Bài giảng cầu thép p 2

Đối với dầm đặc có 4 dầm chủ hoặc hơn, khoảng cách tim dầm chủ nên đặt cách đều và thường là 1,8m đến 2,1m.d Kích thước cơ bản: qui định kích thước nhỏ nhất của mặt cắt các bộ phận kết

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 W-6m

- trường hợp liên tục 3 nhịp, nên chọn l1 = 0,75 ÷ 0,8 l2

c) Khoảng cách giữa các dầm chủ (B): phụ thuộc khổ đường xe chạy và loại

hình kết cấu dầm chủ

- thường chọn liên tục 2 đến

3 nhịp;

- nên chọn tỷ lệ

Đối với dầm đặc có 4 dầm chủ hoặc hơn, khoảng cách tim dầm chủ nên đặt cách đều và thường là 1,8m đến 2,1m.

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 8;-

- Các vách ngang hoặc các khung ngang cho các dầm thép cán chữ I phải cao

ít nhất bằng nửa chiều cao của dầm

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

1) Đặc điểm: - 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:

δc ≥ 12mm

δc ≥ 12mm

δ b

b

δb ≥ 12mm Bản cánh trên

+ 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;

+ ở trong phạm vi ¼ chiều dài nhịp đầu

dầm, khoảng cách nẹp tăng cường đứng nên

bố trí do < h và <2000mm;

h

nẹp tăng cường đứng nẹp tăng cường dọc

d

+ nẹp tăng cường dọc, khi h>1000mm, cần bố trí cách cánh chịu nén của dầm khoảng 0,20 ÷ 0,25h;

+ 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

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

- 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

Hàn nối bản cánh :

Hàn bản thép làm nẹp tăng cường

A A

A

Nhìn theo A-A

Nhìn theo B-B

3.4 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 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;

(B) và phân bố đều trên đơn vị dài dầm

(kH/m), phần trọng lượng này được coi như

đặt tự do trên dầm thép, ký hiệu DW1 và

DW2;

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

DC (kH/m)

► đối với dầm biên: y1 = 2

2 max 1

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

và hoạt tải người đi ηP=yP 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 ηH và ηP 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

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

- Công thức tổng quát tính nội lực momen phát sinh tại mặt cắt giữa dầm chủ:

= D.AM+1,75[mg(Mta hoặc Mtr).(1+IM/100)+mgMln+gnMng] kNm

Công thức tổng quát tính nội lực cắt phát sinh tại vị trí gối dầm chủ:

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)

B

amax

a2

3 2 1

3,0m

1,5m 3,0m Cách 1

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

- Vẽ đường ảnh hưởng momen tại vị trí

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

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

(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

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

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 phải bao gồm tổ hợp tải trọng (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:

δL =

x

EI

QL4 384

5

(mm)trong đó, Q - hoạt tải xe phân bố đều, gồm tải trọng làn và tải trọng xe qui đổi

về tải trọng phân bố đều (N/mm)

Ix - momen quán tính của dầm chịu uốn trong mặt phẳng đứng

và cánh trên chịu nén của dầm chủ

- 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:

h

QL

Đường ứng suất chính

Đường ứng suất chính

- 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 (h) 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

- 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

b) Tính ổn định dầm chủ :

tổng thể hay cục bộ, xuất hiện sức kháng momen vượt quá momen dẻo

- Mất ổn định tổng thể dầm là khi cánh chịu nén của dầm xuất hiện sức kháng vượt quá giới hạn dẻo của bản cánh trong đoạn khoảng cách tim đến tim bản nút hệ liên kết dọc trên ; nếu dầm chủ liên hợp chịu lực với bản bê tông mặt cầu thông qua các hệ neo hoặc đinh chống cắt trượt thì không phải kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

Công thức kiểm tra sức kháng nén của bản cánh :

φc - hệ số sức kháng khi chịu nén, φc = 0,90

88 , 0

trong đó, λ =

E

F r

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

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

và hoạt tải xe

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 : Pr = φc Pn

φc - hệ số sức kháng đối với nén, φc = 0,9 (6.5.4.2)

với λ =

E

F r

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

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,

K = 0,750

l - chiều dài chịu nén (mm), là khoảng cách trong của hai bản cánh dầm

rs - bán kính hồi chuyển theo trục tim bản bụng dầm (mm)

Điều kiện đủ ổn định chịu lực cho nẹp tăng cường đứng ở gối cầu là:

- 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 chủ ;

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

Phần kết cấu chịu nén truyền từ dầm xuống

gối được qui định gồm phần diện tích mặt

cắt nẹp tăng cường đứng và đoạn bản bụng

dài 15δ trên gối cầu

2

24000

5998 12000

5998

5998

b) Về cấu tạo liên kết :

- Các liên kết cần được bố trí đối xứng theo trục tim của các bộ phận;

- Trừ thanh đứng lan can, các liên kết phải được bố trí không ít hơn hai bu lông ;

- Đường tim các thanh của hệ liên kết phải được hội tụ vào một điểm trên bản nút liên kết các thanh của hệ ;

- Cần tránh các liên kết lệch tâm ; nếu không tránh được, cần bố trí các bộ phận và liên kết tạo nên sự cân xứng khi chịu tổ hợp lực cắt và momen

c) Tính liên kết :

- Tính mối 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

trong đó, emax, ei - khoảng cách hàng đinh ngoài cùng và các hàng đinh liên 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

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<800mm) chỉ cần bố trí hệ lien kết ngang, thường là thép hình I,U hoặc thanh bản tổ hợp hàn ;

- Nếu dầm chủ h>800mm, 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

3.5 Cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép.

1) Đặc điểm chung: Mặt cắt cầu gồm phần mặt là bản bê tông cốt thép được

liên hợp chịu lực với dầm thép chữ I hoặc dầm thép hộp bằng kết cấu chống cắt, có tác dụng vừa liên kết vừa chống uốn ngang cầu dầm

Cầu dầm thép liên hợp có đặc điểm sau:

- Kết cấu được sử dụng vật liệu hợp lý, đặc biệt đối với cầu dầm giản đơn;

- Giảm nhỏ mặt cắt dầm thép hơn so với dầm không liên hợp;

- Tăng cường được độ ổn định và độ cứng của dầm;

- Giảm bớt một phần vật liệu làm liên kết dọc trên, dưới

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

a) Kết cấu liên hợp chịu lực theo hai giai đoạn:

► giai đoạn I, dầm thép hoàn toàn chịu tĩnh tải gồm dầm thép, hệ dàn giáo ván khuôn đổ bê tông tươi (hoặc bản bê tông mặt cầu chế tạo sẵn) cho đến khi bê tông chưa đủ 75% fc (fc - ứng suất chịu nén tính toán của bê tông)

► giai đoạn II, bê tông đã đạt trên 75% fc, dầm thép liên hợp chịu lực với bản BTCT, khi đó đã có sự liên kết chắc chắn giữa bản và dầm, dầm cầu thép liên hợp với bản BTCT để cùng chịu tiếp phần tĩnh tải còn lại (lớp mặt cầu, lan can bộ hành

…) và hoạt tải các loại

0 0

Giai đoạn I: Tĩnh tải I Giai đoạn II: Tĩnh tải II + Hoạt tải Ứng suất tổng cộng

fc

ff