-Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chương V: Thiết kế cầu dμn thép - 159 - CHƯƠNG V: THIếT Kế CầU dμn thép Đ5.1 sơ đồ vμ kích thước cơ bản Với những nhịp ≥ 40-50m
Trang 1Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chương IV: Thiết kế cầu dầm - 160 -
Trong đó:
+σ1,tr, σ2,tr, σ1,d, σ2,d ứng suất tại mép trên vμ mép dưới của dầm thép ứng với 2
giai đoạn
+σb,tr, σb,d: ứng suất tại trọng tâm của các bản nối biên dầm, xác định bằng cách
tính tỷ lệ
+Ftr, Fd: diện tích ứng các bản nối biên dầm có trừ giảm yếu
[ ]
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
=
d
d d
d
tr tr
S m
N n
S m
N n
2
2
(4.98)
Trong đó:
+[S]đ: khả năng chịu lực của 1 đinh
+m2: hệ số điều kiện lμm việc, lấy bằng 1 đối với biên chịu nén vμ 0.9 đối với
biên chịu kéo
Tính mối nối sườn dầm:
• Biểu đồ sườn dầm có tính chất nén lệch tâm do mômen Ms vμ lực dọc Ns đặt tại
trọng tâm của sườn dầm Chúng được xác định:
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
ư
=
+
=
s tr s d s s
s
s tr s d s s
F N
h
I M
2
5 0
2 , ,
, ,
σ σ
σ σ
(4.99)
Trong đó:
+σs,tr, σs,d: ứng suất tại mép trên vμ mép dưới của sườn dầm
+hs, Fs, Is: chiều cao, diện tích vμ mômen quán tính sườn dầm đã trừ giảm yếu
Ta có thể lấy
12
85 0 ,
85 0
3
s s s
s s s
h I
h
=
• Lực dọc vμ lực cắt tác dụng lên mỗi đinh:
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
=
k
Q Z k
N
(4.100)
Trong đó:
+k: số đinh của 1/2 bản nối sườn dầm
• Lực tác dụng lên đinh ngoμi cùng do mômen uốn:
∑
1
k
s
y
y M
N
(4.101)
• Tổng hợp lực tác dụng lên đinh nặng nhất:
N = (S +N )2 +Z2 ≤[ ]S d
1 1 max (4.102) 8.6-Tính độ võng của kết cấu nhịp:
Trang 2
Độ võng của dầm thép liên hợp với bản BTCT sẽ tăng dần theo thời gian ảnh ảnh hưởng của bêtông bị biến dạng dẻo Nếu không lμm trụ tạm để điều chỉnh ứng suất thì
độ võng do tĩnh tải phần 1 đwocj tính theo công thức:
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
+
=
th
th th th
I I I
E
l g f
, 0
, 0 4
1
25
3 1 384
5
(4.103)
Trong đó:
+Ith, I0,th: mômen quán tính của tiết diện dầm thép tại giữa nhịp vμ tại gối
+g1: cường độ phân bố tiêu chuẩn của tĩnh tải 1, kể cả trọng lượng ván khuôn
Khi bố trí trụ tam nhưng chưa kích thì độ võng nói trên bằng không Dưới tác dụng của lực điều chỉnh ΔR, dầm thép sẽ vồng lên 1 đoạn:
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
+
Δ
=
th
th th th
th
R
I
I I I
E
l f
, 0
, 0 3
25
3 1 48
5
(4.104)
Độ võng do tĩnh tải phần 2, lực xả kích, tháo dỡ trụ tạm vμ ván khuôn được xác
định theo công thức:
( ) ( )
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
+
ư
=
td
td td td
th R td
th
V
I
I I I
E
l R I
E
l g g f
, 0
, 0 3
4 2
25
3 1 48
5 384
5
(4.105)
Trong đó:
+Itđ, I0,tđ: mômen quán tính của tiết diện dầm liên hợp tại giữa nhịp vμ tại gối, tính với
h
th E
E
n=
+ΔR: lực xả kích
+gV: trọng lượng tiêu chuẩn ván khuôn
+R: phản lực trụ tạm
Trang 3
-Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chương V: Thiết kế cầu dμn thép - 159 -
CHƯƠNG V: THIếT Kế CầU dμn thép
Đ5.1 sơ đồ vμ kích thước cơ bản
Với những nhịp ≥ 40-50m thì cầu dμn thép có chi phí vật liệu ít hơn cầu dầm nhưng do cấu tạo, thi công phức tạp nên giá thμnh lại đắt hơn so với cầu dầm Thực tế thấy rằng khi nhịp từ 50-80m mμ áp dụng cho cầu dμn có đường xe chạy trên vμ cầu dầm thì chúng có giá thμnh ngang nhau Nếu nhịp lớn hơn hoặc dùng đường xe chạy dưới thì cầu dμn rẻ hơn nhiều Đối với cầu xe lửa thì nhịp >50-60m thì kinh tế hơn
Cầu dμn có loại đơn giản, liên tục, mút thừa, vμ hình thức cũng có nhiều loại Việc chọn sơ đồ, kích thước cơ bản, loại dμn phụ thuộc vμo nhiều yếu tố như chiều dμi nhịp, tải trọng khổ cầu, chiều cao kiến trúc, điều kiện vận chuyển lắp ráp,
1.1-Các dạng cấu tạo mắc cáo của dμn (hoa dμn):
Dμn thanh xiên:
Loại 1
12
11
8
7
6 5
4
3 2
1
Loại 2
→Dμn thanh xiên 1 vμ 2 gần giống nhau Thanh xiên dμn 1 chịu nén vμ thanh xiên dμn
2 chịu kéo Do đó dμn thanh xiên 2 có lợi hơn
Dμn tam giác:
11' 9' 10 '
7'
6' 5'
4'
3' 2'
1'
12 ' 8'
→Ta thử so sánh dμn tam giác với dμn thanh xiên loại 2:
• Đối với thanh biên trên: thanh 1 > thanh 1’, thanh 2 = thanh 2’, thanh 3 > thanh3’
• Đối với thanh biên dưới : thanh 4 < thanh 4’, thanh 5 = thanh 5’, thanh 6 < thanh 6’
Trang 4
• Đối với thanh đứng: các thanh đứng dμn thanh xiên lμm việc với đ.a.h suốt chiều dμi nhịp, còn dμn tam giác các thanh đứng lμm việc cục bộ hoặc bằng 0
• Đối với các thanh xiên: các thanh xiên của 2 loại dμn nói chung xấp xĩ nhau
⇒ Như vậy các thanh biên vμ thanh xiên nói chung lμ như nhau, còn các thanh đứng dμn tam giác tiết kiệm vật liệu hơn Do đó dμn tam giác có lợi hơn so với dμn thanh xiên Ngoμi ra đối với dμn tam giác ta có thể bỏ thanh biên đứng vμ biên trên ở đầu dμn
để tiết kiệm vật liệu hơn:
-Dμn chữ K:
→ Loại nμy được sử dụng khi chiều cao lớn nhờ giảm được chiều dμi thanh xiên vμ thanh đứng nên ổn định hơn Ngoμi ra có thể giảm chiều dμi khoang mμ vẫn giữ được góc xiên có lợi Tuy nhiên hệ nμy có nhiều nút, cấu tạo phức tạp, hình thức bề ngoμi không đẹp nên hạn chế phạm vi sử dụng của nó Do vậy hệ nμy thường dùng trong hệ liên kết
-Dμn nhiều thanh xiên:
→ Loại nμy lμ hệ có bậc siêu tĩnh rất cao, tính toán, cấu tạo vμ thi công phức tạp Loại nμy được áp dụng rộng rãi ở thế kỷ 19, thường áp dụng cho cầu dμn gỗ Sau đó người ta thay thế loại nμy bằng dμn có 2 thanh xiên:
Trang 5Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chương V: Thiết kế cầu dμn thép - 161 -
→ Loại nμy có nội lực trong thanh xiên vμ chiều dμi tự do nhỏ đi nhưng điều nμy không giảm được khối lượng vì do không có thanh đứng nên gây khó khăn phức tạp thêm cho việc liên kết dầm ngang vμo nút
→ Nếu ta dùng loại 2 thanh xiên mμ đưa thêm thanh đứng sẽ lμm cho liên kết dầm ngang với nút dễ dμng hơn Tuy nhiên nó không được sử dụng rộng rãi vì lμm tăng khối lượng vμ hình thức lại không đẹp
-Dμn chữ Ж:
→ Loại nμy xuất phát từ loại 2 thanh xiên mμ đưa thêm thanh đứng đi qua nút giữa thì khoang của dμn vμ chiều dμi tất cả các thanh giảm đi 2 lần Do vậy có thể áp dụng khi khẩu độ vμ chiều cao dμn lớn hoặc lμ khi cần giảm chiều dμi tự do của các thanh vμ chiều dμi khoang mặt cầu
-Dμn quả trám:
→ Dùng dμn 2 thanh xiên biến đổi hình thức để trở thμnh dμn quả trám Loại nμy khi đó trở thμnh hệ biến hình nên thường bố trí thanh đứng hoặc thanh ngang ở giữa nhịp Dμn nμy không có ưu điểm mặt kỹ thuật như đối với dμn 2 thanh xiên nhưng nó có hình thức
đẹp vμ hoμn thiện hơn
-Dμn có hình thức phân nhỏ:
→ Để giảm chiều dμi tự do các các thanh, người ta dùng dμn phân nhỏ Loại nμy thường dùng cho cầu nhịp lớn vμ tải trọng lớn Thông thường gặp dμn phân nhỏ ở dưới vì khi đó chỉ tăng nội lực trong thanh biên dưới chịu kéo chứ không tăng nội lực thanh biên trên