ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẪU KẾT CẤU THÉP CẦU ĐƯỜNG

CHỌN MẶT CẮT DẦM Mặt cắt dầm được lựa chọn theo phương pháp thử - sai, tức là lần lượt chọn kích thước mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm và các quy định khống chế của tiêu chuẩn thiết kế,

Trang 1

BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỰNG _ BÀI TẬP LỚN - KCT

Giáo viên hướng dẫn : Tạ Văn ASinh viên : Nguyễn Văn B

A NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

nhà máy và lắp ráp mối công trường bằng bu lông CĐC, không liên hợp

B CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC

5 Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích wDW = 3.48 kN/m

7 Số lượng giao thông trung bình hàng ngày/một làn ADT = 20000 xe/ngày/làn

9 Hệ số phân bố ngang tính cho mômen mgM = 0.45

10 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt mgV = 0.64

11 Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng mgD = 0.5

12 Hệ số phân bố ngang tính cho mỏi mgF = 0.5

C NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1 Chọn mặt cắt dầm, tính các đặc trưng hình học;

2 Tính và vẽ biểu đồ bao nội lực bằng phương pháp đ.a.h;

3 Kiểm toán dầm theo các trạng thái giới hạn cường độ I, sử dụng và mỏi;

4 Tính toán và thiết kế sườn tăng cường;

5 Tính toán thiết kế mối nối công trường;

6 Bản vẽ cấu tạo dầm và thống kê sơ bộ khối lượng

D BÀI LÀM

I CHỌN MẶT CẮT DẦM

Mặt cắt dầm được lựa chọn theo phương pháp thử - sai, tức là lần lượt chọn kích thước mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm và các quy định khống chế của tiêu chuẩn thiết kế, rồi kiểm toán lại, nếu khôngđạt thì ta phải chọn lại và kiểm toán lại Quá trình sẽ lặp lại cho đến khi thỏa mãn

1 Chiều cao dầm thép

Chiều cao dầm chủ có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này Đối với cầu đường ôtô, nhịp giản đơn, ta có thể lựa chọn sơ bộ theo kinh nghiệm như sau :

Trang 2

Vậy ta chọn : Chiều rộng bản cánh trên chịu nén bc = 400 mm

Chiều rộng bản cánh dưới chịu kéo bt = 400 mm

3 Chiều dày bản cánh và bản bụng dầm

Theo quy định của quy trình (A6.7.3) thì chiều dày tối thiểu của bản cánh, bản bụng dầm là 8 mm.Chiều dày tối thiểu này là do chống gỉ và yêu cầu vận chuyển, tháo lắp trong thi công

Ta chọn : Chiều dày bản cánh trên chịu nén tc = 25 mm

Chiều dày bản cánh dưới chịu kéo tt = 25 mm

Trang 3

4 Tính các đặc trưng hình học của mặt cắt dầm

Đặc trưng hình học của mặt cắt dầm được tính toán và lập thành bảng sau :

h(mm )

108855013550

Trong đó :

A : Diện tích (mm 2

);

h : Khoảng cách từ trọng tâm từng phần tiết diện dầm đến đáy dầm (mm );

I0 : Mô men quán tính của từng phần tiết diện dầm đối với trục nằm ngang đi qua trọng tâm của

ybot : Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy bản cánh dưới dầm thép (mm );

ytop : Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đỉnh bản cánh trên dầm thép (mm );

ybotmid : K/c từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh dưới dầm thép (mm );

ytopmid : K/c từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh trên dầm thép (mm );

Sbot : Mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ybot (mm3);

Stop : Mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ytop (mm3);

Sbotmid : Mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ybotmid (mm3);

Stopmid : Mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với ytopmid (mm3);

5 Tính toán trọng lượng bản thân dầm

Bản bụng

Cánh dưới

1470010000

5208331350562500

135056250028895833337129729167

Trang 4

1 Tính toán M, V theo phương pháp đ.a.h

Chia dầm thành các đoạn bằng nhau

Theo đó ta có mô hình chia dầm thành các đoạn, và đánh số thứ tự mặt cắt như hình sau :

Trị số đ.a.h mômen được tính theo bảng sau :

Trong đó :

x i : Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i

Đ.a.h Mi : Tung độ đường ảnh hưởng Mi

AMi : Diện tích đường ảnh hưởng Mi

Ta có hình vẽ đ.a.h mômen tại các mặt cắt dầm như sau :

5.4007.200

xi (m ) Đ.a.h Mi (m ) AMi (m2)

4.500

14.58025.92034.02038.880

1.6202.8803.7804.320

Trang 5

Mômen tại tiết diện bất kỳ được tính theo công thức sau : (đặt tải trực tiếp)

Đối với TTGHCĐI :

Đối với TTGHSD :

Trong đó :

LLL : Tải trọng làn rải đều (9,3kN/m);

LLMi : Tải trọng bánh xe thứ i của xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế ứng với tung độ yi của đường ảnh hưởng mômen (kN);

mgM : Hệ số phân bố ngang tính cho mômen (đã tính hệ số làn xe m);

WDC : Tải trọng rải đều do bản thân dầm thép và bản BTCT mặt cầu (kN/m);

WDW : Tải trọng rải đều do lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu (kN/m);

MiDW(kN.m)

MiLL(kN.m)

MiDW(kN.m)

MiLL(kN.m)

25.920 34.020 38.880 40.500

MiCĐ(kN.m)

Bảng trị số mômen theo TTGHCĐI

∑LLMiTruck

yi(kN.m)

∑LLMiTandem

yi(kN.m)

924.000

751.100 951.150 1064.300 1075.500

792.000

Bảng trị số mômen theo TTGHSD

∑LLMiTruck

yi(kN.m)

∑LLMiTandem

yi(kN.m)

MiSD(kN.m)

1418.306 1829.106 2069.153 2124.371

607.200 897.600

Trang 6

Trị số đ.a.h lực cắt được tính theo bảng sau :

Trong đó :

x i : Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i

Đ.a.h Vi : Tung độ phần lớn hơn của đường ảnh hưởng Vi

AVi : Tổng diện tích đường ảnh hưởng Vi

A1,Vi : Diện tích đường ảnh hưởng Vi (phần diện tích lớn)

Ta có hình vẽ đ.a.h lực cắt tại các mặt cắt dầm như sau :

Trang 7

Lực cắt tại tiết diện bất kỳ được tính theo công thức sau : (đặt tải trực tiếp)

Đối với TTGHCĐI :

A1,Vi(m2)

ViDC(kN)

ViDW(kN)

ViLL(kN)

A1,Vi(m2)

ViDC(kN)

ViDW(kN)

ViLL(kN)

∑LLViTandem

yi(kN)

ViSD(kN)

Bảng trị số lực cắt theo TTGHCĐI

∑LLViTruck

yi(kN)

∑LLViTandem

yi(kN)241.115 190.630

Trang 8

III KIỂM TOÁN DẦM THEO TTGHCĐI

3.1 Kiểm toán điều kiện chịu mômen uốn

3.1.1 Tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép

Lập bảng tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép tại mặt cắt giữa nhịp dầm ở TTGHCĐI :

Sbot(mm3)

Stop(mm3)

Sbotmid(mm3)

Stopmid(mm3)

fbot(MPa)

ftop(MPa)

fbotmid(MPa)

ftopmid(MPa)1.3E+07 1.3E+07 1.3E+07 1.3E+07 1.6E+02 1.6E+02 1.6E+02 1.6E+02

Trong đó :

fbot : Ứng suất tại đáy bản cánh dưới dầm thép (Mpa);

ftop : Ứng suất tại đỉnh bản cánh trên dầm thép (Mpa);

fbotmid : Ứng suất tại điểm giữa bản cánh dưới dầm thép (Mpa);

ftopmid : Ứng suất tại điểm giữa bản cánh trên dầm thép (Mpa)

3.1.2 Tính toán mômen chảy của tiết diện

Mômen chảy của tiết diện không liên hợp được xác định theo công thức sau :

Trong đó :

Fy : Cường độ chảy nhỏ nhất theo quy định của thép làm dầm (Mpa);

SNC : Mômen kháng uốn của tiết diện không liên hợp (mm3

3.1.3 Tính mômen dẻo của tiết diện

Chiều cao bản bụng chịu nén tại mômen dẻo được xác định như sau : (A6.10.3.3.2)

Tiết diện đối xứng kép, do đó : Dcp = D/2 Dcp = 525 mm

Khi đó, mômen dẻo của tiết diện không liên hợp được tính theo công thức :

Trong đó :

Pw = Fyw.Aw : Lực dẻo của bản bụng (N); Pw = 3.7E+06 N

Pc = Fyc.Ac : Lực dẻo của bản cánh trên chịu nén (N); Pc = 2.5E+06 N

Pt = Fyt.At : Lực dẻo của bản cánh dưới chịu kéo (N); Pt = 2.5E+06 N

3.1.4 Kiểm toán sự cân xứng của tiết diện

Tiết diện I chịu uốn phải được cấu tạo cân xứng sao cho : (A6.10.2.1)

_

Trang 9

Iyc : Mômen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục thẳng đứng đi qua

đi qua trọng tâm của bản bụng (mm4

3.1.5 Kiểm toán độ mảnh của vách đứng

Ngoài nhiệm vụ chống cắt, vách đứng còn có chức năng tạo cho bản biên đủ xa để chịu uốn có hiệuquả Khi một tiết diện I chịu uốn, có hai khả năng hư hỏng có thể xuất hiện trong vách đứng Đó là vách đứng có thể mất ổn định như một cột thẳng đứng chịu ứng suất nén có bản biên đỡ hoặc có thểmất ổn định như một tấm do ứng suất dọn trong mp uốn

Bản bụng dầm phải được cấu tạo sao cho thỏa mãn đk sau (A6.10.2.2)

Khi không có gờ tăng cường dọc :

(2)

Trong đó :

fc : Ứng suất ở giữa bản cánh chịu nén do tải trọng ở TTGHCĐI gây ra (Mpa);

Dc : Chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi (mm)

3.1.6 Kiểm tra tiết diện dầm là đặc chắc không đặc chắc hay mảnh

3.1.6.1 Kiểm tra độ mảnh của vách đứng có mặt cắt đặc chắc

Độ mảnh của vách, để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thỏa mãn đk sau : (A6.10.4.1.2)

(3)

Trong đó :

Fyc : Cường độ chảy nhỏ nhất theo quy định của bản cánh chịu nén (Mpa);

Dcp : Chiều cao của bản bụng chịu nén trong lúc mômen dẻo (mm)

3.1.6.2 Kiểm toán độ mảnh của biên chịu nén có mặt cắt đặc chắc

Độ mảnh của biên chịu nén, để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thỏa mãn điều kiện sau :

Trang 10

(4)

Trong đó :

bf : chiều rộng của bản cánh chịu nén (mm);

tf : Chiều dày của bản cánh chịu nén (mm)

Ta có :

3.1.6.3 Kiểm toán tương tác giữa độ mảnh bản bụng và biên chịu nén của mặt cắt đặc chắc

Thực nghiệm cho thấy các mặt cắt đặc chắc có thể không có khả năng đạt được các mômen dẻo khi

tỷ số độ mảnh của bụng và cánh chịu nén cả hai đều vượt 75% của các giới hạn cho trong các phươngtrình (3) và (4) Do đó tương tác giữa độ mảnh bản bụng và biên chịu nén, để đảm bảo tiết diện là đặc chắc phải thỏa mãn đk sau : (A6.10.4.1.6)

3.1.6.4 Kiểm toán liên kết dọc của biên chịu nén có mặt cắt đặc chắc

Khoảng cách giữa các điểm liên kết dọc Lb để đảm bảo cho tiết diện là đặc chắc phải thỏa mãn điều kiện sau : (A6.10.4.1.7)

(8)

Trong đó :

ry : Bán kính quán tính của tiết diện đối với trục đối xứng thẳng đứng (mm);

Ml : Mômen nhỏ hơn do tác dụng của tải trọng tính toán ở mỗi đầu của chiều dài không đượcgiằng (N.mm);

r E M

L

_

Trang 11

Mp : Mômen dẻo của tiết diện (N.mm)

Ta có :

Chọn khoảng cách giữa các liên kết dọc Lb = 4500 mm

Ta kiểm toán cho khoang giữa là bất lợi nhất Ml = 1.6E+09 N.mm

Kết luận :

3.1.7 Kiểm toán sức kháng uốn

Sức kháng uốn của dầm phải thỏa mãn đk sau : (A6.10.4)

Đối với trường hợp tiết diện là đặc chắc :

(9)Trong đó :

: Hệ số sức kháng uốn theo quy định (A6.5.4.2);

Mumax : Mômen uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp dầm ở TTGHCĐI (N.mm);

Mn : Sức kháng uốn danh định đặc trưng cho tiết diện đặc chắc (N.mm)

Ta có :

= 1.0

Mn = MP = 3.7E+09 N.mm

3.2 Kiểm toán ĐK chịu lực cắt

3.2.1 Kiểm toán theo yêu cầu bốc xếp

Đối với các bản bụng khi không có STC dọc, phải sử dụng STC đứng nếu :

(10)

Ta có :

Kết luận : Không cần sử dụng STC đứng khi bốc xếp

3.2.2 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm

3.2.2.1 Kiểm toán khoang trong

Sức kháng cắt của khoang trong phải thỏa mãn đk sau (A6.10.7.1) :

(11)Trong đó :

.

_

Trang 12

: Hệ số kháng cắt theo quy định (A6.5.4.2);

Vn : Sức kháng danh định của mặt cắt, được xác định như dưới đây

Ta kiểm toán cho mặt cắt 1 là mặt cắt bất lợi nhất, do đó :

Mu = 8.1E+08 N.mm

Ta kiểm tra điều kiện :

(11*)

Ta có :

0,87(1 ) 1

C

d D

5 5

k

d D

Ek C

F D t

_

Trang 13

3.2.2.2 Kiểm toán khoang biên

Sức kháng cắt của khoang biên phải thỏa mãn đk sau :

(12)Trong đó :

Vumax : Lực cắt lớn nhất tại mặt cắt gối;

Ta có :

3.2.3 Tính toán các neo chống cắt

Tong phạm vi BTL này ta không tính toán phần này và coi như cấu tạo của các neo chống cắt đã đượcthỏa mãn

IV KIỂM TOÁN DẦM THEO TTGHSD

4.1 Kiểm toán độ võng dài hạn

Dùng tổ hợp TTSD để kiểm tra chảy của một kết cấu thép và ngăn ngừa độ võng thường xuyên bất lợi

có thể ảnh hưởng xấu đến điều kiện khai thác Ứng suất bản biên chịu mômen dương và âm, phải thỏamãn đk sau :

(13)Trong đó :

ff : Ứng suất đàn hồi bản biên dầm do TTSD gây ra;

Rh : hệ số lai, với tiết diện đồng nhất thì Rh = 1,0

Ta tính toán cho mặt cắt giữa nhịp là mặt cắt bất lợi nhất, do đó :

Ma = 1.7E+09 N.mm

4.2 Kiểm toán độ võng không bắt buộc

Độ võng của dầm phải thỏa mãn đk sau đây :

Ek C

_

Trang 14

Trong đó :

L : chiều dài nhịp dầm (m);

: Độ võng lớn nhất do hoạt tải ở TTGHSD, bao gồm cả lực xung kích, lấy trị số lớn hơn của :+ Kết quả tính toán do chỉ một mình xe tải thiết Kế, hoặc

+ Kết quả tính toán của 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế

Độ võng lớn nhất (tại mc giữa dầm) do xe tải thiết kế gây ra có thể lấy gần đúng ứng với trường hợpxếp xe sao cho mômen uốn tại mặt cắt giữa dầm là lớn nhất Khi đó ta có thể sử dụng hoạt tải tươngđương của xe tải thiết kế để tính toán

Độ võng lớn nhất (tại mc giữa dầm) do tải trọng rải đều gây ra được tính theo công thức của LTĐH :

Trong đó :

w : tải trọng rải đều trên dầm (N/m);

E : Mô đun đàn hồi của thép làm dầm (Mpa);

I : Mômen quán tính của tiết diện dầm, bao gồm cả bản BTCT mặt cầu đối với DLH (mm4

)

Ta có :

Tải trọng rải đều tương đương của xe tải thiết kế (đã nhân hệ số)

wTRUCK = 21.6 N/mmTải trọng rải đều tương đương của tải trọng làn thiết kế (đã nhân hệ số)

wLANE = 6.0 N/mmMômen quán tính của tiết diện dầm I = 7.1E+09 mm4

Tĩnh tải dầm thép và bản BTCT mặt cầu do tiết diện dầm thép chịu;

Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu

V KIỂM TOÁN DẦM THEO TTGH MỎI VÀ ĐỨT GÃY

5.1 Kiểm toán mỏi đối với vách đứng

5.1.1 Kiểm toán mỏi đối với vách đứng chịu uốn

Kiểm tra đk ổn định uốn của vách đứng khi chịu tải trọng lặp :

wL EI

Trang 15

fcf : Ứng suất nén đàn hồi lớn nhất ở bản biên chịu nén khi uốn do tác dụng của tải trọng dài hạn chưanhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định, đại diện cho ứng suất nén khi uốn max trong vách(Mpa)Xếp tải mỏi bất lợi nhất cho mc giữa dầm như sau :

Tĩnh tải rải đều của dầm thép và bản BTCT mặt cầu WDC = 13.2 kN/m

Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu WDW = 3.5 kN/m

Mômen do tác dụng của tải trọng dài hạn MDC+DW = 676.5 kNm

5.1.2 Kiểm toán mỏi với vách đứng chịu cắt

Ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất trong vách do tác dụng của tải trọng dài hạn chưa nhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định phải thỏa mãn đk sau :

(17)Trong đó :

vcf : Ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất trong vách, do tác dụng của tải trọng dài hạn chưa nhân hệ số và củatải trọng mỏi theo quy định (Mpa)

Xếp xe tải mỏi bất lợi nhất cho mc gối như sau :

Trang 16

Tĩnh tải rải đều của dầm thép và bản BTCT mặt cầu WDC = 13.2 kN/m

Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu WDW = 3.5 kN/m

lực cắt do tác dụng của tải trọng dài hạn VDC+DW = 150.3 kN

5.2 Kiểm toán mỏi và đứt gãy

5.2.1 Kiểm toán mỏi

Thiết kế theo TTGH mỏi bao gồm giới hạn ứng suất do hoạt tải của xe tải thiết kế mỏi chỉ đạt tới mộttrị số thích hợp ứng với một số lần tác dụng lặp xảy ra trong quá trình phục vụ của cầu.Công thức kiểmtra mỏi như sau :

(18)Trong đó :

: Hệ số tải trọng mỏi, ta có

(Δf) : Biên độ ứng suất do xe tải mỏi gây ra (Mpa);

(ΔF)n : Sức kháng mỏi danh định (Mpa)

* Tính biên độ ứng suất do xe tải mỏi gây ra ( Δ f) :

Ta có :

Mômen do xe tải mỏi tác dụng : Mtruckf = 734.8 kN.m

Mômen mỏi do xe tải mỏi tác dụng : Mcf = 4.2E+08 N.mm

* Tính sức kháng mỏi danh định (ΔF) n : (A6.6.1.2.5)

Ta có công thức tính toán như sau :

Tiêu đề	Đồ Án Môn Học Mẫu Kết Cấu Thép Cầu Đường
Tác giả	Nguyễn Văn B
Người hướng dẫn	Tạ Văn A
Trường học	Trường Đại Học GTVT
Chuyên ngành	Kết Cấu Xây Dựng
Thể loại	Đề án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	31
Dung lượng	847,17 KB