Giáo trình Thiết kế và xây dựng cầu thép - Chương 4: Tính toán cầu dầm thép, cầu dầm thép bê tông liên hợp (Phần 3) - Nguyễn Ngọc Tuyển

Nội dung text: Giáo trình Thiết kế và xây dựng cầu thép - Chương 4: Tính toán cầu dầm thép, cầu dầm thép bê tông liên hợp (Phần 3) - Nguyễn Ngọc Tuyển

1. 9/21/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP NGUYỄN NGỌC TUYỂN Bộ môn Cầu và Công trình ngầm website: 4‐2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) • 4.3.5. Xác định sức kháng uốndanhđịnh  Giảithíchmộtsố khái niệm. – Tiếtdiện đặcchắc: là tiếtdiệnhay mặtcắtcókhả năng phát triểnsự phân bốứng suấtdẻo hoàn toàn khi chịuuốntrước khi xảyramất ổn định. – Tiếtdiện không đặcchắc: là tiếtdiệnhay mặtcắtcóthể phát triểncường độ chảydẻotrongcácphầnchịunéntrướckhixảy ra mất ổn định uốndọccụcbộ nhưng không thể chống lạimất ổn định cụcbộ phi đàn hồikhiyêucầucósự phân bốứng suất dẻohoàntoàntrêncả tiếtdiện. – Tiếtdiệnmảnh: là tiếtdiệnhay mặtcắtbị mất ổn định khi chưakịp phát triểncường độ chảydẻo trong phầnchịunén. 122 1
2. 9/21/2012 Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép (t.theo)  Khi tiếtdiện liên hợpchịumômen dương (bảnchịunén). 2D E . 1. Nếutiếtdiện đặcchắc, tứclàsườndầmcó: cp 3,76 tF (6.10.4.2.2) w yc Trong đó: – Dcp = chiềucaocủabảnbụng chịunéntại lúc có mô men dẻo (mm) – Fyc = cường độ chảydẻonhỏ nhất được quy định củabảncánhchịunén (Chú ý: vớitiếtdiện liên hợpchịumômen dương thì không cần điềukiện củacánhtrênvìbản cánh trên đã liên hợpvớibảnBTCT do đósẽđảm bảo ổn định) Khi đósức kháng danh định củatiếtdiện liên hợpchịumômen dương Mn đượctínhnhư sau: • NếuDp ≤ D’ thì Mn = Mp 123 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) 5Mpy 0,85M 0,85M ypp M D • NếuD’ < Dp ≤ 5D’ thì Mn 44D Trong đó: • Dp = khoảng cách từ thớ trên củabảntớitrục trung hòa dẻo • D’ = khoảng cách được quy định ở Điều 6.10.4.2.2b dt s th 0,9khi R 250 MPa D '  với  7,5 0,7khi R 345 MPa • d = chiều cao củadầmthépchưa liên hợp • ts = bề dày bảnBTCT liên hợpvớidầmthép • th = bề dày bê tông đệmgiữabảnBTCT và dầmthép(= chiềucaovút) • My = Mô men chảycủamặtcắt liên hợp(điều 6.10.3.1.2) • Mp = Mô men dẻocủamặtcắt liên hợp(điều 6.10.3.1.3) 124 2
3. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) . 2. Nếutiếtdiện không đặcchắc (6.10.4.2.4), tứclàsườndầm chỉ có thểđảmbảo điềukiện: 2D E c với α = 6.77 khi không có sườntăng cường ngang tf wc α = 11.63 khi có sườntăng cường ngang • Nếu không dùng công thứcQ (Q là mô men tĩnh củadiệntíchbảntính đổingắnhạn đốivớitrục trung hòa củamặtcắt liên hợpngắnhạn trong các vùng uốndương) thì sức kháng uốnxácđịnh theo sự làm việc củacánhdầmnhư sau: – Vớibiênchịunén: Fnbyc RF. f – Vớibiênchịukéo: FRF 13 v nbyt Fyt 125 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) f FRF 13 v nbyt – Trong đó: Fyt » fv = ứng suấtcắtSt.Venantlớnnhất trong cánh dầm » Rb = hệ số truyềntảitrọng (hệ số giảmcường độ sau khi mất ổn định) được quy định ở điều 6.10.4.3.2 » Rb = 1 đốivớibiênchịukéo » Rb = 1 đốivớibiênchịunénnếucósườntăng cường dọchoặcbản 2Dc E bụng dầmthỏamãnđiềukiện: b tfwc a2D E R=1 rc nếu không thỏamãnthì: b b 1200 300arw t f c » fc = ứng suấttrongbảncánhchịunénđang xét do tác dụng củatải trọng tính toán (MPa) 126 3
4. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) » λb = 5,76 đốivớicáccấukiệncódiệntíchbảncánhchịunénbằng hoặclớnhơndiện tích bảncánhchịukéo » λb = 4,64 đốivớicáccấukiệncódiệntíchbảncánhchịunénbằng hoặcnhỏ hơndiệntíchbảncánhchịukéo 2Dcw t » ar Ac 2 » Ac = diệntíchcủabảncánhchịunén(mm) 127 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) . 3. Nếutiếtdiện không thỏamãncácđiềukiệncủatiếtdiện đặcchắcvàcủatiếtdiện không đặcchắcthìtiếtdiệnlà tiết diệnmảnh ở biên chịunén E Lbt 1 ,76r Fyc trong đó: • Lb = khoảng cách giữacácđiểmgiằng cánh dầm • rt = bán kính quán tính đốivớitrụcthẳng đứng củamộtmặtcắt quy ước bao gồmbản cánh chịunéncủamặtcắtthépcộng thêm vớichiều cao củabảnbụng chịu nén (mm). • Fyc = cường độ chảynhỏ nhất qui định củabảncánhchịu nén (MPa). Sức kháng xác định vớisự làm việccủacánhdầm • Với cánh chịukéo: Fn = RbFyt 128 4
5. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) • Đốivới cánh chịunén: Fn = RbFyt 9,86E Fnbb CR2 RF byc L b rt Trong đó 2 PPll Cb = 1,75 1,05 0,3 2,3 PP22 • P1 = Lựccótrị số nhỏ hơn trong biên chịunéntại điểmdằng ngang. • P2 = Lựccótrị số lớnhơn trong biên chịunéntại điểmdằng ngang. 129 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) n ệ tdi ế ati ủ nh c đị ng ươ d ndanh ố umômen ị c kháng u ch ứ ts ế ng k ổ ng t ả B 130 5
6. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo)  Khi tiếtdiện liên hợpchịumômen âm (bảnchịukéo). . 1. Nếutiếtdiện đặcchắckhiđó 2D E • Sườndầmthỏamãnđiềukiện: cp 3,76 tFwyc bE • và bảnbiênchịunénthỏamãnđiềukiện: f 0.382 2tf Fyc • Hoặcphương trình tương tác độ mảnh giữasườnvàcánhnén 2D b E cp 9.35 f 6.25 tFwyc2t f • Khoảng cách giữacácđiểmgiằng ngang biên nén M rEy L 0,124 0,0759 l b MF pyc 131 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) • Trong đó: – Dcp = chiềucaocủabảnbụng chịunéntại lúc có mô men dẻo (mm) – Fyc = cường độ chảydẻonhỏ nhất được quy định củabảncánhchịunén – tw = chiềudàybảnbụng – bf, tf = bề rộng và bề dày cánh chịunén – Lb = chiềudàidầm không đượcgiằng (mm) – ry = bánkínhquántínhnhỏ nhấtcủamặtcắtthépđốivớitrụcthẳng đứng (mm) – M1 = mô men nhỏ hơndo tác dụng củatảitrọng tính toán ở mỗi đầucủa chiềudàikhôngđượcgiằng (N‐mm) – Mp = mô men dẻo Khi đósức kháng danh định củatiếtdiệnMnđượctínhnhư sau: • Mn = Mp 132 6
7. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) . 2. Nếutiếtdiện không đặcchắc, khi đó • Sườndầmcần đảmbảo điềukiện: 2D E c với α = 6.77 khi không có sườntăng cường ngang tf wc α = 11.63 khi có sườntăng cường ngang • Biên chịunéncủadầmphải đảmbảo điềukiện: b E f 1.38 khi không có sườntăng cường ngang 2t f 2Dc fc tw bE f 0.408 khi có sườntăng cường ngang 2tf fc E • Khoảng cách giữacácđiểmgiằng của cánh nén: Lrbt 1.76 Fyc 133 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) Trong đó • rt = bán kính quán tính đốivớitrụcthẳng đứng củamộtmặtcắt quy ước bao gồmbản cánh chịunéncủamặtcắtthépcộng thêm với1/3 chiều cao củabảnbụng chịu nén (mm) Khi đó, sức kháng củatiếtdiện đượcxácđịnh theo sức kháng uốncủa bảncánhcómặtcắt không đặcchắc: Fnbyc RF. • Hệ số truyềntảitrọng Rb lấy theo quy định trong điều 6.10.4.3.2. 134 7
8. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) . 3. Nếutiếtdiệnmảnh, khi đó • Không có các điềukiệnvề sườndầmvàcánhdầmchịunénnhư tiết diện không đặcchắc. Phảixéttớimất ổn định do cả xoắn. • Khoảng cách giữacácđiểmgiằng của cánh nén: M rE E E L 0.124 0.0759 1 y 1.76rLr 4.44 b và tbt MFpyc FFycyc • Khi đósức kháng uốnxácđịnh vớicánhnén Lb Fyc Fnbbyc CRF 1.33 0.187 RF byc rE t hoặc: 9.86E FCRnbb 2 RF byc L b rt 135 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo)  Sử dụng công thứcQ tùy chọnchomặtcắt không đặcchắc • Khi tiếtdiệndầm liên hợpchịumômen âm hoặcvớidầmthépđơn thuần không liên hợp, sườndầm không có sườntăng cường dọcvàđộ mảnh sườndầmvàcánhnénthỏa mãn các điềukiện: 2D E bEf cp 6.77 2.52 2t f 2Dcp tFw yc Fyc tw • và khoảng cách các điểmgiằng củacánhnénthỏa mãn: M rE L 0.124 0.0759 1 y b MFpyc • thì sức kháng uốn danh định tính bằng: 0.7MQQ M 11 ypflMM npp MQ 0.7 pp 136 8
9. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) • Trong đó M p Qp 5.47 3.13 vớimặtcắtdầm không đốixứng M y Qp 3.0 vớimặtcắtdầmcóđốixứng • và: 30.5 Qfl b E nếu f 2Dcp 0.382 2tf Fyc tw 4.45 E bEf Qfl 2 nếu 0.382 Fyc bDfcp2 2tf Fyc 2ttfw 137 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo) Bảng tổng kếtsức kháng uốndanhđịnh củatiếtdiện liên hợpchịumômen âm 138 9
10. 9/21/2012 Tính toán thiếtkế kếtcấunhịpcầu thép (t.theo)  Vớitiếtdiện không liên hợpchịumômen dương (hoặcâm): 139 10