ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP

Bố trí 2 sườn tăng cường đứng gối tại đầu mỗi dầm, khoảng cách 200mm.. Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1700mm, riêng tại đoạnđầu dầm từ đầu đến hệ khung ngang đầu tiên

Thép bản mặt cầu:

- Thép đai : CI có Fy=240MPa

- Thép chịu lực, cấu tạo : CII có Fy=280MPa

Thép làm thanh lan can, cột lan can : M270 cấp 250 có cường độ chảy

Fy=250MPa

Bê tông bản mặt cầu, lan can : C30 có = 30 MPa

Trọng lượng riêng của thép : γs = 7.85x10-5 N/mm3

Trọng lượng riêng của bê tông có cốt thép : γc = 2.4x10-5 N/mm3

III THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU:

1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng LC:

Khoảng cách từ tim đường ray đến mép trong của lan can là 2750mm trở lên.Chọn 2850mm

Tạo dốc bằng cách thay đổi bề dày bản bê tông mặt cầu.

3 Thiết kế thoát nước mặt cầu:

Đường kính ống: D≥100mm Diện tích ống thoát nước được tính trên cơ sở1m2 mặt cầu tương ứng với ít nhất 1.5cm2 ống thoát nước Khoảng cách ống tối đa15m, chiều dài ống vượt qua đáy dầm 100mm

Diện tích mặt cầu S=L×Btc=40×6=240m2 vậy cần bố trí ít nhất 360cm2

Chiều dài dầm tính toán : Ltt = 40 - 2×a = 40 - 2×0.3 = 39.4m

2 Chiều cao dầm :

Chiều cao dầm được chọn từ chiều cao tối thiểu trong quy trình và theo kinhnghiệm thiết kế :

Vậy chọn chiều cao dầm thép d = 1500mm

Chiều cao dầm liên hợp H = 1800mm

2 Kích thước tiết diện ngang:

Chiều cao phần vút : hV = 100mm

Chiều dày bản bê tông : tS = 200 mm

Chiều dày sườn dầm : tW = 15 mm

V THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH:

1 Sườn tăng cường, hệ liên kết ngang:

Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, không bố trí sườn tăng cường dọc

Bố trí 2 sườn tăng cường đứng gối tại đầu mỗi dầm, khoảng cách 200mm

Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1700mm, riêng tại đoạnđầu dầm (từ đầu đến hệ khung ngang đầu tiên) thì bố trí cách khoảng 1000mm.Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang bằng thép cán chữ

I, loại dầm cánh rộng W760×196 Tại các sườn tăng cường đứng cách khoảng3400mm thì bố trí hệ khung ngang bằng thép L102×76×12.7(cho cả thanh xiên vàthanh ngang)

Bề dày của tất cả các sườn tăng cường là 14mm

2 Neo chống cắt:

Thiết kế loại neo hình nấm với các số liệu sau :

Đường kính đinh: dS = 20mm

Chiều cao: h = 250mm

Thiết kế 2 hàng neo với khoảng cách giữa tim của neo đến

mép bản cánh trên là 50mm, khoảng cách 2 hàng neo là 200mm

2 Mối nối dầm chính:

Mối nối sử dụng bulong cường độ cao

Số lượng mối nối là 3, cách đầu dầm 10m, khoảng cách mỗi mối nối là 10m

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ LAN CAN, BẢN MẶT CẦU

Ở phần này chỉ thiết kế cấu tạo và bố trí thép, tính tĩnh tải, không tính toán nội lực

và tính toán cốt thép

I LAN CAN:

Do thiết kế cầu cho đường sắt đô thị khổ tiêu chuẩn 1435 nên cầu sẽ k có lề bộhành, vì vậy chỉ thiết kế lan can đơn giản để tạo cảm giác an toàn cho hành khách đi tàu.Cột lan can: chiều dài nhịp 40 m, bố trí khoảng cách 2 cột lan can là 2m

Vậy mỗi bên cầu gồm:

- + 1 = + 1 = 21 cột lan can

- 20 cặp thanh liên kết

Kích thước của lan can và tường như trên hình:

1 Tính toán trọng lượng do tường bê tông:

- Diện tích tường bê tông:

Atbt = 200500 = 100000 mm2

- Tải trọng bản thân của tường bê tông trên toàn cầu:

DCtbt = Atbtγc = 2401000002.410-5 = 192 N

2 Tính toán trọng lượng do lan can:

- Diện tích cắt ngang của thanh lan can:

II.BẢN MẶT CẦU:

- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxonvà bản loại dầm Trong đó phần bản loại dầm đơn giản đượcxây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toán dầmđơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục củabản mặt cầu

Hình 3.1: Sơ đồ tính bản mặt cầu 3.3 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGXOL: (BẢN HẨNG)

Hình 3.2: Sơ đồ tính cho bản côngxon

1 Tải trọng tác dụng lên bản Côngxol:

- Trọng lượng tường bêtông:

Trọng lượng lan can trên 1000 mm chiều dài bản:

3.3.2 Nội lực trong bản congxol:

- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.6):

Hình 3.6: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng

- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:

   � �  

Trong đó:

không dẻo

S

2+ Trạng thái giới hạn cường độ:

1000

M 1.16 1.25 5 1.25 1879 1000

2

6349550 N.mm+ Trạng thái giới hạn sử dụng:

1000

2

5473750 N.mm

3.4 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM CẠNH DẦM BIÊN:

Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhịp của bản làkhoảng cách giữa hai dầm S = 2000 mm, cách tính ta sẽ tínhnhư dầm đơn giản đặt trên hai gối, xét cho dải bản rộng

1000 mm theo phương dọc cầu

3.4.1 Tĩnh tải và nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản dầm biên:

Hình 3.7: Sơ đồ tính bản dầm

Hình 3.8: Tải trọng động tác dụng lên bản biên 3.4.2.2 Nội lực:

* Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ

- Bề rộng ray tiếp xúc với bản mặt cầu 132 mm

- Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:

- Diện làm việc của bản:

+ Khi tính mômen âm tại gối:

SW 1280 0.25 S 1220 0.25 2000 1720 mm+ Khi tính mômen dương tại giữa nhịp:

65.80

M 1.16 1.75 (1 0.25) 1.2 532 (2 2000 532)

8

(2000 2 455 532) ]} �  2

65.80

M 1 1 (1 0.25) 1.2 532 (2 2000 532)

8

(2000 2 455 532) ]} �  2

= 26240752.13 Nmm

Giá trị mômen tại giữa nhịp do tĩnh tải và hoạt tảigây ra có xét đến tính liên tục của bản mặt cầu (vớidải bản 1000 mm theo phương dọc cầu) được tính như sau:

- Trạng thái giới hạn cường độ:

1760 19080060.8 N.mm

- Trạng thái giới hạn sử dụng:

1720 31805375.87 N.mm

1760 22544759.13 N.mm

3.5 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA:

3.5.1 Tĩnh tải và nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản dầm giữa:

3.5.1.1 Tĩnh tải:

- Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biênnhưng đối với bản dầm giữa thì sẽ không có tải trọng bóvỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố đầy dầm

- Trọng lượng bản thân:



DC" 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N / mm

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:

+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu: hDW200 mm

+ Khối lượng riêng lớp phủ:   � 5 3

C' 2.3 10 N / mm

Hình 3.9 : Sơ đồ tính tĩnh tải cho bản dầm giữa

- Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như bản dầmbiên

- Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

+ Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

- Ở đây sẽ có 3 trường hợp đặt tải:

+ Trường hợp chỉ có 1 bánh xe của 1 xe

+ Trường hợp có 2 bánh xe của 2 xe khác nhau đặt trongbản khi đó khoảng cách giữa 2 bánh xe là 1200 mm

+ Trường hợp có 2 bánh xe của cùng một xe đặt trongbản khi đó khoảng cách giữa 2 bánh xe là 1800 mm

3.5.2.1 Xét trường hợp 1 chỉ có 1 bánh xe:

Hoạt tải:

- Tải trọng tàu đặt như hình 3.8:

- Với: L1 = 1511mm; L3 = 489mm

Hình 3.8: Tải trọng động tác dụng lên bản biên 3.4.2.2 Nội lực:

* Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ

- Bề rộng ray tiếp xúc với bản mặt cầu 132 mm

- Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:

- Diện làm việc của bản:

+ Khi tính mômen âm tại gối:

SW 1280 0.25 S 1220 0.25 2000 1720 mm+ Khi tính mômen dương tại giữa nhịp:

65.80

M 1.16 1.75 (1 0.25) 1.2 532 (2 2000 532)

8

(2000 2 455 532) ]} �  2

65.80

M 1 1 (1 0.25) 1.2 532 (2 2000 532)

8

(2000 2 455 532) ]} �  2

= 26240752.13 Nmm

Giá trị mômen tại giữa nhịp do tĩnh tải và hoạt tảigây ra có xét đến tính liên tục của bản mặt cầu (vớidải bản 1000 mm theo phương dọc cầu) được tính như sau:

- Trạng thái giới hạn cường độ:

1760 19080060.8 N.mm

- Trạng thái giới hạn sử dụng:

1720 31805375.87 N.mm

1760 22544759.13 N.mm

3.6 THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU:

Ta sẽ thiết kế cốt thép tương ứng với các giá trị nội lực

ở TTGH cường độ vừa tính ở trên:

3.6.1 Thiết kế cho phần bản chịu mômen âm:

Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều dài bản mặt cầu,khi đó giá trị nội lực trong 1000 mm bản mặt cầu như sau:

- Mômen âm: Mu  27204793 N.mm

- Chiều rộng tiết diện tính toán: b 1000 mm

- Chiều cao tiết diện tính toán: h 200 mm

- Cường độ cốt thép: fy280 MPa

- Cấp bêtông: f 'c30 MPa

- Tải trọng tác dụng: M 27204793 N.mm

- Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng củatiết diệân đến trọng tâm vùng cốt thép chịu kéo là:

A 769.3 mm

3.6.2 Thiết kế cho phần bản chịu mômen dương:

Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều dài bản mặt cầu,khi đó giá trị nội lực trong 1000 mm bản mặt cầu như sau:

- Mômen dương: Mu19080060.8 N.mm

- Chiều rộng tiết diện tính toán: b 1000 mm

- Chiều cao tiết diện tính toán: h 200 mm

- Cường độ cốt thép: fy280 MPa

- Cấp bêtông: f 'c30 MPa

- Tải trọng tác dụng: M 19080060.8 N.mm

- Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng củatiết diệân đến trọng tâm vùng cốt thép chịu kéo là:

- Kiểm tra điều kiện:

3.7 KIỂM TRA NỨT CHO BẢN MẶT CẦU:

Ta sẽ kiểm tra nứt của bản mặt cầu bằng trạng thái giớihạn sử dụng

+ Mômen dương: MS 22544759.13 N.mm

+ Mômen âm: MS  31805375.87 N.mm

3.7.1 Kiểm tra nứt với mômen âm:

- Các giá trị của b, h, a', ds đã có ở trên:

b = 1000 mm; h = 200 mm; a’ = 35 mm; dS = 165 mm

- Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọngtâm cốt thép chịu kéo gần nhất:

 C

- Khối lượng riêng của bêtông: c 2400 Kg/ m3

- Modul đàn hồi của bêtông:

1.5

E 0.043� � f '

0.043 2400� 1.5� 30 27691.47 MPa

- Modul đàn hồi của thép:Es 200000 MPa

- Hệ số tính đổi từ thép sang bêtông:

- Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:

165 37.62 7.222 94.51 MPa107895334.4

- Khí hậu khắc nghiệt: Z 23000 N / mm

- Ứng suất cho phép trong cốt thép:

3.7.2 Kiểm tra nứt với mômen dương:

- Các giá trị của b, h, a', ds đã có ở trên:

b = 1000 mm; h = 200 mm; a’ = 35 mm; dS = 165 mm

- Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọngtâm cốt thép chịu kéo gần nhất:

 C

d a' 35 mm < 50 mm

- Diện tích của vùng bêtông bọc quanh 1 nhóm thép:

 � �  � �  2 C

- Khối lượng riêng của bêtông: c 2400 Kg/ m3

- Modul đàn hồi của bêtông:

1.5

E 0.043� � f ' 0.043 2400� 1.5� 30 27691.47 MPa

- Modul đàn hồi của thép:Es 200000 MPa

- Hệ số tính đổi từ thép sang bêtông:

-Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:

- Khí hậu khắc nghiệt: Z 23000 N / mm

- Ứng suất cho phép trong cốt thép:

 s

f 67.38 MPa 168 MPa Vậy thoả mãn điều kiện vềnứt

Bản mặt cầu sẽ được tính tốn theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm Trong

đĩ phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đĩ sau khi tínhtốn dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu

Cốt thép dùng trong bản mặt cầu là thép CII cĩ cường độ Fy=280 MPa, bê tơngdùng cho bản mặt cầu là loại bê tơng cĩ cường độ chịu nén f’c=30 Mpa

Do trong phạm vi hẹp của đồ án mơn học nên ta bố trí cốt thép trong bản mặt cầutheo yêu cầu cấu tạo như hình dưới

s t

s b NC

NC s b NC

s t

s b NC

NC s b NC

I

Y

2 Đặc trưng hình học giai đoạn 2 ( Giai đoạn liên hợp):

a Bề rộng có hiệu dầm trong Bi và dầm ngoài Be:

e

hang

6 t max(t / 2;b / 4) 6 200 max(15/ 2;350/ 4)L

b.1 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (ST):

Bố trí cốt thép trong bản mặt cầu là 12a200 và bê tông bản mặt cầu có cường độf’c=30Mpa

4Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Be

Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

ST s,t ST

293.13 Y

ST s,b ST

1106.67 Y

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bê tông :

b.2.Giai đoạn liên hợp dài hạn (LT):

Diện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

Bảng tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm trong và dầm biên:

DẦM TRONGĐặc trưng Tiết diện dầm thép Tiết diện dầm liên hợp

Chưa liên hợp (NC) Ngắn hạn(ST) Dài hạn(LT)Diện tích tiết diện (mm2) 47100 105213.14 68129.81Momen kháng uốn thớ

dưới dầm thép(mm3) 27137550.27 44103201.74 37251519.04Momen kháng uốn thớ trên

dầm thép (mm3) 15920351.69 166505271.61 57108513.69Momen kháng uốn tại mép

dưới bản BT(mm3) 352825613.89 1370604328.66Momen kháng uốn tại đỉnh

bản BT(mm3) 1332042172.85 888389377.31Momen quán tính của tiết

diện (mm4) 14047481520 48807690266.08 31563473992.69

DẦM BIÊN (DẦM NGOÀI)Đặc trưng Tiết diện dầm thép Tiết diện dầm liên hợp

Chưa liên hợp (NC) Ngắn hạn(ST) Dài hạn(LT)Diện tích tiết diện (mm2) 47100 105213.14 68129.81Momen kháng uốn thớ

dưới dầm thép(mm3) 27137550.27 44103201.74 37251519.04Momen kháng uốn thớ trên

dầm thép (mm3) 15920351.69 166505271.61 57108513.69Momen kháng uốn tại mép

dưới bản BT(mm3) 352825613.89 1370604328.66Momen kháng uốn tại đỉnh

bản BT(mm3) 1332042172.85 888389377.31Momen quán tính của tiết

diện (mm4) 14047481520 48807690266.08 31563473992.69

II TẢI TRỌNG – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG

Tải trọng tác dụng lên cầu:

Hình 3.1.STC trung gian Hình 3.2.STC gối

Hình 3.3.STC tại liên kết ngang

Sườn tăng cường:

 Sườn tăng cường giữa: hình 3.1

Một dầm có: 12 x 2 = 24 sườn tăng cường giữa

Khoảng cách các sườn: do = 1700 mm

Khối lượng một sườn tăng cường: gs1 = 135.84N

 Sườn tăng cường gối:hình 3.2

Một dầm có: 4 x 2 = 8 sườn tăng cường gối

Khoảng cách các sườn: 1700 mm

Khối lượng một sườn: gs2 = 217.88N

 Sườn tăng cường tại liên kết ngang: hình 3.3

Một dầm có: 9 x 2 = 18 sườn tăng cường

Khoảng cách các hệ liên kết ngang: Lb = 3400 mm

Khối lượng một sườn tăng cường: gs3 = 309.71N

- Liên kết khung ngang:có 18 liên kết khung ngang trên mỗi dầm

 Khoảng cách giữa các liên kết ngang 3400 mm

 Dùng thép L 102 x 102 x 11.1 (cho cả thanh xiên và thanh ngang)

 Trọng lượng mỗi mét dài: glk 168 N

 Thanh ngang dài: 1930 mm

 Thanh xiên dài: 1144 mm

 Mỗi liên kết ngang có: 2 x 1 = 2 thanh liên kết ngang, 2 x 1 = 2 thanh liên kếtxiên

- Liên kết ngang ở đầu dầm:

 Dầm ngang W760x196 dài 1885m có khối lượng:

168(1930 2 1144 2) 4 3714 4 739.28

h

=>DC2=(Abmc+Avút).γbt=(2000000+45000)x2.5x10-5=51.125N/mm (toàn cầu)

- Trọng lượng lan can – lề bộ hành:đã tính ở trên

DC3 = 4.87 N/mm(tính cho toàn cầu)

-Hoạt tải tác dụng lên dầm gồm có: Đoàn tàu – 3 toa (4 trục/1 toa): P =70000 N

III XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:

1 Phương pháp nén lệch tâm:

a Dầm Biên:

Ta có đường ảnh hưởng cho dầm biên:

a a

1 1 y

Hoạt tải tàu :

Tính cho hoạt tải:

 Khi xếp 2 làn tàu trên cầu:

Hoạt tải tàu:

DẦM TẢI TRỌNG DC2 DC3 DC4 DW TÀUBIÊN PP NÉN LỆCH TÂM 0.2 0.4 0.8 0.2 0.36GIỮA PP NÉN LỆCH TÂM 0.2 0.4 0.8 0.2 0.36

2 Tĩnh Tải Tác Dụng Toàn Cầu:

IV NỘI LỰC – TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC TTGH

1 KIỂM TRA DẦM CHỦ TẠI CÁC MẶT CẮT SAU:

Tại mặt cắt gối (I-I): cách gối một khoảng L = 0(Vu)

Tại mặt cắt dầm (II-II): cách gối 1 khoảng L/4 = 33400/4=8350mm

Tại mặt cắt mối nối (III-III): cách gối một khoảng L2 =10700 mm(Mu,Vu, Ms,Vs)Tại mặt cắt liên kết ngang gần mặt cắt giữa dầm (IV-IV): cách gối một khoảng

Vị trí nguy hiểm nhất là trục thứ 2 của toa 2 đặt tại mặt cắt IV-IV.

Vị trí nguy hiểm là khi ta chất trục thứ 3 của toa 1 lên giữa dầm

Vị trí nguy hiểm nhất là trục thứ nhất của toa 2 đặt tại mặt cắt II-II.

Vị trí nguy hiểm nhất là trục thứ nhất của toa 2 đặt tại mặt cắt III-III.

Vị trí nguy hiểm nhất là trục thứ 2 của toa 2 đặt tại mặt cắt IV-IV.

Xếp tải nguy hiểm nhất là trục 1 của toa 2 tại mặt cắt V-V

1,927,660,000

2,023,910,000

5,316,520,150

5,885,486,140

6,093,746,500

V 729,790 364,895 261,440.49 130,355.35 0

2 Nội lực do hoạt tải theo trạng thái giới hạn:

Hoạt tải ở đây chỉ xét cho tàu,3toa

Hệ số tải trọng của tàu lấy trong tiêu chuẩn 22TCN-1879

Bằng cách nội suy,với L=0 thìtau=1.3,với L=34 thì tau=1.15 Vậy tau=1.2

tau tau tau tau

tau tau tau tau

M M (m.g ).(1 I M)

V V (m.g ).(1 I M)

biên SD 0 927192269 1065918874 1119141274 1125373133

M 0 927192269 1065918874 1119141274 1125373133

CĐ1 0 1075543032 1236465893 1298203877 1305432834Dầm

giữa SD 0 927192269 1065918874 1119141274 1125373133

M 0 927192269 1065918874 1119141274 1125373133

Bảng tổng hợp lực cắt (V) do hoạt tải theo trạng

thái giới hạn

Mặtcắt I-I II-II III-III IV-IV V-V CĐ1 193256 91654 54015 37622 40835Dầm

biên SD 166600 79012 46565 32433 35203

CĐ1 193256 91654 54015 37622 40835Dầm

giữa SD 166600 79012 46565 32433 35203

3 Nội lực do tĩnh tải theo trạng thái giới han:

Mu = .(DC.gDC MDC + Ray grayMRay+ tavet gtavet Mtavet)

Vu = .(DC.gDC VDC + Ray gray.VRay+ tavet gtavet Vtavet)