1. Trang chủ >
  2. Kỹ thuật >
  3. Giao thông - Vận tải >

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM THÉP

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.26 MB, 116 trang )


CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



IV.1.2.2.Sức kháng cắt

Sức kháng tính toán của neo chống cắt Q phải được lấy như sau:

Q r ≤ ϕsc .Q n



Trong đó:

-



Qn : sức kháng danh đònh

ϕsc = 0.85 : hệ số sức kháng đối với các neo chống cắt

Q n = 0.5 × A sc . fc' .E c ≤ A sc .Fu



Asc = 314 mm2: diện tích mặt cắt ngang cuả neo chống cắt

f’c = 30 MPa : cường độ chòu nén 28 ngày quy đònh của bê tông

Ec = 29,440.09 MPa: mô đun đàn hồi của bê tông

Fu = 400 MPa : cường độ kéo nhỏ nhất của neo

Thay số:

Q n = 0.5 × 314 × 30 × 29,440.09 = 147,546.82 N > 314 × 400 = 125,600 N



Do đó: lấy Qn = 125,600 N để tính toán

IV.1.3.Thiết kế neo ở TTGH Mỏi

( Thiết kế cho dầm giữa và bố trí như vậy cho dầm biên )

Bước của các neo chống cắt không dược nhỏ hơn:

p≤



n.Z r .I

Vsr .Q



Trong đó:

-



p : bước của các neo chống cắt dọc theo trục

n = 2: số lượng các neo chống cắt trong một mặt cắt ngang

I : mômen quán tính của tiết diện liên hợp ngắn hạn

I = 23,603,944,333 mm 4 ( dầm giữa )



Q : mômen tónh của diện tích bản mặt cầu đã quy đổi về thép đối với trục trung

hòa liên hợp ngắn hạn

t s .bi 

t

. y + t h + s 

÷

n 

2

200 × 2100 

=

×  143.94 + 100 + 200  = 18,056,850 mm 3

÷

8



2 



Q=



Vsr : lực cắt xác đònh cho trạng thái giới hạn mỏi (N).

Mặt cắt

L=0

L=2600 L=5400 L=8200 L=11000 L=13800 L=15200

Vsr

121,954 114,878 107,308 99,738

96,543

96,419

95,343

Bước neo chòu mỏi tối đa được xác đònh theo công thức:



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 84



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



pmax ≤



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



ns zr I ST

Vsr Q



Thay các giá trò trong công thức xác đònh bước neo tối đa cho các đoạn dầm bố trí

neo không đổi,ta được bảng sau:



Biên độ lực cắt

(Vsr) N

121,954

114,878

107,308

99,738



Đoạn dầm



Bước neo tt

(max) mm

163

173

185

199



Cấu tạo (mm)

p (min)

p (max)

120

600

120

600

120

600

120

600



Bước neo TK

(mm)

150

160

170

180



L=0-2600

L=2600-5400

L=5400-8200

L=8200-11000

L=1100013800

96,543

206

120

600

190

L=1380015200

96,419

206

120

600

200

Đoạn từ dầu dầm đến gối bố trí 3 neo với khoảng cách các neo là 125mm.

Vậy tổng số neo trên ½ dầm là:183 neo

IV.1.4.Kiểm toán neo ở TTGH Cường độ

Sức kháng tính toán của neo chống cắt Q phải được lấy như sau:

Q r ≤ ϕsc .Q n



Trong đó:

-



Qn : sức kháng danh đònh

ϕsc = 0.85 : hệ số sức kháng đối với các neo chống cắt

Q n = 0.5 × A sc . fc' .E c ≤ A sc .Fu



Asc = 314 mm2: diện tích mặt cắt ngang cuả neo chống cắt

f’c = 30 MPa : cường độ chòu nén 28 ngày quy đònh của bê tông

Ec = 29,440.09 MPa: mô đun đàn hồi của bê tông

Fu = 400 MPa : cường độ kéo nhỏ nhất của neo

Thay số:

Q n = 0.5 × 314 × 30 × 29,440.09 = 147,546.82 N > 314 × 400 = 125,600 N



Do đó: lấy Qn = 125,600 N để tính toán

Sức kháng cắt tính toán của một neo chống cắt (xét đến sự thất thường trong chế

tạo)

Q r = ϕsc .Q n = 0.85 × 125,600 = 106,760 N



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 85



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



Số lượng neo chống cắt bố trí giữa mặt cắt mômen dương lớn nhất và điểm

mômen bằng 0

ns =



Vh

Qr



Trong đó:

 0.85 × f 'c .b i .t s

Vh = min 

 Fyw .D.t w + Fyc .bc .t c + Fyf .b f .t f



Thay số:

 0.85 × 30 × 2100 × 200 = 10,710,000 N

Vh = min 

 250 × 936 × 12 + 250 × 350 × 23 + 250 × 450 × 20 = 7,070,500 N

= 7,070,500 N



Thay số:

ns =



7,070,500

= 66.23

106,760



n = 183 ≥ ns = 66.23 ⇒ Thỏa mãn



IV.2.THIẾT KẾ SƯỜN TĂNG CƯỜNG

IV.2.1.Sơ bộ cấu tạo và bố trí

Chỉ thiết kế cho sườn tăng cường đứng, không thiết kế sườn tăng cường dọc. Thép

dùng làm sườn tăng cường có số hiệu M270 cấp 250 có:

E = 200000 MPa, Fys = 250 MPa

a.Sườn tăng cường trung gian:

 Dầm giữa:

-



Khoảng cách các sườn tăng cường: do = 2800 mm

Số lượng sườn tăng cường trung gian trên một dầm thép: 2 x 13 = 26

Kích thước sườn:



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 86



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



-



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



Hình 4.2: Cấu tạo sườn tăng cường trung gian

Chiều rộng sườn tăng cường: bt = 100 mm

Chiều dày sườn tăng cường: tp = 14 mm

Chiều cao sườn tăng cường: D = 864 mm

STC giữa hở so với bản cánh dưới 1 đoạn 6xtw=6x12=72mm



 Dầm biên:

-



Khoảng cách các sườn tăng cường: do = 2800 mm

Số lượng sườn tăng cường trung gian trên một dầm thép: 13

Kích thước sườn:



Hình 4.2: Cấu tạo

sườn tăng cường trung gian

- Chiều rộng sườn tăng cường: bt = 100 mm

- Chiều dày sườn tăng cường: tp = 14 mm

- Chiều cao sườn tăng cường: D = 864 mm

- STC giữa hở so với bản cánh dưới 1 đoạn 6xtw=6x12=72mm

b.Sườn tăng cường tại gối:

-



Tại mỗi gối đặt 2 cặp sườn tăng cường gối

Khoảng cách giữa các sườn (tính từ tim) d 1 = 100 mm. Mỗi dầm có 8 sườn

tăng cường gối

Kích thước sườn:



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 87



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



-



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



Hình 4.3: Cấu tạo sườn tăng cường gối

Chiều rộng sườn tăng cường tại gối: bt = 150 mm

Chiều dày sườn tăng cường tại gối: tp = 14 mm

Chiều cao sườn tăng cường tại gối: D = 936 mm

Hai đầu sườn tăng cường được hàn vào hai bản cánh trên và cánh dưới dầm



IV.2.2.Kiểm toán sườn tăng cường đứng trung gian

IV.2.2.1.Kiểm tra độ mảnh

Kiểm tra chiều rộng phần thò ra (phần chìa) bt :

d

E



 50 + 30 ≤ bt ≤ 0.48.t p . F

ys



 16 × t ≥ b ≥ 0.25 × b

p

t

f





Trong đó:

-



d: chiều cao mặt cắt dầm thép

Fys=250 MPa : cường độ chảy nhỏ nhất của gờ tăng cường

bf : bề rộng cánh chòu nén. bf = bc = 350 mm

tp: chiều dày của phân tố chìa ra



Thay số:



1000

200000

 50 +

= 83.3 ≤ 100 ≤ 0.48 × 14 ×

= 190.07



30

250

 16 × 14 = 224 ≥ 100 ≥ 0.25 × 350 = 87.5





⇒ Bề rộng phần chìa bt thoả mãn.



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 88



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



IV.2.2.2.Kiểm tra độ cứng

Thực chất là kiểm tra mômen quán tính của tiết diện

Mômen quán tính bất kì của sườn tăng cường nào cũng phải thoả mãn điều kiện:

I t ≥ d 0 .t 3 .J

w



Trong đó:

-



It : mômen quán tính của sườn tăng cường đứng quanh mép tiếp xúc với bản

bụng đối với các gờ đơn và quay quanh trục giữa chiều dày của bản bụng

đối với các gờ kép

3

 b3 .t 

I t = 2 ×  t p ÷ = 2 ×  100 × 14  = 9,333,333 mm 4



÷





 3 

3



-



tw : chiều dày bản bụng

d0 : khoảng cách giữa các sườn tăng cường

Dp : chiều cao bản bụng

Dp = D = 936 mm

2



D 

J = 2.5 ×  p ÷ − 2 ≥ 0.5

 d0 

2



936 

J = 2.5 × 



÷ − 2 = −1.720 < 0.5

 2800 



Chọn J = 0.5 để tính toán

4

3

4

Thay số: 9,333,333 mm ≥ 2800 × 12 × 0.5 = 2,419,200 mm ⇒ Thoả mãn



IV.2.2.3.Kiểm tra cường độ

Thực chất là kiểm tra về diện tích mặt cắt ngang sườn tăng cường. Diện tích sườn

tăng cường phải thoả mãn điều kiện sau:

V

 Fyw 

A s ≥  0.15 × B.D.t w .(1 − C). u − 18 × t 2  . 

w 



Vr



  Fys 





Trong đó:

-



-



Vr : sức kháng cắt tính toán

Vu : lực cắt do các tải trọng tính toán ở trạng thái giới hạn cường độ

As : diện tích sườn tăng cường

A s = b t .t p = 100 × 14 = 1, 400 mm 2 ( Dầm biên )

A s = 2 × b t .t p = 2 × 100 × 14 = 2,800 mm 2 ( Dầm giữa )

B = 1 cho các đôi gờ tăng cường

Fyw : cường độ chảy nhỏ nhất của bản bụng

Fys : cường độ chảy nhỏ nhất của sườn tăng cường

C : tỷ số ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 89



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



k =5+



⇒ 1.10

⇒ c=



5

d0

D



( )



2



=5+



(



5

2800

936



)



2



= 5.559



200000 × 5.559

936

= 73.36 <

= 78 < 1.38 ×

250

12



1.10

D

 ÷

 tw 



 Ek



F

 yw



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



200000 × 5.559

= 92.03

250





1.10  200000 × 5.559 

÷=

÷ = 0.94

÷  936  

250





 

÷

 12 



Thay số:

-



Dầmbiên:

1,045,431

250 

1,400 ≥  0.15 × 1 × 936 × 12 × (1 − 0.94) ×

− 18 × 12 2  . 



  250 

1, 628, 640





 

= −2527.11



-



Dầm giữa:

1,115,429

250 

2800 ≥  0.15 × 1 × 936 × 12 × (1 − 0.94) ×

− 18 × 122  . 



  250 

1, 628, 640





 

= −2522.77



Thoả mãn

IV.2.3.Kiểm toán sườn tăng cường đứng gối:

IV.2.3.1.Kiểm tra độ mảnh:

Để tham gia giữ ổn đònh cho vách thì trước hết sườn phải thoả mãn điều kiện ổn

đònh của một cấu kiện chòu nén:

bt ≤ 0.48 × t p ×



E

Fys



⇔ 150 ≤ 0.48 × 14 ×



200000

= 190.07

250



=>Thoả mãn



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 90



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



IV.2.3.2.Kiểm tra sức kháng tựa:



Sức kháng tựa của sườn tăng cường đứng gối được kiểm tra theo công thức sau:

Br = ϕb . Apn .Fys ≥ Vu



Trong đó:

Fys : cường độ chảy nhỏ nhất của sườn tăng cường tại gối.

φb : hệ số sức kháng tựa.

Apn: diện tích phần chìa của sườn tăng cường ở bên ngoài các đường hàn

bản bụng vào bản cánh,nhưng không vượt ra ngoài của bản cánh.

 Br = 1.0 × (4 ×120 ×14) × 250 = 1, 680, 000 N ≥ Vu = 1,045,431N (dầm biên)

Br = 1.0 × (4 ×120 ×14) × 250 = 1, 680, 000 N ≥ Vu = 1,115,429N (dầm giữa)

-



IV.2.3.3.Kiểm tra sức kháng nén dọc trục

Diện tích cột chòu nén:

A = 4 × (b t .t p ) + (18 × t w + d 0 ).t w

= 4 × (150 × 14) + (18 × 12 + 200) × 12 = 13,392 mm 2



Trong đó:

d0 : khoảng cách 2 sườn tăng cường gối (tính từ tim đến tim)

Thay số:

-



Xác đònh mômen quán tính (I):



(



)



(



3



150 12

I = 4 ×  14 × 150 + 14 × 150 ×

+

2

2

12





-



 416 × 123

= 59,049,900 mm 4

+

12





Bán kính quán tính của tiết diện cột:

r=



-



)



2



I

=

A



59,049,900

= 66.40 mm

13,392



Hệ số độ mảnh:



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 91



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



k.L

≤ 140

r



Trong đó:

k: hệ số chiều dài hiệu dụng

k = 0.75

L: chiều dài không giằng

L = D = 936 mm

Thay số:

0.75 × 936

= 10.63 ≤ 140 ⇒ Đạt

66.04



Kiểm tra: Pr = ϕc .Pn ≥ Vu

Trong đó :

ϕc = 0.9 : hệ số sưc kháng đối với nén



Xác đònh Pn:



( )

(



2

k.L Fy

.

E

π.r

0.75 × 936

=

3.14 × 66.04



λ=



)



2



×



250

= 0.0143

200000



λ = 0.0143 ≤ 0.25

⇒ Pn = 0.66λ × Fy .A

= 0.660.0143 × 250 × 13,392 = 3,328,166 N



Vậy sức kháng nén dọc trục có hệ số là:

Pr = 0.9 × 3,328,166 = 2,995,349 N ≥ 1,045,431 N ⇒ Thỏa mãn (dầm biên)

Pr = 0.9 × 3,328,166 = 2,995,349 N ≥ 1,115,429 N ⇒ Thỏa mãn (dầm giữa)



IV.3.THIẾT KẾ MỐI NỐI

IV.3.1.Sơ bộ cấu tạo và bố trí

Mối nối sử dụng bulong cường độ cao,chọn bulơng có d=22mm

Số lượng mối nối là 2,đặt đối xứng qua tim cầu,vị trí đặt mối nối là cách đầu dầm

10.5m.

IV.3.1.1.Tải trọng thiết kế mối nối

Tải trọng tác dụng lên mối nối được lấy như sau:

- Dầm biên:



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 92



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



 (75%M n ;75%Vn )

 (75% × 8,342,041,167N.mm;75% × 1,628,640N)

max 

= max 

 (M s = 4,880,679,979N.mm;Vs = 280,139N)

 (M s , Vs )

 (6,256,530,875N.mm;1,221,480N)

= max 

 (Ms = 4,880,679,979N.mm;Vs = 280,139N)



- Dầm giữa:

 (75%M n ;75%Vn )

 (75% × 8,400,499,586N.mm;75% × 1,628,640N)

max 

= max 

 (M s = 4,794,297,729N.mm;Vs = 407,624N)

 (M s ,Vs )

 (6,300,374,690N.mm;1,221,480N)

= max 

 (Ms = 4,794,297,729N.mm;Vs = 407,624N)



IV.3.2.Sức kháng trượt của bulong cường độ cao

Sức kháng trượt danh định của bulơng ở liên kết ma sát được lấy như sau:

R n = K h .K s .Ns .Pt



Trong đó:

-



Pt = 176,000 N: lực kéo yêu cầu nhỏ nhất

Kh = 1: hệ số kích thước lỗ cho các lỗ tiêu chuẩn

Ks = 0.5: hệ số điều kiện bề mặt

Số mặt ma sát cho mỗi bu lông: Ns = 2



⇒ R n = 1 × 0.5 × 2 × 176,000 = 176,000N



IV.3.3.Thiết kế mối nối bản cánh trên

Lực do tải trọng tính toán tác dụng lên bản cánh trên:

N = f t .A c



Ứng suất tại trọng tâm bản cánh trên lấy theo trường hợp M max=75%Mn có giá trò

sau:

Dầm biên:

DC1

DC2

DC3

DW

Ms + Ms  s,t t c  Ms + Ms  s,t t c 

YNC − ÷ +



 YLT − 2 ÷

I NC

2

I LT







DC1

DC2

DC3

DW

75%M n −  Ms + Ms + Ms + Ms   s,t t c 



 Y −

+

 ST 2 ÷

I ST





525,710,938 + 1,187,305,223 

23  310,296,168 + 284,335,134 

23 

=

 646.65 − 2 ÷ +

 354.81 − 2 ÷

6,633,560,356

16,421,838,964











ft =



+



6,256,530,875 −  526,543,645 + 976,938,627 + 316, 059,949 + 197,776,328  



 148.27 − 23 



23,450, 049,565

2 ÷







= 164.02 + 12.43 + 23.03 = 199.48MPa



Dầm giữa:



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 93



CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DẦM



GVHD: Th.S PHẠM ĐỆ



DC3

DW

 Ms + Ms  s,t t c 

+

÷

 YLT − 2 ÷

I LT







DC1

DC2

DC3

DW

75%M n −  Ms + Ms + Ms + Ms   s,t t c 



 Y −

+

 ST 2 ÷

I ST





525,710,938 + 1,187,305,223 

23  310,296,168 + 284,335,134 

23 

=

 646.65 − 2 ÷ +

 351.07 − 2 ÷

6,633,560,356

16,550,619,042











ft =



DC1

DC2

Ms + Ms  s,t t c

 YNC − 2

I NC





+



6,300,374,690 −  526,543,645 + 976,938,627 + 316,059,949 + 197, 776,328  



 143.94 − 23 



23,603,944,333

2 ÷







= 164.02 + 12.2 + 22.4 = 178.62 MPa



Với: Ac là diện tích bản cánh trên:

Ac = bc.tc = 350 x 23 = 8050 mm2

Vậy: N = 199.48x 8050 = 1,605,814 N (dầm biên)

N = 178.62x 8050 = 1,437,891 N (dầm giữa)

Số bulông cần thiết cho mối nối nb:

nb =



N 1,605,814

=

= 9.12 bulông (dầm biên)

Rn

176,000



nb =



N 1,437,891

=

= 8.17 bulông (dầm giữa)

Rn

176,000



Để thiên về an toàn ta chọn: nb = 10 bu lông, bố trí 2 hàng mỗi hàng 5 bulông

IV.3.4.Thiết kế mối nối bản cánh dưới

Lực do tải trọng tính toán tác dụng lên bản cánh trên:

N = f b .(A f + A 'f )



Ứng suất tại trọng tâm bản cánh dưới lấy theo trường hợp M max=75%Mn có giá trò

sau:

Dầm biên:

fb =

+

=

+



DC1

DC2

Ms + Ms

M DC3 + M DW

s,b

s,b

( YNC − t 'f ) + s I s ( YLT − t 'f

I NC

LT



)



DC1

DC2

DC3

DW

75%M n −  M s + M s + M s + M s  s,b



 Y − t'

( ST f

I ST



)



525,710,938 + 1,187,305,223 

21  310,296,168 + 284,335,134 

21 

 353.35 − 2 ÷ +

 645.19 − 2 ÷

6,633,560,356

16,421,838,964











6,256,530,875 −  526,543,645 + 976,938,627 + 316, 059,949 + 197,776,328  



 851.73 − 21 



23,450, 049,565

2 ÷







= 88.54 + 22.98 + 141.66 = 253.18 MPa



Dầm giữa:



SVTH :PHAN THANH NAM – LỚP CD09B



Trang 94



Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.doc) (116 trang)

×