Thuyết minh thiết kế cầu thép

- Khẩu độ thiết kế: L0 = 29m - Tải trọng thiết kế: Đoàn xe H 30 - Đoàn Người: q = 300kg/m2 X.80 - Khổ cầu: K=8 + 2 x 1m - Cấp sông:VI 1/ Xác định nội lực dầm chủ: a/ Xác định hệ số phân bố ngang: 0,613 -0,28 Khi đó hệ số phân bố ngang của ôtô, xe nặng và đoàn người được xác diịnh như sau hôtô=0,5(0,568+0,365+0,247+0,044)=0,612 hX60=0,5(0,552+0,263)=0,408 hngười=0,5(0,727+0,621).1=0,674 Hệ số xung kích 1+m= b/ Xác định tĩnh tải tác dụng lên dần chủ : -Tải trọng phân bố đều trên 1 mét dài dầm chủ của lớp mặt cầu Trong đó qcl :Tải trọng phân bố trên 1 m2 của các lớp mặt đường và bản bê tông cốt thép mặt cầu có thể lấy qcl=0,3 T/m2 . K : Khổ cầu phần xe chạy.(K=8) n : Số dầm chủ.(n=6) Þ (t/m) -Tải trọng phân bố đều trên 1 mét dài dầm của các bộ phận mặt cầu gồm :Bản mặt cầu, đường người đi, lan can. Trong đó : qb : Trọng lượng phân bố trên 1 m2 bản mặt cầu. qb=0,32 ¸ 0,38 (T/m2). Ta chọn qb=0,35 (T/m2) pbh : Tải trọng phân bố trên 1 mét dài cầu phần bộ hành và 1 hàng lan can, pbh=0,3 (T/m) B’ :Bề rộng bản mặt cầu tính từ 2 cột lan can ở 2 bên. B’=11 Þ (t/m) -Tải trọng bản thân dầm chủ của hệ liên kết : Dùng công thức của Giáo sư N.X Xtơrelolxki (sách Thiết kế cầu BT và cầu thép trên đường ô tô - Polyvanốp trang - 52) Trong đó : gg- Trọng lượng thép trên 1 mét dài L- Nhịp tính toán trên dầm L = 28,4m 1,4 và 1,5 - Các hế số vượt tải của hoạt tải và tĩnh tải. g - Trọng lượng riêng của thép, g = 7,850T/m3 R- Cường độ tính toán của thép , R = 21000 T/m2 A, B- Các đặc trưng trọng lượng tùy theo các loại kết cấu nhịp khác nhau: A = B = 5 k0 :Tải trọng tương đương cho 1 m dài cầu ktđ1/2=1,86 (do chiều dài nhịp là 46-2x0,3=45,4m) k0 =(1+m).h.ktđ1/2=1,18.0,612.1,68=1,264 Þ (t/m) c/Xác định nội lực của dầm chủ : Chia dầm chủ ra các tiết diện 1/2 , 1/8 , 1/4 , 3/8 , xác định đường ảnh hưởng momem và đường ảnh hưởng lực cắt tương ứng với các tiết diện đó. * Tĩnh tải tác dụng lên dầm : g1=gmc=0,742 (t/m) . g2=gd=0,17 (t/m) . Nội lực tiêu chuẩn và tính toán của tĩnh tải : Stc=(g1+g2).w Stt=(1,5.g1+1,1.g2). w Nội lực do tĩnh tải gây ra Nội lực Sw S1=g1.Sw S2=g2.Sw St S1tt=1.1xS1tc S2tt=1.5xS2tc S=S1+S2 Mx=l/8 44.162 32.768 7.508 40.276 36.045 11.261 47.306 Mx=l/4 75.615 56.106 12.855 68.961 61.717 19.282 80.999 Mx=3l/8 94.515 70.130 16.068 86.198 77.143 24.101 101.244 Mx=l/2 100.820 74.808 17.139 91.948 82.289 25.709 107.998 Qgối 14.200 10.536 2.414 12.950 11.590 3.621 15.211 Qx=l/8 10.613 7.875 1.804 9.679 8.662 2.706 11.369 Qx=l/4 7.100 5.268 1.207 6.475 5.795 1.811 7.606 Qx=3l/8 3.550 2.634 0.604 3.238 2.898 0.905 3.803 Qx=l/2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Nội lực do H30 và người gây ra Nội lực w+ Ktđ Do ôtô H30 gây ra Do đoàn người SStc SStt b0.hoto.Ktđ.v=S0tc 1,4.(m+1).S0tc hng.q0.w=Sngườitc 1,4.Sngườitc=Sngườitt Mx=l/8 44.162 2.558 7.614 13.111 8.930 12.501 16.543 25.613 Mx=l/4 75.615 2.102 10.713 18.447 15.289 21.405 26.002 39.852 Mx=3l/8 94.515 2.102 13.390 23.058 19.111 26.755 32.501 49.814 Mx=l/2 100.820 1.867 12.687 21.847 20.386 28.540 33.073 50.387 Qgối 14.200 2.558 2.448 4.216 2.871 4.020 5.319 8.236 Qx=l/8 10.835 2.716 1.983 3.415 2.191 3.067 4.174 6.483 Qx=l/4 7.988 2.440 1.314 2.262 1.615 2.261 2.929 4.523 Qx=3l/8 5.547 2.743 1.026 1.766 1.122 1.570 2.147 3.336 Qx=l/2 3.550 3.132 0.749 1.290 0.718 1.005 1.467 2.295 Nội lực do xe nặng XB80 gây ra Nội lực w+ hXB80.qXB80.w=StcXB80 1,4. StcXB80=SttXB80 hXB80 Ktđ Mx=l/8 44.162 94.523 132.332 0.408 5.246 Mx=l/4 75.615 159.129 222.781 0.408 5.158 Mx=3l/8 94.515 198.903 278.465 0.408 5.158 Mx=l/2 100.820 212.172 297.041 0.408 5.158 Qgối 14.200 30.393 42.551 0.408 5.246 Qx=l/8 10.835 26.449 37.028 0.408 5.983 Qx=l/4 7.988 23.430 32.802 0.408 7.189 Qx=3l/8 5.547 17.653 24.714 0.408 7.800 Qx=l/2 3.550 13.569 18.996 0.408 9.368 Bảng thống kê nội lực tiêu chuẩn Nội lực Tĩnh tải Hoạt tải   Stcmax H30+người XB80 Mx=l/8 40.276 16.543 94.523 151.342 Mx=l/4 68.961 26.002 159.129 254.092 Mx=3l/8 86.198 32.501 198.903 317.602 Mx=l/2 90.948 33.073 212.172 336.193 Qgối 12.95 5.319 30.393 48.662 Qx=l/8 9.679 4.174 26.449 40.302 Qx=l/4 6.475 2.929 23.430 32.834 Qx=3l/8 3.238 2.147 17.653 23.038 Qx=l/2 0 1.647 13.569 15.216 Bảng thống kê nội lực tính toán Nội lực Tĩnh tải Hoạt tải Sttmax H30+người XB80 Mx=l/8 47.306 25.613 132.332 205.251 Mx=l/4 80.999 39.852 222.781 343.632 Mx=3l/8 101.244 49.814 278.465 429.523 Mx=l/2 107.998 50.387 297.041 455.426 Qgối 15.211 8.236 42.551 65.998 Qx=l/8 11.369 6.483 37.208 55.060 Qx=l/4 7.606 4.523 32.802 44.931 Qx=3l/8 3.803 3.336 24.714 31.853 Qx=l/2 0 2.295 18.996 21.291 III/ Chọn tiết diện dầm chủ: 1/Chọn chiều cao của tiết diện: a/ Chọn theo điều kiện đảm bảo độ cứng: Trong đó : a: Hệ số xét đến sự thay đổi của tiết diện dầm theo chiều dài nhịp, a=1,1. Ru : Cường độ tính toán chịu uốn của thép ,Ru=2000 Kg/cm2 E : Môđun đàn hồi của thép E=1,2.106kg/cm2 L : Chiều dài nhịp dầm chủ, L=28,4(m). : Độ võng cho phép của kết cấu nhịp cm K : Hoạt tải tiêu chuẩn phân bố trên dầm (T/m). K=h.b.k1/2 k1/2 : Tải trọng tương đương ứng với đường ảnh hưởng momen giữa nhịp dầm chủ, k1/2=2,558. h : Hệ số phân bố ngang của ôtô. hôtô=0,612 b : Hệ số làn xe ; b=0,9 nh : Hệ số siêu tải của hoạt tải ; nh=1,4 1+m=1,23 n1.g1+n2.g2 : Tải trọng tính toán của bản mặt cầu và dầm cầu n1.g1+n2.g2=1,5.0,742+1,1.0,17=1,3 (t/m). a = Ing :Momen quán tính tiết diện nguyên . Igy : Momen quán tính tại tiết diện giảm yếu. Dự kiến dùng dầm hàn nên a=1 ÞK=0,612.0,9.2,558=1,409 Từ đó ta tính được chiều cao dầm theo điều kiện đảm bảo độ cứng như sau : =0,312(m) b/ Chọn theo điều kiện chiều cao kinh tế: Trong đó : A : Hệ số , chọn A=6. W : momen chống uốn của tiết diện giữa nhịp . Với W= , M : Momen tính toán tại giữa nhịp M=455,426 (t/m) Ru : Cường độ tính toán của thép , Ru=2000(kg/cm2)=2.104(t/m) Þ W=(m3) Þ(m) Chọn chiều cao dầm h=1,5(m) nằm trong phạm vi cho phép của việc tính toán chiều cao dầm < 15% 2/ Chọn kích thước sườn dầm : Bề dày sườn dầm tính theo công thức (cm) =9,55(mm) Theo qui phạm chọn đối với dầm hàn nên ta chọn Momen quán tính của sườn dầm được tính theo công thức m4=440,5.103 cm4 3/ Chọn biên của dầm hàn: Momen quán tính của tiết diện dầm M=455,426 (tm) momen tính toán tại tiết diện giữa nhịp h=150 cm chiều cao toàn bộ dầm. Ru=2000 kg/cm2 . Cường độ tính toán của thép Þ(cm4) Momen quán tính của biên dầm (cm4) Diện tích tiết diện biên dầm (cm2). Chọn kích thước sườn dầm và biên dầm như hình vẽ : 40 1,2 2 50 143,6 2 1,2 150 1,8 3/ Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện : Đặc trưng hình học của tiết diện được tính theo các kích thước thực tế của tiết diện vừa được chọn . Diện tích tiết diện dầm (cm2) Momen quán tính của tiết diện dầm: (cm4) Momen quán tính của nữa tiết diện và biên dầm lấy đối với trục trung hoà của dầm . (cm3) Momen tĩnh của bản biên đối với trục trung hoà : (cm3) 4/ Kiểm tra tiết diện dầm : a/ Theo ứng suất pháp : Điều kiện : M=455,426 (tm) momen tính toán tại tiết diện giữa nhịp h=150 cm chiều cao toàn bộ dầm. Ru=2000 kg/cm2 . Cường độ tính toán của thép Ing=I=2112920,915(cm4) Suy ra (kg/cm2) b/ Theo ứng suất tiếp : Điều kiện : Qmax=65,998(t) lực cắt lớn nhất Suy ra (KG/cm2) Tỷ số nên ta chọn C’=1 Þ 0,6.C’.R0=0,6.1.1900=1140 Vậy . Thoã mãn điều kiện về ứng suất tiếp c/ Kiểm tra về điều kiện mõi : Điều kiện Với Mmaxtc=336,193(tm) h=150cm Từ đó ta tính được (KG/cm2) Hệ số giảm cường độ tính toán của vật liệu do mỏi Dùng thép than : a=0,58 ; b=0,26 ;b=1,2 Vậy Vậy điều kiện về mõi kiểm tra đã thoã mãn IV/ Xác định vị trí thay đổi tiết diện : Giá trị momen giới hạn của dầm trước và sau khi cắt bản biên là [M1]= [M2]= với h’=150-2.1,4=147,2 cm suy ra (cm4) Þ[M2]= Kiểm tra ứng suất tương đương Kiểm tra ứng suất theo điều kiện sau : ds Tiết diện Số cặp bản Ing Sb M Q t s stđ R0 1.8 1/8 1 1141373.54 9968.8 205.251 55.06 267.16 1323.53 1254.073 1900 1.8 TD giảm yếu 1 1141373.54 9968.8 310.16 47.368 229.84 2000.03 1823.971 1900 1.8 1/4 2 2012920.92 11420.8 343.632 44.931 141.63 1256.45 1145.019 1900 1.8 3/8 2 2012920.92 11420.8 429.523 31.853 100.4 1570.50 1413.282 1900 1.8 1/2 2 2012920.92 11420.8 455.426 21.291 67.111 1665.21 1493.033 1900 V/ Bố trí sườn tăng cường và kiểm tra ổn định : 1/ Bố trí sườn tăng cường : (với thép than) 2 1,2 1,8 40 y x x Xét tỷ số > bố trí sườn tăng cường đứng cách nhau 2m 2/ Kiểm tra ổn định chung : -Diện tích biên dầm =1,2.40+2.50=148 (cm2) -Momen quán tính của biên dầm lấy đối với trục thẳng đứng : -Bán kính quán tính của biên dầm lấy đối với trục thẳng đứng (trục y). -Momen tĩnh của tiết diện biên dầm đối với trục nằm ngang (trục x). =40.0,6.1,2+50.2,2.2=248,8(cm3) -Khoảng cách từ trục x đến trục trung hoà của biên dầm -Khoảng cách từ trục trung hoà của dầm đến trục trung hoà của biên dầm . . -Xác định độ mảnh theo công thức sau tra bảng Þj=0,91 -Kiểm tra ổn định theo điều kiện : (Với R0=1900 (KG/cm2) Thay số vào ta được : (KG/cm2) < R0=1900 (KG/cm2) 3/Kiểm tra ổn định cục bộ của sườn dầm : Theo kích thước sườn dầm đã được chọn trên ta có >nên ta không cần kiểm tra ổn định cục bộ. 4/ Tính toán sườn tăng cường trên gối : a/ Kiểm tra ổn định trên gối : Độ mảnh , Với l0=0,7h0=0,7.100=70 cm. h0=100cm : Khoảng cách giữa 2 nút của liên kết ngang tại gối . Kích thướt sườn tăng cường như sau : Rộng :14cm. Dày :1,5 cm. Cao :143,6 - 2=141,6 cm. Fng= 30.1,8.2 + 14.1,5.2 = 150 (cm2) Suy ra Þj=0,93 Điều kiện ổn định Trong đó : A là lực cắt tại gối, A=65,998 (Tấn) Þ b/ Kiểm tra điều kiện ép mặt : Với Fem=14.1,5.2 = 42 (cm2) Þ c/Tính toán liên kết giữa sườn tăng cường đứng và sườn dầm : VI/ Tính toán cấu tạo dầm chủ : 1/ Tính toán liên kết biên dầm và sườn dầm: a/Lực tác dụng lên mối hàn : Lực trượt truyền lên một đơn vị chiều dài dầm Ứng suất tiếp trong mối hàn do trượt : 30cm a2+2H Dh : Bề dày tính toán của mối hàn Dh=2.0,7=1,4 cm Þ Lực trượt do bánh xe hoạt tải gây ra : Trong đó : Suy ra : Thay số và ta tính được Như vậy điều kiện đã được thoã mãn. 2 / Tính toán mối nối dầm chủ : Dầm có chiều dài nhịp là 29m chọn mối nối dầm chủ cách đầu dầm là l/4=7,25 (m). Thành phần nội lực tại vị trí mối nối M=343,632 (t m ). Q=44,931 ( t ) Nội lực tác dụng lên sườn dầm là : Mo men : Lực cắt : Nội lực tác dụng lên dầm Chọn liên kết bu lông cường độ cao . Đường kính :d=22(mm). Đường kính lỗ khoang : d=26(mm). Diện tích tiết diện bulông : F= Chọn tiết diện bản nối như sau : Cánh trên dùng 3 bản táp: 1 bản táp : 100x40x1,2. 2 bản táp :100x18x1,2. -Cánh dưới dùng 3 bản táp 1 bản táp :100x40x1,2. 2 bản táp :100x40x1,2. -Bụng dầm dùng 2 bản táp . 2 bản táp :135x62x1,6. Tính toán khả năng chịu lực của bulông. [Sđ]=0,78.N.f.k Trong đó 0,78 : hệ số điều kiện làm việc . N : Lực kéo kiểm tra tính toán của 1 bulông , với bu lông d=22mm thì lực kéo này là N=20 (t). f : Hệ số ma sát (f=0,45). k : Số mặt phẳng ma sát (k=2) Suy ra [Sđ]=0,78.N.f.k = 0,78.20.0,45.2 =13,5 (t). a/ Tính toán số lượng bulông sườn dầm: Các bulông tại mối nối sườn dầm chịu tào bộ mômen Ms và lực cắt Qs . Chọn 52 bulông cho mỗi bên, ta tính được Nội lực trong bulông do Ms gây ra Trong đó : Syi2=212+422+633+842+1052+1262=40131 (cm2). ymax =126 cm :Khoảng cách giữa 2 hàng đinh xa nhất . n = 4 Số hàng bu lông thẳng đứng trên nữa bản nối sườn dầm . Suy ra <[Sđ]=13,5(t) Như vậy bulông đủ khả năng chịu lực . b/ Tính toán số lượng bulông cho biên dầm : Lực dọc tác dụng lên bản biên Trong đó : Fgy : diện tích giảm yếu của bản nối . Fgy =1,2.40 + 1,2.18.2 - 4.2,6.1,2 = 78,72 (cm2) ÞNb=1955,2.78,72 = 153913,34(KG) Vậy số bulông cho một nữa bản nối biên dầm . Chọn 14 bulông cho mỗi bản biên . Kiểm tra ứng suất bản biên . Vậy không cần làm bản bù ở biên dầm . VII/ Tính độ võng của dầm : Độ võng tại giữa nhịp : Trong đó : E=2,1.105 Ig=1141373,54(cm4) Mtc=336,193(t/m) I=2012920,92(cm4) [f]= f<[f] Nên đảm bảo về độ võng. PHẦN II : TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU A/ Bản mặt cầu làm việc cục bộ : I/ Bản mút thừa: 1/ Xác định tải trọng tác dụng xuống bản mặt cầu, tính nội lực cho 1m rộng bản : -Các lớp mặt cầu : g1=0,12.1.2=0,24 (t/m) - Trọng lượng bản thân bản :g2=0,15.1.2,5 = 0,375 (t/m) -Trọng lượng lan can tay vịn : g3 =1,5.2,5.(0,25.0,25.1 + 0,1.0,15.2.2) = 0,459(t/m). 2/ Xác định nội lực trong bản mút thừa : a/ Momen : Momen tiêu chuẩn của bản mặt cầu. (tm) Momen tính toán của bản mặt cầu . (tm) b/ Lực cắt : Lực cắt tiêu chuẩn trong bản mặt cầu . Lực cắt tính toán trong bản mặt cầu . 3/ Tính toán cốt thép bản mặt cầu: Bêtông bản mặt cầu có M300, Rn=130KG/cm2, Lớp bảo vệ dày 2cm h0=15-=12,5cm Ta có Cốt thép dùng trong bản là thép loại AI có Ra=2300 (KG/cm2) Diện tích côt thép được tính như sau: II/ Tính bản 2 đầu ngàm 1,8m - Trọng lượng các lớp mặt cầu : g1=0,12.1.2=0,24 (t/m). -Trọng lượng bản thân bản :g2=0,15.1.2,5 = 0,375 (t/m). 1/ Nội lực do ôtô H30 và tĩnh tải gây ra: a1 a/ Moomen : g1+g2 qng b1 Cường độ hoạt tải trên 1m rộng của bản Với Nên ta chọn a=1,2 Mômen tại giữa nhịp * * Ta có Vậy giá trị mômen khi có kể hệ số ngàm -Giữa nhịp : M0tc=0,7.2,72=1,904(tm). M0tt=0,7.4,48=3,136(tm). -Tại gối : Mgtc=-0,7.2,72=-1,904(tm). Mgtt=-0,7.4,48=-3,136(tm) b/ Lực cắt : Ta có b1=0,84(m). Þax=a1+=0,44+=1,04(m). ÞChọn ax=1,2(m). a2=0,2 1 0,53 0,84 1,8m 2/ Nội lực do X80 và tĩnh tải gây ra: a/ Mômen: b1=b2+2H=0,8+2.0,12=1,04 a1=1m Mômen tính toán tại giữa nhịp b/ Lực cắt: c/ Trường hợp ôtô H30 xếp 2 bánh : Vậy những giá trị mômen dùng để tính toán là: -Tải trọng H30: Lấy những giá trị trong trường hợp xếp 1 bánh xe + Giữa nhịp: M0tt=3,136(tm) + Tại gối: Mgtt=-3,136(tm) Qgtt=8,388(t) -Tải trọng X80: + Giữa nhịp :M0tt=0,5.8,329=4,165(tm) +Tại gối : Mgtt=-0,7.8,329=-5,83(tm) Qgtt=12,38(t) B/ Bản làm việc cùng kết cấu nhịp : 1/ Vẽ đường ảnh hưởng áp lực của Ri : Tung độ đường ảnh hưởng áp lực Ri tương ứng dưới các gối 1và 1’ được xác định bởi công thức.