THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Chương SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU 1.1 Yêu cầu thiết kế Thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm thép liên hợp với bê tông cốt thép 1.2 Các số liệu ban đầu − Quy trình thiết kế: 22TCN272 – 05 − Hoạt tải tiêu chuẩn: + HL93 + PL: 3kN/m2 − Chiều dài nhịp: Lnh =27m − Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 27 – 2.0,4 = 26,2m − Bề rộng toàn cầu: B = + 2.1+ 2.0,5 = 11m − Liên kết: Bu lông cường độ cao − Dầm chủ: Dầm tổ hợp dùng liên kết hàn − Vật liệu: Thép hợp kim thấp cường độ cao cấp 345 + Cường độ chịu kéo: fu = 450MPa + Cường độ chảy: fy = 345MPa − Chiều dày mặt cầu: ts = 19cm − Cường độ chịu nén bê tông: f c' = 30MPa 1.3 Lựa chọn kích thước dầm chủ bê tông 1.3.1 Kích thước dầm chủ − Số lượng dầm chủ: n = − Khoảng cách dầm: S = (1800 – 2500)mm = 2200mm − Chiều cao dầm thép: h =    ÷ .Ltt  30 20  = (873 – 1310)mm = 1200mm − Bề rộng cánh chịu nén: bc = (300 – 400)mm = 300mm − Chiều dày cánh chịu nén: tc = (20 – 30)mm = 30mm − Bề rộng cánh chịu kéo: bt = (400 – 600)mm = 500mm − Chiều dày cánh chịu kéo: tt = (20 – 30)mm = 30mm − Bề rộng sườn: tw = (14 – 20)mm = 20mm − Chiều cao sườn dầm: Dw = h – tc – tt = 1200 – 30 – 30 = 1140mm 1 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP − Modun đàn hồi thép: Es = 2.105MPa 1.3.2 Kích thước bê tông − Chiều cao phần vuốt mở rộng: th = (100 – 150)mm = 110mm − Bề rộng phần vuốt mở rộng: bh = (100 – 150)mm = 110mm − Chiều dày mặt cầu: ts = 190mm − Khối lượng riêng bê tông: γc = 2500kG/m3 − Modun đàn hồi bê tông: − ' 1,5 E c = 0,043.γ1,5 c f c = 0,043.2500 30 = 29440Mpa MAT CAT NGANG CAU (TL 1:40) 1/2 M? T C? T GI? A NH?P 1/2 M? T C? T G? I 11000 500 1000 4000 4000 1000 500 L? P BÊ TÔNG NH? A DÀY 7CM L? P PHÒNG NU? C D? NG PHUN 250 2% 2% V? CH SON 1200 500 B? N M? T C? U 19CM V? CH SON 1100 2200 2200 2200 2200 1100 1.3.3 Xác định bề rộng cánh hữu hiệu b2 b2 b2 b1 bg bn s de Hình 1.3.3.1.1 Bề rộng tính toán bê tông − Xác định b1: Lấy nhỏ giá trị sau: 2 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP + L tt + 6ts + = 3275mm 1  t w max  1 b  c = 6.190 + 1  20 = 10mm max   300 = 75mm  = 1215mm + de = 1100mm − Xác định b2: Lấy nhỏ giá trị sau: + L tt + 6ts + + = 3275mm 1  t w max  1 b  c = 6.190 + 1  20 = 10mm max   300 = 75mm  = 1215mm S 2200 = = 1100mm 2 => Bề rộng tính toán bê tông dầm biên: bng = b1 + b2 = 1100 + 1100 = 2200mm => Bề rộng tính toán bê tông dầm trong: bg = 2.b2 = 2.1100 = 2200mm 500 30 1200 20 300 30 300 1140 1500 110 190 190 30 500 110 1200 20 1140 1200 1416 300 30 26 30 26 MAT CAT DAM THEP (TL 1:25) 20 500 1140 2200 2200 30 MAT CAT LIEN HOP DAM TRONG (TL 1:25) MAT CAT LIEN HOP DAM BIEN (TL 1:25) Hình 1.3.3.1.2 Mặt cắt dầm 1.4 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt tiết diện 3 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.4.1 Xác định DTHH mặt cắt dầm thép − Diện tích mặt cắt: ANC = bc.tc + bt.tt + tw.Dw − Momen tĩnh tiết diện qua đáy dầm thép: SNC = t  t  D  b c t c  h − c ÷+ b t t t t + t w D w  w + t t ÷ 2    − Khoảng cách từ đáy dầm đến trục trung hòa: Y= SNC A NC − Momen quán tĩnh mặt cắt dầm thép: + Momen quán tĩnh bụng: Iw = t w D3w D  + t w D w  w + t t − Y ÷ 12   + Momen quán tĩnh cánh chịu nén: Icf = b c t 3c t   + bc t c  h − Y − c ÷ 12 2  + Momen quán tĩnh cánh chịu kéo: Itf = b t t 3t t   + b t t t  Y − t ÷ 12 2  => INC = Iw + Icf + Itf Bảng 1.4.1.1.1.1 Bảng kết tính DHTT mặt cắt dầm thép Các đặc trưng hình học mặt cắt Diện tích mặt cắt Momen tĩnh tiết diện qua đáy dầm Khoảng cách từ đáy dầm đến trục trung hòa Momen quán tĩnh bụng Momen quán tĩnh cánh chịu nén Momen quán tĩnh cánh chịu kéo Momen quán tĩnh mặt cắt dầm thép Kí hiệu ANC SNC Y Iw Icf Itf INC Giá trị 46800 2,457.107 525 2,597.109 3,921.109 3,903.109 1,042.1010 Đơn vị mm2 mm3 mm mm4 mm4 mm4 mm4 1.4.2 Xác định DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực ngắn hạn − Hệ số quy đổi: 4 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP n= Es Ec = 200000 = 6,793 29442 Lấy n = − Diện tích mặt cắt: + Diện tích bê tông: A s = bs t s + b c t h + b h t h + Diện tích mặt cắt quy đổi: AST = A NC + AS n − Momen quán tĩnh tiết diện liên hợp với TTH I-I tiết diện dầm thép: SST = 1 ts  th     bs t s  h − Y + t h + ÷+ b c t h  h − Y + ÷+ .b h t h (h − Y + t h )  n 2 2    − Khoảng cách từ TTH I-I đến trọng tâm tiết diện liên hợp: Z= SST AST − Xác định momen quán tính tiết diện liên hợp: + Momen quán tĩnh dầm thép: I 'NC = I NC + A NC Z + Momen quán tĩnh phần bê tông: ts   1  bs t s   Is =  + bs t s  h − Y − Z + t h + ÷  n 2    12  + Momen quán tĩnh phần vút cánh: 2  bc t 3h th  b h t 3h     Ih =  + bc t h  h − Y − Z + ÷ + + .b h t h  h − Y − Z + t h ÷  n  12 2 36     5 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP => IST = I'NC + IS + I h Bảng 1.4.2.1.1.1 Bảng kết tính DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực ngắn hạn Các đặc trưng hình học mặt cắt Kí hiệu Giá trị Đơn vị Diện tích bê tông Diện tích quy đổi mặt cắt Momen quán tĩnh tiết diện liên hợp với TTH I-I tiết diện dầm thép Khoẳng cách từ TTH I-I đến trọng tâm tiết diện liên hợp Momen quán tĩnh dầm thép As AST SST 463100 1,394.105 8,020.107 mm2 mm2 mm3 Z 478,788 mm I'NC 2,591.1010 mm4 Momen quán tính phần bê tông Momen quán tính phần vút cánh Momen quán tính tiết diện liên hợp Is Ih IST 8,012.109 2,386.108 3,416.1010 mm4 mm4 mm4 1.4.3 Xác định DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực dài hạn − Hệ số quy đổi: n’ = 3.n = 3.8= 24 − Diện tích mặt cắt: + Diện tích bê tông: A s = bs t s + b c t h + b h t h + Diện tích mặt cắt quy đổi: A LT = A NC + AS n' − Momen quán tĩnh tiết diện liên hợp với TTH I-I tiết diện dầm thép: SLT = t   1 t    b t h − Y + t h + s ÷+ b c t h  h − Y + h ÷+ .b h t h (h − Y + t h )  '  s s  n  2 2    − Khoảng cách từ TTH I-I đến trọng tâm tiết diện liên hợp: Z' = SLT A LT − Xác định momen quán tính tiết diện liên hợp: + Momen quán tĩnh dầm thép: 6 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP I'NC = I NC + A NC Z '2 + Momen quán tĩnh phần bê tông: t s    bs t s3  Is = '  + bs t s  h − Y − Z'+ t h + ÷  n  12    + Momen quán tĩnh phần vút cánh: 2  b c t 3h th  b h t 3h     Ih = '  + b c t h  h − Y − Z'+ ÷ + + .b h t h  h − Y − Z'+ t h ÷  n  12 2 36     => I LT = I'NC + IS + I h Bảng 1.4.3.1.1.1 Bảng kết tính DTHH mặt cắt liên hợp – chịu lực dài hạn Các đặc trưng hình học mặt cắt Kí hiệu Giá trị Đơn vị Diện tích bê tông Diện tích quy đổi mặt cắt Momen quán tĩnh tiết diện liên hợp với TTH I-I tiết diện dầm thép Khoẳng cách từ TTH I-I đến trọng tâm tiết diện liên hợp Momen quán tĩnh dầm thép As ALT SLT 463100 7,641.104 2,661.107 mm2 mm2 mm3 Z’ 252,780 mm I'NC 1,610.1010 mm4 Momen quán tính phần bê tông Momen quán tính phần vút cánh Momen quán tính tiết diện liên hợp Is Ih ILT 7,963.109 4,525.108 2,452.1010 mm4 mm4 mm4 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Chương TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG 2.1 Tĩnh tải tác dụng lên KCN 2.1.1 Tĩnh tải giai đoạn I 2.1.1.1 Trọng lượng sườn gia cường − Trọng lượng sườn tăng cường: ÷ ÷ = (Dw 3Dw) = (1340 4020)mm g sgc = t sgc h sgc bsgc γ thep q stc = KN Σg sgc n sgc n.L tt Bảng 2.1.1.1.1.1 Bảng số liệu sườn gia cường Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Chiều dày sườn gia cường tsgc 16 Chiều cao sườn gia cường hsgc 1140 Bề rộng sườn gia cường bsgc 140 Khoảng cách sườn gia cường 2620 Số sườn gia cường theo dọc cầu nd 13 Số sườn gia cường theo ngang cầu nn Số sườn gia cường nsgc 104 Trọng lượng gsgc 0,2 Trọng lượng SGC 1m dầm chủ qsgc 0,159 Đơn vị mm mm mm mm thanh kN kN/m 2.1.1.2 Trọng lượng dầm ngang mặt cắt đầu dầm − Cấu tạo: (TL 1:25) 2200 700 1200 1500 250 2200 A 250 A 2200 8 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Hình 2.1.1.2.1 Liên kết ngang mặt cắt gối − Chiều cao dầm ngang: hdn = (0,6 – 0,7)hdc = (720 – 840)mm − Trọng lượng dầm ngang: q dn = Σg dn n dn Ldn n.L tt Bảng 2.1.1.2.1.1 Số liệu dầm ngang mặt cắt gối Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Số hiệu thép làm liên kết ngang gối I700 Chiều cao dầm ngang hdn 700 Bề rộng cánh b 2200 Chiều dày cánh t 20,8 Chiều dày bụng tw 12,7 Trọng lượng 1m gn 1,37 Số lượng dầm ngang theo phương dọc cầu nd Số lượng dầm ngang theo phương ngang cầu nn Tổng số dầm ngang toàn cầu ndn Khoảng cách dầm ngang adn 26,2 Chiều dài liên kết ngang Ldn 2,14 Trọng lượng dầm ngang 1m dầm chủ qdn 0,179 Đơn vị mm mm mm mm kN/m dầm dầm dầm m m kN/m 2.1.1.3 Trọng lượng hệ liên kết ngang dầm − Cấu tạo: (TL 1:25) 2200 800 250 1200 1500 150 2200 2200 Hình 2.1.1.3.1 Liên kết ngang mặt cắt nhịp 9 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP − Chiều cao hệ liên kết ngang: hdn = (0,6 – 0,7)hdc = (720 – 840)mm − Trọng lượng hệ liên kết ngang: alkn = 2.do = 2.2,620 = 5240m q lkn = Σg lkn n lkn Llkn 0,151.112.2, 24 = = 0, 228KN / m n.L tt 5.33, − Hệ liên kết ngang thép L 100x100x10 Bảng 2.1.1.3.1.1 Số liệu hệ liên kết ngang mặt cắt nhịp Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao hệ liên kết ngang hlkn 800 mm Số hệ LKN theo phương dọc cầu nd hệ Số hệ LKN theo phương ngang cầu nn hệ Tổng số hệ LKN toàn cầu nlkn 20 hệ Khoảng cách hệ LKN alkn 5,240 m Bề rộng cánh thép góc bg 100 mm Chiều dày cánh thép góc tg 10 mm Trọng lượng 1m glkn 0,151 kN/m Thanh trên, Số liên kết ngang n Số lượng nlkn 40 Chiều dài Llkn 2,14 m Thanh xiên Số liên kết ngang n Số lượng nlkn 40 Chiều dài Llkn 2,285 m Trọng lượng LKN 1m dầm chủ qlkn 0,197 kN/m 2.1.1.4 Trọng lượng liên kết dọc − Cấu tạo: 10 10 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 3.5.1 Chọn kích thước neo − Sử dụng neo đinh mũ − Đường kính thân neo d = 16 ÷ 24mm, Chọn d = 20mm − Chiều cao neo h > 4d = 4.20 = 80mm, Chọn h = 120mm − Bước neo tính từ tim đến tim neo không vượt 600mm không nhỏ 6d = 6.20 = 120mm − Theo phương ngang cầu khoảng cách neo >4d = 4.20 = 80mm − Khoảng cách tĩnh cánh mép neo chống cắt phải lớn 25mm 3.5.2 Tính Toán theo TTGH CD ns = Vh Vh = Qr φsc Qn Trong φsc =0,85 Qn Qn = 0,5 Asc f c' Ec ≤ Asc Fu Asc = Đối với neo 20mm Và với f c' = 30 Mpa => π 20 = 314mm γ c = 2500(kg / cm3 ) Ec = 29440 Mpa Ta có Qn = 0,5.314 30.29440 = 147546, 592 N = 147,547( KN ) Do Vậy giá trị lớn giới hạn Asc Fu = 314.450 = 141300 N = 141,3KN Do Q=141,3(KN) +Lực cắt ngang danh định Vh = Fy As = 345.46800 = 16,146.10 ( N ) = 16146( KN ) Lại có 43 Vh = 0,85 f c' b.ts = 0,85.30.2200.190 = 10, 659 N = 10659( KN ) 43 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Do ns = Vh = 10659( KN ) Và số lượng neo yêu cầu 10659 = 88, 747 neo 085.141,3 3.5.3 Tính toán neo theo TTGH mỏi Ta có bước từ tim neo theo Phương dọc không 600mm không nhở lần đường kính than neo (6.20=120mm) p= Ta có nZ r I Vsr Q Trong I Q tính chất đàn hồi tiết diện liên hợp ngắn hạn Z r = α d ≥ 19d Trong α = 238 − 29.5log N = 238 − 29.5(8,57) = −15 ≤ 19Mpa N = 372.106 Z r = 19d = 19.202 = 7, KN Các trị số I Q tính sau Và Q= I = 34,16.109 As ( h − Y − Z − Z s ) 463100(1200 − 525 − 478, 788 + 252, 78) = = 2,599.107 (mm3 ) 8 Vsr = Vgoi = 157, 438KN +Với vị trí L/4 ta có p1 = nZ r I 2.7,6.34,16.109 = = 126,895mm Vsr Q 157, 438.2,599.107 =>chọn p1 =120 mm +với vị trí L/2 ta có p2 = Vsr = VL /4 = 107, 746 KN nZ r I 2.7, 6.34,16.109 = = 185, 419mm Vsr Q 107, 746.2,599.107 =>chọn p =150 mm 44 44 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.6550 = 110neo 120 2.6550 − 2.1000 n2 = = 74neo 150 n1 = Lại có Vay Tổng n1 + n2 = 184neo Vậy ta chọn số lượng neo theo TTGH mỏi có n=184 neo +vẽ bố trí neo 13100 120 400 NEO ÐINH MU D20 55a120 400 11a150 6550 1150 25a150 6550 Hình 3.5.2.1.1 Bố trí neo liên kết 3.6 Tính toán bố trí sườn tăng cường 3.6.1 Kiểm tra sườn gia cường gối 3.6.1.1 Kiểm tra điều kiện cấu tạo − Bề rộng sườn gia cường phải thỏa mãn b t ≤ 0, 48.t p E 200000 = 0, 48.16 = 184,913mm Fys 345 Trong đó: tp: Chiều dày sườn gia cường, = 16mm bt: Bề rộng sườn gia cường, bt = 140mm => Đạt 3.6.1.2 Kiểm toán sức kháng ép mặt 45 45 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP − Công thức kiểm toán Vu ≤ Bf Trong đó: Vu: Lực cắt lớn mặt cắt gối, Vu = 1038,715kN Bf: Sức kháng ép sườn gia cường, φb : Hệ số sức kháng ép mặt, Bf = φb A pn Fys φb = Apn: Diện tích hiệu dụng sườn gia cường, Apn = 2.bt.tp=2.140.16=4480mm2 => Bf = 1.4480.345.10-3 =1545,6kN Vậy: Vu = 1038,715kN< Bf = 1545,6kN => Đạt 3.6.1.3 Kiểm toán sức kháng nén dọc trục − Xác định sức kháng danh định Pn + Nếu + Nếu λ ≤ 2,25 λ > 2,25 0,66λ.Fy A pn Pn = Pn = 0,88.Fy A pn λ Với  K.L  Fy λ= ÷  rs π  E Trong đó: L: Chiều dài lấy chiều cao sườn gia cường, L = 1140mm K: Hệ số chiều dài hiệu dụng, K = 0,75 rs: Bán kính quán tính mặt cắt hiệu dụng lấy trục qua chiều dày sườn dầm rs = I pn An = 2,927.107 = 50,06mm 11680 Trong đó: Apn: Diện tích hiệu dụng sườn gia cường An = 2.bt.tp + 2.9.tw.tw= 2.140.16 + 2.9.20.20 =11680mm2 Ipn: Momen quán tính sườn gia cường với trục qua mép bụng dầm 46 46 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 2  t p b3t  16.1403  bt    140   I pn =  + t p b t  ÷ ÷ =  + 16.140  = 2,927.10 mm ÷÷  12 ÷  ÷    2   12  =>  0,75.1140  345 λ = ÷  50,06.π  2.10 = 0,051< 2,25 Pn = 0,66λ.Fy A pn = 0,660,051.345.11680.10 −3 = 3945,106kN Vậy: − Công thức kiểm toán : Vu ≤ Pr Trong đó: Vu: Lực cắt lớn mặt cắt gối, Vu = 1038,715kN φc : Hệ số sức kháng nén, φc =0,9 Pr: Sức kháng nén dọc trục tính toán, Vậy: Pr = φc Pn Vu = 1038,715kN ≤ Pr = 3550,595kN = 0,9.3945,106 = 3550,595kN => Đạt 3.6.1.4 Kiểm tra độ mảnh giới hạn − Công thức kiểm toán KL 0,75.1140 = = 17,08 < 120 rs 50,06 =>Đạt Trong đó: K: Hệ số chiều dài hiệu dụng, K = 0,75 L: Chiều dài lấy chiều cao sườn gia cường, L = 1140mm rs: Bán kính quán tính mặt cắt hiệu dụng lấy trục qua chiều dày sườn dầm, rs = 50,06mm 3.6.2 Kiểm tra sườn gia cường trung gian 3.6.2.1 Kiểm tra điều kiện cấu tạo − Bề rộng sườn gia cường phải cấu tạo đảm bảo điều kiện: 47 47 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP  h E ≤ b t ≤ 0, 48.t p (1) 50 + 30 F ys  0, 25.b ≤ b ≤ 16.t (2) f t p  + Xét điều kiện (1) 1200 2.105 50 + = 90mm < b t = 140mm < 0,48.16 = 184,913mm 30 345 => Đạt + Xét điều kiện (2) 0,25.300 = 75mm < b t = 140mm < 16.16 = 256mm => Đạt 3.6.2.2 Kiểm tramomen quán tính sườn gia cường − Momen quán tính sườn tăng cường phải thỏa mãn điều kiện: I r ≥ d o t 3w J Trong đó: do: Khoảng cách sườn tăng cường trung gian, = 2620mm It: Momen quán tính sườn tăng cường quanh mép bụng sườn tăng cường đơn quanh trục chiều dày bụng sườn tăng cường kép, It = 3,416.107mm4 Dp: Chiều cao bụng, Dp = 1140mm Với D   1140  J = 2,5  p ÷ − = 2,5  ÷ − = −1,527 < 0,5 d 2620    o Vậy: => Lấy J = 0,5 I r = 3, 416.107 mm > d o t 3w J = 2620.203.0,5 = 10, 48.106 mm => Đạt 3.6.2.3 Kiểm tra diện tích sườn gia cường − Công thức kiểm toán:   F V A pn ≥ 0,15.B.h.t w ( − C ) u − 18.t 2w   yw  Vr    Fys  ÷ ÷  Trong đó: B: Hệ số, sườn gia cường thép tấm, lấy B = 2,4 48 48 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP C: Tỉ số ứng suất oằn cắt cường độ chảy cắt, C =1 Vu: Lực cắt tính toán lớn nhất, Vu = 1038,715kN Vr: Sức kháng cắt tính toán dầm, Vr = 4562,28kN Vậy: 1035,092    345  A pn = 11680mm >  0,15.2, 4.1200.20 ( − 1) − 18.202   ÷ = −7200mm 4562, 28    345  => Đạt 3.7 Tính toán liên kết cánh bụng (sử dụng liên kết hàn) 3.7.1 Lực gây trượt dọc tải trọng gây tt VDC ScI VDW ( Sc + Ss To = + I NC ILT tt II ' II ' ) +V tt LL + IM ( ScII + SsII ) I NC Trong đó: INC, IST, ILT: Lần lượt momen quán tĩnh dầm thép, tiết diện liên hợp ngắn hạn, tiết diện liên hợp dài hạn tt tt tt VDC , VDW , VLL + IM : Lần lượt lực cắt tính toán xuất dầm tĩnh tải I, tĩnh tải II, hoạt tải tác dụng ScI ,ScII ,ScII ' : Lần lượt momen tĩnh cánh nén dầm thép trục trung hòa dầm thép I-I, mặt cắt liên hợp ngắn hạn II-II, mặt cắt liên hợp dài hạn II’-II’ SsII ,SsII ' : Lần lượt momen tĩnh bê tông trục trung hòa mặt cắt liên hợp ngắn hạn II-II, mặt cắt liên hợp ngắn hạn II’-II’ t   ScI = b c t c  h − Y − c ÷ 2  t   ScII = bc t c  h − Y − Z − c ÷ 2  ScII = t   S = bc t c  h − Y − Z' − c ÷ 2  S = II ' c II ' c A s ( H − Y − Z − ( t s + t h − Zs ) ) n A s ( H − Y − Z' − ( t s + t h − Zs ) ) n' Zs: Trọng tâm phần bê tông tới mép dầm thép, Zs = 190,266mm Bảng 3.7.1.1.1.1 Bảng tính lực gây trượt dọc 49 49 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Các đại lượng Kí hiệu Lực cắt tính toán GD I Lực cắt tính toán GD II Lực cắt tính toán hoạt tải Momen quán tĩnh dầm thép Momen quán tĩnh tiết diện liên hợp dài hạn Momen quán tĩnh tiết diện liên hợp ngắn hạn Momen tĩnh cánh nén TTH I-I Momen tĩnh cánh nén TTH II’-II’ Momen tĩnh cánh nén TTH II-II Momen tĩnh bê tông nén TTH II’-II’ Momen tĩnh bê tông TTH II-II Lực gây trượt dọc tt VDC tt VDW tt VLL + IIM NC ILT IST ScI ScII ' ScII SsII ' SsII T Giá trị Đơn vị 258.879 162.039 672.467 1.042E+10 2.452E+10 3.416E+10 5.940E+06 3.665E+06 1.631E+06 1.183E+07 2.241E+07 723.168 kN kN kN mm4 mm4 mm4 mm3 mm3 mm3 mm3 mm3 kN/m 3.7.2 Lực thẳng đứng tải trọng bánh xe gây − Công thức tính toán V= α.γ.(1 + IM).P λ Trong đó: P: Áp lực bánh xe có xét đến hệ số tải trọng tải thiết kế P = 72,5kN λ γ : Là chiều dài phân bố tải trọng bánh xe, α α : Hệ số tiếp xúc, = hệ số xung kích 1+IM, chọn xe λ = a + 2.H H: Chiều dày mặt cầu lớp phủ mặt cầu H = ts + tv + tpu = 190 + 110 + 70 = 370mm a2: Chiều dài tiếp xúc vệt bánh xe với mặt đường a = 2, 28.10−3.γ ( + IM ) P = 2, 28.10−3.1,75.1, 25.72500 = 361,594mm = 0,362m => λ = 0,362 + 2.0,37 = 1,102m V= 1.1,75.1, 25.72,5 1,102 Vậy: = 143,914kN/m 3.7.3 Cường độ đường hàn góc − Công thức tính toán 50 50 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 0,58.φv A g Fy  R gr =   0,6.φe2 Fexx  Trong đó: φv : Hệ số sức kháng cắt, φv =1 Fy: Cường độ chạy nhỏ cấu kiện liên kết, Fy = 345MPa Fexx: Cường độ phân loại thép đường hàn, que hàn E70XX có cường độ Fexx = 485MPa φe2 : Hệ số sức kháng thép hàn, φe2 = 0,8 Ag: Diện tích tiết diện nguyên chịu cắt cấu kiện liên kết => R gr = 0,6.0,8.485 = 232,8MPa 3.7.4 Xác định chiều cao đường hàn − Chiều cao tính toán đường hàn T2 + V2 723,1682 + 143,9142 = = 1,584mm 2.R gr 2.232,8 t dh ≥ − Chiều cao tính toán nhỏ cạnh đường hàn w= t dh β.sin α Trong đó: β : Hệ số đường hàn, Với tỉ lệ cạnh hàn tay, bán tự động với mặt phẳng, w= => β = 0,7 1,584 = 3,199mm 0,7.sin 45° Vậy chiều cao đường hàn thiết kế hhan = 10mm 3.8 Tính toán mối nối dầm chủ (sử dụng liên kết bu lông cường độ cao) 3.8.1 Lựa chọn táp 51 51 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Bảng 3.8.1.1.1.1 Lựa chọn kích thước táp Các đại lượng Kích thước Kích thước táp cánh Chiều dày táp 20 Bề rộng táp 300 Bề rộng táp 120 Kích thước táp cánh Chiều dày táp 20 Bề rộng táp 500 Bề rộng táp 200 Kích thước táp sườn dầm Chiều dày táp 20 Chiều cao táp 1020 Chiều rộng táp 620 Đơn vị mm mm mm mm mm mm mm mm mm 3.8.2 Xác định khả chịu lực bu lông 3.8.2.1 Sức kháng cắt − Khi đường ren nằm mặt phẳng cắt R n = 0,38.A b f ub N s Trong đó: Ab: Diện tích mặt cắt ngang bu lông theo đường kính danh định, Chọn bu lông d = 26mm => Ab = 530,929mm2 Ns: Số mặt cắt cho bu lông, Ns = fub: Cường độ kéo nhỏ bu lông, với bu lông A490 có fub = 1050MPa => R n = 0,38.530,929.2.1050.10 −3 = 423,681kN 3.8.2.2 Sức kháng ép mặt − Với bu lông có khoảng trống không nhỏ 2d khoảng trống đầu không nhỏ 2d Rn = 2,4.d.t.fu Trong đó: d: Đường kính danh định bu lông, d = 26mm t: Chiều dày bản, t = 20mm fu : Cường độ chịu kéo vật liệu, fu = 450MPa => Rn = 2,4.26.20.450 = 561600N = 561,6kN 52 52 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Vậy d  R dc,em  =  R cd ;R em  = [ 423,681;561,6] = 423,681kN 3.8.3 Tính mối nối cánh − Lực tác dụng lên cánh N0 = Mu h0 Trong đó: Mu: Momen uốn tính toán vị trí mối nối, Mu = 5896,262kN.m h0 = h − h0: Khoảng cách tim cánh, N0 = tc t t 30 30 − = 1200 − − = 1170mm 2 2 5896, 262 = 5039,54kN 1,17 => − Xác định số đinh cần bố trí n≥ N0  R dc,em  Trong đó: n: nửa số đinh cần bố trí 5039,54 N0: Lực dọc tác dụng lên đinh, N0 = n≥ kN 5039,54 = 11,895 423,681 => (bulong) Bảng 3.8.3.1.1.1 Bố trí bu lông cho cánh Đại lượng Bản cánh Bản cánh Đơn vị Tổng số bu lông mối nối Khoảng cách cột bu lông Khoảng cách hang bu lông Sô cột Số hàng 28 180 100 14 56 100 100 14 mm mm cái 53 53 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 13a100 60 60 180 60 60 Hình 3.8.3.1.2 Mối nối táp cánh 13a100 60 60100 180 100 60 60 Hình 3.8.3.1.3 Mối nối táp cánh 3.8.4 Tính mối nối bụng Bảng 3.8.4.1.1.1 Lựa chọn bu long cho bụng Đại lượng Số cột bu lông Số hàng bu lông Tổng số bu lông Khoảng cách cột Khoảng cách hàng Giá trị Đơn vị 10 30 100 100 cột hàng bu long mm mm − Lực tác dụng vào trọng tâm mối nối sườn dầm Lực cắt: V = Vw = Vtt M = M w + Vw e = Momen: Iw M tt + Vw e Idc Trong đó: Idc: Momen quán tính tiết diện dầm chủ, Idc = 1,042.1010mm4 Iw: Momen quán tính tiết diện bụng, Iw = 2,597.109mm4 Mtt: Momen tính toán vị trí mối nối, Mtt = 5896,262kN.m Vtt: Lực cắt tính toán vị trí mối nối, Vtt = 512,103kN e: Khoảng cách từ trọng tâm mối nối đến trọng tâm bu lông nửa mối nối, e = 150mm 54 54 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP => Lực cắt V = 512,103kN 2,597.109 M = 5896, 262 + 512,103.150.10 −3 = 1546,354kN.m 10 1,042.10 => Momen − Lực cắt phân bố cho hàng đinh TV = V n Trong đó: n: Số đinh bố trí bên táp, n = 30 TV = => 512,103 = 17,07kN 30 − Lực tác dụng lên đinh chịu lực bất lợi TM = M x 2max + y 2max ∑( x i + yi2 ) Trong đó: xmax: Khoảng cách từ hàng đinh xa đến trục Oy, xmax = 250mm ymax: Khoảng cách từ hàng đinh xa đến trục Ox, ymax = 450mm xi: Khoảng cách từ hàng đinh thứ i đến trục Oy ∑x i = 20.250 = 1250000mm yi: Khoảng cách từ hàng đinh thứ i đến trục Ox ∑y i TM = => = ( 50 + 1502 + 250 + 350 + 450 ) = 2475000mm 1546,354.106 100 + 450 10−3 = 266, 48kN 200000 + 2475000 − Phân lực TM thành thành phần theo phương x y TMx = TM sin α = 266, 48.sin 0°35'26'' = 2,747kN TMy = TM cosα = 266, 48.cos0°35'26'' = 266, 466kN Trong đó: TMx: Lực tác dụng theo phương trục x 55 55 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP TMy: Lực tác dụng theo phương trục y Vì dầm gồm mối nối, đoạn dầm đặt thẳng đoạn dầm phía mối α nối đặt nghiêng với đoạn góc tan α = ∆v 90 = = 0,0103 => α = 0°35'26" L tt / 26200 / − Lực tác dụng lên dinh xa T= (T + Tv ) + TMx = My ( 266, 466 + 17,07 ) + 2,747 = 283,55kN − Kiểm tra khả chịu lực đinh T ≤  R dc,em  Vậy: T = 283,55kN <  R dc,em  = 423,681kN => Đạt 300 60 120 5a100 60 70 20 120 60 60 9a100 60 60 100 20 70 100 200 200 60 13a100 60 500 Hình 3.8.4.1.2 Mối nối táp sườn dầm 56 56 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP MỤC LỤC Chương 57 57 [...]... làn xe Bảng 2.3.1.1.1.2 Bảng tính giá trị mỏi cho dầm biên 27 27 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Bảng 2.3.1.1.1.3 Bảng tính giá trị mỏi cho dầm trong 28 28 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Chương 3 KIỂM TOÁN DẦM CHỦ 3.1 Kiểm tra điều kiện cấn tạo chung của mặt cắt dầm chủ 3.1.1 Kiểm tra tỉ lệ cấu tạo chung của mặt cắt − Dầm chủ chịu uốn phải đảm bảo tỉ lệ sau: 0,1 ≤ I...THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 5240 LIÊN K? T D? C DU? I 5240 5240 5240 2200 2200 400 Hình 2.1.1.4.1 Cấu tạo hệ liên kết dọc − Trọng lượng của liên kết dọc: q lkd = Σg lkd n lkd L lkd n.L tt − Hệ liên kết dọc bằng thép L 100x100x10 Bảng 2.1.1.4.1.1 Bảng số liệu liên kết dọc Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Bề rộng cánh thép góc bg 100 Chiều dày bản cánh thép góc tg 10 Trọng... 0,0468.78,5 =3,674kN/m + Trọng lượng hệ liên kết ngang, dầm ngang cầu tính cho 1m dài dầm chủ + Trọng lượng sườn gia cường tính cho 1m dài dầm chủ 11 11 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP + Trọng lượng hệ liên kết dọc cầu tính cho 1m dài dầm chủ + Trọng lượng mối nối tính cho 1m dài dầm chủ + Trọng lượng bản bê tông mặt cầu qbmc = As γ bt = 0,4631.25 = 11,578kN/m − Tĩnh tải giai đoạn I được xác... 315.279 305.051 238.195 23 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.2.3 Tổng hợp giá trị momen, lực cắt − Nội lực sau khi tính toán sẽ được tổ hợp các trường hợp giữa tĩnh tải và hoạt tải nhằm tìm ra giá trị bất lợi nhất − Nội lực sẽ là tổ hợp bất lợi hơn trong 2 tổ hợp: + TH1: Tĩnh tải + xe tải thiết kế + tải trọng làn + đoàn người + TH2: Tĩnh tải + xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn + đoàn... kiểm toán 29 29 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 2Dcp ≤ 3,76 tw E Fyc Trong đó: Fyc: Cường độ chảy của thép làm bản cánh chịu nén, Fyc = 345MPa E: Modun đàn hồi của thép, E = 2.105Mpa • Xác định Dcp − Tính lực dẻo của các phần của mặt cắt dầm + Lực dẻo tại bản cánh chịu kéo của dầm thép: Pt = Fyt b t t t = 345.500.30 = 5,175.10 6 N + Lực dẻo tại bản cánh chịu nén của dầm thép: Pc = Fyc... Trong đó MD1: Momen uốn do tĩnh tải giai đoạn I có hệ số tác dụng lên dầm thép, MD2: Momen uốn do tĩnh tải giai đoạn II có hệ số tác dụng lên dầm thép, − Xác định MAD  M M  M AD = SST  Fy − D1 − D2 ÷ SNC SLT   Trong đó: SNC: Momen kháng uốn của mặt cắt dầm thép, SNC bằng min của 31 31 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP SNC SNC I NC 1,042.1010 = = = 1,544.107 mm3 h − Y 1200 − 525 I NC... Zs: Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông đến mép trên của dầm thép t 1 2 t  bs t s  s + t h ÷+ b c t h h + 2 .b h t h t h 2 2 3 2  Zs = bs t s + bc t h + b h t h 33 33 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP 2 2  190  300.110 2200.190  + 110 ÷+ + 110.110 2 2 3  2  = = 190,871mm 2200.190 + 300.110 + 110.110 Y : Khoảng cách từ TTH đến mép trên của dầm thép Ps = 225,952mm Pw = 579, 048mm... can: 12 12 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP  ( 0, 25 + 0,5 ) 0, 25  = 5, 469kN / m q clc = 25  0,5.0, 25 + ÷ 2   − Trọng lượng lớp phủ dầm biên: qlpb = B γ pu hap = 1,7.22,5.0,07 = 2,678kN/m − Trọng lượng lớp phủ dầm trong: qlpt = B γ pu hap =2,2.22,5.0,07= 3,465kN/m − Tĩnh tải giai đoạn II + Với dầm biên: DWtcb = qclc + qlc + qlpb = 5,469 + 0,1 + 2,835 = 8,246kN/m + Với dầm trong:... 0,382 2.t c Fyc 30 30 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP Trong đó: Fyc: Cường độ chảy của thép làm bản cánh chịu nén, Fyc = 345MPa E: Modun đàn hồi của thép, E = 2.105Mpa bc 300 E 200000 = = 5 ≤ 0,382 = 0,382 = 9,197 2.t c 2.30 Fyc 345 => => Đạt 3.2 Kiểm tra dầm theo trạng thái giới hạn cường độ 3.2.1 Kiểm toán sức kháng uốn theo trạng thái cường độ * Kiểm toán cho dầm biên có M lớn nhất... SST(mm3) SLT(mm3) 7 7 7 1,544.10 3,403.10 3,153.10 MAD(kN.m) 6857,294 => My = 9614,307kN.m 3.2.1.2 Xác định momen dẻo Mp 32 32 THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP bs tc iii Z Y i i Dw Hdt ii ii Hdc iii Y tt bt Hình 3.2.1.2.1 Sơ đồ tính momen dẻo Mp của mặt cắt dầm liên hợp Xác định Y  30  7,866.106 + 5,175.106 − 11,809.10 6  t c  Pt + PW − Ps Y=  + 1÷ =  + 1÷ 6 2 Pc 3,105.10   2 