đồ án tốt nghiệp thiết kế kĩ thuật cầu dàn thép

Nguyên lí tính toán bản mặt cầu : Bản mặt cầu đợc cấu tạo liền khối với sờn dầm không bố trí bản chắn ngang nên chỉ tồn tạiliên kết theo phơng dọc cầu với sờn dầm Ta tơng ứng có hai sơ đ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KĨ THUẬT CẦU DÀN THÉP

Ch¬ng I : thiÕt kÕ lan can bé hµnh

Chän kÝch thíc lan can bé hµnh :

Hµ M¹nh Cêng 42 c®2 §HXD Trang 76

Thiết kế lan can bộ hành :

Nh trên ta đã chọn theo định hình tay vịn là các ống thép, ta coi tay vịn nh đợc kê tự do lên hai gối là các cột lan can, do vậy tay vịn sẽ làm việc nh là dầm đơn giản kê tự do lên hai gối dới tác dụng của lực tập trung P = 130 kg và tải trọng bản thân phân bố đều :

g = 7,85 3,14 (0,112 – 0,10552) = 0,024 (T/m)

Chiều dài tính toán của tay vịn : L = 2,5 – 2 0,075 = 2,35 (m)

Mômen uốn tại giữa nhịp :

- Do trọng lợng bản thân : Mt = n g L2/8 = 1,1 0,024 2,352/8 = 0,018 (Tm)

- Do tải trọng tập trung : Mh = P L/4 = 0,13 2,35/4 = 0,076 (Tm)

Trong đó n là Hệ số vợt tải của trọng lợng bản thân tay vịn

Mômen toàn bộ do tải trọng tập trung và tĩnh tải :

Mtb = Mt + Mh = 0,018 + 0,076 = 0,094 (Tm)

Ta thấy nội lực quá nhỏ so với cờng độ của thép nên ta không cần tính toán mà chỉ cần chọn ống thép theo cấu tạo

Chơng II : thiết kế bản mặt cầu

I Nguyên lí tính toán bản mặt cầu :

Bản mặt cầu đợc cấu tạo liền khối với sờn dầm không bố trí bản chắn ngang nên chỉ tồn tạiliên kết theo phơng dọc cầu với sờn dầm

Ta tơng ứng có hai sơ đồ tính toán nh sau :

- Bản kê hai cạnh làm việc theo chiều thẳng góc với chiều xe chạy

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 77

- Bản mút thừa

Tính toán nội lực :

Nội lực tính toán cho 1m rộng bản theo chiều xe chạy để xác định :

- Nội lực trong bản mút thừa

- Nội lực tại ngàm và giữa bản kê hai cạnh

- Tại tiết diện ngàm : Mng =  Mo

- Tại tiết diện giữa nhịp : M1/2 =  Mo

Các hệ số  và  đợc tra theo bảng 18 – Polivanop, trị số Mo là mômen tại giữa nhịpdầm đơn giản có nhịp bằng nhịp tính toán lb của bản tơng ứng với tải trọng thực tế 1m rộngbản phải chịu, tải trọng này phải đặt sao cho Mo là lớn nhất

Đối với lực cắt : Xác định nh trong dầm đơn giản có nhịp lb

Mômen tính toán tại ngàm lấy giá trị mômen lớn nhất do tải trọng gây ra tính theo hai sơ

đồ trên

Nội lực tính toán với hai tổ hợp tải trọng :

- Tổ hợp 1 : Tĩnh tải, đoàn xe H30 và tải trọng ngời đi bộ

- Tổ hợp 2 : Tĩnh tải và xe nặng HK80

II Các kích thớc của bản mặt cầu

ở tất cả các nhịp thiết kế, kích thớc mặt cắt ngang phần bản mặt cầu đều nh hình vẽ dới

50

100 417.75

Theo tính chất chịu lực có thể chia bản thành hai phần tính toán với hai sơ đồ khác nhau

Phần cánh hẫng làm việc theo sơ đồ bản mút thừa, nhịp tính toán 2.55m

Phần bản nằm giữa hai sờn dầm làm việc theo sơ đồ bản kê hai cạnh có nhịp tínhtoán vuông góc với hớng xe chạy, nhịp tính toán 6,18 m

III Tính toán nội lực bản mút thừa (tính cho 1 m rộng bản)

1- Xác định tải trọng tính toán

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 78

g = 0,12 2,3 1,5 = 0,414 (T/m)

- Trọng lợng của lan can + đá vỉa gờ chắn bánh:

đợc tính toán nh tải trọng tập trung có trị số nh sau (nt= 1,1) :

Tải trọng lan can : (hệ số vợt tải 1,1)

Trọng lợng phần bêtông của lan can:

Pbtlc tc= 2,5 (0,15 0,22 1+ 0,5 0,3 1 +

2

15 , 0 ).

25 0 05 , 0

- Đoàn xe H30 tải trọng trục 12T hệ số vợt tải 1,4 ; Hệ số xung kích (1 + ) = 1,3

do chiều dài đặt tải < 5 m

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 79

- Xe nặng HK80 tải trọng trục 20T hệ số vợt tải 1,1 hệ số xung kích (1 + ) = 1

2- Xác định nội lực do tĩnh tải, ngời đi bộ và đoàn xe H30

- Với hoạt tải H30 : a2 = 0,2m ; b2 = 0,6m ; P = 12 T

12 b

a 2

P P

1 1

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản : P1 

39 , 9 84 , 0 76 , 0 2

12 b

55 , 1 1 55 , 1 g 2

1

g

M

2 tc md tc

g tc

lc tc

2

2 tc

1 = 0,84 m

55 , 1 1 55 , 1 g 2

1 g

n

M

2 tc md 2 tc

g tc

lc tc

2

2 tc

 + nh (1 + )P1tc 0,322/ 2 = 1,1.(1,125 0,5 + 0,5625 1,55.1,775 + 0,575.2,55 + 0,3 0,55) + 1,5 0,276

(0,08 + 1,5 1,45) + 1,4 0,3 1,5 1,45 + 1,4 1,3 9,39 0,0512

= 6,84 (Tm)

2

2 , 1 P 2

2 , 1 g 55 , 1 P 2

55 , 1

g

M

2 tc ng

2 tc md tc

lc

2 tc

2 , 1 g 55 , 1 P 2

55 , 1

g

M

2 tt ng

2 tt md tt

lc

2 tt

Diện tích làm việc của bản

=> Cờng độ phân bố của tải trọng tập trung bánh xe (P/2) trên diện đặt tải : Po

85 , 21 04 , 1 44 , 0 2

20 b

a 2

P P

1 1

1= b

2 + 2.H= 1,04 ma= a1+ 2 ba = 0,44 + 2 0,135 = 0,71 m

b= b

1 = 1,04 m

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản

54 , 13 04 , 1 71 , 0 2

20 b

40 b1 = 104

4

4

1 1

=> Từ đó xác định đợc các giá trị nội lực tính toán lớn nhất tại tiết diện ngàm và tiết diện

cuối vút (tiết diện 1-1) nh sau:

Mômen:

45 , 1 5 , 1 g 2

4 , 0 g 55 , 0 P 55 , 2 P 2

55 , 1 1 55 , 1 g 2

g tc

lc tc

55 , 1 1 55 , 1 g 2

1 g

n

M

2 tc md 2 tc

g tc

lc tc

2

2 tc

55 , 1

g

M

2 tc md tc

lc

2 tc

2 , 1 g 55 , 1 P 2

55 , 1

.

g

M

2 tt md tt

lc

2 tt



5,589 2,022 7,05 1,78 7,97 2,09

IV Tính toán nội lực bản kê hai cạnh (Tính cho 1m rộng bản)

Ta sẽ tính bản làm việc nh kê hai cạnh sau đó nhân với hệ số ngàm

Mặt cắt ngang nh hình vẽ :

30

1260 800

100 418

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản

163 , 2 94 , 1 86 , 2

12 )

c b (

a

P p

12 b

a 2

P p

 Trờng hợp 2: Hai xe đặt đối xứng qua tim mặt cắt ngang cầu :

Sơ đồ tính toán và chất tải xem nh hình vẽ sau :

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 86

a= 2,86 m

b = b

1 = 0,84 m

190 c=110

190

b2=60 b2=60

b1

618 418

b - Xác định nội lực do tĩnh tải và xe nặng HK80

Với hoạt tải HK80 a2 = 0,2m ; b2 =0,8 m ; P = 20 T

 Trờng hợp 1 : Xếp 1 bánh xe ở giữa nhịp bản theo sơ đồ

- Diện tích làm việc của bản

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản :

013 , 8 04 , 1 2 , 1 2

20 b

- Diện tích làm việc của bản

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản :

013 , 8 04 , 1 2 , 1 2

20 b

c- Xác định hệ số ngàm K

- Hệ số ngàm K đợc tra bảng phụ thuộc vào sơ đồ tĩnh của bản (1 nhịp hay liên tục)

và hệ số  là tỉ số giữa độ cứng trụ của bản và mômen chống xoắn của dầm đỡ bản Hệ số

 đợc xác định theo công thức ( cm )

J G

l D 001 ,

X

3 b

Vậy giá trị mômen tính toán lấy nh sau

Tại gối (sát sờn dầm) Mg = - 0,8 21,48 = -17,184 Tm

Mgtc = - 0,8 19,05 = -15,24 TmTại giữa nhịp bản Ml/2tt = 0,5 21,48 = 10,74 Tm

Ml/2tc = 0,5 19,05 = 9,525 Tm

3 - Xác định lực cắt :

Nguyên tắc :

Bản đợc tính toán nh dầm đơn giản kê trên 2 gối tại vị trí cạnh sờn dầm, nhịp tính toán

lb = 6,18 m Ta xác định lực cắt do tải trọng tính toán gây ra (kể cả hệ số vợt tải và hệ sốxung kích) cho các tiết diện đầu và cuối vút Để xác định lực cắt ta sử dụng đờng ảnh h-ởng, xếp xe vào các vị trí bất lợi nhất sao cho đầu cạnh dài b1 do tải trọng truyền xuốngtrùng với tiết diện cần tính toán lực cắt, tung độ đờng ảnh hởng lấy ứng với điểm giữa của

o b i i tt

a

y 2

P ) 1 (

n ) x 2

l (

g n Q

Trong đó :

- yx : Tung độ đờng ảnh hởng Q dới các lực bánh xe

- ax : Chiều rộng làm việc của bản tơng ứng với tải trọng đó

- xo : Khoảng cách từ gối đến tiết diện tính lực cắt

- gi : Trọng lợng các lớp mặt đờng và trọng lợng bản thân của bản

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 90

- ni : HÖ sè vît t¶i cña tÜnh t¶i t¬ng øng : nmd =1,5 ; nbt =1,1

- nh : HÖ sè vît t¶i cña ho¹t t¶i : Xe H30 nh = 1,4 ; Xe HK80 nh = 1,1

- (1 + ) : HÖ sè xung kÝch cña ho¹t t¶i (1 + ) = 1,291 øng víi  = 6,18m víi xeH30, víi xe HK80 (1 + ) = 1

XÕp xe H30 XÕp xe H30

2 1

104

270 104

142 84

618 418

b1 = 84

100 100

100 155

 Tại tiết diện 1-1 ta có :

2 , 1

479 , 0 2 , 1

916 , 0

2 , 1

315 , 0 2 , 1

749 , 0

= 12,43 (T)

b/ Xác định lực cắt khi xếp tải trọng H30 và tĩnh tải :

 Tại tiết diện 1-1 ta có :

86 , 2

624 , 0 86 , 2

932 , 0

+

86 , 2

139 , 0 86 , 2

446 , 0

86 , 2

46 , 0 86 , 2

765 , 0

+

86 , 2

022 , 0 86 , 2

238 , 0

= 8,305 (T)

=> Ta có bảng kết quả tính toán nh sau :

Bảng kết quả tính toán lực cắt tại tiết diện 1-1 và tiết diện 2-2

2

2  = 12,43(T) để tính toán.

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 93

V- Tính toán diện tích cốt thép trong bản :

Theo kết quả tính toán nội lực ở hai phần trên ta chọn các trị số nội lực nguy hiểm nhất

để tính toán, cụ thể nh trong bảng sau

M 2 h h b R

R ' F

u

tt g 2

0 0 t

u t

89 , 11 100

285

10 184 , 17 2 7 , 60 7 , 60 100 2400

285 '

F

5 2

b - Tính toán lới cốt thép dới :

- Chiều cao làm việc của bản tại tiết diện giữa nhịp

M 2 h h b R

R F

u

tt 2 / 2

0 0 t

u t

66 , 22 100

285

10 74 , 10 2 7 , 20 7 , 20 100 2400

285 F

5 2

2 - Kiểm tra tiết diện :

a- Kiểm tra tiết diện ngàm theo cờng độ :

- Nội lực kiểm tra: Mtt = 17,184 (Tm) ; Qtt = 16,74 (T)

- Diện tích cốt thép : Ft’= 14,07 cm2

- Chiều cao làm việc : h0 = 65 - 4,3 = 60,7 (cm)

=> Kiểm tra khả năng chịu mômen :

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 94

Chiều cao vùng nén :

100 285

06 , 12 2400 b

R

' F R x

=> Mgh > Mtt = 17,184.105 (kg.cm) Vậy điều kiện bền chịu uốn thoả mãn

=> Kiểm tra khả năng chịu lực cắt :

b - Kiểm tra tiết diện giữa nhịp theo cờng độ:

- Nội lực kiểm tra : Mtt = 10,74 (Tm)

) 07 , 14 99 , 27 (

2400 b

R

) ' F F (

R x

u

t t

=> Mômen giới hạn phá hoại tiết diện

Mgh= Rt Ft (h0 - a’) = 2400 27,99.( 20,7- 4,3) = 11 105 (kg.cm)

Vậy Mgh > Mtt = 10,74.105 (kgm) nên điều kiện kiểm tra thoả mãn !

c - Kiểm tra tiết diện 1-1 theo điều kiện chịu mômen

- Chiều cao làm việc của tiết diện : h0 = 25 - 3,5- 0,8 = 20,7 cm

=> Kiểm tra điều kiện chịu mômen :

100 285

07 , 14 2400 b

R

F R x

u

t t





679080 )

2

185 , 1 7 , 20 (

185 , 1 100 285 ) 2

x h (

x b R

Vậy : Mgh =6,79 Tm > M1-1tt = 2,32 Tm nên điều kiện kiểm tra thỏa mãn !

=> Kiểm tra điều kiện chịu cắt :

Khả năng chịu cắt của bê tông

Ro

k.b.h0 = 18.100 20,7 = 37260 (kg) > Qtt = 2530 (kg)

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 95

Vậy tiết diện kiểm tra thoả mãn điều kiện chịu cắt mà không cần phải tính toán bố trí cốtxiên hay cốt đai mà chỉ cần bố trí cốt đai theo cấu tạo

d - Kiểm tra tiết diện 2-2 theo điều kiện chịu cắt:

- Chiều cao làm việc của tiết diện h0 = 25- 4,3= 20,7 cm

- Khả năng chịu cắt của bê tông

Ro

k.b.h0 = 18.100 20,7 = 37260 (kg) > Qtt = 12430 kg Thỏa mãn !Vậy tiết diện kiểm tra thoả mãn điều kiện chịu cắt mà không cần phải tính toán bố trí cốtxiên hay cốt đai chỉ cần bố trí cốt đai cấu tạo

e - Kiểm tra độ mở rộng vết nứt tại tiết diện ngàm:

- Nội lực kiểm tra Mtc = -15,24 (Tm)

- Độ mở rộng vết nứt đợc xác định và kiểm tra theo công thức

) cm ( 02 , 0 R

E 3

2 = 0,5 là hệ số xét ảnh hởng của bêtông miền chịu kéo tới cốt thép

Et là môđun đàn hồi của cốt thép (Et= 2,1.106 (kg/cm2)

Rr là bán kính bố trí cốt thép

t là ứng suất trong cốt thép do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

1920 )

3 , 4 7 , 60 (

07 , 14

10 24 , 15 )

' a h (

F

o t

1390d

.n

FR

i i

Fr= (9,6 +4,3).100= 1390 (cm2)  : là hệ số xét tới cách bố trí cốt thép, với cốt thép rời  = 1

ni, di : là số thanh và đờng kính tơng ứng của cốt dọc

Độ mở rộng vết nứt

) cm ( 02 , 0 )

cm ( 0153 , 0 124 5 , 0 10 1 , 2

1920 3 R E 3

t

t

Nh vậy điều kiện về độ mở rộng vết nứt đợc thỏa mãn!

f- Kiểm tra độ mở rộng vết nứt tại tiết diện giữa nhịp bản

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 96

- Nội lực kiểm tra Mtc = 9,525 (Tm)

- Độ mở rộng vết nứt đợc xác định và kiểm tra theo công thức

) cm ( 02 , 0 R

E 3

4 , 4 6 , 20 (

99 , 27

10 525 , 9 )

' a h (

F

5 o

1520d

.n

FR

i i

62 , 2100 3 R E 3

t

t

Nh vậy điều kiện về độ mở rộng vết nứt đợc thỏa mãn!

Tóm lại, kích thớc tiết diện cũng nh cốt thép chọn nh vậy là hợp lí, thỏa mãn tất cả các điều kiện về cấu tạo cũng nh các điều kiện kiểm tra khác về cờng độ cũng nh độ ổn

định

Hà Mạnh Cờng 42 cđ2 ĐHXD Trang 97