Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép: Chương 4 - Nguyễn Ngọc Tuyển (P4)

9/21/2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG 
CẦU THÉP
NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Bộ môn Cầu và Công trình ngầm
website:  />4‐2012

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)
• 4.3.5. Xác định sức kháng cắt danh định
 Trường hợp bản bụng không có sườn tăng cường. 
– Tùy theo độ mảnh của sườn dầm mà có thể sườn dầm làm
việc chảy dẻo do cắt, bị mất ổn định đàn dẻo hoặc bị mất ổn
định đàn hồi.
• Khi

• Khi

D
E
 2.46
tw
Fyw

2.46

sức kháng cắt theo điều kiện chảy dẻo:

E

D
E
  3.07
Fyw t w
Fyw

Vn  V p  0.58 Fyw Dtw
sức kháng cắt theo điều kiện

sườn bị mất ổn định đàn dẻo và khi đó:

Vn  1.48tw2 EFyw
140

1


9/21/2012

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)
• Khi

D
E
 3.07
tw
Fyw

sức kháng cắt theo điều kiện

sườn bị mất ổn định đàn hồi và khi đó:

Vn 

4.55tw3 E
D

 Trường hợp bản bụng có sườn tăng cường
– Đối với mảnh sườn dầm nằm trong các khoang giữa của tiết
diện đặc chắc

141

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)
• Khi

M u  0,5 f M p

thì

Vn  V p Cs

• Khi

M u  0,5 f M p

thì

Vn  RCsV p  CV p

trong đó:

CS  C 

0.87 1  C 
d 
1  o 
D

2



M r  Mu
R  0.6  0.4 


 M r  0, 75 f M y


   1
 

V p  0.58 Fyw Dtw
• Mu = mômen lớn nhất trong mảnh sườn dầm đang nghiên cứu do các
tải trọng tính toán (Nmm)
142

2

9/21/2012

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)
•
•
•
•
•
•
•
•

Vn = sức kháng cắt danh định (N)
Vp = lực cắt dẻo (N)
Mr = sức kháng uốn tính toán (N‐mm)
f = hệ số sức kháng đối với uốn
My = mômen chảy (N‐mm)
D = chiều cao bản bụng
do = khoảng cách giữa các sườn tăng cường (mm)
C = tỷ số của ứng suất cắt gây mất ổn định với cường độ chảy cắt, tỷ số
C phải được xác định theo quy định dưới đây

C 1

C

1.10 Ek
D Fyw
tw

khi

D
Ek
 1.10
tw
Fyw

khi

1.10

Ek D
Ek
  1.38
Fyw tw
Fyw
143

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)
C

• Trong đó

1.10 Ek
2
 D  Fyw
 
 tw 

k  5

khi

D
Ek
 1.38
tw
Fyw

5
 do 
 
D

2

144

3


9/21/2012

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)
– Đối với mảnh sườn dầm nằm trong các khoang giữa của tiết
diện không đặc chắc
• Khi

fu  0.75 f Fy

thì

Vn  V p Cs

• Khi

f u  0.75 f Fy

thì

Vn  RCsV p  CV p

Trong đó
• fu= ứng suất lớn nhất trong bản cánh chịu nén ở trong panen
đang xem xét do tải trọng tính toán

145

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)
– Đối với mảnh sườn dầm nằm trong khoang đầu (6.10.7.3.3c)
Vn  CV p

146

4


9/21/2012

4.4. Kiểm toán tiết diện dầm
• 4.4.1. Trạng thái giới hạn cường độ
– Đối với tiết diện đặc chắc:

 M
i

 Mr

i

trong đó
•

 M
i

i

= mô men ngoại lực có kể các hệ số tải trọng

• Mr = là sức kháng uốn của tiết diện, sức kháng này xác định bởi biểu
thức Mr = φMn.

– Đối với tiết diện không đặc chắc và tiết diện mảnh
f f  Fr
147

Kiểm toán tiết diện dầm (t.theo)

f f  Fr

trong đó
• ff = ứng suất kéo hoặc nén trong cánh dầm;
• Fr = Cường độ kháng uốn cho phép của cánh dầm;
Fr = φFn = Fn (thông thường φ = 1);
• Fn = Cường độ kháng uốn danh định của cánh dầm;

– Khi kiểm tra sức kháng cắt

 V  V
i i

r

trong đó
•

 V

i i

= lực cắt do ngoại lực có kể các hệ số tải trọng

• Vr = là sức kháng cắt của tiết diện, sức kháng này xác định bởi biểu
thức Vr = φVn.
148

5

9/21/2012

Kiểm toán tiết diện dầm (t.theo)
• 4.4.2. Trạng thái giới hạn sử dụng
– Khi kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng phải xét hai
điều kiện:
f
1
1


• Về độ võng:                                       với
dầm đơn giản
L 800 1000
f
1
1


Lh 300 375

với dầm hẫng

• Về ứng suất:
– Trong dầm thép không liên hợp:
– Trong dầm thép liên hợp với bản BTCT:

f f  0.80 Rb Fyf
f f  0.95 Rb Fyf

149

Kiểm toán tiết diện dầm (t.theo)
• 4.4.3. Trạng thái giới hạn về mỏi
– Có thể xảy ra với thép cơ bản hoặc các mối hàn
– Kiểm toán đối với các nơi chịu ứng suất kéo thực (chỉ có kéo) 
và nơi mà ứng suất nén do tải trọng tĩnh tiêu chuẩn chỉ bằng
dưới hai lần trị số ứng suất kéo do hoạt tải gây mỏi.
– Điều kiện kiểm tra:

 f    F n
trong đó:
• (Δf) = Biên độ ứng suất do tải trọng mỏi:
• (ΔF)n = Sức kháng mỏi danh định, xác định như sau:
1

 F n

 A 3 1
     F TH
2
N
150

6


9/21/2012

Kiểm toán tiết diện dầm (t.theo)

– Nhắc lại: “Hoạt tải gây mỏi”
• Xe tải thiết kế với khoảng cách giữa 2 trục nặng không đổi bằng 9m có
xét đến hệ số xung kích và hệ số làn cho 1 làn xe.
• Hệ số tải trọng của hoạt tải lấy theo bảng trong quy trình 3.4.1.1.
γ = 0.75
• Hệ số xung kích: 1+IM = 1.15
• Tải trọng người đi bộ lấy bằng 3x10‐3 MPa tính đồng thời với xe tải thiết
kế nếu đường bộ hành rộng hơn 0.6m

151

Kiểm toán tiết diện dầm (t.theo)
• A = Hệ số lấy từ bảng phụ thuộc chi tiết kiểm tra mỏi;
• N = chu kỳ ứng suất trong suốt thời kỳ sử dụng công trình;
• (ΔF)TH = giới hạn mỏi (tra bảng)
• Đối với thép cơ bản ở các chi tiết liên kết bằng đường hàn góc, ở đó
bản không liên tục thì (ΔF)n lấy như sau:
H

 0.094  1.23 t 
c
p
   F c
  F  n   F  n 
1
n


6
t

p




• tp = bề dày bản
• H = chiều cao đường hàn góc
• (ΔF)cn = sức kháng mỏi danh định tương ứng với loại chi tiết C

152

7


9/21/2012

Kiểm toán tiết diện dầm (t.theo)
– Hiên tượng mỏi có thể xảy ra với sườn dầm do dao động vì
sườn mảnh. Kiểm tra mỏi này thông qua kiểm tra: (1) ứng suất
nén do uốn và (2) ứng suất cắt
– (1) Ứng suất nén do uốn khi không có sườn tăng cường ngang
phải đảm bảo các yêu cầu sau:
• fcf = Fyw

 tw 
• f cf  32.5E 

 2 Dc 

nếu

2D c
E
 5,70
tw
Fyw

nếu

2D c
E
 5,70
tw
Fyw

2

trong đó:
• fcf = ứng suất nén đàn hồi lớn nhất trong cánh dầm chịu nén (khi tính
theo đàn hồi) do tĩnh tải tiêu chuẩn và hoạt tải mỏi.
153

Kiểm toán tiết diện dầm (t.theo)
• Fyw = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bụng (MPa).
• Dc = chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi (m).

– (2) Ứng suất cắt phải đảm bảo các yêu cầu sau:
vcf  0.58CFyw

trong đó:

• vcf = ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất ở bản bụng do tác dụng của tải trọng
dài hạn tiêu chuẩn và của tải trọng mỏi;
• C = tỷ số ứng suất cắt gây mất ổn định trên cường độ chảy khi cắt như
đã nói ở phần sức kháng cắt;
• Fyw = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng (MPa).

154

8