ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẦU GIÀN THÉP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Khái niệm chung về cầu thép: Cầu thép cấu tạo từ các cấu kiện thép, được thi công để vượt những nhịp lớn hoặc làm các cầu tạm, xây dựng nhanh chóng, với khả năng chịu lực lớn và tính tin cậy cao, trọng lượng nhẹ nhàng, tính cơ động cao và khả năng cơ giới hóa triệt để. ... Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao.

Trang 1

THIẾT KẾ CẦU GIÀN THÉP

&1 Mở đầu

1.1 Tóm tắt nhiệm vụ đồ án

1.1.1 Số liệu đầu vào:

- Khổ cầu : K = 7.0+2x1.0 m

- Tải trọng thiết kế:

+ Hoạt tải thiết kế: HL93

1.1.2 Nhiệm vụ thiết kế:

- Thiết hế hệ dầm mặt cầu :dầm dọc , dầm ngang, liên kết dầm dọc vào dầm ngang

và liên kết dầm ngang vào dàn chủ

- Thiết kế tiết diện các thanh dàn trong một nút tự chọn

- Thiết kế nút dàn

1.1.3.Tiêu chuẩn thiết kế

Thiết kế theo quy trình 22TCN 272-05.

DC: tỉnh tải của các bộ phận kết cấu và liên kết

DW: tỉnh tải của các lớp phủ mặt cầu

PL: hoạt tải người

Trang 2

-Thép kết cấu M270 cấp 250 có FY = 250Mpa

- Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao

10

17

có chiều cao không < 7.3 m

Chọn sơ bộ h =7.5 m Chiều dài mỗi khoang d=6m Khi đó góc xiên α hợp bởi

Hình 1.1: Sơ đồ giàn chủ

* Khoảng cách giữa các tim giàn chủ :

Đối với cầu xe chạy dưới : Bố trí hai giàn chủ với khoảng cách lớn hơn khổ đường

xe chạy 1-1,5m để kể đến phần đá vỉa và bề rộng các thanh giàn

Ta chọn khoảng cách giữa hai giàn chủ là B = 8,0 m

-Trọng lượng của lớp phủ mặt cầu đường xe chạy và đường người đi:

SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang:

2

Trang 3

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

1.5.5 Chọn sơ bộ tiết diện các thanh giàn chủ:

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

- Chọn các thanh xiên và thanh đứng có cùng bề rộng với thanh biên để dễ liên kếtgiữa các thanh với nhau, chọn các thanh biên có chiều cao h không đổi để dễ liên kết

- Chiều cao và chiều rộng được xác định theo công thức kinh nghiệm 332/Tr.345 sách N.I.POLIVANOV.

400

6060400

2 2

1.5.6 Tính trọng lượng kết cấu nhịp:

- Trọng lượng thép trên 1m dài dầm chủ có thể được xác định theo công thức:

Trang 4

DC(dc) = F a l a l

DW DC

k y

)1.(

25,1

.5,1.25,1.75,

kN/m.(tính cho một giàn chủ chịu )( gồm có bản mặt cầu , đường người đi , lan can ,

4,1.281,9.60.1,0.0,1.275,1.281,9.5,2.60.19,0.5,

DW

60.2

81,9.25,2)

60.0,1.02,060.7.075,0

- a: đặc trưng trọng lượng ứng với dầm giản đơn, a = 5,0(đối với cầu dàn)

số phân bố ngang, hệ số làn xe và hệ số xung kích, kN/m

Tính hệ số phân phối ngang của người và hoạt tải: dùng phương pháp đòn bẩy.

Trang 5

Hình1.3: Nguyên tắc đòn bẩy để xác định hệ số phân bố mômen của hoạt tải thiết

kế cho giàn chủ khi xếp tải một làn xe

100,9.35175,10.14525,12.145

10.5,2

01,6.5,145,24.25,162,28.75,1

Trang 6

&2 Thiết kế hệ dầm mặt cầu, liên kết dầm dọc vào dầm ngang, dầm ngang vào dàn chủ

2.1.Thiết kế dầm dọc

Dầm dọc đặt dọc theo hướng xe chạy, làm việc như một dầm liên tục nhiều nhịp,

có nhịp tính toán là khoảng cách giữa các dầm ngang, dầm dọc có tác dụng làm giảm

độ lớn của mặt cầu

2.1.1 Chọn tiết diện

Dùng tiết diện tổ hợp: tiết diện chữ I bao gồm tấm sườn dầm, các bản biên ghépvới nhau bằng mối hàn góc

Chọn tiết diện dầm dọc thỏa mãn các điều kiện cấu tạo sau

Đối với sườn dầm

1.15

18

1

Đối với bản biên

- Khi

f

W t d

t

.2

 ≤

50

1

thì phải bố trí sườn tăng cường đứng theo tính toán

→ Tổng hợp các điều kiện trên ta chọn sơ bộ dầm dọc có các kích thước như sau:

Ta có

f

W t d

t

.2

16.2600

12

50

1

nên ta không bố trí sườn tăng cường đứng

2.1.2 Tải trọng tác dụng lên dầm dọc

Sự phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên các dầm dọc được xác định theophương pháp đòn bẩy Hình 2.1 dưới đây thể hiện sự phân bố tải trọng lên các dầmdọc

SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang: 6

Trang 8

Bảng 2.2 Kết quả tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên các dầm dọc

Bảng 2.3 Mô men do tĩnh tải tính toán

Trang 9

Dầm 3 3,00 44,07 1,50 22,04

2.1.2.2Nội lực do hoạt tải

Hiệu ứng lớn nhất do hoạt tải gây ra được lấy theo giá trị lớn hơn của các trườnghợp sau

- Xe hai trục thiết kế + tải trọng làn + tải trọng người đi bộ (hệ số xung kíchIM=25%) (HL93M)

- Xe tải thiết kế + tải trọng làn + tải trọng người đi bộ (hệ số xung kích IM=25%)(HL93K)

Ở đây ta không xét tải trọng người (do dầm dọc không chịu tải trọng người)

* Tại tiết diện 100 (gối) :

Trang 11

Bảng 2.5 Nội lực do hoạt tải tính toán

2.1.3 Kiểm tra tiết diện

2.1.3.1- Trạng thái giới hạn cường độ I

- Yêu cầu mô men kháng uốn dẻo: Z

Giả thiết tiết diện chắc và biên chịu nén được liên kết dọc toàn bộ:

Trong đó:

Trang 12

Mn: là sức kháng danh định đặt trưng cho tiết diện chắc.

Từ đó: Z ≥

y

u F

M

=

250

10.27,

76,533,4712

28422

Trang 13

+ FYC: cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh chịu nén, FYC = 250 Mpa.

không hệ số và hai lần tải trọng mỏi(A6.10.4.2)

- Tính nội lực do tỉnh tải không hệ số:

- Tính nội lực do tải trọng mỏi:

* Hoạt tải tính cho TTGH mỏi và đứt gãy do mỏi:

Hình 2.2: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm dọc

(tính cho trạng thái giới hạn mỏi)

( Tải trọng mỏi do 1 xe tải mỏi gây ra, không xét hệ số làn xe)

Bảng 2.9 Nội lực do hoạt tải mỏi

Trang 14

vcf : Ứng suất đàn hồi lớn nhất của vách do tổ hợp tĩnh tải không hệ số và hai lần

- Tính nội lực do tải trọng mỏi:

Hình 2.2: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm dọc

( Tải trọng mỏi do 1 xe tải mỏi gây ra, không xét hệ số làn xe)

Bảng 2.11Nội lực do hoạt tải mỏi

160521627

,167

w x

x x

cf

g

t I

S V

Ek

=1,10

250

5.200000

Trang 15

F

E t

D

76.3

.376

.333,47

Dcp

→ đạt

b) Độ mảnh của biên chịu nén

Công thức kiểm tra:

YC f

f

F

E t

.0382

.05,716.2

240

E t

b

f

đạt

2.1.3.4 Kiểm tra điều kiện chống cắt

Với dầm vách không tăng cường

Vr = φv.Vn

Trong đó:

theo điều A6.10.7.2 như sau:

Nếu:

YW

E t

D

.46,2

2 E <

YW

E t

D

.07,3

D

.07,3

Trong đó:

Trang 16

+ FYW: Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng, FYW = 250 Mpa.

Vậy không cần bố trí sườn tăng cường tại gối

2.1.3.5 Yêu cầu cấu tạo

a) Tỷ số chung: Theo điều A.6.10.2.1

Đối với cấu kiện chịu uốn phải được cấu tạo theo tỷ lệ sao cho:

Iy

Iyc

0,9Trong đó:

Trang 17

76,5

33,4712

)16.2600(5,0

D



2.1.3.6 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng

Trạng thái giới hạn sử dụng được kiểm tra để dảm bảo độ võng do tỉnh tải khôngảnh hưởng đến giao thông trên cầu

Đối với cả hai biên của tiết diện không liên hợp

Trong đó:

2.1.3.7 Kiểm tra mỏi và đứt gãy

Biên độ ứng suất cho phép phụ thuộc chu kỳ tải trọng và cấu tạo liên kết Đứt gãyphụ thuộc vào cấp liệu vật liệu và nhiệt độ

a) Chu kỳ tải trọng

Giả sử lưu lượng xe trung bình hàng ngày là ADT = 15000 xe/làn/ngày và có hai

làn xe tải, tỉ lệ xe tải trong đoàn xe là 0,2 (lấy theo Bảng 6.2 Tr.189 sách Cầu thép)

ADTT = 0,2.ADT = 0,2.(15000).(2 làn) = 6000 xe tải/ngày

Số xe tải trong một ngày cho một làn xe trung bình trong tuổi thọ thiết kế tính toántheo biểu thức:

Trang 18

n = 2,0 lấy theo Bảng 6.3 Tr.190 sách Cầu thép.

b) Biên độ ứng suất cho phép mỏi -Loại A

Sức kháng mỏi danh định được tính theo biên độ ứng suất lớn nhất cho phép nhưsau:

3 / 1

+ A: là hằng số mỏi thay đổi theo loại chi tiết mỏi, lấy ở Bảng 6.5 Tr.193 sách Cầu

10.30,372

c) Biên độ ứng suất lớn nhất: được giả thiết bằng hai lần biên độ ứng suất gây ra

do hoạt tải mỏi đi qua Tuy nhiên biên độ ứng suất không cần nhân với 2 vì sức khángmỏi đã chia cho 2

Đối với mỏi:U = 0,75.(1+IM)LL

Lực xung kích trong tính mỏi IM = 0,15

Mômen lớn nhất lớn nhất của dầm tính theo tải trọng mỏi:

M = 93,80 kN.m

1605216

10.80,

2.2.1 Chọn tiết diện

Trang 19

Chọn tiết diện dầm ngang thỏa mãn các điều kiện cấu tạo sau

*)Đối với sườn dầm

1.12

17

1

+ Dầm ngang còn phải chọn sao cho đủ độ cao để bố trí vai kê dầm dọc, vì vậy

1

*) Đối với bản biên

- Khi

f

W t d

t

.2

 ≤

80

1

thì phải bố trí sườn tăng cường đứng theo tính toán

Tổng hợp các điều kiện trên ta chọn sơ bộ dầm ngang có các kích thước như sau:

Ta có

f

W t d

t

.2

30.21100

14

cường đứng

Xác định đặc trưng hình học của dầm ngang

2.2.2 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang.

Dầm ngang được liên kết bằng bulông vào bản nút của giàn chủ thông qua cácthép góc liên kết Liên kết này dễ bị xoay nên dầm ngang được tính theo sơ đồ dầmgiản đơn có nhịp tính toán bằng khoảng cách B giữa tim 2 giàn chủ

a) Tỉnh tải: gồm các lớp phủ mặt cầu, bó vỉa, bản mặt cầu, trọng lượng của dầm

dọc, trọng lượng bản thân các đầm ngang

Tính tỉnh tải tác dụng lên dầm ngang:

Trang 20

- Tải trọng bản thân dầm ngang: phân bố đều lên dầm ngang với cường độ lấy gầnđúng là:

8.0

Hình 3.2 Sơ đồ tính tỉnh tải tác dụng lên dầm ngang.

b) Hoạt tải: gồm xe tải thiết kế kết hợp với tải trọng làn hoặc xe hai trục thiết kế

kết hợp với tải trọng làn

* Hoạt tải tính cho TTGH cường độ I và sử dụng:

Áp lực do một dãy bánh xe đứng trong hai khoang kề bên dầm ngang tính được bằng cách xếp xe lên đường ảnh hưởng:

Hình 7: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm ngang.

(tính cho trạng thái giới hạn cường độ I và sử dụng)

SVTH: TRẦN VĂN ĐIỀU Lớp: 27X3NT Trang:

1.2m

110kN110kN

4.3m 4.3m

Trang 21

- Với xe tải thiết kế:

- Với xe hai trục thiết kế:

Vậy ta tính được hoạt tải tác dụng lên dầm ngang:

ALL+IM = (ATr hoặc ATa).(1+IM) = 99.(I+IM)

3

3,9

Hình 8: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm ngang.

Trang 22

DW

DC1 DC2+DC3

Hình 9: Sơ đồ tính nội lực của dầm ngang do tỉnh tải.

Kết quả tính toán thể hiện trong các bảng tính sau:

ALL+IM = 77,45.(1+IM) khi tính cho TTGH mỏi hoặc:

ALL+IM = 99,00.(1+IM) khi tính cho các trạng thái giới hạn còn lại

3

3,9

Trang 23

= 1,00 đối với TTGH sử dụng

= 1,00 đối với TTGH mỏi

m: hệ số làn xe : m=1,0 khi chất tải 2 làn xe; đối với trạng thái mỏi ta không

Hình 10: Sơ đồ tính nội lực của dầm ngang do hoạt tải.

Kết quả tính toán thể hiện trong các bảng tính sau:

Trang 24

Kết quả tính toán nội lực được tổng hợp trong bảng sau:

2.2.3- Kiểm tra tiết diện

2.2.3.1 Trạng thái giới hạn cường độ I

- Yêu cầu mô men kháng uốn dẻo: Z

Trong đó:

Từ đó: Z ≥

y

u F

M

=

250

10.01,

Trang 25

- Ta có bảng tính các đặt trưng hình học của tiết diện như sau:

76,529,7414

52022

không hệ số và hai lần tải trọng mỏi:

- Tính nội lực do tỉnh tải không hệ số:

C

F

E t

D

76

Trang 26

=> 106,35

250

20000076

.376

.329,74

Dc

đạt

b) Độ mảnh của biên chịu nén

Công thức kiểm tra:

YC f

f

F

E t

.0382

.067,530.2

340

E t

b

f

đạt

2.2.3.4 Kiểm tra điều kiện chống cắt

Vr = φv.Vn

Trong đó:

theo điều A6.10.7.2 như sau:

Nếu:

YW

E t

D

.46,2

D

.07,3

D

.07,3

Trang 27

Vậy không cần bố trí sườn tăng cường tại gối.

2.2.3.5 Yêu cầu cấu tạo

a) Tỷ số chung: Theo điều A.6.10.2.1

Đối với cấu kiện chịu uốn phải được cấu tạo theo tỷ lệ sao cho:

Iy

Iyc

0,9Trong đó:

,17

200000

76,5

29,7414

)30.21100(5,0

C

f

E t

D



2.2.3.6 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng

Trạng thái giới hạn sử dụng được kiểm tra để dảm bảo độ võng do tỉnh tải khôngảnh hưởng đến giao thông trên cầu

Đối với cả hai biên của tiết diện không liên hợp

Trang 28

Trong đó:

2.2.3.7 Kiểm tra mỏi và đứt gãy

Biên độ ứng suất cho phép phụ thuộc chu kỳ tải trọng và cấu tạo liên kết Đứt gãyphụ thuộc vào cấp liệu vật liệu và nhiệt độ

a) Chu kỳ tải trọng

Giả sử lưu lượng xe trung bình hàng ngày là ADT = 15000 xe/làn/ngày và có hai

làn xe tải, tỉ lệ xe tải trong đoàn xe là 0,2 (lấy theo Bảng 6.2 Tr.189 sách Cầu thép)

ADTT = 0,2.ADT = 0,2.(15000).(2 làn) = 6000 xe tải/ngày

Số xe tải trong một ngày cho một làn xe trung bình trong tuổi thọ thiết kế tính toántheo biểu thức:

n = 1,0 lấy theo Bảng 6.3 Tr.190 sách Cầu thép.

b) Biên độ ứng suất cho phép mỏi -Loại B

Sức kháng mỏi danh định được tính theo biên độ ứng suất lớn nhất cho phép nhưsau:

3 / 1

+ A: là hằng số mỏi thay đổi theo loại chi tiết mỏi, lấy ở Bảng 6.5 Tr.193 sách Cầu

10.15,186

103,

Trang 29

c) Biên độ ứng suất lớn nhất: được giả thiết bằng lai lần biên độ ứng suất gây ra

do hoạt tải mỏi đi qua Tuy nhiên biên độ ứng suất không cần nhân với 2 vì sức khángmỏi đã chia cho 2

Đối với mỏi:U = 0,75.(1+IM)LL

Lực xung kích trong tính mỏi IM = 0,15

Mômen lớn nhất lớn nhất của dầm tính theo tải trọng mỏi:

= 29,99 MPa < 55Mpa => đạt

2.3 Thiết kế liên kết dầm dọc vào dầm ngang

Liên kết gồm có : bản con cá ở biên trên , các thép góc liên kết đứng và vai kê Tatiến hành chọn trước cấu tạo liên kết , sau đó tiến hành tính toán ,kiểm tra

- Giả thiết trong tính toán :

+ Mômen gối do bản con cá và số bu lông nối vai kê với cánh dầm dọc chịu

+ Lực cắt phân bố đều cho các bu lông nối sườn dầm dọc và cánh đứng của vai kêvới sườn dầm ngang

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

2.3.1Xác định số bu lông liên kết bản con cá với cánh trên của dầm dọc

Ddd

6,0

3,271



- Số lượng bulông được xác định theo công thức sau:

n ≥

n R m

S

Trong đó:

+ S: Nội lực trong bản con cá

+ n: số lượng bulông cần thiết

+ m: hệ số an toàn, chọn m = 0.9

( Do liên kết không chịu ứng suất đổi dấu ,nên ta có thể dùng liên kết bu lôngcường độ cao chịu ép mặt)

Trang 30

* Tính R n em

Bố trí bulông sao cho khoảng cách tỉnh giữa các bulông không nhỏ hơn 2d và

Trong đó:

d: là đường kính danh định của bulông, d = 20 mm

t: chiều dày bản nối, t =14 mm (giả thiết chiều dày bản con cá là 14 mm)

=> chọn số bulông ≥ 5 và thỏa điều kiện cấu tạo

 Tính toán bản con cá chịu kéo

Kích thước bản con cá xác định theo điều kiện

Sức kháng chảy có hệ số của tiết diện nguyên :

g y ny y

Sức kháng đứt có hệ số của tiết diện thực :

U A P

P r u nu uFu n (4.3)

Trong đó:

A.6.5.4.2, y = 0,95

Trang 31

+ u:là hệ số sức kháng đối với kéo ,đứt trong mặt cắt thực, lấy ở mục A.6.5.4.2,

u

+ U: hệ số triết giảm khi xét đến cắt trễ

Đối với bản con cá, giả thiết nội lực truyền đến tất cả tiết diện thanh → U=1,0

Giả thiết trên bản con cá sẽ bố trí mỗi hàng có hai bu lông cường độ cao có đường kính danh định 20 mm

Dựa vào kết quả tính toán ta bố trí bản con cá như sau

- Căn cứ vào cách bố trí ta tiến hành kiểm tra sức kháng kéo trong bản con cá

Trang 32

Tiết diện S (KN) Pr (KN)(4.2) Pr (KN)(4.3) Min(4.2,4.3) Kết luận

2.3.2 2 Xác định số bu lông liên kết sườn dầm dọc và thép góc liên kết

n ≥

n

g R m

Tính R n em

Trong đó:

t: chiều dày bản nối, t =11,1mm (dùng thép góc L102×102×11,1)

Trang 33

Trong đó n : số bu lông trên thép góc đứng (cả ở sườn dầm dọc và vai kê )

11

523,430

Trang 34

Pb= Mv.

max

i e

e

)90180360

2.4 Thiết kế liên kết dầm ngang vào nút

Chọn liên kết dầm ngang vào nút bằng 2 thép góc bố trí 2 bên sườn dầm và bằngbulông cuờng độ cao Ta tính số lượng bulông cần thiết như sau:

2.4.1.Công thức tính

- Tính liên kết dầm ngang vào nút giàn dựa vào lực cắt có hệ số tại gối,

2

Trang 35

Trong đó:

t: chiều dày bản nối, t =11,1 mm

54,621

= 6,91 bulông

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

Hình vẽ dầm ngang liên kết vào giàn chủ được thể hiện trong bản vẽ

&3 Thiết kế các thanh qui tụ tại nút số 4

3.1-Xác định nội lực các thanh qui tụ tại nút số 4

3.1.1- Xác định tải trọng tác dụng lên giàn

Tỉnh tải tác dụng lên giàn bao gồm

-Trọng lượng của BMC (phần xe chạy và đường người đi):

= 1,793 kN/m-Trọng lượng giàn: 9,43 kN/m

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	2,02 MB