Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG IV :THIẾT KẾ NÚT GIÀN SỐ IV

CHƯƠNG IV :THIẾT KẾ NÚT GIÀN SỐ IV

Tải bản đầy đủ - 0trang

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

nhất bằng bulơng và bulơng cường độ cao. Đối với tiết diện một vách đứng thì bản

nút có thể là một bản đơn. Các tiết diện H và hộp được liên kết bằng một bản nút

kép.

Bản nút thường được cấu tạo bằng một hoặc hai bản thép liền. Khi cạnh tự do

của bản nút chịu nén, có thể cần tăng cường bằng các sườn tấm hoặc thép góc để

chống mất ổn định. Khi thiết kế, cần chú ý đến khả năng ứng suất trong bản nút

khi thi công ngược dấu ứng suất trong khai thác.

Bản nút được thiết kế theo phương pháp tiết diện dựa trên cường độ qui ước

của vật liệu. Theo phương pháp tiết diện bao gồm việc nghiên cứu ứng suất của

nhiều mặt phẳng bản nút và thanh giàn. Tuy nhiên khi gặp bản nút có hình dạng

bất thường thì có thể dùng phương pháp phần tử hữu hạn. Khi thiết kế bản nút

ngồi u cầu chịu lực còn phải thõa mãn yêu cầu cấu tạo và cẩu lắp.

Lực dọc tác dụng từ thanh vào hoặc ra khỏi nút giàn tạo thành một khối ứng

suất cắt quanh các liên kết, giả thiết có góc nghiêng khoảng 300 .

Trình tự thiết kế nút giàn:

1. Vẽ đường tim các thanh giàn.

2.Xác định các bộ phận cần liên kết ra ngoài mặt phẳng giàn như dầm ngang,

hệ liên kết dọc.

3.Xác định loại hình liên kết.

4.Cấu tạo đầu các thanh cần nối. Bản nút sẽ được thiết kế theo cường độ thiết

kế trung bình của các thanh giàn chịu tải trọng có hệ số nhưng khơng nhỏ hơn

75% cường độ thiết kế. Cường độ thiết kế lấy trị số nhỏ nhất của:

+ Cường độ thanh.

+ Khả năng của cột nhịu nén.

+ Cường dộ dựa trên tỉ số rộng /dày.

Các góc của thanh xiên phải đặt sát với vách đứng của thanh biên và thanh

đứng. Bulông để liên kết bản nút phải đặt đúng trọng tâm thanh

5. Xác định đường bao ngoài của bản nút. Bước này chủ yếu phụ thuộc vào các

thanh xiên.

6.Xác định chiều dày của bản nút thỏa mãn các điều kiện trong Tr.144 sách

Cầu thép. Ta sẽ kiểm tra ở phần sau.

7.Thiết kế mối nối thanh (tại nút) theo khả năng chịu lực của thanh. Bố trí bản

nút và các liên kết phụ để cân bằng với các thanh cần nối (bản đệm, bản táp).

8. Xác định vị trí các lỗ bulơng và khoảng cách đến hai đầu thanh.

4.1.Tính số bulơng liên kết các thanh giàn

Chọn bulơng cường độ cao có đường kính danh định 20mm, đường kính lỗ

chuẩn 22mm.

Số bu lơng cần thiết được xác định từ điều kiện cân bằng cường độ của thanh

và liên kết(quan niệm thanh và bu lông cùng phá hoại) .Khi đó số bu lơng được

tính :



SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 56



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

n



Pr

Rn



(4.1)



Trong đó:

Pr: sức kháng của thanh

Rn: là sức kháng danh định nhỏ nhất của 1 bulơng.

4.1.1. Tính sức kháng danh định của một bu lông

Trong cầu , mối nối bu lông chịu ép mặt không được dùng trong các liên kết chịu

ứng suất đổi dấu , do đó tại bản nút ta dùng liên kết bu lông cường độ cao chịu ma

sát

 Sức kháng trượt danh định của một bu lông (A6.13.2.8)

Rn = KhKSNSPt

(4.2)

Trong đó:

KS: là hệ số điều kiện bề mặt qui định, chọn bề mặt loại B, KS = 0,5

Kh: là hệ số kích thước lỗ, với lỗ tiêu chuẩn Kh = 1

NS: là số lượng mặt ma sát cho mỗi bulông, Ns = 1

Pt: lực căng tối thiểu yêu cầu của bulông, với bulông 22mm A325M, P t =

176MPa.

vậy: Rn = 1.0,5.1.176 = 88kN.

→ Sức kháng tính tốn của bu lông là Rntt = Rn  bb =88.0,8 =70,4kN

Do AASHTO yêu cầu rằng thanh liên kết với bản nút phải truyền 75%

cường độ thiết kế hoặc là giá trị trung bình của tải trọng có hệ số và cường

độ thiết kế và ta chọn giá trị lớn hơn

→ Sức kháng thiết kế của thanh= Max( 0,75Pr , (Pr+Nmax)/2)

- Ta tính và chọn số bulơng để liên kết các thanh giàn tại nút số 4 trong bảng

sau:

Bảng 4.1:

chịu

Pr

n(bu

Thanh lực Pr(kN) 75%Pr Nmax 0.5(Pr+Nmax) (chọn) Rn(kN)

lông)

43'

nén 3931.6 2948.7 3844.9

3888.25

3888.3

70,4

55,23

45'

nén 5058.1 3793.58 5032.3

5045.2

5045.2

70,4

71,67

43

nén 2834.4 2125.8 2432.8

2633.6

2633.6

70,4

37,4

45

kéo 3492.9 2619.68 1729.7

2611.3

2619.68

70,4

37,21

44'

kéo 1874.8 1406.1 1141.2

1508

1508

70,4

21,42

Số lượng bulơng thực tế được chọn khi bố trí các thanh giàn trong nút.

4.1.2. Bố trí bulơng: dựa vào các yêu cầu sau:

- Khoảng cách tối thiểu giữa tim bulơng đến tim bulơng khơng nhỏ hơn ba lần

đường kính:

d ≥ 3.22 = 66mm



SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 57



số BL

chọn

56

72

38

38

22



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

=> Chọn dmin = 70 mm.

- Để đảm bảo ép xit mối nối, chống ẩm, khoảng cách từ hàng bulơng ngồi

cùng đến cạnh tự do của bản nối hay thép hình phải thỏa mãn:

S ≤ (100 + 4t) ≤ 175, với t là chiều dày nhỏ nhất của bản nối hay thép hình.

- Khoảng cách nhỏ nhất từ lỗ bulông đến mép thanh qui dịnh trong bảng

A.6.13.2.6.6-1 và không lớn hơn 8 lần chiều dày của bản nối mỏng nhất hoặc

125mm.

- Bước dọc bu lông liên kết các bộ phận của thanh chịu nén không vượt q 4

lần đường kính bu lơng (4.22=88mm)trên đoạn chiều dài 1,5 lần chiều rộng lớn

nhất của thanh

4.2.Tính tốn nút giàn số 4

Căn cứ vào số lượng thanh bố trí trong nút, diện tích tiết diện thanh, số lượng

bu lơng liên kết để định ra cấu tạo bản nút, nhưng khi bố trí phải thoả mãn các

nguyên tắc cấu tạo đối với bu lông.

Chọn sơ bộ chiều dày bản nút là δ = 20mm.



working line

Pr43'=3888.3kN



Pr45'=5045.2kN

5

192

D



56

0



2



A

2



3



L=659



3



C



0

56



L=659



A



6

30°

1



4

26

0



1



4

372



372



Pr43=2633.6kN



0

26



44'



working line Pr =1508 kN



Pr45=2619.68kN



working line

Hình 5.1 Nguyên tắc thiết kế nút giàn

Kiểm tra nút giàn số 4 thỏa mãn các điều kiện sau:

4.2.1. Tải trọng tác dụng lên thanh xiên có thể được chia thành các thành phần

song song và vng góc với đường A-A trên hình 15 (ngang và đứng). Ứng suất

cắt xuất hiện dọc theo tiết diện nguyên theo đường A-A qua hàng bulông cuối

cùng. Tổng ứng suất cắt này phải cân bằng với lực ngang trong các thanh xiên

SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 58



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

(nếu có cùng chiều). Ứng suất cắt này (gọi là f V) không được vượt quá fy/1.35√3.

Trong đó fy là cường độ chảy của thép, MPa.

Tại mặt cắt A-A, trên mặt bằng có bề rộng là 1520 mm, chiều dày 20mm . ứng

suất cắt thiết kế



fy



=



250



=106,92 Mpa, hình chiếu của tải trọng xuống



1,35. 3 1,35. 3

phương nằm ngang là ( Pr45  Pr43 )cos  =(2633,6 +2619,68)0,5547=2913,99 KN

2913,99.10 3

Ta thấy: fV =

=47,93 MPa < 106,92MPa => đạt.

1520.20.2



4.2.2.Ứng suất nén xuất hiện tại mép của bản nút dọc theo tiết diện A-A bởi

thành phần lực thẳng đứng trong các thanh xiên tác dụng tại điểm C và D và

thành phần lực trong thanh đứng chịu nén hoặc phản lực của dầm ngang. Ứng

suất nén không vượt quá ứng suất trong cột có chiều dài tự do là L hoặc b. Nếu tỉ

số mảnh L/r =3.46.L/t của mép bản nút chịu nén lớn hơn 120, hoặc nếu ứng suất

nén trong mép bản bị vượt quá, phải cấu tạo thêm một thép góc tăng cường. Tỉ số

L/r của tiết diện tạo bởi thép góc cộng 300mm cho phép trong cột. Ngồi ra còn

kiểm tra L/r của bản nút chịu nén, tỉ số rộng /dày b/t của mỗi cạnh tự do phải

được kiểm tra để đảm bảo ứng suất không vượt quá 348 Fy

Đối với nút số 4

∑N = (N34 – N45).sinα = (2432,8 – 1729,7).sin55018’36’’

= 578,12 KN

Ứng suất tại mép tiết diện A-A là :

fc =



P 6M



A td 2



với P : ứng suất theo phương thẳng đứng ; P=578,12KN

A: diện tích của bản nút tại mặt cắt A-A ; A=2.20.1520=60800 mm2

M : mômen gây ra do lực P tại tiết diện kiểm tra ; M= P.sin  .e

e : khoảng cách từ trọng tâm thanh đứng đến điểm C(hoặc D) ; e=192mm

578,12.10 3 6.578,12.0,832.192.10 3



=15.50 Mpa

60800

2.20.1520 2

+ ta có b=L=659 mm, t=20mm→b/t=32,95 <914/ Fy =57,81→ OK



→ fc=



+Ta có L/r=3,46L/t=3,46.659/20=114 < 120 → khơng cần thép góc tăng cường

+Độ mảnh lớn nhất ứng với ứng suất nén lớn nhất trong cột ở đây được tính

L

2 2 E

2 2 200000



=

=125,66

r

Fy

250



Mặt khác ta có L =659 mm , để xác định r ,AASHTO xem mép bản nút như cột

chịu nén có kích thước như sau : dài L=659 mm ,dày t=20 mm ,rộng 300mm

→r=



I

1 / 12.20 3.300

=5,77 mm



A

300.20



→ L/r=659/5,77=114,21<125,66

SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 59



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

→ Ứng suất nén trong cột có chiều dài tự do L là

fa= 0,85.Fy ( 1-



250

L 2

(

)

)

(114 ,21) 2 ) =124,74 Mpa

=0,85.250.(12

2

4 E r

4 200000

Fy



>15,50 Mpa → OK

4.2.3 Tại thanh xiên:

V1 + V2 ≥ Pd

Trong đó:

Pd: lực trong thanh xiên (N)

V1: sức kháng cắt (N) dọc theo đường 1-2 va 3-4, V1 



Ag Fy

3



2



Ag: diện tích tiết diện nguyên dọc theo tuyến mm .

V2: sức kháng dọc trục (N) theo tiết diện 2-3 dựa trên An.fy cho thanh xiên chịu

lực kéo hoặc Ag.Fg cho thanh xiên chịu nén.

An: diện tích thực, mm2 của tiết diện.

fg: ứng suất nén cho phép.

Ta bảng kiểm tra sau (tính cho 1 tấm bản nên lấy Pd = Pr/2)

Bảng 4.2:

Ag23,

Thanh

A12,

A34,

fy,

V1,

An23, fg or fy, V2,

V1+V2,

Lực

2

2

2

xiên

mm

mm MPa

kN

mm

MPa

kN

kN

mm2

43

Nén 11200 11200 250 1616.58 2000 250

500.0 2116.58

45

Kéo 11200 11200 250 1616.58

1496

250

374.0 1990.58

Kiểm tra trong bảng sau:

Bảng 4.3:

Thanh xiên V1+V2, kN

Pr , kN

Pd, kN Kết luận

43

2116.58

2633.6

1316.8

Đạt

45

1990.58

2611.3

1305,65

Đạt

4.2.4. Giả thiết ứng suất truyền từ thanh xiên vào bản nút trong phạm vi các

đường xiên 300 so với trục thanh tính từ mỗi hàng bulơng ngồi (đường 1-5 và 4-6

trên hình 15). Như vậy ứng suất trong các tiết diện vng góc với trục thanh xiên

của hàng bulông cuối cùng (theo đường 5-6) và trong phạm vi của vùng hình

thang này khơng được vượt q Fy trên tiết diện thực đối với thanh xiên chịu kéo

và Fg đối với thanh xiên chịu nén.

Dựa vào hình vẽ ta thấy đường 5-6 cắt qua 2 bulông, và đường 5-6 dài 999mm,

từ đó tính được Ag, An (tính cho 2 bản nút).

Kết quả tính tốn và kiểm tra cho trong bảng tính sau:

Bảng 4.4:

Thanh Lực

Pr ,kN

Ag, mm2 An, mm2 f56, MPa

fg or fy, MPa Kết luận

43

Nén

2633.6 39960

65,91

250

Đạt

45

Kéo

2611.3

37944

68,82

250

Đạt

SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 60



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí



→ Như vậy bản nút thỏa tất cả các điền kiện kiểm tra.

Vậy ta chọn bản nút như dự kiến có các kích thước như sau:



1161



939



939



1520



20

333



854



333



Hình 5.2: Kích thước của bản nút (một bản)

4.2.5 Thiết kế mối nối thanh biên tại nút theo khả năng chịu lực của thanh

Từ nguyên lý cân bằng lực



N

N

=

→ A thanh =A nut

Athanh Anut



Xét đối với thanh 45’

Ta có Athanh =256.88 cm2 , A nut=2.20.320/100=128 cm2 → Abảntáp=256.88128=128.88cm2.Ta chọn bản táp có bề dày 12mm

→ Anut=128+4.12.320/100=281,16 cm2 > 256,88 cm2

Được bố trí như sau



SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 61



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí



BẢ

N NÚ

T DÀ

Y 20mm



BẢ

N TÁ

P DÀ

Y 12 mm

Đối với thanh 43’ do bản biên có bề dày nhỏ hơn bản biên của thanh 45’ nên bố

trí thêm bản đệm dày 6 mm



THANH 43'



BẢ

N ĐỆ

M DÀ

Y 6mm

Bố trí các thành phần trong bản nút như sau:



SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 62



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí



2BÂ 320X20



2



80×8



60



1520

10



55



80×8



55



I



60



60



I



400



80



100



80



62



51

70



51



7×100



80







80



40



400



70



70



II



400



40



120



80



100



80



70



40



400



BN 372X12



BN 376X12



9



2BÂ 400X14

8



400



BN 372X14

6



BN 348X26



60



80



1



240



BN360X20



40



II



7



2BÂ 200X12

6



2BÂ 400X14



Hình 5.3: Mặt cắt chính diện nút giàn số 4.



SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 63



5



3



2BÂ 320X26



4



Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí



CHƯƠNG V : BẢNG PHỤ LỤC

 Phụ lục

+ Các tài liệu tham khảo

1- Giáo trình cầu thép , tác giả GS. Lê Đình Tâm

2- Tiêu chuẩn 22TCN 272-05& AASHTO LRFD 1998

3- Steel design hand book ( section: truss bridges)

4- Bài giảng cầu thép – Gv.ThS Nguyễn Văn Mỹ

5- Kết cấu nhịp cầu thép – tác giả Nguyễn Viết Trung

6- Cơ sở thiết kế và ví dụ tính tốn cầu dầm và cầu dàn thép – tác giả Nguyễn

Bình Hà và Nguyễn Minh Hùng ( Nhà xuất bản xây dựng)



SVTH: VÕ MINH TIẾN



Lớp: 04X3A



Trang: 64



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG IV :THIẾT KẾ NÚT GIÀN SỐ IV

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×