082 097 PHAN 1 CHUONG 02 THIET KE SO BO PHUONG AN 2

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC DÀN THÉPXác định chiều cao dàn chủ Chiều cao dàn chủ được chon theo các yêu cầu sau:  Trọng lượng thép của dàn chủ nhỏ.. Kích thước của mặt cắt các thanh đư

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 2

Cầu được bố trí theo sơ đồ: 2x34.5m + 56m + 88m + 56m + 2x34.5m

Chiều dài toàn cầu: L = 338 m

Cầu gồm 4 trụ T1, T2, T3, T4, T5, T6 và 2 mố M0, M7

Nhịp dẫn là dầm Super T bê tông cốt thép 35 m

Độ dốc dọc cầu: 3%

Độ dốc ngang cầu: 2%

Tiêu chuẩn thiết kế

Quy trình thiết kế : 22TCN – 272 – 05 Bộ Giao thông vân tải

Tải trọng thiết kế : HL93, đoàn Người bộ hành 3.10-3MPa

Kết cấu phần trên

Dàn có chiều cao 9m, chiều dài khoang 8m Dàn loại tam giác không có thanh đứng, thanh treo

Phần nhịp dẫn là dầm Super T bê tông cốt thép 35 m, chiều cao dầm 1.7 m, mặt cát ngang cầu gồm 6 dầm

Vật liệu dùng cho kết cấu :

Bê tông loại B ( 50 MPa )

Thép cấu tạo dùng theo ASTM A 706M

Thép hợp kim thấp

Kết cấu phần dưới

Dùng loại trụ thân cột bê tông cốt thép thường đổ tại chỗ

Phương án móng: Dùng móng cọc khoan nhồi d =1.5 m đổ tại chỗ

Dùng mố chữ U bê tông cốt thép

Phương án móng: Dùng móng cọc khoan nhồi đổ tại chỗ đường kính cọc 1.2 m

510050 34500 80 34500 135 56000 88000 56000 135 34500 80 34500 505100

348730

2%

2%

12 CỌC KHOAN NHỒI D=1.5m, L=45m 12 CỌC KHOAN NHỒID=1.5m, L=45m 12 CỌC KHOAN NHỒID=1.5m, L=45m 12 CỌC KHOAN NHỒID=1.5m, L=45m

8 CỌC KHOAN NHỒI D=1.2m, L=45m

-41.149 -41.149

-41.149

348730

4.49

T2

9.82

T5

T5

4.85

-49.760

-37.724 6 -31.892 5 -21.2924 -18.392 3 -8.392 +8.108

2

3

4

5

6

1

-13.539

+2.461

-7.139

-35.539

-32.039 -24.039

+4.293

-7.365

-21.307 4-24.507

6

3

-36.691 5

1

+3.758

-11.393

3 -22.842 4 -25.754

5

-41.807 6

1

6040 020

2004060 2004060

604020 0 6040

-40.916

1

MNCN +7.30 MNTT +5.50 MNTN +1.00

CĐ CHUẨN 0.00

-50.083

2

3

4

5

6

1

-13.861

+2.139

-7.461

-35.861

-26.861 -24.361

6040

+3.77 +3.85 +6.35

CĐTN (m) Khoảng cách lẻ (m) Khoảng cách cộng dồn (m) Tên cọc

CĐTK (m) CĐTK (‰)

M0

G

Km 0+200

5.50

M0 T1 T2 T3

Khổ thông thuyền 9m x 60m

-35.301

1

3

6 -32.871 5

-21.871 4-20.271 -7.071 +5.635

-37.724

6 CỌC KHOAN NHỒI

+3.85

+8.16 +10.16

-43.730

-41.149

-36.840

BỐ TRÍ CHUNG PHƯƠNG ÁN 2

TỶ LỆ : 1/500

-36.840

-43.730

+1.27 +3.77

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

2%

MẶT BẰNG CẦU

TỶ LỆ : 1/500 1/2 MẶT BẰNG CỌC MỐ, TRỤ 1/2 MẶT BẰNG GỐI ĐỈNH MỐ TRỤ

+12.87

i = 2%

+3.85

+11.62

i = 2%

+10.16

i = 2%

+11.62

i = 2%

+8.16

8 CỌC KHOAN NHỒI D=1.2m, L=45m

T6 T5

2.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC DÀN THÉP

Xác định chiều cao dàn chủ

Chiều cao dàn chủ được chon theo các yêu cầu sau:

 Trọng lượng thép của dàn chủ nhỏ

 Bảo đảm tĩnh không thông thuyền và thông xe

 Chiều cao kiến trúc nhỏ đối với cầu dầm chạy trên

 Đảm bảo độ cứng theo phương đứng của kết cấu nhịp: f < fchi phí

 Đảm bảo mỹ quan và phù hợp với cảnh quan ở khu vực xây cầu

 Như vậy chọn chiều cao dàn bằng h = 9 m

Tiết diện các thanh dàn chủ.

Các thanh có tiết diện chữ H riêng thanh cổng cầu có tiết diện hộp

Kích thước của mặt cắt các thanh được thể hiện trên hình vẽ :

BẢNG SỐ LIỆU CÁC THANH CẦN CHỌN

Tên thanh

Chiều cao

h (cm)

Chiều rộng

b (cm)

Bề dày bản bụng

t (cm)

Chiều dày bản cánh

h c (cm)

Diện tích thanh

A a (m 2 )

Thanh cổng tiết diện

Cấu tạo hệ dầm mặt cầu.

Hệ dầm mặt cầu bao gồm dầm dọc và dầm ngang để đỡ mặt cầu và truyền tải trọng từ mặt cầu tới dàn chủ Để đảm bảo cho tải trọng truyền vào các nút dàn chủ dầm ngang được bố trí tại các nút dàn còn dầm dọc tựa lên dầm ngang Dầm dọc và dầm ngang phải được liên kết chắc chắn để tạo thành hệ dầm mặt cầu

Chọn liên kết giữa dầm dọc và dầm ngang là dạng cánh dầm dọc và dầm ngang bằng nhau

Cấu tao dầm ngang

Chiều cao dầm ngang và các kích thước chọn:

h = 80 cm, b = 32cm, hc = 3,2cm, t = 2cm

Cấu tạo dầm dọc

Chiều cao dầm dọc và các kích thước chọn:

h = 80 cm, b = 32cm, hc = 3,2cm, t = 2cm

2.2 Tĩnh tải của cầu dàn

2.2.1 Trọng lượng bản thân dàn

Diện tích các thanh dàn chủ như sau:

bien _ tren

A 0.0427  m

Bien _ duoi

A 0.0504  m

xien_trong

A 0.0378 m

cong _ cau

A   0.0234  m

Trọng lượng của từng loại thanh:

Bien _ tren

DC  0.0427 78.5 8  26.8 kN  

bien _ duoi

DC 0.0504 78.5 8  31.7 kN  

xien _ trong

DC  0.0378 78.5  9 4 29.2 kN

cong _ cau

DC    0.0234 78.5   9 4 18.1 kN

Trọng lượng tổng của từng loại thanh

Bien _ tren

DC  2 24 26.8 1286.4 kN 



Bien _ duoi

DC  2 25 31.7 1585 kN 



xien _ trong

DC  2 50 29.2 2920 KN 



cong _ cau

DC   4 18.1 72.4 kN



dan

DC 5864 kN

2.2.2 Trọng lượng các dầm ngang

Ta bố trí dầm ngang tại các nút dàn vậy toàn cầu có 26 dầm ngang kích thước dầm ngang như hình vẽ:

dngang

A 0.0352  m

dngang

DC 0.0352 7.9 78.5  21.8 kN  

dngang

DC 26 21.8 567.6 kN. 



2.2.3 Trọng lượng dầm dọc:

Khẩu độ dầm dọc bằng khoảng cách giữa hai dầm ngang, toàn cầu có 125 dầm dọc ở đây bố trí 5 dầm dọc đối xứng nhau qua tim dàn Khoảng cách giữa hai dầm dọc là 1.6 (m) Hình vẽ

 2

ddoc

A 0.0352  m

doc

DC 0.0352 8 78.5 22.1 kN  

ddoc

DC 125 22.1 2763 kN

2.2.4 Hệ liên kết dọc:

Lấy DClkd = 1 kN/m

2.2.5 Lề bộ hành:

Phần lề bộ hành bố trí hẫng ra ngoài mặt phảng dàn Phần hẫng này có tải trọng tác dụng nhỏ, ta vẫn dùng thép chữ I như dầm ngang nhưng có vát góc và hai dầm dọc Đoạn hẫng này dài 1.5 (m)

hang

q 0.0352 1.5 78.5 4.14 kN  

Toàn cầu có 26 nút dàn bố trí như vậy (tính cho một bên lề người đi)

hang

DC 26 4.14 107.6 kN. 



Thanh dọc để nối các đoạn hẫng này dùng thép I500 dài 8 (m) Toàn cầu có 25 đoạn (Tính cho một bên lề người đi)

Trọng lượng của nó là: qhang _ doc  29.38 25 734.5 kN  

2.2.6 Bản bê tông mặt cầu lề người đi và phần xe chạy

2ban _ bh

DC 0.1 25 1.5 3.75 kN / m  

2Ban _ xe

DC 0.2 25 7.9 39.5 kN / m  

2.2.7 Trọng lượng tay vịn

bvia

V 0.25 0.3 200 15 m  

 3 btng

V 0.25 0.3 200 15 m  

 

2

3 thng

0.1

4

 

ng

3lc tv

15 25 1.57 78.5

200



xe

3lc tv

15 25

200





2.2.8 Trọng lượng lớp phủ mặt cầu phần xe chạy

Bê tông át phan chiều dày 7 cm: 0.07 24  1.68 kN / m  2

Lớp phòng nước dày 5 mm: 0.004 18   0.072  kN / m  2

Lớp mui luyện dày 5.2 cm: 0.052 25 1.3 kN / m  2

LP

DW   3.052 kN / m



Tĩnh tải rải đều của lớp phủ mặt cầu là:

LP

TC

DW 3.052 7.9 24.1 kN / m 

LP

TT

DW  1.5 24.1 36.15 kN / m 

2.2.9 Tổng hợp kết quả:

Tĩnh tải giai đoạn I:

Trọng lượng một mặt phẳng dàn:

 

1

2

567.6 2763   107.6 734.5 5864 5439.4 kN

Vậy tổng trọng lượng tính cho 1 dàn giai đoạn I là:

 DC 5439.4 kN

Vậy tĩnh tải rải đều trên 1 m dài cầu tính cho một dàn giai đoạn I là:

DC 1.25 DC 32.3  kN / m

Tĩnh tải giai đoạn II:

TC

39.5

DW 3.75 1.88 2.49 24.1 52 kN / m

2

2.3 Nội lực hệ dầm mặt cầu, dàn chủ:

2.4.1 Tính dầm dọc:

Dầm dọc làm việc như một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi Dầm dọc chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng đồng thời dầm dọc còn chịu lực dọc do tham gia làm việc chung với dàn chủ Để đơn giản tính toán, có thể coi dầm dọc liên kết bằng khớp với dầm ngang, nghĩa là đối với tải trọng thẳng đứng được phép tính dầm dọc như một dầm giản đơn có khẩu độ bằng khoảng cách giữa hai dầm ngang, tức là bằng chiều dài khoang dàn d

Tính hệ số phân bố ngang cho dầm dọc:

Công thức tính toán : (Bảng 4.6.2.2.2a-1)

Hệ số phân bố ngang cho dầm phía trong :

+ Mô men :

0.1

3 s

G   0.075

  



Trong đó:

S : Khoảng cách giữa các dầm dọc, S = 1.6 m

L : Nhịp của dầm dọc, L = 8 m

Kg : Hệ số độ cứng dọc : (điều 4.6.2.2.1-1)

 2   

4

K n I e A 7.22 5385803093.33 46720 302641.3

140971974620.58 mm



ts : Chiều dày bản bêtông mặt cầu, ts = 0.2 m

Tính sơ bộ chọn 3

s

K g

1

L t





 Thay số vào công thức ta có: Gmtrong = 0.341

+ Lực cắt:

2

G   0.2   

3600 10700

Thay số vào công thức ta có: GVtrong = 0.622

Hệ số phân bố ngang cho dầm dọc ngoài: Gb  e Gtrong

Với e 0.77 de

2800

  ; de : chiều dài hẫng của phần đường xe chạy: de = 1.5 m Thay số ta có: G  1.305  0.622 0.811  

Tính nội lực dầm dọc:

Tải trọng tác dụng lên dầm dọc gồm có:

+ Tĩnh tải phần mặt cầu phân bố cho 1 dầm dọc:

Tải trọng lan can, coi dầm biên chịu hết

Tải trọng lớp phủ

Tải trọng bản mặt cầu

b

39.5 24.1 2.49

5

g

39.5 24.1

5



+ Trọng lượng bản thân dầm, có kể hệ liên kết dọc:

1

DC 0.0352 78.5 2.963 kN / m

5

+ Hoạt tải, lấy giá trị nội lực lớn nhất trong các trường hợp sau:

Xe ba trục + tải trọng làn

90% hai xe ba trục + tải trọng làn

Xe hai trục + tải trọng làn

- Mô men do hoạt tải HL-93 gây ra được tính theo công thức sau:

M P y

Trong đó: Pi: Trọng lượng các trục xe

Yi: Tung độ đường ảnh hưởng mômen

- Mô men do tải trọng làn gây ra:

MLane   Pi i 9.3 13.6 126.48 kNm 

Trong đó: Pi: Tải trọng làn

i: Diện tích đường ảnh hưởng mômen

- Bảng tổng hợp kết quả mômen:

Tải trọng HL-93 Tandem

- Lực cắt do hoạt tải HL93 gây ra tính theo công thức sau:

Qtruck P yi i

Trong đó: Pi: Trọng lượng các trục xe

Yi: Tung độ đường ảnh hưởng lực cắt

- Lực cắt do tải trọng làn gây ra:

Là tải trọng rải đều trên toàn bộ chiều dài dầm, có độ lớn P = 9.3N/mm

Tải trọng làn không tính hệ số xung kích

Công thức tính lực cắt:

QLane Pi i 9.3 5 46.5 kN 

Trong đó:

Pi: Tải trọng làn

i: Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt

- Bảng tổng hợp kết quả tính lực cắt không hệ số:

Tải trọng HL-93 Tandem Lực cắt (kN) 246.56 209

Kiểm toán với mặt cắt giữa dầm:

+ Mô men mặt cắt giữa dầm của dầm biên:

bhoattai

M 1.75 1.25 594 0.5 9.3 18 0.588      821.94kN.m

btinhtai

M 9.953 18 1.5 2.963 18 1.25 335.40kN.m     

b

M 821.94 335.40 1157.34kN.m 

+ Mô men mặt cắt giữa dầm của dầm trong:

ghoattai

M 1.75 1.25 594 0.566 9.3 18 0.566     901.26kN.m

gtinhtai

M 7.503 18 1.5 2.963 18 1.25 269.25kN.m     

g

M 901.26 269.25 1170.51kN.m 

+ Lực cắt mặt cắt giữa dầm của dầm biên:

Qbhoattai 1.75 1.25 248 0.5 9.3 6 0.588       328.67kN

btinhtai

Q 9.953 6 1.5 2.963 6 1.25 117.8kN     

b

Q 328.67 117.8 440.47kN 

+ Lực cắt mặt cắt giữa dầm của dầm trong:

Qbhoattai 1.75 1.25 248 0.647 9.3 6 0.647       414.18kN

btinhtai

Q 7.503 6 1.5 2.963 6 1.25 89.75kN     

b

Q 414.18 89.75 503.93kN 

Vậy nội lực dầm trong lớn hơn nội lực dầm biên

Mudd = 1170.5 kN.m

Qudd = 503.93 kN

2.4.2 Tính dầm ngang:

Coi sơ đồ tính dầm ngang là dầm 2 đầu khớp, khẩu độ tính toán B là khoảng cách tim hai dầm chủ Dầm ngang nhận áp lực S từ dầm dọc truyền xuống Trọng lượng bản thân của dầm

Có 5 dầm dọc nên có 5 phản lực gối tác dụng lên dầm ngang Để tiện tính toán ta lấy áp lực gối lớn nhất Ri = 503.93 KN

Trọng lượng bản thân dầm ngang:

DC = 0.035278.5 = 2.763kN/m

Mô men tại mặt cắt giữa nhịp:

u

1

M 2.763 2.275 9.1 503.93 0.575 2 1.425 2 2.275 3190.76kNm

2

2.4.3 Tính toán các thanh dàn chính

Sau khi xác định song sơ đồ, các kích thước của các thanh và tính toán các tĩnh tải giai đoạn I và II thì ta tiến hành vẽ sơ đồ cầu trong MIDAS 7.01 khai báo các đặc trưng cần thiết sau đó cho chương trình chạy và xác định được các lực dọc trục các thanh trong dàn Nhưng trong phương án sơ bộ ta chỉ xác định lực dọc của một số thanh mà cho là bất lợi nhất

Ta xác định lực dọc trục của các thanh:

+Thanh biên trên chịu kéo tại vị trí trụ

+Thanh biên dưới chịu kéo tại vị tri giữa nhịp

+Thanh xiên tại gối chịu uốn, nén

Xác định nội lực các thanh:

Sử dụng tổ hợp sau để tính :

Tính tải = 1.25DC+1.5DW

Hoạt tải = 1.75LL+1.75PL

Nội lực do tĩnh tải:

Tải trọng Thanh 21’-22’(kN) Thanh 16-17(kN) Thanh 22-21’(kN)

Nội lực do hoạt tải:

+ Thanh 18’-19’:

N = 2809.8 kN

+Thanh 19-18’:

N=-2174.1 kN

+Thanh 16-17:

N=2990 kN

(kN) (kN) (kN)

Duyệt tiết diện các thanh dàn

BẢNG SỐ LIỆU CÁC THANH CẦN CHỌN

Tên thanh Chiều caoH (cm)

Chiều rộng

b (cm)

Bề dày bản bụng

t (cm)

Chiều dày bản cánh

hc (cm)

Diện tích thanh

Aa (m2)

Thanh cổng tiết diện

2.4 Kiểm toán các thanh dàn chủ, dầm dọc và dầm ngang:

2.5.1 Kiểm toán nội lực các thanh dàn chủ.

Các thanh chịu kéo.

Sức kháng kéo tính toán, Pr, phải lấy trị số nhỏ hơn trong hai giá trị sau :

P     P         F A (6.8.2.1-1)

P     P       F A U (6.8.2.1-2) Trong đó:

Pny = sức kháng kéo danh định đối với sự chảy ở trong mặt cắt nguyên (N)

Fy = cường độ chảy (MPa)

Ag = diện tích mặt cắt ngang nguyên của bộ phận (mm2)

Pnu = sức kháng kéo danh định đối với đứt gãy ở trong mặt cắt thực (N)

Fu = cường độ chịu kéo (MPa)

An = diện tích thực của bộ phận theo quy định trong Điều 6.8.3 (mm2)

U = hệ số triết giảm để tính bù cho trễ trượt, 1,0 đối với các thành phần trong đó các tác dụng lực được truyền tới tất cả các cấu kiện, và theo quy định trong Điều 6.8.2.2 đối với các trường hợp khác

y = hệ số sức kháng đối với chảy dẻo của các bộ phận chịu kéo theo quy định trong Điều 6.5.4.2

u = hệ số sức kháng đối với đứt gãy của các bộ phận chịu kéo theo quy định trong Điều 6.5.4.2

Hệ số triết giảm, U, cho cả các cấu kiện loại khác chịu tải trọng truyền đến một số, phân tố thôi mà không phải là tất cả, qua các liên kết bulông với ba hoặc trên ba bulông mỗi đường trong phương của tải trọng, hoặc các liên kết hàn, trừ các trường hợp có chú giải ở dưới đây, có thể được lấy như sau: U = 0.85

Đại lượng Giá trị Đơn vị

 0.95

 0.8

Sức kháng kéo tính toán, Pr, phải lấy giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị :

P     P         F A (6.8.2.1-1)

P     P       F A U (6.8.2.1-2)

 

P     P      F A  U  15422.24  T

Pr = 15422.24 > STT

Max = 9256.51 (T) (Thanh 19’-20’) => Thỏa mãn

2.5.2 Các thanh chịu nén dọc trục.

Sức kháng tính toán của các cấu kiện trong chịu nén, Pr, phải được lấy như sau:

Trong đó:

Pn = sức kháng nén danh định theo quy định ở các Điều 6.9.4 và 6.9.5 (N)

c = hệ số sức kháng đối với nén theo quy định trong Điều 6.5.4.2

c = 0.9 đối với thép chịu nén

Đối với các cấu kiện thỏa mãn các yêu cầu chiều rộng/chiều dày chỉ định trong Điều 6.9.4.2, sức kháng nén danh định, Pn, được lấy như sau:

Nếu   2,25 thì Pn  0.66 Fy As

Nếu  > 2,25 thì Pn    



0.88 F A

π

  



 2 y s

F K

trong đó:

As = diện tích mặt cắt ngang nguyên (mm2) ;

s

A 0.04272  m 42720 mm

Fy: cường độ chảy (MPa) ; Fy = 450 (MPa)

E: môđun đàn hồi (MPa) ; E = 200000(MPa)

K: hệ số chiều dài hiệu dụng quy định trong Điều 4.6.2.5

: chiều dài không giằng (mm) ; l = 8000 (mm)

rs: bán kính hồi chuyển theo mặt phẳng bằng (mm)

Ta thấy thanh xiên 22-21’ chịu nén nhie u nhất Vậy ta chỉ ca n kiểm toán cho thanh này Sau àu nhất Vậy ta chỉ cần kiểm toán cho thanh này Sau àu nhất Vậy ta chỉ cần kiểm toán cho thanh này Sau khi tính toán ta thu được kết quả

Đại lượng Giá trị Đơn vị

STT Max (Neựn) -6482.045 (kN)

Kết luận Thỏa