:
 Với:
 a = 0,65 và b = 0,3 (thép hợp kim thấp).
 Hệ số ứng suất tập trung có hiệu β = 1,4 (Kim loại cơ bản có gia công cơ khí
hàn - phụ lục 12 TCN 18-79).
 Đặc trưng chu kỳ thay đổi.
 σmin lấy momen tiêu chuẩn chỉ trường hợp tĩnh tải.
 σmax lấy momen tiêu chuẩn trường hợp tĩnh tải gia them hoạt tải có hệ số
xung kích
 Khi xét đến điều kiện mỏi, hệ số vượt tải của hoạt tải nh = 1,276
- Vậy: γ = 0,846
- Ứng suất pháp tuyến

- Hệ số xung kích ở trạng thái mỏi
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 13


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

- Momen lớn nhất ở trạng thái mỏi
- Ứng suất ở trạng thái mỏi
γRu = 0,846.28000 = 23688 (T/m2)
- Điều kiện:
(thỏa điều kiện)
- Vậy thỏa điều kiện
1.3.3. Kiểm tra độ võng
gtt+ght

q.l2/8

Hình 2.5. Biểu đồ momen dầm dọc.
- Độ võng tại giữa dầm dọc được tính theo công thức:

- Momen tiêu chuẩn do tĩnh tải và hoạt tải gây ra
- Modun đàn hồi của thép E = 21.106 (T/m2)
- Độ võng cho phép của cầu dành cho xe lửa
- Điều kiện: f < [f] (thỏa điều kiện)
- Vậy: Thỏa điều kiện ( chênh lệch 0,5%)
1.3.4. Kiểm tra ổn định cục bộ

Hình 2.6. Ổn định cục bộ.

a) Kiểm tra ổn định cục bộ
 Trong đó:
 Fyc = RII = 35000 (T/m2): Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất.
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

 E = 21.106 (T/m2): Modun đàn hồi của thep.
 Dc = 0,5(h – 2tf) = 0,5(0,84 – 2x0,02) = 0,4m: Chiều cao bản bụng chịu nén
tải lúc momen chả dẻo.
 tw = 16mm = 0,016m: chiều dày bản bụng.
- kết quả: 40 < 92,101. Vậy thỏa điều kiện.
b) Kiểm tra ổn định của biên chịu nén
 Trong đó:
 Fyc = RII = 35000 (T/m2): Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất.
 E = 21.106 (T/m2): Modun đàn hồi của thép.
 bf = 260mm = 0,26m: Bề rộng bản cánh chịu nén.
 tf = 20mm = 0,02m: Chiều dày bản cánh chịu nén.
- Kết quả: 6,5 < 9,357
- Vậy thỏa điều kiện.
c) Kiểm tra ổn định cục bộ
 Trong đó:
 Bề rộng tấm bf = 260mm = 0,25m.
 Bề dày tấm tf = 20mm = 0,02m.
 k = 0,56
 Fyc = RII = 35000(T/m2): Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất.

 E = 21.106 (T/m2): momen đàn hồi của thép.
 Kết quả: 6,5 < 13,717
- Vậy thỏa điều kiện
1.3.5. Kiểm tra ổn định tổng thể

 Với

 yc = h/2 = 0,42m : Khoảng cách từ trục trung hòa của dầm chủ đến tâm biên
chịu nén.
 Ix = 0,00243m4 : Momen quán tính theo trục x
 F = 0,0232m2 : Diện tích tiết diện dầm.
 r : Bánh kính quán tính

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 15


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

 : Hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh.
 Kx = 0,5 (Vì sơ đồ 2 đầu ngàm).
 Tra bảng lực tác dụng đúng tâm nên i = 0
- Kết quả:
- Vậy thỏa điều kiện.
1.3.6. Kiểm tra đường hàn
- Chọn đường hàn
 Trong đó:
 Sx: Momen tĩnh từ đường hàn đến trục X.
 Ix: Momen quán tính.

 Trong đó:
 Với Z = 26 tấn/trục: tải trọng trục của to axe đối với khổ đờng 1435mm.
 a = 0,22m: Bề rộng của tà vẹt (Thông số chiều dài 1 thanh tà vẹt là 3000mm,
rộng là 220mm và cao là 300mm)
 h = tf + htavet = 0,32m.
 1 + 2/3 = 1,316 với λ = 8m. nh = 1,276.

 hh = 0,01m (theo điều kiện cấu tạo thi công)
- Kiểm tra:
- Điều kiện
S tc
� .0,75.R0
2.hh



tc
Tmin
tc
(Tmax
) 2  (V tc ) 2

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 16


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

γ = 0,969

- Vậy thỏa điều kiện
1.3.7. Yêu cầu cấu tạo
- Yêu cầu:
- Momen quán tính theo trục Y
- Momen quán tính của bản cánh trục y
- Tỉ số:
- Vậy thỏa điều kiện
2. Thiết kế dầm ngang
- Dầm dọc được đặt vuông góc với hướng tàu chạy, được kiên kết với
dầm dọc và dầm biên giúp truyền lực từ dầm dọc sang cho dầm biên (kết cấu
chịu lực chính).
2.1. Chọn tiết diện
- Dùng thép tổ hợp hàn : tiết diện chữ I bao gồm : tấm sườn dầm, các bản
biên ghép với nhau bằng mối nối hàn góc
- Chiều cao của cả dầm ngang h :
 Chọn h = 0,84m = 840mm.
- Bề dày sườn dầm tw

- Mặt khác:
 Chọn tw = 16mm

tw ≥ 12mm.

- Bề rộng bản biên bf:

bf ≥ 180mm
 Chọn bf = 320mm.
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 17

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

- Chiều dày bản biên tf :
10 ≤ tf ≤ 50mm
 Chọn tf = 20mm
- Kiểm tra bố trí sườn tăng cường
- Vậy không bố trí sườn tăng cường.

320

20

16

820
800

840

20

320

Hình 2.7. Tiết diện dầm ngang

- Đặc trưng hình học dầm ngang :
- Diện tích mặt cắt : A = 25600mm2 = 0,0256mm2
- Momen quán tính theo truc X :

- Momen kháng uốn theo trục X:
- Momen tĩnh theo trục X:
2.2. Tải trọng tác dụng lên dầm ngang
2.2.1. Nội lực do tĩnh tải
- Tải trọng bản than dầm ngang.
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 18


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

- Tải trọng tập trung do tĩnh tải dầm dọc truyền xuống
- Nội lực tính toán do tĩnh tải được xác định theo công thức:
S0  g dn .  Pdn ydn

Hình 2.8. Đường ảnh hưởng dầm ngang tính cho tĩnh tải.

- Kết quả nội lực do tĩnh tải.
Bảng 2.6. Momen do tĩnh tải tính toán.

Tiết diện giữa nhịp
M1/2 (T/m)
4.205

1.45

8.357

Tiết diện L/4

M1/4 (T/m)
3.154

1.088

6.268

Bảng 2.7. Lực cắt do tĩnh tải.

Tiết diện tại gối

Tiết diện L/4
VL (T)

2.9
1
2.2.2. Nội lực do hoạt tải

5.764

V1/4 (T)
1.45

1

5.443

- Tải trọng tác dụng của hoạt tải (xét trường hợp nguy hiểm nhất tàu đi
qua cả hai khoang).

O=8
Hình 2.9. Đường ảnh hưởng tải trọng tác dụng của hoạt tải.
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 19


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

- Chiều cao đặt tải λ = 2d = 16m
- Hệ số xung kích
 Ktd = 14,144 (T/m)
- Diện tích đường ảnh hưởng
- Áp lực dãy bánh xe đứng trong phạm vi hai khoang kề bên dầm ngang.
- Nội lực do hoạt tải tàu được xác định theo công thức :
S0  g dn .  Pdn ydn

Hình 2.10. Đường ảnh hởng dầm ngang tính cho hoạt tải
Bảng 2.8. Kết quả nội lực do hoạt tải.

Thông số

Momen

Lực cắt

L/2

L/4

L

l/4

λ

16

16

16

16

nh

1.252

1.252

1.252

1.252

1.800

1.450

1.000

1.000

177.391

142.898

98.550

98.550

S0

- Vì hai dầm đối xứng nhau nên kết quả tính toán lực cắt và momen của
chúng giống nhau.
Bảng 2.9. Momen do tĩnh tải tính toán.

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 20


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

Vị trí

Momen (T.m)

Lực cắt (T)

Tĩnh tải Hoạt tải Tổng M Tĩnh tải Hoạt tải Tổng Q

Qtc

0

0

0

0

5.764

98.550

94.14

61.816

L/4

6.268

142.898

149.166

5.443

98.550

93.994

61.524

8.357
177.391
L/2
2.3. Kiểm tra tiết diện
2.3.1. Kiểm tra độ bền

185.748

0

0

0

0

a) Ứng suất pháp tuyến khi dầm dọc chịu uốn trong mặt phẳng chính
- Ứng suất pháp tuyến của dầm dọc
 Trong đó:
 M: Momen lớn nhất của dầm dọc (T.m).
 Wx: Momen kháng uốn của dầm dọc (m3).
 Cường độ tính toán khi chịu uốn: Ru = 28000 (T/m2)
- Điều kiện:
b) Ứ ng suất tiếp tuyến khi dầm dọc chịu uốn
- Ứng suất tiếp tuyến của dầm dọc

 Q: Lực cắt lớn nhất của dầm dọc (T).
 Sx: Momen tĩnh của dầm dọc (m3).
 Ix: Momen quán tính của dầm dọc (m4).
 b = Bề rộng của dầm tại chính giữa tiết diện dầm (m).
- Ứng suất tiếp tuyến bình quân
 Trong đó:
 Q: Lực cắt lớn nhất của dầm (T).
 H: Chiều cao của toàn bộ bản bụng.
 tw : Bề rộng bản bụng.
- Ta có:
 C’ = 1
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 21


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

 C’.0,6.R0 = 16200 (T/m2)
- Điều kiện:
d) Kiểm tra ứng suất tương đương (tại vị trí L/4)

R0 = 27000 (T/m2)
- Vậy thỏa điều kiện.
2.3.2. Kiểm tra mỏi
- Hệ số triết giảm cường độ tính toán của thép γ:
- Khi nén là chủ yếu (σmax < 0) đối với thép cơ bản của cấu kiện liên kết
bu long đinh tán hoặc liên kết hàn trong nhà máy:
 Với:
 a = 0,65 và b = 0,3 (thép hợp kim thấp).

 Hệ số ứng suất tập trung có hiệu β = 1,4 (kim loại cơ bản có gia công cơ khí
mạch hàn - phụ lục 12, TCN 18-79).
 Đặc trưng chu kỳ thay đổi
 σmin lấy momen tiêu chuần chỉ trường hợp tĩnh tải.

 σmax lấy momen tiêu chuẩn trường hợp tĩnh tải gia them hoạt tải có hệ số
xung kích
 (Khi xét đến điều kiện mỏi, hệ số vượt tải của hoạt tải nh = 1)
- Vậy : γ = 0,85
- Ứng suất pháp tuyến
- Hệ số xung kích ở trạng thái mỏi
- Momen lớn nhất ở trạng thái mỏi
- Ứng suất ở trạng thái mỏi
- Mà: γRu = 0,85x28000 = 23800 (T/m2)
- Điều kiện:
- Vậy thỏa điều kiện.
2.3.3. Kiểm tra ổn định cục bộ
a) Kiểm tra ổn định cục bộ mảnh vách
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

 Trong đó:
 Fyc = RII = 35000 (T/m2): Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất.
 E = 21.106 (T/m2): Momen đàn

hồi của thép.

 DC = 0,5(h – 2tf) = 0,5(0,84 – 2.0,02) = 0,4m: Chiều cao bản bụng chịu nén
tại momen chảy dẻo.
 tw = 0,016m: Chiều dày bản bụng.
- Kết quả: 50 < 92,101
- Vậy thỏa điều kiện.
b) Kiểm tra độ mảnh của biên chịu nén
 Trong đó:
 Fyc = RII = 35000 (T/m2): Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất.
 E = 21.106 (T/m2): Momen đàn hồi của thép.
 bf = 320mm = 0,32m: Bề rộng bản cánh chịu nén.
 tf = 20mm = 0,02m: Chiều dày bản cánh chịu nén.
 Kết quả: 8 < 9,357
- Vậy thỏa điều kiện
c) Kiểm tra ổn định cục bộ
 Với:
 Bề rộng tấm bf = 320mm = 0,32m.
 Bề dày tấm tf = 20mm = 0,02m.
 K = 0,56
 Fyc = RII = 35000 (T/m2): Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất.
 E = 21.106 (T/m2): Momen đàn hồi của thép.
- Kết quả: 8 < 13,717
- Vậy thỏa điều kiện.
2.3.4. Kiểm tra tổng thể
- Xét điều kiện:
 Với


SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 23

GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

 yb = h/2 = 0,42m : Khoảng cách từ trục trung hòa của dầm chủ đến tâm biên
chịu nén.
 Ix = 0,00283m4 : Momen quán tính theo trục x
 F = 0,00674m2 : Diện tích tiết diện dầm.
 r : Bánh kính quán tính
 : Hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh.
 Kx = 0,5 (Vì sơ đồ 2 đầu ngàm).
 Tra bảng lực tác dụng đúng tâm nên i = 0
- Kết quả:
- Vậy thỏa điều kiện.
2.3.5. Kiểm tra đường hàn
- Chọn đường hàn
 Trong đó:
 Sx: Momen tĩnh từ đường hàn đến trục X.
 Ix: Momen quán tính.
 Trong đó:
 Với Z = 26 tấn/trục: tải trọng trục của to axe đối với khổ đờng 1435mm.
 a = 0,22m: Bề rộng của tà vẹt (Thông số chiều dài 1 thanh tà vẹt là 3000mm,
rộng là 220mm và cao là 300mm)
 h = tf + htavet = 0,32m.
 1 + 2/3 = 1,261 với λ = 5,8m. nh = 1,252.

 hh = 0,01m (theo điều kiện cấu tạo thi công)
- Kiểm tra:
- Điều kiện

S tc
� .0,75.R0
2.hh

SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 24


GVHD: TS. NGUYỄN TRỌNG TÂM

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

tc
Tmin



tc
(Tmax
) 2  (V tc ) 2

γ = 0,826
- Vậy thỏa điều kiện
2.3.7. Yêu cầu cấu tạo
- Yêu cầu:
- Momen quán tính theo trục Y
- Momen quán tính của bản cánh trục y
- Tỉ số:
- Vậy thỏa điều kiện
3. Thiết kế hệ liên kết
3.1. Thiết kế hệ liên kết dầm dọc và dầm ngang

- Khi sử dụng dầm thép tổ hợp, mối nối liên kết có thể dùng bu lông
cường độ cao (bu lông cường độ cao thì có một hoặc hai mặt phẳng chịu ma
sát).
- Hai bản con cá (phía trên và phía dưới) chịu mô men là chủ yếu, thép
góc liên kết ở bụng dầm chịu cắt là chủ yếu.
- Lực tác dụng liên kết dầm dọc và dầm ngang gồm:
- Mô men uốn tại gối dầm dọc bằng 0,6 lần mô men uốn giữa nhịp dầm
dọc:
Mg = 0,6Mdd = 0,6x139,671 = 83,803(T.m)
- Phản lực tạ gối của dầm dọc:
Q = 79,125T
3.1.1. Thiết kế bản con cá
- Chọn chiều dày bản con cá
SVTH: TRƯƠNG QUỐC MỸ - MSSV: 1551090352 25