Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



- Cự li tim đến tim của bulông với các lỗ tiêu chuẩn không được lấy nhỏ hơn 3 lần

đường kính bng.

- Cự li tối đa của bulơng trên một tuyến tim đơn 1 hàng kề liền với mép tự do của

bản táp ngồi hay thép hình phải thỗ mãn:

S  (100 + 4,0t)  175



(3.1)



- Nếu có một tuyến trục thứ hai bố trí so le các bulơng một cách đều đặn với tuyến

tim liền kề với mép tự do có khoảng cách khơng nhỏ hơn 38 + 4,0t thì cự li tính so le S

giữa hai tuyến tim đó phải thỗ mãn :

S  100 + 4,0t 



3g

 175

4



(3.2)



Cự li này không được nhỏ hơn một nữa so với yêu cầu đối với tuyến tim đơn.

Trong đó:



t: chiều dày của tấm ốp ngồi hay thép hình, lấy giá trị nhỏ hơn.

g: khoảng cách giữa các bulông.



145 kN 110 kN



110 kN



4.2. Tính tốn:

4.2.1.Tính tốn nội lực tại tiết diện mối nối:

4.2.1.1. Mơmen tại mối nối:



145 kN



4300



4300



35 kN



1200



6700



dah Mmn



2.664



3.798



4.933

4.616



DC=17,182kN/m

DW=3.234kN/m

TTL=9.3kN/m

PL=3.0kN/m2



25400



Hình 3.2 Đường ảnh hưởng mơmen tại mối nối.

Bảng tính tốn hoạt tải xe.

L(m)



x(m)







Tải

trọng

bánh



SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



yi



Pi.yi



Tổng

cộng



Max Pi.yi



Trang 66



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



145

145

25,4

6,7

62,649

35

110

110

Mômen tại mặt cắt mối nối dầm chủ:



4,933

3,798

2,664

4,933

4,616



715,285

550,71 1359,235

93,24

542,63

1050,39

507,76



1359,235



- Theo trạng thái giới hạn cường độ 1:







M

M

M

M

M môi nôi  . mg LL

. LL

.�

(1  IM).�Pi .yi  9,3.�



� g PL . PL .PL.     DC .DC   DW .DW). 



110 kN



145 kN 110 kN



= 1,00.{0,628.1,75.[(1+0,25). 1359,235+ 9,3. 62,649] +1,322.1,75.3,0. 62,649+

(1,25.17,182+1,5.3,234). 62,649}= 4591,835 kN.m

4.2.1.2. Lực cắt:











6700



35 kN



4300



TTL=9.3kN/m

PL=3.0kN/m2

DC=17,182kN/m

DW=3.234kN/m

dah Vmn



0.398



1



145 kN



0.736

0.264

0.689



4300



0.567



1200



2



25400



Hình 3.3 Đường ảnh hưởng lực cắt tại mối nối.

Bảng tính tốn hoạt tải xe.

L(m) x(m)



25,4



6,7







0,884







6.882



Tải

trọng

bánh

145

145

35

110

110



yi



Pi.yi



0,736

0,567

0,398

0,736

0,689



106,72

82,215

13,93

80,96

75,79



Tổng

cộng



Max

Pi.yi



202,895

202,895

156,75



Lực cắt tại mối nối dầm chủ:

- Theo trạng thái giới hạn cường độ 1:

SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 67







Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản







V

M

V

V

Vmôi nôi  . mg LL

. LL

.�

(1  IM).�Pi .yi  9,3.2 �



� g PL . PL .PL.2    DC .DC   DW .DW).(2  1 



= 1,00.{0,628.1,75.[(1+0,25). 202,895+ 9,3. 6,882] +1,322.1,75.3,0. 6,882+

(1,25.17,182+1,5.3,234).( 6,882-0,884)}

= 554,749kN

4.2.1.3. Tổng hợp nội lực:

TTGH

Cường độ 1



Mômen (kN.m)

4591,835



Lực cắt (kN)

554,749



4.2.2. Xác định sức kháng danh định của một bulông:

4.2.2.1. Sức kháng cắt của bulông: (A.6.13.2.7)

Sức kháng cắt danh định của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ trong các mối nối

mà chiều dài giữa các linh kiện liên kết xa nhất đo song song với đường tác dụng lực nhỏ

hơn 1270mm phải lấy như sau:

-Nơi mà các đường ren bị loại trừ khỏi mặt phẳng cắt:

Rn = 0,48.Ab.Fub.Ns



(A6.13.2.7-1)



(3.3)



-Nơi mà các đường ren bao gồm trong mặt phẳng cắt:

Rn = 0,38.Ab.Fub.Ns



(A6.13.7.2-2)



(3.4)



Trong đó:

- Ab: diện tích của bulơng tương ứng với đường kính danh định (mm2)

Ab =  .



20 2

314,16mm 2

4



- Fub: cường độ kéo nhỏ nhất qui định của bulông . Tra bảng (4.7) sách thiết kế cầu thép

ta có: Fub = 820Mpa.

- Ns: số lượng các mặt phẳng cắt tính cho mỗi bulông, với Ns=2

Vậy sức kháng cắt danh định của bulông trong các mối nối:

-Thay vào công thức (3.3) nơi mà các đường ren bị loại trừ khỏi mặt phẳng cắt:

Rn = 0,48.314,16.820.2.10-3 = 247,307kN

- Thay vào công thức (3.4) nơi mà các đường ren bao gồm trong mặt phẳng cắt:

Rn = 0,38. 314,16.820.2.10-3 = 195,784kN

SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 68







Đồ án môn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



4.2.2.2. Sức kháng ép mặt của bulơng: (A.6.13.2.9)

Diện tích chịu ép mặt hiệu dụng của bulơng phải lấy theo đường kính của nó nhân với

chiều dày của vật liệu liên kết mà trên đó nó ép.

Đối với lỗ tiêu chuẩn, sức kháng ép mặt danh định của lỗ bulơng ở phía trong và ở đầu

ở trạng thái giới hạn cường độ Rn được lấy như sau:

- Với các bulơng có khoảng cách trống giữa các lỗ không nhỏ hơn 2,0d và với

khoảng cách trống ở đầu không nhỏ hơn 2,0d:

Rn = 2,4.d.t.Fu



(A6.13.2.9-1)



(3.5)



- Nếu hoặc khoảng cách trống giữa các lỗ nhỏ hơn 2,0d hoặc khoảng cách trống ở

đầu nhỏ hơn 2,0d:

Rn = 1,2.Lc.t.Fu



(A6.13.2.9-2)



(3.6)



Trong đó:

- d: đường kính danh định của bulơng (mm), d=20mm

- t: chiều dày bản nối, t = 20 (mm).

- Fu: cường độ kéo của vật liệu liên kết,Fu=400 (MPa)

- Lc: khoảng cách trống giữa các lỗ hoặc giữa lỗ đến đầu thanh theo phương tác dụng

của lực (mm).

Thay vào cơng thức (3.5) ta có:

Rn = 2,4.d.t.Fu = 2,4.20.20.400.10-3 = 384kN

4.2.2.3. Sức kháng trượt của bulông: (A.6.13.2.8)

Sức kháng trượt danh định của bulông ở trong liên kết phải được lấy như sau:

Rn = Kh.Ks.Ns.Pt



(A.6.13.2.8-1)



(3.7)



Trong đó:

- Ns: số lượng mặt ma sát tính cho mỗi bulơng, Ns=2

- Pt: lực kéo yêu cầu nhỏ nhất của bulông quy định trong bảng (A6.13.2.8-1)

ta có Pt=179kN

- Kh: hệ số kích thước lỗ qui định trong bảng (A6.13.2.8-2), Kh=1.

- Ks: hệ số điều kiện bề mặt qui định trong bảng (A6.13.2.8-3), bề mặt loại B K s=0,5

Thay vào cơng thức (3.7) ta có:

SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 69



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



Rn = Kh.Ks.Ns.Pt = 1,0.0,5.2.179000.10-3 = 179 kN

Vậy sức kháng trượt của một bu lông là: Rr=ϕs.Rn=0,8.179=143,2 kN

4.2.2.4. Tính tốn mối nối biên dầm:

Mối nối biên dầm được thiết kế bằng bulơng cường độ cao đường kính d = 20mm có

cường độ chịu kéo nhỏ nhất 820MPa.

Ứng suất tại trọng tâm liên kết bản biên khi xem như mép trên của bản biên đạt đến giới

hạn chảy Fy:

f c  Fy .



2.y

2.737,5

 250.

 229,167MPa

D

1500



Chọn thép bản nối có tiết diện 500x20mm và 2x230x20mm.

- Diện tích bản nối: Ag = 500.20 + 230.20.2 = 19200 (mm2)

- Diện tích lỗ bulơng:dự kiến bố trí 4 hàng bulơng: Alỗ = 4.20.22.2 = 3520 (mm2)

- Diện tích thực: An = 19200 – 3520 = 15680 (mm2) > Agf = 500.25=12500 (mm2)

Nội lực tính tốn trong bản biên:

Nb = fc.An = 229,167.15680.10-3 = 3593,339 (kN)

Vậy số bulơng cần thiết bố trí cho liên kết bản biên là:

n=



N b 3593,339



 25,093 (bulông). Chọn n = 28 (bulơng).

Rr

143, 2



500

110



160



110



60



202520



60



16



Hình 3.4. Mặt cắt ngang mối nối biên dầm.



SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 70



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xn Toản



4.2.3. Tính tốn mối nối sườn dầm chủ:

4.2.3.1. Tính tốn nội lực sườn dầm tại mối nối:

- Mơmen qn tính sườn dầm:

IS 



1

.16.14503  4,0648.109 mm 4

12



- Momen quán tính dầm chủ:

Ix = 1,766 .1010mm4

- Nội lực sườn dầm như sau:

+ Lực cắt: Vmối nối = 554,749kN.

Ic

4,0648.109

 1056,902kNm

+ Momen: Ms = M môinôi .  4591,835.

I

1,766.1010

4.2.3.2 Chọn và bố trí đinh liên kết:

Cũng dùng cùng loại bulông cường độ cao như ở liên kết biên dầm: đường kính d =

20mm, đường kính lỗ chuẩn 22mm, cường độ chịu kéo nhỏ nhất 820MPa.

Bản nối được chọn có tiết diện: 12x1330mm

Ngồi những chú ý về cấu tạo của bulơng phần biên dầm ta còn có một số chú ý về

cấu tạo của phần mối nối sườn dầm:

- Bước dọc của bulông kề nhau không vượt quá:

12.t = 12.12 = 144 (mm)

- Khoảng cách ngang giữa các hàng bulông kề nhau không vượt quá:

24.t = 24.12 = 288 (mm)

4.2.3.3. Tính tốn mối nối sườn dầm chủ:

- Sườn dầm cũng được tính tốn theo tiết diện giảm yếu: diện tích giảm yếu của tiết diện

bản nối phải  diện tích sườn dầm cần nối.

- Để đơn giản trong tính tốn ta có thể lấy diện tích giảm yếu bằng 15% diện tích của

sườn dầm cần nối. Do đó:

+ Diện tích nguyên sườn dầm: A = 1450.16 = 23200 mm2.

+ Diện tích lỗ đinh: Alỗ = 0,15.23200 = 3480 mm2

+ Diện tích giảm yếu của bản nối: Agy = 2.1330.12 - 3480 = 28440 mm2 > A =23200mm2

Chọn và bố trí liên kết như hình vẽ:

SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 71



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



100 100 100 100 100 100 65



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



Pb

Pv



R



50100 100 60



X



Hình 3.6 Cấu tạo liên kết ở sườn dầm

Mômen tác dụng cân bằng với tổng mômen kháng là tổng mômen kháng của các đinh

trong nhóm.

M 



Pb .J

M .c

 Pb 

c

J



(3.8)



Trong đó:

- M: mơmen tác dụng, M = Ms + d.Vmn = 1056,902 + 0,15. 554,749= 1140,114 kNm

- Pb: lực do M gây ra ở đinh xa nhất trong nhóm đinh.

- J: tổng bình phương khoảng cách của các đinh trong nhóm tính đối với trọng tâm

của nhóm đinh (mm2 ).



�x =26.100 = 26.10 mm

= �y =2.3.(100 + 200 + 300



Jx =

Jy



2

i



2

i



2



4



2



2



2



2



+ 4002 + 5002 + 6002) = 546.104mm2



Vậy J = Jx + Jy = 572.104mm2

SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 72



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



- c: khoảng cách từ đinh xa nhất đến trọng tâm nhóm đinh.

c=

Như vậy ta có: Pb 



6002  1002  608, 276mm



M.c 1140,114.103.608, 276



 121, 667kN

J

572.104



Lực cắt do tải trọng gây ra là: Pv =



V 554,749



 14, 224kN

n

39



Vậy lực cắt lớn nhất tác dụng lên đinh xa nhất do tải trọng có hệ số và lực cắt do mômen

gây ra là:



2



2



2



2



x max �

600 � �

100 �



� y max � �

R �

Pb .



P



P

.

 �

121,667.

�

14, 224  121,667.

v

b









c �

608, 276 � �

608, 276 �

� c � �





= 124,797 kN.

Vậy R=124,797 kN  Rr =143,2 kN . Vậy mối nối sườn dầm đảm bảo chịu lực.

4.2.4 Tính tốn mối hàn:

4.2.4.1. Tính tốn sức kháng của mối nối hàn góc: (A.6.13.3.2.4)

4.2.4.1.1.Mối hàn góc chịu kéo và nén:

- Sức kháng tính tốn của mối hàn góc chịu kéo và nén song song với đường hàn phải

lấy theo sức kháng tính tốn của kim loại cơ bản, tức là: R = 250MPa.

4.2.4.1.2.Mối hàn góc chịu cắt:

- Các liên kết hàn dùng đương hàn góc chịu cắt trên diện tích hiệu dụng phải được lấy

theo trị số nhỏ hơn của hoặc sức kháng tính tốn của thép cơ bản hoặc sức kháng tính tốn

của kim loại hàn lấy như sau:

Rr = 0,6.ϕe2.Fexx



(A6.13.3.2.2b-1)



(3.9)



Trong đó:

- ϕe2: là hệ số sức kháng đối với thép hàn (A6.5.4.2), ϕe2 = 0,8.

- Fexx: cường độ phân loại của kim loại hàn (MPa). Chọn que hàn E70XX.

Thay vào cơng thức (3.9) ta có:

Rr = 0,6.ϕe2.Fexx = 0,6.0,8.0,69.70.10 = 231,84MPa



SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 73



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



4.2.4.2. Cấu tạo mối hàn góc trong tiết diện dầm chủ: {A.6.13.3.4}

4.2.4.2.1. Cấu tạo mối hàn góc:

- Mối hàn góc có dạng hình tam giác. Kích thước mối hàn được tính là cạnh tam giác.

- Cường độ mối hàn được tính theo chiều dày là đoạn nhỏ nhất tính từ góc tam giác đến

mặt mối hàn .

- Mối hàn góc dùng để nối bản biên ( bản biên trên và dưới) và vách dầm có dạng liên

kết kiểu chữ T.

4.2.4.2.2. Kích thước của các đường hàn góc: (A.6.13.3.4)

- Kích thước mối hàn góc phải được thiết kế sao cho các lực do tải trọng tính tốn khơng

vượt q sức kháng tính tốn của liên kết như đã tính ở trên.

- Kích thước lớn nhất của đường hàn góc có thể được sử dụng dọc theo các mép của các

bộ phận liên kết phải được lấy như sau:

+ Đối với vật liệu dày nhỏ hơn 6,0mm: chiều dày của vật liệu, và

+ Đối với vật liệu dày 6,0mm hoặc lớn hơn: nhỏ hơn chiều dày của vật liệu 2mm.

- Kích thước nhỏ nhất của đường hàn được qui định theo bảng (A.6.13.3.4-1). Khi chiều

dày thép cơ bản T  20mm là 6mm.

T > 20mm là 8mm.

- Từ những qui định trên ta chọn kích thước đường hàn như sau:

+ Với kích thước mối hàn cho trước, bản dày có tốc độ nguội nhanh hơn và sự kiềm

chế lớn hơn bản mỏng, để ngăn ngừa vết nứt do co ngót khi nguội, tuỳ theo chiều dày bản

nối mà ta chọn chiều dày của kích thước mối hàn khác nhau.

+ Đường hàn phải có đủ sức kháng để kháng lại tác dụng của tải trọng có hệ số.

+ Đối với mối nối bản biên của dầm với vách dầm có chiều dày bản thép nhỏ nhất là

16mm, như vậy chọn đường hàn có chiều dày hh = 8mm.

4.2.4.2.3. Tính tốn nội lực trong đường hàn góc:

- Để đơn giản và để an toàn ta xét V lớn nhất trong tất cả các giai đoạn của dầm để tính

tốn.

Gọi T là lực cắt hay lực trượt trên một đơn vị chiều dài

T



V.Sc

I



SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



(3.10)



Trang 74



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



Trong đó:

- V: là lực cắt tính tốn lớn nhất, thường lấy tại gối do tải trọng có hệ số gây ra

V = 992,072kN

- Sc: là mômen tĩnh của biên dầm đối với trục trung hoà tiết diện.

Sc = 500.25.737,5 = 9,219.106 mm3

- I: là momen quán tính của tiết diện nguyên đối với trục trung hồ tiết diện.

I = 1,766.1010mm4

Thay vào cơng thức (3.10) ta có:

V.Sc 992,072.103.9, 219.106

T



 517,875N / mm

I

1,766.1010

- Trường hợp có thêm một bánh xe hoạt tải đặt tại gối cầu ta phải kể thêm tải trọng

tập trung của bánh xe đó vào, gọi Q là lực cắt do P tác dụng lên đường hàn trên một đơn

vị chiều dài:

Q=



nh .1  IM .P

(N/mm)

L  2.H



(3.11)



H



P

L

45°



510



L + 2H



Hình 3.7 Phân phối tải trọng bánh xe.

Trong đó:

- P: là tải tập trung của bánh xe hoạt tải P = 145000N.

SVTH: Hoàng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 75



Đồ án mơn học: Thiết kế cầu thép



GVHD: TS.Nguyễn Xuân Toản



- IM: là hệ số xung kích, trường hợp tính mối nối bản biên vào sườn dầm

IM = 75%.

- H: là khoảng cách tính từ mặt cầu xe chạy đến trọng tâm đường hàn.

H = 200 +75+25+ 4 = 304mm.

- L: là chiều rộng vệt tác dụng của bánh xe hoạt tải tác dụng lên mặt cầu tính

theo phương dọc cầu.

L = 2,28.10-3.  .(1+IM).P’



(3.12)



Trong đó:

+ P’= 72500 N đối với xe tải thiết kế.

+  = 0,95: Hệ số tải trọng.

Thay vào cơng thức (3.12) ta có:

L = 2,28.10-3 .0,95.(1,75).72500 = 274,811mm.

Thay vào công thức (3.11) ta có:

Q=



1,75.1,75.145000

 503,01N / mm

274,811  2.304



+ Ứng suất tác dụng lên đường hàn do lực cắt T trên một đơn vị chiều dài gây ra:

RT = T/(2.hh)= 517,875.



1

= 32,367 N/mm2.

2.8



+ Ứng suất tác dụng lên đường hàn do Q gây ra là:

RV =



Q

503,01

=

= 31,438 /mm2

2.h h

2.8



Tổng ứng suất tác dụng lên đường hàn:



R  RT2  RV2  32,367 2  31, 4382  45,122 N / mm2 = 45,122 MPa.

So sánh với sức kháng cắt tính tốn của thép đường hàn ta có:

R = 45,122 MPa < Rr = 231,84MPa.

Vậy đường hàn thiết kế đã đảm bảo đủ cường độ.



SVTH: Hồng Đình Thắng-10X3CLC



Trang 76



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×