Bài giảng thiết kế cầu thép

Khái niệm chung 0,5tiết - Cần làm rõ thế nào là cầu dầm thép giản đơn - Minh hoạ qua các sơ đồ tĩnh học vẽ hình Liên hệ lại bài các sơ đồ tĩnh học của cầu thép, cầu thép có rất nhiều

Bài giảng

Kết cấu cầu thép đường sắt và đường bộ

3-2 Nội dung các chương mục

3-2-1: Chương 1: Các khái niệm chung về cầu thép (4 tiết)

3-2-1-1 Mục đích:

Cung cấp các kiến thức cơ bản về kết cấu nhịp cầu thép

Các loại vật liệu làm cầu phổ biến hiện nay: Thép, bê tông từ đó dẫn dắt ra

Cách phân loại cầu thép, cầu bê tông

3-2-1-2 Các nội dung chủ yếu:

ò 1 Đặc điểm chung của cầu thép

- các ưu điểm chính so với cầu bê tông

- các khuyết điểm chính

- các ví dụ minh hoạ cho các ưu khuyết điểm trên: tại việt nam và trên

Thế giới

Thép là vật liệu hoàn chỉnh được dùng rộng rãi trong tất cả mọi ngành công

nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày và trong ngành xây dựng cầu nói riêng

Đặc điểm nổi bật của thép là tính chịu lực cao ứng với mọi loại ứng suất (kéo,

nén, uốn cắt và xoắn ) do đó có thể dùng để xây dựng tất cả các loại cầu khác nhau

như dầm, giàn, vòm, hệ treo và các hệ liên hợp

Hiện nay nhịp lớn nhất của cầu vòm bê tông cốt thép hay cầu dây văng có dầm

cứng bằng BTCT còn dưới 500m trong khi có cầu giàn thép đã đạt 550m cầu dây văng

dầm cứng bằng thép đã đạt 1000m và cầu treo đạt 2000m và đang có nhiều dự án cầu

treo có nhịp tới 5000m

Từ các đặc điểm chính trên dẫn tới cầu thép có các ưu nhược điểm chính sau:

ưu điểm:

- Thép có khả năng chịu lực cao

- Trọng lượng bản thân của cầu thép nhỏ hơn so với cầu bê tông, cầu đá

- Thép có mô đuyn đàn hồi cao nên cầu thép có độ cứng đủ đáp ứng điều kiện

khai thác bình thường, mặt khác nhờ tính dẻo của thép nên cầu thép có khả

năng chịu tác dụng của tải trọng xung kích

- Thép là vật liệu dễ gia công nên có thể chế tạo thành nhiều hình dạng thích

hợp với các loại cầu khác nhau Cầu thép dễ công nghiệp hoá, dễ vận chuyển,

lắp ráp do đó dễ đảm bảo chất lượng và rút ngắn thời gian thi công ở công

trường

- Các hình thức liên kết trong cầu thép rất phong phú: hàn, tán đinh, bulông

các hình thức liên kết này dễ thực hiện càng tạo điều kiện cho cầu thép có

khả năng công nghiệp hoá cao

Tuy nhiên cầu thép cũng có những nhược điểm sau:

- ở môi trường ẩm, mặn, axits thép dễ bị rỉ do đó làm giảm tuổi thọ của công

trình, mất nhiều công sức và kinh phí duy tu bảo dưỡng Để khắc phục người ta

thường dùng thép không rỉ hoặc dùng sơn nhưng cũng chỉ có tác dụng trong

khoảng thời gian nhất định

ò 2 Các sơ đồ tĩnh học của cầu thép

- Cầu dầm( cầu dầm giản đơn, cầu dầm liên tục)

- Cầu giàn (cầu giàn giản đơn, cầu giàn liên tục)

- Cầu vòm

- Cầu dây văng

- Cầu treo dây võng

Vẽ hình minh hoạ cho mỗi dạng kết cấu, từ đó đưa ra được tính linh hoạt của loại vật

Bảng 6.4.1.1 - Các đặc tính cơ học tối thiểu của thép kết cấu theo hình dáng,

cường độ và chiều dày

Ký hiệu AASHTO

Thép kết cấu

Thép hợp kim thấp cường độ cao

Thép hợp kim thấp tôi và ram

Thép hợp kim tôi &

ram, cường độ chảy dẻo cao

M270M

Cấp 250

M270M Cấp 345

M270M Cấp 345W

M270M Cấp 485W

M270MCác cấp 690/690 W

Ký hiệu ASTM

tương đương

A 709M Cấp 250

A 709M Cấp 345

A 709M Cấp 345W

A 709M Cấp 485W

A 709M Các cấp 690/690 W Chiều dày của các

Tất cả các nhóm

Điểm chảy nhỏ nhất

hoặc cường độ chảy

đến 1030

A668 Hạng C

A668 Hạng D

A668 Hạng F

A668 Hạng G

Điểm chảy nhỏ

6.4.3 Bulông, đai ốc và vòng đệm

6.4.3.1 Bulông

Các bulông phải tuân theo một trong các tiêu chuẩn sau đây:

• Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các bulông và đinh tán thép cacbon, cường độ chịu kéo 420 MPa,

ASTM A307

• Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các bulông cường độ cao cho các liên kết thép kết cấu với cường

độ kéo tối thiểu 830MPa đối với các đường kính từ 16mm tới 27mm và 725MPa đối với các

đường kính từ 30mm tới 36mm, AASHTO M164M (ASTM A325M), hoặc

• Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các bulông cường độ cao, các hạng 10.9 và 10.9.3 cho các liên kết

thép kết cấu, AASHTO M253M (ASTM A490M)

Các bulông loại 1 nên sử dụng với các thép khác với thép có xử lý chống ăn mòn Các bulông

loại 3 tuân theo ASTM A325M hoặc ASTM A490M phải được sử dụng với các thép có xử lý

chống ăn mòn AASHTO M164 (ASTM A325M), loại 1, các bulông có thể hoặc tráng kẽm

nhúng nóng phù hợp với AASHTO M232 (ASTM A153), Hạng C, hoặc tráng kẽm bằng cơ học

phù hợp AASHTO M298 (ASTM B695), Hạng 345 (50) Các bulông tráng kẽm phải được thí

nghiệm kéo sau khi tráng kẽm, như AASHTO M164 (ASTM A325M) yêu cầu

Các bulông AASHTO M253M (ASTM A490M) không được tráng kẽm

Các vòng đệm, đai ốc và bulông của bất cứ liên kết nào phải được tráng kẽm theo cùng phương

pháp Các đai ốc cần được phủ lên nhau tới số lượng tối thiểu yêu cầu đối với lắp ghép linh kiện

liên kết, và phải được bôi trơn bằng dầu nhờn có màu sắc trông thấy được

6.4.3.2 Đai ốc

Trừ chú thích ở dưới, các đai ốc cho các bulông AASHTO M164M (ASTM A325M) phải tuân

theo tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các đai ốc thép cácbon và hợp kim, AASHTO M291M (ASTM

A563M), các cấp 12, 10S3, 8S, 8S3, 10 và 10S hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các đai ốc thép

cácbon và hợp kim cho các bulông làm việc dưới áp suất cao và nhiệt độ cao, AASHTO M292M

(ASTM A194M), các cấp 2 và 2H

Các đai ốc cho bulông của AASHTO M253M (ASTM A490M) phải tuân theo các yêu cầu của

AASHTO M291M (ASTM A563M) các cấp 12 và 10S3 hoặc AASHTO M292M (ASTM

A194M) cấp 2H

Các đai ốc để tráng kẽm phải được xử lý nhiệt, cấp 2H, 12 hoặc 10S3 Các quy định của Điều

6.4.3.1 phải được áp dụng

Các đai ốc phải có độ cứng tối thiểu là 89HRB

Các đai ốc để sử dụng theo AASHTO M164M (ASTM A325M), các bulông loại 3 phải là cấp C3

hoặc DH3 Các đai ốc để sử dụng theo AASHTO M253M (ASTM A490M), các bulông loại 3 phải

là cấp DH3

6.4.3.3 Vòng đệm

Các vòng đệm phải tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các vòng đệm thép tôi, ASTM F43

GM)

Các quy định của Điều 6.4.3.1 phải được áp dụng cho các vòng đệm tráng kẽm

6.4.3.4 Các linh kiện liên kết tùy chọn

Các linh kiện liên kết khác hoặc các cụm linh kiện liên kết cho đến nay không được quy định có

thể được sử dụng tùy theo sự chấp thuận của kỹ sư, miễn là chúng đáp ứng các điểm sau đây:

• Các vật liệu, các yêu cầu sản xuất và thành phần hóa học của AASHTO M164M (ASTM

A325M) hoặc AASHTO M253M (ASTM A490M),

• Các yêu cầu đặc tính cơ học của cùng quy trình trong các thí nghiệm theo kích thước thực, và

• Đường kính thân và các khu vực ép tựa dưới đầu và đai ốc, hoặc bộ phận tương đương của

chúng, không được nhỏ hơn các thông số quy định cho một bulông và đai ốc có cùng các kích

thước danh định được mô tả trong các Điều 6.4.3.1 và 6.4.3.2

Các linh kiện liên kết để lựa chọn như thế có thể không giống các kích thước khác của bulông,

đai ốc và vòng đệm quy định trong các Điều 6.4.3.1 đến 6.4.3.3

6.4.4 Đinh neo chịu cắt

Các đinh neo chịu cắt phải được làm từ các thanh thép kéo nguội, các cấp 1015, 1018 hoặc

1020, khử một phần hoặc khử hoàn toàn ôxy, tuân theo AASHTO M169 (ASTM A108) - Tiêu

chuẩn kỹ thuật đối với các thanh thép cácbon gia công nguội, chất lượng tiêu chuẩn, và phải có

giới hạn chảy nhỏ nhất là 345 MPa và cường độ chịu kéo là 400MPa Nếu sự nóng chảy dùng

để giữ các mũ đinh thì thép dùng cho các mũ phải là cấp cácbon thấp phù hợp với hàn và phải

tuân theo ASTM A109M - Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với thép, cácbon, thép lá cán nguội

6.4.5 Kim loại hàn

Kim loại hàn phải tuân theo các yêu cầu của Quy phạm Hàn cầu D1.5 ANSI/AASHTO/AWS

6.4.8.4 Dây cáp cầu

Dây cáp cầu phải tuân theo ASTM A586 - Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với dây cáp kết cấu sợi thép

bọc kẽm song song và xoắn, hoặc ASTM A603 - Tiêu chuẩn đối với cáp thép kết cấu bọc kẽm

ò 4 Sơ lược lịch sử và phương hướng phát triển của cầu thép

- Giới thiệu cây cầu thép đầu tiên trên thế giới xuất hiện (thời gian, địa

điểm, các thông số kỹ thuật và còn khai thác hay đã bị phá huỷ)

- Lịch sử phát triển của cầu thép gắn liền với lịch sử phát triển của việc

chế tạo vật liệu thép

- Giới thiệu theo các dạng kết cấu: cầu dầm, cầu giàn, cầu vòm, cầu

dây văng và cầu treo dây võng trên thế giới và ở tại Việt Nam

- Phương hướng phát triển trên thế giới và ở Việt Nam

Cầu thép ra đời và phát triển cùng với sự lớn mạnh của công nghệ luyện kim trên

thế giới Tuy nhiên ngay từ những năm đầu của kỷ nguyên trước người Trung Quốc và

người ấn Độ đã biết dùng dây xích bằng sắt để làm các cầu treo, cho đến thế kỷ 17 các

cầu tương tự mới được xây dựng ở châu Âu và châu Mỹ

Khoảng thế kỷ thứ 18, công nghiệp luyện kim của châu Âu còn ở giai đoạn đầu

trong quá trình phát triển Các sản phẩm chính là gang và sắt Gang chịu uốn và chịu

kéo kém nên những chiếc cầu gang đầu tiên thường làm dưới dạng vòm, có kết cấu

giống như cầu gỗ thời bấy giờ Vòm được chia làm nhiều thanh liên kết với nhau bằng

bulông và chốt Chiếc cầu Gang đầu tiên thuộc loại này được xây dựng ở Anh qua

sông Severn 1776-1779

Cầu Ker-bet-zơ qua sông Neva ở Saint Peterbourg (Nga) xây dựng năm 1850

Cầu gồm 7 nhịp vòm từ 52 đến 48m, các thanh vòm có tiết diện hình chữ I

Khoảng đầu thế kỷ 19 cầu treo ở Pháp đã có nhịp tới 265m (cầu Frây-bua xây

dựng năm 1834) Cầu Sơ-giê-tren-nưi qua sông Danube ở Budapest Hung Ga Ri, có

nhịp chính 203m Cầu Britania qua vịnh Menai ở Anh xây dựng năm 1846-1850, cầu

có dạng liên tục hai nhịp theo sơ đồ 2x(70+140)m

…

ò 5 Tổng quan về các công nghệ xây dựng cầu thép

- Giới thiệu các công nghệ xây dựng cầu thép ở Việt nam từ trước đến nay

- ưu khuyết điểm của từng loại

- Lấy ví dụ minh hoạ

5.1 Phương pháp lắp đặt bằng cần cẩu

Là phương pháp đơn giản nhất, giảm thời gian và công sức lao lắp, tuy nhiên

phương pháp này chỉ ứng dụng được cho những nhịp nhỏ, đòi hỏi cần cẩu có sức nâng

và tầm vươn xa thích hợp

Khi lắp bằng cần cẩu, căn cứ vào trọng lượng của khối dầm cần nâng và vị trí đặt

dầm để chọn loại cần cẩu thích hợp, đồng thời chuẩn bị đường cho cần cẩu di chuyển

Cần cẩu có thể chạy bằng bánh lốp hoặc chạy trên ray Nhiều trường hợp cần cẩu đặt

trên phao nổi, kết cấu nhịp cũng đặt trên phao nổi, trong trường hợp này lắp đặt kết

cấu nhịp rất thuận lợi

Trường hợp kết cấu nhịp dài, cần cẩu không đủ khả năng người ta phải làm thêm

trụ tạm, lắp đặt từng khối, kiểm tra rồi nối dầm lại sau đó mới tháo dỡ trụ tạm

5.2 Phương pháp lắp hẫng và nửa hẫng

Trước tiên người ta lắp một nhịp trên bờ hoặc một đoạn nhịp đầu tiên trên đà giáo

sau đó dùng cần cẩu lắp hẫng các nhịp hoặc các đoạn tiếp theo phương pháp lắp cầu

tại vị trí không cần đà giáo như vậy gọi là phương pháp lắp hẫng Nếu trong quá trình

lắp hẫng có bố trí thêm các trụ tạm để đảm bảo điều kiện chống lật hoặc bảo đảm cho

ứng suất biến dạng không vượt quá giới hạn cho phép thì gọi là lắp bán hẫng hay lắp

nửa hẫng

Phương pháp lắp hẫng và lắp nửa hẫng dùng khi xây dựng cầu qua sông sâu,

sông có thông thuyền

Phương pháp lắp hẫng và lắp nửa hẫng đường di chuyển của cần cẩu đặt ngay

trên phần kết cấu nhịp đã lắp đặt trước khi dùng phương pháp lắp nửa hẫng các trụ

tạm nên bố trí vào đúng vị trí mối nối dầm chủ để thi công mối nối dễ dàng và đảm

bảo chất lượng

Trong cầu dầm thép liên hợp BTCT, thông thường dầm thép được lao trước bản

BTCT được đổ hoặc lắp sau

Phương pháp lắp hẫng và bán hẫng có thể tiến hành từ mố này sang mố kia hoặc

từ hai mố lại rồi hợp long ở giữa

13.00 16.00

Trụ tạm

30.60

13.00 16.00

30.60

17.937 14.937 24.837

5.3 Phương pháp lao kéo dọc

Theo phương pháp này kết cấu nhịp được lắp trên nền đường dẫn vào cầu, sau

khi mố trụ đủ cường độ chịu lực mới kéo cầu vào vị trí

Khi lao kéo dọc kết cấu nhịp có thể lắp trên nền đường có cao độ bằng cao độ

đỉnh mố trụ, tường đỉnh cũng chưa xây đủ cao độ sau khi lao kéo mới đắp đường và đổ

BT tường đỉnh đủ cao độ, như vậy khi lao tránh bớt việc kích hạ dầm tốn thời gian và

công sức, trụ tạm cũng không phải làm cao

Cũng như lắp hẫng khi lao trực tiếp trên các trụ chính, biện pháp này thường

được sử dụng cho các cầu nhiều nhịp, khi đó nối liên tục các nhịp, do đó nhịp sau làm

đối trọng cho nhịp hẫng khi đang lao Khi lao cả hai nhịp thì độ võng ở đầu mút

thường lớn do đó người ta còn lao dọc theo các phương pháp khác

Phương pháp dùng mũi dẫn kết hợp với mở rộng trụ

Phương pháp làm thêm trụ tạm, kích thước và vị trí trụ tạm được tính toán từ điều

kiện chống lật, điều kiện bền và độ võng của kết cấu nhịp, đồng thời cũng phải tính

đến chỗ đặt con lăn và thao tác cho công nhân khi lao cầu Phương pháp này thường

được sử dụng khi lao kéo dọc, nhất là khi cầu có một nhịp không thể nối liên tục khi

lao

Phương pháp làm trụ nổi Phương pháp này thường được sử dụng khi sông sâu

làm trụ tạm tốn kém

Thiết bị chính để kéo cầu là tời kéo, tời hãm, puli, múp, cáp, kích

Đường trượt trên gắn vào biên dưới dầm cũng có thể là cánh dưới dầm.

Mũi dẫn

MNTC:17.30

Tời kéo

3-2-2: Chương2:

Kết cấu nhịp cầu dầm thép giản đơn (6tiết)

3-2-2-1 Mục đích:

Trang bị các kiến thức cơ bản về cấu tạo chung của kết cấu nhịp cầu dầm thép

3-2-2-2 Các nội dung chủ yếu:

ò 1 Khái niệm chung (0,5tiết)

- Cần làm rõ thế nào là cầu dầm thép giản đơn

- Minh hoạ qua các sơ đồ tĩnh học (vẽ hình)

Liên hệ lại bài các sơ đồ tĩnh học của cầu thép, cầu thép có rất nhiều kiểu dạng

khác nhau, tuy vậy có thể phân cầu thép thành ba hệ thống chính:

Hệ cầu kiểu dầm

Hệ cầu kiểu vòm

Hệ cầu kiểu treo

Vậy cầu dầm thép thuộc hệ cầu kiểu dầm và có kết cấu chịu lực chính là bằng

thép, cần phân biệt cầu dầm thép với cầu dầm thép liên hợp bê tông cốt thép

Các mặt cắt liên hợp được định nghĩa là những mặt cắt gồm một bản mặt bê tông liên kết với

một mặt cắt thép bằng liên kết chống cắt phù hợp với Điều 6.10.7.4 và có thể áp dụng cho các

hệ bản mặt khác được chứng minh đảm bảo có tác dụng liên hợp và chống uốn ngang

Điều 6.10.7.4 Các neo chống cắt

Trong các mặt cắt liên hợp, phải làm các neo chữ U hoặc neo đinh chống cắt ở mặt tiếp xúc

giữa bản mặt cầu bê tông và mặt cắt thép để chịu lực cắt ở mặt tiếp xúc

ở các cấu kiện liên hợp nhịp giản đơn phải làm các neo chống cắt suốt chiều dài của nhịp

ở các cầu liên hợp liên tục thường nên làm các neo chống cắt suốt chiều dài cầu Trong các

vùng uốn âm phải làm các neo chống cắt ở nơi mà cốt thép dọc được xem là một phần của mặt

cắt liên hợp Mặt khác, các neo chống cắt không cần phải làm trong các vùng uốn âm, nhưng

phải đặt các neo bổ sung ở trong vùng của các điểm uốn tĩnh tải theo quy định trong Điều

6.10.7.4.3

ở nơi mà các neo chống cắt được sử dụng trong các vùng uốn âm, cốt thép dọc phải được kéo

dài vào vùng uốn dương theo quy định trong Điều 6.10.1.2

ò 2 Cấu tạo hệ dầm chủ (2tiết)

- Các dạng mặt cắt ngang dầm chủ và cấu tạo (vẽ hình)

- Các kích thước cơ bản của các dạng mặt cắt ngang dầm chủ-vẽ hình và

lấy các ví dụ minh hoạ kiểm chứng các số liệu

- Sườn tăng cường (sườn tăng cường đứng, sườn tăng cường ngang) làm rõ

nguyên nhân có sườn tăng cường và các vị trí cần bố trí-giải thích định

tính

- Cấu tạo và các kích thước sườn tăng cường

2.1 Các dạng mặt cắt ngang dầm chủ

Cầu dầm thép thường có các dạng mặt cắt ngang như sau:

a)

b)

Hình 2.1 a-mặt cắt ngang cầu dầm đặc b-mặt cắt ngang cầu dầm hộp

Mặt cắt ngang cầu dầm thép có thể làm bằng các thép hình sẵn có hoặc được tổ

hợp từ các thép định hình sẵn có Liên kết để tạo ra các mặt cắt tổ hợp có thể là

bulông, đinh tán và hàn

Do các dạng mặt cắt ngang trên đều có thể quy đổi về mặt cắt chữ I nên để cho

thuận tiện cho việc nghiên cứu, từ đây chúng ta chỉ tập trung đi nghiên cứu mặt cắt có

Căn cứ trên việc nghiên cứu về uốn, các tỷ lệ cấu tạo của mặt cắt chữ I phải thoả mãn các điều sau

đây trong tất cả các giai đoạn thi công và trong trạng thái cuối cùng

Trong mục 6.10.2.2, fc và Dc phải được lấy sao thích hợp với điều kiện đang nghiên cứu

6.10.2.1 Các tỷ lệ cấu tạo chung

Các cấu kiện uốn phải được cấu tạo theo tỷ lệ sao cho:

0,9I

Bản bụng dầm phải được cấu tạo sao cho:

Khi không có gờ tăng cường dọc

c w

c

f

E6,77t

Khi có gờ tăng cường dọc

c w

c

f

Et

2D

63,11

trong đó:

D c = chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi (mm)

fc = ứng suất ở bản cánh chịu nén do lực tính toán (Mpa)

+ Xác định chiều cao của dầm thép

Chiều cao của dầm xác định phụ thuộc vào các điều kiện sau đây:

1 Trọng lượng bản thân dầm phải cố gắng nhỏ nhất (giới hạn trên)

2 Độ cứng của dầm trong mặt phẳng thẳng đứng phải thoả mãn yêu cầu về độ võng

qui định (giới hạn dưới)

3 Kích thước và trọng lượng của các mảnh dầm phải đáp ứng được về điều kiện

M d

M: mô men uốn tính toán;

Fy: cường độ tính toán của thép làm dầm chủ;

tw: bề dày tấm thép làm sườn dầm;

α : hệ số bằng 2,5 - 2,7

Trong cầu xe lửa nhịp đơn giản khoảng 30m trở lại thì chiều cao dầm lấy 1/9 -

1/13 chiều dài nhịp Đối với nhịp lớn nếu có cấu tạo máng đá ba lát bê tông cốt thép và

cho tham gia chịu lực cùng với dầm thép, chiều cao dầm có thể chọn trong phạm vi

1/10 - 1/15 chiều dài nhịp

Trong cầu ô tô chiều cao dầm đơn giản thường lấy bằng 1/12 - 1/20 của nhịp

Cũng giống như cầu bê tông cốt thép, xuất phát từ nguyên tắc giảm bớt trọng

lượng dầm tới mức nhỏ nhất, cầu liên tục và mút thừa làm theo sơ đồ nhịp biên nhỏ

hơn so với nhịp giữa và thường bằng 0.75 - 0.80 của nhịp giữa Tuy nhiên do các điều

kiện về thông thương ở dưới cầu, vượt qua đường ôtô chạy dọc hai bên bờ sông, tỷ số

giữa các nhịp có thể ra ngoài phạm vi trên Với các nhịp vừa không quá 60m, chiều

cao dầm được lựa chọn không thay đổi và bằng 1/15 - 1/20 chiều dài nhịp

Với các nhịp lớn, chiều cao dầm làm thay đồi tăng dần vào các vị trí gối giữa

Nếu chiều cao tăng theo đường thẳng bằng hình thức cấu tạo vút thì tại gối chiều cao

dầm bằng 1.2 - 1.3 chiều cao dầm tại giữa nhịp Khi nhịp lớn, dầm làm với chiều cao

thay đổi theo đường cong và thường người ta cho bản mặt cầu cùng tham gia làm việc

với dầm chủ, thì chiều cao dầm có thể đạt tới 1/45 - 1/60 chiều dài nhịp đối với tiết

diện giữa nhịp và 1/20-1/30 đối với tiết diện tại gối.

+ Xác định chiều dày sườn dầm

Bề dày sườn dầm chọn theo điều kiện tính toán chịu lực cắt và ổn định cục bộ,

nhưng không được nhỏ hơn 10 mm đối với dầm tán đinh và 12 mm đối với dầm hàn

Quan hệ giữa bề dày và chiều cao sườn dầm có thể định theo biểu thức (1/12.5)

d cho dầm làm bằng thép than và (1/10) d cho dầm làm bằng thép hợp kim thấp,

ở đây d là chiều cao của sườn dầm (cm).

Thép góc biên trong dầm tán định chọn trên cơ sở tính toán về làm việc chịu uốn của dầm, làm sao cho

chúng kết hợp cùng với các bản cánh để đạt đủ mô men chống uốn yêu cầu Các thép góc này thường giữ

không thay đổi trong cả chiều dài dầm Cỡ thép góc nhỏ nhất để dùng làm thép góc biên là 100x100x10

mm

+ xác định chiều rộng của bản cánh

Bề rộng các bản cánh không được nhỏ hơn (2b + tw + 2x5) mm, trong đó b là bề

rộng bản cánh nằm ngang của thép góc cánh, tw là bề dày của sườn dầm, 5 mm là độ

chìa ra tối thiểu của các bản cánh vì kích thước của chúng và của các thép góc cánh có

thể có sai lệch

tf b

Trong cầu xe lửa có mặt cầu đặt tiếp lên dầm thép, bề rộng tối thiểu của các bản

cánh là 240mm do điều kiện kê của tà vẹt

Bề rộng lớn nhất của các bản cánh xác định bằng bề rộng cánh chìa ra (đối với

hàng đinh ngoài cùng liên kết chúng với các thép góc cánh) theo điều kiện về ổn định

cục bộ, không được vượt quá các trị số sau:

- Trong cầu xe lửa là 10.tw và 0.3 m,

- Trong cầu ô tô là 15.tw và 0.4 m; ở đây tw là bề dày của bản cánh

+Xác định chiều dày của bản cánh

Bề dày của bản cánh không nên quá 20 mm để dể bảo đảm chất lượng thép

Ngoài ra nếu các bản cánh có bề dày nhỏ thì dễ cắt để cho biểu đồ bao vật liệu là phù

hợp nhất với biểu đồ mô men tính toán và tiết kiệm thép hơn Tuy nhiên về mặt cấu tạo

cũng yêu cầu các bản cánh không được mỏng hơn 10 mm

Bề dày lớn nhất của tất cả các bản cánh bao gồm cả cánh thép góc cánh và các

loại bản nối khống chế bởi bề dày cho phép theo điều kiện tán ghép của đinh tán 4.5d,

nếu tán đinh bằng hai búa hoặc máy tán là 5.5d, trong đó d là đường kính của thân

đinh tán Bên cạnh đó cũng có qui định về số lượng các phân tố lắp ghép bằng đinh tán

không được nhiều hơn 7 nếu tán bằng hai buá thì không được nhiều hơn 8 đối với đinh

đường kính 23 mm, và tương ứng không được nhiều hơn 8 và 9 đối với đinh đường

kính 26 mm

Diện tích các thép góc cánh nên bằng khoảng 30% - 40% diện tích biên dầm vì

nếu nhỏ quá thép góc cánh sẽ làm việc quá tải.

Để đảm bảo ổn định cho sườn dầm người ta đặt thêm vào sườn dầm các sườn

tăng cường đứng và có thể cả sườn tăng cường ngang bằng thép góc hoặc bằng thép

bản

Bố trí sườn tăng cường phải căn cứ vào tính toán ổn định cục bộ sườn dầm chủ,

tại vị trí có liên kết ngang nhất thiết phải bố trí sườn tăng cường đứng Sườn tăng

cường nên đặt đối xứng ở cả hai bên của sườn dầm Tại khu vực gối sườn tăng cường

bố trí dày hơn

Các quy định về kích thước của sườn tăng cường:

Bề dày của sườn tăng cường không được nhỏ hơn 1/15 chiều rộng cánh thò ra của

dầm chủ và không được bé hơn 10mm

Các đầu của sườn tăng cường đứng phải tựa khít vào cánh dầm, nên có bản thép

đệm đặt giữa đầu sườn dưới và cánh dầm, bản đệm có bề dày 16-20mm, bề rộng

30-40mm Cho phép hàn trực tiếp sườn tăng cường với bản thép của cánh dầm chịu nén

hay với bản cánh dưới của dầm ở gối Miếng đệm được hàn đính vào đầu sườn tăng

cường và không hàn vào cánh chịu kéo

6.10.8 Gờ tăng cường

6.10.8.1 Gờ tăng cường ngang trung gian

6.10.8.1.1 Tổng quát

Các gờ tăng cường ngang gồm có các tấm hoặc thép góc được hàn hoặc liên kết bằng bulông vào

hoặc một hoặc cả hai bên của bản bụng

Các gờ tăng cường không sử dụng như là các tấm nối phải lắp khít chặt vào bản cánh chịu nén,

nhưng không cần phải ép vào mặt bản cánh chịu kéo

Các gờ tăng cường được sử dụng như các tấm nối cho các vách ngang hoặc các khung ngang phải

được liên kết vào cả hai bản cánh bằng hàn hoặc bắt bulông

Khoảng cách giữa đầu của mối hàn gờ tăng cường vào bản bụng và mép gần của đường hàn bản

cánh vào bản bụng phải không nhỏ hơn 4tw hoặc lớn hơn 6tw

6.10.8.1.2 Chiều rộng phần thò ra (phần chìa )

Chiều rộng, bt, của mỗi phần chìa của gờ tăng cường phải thỏa mãn:

ys p t

F

E0.48tb

tp = chiều dày của phân tố chìa ra (mm)

Fys = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của gờ tăng cường (MPa)

bf = toàn bộ chiều rộng của bản cánh thép trong một mặt cắt (mm)

It = mômen quán tính của gờ tăng cường ngang quanh mép tiếp xúc với bản bụng đối với

các gờ đơn và quanh trục giữa chiều dày của bản bụng đối với các gờ kép (mm4)

tw = chiều dày bản bụng (mm)

do = khoảng cách của gờ tăng cường ngang (mm)

Dp = chiều cao bản bụng đối với các bản bụng không có các gờ tăng cường dọc hoặc chiều

cao lớn nhất của panen phụ đối với các bản bụng có các gờ tăng cường dọc (mm)

Các gờ tăng cường ngang sử dụng kết hợp với các sườn tăng cường dọc cũng phải thỏa mãn:

l l

I3,0d

Db

bI

bl = chiều rộng thiết kế của gờ tăng cường dọc (mm)

Il = mômen quán tính của gờ tăng cường dọc lấy qua mép tiếp xúc với bản bụng, căn

cứ trên mặt cắt hiệu dụng theo quy định trong Điều 6.10.8.3.3 (mm4)

6.10.8.1.4 Diện tích

Các gờ tăng cường ngang trung gian yêu cầu để chịu các lực do tác động của dải kéo của bản bụng

theo quy định trong Điều 6.10.7.3 phải thỏa mãn:

u w

s

F

F18.0tV

VC1.00.15BDt

trong đó:

Vr = sức kháng cắt tính toán theo quy định trong Điều 6.10.2.1 (N)

Vu = lực cắt do các tải trọng tính toán ở trạng thái giới hạn cường độ (N)

As = diện tích gờ tăng cường; tổng diện tích của cả đôi gờ tăng cường (mm2)

B = 1,0 cho các đôi gờ tăng cường

B = 1,8 cho các gờ tăng cường đơn bằng thép góc

B = 2,4 cho các gờ tăng cường đơn bằng thép tấm

C = tỷ số ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt theo quy định ở Điều 6.10.7.3.3a

Fyw = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng (MPa)

Đối với những dầm có chiều cao lớn, riêng sườn tăng cường đứng không đủ đảm

bảo ổn định cục bộ cho sườn dầm thì phải bố trí thêm sườn tăng cường ngang Khoảng

cách từ sườn tăng cường ngang đến cánh chịu nén của dầm chủ lấy như sau:

khi dùng một sườn: (0,20-0,25)d

khi dùng hai hay ba sườn: sườn thứ nhất (0,15-0,20)d; sườn thứ hai (0,4-0,50)d;

sườn thứ ba đặt trong khu vực chịu kéo của sườn dầm

6.10.8.3 Các gờ tăng cường dọc

6.10.8.3.1 Tổng quát

ở nơi nào yêu cầu, các gờ tăng cường dọc có thể gồm hoặc tấm được hàn dọc vào một bên của bản bụng,

hoặc thép góc bắt bulông, và phải được đặt ở một khoảng cách 2Dc/5 từ mép trong của bản cánh chịu nén

Dc là chiều cao của bản bụng chịu nén ở mặt cắt có ứng suất uốn nén lớn nhất

6.10.8.3.2 Chiều rộng phần chìa

Chiều rộng phần chìa, bt, của gờ tăng cường phải thỏa mãn:

yc sF

E0,48t

trong đó:

ts = chiều dày của gờ tăng cường (mm)

Fyc = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh chịu nén liền kề (MPa)

6.10.8.3.3 Mômen quán tính

Các đặc trưng mặt cắt của gờ tăng cường phải căn cứ trên diện tích hiệu dụng gồm có gờ tăng cường và

dải ở trung tâm của bản bụng không vượt quá 18tw

Các gờ tăng cường dọc phải thỏa mãn:

2 o 3

trong đó:

Il = mômen quán tính của gờ tăng cường dọc và dải bản bụng quanh mép tiếp xúc với

r = bán kính hồi chuyển của gờ tăng cường dọc và dải bản bụng quanh mép tiếp xúc với bản bụng

(mm)

D = chiều cao bản bụng (mm)

do = khoảng cách gờ tăng cường ngang (mm)

tw = chiều dày bản bụng (mm)

Fyc = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh chịu nén liền kề (MPa)

Hệ liên kết ngang liên kết các dầm chủ tạo cho hệ dầm chủ có độ cứng ngang

Liên kết ngang tham gia vào việc phân phối tải trọng đều hơn cho các dầm chủ, ngoài

ra các liên kết ngang ở gối còn dùng để kích dầm khi sửa chữa, cũng chính vì vậy mà

liên kết ngang ở đầu dầm thường được cấu tạo chắc chắn hơn các liên kết ngang khác

Trong qui trình Việt Nam không qui định khoảng cách giữa các liên kết ngang,

còn trong qui trình của Nhật qui định: phải bố trí liên kết ngang tại gối và tại giữa dầm

chủ Cầu dầm đặc mặt cắt chữ I hay chữ ∏ phải có các liên kết ngang trung gian,

khoảng cách giữa các liên kết ngang không nên vượt quá 6m và không nên lớn hơn 30

lần bề rộng của bản cánh

Liên kết ngang có thể cấu tạo từ thép bản hoặc thép góc, liên kết trực tiếp với

sườn tăng cường hoặc thông qua bản tiếp điểm.

4

2 2

3 2

1

Các dạng liên kết ngang

3.2 Hệ liên kết dọc

Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp Hệ liên kết

dọc còn cùng với hệ liên kết ngang tạo cho hệ dầm có độ cứng chống xoắn nên cũng

có quan điểm cho rằng hệ liên kết dọc cũng góp phần phân phối đều hơn tải trọng

thẳng đứng cho các dầm khi tải trọng đặt lệch tâm.

a)

b)

d) c)

Cần trình bày ý nghĩa và cấu tạo của mỗi hệ-vẽ hình

ò 4 Mối nối dầm chủ.( 1,5 tiết)

- ý nghĩa và sự cần thiết của mối nối dầm chủ

- Yêu cầu của mối nối

- Mối nối sườn dầm (vẽ hình)

- Mối nối bản cánh (vẽ hình)

- Cách tạo độ vồng bằng mối nối (sự cần thiết phải tạo vồng)

- Cách tạo vồng cho dầm có một mối nối và hai mối nối

Cần thiết phải có mối nối dầm chủ là do hai yêu cầu chính : kích thước thép cán

có hạn chế, khi dầm chủ dài không thể nối ghép ngay ở công xưởng vì khó vận

chuyển Như vậy có những mối nối tiến hành ở trong công xưởng, có những mối nối

phải thực hiện ngoài công trường

4.1 Yêu cầu của mối nối :

- Mối nối phải đủ truyền lực, tránh tập trung ứng suất

- Mối nối phải đơn giản, dễ thực hiện, có thể định hình

- Nếu mối nối để tạo vồng thì phải đảm bảo đúng độ vồng theo thiết kế

4.2 Mối nối sườn dầm

Sườn dầm chịu lực cắt là chủ yếu nên hạn chế nối ở chỗ có lực cắt lớn

Bản bụng thường nối theo kiểu đối đầu, có hai bản nối ghép đối xứng để giảm số

lượng đinh, không nối chồng, tránh truyền lực lệch tâm và tăng số lượng đinh.

b) a)

Hình … a-Bản táp không phủ lên cánh thép góc b-bản táp phủ lên cánh

Nối sườn dầm bằng bản táp có chiều cao lọt vào trong khoảng hai thép góc của

cánh trên và cánh dưới không tốt vì khi đó thép góc sẽ làm việc quá tải Nên có các

bản táp phủ lên thép góc như vậy thép góc không quá tải và giảm bớt số đinh vì các

đinh ở xa làm việc nhiều hơn.

4.3 Mối nối bản cánh

Mối nối bản cánh chịu mô men nên cần tránh ở mặt cắt có mô men lớn Mối nối

bản cánh có thể là đối đầu, so le hoặc kết hợp đối đầu và so le

Mối nối đối đầu đơn giản nhưng tốn nhiều bản táp, nếu tiết diện bản cánh lớn thì

mối nối này không phù hợp.

3

2

Mối nối so le có bản cánh và thép góc cánh gián đoạn ở nhiều vị trí khác nhau,

mối nối này tốn ít bản táp, tuy vậy để tiện vận chuyển đến công trườngthì gặp khó

khăn do đầu các bản thừa ra quá mỏng nên dễ bị cong vênh, lắp ráp ở công trường

4.3 Mối nối tạo vồng

Có nhiều cách tạo vồng trong đó tạo vồng nhờ mối nối vừa kinh tế vừa dễ thi

công, trừ trường hợp dầm ngắn không phải nối thì khi đó cũng không cần tạo độ vồng

Đối với những dầm có một mối nối khi đó cả hai đoạn dầm ở hai bên mối nối

đều đặt dốc đi để tạo vồng Đối với những dầm có hai mối nối thì đoạn dầm giữa

thường đặt nằm ngang còn hai đoạn đầu đặt dốc để tạo độ vồng Trường hợp dầm có

lớn hơn hai mối nối cách tạo độ vồng cũng tương tự nên không trình bày

- Cách tạo độ vồng khi dầm có một mối nối:

Trong trường hợp này dầm có hai đoạn, nếu hai đoạn có chiều dài bằng nhau thì

cần đặt cho các đoạn nghiêng với đường nằm ngang như nhau sao cho ở vị trí mối nối

đạt được độ vồng fv như thiết kế, nếu hai đoạn dầm có chiều dài khác nhau thì để ở vị

trí mối nối đạt được độ vồng là fv cần đặt các đoạn nghiêng với đường nằm ngang

những góc α1 và α2 khác nhau Để đạt được điều đó các cột đinh trên bản táp của

sườn dầm cần nghiêng với đường thẳng đứng những góc tương ứng là α1 và α2 như

trên hình 2-10 b Trong đó tgα1 = fv/ l1; tgα2 = fv / l2 Do các góc α1 và α2 rất nhỏ

(vì độ vồng fv rất nhỏ so với l1 và l2) nên việc thực hiện mối nối cánh cũng không có

gì phức tạp hơn nhiều so với mối nối không có tạo độ vồng

- Cách tạo độ vồng cho dầm có hai mối nối

Trong trường hợp này người ta đặt cho đoạn giữa nằm ngang, các đoạn đầu và

cuối nghiêng với đoạn giữa những góc a1 và a3 có:

Tgα1 = fv / l1 và tgα3 = fv / l3 để ở đoạn giữa có độ vồng là fv như trên hình

4-11a Mối nối giữa đoạn 1 (chiều dài l1) và đoạn 2 (chiều dài l2) các cột đinh trên đoạn

2 bố trí thẳng đứng, còn các cột đinh trên đoạn 1 nghiêng đi một góc α1 so với đường

thẳng đứng Mối nối giữa hai đoạn 2 và 3 cũng tương tự như trên nghĩa là các cột đinh

trên đoạn 2 thẳng đứng, còn các cột đinh trên đoạn 3 nghiêng với đường thẳng đứng

(7)

(2)(1)

(3)

(4)(5)

h) g) f) e)

d)

c)

b)

a)

3-2-3-2 Các nội dung chủ yếu:

ò 1 Khái niệm chung

- khái niệm

- Nguyên lý làm việc của cầu dầm liên hợp

- Các giai đoạn làm việc

Dầm liên hợp thép-BTCT gồm hai loại vật liệu, bản BTCT và dầm thép liên kết

với nhau bằng các neo Bản làm việc với tư cách bản mặt cầu, vừa là một thành phần

của dầm chủ

Mặt cắt ngang dầm liên hợp

Do đặc điểm cấu tạo như trên nên dầm liên hợp tiết kiệm thép cho dầm chủ,

ngoài ra bản mặt cầu còn thay thế cho hệ liên kết dọc trên cho nên nếu cần chỉ bố trí

hệ liên kết dọc dưới

Trong giai đoạn thi công bằng nhiều biện pháp có thể điều chỉnh nội lực trong

dầm theo ý muốn Tuy nhiên dầm liên hợp có nhược điểm là tĩnh tải mặt cầu tương đối

lớn

Dầm liên hợp làm việc theo hai giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: lắp xong dầm thép và các liên kết, đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp ghép

bản mặt cầu nhưng mặt cầu chưa liên kết cứng với dầm thép ở giai đoạn này mới chỉ

có dầm thép làm việc Tải trọng tác dụng trong giai đoạn này gồm có trọng lượng bản

thân dầm thép, hệ liên kết , trọng lượng bản BT và các phần đổ cùng với bản

Giai đoạn II: Sau khi dầm thép đã liên kết với bản BT trong giai đoạn này chia

nhỏ ra hai trường hợp là trường hợp ngắn hạn và trường hợp dài hạn (n và 3n; n là tỷ số

mô đuyn đàn hồi của thép/bê tông)

ò 2 Cấu tạo hệ dầm chủ và neo

- Cấu tạo hệ dầm chủ và cách xác định sơ bộ các thông số ban đầu

(liên hệ phần cầu dầm thép –sườn tăng cường, hệ liên kết)

- Cấu tạo neo (vẽ hình)

2.1 cấu tạo dầm chủ

Bản bê tông cốt thép mặt cầu cùng tham gia chịu uốn với dầm chủ nên cấu tạo

hợp lý là cánh trên của dầm thép phải nhỏ hơn cánh dưới, trừ những dầm ngắn dùng

thép hình cán sẵn mới có hai cánh bằng nhau, như vậy nói chung dầm thép liên hợp

giảm được khối lượng thép và tăng được độ cứng đáng kể

Trong cầu dầm giản đơn dùng dầm thép liên hợp BTCT rất phù hợp vì toàn bộ

bản mặt cầu bằng BTCT được bố trí trên suốt chiều dài nhịp đều nằm trong khu vực

chịu nén Trong cầu dầm liên tục thì có những đoạn dầm chịu mô men âm, mặt cầu sẽ

chịu kéo khi đó sẽ có các giải pháp như sau: không tạo liên kết giữa dầm thép với bản

BTCT, tạo DƯL trong bản bê tông CT hoặc bố trí các cốt thép đặc biệt để chịu lực kéo

trong bản BTCT.

Dầm thép

2.2 Cấu tạo neo

Khi dầm liên hợp làm việc chịu uốn thì trong mặt phẳng liên kết bản với dầm

thép sản sinh ra lực trượt lớn Để chống lại được lực trượt đó người ta bố trí neo chống

cắt ở trên các bản cánh chịu nén.

Trong các mặt cắt liên hợp, phải làm các neo chữ U hoặc neo đinh chống cắt ở mặt tiếp xúc giữa

bản mặt cầu bê tông và mặt cắt thép để chịu lực cắt ở mặt tiếp xúc

ở các cấu kiện liên hợp nhịp giản đơn phải làm các neo chống cắt suốt chiều dài của nhịp

ở các cầu liên hợp liên tục thường nên làm các neo chống cắt suốt chiều dài cầu Trong các

vùng uốn âm phải làm các neo chống cắt ở nơi mà cốt thép dọc được xem là một phần của mặt

cắt liên hợp Mặt khác, các neo chống cắt không cần phải làm trong các vùng uốn âm, nhưng

phải đặt các neo bổ sung ở trong vùng của các điểm uốn tĩnh tải theo quy định trong Điều

6.10.7.4.3

ở nơi mà các neo chống cắt được sử dụng trong các vùng uốn âm, cốt thép dọc phải được kéo

dài vào vùng uốn dương theo quy định trong Điều 6.10.1.2

6.10.7.4.1a Các kiểu neo

Các neo chữ U và neo đinh chống cắt phải được thiết kế theo các quy định của điều này

Các neo chống cắt cần thuộc một kiểu mà kiểu đó cho phép khi đầm kỹ bê tông thì bảo đảm

toàn bộ các bề mặt của chúng được tiếp xúc với bê tông Các neo phải có khả năng chống lại cả

hai chuyển vị thẳng đứng và nằm ngang giữa bê tông và thép

Tỷ lệ của chiều cao với đường kính của neo đinh chịu cắt không được nhỏ hơn 4,0

Các neo chữ U chống cắt phải có các đường hàn không nhỏ hơn 5 mm đặt dọc theo chân và gót

của thép U

Trong cầu dầm liên hợp, neo là bộ phận liên kết bản BTCT với dầm thép Neo

thường làm bằng thép tròn, thép bản hoặc thép hình liên kết với cánh trên của dầm

thép bằng đường hàn, đinh tán hoặc bulông Theo cách liên kết bản BTCT với dầm chủ

người ta chia ra hai loại neo chính là: neo cứng và neo mềm

Neo cứng: thường được chế tạo từ thép bản, thép góc và thép hình Neo cứng có

cấu tạo gọn nhẹ nên trước đây thường dùng khi khi bản mặt cầu lắp ghép vì khi đó trên

bản mặt cầu các lỗ neo thường nhỏ

Neo cứng có khả năng chịu lực tốt nhưng liên kết với bê tông kém nên ở Pháp

trong neo cứng người ta còn luồn thêm một đoạn thép tròn vào neo cứng Một loại neo

được dung khá phổ biến hiện nay là hình chiếc đinh có mũ ở trên Neo được liên kết

với cánh trên của dầm bằng cách hàn, tán đinh hoặc bắt bu lông cường độ cao

Neo mềm: Neo mềm được chế tạo từ thép tròn uốn cong thành một nhánh

hoặc hai nhánh neo mềm thường được hàn ngay trên cánh trên của dầm thép, để

tránh khó khăn khi vận chuyển có thể hàn tại công trường cũng có thể hàn neo

mềm lên các bản thép, rồi ra công trường hàn hoặc bắt bulông liên kết bản thép

với cánh dầm

6.10.7.4.1c Khoảng cách ngang

Các neo chống cắt phải được đặt theo phương ngang, ngang qua bản cánh trên của tiết diện thép

và có thể đặt cách khoảng theo các cự ly đều hoặc thay đổi

Các neo đinh chống cắt không được đặt gần hơn 4 lần đường kính từ tim đến tim theo phương

ngang đến trục dọc của cấu kiện đỡ tựa

Khoảng cách tĩnh giữa mép của bản cánh trên và mép của neo chống chắt gần nhất không được

nhỏ hơn 25 mm

6.10.7.4.1d Lớp phủ và độ chôn sâu

Chiều cao tịnh của lớp bê tông phủ ở trên các đỉnh của các neo chống cắt không được nhỏ hơn

50 mm Các neo chống cắt cần được chôn sâu ít nhất 50 mm vào trong mặt cầu

ò 3 Cấu tạo bản mặt cầu

- Bản mặt cầu bằng BTCT

3-2-4: Chương 4: Tính toán cầu dầm thép và cầu dầm thép

- liên hợp bản BTCT (12 tiết và 5 tiết hướng dẫn TKMH)

3-2-4-1 Mục đích:

Trang bị các kiến thức cơ bản về tính toán thiết kế các bộ phận của kết cấu nhịp

cầu dầm thép và cầu dầm thép liên hợp bản BTCT

3-2-4-2 Các nội dung chủ yếu:

ò 1 Nguyên lý chung (0,5 tiết)

- Nguyên lý tính toán: xuất phát nguyên lý làm việc của cầu dầm thép và cầu

dầm thép liên hợp bản BTCT

- Sơ đồ kết cấu dùng để tính toán: vẫn thống nhất quan điểm biến sơ đồ không

gian về phẳng hoặc để cả sơ đồ không gian

Tính toán cầu có nhiều phương pháp như : tính theo ứng suất cho phép, tính theo

hệ số tải trọng và tính theo trạng thái giới hạn Theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05 cầu

được tính phương pháp trạng thái giới hạn

1.3.2 Các trạng thái giới hạn

1.3.2.1 Tổng quát

Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn Phương trình 1 với mỗi trạng thái giới hạn, trừ khi được

quy định khác Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng

được lấy bằng 1,0, trừ trường hợp với bu lông thì phải áp dụng quy định ở Điều 6.5.5 Mọi trạng thái

giới hạn được coi trọng như nhau

∑ηi Yi Qi ≤ Φ Rn = Rr (1.3.2.1-1)

với :

ηi= ηD ηR ηl > 0,95 (1.3.2.1-2)

Trong tiêu chuẩn 22TCN-272-05 có các trạng thái giới hạn sau: trạng thái giới

hạn cường độ, trạng thái giới hạn sử dụng, trạng thái giới hạn phá hoại mỏi và giòn,

trạng thái giới hạn đặc biệt Với mỗi trạng thái giới hạn có tổ hợp và hệ số tải trọng

tương ứng.

• Trạng thái giới hạn cường độ i: Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng

cho xe tiêu chuẩn của cầu không xét đến gió

• Trạng thái giới hạn cường độ ii: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với

vận tốc vượt quá 25m/s

• Trạng thái giới hạn cường độ iii: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe

tiêu chuẩn của cầu với gió có vận tốc 25m/s

• Trạng thái giới hạn đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến động đất, lực va của

tầu thuyền và xe cộ, và đến một số hiện tượng thuỷ lực với hoạt tải đã chiết giảm khác với khi là

một phần của tải trọng xe va xô, CT

• Trạng thái giới hạn sử dụng: Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình

thường của cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định Dùng để

kiểm tra độ võng, bề rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực,

sự chảy dẻo của kết cấu thép và trượt của các liên kết có nguy cơ trượt do tác dụng của hoạt tải

xe Tổ hợp trọng tải này cũng cần được dùng để khảo sát ổn định mái dốc

• Trạng thái giới hạn mỏi: Tổ hợp tải trọng gây mỏi và đứt gẫy liên quan đến hoạt tải

xe cộ trùng phục và xung kích dưới tác dụng của một xe tải đơn chiếc có cự ly trục được quy

ngang để phân chia tải trọng cho các dầm sau đó tính từng dầm như một kết cấu

phẳng Có rất nhiều phương pháp xác định hệ số phân bố ngang nhưng trong tiêu

chuẩn 22TCN-272-05 cho phép xác định hệ số phân bố ngang theo cách sau:

Bảng 4.6.2.2.1.1 Kết cấu phần trên của cầu thông thường

được nêu trong các Điều 4.6.2.2.2 và 4.6.2.2.3

Loại dầm

Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1-1

Một làn thiết kê chịu tải:

1 , 0 3 s g 3 , 0 4 , 0

Lt

KL

S4300

S06,

0 +⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:

1 , 0 3 s g 2 , 0 6 , 0

Lt

KL

S2900

S075,

1 làn thiết kế chịu tải

j nếu được liên kết chặt chẽ để làm việc như một khối

e = +

1700 e

300 ≤ ≤

ư

Dùng giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị hoặc tính theo phương trình trên với

N b = 3 hoặc theo nguyên tắc đòn bẩy

Nb = 3

Bảng 4.6.2.3a-1- Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm giữa

Loại kết cấu nhịp

Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1-1

1 làn thiết kế chịu tải

được liên kết chặt thì làm việc như một khối

7600

S 0,36 +

0 , 2

10700

S 7600

S 2 ,

0 + ư⎜⎜⎛ ⎟⎟⎞

1100 ≤ S≤ 4900

6000 ≤ L≤ 73000

110 ≤ ts ≤ 300 4x10 9 ≤ Kg ≤ 3x10 12

Nb ≥ 4 Quy tắc đòn bẩy Quy tắc đòn bẩy N b = 3

Bảng 4.6.2.2.3b-1 - Sự phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm biên

Dạng kết cấu

nhịp

Mặt cắt thích hợp lấy từ Bảng 4.6.2.2.1-1

1 làn thiết kế chịu tải

2 hoặc hơn 2 làn thiết kế chịu tải Phạm vi áp dụng

để làm việc như một khối

Quy tắc đòn bẩy g = e g bên trong

3000

d 6 , 0

e = + e

- 300 ≤ de ≤ 1700

3.6.1.1 Hoạt tải xe

3.6.1.1.1 Số làn xe thiết kế

Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây w là bề rộng khoảng

trốngcủa lòng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn, đơn vị là mm Cần xét đến khả năng thay đổi

trong tương lai về vật lý hoặc chức năng của bề rộng trống của lòng đường của cầu

Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn giao thông và bề

rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thông

Lòng đường rộng từ 6000mm đến 7200mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng lòng

đường

3.6.1.1.2 Hệ số làn xe

Những quy định của Điều này không được áp dụng cho trạng thái giới hạn mỏi, trong trường hợp đó chỉ

dùng với một xe tải thiết kế, bất kể số làn xe thiết kế Khi dùng hệ số phân phối gần đúng của 1 làn xe

đơn như trong Điều 4.6.2.2 và 4.6.2.3, khác với quy tắc đòn bẩy và phương pháp tĩnh học, ứng lực phải

được chia cho 1,20

ứng lực cực hạn của hoạt tải phải xác định bằng cách xét mỗi tổ hợp có thể của số làn chịu tải nhân với

hệ số tương ứng trong Bảng 1

Hệ số trong Bảng 3.6.1.1.2.1 không được áp dụng kết hợp với hệ số phân bố tải trọng gần đúng quy định

trong Điều 4.6.2.2 và 4.6.2.3, trừ khi dùng quy tắc đòn bẩy hay khi có yêu cầu riêng cho dầm ngoài cùng

trong cầu dầm- bản quy định trong Điều 6.2.2.2.d thì được áp dụng

Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 sẽ gồm một tổ hợp của:

• Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế, và

• Tải trọng làn thiết kế

Trừ trường hợp được điều chỉnh trong Điều 3.6.1.3.1, mỗi làn thiết kế được xem xét phải được bố trí hoặc

xe tải thiết kế hoặc xe hai trục chồng với tải trọng làn khi áp dụng được Tải trọng được giả thiết chiếm

3000mm theo chiều ngang trong một làn xe thiết kế

3.6.1.2.2 Xe tải thiết kế

Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của xe tải thiết kế phải lấy theo Hình 3.6.1.2.2-1 Lực

xung kích lấy theo Điều 3.6.2

Trừ quy định trong Điều 3.6.1.3.1 và 3.6.1.4.1, cự ly giữa 2 trục 145.000N phải thay đổi giữa 4300 và

9000mm để gây ra ứng lực lớn nhất

Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải trọng trục cho

trong Hình 3.6.1.2.2-1 nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65

-

4300 mm 4300 mm tới 900mm

600 mm nói chung 300mm mút thừa của mặt cầu

Làn thiết kế 3500 mm Hình 3.6.1.2.2-1 - Đặc trưng của xe tải thiết kế

3.6.1.2.3 Xe hai trục thiết kế

Xe hai trục gồm một cặp trục 110.000N cách nhau 1200mm Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy

bằng 1800mm Tải trọng động cho phép lấy theo Điều 3.6.2

Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải trọng xe hai trục

nói trên nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65

3.6.1.2.4 Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thiết

là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

ò 2 Tính toán nội lực (2tiết)

- Tính đặc trưng mặt cắt

- tính hệ số phân bố ngang để biến sơ đồ không gian về sơ đồ phẳng

- Tính toán nội lực và ứng suất tại các mặt cắt và vị trí đặc trưng như

đã dự kiến căn cứ vào các trạng thái giới hạn

(3) (4)

(5)

Trong mặt cắt ngang cầu trên ngoài các kích thước dầm thép đã được xác định ở

phần trên ta cần xác định các kích thước còn lại như khoảng cách giữa các dầm chủ và

chiều dày bản bê tông Các kích thước đó là cơ sở để xác định kích thước dầm sau

b

B C

b

Trong các kích thước trên B thường chọn từ 1,5m đến 2,5m; C=(0,6-0,75)B

hb thường chọn từ 15 đến 25cm phụ thuộc vào khoảng cách giữa các dầm thép,

chiều dày trên vị trí bản cánh được xác định phụ thuộc vào loại neo và chiều dày lớp

bê tông bảo vệ phía trên neo (Phần cấu tạo đã có quy định này)

b1 và b2 được quy định trong qui trình, phụ thuộc vào các đặc trưng của cầu:

4.6.2.6 Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu

4.6.2.6.1 Tổng quát

Khi không đủ điều kiện phân tích chính xác hơn và hoặc trừ phi được quy định khác thì phải tính

như dưới đây đối với trị số giới hạn của bề rộng bản bêtông, xem như bề rộng hữu hiệu trong tác

dụng liên hợp để xác định sức kháng của trạng thái giới hạn Khi tính độ võng cần xét trên cơ sở

toàn bộ chiều rộng bản cánh dầm khi tính độ võng do hoạt tải cần phải áp dụng Điều 2.5.2.6.2

Khi tính bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu, chiều dài nhịp hữu hiệu có thể lấy bằng nhịp thực tế đối với các nhịp

giản đơn và bằng khoảng cách giữa các điểm thay đổi mômen uốn (điểm uốn của biểu đồ mômen) của tải trọng

thường xuyên đối với các nhịp liên tục, thích hợp cả mômen âm và dương

Đối với bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu của các dầm giữa có thể lấy trị số nhỏ nhất của:

1/4 chiều dài nhịp hữu hiệu

12 lần độ dầy trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dầy bản bụng dầm hoặc lấy 1/2 bề rộng của bản

cánh trên của dầm hoặc

Khoảng cách trung bình của các dầm liền kề nhau

Đối với các dầm biên, bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu có thể được lấy bằng 1/2 bề rộng hữu

hiệu của dầm trong kề bên, cộng thêm trị số nhỏ nhất của:

1/8 lần chiều dài nhịp hữu hiệu

6,0 lần độ dày trung bình của bản, cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dầy bản bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng của bản

cánh trên của dầm chính, hoặc

Bề rộng của phần hẫng

Sau khi xác định được kích thước hình học của dầm tiến hành tính đặc trưng hình

học của dầm qua ba giai đoạn khác nhau: giai đoạn chỉ dầm thép, giai đoạn dầm thép

và bản BTCT Es/Eb=n và giai đoạn dầm thép và bản bê tông với Es/Eb=3n

Đặc trưng hình học của mặt cắt qua ba giai đoạn

2.2 Tính hệ số phân bố ngang

Theo cách tra qui trình

Trình bày nguyên lý xếp tải theo phương ngang cầu (đã được dạy trong môn Cầu

Bê tông)

2.3 Xác định nội lực

-Xác định sơ đồ tính: khẳng định lại tính theo sơ đồ phẳng vì vậy nội lực thực tế

trong dầm sẽ bằng nội lực tính được sơ đồ phẳng nhân với hệ số làn và hệ số phân bố

ngang

-Xác định tải trọng tác dụng lên sơ đồ tính: Tải trọng tác dụng sẽ được xác định

căn cứ vào các tổ hợp trong các trạng thái giới hạn cần kiểm tra

Các trạng thái giới hạn cần kiểm tra bao gồm trạng thái giới hạn cường độ, trạng

thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn mỏi

Tải trọng tác dụng gồm các loại tải trọng sau: DC, DW, LL, IM, PL, WS và WL

-Vẽ Đah nội lực tại các mặt cắt cần tính toán sau đó xếp tải bất lợi lên đah

(lúc giảng lấy ví dụ minh hoạ)

ò 3 Thiết kế cấu tạo và kích thước cơ bản của mặt cắt ngang các bộphận của

kết cấu nhịp cầu dầm thép (2 tiết)

- Chọn cấu tạo

- Tính toán và kiểm toán theo các trạng thái giới hạn

- Kết luận chọn được kích thước mặt cắt

Thiết kế bao gồm các nhiệm vụ chính sau: chọn cấu tạo, tính toán nội lực và tính

toán các sức kháng sau đó kiểm tra xem cấu tạo đó có đảm bảo hay không Nếu không

đảm bảo thì chọn lại cấu tạo, nếu đảm bảo thì kết thúc

3.1 Chọn cấu tạo như đã được giới thiệu ở trên

3.2 Kiểm tra theo các trạng thái giới hạn

trạng thái giới hạn sử dụng

Trong cầu giàn chỉ kiểm tra về độ võng theo các quy định về độ võng

2.5.2.6.2 Tiêu chuẩn về độ võng

Các tiêu chuẩn ở phần này, ngoài các quy định cho mặt cầu trực hướng, được xem như là tuỳ

chọn Các quy định cho mặt cầu trực hướng được coi là bắt buộc

Trong khi áp dụng các tiêu chuẩn này, tải trọng xe cần bao gồm lực xung kích Nếu Chủ đầu tư

yêu cầu kiểm tra độ võng thì có thể áp dụng các nguyên tắc sau:

• Khi nghiên cứu độ võng tuyệt đối lớn nhất, tất cả các làn xe thiết kế phải được đặt tải và tất cả

các cấu kiện chịu lực cần coi là võng lớn như nhau;

• Về thiết kế cầu liên hợp, mặt cắt ngang thiết kế phải bao gồm toàn bộ chiều rộng của đường

và những bộ phận liên tục về kết cấu của lan can, đường người đi và rào chắn ở giữa;

• Khi nghiên cứu chuyển vị tương đối lớn nhất, số lượng và vị trí của các làn đặt tải phải chọn

để cho hiệu ứng chênh lệch bất lợi nhất;

• Phải dùng hoạt tải của tổ hợp tải trọng sử dụng trong bảng 3.4.1.1 kể cả lực xung kích IM;

• Hoạt tải phải lấy theo Điều 3.6.1.3.2;

• Các quy định của Điều 3.6.1.1.2 cần được áp dụng; và

• Đối với cầu chéo có thể dùng mặt cắt ngang thẳng góc, với cầu cong và vừa cong vừa chéo có

thể dùng mặt cắt ngang xuyên tâm

Trong khi thiếu các tiêu chuẩn khác, các giớí hạn về độ võng sau đây có thể xem xét cho kết

cấu thép, nhôm và bê tông

• Tải trọng xe nói chung L/800,

• Tải trọng xe và/hoặc người đi bộ L/1000,

• Tải trọng xe ở phần hẫng L/300,

• Tải trọng xe và/hoặc người đi bộ ở phần hẫng L/375

(L- chiều dài nhịp)

Đối với dầm thép I và dầm tổ hợp cần áp dụng các quy định của Điều 6.10.5 và 6.10.10.2 về

kiểm tra độ võng thường xuyên qua kiểm tra ứng suất ở bản cánh dầm

Các quy định sau đây được dùng cho mặt cầu bằng bản trực hướng:

• Tải trọng xe trên bản mặt cầu L/300,

• Tải trọng xe trên sườn của mặt cầu thép trực hướng L/1000,

• Tải trọng xe trên sườn của mặt cầu thép trực hướng (độ võng tương đối

lớn nhất giữa 2 sườn cạnh nhau) 2,5mm

Trong cầu dầm thép, cầu dầm thép liên hợp thì kiểm tra như sau:

6.10.5 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng về độ võng dài hạn

6.10.5.1 Tổng quát

Phải áp dụng tổ hợp tải trọng sử dụng ở Bảng 3.4.1-1

Có thể áp dụng các quy định của Điều 6.10.4 về phân tích đàn hồi và phi đàn hồi Vẫn sử dụng

cách này (tức là đàn hồi và phi đàn hồi) để kiểm tra cả trạng thái giới hạn cường độ lẫn các yêu

cầu về độ võng dài hạn

6.10.5.2 Phân phối lại mômen theo phân tích đàn hồi

Đối với các cấu kiện tuân thủ với Điều 6.10.4.4, khi nghiên cứu độ võng dài hạn, có thể dựa trên

tính toán theo phân phối lại mônen

ứng suất bản cánh trong uốn dương và uốn âm không được vượt quá:

• Đối với cả hai bản cánh của mặt cắt liên hợp :

ff ≤ 0,95 Rb Rh Fyf (6.10.5.2-1)

• Đối với cả hai bản cánh của mặt cắt không liên hợp

ff ≤ 0,80 Rb Rh Fyf (6.10.5.2-2) trong đó:

ff = ứng suất bản cánh dầm đàn hồi do tải trọng tính toán gây ra (MPa)

Rb = hệ số truyền tải trọng quy định ở Điều 6.10.4.3.2

Rh = hệ số lai được quy định ở Điều 6.10.4.3.1

Fyf = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh (MPa)

Trạng thái giới hạn mỏi

6.6 các xem xét về mỏi và đứt g∙y

6.6.1 Mỏi

6.6.1.1 Tổng quát

Độ mỏi phải được phân loại hoặc do tải trọng gây ra hoặc do cong vênh gây ra mỏi

6.6.1.2 Mỏi do Tải trọng gây ra

6.6.1.2.1 áp dụng

Tác dụng lực xem xét để thiết kế mỏi của chi tiết cầu thép phải là biên độ ứng suất của hoạt tải

Các ứng suất dư không được xét đến trong nghiên cứu mỏi

Các quy định này chỉ áp dụng cho các chi tiết chịu ứng suất kéo thực Trong các vùng mà các

tải trọng thường xuyên không được nhân với hệ số, gây ra lực nén, thì độ mỏi chỉ được xét nếu

như ứng suất nén này nhỏ hơn hai lần ứng suất hoạt tải kéo lớn nhất gây ra từ tổ hợp tải trọng

mỏi quy định trong Bảng 3.4.1-1

6.6.1.2.2 Các tiêu chí thiết kế

Đối với các nghiên cứu độ mỏi do tải trọng gây ra, mỗi chi tiết phải thỏa mãn:

Y(∆f) ≤ (∆F)n (6.6.1.2.2-1)

trong đó:

Y = hệ số tải trọng quy định trong Bảng 3.4.1-1 đối với tổ hợp tải trọng mỏi

(∆f) = tác dụng lực, phạm vi ứng suất hoạt tải do sự đi qua của tải trọng mỏi như quy định

trong Điều 3.6.1.4 (MPa)

(∆F)n = sức chịu mỏi danh định như quy định trong Điều 6.6.1.2.5 (MPa)

6.6.1.2.3 Phân loại các chi tiết

Các bộ phận và các chi tiết với sức chịu mỏi nhỏ hơn hoặc bằng chi tiết loại C phải được

thiết kế để thỏa mãn các yêu cầu của các loại chi tiết tương ứng; như tóm tắt trong các

n = số các chu kỳ phạm vi ứng suất đối với mỗi lượt chạy qua của xe tải, lấy từ Bảng2

(ADTT)SL = ADTT một làn xe chạy như quy định trong Điều 3.6.1.4

(∆F)TH = ngưỡng mỏi biên độ không đổi, lấy từ Bảng 3 (MPa)

Phạm vi sức kháng mỏi danh định đối với kim loại cơ bản ở các chi tiết liên kết bằng các đường

hàn góc chịu tải trọng ngang, nơi mà bản không liên tục bị chịu tải, phải được lấy nhỏ hơn

p c

n

tt

H1,230,094

∆ = sức kháng mỏi danh định đối với chi tiết loại C (MPa)

H = chiều cao hiệu dụng của đường hàn góc (mm)

tp = chiều dày của bản chịu tải (mm)

6.6.1.3 Mỏi do xoắn vặn gây ra (hoặc “vặn méo”)

Các đường truyền tải phải đảm bảo đủ để truyền tất cả các lực đã dự kiến và không được dự kiến

phải được bố trí bằng cách liên kết tất cả các bộ phận ngang vào các thành phần thích hợp Các

thành phần này bao gồm các mặt cắt ngang của bộ phận dọc Các đường truyền tải phải được bố

trí bằng cách liên kết các thành phần khác nhau thông qua hàn nối hoặc bắt bulông

Để kiểm tra sự oằn và uốn đàn hồi của bản bụng, phải thỏa mãn quy định của Điều 6.10.6

6.10.6.3 Uốn

Các bản bụng không có gờ tăng cường dọc phải thoả mãn các yêu cầu sau:

Nếu

yw w

c

F

E5,70t

2D ≤

fcf = Fyw (6.10.6.3-1) Nếu không thì

2

c cf

2DwtE32,5

fcf = ứng suất nén đàn hồi lớn nhất trong cách khi chịu uốn do tác dụng của tải trọng

dài hơn cha nhân hệ số và của tải trọng mỏi theo quy định ở Điều 6.10.6.2 được lấy bằng

ứng suất uốn lớn nhất ở bản bụng (MPa)

Fyw = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bụng (MPa)

Dc = chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi (m)

6.10.6.4 Cắt

Phải bố trí các bản bụng của các mặt cắt đồng nhất có gờ tăng cường ngang và có hoặc không

có gờ tăng cường dọc được bố trí để thoả mãn :

trong đó:

Vcf = ứng suất cắt đàn hồi lớn nhất ở bản bụng do tác dụng của tải trọng dài hạn tiêu

chuẩn và của tải trọng mỏi nhưđược quy định ở Điều 6.10.6.2 (MPa)

C = tỷ số ứng lực oằn do cắt với cường độ chảy do cắt như được quy định ở Điều

6.10.6.7.3.3a

Fyw = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng (MPa)

trạng thái giới hạn cường độ Cấu kiện chịu uốn

6.10.4 Sức kháng uốn theo trạng thái giới hạn cường độ

Sức kháng uốn tính toán đối với mô men và ứng suất phải được lấy như sau:

n f

6.10.4.1.1 Cường độ chảy dẻo nhỏ nhất quy định

Nghiên cứu về sức kháng uốn của các mặt cắt chữ Ιthoả mãn các giới hạn về tỉ lệ hình học trong

Điều 6.10.2 và nghiên cứu về vật liệu thép có cường độ chảy dẻo nhỏ nhất quy định như sau:

• Không vượt quá 345 MPa và có chiều cao mặt cắt không đổi phải được thực hiện theo các quy

định về độ mảnh của bản bản bụng có mặt cắt đặc của Điều 6.10.4.1.2, hoặc

• Vượt quá 345 MPa và có chiều cao mặt cắt thay đổi phải được thực hiện theo các quy định về độ

mảnh của bản cánh chịu nén có mặt cắt không đặc của Điều 6.10.4.1.4

6.10.4.1.1 Độ mảnh của bản bản bụng có mặt cắt đặc

Nếu:

yc w

cp

F

E3,76

t

2D

trong đó:

Dcp = chiều cao của bản bản bụng chịu nén tại lúc mô men dẻo (mm)

Fyc = cường độ chảy dẻo nhỏ nhất được quy định của bản cánh chịu nén (MPa)

thì bản bụng được xem là đặc và

• Đối với các mặt cắt liên hợp chịu uốn dương sức kháng uốn phải được xác định theo các quy định

của Điều 6.10.4.2.2 về sức kháng uốn dương của mặt cắt liên hợp đặc hoặc

• Đối với các mặt cắt khác, việc nghiên cứu phải tiến hành theo các quy định của Điều 6.10.4.1.3 về

độ mảnh của bản cánh chiụ kéo có mặt cắt đặc

Nếu khác đi thì bản bản bụng không đủ điều kiện để coi là đặc và

6.10.4.1.3 Độ mảnh của bản cánh chịu nén có mặt cắt đặc chắc

Nếu :

yc f

f

F

E0.382

Mọi mặt cắt được dự kiến đạt tới Mp phải được giằng theo phương ngang

6.10.4.2.1 Sức kháng uốn của các mặt cắt đặc chắc thông thường

Phải lấy sức kháng uốn danh định như sau:

• Một nhịp liên tục có các mặt cắt đặc chắc trong miền chịu uốn âm trên các gối tựa bên trong, sức

kháng uốn danh định của mặt cắt liên hợp đặc trong miền chịu uốn dương phải được lấy như sau:

=

DpD4

pMy0,85M4

y0,85Mp

5M

n

trong đó:

Dp = khoảng cách từ đỉnh bản tới trục trung hoà tại lúc mômen dẻo (mm)

(N-mm)

Nếu không thì sức kháng uốn danh định có thể được xác định bằng một trong các phương pháp sau

nhưng không được lấy lớn hơn giá trị của Mn được tính toán từ Phương trình 1 hoặc Phương trình 2

Rh = hệ số “lai” được quy định trong Điều 6.10.4.3.1

A = đối với các nhịp biên, bằng khoảng cách từ gối đỡ biên đến vị trí mặt cắt ngang trong nhịp

chia cho chiều dài nhịp Đối với các nhịp trong bằng 1,0

Mcp = mômen do các tải trọng tính toán gây ra ở gối đỡ trong đồng thời với mômen uốn dương

lớn nhất ở mặt cắt ngang đang xét (N-mm)

Mnp = sức kháng uốn danh định ở một gối đỡ trong (N-mm)

Trị số của [ Mnp - Mcp] đối với các nhịp trong phải lấy bằng trị số nhỏ hơn trong số các giá trị ở các

đầu nhịp

trọng tính toán gây ra mômen âm lớn nhất ở gối đỡ liền kề

6.10.4.2.4 Sức kháng uốn của bản cánh có mặt cắt không đặc chắc

Sức kháng uốn danh định của mỗi bản cánh, khi xét về ứng suất phải được lấy như sau:

trong đó:

Rh = hệ số lai được quy định ở Điều 6.10.4.3.1

Rb = hệ số truyền tải trọng được quy định ở Điều 6.10.4.3.2

Fyf = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của cánh (MPa)

6.10.4.2.5 Sức kháng uốn của bản cánh của mặt cắt liên hợp chịu oằn khi xoắn ngang

L

yc t r

L0,187

E86,9

trong đó:

• Đối với các dầm hẫng không được giằng hoặc đối với các cấu kiện mà mô men trong phạm vi lớn

của đoạn dầm không được giằng vượt qua giá trị lớn hơn trong hai giá trị của các mô men mút đầu

của đoạn dầm ta lấy:

P1,051,75

2

h l h

Cb = hệ số điều chỉnh gradient mômen

Pl = lực trong bản cánh chịu nén tại điểm giằng ứng với lực có giá trị thấp hơn dưới tác dụng

của tải trọng tính toán (N)

Ph = lực trong bản cánh chịu nén tại điểm giằng ứng với lực có giá trị cao hơn do tác dụng của

tải trọng tình toán (N)

với một phần ba chiều cao của bản bụng chịu nén lấy đối với trục thẳng đứng (mm)

Rh = hệ số lai được quy định ở Điều 6.10.4.3.1

Rb = hệ số xét đến oằn cục bộ được quy định ở Điều 6.10.4.3.2

(Pl /Ph) phải lấy giá trị âm nếu Pl là một lực kéo

Vn = sức kháng cắt danh định được quy định ở các Điều 6.10.7.2 và 6.10.7.3 lần lượt đối với

các bản bụng không có gờ tăng cường và có gờ tăng cường

ϕv = hệ số kháng cắt được quy định ở Điều 6.5.4.2

Các gờ tăng cường ngang trung gian ở giữa phải được thiết kế theo quy định của Điều 6.10.8.1 Các gờ

tăng cường dọc phải được thiết kế theo quy định ở Điều 6.10.8.3

Các khoang bản bụng được tăng cường của mặt cắt đồng nhất phải được nghiên cứu về chịu cắt dưới tác

dụng của hoạt tải lặp như quy định ở Điều 6.10.4.4 và về tương tác lực cắt uốn như quy định ở

Điều 6.10.7.3.3

Các khoang trong của bản bụng dầm đồng nhất và dầm lai:

• Khi không có gờ tăng cường dọc và có khoảng cách giữa các gờ tăng cường ngang không quá 3D

hoặc

• Khi có gờ tăng cường dọc và khoảng cách giữa các gờ tăng cường ngang không quá 1,5 lần chiều

cao lớn nhất cuả khoang phụ

• Phải được xem như là được tăng cường và phải áp dụng các quy định của Điều 6.10.7.3 Nếu khác đi,

panen phải được xem như là không được tăng cường và phải áp dụng các quy định của Điều

6.10.7.2

Các quy định đối với các panen biên phải theo quy định trong Điều 6.10.7.3.3c hoặc 6.10.7.3.4

Mômen đồng thời phải xem xét chỉ khi tác dụng dài kéo được áp dụng

6.10.7.2 Sức kháng danh định của các bản bụng không được tăng cường

Sức kháng cắt danh định của các bản bụng không có tăng cường của các dầm lai và rầm đồng nhất phải

được lấy nhưsau:

Nừu ,

F

E2,46t

D

yw w

F

E3,07t

DF

E2,46

yw w

D

yw w

D

E4,55t3w

(6.10.7.2-3) trong đó:

Fyw = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng (MPa)

D = chiều cao bản bụng (mm)

tw = chiều dày bản bụng (mm)

6.10.7.3 Sức kháng danh định của các bản bụng được tăng cường

6.10.7.3.1 Tổng quát

Sức kháng cắt danh định của các panen biên và phía trong của bản bụng được tăng cường ngang hoặc

ngang và dọc phải nhưquy định trong các Điều 6.10.7.3.3 và 6.10.7.3.4 đối với các mặt cắt thuần nhất và

lai tương ứng Tổng chiều cao bản bụng, D, phải được sử dụng trong xác định sức kháng cắt danh định

của các panen bản bụng có các gờ tăng cường dọc Các gờ tăng cường ngang phải được bố trí cách nhau

sử dụng lực cắt lớn nhất trong panen

Các gờ tăng cường phải thỏa mãn các yêu cầu quy định trong Điều 6.10.8

6.10.7.3.3a Các panen ở phía trong của các mặt cắt đặc chắc

Sức kháng cắt danh định của các panen bản bụng ở phía trong của các mặt cắt đặc chắc theo các quy định

của Điều 6.10.7.1 phải được lấy nhưsau:

C) - 0,87(1 C

p V n

Nếu Mu > 0,5 ϕf Mp , thì

p CV 2

D

o 1

C) - 0,87(1 C

p RV n

uMrM0,4

ϕ

ư

ư+

Vp = lực cắt dẻo (N)

Mr = sức kháng uốn tính toán như quy định trong Điều 6.10.2.1 (N-mm)

ϕf = hệ số sức kháng đối với uốn quy định trong Điều 6.5.4.2

My = mômen chảy theo quy định trong các Điều 6.10.5.1.2 hoặc 6.10.6.1.1 (N-mm)

D = chiều cao bản bụng

do = khoảng cách giữa các gờ tăng cường (mm)

C = tỷ số của ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt

Tỷ số C phải được xác định theo quy định dới đây :

Nếu

ywF

Ek1,10w

F

Ek1,38t

DF

Ek1,10

yw w

D

yw w

tD

d

55

6.10.7.3.3b Các panen ở phía trong của các mặt cắt không đặc chắc

Sức kháng cắt danh định của các panen phía trong bản bụng của các mặt cắt không đặc chắc theo các quy

định của Điều 6.10.7.1 phải lấy nhưsau:

ư+

2 oD

d1

C10,87

Nếu fu > 0,75 ϕf Fy , thì Vn = RVp ( )

p 2

o

CVD

d1

C10,87

y f r

u rF0,75F

fF0,4

trong đó :

fu = ứng suất lớn nhất trong bản cánh chịu nén ở trong panen đang xem xét do tải trọng tính toán

(MPa)

C = tỷ số của ứng suất oằn cắt với cường độ chảy cắt nhưquy định trong Điều 6.10.7.3.3a

Ff = sức kháng uốn tính toán của bản cánh chịu nén, trong đó fu được xác định nhưquy định trong

Điều 6.10.2.1 (MPa)

Khoảng cách của gờ tăng cường ngang đối với các panen biên không có gờ tăng cường dọc không được

v-ợt quá 1,5 D Khoảng cách gờ tăng cường ngang đối với các panen biên có gờ tăng cường dọc không được

vợt quá 1,5 lần chiều cao của panen phụ lớn nhất

6.10.7.3.4 Các mặt cắt lai

Các yêu cầu khoảng cách của gờ tăng cường ngang của Điều 6.10.7.3.3c không áp dụng cho các mặt cắt

lai

Cường độ cắt danh định của các panen biên và bên trong bản bụng được giới hạn đến oằn cắt hoặc lực

chảy cắt, được lấy nhưsau:

ò 4 Tính toán mối nối và liên kết hệ dầm chủ (2tiết)

- Tính toán thiết kế mối nối

- Tính toán thiết kế liên kết hệ dầm chủ (sườn tăng cường)

6.13.1 Tổng quát

Các liên kết và các mối nối của các cấu kiện chính phải được thiết kế ở trạng thái giới hạn

cường độ không nhỏ thua trị số lớn hơn của:

• Trị số trung bình của mômen uốn, lực cắt hoặc lực dọc trục do các tải trọng tính toán ở tại

điểm nối hoặc liên kết và sức kháng uốn, cắt hoặc dọc trục tính toán của cấu kiện ở cùng điểm,

hoặc

• 75 của sức kháng uốn, cắt hoặc dọc trục tính toán của cấu kiện

Các liên kết đầu của các vách ngăn, các khung ngang, hệ giằng ngang hoặc các dầm sàn cho

các bộ phận thẳng chịu uốn phải được thiết kế theo các tải trọng tính toán của bộ phận

Tính toán mối nối bulông (đinh tán)

Mối nối được cấu tạo bởi: Bản táp, bulông(đinh tán), cấu kiện liên kết

Tính toán bản táp, cấu kiện liên kết: Xác định nội lực tác dụng lên bản táp và cấu

kiện liên kết sau đó so sánh với sức kháng tương ứng (qui về cấu kiện chịu kéo,

nén, uốn cắt )

6.13.5 Các cấu kiện liên kết

6.13.5.1 Tổng quát

Phải áp dụng điều này vào thiết kế các cấu kiện liên kết như các bản nối, các bản tiết điểm, các

thép góc của góc, các giá công xôn, và các bản liên kết chịu kéo hoặc cắt

6.13.5.2 Kéo

Sức kháng chịu kéo tính toán, Rr, phải lấy theo trị số nhỏ nhất của các trị số cho bởi hoặc các

Phương trình 6.8.2.1-1 và 6.8.2.1-2 về giới hạn chảy và đứt gãy, tương ứng, hoặc sức kháng phá

hủy cắt khối quy định trong Điều 6.13.4

Trong xác định Pnu, theo quy định trong Phương trình 6.8.2.1-2, cho các bản liên kết, các bản

nối và các bản tiết điểm, hệ số chiết giảm, U, quy định trong Điều 6.8.2.2, phải được lấy bằng

1,0, và diện tích thực của bản, An, sử dụng trong Phương trình 6.8.2.1-2 không được lấy lớn hơn

85% của diện tích nguyên của bản

Fy = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của cấu kiện liên kết (MPa)

ϕv = hệ số sức kháng đối với cắt theo quy định trong Điều 6.5.4.2

6.13.4 Sức kháng phá hoại cắt khối

Liên kết bản bụng của các dầm đua ra và tất cả các liên kết chịu kéo, bao gồm các bản liên kết,

các bản nối và các bản tiết điểm, phải được nghiên cứu để bảo đảm cung cấp vật liệu liên kết

thích hợp để phát triển sức kháng tính toán của liên kết

Phải nghiên cứu liên kết bằng cách xem xét tất cả các mặt phẳng có thể bị hư hỏng ở trong bộ

phận và các bản liên kết Các bản như thế phải bao gồm các bản song song và vuông góc với

các lực đặt lên Các mặt phẳng song song với lực đặt lên phải được xem xét để chỉ chịu các ứng

suất cắt Các mặt phẳng thẳng góc với lực đặt lên phải được xem xét để chỉ chịu các ứng suất

kéo

Sức kháng tính toán của tổ hợp các mặt phẳng song song và thẳng góc phải được lấy như sau:

Nếu Atn ≥ 0,58Avn, thì: Rr= ϕbs (0,58 Fy Avg + Fu Atn) (6.13.4-1)

Nếu khác đi: Rr= ϕbs (0,58 Fu Avn + FyAtg) (6.13.4-2)

trong đó:

Avg = diện tích nguyên dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất cắt (mm2)

Avn = diện tích thực dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất cắt (mm2)

Atg = diện tích nguyên dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất kéo (mm2)

Atn = diện tích thực dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất kéo (mm2)

Fy = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của vật liệu liên kết (MPa)

Fu = cường độ kéo nhỏ nhất quy định của vật liệu liên kết được quy định trong Bảng

6.4.1-1 (MPa)

ϕbs = hệ số sức kháng đối với cắt khối quy định trong Điều 6.5.4.2

Diện tích nguyên phải được xác định theo chiều dài của mặt phẳng nhân với chiều dày của chi

tiết Diện tích thực phải là diện tích nguyên, trừ số lỗ trong mặt phẳng, bao gồm các lỗ phân

đoạn, nhân với kích thước của các lỗ trong phương của mặt phẳng cộng 2,0 mm nhân với chiều

dày của chi tiết

Trong xác định mặt cắt thực của các lát cắt chịu ứng suất kéo, ảnh hưởng của các lỗ đặt so le kề

với các lát phải được xác định theo đúng Điều 6.8.3 Đối với các mặt cắt thực chịu ứng suất cắt,

đường kính hiệu dụng đầy đủ của lỗ định tâm ở trong hai đường kính của lát phải được trừ đi

Các lỗ cách xa hơn có thể được bỏ qua

Tính toán nội lực tác dụng lên đinh tán (bulông)

Thông qua phân tích lực xác định lực tác dụng lên đinh tán (bulông)

Xác định sức kháng của bulông (đinh tán)

6.13.2 Các liên kết bulông

6.13.2.1 Tổng quát

Các chi tiết bằng thép bắt bulông có thể được tráng phủ hoặc không tráng phủ và phải ép khít

chắc chắn với nhau sau khi các bulông đã được xiết chặt Các tài liệu hợp đồng phải quy định

rằng tất cả các bề mặt nối ghép kể cả các bề mặt kề với đầu bulông và đai ốc, phải được quy

định là không có lớp vẩy (trừ vẩy các nhà máy), và không có vết bẩn hoặc các vật liệu lạ khác