Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ ở Bỉ xây dựng cầu dμn nhiều thanh xiên nhưng không có thanh đứng kiểu Warren.. Giaứn Warren Giaứn keựp Warren Giaứn Howe Giaứn bieõn
Trang 1Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
ở Bỉ xây dựng cầu dμn nhiều thanh xiên nhưng không có thanh đứng kiểu Warren Cầu
dμn nhiều thanh xiên điển hình được xây dựng năm 1853-1857 qua sông Luga (Nga)
Nhược điểm của dμn nhiều thanh xiên lμ cấu tạo phức tạp vμ rất khó đánh giá chính xác
sự lμm việc các thanh Do đó nó được nghiên cứu vμ phát triển theo hướng đơn giản hoá
hệ thanh bằng các nút dμn
Những năm 50 của thế kỷ 19, dμn rỗng phổ biến loại dùng liên kết chốt Nhược
điểm loại nμy lμ tỏ ra bất lợi khi chịu lực xung kích, võng vμ rung lắc nhiều cho đến
cuối thế kỷ 19 mới chuyển sang loại liên kết tiến bộ hơn lμ đinh tán
Cuối thế kỷ 19, nhiều nhμ khoa học tìm tòi sơ đồ, kết cấu dμn hợp lý hơn như dμn
có biên dạng hyperbole, parabole vμ nhiều dạng biên cong khác Ngoμi ra, người ta
cũng nghiên cứu sơ đồ dμn mới cμng gần đúng với sơ đồ tính toán lμ khớp, giải quyết
ứng suất phụ phát sinh do độ cứng của nút dμn vμ nhiều vấn đề khác
Giaứn Warren
Giaứn keựp Warren
Giaứn Howe
Giaứn bieõn cửụng
Giaứn balti more
Giaứn phaõn nhoỷ
Giaứn chửừ K Hình 1-7: Sự phát triển của các sơ đồ dμn thép
Cuối thế kỷ 19 vμ đầu thế kỷ 20 lμ thời kỳ khoa học kỹ thuật thế giới phát triển
mạnh mẽ, do đó ảnh hưởng trực tiếp đến ngμnh xây dựng cầu Cầu thép trước đây
thường lμm cầu dầm liên tục, loại nμy có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt nhưng gây ứng
suất phụ khi gối lún không đều, biến dạng do nhiệt độ lớn; đồng thời lý thuyết tính toán
vμ công nghệ thi công móng trong địa chất phức tạp chưa hoμn chỉnh nên có thời kỳ
Trang 2
Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
người ta ưa chuộng các hệ tĩnh định bằng cách thêm liên khớp để tạo thμnh hệ dầm
hẫng ý tưởng nμy nảy sinh trong quá trình nghiên cứu thí nghiệm dầm hộp kín ở cầu
Britinia Vμo những năm cuối thế kỷ 19, đã xây dựng hμng loạt cầu dμn hẫng có nhịp
100-200m như cầu qua sông Đơnhiép ở Smolenco, cầu qua sông Danube nhịp 175m xây
dựng năm 1897 Năm 1890 đã xây dựng xong chiếc cầu dμn hẫng Firth of Forth (Hình
1-8) lớn nhất thế giới lức bấy giờ qua vịnh Forth ở Scotland có nhịp đến 521m
Hình 1-8: Cầu qua vịnh Forth ở Scotland
Sang nửa đầu thế kỷ 20 với nhịp độ phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật vμ
công nghiệp, ngμnh xây dựng cầu cũng đạt nhiều thμnh tích rực rỡ về chiều dμi nhịp
cũng như về phương pháp thi công mố trụ Năm 1917 đã xây dựng xong cầu dμn nhịp
hẫng lớn nhất thế giới 549m sau 2 lần thất bại lμ cầu Quebec (Canada)
Hình 1-9a: Cầu dμn hẫng Quebec ở Canada có nhịp lớn nhất thế giới 549m
Hình 1-9b: Cầu dμn hẫng Quebec khi bị sụp đỗ do lắp ráp
Trang 3Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Cầu vòm kim loại trước đây lμm bằng gang, đến năm 1890 bắt đầu thay bằng thép
vμ được ứng dụng rộng rãi ở Đức, Nga, Mỹ, Thuỵ Điển, Chiếc cầu vòm thép Eads 3
nhịp 153+159+153m qua sông Mississipi năm 1868-1874, cầu có 2 lμn xe lửa chạy trên
vμ dưới (Hình 1-10)
Hình 1-10: Cầu Eads
Sang đầu thế kỷ 20 đã sử dụng cầu vòm có đường tên thoải, đồng thời đã sử dụng
cầu vòm có đường tên rât thoải; cũng như sử dụng hệ vòm có thanh kéo biến mố trụ cầu
vòm lμm việc như mố trụ cầu dầm Chiếc cầu vòm thoải nhịp lớn trên đường sắt thời bấy
giờ lμ cầu qua sông Moscow năm 1874
Hình 1-11: Cầu vòm đường sắt qua sông Moscow
Một trong những cầu vòm nổi tiếng trên thế giới lμ cầu Sydney ở Australia (Hình
1-12) xây dựng năm 1924-1932, có nhịp chính 503m, có bề rộng đến 48.8m cho 2 lμn
xe lửa, 8 lμn xe ôtô, 1 lμn xe đạp vμ 1 lề người đi bộ
Hình 1-12: Cầu Sydney Harbor nhịp chính 503m, đỉnh vòm cách mặt nước 137m
Trang 4
Mặc dù đã đạt được các thμnh công rực rỡ trong việc áp dụng các vật liệu mới từ
sắt đến thép, vẫn có khá nhiều tai nạn sập cầu ở cả châu Âu vμ Mỹ Tại nạn đầu tiên lμ
cầu dμn Ashtabula ở Ohio (Mỹ) bị sập năm 1876 trong 1 đêm có tuyết lμm cho hơn 80
người thiệt mạng vμ 11 toa xe lửa rơi xuống sông
Hình 1-13: Hình ảnh cầu Ashtabula bị sập
Thập kỷ sau vụ sập cầu Ashtabula, khoảng 200 cầu khác ở Mỹ bị sập Cầu ôtô
cũng sập nhiều như cầu đường sắt Nhiều cầu ở châu Âu cũng bị sập vμo thế kỷ 19 như
cầu Tay (Scotland) sập năm 1878,
Song song với cầu dầm vμ vòm, cầu treo cũng tiếp tục được phát triển mạnh mẽ
ở Mỹ có nhiều sông rộng vμ sâu nên buộc phải lμm nhiều cầu treo có nhịp rất lớn Năm
1885 đã xây dựng xong cầu Brooklyn nhịp 786m, năm 1937 cầu Golden Gate nhịp
1280m, năm 1956 cầu Verrzano nhịp 1298.5m
Hình 1-14: Cầu Brooklyn xây dựng năm 1885, nhịp chính 786m
Trang 5Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Hình 1-15: Cầu Golden Gate nhịp chính 1280m từng giữ kỷ lục thế giới
Hình 1-16: Cầu Verrzano nhịp chính 1298.5m
Để đạt những thμnh tựu trên, nước Mỹ phải trải qua nhiều thất bại Tai nạn lớn
nhất về cầu treo xảy ra ở cầu Tacoma nhịp 855m, bị phá huỷ do bão
Hình 1-17: Cầu Tacoma bị phá huỷ do bão
Các tai nạn cầu treo cuối thế kỷ 19 ảnh hưởng đến sự phát triển cầu treo ở châu
Âu Đầu thế kỷ 20, Pháp đi theo hướng tìm hệ dμn dây trong đó các thanh chỉ chịu kéo
vμ lμm việc theo sơ đồ không biến dạng hình học Đứng đầu trường phái nμy lμ Gisclar
Năm 1938, GS người Đức Dischinger đã thử thiết kế 1 cầu treo cho đường sắt đôi qua
sông Elbe nhịp 750m, ông đưa các dây cáp căng xiên vμo cầu treo để tăng cường độ