Bài Giảng Cầu Thép

Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép Bài giảng Cầu Thép

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I - KHÁI NIỆM CHUNG 5

1.1 Những đặc điểm cơ bản và phạm vi ứng dụng 5

1.2 Vật liệu dùng cho cầu thép 5

1.3 Các hệ thống chính của cầu thép 6

1) Cầu dầm đặc: 6

2) Cầu dầm giàn: 6

3) Cầu treo: 7

1.4 Các bộ phận chính của cầu thép 7

CHƯƠNG II - HỆ MẶT CẦU CỦA CẦU THÉP 9

2.1 Khái niệm và phân loại 9

2.2 Mặt cầu ô-tô 9

2.3 Hệ dầm mặt cầu 10

2.4 Tính toán đà dọc và liên kết 11

1) Nguyên lý tính toán: 11

2) Tính tải trọng thường xuyên rải đều trên đà dọc: 11

3) Tính hoạt tải xe ô-tô: 12

4) Hoạt tải người đi (PL): 13

5) Hệ số xung kích: (3.6.2) 13

6) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà dọc: 14

7) Kiểm toán mặt cắt đà dọc: 14

8) Tính liên kết đà dọc vào đà ngang: 15

9) Trường hợp đà dọc là kết cấu liên tục 17

2.5 Tính toán đà ngang và liên kết 17

1) Nguyên lý tính toán : 17

2) Tính tải trọng thường xuyên rải đều trên đà dọc: 17

3) Tính hoạt tải truyền vào đà ngang theo lực tập trung từ đà dọc: 18

4) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà ngang: 18

5) Kiểm toán mặt cắt đà ngang: 19

6) Tính mối nối liên kết đà ngang vào giàn chủ: 19

CHƯƠNG III - CẦU DẦM ĐẶC 21

3.1 Khái niệm chung 21

1) Đặc điểm cầu dầm đặc: 21

2) Cấu tạo và kích thước cơ bản: 21

3.2 Cấu tạo dầm đặc hàn ghép, liên kết bằng bu lông cường độ cao 22

1) Đặc điểm: 22

2

2) Qui định cơ bản về cấu tạo: 22

3) Cấu tạo các mối nối dầm đặc: 23

3.3 Tính toán dầm chủ 24

1) Lựa chọn số dầm và mặt cắt dầm chủ: 24

2) Tính tĩnh tải rải đều trên một dầm chủ, bao gồm: 24

3) Tính hoạt tải xe ô-tô: 24

4) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt dầm chủ: 25

5) Kiểm toán mặt cắt dầm chủ: 26

6) Tính độ võng của dầm giản đơn: 27

7) Tính ổn định chung và cục bộ của bản bụng dầm: 28

8) Tính sức kháng nén dọc trục của nẹp tăng cường đứng trên gối cầu : 30 9) Tính mối nối dầm chủ : 31

10) Cấu tạo hệ liên kết dọc và ngang giữa các dầm chủ 32

3.4 Cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép 33

1) Đặc điểm chung: 33

2) Nguyên lý làm việc của cầu dầm thép liên hợp bản BTCT: 33

3) Cấu tạo dầm thép liên hợp BTCT 34

4) Tính toán dầm thép liên hợp BTCT 35

5) KT dầm thép liên hợp chịu ảnh hưởng của biến dạng cưỡng bức 38

6) Kiểm tra ứng suất dầm liên hợp khi tổ hợp tải trọng : 41

7) Giới thiệu một số giải pháp tạo dự ứng lực trong dầm thép liên hợp bản BTCT : 42

CHƯƠNG IV - CẦU DẦM GIÀN 43

4.1 Khái niệm chung 43

1) Đặc điểm: 43

2) Các sơ đồ cầu dầm giàn và kích thước cơ bản : 43

3) Các bộ phận chính của cầu dầm giàn : 44

4) Cấu tạo mặt cắt các thanh trong cầu dầm giàn : 44

4.2 Tính toán hệ mặt cầu 45

4.3 Tính toán giàn chủ 45

1) Nguyên lý : 45

2) Trọng lượng dầm giàn - tĩnh tải dầm và các hệ số : 45

3) Hoạt tải và các hệ số của hoạt tải : 46

4) Vẽ đường ảnh hưởng và tính nội lực các thanh giàn : 46

5) Lựa chọn mặt cắt và kiểm tra nội lực thanh 47

6) Tính toán mối nối và liên kết nút giàn : 49

7) Kiểm toán thanh đứng chịu lực nén dọc trục của dầm giàn kiểu "hở trên" 52

4.4 Tính hệ liên kết trên, dưới 52

1) Phân tích tải trọng tác dụng lên hệ liên kết của giàn: 52

2) Tải trọng gió ngang vào giàn và đoàn xe đi trên cầu: 52

3) Tính nội lực và kiểm toán cường độ các thanh của hệ liên kết: 54

4.5 Tính hệ liên kết ngang và cổng cầu 55

1) Nguyên lý tính : 55

2) Tính hệ liên kết ngang: 55

4.6 Kiểm tra độ võng đàn hồi KCN và thiết kế tạo vồng cho dầm giàn 56

1) Kiểm tra độ võng đàn hồi KCN theo TTGHSD 56

2) Phương pháp thiết kế tạo vồng: 57

4.7 Kiểm toán đà ngang đầu dầm chịu kích 58

4.8 Kiểm toán dầm giàn khi lao lắp 58

4.9 Bố trí, thiết kế các công trình phụ trợ phục vụ duy tu sửa chữa cầu 58

CHƯƠNG V - GỐI CẦU THÉP 59

5.1 Các loại gối cầu 59

5.2 Cách bố trí gối cầu 59

5.3 Cấu tạo gối cầu 60

5.4 Kiểm toán gối cầu 61

PHỤ LỤC 64

4

MỞ ĐẦU

Cầu kim loại (Metallic Bridge) là tên gọi chung của cầu có vật liệu là kim loại đen (như sắt, gang, thép) hoặc kim loại mầu (như hợp kim nhôm, vật liệu tổng hợp), nhưng sử dụng rộng rãi nhất vẫn là cầu thép (Steel Bridge)

Môn học cầu thép chỉ đề cập đến cầu thép trên đường ô-tô Cầu thép trên đường sắt có khác cầu trên đường ô-tô về cấu tạo phần mặt cầu và hệ mặt cầu; còn về tính toán, có khác về hoạt tải và các hệ số

Thiết kế cầu thép được qui định tính theo phương pháp các trạng thái giới hạn (giới hạn về cường độ, giới hạn về sử dụng, giới hạn về mỏi và phá hoại, giới hạn đặc biệt) Gần đây, để thuận tiện ứng dụng công nghệ tin học trong thiết

kế, một số nước đã qui định thiết kế cầu thép theo phương pháp độ tin cậy, có

sử dụng hệ số tin cậy trong tính toán, là hệ số tổng hợp thường được xác định qua thực nghiệm và thống kê nhiều năm

Bài giảng "Cầu thép" dựa theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu do Bộ GTVT ban hành mang ký hiệu 22 TCN 272-05, có tham khảo bổ sung về chi tiết cấu tạo theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18-79

Do chi tiết kết cấu thép phải đạt độ chính xác cao, nên đơn vị đo lường tính theo milimét (mm), các đơn vị đo lường khác theo hệ đo lường quốc tế (SI)

CHƯƠNG I - KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 Những đặc điểm cơ bản và phạm vi ứng dụng

- Đặc điểm nổi bật của thép là đạt tính chịu lực cao ứng với mọi loại ứng suất (kéo, nén, uốn, cắt, xoắn ), do đó có thể dùng để xây dựng tất cả các loại cầu khác nhau như dầm, giàn, vòm, treo, hệ liên hợp

- Thép có trọng lượng riêng khá lớn nhưng độ bền cao nên trọng lượng bản thân kết cấu rất nhẹ, vì vậy có khả năng làm các cầu có chiều dài nhịp rất lớn mà các loại vật liệu khác không thực hiện được

- Thép có cường độ cao nhưng mô đuyn đàn hồi lớn (2,0 x 105 MPa, còn bê tông là 3,15 x 104 MPa), do đó độ cứng lớn, tính đàn hồi cao, tính dẻo dai cao,

do đó chịu tải trọng xung kích và tải trọng mỏi tốt

- Thép dễ gia công (cắt, rèn đập, đúc cán, hàn) nên có thể chế tạo thành nhiều loại hình dạng thích hợp, tạo khả năng công nghiệp hóa, tự động hóa chế tạo trong công xưởng, vận chuyển đến chân công trình đạt lắp ráp nhanh bằng các liên kết đáng tin cậy như bu lông, chốt, đinh tán, hàn tạo điều kiện rút ngắn thời gian thi công

- Thép dễ bị hư gỉ trong môi trường ẩm, mặn, axit và các hơi độc khác Khi thép bị gỉ mòn, làm tiết diện chịu lực bị giảm yếu, làm các liên kết bị hư hỏng, dẫn đến giảm tuổi thọ công trình

- Hiện nay đã có nhiều biện pháp chống gỉ hữu hiệu như sơn tạo màng bền cao, mạ phủ kim loại, hoặc dùng thép chịu thời tiết (weathering steel), thép không gỉ (non-corrosion steel) Tuy nhiên, các công trình bằng thép phải thường xuyên được kiểm tra, bảo quản, cạo gỉ và sơn phủ định kỳ

- Cầu thép có nhịp lớn thường được ứng dụng trên đường sắt, đường ô-tô; kết cấu thép và cầu thép thường được ứng dụng cho kết cấu tạm lắp ráp nhanh trong thi công, trong công trình quân sự; còn ứng dụng thích hợp xây dựng cầu trong vùng đất yếu vì có trọng lượng bản thân nhẹ hơn các loại cầu khác

1.2 Vật liệu dùng cho cầu thép

- Loại thép và cấp thép được phân định theo các tính chất cơ bản của thép, thể hiện ở cường độ chảy (biến dạng tăng mà ứng suất không đổi), cường độ kéo (ứng suất lớn nhất khi thí nghiệm kéo), độ dẻo (tỷ số độ dãn dài khi đứt gãy và

độ dãn dài khi bắt đầu chảy), độ cứng (độ bền bề mặt khi mài so với độ mài tiêu chuẩn) và độ dai (khi bị va đập bằng số lần qui định mà không bị đứt gãy)

- Các vật liệu thô điển hình để luyện thép là quặng sắt, than cốc, đá vôi (chất gây cháy và hội tụ các chất bẩn nổi trên mặt), các kim loại thành phần (Al,

Si, C, Cr, Cu, Mn) và một số kim loại hiếm khác (Mo, Nb, Ni, Ti, V, ) ; quá trình luyện thép phải được kiểm tra chất lượng nấu để có được sản phẩm đồng nhất

- Thép dùng làm cầu, do chịu tác động của hoạt tải, có đặc điểm phân biệt

so với thép xây dựng ở hai tính chất: độ dãn dài đạt trên 22%, độ dai đạt trên 2,0x106 lần

Thép hợp kim thấp, cường độ cao

Thép hợp kim thấp, tôi

và ram

Thép hợp kim tôi

và ram, cường độ chảy dẻo cao

(ASTM)

Cấp tương đương

A 709M Cấp 250

A 709M Cấp 345

A 709M Cấp 345W

A 709M Cấp485W

A 709M Các cấp 690/690W

Chiều dày của các

bản thép, mm

Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 65 Trên 65

đến 100 Chế tạo thép hình Áp dụng Áp dụng Áp dụng Không

- Ký hiệu (M) là loại thép làm cầu

- Ký hiệu W là thép chịu được thời tiết

1.3 Các hệ thống chính của cầu thép

1) Cầu dầm đặc:

- Dầm chủ: có dạng dầm giản đơn, liên tục, mút thừa;

- Chiều cao dầm không đổi hoặc thay đổi;

- Mặt cắt ngang cầu gồm 2 dầm chủ,

4, 5 dầm chủ hoặc hơn;

- Có hệ liên kết ngang giữ ổn định các

phiến và hệ liên kết dọc dưới;

- Mặt cầu thường là bản BTCT đặt tự

do lên cánh trên dầm chủ hoặc liên hợp

chịu lực với dầm chủ

2) Cầu dầm giàn:

- Dầm giàn có loại mạ thẳng, mạ cong;

đường xe chạy trên hoặc dưới;

- Khi chịu tải, dầm chịu momen uốn,

trạng thái momen được chuyển thành kéo nén dọc trục, nên trọng lượng dầm giàn thường nhẹ hơn so với dầm đặc có cùng chiều dài và hoạt tải

- Hệ mặt cầu : là tổ hợp kết cấu đà dọc, đà ngang ; mặt cầu truyền trực tiếp

tải trọng và phân bố vào các đà dọc ; từ đó, được truyền sang đà ngang và dầm chủ

- Dầm chủ, giàn chủ : Dầm chủ thường là dầm thép bản đặc, gồm bản

đứng, bản cánh trên, bản cánh dưới, sườn tăng cường đứng, dầm dọc Giàn chủ thường là các thanh thép ghép nối tạo thành giàn hoa, gồm thanh mạ trên-dưới, thanh xiên, thanh treo-thanh đứng, bản nút liên kết

- Hệ liên kết : gồm hệ liên kết trên-dưới, hệ liên kết ngang

- Hệ cổng cầu : Thường bố trí ngang dầm cầu và gắn vào thanh đứng hoặc

thanh xiên đầu dầm giàn

- Công trình phụ của cầu thép : như xe treo, xe kiểm tra, thang kiểm tra,

giá dỡ dây thông tin, dây cáp điện, đường ống cấp nước

- Gối cầu : gồm gối cố định, gối di động

Gối cầu

CHƯƠNG II - HỆ MẶT CẦU CỦA CẦU THÉP

2.1 Khái niệm và phân loại

1) Hệ mặt cầu là phần trực tiếp đỡ hoạt tải và truyền tải trọng sang dầm

chủ

2) Hệ mặt cầu bao gồm :

- Mặt cầu : đường sắt hoặc ô-tô, đường bộ hành và xe thô sơ

- Hệ dầm mặt cầu : gồm đà dọc, đà ngang (trường hợp hai giàn chủ cách xa nhau), nếu dầm chủ gần nhau như cầu dầm bản đặc thì không có đà dọc đà ngang và khi đó hoạt tải từ mặt cầu truyền trực tiếp lên dầm chủ

2.2 Mặt cầu ô-tô

bằng vải nhựa tẩm polime, dày khoảng 0,5 đến 1cm ; lớp bảo vệ BTXM ; trên cùng là lớp bê tông nhựa dày khoảng 3 đến 5cm Hiện nay thường dùng lớp bê tông mác M-300 đổ dày 5 đến 7 cm có lưới thép Φ6mm đan ô 15x15cm để thay thế lớp phòng nước và lớp bảo vệ BTXM

- Khoảng cách giữa các dầm chủ nên < 3,0m, có hệ liên kết ngang - dọc giữ

ổn định cho các phiến dầm chủ

- Bản BTCT mặt cầu thường chọn không nhỏ hơn 10cm, thường dùng 12 đến 15cm, mác BT M-300 hoặc 350 Trường hợp dùng mặt cầu xe chạy trực tiếp trên bản BTCT (không có lớp đệm, lớp chống thấm, lớp bảo vệ), bản BTCT có chiếu dày lớn hơn 14cm, mác M-350 hoặc 400

3) Mặt cầu dùng bản thép :

- Có đặc điểm: trọng lượng nhẹ chỉ bằng 1/4 bản BT; mặt trên cùng thường là thép tấm dầy 6mm, có dập gân nổi để tăng ma sát

- Để giải quyết thoát nước nhanh trên mặt cầu, có thể trải một lớp bê tông nhựa sỏi nhỏ dày 2 đến 3 cm trên mặt thép tấm

- Về cấu tạo: chế tạo sẵn thành từng mảng trong nhà máy kết cấu thép, sau

đó đưa ra lắp đặt tại cầu Các tấm mặt cầu được hàn sẵn sườn tăng cường ở mặt dưới, tạo thành bản đa hướng (orthotrop)

lớp chống thấm lớp bảo vệ BTXM

- Kết cấu nhẹ để giảm tĩnh tải

- Ít hao mòn, tuổi thọ cao

10

2.3 Hệ dầm mặt cầu

- Hệ mặt cầu bao gồm đà dọc, đà ngang ; thường gặp ở cầu dầm có hai giàn chủ với đường xe chạy dưới

- Hệ mặt cầu có chức năng: chịu thường xuyên tĩnh tải của mặt cầu; truyền tĩnh tải mặt cầu và hoạt tải lên đà dọc, từ đà dọc truyền vào đà ngang và từ đà ngang chuyển vào dầm chủ

- Cấu tạo hệ mặt cầu và các mối nối liên kết đà dọc vào đà ngang, liên kết

đà ngang vào giàn chủ như sau:

δ

δ

Giàn chủ Bản BT mặt cầu

Bản cá trên

Đà dọc

Bản cá dưới

Đà dọc

Đà ngang

Mặt bằng liên kết

Liên kết đà dọc vào đà ngang

Đà dọc

Giàn chủ

Bản cá

Đà dọc

Đà ngang

Đà dọc

Đà ngang

2.4 Tính toán đà dọc và liên kết

1) Nguyên lý tính toán:

- Đà dọc được tính theo hệ phẳng, coi như dầm giản đơn, với chiều dài nhịp được tính từ tim đến tim đà ngang;

- Nếu hệ mặt cầu có trên 2 đà dọc, phải xét thêm hệ số phân phối ngang (g)

do hoạt tải di chuyển ngang trên mặt cầu để tìm nội lực lớn nhất trong đà dọc khi hoạt tải đặt ở vị trí nguy hiểm nhất trên đó; như vậy, khi tính momen và lực cắt phát sinh trong đà dọc, phải tìm hệ số (g) lớn nhất cho đà dọc biên hoặc đà dọc bên trong

- Các yếu tố tác động vào đà dọc bao gồm: tải trọng bản thân và các bộ phận phụ gắn vào (DC), tải trọng phần bản mặt cầu và lớp mặt cầu trên bản (DW), hoạt tải tác động vào đà dọc (LL)

2) Tính tải trọng thường xuyên rải đều trên đà dọc:

- Để tính tải trọng thường xuyên

rải đều trên đà dọc, dựa vào tỷ trọng

của vật liệu thông dụng như sau: (3.5.1)

Hợp kim nhôm 2800 kg/m3

Lớp phủ bê tông nhựa 2250 -

Xỉ than 960 -

Bê tông nghèo 1775 -

Bê tông phổ thông 2400 -

Thép 7850 -

Đá xây 2725 -

- Hệ số điều chỉnh tải trọng (1.3.2): ηi = ηD ηR ηl , trong đó:

ηD - hệ số liên quan đến tính dẻo của kết cấu, đối với trạng thái giới hạn cường độ và các trạng thái giới hạn khác ηD = 1 (điều 1.3.3);

ηR - hệ số liên quan đến tính dư của kết cấu, đối với trạng thái giới hạn cường độ và các trạng thái giới hạn khác ηR = 1 (điều 1.3.4);

ηl - hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác, đối với trạng thái giới hạn cường độ và các trạng thái giới hạn khác ηl = 1 (điều 1.3.5);

Đối với đà dọc cầu thông thường, trong mọi trường hợp ηi = 1;

- Hệ số tải trọng γP dùng cho tải trọng thường xuyên được qui định như

Bản mặt cầu

12

D = Σ ηi γP Di

Thí dụ: Bản mặt cầu BTCT dày 14cm (0,14m), bề rộng tính toán (b) là 1,8m, mặt trên bản là lớp phủ bê tông nhựa dày 4cm (0,04m), bản mặt cầu tựa trên đà dọc thép hình I cánh bằng ký hiệu W610 (khối lượng riêng 140kg/m)

Tải trọng rải đều của lớp phủ mặt cầu: DW 1 = 1 ,8 x 0,04 x 2,25 x 10 = 1,62 kN/m

Tải trọng rải đều của bản BTCT: DW 2 = 1,8 x 0,14 x 2,40 x 10 = 6,05 kN/m

Tải trọng rải đều của một đà dọc I-W610: DC = 0,14 x 10 = 1,40 kN/m

Hệ số điều chính tải trọng ηi = 1

→ Tải trọng rải đều trên đà dọc: D = 1,25 x 1,40 + 1,50 (1,62 + 6,05) = 13,26 kN/m

3) Tính hoạt tải xe ô-tô:

- Hoạt tải HL-93 gồm tổ hợp của xe tải thiết kế và tải trọng làn rải đều hoặc

tổ hợp của xe hai trục thiết kế và tải trọng làn rải đều:

- Hệ số làn xe: Số làn xe được xác định bởi phân số nguyên của w/3500, ở

đây w là bề rộng của lòng đường, tức là khổ cầu thiết kế Hệ số làn (m) được tính như sau:

- Tải t rọng làn rải đều 9,3N/ mm phân bố đều trên chiều dọc càu; theo chiều ngang cầu, tải trọng

làn phân bố đều trên bề rộng 3000mm; ứng lực của tải trọng làn không xét lực xung kích

- Đặt hoạt tải ô-tô trên cầu phải xét nội lực khống chế do tải trọng xe 3 trục cùng tác động với tải

trọng làn hoặc do tải trọng xe 2 trục cùng tác động với tải trọng làn; bề rộng một làn ô-tô trên cầu

là 3000mm

- Đố i với cầu trên đường cấp thấp (cấp 5 trở xuống), có thể dùng xe hai trục hoặc 3 trục thiết kế

nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65

- Khi tính mo men â m trong khoảng hai điểm uốn đổi dấu, hoặc khi tính phản lực gối giữa, thì lấy

90% nội lực phát sinh do hai xe tải xếp liên tiếp với khoảng cách trục bánh trước xe này, cách

bánh sau xe kia là 15000mm, tổ hợp với 90% nội lực phát sinh do tải trọng làn thiết kế; khoảng

cách giữa các trục 145kN khi tính nội lực trên qui đ ịnh là 4300mm

35kN

4300mm 4300mm

- 9000

145kN 145kN

600mm 300mm khi t ính phần hẫng mặt cầu

1800mm

Bề rộng làn thiết kế 3500mm

110kN 110kN

1200mm

hoặc

m 9,3kN/ m

- Hệ số tải trọng γ dùng cho hoạt tải khi tổ hợp tính theo trạng thái giới hạn

về cường độ I là 1,75 (điều 3.4.1)

- Tính hệ số phân phối ngang (g) của hoạt tải tác động trên đà dọc: Dùng

phương pháp đòn bẩy để tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải đặt ở vị trí

nguy hiểm nhất theo chiều ngang mặt cầu truyền vào một trong số các đà dọc

4) Hoạt tải người đi (PL):

- Đối với tất cả đường người đi rộng hơn 600mm, tải trọng người đi trên

cầu là 3 x 10-3

MPa, và phải tính đồng thời với hoạt tải ô-tô thiết kế

- Đối với cầu chỉ dành riêng người đi bộ và xe thô sơ, tải trọng người đi là

4 x 10-3 MPa

- Không xét xung kích cho hoạt tải người đi

5) Hệ số xung kích: (3.6.2)

- Từ lực xung kích (IM) gây ra do hoạt tải xe ô-tô (không tính với lực ly

tâm và lực hãm), qui định hệ số xung kích là (1+ IM/100), trong đó IM có trị số

sau:

Mối nối bản mặt cầu, tính cho các trạng thái giới hạn 75

Các cấu kiện khác

* khi tính giới hạn mỏi và giòn

* khi tính trạng thái giới hạn khác

- Có thể chiết giảm lực xung kích khi tính các cấu kiện khác (trừ mối nối)

chịu tải trọng lắc ngang của xe

Khổ cầu 7,0m

Thí dụ: Tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải

HL-93 hoặc xe 2 trục lên các đà dọc hệ mặt cầu với khổ

cầu 7m

Để tìm hệ số phân phối ngang phát sinh lớn nhất vào

một trong số đà dọc, phải xếp xe dàn hàng ngang trên

mặt cầu theo hai khả năng:

Cách 1: Hai hàng ô-tô đi lệch sang cận trái của mặt

cầu, đường tim của hàng bánh xe ngoài cùng cách

mép lề đường 0,6m; như vậy đường tim của hoạt tải

ô-tô cách mép lề đường là 1,5m

Cách 2: Hai hàng xe ô-tô đặt giữa lòng cầu, như vậy

đường tim của mỗi hàng xe ô-tô cách đường tim cầu

1,5m

Trị số tung độ của đường ảnh hưởng tương ứng với

điểm đặt của đường trọng tâm hàng xe ô-tô chính là

hệ số phân phối ngang (g) vào đà dọc đó

1

0,6 1,8 1,2 1,8

1,2 1,8 1,8

14

6) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà dọc:

- Vẽ đường ảnh hưởng nội lực momen tại mặt cắt giữa đà dọc và đường

ảnh hưởng lực cắt tại vị trí đầu đà dọc tính toán

- Công thức tổng quát tính nội lực momen đà dọc như sau:

M1/2=Mmax=D.AĐAH+1,75[mg(MtahoặcMtr).(1+IM/100)+mgMln+gnMng]

kNm

Tính momen bằng cách lấy trị số hoạt tải nhân với tung độ đường ảnh

hưởng (nếu là tải trọng trục) hoặc với diện tích đường ảnh hưởng (nếu là tải

trọng rải đều)

Nội lực cắt:

Vmax = V0 =D.AĐAH+1,75[mg(Vta hoặc Vtr)(1+IM/100)+mgVln+gnVng] kN

trong đó, AĐAH - diện tích đường ảnh hưởng lực cắt (m); các hệ số khác,

tương tự công thức tính nội lực momen

7) Kiểm toán mặt cắt đà dọc:

- Chọn mặt cắt đà dọc: Cấu tạo đà dọc thường có dạng hình chữ I; có thể

chọn theo qui cách sẵn có của sản phẩm thép chế tạo thành thương phẩm Từ

mặt cắt đã chọn, tính (hoặc tra bảng) các đặc trưng hình học của đà dọc để xét

thỏa mãn điều kiện sau:

- Kiểm toán momen uốn tại mặt cắt giữa đà dọc:

Mr ≤ φf Mn = Z.φf Fy (2.4.7.1)

Trong đó: Mr - momen tính toán (kNm, chuyển thành Nmm bằng số nhân 106)

φf - hệ số cường độ, theo 6.5.4.2, khi tính đà dọc chịu uốn thuần túy, chọn φf = 1,00;

Mn - momen danh định của đà dọc đã lựa chọn;

Z - momen chống uốn của đà dọc đã chọn (mm3)

Fy - cường độ giới hạn chảy nhỏ nhất của thép (MPa); thí dụ thép làm đà dọc là A709M, theo mục (1.2) cho Fy = 345MPa

AĐAH- diện tích đường ảnh hưởng momen (m2);

1,75 - hệ số hoạt tải khi tính tổ hợp theo TTGH

- Kiểm toán nội lực cắt tại vị trí đầu đà dọc (trường hợp đà dọc không có

nẹp tăng cường) Vr ≤ φv Vn (2.4.7.2)

trong đó: Vr - lực cắt tính toán (kN)

φv - hệ số cường độ, theo 6.5.4.2 cho φv = 1;

Vn - nội lực cắt danh định của đà dọc đã chọn (kN)

Tính Vn theo công thức sau:

nếu

yw

E t

D

46 ,

2 , thì Vn = Vp = 0,58FywDtw (6.10.7.2-1)

nếu 2,46 3 , 07 ,

yw w

E t

D F

D

07 3

(6.10.7.2-3) trong đó:

D - chiều cao bản bụng (mm)

Fyw - cường độ chảy nhỏ nhất qui định của bản bụng (MPa)

tw - chiều dày bản bụng (mm)

E - moduyn đàn hồi của thép bản, E = 200.000 MPa

- Sau khi kiểm toán đà dọc thỏa mãn bất đẳng thức (2.4.7.1) và (2.4.7.2),

chứng tỏ qui cách thép hình I đã chọn đạt yêu cầu về cường độ

Không phải xét trạng thái giới hạn mỏi cho đà dọc

8) Tính liên kết đà dọc vào đà ngang:

Liên kết đà dọc vào đà ngang thường tính toán với nội lực cắt và momen tại

gối của đà dọc Nguyên lý chịu lực của liên kết là hai đầu đà dọc được ngàm vào

đà ngang, trị số nội lực như sau :

cắt V = V0 momen Mg = - 0,6 Mmax

Về cấu tạo mối nối, có các trường hợp sau :

 Trường hợp có bản cá trên và vai kê: Giả thiết rằng bản cá chịu toàn bộ

momen âm Mg và bản (hoặc thép góc) đầu đà dọc chịu toàn bộ nội lực cắt

- Nội lực trong bản cá được xác định như sau :

16

Diện tích mặt cắt bản cá cần thiết để chịu lực Pc là

Pc ≤ φu Pnu = φu Fy Ag

trong đó, φu - hệ số sức kháng đối với kéo đứt của mặt cắt có hiệu, φu=0,80;

Ag - diện tích mặt cắt có hiệu của bản cá

Cũng từ diện tích nguyên của bản cá, tính số đinh cần thiết liên kết bản cá

vào cánh trên đà dọc theo diẹn tích làm việc (hoặc theo khả năng chịu lực) của

bản cá

Thông thường, chọn cấu tạo liên kết cánh dưới đà dọc với vai kê như bố trí

liên kết ở cánh trên

Bản đầu đà dọc được liên kết vào đà ngang qua bản thép đặt đứng và hàn

sẵn vào đầu đà dọc hoặc qua cánh của thép góc đứng Chiều dày bản đầu đà dọc

thường chọn 12mm Toàn bộ lực cắt A ở đầu đà dọc đều truyền qua các hàng

đinh bu lông (đinh tán, hoặc đường hàn) để được cố định vào đà ngang

Số lượng bu lông (đinh tán) cần thiết để liên kết bản đầu đà dọc vào đà

ngang được xác định theo nội lực cắt tính toán V

Vai kê trong trường hợp này được tính với giả thiết là lực cắt tại gối V phân

phối đều cho tất cả các đinh (n) bố trí trên thép góc liên kết đầu đà dọc và vai kê

vào dầm ngang, như vậy lực cắt A truyền lên vai kê sẽ là :

dương đối với hàng đinh liên kết đầu vai kê vào đà ngang Vậy vai kê sẽ làm

việc chịu uốn với momen Mv là :

i v

v

k

d

d M n

V

≤ φ Tntrong đó, Tn - sức chịu danh định của bu lông

Bản cá trên

Đà dọc

 Trường hợp có bản cá trên và dưới: Tính tương tự như giả thiết của trường hợp (a), trong đó, nội lực momen được chuyển thành ngẫu lực kéo nén dọc vào bản cá trên và dưới, nội lực cắt V truyền vào bản hoặc thép góc liên kết đầu đà dọc với đà ngang

 Trường hợp không có bản cá : Toàn bộ lực cắt tại gối V và momen tại đầu

đà dọc ngàm vào bản bụng đà ngang Mg được truyền qua liên kết bằng bu lông hoặc đường hàn kết hợp với bu lông CĐC bắt tại hiện trường Như vậy liên kết chịu đồng thời lực cắt và momen gối, công thức tính nội lực phát sinh lớn nhất cho bu lông (đinh) ngoài biên Rmax tương tự trường hợp tính ở mục (a) về vai kê

9) Trường hợp đà dọc là kết cấu liên tục

Đối với nhịp cầu thép có bản mặt cầu cũng là bản thép có sườn tăng cứng, thường dùng đà dọc là những dải thép chữ I nối dài suốt chiếu dài nhịp dầm và đặt trực tiếp lên cánh trên của đà ngang Nội lực momen và lực cắt tại gối được xác định như dầm liên tục, trong đó, hệ số xung kích lấy theo chiều dài của nhịp dầm

2.5 Tính toán đà ngang và liên kết

- Khi tính liên kết đà ngang vào giàn (dầm) chủ, tính khung cứng ngang của giàn, hoặc kiểm toán đà ngang dầu dầm chịu kích, đều giả thiết rằng đà ngang là một bộ phận của khung cứng ngang Đối với kết cấu nhịp giàn có đường xe chạy dưới, với hai làn xe hoặc hơn, cho phép không tính nội lực momen phát sinh ở đầu đà ngang liên kết vào giàn chủ, như vậy liên kết trong trường hợp này chỉ chịu nội lực cắt phát sinh ở đầu đà ngang

EI đ G-4,5 G-8

18

- Giả thiết rằng trọng lượng lớp mặt và bản mặt cầu, trọng lượng đà dọc

trong phạm vi khoảng cách giữa hai đà ngang liên tiếp, trọng lượng tổng cộng (kN) được tính rải đều trên đà ngang bằng cách chia cho chiều dài tính toán đà ngang (kN/m)

- Tải trọng thường xuyên rải đều của đà ngang là trọng lượng đơn vị dài

3) Tính hoạt tải truyền vào đà ngang theo lực tập trung từ đà dọc:

- Tính lực tập trung từ đà dọc truyền vào đà ngang bằng cách tính lực cắt phát sinh do hoạt tải xe đặt ở vị trí nguy hiểm trên hai khoang bên trái và phải của đà ngang, bằng cách vẽ đường ảnh hưởng lực cắt bên trái và phải của đà ngang; ngoài ra, mỗi đà ngang chịu một phần tải trọng làn từ mặt cầu truyền xuống theo hệ số phân phối ngang (gi) và hệ số làn (m) Để có nội lực momen lớn nhất cho đà ngang, nên xếp xe vào trong lòng cầu

- Lực cắt phát sinh do hoạt tải xe truyền vào đà ngang trở thành lực tập trung, điểm đặt lực này chính là điểm tựa của đà dọc vào đà ngang, theo công thức sau:

đà ngang

d 2d

Công thức tổng quát tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà ngang như sau: momen giữa nhịp Mmax = D ΩM + Σ Vi xi (kN.m)

lực cắt tại gối Vmax = D ΩV + Σ Vi yi (kN)

trong đó, D - tổng tải trọng thường xuyên rải đều trên đà ngang bao gồm các hệ số tính, kN/m;

ΩM, ΩV - diện tích đường ảnh hưởng momen và lực cắt;

xi, yi - tung độ đường ảnh hưởng momen và lực cắt tương ứng vị trí đà dọc thứ (i) trên đà ngang

5) Kiểm toán mặt cắt đà ngang:

- Kiểm toán mặt cắt đà ngang đã lựa chọn ban đầu theo trạng thái giới hạn

về cường độ:

Mmax ≤ φf Mn = Zφf Fy

Vmax ≤ φv Vn

với Vn = CVp và Vp = 0,58Fyw Dtw

ý nghĩa các ký hiệu trong công thức trên cũng tương tự mục 2.4.(7)

6) Tính mối nối liên kết đà ngang vào giàn chủ:

Đối với cầu thép đường ô-tô, mối liên kết đà ngang vào giàn chủ được giả thiết là ngàm cứng, do đó tại mối liên kết này chỉ tính với lực cắt Vmax phát sinh

trong đó, Vmax - lực cắt tính toán tác dụng vào liên kết

φv - hệ số mối liên kết chịu cắt, ở đây φv = 1,00 (Điều 6.5.4.2)

Rn - sức chịu danh định của một bu lông liên kết

Đối với các liên kết ma sát, Rn = Kh Ks Ns Pt

trong đó: Ns - số lượng mặt ma sát tính cho mỗi bu lông

Pt - lực kéo yêu cầu nhỏ nhất của thân bu lông (bảng 1)

20

Bảng 2 - Hệ số kích thước lỗ K h

Cho các lỗ vƣợt quá cỡ và có khía rãnh 0,85 Bảng 3 - Hệ số điều kiện bề mặt K s

Cho các điều kiện bề mặt loại A 0,33 Cho các điều kiện bề mặt loại B 0.50 Cho các điều kiện bề mặt loại C 0,33

Ghi chú bảng 3:- Bề mặt loại A là bề mặt được làm sạch lớp cáu bẩn không sơn, hoặc

được làm sạch bằng thối sau đó phủ bọc sơ qua loại A;

- Bề mặt loại B là các bề mặt được làm sạch bằng thổi không sơn, hoặc được

làm sạch bằng thổi sau đó có lớp phủ loại B;

- Bề mặt loại C là các bề mặt được mạ kẽm nóng và làm nhám bằng bản chải

thép sau khi mạ

CHƯƠNG III - CẦU DẦM ĐẶC 3.1 Khái niệm chung

1) Đặc điểm cầu dầm đặc:

- Cấu tạo đơn giản, dễ tiêu chuẩn hóa và điển hình hóa;

- Lao lắp đơn giản, nhanh chóng;

- Cầu dầm đặc giản đơn chỉ nên vượt nhịp đến L<30m, thường được cấu

tạo bằng thép cán, hình chữ I, đặt cách đều, mặt cắt thép có chiều cao không đổi;

- Cầu dầm đặc nối liên tục hoặc dầm hẵng có dầm treo, có thể vượt nhịp dài

L>30m;

- Cầu dầm đặc có kiểu đường xe chạy trên, kiểu đường xe chạy dưới;

- Chỉ xét nội lực phát sinh trong dầm là momen và lực cắt;

- Thường dùng dầm thép đặc có bản mặt cầu BTCT cùng liên hợp chịu lực,

tức là BTCT chịu nén còn phần thép chịu phần lớn lực kéo; như vậy sử dụng vật

liệu rất hợp lý và tiết kiệm

2) Cấu tạo và kích thước cơ bản:

a) Đối với cầu dầm đơn giản:

- Nên chọn 4, 5, 6 dầm chủ bằng thép cán, chữ I, phù hợp với khổ cầu

h ; chiều cao toàn bộ (tối thiểu) của dầm I liên hợp giản đơn bằng

0,04L; chiều cao (tối thiểu) phần dầm I của dầm I liên hợp giản đơn bằng

0,033L

b) Đối với cầu dầm liên tục:

45

1 20

d) Kích thước cơ bản: qui định kích thước nhỏ nhất của mặt cắt các bộ phận kết

cấu dầm đặc tính bằng mm, cho phép lấy như sau:

- Bề dày bản bụng của dầm chủ hàn nối, chịu uốn, là 10; dầm thép cán I là

- Vật liệu dùng trong dầm đặc hàn ghép phải là thép chịu hàn;

- Liên kết các cấu kiện dầm đặc hàn ghép thường dùng bu lông cường độ cao;

- Dầm đặc hàn ghép có kết cấu thoáng, ít góc cạnh, dễ sơn sửa và bảo quản

2) Qui định cơ bản về cấu tạo:

- Bản bụng:

- Bản cánh: Bề rộng phần thò ra của cánh chịu nén trong dầm hàn có đường

xe chạy trên không vượt quá 15δ và 400mm (trong đó, δ - bề dày của cánh)

- Nẹp tăng cường: Để tăng cường độ cứng của bản bụng, triệt tiêu biến dạng phình cục bộ trên bề mặt bản bụng, phải bố trí nẹp tăng cường theo qui định sau:

+ ở vị trí đặt gối dầm nhất thiết phải có nẹp tăng cường đứng; nẹp này có cấu tạo

2 đầu được mài nhẵn chống khít vào mặt bản cánh trên và dưới ; chỉ hàn vào cánh dưới chịu nén;

Bản cánh dưới

+ nếu dùng thép cácbon,

δb ≈ h

5 , 12

1

(h tính cm) + nếu dùng thép hợp kim thấp,

δb ≈ h

10 1

+ theo điều kiện ổn định bản bụng,

250

1 50

1

h

b

3) Cấu tạo các mối nối dầm đặc:

- Hàn nối bản bụng: Bản thép nguyên tấm thường không đủ chiều dài cắt đoạn của nhịp dầm nên phải hàn nối bản bụng cho đủ Trước khi hàn đối đầu, phải gia công mép hàn theo dạng chữ V hoặc X

+ nẹp đứng phải bố trí suốt liền chiều cao

(h) của dầm; còn nẹp dọc phải cắt đoạn

trong khoảng 2 sườn đứng liền kề

h

nẹp tăng cường đứng nẹp tăng cường dọc

d o

24

- Cấu tạo neo giữ bản BTCT mặt cầu với cánh trên dầm chủ: Có hai loại

cấu tạo neo giữ tùy thuộc bản mặt cầu được xét đặt tự do trên cánh dầm hoặc

được xét tính liên hợp chịu lực với dầm thép

- Cấu tạo hệ liên kết dọc, ngang giữa các dầm chủ: Nếu dầm thép liên hợp

chịu lực với bản BTCT mặt cầu, thường chỉ cần bố trí hệ liên kết ngang; với

dầm thép có h>1000mm, có thể bố trí thêm hệ liên kết dọc dưới

3.3 Tính toán dầm chủ

1) Lựa chọn số dầm và mặt cắt dầm chủ:

Thường lựa chọn số lượng dầm chủ gồm 2, 4, 5 phiến hoặc nhiều hơn, tùy

thuộc khổ cầu và loại hình mặt cắt dầm thép

2) Tính tĩnh tải rải đều trên một dầm chủ, bao gồm:

Tải trọng thường xuyên rải đều trên dầm chủ được tính như sau:

D = Σ η i γP Di

ý nghĩa và hệ số trong công thức trên tương tự mục (2.4.2)

3) Tính hoạt tải xe ô-tô:

- Hoạt tải ô-tô HL-93 gồm tổ hợp của xe tải thiết kế và tải trọng làn rải đều

hoặc tổ hợp của xe hai trục thiết kế và tải trọng làn rải đều (xem mục 2.4.3)

- Hệ số làn xe: theo mục 2.4.3

- Hệ số tải trọng γ dùng cho hoạt tải khi tổ hợp, tính theo trạng thái giới hạn

về cường độ γ=1,75

- Hệ số xung kích: theo 2.4.5

- Tính hệ số phân phối ngang (g) của hoạt tải tác động trên dầm chủ:

Trường hợp có hai dầm chủ, tính hệ số phân phối ngang theo phương pháp

đòn bẩy

Trường hợp có nhiều hơn hai dầm chủ, dùng phương pháp nén lệch tâm để

tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải đặt ở vị trí gần biên trái (hoặc phải) trên

mặt cầu và vị trí giữa mặt cầu (vị trí đối xứng); so sánh theo hai cách và chọn trị

đặt tự do trên dầm thép (tức là không liên hợp

chịu lực với dầm thép), ký hiệu DW1 và DW2;

- Tải trọng rải đều của dầm chủ chữ I, ký hiệu

DC (kH/m)

số phân phối ngang lớn nhất của hoạt tải tác động vào một dầm chủ để tính Khi

tính trường hợp này, phải xét chọn một trong hai điều kiện sau:

+ nếu L>2B (với B - khoảng cách trong của lan can hai bên cầu;

1

i

a

a n

trong đó,

Từ các giá trị trên, tính được hệ số phân phối ngang của hoạt tải xe ô -tô

g=Σzi và hoạt tải người đi gP=zP vào dầm chủ cần tính

Lập bảng tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải vào các dầm chủ 1, 2, 3,

… theo hai cách đặt tải trên, sau đó chọn một dầm có hệ số phân phối ngang lớn

nhất để tính nội lực phát sinh trong dầm đó

+ nếu L < 2B, vẫn tính g và gP theo phương pháp nén lệch tâm, chọn và

kiểm tra trạng thái giới hạn cường độ của dầm chủ và các liên kết, sau đó kiểm

toán lại hệ số phân phối ngang g tính theo phương pháp gối tựa đàn hồi

4) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt dầm chủ:

Cách 2

y1 và y'1 - tung độ đường ảnh hưởng

khi P=1 đặt tại dầm biên

bên trái và bên phải;

n - số dầm chủ;

amax - khoảng cách giữa hai dầm biên;

ai - khoảng cách giữa hai dầm thứ (i)

bên trong đối xứng nhau qua tim

trong đó, ak - khoảng cách giữa đôi

giữa nhịp (Mmax) và tính diện tích, tính

trị số tung độ tương ứng điểm đặt hoạt

tải HL-93;

- Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí

đầu dầm chủ (Vmax) và tính diện tích,

tính trị số tung độ tương ứng điểm đặt

hoạt tải

Vmax = D.AV+1,75[mg(Vta hoặc Vtr).(1+IM/100)+mgVln+gnVng] kN

trong đó, D - tổng tải trọng thường xuyên với các hệ số tải trọng (kN/m)

A - diện tích đường ảnh hưởng momen (m2) hoặc lực cắt (m) 1,75 - hệ số tải trọng γ khi tính tổ hợp hoạt tải theo trạng thái giới hạn về cường độ I

Mn - momen danh định của dầm chủ đã lựa chọn

Z - momen chống uốn của dầm chủ đã lựa chọn (mm3)

Fy- cường độ giới hạn chảy nhỏ nhất của thép (MPa), nếu thép làm dầm chủ là A709M, cho Fy = 345MPa, hoặc cấp thép cao hơn cho Fy = 485MPa (xem 6.4.1 của TC)

- Đối với cầu dầm đặc liên tục 2, 3 nhịp, phải xét thêm trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại của đoạn bản bụng dầm phạm vi gối, thỏa mãn các qui định của Điều 6.10.16

- Thông thường, bản bụng dầm chủ phải có nẹp tăng cường, nên nội lực cắt tính theo công thức: Vr ≤ φv Vn (3.4.5.2)

trong đó, Vr - lực cắt tính toán (kN)

φv - hệ số cường độ, theo 6.5.4.2 cho φv = 1

Vn - nội lực cắt danh định của dầm chủ đã chọn (kN)

Tính Vn theo công thức sau: Vn = CVp

trong đó, C - tỷ số của ứng suất gây mất ổn định trên trị số cường độ chảy dẻo khi chịu cắt ở bản cánh,

nếu

yw

Ek t

D

10 ,

1 , thì C = 1

nếu khác bất đẳng thức trên, chọn C = 1,25

Vp - khả năng chịu cắt dẻo được qui định theo Điều 6.10.7.3.3a

Vp = 0,58 Fyw Dtw (đơn vị tính N)

với, D - chiều cao bản bụng (mm)

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

tw - chiều dày bản bụng (mm)

E - moduyn đàn hồi của thép bản, E=200.000 MPa

k = 5 + 5 2

D

d o do -khoảng cách giữa các gờ tăng cường (mm)

- Sau khi kiểm toán dầm chủ thỏa mãn bất đẳng thức (3.4.5.1) và (3.4.5.2), chứng tỏ qui cách thép hình I đã chọn đạt yêu cầu giới hạn về cường độ

6) Tính độ võng của dầm giản đơn:

- Cầu dầm đặc giản đơn không bắt buộc phải tính độ võng; cầu dầm đặc liên tục 2, 3 nhịp không cần xét tính độ võng

- Tính độ võng theo trạng thái giới hạn sử dụng qui định như 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 dầm chủ được coi là có độ võng như nhau, tức là toàn

bộ tải trọng của cầu được phân bố đều cho các dầm chủ;

+ Khi nghiên cứu độ võng tương đối lớn nhất cho một trong số các dầm chủ, số lượng và vị trí của các làn đặt tải phải chọn sao cho có được độ võng tương đối lớn nhất;

+ Trị số độ võng giới hạn của cầu dầm đặc gây nên

do hoạt tải xe ô-tô, nói chung L/800

do tải trọng xe và người đi bộ L/1000

trong đó, L-chiều dài nhịp dầm

+ Hoạt tải xe (1 xe tải thiết kế, hoặc 25% xe tải thiết kế + tải trọng làn - điều 3.6.1.3.2) phải bao gồm tổ hợp tải trọng để tính võng theo trạng thái giới hạn sử dụng (có hệ số tải trọng là 1,3) với lực xung kích, hệ số làn xe và hệ số phân phối ngang

+ Công thức chung tính độ võng dầm đặc giản đơn:

- Khi thiết kế dầm đặc, việc bố trí nẹp tăng cường đứng và dọc bản bụng dầm nên theo qui định về cấu tạo bố trí các nẹp và tính ổn định của kết cấu theo trạng thái giới hạn sử dụng

a) Một số qui định về cấu tạo kết cấu nhịp dầm đặc:

- Đối với dầm đặc có liên kết trên, bản mặt cầu không liên hợp chịu lực với dầm, nên đặt khoảng cách giữa các nút của hệ liên kết dọc không vượt quá 15 lần chiều rộng của cánh chịu nén đối với thép cácbon và 13 lần đối với thép hợp kim thấp; nếu vượt quá, phải kiểm toán ổn định toàn bộ của dầm khi uốn ra ngoài mặt phẳng thẳng đứng, khi đó, phần bản cánh chịu nén không vượt quá giới hạn về cường độ

- Nẹp tăng cường đứng trong dầm đặc chịu uốn phải đặt ngay trên các gối tựa truyền tải trọng tập trung

- Khi chiều cao tính toán (D) của bản bụng dầm đặc chịu uốn lớn hơn 50 lần bề dày của bản bụng, cần xét đặt các nẹp tăng cường đứng và nẹp tăng cường dọc dầm

- Nẹp tăng cường nên dùng từng đôi đối xứng và thò ra hai bên của bản bụng; bề dày của nẹp tăng cường không được nhỏ hơn 1/15 bề rộng của cánh thò ra của dầm và không nhỏ hơn 10mm

- Khi cần bố trí nẹp tăng cường dọc thì nên đặt chúng theo cự ly dưới đây

kể từ cánh chịu nén:

+ Khi dùng nẹp cho một khoang dầm - 0,20 đến 0,25 h

+ Khi dùng nẹp cho hai hoặc ba khoang dầm - khoang đầu, cự ly 0,15‚0,20 h; khoang thứ hai, cự ly 0,40‚0,50 h; khoang thứ ba, thường đặt trong khu vực chịu kéo của bản bụng

h

Q L

Đường ứng suất chính

Đường ứng suất chính

- Trong dầm hàn ghép chữ I, chỉ nên dùng nẹp tăng cường đứng; nếu không đạt ổn định cục bộ, nên bố trí khoang hẹp hơn, hoặc tăng chiều dày bản bụng, hoặc phải xét đặt nẹp tăng cường dọc

- Nẹp tăng cường phải hàn đối xứng ở hai bên bản bụng; nẹp tăng cường đứng được hàn liên tục theo chiều cao bản bụng ; nẹp tăng cường dọc, hàn liên tục trong mỗi khoang

Công thức kiểm tra sức kháng nén của bản cánh :

s

2

As - diện tích mặt cắt nguyên của cánh chịu nén (mm2)

Fy - cường độ chảy dẻo của thép bản cánh (MPa)

E - moduyn đàn hồi (MPa)

K - hệ số chiều dài có hiệu, K = 0,75

l - khoảng cách tim đến tim bản nút liên kết dọc (hoặc liên kết ngang)

rs - bán kính hồi chuyển theo mặt phẳng uốn ngang ra ngoài mặt phẳng của dầm

- Mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm chủ : Xét trường hợp dầm chủ không liên hợp chịu lực với bản bê tông mặt cầu nên khi bản cánh trên chịu nén

sẽ phát sinh momen uốn ngang cục bộ ở bản bụng ; momen uốn do tải trọng tác động nếu vượt quá trạng thái đàn hồi dẻo, gây nên mất ổn định cục bộ của bản bụng

30

Bản bụng dầm chủ đạt độ ổn định khi Mr ≤ Mp , trong đó Mr momen tính toán của dầm chủ truyền vào bản bụng gây nên do tác động của tải trọng thường xuyên và hoạt tải xe

Tính momen dẻo Mp = Fyc Ac Dcp (N.mm) theo các thông số sau:

Chiều cao của bản bụng tại momen dẻo phải được xác định dưới đây:

Nếu Fyw Aw ≥ Fyc Ac - Fyt At , (3.4.7.b)

Thì Dcp =

w

w F A

D

2 (FytAt + FywAw - FycAc) Ngược lại của bất đẳng thức (3.4.7.b) trên, thì Dcp = D

trong đó, Dcp - chiều cao bản bụng chịu nén phát sinh momen dẻo (mm)

Fyw - cường độ chảy nhỏ nhất được qui định của bản bụng (MPa)

8) Tính sức kháng nén dọc trục của nẹp tăng cường đứng trên gối cầu :

Toàn bộ tải trọng được truyền vào một phần bản bụng và nẹp tăng cường đứng xuống gối dầm, vì vậy phải kiểm toán sức kháng nén dọc trục của kết cấu trong phạm vi gối cầu : V ≤ φc Pn

trong đó, Pn - sức kháng nén danh định của bộ phận kết cấu chịu nén (N)

s

2

trong đó, As - diện tích mặt cắt nguyên của kết cấu chịu nén (mm2)

Phần kết cấu chịu nén truyền từ dầm xuống

gối được qui định gồm phần diện tích mặt

Fy - cường độ chảy qui định của thép (MPa)

E - moduyn đàn hồi của thép (MPa)

K - hệ số chiều dài chịu nén có hiệu khi kết cấu có hàn hai đầu,

- tránh vị trí giữa nhịp;

- cắt thép tấm phù hợp chiều dài nguyên tấm nhập mua về;

- nên bố trí so le mối nối các dầm ch ;

- nên thiết kế mối nối đồng thời với tạo vồng dầm cầu, nếu bên quản lý khai thác yêu cầu

b) Về cấu tạo liên kết :

- Hàng đinh liên kết bản cánh phải bố trí so le với hàng đinh liên kết bản bụng

- Nếu bản cánh có nhiều lớp, các mối nối liên kết các lớp bản cánh nên bố trí so le

c) Tính mối nối :

- Khi chỉ nối bản bụng : Từ giả thiết nội lực momen phát sinh ở vị trí nối bụng dầm là hoàn toàn do bản bụng chịu nên một đinh ở hàng ngoài cùng chịu nội lực theo công thức:

e M

Mn - momen tính khi có momen đồng thời lực cắt

Pmax =

2 2 max 2

i

e k

Me n

V

e max e i M V

32

trong đó, emax, ei - khoảng cách hàng đinh ngoài cùng và các hàng đinh lien kết đối xứng nhau qua tâm

n - tổng số đinh của một bên liên kết

k - số hàng đinh theo chiều đứng của một bên liên kết

Kiểm tra cường độ của một bu lông liên kết φv Rn ≥ Pmax , trong đó các giá trị của φv và Rn tính theo mục 2.5.(6) của chương II

- Khi nối bản bụng và bản cánh : Giả thiết nội lực momen tính toán được phân phối đàn hồi vào bản bụng và bản cánh theo công thức sau :

Từ Mb tính được Pmax của một đinh ở hàng ngoài cùng

(hc - khoảng cách tim đến tim bản cánh trên, dưới)

Số bu lông cần thiết liên kết bản cánh :

n =

n v

c

R

P

(φv - hệ số liên kết chịu cắt, φv = 1,0

Rn - sức chịu danh định của một bu lông, theo 2.5.6)

10) Cấu tạo hệ liên kết dọc và ngang giữa các dầm chủ

Hệ liên kết dọc và ngang của cầu dầm đặc có tác dụng truyền tải trọng ngang (gió, động đất, ) đến các gối dầm chủ và bảo đảm dầm không bị biến dạng trong quá trình chế tạo, lắp đặt vào vị trí

- Nếu dầm chủ thấp (h<1000mm) chỉ cần bố trí hệ liên kết ngang, thường là thép hình I, U hoặc thanh bản tổ hợp hàn;

- Nếu dầm chủ h>1000mm, nên bố trí hệ liên kết dọc trên, dưới và liên kết ngang; dùng thép hình đúc sẵn hoặc tổ hợp thanh hàn tạo thành giàn

- Qui định cấu tạo: Khi khoảng cách tim các nút của hệ liên kết dọc trên không vượt quá 15 lần bề rộng của bản cánh trên chịu nén đối với thép cacbon, hoặc 13 lần đối với thép hợp kim thấp, thì không cần kiểm toán ổn định chung toàn dầm

- Thường bố trí liên kết ngang trùng khớp vị trí nẹp tăng cường trên bản bụng dầm chủ Riêng liên kết ngang hai đầu dầm được bố trí đồng thời là đà ngang chịu kích

h

Hệ liên kết ngang

Hệ liên kết trên

Hệ liên kết dưới