Tài liệu THIẾT KẾT CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN, TỔ HỢP NỘI LỰC DẦM T (DUL)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC PHẦN II TIN HỌC THIẾT KẾT CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN, TỔ HỢP NỘI LỰC DẦM T (DUL) : Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 79 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC CHƯƠNG I Giới thiệu về đề tài tốt nghiệp: Thực tế, với điều kiện địa hình sông suối vừa và nhỏ khá phức tạp ở nước ta, Cầu BTCT DƯL nhịp giản đơn đã được ứng dụng rất phổ biến. Với việc sử dụng vật liệu BTCT DƯL, chúng ta đã tạo ra được nhiều cây cầu BTCTDƯL nhịp giản đơn có khẩu độ nhịp lớn. Điều đó đã làm tăng tính hiệu quả về mặt kinh tế trong qúa trình khai thác. Trước đây, hầu hết các công trình cầu xây dựng trên đất nước ta đều được thiết kế theo qui trình cũ (qui trình 22TCN 18 -79 của Nga). Ngày nay, với xu thế hội nhập hoá đang diễn ra hết sức mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh vực: Kinh tế, chính trị, văn hóa,… v.v. Để phù hợp với xu thế này, mới đây Bộ Giao Thông Vận Tải đã chính thức ban hành tiêu chuẩn thiết kế cầu mới: Tiêu chuẩn 22TCN 272-05. Với việc ra đời tiêu chuẩn mới này, yêu trước tiên mang tính chất bắt buộc đối với các kỹ sư ngành cầu nói riêng là phải nắm bắt và thích nghi ngay với tiêu chuẩn mới để đảm bảo cho chuyên môn và nghiệp vụ của mỗi người. Cũng không nằm ngoài các đối tượng trên, bản thân em là một sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp cũng có nghĩa chuẩn bị là một kỹ sư. Do đó nhiệm vụ bắt buộc của bản thân trước lúc ra trường là phải tìm hiểu và thích nghi dần với tiêu chuẩn thiết kế cầu mới, nhằm trang bị cho bản thân một lượng kiến thức chuyên môn nhất định, phù hợp với yêu cầu thực tại và xu thế phát triển của thời đại. Xuất phát trên những cơ sở đó, bản thân em đã xin được nhận đề tài: “Tính toán nội lực dầm BTCT DƯL giản đơn, tiết diện chữ T theo tiêu chuẩn thiết kế cầu mới – Tiêu chuẩn 22TCN 272-05” làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Nhiệm vụ của đề tài:  Đưa ra các đặc trưng của dầm.  Tính toán nội lực (Mômen và lực cắt) tại các tiết diện của dầm dưới tác dụng của các loại tải trọng sau: - Tĩnh tải: + Tĩnh tải 1): Do trọng lượng bản thân dầm,dầm ngang,mối nối,bản mặt cầu Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 80 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC + Tĩnh tải 2: Do trọng lượng của: lớp phủ, lan can - Hoạt tải: Nội lực do hoạt tải gây ra sẽ bằng: - Max(Hoạt tải xe tải HL-93 loại 3 trục + Tải trọng làn, Hoạt tải HL-93 xe 2 trục + Tải trọng làn) - Nội lực do tải trọng người đi qua + Đặc trưng của xe tải thiết kế HL-93 loại xe 3 trục 35 kN 145 kN 145 kN 4300 mm 4300 mm tíi 900mm mmm 600 mm nãi chung 300mm mót thõa cña mÆt cÇu Lµn thiÕt kÕ 3600 mm Hình I -1: Đặc trưng của xe tải thiết kế + Xe hai trục thiết kế Xe taitrục gồm một cặp trục 110000N cách nhau 1200mm. Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800mm. - Tải trọng làn thiết kế: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 81 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3N/mm phân bố đều theo chiều dọc. Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm. ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích.  Sau khi đã có kết quả nội lực của các tiết diện, tiến hành Kiểm toán các tiết diện theo các trạng thái giới hạn của tiêu chuẩn mới. I. Triết lý thiết kế tổng quát I.1 . Mục đích thiết kế. Các phân tích và tính toán cầu thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272 - 05 phải hướng các mục tiêu dưới đây. - Đảm bảo an toàn cho người và phương tiện tham gia giao thông - Đáp ứng yêu cầu khai thác chủ yếu về các mặt: độ bền, dễ kiểm tra, thuận tiện duy tu, thuận tiện thông xe, các tiện ích công cộng khác (như tải đường ống dẫn nước, đường điện...), độ cứng (khả năng chống biến dạng), xét tới khả năng mở rộng cầu trong tương lai. - Khả năng thi công - Tính kinh tế - Mỹ quan, kiến trúc Như ậy ngoài các công năng thông thường, công trình cầu còn có yêu cầu như một công trình kiến trúc để làm đẹp cảnh quan ở vị trí xây dựng. Các công trình đều có các công đoạn thiết kế mỹ thuật rất quan trọng. I.2. Triết lý tổng quát: Mục đích thiết kế của tiêu chuẩn nêu trên được cụ thể hóa bằng hai khái niệm: + Trạng thái giới hạn: Tình huống nguy hiểm đặc trưng dự kiến có thể xảy ra cho kết cấu. Khi vượt qua trạng thái giới hạn ngừng thỏa mãn các yêu cầu của thiết kế. Các trạng thái giới hạn được coi ngang nhau. + Điều kiện đảm bảo an toàn: Đối với mọi trạng thái giới hạn phải thỏa mãn bất phương trình sau: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 82 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC Với ý nghĩa tổng các tác động có thể xảy ra trong tình huống cụ thể đều phải nhỏ hơn sức kháng của kết cấu được thiết kế. Đây chính là nội dung cơ bản của phương pháp thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (Load and Resistence factor Design) trong đó: - Hệ số sức kháng được xác định trên cơ sở thống kê (<=1) nhằm tăng mức độ an toàn. Hệ số sức kháng được lấy theo điều 5.5.4.2 và bảng 5.5.4.2.2-1 phụ thuộc vào phương pháp thi công, vật liệu kết cấu, mức độ dự ứng lực(một phần hay toàn phần). Rn - Sức kháng danh định của vật liệu Rn - Sức kháng tính toán Qi - ứng lực i - Hệ số tải trọng lấy theo các bảng 3.4.1.1 và 3.4.1.2 i - Hệ số điều chỉnh tải trọng theo điều 1.3.2.1 Tuổi thọ thiết kế của các công trình cầu là 100 năm. Gần đây đưa ra khái niệm về chi phí vòng đời (life cycle cost) gắn liền với việc thiết kế công trình theo tuổi thọ. Triết lý cơ bản này cơ bản giống như các Tiêu chuẩn thiết kế khác. Các hiệu ứng lực được tính toán theo các lý thuyết phân tích kết cấu và đưa thêm vào các hệ số tải trọng để xét đến các khả năng bất lợi đồng thời đưa vào hệ số sức kháng để chiết giảm khả năng chịu lực của vật liệu. Nhờ việc đưa vào các hệ số tải trọng và hệ số sức kháng mà mức độ an toàn của kết cấu được đảm bảo. Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 83 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC CHƯƠNG II CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍNH TOÁN NỘI LỰC Đề tài: “ Tính nội lực giản đơn BTCTƯST, tiết diện chữ T theo qui trình 22TCN272-05” I. nhịp: CƠ SỞ LÝ LUẬN DÙNG TRONG TÍNH TOÁN Tên Ký hiệu Đơn vị Chiều dài dầm L m Chiều dài nhịp tính toán Ls m Bề rộng cầu B m Chiều rộng phần xe chạy W m Chiều rộng lề bộ hành B1 m Số dầm Ng Dầm Khoảng cách giữa các dầm S m Số làn xe NI làn Hệ số làn MLF Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 84 Lp 5 TH3 I.1. Kíck thước kết cầu TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC I.2 Kích thước dầm chủ tinh: a) Tiết diện dầm gồm các kích thước như hình vẽ: Tên Chiều rộng đáy dầm Chiều rộng phần dốc đáy dầm Chiều dày sườn dầm Chiều rộng phần dốc của cánh trên Chiều rộng phần vút cánh Chiều rộng phần cánh trên Chiều cao cánh dưới Chiều cao nách dưới Chiều cao sườn dầm Chiều cao nách dưới cánh trên Chiều cao vút của cánh Chiều cao của cánh Ký hiệu b1 b2 b3 b4 b5 b6 h1 h2 h3 h4 h5 h6 Ghi chú m m m m m m m m m m m m II.1. Ta tính diện tích của dầm: Ta tính cho mặt cắt giữa nhịp các mặt cắt khác tương tự: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 85 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC A1=h1*b1 A2=h2*b2 A3=(h2+h3+h4)*b3 A4=h4*b4 A5= h5*(b3+2*b4) A6= h5*b5 A7=h6*b6 7 6 6 5 4 4 3 2 2 1 Giai đoạn 1: AI=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7 Giai đoạn 2: AII=AI II.2. Ta tính khoảng cách từ đáy dầm đến trọng tâm mặt cắt (Ls/2): Y1 = Y4=h1+h2+h3+ Y5=h1+h2+h3+h4+ Y2=h1+ Y6= h1+h2+h3+h4+ Y3=h1+ Y7= h1+h2+h3+h4+h5+ Giai đoạn 1: Y I= Giai đoạn 2: YII= II.3. Ta tính mômen quán tính cho dầm (Ls/2) : Mômen quán tính với hệ tạo độ địa phương: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 86 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC + Et : modun đàn hồi của thép + Eb :modun đàn hồi cảu betoong I1= I5= I2= I6= I3= I7= I4= Mômen quán tính giai đoạn 1: I I= Giai đoạn 2 I II= III. Tính nội lực do tĩnh tải: III.1. Tính nội lực do tải bản thân,lan can, Asphalt thân gây ra: Phương pháp tính như là 1 lực phân bố đều trên dầm đơn giản: VD: ta tính nội lực tại mặt cắt có tọa độ X, với lực phân bố đều q, chiều dài dầm L q X L Ta tính môme tai mặt cắt X: M= Ta tính lực cắt tại mặt cắt X: V= III.2. Tính nội lực do dầm ngang gây ra: Với nội lực dầm ngang gây ra ta tính như dầm đơn giản có tải tập trung: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 87 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC Chú ý: luôn bố trí dầm ngang tại các gối và tải trọng dầm ngang tại các gối truyền lực trực tiếp xuống gối lên ko tính lực vào dầm chủ VD: a) Ta tính với mặt cắt tại X: M= V= b) Ta tính với mặt cắt X1: M= V= IV. Tính nội lực do hoạt tải: Các đặc trưng về tải trọng tiêu chuẩn thiết kế: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 88 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC 35 kN 145 kN 145 kN 4300 mm 4300 mm tíi 900mm mmm 600 mm nãi chung 300mm mót thõa cña mÆt cÇu Lµn thiÕt kÕ 3600 mm Xe tải thiết kế Tải trọng xe hai trục thiết kế Tải trọng làn thiết kế a) Tính hệ số phân bố ngang:  Hệ số phân bố cho mômem Đối với dầm giữa: + Với 1 làn xe thiết kế chịu tải Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 89 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC + Với 2 hoặc lớn hơn 2 làn xe thiết kế chịu tải Kg=(I+Aeeg2) Với I: Mômen tiết diện nghiêng L:chiều dài tính tốn ts:chiều dày bản Điều kiện kèm theo: 1100 S 4900; 110 ts 6000 Ld 73000; Ndn 300 4 (số dầm chủ ) - Momen dầm biên: + Với 1 làn xe thiết kế chịu tải: - Xác định theo 600 nguyên tắc đòn bẩy R.S = 1800 S-2400 P/2 P/2 (S+de-600)+ khíp ( S+de-600-1800)  S R= de r  + Với 2 hoặc lớn hơn 2 làn xe thiết kế chịu tải: ; Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 90 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN eM = 0,77 + ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC ( Với -300mm de 1700mm); 1. Hệ số phân bố cho lực cắt: - Lực cắt dầm trong: + Một làn thiết kế chịu tải: = 0,36 + ; + Với 2 hoặc lớn hơn 2 làn xe thiết kế chịu tải: ; - Lực cắt dầm biên: + Với 1 làn xe thiết kế chịu tải: - Xác định theo nguyên tắc đòn bẩy  = + Với 2 hoặc lớn hơn 2 làn xe thiết kế chịu tải: eM = 0,6 + ( Với -300mm de 1700mm) b) Tính tổ hợp nội lực do hoạt tải : 2. Ta tính tổng quát cho mặt cắt có tạo độ X: b.1. Ta tính mômen do hoạt tải gây ra tại mặt cắt X: - Hệ số xung kích: IM=1.25; Mômen do làn gây ra: ML = 9.3*ω (KNm); +ự: là diện tích đường ảnh hưởng Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 91 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC 3. Xét với X>(Ltt-X):      Momen do xe 3 trục gây ra: Xác định các tung độ Yi tổng quát:     Y2 =     ; Y3= ; Y1 = x ;  M3truc= (145*(Y1+Y2)+35*Y3)*IM; Mômen do xe 2 trục: Xác định các tung độ Yi tổng quát: Y4 = ; Y5= ;  M2truc=(110*Y4+110*Y5)*IM; Ta có: Mmax=max(M3truc , M2truc);  Mthietke= Mmax+ML; Lực cắt do làn gây ra: VL=9.3*ω; +w: diện tích phần đường ảnh hưởng làn chất lên: Lực cắt do xe 3 trục gây ra: Xác định các tung độ Yi tổng quát Y1 = 1- = Y2= ; Y3 = ; ;  V3truc=(145*(Y1+Y2)+35*Y3)*IM; Lực cắt do xe 2 trục gây ra: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 92 Lp 5 TH3      TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Y4 = ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC ; Y45= ; V2truc=110*(Y5+Y4)*IM; Ta có: Vmax=max(V3truc , V2truc); Vthietke=Vmax+VL; 4. Xét với X<(Ltt-X):      Momen do xe 3 trục gây ra: Xác định các tung độ Yi tổng quát:         Y2 = ; Y1= ; Y3 = ; x  M3truc= (145*(Y3+Y2)+35*Y1)*IM; Mômen do xe 2 trục: Xác định các tung độ Yi tổng quát: Y5 = ; Y4 = ;  M2truc=(110*Y4+110*Y5)*IM; Ta có: Mmax=max(M3truc , M2truc);  Mthietke= Mmax+ML; Lực cắt do làn gây ra: VL=9.3*ω; +ω: diện tích phần đường ảnh hưởng làn chất lên: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 93 Lp 5 TH3      TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC Lực cắt do xe 3 trục gây ra: Xác định các tung độ Yi tổng quát Y3 = ; Y2= ; Y1 = ;  V3truc=(145*(Y3+Y2)+35*Y1)*IM; Lực cắt do xe 2 trục gây ra: Y5 = ; Y4= ; V2truc=110*(Y5+Y4)*IM; Ta có: Vmax=max(V3truc , V2truc); Vthietke=Vmax+VL; Tổ hợp nội lực do hoạt tải dầm chữ T: Mhoattai=Mthietke*mgm*MFL Trong đó: +mgm: hệ số phân bố mômen +MFL: hệ số làn Vhoattai=Vthietke*mgv*MFL +mgv: hệ số phân bố lực cắt +MFL: hệ số làn V. Tổ hợp nội lực dầm chữ T: Ta có hệ số tổ hợp: Hệ số tổ hợp tải trọng Hệ số tải trọng(γi) Tổ hợp tải trọng Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 DC DW LL Điều chỉnh tải trọng ηd 94 Lp 5 TH3 ηR ηt ηi TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC Cường độ I 1.25 1.5 1.75 1 1 1 1 Sử dụng -I 1 1 1 1 1 1 1 Sử dụng -III 1 1 0.8 1 1 1 1  Tổ hợp theo cường độ I: Mth= MDC*1.25+Mhoattai*1.75+MDW*1.5;  Tổ hợp theo sử dụng I: Mth=MDC*1+MDW*1+Mhoattai*1  Tổ hợp theo sử dụng III: Mth=MDC*1+MDW*1+Mhoattai*0.8 + MDC :là mômen do tải trọng bản thân, tải trọng lan can, tải trọng dầm ngang gây ra; +MDW: là mômen do lớp phủ mặt cầu gây ra Chương II THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH A. Sơ đồ phân rã chức năng Trên cơ sở thiết kế chương trình bao gồm hai chức năng lớn là tính toán và kiểm toán tiết diện ta xây dựng sơ đồ phân rã chức năng của chương trình như sau: Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 95 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC CHƯƠNG TRÌNH Tạo lập dự liệu 1 KIẾT XUẤT 2 Thông số kích thước dầm 1 1 Tính Toán Thông số chung TRỢ GIÚP 3 Chiều rộng đáy dầm (b1), phần dóc đáy dầm(b2), sườn(b3), dóc phần cánh trên(b4), vút cánh trên (b5), cánh trên(b6), Chiều cao cánh dưới (h1),nách dưới(h2),sườn dầm(h3),nách dưới cánh trên(h4),vút cánh(h5) ,cánh trên(h6) Chiều dài dầm L,chiều dài tính toán Ls, Bề rộng lan can B1,số dầm chủ Ng, số làn xe NI, hệ số làn xe Đặc trưng vật liệu Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 Khối lượng riêng bê tông, Modul đàn hồi bê tông lúc truyền lực Eb,Modul đàn hồi thép 96 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC -Đặc trưng tiết diện giai đoạn I,II Tính toán đặc trưng tiết diện Tính toán do nội lực tỉnh tải Hệ số phân bố mô men 2 1 Tính toán nội lực do hoạt tải -Diện tích -Mô men quán tính Tải trọng bản thân Do lan can, bản mặt cầu Dầm trong Dầm ngoài Mô men,lực cắt do hoat tải : Hệ số làn, Dầm biên,dầm giữa Tổ hợp tải trọng Tổ hợp theo momen: giai đoán I - cường độI Lực cắt: - sử dụng I Giai đoạn II - cường độI - sử dụng I -sử dụng III Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 97 Lp 5 TH3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN TIN HỌC 3 XUẤT RA BẢN TEXT - Các kết quả tính toán (thông số thiết kế) XUẤT RA ĐỒ HOẠ - Xuất bản vẽ. - Đường ảnh hưởng chất tải. - Các đánh giá nhận xét B. Sơ đồ tiến trình Thái Tuấn Anh Mssv : 113750 98 Lp 5 TH3