Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép: Chương 4 - Nguyễn Ngọc Tuyển

Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép - Chương 4: Tính toán cầu dầm thép, cầu dầm thép bê tông liên hợp cung cấp cho người học các kiến thức: Những vấn đề chung vềtính toán thiết kế, phân phối tải trọng kết cấu nhịp dầm thép, tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG

CẦU THÉP

NGUYỄN NGỌC TUYỂN

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

website: http://48cdhn2.tk/

4‐2012

CHƯƠNG IV

Tính toán cầu dầm thép, cầu

dầm thép bê tông liên hợp

Trang 2

4.1. Những vấn đề chung về tính toán thiết kế

• Theo quy trình 272‐05, cầu thép sẽ thiết kế theo TTGH

– Trạng thái giới hạn cường độ (Strength Limit State)

– Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại giòn (Fatigue and Fracture

Limit State)

– Trạng thái giới hạn sử dụng (Servire Limit State)

– Trạng thái giới hạn đặc biệt (Extreme Event Limit State)

• Một số lưu ý

– Với TTGH cường độ được chia ra như sau:

• Cường độ I: tổ hợp tải trọng cơ bản với xe tiêu chuẩn và không có gió

thổi

• Cường độ II: Tổ hợp các tải trọng nhưng không có hoạt tải, cộng với gió

trên 25m/s

• Cường độ III: Tổ hợp tải trọng cộng với gió trên 25m/s

4

Những vấn đề chung (t.theo)

– Khi xét TTGH đặc biệt có xét đến động đất, lực va tàu thuyền,

lực va xe cộ và một số ảnh hưởng của lực nước

– Khi xét TTGH sử dụng, tải trọng lấy trị số tiêu chuẩn và gió ở

tốc độ v=25m/s

– Khi xét TTGH mỏi với cầu ô tô chỉ xét tác động của 1 xe tải với

cự ly các trục bánh xe quy định như dưới đây:

Sơ đồ tải trọng khi tính toán mỏi

Trang 3

– Hệ số tải trọng được khái quát như sau:

Với tĩnh tải

• Tĩnh tải do trọng lượng kết cấu và bản mặt cầu 1.25 0.9

• Tĩnh tải do các lớp mặt cầu 1.50 0.65

Đối với hoạt tải ô tô và người

• Khi xét trạng thái giới hạn cường độ I 1.75

• Khi xét trạng thái giới hạn cường độ II. 0

• Khi xét trạng thái giới hạn cường độ III. 1.35

• Khi xét trạng thái giới hạn đặc biệt. 0.50

• Khi xét trạng thái giới hạn sử dụng. 1.30

• Khi xét trạng thái giới hạn mỏi. 0.75

Hệ số xung kích của ô tô

• Khi xét trạng thái giới hạn mỏi 1.15

• Khi xét các trạng thái giới hạn khác 1.25

– Khi thiết kế luôn phải đảm bảo điều kiên: “Hiệu ứng do tải

trọng phải nhỏ hơn hoặc bằng sức kháng của kết cấu”

trong đó:

• η = hệ số điều chỉnh tải trọng

• γi= hệ số tải trọng

• Qi= nội lực (hiệu ứng) do tải trọng gây ra

• φ = hệ số sức kháng

• Rn= sức kháng danh định

• Rr= sức kháng tính toán

.



Trang 4

4.2. Phân phối tải trọng kết cấu nhịp dầm thép

• Tổng quan

– Tải trọng đặt trên mặt cầu sẽ truyền lên không chỉ dầm thép

ngay dưới vị trí tải trọng mà còn truyền cho các dầm khác.

– Sự phân bố tải trọng lên các dầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• Khoảng cách từ điểm đặt tải trọng tới dầm,

• vị trí tải trọng trên chiều dài nhịp dầm,

• độ cứng của dầm,

• độ cứng của hệ liên kết ngang,

• độ cứng của bản mặt cầu,

• khoảng cách giữa các dầm,

• tính chất vật liệu của dầm và của mặt cầu.

8

Phân phối tải trọng… (t.theo)

• Hệ số phân phối ngang

– Để xác định tải trọng tác dụng lên dầm có thể sử dụng các

phương pháp khác nhau mang tính chất gần đúng hay chính

xác, đơn giản hay phức tạp sẽ phụ thuộc vấn đề mô hình hóa

kết cấu.

– Trong thực tế thiết kế thường chỉ sử dụng các phương pháp

gần đúng vì tính toán sẽ đơn giản hóa và vẫn đủ độ chính xác

cần thiết, bảo đảm an toàn. => Ví dụ nhóm phương pháp sử

dụng khái niệm “Hệ số phân phối ngang”

– Khi sử dụng khái niệm “Hệ số phân phối ngang”, việc tính toán

thiết kế kết cấu không gian phức tạp của cầu được thu gọn lại

thành bài toán thiết kế một dầm đơn lẻ

Trang 5

– Khái niệm “Hệ số phân phối ngang”:

• Khi đặt tải trọng có độ lớn bằng 1 đơn vị lên mặt cầu, một phần tải

trọng lớn nhất ghi nhận được khi tải trọng đơn vị di động trên mặt cầu

truyền lên dầm được gọi là hệ số phân phối tải trọng.

• Do trong mặt cắt ngang cầu có thể không chỉ một tải trọng mà có nhiều

tải trọng truyền từ bánh xe của hoạt tải, nên tổng các phần của tải

trọng lớn nhất truyền cho một dầm nào đó chia cho tổng tải trọng của

hoạt tải tương ứng gọi là hệ số phân phối ngang.

– Hệ số phân phối ngang trong kết cấu nhịp có thể xác định theo

các phương pháp sau đây:

• Phương pháp đòn bẩy

• Phương pháp nén lệch tâm

• Phương pháp dầm liên tục trên gối tựa đàn hồi

• Phương pháp quy phạm 22TCN272‐05

– Phương pháp đòn bẩy: dùng trong trường hợp liên kết ngang

giữa các dầm chủ là yếu

2

y y 3 1

y

1800 1200 1800

Trang 6

– Phương pháp nén lệch tâm: dùng trong trường hợp liên kết

ngang giữa các dầm chủ rất chặt chẽ, khi đó mặt cắt ngang cầu

không biến dạng mà chỉ bị xoay và chuyển vị thẳng đứng dưới

tác dụng của tải trọng



2

y y 3 1

y

4

y

1800 1200 1800

12

• Phương pháp quy phạm 22TCN272‐05

– Hệ số phân phối mô men cho các dầm ở phía trong (tra bảng

4.6.2.2.2a‐1)

• Khi chất tải 1 làn xe (đã kể tới hệ số làn xe)

• Khi chất tải từ 2 làn xe trở lên (đã kể tới hệ số làn xe)

0.1 0.4 0.3

3

0.06 4300

g SI

M

s

K

mg



0.1 0.6 0.2

3 0.075

2900

g MI

M

s

K

mg

L L t



Trang 7

– Hệ số phân phối mô men cho các dầm ở biên (tra bảng

4.6.2.2.2c‐1)

• Khi chất tải 1 làn xe

– Sử dụng phương pháp đòn bẩy cho dầm biên.

– Kết quả tính được ở bước trên phải nhân với hệ số làn xe tương ứng cho

trường hợp 1 làn xe là m = 1.2

0.1 0.6 0.2

3

g

M

s

K

mg



0.77 2800

d

– Hệ số phân phối lực cắt cho các dầm ở phía trong (tra bảng

4.6.2.2.3a‐1)

• Khi chất tải 1 làn xe (đã kể tới hệ số làn xe)

0.36 7600

SI V

S

2 0.2

MI V

  

Trang 8

– Hệ số phân phối lực cắt cho các dầm ở biên (tra bảng

4.6.2.2.3b‐1)

• Khi chất tải 1 làn xe

– Sử dụng phương pháp đòn bẩy cho dầm biên.

– Kết quả tính được ở bước trên phải nhân với hệ số làn xe tương ứng cho

trường hợp 1 làn xe là m = 1.2

0.6 3000

d

mg   mg

2

V

16

– Trong đó:

• S = khoảng cách giữa các dầm chủ (mm)

• L = chiều dài nhịp tính toán (mm)

• ts= bề dày bản mặt cầu (mm)

• Kg= tham số độ cứng

• n = Eth/ Eb= tỷ số mô đun đàn hồi của vật liệu dầm (thép) và vật liệu

bản mặt cầu (bê tông)

• A = diện tích tiết diện dầm (mm 2 )

• eg= khoảng cách giữa trọng tâm dầm và trọng tâm bản

• d = chiều cao dầm

 2

K n IAe

Trang 9

4.3. Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép

– Căn cứ vào trị số của hệ số phân phối ngang để xác định được

dầm chủ nào trong kết cấu nhịp chịu tải trọng lớn nhất, theo

đó sẽ tính toán nội lực trong dầm đó, nghĩa là dựng được biểu

đồ bao nội lực (momen uốn và lực cắt), để thiết kế tiết diện

dầm.

– Ý tưởng của phương pháp thiết kế là dựa trên nhưng quy định

về cấu tạo để giả thiết kích thước tiết diện dầm và những chi

tiết kết cấu khác rồi xác định sức kháng. Điều kiện là sức kháng

phải lớn hơn hiệu ứng (nội lực, ứng suất, biến dạng) do tải

trọng

Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)

• 4.3.1. Xác định nội lực dầm liên hợp

– Dầm thép không liên hợp:

– Dầm thép liên hợp với bản BTCT:

Trang 10

– Với cầu dầm thép liên hợp với bản mặt cầu sẽ tính toán tiết

diện liên hợp.

– Trường hợp dầm thép đơn thuần hoặc trong các giai đoạn làm

việc chỉ có một mình dầm thép thì các số hạng của biểu thức

tính toán chứa phần bản BTCT sẽ không đưa vào

– Nguyên nhân của nội lực trong dầm thép liên hợp là: tĩnh và

hoạt tải, co ngót và ảnh hưởng của nhiệt độ thay đổi

– Nội lực do tải trọng: Xác định M, Q tại các tiết diện dầm. Trong

dầm giản đơn cũng như liên tục làm sao vẽ được biểu đồ bao

M, Q để thiết kế tiết diện tương ứng (thay đổi theo chiều dài

nhịp). Thông thường xem xét tiết diện đặc trưng: giữa nhịp,

L/4, gối và trung gian có thể khoảng (0.1÷0.2)L giữa các tiết

diện. Nội lực có kể đến các hệ số lấy theo quy phạm

20

• 4.3.2. Đặc trưng hình học của tiết diện dầm liên hợp

– Xác định bề rộng của bản tham gia vào làm việc (còn gọi là bề

rộng hữu hiệu của bản)

• Khi L ≥ 4B lấy b = 0.5B

• Khi L < 4B lấy

b = S + 6hbvà

L/8 ≤ b ≤ 0.5B

• Khi L ≥ 12C lấy c = C

• Khi L < 12C lấy

c = S + 6hbvà

L/12 ≤ c ≤ C

• => Với các dầm ở giữa bề rộng hữu hiệu của bản be= 2b

• => Với các dầm ở biên bề rộng hữu hiệu của bản be= b + c

S S

Trang 11

– Đặc trưng hình học của tiết diện

• Trục 1‐1 là trục trọng tâm của dầm thép

• Trục 2‐2 là trục trọng tâm của tiết diện liên hợp thép‐BTCT

Biết tỷ số các mô đun đàn hồi n = Eth/ Eb => Tìm y = ???

Nếu trục 2‐2 là trục trọng

tâm của tiết diện liên hợp

thì tổng mô men tĩnh = 0

b

Ab; Ib

Ath; Ith

b

th

A

b

b th

A

a n

y

A A

n

 



=>Tìm mô men quán tính của tiết diện liên hợp I2= ???

• Chú ý: khi tính với tải trọng lâu dài (tĩnh tải 2), sẽ kể đến hiện tượng từ

biến và các biểu thức về đặc trưng hình học tiết diện liên hợp sẽ thay n

bằng 3n.

b

Ab; Ib

Ath; Ith

2 2

Định dạng
Số trang	11
Dung lượng	319,07 KB