Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
MỤC LỤC
Chương 1.................................................................................................................................... 3
GIỚI THIỆU CHUNG VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP....................................................3
I ) Tóm tắt nhiệm vụ đồ án.....................................................................................................3
1. Số liệu đầu vào:..............................................................................................................3
2. Nhiệm vụ thiết kế:...........................................................................................................3
3. Tiêu chuẩn thiết kế:........................................................................................................3
II) Thiết kế hệ dầm mặt cầu :..................................................................................................3
1.Các trạng thái giới hạn...................................................................................................3
2. Vật liệu dùng cho kết cấu:..............................................................................................4
3. Chọn sơ đồ kết cấu nhịp.................................................................................................4
4. Chọn sơ bộ kích thước:...................................................................................................5
Chương 2.................................................................................................................................... 9
THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU..............................................................................................9
I. Thiết kế dầm dọc:................................................................................................................ 9
I.1 Tải trọng tác dụng lên dầm dọc:...................................................................................9
I.2 Chọn tiết diện:............................................................................................................. 14
I.3 Kiểm tra tiết diện:.......................................................................................................15
II. Thiết kế dầm ngang:........................................................................................................24
II.1 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang:............................................................................24
II.2 Xác định nội lực dầm ngang:.....................................................................................26
II.3 Chọn tiết diện:...........................................................................................................29
II.4 Kiểm tra tiết diện:......................................................................................................30
III. Thiết kế liên kết dầm dọc vào dầm ngang......................................................................36
III.1 Xác định số bu lông liên kết bản con cá với cánh trên của dầm dọc........................36
III.2 Xác định số bu lông liên kết sườn dầm dọc và thép góc liên kết:..............................38
IV. Thiết kế liên kết dầm ngang vào nút:.............................................................................40
IV.1 Công thức tính:.........................................................................................................40
IV.2 Tính Rn:..................................................................................................................... 40
IV.3 Tính số lượng bulông:...............................................................................................41
Chương 3.................................................................................................................................. 42
THIẾT KẾ GIÀN CHỦ............................................................................................................ 42
I. Xác định nội lực các thanh qui tụ tại nút số 4:..................................................................42
I.1 Xác định tải trọng tác dụng lên giàn:..........................................................................42
I.2 Tổ hợp nội lực:............................................................................................................44
II. Chọn tiết diện thanh:........................................................................................................45
II.1 Tính nội lực:..............................................................................................................45
II.2 Chọn tiết diện:...........................................................................................................47
II.3 Kiểm tra tiết diện thanh:............................................................................................49
Chương 4.................................................................................................................................. 57
THIẾT KẾ NÚT GIÀN SỐ 4...................................................................................................57
I. Nguyên tắc thiết kế bản nút :.............................................................................................57
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 1
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
II. Trình tự thiết kế nút giàn:................................................................................................58
II.1 Tính số bulông liên kết các thanh giàn:.....................................................................58
II.2 Bố trí bulông:............................................................................................................. 59
III.Tính toán nút giàn số 4:...................................................................................................60
IV. Thiết kế mối nối thanh biên tại nút theo khả năng chịu lực của thanh............................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................66
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 2
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
THIẾT KẾ CẦU GIÀN THÉP
-----------------Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VÀ CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP
I ) Tóm tắt nhiệm vụ đồ án
1. Số liệu đầu vào:
- Chiều dài nhịp tính toán: ltt = 60 m.
- Khổ cầu
: K = 7+2 0,75 (m)
- Tải trọng thiết kế:
+ Hoạt tải thiết kế: HL93.
+ Đoàn người: 3 daN/m2.
2. Nhiệm vụ thiết kế:
- Thiết hế hệ dầm mặt cầu: dầm dọc, dầm ngang, liên kết dầm dọc vào dầm ngang và liên
kết dầm ngang vào giàn chủ.
- Thiết kế tiết diện các thanh giàn trong một nút tự chọn.
- Thiết kế bản nút .
3. Tiêu chuẩn thiết kế:
Thiết kế theo quy trình 22TCN 272-05.
II) Thiết kế hệ dầm mặt cầu :
1.Các trạng thái giới hạn
1.1 Trạng thái giới hạn cường độ I
U = η.{1.25DC + 1.5DW + 1.75(LL+IM)}
IM = 25%
(2.1)
1.2 Trạng thái giới hạn sử dụng
U = 1,0.(DC + DW) +1,0.(LL+IM)
IM = 25%
(2.2)
1.3 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy
U = 0,75.(LL+IM)
IM = 15%
(2.3)
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 3
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
Trong đó: LL: hoạt tải xe.
IM: lực xung kích.
DC: tĩnh tải của các bộ phận kết cấu và liên kết.
DW: tỉnh tải của các lớp phủ mặt cầu.
PL: hoạt tải người.
η = ηD.ηR.ηI: hệ số điều chỉnh tải trọng, lấy theo 22TCN 272-05
Bảng 1:
Các hệ số
Cường độ Sử dụng
Mỏi
1. Hệ số độ dẻo ηD
(A.1.3.3)
0.95
1.0
1.0
2. Hệ số dư thừa ηR
(A.1.3.4)
0.95
1.0
1.0
3. Hệ số quan trọng ηI
(A.1.3.5)
1.05
KAD
KAD
η=ηD.ηR.ηI
(A.1.3.2.1)
0.95
1.0
1.0
2. Vật liệu dùng cho kết cấu:
-Thép kết cấu M270 cấp 250 có FY = 250Mpa
- Bê tông bản mặt cầu có f’c = 30Mpa
- Liên kết sử dụng bu lông cường độ cao.
3. Chọn sơ đồ kết cấu nhịp
- Chọn giàn có 2 đường biên song song.Giàn có 10 khoang, chiều dài mỗi khoang
d = 6,0 m.
- Chiều cao giàn chủ:
1 1
h l (8,57 6,0)m ( với giàn có chiều cao không đổi )
7 10
Tuy nhiên ta hoàn toàn không có sự tự do để lựa chọn chiều cao giàn, nó còn phụ thuộc
vào kích thước xe chạy trên cầu; đối với cầu ôtô có đường xe chạy duới thì chiều cao của giàn
chủ phải thõa mãn: h≥Hk+hdn+hbmc+hcc.
Trong đó:
Hk: Chiều cao tĩnh không yêu cầu theo 22TCN272-05. Hk=5,3m.
hdn: Chiều cao dầm ngang. hdn= 1m.
hbmc: Bề dày bản mặt cầu. hbmc= 0,19m.
hcc: Chiều cao cổng cầu. hcc= (0,15-0,3)B. Chọn hcc=1.4m
→ h≥5,3+1+0,19+1,4 = 7,89m.
Chọn sơ bộ chiều cao của giàn chủ h =8,0m .
Trong các giàn hình tam giác có thanh đứng thì chiều dài khoang có thể lấy bằng (0,6
0,8)h ,do vậy ta chọn chiều dài mỗi khoang d=6,0m.
Khi đó góc xiên α hợp bởi thanh xiên và phương nằm ngang là α = 5307’48’’.
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 4
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
8.0
53d07'48''
60
Hình 1: Sơ đồ giàn chủ
* Khoảng cách giữa các tim giàn chủ :
Đối với cầu xe chạy dưới: Bố trí hai giàn chủ với khoảng cách lớn hơn khổ đường xe chạy
từ (1 1,5)m.
Ta chọn khoảng cách giữa hai giàn chủ là B = 8m (tính từ tim giữa hai giàn chủ),( đá vỉa
mỗi bên là 0,25m và có thêm phần chiều dày của giàn biên là 0,5m ).
4. Chọn sơ bộ kích thước:
4.1 Bản mặt cầu:
Ta chỉ tính cho phần xe chạy:
- Bản mặt cầu có chiều dày tối thiểu 175 mm, cộng thêm 15 mm hao mòn .Vậy chiều dày
của bản là 190 mm. Phía trên là lớp phủ mặt cầu dày 7.5cm gồm các lớp: BT nhựa, lớp bảo vệ,
lớp phòng nước.
Ta tính được:
-Trọng lượng của bản mặt cầu đường xe chạy:
DC1 = 0,19.2,5.7,5.9,81 = 34,95(kN/m)
-Trọng lượng của lớp phủ mặt cầu đường xe chạy:
DW = 2,25.9,81.0,075.7,0 = 11,59(kN/m)
-Trọng lượng đá vỉa:
DC2(dv) = 2(0,3.0,2+0,5.0,45.0,05 )2,5.9,81=3,5(kN/m).
4.2 Dầm dọc:
- Chọn 5 dầm dọc, khoảng cách giữa các dầm là 1,6m.
- Chiều cao dầm dọc cũng như các kích thước khác được tính chính xác trong phần thiết kế
dầm dọc.
4.3 Dầm ngang:
- Các dầm ngang được đặt tại các nút giàn chủ, cách nhau 1 khoảng bằng khoang giàn d =
6,0 m.
- Chiều cao dầm ngang cũng như các kích thước khác được tính chính xác trong phần thiết
kế dầm ngang.
4.4 Liên kết dọc trên và dọc dưới giữa 2 giàn chủ:
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 5
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
48
8
8
60
Hình 2: Liên kết dọc trên và dọc dưới của giàn chủ.
4.5 Chọn sơ bộ tiết diện các thanh giàn chủ:
- Chọn tiết diện các thanh kiểu chữ H ở biên giàn.
- Chọn các thanh xiên và thanh đứng có cùng bề rộng với thanh biên để dễ liên kết giữa các
thanh với nhau, chọn các thanh biên có chiều cao h không đổi để dễ liên kết.
- Chiều cao và chiều rộng được xác định theo công thức kinh nghiệm 332/Tr.345 sách
N.I.POLIVANOV.
h l
l2
60 2
60
51,0cm
400
400
b = h – 0,2l = 51-0,2 60=39cm
Trị số của h chọn có thể chọn sai số ±10cm. Do đó ta có thể chọn h = 50cm, b= 40cm.
4.6 Tính trọng lượng kết cấu nhịp:
- Trọng lượng thép trên 1m dài dầm chủ có thể được xác định theo công thức:
1,75.k 0 1,25.DC 1,5.DW
a.l
Fy
DC(dc) =
1,25.(1 ) a.l
(2.4)
Trong đó:
- DC - trọng lượng BMC đường xe chạy tính cho 1m giàn chủ, kN/m.(tính cho một giàn
chủ chịu ),( gồm có bản mặt cầu , đá vỉa )
DC =
DC
nl
=
7,5.0,19.60.2,5.9,81 3,5
= 17,50 kN/m
2.60
- DW: trọng lượng lớp phủ mặt cầu
DW =
DW
n.l
=
0,075.7,0.60.2,25.9,81
5,79 kN/m
2.60
- l: nhịp tính toán của dầm, l = 60m
- Fy: cường độ chảy nhỏ nhất của thép làm dầm, kN/m2
Dùng thép công trình M270 cấp 250 có Fy = 250Mpa = 2,5.105 kN/m2
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 6
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
- : Hệ số sức kháng. =1
- : trọng lượng thể tích của thép, = 7,85 T/m3 = 78,5 kN/m3
- : hệ số xét đến trọng lượng của hệ liên kết giữa các dầm chủ (lấy tùy thuộc vào chiều dài
nhịp), = 0,1-0,12
- a: đặc trưng trọng lượng ứng với dầm giản đơn, a = 5 .
- k0: Tải trọng tương đương của tất cả các loại hoạt tải tác dụng lên dầm kể cả hệ số phân
bố ngang, hệ số làn xe và hệ số xung kích. (kN/m)
- Tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải: ta dùng phương pháp đòn bẩy.
8.0
7.0
7.5
0.557
1.2
1.8
0.362
1.8
0.686
0.881
1.0
1.108
0.6
Hình 3: Nguyên tắc đòn bẩy để xác định hệ số phân bố mômen của hoạt tải thiết kế cho
giàn chủ .
Ta có:
-Xét 1làn xe chất tải :
mgLL=1,2.0,5(0,881+0,686) = 0,9402
-Xét 2làn xe chất tải :
mgLL=1,0.0,5.(0,881+0,686+0,557+0,362) = 1,243
Vậy mgLL = 1,243
gPL= ΩPL=1,051
-Xác định k0:
Tính k0.25L do xe tải và xe hai trục gây ra:
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 7
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
4.3
9,3kN/m
35
9.10
10.17
11.25
4.3
145
145
Hình 4: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 1/4 nhịp của xe tải thiết kế.
1,2
110
9,3kN/m
10.95
11.25
110
Hình 5: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 1/4 nhịp của xe hai trục .
k0.25L(XTTK) =
k0.25L(XHT) =
P .y
i
P .y
i
i
i
145.11,25 145.10,17 35.9,10
=10,14
337,50
=
110.11,25 110.10,95
=
337,50
=
kN/m
7,24 kN/m
Vậy ta chọn k0.25L = 10,14kN/m.
=> k0 = mgLL.[(1+IM).k0.25 + qLL] + gPL.PL
= 1,243.(1,25.10,14+9,3) + 1,051.3 = 30,468 kN/m
Thay tất cả vào công thức (2.4) ta có:
DC(dc)
1,75.30,468 1,25.17,5 1,5.5,79
2,5.10 5
=
1,25(1 0,1).5.60
78,5
.5.60 = 9,08 kN/m
Trọng lượng thép của hệ liên kết, thường được xem là một hàm số của trọng lượng giàn
chủ.
ggl = .DC(dc) = 0,1 9,08 = 0,91kN/m .
Trọng lượng của giàn (kể cả hệ liên kết) = (9,08+0,91) 2 60 = 1198,8kN.
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 8
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
Chương 2
THIẾT KẾ HỆ DẦM MẶT CẦU
I. Thiết kế dầm dọc:
Dầm dọc đặt dọc theo hướng xe chạy, làm việc như một dầm liên tục nhiều nhịp, có nhịp
tính toán là khoảng cách giữa các dầm ngang, dầm dọc có tác dụng làm giảm độ lớn của mặt
cầu .
I.1 Tải trọng tác dụng lên dầm dọc:
Sự phân bố tải trọng theo phương ngang cầu lên các dầm dọc được xác định theo phương
pháp đòn bẩy .Hình 6 dưới đây thể hiện sự phân bố tải trọng lên các dầm dọc
8.0
7.0
1
4
5
1.8
0.812
DAH R1
1.344
1.000
3
7.5
2
0.6
2.2
1.8
1.000
0.344
DAH R2
1.2
0.6
1.8
1.8
1.000
0.937
0.313
DAH R3
Hình 6 : Sự phân bố tải trọng lên dầm dọc
Bảng 2: Hệ số phân phối ngang của các dầm dọc
mg HL 93 = m.0,5
Dầm
Số làn xe chất tải
Hệ số làn xe m
yi
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3
SVTH: Trương Công Tường
1
1
2
Lớp: 05X3A
1,2
1,2
1,0
0,487
0,60
0,625
Trang: 9
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
I.1.1 Nội lực do tĩnh tải
Tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc bao gồm : lớp phủ mặt cầu DW, đá vỉa , bản thân dầm dọc
Tính tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc:
-Tải trọng bản thân dầm dọc, có thể lấy gần đúng trong khoảng từ (0,1 0,12 T/m) (Cơ sở
thiết kế và ví dụ tính toán cầu thép trang 88).
Do vậy ta có thể lấy DC1 = 0,12T/m = 1,2 kN/m.
Trọng lượng bản mặt cầu: DC2=0,19.2,5.9,81= 4,66 kN/m2
Trọng lượng lớp phủ: DW=0,075.2,25.9,81=1,655 kN/m2
Trọng lượng đá vỉa: DC2(dv)=1,75kN/m ( hai bên thì có DC2(dv) = 3,5 kN/m) .
Tổng quát ta đặt tải trọng lên đường ảnh hưởng áp lực dầm, tĩnh tải được xác định theo
công thức sau
gtt = 1.5.DW. DW +1,25.(DC2. DC 2 +DC1+ DC2(dv)ydv)
(2.5)
Trong đó :
DW , DC 2 : Diện tích đường ảnh hưởng áp lực của dầm đang xét tương ứng với lớp phủ
mặt cầu, bản mặt cầu
ydv: tung độ đường ảnh hưởng ứng với trọng tâm đá vỉa.
Bảng 3: Kết quả tính toán tải trọng tĩnh tác dụng lên các dầm dọc
DW(kN/m2) DW DC2(kN/m2) DC 2
DC1
ydv
gtt(kN/m)
Dầm 1
1,655
1,128
4,66
1,445
1,2
1,266
15,49
Dầm 2
1,655
1,572
4,66
1,505
1,2
-0,266
13,59
Dầm 3
1,655
1,60
4,66
1,60
1,2
0,000
14,79
Nội lực tính toán do tĩnh tải được xác định theo công thức :
M= gtt. M ; V= gtt. V
DAH
M1/2
6.0
1.500
DAH Q gäú
i
6.000
(2.6)
DAH
M1/4
6.000
1.125
DAH Q 1/4
6.000
0.25
0.75
1.000
Hình 7 : Đường ảnh hưởng của tải trọng tĩnh tác dụng lên dầm
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 10
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
Từ công thức (2.6) ta có các bảng tính sau :
Bảng 4 : Mô men do tĩnh tải tính toán
Tiết diện giữa nhịp
DAH
M1/2(kN.m)
Dầm 1
4,5
66,96
Dầm 2
4,5
61,97
Dầm 3
4,5
66,56
Bảng 5: Lực cắt do tĩnh tải tính toán
Tiết diện tại gối
DAH
V1/2(kN)
Dầm 1
3,0
46,46
Dầm 2
3,0
40,76
Dầm 3
3,0
44,38
Tiết diện 1/4
DAH
M1/4(kN.m)
3,375
50,22
3,375
46,47
3,375
49,92
Tiết diện 1/4
V1/4(kN)
1,5
23,23
1,5
20,38
1,5
22,19
DAH
I.1.2 Nội lực do hoạt tải
Hiệu ứng lớn nhất do hoạt tải gây ra được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau :
- Xe hai trục thiết kế +tải trọng làn + tải trọng người đi bộ (hệ số xung kích IM=25%)
- Xe tải thiết kế +tải trọng làn + tải trọng người đi bộ (hệ số xung kích IM=25%)
Ở đây ta không xét đến tải trọng của người đi bộ.
* Tại tiết diện gối :
1.2
110
110
145
DAH Q gäú
i
4.3
145
35
0.283
0.800
6.0
1.000
+Xe tải
4.3
Mgối = 0
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 11
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
Vgối = 145(1+0,283)=186,04 kN
+Xe tanđem
Mgối =0
Vgối=110(1+0,800)=198,00 kN
+ Tải trọng làn Vlngối= 9,3.3,00=27,90 kN, Mlngối=0
*Tại tiết diện 1/4 nhịp:
1.2
110
4.3
4.3
35
145
6.000
1.2
110
0.825
1.125
0.050
DAH M 41L
110
145
110
4.3
145
4.3
35
145
9,3kN/m
6.000
0.550
0.75
0.032
0.25
DAH Q 41L
+Xe tải:
M1/4 = 145.(1,125+0,050)=170,38 kNm
V1/4 = 145.(0,75+0.032) = 113,39 kN
+ Xe tanđem:
M1/4 = 110(1,125+0,825) =214,50kN
V1/4 = 110 ( 0,75+0,550) =143 kN
+ Tải trọng làn
Vln1/4 = 9,3.1,688 = 15,69kN
Mln1/4 = 9,3.3,375 =31,39kN
* Tại tiết diện giữa nhịp:
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 12
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
1.2
110
110
4.3
4.3
145
35
0.900
145
6.0
DAH M 1/2L
1.500
1.2
110
110
4.3
4.3
145
145
35
0.5
DAH Q1/2L
0.5
0.300
9,3kN/m
+Xe tải
M1/2 = 145.1,500 =217,50 kNm
V1/2 = 145.0,5= 72,50kN
+ Xe tanđem
M1/2 =110(1,375+0,775) =236,5kN
V1/2 = 110(0,5 + 0,282) = 86,02 kN
+ Tải trọng làn
Vln1/2= 9,3.0,69 = 6,42kN,
Mln1/2=9,3.3,78 = 35,15kNm
h
Nội lực do hoạt tải gây ra là Mu = . mgM .1,75((1+IM) Pi y i + qL )
(2.7)
h
Vu = . mgV .1,75((1+IM) Pi y i + qL )
(2.8)
Đối với trạng thái giới hạn cường độ I : = 0,95
Từ công thức (2.7) và (2.8) ta có bảng tính sau :
Bảng 6 Nội lực do hoạt tải tính toán
mg HL 93 IM(%)
Tại gối
Tại ¼ nhịp
Tại giữa nhịp
Mu(kN.m) Vu(kN) Mu(kN.m) Vu(kN) Mu(kN.m) Vu(kN)
Dầm1 0,469
25
0
222,97
242,50 157,43
267,81
92,25
Dầm2 0,60
25
0
274,71
298,77 193,95
329,95 113,66
Dầm3 0,625
25
0
286,16
311,21 202,04
343,70 118,40
Bảng 7 Tổng hợp nội lực của dầm dọc
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 13
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Tại gối
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3
Tại 1/4
nhịp
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3
Tại giữa
nhịp
Dầm 1
Dầm 2
Dầm 3
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
Mô men (kN.m)
Lực cắt (kN)
Tĩnh tải
hoạt tải
Tĩnh tải
Hoạt tải
M
0
0
0
46,46
222,97
0
0
0
40,76
274,71
0
0
0
44,38
286,16
Mô men (kN.m)
Lực cắt (kN)
Tĩnh tải
hoạt tải
Tĩnh tải
hoạt tải
M
52,27
242,50
294,77
23,23
157,43
45,86
298,77
344,62
20,38
193,95
49,92
311,21
361,14
22,19
202,04
Mô men (kN.m)
Lực cắt (kN)
M
Tĩnh tải
hoạt tải
Tĩnh tải
hoạt tải
69,69
267,81
337,50
0
92,25
61,14
329,95
391,09
0
113,66
66,56
343,70
410,26
0
118,40
V
269,43
315,47
330,54
V
180,66
214,33
224,22
V
92,25
113,66
118,40
I.2 Chọn tiết diện:
Dùng tiết diện tổ hợp hàn: tiết diện chữ I bao gồm tấm sườn dầm, các bản biên ghép với
nhau bằng mối hàn góc.
Chọn tiết diện dầm dọc thỏa mãn các điều kiện cấu tạo sau :
- Chiều cao:
1
8
1
1 1
.d .6,0 (0,75 ÷ 0,4) m
15
8 15
+ Theo điều kiện cấu tạo: D =
+ Theo điều kiện kinh tế: D =
k .3
M
410,26
6,5.3
Fy
250.10 3
= 1.311m.
Chiều cao sườn dầm và bề dày sườn có quan hệ với nhau theo công thức
1
tw
12,5
d
đối với thép cacbon
- Trong mọi trường hợp, bề dày sườn: tW ≥ 12mm.
- Chiều dày bản biên: tf ≥
1
bf và không lớn hơn 50mm.
30
- Bề rộng bản biên: bf ≤ 30tf và 800mm.
tW
1
- Khi d 2.t ≤
thì phải bố trí sườn tăng cường đứng theo tính toán.
50
f
Tổng hợp các điều kiện trên ta chọn sơ bộ dầm dọc có các kích thước như sau:
D =600 mm, bf = 240mm, tf = 16mm, tW = 12mm.
tW
12
1
Ta có d 2.t =
= 0.021 >
nên ta không bố trí sườn tăng cường đứng.
50
600 2.16
f
Ngoài ra để tránh mất ổn định cục bộ, độ mảnh yêu cầu phải thoả mãn
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 14
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
b
k
t
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
E
Fy
(A6.9.4.2)
(2.9)
Với
-b: bề rộng tấm (mm).
-t: là bề dày tấm.
t = tf = 16 (mm)
- k: hệ số mất ổn định tấm . Tra bảng 4.3 sách cầu thép; k = 0,56.
Ta có 120 7,5 0,56 200000 15,84 Đạt
16
250
→ Diện tích mặt cắt ngang của dầm dọc là F=144,96 cm2
Trọng lượng bản thân dầm dọc là: 144,96.10-4.7,85.9,81=1,12 kN/m
I.3 Kiểm tra tiết diện:
I.3.1 Trạng thái giới hạn cường độ I (A6.10.4)
- Yêu cầu mô men kháng uốn dẻo: Z
Giả thiết tiết diện chắc và biên chịu nén được liên kết dọc toàn bộ:
Φf.Mn ≥ Mu
(2.10)
Trong đó:
Φr: hệ số sức kháng, lấy theo bảng 6.8 Tr.196 sách Cầu thép, với cấu kiện chịu uốn Φf =
1.0
Mn: là sức kháng danh định đặc trưng cho tiết diện chắc.
Mp: là mômen chảy dẻo.
Ta có: Mn = Mp = Z.FY
Mu
410,26.10 6
Từ đó: Z ≥ F =
=1641040 mm3=1641,04 cm3.
250
y
- Dùng thép công trình M270 cấp 250 có mặt cắt ngang như sau:
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 15
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
d
tf
Y
X
tw
X
Y
bf
Hình 8: Mặt cắt ngang thép hàn ghép.
- Trong đó: d = 600mm, bf = 240mm, tf = 16mm, tW = 12mm.
- Ta có bảng tính các đặc trưng hình học của tiết diện như sau:
Momen quán tính của dầm dọc:
Ix= Is+2Ib=
( d 2t f ) 3 t
12
t 3f b f
d tf 2
2
(
) bf t f =
2
12
838241792 mm4
Momen tĩnh của ½ tiết diện:
S= 1776,768cm3.
Momen kháng uốn dẻo:
I
838241792
Z= yx 300
= 2794139 mm3.
Ta thấy: Z = 2794139 mm3 > 1641040mm3 => đạt yêu cầu về mômen kháng uốn dẻo.
I.3.2 Kiểm tra mỏi đối với vách đứng (A6.10.6)
Để kiểm tra mỏi đối với vách đứng ta có tham số chính để xác định khả năng mất ổn định
của vách chính là tỉ số độ mảnh của vách w .
w
2 Dc
tw
(2.11)
Với :
- w
-
5,76
5,76
E
Fyc
thì fcf Rh Fyc
(2.12)
E
E
w 6,43
Fyc
Fyc
Thì fcf Rh Fyc (3,58 0,448 w
SVTH: Trương Công Tường
Fyc
)
E
Lớp: 05X3A
(2.13)
Trang: 16
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
- w
6,43
E
Fyc
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
thì fcf 28,9 Rh
E
2 w
(2.14)
1
1
. (d-2.tf) =
. (600 – 2.16) = 284mm.
2
2
2D
2 x 284
200000
47,33 5,76.
162,9
=> C
tw
12
250
Ta có Dc =
Do đó áp dụng công thức (2.12) : fcf Rh.Fyc
Trong đó:
+ Rh: hệ số lai, kể đến sự chiết giảm ứng suất trong bản cánh khi mặt cắt không đồng nhất,
ở đây ta lấy Rh = 1,0.
+ Fyc: cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh chịu nén, Fyc = 250 MPa.
+ fcf: là ứng suất nén đàn hồi lớn nhất trong biên chịu nén khi uốn do tác dụng của tĩnh tải
không hệ số và hai lần tải trọng mỏi .
- Tính nội lực do tĩnh tải không hệ số:
Mtt1/2 = (DW. DW +DC2. DC 2 +DC1 + DC2(dv)ydv) M
(2.15)
Bảng 9 Nội lực do tĩnh tải không hệ số
M
DW(kN/m2) DW DC2(kN/m2) DC 2
DC1
ydv
Mtt1/2
(kN.m)
Dầm 1
1,655
1,128
4,66
1,445
1, 2
1,266
4,5
54,07
Dầm 2
1,655
1,572
4,66
1,505
1, 2
-0,266
4,5
46,57
Dầm 3
1,655
1,60
4,66
1,60
1, 2
0,000
4,5
50,87
- Tính nội lực do tải trọng mỏi:
* Hoạt tải tính cho TTGH mỏi và đứt gãy do mỏi:
9
145
145
35
6
1.5
DAH M1/2
4.3
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 17
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
Hình 9: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm dọc
(tính cho trạng thái giới hạn mỏi)
LL+IM
M1/2
= 0,75.(LL+IM)mgM/m
(2.16)
Với m là hệ số làn xe, IM=15%
( Tải trọng mỏi do 1 xe tải mỏi gây ra , không xét hệ số làn xe)
Từ công thức (2.16) ta có bảng tính sau :
Bảng 10 Nội lực do hoạt tải mỏi
Dầm
mgM/m
Dầm 1
0,406
Dầm 2
0,5
Dầm 3
0,625
- Tính fcf:
Mcf = 50,87 + 2.117,25 = 285,37 kN.m
fcf =
M cf
SX
M1/2LL+IM
76,16
93,80
117,25
Piyi(kN.m)
217,5
217,5
217,5
285,37.10 6
160,61 MPa
1776768
Ta thấy fcf < Rh.Fyc = 1,0.250 = 250 MPa => đạt
* Sự mất ổn định cũng có thể xảy ra do cắt, do đó ta phải kiểm tra điều kiện :
vcf ≤ vcr=0,58.CFyw (A6.10.6.4)
(2.17)
vcf : Ứng suất đàn hồi lớn nhất của vách do tổ hợp tĩnh tải không hệ số và hai lần xe tải mỏi
C xác định theo (A6.10.7.3.3a)
- Tính nội lực do tỉnh tải không hệ số:
Vttg= (DW. DW +DC2. DC 2 +DC1+ DC2(dv)ydv) M
(2.18)
Từ công thức (2.18 ) ta có bảng tính sau :
Bảng 11 Nội lực do tĩnh tải không hệ số
V
DW(kN/m2) D¦W DC2(kN/m2) DC 2
DC1
ydv
Vttg (kN)
Dầm 1
1,655
1,128
4,66
1,445
1, 2
1,266
3,0
36,05
Dầm 2
1,655
1,572
4,66
1,505
1, 2
-0,266
3,0
31,05
Dầm 3
1,655
1,60
4,66
1,60
1, 2
0,000
3,0
33,91
- Tính nội lực do tải trọng mỏi:
* Hoạt tải tính cho TTGH mỏi và đứt gãy do mỏi:
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 18
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
9
145
6
1.0
DAH Q gäúi
35
0.28
145
4.3
Hình 10: Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng áp lực của dầm dọc
(tính cho trạng thái giới hạn mỏi)
VgLL+IM = 0,75.(LL+IM) mgM/m
(2.19)
Với m là hệ số làn xe, IM=15%
( Tải trọng mỏi do 1 xe tải mỏi gây ra , không xét hệ số làn xe)
Bảng 12 Nội lực do hoạt tải mỏi
Dầm
mgM/m
Dầm 1
0,406
Dầm 2
0,5
Dầm 3
0,625
cf
→ Vg = 33,91+2.83,45 = 200,81 kN
* Tính vcf :
vcf=
V gcf S 1x / 2x
I xt w
Piyi(kN.m)
154,8
154,8
154,8
VgLL+IM
54,21
66,76
83,45
200,81 1776768 3
10 60,29 MPa
493133312 12
* Tính vcr:
Ta có k = 5 + 5/(d0+D)2 = 5
D
568
=
= 47,33 < 1,10
tw
12
Ek
Fyw
=1,10
200000.5
250
= 69,57 → C=1
→vcr= 0,58.1.250 = 145 MPa
→vcf = 60,29 < 145 MPa → Đạt .
I.3.3 Kiểm tra độ mảnh
Tiếc diện chắc phải thoả mãn :
I.3.3.1) Độ mảnh vách (A6.10.4.1.1)
Với tiết diện chắc:
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 19
Đồ án môn học: Thiết Kế Cầu Thép
2.DCP
3.76
tw
Khoa Xây Dựng Cầu Đường
E
FYC
(2.20)
Trong đó:
- Fyc : cường độ chảy dẻo nhỏ nhất. Fyc = 250MPa .
- DCP là chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc mômen chảy dẻo
DCP = 0,5.(d-2tf) = 0,5.(600-2x16) = 284 mm
- tw: là chiều dày bảng bụng:12mm
=>
2.Dcp
E
200000
47,33 3.76
3.76
106,35
tw
FYC
250
Đạt
I.3.3.2) Độ mảnh của biên chịu nén (A.6.10.4.1.3)
Công thức kiểm tra:
bf
2t f
0.382
E
FYC
(2.21)
Trong đó:
- Fyc : cường độ chảy dẻo nhỏ nhất . Fyc = 250 MPa.
- bf: bề rộng bản cánh chịu nén: bf = 240 mm
- tf: chiều dày bản cách chịu nén: tf =16 mm
b
240
E
200000
f
Vậy 2t 2.16 7,5 0.382 Fyc 0.382 250 10,8 Đạt
f
I.3.4 Kiểm tra điều kiện chống cắt (A6.10.7)
Với dầm vách không tăng cường
- Sức kháng cắt của dầm Vr được lấy như sau:
Vr = φv.Vn
(2.22)
Trong đó:
+ φv: hệ số sức kháng, lấy theo mục A.6.5.4.2 được φv = 1.0
=> Vr = 1,0.Vn
+ Vn: sức kháng cắt danh định, đối với bản bụng không có sườn tăng cường lấy theo điều
(A6.10.7.2) như sau:
D
E
200000
Nếu: t 2,46. F
= 2,46.
= 69,58 thì Vn = Vp=0,58FYWDtW
250
W
YW
E
D
E
200000
Nếu: 69,58< 2,46 F < t 3,07. F
= 3,07.
= 86,83 thì Vn = 1,48.tW2.
250
W
YW
YW
EFYW
D
E
200000
4,55.t 3 .E
W
Nếu: t 3,07. F
= 3,07.
= 86,83 thì Vn =
250
W
YW
d
Trong đó:
+ FYW: Cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng, FYW = 250 Mpa.
+ D = (d-2.tf) = (600-2.16) = 568 mm, tW = 12mm => D/tW = 47,33 < 69,58
=> Vn = Vp = 0,58.FYW.D.tw = 0,58.250.10-3.568.12 = 988,32KN
Ta thấy: Vr = 1 988,32 > Vu = Vg = 330,34kN ( sức kháng cắt tính toán tại gối ) => Đạt.
- Thiết kế sườn tăng cường tại gối:(A6.10.8.2)
SVTH: Trương Công Tường
Lớp: 05X3A
Trang: 20
- Xem thêm -
.DOC 
65 
90 
115 
