THIẾT KẾ CẦU THÉP- Thiết kế dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép l=30m

+ Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp Thép- BTCT + Tải trọng tính toán: 1.Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắnbánh nếu các bộ phận này đượ

Phần ii thiết kế kỹ thuật

85

chương I

Thiết kế

dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép l=30m

1 Số liệu tính toán thiết kế:

+ Chân lan can: 0.5x2 (m) => blc= 0.5 (m)

- Hoạt tải thiết kế:

+ Tải trọng HL93:

1.Tổ hợp HL93K: Tổ hợp của xe tải thiết kế(Truck) + Tải trọng làn(Lane)

2.Tổ hợp HL93M: Tổ hợp của xe 2 trục thiết kế(Tandem) + Tải trọng làn(Lane)

+ Người đI bộ: 3.10-3Mpa = 300daN/m2

1.2 Vật liệu chế tạo dầm:

- Thép chế tạo neo liên hợp: fy = 420Mpa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: : fy = 420Mpa

- Vật liệu bê tông chế tạo bản mặt cầu:

+ Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày: fc’= 37Mpa

+ Trọng lượng riêng của be tông: γc = 2,5T/m3 = 25kN/m3

+ Môđun đàn hồi của bê tông:

Ec = 0,043γc1,5 fc' = 0,043.25001,5 30= 32694.8(Mpa)

- Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép các bon M270M cấp 250 có các thông số kĩ thuật nhưsau:

+ Cấp thép: 250

+ Giới hạn chảy của thép: fy = 250 Mpa

+ Gới hạn kéo đứt của thép: fu = 400 Mpa

86

+ Môđun đàn hồi của thép: Es = 2.105 Mpa.

+ Tĩnh tải giai đoạn I: γ1= 1,25 và 0,9

+ Tĩnh tải giai đoạn II: γ2= 1,5 và 0,65

+ Hoạt tải HL93 và đoàn Người: 1,75 và 1,0

- Hệ số xung kích: 1+IM = 1,25( chỉ tính với xe tải và xe 2trục thiết kế)

- Hệ số làn: + Theo 22TCN 272-05 thì hệ số làn m được lấy như sau: BảNG:Hệ Số LàN m

+ ở đây do cầu được thiết kế 2 làn nên ta lấy hệ số làn m = 1,0

2 Cấu tạo kết cấu nhịp:

2.1 Chiều dài tính toán KCN:

- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp là Lnh = 33 (m)

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối lấy a = 0.3 (m)

=> Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh – 2xa = 33- 2x0.3 = 32.4 (m)

2.2 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu:

- Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:

+ Bề rộng chân lan can: bclc = 2x50 cm.

+ Chiều cao chân lan can: hclc = 50 cm

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau = 780 + 2x120 +2x50 = 1120cm

Lí p phß ng n í c dµy 0,4c m B¶n mÆt c Çu dµy 20-25c m

1/2 MÆt c ¾t g è i 1/2 MÆt c ¾t g i÷a nhÞp

Hình 1: Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp.

+ Chiều dày bản cánh trên: tt = 3 cm

+ Chiều dày bản cánh dưới: tb = 4 cm

+ Chiều cao toàn bộ dầm thép:

Hsb = 133+3+4 = 140cm = 1.40 m

2.4 Cấu tạo bản bê tông mặt cầu:

88

- Kích thước của bản bêtông được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng củatải trọng cục bộ.

- Chiều dày bản thường chọn: ts = 16 đến 25cm

- Theo quy định của 22TCN 272 – 05 thì chiều dày bản bê tông mặt cầu phải lớn hơn175mm, đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực

=> Chọn chiều dày bản bêtông mặt cầu là ts = 20cm

- Bản bêtông có thể cấu tạo vút dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn hoặc cóthể không cần tạo vút Mục đích của việc cấu tạo vút bản bêtông là nhằm làm tăng chiềucao dầm=> tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí hệ neo liên kết

- Kích thước cấu tạo bản bêtông mặt cầu:

+ Chiều dày bản bêtông : ts = 20cm

+ Bề rộng bản cánh chịu nén: bc = 40cm.

+ Số tập bản: n = 1 tập

+ Chiều dày 1 bản: t = 3cm

+ Tổng chiều dày bản cánh chịu nén: tc = 1.3 = 3cm

- Cấu tạo bản cánh dưới hay bản cánh chịu kéo:

+ Bề rộng bản cánh chịu kéo: bt = 70cm

+ Số tập bản: n = 1 tập

+ Chiều dày 1 bản: t =4cm

91

+ Tổng chiều dày bản cánh chịu kéo: tt =40cm.

- Cấu tạo bản bêtông: chiều dày bản: ts =20cm và chiều cao vút bản: th = 12cm

- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp : Hcb = 140 + 12 + 20 = 172cm

3 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt dầm chủ

3.1 Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp:

Giả thiết cầu được thi công theo biện pháp lắp ghép bằng cần cẩu hoặc lao kéo dọc nên cầudầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn :

- Giai đoạn I: Khi thi công xong dầm thép

+ Mặt cắt tính toán: là mặt cắt dầm thép

+ Tải trọng tính toán: ( tĩnh tải giai đoạn I)

1 Trọng lượng bản thân dầm

2 Trọng lượng hệ liên kết dọc và liên kết ngang

3 Trọng lượng bản bêtông và những phần bêtông được đổ cùng với bản

- Giai đoạn II: khi bản mặt cầu đã đạt được cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu ứngliên hợp giữa dầm thép và bản BTCT

+ Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp Thép- BTCT

+ Tải trọng tính toán:

1.Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắnbánh( nếu các bộ phận này được đổ bêtông hoặc lắp ghép sau khi tháo dỡ ván khuôn bảnbêtông mặt cầu)

2.Hoạt tải

- Mặt cắt làm việc:

92

bt tw

- Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai đoạn I :

t Y H

2 1

3

2

3 08 , 71 3 70 12

3 70 2

12

t t t t

tf

t Y t b t

.

2 1

sb c c NC

t Y H t

t Y H t b

3 154 12

40 3 12

12

12

3 3 3 3 3 3

+ +

= + +

y

b t t D b t

- Bảng tổng hợp kết quả tính toán ĐTTH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I:

MMQT của mặt cắt dầm đối với trục Oy

- Mặt cắt tớnh toỏn là mặt cắt liờn hợp => ĐTHH mặt cắt giai đoạn 2 là ĐTHH của tiết diệnliờn hợp.

3.3.2 Xỏc định bề rộng tớnh toỏn của bản bờtụng:

- Trong tớnh toỏn khụng phải toàn bộ bản bờtụng bản mặt cầu tham gia làm việc chung vớidầm thộp theo phương dọc cầu Bố rộng bản bờtụng làm việc chung với dầm thộp hay cũngọi là bề rộng cú hiệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài tớnh toỏn của dầm, khoảngcỏch giữa cỏc dầm chủ và bề dày bản bờtụng mặt cầu

- Theo 22TCN 272 – 05 bề rộng bản cỏnh( bản bờtụng) lấy như sau:

ts

Biểu đồ ứng suất pháp

Hcb

S de

b1

bs b2

=> Bề rộng tính toán của bản bêtông của dầm biên: bs = b1 +b2= 120 + 120 =240cm

=> Bề rộng tính toán bản bêtông của dầm trong: bs = 2.b2 = 2.120 = 240cm

Trong đó:

Ltt: Chiều dài tính toán nhịp

ts: Chiều dày bản bêtông mặt cầu

bs: Bề rộng tính toán của bản bêtông

S : Khoảng cách giữa các dầm chủ

bc : Bề rộng bản cánh chịu nén của dầm thép

tw : Chiều dày bản bụng của dầm thép

de : Chiềudài phần cánh hẫng

3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép.

- Vì tiết diện liên hợp có hai loại vật liệu là thép và bêtông nên khi tính ĐTHH ta tính đổi

về một loại vật liệu Ta tính đổi phần BT sang thép dựa vào hệ số n là tỷ số giữa môđun đànhồi của thép và bêtông

+ Trường hợp mặt cắt chịu lực ngắn hạn ( không xét hiện tượng từ biến của bêtông), ta có:

Trong đó: + Es: môđun đàn hồi của thép, Es =2.105 MPa

+ Ec: môđun đàn hồi của bêtông phụ thuộc loại bêtông

+ Egđ

tượng từ biến, thường lấy Ebtgđ = 0,33.Ebt

Với: γc: Trọng lượng riêng của bêtông, với bêtông thường có thể lấy

0 γc f c =0, 043.2500 40 1,5 = 28441,8(MPa)

Bảng: Hệ số quy đổi từ bêtông sang thép

96

- Với fc’ = 28MPa, ta lấy hệ số quy đổi từ bêtông sang thép là: n = 8 và n’ = 24.

=> Khi tính toán phàn bêtông bản mặt cầu được tính đổi sang thép bằng cách chia ĐTHHcủa phần bêtông cho hệ số n( khi không xét từ biến) hoặc n’ ( khi có xét đến từ biến)

b ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông:

- Cốt thép trong bản bêtông mặt cầu được bố trí thành 2 lưới là lưới cốt thép phía trên vàlưới cốt thép phía dưới của bản Trong tính toán ở đây ta chỉ quan tâm đến các thanh cốtthép trong bản bêtông theo phương dọc dầm

97

80# 10@400

#8 @400

165# 16@200 10# 12@220 200140

cm

+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 12 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 20cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: Art = 12.1,131 = 13,57cm2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản bêtông: art = 5cm

- Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:

Ar = Art + Arb = 13,57 + 13,57 = 27,14 cm2

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép bản đến mép trên cả dầm thép:

31 , 11 31 , 11

12 20 31 , 11 5 12 20 31 , 11

.

+

+ +

− +

= +

+ +

− +

=

rb rt

h s rb rt h s

rt

r

A A

t t A a t

t

A

Trong đó:

nrt, drt, Art : Số thanh , đường kính và diện tích cốt thép ở lưới trên

nrb, drb, Arb: Số thanh, đường kính và diện tích cốt thép ở lưới dưới

art, arb: Khoảng cách từ tim lưới cốt thép trên và dưới đến mép bản bêtông

ts: Chiều dày bản bêtông

th : Chiều dày của vút dầm

Yr: Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép trong bản đến mép trên dầm thép

98

1 2

r

s NC

n

A A

Trong đó:

+ Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông

+ ANC: Diện tích dầm thép

+ AST: Diện tích của mặt cắt liên hợp ngắn hạn

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiét diện thép:

2

1 2 2

2

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

+ Momen quán tính của phần dầm thép:

1 2883832 , 99 792 50 , 51

.Z A I

1

3

2

12

.

h sb

s s s s s

t t Z Y H t b t b n I

2 3

1

3 2

1 1

3

3

2

2

1 2 36

2 2

12

1

h sb

h h h

h h

sb h c h c

n I

s h sb

s s

2

1 2 2

2

.

1

1 1 1

1 1

d ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn:

- Mặt cắt liên hợp dài hạn được sử dụng để tính toán đối với các tải trọng lâu dài như tĩnhtải giai đoạn II, co ngót khi đó ta phải xét đến ảnh hưởng của hiện tượng từ biến

- Trong trường hợp có xét đến hiện tượng từ biến thì các ĐTHH của mặt cắt được tínhtương tự như khi không xét đến từ biến, chỉ thay hệ số n bằng n’

1 2

'

h h h

'

'

r

s NC

n

A A

Trong đó:

Ar: Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông

ANC: Diện tích dầm thép

ALT: Diện tích của mặt cắt liên hợp dài hạn

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I- I của tiết diện thép:

s h sb

s s

1 2 2 2

.

1

1 1

1

+ A r.(H sb −Y1 +Y r)

101

I

3 , 1032

1 , 26886

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

+ Mômen quán tính của phần dầm thép:

1 ' I A Z' 2883832 , 99 792 26 , 04

1

3 '

'

2

12

.

h sb

s s s s s

t t Z Y H t b t b n I

2 3

1

3 2

1 1

3 '

3

2 2

1 2 36 2 2 12

'

1

h sb

h h h

h h

sb h c h c

n I

II NC

s h sb

2

1 2 2

2

.

'

1

1 1 1

1 1

1 '

e Bảng tổng hợp kết quả tính ĐTHH của mặt cắt dầm biên:

Đặc trưng hình học của dầm biên MC ngắn hạn MC dài hạn Đơn vị

Diện tích toàn bộ bản bêtông A s = 5224 A ’

s = 5224 cm 2

Diện tích cốt thép trong bản bêtông A r = 27,14 A ’ = 27,14 cm 2

Diện tích mặt cắt tính đổi A ST =1472,143 A LT = 1032,3 cm 2

Mômen tĩnh của mặt căt với trục I-I S xI = 74365,22 S xI’ =26886,052 cm 3

Khoảng cách từ TTH I-I đến II-II Z 1 = 50,51 Z ’

1 = 26,04 cm MMQT của dầm thép với trục II-II I NCII =4904430,99 I NCII’=3420873,62 cm 4

MMQT của bản BTCT với trục II-II I s = 2117553,32 I ’

s = 1387273,32 cm 4

MMQT phần vút bản với trục II-II I h = 158040,87 I h’ = 125344,93 cm 4

MMQT của cốt thép trong bản I r = 116132,27 I r = 218275,83 cm 4

MMQT mặt cắt liên hợo với trục II-II I ST =7296157,449 I LT =5152767,7 cm 4

MM tĩnh của bản với trục II-II S s = 38545,44 S s’ = 19045,45 cm 3

Hình 8: Mặt cắt dầm trong

b ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông:

- Cốt thép trong bản bêtông mặt cầu được bố trí thành 2 lưới là lưới cốt thép phía trên vàlưới cốt thép phía dưới của bản Trong tính toán ở đây ta chỉ quan tâm đến các thanh cốtthép trong bản bêtông theo phương dọc dầm

- Lưới cốt thép phía trên:

+ Đường kính cốt thép: φ = 12mm

4

2 , 1 1416 , 3

cm

+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 11 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 20cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: Art = 11.1,131 = 12.44cm2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản bêtông: art = 5cm

- Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:

Ar = Art + Arb = 12,44+12,44 = 24,88 cm2

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép bản đến mép trên cả dầm thép:

105

nrt, drt, Art : Số thanh , đường kính và diện tích cốt thép ở lưới trên.

nrb, drb, Arb: Số thanh, đường kính và diện tích cốt thép ở lưới dưới

art, arb: Khoảng cách từ tim lưới cốt thép trên và dưới đến mép bản bêtông

ts: Chiều dày bản bêtông

th : Chiều dày của vút dầm

Yr: Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép trong bản đến mép trên dầm thép

1 2

+ AST: Diện tích của mặt cắt liên hợp ngắn hạn

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiét diện thép:

106

2

1 2 2

2

2 , 74365

1

ST

I x

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

+ Momen quán tính của phần dầm thép:

1

3

2

12

.

h sb

s s s s s

t t Z Y H t b t b n I

2 3

3 2

1 1

3

3

2

2

1 2 36

2 2

12

1

h sb

h h h

h h

sb h c h c

n I

s h sb

s s

2

1 2 2

2

.

1

1 1 1

1 1

d ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn:

- Mặt cắt liên hợp dài hạn được sử dụng để tính toán đối với các tải trọng lâu dài như tĩnhtải giai đoạn II, co ngót khi đó ta phải xét đến ảnh hưởng của hiện tượng từ biến

- Trong trường hợp có xét đến hiện tượng từ biến thì các ĐTHH của mặt cắt được tínhtương tự như khi không xét đến từ biến, chỉ thay hệ số n bằng n’

1 2

'

h h h

c

108

+ Diện tích toàn bộ bản bêtông:

ALT: Diện tích của mặt cắt liên hợp dài hạn

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I- I của tiết diện thép:

s h sb

s s

1 2 2 2

.

1

1 1

I x LT

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

+ Mômen quán tính của phần dầm thép:

+ Mômen quán tính của phần bản bêtông:

1

3 '

'

2

12

.

h sb

s s s s s

t t Z Y H t b t b n I

2 3

1

3 2

1 1

3 '

3

2 2

1 2 36 2 2 12

'

1

h sb

h h h

h h

sb h c h c

n I

II NC

s h sb

2

1 2 2

2

.

'

1

1 1 1

1 1

1 '

e Bảng tổng hợp kết quả tính ĐTHH của mặt cắt dầm trong:

Đặc trưng hình học của dầm biên MC ngắn hạn MC dài hạn Đơn vị

Mômen tĩnh của mặt căt với trục I-I S xI = 74103,02 S xI’ =26623,84 cm 3

Khoảng cách từ TTH I-I đến II-II Z 1 = 50.41 Z ’

1 = 25,79 cm MMQT của dầm thép với trục II-II I NCII = 4896439,12 I NCII’=3410611,3 cm 4

MMQT của bản BTCT với trục II-II I s = 2124506,22 I ’

s = 1395419,6 cm 4

MMQT phần vút bản với trục II-II I h = 158741,65 I h’ = 126248 cm 4

MMQT của cốt thép trong bản I r = 106780,33 I r = 202122,57 cm 4

MMQT mặt cắt liên hợo với trục II-II I ST =7286466,32 I LT =5134401,48 cm 4

MM tĩnh của bản với trục II-II S s = 38587,415 S s’ = 19024,93 cm 3

3.4 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn chảy dẻo:

3.4.1 Mặt cắt tính toán:

- Giai đoạn 3: Khi ứng suất trên toàn mặt cắt đều đạt đến giới hạn chảy

- Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp => Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn 3 là đặctrưng hình học của tiết diện liên hợp

111

I

I

II II

III III

Y1

Z2 Z1

Dcp

Hsb

tc

Hcb Dw

tt

bh th ts

bs

Hình 9: Mặt cắt dầm giai đoạn chảy dẻo

3.4.2 Xác định vị trí trục trung hoà dẻo (PNA):

- Mặt cắt dầm làm việc trong giai đoạn chảy dẻo khi tất cả các phần trên mặt cắt đều đã đạtđến giới hạn chảy

- Vị trí trục trung hoà dẻo (PNA) được xác định như sau:

+ Nếu: Pt + Pw > Pc +Prb + Ps + Prt => TTH đi qua sườn dầm

+ Nếu : Pt + Pw < Pc +Prb + Ps + Prt và Pt + Pw +Pc > Prb + Ps + Prt

=> TTH đi qua bản cánh trên

+ Nếu: Pt + Pw + Pc < Prb + Ps + Prt => TTH đi qua bản bêtông

Trong trường hợp TTH đi qua trọng tâm bản bêtông về nguyên tắc ta phải xét xemTTH ở trên hay dưới so với cốt thép trên và cốt thép dưới để có được công thức tính toánchính xác Trong tính toán ta thường bỏ qua phần cốt thép của bản bêtông mặt cầu do đó tachỉ cần xác định TTH đi qua bản bêtông là được

Trong đó:

+ Pt, Pc, Pw: Là lực dẻo tại trọng tâm bản cánh chịu kéo, bản cánh chịu nén và sườndầm

+ Ps: Lực dẻo tại trọng tâm bản bêtông

+ Prt , Prb: Lực dẻo tại trọng tâm lưới cốt thép phía trên và phía dưới của bản bêtông

112

- Tính lực dẻo cuả các phần của mặt cắt dầm thép:

+ Lực dẻo tại bản cánh chịu kéo của dầm thép:

=> Kết luận: TTH dẻo (PNA) đi qua sườn dầm.

- Đối với dầm trong ta có:

- Tính lực dẻo cuả các phần của mặt cắt dầm thép:

+ Lực dẻo tại bản cánh chịu kéo của dầm thép:

Pt = fyt.bt.tt = 1

240.10 70.3− =5250 kN + Lực dẻo tại bản cánh chịu nén của dầm thép:

+ Lực dẻo xuất hiện tại cốt thép bản phía trên:

 Kết luận : TTH dẻo( PNA) đi qua sườn dầm.

3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn dầm chịu nén:

- Theo kết quả tính toán ở trên thì cả dầm biên và dầm trong khi đạt đến trạng thái chảy ởtoàn bộ mặt cắt thì TTH dẻo (PNA) đều đi qua sườn dầm Như vậy ta có:

+ Sơ đồ tính:

Mp

At.Fyt (Dw - Dcp).tw Fyw

Dcp.tw.Fyw As.Fyc 0,85.As.fc' fc'

fy

fy

III III

II II

bs

tw tt bt

bh th

r yr s c c

yc t yt w cp

A f

A f A f A

f A f D D

Trong đó:

+ Dw: Chiều cao sườn dầm chịu nén

+ At , Ac: Diện tích bán cánh chịu kéo và chịu nén

114

+ Aw: Diện tích sườn dầm.

+ Ar: Diện tích cốt thép trong bản bêtông

+ fyt , fyc : Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của thép lám cánh chịu kéo và cánh chịu néncủa dầm thép

+ fyr: Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của cốt thép dọc

+ fyw: cường độ chảy nhỏ nhất quy định của sườn dầm

+ fc’ : Cường độ nén quy định của bêtông bản ở tuổi 28 ngày

+ As: Diện tích bản bêtông

- Kết quả tính chiều cao phần sườn dầm chịu nén:

+ Đối với dầm biên:

r yr s c c

yc t yt w cp

A f

A f A f A

f A f D D

r yr s c c

yc t yt w cp

A f

A f A f A

f A f D D

3.4.4 Xác định mômen chảy dẻo:

thép, mặt cắt liên hợp ngắn hạn và dài hạn để gây ra trạng thái chảy đầu tiên ở một trong 2cánh của dầm thép( không xét đến chảy ở sườn dầm của mặt cắt lai)

My = MD1 + MD2 + MAD

Trong đó:

MD1: mômen uốn do tĩnh tải giai đoạn I tác dụng trên mặt cắt dầm thép

MD2: Mômen uốn do tĩnh tải giai đoạn II , co ngót … tác dụng trên mặt cắt liên hợp dài hạn

115

MAD: Mômen uốn bổ sung cần thiết để gây chảy ở một bản biên thép Mômen này do hoạttải tính toán( có xét đến hệ số vượt tải, hệ số xung kích) và được tính toán theo ĐTHH củamặt cắt liên hợp ngắn hạn.

- ứng suất trong dầm thép do MD1:

+ mômen tính toán do tĩnh tải giai đoạn I: MD1 = 3438,5 kN.m

+ Mômen quán tính của mặt cắt nguyên : INC = 2883832,99 cm4

+ Khoảng cách từ TTH I-I đến mép dưới dầm thép: yIb = 71,08 cm

+ Khoảng cách từ TTH I-I đến mép trên dầm thép:

I NC

I NC

+ Mômen tính toán do tĩnh tải giai đoạn I: MD2 = 1255,3 kN.m

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn: ILT = 5134404,48 cm4

+ Khoảng cách từ TTH II’-II’ đến mép dưới dầm thép:

yII’b =Y1 + Z1’ = 71,08 + 25,79 = 96,87 cm

+ Khoảng cách từ TTH II’-II’ đến mép trên dầm thép:

yt

II’ = Hsb - yII’b = 150 – 96,87 = 63,13 cm + ứng suất tại mép trên dầm:

M

I

+ ứng suất tại mép dưới dầm thép: II b

Khi ứng suất trong cánh dầm thép đạt đến giới hạn chảy ta có:

t t

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: IST = 7286466,325 cm4

+ Khoảng cách từ TTH II-II đến mép dưới dầm thép:

t AD

t t

AD

y

I f

b AD

b b AD

y

I f

Trong đó: Pi: lực dẻotại bộ phận thứ i của mặt cắt dầm.

Zi: Khoảng cách từ điểm đặt lực dẻo thứ i đến TTH dẻo(PNA)

- Trong trường hợp TTH đi qua sườn dầm ta có sơ đồ tính:

Mp

At.Fyt (Dw - Dcp).tw Fyw

Dcp.tw.Fyw As.Fyc 0,85.As.fc' fc'

fy

fy

III III

II II

bs

tw tt bt

bh th

Hình 11: Sơ đồ tính mômen dẻo của mặt cắt.

Lấy tổng mômen đối với trục TTH dẻo ta có giá trị mômen dẻo của mặt cắt được tính theocông thức:

=

2 2

.

85 ,

0

2

w yw

c cp yc c s c cp c s p

D t f

t D f A Z t D f A M

2

2

.

2

t cp w yt t cp w w yw

t D D f A D

D t

Trong đó: As: Diện tích của bản bêtông ( có bao gồm cả vút), As = 5024 cm2

Ac: Diện tích bản cánh chịu nén, Ac = 120 cm2

At: Diện tích bản cánh chịu kéo, At = 240 cm2

fy: Giới hạn chảy của thép, fy = 250MPa = 25,0 kN/cm2

f’

c: Cường độ chịu nén của bêtông bản, f’

Dcp: Chiều cao phần sườn dầm chịu nén, Dcp = 3,95 cm

+ +

+ +

h h h

h h c h

s s s s

t b t b t b

t t b

t t b t

t t b Z

.

3

2 2 2

.

 Mômen dẻo của mặt cắt trong trường hợp TTH đi qua sườn dầm là:

4 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ.

4.1 Cấu tạo các hệ liên kết trong KCN:

4.1.1 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối:

- Dầm ngang tại mặt cắt gối là chỗ đặt kích để nâng hạ các cụm dầm trong quá trình thicông và sửa chữacầu khi cần thiết Do đó liên kết ngang tại gối phải cấu tạo chắc chắn hơntại các mặt cắt khác

=> Chọn dầm ngang tại mặt cắt gối là dầm định hình I1000

- Cấu tạo dầm ngang tại mặt gối:

L100x100x10

L100x100x10

2L100x100x10 2L100x100x10

Hình 12: Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối

- Tại mặt cắt gối ta sử dụng dầm I100, các kích thước cấu tạo của dầm ngang như sau: + Chiều cao dầm ngang: Hdn = 100 cm

w 2

D t

+ Diện tích mặt cắt ngang: Adn = 415 cm2

+ Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài: gdn = 3,26 kN/m

- Xác định trọng lượng dấm ngang tác dụng lên dầm chủ:

+ Số mặt cắt có bố trí dầm ngang: n = 2 mặt cắt ( chỉ bố trí dầm ngang tại mặt cắt tại gối)

+ Số dầm ngang trên mỗi mặt cắt: n = 4 dầm

=> tổng số dầm ngang trên toàn cầu: n = 2.4 = 8 dầm

+ Chiều dài mỗi dầm ngang: Ldn = 2,06m

=> Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài 1 dầm chủ:

3, 26.8.2,06

6.33

n

4.1.2 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt trung gian:

- Tại các mặt cắt trung gian ( trừ 2 mặt cắt gối) ta có thể cấu tạo dầm ngang bằng dầm địnhhình, tuy nhiên việc cấu tạo như vậy sẽ rất tốn kém Do đó tại các mặt cắt trung gian thì hệliên kết ngang thường được cấu tạo theo dạng hệ gồm có các thanh thép góc Thép gócdùng trong kết cấu phải có số hiệu tối thiểu là

- Chiều cao của hệ liên kết ngang: Hlkn = ( 0,6÷0,7)Hsb

- Cấu tạo hệ liên kết ngang trung gian:

L100x100x10

L100x100x10

2L100x100x10 2L100x100x10

Hình 13: Hệ liên kết ngang tại mặt cắt trung gian.

120

+ Khoảng cách giữa các hệ liên kết ngang: an = 2,70m

+ Số hệ liên kết ngang theo phương dọc cầu là 12 hệ và số hệ liên kết ngang theo phươngngang cầu là 5 hệ

+ Tổng số hệ LKN trên toàn cầu là 11x5 = 55 hệ liên kết ngang trung gian

+ Tại mỗi hệ liên kết ngang được cấu tạo có chiều cao H = 120cm, gồm 6 thanh thép gócL100x100x10, 2 thanh ở phía trên quay lưng vào nhau, 2 thanh ở phía dưới quay lưng vàonhau và 2 thanh thép góc xiên liên kết trực tiếp với sườn tăng cường của bản bụng

- Cấu tạo thép góc làm hệ liên kết ngang:

+ Số hiệu thép góc: L100x100x10 => Tra bảng ta có:

+ Bề rộng cánh thép góc: ba = 10cm

+ Chiều dày cánh thép góc: ta = 1cm

+ Diện tích mặt cắt ngang: a = 19,22 cm2

+ Trọng lượng thanh trên 1m dài: q =0,15kN/m

+ Mômen quán tính của mặt cắt 1 thanh: I = 179,00 cm4

+ Số thanh ngang trên: nnt = 2 thanh

+ Chiều dài thanh ngang trên: Lnt = 2,04m

+ Số thanh ngang dưới: nnd = 2 thanh

+ Chiều dài thanh ngang dưới: Lnd = 2,04m

+ Số thanh ngang xiên: nx = 2 thanh

+ Chiều dài thanh xiên: Lx = 2,37m

=> Tổng trọng lượng các thanh ngang và xiên trong 1 hệ liên kết ngang:

nh

P q

n L

Trong đó: ∑P lkn : Tổng trọng lượng của các thanh thép góc làm liên kết ngang

n: Số dầm chủ, n = 5 dầm

Lnh: Chiều dài cấu tạo của nhịp, Lnh = 32m

4.1.3 Sườn tăng cường dầm thép:

121

- Cấu tạo:

DÇm biªn DÇm t r ong

Suên t¨ng cuêng t¹ i gèi

Suên t¨ng cuêng

Hình 14b: Sườn tăng cường trung gian.

+ ts ≥10mm đối với liên kết đinh tán

+ ts ≥12mm đối với liên kết hàn

=> Chọn sườn tăng cường có chiều dày là ts = 16mm

- Tại mặt cắt gối sườn tăng cường thường được cấu tạo có chiều dày lớn hơn hoặc cấu tạodạng sườn kép để tiếp nhận phản lực tại gối, ở đây ta cấu tạo sườn tăng cường tại gối theodạng sườn kép với khoảng cách giữa 2 sườn là 100mm

- Các sườn tăng cường không được liên kết hàn trực tiếp với bản cánh chịu kéo để chống phá hoại liên kết giữa sườn tăng cường với bản cánh Do đó tại mặt cắt trừ mặt cắt có M =

0 thì sườn tăng cường phải được hàn với một bản đệm và bản đệm này có thể trượt tự do trên bản cánh chịu kéo của dầm

122

T¹i mÆt c¾t trung gian

- Sườn tăng cường nên bố trí đối xứng về hai bên sườn dầm

- Kích thước của sườn tăng cường thường được chọn trước sau đó tính toán theo điều kiện

ổn định cục bộ của bản bụng để xác định khoảng cách bố trí giữa các sườn tăng cường.Hoặc cũng có thể bố trí khoảng cách giữa các sườn theo cấu tạo của hệ liên kết dọc vàngang cầu sau đó kiểm toán điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng

- Cấu tạo và trọng lượng của hệ sườn tăng cường:

+ Chiều cao sườn tăng cường: hs = 144 cm

+ Chièu dày sườn tăng cường: ts = 1,44cm

+ Bề rộng sườn tăng cường: bs = 18,5 cm

+ Diện tích mặt cắt ngang sườn tăng cường: as = 18,5.1,6 = 29,6 cm2

29,6.144.10 78,5 0,551

s

+ Khoảng cách giữa các sườn tăng cường: do = 1,30m

- Trọng lượng của sườn tăng cường trên một dầm chủ được tính bằng cách tính tổng trọnglượng của tất cả các sườn tăng cường trên một dầm chủ và chia cho chiều dài dầm chủ hay

123

có thể tính bằng trọng lượng của 1 cặp sườn tăng cường chia cho khoảng cách giữa cácsườn tăng cường:

2. 2.0,551 0,847

1,30

s s o

p q d

Trong đó:

+ qs: Trọng lượng của sườn trên 1m dài một dầm chủ

+ ps: Trọng lượng của 1 thanh sườn tăng cường

+ do: Khoảng cách giữa các sườn tăng cường

- Cấu tạo chung:

Chi tiÕt C Chi tiÕt A

Chi tiÕt B

L1 x100x10

L10 00x10

L10 00x10

C¸c s ên t¨ng c êng

Hình 16: Cấu tạo hệ liên kết dọc cầu.

+ Hệ liên kết dọc được cấu tạo từ thép góc số hiệu L100x100x10

124