›
›

Bài giảng Thiết kế cầu thép - TS. Nguyễn Quốc Hùng

pdf 99 trang phuongnguyen 4150
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết kế cầu thép - TS. Nguyễn Quốc Hùng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_thiet_ke_cau_thep_ts_nguyen_quoc_hung.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế cầu thép - TS. Nguyễn Quốc Hùng

  1. THIẾT KẾ CẦU THÉP NĂM 2016
  2. MƠ TẢ HỌC PHẦN Học phần này cung cấp những kiến thức cơ bản về cấu tạo và tính tốn cầu thép, chủ yếu là nhịp cầu thép dạng dầm thép bản, cầu dầm thép liên hợp bản BTCT và cầu dàn thép. Người học cần cĩ các kiến thức về kết cấu thép, về lý luận thiết kế cầu (mơn Tổng luận cầu). Kiến thức về cơ học kết cấu và Sức bền vật liệu. Bài 1 : Khái niệm chung về kết cấu nhịp cầu thép. Bài 2 : Cấu tạo cầu dầm đặc và dầm hộp, phương pháp lựa chọn kích thước các bộ phận. Bài 3 : Tính tốn cầu dầm đặc . Bài 4 : Cầu dầm liên hợp bản BTCT: Nguyên lý làm việc, tính các đặc trưng hình học của dầm liên hợp, Kiểm tra về các điều kiện chịu lực của mặt cắt. Bài 5: Cấu tạo cầu dàn thép. Bài 6 : Tính tốn cầu dàn thép.
  3. 1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG, ƯU KHUYẾT ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA CẦU THÉP 1.1- Cầu có kết cấu nhịp bằng thép 1.2- Ưu điểm của cầu thép:  Thép có cường độ chịu lực cao cả khi kéo, nén, uốn, có trọng lượng bản thân nhỏ có thể vượt được khẩu độ lớn và chịu tải trọng nặng.  Thép có modun đàn hồi cao và có tính dẻo nên đáp ứng điều kiện khai thác với tải trọng lớn và chịu lực xung kích tốt.  Vật liệu thép dễ gia công nên có khả năng tạo được nhiều dạng cầu với hình dáng đẹp.  Các hình thức liên kết trong kết cấu thép rất phong phú và dễ thực hiện 1.3- Nhược điểm cuả cầu thép:  Thép là một kim loại dễ bị ăn mòn dưới tác dụng của môi trường phải tốn nhiều công sức, chi phí để bảo dưỡng.  Thép là loại vật liệu không có sẵn trong tự nhiên, vì vậy giá thành vật liệu làm cầu thép khá cao
  4. 1.2 CÁC HỆ THỐNG CẦU THÉP: CÁC LOẠI NHỊP CẦU THÉP KiỂU DẦM KiỂU VỊM KiỂU DÂY DẦM ĐẶC VỊM ĐẶC DÂY VÕNG DẦM DÀN VỊM DÀN HỆ TĨNH ĐỊNH CĨ LỰC ĐẢY NGANG HỆ SIÊU TĨNH KHƠNG LỰC ĐẢY NGANG
  5. 1.2.1. HỆ THỐNG CẦU THÉP KIỂU DẦM  Dầm liên tục  Dầm giản đơn
  6. 1.2.2. HỆ THỐNG CẦU THÉP KIỂU DÀN  Dàn giản đơn  Dàn liên tục
  7. 1.2.3. HỆ THỐNG CẦU THÉP KIỂU VÒM  Kiểu vòm dàn  Kiểu vòm cứng
  8. 1.2.4. HỆ THỐNG CẦU THÉP KIỂU DÂY VÕNG :
  9. 1.2.5. CẦU THÉP CHO ĐƯỜNG Ơ TƠ . Chiều rộng lớn, chiều cao thấp, nhiều dầm dọc 1.2.6. CẦU THÉP CHO ĐƯỜNG SẮT . Chiều ngang hẹp, chiều cao lớn, ít dầm dọc
  10. 1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU THÉP 1.3.1. CẦU DẦM THÉP 1- Dầm chính (dầm chủ): bộ phận chịu lực chính, vượt qua khẩu độ 2- Hệ liên kết ngang: dầm ngang hoặc khung ngang, liên kết các dầm chính với nhau 3- Hệ liên kết dọc: nằm theo mặt phẳng nằm ngang : chịu lực giĩ hay lực lắc ngang của xe 4- Hệ mặt cầu: cho các phương tiện giao thơng hay người đi lên 5- Gối cầu: bố trí dưới đầu các dầm chính để truyền tải trọng xuống mố, trụ
  11. 1.3.2. CẦU DÀN THÉP : 1- Dàn chính (dàn chủ): chịu lực chính, vượt qua khẩu độ 2- Hệ dầm mặt cầu: gồm dầm dọc và dầm ngang, cĩ tác dụng liên kết 2 dàn chính và nâng đỡ mặt cầu 3- Hệ liên kết ngang: liên kết 2 dàn chính, tạo thành khung khơng gian 4- Hệ liên kết dọc: chịu lực giĩ ngang hay lực lắc ngang của xe 5- Mặt cầu, bằng gỗ , bằng thép hay bằng BTCT cho các phương tiện giao thơng và người đi lên 6- Gối cầu: đảm bảo chuyển vị đầu nhịp và truyền tải trọng xuống mố, trụ
  12. 1.4. ĐẶC ĐIỂM CUẢ VẬT LIỆU LÀM CẦU THÉP VẬT LIỆU THÉP: THÉP TẤM, THÉP HÌNH . Thép cacbon : XCT 34; XCT 38; XCT 42; XCE 52(TCVN 5709:1993) . Thép hợp kim : 16Mn2 (16%C; 2%Mn) . Thép làm liên kết: Bulong 725-:-900 Mpa
  13. CÂU HỎI ƠN TẬP: 1- Cầu thép là gì? Cĩ những loại cầu thép nào? Ưu nhược điểm của cầu thép? 2- Cĩ những dạng cầu thép nào trong hệ thống cầu dầm thép? 3- Cĩ những dạng cầu thép nào trong hệ thống cầu dàn thép? 4- Cĩ những dạng cầu vịm thép nào? Đặc điểm của chúng? 5- Cĩ những dạng cầu thép nào trong hệ thống cầu dây? 6- Vật liệu dung làm cầu thép cĩ những đặc điểm gì? 7- Tại sao cầu lớn cho đường sắt thường làm bằng cầu thép?
  14. 2.1 MẶT CẮT NGANG CẦU:  Bao gồm : 4 1- Dầm chủ 2- Hệ liên kết ngang 3- Hệ liên kết dọc 4- Mặt cầu 1 3 2
  15. 2.2. CẤU TẠO DẦM CHỦ Bao gồm : . 1- Bản sườn: chịu lực cắt 2 . 2- Bản cánh: chịu nén, kéo khi uốn . 3- Sườn tăng cường đứng: tạo độ cứng bản sướn , chịu cắt . 4- Sườn tăng cường ngang: tăng ổn định 1 phần sườn chịu nén 4 3 2
  16. 2.2.1.CÁC DẠNG MẶT CẮT DẦM CHỦ . MẶT CẮT HÌNH HỘP Mặt cắt nhiều hộp . MẶT CẮT CHỮ I  Mặt cắt thép hình (cán sẵn)  Mặt cắt tổ hợp hàn Mặt cắt một hộp  Mặt cắt tổ hợp đinh tán
  17. 2.2.2. CHỌN KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM CHỦ Trong đĩ:  CHIỀU CAO DẦM .M α – Hệ số, lấy bằng 2,5-:-2,7 -Theo điều kiện kinh tế: h M - momen uốn tính tốn R .t t s Rt – Cường độ tính tốn của thép ts – chiều dày của sườn dầm - Theo kinh nghiệm (phù hợp với các điều kiện trên):  Cầu đường sắt Nhịp nhỏ ( 50m-60m: chiều cao thay đổi theo đường thẳng hoặc cong, với (1/45-1/60)L cho giữa nhịp và (1/20-1/30)L tại gối (hoặc 1,2-1,3 h0,5)
  18.  CHIỀU RỘNG VÀ CHIỀU DÀY BẢN CÁNH Chiều dày bản cánh tối thiểu không dưới 10mm và mỗi tập bản không quá 20mm, không quá 7 tập bản Chiều rộng bản cánh cùng với chiều dày tạo nên diện tích chịu lực nhưng phải tương ứng để đảm bảo ổn định cho cánh chịu nén. Phần cánh hẫng ra: đối với cầu đường sắt tiết kiệm thép, giảm tĩnh tải.
  19. 2. 3. SƯỜN TĂNG CƯỜNG 2.3.1. KÍCH THƯỚC SƯỜN TĂNG CƯỜNG Chiều dày (ttc) tối thiểu Sườn tăng cường là 10mm-12mm, tại gối có thể dày 20mm- 30mm. Bề dày Sườn tăng cường không nhỏ hơn 1/15 chiều rộng chìa ra khỏi sườn chủ Chiều rộng tối thiểu Sườn tăng cường đứng (btc)không nhỏ hơn cánh thép góc chìa ra và phải đủ để bố trí mối liên kết ngang (80mm nếu liên kết bulông, 40-50mm nếu liên kết hàn) Khoảng cách tại L/3 từ 300mm-700mm; từ L/3-:-2L/3 là 700mm – 1500mm; từ 2L/3 đến L/2 là 1000mm – 2000mm. Ở giữa nhịp và trên 2 gối cần có sườn tăng cường đứng để bố trí liên kết ngang. Sườn tăng cường đứng phải bố trí lệch khỏi vết hàn nối tại nhà máy là 10 lần chiều dày sườn tăng cường và xa mối nố ghép tại công trường đủ để thực hiện liên kết nối ghép. Phải vạt góc sườn tăng cường tại nơi tiếp giáp với mối hàn (của bản cánh hay sườn tăng cường ngang) Cho phép hàn đầu sườn tăng cường đứng với bản cánh chịu nén, với bản cánh chịu kéo phải để các xa 10mm hay dùng miếng thép kê dày 16-20mm.
  20. 2.3.2. BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG ĐỨNG 1- Ưu tiên cho các sườn tăng cường cĩ liên kết ngang: khoảng cách bằng nhau, sườn đầu tiên tại gối, nên cĩ sườn liên kết ngang tại giữa nhịp. 2- Bố trí sườn đứng bổ sung vào trong khoảng các sườn đã bố trí, theo giá trị nội lực cắt, ra gần đầu dầm khoảng cách gần nhau hơn 3- Sườn tăng cường đứng bố trí đối xứng cả 2 bên bản sườn dầm. Đầu trên đến sát bản cánh trên, đầu dưới cách xa bản cánh 10-20mm; cĩ thể kê miếng thép đệm [] 50x100x10.
  21. 2.3.3. BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG NGANG Sườn tăng cường ngang có tác dụng ổn định cục bộ sườn chủ tại khu vực chịu nén lớn, khi chiều cao hs > 50 ts. Trong dầm hàn nên bố trí sườn đứng và tăng chiều dày bản bụng một các hợp lý để hạn chế dùng sườn tăng cường ngang. Sườn tăng cường ngang bố trí song song với bản cánh, liên kết với sườn chủ (bản bụng) bằng đinh tán (nếu dùng thép L) hay bằng hàn (nếu dùng thép L hay thép bản). Nếu dùng 1 sườn tăng cường ngang thì bố trí cách bản cánh chịu nén (0,2-0,25)hs , còn dùng 2 hay 3 sườn tăng cường ngang thì bố trí sườn thứ 1 cách (0,15-0,2)hs; sườn thứ 2 cách (0,4-0,5)hs; sườn thứ 3 trong khu vực bản bụng chịu kéo.
  22. 2.4. MỐI NỐI DẦM CHỦ 2.4.1. VÌ SAO PHẢI NỐI : 1- Vật liệu thép khơng đủ dài 2- Điều kiện vận chuyển, cẩu lắp khĩ khăn 3- Để tạo độ vồng 2.4.2. BỐ TRÍ MỐI NỐI Ở ĐÂU ? 1- Nơi cĩ momen khơng lớn 2- Khơng trùng với liên kết ngang, sườn tăng cường 3- Dễ vận chuyển, nối ghép 2.4.3. CẤU TẠO MỐI NỐI: 2.4.4. YÊU CẦU ĐỐI VỚI MỐI NỐI: 1- Nối bản sườn 1- Đảm bảo điều kiện chịu lực (1,2 lần tiết diện nguyên) 2- Nối bản cánh trên, dưới 2- Dể liên kết , dễ thi cơng 3- Nối đối đầu 4- Nối so le
  23. 2.5. HỆ LIÊN KẾT 2.5.1. HỆ LIÊN KẾT NGANG . Có 2 dạng: Tổ hợp bằng thép góc Bằng dầm thép hình . Tác dụng: Tăng độ cứng ngang cầu Phân phối hoạt tải giữa các dầm chủ Hệ liên kết ngang đầu nhịp phải làm bằng thép hình đủ cứng để cĩ thể kích nâng nhịp cầu khi cần thay gối
  24. 2.5.2. HỆ LIÊN KẾT DỌC Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (lực gió, lực lắc ngang ). Hệ liên kết dọc còn cùng với hệ liên kết ngang tạo cho mảng dầm có độ cứng chống xoắn nên cũng có quan điểm cho rằng hệ liên kết dọc cũng góp phần phân phối đều hơn tải trọng thẳng đứng cho các dầm chủ khi tải trọng đặt lệch tâm.
  25. MƠ HÌNH CẤU TẠO DẦM CẦU 1- Dầm chủ 2- Sườn tăng cường 3- Hệ liên kết ngang 4- Bản tiết điểm của hệ liên kết dọc 5- Hệ liên kết dọc
  26. CÂU HỎI ƠN TẬP: 1- Thế nào là cầu dầm bản đặc? Cầu dầm bản đặc gồm những bộ phận nào ? Tác dụng của mỗi bộ phận? 2- Các dạng cấu tạo của dầm chủ? Vai trị của bản cánh trên, bản cánh dưới, bản sườn? Các giải pháp liên kết bản cánh với bản sườn? 3- Tác dụng của sườn tang cường đứng? Biện pháp bố trí và cấu tạo sường tang cường đứng? 4- Tác dụng của sườn tang cường ngang? Vị trí bố trí sườn tang cường ngang ? Vì sao lại bố trí tại đĩ? 5- Vai trị của hệ liên kết ngang? Các dạng cấu tạo của hệ liên kết ngang? Khi nào áp dụng dạng nào? 6- Vai trị của hệ liên kết dọc? Các hình thức cấu tạo của hệ liên kết dọc? Khi nào phải dung cả hệ liên kết dọc trên và dọc dưới, khi nào chỉ cần bố trí một hệ liên kết dọc dưới? 7- Tại sao phải nối dầm ? Cấu tạo mối nối dầm?
  27. 3.1. CÁC GIẢ THIẾT TÍNH TỐN Phương pháp tính cầu theo trạng thái giới hạn: trạng thái giới hạn thứ nhất xét về khả năng chịu lực của kết cấu(xét về độ bền, ổn định và mỏi). Trạng thái giới hạn thứ hai xét về biến dạng(độ võng, dao động ). Trạng thái giới hạn thứ ba xét về nứt, đối với cầu thép chỉ cần tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai. Kết cấu nhịp là một hệ không gian, khi tính toán có thể dùng các phương pháp tính không gian, cũng có thể phân chia thành các hệ phẳng bằng cách tính hệ số phân bố ngang để phân chia tải trọng cho các dầm, sau đó tính từng dầm như một kết cấu phẳng. Với cầu nhiều dầm nhưng kích thước giống nhau thường chỉ cần tính cho dầm chịu tải trọng bất lợi nhất. Hệ số phân bố ngang của tải trọng được xét như trong cầu BTCT. Hiện tại khi tính hệ số phân bố ngang cho mặt cắt ở gối thường dùng phương pháp đòn bẩy, mặt cắt ngang xa gối dùng phương pháp nén lệch tâm hay phân phối đàn hồi. Mỗi tải trọng như người đi, ô tô, xe bánh, xe xích có một hệ số phân bố ngang tương ứng.
  28. 3.2. CÁC NỘI DUNG TÍNH TỐN 1- Lựa chọn kích thước các bộ phận và hình thức cấu tạo 2- Kiểm tra điều kiện khả dụng của các chi tiết kết cấu 3- Tính nội lực M và Q các mặt cắt : gối, L/4; L/2; mối nối 4- Tính đặc trưng hình học của tiết diện 5- Kiểm tra theo TTGH cường độ 6- Kiểm tra theo TTGH sử dụng 7- Kiểm tra theo TTGH mỏi 8- Kiểm tra độ võng, tính độ vồng 9- Thiết kế sườn tăng cường đứng, STC ngang 10- Tính tốn mối nối
  29. 3.3. THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU 1- Sơ bộ chọn kích thước mặt cắt Chọn số lượng dầm chủ : theo mặt cắt ngang cầu, theo tải trọng. Chọn chiều cao dầm chủ : theo điều kiện chịu uốn, theo kinh nghiệm Chọn kích thước bản sườn, bản cánh, thép góc liên kết M F tt Fc c b 1,2Rt .h c tc Bố trí sườn tăng cường, liên kết ngang, liên kết dọc 2- Chọn vật liệu cho các bộ phận Vật liệu cho dầm chủ : thép hợp kim thấp ( nhịp lớn); thép hình(nhịp nhỏ) Vật liệu hệ liên kết : thép than Liên kết : Hàn (cầu ô tô); đinh tán hay bulông cường độ cao (cầu đường sắt)
  30. 3.4. SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG THEO NGANG CẦU – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG  Mặt cầu đường ô tô rộng, xe chạy không cố định, bên dưới có nhiều dầm chủ nên tải trọng phân bố cho các dầm chủ không bằng nhau  Phải xác định dầm chủ nào nhận được nhiều tải trọng nhất, thiết kế cho dầm đó, các dầm khác cũng chế tạo theo thì sử dụng được an toàn  Dầm nào có phản lực lớn là dầm đó nhận được nhiều tải trọng  Tỷ số giữa phản lực của 1 dầm chủ với tổng phản lực của các dầm chủ cho biết tỷ lệ phân chia tải trọng cho dầm chủ đó => gọi là hệ số phân bố ngang kn  Để xác định phản lực của dầm chủ phải dùng ĐAH phản lực  Sự phân bố tải trọng cho các dầm chủ phụ thuộc vào độ cứng của kết cấu ngang cầu. Đánh giá độ cứng của kết cấu ngang cầu bằng chỉ số mềm α Trong đó : d- khẩu độ của kết cấu ngang E- Modul đàn hồi của vật liệu I’- momen quán tính của 1m kết cấu ngang Dp - Độ võng của dầm dọc do tải trọng 1 T/m Ib – Momen quán tính của 1m bản dọc cầu Ia – momen quán tính của dầm ngang a – Khoảng cách dầm ngang
  31. CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THEO CHỈ SỐ MỀM  Khi α > 1.5 => Tính phản lực theo phương pháp đòn bảy  Khi α Tính phản lực theo phương pháp nén lệch tâm  Khi 0.005 Tính phản lực theo phương pháp dầm liên tục trên các gối đàn hồi
  32. 3.4.1. TÍNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÒN BẢY  Coi kết cấu ngang bị đứt trên đỉnh dầm chủ => Tải trọng chỉ truyền được cho 2 dầm kề bên  Xếp xe sao cho bất lợi nhất, xác định được các tung độ tương ứng dưới các bánh xe là yi y  Phản lực của dầm chủ Ri = 0.5P . Σ yi 1 hay Ri = kn .P => kn = 0.5 Σ yi y1 y2 k là hệ số phân bố tải trọng theo ngang cầu y2 n y1  Mặt cắt gối luôn luôn tính theo phương pháp y2 đòn bảy
  33. 3.4.2. TÍNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG THEO PHƯƠNG PHÁP NÉN LỆCH TÂM  Coi kết cấu ngang cứng tuyệt đối mặt cầu chỉ có chuyển vị lún và xoay e SP  Phản lực dầm chủ do lún thẳng đứng  Phản lực dầm chủ do mặt cầu xoay : R  R4 5 Phản lực dầm chủ toàn bộ : R3 R1 R2 a2 a1  Do hợp lực ΣP không thể hiện số làn xe nên kn cần phải nhân với số làn xe
  34. 3.4.3. TÍNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG THEO PHƯƠNG PHÁP DẦM LIÊN TỤC TRÊN CÁC GỐI ĐÀN HỒI Kết cấu ngang có độ cứng hữu hạn, khi chịu tải mặt cầu bị biến dạng cong xuống sơ đồ tính như dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ. ĐAH phản lực dầm chủ xác định như phản lực gối của dầm liên tục nhiều nhịp tung độ đah Ri tra bảng Tung độ các ĐAH khi trị số Số nhịp Tên Ký hiệu dầm ngang ĐAH tung độ 0.005 0.01 0.02 0.05 0.1 0.5 1.0 1.5 p p 4 R 0 R 00 0.609 0.618 0.634 0.673 0.719 0.845 0.893 0.917 p R 01 0.395 0.390 0.382 0.360 0.333 0.238 0.187 0.157 p R 02 0.191 0.182 0.165 0.127 0.083 -0.021 -0.043 -0.049 p R 03 -0.0001 -0.0002 -0.0003 -0.0005 -0.0004 0.003 0.006 0.008 p R 04 -0.191 -0.184 -0.169 -0.135 -0.096 -0.013 0.001 0.004 p p R 1 R 10 0.395 0.390 0.382 0.360 0.333 0.238 0.187 0.157 p R 11 0.304 0.307 0.314 0.333 0.358 0.483 0.571 0.630 p R 12 0.204 0.208 0.215 0.231 0.248 0.274 0.261 0.244 p R 13 0.101 0.101 0.102 0.102 0.099 0.054 0.016 -0.006 p R 14 -0.0001 -0.0002 -0.0003 -0.0005 -0.0004 0.003 0.006 0.008 p p R 2 R 20 0.191 0.182 0.165 0.127 0.083 -0.021 -0.043 -0.049 p R 21 0.204 0.208 0.215 0.231 0.248 0.274 0.261 0.244 p R 22 0.211 0.221 0.240 0.285 0.339 0.495 0.565 0.610 p R 23 0.204 0.208 0.215 0.231 0.248 0.274 0.261 0.244 p R 24 0.191 0.182 0.165 0.127 0.083 -0.021 -0.043 -0.049
  35. 3.4.4. THÍ DỤ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ kn  Vẽ ĐAH Ri bằng cách tra tung độ theo bảng  Xếp tải bất lợi nhất trên ĐAH Ri , tính các tung độ tương ứng dưới các bánh xe  Phản lực dầm chủ Ri = 0.5P.Σyi => kn = 0.5 Σyi  Do đã xếp đủ làn xe nên không nhân với số làn xe.  Phải vẽ ĐAH và tính kn cho ½ số dầm trên mặt cắt ngang cầu. ĐAH R0 ĐAH R1 ĐAH R2 Dầm o Dầm 1 Dầm 2 Dầm 3 Dầm 4 p p p R 00 R 10 R 20 y2 ĐAH Ro y1 y3 y4 p p p R 01 R 11 R 21 p p p R 02 R 12 R 22 ĐAH R1 p p p R 03 R 13 R 23 ĐAH R p p p 2 R 04 R 14 R 24
  36. 3.5. TÍNH NỘI LỰC CÁC MẶT CẮT Dùng phương pháp Đường ảnh hưởng nội lực : vẽ ĐAH nội lực, xếp tải trọng lên ĐAH theo trạng thái bất lợi nhất. Trong cầu dầm, tính nội lực momen M và lực cắt Q của các mặt cắt L/2, L/4 và mặt cắt gối M ,Q Nội lực do tải trọng tập trung (hoạt tải): M,Q nh.kn.(1 ).Pi.yi max Nội lực do tải trọng phân bố: M,Q nt .qt .SM ,Q kn.nlàn.qlàn.M ,Q Trong đĩ: nt – Hệ số tĩnh tải n , n – Hệ số hoạt tải trục và hoạt tải làn h làn qlàn q , q – Tĩnh tải phân bố và tải trọng làn t làn P (1+µ) – Hệ số xung kích của hoạt tải qt i ΣΩM,Q – Tổng diện tích đường ảnh hưởng M hay Q max yi ΩM,Q – Diện tích ĐAH mộ dấu lớn nhất M,Q yi – Tung độ ĐAH M hay Q tương ứng dưới các P q trục xe. i làn qt Lập các bảng để tính : Tĩnh tải, Bảng nội lực tĩnh tải, Bảng nội lực hoạt tải, Bảng tổng hợp nội lực yi
  37. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ 1. Nội lực do tĩnh tải sinh ra: tc tt Mt qtcM Qt qttQ M tt q  tc t tt M Qt qtcQ 2. Nội lực do hoạt tải sinh ra: tt M M h kn. 1  .(nh.qlàn.M nh.Ph.yM ) tt Q Qh kn. 1  .(nh.qlàn.Q nh.Ph.yQ ) 3. Nội lực do các tác động khác Lực hãm xe Lực lắc ngang Lực ly tâm 4. Tổng hợp nội lực: Lấy giá trị lớn hơn trong hai tổng nội lực do các tải trọng sau đây sinh ra: Tĩnh tải + ô tô + người đi; Tĩnh tải + xe bánh hoặc xe xích.
  38. 3.6. TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT 1- Diện tích mặt cắt Ft bc1 *tc1 hs *ts bc2 *tc2 2- Khoảng cách từ trục trung hoà cuả mặt cắt tới đáy dầm z1 F a a1 Y  i i  Fi 3- Momen quán tính của tiết diện z2 2 It (Ii Fi * zi ) a2 z3 Y a3
  39. 3.7. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CƯỜNG ĐỘ tt M max 1- Theo ứng suất pháp  Ru Wth Qtt .S 2- Theo ứng suất tiếp max ng '  0,6c R0 Jng.b 2 2 3- Theo ứng suất tính đổi td 0,8 2,4 R0 M '  .Ru 4- Kiểm tra điều kiện bền mỏi Wth 1  1 a b a b 
  40. 3.8. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH tt M .yb  1- Ổn định chung  R0 J ng. 2 2  2- Ổn định cục bộ  p  m  0 p0  0 5q l 4  3- Kiểm tra độ võng td fh 384EJ ng
  41. 3.9. KIỂM TRA CHU KỲ DAO ĐỘNG M 1- Cơng thức chung tính chu kỳ dao T 2 động tự do C 2- Cơng thức tính chu kỳ dao 2l 2 qtc động tư do cho nhịp thép T t EJ .g Trong đĩ: l – Chiều dài nhịp (m) tc qt – Tĩnh tải tiêu chuẩn của nhịp E – modun đàn hồi của vật liệu thép J – momen quán tính của tiết diện dầm g – gia tốc trọng trường
  42. 3.10. KIỂM TRA LIÊN KẾT 1 – Liên kết bản cánh với sườn dầm 1-1. Liên kết đinh tán S T 2 V 2 1-2. Liên kết hàn 2 2 T V 0,75R0 2 – Mối nối dầm 2-1. Nối bản bụng 2 2 T TMy TQ TMx 2-2. Nối bản cánh NC  C .FC
  43. 3.11. TÍNH TỐN MỐI NỐI TMX Phân bố nội lực trong mối nối : TM TMy 1- Lực cắt coi như sườn dầm chịu tồn bộ : Qs = Qo 2- Momen cho sườn dầm phụ thuộc tỷ lệ độ cứng: J M s M s J o 3- Lực cắt đinh do lực cắt Qs chia đều cho các đinh: TQ= Qs/n 4- Monen phân cho đinh xa nhất là nhiều nhất M srmax M s ymax TM 2 hay TM 2 Sri Syo TMy= TM.sin 5- Lực TM phân thành 2 thành phần : TMx=TM.cos 2 2 6- Lực cắt tổng hợp trong đinh: T (TMy TQ ) TMx 7- Điều kiện bền của đinh : T < [T] 8- Lực trong bản nối cánh : Nc= cFc số đinh là nc = Nc /[T]
  44. TÍNH BẢN MẶT CẦU ( 1 ) Các sơ đồ làm việc của bản mặt cầu 3. Bản 2 hướng 1. Bản hẫng 2. Bản 1 hướng
  45. TÍNH BẢN MẶT CẦU ( 2 )  Phân bố tải trọng qua lớp phủ mặt cầu Khi bánh xe đặt trên mặt lớp phủ thì áp lực phân bố đến bản mặt cầu :  Theo dọc cầu : a1 = a + 2.H a b  Khi tải trong đặt ngoài gối của bản, H do bản có độ võng nên : a1 = a +2H + Lb /3 b1 và luôn > 2Lb / 3 a1  Theo ngang cầu : b1 = b + 2.H C  Khi có 2 bánh xe đặt gần nhau, khoảng cách C b1 = b + 2H + C
  46. TÍNH BẢN MẶT CẦU ( 3 ) P/2  Tính nội lực trong bản hẫng  Phạm vi phân bố áp lực đến bản mặt cầu :  Theo dọc cầu : a1 = a +2H + Lb /3 Lb  Theo ngang cầu : b1 = b + H  Sơ đồ tính là bản hẫng có ngàm, tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải bản và áp lực bánh xe  Momen hoạt tải trên chiều dài S của đường ngàm : MS = nh (1+m) 0.5.P. x  Momen do hoạt tải trên 1m dài đường ngàm : S a Mh = MS / S 1  Momen do tĩnh tải trên 1m dài đường ngàm : 2 Mt = (nf gf H + nt gbhc ).0.5 Lb  Momen toàn bộ trên 1m dài đường ngàm : M = Mt + Mh  Lực cắt trên 1m dài đường ngàm : Q = nh (1+m) 0.5.P + (nf gf H + nt gbhc ) Lb
  47. TÍNH BẢN MẶT CẦU ( 4 )  Tính nội lực trong bản 1 hướng ( Kê 2 cạnh )  Tính momen  Phạm vi phân bố áp lực đến bản mặt cầu :  Theo dọc cầu : a1 = a +2H + Lb / 3 b  Theo ngang cầu : b1 = b + 2 H  Aùp lực của 1 bánh xe : p1 = P / (2b1 a1 )  Kết cấu là bản liên tục nhiều nhịp, Tính với sơ đồ là dầm b1 giản đơn, tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải bản và áp lực bánh xe  Momen tại giữa dầm giản đơn : lb p1  Sau khi tìm ra Mo sẽ nhân với hệ số điều chỉnh để tìm ra momen ở ½ Lb và ở gối của bản liên tục  Hệ số a1/2 và agối tra bảng theo giá trị n1 : Trong đó : D - Độ cứng hình trụ của bản G - Modun đàn hồi chống trượt của bản Ix – Momen quán tính chống xoắn của dầm và bản v = 0.15 - Hệ số Poát-xông của bê tông bi và hi – Chiều rộng và chiều dài các hình chữ nhât tạo nên tiết diện
  48. TÍNH BẢN MẶT CẦU ( 5 )  Tính nội lực trong bản 1 hướng ( Kê 2 cạnh )  Tính lực cắt  Phạm vi phân bố áp lực đến bản mặt cầu :  Theo dọc cầu : ap => Nội suy từ a’1 và a1  Theo ngang cầu : b1 = b + 2 H  Aùp lực của 1 bánh xe : po = P / (2b1 ap )  Sơ đồ tính là dầm giản đơn, tải trọng tác dụng 0.5b1 gồm tĩnh tải bản và áp lực bánh xe lb  Lực cắt tại mặt cắt cách nách bản 0.5 b1 : a a' 1 = a + + l = a 2H+ 1 = a + =+ a 2H a p b /3 Po yQ
  49. CHỌN VÀ BỐT TRÍ CỐT THÉP BẢN MẶT CẦU •Cốt thép có đường kính từ 12 -:- 14mm , loại CT5 •Với bản hẫng bố trí 1 lớp, với bản 1 hướng và 2 hướng bố trí 2 lớp Số lượng và đường kính cốt thép ngang lấy theo Mmax , cốt dọc khoảng cách < 20 cm •Cốt thép ngang ở ngoài, cốt thép dọc ở trong •Bố trí 2 lớp giống nhau để tiện thi công, chiều dày bê tông bảo vệ từ 20mm -:- 25mm
  50. CÂU HỎI ƠN TẬP: 1- Các giả thiết cơ bản khi tính tốn kết cấu nhịp cầu? 2- Các trạng thái giới hạn khi tính tốn cầu thép? 3- Phương pháp tính nội lực trong các mặt cắt của dầm chủ? Các mặt cắt cần tính nội lực trong cầu dầm giản đơn? 4- Tính các đặc trưng hình học của mặt cắt dầm như thế nào ? (Ft , It , yd ,W ) 5 Những kiểm tốn đối với tiết diện dầm chủ? 6- Nội dung tính tốn mối nối dầm? 7- Tính ổn định chung và ổn định cục bộ của dầm chủ? 8- Kiểm tra độ võng và dao động của nhịp cầu?
  51. BÀI 4 CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP-BTCT
  52. Nguyên lý làm việc của dầm liên hợp: Dầm liên hợp thép – BTCT gồm bản BTCT và dầm thép liên kết với nhau bằng các neo.
  53. Đặc điểm của dầm liên hợp : Bản vừa làm việc với tư cách bản mặt cầu, vừa là một thành phần của dầm chủ. Bản mặt cầu còn thay thế cho hệ liên kết dọc trên Có thể điều chỉnh nội lực trong dầm theo ý muốn. Dầm liên hợp có nhược điểm là tỉnh tải mặt cầu lớn. Dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn: Giai đoạn I: chỉ có dầm thép làm việc chịu toàn bộ Tĩnh tải giai đoạn I Giai đoạn II: Sau khi dầm thép đã liên kết cứng với bản BTCT, Mặt cắt dầm ở giai đoạn II có cả thép và BTCT, các đặc trưng hình học của mặt cắt này được gọi là đặc trưng hình học giai đoạn II. Ở giai đoạn II ngoài tĩnh tải, dầm còn chịu tác dụng của hoạt tải.
  54. Đặc điểm cấu tạo của dầm liên hợp: . Bản BTCT mặt cầu cùng tham gia chịu uốn với dầm chủ nên cánh trên dầm thép phải nhỏ hơn cánh dưới, giảm được khối lượng thép và tăng được độ cứng đáng kể. . Trong cầu đường xe lửa dầm liên hợp tuy có tăng tĩnh tải phần mặt cầu nhưng giảm bớt khối lượng thép. Đường ray và tà vẹt đặt trên máng đá dăm có lớp đệm đàn hồi tốt. . Trong cầu dầm giản đơn dùng dầm liên hợp rất phù hợp vì toàn bộ bản mặt cầu bằng bê tông trên suốt chiều dài nhịp đều nằm trong khu vực chịu nén. Cầu liên tục và mút thừa có những đoạn dầm chịu momen âm, mặt cầu sẽ chịu kéo, khi đó hoặc không cho bản mặt cầu tham gia chịu lực hoặc có các biện pháp tạo nén trước bản BTCT, hoặc bố trí các cốt thép đặc biệt để chịu kéo. . Để liên kết cánh dầm thép với bản BTCT người ta dùng các loại neo.
  55. Neo trong cầu dầm liên hợp: Neo cứng: Neo cứng thường cấu tạo từ thép bản, théo góc, thép chữ C , neo như hình chiếc đinh Neo mềm: Neo mềm được chế tạo từ thép tròn uốn cong thành một nhánh, hoặc hai nhánh . Neo mềm thường được hàn ngay trên cánh trên của dầm thép
  56. Tính đặc trưng hình học của dầm liên hợp: Bề rộng bản cánh tham gia làm việc với dầm chủ: B l 4B b b1 b2 2 2 S S hb l 4B b S 6h 2 b C B nhưng không lớn hơn B 2 l 12c b1 c ; l 12c b1 S 6hh nhưng không lớn hơn l 12
  57. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT DẦM LIÊN HỢP: Bc hb Diện tích tính đổi hv 1 F [h *B h *(b h )] F II II td n b c v 1 v t Momen quán tính tính đổi I I 1 I [I I F * z2 F * z2 ] I F * z2 td n b v b b v v t t t
  58. NỘI DUNG TÍNH TỐN CẦU DẦM LIÊN HỢP 1- Lựa chọn hình dạng và kích thước mặt cắt dầm thép và dầm liên hợp 2- Tính đặc trưng hình học của mặt cắt dầm thép và dầm liên hợp(dầm biên và dầm trong) 3- Tính tải trọng tác dụng lên dầm biên và dầm trong 4- Tính nội lực dầm chủ theo các TTGH, cho các mặt cắt cần kiểm tốn 5- Kiểm tra các giới hạn kích thước mặt cắt 6- Kiểm tra mặt cắt dầm chủ theo TTGH cường độ về kháng uốn và kháng cắt 7- Kiểm tra mặt cắt dầm chủ theo TTGH sử dụng về độ võng, về mỏi 8- Thiết kế sườn tăng cường 9- Thiết kế neo liên kết 10- Thiết kế mối nối 11- Tính tốn liên kết bản cánh với sườn bụng dầm 12- Thiết kế dầm ngang
  59. TÍNH TỐN NỘI LỰC NỘI LỰC DO TĨNH TẢI Do tĩnh tải giai đoạn 1 Do tĩnh tải giai đoạn 2 NỘI LỰC DO HOẠT TẢI Hệ số PBN của xe, làn và người đi Do xe tải thiết kế (2 trục hay 3 trục) Do tải trọng làn Do người đi
  60. KiỂM TỐN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA TiẾT DiỆN KiỂM TRA GiỚI HẠN KiỂM TRA KiỂM TRA KÍCH THƯỚC MẶT CẮT TTGH CƯỜNG ĐƠ TTGH SỬ DỤNG Kiểm tra tỷ lệ Kiểm tra sức kháng uốn Kiểm tra mỏi momen quán tính Kiểm tra độ mảnh Kiểm tra độ võng Kiểm tra sức kháng cắt của bản bụng Do tĩnh tải Kiểm tra độ võng hoạt tải Tính độ vồng ngược
  61. KIỂM TRA CÁC GIỚI HẠN KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN Kiểm tra momen quán tính theo điều 6.10.2.1.1 I yc Trong đĩ : 0,1 0,9 I y Iyc – momen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép đối với trục thẳng đứng trong mặt phẳng bản bụng. Iy - momen quán tính của mặt cắt thép đối với trục thẳng đứng Kiểm tra độ mảnh của bản bụng tiết diện đặc chắc theo điều 6.10.4.2.1 Nếu : thì bản bụng được xem là đặc chắc. D E cp 3,76 t t f s c btr Et Khi đĩ độ mảnh của bản cánh chịu nén kiểm tra theo điều 6.10.4.1.3.1 : 0,382 t f Trong đĩ : tr c Dcp – chiều cao của bản bụng chịu nén tại lúc đạt momen dẻo ts – Chiều dày bản bụng Et – modun đàn hồi của thép fc – cường độ chảy dẻo nhỏ nhất của thép bản cánh trên btr – Chiều rộng cánh trên chịu nén ttr – chiều dày cánh trên chịu nén
  62. Điều kiện đảm bảo sức kháng uốn là Mu < Mr với Mr = m . Mn Tính momen dẻo : Chiều cao vùng nén của bản bụng : Dcp Tính tổng momen dẻo đối với TTHD bằng Dcp Hs Dcp M p Psdsn Psdsk Pbdbt Ptrdtr Pduddu lực dẻo từng phần nhân với khoảng cách từ Hs Hs trọng tâm phần đĩ đến TTHD: với di – khoảng cách từ trọng tâm từng phần tới TTHD. Xác định sức kháng uốn danh định của mặt cắt liên hợp đặc chắc: Nếu Dp < D’ thì Mn =Mp (Điều 6.10.4.2.2a-1) Nếu D’ < Dp < 5D’ thì 5M 0,85M 0,85M M D M p y y p ( p ) (Điều 6.10.4.2.2a-2) n 4 4 D' Dp – Khoảng cách từ đỉnh bản bê tơng tới TTHD (mm) Dp = Dcp + htr +hv + hb D’ – Khoảng cách quy định tại điều 6.10.4.2.2b-2 : H h h D' β t v b 7,5 My – Khả năng chịu momen chảy ban đầu của mặt cắt liên hợp ngắn hạn My = MD1+MD2+MAD MAD- momen gây chảy do hoạt tải trong các bản thép, tính theo cơng thức: M D1 M D2 M AD Sn[ fc ] Ss S3n
  63. Điều kiện đảm bảo sức kháng cắt là Qmax 0,5 M thì 0 , 87 ( 1 C ) (Điều 6.10.7.3.3a-2) u m p V RV [C ] CV n p d p 1 ( o )2 D M r Mu Tính lực cắt dẻo Vp = 0,58fcDts R [0,6 0,4( )] 1 M r 0,75 mM y do – khoảng cách giữa các sườn tăng cường đứng C – tỷ số của ứng suất oằn cắt với cường độ cắt chảy; C=1
  64. Kiểm tra ứng suất theo momen sử dụng Trong tiết diện liên hợp ứng suất trong bản cánh trên và dưới khơng được vượt quá ff < 0,95RbRhfc Trong đĩ : Rb- hệ số truyền tải trọng, Rb = 1. Rh- hệ số lai, Rh = 1. fc – Cường độ chảy nhỏ nhất của thép bản cánh, fc = 345Mpa Momen sử dụng lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp, gây ra bởi tĩnh tải khơng hệ số DC1 và DC2 và do hoạt tải tăng h=1,30 ( Ghi chú 6 của bảng 3.4.1-1), nghĩa là 1,30(LL+IM). Cĩ kể đến hệ số xung kích của hoạt tải.
  65. 4 5.qti .Ltt 1- Tính độ võng do tĩnh tải : DDCi (mm) 384.Et .Ii Ii – Momen quán tính của tiết diện dầm ở giai đoạn tương ứng 2- Độ võng do hoạt tải Dh : Lấy trị số lớn nhất trong : . Độ võng do xe tải thiết kế . Độ võng do 25% xe tải thiết kế + tải trọng làn Hệ số phân bố độ võng lấy bằng tỷ số Kv = Số làn / Số dầm Tính độ võng do lực tập trung đặt cách gối đoạn x theo cơng thức: P.b.x.(L2 b2 x2 ) D tt (mm) LL 6.E .I .L Với b = Ltt – x t tđ tt Độ võng hoạt tải phải nhỏ hơn độ võng tiêu chuẩn [D] = Ltt / 800 3- Độ vồng chế tạo bằng : Dv = SDDCi +0,5 Dh
  66. ỨNG SUẤT TRONG DẦM THÉP DO THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ - Chênh lệch nhiệt độ : Dto = +30oC; hệ số vượt tải : 1,1; không tính từ biến của bê tông - Trường hợp nhiệt độ không đổi theo chiều cao dầm : t  b t +  t  d - b II II N .Et .Ft z + M z..Et .Ft I I .Et .Ft .Et S +  d b     .Dt o ;  .Dt o t b t b b t t  t
  67. TÍNH TOÁN NEO TRONG DẦM LIÊN HỢP 1- Lực trượt và lực bóc 1.1. Lực trượt do lực cắt trên 1 đơn vị chiều dài QII .S ' Qh.S Q .S ' Q .S T tt b tt b c b n b 1.2. Lực trượt do co ngót o ' ' Itd Itd Itd Itd oc oc Tc  b .Fb  ct .Fct on on 1.3. Lực trượt do chênh lệch nhiệt độ Tn  b .Fb  ct .Fct 2(T T ) 1.4. Lực bóc do co ngót e c n V 2 T 0,7Hb c a' c 0,7H e 1.5. Lực bóc do chênh lệch nhiệt độ V 2 T 2(V V ) n a' n c n 0,25Hb 0,25H
  68. TÍNH TOÁN NEO TRONG DẦM LIÊN HỢP 2- Khả năng chịu lực của neo 2.1. Neo cứng [T] Fem Rem 2.2. Neo mềm [T] Ra Fn (cos 0,8sin )
  69. THIẾT KẾ MỐI NỐI 1- Xác định lực kéo đứt trong bản cánh: Nc = Ac * fc (kN) (bản cánh trên lấy theo nội lực) 2- Xác định lực cắt trong bản bụng : Qs = Qnối 3- Xác định momen cho bản bụng : Ms = Mnối*(Is/Itđ) M Q 4- Xác định khả năng chịu lực của bu long hay đinh tán : N ( s y )2 ( s )2 [N ] b Sy2 max n c 2 i . Khả năng kéo đứt : [Nk] = 0,4.d .fy (kN) 2 . Khả năng chịu cắt: [Nc] = m.fc d /4 (kN) . Khả năng ma sát của bulong cường độ cao : S = 0,75 f Nk (kN) 5- Chọn kích thước bản cánh : Chiều rộng bằng chiều rộng bản cánh, chiều dày t > (lực kéo đứt bản cánh/ chiều rộng)*1,2 6- Xác định số đinh liên kết mỗi đầu bản cánh : n = Nc / [Ni] 7- Bố trí đinh liên kết: Khoảng cách 80-:-100mm 8- Kiểm tra mối nối bụng:
  70. ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC TRONG DẦM LIÊN HỢP Điều chỉnh bằng đà giáo đỡ dưới Điều chỉnh bằng tander Điều chỉnh nội lực trong cầu liên tục
  71. BÀI 5 CẤU TẠO CẦU DÀN THÉP
  72. CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU DÀN: 1- Dàn chủ 2- Hệ dầm mặt cầu 3- Hệ liên kết
  73. CÁC HÌNH THỨC CỦA CẦU DÀN -Dàn biên song song -Dàn biên đa giác -Dàn đi dưới -Dàn đi trên -Dàn đi giữa -Dàn biên hở
  74. CẤU TẠO DÀN CHỦ 1- Biên trên 2- Biên dưới 3- Thanh bụng 4 – Tiết điểm 4 1 3 2
  75. THANH BIÊN Mặt cắt hình H, Mặt cắt hình [] Chiều rộng mặt cắt thống nhất để liên kết bản tiết điểm Chiều dài tới tim các tiết điểm chính
  76. THANH BỤNG .Mặt cắt chữ I .Mặt cắt tổ hợp bằng thép góc .Mặt cắt tổ hợp thép chữ [ ] có bản giằng .Dạng tam giác .Dạng thanh đứng, thanh xiên .Dạng chữ X .Dạng chữ K
  77. TIẾT ĐIỂM Tiết điểm rời Tiết điểm bản chắp Tiết điểm ngoài thanh Yêu cầu về cấu tạo tiết điểm
  78. HỆ DẦM MẶT CẦU -Dầm ngang : liên kết với dàn chủ -Dầm dọc : liên kết vào dầm ngang -Bản cá liên kết dầm dọc qua dầm ngang
  79. Dầm dọc cao bằng dầm ngang Dầm dọc có chiếu cao nhỏ hơn dầm ngang Dầm dọc gác lên dầm ngang
  80. MẶT CẦU Mặt cầu bản BTCT Mặt cầu trần Mặt cầu gỗ Mặt cầu thép tấm Mặt cầu thép rỗng
  81. Mặt cầu thép rỗng Mặt cầu thép tấm Mặt cầu gỗ
  82. HỆ LIÊN KẾT NGANG KIỂU DẦM NGANG KIỂU DÀN NGANG
  83. HỆ LIÊN KẾT DỌC TRÊN DẠNG CHỮ X DẠNG TAM GIÁC DẠNG CHỮ K
  84. HỆ LIÊN KẾT DỌC DƯỚI DẠNG CHỮ X CHỊU LỰC GIÓ NGANG, CHỊU LỰC LẮC NGANG
  85. CÂU HỎI ƠN TẬP: 1- Các dạng cầu dàn thép? Điều kiện áp dụng? 2- Các bộ phận cơ bản của cầu dàn thép? Vai trị của chúng trong chịu lực và cấu tạo? 3- Các dạng mặt cắt của thanh biên và điều kiện áp dụng? 4- Các dạng sơ đồ bố trí thanh biên và điều kiện áp dụng? 5- Các dạng mặt cắt của thanh bụng và điều kiện áp dụng? 6- Các dạng sơ đồ bố trí thanh bụng và điều kiện áp dụng? 7- Các dạng tiết điểm? Yêu cầu về cấu tạo tiết điểm? 8- Các sơ đồ cấu tạo dầm dọc và dầm ngang? 9- Các dạng kết cấu mặt cầu? Ưu nhược điểm của mỗi loại? 10- Các dạng bố trí cấu tạo hệ liên kết ngang, hệ liên kết dọc ?
  86. BÀI 6 TÍNH TỐN CẦU DÀN THÉP
  87. 6.1. CÁC GIẢ THIẾT KHI TÍNH CẦU DÀN THÉP 1- Phân chia thành các mặt phẳng 2- Các thanh dàn chỉ chịu lực dọc trục 3- Các tiết điểm là chốt, không truyền momen 6.2. CÁC NỘI DUNG TÍNH TOÁN CẦU DÀN 1- Tính hệ dầm mặt cầu 2- Tính các thanh dàn chủ 3- Tính toán tiết điểm 4- Tính hệ liên kết
  88. 6.3. TÍNH HỆ DẦM MẶT CẦU 6.3.1. DẦM DỌC : - Dầm dọc được coi là dầm giản đơn, cĩ nhịp là khoảng cách 2 dầm ngang. - Momen lớn nhất tại giữa nhịp của dầm dọc, lực cắt lớn nhất tại đầu dầm, nơi liên kết với dầm ngang. - Xác định momen và lực cắt trong dầm dọc bằng đường ảnh hưởng M và Q, xếp tải lên đường ảnh hưởng theo quy tắc của CKC. - Tính đặc trưng hình học của tiết diện dầm dọc và kiểm tra ứng suất tiết diện - Lực cắt đầu dầm để tính mối liên kết dầm dọc với dầm ngang.
  89. 6.3.2. DẦM NGANG: -Dầm ngang coi là dầm giản đơn, cĩ 2 đầu ngàm P1 P1 P1 với bản tiết điểm. qL - Dầm ngang được liên kết với 2 đầu dầm dọc nên chịu phản lực từ 2 đầu các dầm dọc truyền tới P = ΣP .y +q .Ω . y o i i L Q y1 y 3 - Tải trọng tác dụng lên dầm ngang là lực tập 2 trung, cố định, bởi tĩnh tải và hoạt tải trên 2 nhịp của dầm dọc Po. - Tính dầm ngang như một dầm giản đơn, xác Po Po Po Po Po định được momen giữa nhịp là Mo=Σ Po .yi. -Nhân hệ số điều chỉnh momen để cĩ được momen tại giữa nhịp M0,5 = 0,6Mo và momen tại ’ ’ y1 y2 y3 y2 y1 đầu dầm ngang Mg= -0,8Mo . -Dùng các momen này để kiểm tra điều kiện chịu lực của tiết diện dầm ngang.
  90. 6.4. TÍNH LIÊN KẾT 6.4.1. Liên kết dầm dọc với dầm ngang . Đinh liên kết 2 thép gĩc liên kết đầu dầm dọc với bụng dầm ngang . Đinh liên kết 2 thép gĩc với bụng dầm dọc . Ghế đỡ dầm dọc với bụng dầm ngang . Bản cá nối bản cánh 2 đầu dầm dọc 6.4.2. Liên kết dầm ngang với dàn chủ . Đinh liên kết thép gĩc liên kết đầu dầm ngang với bản tiết điểm . Đinh liên kết 2 thép gĩc với bụng dầm ngang . Bản tiết điểm liên kết đáy dầm ngang
  91. 6.5. TÍNH NỘI LỰC TRONG CÁC THANH DÀN CHỦ - Xác lập Đường anh hưởng nội lực các thanh dàn - Xếp tải trọng trên đường ảnh hưởng theo tổ hợp bất lợi nhất (gồm tĩnh tải dàn, hoạt tải làn, trọng lượng trục xe thiết kế). - Nội lực trong các thanh dàn : Ni = (nt qt + nh qL).Ω+(1+µ).nh.ΣPi.yi - Trong đĩ: nt – Hệ số tĩnh tải nh – Hệ số hoạt tải (1+µ) – Hệ số xung kích qt – Tĩnh tải bản thân dàn qL – Hoạt tải làn Pi – Trọng lượng trục xe thiết kế yi – Tung độ ĐAH tương ứng dưới các trục xe
  92. KIỂM TỐN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC MẶT CẮT CÁC THANH Với thanh chịu kéo: N  Ro Fth Với thanh chịu nén: N  Ro .Fng Trong đĩ: σ - ứng suất trong mặt cắt thanh N – nội lực mặt cắt thanh Fth – Diện tích mặt cắt bị giảm yếu Fng – Diện tích mặt cắt nguyên của thanh φ – Hệ số uốn dọc của thanh chịu nén. Ro – Cường độ cơ bản của thép
  93. TÍNH TỐN HỆ LIÊN KẾT DỌC 1- Giả thiết tính tốn: - Hệ liên kết là dàn phẳng nằm ngang, các thanh biên là thanh biên của dàn chủ, các thanh ngang là dầm ngang (với hệ liên kết dọc dưới) hoặc là thanh ngang của hệ liên kết ngang (với hệ liên kết dọc trên). - Gối dàn liên kết dọc là khung cổng cầu gồm các thanh xiên đầu dàn và hệ liên kết ngang đầu dàn. - Tải trọng tác dụng là lực giĩ ngang cầu thổi vào dàn chủ, với hệ số chắn giĩ của nửa dưới là nc = 1 và nửa trên là nc =0,6 ; hoặc lực lắc ngang của xe. - Hệ thanh liên kết là hai thanh chéo, để đơn giản bỏ bớt một thanh nên dàn liên kết cĩ dạng dàn tam giác. 2- Tính nội lực và kiểm tốn: Tính nội lực và kiểm tốn giống như phần dàn chủ nêu trên
  94. TÍNH TỐN HỆ LIÊN KẾT NGANG- CỔNG CẦU G G Gỉa thiết tính tốn: - Khung liên kết ngang chỉ chuyển vị song song mà khơng bị biến dạng - Nội lực xuất hiện trong các thanh ngang (CD), các thanh chéo (GE, GF) và gây uốn thanh cổng cầu (AC, BD) - Lực do dàn liên kết trên truyền lực giĩ cào đầu thanh cổng cầu là H c(2h c) - Điểm uốn cách chân cổng cầu đoạn e chia thanh cổng cầu làm hai phần 2(h 2c) - Momen lớn nhất trong phần trên tại điểm E và F, do lục ngang H/2 gây ra M= H/2*(c-e) - Momen dưới chân cổng cầu (tại A và B) do lực H/2 sinh ra : M=H/2*e
  95. CÂU HỎI ƠN TẬP 1- Các giả thiết để tính tốn dàn thép? 2- Phương pháp tính nội lực trong mặt cắt dầm dọc? Dầm ngang ? 3- Nội dung kiểm tốn mặt cắt dầm dọc, dầm ngang? 4- Nội dung tính liên kết dầm dọc với dầm ngang? Dầm ngang với dàn chủ? 5- Tính nội lực trong các thanh dàn giản đơn? 6- Nội dung tính duyệt khả năng chịu lực của các thanh trong dàn chủ? 7- Tính nội lực trong hệ liên kết dọc? Liên kết ngang? Cổng cầu?
  96. ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MƠN HỌC CẦU THÉP Họ và tên sinh viên: Lớp: Chiều dài nhịp Khổ cầu Hoạt tải Người đi bộ 18 7,0 + 2x1,0 24 9,0 + 2x1,5 HL93 300 kg/m2 32 16,0 + 2x1,0 64 2 x 1435 T22 72 1435 T24 80 1000 Ngày giao : . Ngày nộp bài: GIÁO VIÊN MƠN HỌC