giáo trình bài giảng 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

Bµi gi¶ng

KÕt cÊu cÇu thÐp ®−êng s¾t vµ ®−êng bé

Bài giảng Kết cấu cầu thép đường sắt và đường bộ

3-2 Nội dung các chương mục

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 sài Gòn-Dạng cầu dầm liên tục mặt cắt thay đổi

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

Cầu Thăng Long-Dạng kết cấu giàn

- Cầu vòm

Cầu vòm thép

- Cầu dây văng

Cầu Bính-Dạng kết cấu cầu dây văng

Cầu treo dây võng

Cầu Treo dây võng (Cầu Thuận Phước) Cầu Salazar (Bồ Đào Nha)

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

nhỏ nhất, Fu, MPa

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

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

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 dọc) làm rõ

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

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

dạng như hình dưới đây

Xác định các kích thước cơ bản của dầm thép

Các kích thước cơ bản của dầm thép phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo sau:

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, f c và D c 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 sườn tăng cường dọc

c w

c

f

E6,77t

Khi có sườn 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)

f c = 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

Dựa vào những tính toán lý thuyết kết hợp các số liệu thực tế thì chiều cao kinh tế nhất

của dầm chủ có thể xác định theo công thức:

w t Fy

M d

.α

=

Trong đó :

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 1/20-130 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

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.

2.2 Sườn tăng cường

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 đứng 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

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

Mô hình đoạn dầm có sườn tăng cường

6.10.8 Sườn tăng cường

6.10.8.1 Sườn tăng cường đứng (ngang) trung gian

6.10.8.1.1 Tổng quát

Các sườn tăng cường đứng 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 sườn 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 sườn 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 sườn 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 sườn 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 sườn tăng cường (MPa)

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

với các sườn tăng cường đơn và quanh trục giữa chiều dày của bản bụng đối với các sườn tăng cường kép

(mm4)

tw = chiều dày bản bụng (mm)

do = khoảng cách của sườn tăng cường đứng (mm)

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

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

I3,0d

Db

bI

o

t

trong đó:

bt = chiều rộng thiết kế của sườn tăng cường đứng (mm)

b = chiều rộng thiết kế của sườn tăng cường dọc (mm)

I = mômen quán tính của sườn 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 sườn tăng cường đứng 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 sườn tăng cường; tổng diện tích của cả đôi sườn tăng cường (mm2)

B = 1,0 cho các đôi sườn tăng cường

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

B = 2,4 cho các sườn 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)

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

Sườn tăng cường dọc

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 dọc Khoảng

cách từ sườn tăng cường dọc 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 sườn tăng cường dọc

6.10.8.3.1 Tổng quát

ở nơi nào yêu cầu, các sườn 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 sườn tăng cường phải thỏa mãn:

yc sF

E0,48t

Trong đó:

ts = chiều dày của sườn 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 sườn tăng cường phải căn cứ trên diện tích hiệu dụng gồm có sườn tăng cường

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

Các sườn tăng cường dọc phải thỏa mãn:

2 o 3

r

E

F0,234.do yc

D = chiều cao bản bụng (mm)

do = khoảng cách sườn tăng cường đứng (mm)

tw = chiều dày bản bụng (mm)

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

ò 3 Hệ liên kết các dầm chủ (1tiết)

- hệ liên kết ngang

- hệ liên kết dọc

3.1 Hệ liên kết ngang

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

Các dạng liên kết ngang (dầm 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)

Kiểu liên kết dọc dạng chữ X 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

- Mối nối phải đảm bảo đúng độ vồng theo thiết kế.

4.2 Mối nối sườn dầm

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 (vì đơn giản chiều dày của bản thép táp phải bằng chiều

dày của bản cánh chia 2)

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 trường thì gặp khó

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

4.4 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:

Mối nối đối đầu

Mối nối so le

Mối nối kết hợp ặ

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

dưới đây 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 α1 và α3 có:

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

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 một

Sơ hoạ cách tính mối nối

ò 5 Các loại mặt cầu thép (1tiết)

- mặt cầu bằng bản BTCT

- mặt cầu bằng bản trực hướng

(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

Cầu dầm thép liên hợp bản BTCT

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

Dầm không liên hợp-có sự trượt giữa dầm thép và bản BT

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)

Các giai đoạn làm việc của mặt cắt ngang

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

Cấu tạo neo chống cắt trên dầm

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

Sự làm việc của bản mặt cầu

Căn cứ vào qui định trong qui trình để xác định bề rộng theo phương dọc cầu của bản

mặt cầu như hình trên

Bố trí cốt thép bản mặt cầu

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

- liên hợp bản BTCT

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: biến sơ đồ không gian về phẳng xét đến hệ số

phân bố ngang (HSPBN) 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 thể tính hệ số phân bố ngang theo các phương pháp sau: PP Đòn bảy, PP

dầm liên tục trên gối đàn hồi, PP nén lêch tâm

Phương pháp đòn bẩy

Kết cấu gồm 2 hay nhiều dầm chủ, liên kết giữa các dầm chủ có độ cứng nhỏ hơn nhiều

so với độ cứng của dầm chủ Dầm ngang hoặc bản mặt cầu được giả thiết là các dầm giản đơn

kê trên các dầm chủ và cắt đứt trên đỉnh các dầm chủ (trừ trên dầm biên) Khi có tải trọng đặt

trên dầm ngang hay bản mặt cầu thì chỉ có 2 dầm chủ đỡ dầm ngang đó tham gia chịu lực

Phân phối nội lực lên các dầm chủ tham gia chịu lực theo nguyên tắc đòn bẩy

Đơn giản nhất là trường hợp trên mặt cắt ngang cầu có 2 dầm chủ như trên hình 4-1

Bản mặt cầu được giả thiết gối tự do trên các dầm chủ, tải trọng P được gây ra các áp lực R1

và R2 đối với các dầm chủ Theo nguyên lý đòn bẩy trị số áp lực lên các dầm chủ tỷ lệ với

khoảng cách từ dầm chủ tới điểm đặt lực:

( )P k P

d

dd

d

dd

y - tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối j dưới tải trọng thứ i

Khi trên cầu có n làn hoạt tải thì hệ lực tác dụng sẽ gồm 2n lực P Thay vào công thức i

(3-3) có được:

j =∑ i i = L ∑yi =kiPL

2

1PyP

R (3-5)

Hệ số i = ∑yi

2

1

k thể hiện mức độ phân bố của lực do một làn hoạt tải tác dụng lên

dầm chủ thứ i gọi là hệ số phân bố tải trọng của dầm chủ thứ i

Hình 4-1: Các sơ độ tính toán hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy

Sau khi có hệ số phân bố tải trọng ta có thể tính toán các dầm chủ theo mô hình dầm

đơn chịu tác dụng của hệ lực bằng k lần hệ lực do một làn hoạt tải gây ra

Khi mặt cầu đủ rộng, ít dầm chủ số làn hoạt tải n >1 hệ số k có thể lớn hơn 1 i

Hệ số phân bố tải trọng của tải trọng dạng rải đều như tải trọng làn, hoạt tải người đi

trên lề bộ hành (PL) hay tĩnh tải lớp phủ và các tiện ích công cộng khác (DW) cũng được tính

toán theo nguyên tắc tương tự (hình 4-1)

Trình tự tính toán gồm các bước sau:

• Xây dựng đường ảnh hưởng phản lực gối tại vị trí các dầm chủ (áp dụng các giả

thiết nêu trên)

• Xếp tải trọng bất lợi lên đường ảnh hưởng

• Tính hệ số phân bố tải trọng của các hệ lực tập trung theo công thức:

Ω - phần diện tích đường ảnh hưởng phản lực gối dưới tải trọng

Phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng theo nguyên tắc đòn bẩy có ưu điểm đơn

giản tính toán và thiên về an toàn Nhược điểm là độ chính xác không cao do không xét tới

tính liên tục của các bộ phận kết cấu

Phương pháp nén lệch tâm:

Phương pháp này dựa trên giả thiết kết cấu nhịp có độ cứng ngang đủ lớn, chẳng hạn kết

cấu nhịp có tối thiểu 3 dầm ngang, chiều cao dầm ngang ít nhất bằng 0.6 chiều cao dầm chủ,

tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài nhịp không lớn hơn 0.5

Dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm trên mặt cắt ngang, do có độ cứng ngang lớn nên

mặt cắt ngang cầu không bị biến dạng mà chỉ bị võng xuống và xoay đi một góc Tác dụng

của tải trọng P tác dụng lệch tâm cầu một khoảng e có thể phân thành 2 thành phần riêng biệt:

+ Thành phần lực tác dụng đúng tâm mặt cắt ngang khiến cho mặt cắt bị võng xuống

(hình 4-2.b) Lực tác dụng được phân bố đều cho các dầm chủ (n dầm) có trị số:

bị xoay đi một góc và gây áp lực cho các dầm chủ với các trị số khác nhau tuỳ theo vị trí của

i M

i

a

a.e.P

i M

i

a

a.e.P

1a

a.e.Pn

PRR

m

2 i

i 1

m

2 i

i M

i

P i

=

∑

trong đó:

Dấu (+) tương ứng với các dầm phía trái, dấu (-) tương ứng với các dầm phía bên phải

i i

a

a.en

1

k (3-12)

trong đó:

Dấu (+) dùng cho các dầm ở một nửa mặt cắt ngang có tải trọng lệch tâm

Dấu (-) dùng cho các dầm phía ngược lại

n – số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang

e - độ lệch tâm của tải trọng so với tâm mặt cắt ngang

i

a - khoảng cách giữa các đôi dầm chủ đối xứng qua mặt cắt ngang cầu

Nếu lực P bằng lực tác dụng của một làn tải trọng P = PL thì k chính là hệ số biểu thị i

mức độ phân bố của lực do một làn hoạt tải cho dầm chủ thứ i

Công thức 3-12 trên chỉ phù hợp với trường hợp độ cứng chống uốn của các dầm chủ

trên mặt cắt ngang bằng nhau Khi độ cứng I i của các dầm chủ là khác nhau có thể sử dụng

2 i

i i 1

n i

i i

Ia

I.a.eI

I

k (3-13)

Trên mặt cắt ngang có thể có một hay nhiều làn tải trọng, độ lệch tâm được xác định là

hợp lực của các làn tải trọng (hình 4-3) đồng thời hệ số phân bố tải trọng tính theo các công

thức 3-12 và 3-13 phảiđược nhân với số làn tải:

i i

a

a.en

1m

2 i

i i 1

n i

i i

Ia

I

a.eI

Im

k (3-15)

Hình 4-3: Mô hình tính toán phân bố tải trọng theo nguyên tắc nén lệch tâm khi có nhiều làn tải

trọng

Để thuận tiện có thể tính hệ số phân bố tải trọng có thể xây dựng trước các đường ảnh

hưởng phản lực gối tại các vị trí dầm chủ (hình 4-4) Tung độ đường ảnh hưởng được xác định

i trai

i

a

a.en

2 i

i i 1

n i

i trai i

Ia

IaeI

I

y . . (3-17)

trai

i

y - giá trị tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm chủ thứ i khi P = 1 đặt tại

vị trí lệch về phía trái mặt cắt ngang khoảng là e

Hình 4- 4: Xây dựng đường ảnh hưởng phản lực lên các dầm chủ để tính toán hệ số phân bố

i phai

i

a

a.en

2 i

i i 1

n i

i phai i

Ia

I

a.eI

I

y (3-19)

phai

i

y - giá trị tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm chủ thứ i khi P = 1 đặt tại

vị trí lệch về phía phải mặt cắt ngang khoảng là - e

Tại vị trí các dầm chủ tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối dễ dàng được xác định

bằng cách thay e bằng các giá trị

2

i a

(hình 3-20) Sau khi có được đường ảnh hưởng, tiến hành xếp tải trọng bất lợi do các làn xe tác dụng

lên đường ảnh hưởng Hệ số phân bố tải trọng đượng tính theo công thức tương tự như đối với

tính theo nguyên tắc nén lệch tâm lớn nhất, các dầm ở lân cận tim mặt cắt ngang chịu lực nhỏ

hơn Trong trường hợp do yêu cầu công nghệ cần chế tạo các dầm chủ giống nhau người thiết

kế phải chọn các giá trị tính toán cho các dầm biên làm căn cứ đánh giá khả năng chịu tải của

kết cấu

Phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng theo nguyên tắc nén lệch tâm phù hợp

với các kết cấu có độ cứng ngang lớn Trường hợp này chỉ tương ứng với các kết cấu nhịp có

mật độ liên kết ngang dày và bề rộng cầu tương đối hẹp Trong những kết cấu nhịp cầu có độ

cứng ngang nhỏ như kết cấu nhịp không có dầm ngang không sử dụng phương pháp nén lệch

tâm

Phương pháp dầm liên tục trên gối đàn hồi:

Trong trường hợp độ cứng ngang của kết cấu nhịp không đủ lớn ví dụ như các dạng kết

cấu nhịp cầu không có dầm ngang hay kết cấu nhịp cầu có mật độ liên kết ngang thưa việc

xây dựng đường ảnh hưởng áp lực lên các dầm chủ sẽ sử dụng phương pháp dầm liên tục trên

các gối đàn hồi

Giả thiết kết cấu ngang được coi như một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi Các gối

đàn hồi ở đây chính là các dầm chủ nên hệ số đàn hồi được xác định căn cứ vào độ cứng của

các dầm chủ

Kết cấu ngang ( dầm ngang, bản mặt cầu, liên kết ngang ) được coi là có độ cứng

không quá lớn nên dưới tác dụng của tải trọng, kết cấu xuất hiện biến dạng theo phương

ngang một cách rõ rệt (hình 4-5) Đường ảnh hưởng áp lực lên các dầm chủ được xây dựng

như đường ảnh hưởng phản lực gối đàn hồi dưới các dầm liên tục Sử dụng các lý thuyết tính

phân tích kết cấu như phương pháp thông số ban đầu, phương trình 5 mô men tính được:

+ Phản lực tại gối đàn hồi thứ n, do tải trọng đơn vị P = 1 đặt tại gối thứ r gây ra

bằng:

r , 3

2 r , 2 r

, 1 r , 0

P r

0

M 0

d.D

0

,

n

R - phản lực tại gối đàn hồi thứ n, do lực đơn vị M = 1 , đặt tại gối biên (0) gây ra

d và dk – khoảng cách giữa các dầm chủ và chiều dài công so hẫng

α- hệ số độ phụ thuộc kết cấu ngang và độ cứng của dầm chính:

p '

3

EI.6

E – mô đun đàn hồi của vật liệu làm dầm ngang

I’ – đặc trưng độ cứng ngang trên một đơn vị dài của dài của kết cấu nhịp lấy như sau:

+ Khi chỉ có dầm ngang đảm bảo độ cứng theo phương ngang:

ngangdầmcáccáchngkhoả

ngangdầmcủa tínhquánmenmô

=

=a

I

+ Với các cầu không có dầm ngang chỉ có bản mặt cầu đảm bảo độ cứng ngang, I’

chính là mô men quán tính theo phương ngang của dải bản có chiều rộng 1 m:

12

cầu)mặt nbả

dàyu

=

=12

h.b'I

3 b

+ Đối với các kết cấu đổ tại chỗ gồm cả dầm ngang và bản mặt cầu liền khối cần xét

đầy đủ các thành phần ảnh hưởng tới hệ số α

p

∆ - độ võng của dầm chủ dưới tác dụng của tải trọng 1 T/ m tác dụng dọc theo chiều

dài của mỗi dầm chủ Đối với mặt cắt ngang giữa nhịp dầm chủ dạng giản đơn,

qL384

I - mô men quán tính chống uốn theo phương thẳng đứng của dầm chủ

Trong các tài liệu [2], [3] đã có các phụ lục chứa các bảng tính sẵn các giá trị tung độ

Hình 4-5: Đường ẳnh hưởng áp lực lên các dầm chủ theo phương pháp dầm liên tục trên các gối

đàn hồi

Trình tự tính toán có thể thực hiện theo các bước sau đây:

+ Tính toán hệ số α Nếu α ≤ 0, 005 chứng tỏ độ cứng ngang của kết cấu đủ lớn sẽ

chọn cách tính phân bố ngang bằng phương pháp đòn bẩy hay nén lệch tâm

+ Nếu α ≥ 0 005 tiến hành xây dưng đường ảnh hưởng phản lực của các gối đàn hồi

như đã nêu trên

+ Sau khi xây dựng được các đường ảnh hưởng phản lực gối, trình tự tính toán hệ số

phân bố tải trọng theo phương pháp dầm trên gối đàn hồi tiến hành tương tự như đối với các

phương pháp đòn bẩy hay nén lệch tâm, trong đó bước quan trọng là phải xác định đúng các

vị trí bất lợi của tải trọng

Trên hình 4-5 cho thấy mức độ ảnh hưởng của trị số α đến đường ảnh hưởng áp lực lên

các dầm chủ

Thực tế cho thấy phương pháp dầm trên nền đàn hồi có độ chính xác cao do mức độ phù hợp

thực tế của mô hình tính toán

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

Một làn thiết kê chịu tải:

1 , 0 3

3 , 0 4 , 0

.4300

06,

0 +⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

s

g t L

K L

S S

Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:

1 , 0 3

2 , 0 6 , 0

.2900

075,

0 +⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

s

g t L

K L

S S

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

2 hoặc hơn 2 làn thiết kế

chịu tải Phạm vi áp dụng

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 Nb = 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 ≤ d e ≤ 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 trống

của 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