Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương I: Cầu giàn thép - Nguyễn Ngọc Tuyển (Phần 3)

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương I: Cầu giàn thép - Nguyễn Ngọc Tuyển (Phần 3)

1. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Website: Website: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP 2 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: Link dự phòng: ‐in‐ vietnamese/ cau‐thep‐2 Hà Nội, 11‐2014 Giàn chủ (t.theo) • Để thay đổitiếtdiện thanh phù hợpvớinộilưc, các tấmthépcủatiết diệnsẽ có bề dày và bề rộng thay đổi. Tuy nhiên, phải đảmbảocác điềukiện sau: – Đảmbảophảinối các thanh tại nút, – Đảmbảohoạt động thuậntiệncủamáyhàntựđộng trong lòng tiếtdiện – Đảmbảotínhdễ kiểmtra, duy tu và thi công.  Thông thường kích thước trong lòng tiếtdiệntốithiểu là 350mm‐400mm e 1,5%h • Khi thiếtkế cấutạotiếtdiệncầnchúý h – Chiềucaotiếtdiện không lớn hơn1/15 chiều dài thanh – Hai thanh biên của2 khoang kề nhau không có độ lệch tâm hoặc độ lệch tâm không vượt quá 1.5% chiềucaotiếtdiện(Nếu không đảmbảo điều kiệnnàycầnxéttớimômen do lệch tâm trong tính toán thanh giàn) – Các tấm thép không đượcmỏng hơn 10mm 38 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 1
2. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) – Bề dày và bề rộng tấmthépphải đảmbảo quan hệ b3 b2 bb12 30 35 ;  40 45 2 t tt12 4 3 t t 4 t1 b3 c4 C 30 35 ;  18 20 1 b tt34 – Đốivới các thanh chịunénthìcáctỉ số trên còn phải đảmbảoyêucầuvề ổn định cụcbộ bbE E 12 1.49 ; 1.40 trong đó: tFtF12y y Fy và E là cường độ chảyvà b E c E 3 1.49 ;4 0.56 mô mô dun đàn hồicủathép tFtF34y y 39 Giàn chủ (t.theo) • Độ mảnh giớihạncủa các thanh giàn được quy định như sau: – Thanh chịunén:  120 – Thanh chịukéo:  200 – Thanh chịulực đổidấu:  140 • Bảngiằng và tấm thép có khoét lỗ làm nhiệmvụ liên kết hai nhánh (hay 2 thành đứng) tạo thành tiếtdiện thanh giàn. • Bảngiằng có bề dày không nhỏ hơnb/45 và không nhỏ hơn8‐10mm bố trí cách nhau mộtkhoảng c=(2‐3)b. Thông thường a không nhỏ hơn 0.75b và ở hai đầu thanh ađ =1.3a đốivới thanh chịukéo; ađ =1.7a đối với thanh chịunén. Bản giằng Bảngiằng 40 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 2
3. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Tấm thép có khoét lỗ có bề dày tương tự bảngiằng. Lỗ có thể hình tròn hoặchìnhôvan b a ® a • Để giữ cho tiếtdiệnhộp không bị méo do chịulựchoặc trong quá trình vận chuyển, trong long tiếtdiệncócấutạo các bảnchắnngang(dàytừ 8‐10mm). • Các bảnchắnngangbố trí ở 2 đầuvàở đoạngiữa thanh cách nhau khoảng 3m đốivới thanh chịunén. • Đốivới thanh chịukéochỉ cầnbố trí bảnchắnngangở 2 đầuvà1 bản trung gian ở giữachiều dài thanh. 41 Giàn chủ (t.theo) – Cấutạo nút giàn: b b b b b B¶n ®Öm 910x240x4 • Nút giàn là nơitruyềnlựcgiữa các thanh nên rất quan trọng. • Hiệnnay các thanh quy tụ về nút thường đượcliênkếtbằng bulông cường độ cao. Liên kết đinh tán chỉ gặpchủ yếutrongcáccầucũ. • Liên kếthànítđượcsử dụng do điềukiện thi công lắp ráp khó khănvà gây ứng suất hàn. 42 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 3
4. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) Khi thiếtkế các nút giàn cầnchúý: • Hướng tâm các thanh giàn để tránh gây mô men nút • Bảo đảmnối các thanh vào nút chắcchắn • Bảo đảmthuậntiệnchoviệc thi công lắpráp • Bảo đảmtínhdễ kiểmtra, duy tu, bảoquản 43 Giàn chủ (t.theo) • Tính toán giàn chủ – Tảitrọng tác dụng trên giàn • Kếtcấunhịpgiànlàhệ không gian phứctạp=> để đơngiảnsẽ tách thành các kếtcấuphẳng để tính. • Giàn chủđượccoilàhệ phẳng trong mặtphẳng đứng chịu tác dụng của tĩnh tảivàhoạttảithẳng đứng truyền qua hệ dầmmặtcầu đặttạicác nút. • Tảitrọng bao gồm: Tĩnh tải(DC và DW) và Hoạttải(LL và PL). • (1). Tĩnh tải: – Trọng lượng hệ mặtcầuvàhệ liên kết coi là phân đềuchocácgiànchủ và phân bốđềutrênchiềudàinhịp – Theo kinh nghiệm, trị số củatĩnh tảihệ liên kếtcóthể lấybằng 8‐10% tĩnh tảigiànchủ. – Tĩnh tảitrọng lượng giàn chủ có thể xác định theo số liệukếtcấunhịp tương tự có sẵn, hoặc 44 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 4
5. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) – Tĩnh tảitrọng lượng giàn chủ có thể xác định theo công thức lý thuyết củaStre‐let‐ski như sau: aq b g g g g cl mc lk l d F y bl  Trong đó: . q = hoạttảitácdụng trên giàn (là tảitrọng tương đương với đường ảnh hưởng tam giác có đỉnh ở ¼ nhịpcókể tớihệ số tảitrọng, hệ số xung kích, và hệ số phân phốingang. Theo tiêu chuẩnmới 272‐05, hoạttảilàHL‐93 nên kỹ sư thiếtkế phảitự xác định trị số tảitrọng tương đương này). . gd, gcl, gmc, glk = trọng lượng bảnthângiànchủ, các lớpmặtcầu, hệ mặt cầu, hệ liên kếtcho1 m dài củagiànchủ . l = chiềudàinhịptínhtoán . Fy = sức kháng tính toán củavậtliệugiàn . ϒ = dung trọng củathép . a, b = các hệ số, đốivớigiànđơngiảncóthể lấya = b =3.5. 45 Giàn chủ (t.theo) . Trị số gd xác định trên là trị số lý thuyết, do đócầnphảikể thêm hệ số cấu tạobằng 1.5‐1.8. • (2). Hoạttải – HoạttảiHL93 và PL như quy định trong tiêu chuẩnthiếtkế cầu – Hệ số phân bố ngang củacầugiànxácđịnh theo nguyên tắc đòn bảy. – Xác định nộilực • Mặc dù liên kết thanh giàn tại nút là liên kếtcứng nhưng tảitrọng chủ yếu đặttại nút giàn nên có thể xác định nộilực trong giàn theo sơđồ giàn có liên kếtkhớptại nút. • Để tính trị số nộilựccầnphảivẽđường ảnh hưởng nộilựctương ứng rồixếptảilênđường ảnh hưởng tìm nộilựcbấtlợinhất. 46 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 5
6. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) – Thiếtkế tiếtdiện thanh giàn Thông thường thiếtkế tiếtdiệntiến hành theo các bước sau: • Sơ bộ xác định tiếtdiện thanh • Căncứ vào các yêu cầu và quy định cấutạo, giả thiết các tấmthép thành phầntiếtdiện • Kiểmtoánkhả năng chịulựccủatiếtdiện Diệntíchsơ bộ củatiếtdiện thanh có thể xác định theo công thức: P A u Fy  trong đó: – Pu = Nộilực – Fy = Cường độ vậtliệu – ξ = Độ dự trữ xét tớicácyếutốảnh hưởng tớisự làm việchữuhiệucủa tiếtdiện 47 Giàn chủ (t.theo) – Kiểmtoántiếtdiện thanh giàn • Đốivới thanh chịukéo(điều 6.8.2.1): P = Hiệu ứng lựcdọctrụcdo yygF A u PPur min tảitrọng tính toán gây ra uunF AU Pr = Sức kháng kéo tính toán Trong đó:  ϕy = Hệ số sức kháng, lấybằng 0.95  ϕu = Hệ số sức kháng, lấybằng 0.8  Fy = Cường độ chảycủathép  Fu = Cường độ cựchạncủathép  Ag = Diệntíchtiếtdiệnnguyêncủa thanh  An = Diệntíchtiếtdiệngiảmyếucủa thanh  U = Hệ số triếtgiảmxácđịnh như sau: » U = 1 đốivới các thành phầntrongđócáctácdụng lực đượctruyền tớitấtcả các cấukiện » Thông thường có thể lấyU = 0.85 48 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 6
7. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Đốivới thanh chịukéovàuốn đồng thời(điều 6.8.2.3): P PM M Nếuthìkiu 0.2 ểmtra: uux uy 1.0 Pr 2 PMMrrxry P PM8 M Nếuthìkiu 0.2 ểmtra: uux uy 1.0 P r PMMrrxry9 Trong đó:  Pu = Hiệu ứng lựcdọctrụcdo tảitrọng tính toán gây ra  Pr = Sức kháng kéo tính toán  Mux ; Muy = Mô men uốndo tảitrọng tương ứng trụcx và y  Mrx ; Mry = Sức kháng uốncủatiếtdiệntương ứng trụcx và y 49 Giàn chủ (t.theo) Sức kháng uốntínhtoánMr đượcxácđịnh như sau: Mr = ΦfMn = 1.0Mn Trong đó, Mn là sức kháng uốn danh định. • Đốivớitiếtdiệnchữ H khi uốntrongmặtphẳng đứng thì Mn = Mp , trong đóMp = sức kháng uốncủatiếtdiệnbị chảydẻotoànbộ. 11 • Tiếtdiệnchữ H uốntrongmặtphẳng nằm ngang thì theo quy định như đốivớidầm I nhưđãnghiêncứu ở HọcphầnCầuthép1. 22 50 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 7
8. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Đốivớitiếtdiệnhìnhhộp 1 b 2  xx 0.064FSly  MFSny 1 AE I y  Trong đó:  Fy = Cường độ chảydẻocủatiếtdiện  S = Mô men chống uốn  A = Diện tích bao quanh bởi đường tim các tấmthéptạo thành tiếtdiện  l = Chiều dài thanh không được liên kết trong phương vuông góc với phương chịuuốn  Iy = Mô men quán tính đốivớitrục vuông góc vớiphương uốn  b = Khoảng cách tĩnh giữacáctấmthéptạo thành tiếtdiện  δ = Bề dày tương ứng các tấmthépđó 51 Giàn chủ (t.theo) • Đốivới thanh chịunén(điều 6.9.2.1): Pu = Hiệu ứng lựcdọctrụcdo PPur cn P tảitrọng tính toán gây ra Pr = Sức kháng nén tính toán Trong đó:  ϕc = Hệ số sức kháng nén, lấybằng 0.9  Pn = Trị số sức kháng nén danh định, xác định như sau: λ • Nếu λ ≤ 2.25 thì Pn = 0.66 FyA 2 0.88FAy Kl Fy • Nếu λ > 2.25 thìPn với   rE  A = Diệntíchtiếtdiệnnguyêncủa thanh  Fy ; E = Cường độ chảyvàmôđun đàn hồicủatiếtdiện  K = Hệ số chiềudài(lấybằng 0.75)  L = chiều dài thanh không đượcgiằng  r = Bán kính quán tính 52 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 8
9. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/14/2014 Giàn chủ (t.theo) • Đốivới thanh chịunénvàuốn đồng thời(điều 6.9.2.2): P PM M Nếuthìkiu 0.2 ểmtra: uux uy 1.0 Pr 2 PMMrrxry P PM8 M Nếuthìkiu 0.2 ểmtra: uux uy 1.0 P r PMMrrxry9 Trong đó:  Pu = Hiệu ứng lựcdọctrụcdo tảitrọng tính toán gây ra  Pr = Sức kháng nén tính toán  Mux ; Muy = Mô men uốndo tảitrọng tương ứng trụcx và y  Mrx ; Mry = Sức kháng uốncủatiếtdiệntương ứng trụcx và y 53 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 9