Tài liệu Cầu thép

PHẦN I: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT CHƯƠNG I : LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ Số liệu thiết kế. Kích thước tính toán. Khoảng cách từ đầu dầm đến tin gối: a = 0,3m. Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 25m. Chiều dài dầm: L = Ltt + 2a = 25 + 2.0,3 = 25,6m. Tải trọng thiết kế tính toán: hoạt tải 0,65HL93. Tải trọng người đi bộ: PL = 4Kn/m2. Khổ cầu: K = 10,5 + 2x1m. Vật liệu sử dụng. Thép sử dụng là thép M270 cấp 250 có: Cường độ chảy min Fy = 250Mpa. Cường độ kéo min Fu = 400Mpa. Modul đàn hồi E = 2.105Mpa. Trọng lượng riêng: γs = 7,85Kn/m3. Bê tông sủ dụng cho bản mặt cầu là bê tông B30 có f’c = 30Mpa. Modul đàn hồi của bê tông: Ec = 0,043.γb1,5.f’c Tiêu chuẩn thiết kế: AASHTO. Thiết kế mặt cắt ngang. Các thông số thiết kế. Chiều rộng phần xe chạy: Blàn xe = 10,5m. Chiều rộng người đi bộ: Bngười đi = 2m. Chiều rộng bệ lan can: Blan can = 0,25m. Chiều rộng gờ chắn bánh xe: Bgờ chắn = 0,25m => Chiều rộng toàn cầu: B = Blx + Bnđ + 2.Blc + 2.Blc = 10,5 + 2 + 2.0,25 + 2.0,25 = 13,5m. Số lượng dầm chủ: Nb = 7 dầm. Khoảng cách giữa các dầm chủ: chọn S = 1,95m. Chiều dài cánh hẫng: Sk = (B – 6S) / 2 = (13,5 – 6.1,95)/2 = 0,9m. Bản mặt cầu BTCT. Chiều dày tối thối của BMC BTCT được quy định ở điều {9.7.1.1} là 175mm (không kể lớp bảo vệ và hao mòm). Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêm lớp hao mòn 15cm. Đối với bản hẫng của dầm ngoài cùng do phải thiết kế chịu tải trọng va chạm rào chắn nên chiều dày bản phả tăng thêm 25mm (chiều dày tối thiểu ở mút hẫng là 20mm). Chọn chiều dày bản mặt cầu ts = 200mm. Các lớp phủ mặt cầu. Lớp phủ asphan: 0,07m. Độ dốc mui luyện 2% => lớp mui luyện dày trung bình: 0,053m. Lớp phòng nước: 0,004m. Hình 1.1 Mặt cắt ngang cầu Lựa chọn tiết diện dầm chủ ( dầm tổ hợp chữ I ): Cơ sở chọn tiết diện. Theo kinh nghiệm. Theo điều kiện kinh tế. Theo điều kiện độ cứng. Chiều cao dầm chủ (d). Theo điều kiện hmin. Chiều cao dầm không được nhỏ hơn dmin: dmin ≥ 0,033L = 0,033.25 = 0,825m. Theo công thức kinh nghiệm. ddc = 118÷125L = 118÷12525 = 1÷1,38 => chọn chiều cao dầm chủ ddc = 1,3m. Chọn tiết diện vách dầm, bản biên và bản táp. Chiều cao sườn dầm (D): D ≥ 0,95d = 0,95.1,3 = 1,235m => chọn D = 1,25m Ta có: bf ≥ D/6 = 1,25/6 = 0,208m chọn bản biên có: btf = 240m, bbf = 320m, bbf’ = 260m. Ta có: bf2tf ≤ 12 => tf ≥ bf24 Bản biên trên: btf24 = 0,2424 = 0,01m => chọn ttf = 0,016m. Bản biên dưới: bbf24 = 0,3224 = 0,013m => chọn ttf = 0,017m. Bản táp: btf24 = 0,2624 = 0,0108m => chọn ttf = 0,017m. Chiều dày vách: Ta có: ttf ≥ 1,1tw => tw ≤ ttf / 1,1 = 0,016/1,1 = 0,0014m => chọn tw = 0,016m. Bảng 1.1 Tổng hợp các giá trị dầm chủ Chiều cao Vách dầm Bản biên trên Bản biên dưới Bản táp d Mm D mm tw mm btf mm ttf mm bbf mm tbf mm bbf’ mm ttf’ mm 1300 1250 16 240 16 320 17 260 17 Kiểm tra tính cân xứng. Tính cân xứng của vách được kiểm tra theo công thức: 0,1 ≤ IycIyt ≤10 hay 0,1 ≤ 18,4371,32 = 0,25 ≤10 => ĐẠT. Trong đó: Iyc: mô-men quán tính của bản biên chịu nén tiết diện thép đối với trục thẳng đứng của mặt phẳng vách. Iyc = ttf.btf3/12 = 16.2403/12 = 18,43.106 mm4. Iyt: mô-men quán tính của bản biên chịu kéo tiết diện thép đối với trục thẳng đứng của mặt phẳng vách. Iyt = tbf.bbf3/12 + tbf’.bbf’3/12 = 17.3203/12 + 17.2603/12 = 71,32.106 mm4. Hình 1.2 Cấu tạo sơ bộ dầm chủ CHƯƠNG II: NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN. Nguyên lý chịu lực của dầm liên hợp với bản bê tông cốt thép các giao đoạn làm việc: Giai đoạn 1: giai đoạn không liên hợp. Trọng lượng bản thân của dầm, các hệ liên kết, bản bê tông khi chưa đông cứng do dầm thép chịu. Giai đoạn 2: giai đoạn liên hợp. Giai đoạn liên hợp dài hạn: tải trọng tác dụng gồm lớp phủ mặt cầu, lan can tay vịn. Tiết diện dầm làm việc là tiết diện liên hợp. Giải đoạn liên hơn ngắn hạn: tiết diện làm việc là tiết diện liên hơp ngắn hạn (hoạt tải và xung kích). Xác định bề rộng có hiệu quả của BMC. Bề rộng có hiệu đối với dầm trong. be = min L4 S 12.ts+max⁡tw; btf2 =min 250004=6250mm 1950mm 12.200+max16; 2402=2520mm = 1950mm. Vậy bề rộng có hiệu của BMC đối với dầm trong là be = 1950mm. Bề rộng có hiệu đối với dầm ngoài. be’ = S2 + min L8 Sk 12.ts+maxtw2; btf4 = 19502 + min 250008=3125mm 900mm 12.200+max142; 2404=2460mm = 1875mm. Vậy bề rộng có hiệu của BMC đối với dầm trong là be’ = 1875mm. Dầm trong Dầm biên Hình 2.1 bề rộng hữu hiệu đối với dầm biên, dầm trong. Xác định đặt trưng hình học của tiết diện dầm ở các giai đoạn làm việc. Giai đoạn 1 (dầm chưa liên hợp): Diện tích mặt cắt nguyên: ANC = btf.ttf + D.tw + bbf.tbf + bf’.tf’ Momen tĩnh của tiết diện đối với trục đi qua mép dưới cùng của tiết diện: QNC = bf’tf’(tf’/2) + bbf.tbf .(tf’ + tbf/2) + D.tw.(D2 + tbf + tf’) + btf.ttf .(ttf/2 + D + tbf +tf’) Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép dưới của tiết diện: yNCb = QNCANC Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép trên của tiết diện: yNCt = d - yNCb Momen quán tính của tiết diện dầm INC: INC = bf'.tf'312 + bf'. tf'.(yNCb- tf'2)2 + bbf.tbf312 + bbf. tbf.(yNCb- tbf2-tf')2 + tw.D312 + tw.D.( D2 + tbf + tf' - yNCb)2 + btf.ttf312+ btf. ttf.(yNCt- ttf2)2 Momen kháng uốn của tiết diện dầm thép tính đối với mép trên và mép dưới: SNCt = INCyNCt ; SNCb = INCyNCb Bảng 2.1 Tổng hợp các đặc trưng của dầm giai đoạn chưa liên hợp ANC mm2 QNC mm3 yNCb mm yNCt mm INC mm4 SNCt mm3 SNCb mm3 33700 18,32.106 543,62 756,38 7,75.109 1,42.107 1,02.107 Giai đoạn 2: Giai đoạn liên hợp dài hạn. Bề rộng chuyển đổi bản bê tông. bbr = be'3.n = 18753.8 = 78,125mm với n = 8 – tỷ số modul đàn hồi của vật liệu làm dầm (ES) với modul đàn hồi của vật liệu BMC (EC) và trả bảng với fc’ = 30Mpa. Diện tích tiết diện (bỏ qua phần vút). ALT = ANC + btr.ts Momen tĩnh của tiết diện lấy với trục NC. QLT = btr.ts.( ts2 + th + yNCt ) với th = 100mm – bề dày phần vút bản bê tông. Khi đó trục trung hòa LT của tiết diện liên hợp dài hạn ở vị trí cách trục NC đoạn: b = QLTALT Trục trung hòa LT cách mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên của bản bê tông lần lượt: yLTb = yNCt + b yLTt = yNCt – b yLTtc = yLTt + th + ts Momen quán tính của tiết diện liên hợp. ILT = INC + ANC.b2 + btr.ts312 + btr.ts.( yLTtc - ts2)2 Momen kháng uốn của tiết diện dài hạn đối với mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên bản bê tông: SLTb = ILTyLTb ; SLTt = ILTyLTt ; SLTtc = ILTyLTtc Bảng 2.2 Tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm giai đoạn liên hợp dài hạn ALT mm2 QLT mm3 b mm yLTb mm yLTt mm yLTtc mm ILT mm4 SLTb mm3 SLTt mm3 SLTtc mm3 49325 14,94.106 302,96 846,58 453,42 753,42 1,76.1010 2,08.107 3,88.107 2,34.107 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn. Bề rộng chuyển đổi bản bê tông. bbr = be'n = 18758 = 234,375mm Diện tích tiết diện. AST = ANC + btr.ts Momen tĩnh của tiết diện lấy với trục NC. QST = btr.ts.( ts2 + th + yNCt ) Khi đó trục trung hòa LT của tiết diện liên hợp dài hạn ở vị trí cách trục NC đoạn: c = QSTAST Trục trung hòa LT cách mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên của bản bê tông lần lượt: ySTb = yNCt + b ySTt = yNCt – b ySTtc = yLTt + th + ts Momen quán tính của tiết diện liên hợp. IST = INC + ANC.c2 + btr.ts312 + btr.ts.( ySTtc - ts2)2 Momen kháng uốn của tiết diện dài hạn đối với mép trên, mép dưới của dầm thép và mép trên bản bê tông: SSTt = ISTySTt ; SSTb = ISTySTb ; SSTtc = ISTySTtc Bảng 2.3 Tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm giai đoạn liên hợp ngắn hạn AST mm2 QST mm3 c mm ySTb mm ySTt mm ySTtc mm IST mm4 SSTb mm3 SSTt mm3 SSTtc mm3 80575 44,83.106 556,38 1099,99 200 500 2,58.1010 2,34.107 12,9.107 5,16.107 Hình 2.2 Trục trung hòa ở các giai đoạn tiết diện liên hợp đối với dầm biên. Kiểm tra theo các TTGH. Trạng thái giới hạn cường độ. Trạng thái giới hạn sử dụng và kiểm tra độ võng. Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy cho các tiết diện. Yêu cầu mỏi cho các vách dầm. Xác định các hệ số và tổ hợp tải trọng. Xác định hệ số sức kháng φ. Đối với TTGH cường độ hệ số sức kháng φ phải lấy: Đối với cấu kiện chịu uốn: φf = 1,00. Đối với cấu kiện chịu cắt: φv = 1,00. Các TTGH không thuộc TTGH cường độ: φ = 1. Chọn số lượng làn xe. Theo AASHTO thì số làn xe thiết kế là phần nguyên của tỉ số bề rộng cầu là 35000mm (bề rộng làn xe thiết kế). NL = phần nguyên (K/3500) = phần nguyên (10500/3500) = 3 làn. Hệ số làn xe. Bảng 2.4 Xác định hệ số làn xe Số làn xe Hệ số làn xe (m) 1 1,2 2 1,0 3 0,85 Hệ số làn xe trong bảng trên không áp dụng cho trạng thái mỏi. Hệ số xung kích IM (%). Bảng 2.5 Xác định hệ số xung kích. Cấu kiện IM (%) Mối nối BMC 75 Mỏi 15 Bộ phận khác 25 Dầm chủ 33 Ảnh hưởng của hoạt tải xe, người đi và tải trọng làn. Bảng 2.6 Hệ số tải trọng γLL γPL Trạng thái cường độ 1 1,75 1,75 Trạng thái sử dụng 1,3 1,3 Xác định hệ số phân bố ngang. Tính toán hệ số phân bố hoạt tải theo làn: Tham số độ cứng dọc hay còn gọi là momen quán tính của BMC đối với dầm thép khi chưa liên hợp: Kg = n.(INC + ANC.eg2) = 8.(7,75.109 + 33700.956,382) = 0,308.1012 Trong đó: n = EsEc = 8 – tỷ số modul đàn hồi của vật liệu làm dầm và vật liệu làm bản. Với BMC có fc’ = 30Mpa. (tra bảng). ANC = 33700mm2 – diện tích tiết diện dầm chủ. INC = 7,75.109 mm4 – momen quán tính của tiết diện. eg = yNCt + th + ts2 = 956,38 mm – khoảng cách giữa trọng tâm của BMC và dầm khi dầm chưa liên hợp với bê tông. Xét tỷ số: KgLtt.ts30,1 = 0,308.101225000.20030,1 = 1,044. Đối với dầm trong. Kiểm tra các điều kiện để áp dụng công thức. 4900mm ≥ S = 1950mm ≥ 1100mm. 6000mm ≤ Ld = 25000mm ≤ 73000mm. Nb = 7 dầm > 4. 300mm ≥ ts = 200mm ≥ 110mm. Vậy các điều kiện trên được thõa mãn nên áp dụng công thức theo AASHTO. Hệ số phân bố ngang cho momen. Khi xếp 1 làn xe trên mặt cầu: mgmomenSI = 0,06 + S43000,4 . SLtt0,1 . KgLtt.ts30,1 = 0,06 + 195043000,4 . 1950250000,1.1,044 = 0,649. Trong đó: mgmomenSI – hệ số phân bố momen cho dầm trong trường hợp chỉ xếp 1 làn xe trên cầu. S – khoảng cách giữa các dầm chủ. Ltt – chiều dài tính toán của kết cấu nhịp. ts – chiều dày bản bê tông mặt cầu. Khi xếp > 1 làn xe trên mặt cầu: mgmomenMI = 0,075 + S29000,6 . SLtt0,2 . KgLtt.ts30,1 = 0,075 + 195029000,6 . 1950250000,2.1,044 = 0,569. Trong đó: mgmomenMI – hệ số phân bố momen cho dầm trong trường hợp chỉ xếp > 1 làn xe trên cầu. => Hệ số phân bố ngang cho momen của dầm trong: mgLLM = max(mgmomenSI ; mgmomenMI) = max(0,649; 0,569) = 0,649. Hệ số phân bố ngang cho lực cắt. Khi xếp 1 làn xe trên mặt cầu: mgVSI = 0,36 + S7600 = 0,36 + 19507600 = 0,616. Khi xếp > 1 làn xe trên mặt cầu: mgVMI = 0,2 + S3600 - S107002= 0,2 + 19503600 - 1950107002 = 0,708. => Hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm trong: mgLLV = max( mgVSI ; mgVMI ) = max( 0,616; 0,708) = 0,708. Hệ số phân bố tải trọng người đi. gPL = 2.Tndc = 2.17 = 0,285. Đối với dầm biên. Hệ số phân bố ngang cho momen. Hình 2.3 Đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm ngoài. Trường hợp 1 làn chất tải: Dùng phương pháp đòn bẩy xác định hệ số phân bố. mgMSE = m.0,5yi = 0,85.0,5.(0,263 + 0) = 0,112. Trường hợp hai hoặc nhiều làn chất tải. mgMME = em. mgMMI = 1. 0,569= 0,569. Trong đó: em = 0,77 + de2800 = 0,77 + 3502800 = 0,895 em = 1. de = 350mm – khoảng cách từ mép trong gờ chắn đến dầm biên. -300 ≤ de ≤ 1700. mgMMI = 0,569. = > Hệ số phân bố ngang cho momen của dầm biên: mgLLM = max( mgMSE , mgMME ) = max( 0,112; 0,569) = 0,569. Hệ số phân bố ngang cho lực cắt. Trường hợp 1 làn chất tải. Dùng phương pháp đòn bẩy xác định hệ số phân bố. mgVSE = m.0,5yi = 0,85.0,5.(0,263 + 0) = 0,112. Trường hợp hai hoặc nhiều làn chất tải. mgVSE = em. mgVMI = 1. 0,708= 0,708. Trong đó: em = 0,77 + de2800 = 0,77 + 3502800 = 0,895 em = 1. de = 350mm – khoảng cách từ mép trong gờ chắn đến dầm biên. -300 ≤ de ≤ 1700. mgVMI = 0,708. = > Hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm biên: mgLLV = max( mgVSE , mgVME ) = max( 0,112; 0,708) = 0,708. Hệ số phân bố tải trọng người đi. gPL = 1/2 (y1 + y2) = ½(1,39 +0,76) = 1,075 Bảng 2.7 Tổng hợp hệ số phân bố ngang Hệ số phân bố ngang Dầm trong Dầm biên Momen mgLLM 0,649 0,569 Lực cắt mgLLV 0,708 0,708 Người đi GPL 0,285 1,075 Xác định nội lực tại các tiết diện của dầm do hoạt tải gây ra. Tính toán momen: Momen tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau: Theo trạng thái giới hạn cường độ 1: Mk(LL+PL)CĐ1 = η.{mgLLM.γLL.[ 0,65.(1 + IM).Pi.yi + 0,93.ω ] +gPL. γPL.PL. ω} Theo trạng thái giới hạn sử dụng: Mk(LL+PL)SD = mgLLM.[ 0,65.(1 + IM).Pi.yi + 0,93.ω ] +gPL.PL. ω Trong đó: η – hệ số điều chỉnh tải trọng. TTGHCĐ1: η = 0,95 TTGHSD: η = 1 Pi – trọng lượng các trục xe. yi – tung độ đường ảnh hưởng. ω – diện tích đường ảnh hưởng. (1 + IM) = 1,33 – hệ số xung kích. mgLLM = 0,649 – hệ số tải trọng đối với momen. gPL= 1,075 – hệ số tải trọng người đi. γLL, γPL – hệ số tải trọng của hoạt tải. TTGHCĐ1: γLL = γPL = 1,75. TTGHSD: γLL = γPL = 1,3. 0,65 – hệ số lấy theo tải trọng 0,65HL93. PL = 4kN/m2 – tải trọng người đi bộ. Hình 2.4 Đường ảnh hưởng momen tại các tiết diện. Bảng 2.8 Momen do hoạt tải gây ra. Trạng thái giới hạn CĐ1 SD Mặt cắt ω m2 Pi.yi PL kN/m gPL M kN.m M kN.m 3 trục 2 trục max Gối 0 0 0 0 4 1,075 0 0 L/2 78,125 1644,25 1309 1644,25 4 1,075 2170,585 1697,300 L/8 34,125 771,5 584,1 771,5 4 1,075 997,820 761,126 3L/8 73,25 1458,1 1239,7 1458,1 4 1,075 1957,209 1530,449 L/4 52,25 1152,1 889,9 1152,1 4 1,075 1500,588 1173,392 MN 63 1069,65 672,54 1069,65 4 1,075 1511,318 1181,780 Tính toán lực cắt: Lực cắt tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau: Theo trạng thái giới hạn cường độ 1: Vk(LL+PL)CĐ1 = η.{mgLLV.γLL.[ 0,65.(1 + IM).Pi.yi + 0,93. ω+ ] + gPL. γPL.PL. ω} Theo trạng thái giới hạn sử dụng: Vk(LL+PL)SD = mgLLV.[ 0,65.(1 + IM).Pi.yi + 0,93. ω+ ] + gPL.PL. ω+ Trong đó: η – hệ số điều chỉnh tải trọng. TTGHCĐ1: η = 0,95 TTGHSD: η = 1 Pi – trọng lượng các trục xe. yi – tung độ đường ảnh hưởng. ω+ – diện tích dương đường ảnh hưởng. (1 + IM) = 1,33 – hệ số xung kích. mgLLV = 0,708 – hệ số tải trọng đối với momen. gPL = 1,075 – hệ số tải trọng người đi. γLL, γPL – hệ số tải trọng của hoạt tải. TTGHCĐ1: γLL = γPL = 1,75. TTGHSD: γLL = γPL = 1,3. 0,65 – hệ số lấy theo tải trọng 0,65HL93. PL = 4kN/m2 – tải trọng người đi bộ. Hình 2.5 Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện. Bảng 2.9 Lực cắt do hoạt tải gây ra. Trạng thái giới hạn CĐ1 SD Mặt cắt ω+ m2 Pi.yi PL kN/m gPL V kN.m V kN.m 3 trục 2 trục max Gối 12,5 288,1 214,5 288,1 4 1,075 373,223 309,812 L/2 3,125 125,95 104,5 125,95 4 1,075 491,655 120,360 L/8 9,570 247,36 187,55 247,36 4 1,075 313,001 258,509 3L/8 4,883 165,675 132,55 165,675 4 1,075 199,861 163,301 L/4 7,031 207,06 159,72 207,06 4 1,075 255,731 210,076 MN 6,480 197,45 152,9 197,45 4 1,075 242,423 198,878 Xác định nội lực tại các tiết diện của dầm do tĩnh tải gây ra. Các thành phần tĩnh tải. Hình 2.6 Mặt cắt ngang cầu Bảng 2.10 Thống số tính toán sơ bộ. Dung trọng của bê tông cốt thép γBT 25kN/m3 Dung trọng của lớp mui luyện γML 15kN/m3 Dung trọng của lớp phòng nước γPN 22kN/m3 Dung trọng của cốt thép γs 78,5kN/m3 Dung trọng của bê tông nhựa γBTN 22,5kN/m3 Tỷ trọng hợp kim Nhôm γAL 28kN/m3 Lan can – tay vịn. Gồm có phần bệ làm bằng bê tông cốt thép đổ liên tục theo chiều dài của dầm và phần phía trên làm bằng kim loại. Để tính khối lượng của lan can ta tính cho từng bộ phận như sau: Hình 2.7 Chi tiết bệ lan can và lan can. Phần bệ lan can: DCbệ = Vbệ. γBT = 2.(0,6.0,25 – 2.0,025.0,025).25,6.25 = 190,39kN Phần trụ lan can: Vì phần kết cấu bằng kim loại có tiết diện phức tạp nên để đơn giản việc tính toán, ta tiến hành quy đổi tiết diện này tương đương một tiết diện đơn giản là hình chữ nhật bằng cách tính trung bình bề rộng các mặt cắt đặc trưng, từ đó tính toán được khối lượng của lan can. Ta cần chú ý rằng tại liên kết lan can gắn với tay vịn có 2 đoạn ống kéo dài để tăng cường độ cứng liên kết với tay vịn, tuy nhiên ta xem phần khối lượng này là không đáng kể và bỏ qua khi tính toán khối lượng của lan can. Hình 2.9 Quy đổi mặt cắt tiết diện tính toán của lan can. Bề rộng bình quân: bbq = 14.(175+1302+ 135+1302 + 100 + 135 ) = 130mm = 0,13m Diện tích tiết diện: S = 0,61.0,13 - π.0,1224- π.0,0824 = 0,063m2 Thể tích 1 lan can: Vlc = S.d = 0,063.0,13 = 0,00818m3 Cầu nhịp 25,6m, khoảng cách tay vịn là 2m nên tổng số lan can trên 1 nhịp là 2.12 = 24 cọc thép. Tỏng khối lượng của lan can trên 1 nhịp: DClc = 24.Vlc. γAL = 24.0,00818.28 = 5,501kN Phần tay vịn: Hình 2.8 Chi tiết tay vịn theo phương dọc cầu. Tay vịn trên cầu có 2 loại, loại có D = 120mm, t=5mm và loại D = 100mm, t = 5mm. Mỗi đoạn ống tay vịn dài 2m và được liên kết tại các lan can cầu. Để tính toán khối lượng tay vịn, ta tiến hành tính toán khối lượng của mỗi loại tay vịn rồi từ đó tính toán cho cầu. Khối lượng tay vịn D = 120mm, L = 2m được tính như sau: DCtv1 = π4( 0,122 – 0,1152).2. γAL = π4( 0,122 – 0,1152).2.28 = 0,052kN Khối lượng tay vịn D = 80mm, L = 2m được tính như sau: DCtv2 = π4( 0,082 – 0,0752).2. γAL = π4( 0,082 – 0,0752).2.28 = 0,034kN Tổng khối lượng tay vịn trên 1 nhịp: DCtv = (12 - 1).2.(DCtv1 + DCtv2) = 22.(0,052 + 0,034) = 1,892kN Gờ chắn bánh xe. Hình 2.10 Chi tiết gờ chắn bánh xe. Khối lượng gờ chắn trên 1 nhịp cầu: DCgc = Vgc. γBT = 2.(0,25.0,35 – 0,5.0,15.0,15).25,6.25 = 97,6kN => Tĩnh tải do lan can – tay vin, gờ chắn bánh xe trên 1m dài của nhịp cầu L = 25,6m, có 7 dầm chủ là: DClc-tv,gc = DCbệ+ DClc+ DCtv+ DCgc25,6.7 = 190,39+ 5,501+ 1,892+ 97,625,6.7 = 1,64kN/m Bảng 2.8 Tổng hợp tĩnh tải của dầm Trọng lượng dầm thép DCdc = As.γs = 33700.10-6.78,5 = 2,64kN/m Trọng lượng hệ liên kết DChlk = 0,11.DC1 = 0,11.2,64 = 0,29kN/m Trọng lượng lc – tv, gcbx DClc-tv,gc = 1,64kN/m Trọng lượng BMC DCBMC = (ABMC. γBT)/Nb = (13,5.0,2 + 7.0,39.0,1).25/7 = 10,62kN/m Trọng lượng lớp phủ DW = (DW1 + DW2 + DW3)/67 = (0,07.10,5.22,5+0,004.10,5.22+0,053.10,5.15)/7 = 3,687kN/m Tĩnh tải giai đoạn 1 DC1 = DCdc + DChlk + DCBMC = 2,64 + 0,29 + 10,62 = 13,55kN/m Tĩnh tải giai đoạn 2 DC2 = DClc-tv,gc = 1,64kN/m Momen do tĩnh tải gây ra. Mk(DC+DW) = η.( γDC.DC + γDW.DW).ω Trong đó: η – hệ số điều chỉnh tải trọng. γDC, γDW – hệ số tải trọng. η γDC γDW Trạng thái CĐ1 0,95 1,25 1,5 Trạng thái SD 1 1 1 ω - diện tích đường ảnh hưởng. Hình 2.11 Đường ảnh hưởng momen tại các tiết diện. Bảng 2.9 Momen do tĩnh tải giai đoạn 1 (DC1) gây ra theo các trạng thái giới hạn. Giá trị do tĩnh tải gây ra Cường độ 1 Sủ dụng Mặt cắt ω (m2) DC1 (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 0 13,55 0 0 L/2 78,125 13,55 1257,080 1058,594 3L/8 73,25 13,55 1178,638 992,537 L/4 52,25 13,55 840,735 707,987 L/8 34,125 13,55 549,092 462,393 Mối nối 63 13,55 1013,709 853,65 Bảng 2.10 Momen do tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2 - DW) gây ra theo các trạng thái giới hạn. Giá trị do tĩnh tải gây ra Cường độ 1 Sủ dụng Mặt cắt ω (m2) DC2 (kN/m) DW (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 0 1,64 3,687 0 0 L/2 78,125 1,64 3,687 562,615 416,172 3L/8 73,25 1,64 3,687 527,508 390,203 L/4 52,25 1,64 3,687 376,277 278,336 L/8 34,125 1,64 3,687 245,750 181,784 Mối nối 63 1,64 3,687 453,693 335,601 Lực cắt do tĩnh tải gây ra. Vk(LL+PL) = η.( γDC.DC + γDW.DW).(ω+ - ω-) Trong đó: η – hệ số điều chỉnh tải trọng. γDC, γDW – hệ số tải trọng. η γDC γDW Trạng thái CĐ1 0,95 1,25 1,5 Trạng thái SD 1 1 1 ω+ - diện tích dương đường ảnh hưởng. ω- - diện tích âm đường ảnh hưởng. Hình 2.12 Đường ảnh hưởng lực cắt tại các tiết diện. Bảng 2.12 Lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 1 (DC1) gây ra theo các trạng thái giới hạn. Giá trị do tĩnh tải gây ra Cường độ1 Sủ dụng Mặt cắt ω+ (m2) ω- (m2) DC1 (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 12,5 0 13,55 201,133 169,375 L/8 9,570 0,195 13,55 150,849 127,031 L/4 7,031 0,781 13,55 100,566 84,687 3L/8 4,883 1,758 13,55 50,283 42,344 L/2 3,125 3,125 13,55 0 0 Mối nối 6,480 0,980 13,55 88,498 74,525 Bảng 2.13 Lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2 - DW) gây ra theo các trạng thái giới hạn. Giá trị do tĩnh tải gây ra Cường độ1 Sủ dụng Mặt cắt ω+ (m2) ω- (m2) DC2(kN/m) DW (kN/m) M (kN.m) M (kN.m) Gối 12,5 0 1,64 3,687 90,018 66,587 L/8 9,570 0,195 1,64 3,687 67,514 49,941 L/4 7,031 0,781 1,64 3,687 45,009 33,293 3L/8 4,883 1,758 1,64 3,687 22,505 16,647 L/2 3,125 3,125 1,64 3,687 0 0 Mối nối 6,480 0,980 1,64 3,687 39,608 29,298 Bảng 2.14 Tổng kết nội lực do tĩnh tải gây ra. Mặt cắt TTGH cường độ 1 TTGH sủ dụng Momen kN.m Lực cắt kN.m Momen kN.m Lực cắt kN.m Giai đoạn 1 Gối 0 201,133 0 169,375 L/8 549,092 150,849 462,393 127,031 L/4 840,735 100,566 707,987 84,687 3L/8 1178,638 50,283 992,537 42,344 L/2 1257,080 0 1058,594 0 Mối nối 1013,709 88,498 853,650 74,525 Giai đoạn 2 Gối 0 90,018 0 66,587 L/8 245,750 67,514 181,784 49,941 L/4 376,277 45,009 278,336 33,293 3L/8 527,508 22,505 390,203 16,647 L/2 562,615 0 416,172 0 Mối nối 453,693 39,608 335,601 29,298 Tổng nội lực do tĩnh tải Gối 0 291,151 0 235,962 L/8 794,842 218,363 644,177 176,972 L/4 1217,012 145,575 986,323 117,980 3L/8 1706,146 72,788 1382,740 58,991 L/2 1819,695 0 1474,766 0 Mối nối 1467,402 128,106 1189,251 103,823 Tính toán tổ hợp các nội lực do tĩnh tải và hoạt gây ra. Tổ hợp nội lực theo TTGH cường độ 1. Tổ hợp momen. Mu = Mk(LL+PL)CĐ1 + Mk(DC+DW)CĐ1 Tổ hợp lực cắt. Vu = Vk(LL+PL)CĐ1 + Vk(DC+DW)CĐ1 Tổ hợp nội lực theo TTGH sử dụng. Tổ hợp momen. Mu = Mk(LL+PL)SD + Mk(DC+DW)SD Tổ hợp lực cắt. Vu = Vk(LL+PL)SD + Vk(DC+DW)SD Bảng 2.15 Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt trong dầm chủ. Mặt cắt TTGH cường độ 1 TTGH sử dụng Momen kN.m Lực cắt kN.m Momen kN.m Lực cắt kN.m Gối 0 664,374 0 545,774 L/8 1792,662 531,364 1405,303 435,481 L/4 2717,600 401,306 2159,715 328,056 3L/8 3663,355 272,649 2913,189 222,292 L/2 3990,280 491,655 3172,066 120,360 Mối nối 2978,720 370,529 2371,031 302,701 Max 3990,280 664,374 3172,066 545,774 Xác định ứng suất trong các giai đoạn. Ta chỉ cần tính ứng suất tại mặt cắt L/2, vì tại mặt cắt này momen lớn nhất nên ứng suất tại đây cũng là lớn nhất. Ứng suất do tác dụng của tĩnh tải giai đoạn 1 (chưa liên hợp). Tải trọng tác dụng : Là những tải trọng thường xuyên tác dụng lên tiết diện dầm thép như tải trọng bản thân dầm thép, hệ liên kết, và bản BTCT Ta có : G1 = DC1 = 13,55 (kN/m) Ứng suất tại biên trên và bên dưới dầm thép: fNCt = MG1.yNCtINC ; fNCb = MG1.yNCbINC Bảng 2.16 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 1 ở TTGH cường độ 1 Mặt cắt MG1 kN.m INC mm4 yNCt mm yNCb mm Ứng suất biên trên Mpa Ứng suất biên dưới Mpa Gối 0 7,75.109 756,38 543,62 0 0 L/8 549,092 7,75.109 756,38 543,62 53,599 38,516 L/4 840,735 7,75.109 756,38 543,62 82,053 58,973 3L/8 1178,638 7,75.109 756,38 543,62 115,032 82,675 L/2 1257,080 7,75.109 756,38 543,62 122,688 88,178 Mối nối 1013,709 7,75.109 756,38 543,62 98,935 71,106 Max 122,688 88,178 Bảng 2.17 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 1 ở TTGH sử dụng Mặt cắt MG1 kN.m INC mm4 yNCt mm yNCb mm Ứng suất biên trên Mpa Ứng suất biên dưới Mpa Gối 0 7,75.109 756,38 543,62 0 0 L/8 462,393 7,75.109 756,38 543,62 45,128 32,434 L/4 707,987 7,75.109 756,38 543,62 69,098 49,661 3L/8 992,537 7,75.109 756,38 543,62 96,869 69,621 L/2 1058,594 7,75.109 756,38 543,62 103,316 74,254 Mối nối 853,65 7,75.109 756,38 543,62 83,314 59,879 Max 103,316 74,254 Ứng suất do tác dụng của tĩnh tải giai đoạn 2 (liên hợp dài hạn). Tiết diện làm việc : dầm thép và bản bê tông Tải trọng tác dụng : là những tải trọng thường xuyên tác dụng lên tiết diện liên hợp như : lớp phủ mặt cầu, lan can, tay vịn Ta có : G2 = DC2 + DW = 1,64 + 3,687 = 5,327 kN/m. Ứng suất biên trên dầm thép : fLTt = MG2.yLTtILT Ứng suất biên dưới dầm thép : fLTb = MG2.yLTbILT Ứng suất biên trên bản bê tông : fLTtc = MG2.yLTtc3nILT n = 8 - hệ số chuyển đổi giữa cốt thép và bê tông Bảng 2.17 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 2 ở TTGH cường độ 1. Mặt cắt MG2 kN.m ILT mm4 yLTt mm yLTb mm yLTtc mm fLTt Mpa fLTb Mpa fLTtc Mpa Gối 0 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 0 0 0 L/8 245,750 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 6,331 11,821 0,438 L/4 376,277 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 9,638 18,099 0,671 3L/8 527,508 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 13,589 25,374 0,941 L/2 562,615 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 14,494 27,062 1,003 MN 453,693 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 11,689 21,182 0,809 Max 14,494 27,062 1,003 Bảng 2.18 Tổng hợp ứng suất giai đoạn 2 ở TTGH sủ dụng. Mặt cắt MG2 kN.m ILT mm4 yLTt mm yLTb mm yLTtc mm fLTt Mpa fLTb Mpa fLTtc Mpa Gối 0 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 0 0 0 L/8 181,784 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 4,683 8,744 0,324 L/4 278,336 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 7,171 13,388 0,496 3L/8 390,203 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 10,053 18,769 0,659 L/2 416,172 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 10,722 20,018 0,742 MN 335,601 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 8,646 16,143 0,598 Max 10,722 20,018 0,742 Ứng suất do tác dụng của hoạt tải (liên hợp ngắn hạn). Tiết diện làm việc : dầm thép và bản bê tông Tải trọng tác dụng : là hoạt tải tính toán Ứng suất biên trên dầm thép : fSTt = MLL+PL.ySTtIST Ứng suất biên dưới dầm thép : fSTb = MLL+PL.ySTbIST Ứng suất biên trên bản bê tông : fSTtc = MLL+PL.ySTtcn.IST n = 8 - hệ số chuyển đổi giữa cốt thép và bê tông Bảng 2.20 Tổng hợp ứng suất do hoạt tải ở TTGH cường độ 1. Mặt cắt MLL+PL kN.m IST mm4 ySTt mm ySTb mm ySTtc mm fSTt Mpa fSTb Mpa fSTtc Mpa Gối 0 2,58.1010 200 1099,99 500 0 0 0 L/8 997,820 2,58.1010 200 1099,99 500 7,735 4,254 0,242 L/4 1500,588 2,58.1010 200 1099,99 500 11,632 6,398 0,363 3L/8 1957,209 2,58.1010 200 1099,99 500 15,172 8,345 0,474 L/2 2170,585 2,58.1010 200 1099,99 500 16,826 9,254 0,526 MN 1511,318 2,58.1010 200 1099,99 500 11,716 6,443 0,366 Max 16,826 9,254 0,526 Bảng 2.21 Tổng hợp ứng suất do hoạt tải ở TTGH sủ dụng. Mặt cắt MLL+PL kN.m IST mm4 ySTt mm ySTb mm ySTtc mm fSTt Mpa fSTb Mpa fSTtc Mpa Gối 0 2,58.1010 200 1099,99 500 0 0 0 L/8 761,126 2,58.1010 200 1099,99 500 5,900 3,245 0,184 L/4 1173,392 2,58.1010 200 1099,99 500 9,096 3,878 0,284 3L/8 1530,449 2,58.1010 200 1099,99 500 11,864 6,525 0,371 L/2 1697,300 2,58.1010 200 1099,99 500 13,157 7,236 0,411 MN 1181,780 2,58.1010 200 1099,99 500 9,161 5,038 0,286 Max 13,157 7,236 0,411 Tổ hợp ứng suất. Bảng 2.21 Tổng hợp ứng suất pháp tại vị trí mặt cắt L/2 Mặt cắt L/2 Ứng suất (Mpa) Biên trên dầm Biên dưới dầm Biên trên bản BT Trạng thái tính toán CĐ1 SD CĐ1 SD CĐ1 SD GĐ chưa liên hợp 122,688 103,316 88,178 74,254 0,00 0,00 GĐ liên hợp dài hạn 14,494 10,722 27,062 20,018 1,003 0,742 GĐ liên hợp ngắn hạn 16,826 13,157 9,254 7,236 0,526 0,411 Tổng ứng suất 154,008 127,195 124,494 101,508 1,529 1,153 Xác định trục trung hòa dẻo của tiết diện liên hợp. Chiều cao chịu nén của vách. Sức kháng lực cắt. Kiểm tra ổn định cục bộ và tổng thể. Kiểm tra ổn định cục bộ. Kiểm tra ổn định tổng thể. Các trạng thái giới hạn. Kiểm tra về thi công. Kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng. Kiểm tra theo trạng thái cường độ 1. Kiểm tra độ võng đàn hồi. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn về mỏi. Kiểm tra ứng suất trong bản bê tông. Xác định vị trí cắt bớt bản táp. Nội lực tại các tiết diện khi chưa cắt bản biên. Vẽ biểu đồ bao momen uốn, bao vật liệu dầm. PHẦN I: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT 1 CHƯƠNG I : LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ 1 1. Số liệu thiết kế. 1 1.1 Kích thước tính toán. 1 1.2 Vật liệu sử dụng. 1 2. Thiết kế mặt cắt ngang. 1 2.1 Các thông số thiết kế. 1 2.2 Bản mặt cầu BTCT. 1 2.3 Các lớp phủ mặt cầu. 1 3. Lựa chọn tiết diện dầm chủ ( dầm tổ hợp chữ I ): 2 3.1 Cơ sở chọn tiết diện. 2 3.2 Chiều cao dầm chủ (d). 2 3.3 Chọn tiết diện vách dầm, bản biên và bản táp. 2 3.4 Kiểm tra tính cân xứng. 3