đồ án cầu thép trên đường sắt ( gồm fie thuyết minh bản vẽ bà bảng tính )

ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

Mục lục
I. Chương 1: GIỚI THIỆU VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP.................................3
1. Tóm tắt nhiệm vụ đồ án..........................................................................................3
1.1. Số liệu ban đầu................................................................................................3
1.2. Nhiệm vụ thiết kế............................................................................................3
1.3. Tiêu chuẩn thiết kế..........................................................................................3
2. Chọn sơ bộ kết cấu nhịp.........................................................................................3
3. Vật liệu dùng cho kết cấu.......................................................................................4
4. Chọn sơ bộ kích thước...........................................................................................4
4.1. Bản mặt cầu và kết cấu tầng trên....................................................................4
4.2. Dầm dọc..........................................................................................................4
4.3. Dầm ngang......................................................................................................4
4.4. Liên kết dọc trên và dọc dưới giữa giàn chủ...................................................5
II. Chương 2: THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU...........................................................7
1. Thiết kế dầm dọc....................................................................................................7
1.1. Chọn tiết diện..................................................................................................7
1.2. Tải trọng tác dụng lên dầm dọc.......................................................................9
1.3. Kiểm tra tiết diện...........................................................................................12
2. Thiết kế dầm ngang..............................................................................................20
2.1. Chọn tiết diện................................................................................................20
2.2. Tải trọng tác dụng lên dầm ngang.................................................................22
2.3. Kiểm tra tiết diện...........................................................................................25
3. Thiết kế hệ liên kết...............................................................................................34
3.1. Thiết kế hệ liên kết dầm dọc vào dầm ngang................................................34
3.2. Xác định số bulong liên kết sườn dầm dọc và thép góc liên kết...................39
3.3. Thiết kế dầm ngang vào nút..........................................................................41

III. Chương 3: THIẾT KẾ GIÀN CHỦ........................................................................43
SVTH: HÀ THANH TIẾN

1


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

1. Tính nội lực trong thanh.......................................................................................43
1.1. Xác định các hệ số.........................................................................................43
1.2. Tìm nội lực bằng sap2000.............................................................................44
1.3. Chọn sơ bộ tiết diện thanh.............................................................................45
1.4. Kiểm tra nội lực trong thanh.........................................................................49
IV. Chương 4: THIẾT KẾ NÚT GIÀN CHỦ...............................................................57
1. Nguyên tắc thiết kế nút........................................................................................57
2. Thiết kế nút giàn...................................................................................................57
3. Kiểm tra bản nút...................................................................................................59
3.1. Bản nút không bị xét rách.............................................................................59
3.2. Tiết diện giảm yếu nằm ngang......................................................................62

SVTH: HÀ THANH TIẾN

2


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

I. Chương 1: GIỚI THIỆU VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP
1. Tóm tắt nhiệm vụ đồ án
1.1. Số liệu ban đầu

Chiều dài nhịp tính toán: ltt = 88m.
Khổ đường sắt: 1435mm.
Tải trọng thiết kế: tải trọng cấp T – 22 .
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 ( 3 nút điển hình)
1.3. Tiêu chuẩn thiết kế

Tham khảo tiêu chuẩn ngành: 22TCN 18-79
2. Chọn sơ bộ kết cấu nhịp

Chọn kết cấu nhịp có tàu chạy dưới, dạng dàn tam giác có biên song song và 2 dầm
chủ.
Chọn khoảng cách giữa 2 giàn chủ là Bgc= 5.8m
1 1
hgc  (  ) ltt  (8.8  12.571) ( m)
7 10
Chiều cao giàn chủ:
=> Chọn hgc= 10m >8.5m (đối với đường dành cho xe lửa chạy).
Chọn chiều dài khoang giàn d =8.8m sao cho 40 0<α<600 (α là góc giữa thanh giằng

chéo và thanh biên) =>

tan  

hgc
d



10
   490
8.8
(thỏa)

Chiều cao cổng cầu hcc = (0,4 – 0,6) B = (0,4 – 0,6) 5,8 = 2,32 – 3,48 (m) => chọn
hcc=3.48m
Ngoài ra, đối với đường tàu chạy dưới, khi chọn h phải chú ý đảm bảo chiều cao tĩnh
không H = 4,95 (m) cho tàu theo công thức sau:
hgc>H+ hcc+ hdng=> 12>4.95+3.48+1.05=9.48m (thỏa).
Vậy: Giàn có 2 biên song song có 10 khoang mỗi khoang có d=8.8 m và có chiều cao
0
dàn chủ là hgc=10m, khoảng cách 2 dàn chủ Bgc=5.8m,   49 .
SVTH: HÀ THANH TIẾN

3


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

Hình 1: Sơ đồ giàn chủ
3. Vật liệu dùng cho kết cấu

Dùng thép hợp kim Mác tanh cán nóng 15XCHD với 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: R 0 = 2700 (KG/cm2) = 327000
(T/m2)
- Cường độ tính toán khi chịu 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: 0.8 T/m => vậy 1 dầm
chịu 0.4 (T/m) (vì cầu chọn 2 dầm dọc).
4.2. Dầm dọc

Chọn 2 dầm dọc, khoảng cách giữa các dầm là 2,2 (m).
Dầm dọc được thiết kế chi tiết hơn trong phần thiết kế dầm dọc.
4.3. Dầm ngang

Các dầm ngang được đặt tại các nút giàn chủ, cách nhau 1 khoảng bằng khoang giàn
d= 8,8 (m).
Dầm ngang được thiết kế chi tiết hơn trong phần thiết kế dầm ngang.

SVTH: HÀ THANH TIẾN

4

ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

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

Hình 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 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.
Chiều cao và chiều rộng được xác định theo công thức kinh nghiệm của
N.I.Polivanov
�
l2
hl
 69(cm)
�
400
�
�
b  h  0, 2l  51(cm)
�

4.4.2. Trọng lượng kết cấu nhịp

Trọng lượng bản thân 1m chiều dài dầm chủ được xác định theo công thức
g dc 

nh k0  nt g mc

Ru
 nt (1   ).a.l


.a.l  1,178(T / m)

Trong đó:
l = 88 (m): Chiều dài nhịp tính toán
SVTH: HÀ THANH TIẾN

5


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

nh = 1,131: Hệ số vượt tải của hoạt tải khi chiều dài đặt tải
Ru = 2800 (T/m2): Cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm
  7,85(T / m3 ) : Trọng lượng thể tích của thép
  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 giàn
nt = 1,1: hệ số vượt tải của tĩnh tải

gkctt = 0.8(T/m): Trọng lượng kiến trúc tầng trên
Hoạt tải tác dụng lên dầm:
k0  0,5.(1   ).kdaudam  9,998(T/ m)

Trong đó:
1   1

18
 1,153
30  
: Hệ số xung kích

K dau  16,663(T / m) : Tải trọng tương đương T-22 xe lửa có đỉnh ở đầu mút nhịp khi
chiều dài đặt tải   88m

Trọng lượng thép của hệ liên kết
glk   .g dc  0,141(T / m)

Trong đó:
  0,12 : Hệ số trọng lượng của hệ liên kết giữa các dầm chủ

SVTH: HÀ THANH TIẾN

6


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

II. Chương 2: THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU
1. Thiết kế dầm dọc

Dầm dọc được đặt dọc theo hướng tàu chạy, làm việc như dầm liên tục có nhiều nhịp,
nhịp tính toán là khoảng cách giữa 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:
�1 1 �
h�� �
d  (0,587 �1,1) ( m)
�8 15 �

Chọn: h = 0.8 (m) = 800 (mm)
 Bề dày sườn dầm tw:
tw 

h
 2,571( mm)
11

tw  7 

3h
 9, 4(mm)
1000

tw ≥ 12(mm)
Chọn: tw = 20 (mm)
 Bề rộng bản biên bf:
�1 1 �
bf  � � �
h  (160 �400)(mm)
�2 5 �
h
b f �  80(mm)
10
b f �180(mm)

Chọn: bf = 350 (mm)
 Chiều dày bản biên tf :

SVTH: HÀ THANH TIẾN

7


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

bf

�t f �50(mm)
30

11,667 �t f �50(mm)

Chọn: tf = 20 (mm)
 Kiểm tra bố trí sườn tăng cường
tw
 0,06  0,02
h  2t f

Vậy : Không bố trí sườn tăng cường
 Đặc trưng hình học dầm dọc :
- Diện tích mặt cắt:
A = 29200 (mm2) = 0,0292 (m2)
- Momen quán tính theo trục x:
Ix 

b t3
h2
t w hw3
 2.( f f  b f t f f )  0.00286(m 4 )
12
12
4

- Momen kháng uốn theo trục x:
WX 

IX
0,00296

 0,007 ( m3 )

h/ 2
0,8 / 2

- Momen tĩnh theo trục x:
Sx 

( h  2t f ) 2 tw

SVTH: HÀ THANH TIẾN

8



 ht  b
f

2

f

t f  0, 0042 ( m3 )

8


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

Hình 3: 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.

Hình 4: Đường ảnh hưởng áp lên dầm dọc
Hệ số phân bố ngang được tính theo công thức:
 0  1.

1
�y
2

Hệ số phân bố ngang của dầm 1 khi tàu chạy qua:

SVTH: HÀ THANH TIẾN

9


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

dam1 

1

1 0
y
 0,5
�
2
2

Hệ số phân bố ngang của dầm 2 khi tàu chạy qua:
 dam 2 

1
1 0
y
 0,5
�
2
2

Bảng 1. Hệ số phân bố ngang của dầm dọc
Dầm

Hệ số phân bố ngang

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.
Tính tĩnh tải tác dụng lên 1 dầm dọc:

gtt  nt .( g mc  gdd )  1,1.(0,4  0,229)(T / m)
- Trọng lượng của dầm dọc

g dd  F .  0,0292.7,85  0,229(T/ m)
- Trọng lượng ray, tà vẹt và máng đá dăm

g mc  0,4(T / m)
Nội lưc tính toán cho tĩnh tãi được xác định theo công thức
S0  gtt .

SVTH: HÀ THANH TIẾN

10


ĐỒ ÁN CẦU THÉP
TÂM

GVHD: TS.NGUYỄN TRỌNG

Hình 5 : Đường ảnh hưởng
Kết quả nội lực do tĩnh tải:
Bảng 2 : Momen do tĩnh tải

Tiết diện giữa nhịp
dah
M1/2 (T.m)
9.68
6.7

Tiết diện 1/4
M1/4(T.m)
7.26
5.025

dah

Bảng 3 : Lực cắt do tĩnh tải
Tiết diện tại gối

dah
4.4

VL(T)
3.045

Tiết diện 1/4

dah
2.2

V1/4(T)
1.523

1.2.2. Nội lực do hoạt tải

Nội lực do hoạt tải tàu được xác định theo công thức :
S0  nh .(1   ). .ktd .

Bảng 4. Tổng hợp nội lực tĩnh tải của dầm dọc

SVTH: HÀ THANH TIẾN

11