Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU THÉP 1.SỐ LIỆU THIẾT KẾ - Chiều dài toàn dầm L=30000 mm - Khoảng cách đầu dầm đến tim gối a=300 mm - Khẩu độ tính toán Ltt=L-2a=29400 mm - Quy trình thiết kế 22 TCN272-05 - Tải trọng thiết kế HL93 - Mặt xe chạy B1=13000 mm - Lan can B2=500 mm - Dãy phân cách B3=600 mm - Lề hành B4=1500mm - Tổng bề rộng cầu B=B1+2B2+B3+2B4= 17600 mm - Dạng kết cấu nhịp: Dầm thép lắp ghép nhịp giản đơn - Dạng mặt cắt I - Vật liệu kết cấu Thép - Cấp bê tông mặt cầu f’c=30 Mpa γ c =24 - Tỷ trọng bê tông kN/m3 - Tỷ trọng bê tông atphan kN/m3 γ c =22.5 - Tỷ trọng thép - Thép M270M γ s =78.5 fu= 400 fy=250 - Mô đun đàn hồi mặt cầu Ecban=0.043 × - Mô đun đàn hồi thép Es= 200000 Mpa kN/m3 Mpa Mpa (γ ) c × f c'2 = 27691.47 Mpa THIẾT KẾ CẤU TẠO 2.1 Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu - Số lượng dầm chủ Nb= - Khoảng cách hai dầm chủ S= - Phần cánh hẫng Sk= - Số lượng khung liên kết ngang Nn= - Chiều dày mặt cầu hf= - Lớp bê tông atphan t1= - Lớp mui luyện bê tông t2= 2.2 Thiết kế dầm chủ - Chiều cao dầm I H= Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 3000 1300 250 75 60 dầm mm mm khung mm mm mm 1450 mm MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng - Chiều cao bụng - Chiều dày bụng - Chiều dày biên trên: - Chiều rộng biên - Chiều dày biên - Chiều rộng biên - Chiều dày táp biên - Chiều rộng táp Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn C= tw= tf= bf= tb= bb= tcp= bcp= 1400 15 20 400 30 500 12 400 mm mm mm mm mm mm mm mm 2.3 Bố trí chung Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn HỆ SỐ TÍNH TOÁN 3.1 Hệ số tải trọng γ DC γ DW γ LL TTGH Cường độ 1.25 1.5 1.75 Cường độ 1.25 1.5 Cường độ 1.25 1.5 1.35 Đặc biệt 1.25 1.5 0.5 Sử dụng 1 3.2 Hệ số điều chỉnh tải trọng *Hệ số điều chỉnh TTGH CĐ1 - Tính dẻo: cho thiết kế thong thường chi tiết theo 22TCN272-05 ηD = - Tính dư thừa: cho mức dư thông thường ηR = - Tầm quan trọng cho cầu điển hình ηI = η = ηD ηR ηI = → Hệ số điều chỉnh tải trọng η = ηD ηR ηI = * Hệ số điều chỉnh TTGH SD 3.3 Hệ số - Số xe thiết kế: - Mỗi bên dải phân cách: xe, khổ cầu bên 6.5m ⇒ bên dải phân cách hai xe thiết kế - Hệ số làn m=1.2 m=1 m=0.85 Lớn m=0.65 3.4 Lực xung kích IM Cấu kiện IM (%) Mối nối mặt cầu 75 -Tất giới hạn Tất cấu kiện khác - Trạng thái giới hạn mỏi giòn 15 - Tất trạng thái giới hạn khác 25 Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 4.1 Xác định chiều dày mặt cầu 1.2 * ( S + 3000) 1.2 * (3000 + 3000) = = 240mm 30 30 hf ≥ 175mm hf= Từ (1), (2) Chọn hf= 250 (1) (2) mm 4.2 Xác định mô men cho mặt cầu phía 4.2.1 Xác định mô men tĩnh tải gây - Tĩnh tải mặt cầu DCbmc=hf x γ c =0.25*24=6 - Tĩnh tải lớp phủ DWlp=t1 x γ c =0.075*22.5=1.6875 - Tĩnh tải lớp mui luyện DWml=t2x γ c =0.06*24=1.44 - Tỉnh tải dải phân cách DCdpc=0.6*24*0.6=8.50 kN/m - Mô men tĩnh tải BMC gây MDCbmc=DCbmcl2/10= 6*32/10=5.4 kNm/m - Mô men tĩnh tải lớp phủ gây MDWlp= DClpl2/10=1.6875*32/10=1.52 kNm/m - Mô men tĩnh tải lớp mui luyện gây MDWml= DCmll2/10=1.44*32/10=1.30 kNm/m - Mô men tĩnh tải dảo phân cách: MDCdpc= DCdpcl/8=14.41*3/8=5.4 kNm/m kN/m2 kN/m2 kN/m2 Áp dụng phương pháp tính gần D Cb mc DWml DWlp 4.2.2 Xác định mô men hoạt tải gây 4.2.2.1 Mô men dương hoạt tải gây E+=660+0.55S=660+0.55*3000=2310 p mm 145 P+= × (b + h ) × E + = × (0.51 + 0.250) × 2.31 = 43.59 kN/m2 f Trong đó: P=145 kN hf=250mm Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn b=510 mm b+ hf=510+250=760 mm=0.760 m 4.2.2.1.1 Trường hợp xe thiết kế: có ba trường hợp xếp xe *Trường hợp xếp xe thứ - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.58+0.75)*0.72/4*2+0.003*0.06/2=0.479 m2 - Mô men dương MLLtruck1+=P+x ω =45.59*0.479=21.84 kNm/m * Trường hợp xếp xe thứ hai - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.12+0.48)0.72=0.432 m2 - Mô men dương MLLtruck2+=P+x ω =45.59*0.432=19.69 kNm/m * Hai trường hợp xếp xe hình vẽ: 3m 1.8m 0.76m 0.76m 1.8m y7=0.03 y6=0.12 y5=0.48 y4=0.58 y3=0.58 y2=0.48 0.76m 1.5 y1=0.12 0.76m *Trường hợp xếp xe thứ ba Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn 3m 1200 0.76m y2=0.6 y1=0.76 y3=0.36 0.76m - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.09+0.45)0.72=0.3888 m2 - Mô men dương MLLtruck3+=P+x ω =45.59*0.3888=17.73 kNm/m 4.2.2.1.2 Trường hợp hai xe thiết kế - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.27+0.63)*0.72/2*2=0.648 m2 - Mô men dương MLLtruck4+=P+x ω =45.59*0.648=29.54 kNm/m 3m 1200 y3=0.36 y2=0.6 0.76m y1=0.76 0.76m 4.2.2.1.3 Tính giá trị mô men dương hoạt tải nhịp MLLtruck+=0.7Max(m1 MLLtruck1+, m1MLLtruck2+, m1MLLtruck3, m2MLLtruck4) Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng - Trường hợp xe thiết kế * Trường hợp xếp xe thứ m1 MLLtruck1+=1.2*21.84=26.208 * Trường hợp xếp xe thứ hai m1.MLLtruck2+=1.2*19.69=23.628 * Trường hợp xếp xe thứ ba m1.MLLtruck3+=1.2*17.73=21.276 Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn kNm/m kNm/m kNm/m - Trường hợp hai xe thiết kế m2.MLLtruck4+=1*29.54=29.54 kNm/m Kết luận: ta có mô men dương nhịp MLLtruck+=0.7Max(26.208,23.628,21.276,29.54)=20.68 kNm/m 4.2.2.2 Mô men âm hoạt tải gây E-=1220+0.25S=1220+0.25*3000=1970 mm p 145 P-= × (b + h ) × E − = × (0.51 + 0.21) × 1.97 = 51.11 f kN/m2 Trong đó: P=145 kN hf=250mm b=510 mm b+ hf=510+250=760 mm=0.76 m 4.2.2.2.1 Trường hợp xe thiết kế: có ba trường hợp xếp xe *Trường hợp xếp xe thứ - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.58+0.75)*0.72/4*2+0.003*0.06/2=0.479 m2 - Mô men dương MLLtruck1-=P-x ω =51.11*0.479=24.48 kNm/m * Trường hợp xếp xe thứ hai - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.12+0.48)0.72=0.432 m2 - Mô men dương MLLtruck2-=P-x ω =51.11*0.432=22.08 kNm/m * Hai trường hợp xếp xe hình vẽ: Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn 3m 1200 0.76m y3=0.36 y2=0.6 y1=0.76 0.76m *Trường hợp xếp xe thứ ba 3m 1200 y3=0.36 y2=0.6 0.76m y1=0.76 0.76m - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.09+0.45)0.72=0.3888 m2 - Mô men dương MLLtruck3-=P-x ω =51.11*0.3888=19.87 kNm/m 4.2.2.2.2 Trường hợp hai xe thiết kế - Diện tích đường ảnh hưởng ω =(0.27+0.63)*0.72/2*2=0.648 m2 - Mô men dương MLLtruck4-=P-x ω =51.11*0.648=33.12 kNm/m Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn 3m 1200 y3=0.36 y2=0.6 0.76m y1=0.76 0.76m 4.2.2.2.3 Tính giá trị mô men dương hoạt tải nhịp MLLtruck-=0.7Max(m1 MLLtruck1-, m1MLLtruck2-, m1MLLtruck3-, m2MLLtruck4-) - Trường hợp xe thiết kế * Trường hợp xếp xe thứ m1 MLLtruck1-=1.2*24.48=29.376 kNm/m * Trường hợp xếp xe thứ hai m1.MLLtruck2-=1.2*22.08=26.496 kNm/m * Có hợp xếp xe thứ ba m1.MLLtruck3-=1.2*19.83=23.796 kNm/m - Trường hợp hai xe thiết kế m2.MLLtruck4-=1*33.12=33.12 kNm/m Kết luận: ta có mô men dương nhịp MLLtruck-=0.7Max(29.376,26.496,23.796,33.12)=23.18 kNm/m 4.3 Xác định mô men cho hẫng 4.3.1 Mô men tĩnh tải - Tĩnh tải mặt cầu DCbmc=hf x γ c = 0.25*24=6 kN/ m2 - Tĩnh tải lan can DClc= 0.5*0.69*24= 8.28 kN/m - Tĩnh tải lề hành DCbh=0.2*0.15*2*24+0.06*1.2*24=3.168 kN/m Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn 690 200 240 250 610 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng 500 DC l c 25 DC bm c DC bh 05 - Mô men tĩnh tải mặt cầu gây MDCbmc= DCbmc.lbmc2/2=6*1.32/2=5.07 kNm/m - Mô men tĩnh tải lề hành MDClp= DCbhlbh=3.168*0.05=0.1584 kNm/m - Mô men tĩnh tải lan can gây MDClc=DClcxllc=8.28*1.005=8.3214 kNm/m 4.3.2 Mô men hoạt tải gây - Mô men hoạt tải gây E=1140+0.833X=1140+0.833*500=1556.3 mm (trong X khoảng cách từ điểm đặt bánh xe đến tim dầm biên) p 145 P= × (b + h ) × E − = × (0.51 + 0.21) × 1.5563 = 64.7 kN/m2 f - Mô men tải trọng người gây ra: MLLbh=LLbh.lbh2/2=3*0.82/2= 0.96 kNm/m - Tính theo phương pháp gần đúng, mô men hoạt tải xe ba trục không ảnh hưởng đến cánh hẫng Bản cánh hẫng chịu hoạt tải người 4.4 Tổ hợp mô men lên BMC theo trạng thái giới hạn cường độ 4.4.1 Mô men dương nhịp tác dụng lên BMC phía M+1=η ( γ DC MDCbmc+ γ DW (MDWlp+MDWlp)+ γ LL (1+IM)MLLtruck+) =1.25*5.4+1.5*(1.52+1.3)+1.75*(1+0.25)*20.68=56.22 kNm/m Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 10 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn ⇒ Qr = ϕ sc Qn = - Số lượng neo chống cắt bố trí mặt cắt mô men dương lớn điểm có mô men không nhỏ n= Vh n = Qr neo - Kiểm tra số lượng neo bố trí: Vh = Fyw Dt w + Fyt bt t t + Fyc b f t f - Trong đó: Vh lực cắt nằm ngang danh định theo quy định điều 6.10.7.4.4b TCN Vh = 0.85 f c' bt s =0.85x30x0.25x103x2.8=17850kN Số lượng neo yêu cầu chống cắt bố trí mặt cắt mô men dương lớn điểm có mô men không nhỏ là: n= Vh 17850 = = 186neo đinh chống cắt Qr 96.39 Như tối thiểu cần 186 neo cho TTGH CĐ Vậy: chọn 960 neo đinh bố trí thành bốn hàng, với bước neo 125mm chạy suốt chiều dài nhịp cầu THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM CHỦ - Các liên kết mối nối cấu kiện phải thiết kế trạng thái giới hạn cường độ - Chiều dài dầm chủ: 30 m, ta chia thành đoạn đoạn 10m nối lại với Như mối nối đối xứng qua nhịp Tổ hộp nội lực theo trạng thái giới hạn cường độ dầm lớn dầm Vì ta kiểm toán nội lực cho dầm - Số đoạn chia dầm chủ: ndoạn= - Chiều dài đoạn là: Ldoạn= 7.1 Xác định nội lực mặt cắt mối nối 7.1.1 Xác định nội lực hoạt tải HL93 mặt cắt mối nối Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 67 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn Tính giá trị: Mô men: - MLLtruck=145*6.5+145*5.081+35*3.662=1807.42 kNm - MLLtandem=110*6.5+110*6.104=1386.44 kNm - MLLlan=9.3*95.55=888.62 kNm Lực cắt: - VLLtruck=145*0.67+145*0.524+35*0.378=186.36 kN - VLLtandem=110*0.67+110*0.629=142.89 kN - VLLlan=9.3*6.59=62.29 kN Chọn trị số thiết kế: - Mô men MLLtruck=1807.42 kNm;MLLlan=888.62 kNm; - Lực cắt: VLLtruck=186.36 kN ; VLLlan=62.29 kN; 7.1.2 Xác định nội lực tĩnh tải gây mối nối * Diện tích đường ảnh hưởng mô men: 99.55 m2, diện tích đường ảnh hưởng lực cắt:5 m2 ⇒ MDC1dam=3.909x95.55=373.5 kNm ⇒ VDC1dam=19.55 kN - DC1dam=3.909 kN/m ⇒ MDC1bmc=18x95.55=1719.9 - DC1bmc=18 kN/m kNm ⇒ VDC1bmc=90 kN ⇒ MDC1lkn=0.433x95.55=41.37 - DC1lkn=0.433 kN/m kNm ⇒ VDC1lkn=2.165 kN ⇒ MDCvd=0.36x95.55=34.4 kNm ⇒ VDCvd=1.8 kN - DCvd=0.36 kN/m ⇒ MDW2lp=5.0625x95.55=483.72 kNm ⇒ VDW2lp=25.31kN - DW2lp=5.0625 kN/m ⇒ MDW2ml=4.32x95.55=412.78 - DW2ml=4.32 kN/m kNm ⇒ VDW2ml=21.6 kN - DC2dpc=8.64 kN/m ⇒ MDC2dpc=8.64x95.55=825.55 kNm ⇒ VDC2dpc=43.2 kN 7.1.3 Tổ hợp nội lực theo TTGH CĐ1 Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 68 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng M CD1 Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn * Tổ hợp mô men theo TTGH CĐ1 = η (γ DC ( M DC1dam + M DC1bmc + M DC1lkn + M DCvd + M DC dpc ) + γ DW ( M DW 2lp + M DW ml ) + momen momen γ LL × mg damtrong × (1 + IM ) M LLtruck + γ LL × mg damtrong × M LLlan ) VCD1 * Tổ hợp lực cắt theo TTGH CĐ1 = η (γ DC (V DC1dam + V DC1bmc + V DC1lkn + V DCvd + V DC dpc ) + γ DW (VDW 2lp + V DW ml ) + ` luccat luccat γ LL × mg damtrong × (1 + IM )V LLtruck + γ LL × mg damtrong × V LLlan ) ⇒ ⇒ MCD1=9074.93 kNm VCD1=759.52 kN 7.2 Tính sức kháng tính toán - Sức kháng tính toán Rr liên kết bu lông trạng thái giới hạn cường độ phải lấy sau: Rr = ϕRn Trong đó: Rr sức kháng danh định bu lông 7.2.1 Tính sức kháng tính toán bu lông chịu cắt (TCN 6.13.2.2) Rr = ϕ s Rn - Trong đó: Rr sức kháng cắt tính toán bu lông chịu cắt ϕ s hệ số sức kháng cho bu lông chịu cắt (TCN 6.5.4.2) , bu lông chịu cắt ASTM A325M, ϕ s = =0.8 Rn sức kháng danh định cho bu lông chịu cắt - Sức kháng cắt danh định cho bu lông cường độ cao bu lông ASTM A307 trạng thái giới hạn cường độ mối nối mà chiều dài linh kiện liên kết xa đo song song với đường tác dụng lực nhỏ 1270mm phải lấy sau: + Nơi mà đường ren bị loại trừ khỏi mặt phẳng cắt: Rn=0.48AbFubNs (TCN 6.13.2.7) + Nơi mà đường ren bao gồm mặt phẳng cắt: Rn=0.38AbFubNs (TCN 6.13.2.7) - Trong đó: Ab diện tích bu lông tương ứng với đường kính danh định, + Chọn bu lông có đường kính: 22 ⇒ Ab= 379.94 mm2 Fub cường độ kéo nhỏ quy định bu lông quy định điều 6.4.3, - Tiêu chuẩn kỹ thuật bu lông cường độ cao cho liên kết thép kết cấu với cường độ kéo tối thiểu 830 Mpa đường kính từ 16mm tới 27mm theo tiêu chuẩn AASHTO M164M, Fub= 830 Mpa Ns số lượng mặt phẳng chịu cắt tính cho bu lông, Ns=2 ⇒ Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 69 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn Rn=0.48AbFubNs=0.48 × 379.94 × 830 × 10-3 × 2=302.73 kN - Nơi đường ren bao gồm mặt phẳng cắt: Rn= 0.38AbFubNs=0.38 × 379.94 × 830 × 10-3 × 2=239.67 kN ⇒ Chọn Rn=239.67 kN ⇒ Sức kháng tính toán bu lông chịu cắt là: Rr = ϕ s Rn = =191.74 kN 7.2.2 Tính sức kháng tính toán sức kháng trượt Rr = ϕ Rn - Trong đó: ϕ hệ số sức kháng trượt, lấy ϕ = =1.0 Rn=KhKsNsPt (TCN 6.13.2.8-1) Trong đó: Kh hệ số kích thước lỗ quy định bảng 6.13.2.8.-2 TCN, Chọn lỗ tiêu chuẩn: Kh=1.0 Ks hệ số điều kiện bề mặt quy định bảng 6.13.2.8-3 TCN, cho điều kiện bề mặt loại A, Ks=0.33 Ns số lượng mặt ma sát tính cho bu lông, Ns=2 Pt lực kéo yêu cầu nhỏ bu lông quy định bảng 6.13.2.8-1 TCN, bu lông theo tiêu chuẩn ASTM A325M đường kính φ 22 ta có: 176 kN ⇒ Rn=KhKsNsPt=1.0 × 0.33 × × 176=116.16 kN ⇒ Sức kháng trượt tính toán: Rr = ϕ Rn =116.16 kN 7.2.3 Tính sức kháng ép mặt bu lông - Các liên kết bulông liên kết chịu ép mặt chịu cắt chịu ép mặt mà nối tì sát vào bulông - Diện tích ép mặt hiệu dụng bulông phải lấy theo đường kính nhân với chiều dày vật liệu liên kết mà ép Chiều dày hiệu dụng vật liệu liên kết với lỗ khoét miệng loe phải lấy chiều dày vật liệu liên kết, trừ chiều cao miệng loe - Đối với lỗ tiêu chuẩn, lỗ cỡ, lỗ khía rãnh ngắn bị tác dụng hướng tất lỗ khía rãnh song song với lực ép mặt sức kháng ép mặt danh định lỗ bulông phía đầu trạng thái giới hạn cường độ R n phải lấy sau: * Đối với bu lông có khoảng cách lỗ không nhỏ 2.0d với khoảng cách trống đầu không nhỏ 2.0d: Rn=2.4d.t.Fu Trong đó: d đường kính danh định bu lông, d=22mm t chiều dày vật liệu liên kết, t=20mm Fu cường độ kéo vật liệu liên kết, Fu=400Mpa (thép kết cấu theo tiêu chuẩn AASHTO M270M) ⇒ Rn=2.4d.t.Fu=2.4 × 22 × 20 × 400 × 10-3=422.4 kN Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 70 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn ⇒ Sức kháng tính toán chịu ép mặt bu lông là: Rr = ϕ bb Rn = 0.8 × 422.4 = 337.92kN Trong đó: ϕ bb hệ số sức kháng cho bu lông chịu ép mặt, ϕ bb = 0.8 7.3 Tính toán mối nối biên dầm 7.3.1 Tính toán số bu lông cần thiết Ứng suất trọng tâm biên xem mép biên đạt đến giới hạn chảy Fy=250 Mpa Bu lông liên kết biên làm việc chịu cắt ép mặt Tính số lượng bu lông làm việc chịu cắt ép mặt cần thiết theo công thức sau: n≥ Nb Rr γ c Trong đó: Nb lực dọc trục biên, kN Rr giá trị nhỏ sức kháng cắt tính toán bu lông chịu cắt ép mặt, Rr =191.74 kN γ c hệ số tin cậy vật liệu, lấy γ c =0.9 * Ứng suất trọng tâm biên f f = Fy × 825 825 = 250 × = 247 Mpa 835 835 * Chọn thép nối có tiết diện: - nối phía trên: chiều dày 20mm, chiều rộng 400mm - nối phía dưới: chiều dày 20mm, chiều rộng 180mm - kích thước nối chọn cho: An = ∑ Abg − Abl ≥ A Trong đó: Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 71 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng ∑A bg Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn - tổng diện tích tiết diện ngang ghép,mm2 ∑A bg = 20 x 400 + 180 x 20 x = 15200mm Theo tính toán trên: ta chọn bu lông cường độ cao có đường kính 22mm, chọn lỗ tiêu chuẩn theo bảng 6.13.2.4.2-1 TCN 24mm ⇒ giả sử theo mặt cắt ngang bố trí bốn bu lông ta có diện tích giảm yếu lỗ bu lông: Abl=4x24x20x2=3840 mm2 ⇒ Diện tích thực ghép là: An= ∑ Abg -Abl=11360 mm2 (trừ diện tích giảm yếu lỗ bu lông ) A diện tích cấu kiện liên kết, A=400x20=8000mm2 ⇒ An = ∑ Abg − Abl = 11360mm ≥ A = 8000mm ⇒ ĐẠT −3 Lực dọc trục Nb tính sau: N b = f f An = 247 × 11360 × 10 = 2805.92kN Số bu lông cần thiết là: n ≥ Nb Rr γ c = 2805.92 = 16.26 bu lông 191.74 × 0.9 Chọn 24 bu lông cường độ cao, bố trí thành hàng hình vẽ biên * Ứng suật trọng tâm biên f f = Fy × 600 600 = 250 × = 244Mpa 615 615 * Chọn thép nối có tiết diện: - nối phía trên: chiều dày 20mm, chiều rộng 500mm - nối phía dưới: chiều dày 20mm, chiều rộng 230mm - kích thước nối chọn cho: An = ∑ Abg − Abl ≥ A Trong đó: ∑A bg - tổng diện tích tiết diện ngang ghép,mm2 ∑A bg = 20 x500 + 230 x 20 x = 19200mm Theo tính toán trên: ta chọn bu lông cường độ cao có đường kính 22mm, chọn lỗ tiêu chuẩn theo bảng 6.13.2.4.2-1 TCN 24mm ⇒ giả sử theo mặt cắt ngang bố trí bốn bu lông ta có diện tích giảm yếu lỗ bu lông: Abl=4x24x20x2=3840 mm2 ⇒ Diện tích thực ghép là: An= ∑ Abg -Abl=15360 mm2 (trừ diện tích giảm yếu lỗ bu lông ) A diện tích cấu kiện liên kết, A=500x20=10000mm2 ⇒ An = ∑ Abg − Abl = 15360mm ≥ A = 10000mm ⇒ ĐẠT Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 72 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn −3 Lực dọc trục Nb tính sau: N b = f f An = 244 × 15360 × 10 = 3747.84kN Số bu lông cần thiết là: n ≥ Nb Rr γ c = 3747.84 = 21.72 bu lông 191.74 × 0.9 Chọn 24 bu lông cường độ cao, bố trí thành hàng hình vẽ biên 7.3.2 Bố trí bu lông - Cự ly tim đến tim tối thiểu bu lông với lỗ tiêu chuẩn không lấy nhỏ lần đường kính bu lông: S ≥ 3d = (TCN 6.13.2.6.1) - Bước dọc bu lông không vượt 12t: =12x20=240 mm (TCN 6.13.2.6.3) - Khoảng cách ngang bu lông không vượt 24t=24x20=480 mm (TCN6.13.2.6.3) - Khoảng cách tối thiểu đến mép cạnh: 38mm (TCN 6.13.2.6.6) - Khoảng cách tối đa đến mép cạnh không vượt tám lần chiều dày, phải lấy trị số chiều dày lớn chiều dày ốp 125 mm, S 20mm - Chiều dài hiệu dụng nhỏ đường hàn góc: phải bốn lần kích thứoc trường hợp nhỏ 40mm Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 78 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn 8.3.3 Chọn sơ kích thước mối hàn - Bản biên có chiều dày 20mm hàn vào bụng có chiều dày 18mm ⇒ Chọn kích thước mối hàn 12mm - Bản biên có chiều dày 30mm hàn vào bụng có chiều dày 18mm ⇒ Chọn kích thước mối hàn 12mm 8.3.4 Tính toán nội lực phát sinh đường hàn Tính toán nội lực phát sinh đường hàn mặt cắt gối: Đường hàn chịu lực cắt V=1624.31kN theo trạng thái giới hạn cường độ 1.Nhằm đảm bảo an toàn đơn giản tính toán ta chọn giá trị lực cắt có giá trị lớn để tính mối hàn - Gọi T lực cắt hay lực trượt đơn vị chiều dài dầm V Ab T= I ( N/mm) ng Trong đó: Ing: mômen quán tính tiết diện nguyên trục trung hoà tiết diện Ing = 0.0004 (m4) Ab: mômen tĩnh biên trục trung hoà tiết diện , mm3 Ab = 400 × 20 × 825 = = 6.6 × 106 (mm3)=6.66 × 10-3 (m3) V lực cắt lớn gối dầm cầu tất tải trọng có hệ số gây V = 1624.31 (kN) - Suy ra: T = 1624.31 × 0.0004 = 982.94 (kN/m) 0.0006 - Trường hợp có thêm bánh xe hoạt tải đặt gối cầu ta phải kể thêm tải trọng tập trung bánh xe vào, gọi Q lực cắt P tác dụng lên đường hàn đơn vị chiều dài Q= nh (1 + IM ).P (N/mm) L + hf Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 79 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn Phân phối tải trọng bánh xe Trong đó: P - tải tập trung bánh xe hoạt tải, P = 0,5.145 = 72.5 (N) IM - hệ số xung kích, trường hợp tính mối nối biên vào sườn dầm, IM = 75% H - khoảng cách tính từ mặt cầu xe chạy đến trọng tâm đường hàn, H = 220 + 20 + = 246 (mm)=0.246m L - chiều rộng vệt tác dụng bánh xe hoạt tải tác dụng lên mặt cầu tính theo phương dọc cầu L = 2,28.10-3 γ (1+IM/100).P’ Trong đó: P’ = 0,5.72.5 = 36.25 (kN) xe tải thiết kế γ = 1.00: Hệ số tải trọng ⇒ L = 2,28.10-3 1.00.(1+0,75).36250 = 0.145 (m) nh = 1,75: hệ số vượt tải hoạt tải Q= 1,75.(1 + 0,75).72.5 = 567.85 (kN/m) 0.145 + 0.246 - Ứng suất tác dụng lên đường hàn lực cắt T đơn vị chiều dài gây ra: R1 = T 982.94 = = 40956 (kN/m2) 2.hh × 0.012 - Ứng suất tác dụng lên đường hàn Q gây là: R2 = Q 567.85 = = 23660 (kN/m) 2.hh × 0.012 - Tổng ứng suất tác dụng lên đường hàn: R= R12 + R22 = 40956 + 23660 = 47299 (kN/m ) = 47.3 (MPa) Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 80 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2 Trường Đại học Cần Thơ Bộ môn Kỹ thuật xây dựng Đồ án Thiết kế cầu thép Hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn - So sánh với sức kháng cắt tính toán thép đường hàn ta có: R = 47.3 (MPa) < Rr = 120 (MPa) Vậy đường hàn thiết kế đảm bảo đủ cường độ Thực hiện:Nguyễn Trung Nghĩa Ngành: Xây dựng cầu đường Khóa 32 81 MSSV 1065864 Lớp: TC0686A2