Thiết kế cầu dàn thép

Dựa vào các Đah R1,Đah R2 , Đah R3 xá định hệ số phân phối ngang của hoạt tải lên các dầm : Bảng 2: Kết quả tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên các dầm dọc Nội lực tính toán do tĩnh t

II CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU:

Chọn kết cấu nhịp đường xe chạy dưới ,dạng dàn tam giác có biên song song , gồm hai dàn chủ

- Khoảng cách giữa hai dàn chủ :

B = Bx+2x0.25+bt+2x0.15 Trong đó :

+Bx = 7 m

+bt: chiều rộng của thanh biên: bt = ht – 0.2l

+ht : Chiều cao thanh biên

1 ữ 10

1 → thoả mãn

Khoảng cách giữa các dầm ngang(các dầm ngang được đặt tại nút giàn) : 8 m

Chiều cao dầm ngang : 1.05 m

1)B → thoả mãn

Chiều cao bản mặt cầu : 15 (cm)

Chiều dày của lớp phủ : 15(cm)

ChiÒu cao cæng cÇu : hcc = 3 m

Ta cã : H+hdng+hmc+hcc = 4.5+1.05+0.31+3 = 8.86( m) → tho¶ m·n ®iÒu kiÖn

1)d → tho¶ m·n

250 250

7000

§−êng ng−êi ®i bé bè trÝ phÝa ngoµi cña dµn chñ

Kết cấu nhịp gồm hai hệ liên kết dọc trên và dọc dưới có dạng chữ thập

) Trọng lượng gờ chắn bánh (gbv) : 0,25ì0,25ì2,5 = 0.16 (T/m)

Trọng lượng lan can phòng hộ (glc) : 0.14 (T/m)

IV THIẾT KẾ DẦM DỌC:

Chọn tiết diện của dầm dọc: tiết diện chữ I,gồm có :

tấm sườn dầm, các bản biên,các phân tố này ghép với nhau bằng mối hàn góc

x7.85 = 0.14 (T/m)

IV.1 Kiểm tra điều kiện cấu tạo của dầm dọc:

Tỷ số h/d đã được kiểm tra ở trên

Chiều dày sườn δs = 12 mm → thoả mãn điều kiện δs ≥ 12 mm

Chiều dày bản biên δb = 24 mm ≥

30

1

bb = 30

1.240 = 8 mm và δb = 24 mm ≤ 50 mm (thép than) → thoả mãn

Các đặc trưng hình học của dầm dọc: Idd=112426,4448cm4; S1/2=2115,936cm3.

IV.2.Xỏc định tải trọng tỏc dụng lờn dầm dọc :

Sự phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên các dầm dọc được xác định theo phương pháp đòn bẩy

2700 650

1900 500

Đah R1 H30 HK80

Đah R2 H30 HK80

Dựa vào các Đah R1,Đah R2 , Đah R3 xá định hệ số phân phối ngang của hoạt tải lên các dầm :

Bảng 2: Kết quả tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên các dầm dọc

Nội lực tính toán do tĩnh tải được xác định theo công thức : So = gtt.Ω

Trong đó Ω : Diện tích đường ảnh hưởng nội lực của đại lượng tính toán của dầm dọc

6.0 2.0

Đah M 1/2

Bảng 3 Mômen do tĩnh tải tính toán

V.4 Nội lực do hoạt tải

Nội lực do hoạt tải xác định theo công thức: So = nh (1 + μ) η k Ωh

Trong đó:

Ktđ của đoàn xe H30 khi tính mômen tại tiết diện giữa nhịp với λ = 8m→ Ktđ = 4.8 (T/m)

Ktđ của đoàn xe H30 khi tính lực cắt tại tiết diện gối với λ = 8m → Ktđ = 5.47 (T/m)

Ktđ của xe đặc biệt HK80 khi tính mômen tại tiết diện giữa nhịp với λ = 8m →Ktđ = 14 (T/m)

Ktđ của xe đặc biệt HK80 khi tính lực cắt tại tiết diện gối với λ = 8m → Ktđ = 15.5 (T/m)

Ktđ của đoàn xe H30 khi tính mômen tại tiết diện L/4 với λ = 8m → Ktđ = 6.58 (T/m)

Ktđ của đoàn xe H30 khi tính lực cắt tại tiết diện L/4 với λ = 6m →Ktđ = 6.93 (T/m)

Ktđ của xe đặc biệt HK80 khi tính mômen tại tiết diện L/4 với λ = 8m →Ktđ = 14 (T/m)

Ktđ của xe đặc biệt HK80 khi tính lực cắt tại tiết diện L/4 với λ = 6m →Ktđ = 18.67(T/m)

Diện tích Đah M1/2: Ω = 8

Diện tích Đah Qg: Ω = 4

Hệ số xung kích của ôtô xác định theo công thức: =

++

=+

λ

μ

5.37

151

M«men tÝnh to¸n t¹i tiÕt diÖn gi÷a nhÞp cña dÇm däc 1 do H30 g©y ra:

B¶ng 5 M«men t¹i L/2 vµ L/4 cña dÇm däc do ho¹t t¶i

B¶ng 6 Lùc c¾t t¹i gèi vµ L/4 cña dÇm däc do ho¹t t¶i

Tæng néi lùc t¸c dông vµo dÇm däc do tÜnh t¶i vµ ho¹t t¶i ®−îc tÝnh to¸n trong b¶ng 6-7, 6-8

B¶ng 7 Tæng m«men t¸c dông vµo dÇm däc t¹i tiÕt diÖn L/2 vµ L/4 (Tm)

B¶ng 8 Tæng lùc c¾t t¸c dông vµo dÇm däc t¹i gèi vµ L/4

Đah Qg

= 4

6.0 2.0

Đah M 1/2

IV.5 Kiểm toỏn ứng suất phỏp trong dầm dọc

Mômen quán tính của dầm dọc: I = 112426.4448 (cm 4

1090

y I

M

) < 2000 (kg/cm 2

) → đạt

IV.6 Kiểm tra ứng suất tiếp

Điều kiện: τmax ≤ 0.6 c’ Ro

Ta có mômen tĩnh của nửa tiết diện đó lấy với trục trung hoà của dầm

S1/2 = 2.4 ì 24 ì 28.8 + (55.2/2) ì 1.2 ì (55.2/4) = 2115.936 (cm 3) ứng suất tiếp lớn nhất:

936.211510

75.40I

3

ng

2 / 1 max

s

S Q

1075.40

3

s s tb

12.639max

Chọn tiết diện dầm ngang: tiết diện chữ I, gồm có: tấm sườn dầm, các

bản biên, các phân tố này ghép với nhau bằng mối hàn góc

→ diện tích mặt cắt ngang của dầm ngang

• Chiều dày sườn δs = 12 mm → thoả mãn điều kiện δs ≥ 12 mm

30

130

12621050

Mômen quán tính của toàn dầm (Idn): 562971.39 (cm 4)

Mômen quán tính kể đến sự giản yếu do bố trí 2 bulông trên bản biên tại vị trí

4.15 4.15

1.6 1.6 0.95 1.6

1.6

0.95

2.08 1.27

1.6 1.6 0.95 1.6

Hình 4 Tung độ Đah M và Đah Q của dầm ngang tại các tiết diện tươngz ứng vị trí

Tĩnh tải tính toán tác dụng lên dầm dọc được xác định theo bảng 2 → tải trọng tập trung

do tĩnh tải của tứng dầm dọc tác dụng lên dầm ngang:

Bảng 9 Tải trọng tập trung do tĩnh tải từ dầm dọc tác dụng lên dầm ngang

P

Trong đó:

Pi - tải trọng tập trung do tĩnh tải lớp phủ, mặt cầu, bản thân dầm dọc

truyền xuống dầm ngang

yi - tung độ đường ảnh hưởng nội lực của dầm ngang tương ứng dưới tải

trọng tập trung

gdn - tải trọng tính toán phân bố đều của dầm ngang:

gdn = 1.1 ì 0.233 = 0.256 (T/m)

Ωs - diện tích đường ảnh hưởng nội lực

Mômen tại tiết diện giữa nhịp dầm ngang do tĩnh tải:

M1/2 = 14.74 ì (2 ì 0.48) + 12.05 ì (2 ì 1.27) + 13.3 ì 2.08 + 0.256 ì (8.3 ì 2.08)/2

= 74.631 (Tm)

Lực cắt tại tiết diện gối do tĩnh tải:

V.3 Nội lực do hoạt tải

áp lực do 1 dãy bánh xe đứng trong phạm vi hai khoang kề bên dầm ngang tính được bằng cách xếp

xe lên đường ảnh hưởng: A = 0.5 (1 + μ) ΣPi yi

++

=++

=+

165.37

151

5.37

151

8.0 8.0

Xếp tải trọng A lên đường ảnh hưởng nội lực của dầm ngang để xác định nội lực do hoạt

tải theo công thức: So = nh A Σyi

A A

A A

A A

HK80 §ah Qg

A A

A A

H30 §ah Q 1/4

A A

H×nh 6 XÕp t¶i träng A lªn §ah néi lùc cña dÇm ngang

B¶ng 11 Néi lùc do ho¹t t¶i t¸c dông vµo dÇm ngang

V.4 Tổng hợp nội lực của dầm ngang

B¶ng 12 Néi lùc trong dÇm ngang

V.5 Kiểm toỏn ứng suất phỏp

ứng suất pháp được kiểm tra tại tiết diện giữa nhịp dầm ngang:

5.521002

gy

I

y M

Igy - mômen quán tính có kể đến sự giảm yếu của tiết diện do lỗ bulông liên kết bản con cá và dầm ngang

→ ứng suất tại tiết diện giữa nhịp dầm ngang σ = 1963.13< Ru = 2000 → đạt

V.6 Kiểm toỏn ứng suất tiếp

Điều kiện: τmax ≤ 0.6 c’ Ro

ứng suất tiếp lớn nhất:

086.602010

29.85

2 / 1 max

s ng

I

S Q

δ

S1/2 - Mômen tĩnh của 1/2 tiết diện đó lấy với trục trung hoà của dầm

ứng suất tiếp trung bình:

1029.85

03.760max

ứng suất pháp tại vị trí kiểm tra:

39,562971

1081

08,452610

18,63

b ng

b

I

S Q

ứng suất tương đương tại vị trí kiểm tra:

σtd= 0.8σ2+2.4τ2 = 0.8ì1292.412+2.4ì423.422 = 1329.113(kg/cm2)

σtd= 1329.113kg/cm2 < Ro= 1900kg/cm2 → đạt

VI THIẾT KẾ LIấN KẾT DẦM DỌC VÀ DẦM NGANG

Do dầm dọc có chiều cao thấp hơn dầm ngang, nên có thể dùng vai kê, nhưng qua những tính toán sơ bộ thấy rằng bulông liên kết vai kê và sườn dầm ngang không đủ chịu lực do vậy để liên kết dầm dọc và dầm ngang có thể hàn thêm vào phía dưới dầm dọc đoạn thép hình K, phía dưới có cánh để liên kết vào bản con cá

Nội lực tác dụng tại vị trí liên kết dầm dọc và dầm ngang:

Giả thiết chiều dày bản con cá h = 14 mm

Nội lực trong bản con cá:

=+

=+

=

014.005.1

94.44δ

o gy

1

m F

9.0

23.22

h

F

Giả thiết bản con cá sẽ bố trí mỗi hàng 2 bulông cường độ cao, có đường kính lỗ 25mm → chiều

rộng nhỏ nhất tại vị trí đi qua hàng bulông sát dầm ngang của bản cá b = 15.88 + 2 ì 2.5 = 20.88 (cm)

→ Chọn chiều rộng của bản cá tại vị trí dầm ngang b = 30 (cm)

Dựa vào kết quả tính toán trên, bố trí bản cá như sau:

1080

Hình 7 Cấu tạo bản con cá liên kết dầm dọc và dầm ngang

Căn cứ vào cách bố trí tiến hành kiểm tra ứng suất trong bản con cá: o

gy

R

=δ

σ , với giả thiết

là lực truyền lên các bulông bằng nhau:

B¶ng 13 KiÓm tra øng suÊt b¶n con c¸

30

3 x80=240 50

1080

250 3 x80=240 50 170

5030 170

H×nh 8 Liªn kÕt dÇm däc vµ dÇm ngang

Số lượng bulông cường độ cao để liên kết sườn dầm dọc với thép góc liên kết:

12

306.01900

1075.4012

3

2 2

m R

Q n

o

μ

3.65

căn cứ vào kích thước thực tế → chọn số bulông n2 = 9

Trong đó: Ro - cường độ tính toán của thép làm dầm, Ro = 1900 (kg/cm 2)

Số lượng bulông cường độ cao để liên kết thép góc liên kết vào dầm ngang:

n3 = 2 n2 + 2 = 2 ì 9 + 2 = 20 bulông

VII THIẾT KẾ LIấN KẾT DẦM NGANG VỚI GIÀN CHỦ

Bulông để liên kết sườn dầm ngang với thép góc liên kết:

12

306.01900

1029.8512

3

2

2 1

m R

Q n

o

μ

7.63 → chọn 8 bulông cường độ cao

Số lượng bulông liên kết thép góc liên kết với giàn chủ:

1306.01900

1029.85

o

độ cao

Căn cứ vào số lượng bulông đã tính ở trên và kết hợp với cấu tạo bản nút giàn, tiến hành

bố trí các bulông liên kết thép góc với dầm ngang cũng như thép góc liên kết với nút giàn

VIII THIẾT KẾ GIÀN CHỦ

VIII.1 Tĩnh tải tỏc dụng lờn giàn chủ

g n g g n b k an g

u

md mc

lk o

h

ư

+++

=

1

2 1

γ

a,b - hệ số đặc trưng cho trọng lượng của giàn, giàn nhịp đơn giản a = b = 3.5

γ - trọng lượng thể tích của thép, γ = 7.85 (T/m 3)

ko - tải trọng phân bố đều của hoạt tải

ko = ηh(1 + μ)k1/4 + ηngT với:

++

=+

λ

μ

5.37

151

ηh - hệ số phân phối ngang của hoạt tải

k1/4 - tải trọng tương đương của hoạt tải với đường ảnh hưởng tam giác

ì

ì+

ì

ì

805.31.185.728000

365.15.1)095.0585.1(1.15.380.24.15.3

gc

VIII.2 Xỏc định đường ảnh hưởng của cỏc thanh giàn

Bảng 14 Bảng ghi kết quả tính diện tích đường ảnh hưởng và k tđ của hoạt tải

Tung

độ đỉnh

Diện tích dương

Vị trí

đỉnh

Chiều dài

Diện tích đại

L1, L2 - chiều dài phần dương, phần âm của đường ảnh hưởng lực dọc

a1, a2 - hoành độ trái của đỉnh đường ảnh hưởng lực dọc dương, âm

Góc nghiêng của các thanh xiên α = 0.87 rad

40 40

72 8

§ah D5-D6

56 24

72 8

§ah D3-D4

§ah D1-D2

D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1

T9 T8 T7 T6 T5 T4 T3

B¶ng 15 Néi lùc t¸c dông lªn thanh giµn do tÜnh t¶i

TÝnh to¸n Tªn thanh

Tĩnh tải tác dụng lên 1 giàn Tĩnh tải

Tính toán Tên thanh

Tải trọng tiêu chuẩn:

+ Ôtô và người: S h =[ηotoβo k oto +ηng T]Ω

+ Xe đặc biệt: S h =ηdb k dbΩ

Bảng 16 Nội lực tác dụng lên thanh giàn do hoạt tải tiêu chuẩn

Bảng 17 Nội lực tính toán tác dụng lên thanh giàn

Hoạt tải tính toán

Tải trọng tính mỏi:

+ Ôtô và người: S h =[ (1+μ ) ηotoβo k oto+ηng T]Ω

Bảng 18 Nội lực tính toán tác dụng lên thanh giàn (tính mỏi)

Nội lực tính mỏi Nội lực tính toán Tên thanh

VIII.4 Xỏc định cỏc kớch thước cơ bản và diện tớch của cỏc thanh

Việc chọn tiết diện thường bắt đầu từ thanh có nội lực nén lớn nhất T4-T5, các kích

thước cơ bản của thanh này sẽ quyết định bề rộng b của tất cả các thanh và cố gắng giữ không

đổi để các thanh liên kết vào nút được thuận lợi Chiều cao h của các thanh biên cũng nên giữ

cố định để cho việc cấu tạo giàn được đơn giản

Xác định sơ bộ b và h theo công thức kinh nghiệm:

;400

Trị số h chọn có thể sai lệch ±10cm so với h tính được theo công thức trên

Diện tích cần thiết của tiết diện được tính sơ bộ theo công thức gần đúng:

( 100)

82

≈

o ng

R

S F

(có xét giảm yếu do lỗ đinh): ng ≈0.85( o ư100)

R

S F

Nếu tiết diện thanh không bị giảm yếu (chẳng hạn các thanh có cấu tạo bản bù tại nút) thì không có hệ số 0.85;

R

S F

R

S F

Dựa vào kết quả tính toán diện tích cần thiết và kích thước của tiết diện thanh, tiến hành

chọn kích thước của các thanh giàn, kiểm tra điều kiện h/l < 1/15 tức là l/15 > h Các kết quả

tÝnh to¸n ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng 19 C¸c thanh giµn chän tiÕt diÖn ch÷ H riªng thanh D1- T1 chän tiÕt diÖn h×nh hép

Y

YX

B¶ng 19 KÝch th−íc tiÕt diÖn thanh

KÝch th−íc ban ®Çu cña

HÖ sè chiÒu dµi

H×nh 10 TiÕt diÖn thanh giµn chñ

Trong MP

giàn

Ngoài MP giàn

Tính toán

Yêu cầu

Kết luận

Kiểm tra điều kiện bề dày nhỏ nhất của bản thép hoặc tập bản thép nằm ngang trong tiết diện chữ H

đối với kết cấu hàn phải thoả mãn: 0.5δ khi δ ≥30mm và 0.6δ khi δ ≥25mm, trong đó: δ - chiều dày tập bản thép (hoặc bản thép) nằm trong mặt phẳng của giàn

Để đảm bảo sự ổn định cục bộ của thanh, tỷ số giữa bề rộng tính toán của tập bản thép hoặc bản thép trên bề dày của chúng trên các thanh chịu nén không v−ợt quá các trị số quy định

Bảng 22 Kiểm tra điều kiện bề dầy nhỏ nhất và ổn định cục bộ của thanh

Kiểm tra tỷ số bề rộng/chiều dày Kiểm tra chiều dày nhỏ nhất bản nằm ngang

VIII.5 Kiểm toỏn tiết diện thanh theo cường độ

Sau khi đã chọn được tiết diện các thanh, ta tiến hành kiểm tra chúng theo cường độ và mỏi Khi đó ngoài lực dọc trong các thanh có thể phải xét đến thanh bị uốn cục bộ do trọng

lượng bản thân, bảng 21 xác định các thanh cần thiết phải kể đến ảnh hưởng của trọng lượng

α - góc nghiêng của thanh so với phương ngang

VIII.5.2 Kiểm tra cường độ

gy gy

M S

Fgy, Igy - Diện tích và mômen quán tính của thanh theo mặt phẳng giàn đã trừ giảm yếu

do các lỗ đinh liên kết các bộ phận của thanh cũng như liên kết đầu thanh vào nút giàn hoặc bản nối; nếu các thanh có cấu tạo bản bù thì Fgy = Fng

ymax - khoảng cách lớn nhất từ trục trung hoà đến thớ mép của thanh

VIII.5.3 Kiểm tra ổn định trong và ngoài mặt phẳng giàn

ng

S R F

σϕ

trong đó:

Fng - Diện tích tiết diện nguyên của thanh

φ - Hệ số giảm khả năng chịu nén, phụ thuộc vào độ mảnh λ và độ lệch tâm tương

đối trong mặt phẳng uốn i

Bảng 23 Kết quả kiểm toán tiết diện thanh chữ H

Căn cứ kết quả trên cho thấy các thanh đều thoả mãn điều kiện về cường độ và ổn định

IX THIẾT KẾ NÚT GIÀN CHỦ

Nút giàn thiết kế: D5, liên kết sử dụng bulông cường độ cao Nút D5 gồm có các thanh xiên

và đứng liên kết vào nút: D5-T3, D5-T4, D5-T5; các thanh biên: D5-D4, D5-D6

IX.1 Tớnh liờn kết cỏc thanh xiờn và thanh đứng vào bản nỳt

Số lượng bulông cường độ cao được tính theo diện tích tiết diện thanh:

2

1

Ft - diện tích chịu lực của thanh

μ - số bulông cường độ cao cần thiết ứng với một đơn vị diện tích tiết diện thanh

m2 - hệ số điều kiện làm việc, m2 = 1

Bảng 24 Số lượng bulông của thanh xiên và thanh đứng liên kết vào nút D5

IX.2 Tớnh mối nối thanh biờn

Thanh biên chỉ nối tại các bản đứng, sử dụng 2 bản nối N1 kích thước tiết diện 230 ì 22 (mm),

một bản nối N2 kích thước tiết diện 5200 ì 22 (mm)

IX.2.1 Tớnh số lượng bulụng liờn kết thanh D5-D6

Hệ số mối nối:

2)2.2)5.2852(2.2)5.28232((

2.22.454.2)5.2452(2

ì

ì

ì

ư+

2.2460.2)5.2452(2

ì

ì

ì

ư+

Căn cứ vào kết quả tính toán ở trên tiến hành bố trí bulông cường độ cao cho nút giàn D5 vơi

một số yêu cầu sau:

Sử dụng bulông cường độ cao φ22 đường kính lỗ φ25 → khoảng các tối thiểu giữa các tâm lỗ

bulông là 3φ = 3ì25 = 75mm → chọn khoảng cách giữa các tim lỗ là 80mm

Với mục đích không thay đổi khoảng cách giữa các bulông cường độ cao và bản nút có cấu tạo

đơn giản → mối nối nút D5 được thể hiện như hình vẽ 11

12

500

55450

56050

IX.3 Tính toán nút giàn D5

IX.3.1 Kiểm toán bền của bản nút bị xé rách theo I-I và II-II

1059

1059

II II

F1 F2

Khoảng cách từ trục thanh biên đến tiết diện phải kiểm tra: e = 20.5 cm

Mômen do lực cắt Z gây ra tại tiết diện kiểm tra: M = 143.053ì 0.205 = 29.326 Tm

Chiều dài có kể đến giảm yếu của tiết diện kiểm tra: a = 184.2 – 22 ì 2.5 = 129.2 cm

Mômen quán tính của tiết diện kiểm tra:

Tiết diện nguyên: Ing = 1 145 803.94 cm 4

Phần lỗ bulông: Io = 334 653.43 cm 4

Tiết diện giảm yếu: Igy = Ing - Io =1 145 803.94 - 334 653.43 = 811150.51 cm 4

ứng suất pháp tại tiết diện kiểm tra:

2

2.18451.811150

10326

10053.14332