Giáo trình Thiết kế và xây dựng cầu thép - Chương 4: Tính toán cầu dầm thép, cầu dầm thép bê tông liên hợp (Phần 4) - 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 4) - 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 4.5. Tính toán cấutạodầm • 4.5.1. Tính toán liên kếtbiêndầmvớisườndầm – Khi dầmchịuuốn, tấmbiêndầmmuốntrượtlênsườndầm, vì vậymối hàn liên kếtbiêndầmvớisườndầmsẽ làm việcvới ứng suấtcắt. P – Lựctrượttrênmột đơn vị chiềudàidầm L H VS b T I  trong đó • V = lựccắt; • Sb = momen tĩnh củabiêndầm; • I = mô men quán tính củatiết diệndầm. 155 1
2. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) – Đốivớidầm liên hợpbảnBTCT, lựctrượttrênmột đơnvị chiềudàidầm: VSD12bs VS D b V AD S b T 3nn IIStdtd I – Khi có bánh xe đặttrựctiếp, thì mốihàncònchịu ứng suấtcắt thẳng đứng, do đó ứng suấtcắttổng cộng sẽ bằng: P 22 f ffVH L T 1 IM P với: fH và fV 2 h 2 h  156 Tính toán cấutạodầm (t.theo) trong đó: • Δh = chiềucaocóhiệucủamối hàn không nhỏ hơn 6mm; • λ = chiều dài phân bố áp lựcbánhxe, = L+2H; • IM = hệ số xung kích; – Điềukiệnkiểmtralà: f RFreexx0,6 2 trong đó: • e2 0,80 • Fexx = cường độ củamối hàn (MPa) 157 2
3. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • 4.5.2. Tính thanh đứng trên gối (6.9.4.1) – Thanh đứng trên gối làm nhiệm vụ truyền áp lực gối. D R R – Thanh đứng trên gối phải kiểm toán theo 2 điều kiện: • Chịu ép mặt cục bộ • Chịulựcdọctheođiềukiện ổn định 158 Tính toán cấutạodầm (t.theo) 159 3
4. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) – Kiểmtrađiềukiệnchịuépmặtcụcbộ: RAF bpnys trong đó: • φb = Hệ số sức kháng tựa; • Apn = Diệntíchcánhchìasườntăng cường trên gối; • Fys = Cường độ thép sườntăng cường. D R R 160 Tính toán cấutạodầm (t.theo) – Kiểmtrađiềukiện ổn định khi chịulựcdọc: 9t w 9t w RP rcn P w trong đó t • φc = Hệ số sức kháng; • Pn = Sức kháng nén danh định;  khi 2, 25 PnyS 0, 66 F A 2 0.88FysA 0,75D Fy khi 2.25 Pn với   rE Chú ý: khi xác định As và r đốivớisườntăng cường đượchànvàobản bụng thì tiếtdiệnhiệudụng gồmdiệntíchcủasườntăng cường và một phầnsườndầm đượckéodàivề mỗi phía không quá 9tw. 161 4
5. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • 4.5.3. Tính mốinốidầm – DầmlàmviệcchịuuốnnêntạicáctiếtdiệncómomenM và lựccắtV. – Có thể giả thiếtnhư sau: • Sườndầmchịuhoàntoàn lựccắtV và mộtphầnmô men M củatiếtdiện. Momen uốn phân cho sườndầmtỷ lệ với momen quán tính của sườndầm. • Cánh dầm không chịulựccắt nhưng chịuphầnlớnmômenM củatiếtdiện. Tuy nhiên, để đơngiảnvàthiênvề an toàn, giả thiếtbiên dầmchịulựctối đa để tính liên kết trong biên dầm. 162 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • Tính mốinối liên kếtsườndầm: – Mô men và lựccắttrongsườndầm Mw Mw I n MM w VV w I w Vw Vw trong đó: • Iw = mô men quán tính củasườndầm; • I = mô men quán tính củatiếtdiệndầm. – Nộilựctruyềnchomộtbulông: • Do lựccắtVw: RV = Vw / k 2 • Do mô men Mw:RM_max = (Mw / Σyi )*ymax trong đó: • k = số lượng bu lông có trên mộtnửabảnnối • y = khoảng cách từ trụctrọng tâm tiếtdiệndầm đếntimcủa đinh 163 5
6. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) – Điềukiện để kiểmtra 22 max RRRR y max VM _ max r i y trong đó: • Rr = sức kháng của đinhbulông RM,i làm việcvới2 mặtma sát; • Rmax = lực tác dụng lớnnhấtlênđinh. RM,Max Chú ý: • lựcRmax là hợplựccủa2 lực thành phầnRV (do lựccắt) và RM_max (do mô men) • LựcRV có phương thẳng đứng còn lựcRM_max có phương nằmngang • Do đóbulônglàmviệcbấtlợinhất là các bu lông ở hàng xa trục trung hòa nhấtvàlực tác dụng lên bu lông lớnnhấtlàRmax. 164 Tính toán cấutạodầm (t.theo) – Trường hợpbảnnốikhárộng, K tứclàsố hàng đinh theo Mw phương nằm ngang nhiềuthì: ri M w x Rr a M _ max2 max r m  ri trong đó: • rmax = khoảng cách từ trung tâm khu vựcbố trí đinh (trên nửabảnnối) tới đinh xa nhất; • ri = khoảng cách từ trung tâm khu vựcbố trí đinh (trên nửabảnnối) tớivị trí đinh thứ i; 165 6
7. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) – Nếukếtcấunhịplàcầudầm liên hợpvớibảnmặtcầuthì: LT ST IwwII w MMwD 12 M DLT M AD ST I gcII c VVVVwDDAD 12 V trong đó: • MD1 , VD1 = mô men và lựccắtcủatĩnh tảigiaiđoạn1 • MD2 , VD2 = mô men và lựccắtcủatĩnh tảigiaiđoạn2 • MAD , VAD = mô men và lựccắtcủahoạttải LT ST • Iw , Iw , Iw =mômen quán tính củariêngbảnbụng củadầmthépđốivới trục trung hòa củadầmchưa liên hợp, trục trung hòa củatiếtdiện liên hợp dài hạn, và trục trung hòa củatiếtdiện liên hợpngắnhạn. LT ST • Iw , Iw , Iw = mô men quán tính củadầmthépđốivớitrục trung hòa của dầmchưa liên hợp, trục trung hòa củatiếtdiện liên hợpdàihạn, và trục trung hòa củatiếtdiện liên hợpngắnhạn 166 Tính toán cấutạodầm (t.theo) Mộtsố lưuý khi tính lựctácdụng lên các đinh củamốinốidầm thép liên hợpvớibảnBTCT: • Khi tính Rv không có gì khác so vớitrường hợpmốinốidầm thép không liên hợp; • Khi tính RM.max thì vị trí trụctrọng tâm tiếtdiệnthayđổiphụ thuộctiết diệndầmlàdầmthépđơnthuầnvàkhiđãlàtiếtdiện liên hợp. Tuy nhiên, để đơngiảncóthể lấygần đúng theo vị trí trụctrọng tâm của dầm thép. 167 7
8. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • Tính mốinối liên kếtbiêndầm: – Lực trong biên dầmcóthể xác định bởibiểuthức NFA rf trong đó: • N = sức kháng củabiêndầm; • Fr = cường độ giớihạn cho phép đốivớivậtliệubiêndầm; • Af = diện tích tính toán củabiêndầm. – Sốđinhbulôngcầnthiết để nốibiêndầm: N n Rr • Với, Rr là sức kháng của đinh bu lông 168 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • 4.5.4. Tính neo liên kếtbảnmặtcầuvớidầmthép – Neo liên kếtbảnvớidầmthépcótácdụng chống lạilựctrượt giữahaiphần này trong tiếtdiện liên hợpvàphảikiểmtoán theo hai trạng thái giớihạnsau: • Trạng thái giớihạnvề mỏi • Trạng thái giớihạnvề cường độ – Thông thường dựavàotrạng thái giớihạnvề mỏi để thiết kế bố trí neo liên kếtvàsau đókiểmtoánvề cường độ. 169 8
9. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • Tính toán thiếtkế neo theo TTGH mỏi – Lựctrượtgiữabảnvàdầmthéptrênmột đơnvị chiềudàidầm đượctínhnhư sau: VQ v sr h I – Từđótínhđượckhoảng các neo (bướcneo) nZ p r vh trong đó • I = momenquántínhcủatiếtdiện liên hợp ứng vớitảitrọng ngắnhạn; • Q = momen tĩnh củadiện tích quy đổicủabảnmặtcầu; • Vsr = lựccắtxácđịnh cho trạng thái giớihạnmỏi; • p = bướccủaneo; • n = số lượng neo trong mộtmặtcắt ngang biên dầm; 170 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • Zr = sức kháng mỏichịucắtcủamộtneo; 22 Zr dd19 Trong đó: – α = 238 ‐ 29.5logN – d = đường kính danh định củaneo – N = số chu kỳ quy định, N = (365)(100)n(ADTT)sl • Đốivớineo làm bằng thép chữ U ( và có thể các loạineo cứng), Zr xác định theo điềukiệnsức kháng củamối hàn neo vào đỉnh dầmlàmviệc chống mỏi: Zr = 0.8(ΔF)nAh , trong đó: – 0,8 = hệ số sức kháng (φhan); – (ΔF)n = Sức kháng danh định vậtliệumốihàn – Ah = diệntíchmốihàn 171 9
10. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • Kiểmtoánneo theo TTGH về cường độ – Sức kháng cắt: Zrscn  Z trong đó: • Zn = sức kháng danh định • φsc = 0.85 = hệ số sức kháng đốivớicácneo chống cắt – Đốivớineo đinh ' Znscccscu 0.5AfEAF trong đó: • Asc = diệntíchmặtcắtngangcủaneo đinh chịucắt; • f’c = cường độ nén 28 ngày củabêtông; • Ec = mô đun đàn hồicủabê; • Fu = cường độ kéo nhỏ nhất quy định củaneo đinh chịucắt. 172 Tính toán cấutạodầm (t.theo) – Đốivớineo làm bằng thép chữ U: ' Znfwccc 0.3 ttLfE 0.5 trong đó: • tf = bề dày bảncánhneo chữ U; • tw = bề dày sườnneo chữ U; • Lc = bề rộng củaneo. – Điềukiệnkiểmtoánlàsố lượng neo bố trí tốithiểu: V m h Zr trong đó: • Vh = lựccắtnằm ngang danh định( lựctrượt) giữabảnvàdầm thép; • m = số lượng neo bố trí trên mộtnửadầmgiản đơn. 173 10
11. 9/21/2012 Tính toán cấutạodầm (t.theo) • Lựccắtnằm ngang danh định Vh tính như sau: ' 0.85 fbtcs Vh min FywDt w F yt b t t t F yc b c t c Trong đó: • f’c = cường độ nén củabêtôngbảnmặtcầu; • b = bề rộng cánh bản tham gia làm việc; • ts = bề dày củabản; • Fyw, Fyt, Fyc = cường độ chảycủathépsườndầm, biên dướivàbiêntrên dầm; • tw, tc, tc–bề dày sườndầm, biên dướivàbiêntrêndầm; • D, bt, bc ‐ chiều cao sườndầm, bề rộng biên dướivàbiêntrên. 174 11