Trong thi công cầu thép, do bị khống chế bởi chiều dài của tấm thép cũng như những khó
khăn trở ngại trong quá trình vận chuyến lao lắp dầm mà đối với nhũng dầm có chiều dài nhịp lớn ta cần phải nối dầm để đảm bảo an toàn, tiện lợi trong quá trình vận chuyển, cẩu lắp.
Đối với những cấu kiện thép được cán sẵn thì chiều dài của tấm thép thường tối đa là 12m(nếu điều kiện vận chuyển cho phép thì chiều dài thanh thép có thể dài hơn) vì vậy mà với nhũng cầu nhịp lớn hơn 12m ta cần phải nối dầm chủ.
Mối nối dầm chủ nên thực hiện nối ở những vị trí mà nội lực của dầm nhỏ, để đảm bảo mối nổi không quá phức tạp, an toàn của mối nối cao, tính toán và thi công đơn giản.
Đối với dầm chủ của cầu có chiều dài nhịp dầm 30m ta tiến hành nối dầm chủ tại 2 vị trí,
chiều dài của các cấu kiện lấy là 2x1 lm và 8m(các thanh thép này cần chú ý đến phương tiện vận chuyển).
Các vị trí nối này có lực cắt và mômen tương đổi nhỏ hơn các vị trí khác của dầm, do đó
ta thực hiện nối ở những vị trí này là hợp lý và số lượng mối nối là ít nhất.
Cầu thường chịu tác dụng của tải trọng động lớn và thay đối, nên hiện nay trong thiết kế cầu thép thường dùng hai loại liên kết là liên kết bằng đinh và liên kết hàn. Mối nối gồm có hai loại là mối nổi được tiến hành trong công xưởng và mối nổi được tiến hành ngoài hiện trường. Mối nối hàn thường là phù hợp đối với nhũng mối nối trong công xưởng hơn là các mối nối ngoài công trường, vì ảnh hưởng của thời tiết đến mối nối hàn ngoài hiện trường lớn
hơn trong công xưởng, và những ảnh hưởng này có thể hạn chế được trong công xưởng, với mối nối hàn tại hiện trường thi công đế đảm bảo kĩ thuật thường rất phức tạp vì cần kiểm tra
chất lượng của mối hàn. Còn đối với những mối nối ngoài công trường như mối nối dầm chủ
có chiều dài nhịp lớn thì liên kết bằng đinh là hợp lí hơn.
Liên kết đinh ở đây bao gồm có liên kết bầng bu lông thường, bu lông cường độ cao, liên
kết bằng đinh tán.
Trong trường hợp dầm của ta chọn mối nối dầm bằng bulông cường độ cao (CĐC).
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỳ Trang 40 Đồ Án Môn Học: Thiết Ke cầu Thép Theo 22TCN272-05
thời đối với cầu dầm thép liên hợp thì tiết diện dầm được hình thành qua 2 giai đoạn, vì vậy mà tiết diện dầm cũng chịu lực qua hai giai đoạn, ở mỗi giai đoạn bản biên của dầm sẽ có các giá trị ứng suất khác nhau. Bản biên dầm sẽ chịu hầu như toàn bộ mômen uốn, Do đó mà
khi tính toán mối nối của bản biên dầm chủ ta phải tính toán mối nối theo điều kiện chịu uốn
của dầm.
Với việc bản biên của dầm chủ tham gia chịu uốn cho dầm nên khi tính toán mối nối bản
biên dầm ta nhận thấy sẽ có một số trường hợp làm việc của bulông mối nối như sau:
+Bu lông có thể bị kéo đứt.
+Bulông có thể bị ép chặt vào thành tấm thép, giảm khả năng chịu lực của đinh.
+Bulông không chịu được lực nhổ, làm bong bulông ra khỏi đai ốc.
Từ nhận định trên khi tính toán thiết kế mối nối của bản biên dầm phải thoả mãn là bulông sẽ không bị kéo đứt, bulông sẽ không bị bong ra khỏi đai ốc, và ta cũng cần phải kiếm tra sức kháng mỏi của bulông khi chịu kéo dọc trục.Chọn tiết diện có mômen và lực35kN 145kN 145kN
Hình 25: Đường ảnh hưởng tỉnh mômen tại tiết diện cách gối llm.
145kN 145kN 35kN
Hình 26: Đường ảnh hưởng tính lực cắt tại tiết diện cách gôì ỉ Im
-Xác định mômen:
Do tiết diện dầm làm việc trong hai giai đoạn nên khi tính toán nội lực của dầm chủ ta phải tách ra tính thành hai giai đoạn:
+Trường hợp khi bản bêtông chưa đông cứng dầm thép sẽ chịu toàn bộ ứng lực:
MDI - l,25xD1xdt(ĐAHM)= 1,25x14,18x104,55 = 1853,15kNm.
VD1 = l^SxD^d^ĐAHy) = 1,25x14,18x6,01 = 106,53kN.
+Trường hợp bản bêtông đã đông cứng và cùng tham gia chịu lực với dầm thép:
MLL+IM=mg[(MTr)( 1 + ^ )+Ml„]
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỹ Trang 41 Đồ Án Môn Học: Thiết Ke cầu Thép Theo 22TCN272-05
MTR= 145(6,97+5,39)+35x4,24 = 1940,6kNm.
ML„ = 9,3x104,55 = 972,32kNm.
Suy ra MLL+IM = 0,6772x(1940,6x1,25+972,32) = 2301,17 kNm.
-Xác định lực cắt:
VTR = 145x(0,633+0,49)+35x0,347 = 174,98kN.
VLn = 9,3x6,01 =55,89kN.
VLL+IM = 0,7927x( 174,98x1,25+55,89) = 217,69kN.
Tổng hợp lực cắt:
5.1.2. Xác Định Nội Lực Tại Các Bản Biên:
Đối với dầm đơn giản thì biên dưới của dầm luôn luôn chịu kéo, và trường họp dầm chịu
tác dụng của cả tĩnh tải và hoạt tải là lớn nhất.
Đổi với biên chịu nén thì có thế chịu nén hoặc chịu kéo tuỳ thuộc cấu tạo của dầm và cũng tuỳ thuộc vào các giai đoạn làm việc của dầm liên hợp.
Trong tiết diện dầm liên họp do bản bêtông cốt thép cũng tham gia chịu nén cùng với bản
biên trên của dầm thép, điều này là đế giảm chiều cao dầm và bản biên trên có thế cấu tạo bé
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỹ Trang 42 Đồ Án Môn Học: Thiết Kẻ cầu Thép Theo 22TCN272-05
Khi tính toán đặc trưng hình học của dầm ta phải kể đến giảm yếu của tiết diện.Với tiết diện giảm yếu lấy đối với đường kính lồ và số đinh trên 1 hàng ngang.
Diện tích của bản nối biên dầm sau khi kể đến giảm yếu phải không nhỏ hơn diện tích của bản biên, điều này thoả mãn là đế đảm bảo độ ốn định của mối nối và đảm bảo điều kiện bản nối không bị phá hoại trước bản biên dầm.
Chọn bu lông là loại bu lông cường độ cao đường kính lỗ 20mm, đường kính lồ tròn chuân là 22mm.
Khi tính toán đế an toàn ta xem ứng suất lớn nhất ở biên dưới của dầm thép đạt đến cường độ chịu uốn nhỏ nhất của thép bản biên Fu = 450MPa. Do đường ứng suất có mối quan hệ tuyến tính do đó ứng suất ở mép bản biên bên kia của dầm thép được xác định:
f' + f2 J t Jt 17 F. fl+fl
Fu’ ứng suất ở biên ở biên kia khi biên này đạt đến Fu.
ứng suất lần lượt ở mép biên trên và mép biên dưới của dầm thép trong trường hợp bản bêtông cốt thép chưa đông cứng.
ft2,fb2 ứng suất lần lượt ở biên trên và biên dưới của dầm thép khi bản bêtông đã đông cứng và cùng tham gia chịu lực cùng tiết diện dầm thép.
-Xác định các ứng suất í^/b1,^2,^2:
+Xác định h1,^1:
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỹ Trang 43 ĐÒ Án Môn Học: Thiết Kế cầu Thép Theo 22TCN272-05
-Xác định fb2:
195 19 + 274 52
Suy ra: Fu’- ’ ’ .450 = 503,3MPa.
112,7 + 307,27
Khi đó nội lực trong các biên dầm được xác định theo công thức:
Biên trên: Nt = ft.At (54)
Biên dưới: Nb = fb.Ab. (55)
Với ft ứng suất tại trọng tâm bản biên trên, fb úng suất tại trọng tâm bản biên dưới.
At ,Ab lần lượt là diện tích của bản nối biên trên và bản nối biên dưới có kế đến giảm yếu. 503.3
6 5 4
=---í----; suy ra ft = 381,15MPa.
503.3- 7,5
=---; suy ra fb = 440,39MPa.
585.3- 12,5
Khi sử dụng bulông đế liên kết mối nối của bản biên dầm cũng như mối nổi sườn dầm ta
chú ý một số yếu tổ liên quan đến cấu tạo mà đã bị khống chế không được vi phạm như
Hình 28: Biêu đồ tính ứng suất tại hản hiên
-Theo cấu tạo thì khoảng cách của các buĩông từ tim đến tim không được nhỏ hơn 3 lần đường kính của nó, nghĩa là không nhỏ hơn 60mm.
-Để đảm bảo ép xít mối nối của liên kết, chống ẩm thì khoảng cách từ tim bulông đơn ngoài kề với cạnh tự' do của bản nối hay thép hình phải thỏa:
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A ìs<GÌ£f GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỳ Trang 44 Đồ Án Môn Học: Thiết Ke cầu Thép Theo 22TCN272-05
s < (100+4t) < 175mm. (56)
-Neu có một hàng thứ hai bố trí so le với hàng kia mà có khoảng cách đến mép tụ’ do nhỏ
hon 38+4t thì cự li so le s giữa hai hàng đinh thoả mãn:
s < 100+4t( —) < 175mm. (57)
-Khoảng cách từ tim bulông đến mép thanh không nhỏ hơn 34mm (bulông d=20mm).
Trong đó:
t: chiều dày nhở hơn của bản nối hay thép cần nối(mm).
g: khoảng cách ngang giữa các bulông(mm).
Từ những khống chế về khoảng cách tối đa, tối thiếu vừa nêu ta có thế đưa ra cách bố trí
các bulông dùng cho mối nối bản biên trên và biên dưới như sau:
-Mối nối của bản biên trên dự định bổ trí 4 bu lông:
Chọn thép bản nối có tiết diện 300xl2mm2 và 2 bản nói tiết diện 135xl2mm2.
Abảnnối = 300x12 + 135x12x2 = 6840mm2.
300mm
12
Hình 29: Bô trí buỉông chư bản biên trên
Suy ra Nt = 4728x381,15xl0'3= 1802,08kN.
-Mối nối của bản biên dưới dự định bố trí 1 hàng 4 bu lông d = 20mm:
Bản biên dưới có kích thước 400x25mm. Anguyên = 400x25 = lOOOOmm2.
Chọn bản nối có tiết diện 400x18mm và hai bản nối 185xl8mm.
Abán nối = 400x18 + 185x2x18 = 13860mm2.
Aoiámyếu = 13860 - 3168 = 10692mm2 > Anguyên
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỹ Trang 45 Đồ Án Môn Học: Thiết Ke cầu Thép Theo 22TCN272-05
Hình 30: Bô trí hu lông chư bản hiên dưới
Suy ra Nb = 10692x440,39 = 4708,65kN.
5.1.3. Tính Toán Sức Kháng Danh Định Của Một Đinh:
Như đã nói ở trên, trong tiết diện dầm thì bản biên đóng vai trò chủ yếu là chịu mômen cho tiết diện dầm, do vậy mà khi phá hoại đinh có thể xảy ra một số trường hợp phá hoại như sau: Đinh bị cắt đút, đinh chịu ép mặt, đinh cũng có thế bị nhố.
Vì vậy mà khi tính toán mối nối của bản biên ta phải thiết kế sao cho sức kháng danh định của đinh không nhỏ hơn lực tác dụng lên đinh.
5.1.3.1. Tính toán súc kháng cắt của bulông:
Sức kháng cắt danh định của bulông cường độ cao, khi theo phương tác dụng của tải trọng khoảng cách giữa các bulông xa nhất không quá 1270mm lấy như sau:
Rn = 0,48.Ab.Fub.Ns (58)
Trong đó:
Ab diện tích bulông theo đường kính danh định = 3,14xl02 = 314mm2.
Fub cường độ chịu kéo nhỏ nhất của bulông = 830MPa.
Ns số mặt phang cắt cho mồi bulông. ( Ns = 2 ) Suy ra Rn = 0,48x314x830x2 =250,19kN.
Trường hợp mà đường ren của bulông nằm trong mặt phang cắt:
Rn = 0,38x314x830x2 = 198,07kN.
5.1.3.2. Sức kháng chịu ép mặt của bulông:
Các liên kết buĩông trong liên kết chịu ép mặt thì ngoài chịu cắt còn chịu ép mặt khi mà các bản nối tì sát vào bulông. Diện tích ép mặt có hiệu của bulông bằng đường kính nhân với
chiều dày của bản nối. Chiều dày có hiệu của bản nối có lố bulông đầu chìm lấy bằng chiều dày bản nối trù’ đi 1/2 lổ loe.
Khi đó sức kháng ép mặt danh định của bulông được xác định:
Khi khoảng cách tĩnh giữa các bulông không nhở hơn 2d và khoảng cách tĩnh đến đầu thanh không nhỏ hơn 2d thì:
Rn = 2,4.d.t.Fu (59)
d : Đường kính danh định của bulông (mm).
t: Chiều dày bản nổi (ram).
Fu Cường độ chịu kéo của vật liệu liên kết 345MPa.
n = ——N m2.Rn
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỹ Trang 46
Đồ Án Môn Học: Thiết Ke cầu Thép Theo 22TCN272- 05
m2 là hệ số điều kiện làm việc của bulông. ( m2 = 1 )
-Vậy số bulông dùng cho mối nối bản biên trên: nt = 1802,08/198,72 = 9,07 bulông.
Chọn nt = 12 bulông bố trí thành 3 hàng mỗi bên mối nối.
-Số bulông bổ trí cho mối nối bản biên dưới: nb = 4708,65/198,72 = 23,69 bulông.
Chọn nb = 24 bulông bố trí thành 6 hàng mỗi bên mối nối..
5.2.Tính Toán Mối Nối Sườn Dầm Chủ:
Trong tiết diện dầm thì sườn dầm là bộ phận chủ yếu chịu cắt cho dầm chủ, chịu uốn rất ít. Đối với mối nối chịu cắt của sườn dầm thì lực cắt kéo dài trên suốt chiều cao của vách dầm.
Mối nổi chịu cắt của vách dầm ta có thế dùng bản nổi, liên kết bằng bulông đổi xứng ở hai bên vách dầm.
Số hàng đinh tối thiểu phải có ở mỗi phía của mối nối là hai hàng.
Đế an toàn thông thường người ta bố trí mối nối của bản biên và vách dầm ở các vị trí khác nhau, nhưng điều này sẽ gây khó khăn, phức tạp trong thi công, đế đơn giản ta bố trí mối nối của bản biên và dầm chủ tại cùng một tiết diện dầm.
Vách dầm là phần chủ yếu là chịu cắt, chịu mô men rất ít nhưng đế an toàn thì khi thiết kế người ta vẫn thiết kế mối nối có thế chịu được lực cắt và mômen, vì ngay cả đổi với vách
dầm chịu cắt thuần tuý vẫn xuất hiện mômen, còn nếu dùng bản nối mô men xuất hiện do độ
lệch tâm của lực cắt.
5.2.1. Bố trí sơ bộ các bulông dùng cho mối nối sườn dầm:
Chọn loại bulông cường độ cao có đường kính bulông là d = 20mm.
Lổ để bắt bulông là loại lổ chuẩn có đường kính 22mm.
Ngoài những chú ý về cấu tạo của bulông phần mối nối biên dầm ta còn có một số chú ý
về cấu tạo của phần mối nối sườn dầm:
-Bước dọc của bulông không vượt quá 12.t = 12x12 = 144mm.
-Khoảng cách ngang giữa các hàng bulông kề nhau không quá 24t = 24x12 = 288mm.
Trong đó bước dọc là khoảng cách giữa các bulông theo phương của chiều dài dầm, khoảng cách ngang là khoảng cách giữa các bulông theo phương đứng của sườn dầm.
Đối với mối nối của phần sườn dầm ta cũng cần phải tính toán tiết diện giảm yếu của bản
nổi sao cho không nhỏ hơn diện tích của tiết diện sườn dầm cần nổi. Đe tính toán sơ bộ ta cóSVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A ìs<GÌ£f GVHD: ThS. Nguễn Văn Mỳ Trang 47
1V1W iviwl lv,w2 lvlw3 iVAl J 1V12 T IV13 J
không liên hợp dài hạn ngắn
mômen dầm 1853,15 656,03 hạn4027,05
mômen quán tính dầm 746325,67 1795564,
2483310,0518
mômen quán tính sườn 7296,78 142176,4
mômen sườn 808,69 4
v n 2 4
(61) ĐÒ Án Môn Học: Thiết Kế cầu Thép Theo
22TCN272-05
=M..,+M... +M... =M — +M —+ M —*| h
*3
Pv = - (62)
n Trong đó:
Mw là mômen tác dụng lên sườn dầm.
Mwl, Mw2, Mw3: mômen tác dụng lên sườn dầm ở các giai đoạn không liên hợp , dài
hạn và ngắn hạn.
Mi, M2, M3: mô men tác dụng lên dầm ở các giai đoạn không liên hợp , dài hạn và ngắn hạn.
IW1, Iw2, Iw3: là mô men quán tính của sườn ở các giai đoạn không liên hợp , dài
hạn và
ngắn hạn.
hạn.
Ta có bảng sau:
V =Vu=503,3kN: lực căt tại tiêt diện môi nôi.
n :số lượng đinh có trong mối nối(giả thiết)
Với sức kháng cắt của mỗi bulông là:Vn=198,07kN. Vậy số bulông cần thiết cho lực
V 503 3 ' ,
căt là: — = — = 2,54 (bu lông) thì ta giả thiêt khoảng 24 bulông đê có thê chịu được sức v„ 198,07
kháng mô men và đủ bố trí thành 2 hàng .
Vậy :MW
=808,69k Nm
SVTH: Lê Văn Lâm-Lớp 04X3A GVHD: ThS. Nguền Văn Mỹ Trang 48
ĐÒ Án Môn Học: Thiết Kế cầu Thép Theo 22TCN272-05
Hình 31: Bố trí buỉông cho sườn dầm
Ta cần tính Jx=24x452=48600mm4
Jy=2x2x(452+1352+2252+3152+4052+4952)=2316600 mm4
=>J= Jx+ Jy=2365200mm4 Pb=ML = m69^497 =
J 2365200
Và p, = f>,,x—= 0,154xl05.v by b 497
Pv=20,97kN=0,2097 xl05N.
Suy ra R = +(Phy + Pvf = 173,16kN < Rn = 198,07kN (64) Vậy mối nối sườn dầm chủ đủ khả năng chịu lực.