BÀI tập lớn THIẾT kế cầu THÉP

BÀI tập lớn THIẾT kế cầu THÉP giành cho sinh viên đại học, cao đẳng, tại chức, chuyên nghành cầu đường , CTGTTP, kỹ thuật xây dựng .....................................................................................................................................................................................................................................................

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CẦU THÉP

I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU

1.1 SỐ LIỆU CHUNG

- Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN272-05

+ Bề rộng xe chạy : B 12 m= ( )

+Bề rộng lan can cầu: 2x0.5 (m)

+ Bề rộng toàn cầu :

- Tải trọng thiết kế : HL93 + 3.10-3 Mpa

- Vật liệu chế tạo kết cấu :

+Thép hợp kim cacbon M270

+ Bê tông bản có cường độ chịu nén :

' c

f =28Mpa 1.2 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CHẾ TẠO DẦM

- Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy quy định nhỏ nhất

y

f =345Mpa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: Cường độ chảy quy định nhỏ nhất

y

f =420Mpa

- Vật liệu chế tạo bản mặt cầu:

+ Cường độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày:

' c

f =28Mpa

+ Trọng lượng riêng của bêtông:

3

c 23,54kN / m

γ = + Mô đun đàn hồi của bêtông đựơc xác định theo công thức:

- Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép hợp kim M270M cấp 345W

II KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ

2.1 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA KẾT CẤU NHỊP

- Chiều dài nhip: Lnh = 33,6 m

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0.3 m

⇒

Chiều dài tính toán KCN:

.a=33,6-2.0.3=33 (m) 2.2 LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG

- Số dầm chủ trên mặt cắt ngang : 4 dầm chủ

2.3 QUY MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU

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

CÁC KÍCH THƯỚC

KÍ

Chiều dài cánh hẫng

o e

d

2.4 CHIỀU CAO DẦM CHỦ

- Chiều cao dầm thép:

+ Chiều cao bản bụng : w

D =150cm

+ Chiều dày bản bản bụng: w

t =1.2cm + Bề rộng bản cánh trên chịu nén: = 30 cm

+ Chiều dày bản cánh dưới: b

t =3,0cm + Bề rộng bản cánh dưới: =35 cm

+Bề dày bản cánh trên : t

t =3cm

+ Chiều cao toàn bộ dầm thép: sb

H =150 3 3.0 156,0cm+ + =

-Chiều dầy bê tông bản mặt cầu : s

t =17,0cm 2.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ

- Mặt cắt ngang dầm chủ

II Tính đặc trưng hình học

1. Đặc trưng hình học mặt cắt dầm thép

- Diện tích mặt cắt dầm thép : NC

30.3+150.1,2+35.3=375 (

2

cm

)

- Xác định mômen tĩnh của tiết diện với trục đi qua đáy dầm thép

⇒

3 o

- Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I

o 1 NC

S 28102,5

- Chiều cao sườn dầm chịu nén

- Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I:

1

1 156, 0 74,94 82,06

t sb

- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I:

1

- Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I

+ Mômen quán tính bản bụng:

2

2 3

4

1, 2 150 3,0 74,94 564185,5cm

+ Mômen quán tính bản cánh trên

3

2

2 3

4

30 3 156,0 74,94 569748,9cm

+ Mômen quán tính bản cánh dưới

4

566389,3cm

×

=

+ Mômen quán tính của tiết diện dầm thép

I =I +I +I =564185,5 569748,9 566389,3+ +

4

1700323,7cm

=

- Xác định mômen tĩnh của phần trên mặt cắt dầm thép đối với TTH I-I

2

2

3

30 3 156,0 74,94 1, 2 10816, 4cm

- Mômen quán tính của mặt cắt dầm thép đối với trục Oy.

4

Y

t b D t t b 3 30 150 1, 2 3,0 35

2 Đặc trưng hình học mặt cắt liên hợp ngắn hạn và dài hạn

2.1: Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông.

- Trong tính toán không phải toàn bộ bản bêtông mặt cầu tham gia làm việc chung cùng với dầm thép theo phương dọc cầu Bề rộng bản bêtông làm việc chung cùng với dầm thép hay còn gọi là bề rộng có hiệu, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài tính toán của nhịp, khoảng cách giữa các dầm chủ và bề dày bản bêtông mặt cầu

- Theo 22TCN272 – 05 bề rộng bản cánh lấy như sau:

Xác định b1: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

+ x 3300=412,5(cm)

+

w s

c

+

o

e

d =275cm

Vậy: 1

b =109,5cm

Xác định b2: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

+ x 3300=412.5 (cm)

+

w s

c

) + (cm)

Vậy:

⇒

Bề rộng tính toán của bản cánh dầm biên:

2.2: Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm biên

a Mặt cắt tính toán

b ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông

-Lưới cốt thép phía trên

+ Đường kính cốt thép: Φ =12mm

+ Diện tich mặt cắt ngang một thanh:

2

2

1.2

4

π×

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

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 20 cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên:

2 rt

A = ×11 1.131 12,441cm=

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông: rt

a =5cm

- Lưới cốt thép phía dưới:

+ Đường kính cốt thép: Φ =12mm

+ Diện tich mặt cắt ngang một thanh:

2

2

1.2

4

π×

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

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 20 cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên:

2 rb

A = ×11 1.131 12,441cm=

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông: rb

a =5cm

- Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:

2

A =A +A =12,441 12, 441 24,882cm+ =

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép bản đền mép trên của dầm thép:

rt s h rt rb rb h

r

rt rb

2.3 ĐTHH của mặt cắt liên hợp ngắn hạn:

- Mặt cắt liên hợp ngắn hạn được sử dụng để tính toán đối với các tải trọng ngắn hạn như hoạt tải, trong giai đoạn này không xét tới hiện tượng từ biến

- Tính diện tích bản bêtông

+Diện tích toàn bộ bản bêtông:

= 219x17,0 + 30x3 + 2xx6x6= 3849,0 ()

+ Diện tích tính đổi của mặt cắt

Trong đó:

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

+ ANC : Diện tích dầm thép

+ AST: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi không xét từ biến

- Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép

1

h

1

+24,882x(156,0 – 74,94 + 14,5= 49123,08 (

- Khoảng cách từ TTH I-I đến TTH II-II

(cm)

- Chiều cao sườn dầm chịu nén

- Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục II-II:

=156,0-74,94-55,76 =25,3 (cm)

- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II-II:

=74,94+ 55,76= 130,7 (cm)

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp

+ Mômen quán tính của dầm thép

+ Mômen quán tính của phần bản bêtông

748380,40 (

+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh

b t

=21959,73 (

+ Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản

=24,88x

=

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn:

=+748380,40+21959,73+

=3676016,35 ()

2.4 Xác định ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn.

- Mặt cắt liên hợp dài hạn đựơc sử dụng để tính toán đối với các tải trọng lâu dài như tĩnh tải khi đó ta phải xét tới từ biến

- Trong trường hợp có xét tới hiện tượng từ biến thì các đặc trưng hình học của mặt cắt đựơc tính tương tự khi không xét tới từ biến, chỉ thay hệ số n bằng n’

- Tính diện tích bản bêtông

+Diện tích bản bêtông

= bsts + bcth + 2 bhth = 219 x 17,0 + 30 x 6 + 2 xx 6 x 6=3939

+Diện tích tính đổi của mặt cắt

ALT = ANC + + Ar = 375 + + 24,88=539,125

Trong đó:

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

+ ANC : Diện tích dầm thép

+ ALT: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi xét từ biến

- Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép

1'

h

1

+24,88x(156,0–74,94+ 14,5)= 17959,32 (

= = = 33,31cm

- Chiều cao sườn dầm chịu nén

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

= 156,0-74,94-33,31= 47,75 cm

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

=74,94 + 33,31 = 108,25 cm

- Xác định mômen quan tính của tiết diện liên hợp

+ Mômen quán tính của dầm thép

=

1700323,7

+375 x =2116407,24

+ Mômen quán tính của phần bản bêtông

=

=

=604855,0

+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh

b t

=23390,42

+ Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản

= Ar = 24,88x

= 96318,65

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn:

=2116407,24+ 604855,0+ 23390,42+ 96318,65

=2840971,31

III: Kiểm tra điều kiện tính duyệt theo TTGH CĐ mặt cắt dầm chịu uốn trong giai đoạn khai thác

Công thức kiểm toán :

1.Kiểm tra vị trí TTH dẻo

-Tính các thông số

+ Lực dẻo bản BT: = 0,85 = 0,85.28.2190.170=8860740 (N)

+ Lực dẻo tại bản cánh trên : =345.300.30=3105000 (N)

+Lực dẻo tại bản bụng := 345.1500.12=6210000 (N)

+Lực dẻo tại bản cánh dưới: = 345.350.30 = 2572500(N)

Ta có : và

 TTH dẻo đi qua cánh trên của dầm thép

-Gọi x là khoảng cách từ TTH dẻo đến đáy dầm ta có phương trình :

Giải phương trình trên ta được x= 1545,38 (mm)

-Tính mô men dẻo :=

=

-Tính mô men chảy

: Là mô men uốn bổ sung ;

+= (345.1000- = 38988,27 (KN.m)

+=

= 8051,93 (KN.m)

8051,93 (KN.m)

= 1402+806+8051,93=1025,9 (KN.m)

2.Kiểm toán sức kháng uốn

-Khoảng cách từ mặt bản BT đến TTH dẻo :

Ta thấy nên sức kháng uốn danh định tính theo công thức:

-Sức kháng uốn tính toán :

-Mô men uốn do tải trọng :

Ta thấy : Dầm đảm bảo khả năng chịu uốn…