Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp Bé m«n KÕt cÊu Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp L= 23m SV TrẦN TRUNG HIẾU Trường Giao thông vận tải TrÇn Trung HiÕu CÇu - §êng bé B_K46 1 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Giáo viên hớng dẫn : Nguyễn Ngọc Lâm Sinh viên : Trần Trung Hiếu Lớp : Cầu - Đờng bộ B K46 Đề bài: Thiết kế một dầm chủ, nhịp giản đơn trên cầu đờng ôtô, có mặt cắt dầm thép tổ hợp đờng hàn trong nhà máy và lắp ráp mối nối tại công trờng bằng bulông độ cao, không liên hợp. I. số liệu giả định Chiều dài nhịp Hoạt tải Khoảng cách tim hai dầm Số làn xe thiết kế : L = 23 m : HL-93 : b f + 32 cm : n L =2 làn Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các tiện ích (DW) Tĩnh tải bản BTCT mặt cầu (DC 2 ) : 5,32 kN/m : 5,32 kN/m Hệ số phân bố ngang tính cho mômen : mg M = 0,56 Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt : mg Q = 0,54 Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng : mg d = 0,62 Hệ số phân bố ngang tính mỏi : mg f = 0,58 Hệ số cấp đờng : k = 0.5 Số lợng giao thông trung bình 1 ngày/ 1 làn : ADT = 20000 xe/ngày/làn Tỷ lệ xe tải trong luồng : k truck = 0,2 Độ võng cho phép của hoạt tải : L/800 Vật liệu Thép chế tạo dầm Bulông cờng độ cao : f y = 400 MPa : A490 Quy trình thiết kế cầu 22TCN-272-2005 II-yêu cầu về nội dung 1. Chọn mặt cắt ngang dầm. 2. Tính mômen, lực cắt lớn nhất do tải trọng gây ra. 3. Vẽ biểu đồ bao mômen, lực cắt do tải trọng gây ra. 4. Kiểm toán dầm theo các TTGHCĐI, sử dụng và mỏi. 5. Tính toán thiết kế sờn tăng cờng. 6. Tính toán thiết kế mối nối công trờng. Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 2 Bµi tËp lín KÕt cÊu thÐp Bé m«n KÕt cÊu 7. ThÓ hiÖn trªn giÊy A1. CÊu t¹o dÇm vµ thèng kª s¬ bé khèi lîng TrÇn Trung HiÕu CÇu - §êng bé B_K46 3 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu I. Chọn mặt cắt dầm Mặt cắt dầm đợc chọn theo phơng pháp thử sai, tức là ta lần lợt chọn kích thớc mặt cắt dầm dựa vào kinh nghiệm và các quy định khống chế của tiêu chuẩn thiết kế rồi kiểm toán lại, nếu không đạt thì ta phải chọn lại và kiểm toán lại. Quá trình này đợc lập lại cho đến khi thoả mãn. 1. Chiều cao dầm thép Chiều cao dầm chủ có ảnh hởng rất lớn đến giá thành công trình, do đó phải cân nhắc kỹ khi lựa chọn giá trị này. Đối với cầu đờng ôtô nhịp giản đơn ta có thể chọn theo công thức kinh nghiệm sau: L 25 1 d , và ta thờng chọn L 12 1 20 1 d ữ= Ta có: 1/25L = 0,92 m 1/20L = 1.15 m 1/12L = 1,92 m Vậy ta chọn d =1200 mm 2. Bề rộng cánh dầm Chiều rộng cánh dầm đợc lựa chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau: b f = d 3 1 2 1 b f ữ= ta chọn: Chiều rộng bản cánh trên chịu nén: b c = 500 mm Chiều rộng bản cánh dới chịu kéo: b f = 500 mm 3. Chiều dày bản cánh và bản bụng dầm Theo quy định của quy trình (A6.7.3) thì chiều dày tối thiểu của bản cánh, bản bụng dầm là 8mm. Chiều dày tối thiểu này là do chống rỉ và yêu cầu vận chuyển, tháo lắp trong thi công. Ta chọn: Chiều dày bản cánh trên chịu nén: t c = 30 mm Chiều dày bản cánh dới chịu kéo: t t = 30 mm Chiều dày bản bụng dầm: t w = 18 mm Do đó chiều cao của bản bụng sẽ là: D = 1140 mm Mặt cắt dầm sau khi chọn có hình vẽ: Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 4 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu 4. Tính các đặc trng hình học của mặt cắt Đặc trng hình học của mặt cắt dầm đợc tính toán và lập thành bảng sau: Mặt cắt A h A*h Io y Ay*y Itotal Cánh trên 15000 1185 1.8E+07 1E+06 -585 5E+09 5.1E+09 Bản bụng 20520 600 1.2E+07 2E+09 0 0 2.2E+09 Cánh dới 15000 15 225000 1E+06 585 5E+09 5.1E+09 Tổng 50520 600 3E+07 2E+09 0 1E+10 1.2E+10 Trong đó: A=Diện tích (mm 2 ) h=Khoảng cách từ trọng tâm từng phần tiết diện dầm đến đáy dầm (mm) I o =Mômen quán tính của từng phần tiết diện dầm đối với trục nằm ngang đi qua trọng tâm của nó. h total =Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm ( nhóm các phần tiết diện dầm) đến đáy bản cánh dới dầm (mm). h total = = )( ).( A hA y (mm). y=Khoảng cách từ trọng tâm từng bộ phận đến trọng tâm của mặt cắt dầm (mm) y= hy (mm). I total =I o +A.y 2 (mm 4 ). Từ đó ta tính đợc: Mặt cắt y bot y top y botmi d y topmi d S bot S top S botmid S topmid Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 5 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Dầm thép 600 600 585 585 2.1E+0 7 2E+0 7 2.1E+0 7 2E+0 7 Trong đó: y bot =Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đáy bản cánh dới dầm thép (mm) y top =Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến đỉnh bản cánh trên dầm thép (mm) y botmid =Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh dới dầm thép (mm) y topmid =Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt dầm đến trọng tâm bản cánh trên dầm thép (mm) s bot =mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y bot s top =mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y top s botmid =mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y botmid s topmid =mômen kháng uốn của mặt cắt dầm ứng với y topmid 5. Tính toán trọng lợng bản thân dầm thép Diện tích mặt cắt ngang dầm thép A = 50520mm 2 Trọng lợng riêng của thép làm dầm s = 78.5kN/m 3 Trọng lợng bản thân dầm thép w DC1 = 3.875kN/m II. Tính toán và vẽ biểu đồ bao nội lực 1.Tính toán M, V theo phơng pháp đờng ảnh hởng Chia dầm thành các đoạn bằng nhau. Chọn số đoạn dầm: N dd = 10 đoạn Chiều dài mỗi đoạn dầm: L dd = 2.3 m Trị số đờng ảnh hởng mômen đợc tính toán theo bảng sau: Mặt cắt Xi đah M i A mi 1 2.3 2.07 23.805 2 4.6 3.68 42.32 3 6.9 4.83 55.545 4 9.2 5.52 63.48 5 11.5 5.75 66.125 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 6 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Trong đó: X i =Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đah M i =Tung độ đah M i` A Mi =Diện tích đờng ảnh hởng M i Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng mômen tại các mặt cắt dầm nh sau: 10 5.75 5.52 4.83 3.68 2.07 Dah M5 Dah M4 Dah M3 Dah M2 Dah M1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hệ số điều chỉnh tải trọng tính cho TTGHCĐ lấy nh sau: 95.0= Mômen tại các tiết diện bất kì đợc tính theo công thức: Đối với TTGHCĐI: M i = ( ) [ ] { } MiMiLMWDDC AIMkLLLLmgww ++++ 175.175.15.125.1 Ư =M DC i +M WD i Ư +M LL i Đối với trạng thái giới hạn sử dụng: M i = ( ) [ ] { } MiMiLMWDDC AIMkLLLLmgww ++++ 13.13.10.10.10.1 Ư =M DC i +M WD i Ư +M LL i Trong đó: Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 7 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu LL L =Tải trọng làn rải đều (9.3 kNm) LL Mi =Hoạt tải tơng đơng ứng với đờng ảnh hởng Mi mg M =Hệ số phân bố ngang tính cho mômen W DC =Tải trọng rải đều do bản thân dầm thép và bản BTCT mặt cầu W DW =Tải trọng rải đều do lớp phủ mặt cầu và các tiện ích trên cầu 1+IM=Hệ số xung kích A Mi =Diện tích đờng ảnh hởng Mi k=Hệ số cấp đờng Bảng trị số mômen theo TTGHCĐI Mặt cắt anpha A mi LL truck LL tandem M cd M sd 1 0.1 23.805 24.33 18.497 864.42 433.05 2 0.2 42.32 23.86 18.329 1525.1 7 769.86 3 0.3 55.545 23.386 18.429 1986.4 6 1010.44 4 0.4 63.48 22.90 8 18.297 2252.5 9 1154.79 5 0.5 66.125 22.43 18.165 2328.06 1202.91 Biểu đồ bao mômen cho dầm ở trạng thái giới hạn cờng độ M (kN) 864.42 1525.17 1986.46 2252.59 2328.06 864.42 1525.17 1986.46 2252.59 Trị số đờng ảnh hởng lực cắt đợc tính toán theo bảng sau: Mặt cắt x i L i A vi A v 0 0 23 11.5 11.5 1 2.3 20.7 9.315 9.2 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 8 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu 2 4.6 18.4 7.36 5.06 3 6.9 16.1 5.635 4.6 4 9.2 13.8 4.14 2.3 5 11.5 11.5 2.875 0 Trong đó: X i =Khoảng cách từ gối đến mặt cắt thứ i Đah V i =Tung độ đờng ảnh hởng V i A V =Tổng đại số diện tích đờng ảnh hởng V i A Vi =Diện tích đờng ảnh hởng V i (phần diện tích lớn hơn) Ta có hình vẽ đờng ảnh hởng lực cắt tại các mặt cắt dầm nh sau: Lực cắt tại các tiết diện bất kì đợc tính theo công thức sau: Đối với TTGHCĐI: V i = ( ) [ ] { } ViViLVvWDDC AIMkLLLLmgAww ++++ 175.175.1)5.125.1( Ư =V DC i +V WD i Ư +V LL i Đối với TTGHSD: V i = ( ) [ ] { } ViViLVvWDDC AIMkLLLLmgAww ++++ 13.13.1)0.10.1(0.1 Ư =V DC i +V WD i Ư +V LL i Trong đó : Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 9 Bài tập lớn Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu LL Vi =Hoạt tải tơng ứng với đờng ảnh hởng V i mg v =Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Bảng trị số lực cắt theo TTGHCĐ và TTGHSD Mặt cắt x i (m) L i (m) A vi A v LL truck (kN/m) LL tandem (kN/m) Q cd sd 0 0 23 11.5 11.5 24.8 18.665 407.5 8 341.15 1 2.3 20.7 9.315 9.2 27.1275 20.679 341.0 5 285.29 2 4.6 18.4 7.36 5.06 28.384 23.172 246.50205.54 3 6.9 16.1 5.635 4.6 33.25 26.328 213.66178.25 4 9.2 13.8 4.14 2.3 37.404 30.52 152.9 9 127.23 5 11.5 11.5 2.875 0 42.57 36.325 94.3077.84 Biểu đồ bao lực cắt cho dầm ở trạng thái giới hạn cờng độ : Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 10 [...]... mm Đờng kính bulông CĐC dbolt = 22 mm Sử dụng l tiêu chuẩn dhole = 24 mm Số bulông mỗi bên mối nối N = 20 bulông Bulông đợc bố trí thành hàng,mỗi hàng bulông Khoảng cách giữa các bulông theo phơng dọc dầm Sl = 80 mm Khoảng cách giữa các bulông theo phơng ngang dầm Sh= 80 mm Ta có hình vẽ mối nối đã chọn nh sau: Trần Trung Hiếu bộ B_K46 28 Cầu - Đờng Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Sau đây ta... trờng hợp xếp xe sao cho mômen uốn tại mặt cắt giữa dầm l l n nhất Khi đó ta có thể sử dụng hoạt tải tơng đơng của xe tải thiết kế để tính toán Độ võng l n nhất (tại mặt cắt giữa dầm) do tải trọng rải đều gây ra đợc tính theo công thức: = 5wL4 384 EI Trong đó: W=tải trọng rải đều trên dầm E=Môđun đàn hồi của thép l m dầm Trần Trung Hiếu bộ B_K46 18 Cầu - Đờng Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu. .. tim bulông đến mép thanh Scmax=Khoảng cách l n nhất từ tim bulông đến mép thanh Sc=Khoảng cách tim bulông ngoài cùng đến mép thanh Ta có: Scmin = 38 mm Scmax = 80 mm Sc = 50 mm Kiểm toán (28a) KT28a= OK 7.4.5 .L c cắt tính toán cho một bulông CĐC Ta chỉ tính toán với bulông CĐC ở vị trí xa nhất so với trọng tâm của nhóm bulông ở mỗi bên mối nối, l bulông chịu l c cắt l n nhất L c cắt tính toán trong bulông. .. Trong đó: Vu =L c cắt có hệ số tác dụng l n dầm tại vị trí mối nối ở TTGHCĐI Vr=Sức kháng cắt tính toán của dầm tại vị trí mối nối Trần Trung Hiếu bộ B_K46 33 Cầu - Đờng Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Ta có: Vu = Vr = 213664.5 N 3904177 N 2928133 N Vcđ = L c cắt thiết kế ở TTGHSD đợc xác định theo công thức sau: SD V=V u Trong đó: Vu =L c cắt có hệ số tác dụng l n dầm tại vị trí mối nối ở TTGHSD... độ võng Độ võng của dầm phải thoả mãn điều kiện sau đây: cp = 1 L 800 (14) Trong đó : L= Chiều dài nhịp dầm =Độ võng l n nhất do hoạt tải ở TTGHSD, bao gồm cả l c xung kích ,l y trị số l n hơn của: +Kết quả tính toán do chỉ một mình xe tải thiết kế +Kết quả tính toán của 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng l n thiết kế Độ võng l n nhất (tại mặt cắt giữa dầm ) do xe tải thiết kế gây ra có thể l y... cao= 10x360x1000mm Đờng kính bulông CĐC dbolt = 22 mm Sử dụng l tiêu chuẩn dhole = 24 mm Số bulông mỗi bên mối nối N = 20 bulông Bulông đợc bố trí thành hàng, mỗi hàng bulông Khoảng cách giữa các bulông theo phơng dọc dầm Sl = 80 mm Khoảng cách giữa các bulông theo phơng đứng Sv = 75 mm Ta có hình vẽ mối nối đã chọn nh sau: 7.4.2.Tính toán l c cắt thiết kế nhỏ nhất L c cắt thiết kế ở TTGHCĐI đợc xác định theo công... Tính toán thiết kế mối nối công trờng 7.1.Chọn vị trí mối nối công trờng Ta phải bố trí các mối nối dầm do chiều dài vật liệu cung cấp , yêu cầu cấu tạo, điều kiện sản xuất cũng nh khả năng vận chuyển và l p ráp bị hạn chế Vị trí mối nối công trờng nên tránh chỗ có mômen l n Đối với dầm giản đơn, ta 1 1 thờng bố trí ở chỗ ữ L và đối xứng với nhau qua mặt cắt giữa dầm 4 3 ở đây ta chia dầm thành 3 đoạn... 3 đoạn Do đó, vị trí mối nối công trờng cách gối một đoạn xmn = 6.9 m Ta có: Mômen tại vị trí mối nối ở TTGHCĐI MCĐ = 1986.46 kNm Trần Trung Hiếu bộ B_K46 26 Cầu - Đờng Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Mômen tại vị trí mối nối ở TTGHSD L c cắt tại vị trí mối nối ở TTGHCĐI VCĐ = L c cắt tại vị trí mối nối ở TTGHSD 1010.44 kNm 213.66 kN 178.25 kN MSD = VSD = 7.2.Tính toán l c thiết kế nhỏ nhất... ren răng nằm ngoài mặt phẳng cắt, ta có: Rn1=0.48AbFub.Ns Trong đó: Ab=Diện tích bulông theo đờng kính danh định Fub=Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất của bulông Ns=Số mặt phẳng cắt cho mỗi bulông Ta có: Ab = 380.1 mm2 Trần Trung Hiếu bộ B_K46 30 Cầu - Đờng Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu Fub Ns Rn1 = = = 830 MPa 2 302864 s = 0.8 N Rr1 = 242290.94 N Sức kháng cắt tính toán của bulông CĐC ở TTGHCĐI.. .Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu 407.58 341.05 246.50 213.66 94.30 152.99 94.30 152.99 213.66 246.50 341.05 407.58 Q (kN) III Kiểm toán dầm theo TTGHCĐI 3.1.Kiểm toán điều kiện chịu mômen 3.1.1.Tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép Ta l p bảng tính toán ứng suất trong các bản cánh dầm thép tại mặt cắt giữa nhịp dầm theo TTGHCĐI nh sau: Fbotmi Ftopmi Mặt cắt Dầm thép M 2328.0 . tËp l n KÕt cÊu thÐp Bé m«n KÕt cÊu Bµi tËp l n KÕt cÊu thÐp L= 23m SV TrẦN TRUNG HIẾU Trường Giao thông vận tải TrÇn Trung HiÕu CÇu - §êng bé B_K46 1 Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu . =V DC i +V WD i Ư +V LL i Đối với TTGHSD: V i = ( ) [ ] { } ViViLVvWDDC AIMkLLLLmgAww ++++ 13.13.1)0.10.1(0.1 Ư =V DC i +V WD i Ư +V LL i Trong đó : Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B_K46 9 Bài tập l n Kết cấu thép. B_K46 7 Bài tập l n Kết cấu thép Bộ môn Kết cấu LL L =Tải trọng l n rải đều (9.3 kNm) LL Mi =Hoạt tải tơng đơng ứng với đờng ảnh hởng Mi mg M =Hệ số phân bố ngang tính cho mômen W DC =Tải trọng