Đề tài thiết kế cầu thép - Nguyễn Hoài Nam

LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp phát triển ngành Giao Thông Vận Tải thì cầu thép đóng một vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực xây dựng cầu, đặc biệt là các cầu nhịp lớn. Cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kĩ thuật, của ngành cơ học kết cấu mà nhiều kết cấu cầu có sơ đồ tính hợp lí, mang lại hiệu quả kinh tế lớn đã được các kĩ sư đầu ngành phát hiện và sử dụng có hiệu quả. Trong đó có kết cấu cầu dầm thép liên hợp với bản bêtông có sơ đồ tính hết sức hợp lí, cũng đã được sử dụng nhiều và mang lại hiệu quả hết sức to lớn. Và cùng với thời gian, cùng với thời đại nhiều phương pháp tính hiện đại, sát với kết cấu thực tế của công trình đã được thử nghiệm và cho kết quả hết sức khả quan, trong đó có phương pháp tính theo sức kháng của vật liệu được xuất phát từ thực nghiệm. Quy trình thiết kế cầu AASHTO – LRFD 1998 của Mỹ mới đây đã được Bộ Giao Thông Vận Tải dịch sang tiếng Việt và đã ban hành theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-01 đối với các cầu có nhịp nhỏ hơn 150m, và đã mang lại hiệu quả thiết thực cho người thiết kế. Với định hướng để các kĩ sư cầu đường trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng có một số kiến thức cơ sở nào đó về quy trình thiết kế mới này, để các kĩ sư ra trường không bị bỡ ngở trước thời cuộc, các thầy giáo trong bộ môn đã khuyến khích các sinh viên mạnh dạn tiếp thu và thực hiện đồ án theo quy trình này. Tuy đã được các thầy trong bộ môn Cầu - Hầm đặc biệt là thầy ThS.Nguyễn Văn Mỹ tận tình hướng dẫn, nhưng trước sự mới mẻ của quy trình, của phương pháp tính đồ án của em sẽ không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn. Mong các thầy tận tình chỉ bảo để đồ án sau của em hoàn thiện và thuyết phục hơn. Hà Nội 04/2009 Sinh viên thực hiện đồ án. Nguyễn Hoài Nam MỤC LỤC: Lời nói đầu 1 1.Các số liệu thiết kế 3 2.Nội dung thiết kế 3 3.Tiêu chuẩn áp dụng 3 A.Chọn tiết diện chung của cầu 4 B.Chọn tiết diện điển hình và cơ sở thiết kế 4 C.Thiết kế bản mặt cầu bằng BTCT 5 D.Chọn hệ số sức kháng 5 E.Chọn hệ số sức kháng 5 F.Chọn tổ hợp tải trọng tác dụng 6 G.Tính toán nội lực do hoạt tải 6 H.Tính toán nội lực của dầm chủ do tĩnh tải 10 I.Tiết diện thiết kế yêu cầu 11 J.Thiết kế lực cắt 21 K.Kiểm tra ổn định 28 L.Tính toán mối nối dầm chủ 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.GS.TS. Lê Đình Tâm - Cầu Thép - NXB Giao thông vận tải, 2004. 2.GS.TS. Đoàn Định Kiến - Thiết Kế Kết Cấu Thép (theo quy phạm Hoa Kì AISC/ASD) - NXB Xây dựng, 2004. 3. PGS.TS. Nguyễn Viết Trung, TS. Hoàng Hà, KS. Lê Quang Hanh - Kết Cấu Nhịp Cầu Thép - NXB Xây dựng, 2005. 1.Các Số Liệu Thiết kế: 1.1 Chiều dài nhịp: ltt=36m. 1.2 Khổ cầu: k=8+2x1m. 1.2 Tải trọng: hoạt tải HL93. 1.4 Dầm thép liên hợp với bản bêtông cốt thép. 2.Nội Dung Thiết Kế: 2.1 Tính toán nội lực dầm chủ và duyệt tiết diện. 2.2 Tính neo liên kết. 2.3 Tính toán ổn định. 2.4 Tính toán mối nối dầm chủ. 2.5 Tính toán các liên kết trong tiết diện dầm chủ. 3.Tiêu Chuẩn Áp Dụng: Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế cầu thép là tiêu chuẩn ngành 22TCN 272-05. A/ Chọn tiết diện chung: 1.Chiều rộng phần xe chạy 10m là khoảng cách giữa hai mép của đá vỉa. 2.Bố trí nhịp giản đơn 36m. 3.Chọn kiểu dầm thép là kiểu tiết diện chữ I. Thép sử dụng là thép công trình cấp 345, có cường độ chảy min Fy = 345MPa, cường độ kéo min Fu = 450MPa. 4.Bêtông sử dụng cho bản mặt cầu là bêtông có fc’ = 30MPa. 5.Thép đường hàn là thép cấp 250. B/ Chọn tiết diện điển hình và cơ sở thiết kế: 1.Dầm I là dầm tổ hợp. a.Tổng quát: Thiết kế dầm chịu uốn theo: -TTGH cường độ. -TTGH sử dụng và kiểm tra độ võng. -TTGH mỏi và đứt gãy cho các chi tiết. -Yêu cầu mỏi cho vách. -Tính khả thi của cấu tạo. b.Tỉ lệ của các bộ phận chịu uốn. 0,1≤
≤ 0,9. Trong đó: Iy mômen quán tính của tiết diện dầm thép. Iyc mômen quán tính của bản biên chịu nén. -Đối với cầu dầm thép liên hợp với bản bêtông cốt thép thì các yều tố của mặt cắt ngang cầu có liên quan, có quan hệ mật thiết đến nhau: số lượng dầm, khoảng cách dầm là những yếu tố có liên quan mật thiết với nhau, theo kinh nghiệm thì cho thấy rằng việc bố trí khoảng cách dầm lớn, số lượng dầm chủ ít thì kinh tế hơn so với việc ta bố trí nhiều dầm chủ. Từ khuyến cáo đó ta chọn mặt cắt ngang của cầu như sau:
Hình1: Mặt cắt ngang cầu. 2.Vì dầm thép liên hợp với bản bêtông nên có sự phân bố lại ứng suất, phân tích theo đàn hồi. 3.Tiết diện dầm ta chọn là tiết diện dầm đồng nhất, mọi bộ phận của dầm đều dùng thép cấp 345, do đó hệ số triết giảm cường độ do xét đến sự không đồng nhất của tiết diện là Rh = 1,0. Đối với biên chịu nén nếu không có sườn tăng cường dọc, hoặc phương trình sau được thoả mãn thì hệ số truyền tải trọng được lấy bằng Rb = 1,0.
<
Cách khác: Rb = 1-
ar =
Đối với biên chịu kéo Rb =1,0. C. Thiết kế bản mặt cầu bằng BTCT: Bản mặt cầu bằng BTCT được thiết kế tương tự như khi thiết kế của bản mặt cầu bằng BTCT của cầu BT. Ở đây ta chỉ đưa ra kích thước cấu tạo của bản mặt cầu. D. Chọn hệ số sức kháng: 1.TTGH về mặt cường độ: {A6.5.4.2}. -Đối với cấu kiện chịu uốn ( = 1,0 -Đối với cấu kiện chịu cắt ( = 1,0 2.Các TTGH không thuộc TTGH cường độ ( = 1,0. E. Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng: ( biến đổi tải trọng ). Hệ số biến đổi tải trọng ( là hệ số đưa vào tính toán có liên quan đến tính dẻo, tính dư, và tầm quan trọng của cầu.
( 0,95 Trong đó: (D hệ số liên quan đến tính dẻo. (R hệ số liên quan đến tính dư. (L hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác. Với tất cả các trạng thái giới hạn không phải là trạng thái giới hạn cường độ (D = (R = 1,0. Bảng xác định (:   Cường độ  Sử dụng  Mỏi   (D  {A1.3.3}  0,95  1,0  1,0   (R  {A1.3.4}  0,95  1,0  1,0   (L  {A1.3.6}  1,05  KAD  KAD   (  {A1.3.2.1}  0,95  1,0  1,0   KAD: không áp dụng. F. Chọn tổ hợp tải trọng tác dụng: 1. TTGH cường độ: TTGH cường độ là tổ hợp tải trọng xét khi trên cầu có xe và không có gió. U = ({1,25DC + 1,5DW + 1,75(LL+IM)}. DC tĩnh tải các bộ phận của kết cấu và liên kết. DW trọng lượng của các lớp mặt cầu và thiết bị trên cầu. LL hoạt tải xe cộ. IM lực xung kích của xe cộ. 2. Trạng thái giới hạn về mặt sử dụng: U = 1,0(DC + DW) + 1,0(LL+IM) + 0,3(WS + WL) + 1,0FR. 3. Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy: U = 0,75(LL+IM). G. Tính toán nội lực do hoạt tải: 1. Chọn số lượng làn xe: {A6.3.1.1.1} Theo AASHTO thì số làn xe là phần nguyên của tỉ số giữa bề rộng cầu và 3500mm (bề rộng của 1 làn xe). NL = phần nguyên
= phần nguyên
=2 2. Hệ số làn xe:{A3.6.2.1} Số là xe  Hệ số là xe (m)   1  1,2   2  1,0   3. Hệ số xung kích IM (%): Bộ phận công trình  IM (%).   Mối nối bản mặt cầu  75   Mỏi  15   Tất cả các bộ phận khác  33   4. Xác Định Hệ Số phân Bố Mômen Của Dầm Trong Và Dầm Ngoài: Việc tính toán một cách chính xác sơ đồ tính không gian của cầu dầm thép liên hợp với bản bêtông là hết khó khăn và phức tạp, do đó để đơn giản người ta dùng cách tính gần đúng bằng cách đưa sơ đồ cầu thực tế về sơ đồ cầu phẳng và khi đó phải kể thêm hệ số phân bố ngang của hoạt tải. 4.1. Dầm trong: -Khi có một làn xe chất tải: mgMSI=0,06+
+Khi thiết kế sơ bộ chọn
=1,0 Trong đó: S- khoảng cách giữa các dầm chủ S=1800mm. L: chiều dài nhịp dầm L=36000mm. Suy ra mgMSE=0,347 -Khi có hai làn xe được chất tải: mgMMI=0,075+
=0,4876 (khống chế 4.2. Dầm ngoài: -Khi có một làn xe chất tải dùng phương pháp đòn bẩy:
 Hình 2: Tính hệ số phân bố mômen của dầm ngoài. mgMSE=0,471 khi xếp một làn xe thì hệ số làn xe m = 1,2 suy ra mgMSE = 0,471x1,2 = 0,566 -Khi có hai làn xe chất tải: mgMME=e x mgMMI với e=0,77+
=0,77+
=0,95 <1,0 (e = 1 Suy ra mgMME=e x mgMMI=1,0x0,4876=0,4876 Vậy hệ số phân bố mômen của dầm ngoài: mgM = mgMSE = 0,566. Trong đó: de = 500mm là khoảng cách từ dầm chủ ngoài cùng đến mép của đá vỉa (phần hẫng). 5. Xác định mômen tại tiết diện giữa nhịp của dầm trong và dầm ngoài: Giá trị mômen trong các dầm khi có kể đến lực xung kích: MLL+IM=mg[(MTr hoặc MTa)(1+
)+MLn] Trong đó: MTr mômen tại giữa nhịp dầm do xe tải thiết kế. MTa mômem tại giữa nhịp do xe hai trục thiết kế. MLn mômen tại giữa nhịp dầm do tải trọng làn thiết kế. IM là lực xung kích (%) Mg hệ số phân bố mômen của dầm tương ứng.
 Hình 3: Đường ảnh hưởng tính MTr tại giữa nhịp. MTr=145x9 +(145+35)x6,85 = 2538 kNm.
 Hình 4: Đường ảnh hưởng tính MTa tại giữa nhịp. MTa =110x8,7x2 = 1914 kNm.
 Hình 5: Ttải trọng làn tác dụng lên dầm. MLn =
=
=1506,6 kNm. Ta nhận thấy mômen tại giữa nhịp dầm do xe tải thiết kế là có giá trị lớn nhất, do vậy khi tính toán ta tính đối với nội lực do xe tải thiết kế gây ra. Từ đó ta xác định được mômen tại giữa nhịp dầm do hoạt tải gây ra khi chưa nhân hệ số là: 5.1. Dầm trong: MLL+IM=0,4876x(2538x1,33 +1506,6) =2380,5 kNm. 5.2. Dầm ngoài: MLL+IM=0,566x(2538x1,33 + 1506,6) = 2763,3 kNm. 6.Xác Định Hệ Số Phân Bố Lực Cắt Của Dầm Trong Và Dầm Ngoài: 6.1. Dầm trong: -Khi có một làn xe được chất tải: sử dụng công thức được thiết lập theo kinh nghiệm. mgVSI = 0,36+
= 0,597 -Khi có hai làn xe được chất tải: tương tự ta sử dụng công thức được thiết lập theo kinh nghiệm. mgVMI=0,2+
= 0,671 ( khống chế. 6.2. Dầm ngoài: -Khi có một làn xe được chất tải dùng phương pháp đòn bẩy ta xác định được hệ số phân bố lực cắt của dầm ngoài: mgVSE=1,2x0,471 = 0,566 ( khống chế. -Khi có hai làn xe chất tải: mgVME = e x mgVSE = 0,767x0,671=0,514 e = 0,6+
=0,6+
=0,767 7. Lực cắt tại gối của dầm chủ do hoạt tải gây ra là: Tương tự như mômen thì lực cắt do hoạt tải gây ra được tính cho cả dầm trong và dầm ngoài, giá trị lực cắt lớn nhất được tính là tại gối của dầm chủ. VLL+IM=mg[(VTr hoặc VTa)(1+
)+VLn]. Trong đó: VTr là lực cắt tại gối của dầm chủ do xe tải thiết kế gây ra, được xác định dựa vào đường ảnh hưởng của lực cắt tại gôi:
 Hình6: Đường ảnh hưởng+xếp xe tính VTr tại gối.
 Hình7: Đường ảnh hưởng+ xếp xe tính VTa tại gối.
 Hình8: Đường ảnh hưởng tímhVLn tại gối Từ đó ta tính được các giá trị lực cắt tại gối do các hoạt tải khác nhau gây ra là: VTr=299,235 kN VTa=216,33 kN VLn=167,4 kN Tương tự mômen xác định được lực cắt tại gối do hoạt tải gây ra khi chưa kể hệ số: 7.1. Dầm Trong: VLL+IM=0,671x(299,235x1,33 +167,4) =379,37 kN 7.2. Dầm ngoài: VLL+IM=0,566x(299,235x1,33 + 167,4) = 339,23 kN H. Tính Toán Nội Lực Của Dầm Chủ Do Tĩnh Tải: 1. Chọn tiết diện dầm chủ: Theo 22TCN272-05 khuyến cáo thì chiều cao của dầm thép được lấy tối thiểu như sau: ddt= 0,033x36 = 1,188m Chiều cao của toàn bộ dầm thép liên hợp với bản bêtông cốt thép được lấy như sau: d = 0,04x36 = 1,44m Chiều cao của bản mặt cầu lấy không nên nhỏ hơn 190 cm để đảm bảo cho dầm thép đủ khả năng chịu lực. Đồng thời chiều cao của bản BêTông được xác định theo AASHTO: ts= 1,2x(S+3000)/30=1,2x(1800+3000)/30=192mm. Vậy ta chọn chiều cao của bản mặt cầu ts =210mm Vì là đặc điểm dầm liên hợp do vậy mà bản mặt cầu sẽ cùng tham gia chịu nén cùng với biên trên của dầm thép do vậy mà kích thước của dầm thép cho phép giảm đến mức tối thiểu, Tuy nhiên việc chọn kích thước của dầm thép phải đảm bảo điều kiện ổn định của dầm thép khi nén. Qua một số đặc điểm của dầm liên hợp như trên ta có thể chọn tiết diện dầm như sau:
 Hình 9: Sơ bộ chọn tiết diện dầm liên hợp. Gọi D1 là tải trọng của dầm thép, bản mặt cầu, phần vút. D2 là trọng lượng của các lớp mặt cầu 75mmm. D3 là trọng lượng của lan can tay vịn, đá vỉa. w là giá trị của tải phân bố đều kN/m. Khi đó giá trị của mômen và lực cắt của dầm chủ lần lượt tại giữa nhịp và tại gối là: M=
=162w (kNm); V=18w (kN) 2. Nội lực dầm trong và dầm ngoài do tĩnh tải: 2.1. Dầm trong: D1:Bản mặt cầu =24x0,21x1,8x0,981=8,47kN/m. Phần vút =24x0,025x0,45x0,981=0,317kN/m. Phần dầm thép = (1,33x0,01+0,4x0,025+0,3x0,015)x78,5x0,981=1,98kN/m Suy ra D1=10,767kN/m D2: Các lớp mặt cầu =0,075x1,8x22,5x0,981=2,98kN/m. D3: Phần lan can tay vịn = 1,06kN/m. tính cho sáu dầm.
 Hình 10: Kích thước lan can tay vịn Mô men và lực cắt của dầm trong khi chưa có hệ số: Loại Lực  w (kN/m)  M (kNm)  V (kN)   D1  10,767  1744,25  193,80   D2  2,98  482,76  53,64   D3  1,06  171,72  19,08   LL+IM   2380,5  379,37   2.2.Dầm ngoài: D1 hoàn toàn giống với dầm trong =11,187 kN/m D2 Phần các lớp mặt cầu =1,4x22,5x0,075x0,981=2,31kN/m D3 phần lan can tay vịn =1,06 kN/m Mô men và lực cắt dầm ngoài khi chưa có hệ số: Loại lực  w (kN/m)  M (kNm)  V (kN)   D1  10,767  1744,25  193,80   D2  2,31  374,22  41,58   D3  1,06  171,72  19,08   LL+IM   2763,3  339,23   I. Tiết diện thiết kế yêu cầu: 1. TTGH cường độ: M=0,95x{1,25xD1+1,5xD2+1,25xD3+1,75x(LL+IM)} V=0,95x{1,25xD1+1,5xD2+1,25xD3+1,75x(LL+IM)} 1.1. Dầm trong: Mômen và lực cắt của dầm chủ khi có hệ số: M=0,95x(1,25x1744,25+1,5x482,76+1,25x171,72+1,75x2380,5)=6841,97 kNm V=0,95x(1,25x193,80+1,5x53,64+1,25x19,08+1,75x379,37)=959,93 kN 1.2.Dầm ngoài: Mômen và lực cắt của dầm chủ khi có hệ số: M=0,95x(1,25x1744,25+1,5x374,22+1,25x171,72+1,75x2763,3)=7402,46 kNm V=0,95x(1,25x193,80+1,5x41,58+1,25x19,08+1,75x339,23)=876,0 kN 2.Xét dầm liên hợp với bản bêtông cốt thép có các giai đoạn làm việc như sau: +Trọng lượng của dầm và bản bêtông khi chưa đông cứng là do dầm thép chịu. +Tải trọng tĩnh chất thêm là do dầm liên hợp dài hạn chịu. +Hoạt tải và lực xung kích là do tiết diện liên hợp ngắn hạn chịu. 3.Xác định chiều rộng có hiệu của bản mặt cầu: Do ta cấu tạo dầm ngoài và dầm trong là hoàn toàn giống nhau do đó là chiều rộng có hiệu của bản cánh dầm trong và dầm ngoài cũng hoàn toàn giống nhau -Chiều rộng có hiệu của dầm trong được xác định như sau: Bề rộng có hiệu của bản cánh dầm trong là giá trị nhỏ nhất của các số liệu sau: L/4=36/4=9,0m; S=1,8m; 12x0,2+0,01=2,41m. Vậy chiều rộng có hiệu của bản cánh dầm trong và dầm ngoài là bi =be =1,8m. 4. Tỉ số môđun: Đối với bêtông dùng cho bản mặt cầu có fc’ = 30MPa, theo {A6.10.5.1.1b} ta có n = 8. 5. Xác định đặc trưng hình học của tiết diện thử nghiệm: 5.1Tiết diện dầm thép:
 Hình 11:Đặc trưng hình học dầm thép. Diện tích dầm thép: A=133x1+40x2,5+30x1,5=278cm2 Mômen tĩnh của dầm thép: Ay = 40x2,5x1,25+133x1x69+30x1,5x135,75=15410,75cm3 Suy ra khoảng cách từ trục trung hoà đến đáy của dầm thép. Y =
= 55,43cm. Suy ra yt=81,57cm yb=55,43cm. Mômen quán tính của dầm thép là: I=40x
+40x2,5x54,182+1333/12+133x1x15,072+30x1,53/12+30x1,5x80,822=813800,0cm4 Mômen tĩnh của nữa tiết diện so với trục trung hoà là: Sb=14681,58cm3; St=9976,7cm3 5.2.Tiết diện dầm thép liên hợp bản BT dài hạn n=8 tại giữa nhịp: A=At+Abt=278+1/8(180x21+45x2,5+7,5x2x2)=748,62cm2 Ay =15410,75+1/8(180x21x149,5+45x2x138,5) = 85247,9cm3
 Hình 12: Đặc trưng hình học dầm liên hợp n=8 y b=
=113,87cm yt=160-111,53=46,13cm I2=813800,0 + 278x(113,87-55,43)2 + 1/8(180x213/12+180x21x36,132 + 45x23/12+45x2x24,632) = 2375904,2cm4 Sb=20865,0cm3; St=51504,53cm3 5.3.Tiết diện liên hợp ngắn hạn 3n=24:
 Hình 13:Đặc trưng hình học dầm liên hợp 3n=24 A=278+1/24(180x21+45x2,5+7,5x2x2)=434,87cm2 Ay=15410,75+1/24( 180x21x149,5+45x2x138,5 )=38689,85cm3 yb=88,97cm yt=160-88,97=71,03cm I3=813800,0+278x(88,97-55,43)2 + 1/24(180x213/12+180x21x61,032+45x23/12+45x2x49,532) = 1704033,7cm4 Sb=19152,9cm3 St=23990,3cm3 6. Kiểm Tra Tỉ Số Mômen Quán Tính:{A6.10.1.1} 0,1≤
≤ 0,9 Iyc,Iy lần lượt là mômen quán tính của bản cánh chịu nén và dầm thép với trục thẳng đứng trong mặt phẳng sườn dầm. Giới hạn này đảm bảo rằng việc tính toán ổn định do xoắn ngang là có hiệu quả. Iyc=(1,5x303)/12=3375cm4 Iy=3375+(2,5x403)/12+(133x13)/12=16719,4. 0,1 ≤
=
=0,2 ≤ 0,9 (thoả mãn. 7. Kiểm Tra Mỏi Của Sườn Dầm Khi Chịu Uốn: Độ mãnh của vách đứng được xác định theo công thức sau:
Trong đó:
độ mãnh của vách đứng. Dc là chiều cao của vách chịu nén trong giai đoạn đàn hồi (trường hợp mà tiết diện liên hợp chịu tác dụng thêm của tĩnh tải chất thêm). Dc=46,13cm
=1,0cm là chiều dày của sườn dầm. Về nguyên tắc sườn tăng cường sẽ ngăn cản hay chống lại sự mất ổn định của vách dầm, nhưng để bất lợi ta xét trường hợp không có sườn tăng cườn đứng hay phần sườn nằm giữa hai sườn tăng cường đứng. Khi đó ứng suất nén đàn hồi lớn nhất ở biên chịu nén khi uốn Fcf sẽ đại diện cho ứng suất uốn lớn nhất trong vách. Nếu
≤ 5,76
thì Fcf ≤ RhFyc Nếu 5,76
≤
≤ 6,43
thì Fcf ≤ RhFyc(3,58-0,448

) Trong đó: Rh = 1,0 hệ số triết giảm cường độ khi xét đến tiết diện lai. Fyc là cường độ chảy ở biên chịu nén, chọn thép cấp 345 như vậy giới hạn chảy của thép là Fyc=345Mpa. E=200GPa là môđun đàn hồi của thép. Ta có:
=
=92,26 5,76
=5,76
=138,68 (thoả mãn. Khi đó Fcf ≤ RhFyc lấy Rh=1,0 ( Fcf ≤ Fyc. Fcf ứng suất nén đàn hồi lớn nhất ở biên chịu nén khi uốn do tải trọng tĩnh không nhân hệ số và hai lần tải trọng mỏi. -Mômen do 2 lần tải trọng mỏi: Xe tải nặng qua cầu gấp gần 2 lần tải trọng mỏi do vậy ta phải nhân đôi Mômen do tải trọng mỏi gây ra tại giữa nhịp khi kể đến lực xung kích 15%:
 Hình 14: Mỏi tại giữa nhịp dầm MLL+IM = 2x0,75x mgMSx(LL+IM)/m Với: mgMS = 0,6 hệ số phân bố mômen của dầm ngoài. m = 1,2 khi ta xét một làn xe. Suy ra: MLL+IM=2x0,75x0,6x1,15{145(9+4,5)+35x6,85}/1,2= 1895,13 kNm. -Ứng suất nén khi uốn lớn nhất trong vách của dầm thép do tĩnh tải và hai lần tải trọng mỏi: Tải Trọng  MD1  MD2  MD3  MLL+IM  Stthép  Stliênhợp  US(MPa)   D1  1744,25     -9976,7   -174,8   D2   374,22     -23990,3  -15,6   D3    171,72    -23990,3  -7,1   LL+IM     1895,13   51504,03  3,6   Tổng        -193,9   Từ đó ta thấy Fcf = 193,9<345MPa như vậy đạt yêu cầu, nghĩa là dầm thép đã đảm bảo ổn định mỏi cho vách của dầm do uốn. 8. Tính Toán Ứng Suất Ở Trạng Thái Giới Hạn Về Cường Độ: 8.1. Ứng suất nén cực đại ở tại đỉnh của dầm thép do tải trọng có hệ số (dầm ngoài): Tải Trọng  MD1  MD2  MD3  MLL+IM  Stthép  Stliênhợp  US(MPa)   D1  2180,3     -9976,7   -218,5   D2   561,33     -23990,3  -23,4   D3    214,65    -23990,3  -8,9   LL+IM     4835,775   51504,03  9,4   Tổng        -241,4         0,95  -229,33   8.2. Ứng suất kéo cực đại tại đáy của dầm thép do tải trọng có hệ số (dầm ngoài): Tải Trọng  MD1  MD2  MD3  MLL+IM  Sbthép  Sbliênhợp  US(MPa)   D1  2180,3     14681,58   148,5   D2   561,33     19152,9  29,3   D3    214,65    19152,9  11,2   LL+IM     4835,775   20865,0  231,7   Tổng        420,7         0,95  399,66   9. Kiểm Tra Độ Đặc Chắc Của Tiết Diện: 9.1. Độ mãnh của vách dầm: Tiết diện đặc chắc là tiết diện mà khi đạt được mômen dẻo Mp thì cả bản biên, vách dầm đều đạt được mômen dẻo Mp. Độ mãnh yêu cầu của vách dầm cho tiết diện đặc chắc là:
≤ 3,76
Trong đó: Dcp là chiều cao phần vách dầm chịu nén. tw là chiều dày của vách dầm. Giả sử rằng trục trung hoà dẻo của dầm là đi qua bản mặt cầu: Chọn bêtông bản mặt cầu có fc’=30MPa, thép dầm là loại thép công trình có Fyc=345MPa. Xác định được trục trung hoà dẻo của dầm bằng cách cân bằng các lực dẻo: Lực dẻo trong bản mặt cầu: Ps=0,85x30x1800x210=9639kN. Lực dẻo trong bản biên trên: Prt=300x15x345=1552,5 kN. Lực dẻo trong bản biên dưới: Prb=400x25x345=3450kN. Lực dẻo trong vách dầm: Pw=1325x10x345=4588,5kN. Từ đó ta nhận thấy rằng Ps>Prt+Prb+Pw. Vậy trục trung hoà dẻo đi qua bản mặt cầu, nghĩa là chiều cao vùng nén của vách dầm bằng 0 ( DCP=0. Vậy
≤ 3,76
Khi đó thực chất chỉ có một phần chiều dày của bản là cân bằng với các lực dẻo của dầm thép. Gọi Y là khoảng cách từ trục trung hoà dẻo đến biên trên của bản, khi đó phần bản chịu kéo ta không xét để an toàn.
Ps = Pw +Prt +Prb Suy ra Y= tsx( Pw + Prt +Prb )/Ps = 21x( 4588,5+3450+1552,5)/9639=20,8cm. Xác định mômen dẻo Mp đối với tiết diện dầm: Ta có MP=dSPS+dwPw+dRTPRT+dRBPRB dS=Y/2=104mm. drt=210+40-7,5-208=34,5mm. drb=210+40+1325+12,5-20=1354,5mm. dw=210+40+1325/2-208=704,5mm. Suy ra MP=(104x
x9639+34,5x1552,5+1354,5x3450+704,5x4588,5)10-3=8952,09kNm. Theo điều kện đảm bảo cường độ thì: 0,95.
.Qi ≤
.Rn Rn là sức kháng danh định của tiết diện dầm. Hệ số sức kháng
= 1,0 (22TCN272-05) khi đó MN=MP=8952,09kNm. 0,95.
.Qi =7402,46kNm. Vậy trạng thái giới hạn cường độ I được thoả mãn. 9.2. Độ mãnh của biên chịu nén: Đối với tiết diện dầm đặc chắc thì không cần phải kiểm tra độ mãnh, độ ổn định của biên chịu nén hay nói cách khác là thường thì biên chịu nén luôn thoả. Để đánh giá độ mất ổn định của biên chịu nén ta xem biên chịu nén như là một cột riêng rẽ. Tiết diện dầm thép I liên hợp với bản bêtông cốt thép có biên trên của dầm nằm ở vùng chịu kéo, khi đó biên sẽ ổn định trên suốt chiều dài do đó mà ta không cần thiết phải yêu cầu độ mãnh. 9.3. Liên kết dọc chịu nén: Tương tự đây là tiết diện đặc chắc do đó ta không cần phải kiểm tra độ mãnh của liên kết dọc chịu nén. 9.4. Kiểm tra tính dẻo dai của tiết diện chịu mônmen: Như ta đã tính toán ở mục 8 thì ứng suất kéo lớn nhất tại biên dưới của dầm thép do tải trọng có hệ số là 399,66MPa. Ứng suất này vượt quá giới hạn chảy của thép công trình cấp 345, khi đó dầm thép sẽ làm việc trong miền dẻo vì vậy mà ta cần phải kiểm tra tính dẻo dai của dầm thép. Điều kiện: DP ≤ (d+tS+th)/7,5 Trong đó: DP là khoảng cách từ trục trung hoà dẻo của dầm đến đỉnh bản DP=208mm. d: chiều cao của tiết diện dầm thép d=1325mm. tS là bề dày của bản mặt cầu tS=210mm. th là chiều cao của phần vút th=25mm. Suy ra: (d+tS+th)/7,5=(1325+210+25)/7,5=208mm=DP Như vậy tất cả các yêu cầu về uốn đều thoả mãn. 9.5. Kiểm Tra Dầm Trong Trạng Thái Giới Hạn Sử Dụng: 9.5.1.Kiểm tra độ võng không bắt buộc: Độ võng cho phép của dầm theo AASHTO lấy bằng
Lnhịp=
36000=45mm. Độ võng không bắt buộc ở đây là độ võng do hoạt tải gây ra trong dầm tại vị trí giữa nhịp (dầm đơn giản). Độ võng do hoạt tải gây ra có thể được xét đối với hai trường hợp hoạt tải: +Trường hợp có một xe tải thiết kế: +Trường hợp 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế. Các làn đều được chất tải và các dầm đở làn đều võng và giả thiết là các dầm đều võng như nhau. Khi đó hệ số phân bố độ võng có thể lấy bằng số làn chia cho số dầm: DF=2/5=0,4. -Xét trường hợp xe tải đơn thiết kế:
 Hình 15: Tính võng tại giữa nhịp dầm Các tải trọng gây võng cho một dầm: P1=35x0,4x1,33=18,62kN. P2=P3=145x0,4x1,33=77,14kN. Độ võng do tải trọng P2 gây ra là: fP2=
=77,14x363109/48x200000x10-3x2375904,2x104 =15,78mm. Độ võng của dầm do tải trọng P1vàP3 gây ra là: FP2,P3=
(77,14+18,62)(
+
)=17,39mm. Vậy tổng độ võng do hoạt tải kà xe tải đơn thiết kế là: 15,78+17,39=33,17mm. -Độ võng của dầm do 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế là: +25% xe tải thiết kế: =33,17x0,25=8,3mm. +Độ võng do tải trọng làn thiết kế:
 Hình 16: Xếp tải tọng làn cho dầm fLn=
=
=8,56mm. Tổng độ võng của dầm = 8,3+8,56=16,86mm < 33,17mm < 45mm. Vậy độ võng không bắt buộc của dầm được thoả mãn. 9.5.2.Kiểm tra ứng suất của dầm trong giai đoạn sử dụng bình thường: Theo AASHTO thì trong giai đoạn sử dụng tải trọng tác dụng lên dầm gồm có: tĩnh tải D1,D2,D3 và hoạt tải 1,3(LL+IM). Ứng suất này phải tính toán đối với cả hai biên của dầm thép. Ứng suất đà hồi lớn nhất của bản biên trong giai đoạn sử dụng: ff=0,95xRhxFyf=0,95x1,0x345=327,75MPa. Ứng suất của bản biên trên của dầm thép do mômen sử dụng: Tải Trọng  MD1  MD2  MD3  MLL+IM  Stthép  Stliênhợp  US(MPa)   D1  1744,25     -9976,7   -174,8   D2   374,22     -23990,3  -15,6   D3    171,72    -23990,3  -7,1   1,3(LL+IM)     3592,29   51504,03