fie thuyết mình cầu thép TCVN 1182317

Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang: Hình 1.3: Bố trí STC và hệ liên kết ngang Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, không bố trí sườn tăng cường dọc.. Bố trí 2 sườn tăng cường đứng gối tại đầ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

Thiết kế một kết cấu nhịp giản đơn, dầm thép liên hợp bản BTCT với các số liệu đầu vàosau :

+ Chiều dài tính toán : Ltt=30.5m

+ Bề rộng phần xe chạy : B= 7.5m

+ Bề rộng lề bộ hành : K=2x1m

+ Tải trọng thiết kế : 0.5HL93

1.2 VẬT LIỆU

-Thép làm dầm chủ : Thép tấm M270 cấp 250 có cường độ chảy Fy=250MPa

-Thép làm hệ liên kết ngang (dầm ngang và khung ngang), sườn tăng cường : M270 cấp 250

có cường độ chảy Fy=250MPa

-Thép bản mặt cầu, lề bộ hành :

+ Thép chịu lực, cấu tạo : CII có Fy=280MPa

-Thép làm thanh lan can, cột lan can : M270 Cấp 250 có cường độ chảy

Fy=250MPa

-Bê tông bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành : f C 30MPa

-Trọng lượng riêng của thép : S 7.85 105N mm/ 3

-Trọng lượng riêng của bê tông có cốt thép : C 2.5 10 5N mm/ 3

1.3 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU:

1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng L C :

Bề rộng toàn cầu: Btc=7500 + 2 x 1000+ 2 x 250 = 10000 mm

Ta có:

12

tc c

Chọn số dầm chính là 5, khoảng cách giữa các dầm là S = 2100 mm, chiều dài bản hẫng

LC = 800 mm

1.3.2 Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo các lớp mặt cầu :

Độ dốc ngang thiết kế : 2%

Tạo dốc bằng thay đổi chiều cao đá kê gối : Là dùng đá kê gối có chiều cao tăng dần để tạo

độ dốc ngang của mặt đường sau khi hoàn thiện Chiều cao tối thiểu của gối là 150 mm

Chiều cao gối thiết kế:

+ Gối 1 : 150 mm

+ Gối 2 : 150 + S x 2%=192 mm+ Gối 3 : 192 + S x 2%=234 mm Các gối còn lại : Đối xứng

1.3.3 Thiết kế thoát nước mặt cầu:

Đường kính ống: D≥100mm Diện tích ống thoát nước được tính trên cơ sở 1m2 mặt cầutương ứng với ít nhất 1 cm2 ống thoát nước Khoảng cách ống tối đa 15m, chiều dài ốngvượt qua đáy dầm 100mm

Diện tích mặt cầu S = L x Btc=31.1 x 10= 311m2 vậy cần bố trí ít nhất 311cm2 = 31100mm2ống thoát nước

2

2 1ô

3.14 100

78504

Vậy ta chọn 6 ống, bố trí đối xứng 2 bên mỗi bên 3 ống ,khoảng cách ống là 9m

Hình 1.1: Mặt cắt ngang cầu

1.4 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM :

1.4.1 Chiều dài dầm tính toán :

Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là : a=0.3 m

Chiều dài dầm tính toán : Ltt = 30.5 m

Vậy chọn chiều cao dầm thép: d=1200 mm

Chiều cao dầm liên hợp: H= 1500 mm

1.4.3 Kích thước tiết diện ngang :

Hình 1.2: Tiết diện dầm liên hợp

Chiều cao phần vút : hV=100mm

Chiều dày bản bê tông : tS=200mm

Chiều dày sườn dầm : tW=12mm

Chiều rộng cánh trên : bC=300mm

Chiều dày cánh trên : tC=20mm

Chiều rộng cánh dưới : bf=400mm

Chiều dày cánh dưới : tf=40mm

1.5 THIẾT KẾ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHÍNH:

1.5.1 Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang:

Hình 1.3: Bố trí STC và hệ liên kết ngang

Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, không bố trí sườn tăng cường dọc

Bố trí 2 sườn tăng cường đứng gối tại đầu mỗi dầm, khoảng cách 200mm

Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1600 mm, riêng tại đoạn đầu dầm (từđầu đến hệ khung ngang đầu tiên) thì bố trí cách khoảng 750 mm

Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang bằng thép cán chữ I, loại dầmcánh rộng W760 x 196

Tại các sườn tăng cường đứng cách nhau khoảng 3.2m và sườn tăng cường đứng cách đầudầm 2.45m thì bố trí hệ khung ngang bằng thép L100 x 100 x 10 (cho cả thanh xiên vàthanh ngang)

Bề dày của tất cả các sườn tăng cường là 14mm, kích thước còn lại xem hình vẽ

Neo chống cắt:

Hình 1.4: Bố trí neo chống cắt

Thiết kế loại neo hình nấm với các số liệu sau :

Mối nối sử dụng bulông cường độ cao

Số lượng mối nối là 3

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU

Ở phần này chỉ thiết kế cấu tạo và bố trí thép, tính tĩnh tải, không tính toán nội lực và tính toán cốt thép

2.1 LAN CAN:

Hình 2.1: Cấu tạo thanh và cột lan can

Cột lan can: chiều dài nhịp 37.1 m, bố trí khoảng cách 2 cột lan can là 2 m vậy mỗi bên cầugồm 19 cột lan can, 18 cặp thanh liên kết, 18 cặp tay vịn

Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép:

T1 100 x 1,740 x 5T2 140 x 740 x 5T3 100 x 150 x 5Thể tích các tấm thép là:

Thể tích tấm thép T1: VT1 = 100 x 1,740 x 5 =870,000 mm3

Thể tích tấm thép T2: VT2 = 140 x 740 x 5 =518,000 mm3

Thể tích tấm thép T3: VT3 = 100 x 150 x 5 = 75,000 mm3

3 cotlancan 870, 000 518, 000 75, 000 1, 463,000  

Tay vịn:

2 (80 70 ) 2000 4,712,3894

tayvin

Tổng trọnglượng lan can trên toàn cầu:

cot 5

V =1×650×250=162500 mm

3 2

V =1×135×1000=135000 mm

3 3

V =1×150×100=15000 mm

3 4

V =1×100×140=14000 mm

3 5

Vậy DC3 cách mép trái (ngoài cầu vào) 1 đoạn bằng 482 mm

Chọn và bố trí cốt thép trong bản mặt cầu như hình sau:

Thép dùng cho lề bộ hành là thép CII có Fy=280 MPa

Bê tông sử dụng có F’c=30 MPa

Hình 2.3: Bố trí thép lề bộ hành

2.3 BẢN MẶT CẦU:

Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm Trong đó phầnbản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toán dầm đơngiản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu

Cốt thép dùng trong bản mặt cầu là thép CII có cường độ Fy=280 MPa, bê tông dùng chobản mặt cầu là loại bê tông có cường độ chịu nén f’c=30 MPa

Do trong phạm vi hẹp của đồ án môn học nên ta bố trí cốt thép trong bản mặt cầu theo yêucầu cấu tạo như hình dưới

Hình 2.4: Bố trí thép bản mặt cầu.

2 , 3

,

2 3

3.1.2 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC GIAI ĐOẠN 2(GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP):

Bề rộng có hiệu dầm trong B i và dầm ngoài B e :

Bố trí cốt thép trong bản mặt cầu là 14a200 và bê tông bản mặt cầu có cường độf’c=30MPa

Diện tích cốt thép dọc bản:

2

214

23

4 3538,78

ct

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Bi

Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

2

2

2100 200 320 100 100

64936,27,11

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép, phụ thuộc vào cường độ của

bê tông làm bản mặt cầu ( f’c = 30Mpa => n = 7,11 )

Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông (tính phần vt) đến mép trên dầm thép:

TH d

3.1.2.1.2Giai đoạn liên hợp dài hạn (LT):

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn BiDiện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép, phụ thuộc vào cường

độ của bê tông làm bản mặt cầu

Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp : Ad

2

d s ct c-cd 41100 315

A =A +A +A = + 4,13+21645,4=66284,18 mm

Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

2 22726297,6 mm

1 22726297,6

66284,18

TH d

2

2 3

9345

hợp (NC) Ngắn hạn(ST) Dài hạn (LT)Diện tích tiết diện mm2 41100 109574,98 66284,18Moment kháng uốn thớ dưới

dầm thép

mm3

20947583,69 29886126,46 27750672,44Moment kháng uốn thớ trên

314267619,51 208209519,4 62020455,02Moment kháng uốn tại mép

3

1481343145 1323766216Moment kháng uốn tại mép

trên bản BT

mm3

495152553,3 731876360,5Moment quán tính của tiết

4

10184424676 31361729468 23006630934

DẦM BIÊN ( DẦM NGOÀI)

Tiết diện dầmthép Tiết diện dầm liên hợpChưa liên

hợp (NC) Ngắn hạn(ST) Dài hạn (LT)Diện tích tiết diện mm2 41100 102162,6 63556,95Moment kháng uốn thớ dưới

dầm thép

mm3

20947583,69 29834890,28 27784006,27Moment kháng uốn thớ trên

314267619,51 166621617 54463011,04Moment kháng uốn tại mép

3

1185458719 1162459934Moment kháng uốn tại mép

trên bản BT

mm3

447985701,6 668058454,3Moment quán tính của tiết

4

10184424676 30364813445 22077892032

3.2 TẢI TRỌNG – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:

3.2.1 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU:

Hình 3.1: STC gối Hình 3.2: STC đứng trung gian

Hình 3.3 STC tại liên kết ngang

Sườn tăng cường:

Sườn tăng cường giữa: hình 3.2

Một dầm có: 10x2= 20 sườn tăng cường giữa

Sườn tăng cường gối:hình 3.1

Một dầm có: 4x2= 8 sườn tăng cường gối

Khoảng cách các sườn: 200 mm

Khối lượng một sườn: g s2 185, 456N

Sườn tăng cường tại liên kết ngang: hình 3.3

Một dầm có: 9x2= 18 sườn tăng cường

Khoảng cách các hệ liên kết ngang: Lb = 3,200 mm

Khối lượng một sườn tăng cường: g s3 215,13 N

Liên kết khung ngang:có 18 liên kết khung ngang trên mỗi dầm

Khoảng cách giữa các liên kết ngang 3200 mm

Dùng thép L 100 x 100 x 10 (cho cả thanh xiên và thanh ngang) Trọng lượng mỗi mét dài : g LK 0,15 N mm/

Thanh ngang trên dài: 2028 mmThanh ngang dưới dài: 1854 mmThanh xiên dài: 754 mmMỗi liên kết ngang có: 2 thanh LK ngang, 2 thanh LK xiên

Liên kết ngang ở đầu dầm:

Dầm ngang W760x196 dài 2040mm có khối lượng:

g=A x 2040 x7,85.10-5 =18320 x 2040 x 7,85.10-5=2993,7 NSườn tăng cường tại giữa dầm ngang để đặt kích trong quá trình thay gối saunày: Có 4 sườn tăng cường g = 4 x 71.787= 287.148N

Bản táp bắt sườn tăng cường:

=> DC1 3, 226 0,5 0,5+0, 445 0, 244 0,15 5,065      N mm/

Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

Diện tích bản mặt cầu: Abmc=Btc.ts=10000 x 200=2000000 mm2

DC3 = 9,304 N/mm (toàn cầu)Tĩnh tải lớp phủ DW:

Hình 3.4.Đường ảnh hưởng dầm biên theo phương pháp đòn bẫy

0, 263000

SE

LANE

SE

m mg

SE

PL PL

SE

Hình 3.6.Đường ảnh hưởng dầm 2 thep pp đòn bẫy

TẢI TRỌNG DC2 DC3 DW TRUCK LANE PL

0,195 -0,151 0,273 0,685 0,767 0.000

Từ kết quả tính cho dầm 2 và dầm 3, chọn dầm số 3 là dầm đại diện cho các dầm trong

vì có hệ số phân bố ngang lớn hơn, kết quả nội lực sẽ lớn hơn

3.2.2.2 Phương pháp dầm đơn: Chỉ tính cho HL93

3.2.2.2.1.Dầm Trong:

 Điều kiện áp dụng phương pháp dầm đơn:

1,100  S=2100 4,900

110  ts=200  300 => Thỏa mãn6,000  L=31100  73,000

Nb=5 4

 Hệ số phân bố cho moment:

Một làn chất tải:

0.1 0.4 0.3

3

4300

g SI

g : Hệ số phân bố lực cắt cho dầm trong trường hợp xếp >1 làn xe trên cầu.

3.2.2.2.2Dầm Biên: Do de=-600 nên không thỏa phương pháp dầm đơn.

I I L

Khoảng cách liên kết ngang là: Lb=3,200 mm

Tính In:

X X K

3200

n b

I

L

Như phân tích ở trên, phương pháp dầm đơn đã sử dụng để tính hệ số phân bố ngangcho hoạt tải HL93 (gồm xe và làn), nên ở đây tính thêm cho tải trọng HL93 chỉ mangtính tham khảo

3.2.2.3.2 Dầm Biên:

Ta có đường ảnh hưởng cho dầm biên:

1 1

2

1 1

2

1 12

1 1'

a a y

Hình 3.8.Đường ảnh hưởng dầm biên theo pp nén lệch tâm

DC2: g 0.2

Tính cho hoạt tải:

+Khi xếp 1 làn xe trên cầu:

1 1

600 0,61000

PL

PL PL

DC2:

1

1904, 4 0.1910000

Tính cho hoạt tải:

+Khi xếp 1 làn xe trên cầu:

PL

PL PL

Dầm trong: Momen: mgS = 0,4

Lực cắt: mgS = 0,636

Dầm biên: Tại gối: mgS = 0,3

Tại giữa nhịp: mgS = 0,492 (Những hệ số in đậm trong bảng là có sử dụng khi tính nội lực, còn các hệ số còn lạichỉ mang tính tham khảo)

3.2.2.4 Tĩnh Tải Tác Dụng Toàn Cầu:

DC1= 5,065(N/mm)DC2= 55,25 (N/mm)DC3= 9,304 (N/mm)DW= 12,973 (N/mm)

3.3 NỘI LỰC – TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC TTGH

3.3.1 KIỂM TRA DẦM CHỦ TẠI CÁC MẶT CẮT SAU:

Tại mặt cắt gối (I-I): cách gối một khoảng L = 0(Vu)

Tại mặt cắt mối nối (II-II): cách gối một khoảng L2 = 9700 mm(Ms,Vs)

Tại mặt cắt liên kết ngang gần mặt cắt giữa dầm (III-III): cách gối một khoảng

   = 3.15250 = 45750 (N) VDC1 = DC1 ( V V)

   = 5,065.(15250-0)= 77241,25 ( N) VDC2 = DC2 ( V V)

   = 55,25.(15250-0)= 842562,5 ( N) VDC3 = DC3 ( V V)

   = 9,304.(15250-0)= 141886 ( N) VDW = DW ( V V)

Diện tích đường ảnh hưởng moment: M 100880000,5 mm2

M3trục = P1.y1 + P2.y2 + P3.y3

 = 3.7092,8 = 21278,4 (N)VDC1 = DC1.( V V)

   = 5,065.(7092,8-1542,3)= 28113,28 ( N)VDC2 = DC2.( V V)

   = 55,25.(7092,8-1542,3)= 306665,125 ( N)VDC3 = DC3.( V V)

   = 9,304.(7092-1542,3)= 51641,85 ( N)VDW = DW.( V V)

   = 12,937.(7092-1542,3)= 71806,81 ( N)

3.3.1.3 Mặt cắt III-III:

Hình 3.13 Đ.a.h mômen M

Diện tích đường ảnh hưởng moment: M 111161250 mm2

M3trục = P1.y1 + P2.y2 + P3.y3

Hình 3.14 Đ.a.h lực cắt V

Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt: V 5581,125 mm2

 V3trục= P1.y1 + P2.y2 + P3.y3



 = 3.5581,125 = 16743,375 (N)VDC1 = DC1.( V V)

   = 5,065.(5581,125 - 2379,87 )= 16214,33( N)VDC2 = DC2.( V V)

   = 55,25.(5581,125 - 2379,87 )= 176869,06( N)VDC3 = DC3.( V V)

   = 9,304.(5581,125 - 2379,87 )= 29784,43 ( N)VDW = DW.( V V)

   = 12,937.(5581,125 - 2379,87 )= 41414,57 ( N)

3.3.1.4 Mặt cắt IV-IV: giữa nhịp

Hình 3.15 Đ.a.h mômen M

Diện tích đường ảnh hưởng momen: M 116281250mm2

M3trục = P1.y1 + P2.y2 + P3.y3

Tại mặt cắt gối cách gối một khoảng: L0 = 0

Tại mặt cắt cách gối một khoảng: L1 = 2450 mm

Tại mặt cắt cách gối một khoảng: L2 = 5650 mm

Tại mặt cắt cách gối một khoảng: L3 = 8850 mm

Tại mặt cắt cách gối một khoảng: L4 = 12050 mm

Tại mặt cắt cách gối một khoảng: L5 = 15250 mm

Hệ số phân bố ngang của dầm giữa (0,636) lớn hơn của dầm biên (0,3) nên biên độ lựccắt được tính và thiết kế cho dầm giữa, rồi sử dụng kết quả để thiết kế cho dầm biên vìdầm biên chịu tải ít hơn

0,75 (1 0,15) 8751875001,2

1 1 2 2 3 3

1,20,492

0,75 (1 0,15) 8247425001,2

3.3.2 BẢNG TỔNG HỢP NỘI LỰC

3.3.2.1 Nội lực không hệ số :

Bảng3.2: Bảng tổng hợp nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ

(chưa nhân hệ số)

TỔNG HỢP NỘI LỰC DO HOẠT TẢI TÁC DỤNG

TỔNG HỢP NỘI LỰC DO HOẠT TẢI TÁC DỤNG

hợp 2 : Tĩnh tải + Xe tải 2 trục + tải trọng làn + tải trọng người đi bộ.

Ta thấy tải trọng xe 3 trục gây bất lợi hơn xe 2 trục nên ta dùng tổ hợp 1 để tính toánnội lực cho dầm

Trong đó:

η : Hệ số điều chỉnh tải trọng.h=1.05x1.05 x0.95 =1.047IM: Hệ số xung kích

3tr

 Hệ số tải trọng hoạt tải xe tải 3 trục

2truc: Hệ số tải trọng hoạt tải xe tải 2 trục

bohanh: Hệ số tải trọng hoạt tải người bộ hành

3.3.2.3 Tổng hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn:

Để kiểm toán cầu dầm thép và các bộ phận, cần phải xét các tổ hợp tải trọng sau:

Bảng 3.5:Bảng tổng hợp moment do hoạt tải và do tĩnh tải ở TTGH CĐ1(N.mm)

Bảng 3.6:Bảng tổng hợp moment do hoạt tải và do tĩnh tải ở TTGH CĐ1(N.mm)

Bảng 3.7:Bảng tổng hợp lực cắt do hoạt tải và do tĩnh tải ở TTGH CĐ1(N.mm)

DẦM BIÊN

DC1 101089.4859 36793.25847 21220.50602 0 DC2 220540.7344 80269.59647 46295.47645 0 DC3 213547.2979 77724.21488 44827.42868 0

DW 21069.30816 7668.537375 4422.827589 0

PL 86172.54975 40078.99416 31537.03421 0

LL 175280.6526 101363.2268 85518.44493 0 Tổng hợp Vu 817700.0287 343898 233822 0

DẦM TRONG

DC1 101089.4859 36793.25847 21220.50602 0 DC2 220540.7344 80269.59647 46295.47645 0

Bảng 3.9:Bảng tổng hợp lực cắt do hoạt tải và do tĩnh tải ở TTGH SD1(N.mm)

Mặt cắt I-I II-II III-III IV-IV DC1 77241.25 28113.2825 16214.33125 0

3.3.2.3.4.TTGH Mỏi 1:

Mỏi neo chống cắt:1,5(LL+IM) : Chỉ tính VSR

 ( ) ( )1,15 1,5

1, 2

S sr

2 Bản biên M mỏi - -

-521474296.

9

411340321 9 Vách

872041482 4 Vách

đứng

Mmỏ

-447192015 7

-3.3.2.3.5.TTGH Mỏi 2:

Mỏi neo chống cắt:0.75(LL+IM) : Chỉ tính VSR

 ( ) ( )1,15 0,75

1, 2

S sr

-DẦM TRONG

Mặt cắt cách gối 0 2450 5650 8850 12050 15250 13474 Neo Vsr 60977.04 55649.2

5 50147.7 46701 43188.02 - Bản biên M mỏi - -

-552762754.

7

436020741 2 Vách

đứng

Mmỏ

-3.4 KIỂM TOÁN CÁC ĐIỀU KIỆN CẤU TẠO DẦM THÉP

3.4.1 Kiểm tra tỉ lệ cấu tạo chung

81920000 mm

c c yc

E = 200000 MPa : môdun đàn hồi của thép

DC: chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi

, – 713,81 – 30 683,81

s t

fc: ứng suất ở trọng tâm bản cánh chịu nén do lực tiêu chuẩn

Ứng suất thớ trên dầm thép(dầm biên)

1 2 770807330 1681623100

171,9 MPa14267619,51

Thoả mãn điều kiện

3.4.3 Kiểm tra yêu cầu bốc xếp

Để đảm bảo chống mất ổn định của bụng dưới tác dụng của trọng lượng bản thân dầmkhi gia công và lắp ráp thì khoảng cách của các sườn tăng cường phải thỏa mãn điềukiện:

2 0

260/ tw

3.5 KIỂM TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC Ở GIAI ĐOẠN 1

3.5.1 Tính toán các tham số kiểm toán

3.5.1.1 Momen dẻo Mp

3.5.1.1.1 Xác định lực hoá dẻo trên tiết diện dầm không liên hợp:

Hình 3.24 Lực dẻo tác dụng trên tiết diện dầm không liên hợp

Giả thiết không xảy ra mất ổn định cục bộ và tổng thể do đó có thể xuất hiện các lựcdẻo Giá trị lực hoá dẻo trong từng bộ phận của cấu kiện được xác định theo công thứcsau:

Lực dẻo trong cánh dưới dầm:

3.5.1.1.2.Xác định vị trí trục trung hoà dẻo (PDA)

Vị trí trục trung hoà dẻo được xác định trên cơ sở cân bằng lực dẻo chịu kéo với lựcdẻo chịu nén:

 Trục trung hoà PDA sẽ đi qua bản bụng dầm thép

Đặt khoảng cách từ mép trên bản bụng đến trục trung hoà dẻo là Y ta có: