Thiết kế cầu dầm thép L=30 m

Thiết kế cầu dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép L=30 m Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN27205 Chiều dài nhịp : L = 30 m Khổ cầu : + Bề rộng xe chạy : + Lề người đi bộ : + Bề rộng toàn cầu : Tải trọng thiết kế : HL93 + 3.103 Mpa

MỤC LỤC

I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 5

1.1 Số liệu chung 5

1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm 5

1.3 Các hệ số tính toán 6

II CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 7

2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp 7

2.2 Lựa chọn số dầm chủ trên mặt cắt ngang 7

2.3 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu 7

2.4 Chiều cao dầm chủ 8

2.5 Cấu tạo bản bê tông mặt cầu 8

2.6 Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ 9

III XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 11

3.1 Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp 11

3.1.1 Trường hợp 1 11

3.1.2 Trường hợp 2 12

3.2 Xác định đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn I 13

3.3 Xác định đặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II 15

3.3.1 Mặt cắt tính toán giai đoan II 15

3.3.2 Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông 16

3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép 17

3.3.4 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm biên 17

3.3.5 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong 24

3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn chảy dẻo 31

3.4.1 Mặt cắt tính toán 31

3.4.2 Xác định vị trí trục trung hoà của mặt cắt 31

3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén 33

3.4.4 Xác định mômen chảy My 34

3.4.5 Xác định mômen dẻo Mp 36

IV XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 39

4.1 Cấu tạo hệ liên kết trong kết cấu nhịp 39

4.1.1 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối 39

4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I 45

4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II 47

V XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 49

5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy 49

5.1.1 Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm biên 49

5.1.2 Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm trong 50

5.2 Tính hệ số phân bố ngang đối với hoạt tải HL - 93 50

5.2.1 Điều kiện tính toán 50

5.2.2 Tính tham số độ cứng dọc 50

5.2.3 Tính hệ số phân bố ngang mômen 51

5.2.4 Tính hệ số phân bố ngang lực cắt 52

5.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang 52

5.3.1 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với dầm biên 52

5.3.2 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với dầm trong 53

5.3.3 Xác định hệ số phân bố ngang tính toán 53

VI TÍNH TOÁN NỘI LỰC 54

6.1 Các mặt cắt tính toán nội lực 54

6.2 Đường ảnh hưởng nội lực 55

6.2.1 Vẽ ĐAH mômen tại mặt cắt tính toán 55

6.2.2 Đường ảnh hưởng lực cắt 55

6.2.3 Tính diện tích đường ảnh hưởng 55

6.3 Xác định nội lực tại các mặt cắt tính toán 56

6.3.1 Tính nội lực do tĩnh tải 56

6.3.2 Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng Người 57

6.3.3 Tính nội lực do xe tải thiết kế (Truck) và xe 2 trục thiết kế( Tandem) 58

6.3.4 Tổng hợp nội lực 65

VII KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 67

7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt 67

7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc 67

7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 68

7.4 Kiểm tra tương tác giữa sườn dầm với bản cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc.68 VIII KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 70

8.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ 70

8.1.1 Sức kháng uốn của mặt cắt liên hợp đặc chắc 70

8.1.2 Kiểm toán khả năng chịu lực của dầm 71

8.2 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm chủ 71

8.2.1 Xác định hệ số c 71

8.2.2 Sức kháng cắt của dầm chủ 72

8.2.3 Kiểm toán khả năng chịu cắt của dầm 74

IX KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI 75

9.1 Nguyên tắc tính toán 75

9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do uốn 75

9.2.1 Công thức kiểm toán 75

9.2.2 Xác định ứng suất trong dầm do tải trọng mỏi 75

9.2.3 Kiểm toán ứng suất mỏi do uốn 77

9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do cắt 77

9.3.1 Công thức kiểm toán 77

9.3.2 Xác định ứng suất cắt trong dầm do tải trọng mỏi 77

9.3.3 Kiểm toán ứng suất mỏi do cắt 78

X KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG 79

10.1 Kiểm toán độ võng kết cấu nhịp 79

10 1 Nguyên tắc chung 79

10 2 Kiểm tra độ võng do tĩnh tải theo phân tích đàn hồi 79

10 3 Kiểm tra độ võng do hoạt tải thép phân tích đàn hồi 80

10 3 Tính độ vồng 83

10.2 Kiểm toán dao đọng của kết cấu 84

XI TÍNH TOÁN BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG 86

11.1 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt gối 86

11.1.1 Bố trí sườn tăng cường tại mặt cắt gối 86

11.1.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 87

11.1.3 Kiểm tra sức kháng ép mặt 87

11.1.4 Kiểm tra sức kháng nén dọc trục 88

11.1.5 Kiểm tra độ mảnh giới hạn 89

11.2 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt trung gian 89

11.2.1 Bố trí sườn tăng cường trung gian 89

11.2.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 90

11.2.3 Kiểm tra mômen quán tính của sườn Tăng cường 91

11.2.4 Kiểm toán diện tích của sườn tăng cường 91

XII TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 93

12.2.2 Lực trượt danh định tác dụng lên neo 93

12.3 Xác định khả năng chịu lực của neo 94

12.3.1 Loại neo sử dụng 94

12.3.2 Sức kháng cắt của neo 94

12.3.3 Sức kháng mỏi của neo 95

12.4 Bố trí neo 96

12.5 Kiểm toán neo theo đinh mũ theo TTGH Mỏi 97

XIII TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 98

13.1 Lực tác dụng lên liên kết 98

13.1.1 Lực gây trượt giữa bản cánh và bản bụng 98

13.1.2 Áp lực phân bố do tải trọng bánh xe 99

13.2 Xác định chiều cao đường hàn 99

13.2.1 Cường độ của đường hàn góc 99

13.2.2 Xác định chiều cao đường hàn 100

XIV TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM 101

14.1 Khả năng chịu lực của bu lông 101

14.2 Tính toán mối nối bản bụng 103

14.2.1 Cấu tạo mối nối dầm 103

14.2.2 Cấu tạo mối nối bản bụng 104

14.2.3 Kiểm toán khả năng chịu lực của bulông 105

14.3 Tính toán mối nối bản cánh 107

14.3.1 Mối nối bản cánh trên 107

14.3.2 Mối nối bản cánh dưới 108

XV TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 111

15.1 Cấu tạo bản mặt cầu 111

15.2 Xác định nội lực bản mặt cầu 111

15.2.1 Diện tích tiếp xúc của bánh xe 111

15.2.2 Chiều dài tính toán của bản 111

15.2.3 Bề rộng tính toán của bản 112

15.2.4 Xác định nội lực của bản trong(bản liên tục) 112

15.2.5 Xác định nội lực của bản hẫng 116

15.3 Tính toán và bố trí cốt thép bản 118

15.3.1 Nội dung tính toán bố trí cốt thép bản 118

15.3.2 Bố trí cốt thép chịu lực bản mặt cầu 122

THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠNLIÊN HỢP THÉP - BTCT

I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU

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

- Vật liệu chế tạo kết cấu :

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

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

- Vật liệu chế tạo bản mặt cầu:

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

+ Trọng lượng riêng của bêtông:

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

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

Mác thép

Cấp thép

Giới hạn chảy của thép

Giới hạn kéo đứt của thép

Môđun đàn hồi của thép

Hệ số quy đổi từ bêtông sang thép

+ Không xét hiện tượng từ biến

+ Có xét đến hiện tượng từ biến

1.3 CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN

-Hệ số tải trọng :

+Tĩnh tải giai đoạn I : và

+Tĩnh tải giai đoạn II : và 0.65

+Đoàn xe ôtô và đoàn người : và 1.0

II KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ

2.1 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA KẾT CẤU NHỊP

- Chiều dài nhip: Lnh = 22 m

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

Chiều dài tính toán KCN:

2.2 LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG

Lí p mui luyÖn dµy 2-13cm

Số dầm chủ thiết kế 5 dầm

2.4 CHIỀU CAO DẦM CHỦ

- Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào:

+ Chiều dài nhịp tính toán

+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Quy mô của tải trọng khai thác

- Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện cường độ

Mu ≤ MrTrong đó:

+Mu: Mômen lớn nhất do tải trọng sinh ra

+Mr : Khả năng chịu lực của mặt cắt dầm chủ

- Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện độ cứng và (độ võng)

Trong đó:

+ ΔLL: Là độ võng của kết cấu nhịp do hoạt tải

+ [Δ]: Độ võng cho phép

1.Tải trọng xe nói chung:

2 Tải trọng xe, tải trọng người đi bộ hoặc kết hợp cả hai tải trọng này:

- Xác định chiều cao dầm chủ theo kinh nghiệm

+ Chiều cao dầm thép:

Chiều cao dầm thép:

+ Chiều cao bản bụng :

+ Chiều dày bản bụng :

+ Chiều dày bản cánh dưới:

+ Chiều cao toàn bộ dầm thép:

2.5 CẤU TẠO BẢN BÊ TÔNG MẶT CẦU

- Kích thước của bản bêtông được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tácdụng của tải trọng cục bộ

- Chiều dày bản:

- Theo quy định của 22TCN272 – 05 thì chiều dày bản bê tông mặt cầu phải lớnhơn 175 cm.Đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực

Ở đây ta chọn chiều dày bản bêtông mặt cầu là

- Bản bêtông có thể có cấu tạo dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong trònhoặc có thể không cần tạo vút Mục đích của việc cấu tạo vút bản bêtông là nhằm tăngchiều cao dầm Tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí hệ neo liênkết

- Kích thước cấu tạo bản bêtông mặt cầu:

CÁC KÍCH THƯỚC

KÍ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ

III XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ

3.1 CÁC GIAI ĐOẠN LÀM VIỆC CỦA DẦM LIÊN HỢP

- Tuỳ theo biện pháp thi công kết cấu nhịp mà cầu dầm liên hợp có các giai đoạnlàm việc khác nhau Do đó khi tính toán thiết kế cầu dầm liên hợp phải phân tích rõquá trình hình thành kết cấu trong các giai đoạn làm việc từ khi chế tạo, thi công đếnkhi đưa vào khai thác sử dụng

3.1.1 Trường hợp 1

- Cầu dầm liên hợp thi công theo phương pháp lắp ghép hay lao kéo dọc không có

đà giáo hay trụ đỡ ở dưới Trong trường hợp này dầm làm việc theo 2 giai đoạn

2.Trọng lượng hệ liên kết dọc và ngang

3.Trọng lượng bản bêtông và những phần bê tông được đổ cùng bản

Giai đoạn 1: Trong quá trình thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp và

tải trọng thi công sẽ do đà giáo chịu, như vậy giai đoạn này mặt cắt chưa làm việc

Giai đoạn 2: Sau khi dỡ đà giáo thì trọng lượng của kết cấu nhịp mới truyền lên các

dầm chủ, mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp Như vậy tải trọngtác dụng lên dầm gồm:

+ Tĩnh tải giai đoạn I

+ Tĩnh tải giai đoạn II

+ Hoạt tải

Kết luận:

- Giả thiết cầu được thi công bằng phương pháp lắp ghép bằng cần cẩu nên dầm làmviệc theo hai giai đoạn ở trong trường hợp 1

3.2 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT GIAI ĐOẠN I

- Giai đoạn 1: Khi thi công dầm thép và đã đổ bản bêtông mặt cầu, tuy nhiên giữadầm thép và bản mặt cầu chưa tạo ra hiệu ứng liên hợp

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

+ Mômen quán tính của tiết diện dầm thép

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

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

- Bảng kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I.

3.3 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT GIAI ĐOẠN II

3.3.1 Mặt cắt tính toán giai đoạn II

- Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệuứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT

- Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp

Đặc trưng hình học giai đoạn này là ĐTHH của mặt cắt liên hợp

cùng với dầm thép theo phương dọc cầu Bề rộng bản bêtông làm việc chung cùng vớidầm thép hay còn gọi là bề rộng có hiệu, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài tínhtoán 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:

Bề rộng tính toán của bản cánh dầm biên:

Bề rộng tính toán của bản cánh dầm trong:

Trong đó :

+ Ltt : Chiều dài nhịp tính toán

+ ts : Chiều dày bản bê tông mặt cầu

+ bs : Bề rộng tính toán của bản bê tông

+ 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

+ : Chiều dài 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 toán đặctrưng hình học ta tính đổi về một loại vật liệu Ta tính đổi phần bê tông sang thép dựavào hệ số n là tỷ số giữa môdun đàn hồi của thép và bêtông

Bảng: Hệ số quy đổi từ thép sang bêtông

b ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông

-Lưới cốt thép phía trên:

+ Đường kính cốt thép:

+ Diện tich mặt cắt ngang một thanh:

+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 13 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 18 cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên:

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

- Lưới cốt thép phía dưới:

+ Đường kính cốt thép:

+ Diện tich mặt cắt ngang một thanh:

+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n =13 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 18 cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên:

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

- Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:

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

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 dươí

+ art ; arb: Khoảng cách từ tim lưới cốt thép trên và dưới đến mép trên 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

c 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 ngắnhạn 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:

+ 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

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

+ Mômen quán tính của dầm thép

+ Mômen quán tính của phần bản bêtông

+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh

+ Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản.

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

- Xác định mômen tĩnh của bản bêtông với TTH II-II của tiết diện liên hợp

d 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 dàinhư 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 mặtcắt 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

+Diện tích tính đổi của mặt cắt

+ 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

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

- Chiều cao sườn dầm chịu nén

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

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

- Xác định mômen quan tính của tiết diện liên hợp

+ Mômen quán tính của dầm thép

+ Mômen quán tính của phần bản bêtông

+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh

+ Mômen quán tính của phần cốt thép trong bản.

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

- Xác định mômen tĩnh của bản bêtông với TTH II’- II’của tiết diện liên hợp

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

ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

CỦA DẦM BIÊN

ĐƠN VỊ

KÍ HIỆU

Diện tích bản bê tông 4248 4248 cm

Diện tích cốt thép trong bản bêtông 29.41 29.41 cm2

Mômen tĩnh của Mc với trục I-I 50711.00 18603.54 cm3Khoảng cách từ TTH I-I tới trục II-II 43.77 23.68 cmMMQT của dầm thép với trục II-II 2574745.93 1802136.44 cm4MMQT của bản BTCT với trục II-II 993359.39 708079.58 cm4MMQT của phần vút bản với trục II-II 28020.89 25007.95 cm4MMQT của cốt thép trong bản 54216.82 116843.26 cm4MMQT mặc cắt liên hợp với trục II-II 3650343.03 2652067.22 cm4

MM tĩnh của bản với trục II-II 24949.93 13494.88 cm3

3.3.5 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong(dầm 2)

a Mặt cắt tính toán

Theo như cấu tạo thì dầm biên và dầm trong được thiết kế có kích thước gần giốngnhau,chỉ khác nhau về kích thước của bản vút bê tông như hình vẽ

Tính toán tương tự ta có Bảng tổng hợp kết quả ĐTHH của mặt cắt dầm

trong như sau:

HIỆU HIỆU VỊ

MM tĩnh của bản với trục II-II 26927.31 14720.97 cm3

3.3.6 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong(dầm 3)

a Mặt cắt tính toán

Theo như cấu tạo thì dầm biên và dầm trong được thiết kế có kích thước gần giốngnhau,chỉ khác nhau về kích thước của bản vút bê tông như hình vẽ

trong như sau:

ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

CỦA DẦM BIÊN

ĐƠN VỊ

KÍ HIỆU

MM tĩnh của bản với trục II-II 29113.85 15935.60 cm3

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 đạt đến giới hạn chảy

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

3.4.2 Xác định vị trí trục trung hoà của mặt cắt.

- Tính lực dẻo của các phần của tiết diện(cả dầm biên và dầm trong) :

+ Lực dẻo tại bản cánh dưới dầm thép:

+ Lực dẻo tại bản cánh trên dầm thép:

+ Lực dẻo tại sườn dầm thép:

+ Lực dẻo tại trọng tâm bản bêtông:

+ Nếu và

TTH đi qua bản cánh trên

Ta có:

Dầm Pt+Pw Pc+Prb+Ps+Prt Pt+Pw+Pc Prb+Ps+Prt Kết luận:

1 11250 14880.792 14250 11263.266 TTH đi qua bản cánh trên dầm thép

2 11250 15549.30926 14250 11931.78326 TTH đi qua bản cánh trên dầm thép

3 11250 16341.53703 14250 12724.01103 TTH đi qua bản cánh trên dầm thép

3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén.

Z2 Dcp

ts bs

Y1

Z1 Dc1 Yr

+ Chiều cao vùng chịu nén của sườn dầm được tính theo công thức:

Trong đó:

+Dw: Chiều cao sườn dầm thép (mm)

+At ;Ac : Diện tích cánh chịu nén và chịu kéo (mm2)

+Aw : Diện tích sườn dầm (mm2)

+Ar : Diện tích cốt thép dọc trong bản bêtông

+fyc ; fyt : Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của thép làm cánh chịu kéo và chịunén (Mpa)

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

+fyw : Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của sườn dầm (Mpa)

+f’c: Cường độ chịu nén quy định của bêtông ở tuổi 28 ngày (Mpa)

+As : Diện tích bản bêtông (mm2)

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

Dầm Chiều cao phần sườn dầm chịu nén Đơn vị

3.4.4 Xác định mômen chảy My:

- Mômen chảy (My) ở mặt cắt liên hợp ngắn hạn được lấy bằng tổng các mômentác dụng vào dầm thép, mặt cắt liên hợp ngắn hạn liên hợp ngắn hạn và dài hạn gay ratrạn thái chảy đầu tiên ở một trong 2 cánh của dầm thép ( không xét đến chảy ở sườndầm của mặt mắt lai)

Trong đó:

+ : Mômen uốn do tĩnh tải giai đoạn I tác dụng trên mặt cắt dầm thép

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

+ : Mômen uốn bổ sung cần thiết để gây ra chảy ở một bản thép.Mô men này

do hoạt tải tính toán ( có xét đến hệ số vượt tải, hệ số xung kích) và được tính toán theo ĐTHH của mặt cắt liên hợp ngắn hạn

- Ứng suất trong dầm thép do :

+Mômen tính toán do tĩnh tải giai đoạn I:

+Mômen quán tính của mặt cắt nguyên:

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

- Ứng suất trong dầm thép do MD2 :

+ Mômen tính toán do tĩnh tải giai đoạn II:

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

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

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

+ Ứng suất tại mép trên dầm thép:

+ Ứng suất tại mép dưới dầm thép:

- Ứng suất trong dầm thép do mômen uốn bổ xung MAD :

+ Ứng suất tại mép trên dầm thép:

+ Ứng suất tại mép dưới dầm thép:

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

1.Trường hợp cánh trên chảy ta có:

2.Trường hợp cánh dưới chảy thì:

- Xác định mômen uốn bổ xung:

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

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

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

- Mômen dẻo là mômen ứng với khi toàn mặt cát trừ phần bêtông chịu kéo đạt đến

cường độ chảy.Khi tính mômen dẻo phải lấy mômen của các lực dẻo tại các phần củamặt cắt đối vứi trục trung hoà dẻo

- Công thức tính toán:

Trong đó:

+ : lực dẻo thứ tại bộ phận thứ i của mặt cắt cắt dầm

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

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

Lấy tổng mômen đối với trục trung hoà dẻo ta có giá trị mômen của mặt cắt đượctính theo công thức :

Trong đó:

+As: Diện tích của bản bêtông ( có bao gồm cả vút) , As = 4473 cm2

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

+At : Diện tích bản cánh chịu kéo, At = 210 cm2

+ fy: Giới hạn chảy của thép, fy = 345Mpa = 34.5 kN/cm2

+f’c : Cường độ chịu nén của bêtông bản dầm, f’c =28 Mpa = 2.8 kN/cm2

+Dcp : Chiều cao phần sườn dầm chịu nén, Dcp = 0 cm

+Zs : Là khoảng cách từ trọng tâm bản bêtông đén mép trên của dầm thép

Mômen dẻo của mặt cắt dầm biên

IV XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ

4.1 CẤU TẠO HỆ LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU NHỊP

4.1.1 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối.

- Cấu tạo:

- Dầm ngang tại mặt cắt gối là chỗ đặt kích nâng hạ các cụm dầm trong quá trình thicông và sửa chữa cầu khi cần thiết Do đó liên kết ngang ở gối phải cấu tạo chắc chắnhơn các mặt cắt khác, thông thường dùng các dầm I định hình Chọn dầm ngang tại

mặt cắt gối là dầm định hình I700.

- Trọng lượng của dầm ngang trên một dầm chủ được tính bằng cách tính tổng trọnglượng của tất cả các thanh của dầm ngang và chia đều cho mỗi dầm chủ nhân với chiềudài dầm chủ:

Trong đó:

+ qn : Trọng lượng hệ liên kết ngang trên 1 mét dài dầm chủ

+∑qdn : Tổng trọng lượng của các dầm ngang

+ ndc : Số dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Lnh : Chiều dài kết cấu nhịp

- Cấu tạo và trọng lượng của hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối

Số hiệu thép làm liên kết ngang tại gối

Chiều cao dầm ngang 70 cm

Trọng lượng LKN trên 1m dài 1 dầm chủ 0.257 kN/m

Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài một dầm chủ

4.1.2 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt trung gian.

- Chiều cao hệ liên kết ngang

- Hệ liên kết ngang có thể làm bằng thép I hoặc thép

- Trọng lượng của dầm ngang trên một dầm chủ được tính bằng cách tính tổng trọnglượng của tất cả các thanh của hệ liên kết ngang và chia đều cho mỗi dầm chủ nhânvới chiều dài dầm chủ:

+ : Trọng lượng hệ liên kết ngang trên 1 mét dài một dầm chủ

+ : Tổng trọng lượng của các thanh trong hệ liên kết ngang

+ : Số dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ : Chiều dài kết cấu nhịp

- Cấu tạo và trọng lượng của hệ liên kết ngang tại mặt cắt giữa:

CÁC ĐẠI LƯỢNG

KÍ

Tổng số hệ liên kết ngang trên toàn cầu 44 hệ

Thép góc cấu tạo thanh ngang

Số hiệu thép làm thanh ngang L100x100x10

Thép góc cấu tạo thanh xiên

Trọng lượng HLKN trên 1 m dài 1 dầm chủ 0.93 kN/m

Trọng lượng các thanh ngang trong 1 hệ liên kết ngang:

Hình : Sườn tăng cường tại gối

Hình : Sườn tăng cường tại mặt cắt trung gian

- Chiều dày bản thép dùng làm sườn tăng cường: t ≥ 6 mm và cụ thể như sau:

ở đây ta chọn sườn tăng cường có chiều dày ts = 18 mm

- Tại mặt cắt gối sườn tăng cường không được liên kết hàn trực tiếp với bản cánhchịu kéo để chống phá hoại liên kết giữa sườn tăng cường với bản cánh Do đó tại cácmặt cắt trừ các 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

- 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 theođiều kiện ổn định cục bộ của bản bụng để xác định khoảng cách bố trí sườn tăngcường Hoặc có thể bố trí khoảng cách các sườn tăng cường theo cấu tạo hệ liện kếtngang và dọc cầu sau đó kiểm toán điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng

- Trọng lượng của sườn tăng cường trên một dầm chủ được tính bằng cách tính tổngtrọng lượng của tất cả các sườn tăng cường trên một dầm chủ và chia đều cho số dầmchủ Chiều dài dầm chủ

+ qs: Trọng lượng hệ liên kết ngang trên 1 mét dài một dầm chủ

+∑qs: Tổng trọng lượng của sườn tăng cường trên một dầm chủ.

+ ndc: Số dầm chủ trên mặt cắt ngang

+Lnh : Chiều dài kết cấu nhịp

- Cấu tạo và trọng lượng của hệ sườn tăng cường

ĐƠN VỊ

Diện tích mặt cắt ngang sườn tăng cường as 34.2 cm2Trọng lượng 1 thanh sườn tăng cường ps 0.322 KNKhoảng cách giữa các sườn tăng cường do 1.07 m

Trọng lượng hệ sườn tăng cường trên 1m qs 0.602 KN/m

- Diện tích mặt cắt ngang sườn tăng cường :

- Trọng lượng của 1 thanh sườn tăng cường :

- Trọng lượng của sườn tăng cường trên 1m dài dầm chủ

4.1.4 Hệ liên kết dọc cầu.

- Cấu tạo:

Chi ti?t A

Chi ti?t C Chi ti?t B

- Vị trí của hệ liên kết dọc cầu:

+ Đối với kết cấu nhịp cầu dầm thép ta cấu tạo hai hệ liên kết dọc trên và dọcdưới nằm trên mặt phẳng song song với bản cánh trên và cánh dưới dầm thép

+ Đối với kết cấu liên hợp thép – BTCT thì bản bêtông mặt cầu đóng vai trò như

hệ liên kết dọc trên do đó trong cầu Thép – BTCT ta chỉ cần cấu tạo hệ liên kết dọcdưới

+ Hệ liên kết dọc thường được cấu tạo từ thép góc có số hiệu L ≥ 100x100x10

+ Trọng lượng hệ liên kết dọc trên một dầm chủ được tính bằng cách tính tổngtrọng lượng của tất cả các thanh của hệ liên kết dọc và chia đều cho mỗi dầm chủ xChiều dài dầm chủ

+ qn: Trọng lượng hệ liên kết dọc trên 1 mét dài một dầm chủ

+∑Plkn: Tổng trọng lượng của các thanh trong hệ liên kết dọc

+ ndc: Số dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Lnh: Chiều dài kết cấu nhịp

Cấu tạo và trọng lượng của hệ liên kết dọc cầu

ĐƠN VỊ

Số hiệu thép làm thanh xiên L100x100x10

Số thanh liên kết dọc trên một khoang 3 thanh