ĐỒ ÁN CẦU THÉP ( GIÀNH CHO ĐƯỜNG SẮT GỒM fie thuyết minh bản vẽ và bảng tính excel)

Xác định số lượng bu long liên kết sườn dầm dọc và thép góc liên kết32 3.3... a Ứng suất pháp tuyến khi dầm dọc chịu uốn trong mặt phẳng chính - Ứng suất pháp tuyến của dầm dọc  Wx: Mom

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP 4

1 Tóm tắc nhiệm vụ đồ án 4

1.1 Số liệu ban đầu 4

1.2 Nhiệm vụ thiết kế 4

1.3 Tiếu chuẩn thiết kế 4

2 Chọn sơ bộ kết cấu nhịp 4

3 Vật liệu dùng cho kết cấu 5

4 Chọn sơ bộ kích thước 5

4.1 Bản mặt cầu và kết cấu tầng trên 5

4.2 Dầm dọc 5

4.3 Dầm ngang 5

4.4 Liên kết dọc trên và dọc dưới giữa giàn chủ 6

4.4.1 Chọn sơ bộ tiết diện thanh giàn chủ 6

4.4.2 Trọng lượng kết cầu nhịp 6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU 8

1 Thiết kế dọc cầu 8

1.1 Chọn tiết diện 8

1.2.1 Nội lực do tĩnh tải 10

1.2.2 Nội lực do hoạt tải 11

1.3 Kiểm tra tiết diện 12

1.3.1 Kiểm tra độ bền 12

1.3.2 Kiểm tra mỏi 13

1.3.3 Kiểm tra độ võng 14

1.3.4 Kiểm tra ổn định cục bộ 15

1.3.5 Kiểm tra ổn định tổng thể 16

1.3.6 Kiểm tra đường hàn 16

1.3.7 Yêu cầu cấu tạo 18

2 Thiết kế dầm ngang 18

2.1 Chọn tiết diện 18

2.2 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang 20

2.2.1 Nội lực do tĩnh tải 20

2.2.2 Nội lực do hoạt tải 21

2.3 Kiểm tra tiết diện 22

2.3.1 Kiểm tra độ bền 22

2.3.2 Kiểm tra mỏi 23

2.3.3 Kiểm tra ổn định cục bộ 24

2.3.4 Kiểm tra tổng thể 25

2.3.5 Kiểm tra đường hàn 26

2.3.7 Yêu cầu cấu tạo 27

3 Thiết kế hệ liên kết 28

3.1 Thiết kế hệ lien kết dầm dọc và dầm ngang 28

3.1.1 Thiết kế bản con cá 28

3.1.2 Kiểm tra ứng suất bản con cá 30

3.1.3 Kiểm tra mỏi 30

3.2 Xác định số lượng bu long liên kết sườn dầm dọc và thép góc liên kết32 3.3 Thiết kế dầm ngang vào nút 32

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ GIÀN CHỦ 34

1 Tính toán nội lực các thanh 34

1.1 Xác định các hệ số 34

1.2 Tìm nội lực bằng MIDAS CIVIL 34

1.2.1 Mô hình hóa kết cấu 34

1.2.2 Khai báo tải và gán tải 36

1.2.3 Xuất kết quả nội lực 44

1.3 Chọn sơ đồ tiết diện thanh 44

1.3.1 Chọn tiết diện 44

1.3.2 Đặc trưng hình học của tiết diện thanh 46

1.4 Kiểm tra nội lực trong thanh 47

1.4.1 Momen uốn do trọng lượng bản thân 48

1.4.2 Kiểm tra cường độ 48

1.4.3 Kiểm tra ổn định 49

1.4.4 Kiểm tra mỏi 51

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ NÚT GIÀN CHỦ 55

1 Nguyên tắc thiết kế nút 55

2 Thiết kế nút giàn 55

3 Kiểm tra bản nút 57

3.1 Bản nút không bị xét rách 57

3.1.1 Kiểm tra tiết diện I-I 57

3.1.2 Kiểm tra tiết diện II-II 58

3.2 Tiết diện giảm yếu mặt cắt ngang 59

3.2.1 Kiểm tra mặt cắt III-III theo điều kiện chống uốn và chống cắt 59

3.2.2 Kiểm tra tiết diện chịu uốn 60

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP

1 Tóm tắc nhiệm vụ đồ án

1.1 Số liệu ban đầu

1.3 Tiếu chuẩn thiết kế

- Thiết kế theo trạng thái giới hạn: Kiểm tra độ bền, mỏi, ổn định và độ võng theo tiêu chuẩn: 22TCN 18-79

- So sánh kiểm toán theo tiêu chuẩn AASTO-LFD bằng phần mền

thanh giằng chéo và thanh biên)

hgc ≥ H + hcc + hdng => 10 > 6 + 2,5 + 1,05 = 9,55m Thỏa điều kiện

- Vậy: Giàn có 2 biên song song có 10 khoang mỗi khoang có d = 8m và

Hình 1.1 Sơ đồ giàn chủ.

3 Vật liệu dùng cho kết cấu

- Dùng thép hợp kim lò Mactanh: 15XCHD với các đặc trưng sau:

- Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao

4 Chọn sơ bộ kích thước

4.1 Bản mặt cầu và kết cấu tầng trên

- Trọng lượng trên 1m dài cầu của đường ray, tà vẹt có thể lấy: 0,8T/m

4.4 Liên kết dọc trên và dọc dưới giữa giàn chủ

Hình 1.2 Liên kết dọc trên và dọc dưới của giàn chủ.

4.4.1 Chọn sơ bộ tiết diện thanh giàn chủ

- Chọn tiết diện các thanh kiểu chữ H ở biên giàn

- Chọn các thanh xiên và các thanh đứng có cùng bề rộng với thanh biên

để dễ liên kết giữa các thanh với nhau, chọn các thanh biên có chiều cao hkhông đổi để dễ liên kết

- Chọn chiều cao và chiều rộng được xác định theo công thức kinhnghiệm:

 gmc = 0,8(T/m): Đối với đầu xe lửa trọng lượng trọng lượng trên 1m dài cầucủa đường ray, tà vẹt… có thể lấy 0,8T/m cho một đường.

- Hoạt tải tác dụng lên dầm:

k0=0,5 (1+μ) k1/ 4=0,5 x 1,2 x 9,763=5,858(T /m)

30+λ=1,164<1,2 : Vậy hệ số xung kích 1+μ=1,2

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU

1 Thiết kế dọc cầu

- Dầm dọc được đặt dọc theo hướng tàu chạy, làm việc như dầm lien tục

có nhiều nhịp, nhịp tính toán là khoảng cách các dầm ngang, dầm dọc có tác dụng làm giảm độ dày và momen tại chính giữa của mặt cầu

Hình 2.2 Đường ảnh hưởng áp lên dầm dọc.

- Hệ số phân bố ngang được tính theo công thức:

1 1.

1.2.2 Nội lực do hoạt tải

- Nội lực do hoạt tải tàu được xác định theo công thưc:

a) Ứng suất pháp tuyến khi dầm dọc chịu uốn trong mặt phẳng chính

- Ứng suất pháp tuyến của dầm dọc

 Wx: Momen kháng uốn của dầm dọc m3

- Cường độ tính toán khi chịu uốn: Ru = 28000 (T/m2)

b) Ứng suất tiếp tuyến khi dầm dọc chịu uốn

- Ứng suất tiếp tuyến của dầm dọc

- Ứng suất tiếp tuyến bình quân

- Vậy thỏa điều kiện

c) Kiểm tra ứng suất tương đương (tại vị trí L/4)

- Vậy thỏa điều kiện.

1.3.2 Kiểm tra mỏi

- Hệ số triết giảm cường độ tính toán của thép γ:

long đinh tán hoặc lien kết hàn trong nhà máy:

W=

98,8 0,0058=17034,483(T /m

2

)

- Điều kiện:

σ = M

W <γ R u (thỏa điều kiện)

- Vậy thỏa điều kiện

- Đi u ki n: ều kiện: ện: f < [f] (thỏa điều kiện)

- Vậy: Thỏa điều kiện ( chênh lệch 0,5%)

 E = 21.106 (T/m2): Modun đàn hồi của thep.

tải lúc momen chả dẻo

- kết quả: 40 < 92,101 Vậy thỏa điều kiện

b) Kiểm tra ổn định của biên chịu nén

b f

2.t f ≤0,382√F E yc

- Vậy thỏa điều kiện

1.3.6 Kiểm tra đường hàn

- Vậy thỏa điều kiện

1.3.7 Yêu cầu cấu tạo

2.1 Chọn tiết diện

biên ghép với nhau bằng mối nối hàn góc

- Chiều cao của cả dầm ngang h :

Hình 2.8 Đường ảnh hưởng dầm ngang tính cho tĩnh tải.

- Kết quả nội lực do tĩnh tải

Bảng 2.6 Momen do tĩnh tải tính toán.

Ω dah γ dnα VL (T) Ω dah γ dnα V1/4 (T)

2.2.2 Nội lực do hoạt tải

- Tải trọng tác dụng của hoạt tải (xét trường hợp nguy hiểm nhất tàu đi qua cả hai khoang)

O =8Hình 2.9 Đường ảnh hưởng tải trọng tác dụng của hoạt tải.

- Chiều cao đặt tải λ = 2d = 16m

- Hệ số xung kích

30+ λ=1,391

- Áp lực dãy bánh xe đứng trong phạm vi hai khoang kề bên dầm ngang

A=0,5 (1+μ ) k td Ω=0,5 x 1,391 x 14,144 x 8=78,697 (T /m)

- Nội lực do hoạt tải tàu được xác định theo công thức :

S g  P y

Hình 2.10 Đường ảnh hởng dầm ngang tính cho hoạt tải

Bảng 2.8 Kết quả nội lực do hoạt tải.

a) Ứng suất pháp tuyến khi dầm dọc chịu uốn trong mặt phẳng chính

- Ứng suất pháp tuyến của dầm dọc

b) Ứ ng suất tiếp tuyến khi dầm dọc chịu uốn

- Ứng suất tiếp tuyến của dầm dọc

- Ứng suất tiếp tuyến bình quân

- Vậy thỏa điều kiện

2.3.2 Kiểm tra mỏi

- Hệ số triết giảm cường độ tính toán của thép γ:

(aβ +b )−( aβ−b) ρ ≤ 1

 Hệ số ứng suất tập trung có hiệu β = 1,4 (kim loại cơ bản có gia công cơ khí mạch hàn - phụ lục 12, TCN 18-79).

- Ứng suất ở trạng thái mỏi

tại momen chảy dẻo

 tw = 0,016m: Chiều dày bản bụng.

- Kết quả: 50 < 92,101

- Vậy thỏa điều kiện

b) Kiểm tra độ mảnh của biên chịu nén

b f

2.t f ≤0,382√F E yc

- Vậy thỏa điều kiện

2.3.5 Kiểm tra đường hàn

- Vậy thỏa điều kiện

2.3.7 Yêu cầu cấu tạo

3.1 Thiết kế hệ liên kết dầm dọc và dầm ngang

- Khi sử dụng dầm thép tổ hợp, mối nối liên kết có thể dùng bu lông cường độ cao (bu lông cường độ cao thì có một hoặc hai mặt phẳng chịu ma sát)

- Hai bản con cá (phía trên và phía dưới) chịu mô men là chủ yếu, thép góc liên kết ở bụng dầm chịu cắt là chủ yếu

Q = 79,125T

3.1.1 Thiết kế bản con cá

h dnα+δ=

83,803 0,84+0,02=97,445(T )

* 2mm

bu lông và lấy theo công thức:

P=0.7xfubxAbn

chuẩn 5574- 2012 )

trong tiêu chuẩn 5574-2012)

- Khả năng chịu lực của một bu lông:

ms b

kết là bằng bàn chải sắt, không có lớp sơn bảo vệ

[N]b=p nα ms f γ lk

γ c=24,948 x 1 x 0,35 x

0,9 1,06=7,414 (T )

[N]b=p nα ms f γ lk

γ c=24,948 x 2 x 0,35 x

0,9 1,06=14,828(T )

- Số bu lông cường độ cao được tính như sau:

3.1.2 Kiểm tra ứng suất bản con cá

a) Kiểm tra bền

0

gy

S R b





Bảng 2.10 kết quả kiểm tra bền

Tiết diện S (T) bgy (m) δ (m) σ (T/m2) Kết luận

3.1.3 Kiểm tra mỏi

- Mô men uốn tại gối dầm dọc bằng 0,6 lần mô men uốn giữa nhịp dầm dọc (không tính hệ số vượt tải)

M dd ' =98,804(Tm)

M g '=0,6 x Mdd ' =0,6 x 98,804=59,282(Tm)

- (Được tính ở phần kiểm tra mỏi dầm dọc)

- Nội lực trong bản con cá

S= M g

'

h dnα+δ=

59,282 0,84+0,02=68,932(T )

- (các giá trị momen được lấy như trên tính toán ở phần kiểm tra mỏi dầmdọc)

R b

Bảng 2.11 kết quả kiểm tra mỏi.

3.2 Xác định số lượng bu long liên kết sườn dầm dọc và thép góc liên kết

- Chọn thép góc đều cạnh số hiệu N10để làm thép góc liên kết, với kích thước tiết diện (đơn vị: mm): b = 100, d = 10, R = 12, r = 4

- Chọn bu lông cường độ cao có kích thước và thông số y như trên để dễ tính toán và thi công để liên kết thép góc với các dầm.

- Số lượng bu lông để liên kết bụng dầm dọc với thép góc liên kết:

 

b

Q n

cấu tạo đối với thép góc liên kết dầm)

- Số lượng bu lông để liên kết bụng dầm ngang với thép góc liên kết:

3.3 Thiết kế dầm ngang vào nút

- Chọn thép góc liên kết dầm biên và dầm ngang là thép góc đều cạnh số hiệu N14, với kích thước tiết diện (đơn vị: mm): b = 140, d = 10, R = 14, r = 4,6

- Dùng bu lông cường độ cao có kích thước và số liệu như trên để liên kếtthép góc liên kết với các dầm

- Số lượng bu lông liên kết sườn dầm ngang với thép góc liên kết:

- Tăng thêm 10% số bu lông vì có tấm thép đệm ở giữa

- Vậy :

nα2=6,3+6,3

100 x 10=6,9(cái)

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ GIÀN CHỦ

1 Tính toán nội lực các thanh

1.2 Tìm nội lực bằng MIDAS CIVIL

1.2.1 Mô hình hóa kết cấu

- vẽ và gán tiết diện

1  

1 2 / 3  

- Gán điều kiện biên

- Giải phóng liên kết giữa dầm ngang và dầm dọc

1.2.2 Khai báo tải và gán tải

- Nhập tải trọng và gán tải trọng

- Nhập tải trọng làn

- Xuất kết quả midas

+ Dầm dọc

+ Dầm ngang

+ Thanh chóng, thanh treo

+ Thanh xiên

+ Biên dưới

+ Biên trên

1.2.3 Xuất kết quả nội lực

Bảng 3.2 Nội lực thanh chưa gán tiết diện.

h t mm

l: Chiều dài thanh

h: Chiều cao thanh

td(mm)

tn(mm)

1.3.2 Đặc trưng hình học của tiết diện thanh

Hình 3.3 Tiết diện thanh.

x , y

k: Hệ số chiều dài hữu hiệu

3 3

h b I

Bảng 3.5 Đặc trưng hình học thanh và kiểm tra độ bền.

1.4 Kiểm tra nội lực trong thanh

Bảng 3.6 Nội lực thanh khi gán tiết diện.

x

 

1.4.1 Momen uốn do trọng lượng bản thân

Momen uốn do trọng lượng bản thân được tính theo công thức:

L: Chiều dài thanh

1.4.2 Kiểm tra cường độ

Điều kiện cường độ khi kiểm tra các thanh

max 0

bt x

M S

x m F

 

Độ lệch tâm tương đối trong mặt phẳng uốn

0

e i

1.4.4 Kiểm tra mỏi

2 2 0

x E

EI S

l





Momen uốn được tính theo công tức sau:

+ Đối với thanh chịu kéo:

'

1

bt hm E

M M

S S

M M

S S





mỏi

kéo 0.0005 12.806 615.46 1.891 258.73 3.2626 84.844323-Xiên-

nén 0.0004 12.806 476.93 1.435 -194.93 2.4274 83.967524-Xiên-

kéo 0.0004 12.806 446.993 1.749 140.8 2.554 95.758725-Xiên-

nén 0.0002 12.806 241.933 1.223 -80.86 1.8369 108.8251-B.dưới-

k 0.0004 8.000 1402.73 1.040 255.37 1.2713 52.72743-

' max

ymax: khoảng cách từ trục trung hòa đến mép cánh thanh (m).

Ứng suất cho phép theo điều kiện mỏi được tính như sau:

moi moi

N N

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ NÚT GIÀN CHỦ

1 Nguyên tắc thiết kế nút

- Các liên kết phải đối xứng nhau qua trục thanh để tránh sự lệch tâm

- Liên kết có sức kháng bằng với sức kháng của thanh

- Bản nút phải đảm bỏ chịu được lực cắt, lực dọc và momen uốn

- Tránh sự thay đổi tiết diện đột ngột để tránh ứng suất tập trung

- Nếu tiết không bằng nhau ta bố trí thêm bản đệm có độ dày không nhỏhơn 4mm

- Chiều dày tối thiểu của bản nút là 10mm

Lực kéo trước trong bu lông lấy bằng 70% khả năng lực chịu lớn nhất của

1 bu lông và lấy theo công thức:

P=0.7xfubxAbn

tiêu chuẩn 5574- 2012 )

bảng trong tiêu chuẩn 5574-2012)

Khả năng chịu lực của một bu lông:

  . lk

ms b

kết là bằng bàn chải sắt, không có lớp sơn bảo vệ

Số bulong cần phải tăng thêm 0,5.n’=1

Chọn số bulong liên kết ở hàng ngang đầu tiên vào nút 4, nên n’ =2

Sử dụng mối nối có hai bản nối bên

Chiều dài bản nối phái trong có thể bằng chiều dài bản nút hoặc ngắn hơn

Số bulong liên kết cho mỗi bên

3.1.1 Kiểm tra tiết diện I-I

Điều kiện kiểm tra

+ Lực dọc trong thanh xiên lớn hơn N

Góc giữa mặt cắt và lực: <600 = > mi = 0,75

900 = > mi = 1

3.1.2 Kiểm tra tiết diện II-II

Điều kiện kiểm tra:

+ Lực dọc trong thanh xiên lớn hơn N

3.2 Tiết diện giảm yếu mặt cắt ngang

3.2.1 Kiểm tra mặt cắt III-III theo điều kiện chống uốn và chống cắt

- Lực cắt:

1 cos 2 cos

Z D  D 

D là lực dọc thanh xiên

Momen do lực cắt gây ra tại tiết diện III- III

3 258.73 -194.93 39.8555 0.17 6.775 49.819 1212.576 25200 T 3’ -194.93 140.8 -33.815 0.194 -6.56 -42.268 -1102.84 25200 T

- Điều kiện ứng suất tiếp

D: Nội lực thanh xiên

U: Nội lực thanh biên

Bảng 4.7 kiểm tra hợp lực các thanh.

Bề dày hai bản nút b=0,05(m) với nút 3,3’; b=0,06(m) với nút 4

Diện tích giảm yếu: A gy l b gy.

Khoảng cách từ mép dưới X-X của bản nút đến trục trung hòa

gy c gy

S Y A



Momen kháng uốn đã kể đến giảm yếu

2

W 6

0.04242002

5 0.6728 0.4228 0.07005 1.40

4 0.0702 0.702 0.04928 0.007 0.0422804

0.66899 4

0.39399

4 0.0702 1.81

0.1086 0.905 0.09828

0.0066

6 0.091619

0.91436 1

M V

R A

Bảng 4.10 kiểm tra tiết diện IV-IV