Bài giảng thiết kết cầu thép (CTGT0190)

Bài giảng thiết kết cầu thép

Nội dung tài liệu:

CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CẦU THÉP

§1.1. KHÁI NIỆM VỀ KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP

1.1.1. KHÁI NIỆM VỀ CẦU THÉP

1.1.2. LỊCH SỬ XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN CẦU THÉP

1.1.2.1. Lịch sử phát triển cầu thép trên thế giới

1.1.2.2. Lịch sử phát triển cầu trong nước

§1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG, CÁC SƠ ĐỒ CẦU THÉP

1.2.1. CÁC SƠ ĐỒ CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP

1.2.1.1. Kết cấu nhịp cầu dầm

1.2.1.2. Kết cấu nhịp cầu dàn

1.2.1.3. Kết cấu nhịp cầu vòm

1.2.1.4. Kết cấu nhịp cầu khung

1.2.1.5. Kết cấu nhịp cầu treo

1.2.2. CÁC SƠ ĐỒ TĨNH HỌC

1.2.2.1. Sơ đồ giản đơn

1.2.2.2. Sơ đồ giản đơn mút thừa

1.2.2.3. Sơ đồ liên tục

§1.3. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA CẦU THÉP

1.3.1. ƯU ĐIỂM

1.3.2. NHƯỢC ĐIỂM

1.3.3. PHẠM VI ÁP DỤNG

§1.4. VẬT LIỆU LÀM CẦU THÉP

1.4.1. BÊTÔNG

1.4.2. CỐT THÉP

1.4.3. THÉP KẾT CẤU

§1.5. CÁC XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG LĨNH VỰC CẦU THÉP HIỆN ĐẠI

1.5.1. CÁC XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHUNG

1.5.1.1. Về vật liệu và dạng kết cấu nhịp

1.5.1.2. Về liên kết trong cầu thép

1.5.1.3. Về công nghệ thi công

1.5.2. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT CẤU NHỊP CẦU LỚN Ở NƯỚC TA

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP

§2.1. KHÁI NIỆM CHUNG

2.1.1. KHÁI NIỆM VỀ CẦU DẦM THÉP

2.1.2. CÁC DẠNG MẶT CẮT NGANG CỦA DẦM CHỦ

2.1.2.1. Dầm đặc

2.1.2.2. Dầm liên hợp Thép – BTCT

2.1.2.3. Dầm hộp

2.1.3. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

§2.2. CẤU TẠO MẶT CẦU

2.2.1. MẶT CẦU CHO ĐƯỜNG ÔTÔ

2.2.1.1. Mặt cầu bằng bêtông Atphalt

2.2.1.2. Mặt cầu bằng bêtông ximăng

2.2.1.3. Mặt cầu bằng thép

2.2.2. MẶT CẦU CHO ĐƯỜNG SẮT

2.2.2.1. Mặt cầu có máng đá balát

2.2.2.2. Mặt cầu trần

2.1.2.3. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu

§2.3. CẦU DẦM THÉP KHÔNG LIÊN HỢP

2.3.1. GIỚI THIỆU CHUNG

2.3.2. CẤU TẠO DẦM CHỦ

2.3.2.1. Căn cứ lựa chọn kết cấu dầm chủ

2.3.2.2. Số lượng dầm chủ

2.3.2.3. Chiều cao dầm thép

2.3.2.4. Tỉ lệ cấu tạo chung của dầm chủ

2.3.3. KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHỦ

2.3.3.1. Kích thước bản bụng

2.3.3.2. Kích thước bản cánh

§2.4. CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BTCT

2.4.1. KHÁI NIỆM CHUNG

2.4.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BTCT

2.4.2.1. Nguyên tắc cấu tạo

2.4.2.2. Nguyên lý làm việc

2.4.2.3. Đặc điểm của cầu dầm liên hợp Thép – BTCT

2.4.3. CẤU TẠO CHUNG KCN CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BTCT

2.4.4. CẤU TẠO DẦM CHỦ

2.4.4.1. Căn cứ lựa chọn kết cấu dầm chủ

2.4.4.2. Số lượng dầm chủ

2.4.4.3. Chiều cao dầm chủ

2.4.4.4. Tỉ lệ cấu tạo chung của dầm thép

2.4.5. KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM THÉP

2.4.5.1. Kích thước bản bụng

2.4.5.2. Kích thước bản cánh

2.4.6. CẤU TẠO BẢN BÊTÔNG

2.4.7. CẤU TẠO HỆ NEO LIÊN KẾT

2.4.7.1. Vai trò của neo liên kết

2.4.7.2. Cấu tạo neo

2.4.7.3. Nguyên tắc bố trí neo

§2.5. CẦU DẦM THÉP BẢN TRỰC HƯỚNG

2.5.1. KHÁI NIỆM CHUNG

2.5.2. CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU TRỰC HƯỚNG

§2.6. CẦU DẦM THÉP UỐN TRƯỚC

2.6.1. KHÁI NIỆM CHUNG

2.6.2. CẤU TẠO CẦU DẦM PREBEAM

2.6.2.1. Cấu tạo chung

2.6.2.2. So sánh giữa dầm Prebeam và dầm BTCTDƯL

2.6.2.3. Vật liệu chế tạo dầm

2.6.3. TRÌNH TỰ CHẾ TẠO DẦM PREBEAM

2.6.3.1. Phương pháp tải trọng dằn

2.6.3.2. Phương pháp dùng thanh căng

2.6.4. KẾT LUẬN

§2.7. CÁC HỆ THỐNG LIÊN KẾT

2.7.1. SƯỜN TĂNG CƯỜNG

2.7.1.1. Vai trò

2.7.1.2. Cấu tạo sườn tăng cường

2.7.1.3. Mặt cắt hiệu dụng của sườn tăng cường

2.7.2. HỆ LIÊN KẾT NGANG CẦU

2.7.2.1. Vai trò

2.7.2.2. Cấu tạo hệ liên kết ngang cầu

2.7.3. HỆ LIÊN KẾT DỌC CẦU

2.7.3.1. Vai trò

2.7.3.2. Cấu tạo hệ liên kết dọc cầu

§2.8. MỐI NỐI DẦM VÀ TẠO ĐỘ VỒNG BẰNG MỐI NỐI

2.8.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI CẤU TẠO MỐI NỐI DẦM

2.8.2. YÊU CẦU CẤU TẠO MỐI NỐI DẦM

2.8.3. CẤU TẠO MỐI NỐI DẦM

2.8.3.1. Cấu tạo chung

2.8.3.2. Mối nối bản bụng

2.8.3.3. Mối nối bản cánh

2.8.3.4. Bản táp dùng cho mối nối

2.8.4. BIỆN PHÁP TẠO ĐỘ VÒNG BẰNG MỐI NỐI

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP

§3.1. KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.1.1. KHÁI NIỆM CHUNG

3.1.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

§3.2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

VÀ CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ HIỆN HÀNH

3.2.1. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

3.2.2. TRIẾT LÝ THIẾT KẾ

3.2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU

3.2.3.1. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép

3.2.3.2. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng

3.2.3.3. Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn

3.2.3.4. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng

§3.3. PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG CÁC BỘ PHẬN KCN

3.3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT CẤU

3.3.1.1. Nguyên tắc chung

3.3.1.2. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình không gian

3.3.1.3. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình phẳng

3.3.2. TẢI TRỌNG VÀ HỆ SỐ TẢI TRỌNG

3.3.2.1. Tĩnh tải

3.3.2.2. Hoạt tải xe thiết kế

3.3.2.3. Hoạt tải người

3.3.2.4. Hệ số tải trọng

3.3.2.5. Hệ số làn

3.3.2.6. Hệ số xung kích

3.3.3. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG

3.3.3.1. Nguyên tắc tính toán

3.3.3.2. Các nhóm phương pháp tính toán phân phối tải trọng

3.3.3.3. Phương pháp đòn bẩy

3.3.3.4. Tính hệ số phân bố ngang theo 22TCN 272-05

3.3.4. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG DẦM CHỦ

3.3.4.1. Vẽ đường ảnh hưởng nội lực

3.3.4.2. Xác định nội lực do tĩnh tải

3.3.4.3. Xác định nội lực do hoạt tải

3.3.4.4. Tổng hợp nội lực

§3.4. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ

3.4.1. ĐTHH CỦA MẶT CẮT DẦM KHÔNG LIÊN HỢP

3.4.1.1. Sự phát triển ứng suất trong mặt cắt dầm

3.4.1.2. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm chủ trong giai đoạn đàn hồi

3.4.1.3. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm chủ trong giai đoạn chảy dẻo

3.4.1.4. Xác định Mômen chảy (My) và mômen dẻo (Mp)

3.4.2. ĐTHH CỦA MẶT CẮT DẦM LIÊN HỢP CHỊU MÔMEN UỐN DƯƠNG

3.4.2.1. Khái niệm chung

3.4.2.2. Sự phát triển ứng suất trong mặt cắt.

3.4.2.3. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm giai đoạn I

3.4.2.4. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm giai đoạn II

3.4.2.5. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm trong giai đoạn chảy dẻo

3.4.2.6. Xác định mômen chảy và mômen dẻo

3.4.3. ĐTHH CỦA MẶT CẮT DẦM LIÊN HỢP CHỊU MÔMEN UỐN ÂM

3.4.3.1. Khái niệm chung

3.4.3.2. Sự phát triển ứng suất trong mặt cắt chịu mômen uốn âm

3.4.3.3. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm giai đoạn I

3.4.3.4. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm giai đoạn II

3.4.3.5. Xác định ĐTHH mặt cắt dầm giai đoạn chảy dẻo

3.4.3.6. Xác định mômen chảy và mômen dẻo

§3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN – CO NGÓT

VÀ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ TRONG CẦU DẦM LIÊN HỢP

3.5.1. ẢNH HƯỞNG CỦA CO NGÓT

3.5.1.1. Nguyên tắc tính toán

3.5.1.2. Xác định biến dạng tương đối do co ngót

3.5.1.3. Nội lực phát sinh do co ngót trong cầu dầm liên hợp nhịp giản đơn

3.5.1.4. Nội lực phát sinh do co ngót trong cầu dầm liên hợp nhịp liên tục

3.5.2. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ

3.5.2.1. Nhiệt độ phân bố đều

3.5.2.2. Nhiệt độ phân bố không đều

3.5.2.3. Nội lực do chênh lệch nhiệt độ âm trong cầu liên hợp nhịp giản đơn

3.5.2.4. Nội lực do chênh lệch nhiệt độ dương trong cầu liên hợp nhịp giản đơn

3.5.2.5. Nội lực do chênh lệch nhiệt độ âm trong cầu liên hợp nhịp liên tục

3.5.2.6. Nội lực do chênh lệch nhiệt độ dương trong cầu liên hợp nhịp liên tục

§3.6. KIỂM TOÁN KCN THEO CÁC TTGH

3.6.1. NỘI DUNG KIỂM TOÁN KẾT CẤU NHỊP

3.6.2. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CẤU TẠO CHUNG CỦA DẦM

3.6.2.1. Tỉ lệ cấu tạo chung của dầm chủ

3.6.2.2. Kiểm tra độ mảnh của bản bụng

3.6.3. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CẤU TẠO CỦA MẶT CẮT ĐẶC CHẮC

3.6.3.1. Kiểm tra độ mảnh của sườn dầm có mặt cắt đặc chắc

3.6.3.2. Kiểm tra độ mảnh của bản cánh chịu nén có mặt cắt đặc chắc

3.6.3.3. Kiểm tra tương tác giữa sườn dầm và bản cánh chịu nén

3.6.3.4. Kiểm tra giằng bản cánh chịu nén có mặt cắt đặc chắc

3.6.3.5. Điều kiện sử dụng công thức Q theo cách tùy chọn

3.6.3.6. Kiểm tra độ mảnh bản bụng và bản cánh chịu nén khi dùng công thức Q

3.6.4. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CẤU TẠO CỦA MẶT CẮT KO ĐẶC CHẮC

3.6.4.1. Kiểm tra độ mảnh của bản cánh chịu nén có mặt cắt không đặc chắc

3.6.4.2. Kiểm tra điều kiện giằng bản cánh chịu nén có mặt cắt không đặc chắc

3.6.5. KIỂM TOÁN SỨC KHÁNG UỐN THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ

3.6.5.1. Công thức kiểm toán

3.6.5.2. Tính sức kháng uốn danh định Mn

3.6.6. KIỂM TOÁN SỨC KHÁNG CẮT THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ

3.6.6.1. Công thức kiểm toán

3.6.6.2. Sức kháng cắt danh định của sườn dầm không có sườn tăng cường

3.6.6.3. Sức kháng cắt của sườn dầm có sườn tăng cường

3.6.7. KIỂM TOÁN SƯỜN DẦM THEO ĐIỀU KIỆN MỎI

3.6.7.1. Nguyên tắc chung

3.6.7.2. Ứng suất uốn

3.6.7.3. Ứng suất cắt

3.6.8. KIỂM TRA ĐỘ VÕNG THEO TTGH SỬ DỤNG

3.6.8.1. Nguyên tắc chung

3.6.8.2. Kiểm tra độ võng do tĩnh tải theo phân tích đàn hồi

3.6.8.3. Kiểm tra độ võng do hoạt tải theo phân tích đàn hồi

3.6.8.4. Tính độ vồng

3.6.9. KIỂM TRA DAO ĐỘNG CỦA KCN THEO TTGH SỬ DỤNG

3.6.9.1. Xác định chu kì dao động

3.6.9.2. Kiểm tra điều kiện dao động của kết cấu nhịp

§3.7. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG

3.7.1. NGUYÊN TẮC CẤU TẠO

3.7.2. KIỂM TRA SƯỜN TĂNG CƯỜNG GỐI

3.7.2.1. Kiểm tra điều kiện cấu tạo

3.7.2.2. Kiểm toán sức kháng ép mặt

3.7.2.3. Kiểm toán sức kháng nén dọc trục

3.7.2.4. Kiểm tra độ mảnh giới hạn

3.7.3. KIỂM TRA SƯỜN TĂNG CƯỜNG TRUNG GIAN

3.7.3.1. Kiểm tra điều kiện cấu tạo

3.7.3.2. Kiểm tra mômen quán tính của sườn tăng cường

3.7.3.3. Kiểm tra diện tích sườn tăng cường

3.7.4. KIỂM TRA SƯỜN TĂNG CƯỜNG DỌC

§3.8. TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN HỢP

3.8.1. NGUYÊN TẮC CHUNG

3.8.2. XÁC ĐỊNH CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN NEO

3.8.2.1. Lực tác dụng lên neo trong giai đoạn đàn hồi

3.8.2.2. Lực trượt danh định tác dụng lên neo trong giai đoạn chảy dẻo

3.8.3. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA NEO

3.8.3.1. Neo cứng

3.8.3.2. Neo mềm

3.8.3.3. Neo đinh mũ

3.8.3.4. Sức kháng cắt tính toán của neo

3.8.4. BỐ TRÍ NEO

3.8.4.1. Số lượng neo

3.8.4.2. Khoảng cách giữa các neo

3.8.5. KIỂM TRA SỨC KHÁNG MỎI CỦA NEO ĐINH MŨ

§3.9. TÍNH LIÊN KẾT BẢN CÁNH VÀ BẢN BỤNG

3.9.1. TÍNH LIÊN KẾT HÀN

3.9.2. TÍNH LIÊN KẾT ĐINH TÁN

3.9.3. XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA ĐINH VÀ BU LÔNG

3.9.3.1. Mặt cắt cắt qua thân đinh

3.9.3.2. Khả năng chịu cắt của thân đinh hoặc bulông

3.9.3.3. Khả năng chịu ép mặt của thân đinh hoặc bulông

3.9.3.4. Khả năng chịu kéo của thân đinh hoặc bulông

3.9.3.5. Sức kháng trượt của bulông cường độ cao

§3.10. TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM CHỦ

3.10.1. NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN

3.10.2. MỐI NỐI BẰNG ĐƯỜNG HÀN

3.10.2.1. Cấu tạo mối nối

3.10.2.2. Tính mối nối bản cánh

3.10.2.3. Tính mối nối bản bụng

3.10.3. MỐI NỐI BẰNG ĐINH TÁN HOẶC BULÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

3.10.3.1. Cấu tạo chung

3.10.3.2. Tính mối nối bản cánh

3.10.3.3. Tính mối nối bản bụng

§3.11. TÍNH TOÁN HỆ LIÊN KẾT

§3.12. TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

3.12.1. KHÁI NIỆM

3.12.2. CHỌN KÍCH THƯỚC BẢN MẶT CẦU

3.12.2.1. Bề rộng

3.12.2.1. Chiều dày

3.12.3. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG BẢN

3.12.3.1. Sơ đồ tính toán

3.12.3.2. Hoạt tải xe thiết kế dùng để tính toán

3.12.3.3. Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

3.12.3.4. Chiều rộng dải bản tương đương

3.12.3.5. Tính toán phần hẫng bản mặt cầu

3.12.3.6. Tính toán phần bản mặt cầu bên trong

3.12.4. KIỂM TOÁN BẢN MẶT CẦU

3.12.5. THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU THEO KINH NGHIỆM

§3.13. ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU DẦM LIÊN TỤC

3.13.1. ĐẶC ĐIỂM VỀ CẤU TẠO

3.13.2. ĐẶC ĐIỂM VỀ TÍNH TOÁN