Bài giảng cầu thép ĐH GTVT

-Có tính kiến trúc cao -Trọng lượng bản thân nhẹ Tuy nhiên trọng lượng bản thân nhẹ cũng là nhược điểm làm cho Kết cấu nhạy cảm với giao động Gió Hình 1.1 Cầu Akashikaikyo, Nhật Bản Chiề

Trang 1

BÀI GIẢNG TÍN CHỈ

CẦU THÉP

Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình Thủy

Division of Urban Transport and Coastal Engineering

http://ctgttp.org

Hà Nội, 2012

LOGO BỘ MÔN LOGO HỌC PHẦN

Trường Đại học Giao thông Vận tải BÀI GIẢNG TÍN CHỈ HỌC PHẦN: CẦU THÉP

Trang 2

Môn học “Cầu Thép” là môn học chuyên ngành nhằm trang bị những kiến thức

cơ bản về thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm thép, cầu giàn thép và cầu thép liên hợp

bản BTCT trên các tuyến đường sắt và đường bộ có sơ đồ kết cấu giản đơn

Nội dung môn học tập trung vào các nội dung về giải pháp cấu tạo kết cấu nhịp,

trình tự và nội dung thiết kế kết cấu nhịp cầu thép

Phần bài tập nhằm giúp sinh viên nắm được các kỹ năng tính toán, thiết kế kết

cấu nhịp cầu dầm thép, cầu giàn thép và cầu thép liên hợp bản BTCT

• Ti ếng Anh:

The subject, “Steel Bridge” provides the general knowledge of the design of steel

girder bridge, truss bridge, composite bridge on railway and highway with simple

girder structure for the students

Its main contents focus on the solutions of steel bridge structure, design

sequence and detail design of steel bridge

Homework helps the students know the calculating skills, the design method of

steel girder bridge, truss bridge and the composite bridge

4

Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố và Công trình Thủy

(1) Bài tập

(1/2)

Thí nghiệm

(1/2)

Thảo luận

(1/2)

Thực hành

(1/3)

Bài tập lớn (1/3)

Tự học

Chương 1 Các khái niệm chung về cầu thép

1.1 Đặc điểm chung của cầu thép.

1.2 Các sơ đồ tĩnh học của cầu thép.

Trang 3

Bài tập

(1/2)

Thí nghiệm

(1/2)

Thảo luận

(1/2)

Thực hành

(1/3)

Tự học

4.2 Thiết kế cấu tạo và kích thước cơ bản của mặt cắt ngang các

bộ phận cầu dầm thép liên hợp và không liên hợp.

4.3 Tính đặc trưng hình học tại các giai đoạn làm việc của dầm

thép liên hợp và không liên hợp.

4.4 Tính nội lực và tính duyệt theo các trạng thái giới hạn của

dầm thép liên hợp và không liên hợp.

4.5 Thiết kế mối nối.

4.6 Thiết kế neo của dầm thép liên hợp

(1) Bài tập

(1/2)

Thí nghiệm

(1/2)

Thảo luận

(1/2)

Thực hành

(1/3)

Tự học

Chương 5 Kết cấu nhịp cầu dàn thép giản đơn

6.2 Thiết kế cấu tạo và kích thước cơ bản của mặt cắt

ngang các bộ phận của cầu dàn thép.

6.3 Tính toán nội lực các bộ phận của cầu dàn thép.

6.4 Tính toán hệ dầm mặt cầu.

6.5 Tính toán nút dàn và các thanh trong dàn

6.6 Tính toán hệ liên kết cầu dàn

Trang 4

PHẦN LÝ THUYẾT

— CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉP

¡ 1.1 Đặc điểm chung của cầu thép

¡ 1.2 Các sơ đồ tĩnh học của cầu thép

¡ 1.5 Tổng quan về các công nghệ xây dựng cầu thép

— CHƯƠNG 2: KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP GIẢN ĐƠN.

¡ 2.1 Khái niệm chung

¡ 2.3 Hệ dầm chủ

¡ 2.4 Hệ liên kết của dầm chủ

— CHƯƠNG 3: KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

¡ 3.1 Khái niệm chung.

— CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CẦU DẦM THÉP VÀ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

¡ 4.1 Những đặc điểm cơ bản khi thiết kế cầu dầm thép liên hợp và không liên

hợp.

¡ 4.2 Thiết kế cấu tạo và kích thước cơ bản của mặt cắt ngang các bộ phận cầu

dầm thép liên hợp và không liên hợp.

¡ 4.4 Tính nội lực và tính duyệt theo các trạng thái giới hạn của dầm thép liên hợp

và không liên hợp.

¡ 4.6 Thiết kế neo của dầm thép liên hợp

— CHƯƠNG 5: KẾT CẤU NHỊP CẦU DÀN THÉP GIẢN ĐƠN.

¡ 5.1 Khái niệm chung

Trang 5

¡ 6.5 Tính toán nút dàn và các thanh trong dàn

¡ 6.6 Tính toán hệ liên kết cầu dàn

— BÀI TẬP 2: Tính mô men chảy và mô men dẻo

— BÀI TẬP 3: Tính duyệt theo các trạng thái giới hạn.

NỘI DUNG HỌC PHẦN

Trang 6

¡ 1.4 Sơ lược lịch sử và phương hướng phát triển của cầu thép

— CHƯƠNG 2: KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP GIẢN ĐƠN.

¡ 2.2 Bản mặt cầu

¡ 2.5 Mối nối dầm chủ

— CHƯƠNG 3: KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

¡ 3.2 Bản mặt cầu

— CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CẦU DẦM THÉP VÀ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

¡ 4.3 Tính đặc trưng hình học tại các giai đoạn làm việc của dầm thép liên hợp và

không liên hợp.

¡ 4.5 Thiết kế mối nối.

Trang 7

— CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CẦU DÀN THÉP

¡ 6.2 Thiết kế cấu tạo và kích thước cơ bản của mặt cắt ngang các bộ phận của cầu

dàn thép.

14

TÀI LIỆU MÔN HỌC

— [1] GS TS Nguyễn Viết Trung, Cầu thép, NXBXD,2007

TÀI LIỆU THAM KHẢO

— [1] Bộ Giao thông Vận tải,Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 272 – 05,;

— [2] Standard Specifications for Highway Bridges, 16th ed., AASHTO, American

Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 1996.

— [3] American Association of State Highway and Transportation Officials, Load Resistance

Factor Design, AASHTO, Washington, D.C., 1996.

— [4] W.F.CHEN & J.Y.RICHARD LIEW, Civil Engineering Handbook.

Trang 8

÷Học phần song hành: Cầu Bêtông; Cầu Thành phố; Xây dựng,

sửa chữa và tăng cường cầu; Chẩn đoán cầu và hầm

GIỚI THIỆU HỌC PHẦN

16

— Nhiệm vụ sinh viên:

thảo luận

học, biết làm việc theo nhóm.

GIỚI THIỆU HỌC PHẦN

Trang 9

CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉP

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉP

Cầu thép: là cầu có kết cấu chịu lực chính được làm bằng thép, hợp kim

thép hoặc thép liên hợp BTCT trong đó vật liệu thép đóng vai trò chủ yếu

Hình 1.1 Cầu Hàm Rồng (Thanh Hoá) Hình 1.2 Kết cấu nhịp cầu dầm thép.

1.1 Đặc điểm chung của cầu thép

18

CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉP

Hình 1.3 Cấu tạo cầu dàm thép

Hình 1.4 Cấu tạo cầu dầm thép.

1.1 Đặc điểm chung của cầu thép

PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉP

Trang 10

PHẦN LÝ THUYẾT

Ưu điểm:

chịu được lực xung kích (va đập, động đất) và tải trọng mỏi tốt

- Tính đồng nhất cao, ít thay đổi nên làm việc tốt trong điều kiện nhiệt độ

môi trường cao

- Dễ gia công, rèn, đập, đúc, cán, cắt… nên có nhiều hình dạng như cầu

vòm, cầu dàn, cầu dầm, cầu liên hợp, cầu treo…

- Dễ công nghiệp hoá, tự động chế tạo trong công xưởng lắp ráp hiện

trường nên rút ngắn thời gian thi công và nâng cao chất lượng sản phẩm

-Có tính kiến trúc cao

-Trọng lượng bản thân nhẹ

(Tuy nhiên trọng lượng bản thân

nhẹ cũng là nhược điểm làm cho

Kết cấu nhạy cảm với giao động

Gió)

Hình 1.1 Cầu Akashikaikyo, Nhật Bản

(Chiều dài nhịp chính 1991m)

20

PHẦN LÝ THUYẾT

Nhược điểm:

- Dễ bị ăn mòn nhất là trong điều kiện khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều ở

nước ta Do đó cần phải có công tác duy tu bảo dưỡng thường xuyên dẫn

đến chi phí bảo dưỡng cầu lớn

- Khi gặp nhiệt độ cao (>500oC) kết cấu nhịp có thể bị giảm hoặc mất khả

năng chịu lực

-Thi công phức tạp vì có nhiều chi tiết liên kết bằng hàn và bu lông

-Chí phí duy tu bão dưỡng trong quá trình sử dụng cao

Hình 1.3 Hiện tượng rỉ trong cầu thép Hình 1.4 Mức độ phức tạp của nút dàn thép

Trang 11

PHẦN LÝ THUYẾT

Phạm vi áp dụng:

- Áp dụng cho các công trình cầu chịu tải trọng lớn

- Áp dụng cho các cầu vượt nhịp lớn: L > 100m

- Áp dụng cho các công trình cầu đường sắt, cầu đường ôtô và các loại cầu tạm

yâu cầu thi công nhanh hoặc dùng cho cầu quân sự yêu cầu lắp ráp nhanh và tháo

dỡ, vận chuyển nhẹ nhàng

- Áp dụng cho các công trình yêu cầu có tính thẩm mỹ cao

-Kết cấu nhịp nhẹ hơn so với kết cấu bê tông do đó giảm được khối lượng mố trụ

và thi côngở các vùng có địa chất yếu

Hình 1.19: Phạm vi hiệu quả của kết cấu nhịp cầu thép

G

L

GdÇm Gdµn

Lo ThÝch hîp

cho DÇm

ThÝch hîp cho Dµn

Trang 12

PHẦN LÝ THUYẾTKết cấu cầu dàn

Kết cấu cầu vòm thép

Kết cấu cầu khung thép có dầm hộp thép

liên kết cứng với trụ cầu bằng thép

Trang 13

PHẦN LÝ THUYẾTKết cấu cầu dây văng

26

PHẦN LÝ THUYẾTKết cấu cầu dây võng

Hệ dầm chủ bằng

khung thép

Trang 14

PHẦN LÝ THUYẾT

Xu hướng phát triển của cầu thép

• Phương hướng 1: sử dụng các loại thép chất lượng cao nhằm giảm giá

thành công tác duy tu bảo dưỡng, một việc làm tốn kém ảnh hưởng đến

sức khoẻ cộng đồng, gây ô nhiễm môi trường

• Ph ương hướng 2: tiếp tục nghiên cứu, tìm kiếm các hệ liên hợp để vượt

nhịp dài,có tính thẫm mỹ cao

• Ph ương hướng 3: giảm khối lượng , chi phí chế tạo xây dựng cầu thép.

Hình 1.14 Xu hướng giảm số lượng kết cấu cầu thép trên thế giới

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉPCHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉP

28

PHẦN LÝ THUYẾT

Hình 1.14 Xu hướng cải tiến mặt cắt ngang dầm thép thành những dạng tối ưu

Trang 15

PHẦN LÝ THUYẾT

Hình 1.14 Xu hướng sử dụng liên kết bu lông cường độ cao và liên kết hàn

Liên kết đinh tán

30

PHẦN LÝ THUYẾT

1.5 Tổng quan về các công nghệ xây dựng cầu thép.

Chế tạo trong nhà máy

Chuyên chở đến công trường

Lắp ráp trên bãiLắp ráp tại chỗ

Lao hoặc lắp ráp

Làm bản mặt cầu

Hoàn thiện

Chế tạo các bộ phận trong nhà máy

Trang 16

PHẦN LÝ THUYẾT

1.5 Tổng quan về các công nghệ xây dựng cầu thép.

Cẩu lắp trên sông

Lắp bằng lao kéo Lắp bằng chở nổi

Trang 17

Sử dụng cần cẩu

34

PHẦN LÝ THUYẾT

Lắp tại ngoài vị trí cầu rồi vận chuyển vào

Trang 18

(6) (7)

(1) DÇm chñ; (2) Liªn kÕt ngang,doc; (3) Sên t¨ng cêng; (4) B¶n bª t«ng mÆt cÇu; (5) Líp phñ mÆt cÇu; (6) Gê lan can; (7) Tay vÞn

(1) DÇm chñ; (2) Liªn kÕt ngang,doc; (3) Sên tăng êng; (4) B¶n bª t«ng mÆt cÇu; (5) Líp phñ mÆt cÇu; (6)

c-Gê lan can; (7) Tay vÞn

Cấu tạo tổng thể của một

hệ dầm thép bao gồm các

bộ phận cơ bản như sau

CHƯƠNG II: KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP GIẢN ĐƠN

36

2.1 Khái niệm chung

Trong đó

+ Dầm chủ (dầm thép): đóng vai trò chịu

lực chủ yếu

+ Hệ mặt cầu: bao gồm bản bê tông mặt

cầu và lớp phủ mặt cầu có vai trò đỡ tải

trọng xe và truyền tải trọng xuống các

dầm chủ

+ Hệ liên kết ngang cầu: liên kết các dầm

chủ đồng thời tăng cường độ cứng cho

kết cấu nhịp theo phương ngang cầu

+ Hệ liên kết dọc cầu: Liên kết các dầm

chủ đồng thời chịu các áp lực theo

phương ngang cầu

Trang 19

2.2 Các dạng cầu dầm thép

Theo tính chất làm việc của vật liệu

trên mặt cắt ngang cầu dầm thép

được phân chia thành cầu dầm thép

có MC ngang liên hợp và MC không

liên hợp

- MC liên hợp là mặt cắt trong đó tồn

tại liên kết chống cắt được thiết kế

thỏa đáng giữa bản bê tông và đầm

thép

-MC không liên hợp là mặt cắt chỉ có

thuần túy thép hoặc có bản bê

tông,bản gỗ nhưng bản này không

liên kết với dầm thép

Cầu dầm thép liên hợp được phân

chia thành các loại khác nhau theo

Cầu dầm đặc (Steel Beam).

- Cầu dầm đặc thường được áp dụng cho các kết cấu nhịp cầu nhỏ, cầu

tạm phục vụ thi công trong thời gian ngắn

Hình ??: Các dạng mặt cắt ngang cầu dầm thép.

Them ảnh dầm đặc không dan

Trang 20

PHẦN LÝ THUYẾT

Cầu dầm liên hợp Thép có chiều cao sườn dầm thay đổi

Chiều cao sườn dầm thép được thay đổi để phù hợp với biểu đồ nôi lực, cầu

có chiều cao sườn dầm thay đổi được sử dụng trong các cầu dầm thép có nhịp

tương đối lớn, khi có sự chênh lệch lớn về nội lực giữa các mặt cắt trong dầm

40

PHẦN LÝ THUYẾT

Cầu dầm thép tổ hợp

-Cầu dầm thép tổ hợp có cấu tạo từ các bản thép có cường độ khác nhau,

thường có cường độ bản cánh cao hơn cường độ bản bụng

Bản cánh F 1 Bản bụng F 2

Trang 21

PHẦN LÝ THUYẾT

Cầu dầm thép tổ hợp (theo phương dọc cầu)

Cầu dầm thép tổ hợp theo phươngdọc cầu có vật liệu thép tại vị trí đầudầm và trên gối có cường độ khácvới dầm tại vị trí giữa nhịp

Vị tríthayđổi vậtliệu

bản thép hoặc bê tông

-Dầm có ưu điểm: chịu

mô được mô men lớn độ

cứng chống xoắn cao Do

đó được sử dụng phổ

biến đối với kết cấu cầu

có chiều dài vượt nhịp

lớn

Hình 2.10: Mặt cắt ngang cầu dầm hộp

Trang 22

PHẦN LÝ THUYẾT

Cầu dầm hộp.

- Đối với kết cấu nhịp giản

đơn được cân nhắc với chiều

nhược điểm lớn đó là việc

cấu tạo cũng như bảo dưỡng

Cầu dầm thép có bản trực hướng (Orthotropic)

- Cầu bản trực hướng là loại cầu trong đó dùng bản mặt cầu bằng thép

thay cho bản mặt cầu bằng BTCT Không kể chiều dày lớp áo đường

bằng bêtông atphan dày từ 57 cm, thì cầu bản trực hướng được coi như

hoàn toàn bằng thép

Hình 2.11: Mặt cầu bản thép trực hướng (Orthotropic)

Trang 23

lượng bản thân nhẹ do đó giảm

được tĩnh tải nên đặc biệt thích hợp

với các cầu nhịp lớn các cầu có tỉ lệ

tĩnh tải /hoạt tải lớn

Hình 2.11: Mặt cầu bản thép trực hướng (Orthotropic)

46

2.3 Hệ dầm chủ

B tf : chiểu rộng bản cánh trên

Bbt: chiều rộng bản cánh dưới

ttf: Chiều dày bản cánh trên

tbt: Chiều dày bản cánh dưới

tw: chiều dày bản bụng

Hsb :Chiều cao tổng thể

Dw: Chiều cao sườn dầm

Trang 24

PHẦN LÝ THUYẾT

2.3 Hệ dầm chủ

- Các căn cứ để lựa chọn kết cấu dầm chủ:

+ Chiều dài tính toán nhịp: Ltt

+ Bề rộng mặt cầu

+Điều kiện thông thuyền, thông xe

+Điều kiện địa chất, thủy văn

+ Quy mô tải trọng khai thác trên cầu

+ Công nghệ chế tạo và khả năng thi công kết cấu nhịp

+ Các quy định trong các quy trình hoặc các tiêu chuẩn thiết kế

được áp dụng

- Số lượng dầm chủ:

+Đối với cầu đường sắt ta thường chọn cấu tạo 2 dầm chủ tương ứng với

khoảng cách giữa hai đường ray

+ Đối cầu đường ôtô thì số dầm chủ được lựa chọn căn cứ vào bề rộng

của mặt cầu Thông thường ta chọn số dầm chủ sao cho khoảng cách giữa

các dầm chủ S = 1,2-:-2,5m để đảm bảo bề rộng tính toán của bản bêtông

- Xác định chiều cao của dầm chủ theo

điều kiện cường độ:

r

- Xácđịnh chiều cao của dầm chủ theo

điều kiện độ cứng (biến dạng):

,

y

yc I I

- Ngoài ra chiều dày của canh dầm, sườn dầm (trừ sườn dầm của thộp I

cỏn) phải lớn hơn 8mm, cũn chiều dày sườn dầm của thộp I hoặc [ phải

lớn hơn 7mm

Trang 25

1 ÷

= sb w

H D

- Chiều dày bản bụng: Xác định theo tính toán để đảm bảo khả năng chịu

cắt và ổn định cục bộ của sườn dầm Ta có thể sơ bộ chọn theo công thức:

+ Dầm bằng thép cacbon: t w D w

5,12

1

≥+ Dầm bằng thép hợp kim: t w D w

10

1

≥

- Theo quy định của Quy trình AASHTO thì t > 6mm

- Trong cấu tạo các dầm thép tổ hợp thường sử dụng t >12mm

c f

E 77 , 6 t D 2

≤

+ Khi có sườn tăng cường dọc:

c w

c

f

E t

D

63 , 11

- Trong đó:

+ tw: Chiều dày của sườn dầm

+ Dc: Chiều cao vùng chịu nén sườn dầm trong giai đoạn đàn hồi (mm)

+ fc: ứng suất tại trọng tâm cánh chịu nén do tải trọng tính toán (MPa)

+ E: Môđun đàn hồi của thép

Trang 26

+ ho: Khoảng cách giữa tim hai bản cánh.

+ fy: Giới hạn chảy của thép

o

u c h

M

S =

y o u y

c c

f h

M f

S F

- Trong đó:

+ ba: Bề rộng cánh nằm ngang của thép góc liên kết

+ tw: Chiều dày bản bụng

+ 5mm: Độ chìa ra tối thiểu của bản cánh so với cánh thép góc

+ a1: Khoảng cách từ hàng đinh ngoài cùng liên kết bản cánh với thép góc

Trang 27

PHẦN LÝ THUYẾT

ổn định cho sườn dầm, bản cánh phân bố tải trọng, và truyền lực cắt Ngoài ra

sườn tăng cường còn là chỗ để lắp các liên kết ngang của kết cấu nhịp

-Sườn tăng cường bao gồm 2 loại : sườn tăng cường đứng và sườn tăng cường

ngang

-Sườn tăng cường đứng được bố trí tại vị trí gối cầu gối gọi là sườn tăng cường

gối và bố trí tại vị trí giữa nhịp gọi là sường tăng cường trung gian

Sườn tăng cường đặt tại gối

54

PHẦN LÝ THUYẾT

Sườn tăng cường

-Sườn tăng cường đứng đặt tại gối để chịu và truyền phản lực gối xuống mố trụ

-Sườn tăng cường dọc để tăng khả năng chịu uốn cho sườn dầm và chống biến

dạng ngang, thường áp dụng cho dầm có nhịp >90m và chiều cao dầm >2m

-Sườn tăng cường làm bằng thép góc,Hiện nay đối với các dầm hàn sườn tăng

cường là thép bản

-Sườn tăng cường đứng cho sườn dầm nên được đặt đối xứng ở cả hai bên của

sườn dầm

-Sườn tăng cường của dầm hàn dày 10 12 mm (nhỏ nhất là 8mm), sườn tăng

cường tại gối là 20 -30 mm

Mất ổn định của sườn tăng cường trong quá trình khai thác

Trang 28

các dầm chủ theo phương ngang

cầu được cấu tạo từ các dầm ngang

đặc, từ các thanh thép góc và các

bản tiếp điểm như hình vẽ

Hình 2.3 Cấu tạo của liên kết ngang,

(1) Dầm chủ, (2) Sườn tăng cường đứng, (3) Liên kết ngang, (4)Bản tiếp điểm của liên kết

-Cùng với dầm chủ tạo thành hệ không

gian, tăng độ cứng theo phương ngang

cầu và phân bố tải trọng đều cho kết cấu

nhịp

-Truyền các tải trọng theo phương

ngang

-Liên kết ngang tại gối là vị trí dùng để

đặt kích trong quá trình thi công sử chửa

cầu

Yêu cầu

-Chiều cao dầm ngang không được nhỏ

hơn 1/3 chiều cao dầm chủ

-Các khung ngang có chiều cao không

được nhỏ hơn ½ chiều cao dầm chủ

-Các dầm nga ng và các khung ngang

phải được cấu tạo cân xứng

Trong một số cầu với

số lượng dầm chủ ít hệdầm ngang được sửdụng phổ biếnCầu dầm thép chỉ sử dụng dầm ngang

Trang 29

-Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp như lực gió,

lực ly tâm khi cầu nằm trên đường cong, chống xô dọc của kết cấu nhịp khi cầu

nằm trên đường cong

-Cùng với hệ liên kết ngang và dầm chủ thành hệ không gian cứng

Hình Cấu tạo hệ liên kết dọc

-Hệ liên kết dọc được yêu cầu bố

trí trong các cầu cong

-Trong các cầu với chiều dài kết

cấu nhịp nhỏ hơn 25m và có bố

trí hệ liên kết ngang cứng thì có

thể bỏ qua hệ liên kết dọc

-Các loại kết cấu nhịp kiểu dầm

thông thường phải bố trí cả hệ

liên kết dọc trên và dọc dưới, đối

với cầu dầm liên hợp hoặc cầu

dầm có bản mặt cầu trực hướng

có thể không cần bố trí hệ liên

kết dọc trên

-Hê liên kết dọc thường được cấu tạo từ các

thanh thép góc Liên kết của hệ liên kết dọc

chủ yếu sử dụng các bản tiếp điểm

Trang 30

Bộ mụn Cụng trỡnh Giao thụng Thành phố và Cụng trỡnh Thủy

CHƯƠNG 3: KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THẫP LIấN HỢP BẢN BTCT

CHƯƠNG 3 KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THẫP

LIấN HỢP BẢN BTCT

60

3.1 Khỏi niệm chung.

Dầm thép

Bản BTCT Thép thường

huy hết khả năng chịu lực của từng loại vật

liệu từ đú tăng khả năng chịu lực cho mặt

cắt dầm

- Bố trớ hệ thống neo để liờn kết giữa cỏnh

trờn của dầm thộp với bản bờ tụng để tạo

ra hiệu ứng liờn hợp Thộp – BTCT Khi đú:

+ Dầm thộp đúng vai trũ chịu uốn

và kộođồng thời

+ Bản bờ tụng đúng vai trũ như

một hệ liờn kết dọc trờn và tham gia chịu

nộn thay cho bản cỏnh trờn của dầm chủ,

làm tăng chiều cao và tiết diện làm việc

của dầm, do đú giảm được chiều cao dầm

thộp

Trang 31

PHẦN Lí THUYẾT

Đặc điểm của cầu dầm liờn hợp Thộp - BTCT.

- Cầu dầm liờn hợp đó phỏt huy được hết khả năng làm việc hợp lý của cỏc

loại vật liệu = > Tiết kiệm được vật liệu chế tạo dầm

- Nhược điểm chớnh là tĩnh tải mặt cầu lớn và phải chế tạo hệ thống neo

liờn hợp Tuy nhiờn cú thể thấy cầu dầm liờn hợp ưu điểm hơn hẳn so với

cầu khụng liờn hợp nờn hiện nay nú đó và đang được ỏp dụng rất phổ biến

- Khả năng vượt nhịp:

+ Kết cấu nhịp giản đơn: Lnhip> 50m

+ Kết cấu nhịp liờn tục: Lnhip> 90m

- Đối với kết cấu nhịp cú chiều dài L > 90m thỡ ta thường cấu tạo dầm cú

chiều cao mặt cắt thay đổi: Tạo thẩm mỹ cho kết cấu; Tận dụng hết khả

năng chịu lực của vật liệu, tiết kiệm vật liệu; Giảm tĩnh tải mặt cầt

- Sự thay đổi chiều cao mặt cắt của dầm thộp được thực hiện căn cứ theo

biểu đồ mụmen do tải trọng gõy ra

62

PHẦN Lí THUYẾT

Nguyờn lý làm việc của cầu dầm thộp liờn hợp

Trường hợp 1: Cầu dầm liờn hợp thi cụng theo biện phỏp lắp ghộp hoặc

lao kộo dọc khụng cú đà giỏo hay trụ tạm đỡ dưới Trong trường hợp này

dầm liờn hợp làm việc theo 2 giai đoạn:

Hỡnh 2.30: Cỏc giai đoạn làm việc của cầu dầm liờn hợp.

Giai đoạn I: Sau khi thi công xong dầm thép

Giai đoạn I: Sau khi đổ bản bê tông mặt cầu

Giai đoạn II: Giai đoạn khai thác

Dầm thép

Dầm thép Bản bê tông

Bản bê tông Lớp phủ mặt cầu Hoạt tải

Dầm thép

Trang 32

PHẦN LÝ THUYẾT:

Hình 2.30: Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp.

Dầm được thi công cầu lắplên các trụ sau đó bản mặtcầu được thi công lắp ghéphoặc đỗ tại chỗ

CHƯƠNG 3: KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

Trang 33

PHẦN LÝ THUYẾT

- Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra

hiệu ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT

1 – Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm

trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân

lan can, gờ chắn bánh (nếu các bộ

phận này được đổ bêtông hoặc lắp

ghép sau khi tháo dỡ ván khuôn bản

bêtông mặt cầu

2 – Hoạt tải

3 – Các tải trọng khác trong khi khai thác

cầu như Gió, lực li tâm…

66

PHẦN LÝ THUYẾT

Trường hợp 2: Cầu dầm liên hợp thi công theo biện pháp lắp ghép trên đà

giáo cố định hoặc có trụ tạm đỡ dưới

Hình 2.33: Trường hợp thi công KCN trên đà giáo cố định.

- Giai đoạn I: Mặt cắt dầm chưa làm việc

- Giai đoạn II: Mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp Tải

trọng tác dụng lên dầm chủ: Tĩnh tải giai đoạn I, II, hoạt tải

Giai ®o¹n I: Giai ®o¹n thi c«ng DÇm thÐp B¶n bª t«ng

Giai ®o¹n II: Giai ®o¹n khai th¸c

B¶n bª t«ng Líp phñ mÆt cÇu Ho¹t t¶i

DÇm thÐp

Trang 34

PHẦN LÝ THUYẾT

3.2 Cấu tạo bản bêtông (Slab).

- Kích thước của bản bê tông

được xác định theo điều kiện

bản chịu uốn dưới tác dụng của

tải trọng cục bộ.

-Theo quy định của 22TCN.272

– 05 thì chiều dày bản bêtông

mặt cầu (ts) phải lớn hơn

175mm Đồng thời còn phải đảm

bảo theo điều kiện chịu lực,

3.2 Cấu tạo bản bêtông (Slab).

- Bản bê tông có thể cấu tạo vút

(haunch) dạng đường vát chéo,

theo dạng đường cong tròn hoặc

có thể không cần cấu tạo vút

Mục đích của việc cấu tạo vút

bản bê tông là nhằm làm tăng

chiều cao dầm => tăng khả năng

chịu lực của dầm và tạo ra chỗ

để bố trí hệ neo liên kết

=>Thông thường để thuận tiện

cho việc ghép ván khuôn đổ

bêtông bản thì vút thường có cấu

tạo dạng vát chéo với kích thước

bh= th= (10-:-20)cm

Trang 35

Trong đó: Hsbvà Hcb: là chiều cao mặt cắt dầm thép và dầm liên hợp.

Bản cánh trên của dầm thép thường cấu tạo có bề rộng nhỏ hơn bản cánh

dưới do có bản bê tông tham gia chịu nén cùng.Chỉ trong trường hợp sử

dụng dầm thép định hình thì ta mới cấu tạo cánh trên bằng cánh dưới

Cấu tạo neo liên kết.

- Neo là bộ phận liên kết bản bê tông với cánh trên của dầm thép để đảm

bảo cho bản bêtông không bị trượt trong quá trình chịu lực từ đó tạo ra

hiệu ứng liên hợp giữa dầm thép với bản BTCT

- Có 3 loại neo thường được dùng phổ biến là:

+ Neo cứng: làm bằng thép bản, thép góc

+ Neo mềm: Làm bằng thép tròn

+ Neođinh mũ

Hình 2.36: Cấu tạo neo liên hợp; a Neo cứng; b Neo đinh mũ; c Neo mềm 1 nhánh; d Neo mềm 2 nhánh.

Trang 36

PHẦN LÝ THUYẾT

Nguyên tắc bố trí neo.

- Khoảng cách giữa các neo chống trượt được tính toán và bố trí theo điều

kiện chịu lực gây trượt giữa bản bê tông và bản cánh trên của dầm thép khi

chịu lực

- Tại vị trí đầu dầm do lực cắt lớn nên phát sinh lực bóc bản bê tông nên ta

phải bố trí các neo chịu lực nhổ

- Ngoài tại vị trí đầu dầm ta còn phải bố trí các neo chống trượt do hiện

tượng co ngót và từ biến của bê tông Các neo này có chiều ngược với

chiều của các neo chống trượt do tải trọng

- Trong giaiđoạn mặt cắt chảy dẻo, nếu như thép làm neo có tính dẻo dai

cho phép thì sẽ có sự phân bố lại lực cắt ngang ở TTGH cường độ Và như

vậy thì khi làm việc trong giai đoạn chảy dẻo thì lực cắt sẽ bằng nhau tại tất

cả các mặt cắt của dầm do đó neo được bố trí với khoảng cách đều nhau

là P trên toàn bộ chiều dài dầm

72

PHẦN LÝ THUYẾT

Neo cứng: Neo cứng được cấu tạo từ thép bản, thép góc hoặc thép chữ [.

Neo có cấu tạo gọn và thường dùng cho mặt cầu lắp ghép vì khi đó lỗ neo

thường bố trí sẵn có kích thước nhỏ

Hình 2.37a: Neo cứng bằng thép bản Hình 2.37b: Neo cứng bằng thép [

Neo mềm: Neo mềm chịu lực kém hơn so với neo cứng tuy nhiên khả

năng liên kết với bê tông tốt hơn neo cứng

- Khi cấu tạo và bố trí neo mềm phải tuân theo các quy định sau:

+ Cự ly giữa tim các nhánh neo mềm 3d (d là đường kính thép làm neo)

+ Các neo mềm nên cấu tạo dạng hình vành khuyên và đặt nghiêng góc

45oso với mặt phẳng cánh trên dầm chủ

Trang 37

Hình ??: Neo mềm chống trượt Hình ??: Neo mềm chống bóc

Hình ??: Neo chống trượt do tải trọng Hình ??: Neo chống trượt do co ngót và nhiệt độ.

- Các quyđịnh về cấu tạo neo đinh

mũ: Đường kính thân neo: d =

16-:-24mm; Chiều cao neo phải > 4

lần đường kính thân neo; Bước

neo tính từ tim đến tim neo <

600mm và > 6 lần đường kính

thân neo

- Theo phương ngang cầu khoảng

cách neo phải > 4 lần đường kính

thân neo; Khoảng cách tĩnh giữa

bản cánh trên của dầm thép và

mép neo phải > 25mm; Chiều dày

tĩnh của lớp phủ trên neo > 50mm

ở miền có vút, khi khoảng cách

giữa đỉnh của tiết diện thép và đáy

bản bêtông lớn, neo chống cắt cần

chôn sâu ít nhấ 50mm trong bản

Trang 38

PHẦN LÝ THUYẾT

Liên kết neo định vào dầm chủ

76

PHẦN LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CẦU DẦM THÉP VÀ CẦU

DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CẦU DẦM THÉP VÀ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP

BẢN BTCT

Trang 39

Cơ sở để đưa ra biểu thức trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 -01 cho tất cả

các trạng thái giới hạn, cả chung và cục bộ, được đưa ra như sau:

η∑γ i Q i ≤ φ R n

Qilà hiệu ứng lực, Rnlà sức kháng danh định,

+ γilà hệ số tải trọng xác định trên cơ sở thống kê được sử dụng với hiệu ứng lực,

+ φlà hệ số sức kháng được dùng với sức kháng danh định, Với tất cả các trạng

thái giới hạn không phải cường độ φ= 1.0

+ ηlà hệ số biến đổi tải trọng η= ηDηRηL ≥ 0,95(22TCN:272-01 1.3.2.1-2

trong đó: ηD là hệ số liên quan đến tính dẻo; ηRlà hệ số liên quan đến tính dư; ηIlà

hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác

Với tất cả các trạng thái giới hạn không phải là cường độ ηD= ηR= 1.0

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CẦU DẦM THÉP VÀ CẦU DẦM THÉP LIÊN

HỢP BẢN BTCT

BẢN BTCT

78

BẢN BTCT

4.1 Lựa chọn các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang.(Nôi dung đề

cập trong chương 2.3)

Trang 40

PHẦN LÝ THUYẾT

4.3 Tính đặc trưng hình học tại các giai đoạn làm việc của dầm thép

liên hợp và không liên hợp.

4.3.1.Đặc trưng hình học của dầm thép không liên hợp.

Hình ???: Biểu đồ phát triển ứng suất trên mặt cắt dầm

- Tính toán cầu dầm không liên hợp ta chỉ quan tâm đến 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn I: Mặt cắt làm việc trong giai đoạn đàn hồi

+ Giai đoạn II: Mặt cắt chảy dẻo hoàn toàn, sức kháng tương ứng

của mặt cắt trong giai đoạn này là mômen dẻo (MP)

- Xác định mômen tĩnh của tiết diện

với trục đi qua đáy dầm thép:

- Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I

mặt cắt giai đoạn I (giai đoạn đàn hồi):

- Khoảng cách từ mép trên bản bụng

đến TTH I-I là:

t t w w c c

NC b t D t b t

A = + +

2 2

2

t t t w w w c sb

c

o

t t b t D t D t H

S

Y1=

1

Y t H

D c= sb− c−

Xác định mômen quán tính của mặt cắt dầm đối với TTH I-I

tf cf w

NC I I I

BẢN BTCT

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	2,62 MB

Bài giảng cầu thép ĐH GTVT

Thiết kế neo của dầm thộp liờn hợp