ĐỒ ÁN CẦU THÉP TCVN 11823 (gồm fie thuyết minh , bảng tính excel và bản vẽ

ĐA THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢOChỉ 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 200 mm.. Bố tr

Trang 1

ĐA THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢO

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

-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 = 250 MPa.-Bê tông bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành : C30 có f = 30 MPa C 

-Trọng lượng riêng của thép : γ =7.85×10 N/mmS -5 3

-Trọng lượng riêng của bê tông có cốt thép : γ =2.5×10 N/mmC -5 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=6000 + 2 x 1500+ 2 x 250 = 9500 mm

Ta có:

tc c

Trang 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 120 mm.Chiều cao gối thiết kế:

+ Gối 1: 120 mm

+ Gối 2: 120 + S x 2% = 160 mm+ Gối 3: 160 + S x 2% = 200 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 = 25.6 x 9.5 = 243.2 m2 vậy cần bố trí ít nhất 243.2 cm2 =

24320 mm2 ống thoát nước

2

2 1ô

3.14 100

78504

Trang 3

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 = 300 mm

Chiều dài dầm tính toán: Ltt = 25.6 m

Vậy chọn chiều cao dầm thép: d = 950 mm

Chiều cao dầm liên hợp: Dt = 1210 mm

Trang 4

1.4.3 Kích Thước Tiết Diện Ngang:

Hình 1.2: Tiết diện dầm liên hợp

Chiều cao phần vút: hV = 60 mm

Chiều dày bản bê tông: tS = 200 mm

Chiều cao sườn dầm: D = 890 mm

Chiều dày sườn dầm: tW = 15 mm

Chiều rộng cánh trên: bC = 350 mm

Chiều dày cánh trên: tC = 30 mm

Chiều rộng cánh dưới: bf = 450 mm

Chiều dày cánh dưới: tf = 30 mm

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

Trang 5

ĐA THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢOChỉ 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 200 mm

Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1500 mm, riêng tại đoạn đầu dầm (từđầu đến hệ khung ngang đầu tiên) thì bố trí cách khoảng 1000 mm – 1200 mm

Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang bằng thép cán chữ I, loại dầmcánh rộng W610x230

Tại các sườn tăng cường đứng cách khoảng 3m thì bố trí hệ khung ngang bằng thép L100 x

100 x 10 (cho cả thanh xiên và thanh ngang)

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

Mối nối sử dụng bulông cường độ cao

Số lượng mối nối là 2, đặt đối xứng nhau qua tim cầu, cách đầu dầm 9050 mm

Vậy sẽ dùng 3 dầm thép I nối lại, có 2 dầm thép I dài 9050 mm và 1 dầm thép I dài 7500mm

Trang 6

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 25.6 m, bố trí khoảng cách 2 cột lan can là 2 m vậy mỗi bên cầugồm 13 cột lan can, 12 cặp thanh liên kết, 12 cặp tay vịn

Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép:

T1 100 x 1740 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 1740 x 5 =870000 mm3

Thể tích tấm thép T2 : VT2 = 140 x 740 x 5 =518000 mm3

Thể tích tấm thép T3 : VT3 = 100 x 150 x 5 = 75000 mm3

3 cotlancan

Trang 7

Tổng trọnglượng lan can trên toàn cầu:

s cotlancan lienket tayvin

-5

= 7.85×10 ×(1463000×13+216142×12+4712389×12) = 6136 NTính trên 1mm theo phương dọc cầu:

V =1×(250×700+150×220)=208000 mm

3 2

V =1×155×1310=203050 mm

3 3

Trang 8

P ×x +P ×x +P ×x +P ×xx'=

DC0.24×125+5.2×157+4.873×905+2.479×1602

12.792Vậy DC3 cách mép trái 1 đoạn bằng 721 mm

Chọn và bố trí cốt thép trong lề bộ hành 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

Sử dụng cốt thép dọc Ø14 và cốt đai là Ø10 cho bó vĩa và phần bê tông gắn lan can

Lớp bê tông bảo vệ abv = 30 mm cho bó vĩa và phần bê tông gắn lan can

Cốt thép dọc cho tấm đan và cốt đai là Ø14 có lớp bê tông bảo vệ là 36 mm

Hình 2.3: Bố trí thép lề bộ hành

Trang 9

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

Cốt thép dọc và ngang BMC sử dụng thép Ø14a200, cốt thép đai Ø10a400, lớp bê tông bảo

vệ là 30 mm

Hình 2.4: Bố trí thép bản mặt cầu.

Trang 11

ĐA THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢOXác định moment quán tính :

NC s,t

NC

59104I

S = = 23298=115449

YMomen kháng uốn đối với thớ dưới t/d dầm thép:

NC s,b

NC

59104I

S = = 23298=134925

YMomen tĩnh của tiết diện dầm thép đối với trục trung hoà:

2 s,t

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 :

* D ầ m trong:

tt i

Trang 12

s w c tt

i

e

hang

6×t +max ( t /2;b /4) 6×200+max (15/2;350/4)L

3.1.2.1.1 Giai Đoạn Liên Hợp Ngắn Hạn (ST):

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

2 ct

π×14

33

4Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Bi

Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

2

2 c

c-td

A 2000×200+350×60+60

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép

Mô đun đàn hồi của bê tông:

Trang 13

41932614100416

I

Y

Trang 14

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bê tông:

ST c,t

ST

165232814I

35

973317477034

94

971245856615Y

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp ngắn hạn đối với trục trung hoà:

2 s,t

3.1.2.1.2 Giai Đoạn Liên Hợp Dài Hạn (LT):

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

2 ct

π×14

33

4Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Bi

Diện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

2

c i s h c h c-td

A B ×t +t ×(b +t ) 2000×200+60×(350+60)

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép

Mô đun đàn hồi của bê tông:

Trang 15

=3387× 512+60+ +19893×(512+153)

2 =15494573 mm

256

864776

48106436y

LT s,b

LT

12333I

694

864776

17782055Y

Momen kháng uốn đối với mép trên và mép dưới bản bê tông:

Trang 16

256 1026785027Y

Momen tĩnh của tiết diện liên hợp dài hạn đối với trục trung hoà:

2 s,t

(NC) Ngắn hạn (ST) Dài hạn (LT)

Momen kháng uốn

thớ dưới dầm thép mm3 13492515 19310998 17782055Momen kháng uốn

thớ trên dầm thép mm3 11544968 175110816 48106436Momen kháng uốn tại

Trang 17

DẦM BIÊN (DẦM NGOÀI)

Đặc trưng Đơn

vị

Tiết diện dầmthép Tiết diện dầm liên hợpChưa liên hợp

(NC) Ngắn hạn (ST) Dài hạn (LT)

Momen kháng uốn

thớ dưới dầm thép mm3 13492515 19126509 17530908Momen kháng uốn

thớ trên dầm thép mm3 11544968 138443484 42432089Momen kháng uốn

Trang 18

3.2 TẢI TRỌNG – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:

3.2.1 Tải Trọng Tác Dụng Lên Cầu:

3.2.1.1.1 Tĩnh Tải:

Gồm các tĩnh tải: DC1, DC2, DC3, DW

Trọng lượng bản thân dầm thép:

-5 s

1 tt

373505000

Trang 19

Hình 3.3 STC tại gối có liên kết dầm ngang

Sườn tăng cường:

Sườn tăng cường trung gian: hình 3.1

Một dầm có: 10 x 2 = 20 sườn tăng cường giữa

Khoảng cách các sườn: do = 3000 mm

Khối lượng một sườn tăng cường:

-5 s1

g =150×790×14×7.85×10 =130.2 N

Sườn tăng cường gối và STC có liên kết dầm ngang: hình 3.2 và hình 3.3

Một dầm có: 4 x 2 = 8 sườn tăng cường gối

Khoảng cách các sườn: 200 mm

Khối lượng một STC gối: g =146.7 Ns2

Khối lượng một STC có liên kết dầm ngang: g =188.8 N's2

Sườn tăng cường tại liên kết khung ngang: hình 3.3

Một dầm có: 7 x 2 = 14 sườn tăng cường

Khoảng cách các hệ liên kết ngang: Lb = 3000 mm

Khối lượng một sườn tăng cường: g =g =174.1 Ns3 's2

Liên kết khung ngang: có 14 liên kết khung ngang trên mỗi dầm

Khoảng cách giữa các liên kết ngang 3000 mm

Dùng thép L100×100×10 (cho cả thanh xiên và thanh ngang)

Trọng lượng mỗi mét dài : g = 0.15 N/mmLK

Thanh ngang dài (trên): 1620 mm

Thanh ngang dài (dưới): 1935 mm

Trang 20

Thanh xiên dài: 603 mm

Mỗi liên kết ngang có: 2 thanh LK ngang, 2 thanh LK xiên

Liên kết ngang ở đầu dầm:

Dầm ngang W610×230 dài 1935 mm có khối lượng:

g = A x 1935×7.85×10-5 = 17870×1935×7.85×10-5 = 2714 (N)

Sườn tăng cường tại giữa dầm ngang để đặt kích trong quá trình thay gối sau này hình

3.3: Có 4 sườn tăng cường: g = 4×68.64 = 275 N

25600

 DC1 = P1+ P2 +P3 +P4 +P5 = 4.662 N/mm

Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

Diện tích bản mặt cầu: Abmc = Btc×ts = 9500×200 =1900000 mm2

Diện tích bản vút:

2 v

Trang 21

Tải trọng người đi: WPL = 3.10-3 x Bbộ hành = 3.10-3 x 1500 = 4.5 N/mm

3.2.2 Xác Đingh Hệ Số Phân Bố Ngang:

3.2.2.1 Phương Pháp Dầm Đơn: Chỉ tính cho HL93

g n

  

DW:

1 1

0.25

g n

  

DC2:

1 1

0.25

g n

  

 Hệ số phân bố cho mômen:

Một làn chất tải:

0.1 0.3

0.4

g SI

K : Tham số độ cứng dọc K =n×(I +A×e )g NC 2g

Mô đun đàn hồi BMC xác định như sau:

Trang 22

Vì -300 < de = -1000 < 1700 (SAI)  Không thỏa mãn điều kiện áp dụng PP dầm đơn,

vậy cần tính hệ số phân bố ngang cho tải trọng HL93 bằng các phương pháp khác

Sα=

6×I'×ΔKhi tính mặt cắt ở giữa nhịp giản đơn ta có:

Trang 23

Trang 24

202140830I

80.002<

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

3.2.2.2.2 Dầm Biên:

Ta có đường ảnh hưởng cho dầm biên:

1 i 1

2 i

1 i 1

2 i

Trang 25

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

Ta có hệ số phân bố ngang :

DC3: g0.603 ( 0.203) 0.4  

DW:

DW DW

Tính cho hoạt tải:

+Khi xếp 1 làn xe trên cầu:

Hoạt tải xe 3 trục và xe 2 trục :

0.44+0.26

2Tải trọng làn:

Trang 27

Ta có hệ số phân bố ngang :

DC3: g=0.401-0.001=0.4

DC2:

DC2 DC2

Tính cho hoạt tải:

+Khi xếp 1 làn xe trên cầu:

LANE

m

3000Hoạt tải người:





PL

PL PL

Trang 28

SE

LANE SE

m

30001.2×0.5×1000

Trang 29

Trang 30

Xếp 1 làn xe :

Trang 31

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

Trang 32

Lực cắt: (PP dầm đơn) mgS = 0.623

Dầm biên: Tại gối: (PP đòn bẫy) mgS = 0.12

Tại giữa nhịp: (PP nén lệch tâm) mgS = 0.42

 Tĩnh Tải Tác Dụng Toàn Cầu:

DC1 = 4.662 (N/mm)DC2 = 50.575 (N/mm)DC3 = 12.792 (N/mm)

DW = 10.35 (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 L1 = 0 (Vu)

Tại mặt cắt mối nối (II-II): cách gối một khoảng L2 = 8750 mm (Ms, Vs)

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

L3 = 9500 mm (Mu)

Tại mặt cắt giữa dầm (IV-IV): cách gối một khoảng L4 = 12500 mm (Mu, Ms, Mmỏi)

3.3.1.1 Mặt Cắt I-I:

Trang 33

V3trục = P1×y1 + P2×y2 + P3×y3

Trang 34

3.3.1.2 Mặt Cắt II-II:

Hình 3.9 Đường ảnh hưởng mômen M

Diện tích đường ảnh hưởng moment: ΩM=71100000 mm2

M3trục = P1×y1 + P2×y2 + P3×y3

Trang 35

Hình 3.12 Đường ảnh hưởng lực cắt V

Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt:Ω+V 5281.25 mm2, Ω-V=1531.25 mm 2

V3trục = P1×y1 + P2×y2 + P3×y3

Trang 36

3.3.1.3 Mặt Cắt III-III:

Diện tích đường ảnh hưởng moment: ΩM=73625000 mm2

M3trục = P1×y1 + P2×y2 + P3×y3

Trang 37

Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt: Ω =4805 mm , +V 2 - 2

V

Ω =1805 mm V3trục = P1×y1 + P2×y2 + P3×y3

Trang 38

3.3.1.4 Mặt Cắt IV-IV: (Giữa Nhịp)

Diện tích đường ảnh hưởng momen: ΩM=78125000mm2

M3trục = P1×y1 + P2×y2 + P3×y3

Trang 39

Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt: Ω =3125 mm , +V 2 - 2

V

Ω =3125 mm V3trục = P1×y1 + P2×y2 + P3×y3

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

Tại mặt cắt cách gối một khoảng: L1 = 3500 mm

Trang 40

Hệ số phân bố ngang của dầm giữa (0.623) lớn hơn của dầm biên (0.42) 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

Trang 41

Trang 43

ĐA THIẾT KẾ CẦU THÉP GVHD: TS PHAN QUỐC BẢOXếp tải tính V:

Hình 3.17 Chất xe 3 trục lên đường ảnh hưởng V3

Trang 44

Hình 3.18 Chất xe 3 trục lên đường ảnh hưởng V 4

Trang 45

Trang 46

000×38000

Trang 47

3.3.2 Bảng Tổng Hợp Nội Lực

3.3.2.1 Nội Lực Không Nhân Hệ Số:

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ

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 toán nộilực cho dầm

Trong đó: : Hệ số điều chỉnh tải trọng: η= 1.05 x 1.05 x 0.95 = 1.047

Trang 48

IM : Hệ số xung kích.

3tr : Hệ số tải trọng hoạt tải xe tải 3 trục

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

lan: Hệ sốtải trọng hoạt tải làn

PL: Hệ số tải trọng hoạt tải người bộ hànhmg: Hệ số phân bố ngang

Bảng 3.5: Hệ số , IM,  của các trạng thái gới hạn

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:

Trang 49

Trang 51

Trang 53

mg

V = ×1.15×1.5× V +V1.2

Mỏi bản biên: 1.5×(LL+IM): Chỉ tính moment mỏi tại giữa nhịp

Trang 54

DC1 + DC2 + DC3 + DW + 2×1.5×(LL + IM)Momen giữa dầm và lực cắt đầu dầm.

S DC1,2,3 DW

m.g

M = M + M +2.γ (1+IM) (145000y +145000 y +35000 y )

1.2S DC1,2,3 DW

mg

V = ×1.15×0.75× V +V1.2

Mỏi bản biên: 0.75×(LL+IM): Chỉ tính moment mỏi tại giữa nhịp

Trang 55

DC1 + DC2 + DC3 + DW + 2×0.75×(LL+IM)Momen giữa dầm và lực cắt đầu dầm

S DC1,2,3 DW

m.g

M = M + M +2.γ (1+IM) (145000y +145000 y +35000 y )

1.2S DC1,2,3 DW

-3.4 KIỂM TOÁN CÁC ĐIỀU KIỆN CẤU TẠO DẦM THÉP

3.4.1 Kiểm Tra Tỉ Lệ Cấu Tạo Chung

 Tỉ lệ bản bụng dầm: (Không có sườn tăng cường dọc)

Định dạng
Số trang	138
Dung lượng	3,69 MB