ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm I. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1.1. Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép - BTCT - Tần suất thiết kế: P = 1% - Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Chiều dài nhịp: L = 27 m - Số dầm chủ: n = 5 dầm - Điều kiện thông thuyền: Sông thông thuyền cấp V + Bề rộng thông thuyền: B tt = 25 m + Tĩnh không thông thuyền: H tt = 3,5 m - Khổ cầu: 8,0+2x1,0m: B = 10 m + Bề rộng phần xe chạy: B xe = 8 m + Lề người đi bộ: 2x1,50m: b le = 1,5 m + Chân lan can: 2x0,5m: b lc = 0,5 m + Bề rộng toàn cầu: B cau = 12 m - Hoạt tải thiết kế: HL 93 + 3.10 -3 MPa 1.2. Vật liệu chế tạo dầm - Thép chế tạo neo liên hợp: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: f y = 250 MPa - Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: f u = 400 MPa - Vật liệu bê tông chế tạo bản mặt cầu: + Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: ' c f = 26 MPa + Trọng lượng riêng của bêtông: c γ = 25 kN/m 3 + Môđun đàn hồi của bêtông: ' c 5,1 cc f.043,0E γ= E c = 27407MPa - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép các bon với các thông số: + Cấp thép: 270M + Giới hạn chảy của thép: f y = 250 MPa + Giới hạn kéo đứt của thép: f u = 400 MPa + Môđun đàn hồi của thép: E s = 200000 MPa - Liên kết dầm : + Liên kết dầm chủ bằng đường hàn. + Liên kết mối nối dầm bằng bu lông cường độ cao. Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 1 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 1.3. Các hệ số tính toán - Hệ số tải trọng: + Tĩnh tải giai đoạn I: 1 γ = 1,25 và 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II: 2 γ = 1,5 và 0,65 + Hoạt tải HL93 và đoàn người: h γ = 1,75 và 1,0 - Hệ số xung kích: 1+ IM = 1,25 - Hệ số làn (do thiết kế 2 làn): m = 1,0 Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 2 Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 2. CU TO KT CU NHP 2.1. Chiu di tớnh toỏn KCN - Kt cu nhp gin n cú chiu di nhp: L nh = 27 m - Khong cỏch t u dm n tim gi: a = 0,3 m - Chiu di tớnh toỏn nhp: L tt = L nh - 2.a L tt = 26.4 m 2.2. La chn s dm ch trờn mt ct ngang - S dm ch nhiu : n = 5 dm 2.3. Quy mụ mt ct ngang cu Vạch sơn 2% Vạch sơn 2% Lớp bê tông bảo vệ dày 4cm Lớp phòng nớc dày 1cm Lớp mui luyện dày 2-13cm Lớp bê tông nhựa dày 5cm Bản mặt cầu dày 20cm HèNH 1: CU TO MT CT NGANG KT CU NHP - Cỏc kớch thc c bn ca mt ct ngang cu: + B rng phn xe chy: B xe = 800 cm + S ln xe thit k: n l = 2 ln + B rng l i b: b le = 2x150cm + B rng g chn bỏnh: b gc = 0 cm + Chiu cao g chn bỏnh: h gc = 0 cm + B rng chõn lan can: b clc = 2x50cm + Chiu cao chõn lan can: h clc = 50 cm + B rng ton cu: B cau = 120 cm + S dm ch thit k: n = 5 dm + Khong cỏch gia cỏc dm ch: S = 240 cm + Chiu di phn cỏnh hng: d e = 120 cm 2.4. Chiu cao dm ch - Chiu cao dm ch c la chn ph thuc vo: + Chiu di nhp tớnh toỏn. + S lng dm ch trờn mt ct ngang. Hong Vn Vit Cầu - Đờng bộ B K46 3 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm + Quy mô tải trọng khai thác. - Xác định theo điều kiện cường độ. - Xác định theo kinh nghiệm. - Ngoài ra việc lựa chọn dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng của các bản thép hiện có trên thị trường để tránh việc phải cắt bản thép một cách hợp lý. - Trong bước tính toán sơ bộ ta chọn chiều cao dầm thép theo công thức: .m88.04,26. 30 1 H 30 1 L H sb sb =≥⇒≥ => Chọn chiều cao dầm thép: + Chiều cao bản bụng: D w = 150 cm + Chiều dày bản cánh trên: t t = 3 cm + Chiều dảy bản cánh dưới: t b = 4 cm + Chiều cao toàn bộ dầm thép: H sb = 150 + 3 + 4 = 157 cm 2.5. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu - Kích thước của bản bêtông mặt cầu được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ. - Chiều dày bản thường chọn t s = (16 ÷ 25) cm - Theo quy định của 22 TCN 272 - 05 thì chiều dày bản bêtông mặt cầu phải lớn hơn 175 mm , Đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực. => Ở đây ta chọn t s = 20 cm. - Bản bêtông cấu tạo vút dạng đường vát chéo để tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí neo liên kết. - Kích thước cấu tạo bản bêtông mặt cầu: + Chiều dày bản bê tông: t s = 18 cm + Chiều cao vút bản: t h = 10 cm + Bề rộng vút bản: b h = 10 cm + Chiều dài phần cánh hẫng: d e = 120 cm + Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 120 cm HÌNH 2: CẤU TẠO BẢN BÊ TÔNG MẶT CẦU Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 4 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 2.6. Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ HÌNH 3: CẤU TẠO MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ - Cấu tạo bản bụng: + Chiều cao bản bụng: D w = 150 cm + Chiều dày bản bụng: t w = 2 cm - Cấu tạo bản cánh trên hay bản cánh chịu nén: + Bề rộng bản cánh chịu nén: b c = 40 cm + Số tập bản: n = 1 tập + Chiều dày 1 bản: t = 3 cm + Tổng chiều dày bản cánh chịu nén: t c = 1.3 = 3 cm - Cấu tạo bản cánh dưới hay bản cánh chịu kéo: + Bề rộng bản cánh chịu kéo: b c = 70 cm + Số tập bản: n = 1 tập + Chiều dày 1 bản: t = 4 cm + Tổng chiều dày bản cánh chịu kéo: t c = 1.4 = 4 cm - Tổng chiều cao dầm thép: H sb = 157 cm - Cấu tạo bản bêtông: + Chiều dày bản bêtông: t s = 20 cm + Chiều cao vút bản: t h = 10 cm - Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp: H cb = 157+18+10 = 185 cm Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 5 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 3. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 3.1. Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp 3.1.1. Trường hợp 1: Cầu dầm liên hợp thi công theo phương pháp lắp ghép hay lao kéo dọc không có đà giáo hay trụ đỡ ở dưới. Trong trường hợp này dầm làm việc theo 2 giai đoạn: HÌNH 4: THI CÔNG KCN THEO PHƯƠNG PHÁP LAO KÉO DỌC - Mặt cắt làm việc: HÌNH 5A: MẶT CẮT TÍNH TOÁN GIAI ĐOẠN I - Giai đoạn I: Sau khi thi công xong dầm thép. + Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt dầm thép. + Tải trọng tính toán: Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 6 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 1. Trọng lượng bản thân dầm. 2. Trọng lượng hệ liên kết dọc và hệ lien kết ngang. 3. Trọng lượng bản bêtông và những phần bêtông được đổ cùng với bản - Giai đoạn II: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo hiệu ứng liên hợp giữa thép và bản BTCT. + Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt liên hợp thép – BTCT. + Tải trọng tính toán: 1. Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắn bánh. 2. Hoạt tải. HÌNH 5B: MẶT CẮT TÍNH TOÁN GIAI ĐOẠN II 4.1.2. Trường hợp 2 - Cầu dầm liên hợp thi công bằng phương pháp lắp ghép trên đà giáo cố định hoặc có trụ tạm đỡ dưới. Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 7 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm HÌNH 6: THI CÔNG KCN TRÊN ĐÀ GIÁO CỐ ĐỊNH Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 8 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm - Giai đoạn 1: Trong quá trình thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp và tải trọng thi công sẽ do đà giáo chịu, như vậy giai đoạn này mặt cắt chưa làm việc. - Giai đoạn 2: Sau khi dỡ đà giáo thì trọng lượng của kết cấu nhịp mới truyền lên các dầm chủ, mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp. Như vậy tải trọng tác dụng lên dầm gồm: + Tĩnh tải giai đoạn I. + Tĩnh tải giai đoạn II + Hoạt tải. Kết luận: Giả thiết cầu được thi công bằng phương pháp lắp ghép bằng cần cẩu nên dầm làm việc theo hai giai đoạn ở trong trường hợp 1. 3.2. Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn I - Giai đoạn I: Khi thi công xong dầm thép đã đổ bản bêtông mặt cầu, tuy nhiên giữa dầm thép và bản bêtông chưa tạo ra hiệu ứng liên hợp. HÌNH 7: MẶT CẮT DẦM GIAI ĐOẠN I - Mặt cắt tính toán là mặt cắt dầm thép: - Diện tích mặt cắt dầm thép (diện tích mặt cắt nguyên): A NC = b c .t c + D w .t w + b t .t t = 40.3 + 150.2 + 70.4 = 700cm 2 - Xác định mômen tĩnh của mặt cắt đối với trục 0-0 đi qua đáy dầm thép: 2 t .t.bt 2 D .t.D 2 t H.t.bS t ttt w ww c sbcco +       ++       −= Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 9 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu ThÐp Bé m«n cÇu HÇm 3 3 150 4 40.3. 157 150.2. 4 70.4. 42920 2 2 2     = − + + + =  ÷  ÷     cm - Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai đoạn I: o 1 NC S 42920 Y 61.31cm A 700 = = = - Chiều cao phần sườn dầm chịu nén: D c1 = H sb – t c – Y 1 = 157 – 3 – 61.31 = 92.69cm - Khoảng cách từ mép trên dầm thép đến trục I-I : 1 t sb 1 Y H Y 157 61.31 95,69cm= − = − = - Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục I-I: 1 b 1 Y Y 61.31cm= = - Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I: + Mômen quán tính bản bụng: 2 2 3 3 w w w w w w t 1 t .D D 2.150 150 I t .D t Y 2.150 4 61.31 12 2 12 2     = + + − = + + −  ÷  ÷     = 656335.3cm 4 + Mômen quán tính bản cánh chịu nén: 2 2 3 3 c c c cf c c sb 1 b .t t 40.3 3 I b .t H Y 40.3 157 61.31 12 2 12 2     = + − − = + − −  ÷  ÷     = 1064603.9cm 4 + Mômen quán tính bản cánh chịu kéo: 2 2 3 3 t t t tf t t 1 b .t t 70.4 4 I b .t Y 70.4 61.31 12 2 12 2     = + − = + −  ÷  ÷     = 985465cm 4 + Mômen quán tính của tiết diện dầm thép: I NC = I w + I cf + I tf = 656335.3+ 1064603.9+ 985465= 2706404.2 cm 4 - Xác định mômen tĩnh của phần trên mặt cắt dầm thép đối với trục I-I: ( ) 2 tYH .t 2 t YHt.bS 2 c1sb w c 1sbccNC −− +       −−= ( ) 2 157 61.31 3 3 40.3 157 61.31 2. 19892.93 2 2 − −   = − − + =  ÷   cm 3 - Mômen quán tính của mặt cắt dầm thép đối với trục Oy: 3 3 3 3 3 3 4 c c w w t t y t .b D .t t .b 3.40 150.2 4.70 I 130433.33cm 12 12 12 12 12 12 = + + = + + = Hoàng Văn Việt CÇu - §êng bé B K46 10 [...]... ữ + A r (H sb Y1 Z1 + Yr ) } 2 3 1 18 10 Ss = {18.236.157 61,31 53 ,04 + 10 + ữ+ 40.10.157 61,31 53 ,04 + ữ+ 8 2 2 1 2 2 .10.10.157 61,31 53 ,04 + 10 ữ + 22.62.(157 53 ,04 61,31 + 18) } 2 3 = 37127,4cm3 3.2.4.4 THH ca mt ct liờn hp di hn Hong Vn Vit K46 17 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm - Mt ct liờn hp ngn hn c s dng tớnh toỏn i vi cỏc ti trng di hn nh tnh... Mụmen quỏn tớnh ca phn dm thộp: I II = I INC + A NC Z1 2 = 270644,2 + 700.53 ,04 2 = 4675614,7 cm4 NC Hong Vn Vit K46 16 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + Mụmen quỏn tớnh ca phn bn bờtụng: 2 3 ts 1 b s t s Is = + b s t s H sb Y1 Z1 + t h + 12 n 2 2 1 236.183 18 = + 236.18.157 61,31 53 ,04 + 10 + ữ ữ = 2032291,7cm4 12 8 2 ữ + Mụmen quỏn tớnh ca phn vỳt bn... 2706 404 19892.93 1 3043 3.33 n v cm2 cm3 cm cm cm cm4 cm4 cm4 cm4 cm3 cm4 3.3 Xỏc nh c trng hỡnh hc mt ct giai on II 3.3.1 Mt ct tớnh toỏn - Giai on II: Khi bn mt cu ó t c 80% cng v tham gia lm vic to ra hiu ng liờn hp gia dm thộp v bn BTCT - Mt ct tớnh toỏn l: Mt ct liờn hp c trng hỡnh hc mt ct giai on II l THH ca tit din liờn hp Hong Vn Vit K46 11 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu. .. lan can lp ghộp thỡ trng lng ca nú c tớnh vo tnh ti giai on II - Trng lng di u ca dm thộp: Hong Vn Vit K46 34 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm q sbdt = A NC L nh s 700. 104. 27.78,5 = = 5,5(kN / m) L nh 27 - Trng lng di u ca bn bờtụng mt cu: q sbmc = As L nh c 4748. 104. 27.25 = = 11,87(kN / m) L nh 27 - Trng lng di u ca dm ngang: qdn = 0,19 kN/m - Trng lng di u ca HLK ngang trung... n II-II MMQT ca dm thộp vi trc II-II Z1 I II NC 53 .04 Z 1 II ' 4675615 I NC MMQT ca bn vi trc II-II Is 2032292 I s Hong Vn Vit K46 21 MC di hn Kớ Giỏ hiu tr b1 118 b2 118 bs 236 ' A so 4248 ' ' ' n v cm cm cm cm2 2 500 cm 2 4748 cm 22.62 cm2 920.45 cm2 24998.1 cm3 27.16 cm 4 3222711 cm 4 1360780 cm Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm MMQT phn vỳt bn vi trc II-II ' Ih 4 113825 cm... t w = 250.150.2.10-1 = 7500 kN + Lc do ti trng tõm bn bờtụng: Ps = 0,85.f c' A s = 0,85.26.4748.10-1 = 1049 3,08 kN + Lc do xut hin ti ct thộp bn trờn: Prt = Fyrt A rt = 420.11,31 10-1 = 475,01 kN + Lc do xut hin ti ct thộp bn di: Hong Vn Vit K46 22 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm Prb = Fyrb A rb = 420.11,31 10-1 = 475,01 kN - V trớ trc trung ho do (PNA) c xỏc nh nh sau: + Nu... - Trng lng h liờn kt ngang trờn 1m chiu di dm ch: P (1. 404 + 0.789).36 q lkn = lkn = = 0,58(kN / m) n.L nh 5.27 Trong ú: + qlkn : Trng lng h liờn kt ngang trờn 1 một di mt dm ch + Plk n : Tng trng lng ca cỏc thanh trong h liờn kt ngang +n : S dm ch trờn mt ct ngang, n = 5 dm Hong Vn Vit K46 30 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm + Lnh : Chiu di kt cu nhp, Lnh = 27m 4.1.3 Sn tng... 173288,6cm4 + Mụmen quỏn tớnh ca mt ct liờn hp ngn hn: ' I LT = I II ' + I s + I 'h + I 'r NC = 3222711,1 + 1360780+ 113825,2 + 173288,6= 4870 604, 9cm4 - Mụmen tớnh ca bn bờtụng vi TTH II-II ca tit din liờn hp: Hong Vn Vit K46 19 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm 1 t t ' ' {bs t s H sb Y1 Z1 + t h + s ữ+ b c t h H sb Y1 Z1 + h ữ+ ' n 2 2 1 2 ' ' 2 .t h b h H sb Z1 Y1 +... trng tõm tit din dm thộp n trng tõm tit din liờn hp (khong cỏch t I-I n II-II): S1 24998,07 Z = x = = 27,16cm A LT 920,45 ' 1 - Chiu cao phn sn dm chu nộn n hi: Hong Vn Vit K46 18 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm ' D 'c 2 = Hsb tc Y1 Z1 = 157 3 61,31 27,16 = 65,53cm - Khong cỏch t mộp trờn dm thộp n trc II-II: ' YtII ' = H sb t c Y 1 Z1 = 157 61,31 27,16 = 68,53cm - Khong... thnh hai li l li ct thộp phớa trờn v li ct thộp phớa di ca bn n gin ch tớnh ct thộp theo phng dc cu 16 - 135@200 L =11900 10 @480 Hong Vn Vit K46 12 - 10@240 L =26900 10 @480 14 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu Thép Bộ môn cầu Hầm HèNH 11: B TR CT THẫP TRONG BN BấTễNG - Li ct thộp phớa trờn: + ng kớnh ct thộp: = 12 mm 3.1416.1.2 2 + Din tớch mt ct ngang 1 thanh: = = 1.131cm2 4 + S thanh trờn mt . 27407MPa - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép các bon với các thông số: + Cấp thép: 270M + Giới hạn chảy của thép: f y = 250 MPa + Giới hạn kéo đứt của thép: f u = 400 MPa + Môđun đàn hồi của thép: E s =. của cốt thép trong bản bêtông - Cốt thép trong bản bêtông mặt cầu được bố trí thành hai lưới là lưới cốt thép phía trên và lưới cốt thép phía dưới của bản. Để đơn giản chỉ tính cốt thép theo. hồi của thép và bêtông. + A r : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông. + A NC : Diện tích dầm thép. - Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiết diện thép: 1 s