Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày bản bê tông đến nội lực và biến dạng của dầm liên hợp thép bê tông

Giới thiệu tóm tắt về các đặc điểm cơ bản của kết cấu nhịp liên hợp, giới thiệu về đặc điểm cấu tạo của dầm liên hợp và một số dạng mặt cắt ngang của kết cấu nhịp thép – bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-oOo -

TRỊNH KỲ QUANG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY BẢN BÊ TÔNG ĐẾN NỘI LỰC VÀ

BIẾN DẠNG CỦA DẦM LIÊN HỢP

THÉP – BÊ TÔNG

CHUYÊN NGÀNH : CẦU HẦM MÃ SỐ NGÀNH : 605825

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Phùng Mạnh Tiến

Tp HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Trịnh Kỳ Quang Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : ngày 23 tháng 10 năm 1978 Nơi sinh : Tp Đà Lạt Chuyên ngành : Cầu Hầm

Khoá (Năm trúng tuyển) : khóa 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY BẢN BÊ TÔNG ĐẾN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết tính toán cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép

- Tính toán nội lực và biến dạng của dầm liên hợp khi chiều dày bản bê tông thay đổi

- Lập biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của chiều dày bản bê tông đến nội lực và biến dạng của dầm liên hợp

- Phân tích và xác định sự thay đổi của nội lực và biến dạng trong dầm chủ trên cơ sở thay đổi chiều dày bản bê tông

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):

TIẾN SĨ PHÙNG MẠNH TIẾN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS PHÙNG MẠNH TIẾN TS LÊ BÁ KHÁNH

Để có được kết quả như ngày hôm nay, tôi xin chân thành gởi lời cảm

ơn sâu sắc đến TS Phùng Mạnh Tiến đã nhiệt tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án này

Xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo trong Khoa Xây Dựng và Bộ Môn Cầu Đường đã giúp tôi có thêm những kiến thức chuyên sâu cần thiết về lĩnh vực Xây Dựng Cầu Đường để tôi hoàn thành tốt luận văn này

Cảm ơn Bố Mẹ và gia đình đã tạo mọi điều kiện để tôi có được ngày hôm nay

Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, bạn bè đã ủng hộ và giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian qua

Trân trọng

TRỊNH KỲ QUANG

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn gồm 5 chương chính:

Lời mở đầu

Chương 1: Tổng quan về cầu thép liên hợp bê tông cốt thép

Chương 1 giới thiệu tổng quan về cầu thép liên hợp bê tông cốt thép, giới thiệu

sơ bộ về lịch sử phát triển cầu liên hợp ở Việt Nam và thế giới

Chương 2: Kết cấu cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép

Giới thiệu tóm tắt về các đặc điểm cơ bản của kết cấu nhịp liên hợp, giới thiệu về đặc điểm cấu tạo của dầm liên hợp và một số dạng mặt cắt ngang của kết cấu nhịp thép – bê tông cốt thép liên hợp

Trong chương 2 cũng giới thiệu về các thành phần cấu tạo nên kết cấu nhịp thép bê tông cốt thép liên hợp, các điều kiện cơ bản để lựa chọn kích thước tiết diện theo 22TCN 272-05, và các quy định về kết cấu nhịp cầu thép Các thành phần được giới thiệu bao gồm bản mặt cầu, dầm chủ, hệ liên kết dọc, hệ liên kết ngang và cấu tạo neo liên kết Ngoài ra trong chương này cũng giới thiệu về nguyên lý làm việc của dầm liên hợp và nguyên lý tính toán dầm thép – bê tông cốt thép liên hợp Từ đó làm cơ sở để xác định phạm vi đề tài cần nghiên cứu

Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán cầu liên hợp

Giới thiệu về đặc điểm tính toán cầu dầm liên hợp thép – bê tông cốt thép thông qua việc trình bày các giai đoạn làm việc của cầu liên hợp, cách xác định bề rộng hữu hiệu của bản cánh, đặc trưng hình học của mặt cắt, các giới hạn trong việc xác định kích thước mặt cắt, cách xác định tải trọng tác dụng - nội lực trong dầm chủ theo TCVN 22TCN 272-05

Ngoài ra trong chương này còn giới thiệu phương pháp tính toán nội lực của cầu theo phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp này cũng là phương pháp chính để phân tích giải quyết vấn đề luận văn đặt ra Phần mềm ứng dụng là Midas/Civil, được lập trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn hiện đang được sử dụng rộng rãi trong tính toán cầu bởi tính năng tối ưu của chương trình

Chương 4: Phân tích ảnh hưởng chiều cao tiết diện dầm liên hợp đến bố trí mặt cắt ngang nhịp

Nội dung chính trong chương này là việc ứng dụng phần mềm Midas/Civil để tính toán ảnh hưởng chiều dày bản bê tông đến nội lực và biến dạng của dầm liên hợp thép – bê tông cốt thép dạng chữ I, nhịp giản đơn Thực hiện tính toán, phân tích để tìm mối quan hệ giữa sự thay đổi chiều dày bản bê tông đến nội lực và biến dạng của dầm thép trong kết cấu nhịp liên hợp

Luận văn phân tích tính toán cho nhịp giản đơn với chiều dài nhịp 22.2m, 27.6m, 33m, 38.4m và 43.8m, mặt cắt ngang bố trí cho các trường hợp khoảng cách

2 dầm kề nhau từ 2.1m – 6m, đảm bảo bố trí 4 làn xe Chiều dày bản bê tông thay đổi trong phạm vi 175mm – 350mm, chiều cao vút thay đổi từ 50 – 300mm Khoảng cách giữa các dầm ngang là 5.4m và được bố trí cách đều nhau trong một nhịp Kết quả được tổng hợp dưới dạng bảng và biểu đồ để thể hiện sự thay đổi của nội lực và biến dạng trong dầm chủ khi thay đổi chiều dày của bản bê tông

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Luận văn nêu một số kết luận tổng quan về ảnh hưởng của chiều dày bản bê tông đến nội lực và biến dạng trong cầu dầm thép I liên hợp bản bêtông cốt thép với

sơ đồ nhịp giản đơn

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TƠNG CỐT THÉP

1.1 Giới thiệu cầu dầm liên hợp thép – bê tơng cốt thép……… 1

1.2 Lịch sử phát triển cầu liên hợp thép – bê tơng cốt thép trên thế giới………… 3

1.3 Lịch sử phát triển cầu dầm liên hợp thép – bê tơng cốt thép ở Việt Nam………8

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU CẦU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TƠNG CỐT THÉP 2.1 Các đặc điểm cơ bản của cầu kết cấu nhịp liên hợp thép – BTCT………… 13

2.1.1 Đặc điểm cấu tạo của dầm liên hợp……… 13

2.1.2 Các dạng mặt cắt ngang của kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp………… 14

2.2 Cấu tạo kết cấu nhịp thép – bê tơng cốt thép liên hợp……… 15

2.2.1 Bản mặt cầu……… 15

2.2.2 Dầm chủ……… 16

2.2.3 Hệ liên kết………17

2.2.3.1 Hệ liên kết ngang……… 17

2.2.3.2 Hệ liên kết dọc……… 18

2.3 Cấu tạo neo trong cầu dầm liên hợp……… 19

2.3.1 Neo cứng……… 19

2.3.2 Neo mềm……… 20

2.3.3 Liên kết bản BTCT và dầm thép bằng bulong cường độ cao……… 21

2.4 Nguyên lý làm việc của dầm liên hợp……… 23

2.5 Nguyên lý tính toán dầm thép – bê tông cốt thép liên hợp 23

CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU LIÊN HỢP 3.1 Đặc điểm tính toán dầm liên hợp thép – bê tông……… 25

3.1.1 Giai đoạn 1 – trạng thái chưa liên hợp 25

3.1.1.1 Đặc trưng hình học giai đoạn I ……… 25

3.1.1.2 Các bài toán kiểm tra ……… 25

3.1.2 Giai đoạn 2 – trạng thái đã liên hợp ……… 26

3.1.2.1 Đặc trưng hình học giai đoạn II ……… 26

3.1.2.2 Tính nội lực của cầu liên hợp trong tải trọng chính theo các trạng thái làm việc ……… 27

3.1.3 Tính toán nội lực và ứng suất do từ biến, co ngót của bêtông và nhiệt độ thay đổi ……… 30

3.1.3.1 Ứng suất trong dầm liên hợp do ảnh hưởng của từ biến……… 31

3.1.3.2 Ứng suất trong dầm liên hợp do co ngĩt……… 31

3.1.3.3 Ứng suất trong dầm liên hợp do thay đổi nhiệt độ……… 32

3.2 Kiểm tra điều kiện cường độ trong tổ hợp tải trong phụ ……… 35

3.3 Các bước tính nội lực cầu liên hợp thép – bê tông ……… 35

3.3.1 Xác định bề rộng bản cánh tham gia làm việc với dầm chủ ……….35

3.3.2 Kiểm tra các giới hạn trong việc xác định kích thước mặt cắt ……… 36

3.3.3 Xác định tải trọng tác dụng……… 36

3.3.3.1 Tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ ……… 36

3.3.3.2 Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ ……… 37

3.3.3.2.1 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với moment ……… 37

3.3.3.2.2 Hệ số phân bố theo làn đối với lực cắt……… 38

3.3.3.3 Các hệ số phân phối tải trọng .………39

3.3.4 Xác định nội lực trong dầm chủ ……… 39

3.4 Phương pháp phần tử hữu hạn……… 42

3.4.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)……… 42

3.4.2 Khả năng ứng dụng PTHH trong tính tốn kết cấu……… 45

3.5 Một số phần mềm tính tốn theo phương pháp PTHH……… 49

3.5.1 Phần mềm SAP2000……… 49

3.5.2 Phần mềm MIDAS/Civil……… 49

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TIẾT DIỆN DẦM LIÊN HỢP ĐẾN BỐ TRÍ MẶT CẮT NGANG NHỊP

4.1 Lựa chọn trường hợp phân tích……… 52

4.1.1 Chiều dài nhịp……… 52

4.1.2 Khỏ ngang cầu……… 52

4.1.3 Tải trọng……… 52

4.1.4 Chiều cao tiết diện dầm liên hợp……… 53

4.1.5 Kích thước hệ dầm ngang……… 55

4.1.6 Các bài toán nghiên cứu……… 56

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày bản bê tông đến nội lực và biến dạng của dầm chủ ……… ………… 57

4.2.1 Mô hình kết cấu……… 58

4.2.2 Kết quả phân tích……… 59

4.2.2.1Trường hợp cầu cĩ 8 dầm chủ, khoảng cách dầm 2.1m……… 59

4.2.2.1.1 Trường hợp nhịp 22.2m 59

4.2.2.1.2 Trường hợp nhịp 27.6m ……… 62

4.2.2.1.3 Trường hợp nhịp 33m 63

4.2.2.14 Trường hợp nhịp 38.4m……….…… 64

4.2.2.1.5 Trường hợp nhịp 43.8m ……… 65

4.2.2.1.6 So sánh và phân tích sự thay đổi về nội lực và biến dạng………… 66

4.2.2.2 Trường hợp cầu cĩ 7dầm chủ, khoảng cách dầm 2.3m……… 72

4.2.2.2.1 Trường hợp nhịp 22.2m……… 72

4.2.2.2.2 Trường hợp nhịp 27.6m……… 74

4.2.2.2.3 Trường hợp nhịp 33m……… 76

4.2.2.2.4 Trường hợp nhịp 38.4m ……… 77

4.2.2.2.5 Trường hợp nhịp 43.8m ……… 78

4.2.2.2.6 So sánh và phân tích sự thay đổi về nội lực và biến dạng………… 79

4.2.3 Tổng hợp các trường hợp phân tích……… 84

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao dầm thép đến nội lực và biến dạng của

dầm liên hợp……….………….………… 85

4.3.1 Trường hợp nhịp 22.2m……… … 87

4.3.2 Trường hợp nhịp 27.6m……… 87

4.3.3 Trường hợp nhịp 33m……… 88

4.3.4 Trường hợp nhịp 38.4m ……….… 89

4.3.5 Trường hợp nhịp 43.8m ……….… 90

4.2.3 Tổng hợp các trường hợp nghiên cứu……… 91

4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ ht /hbt đến nội lực và biến dạng khi dầm liên hợp có chiều cao tối thiểu……….………….……… 92

4.4.1 Trường hợp nhịp 27.6m……… 92

4.4.2 Trường hợp nhịp 33m……… 93

4.4.3 Trường hợp nhịp 38.4m ……….… 93

4.4.4 Trường hợp nhịp 43.8m ……….… 94

4.4.5 Tổng hợp các trường hợp nghiên cứu……… 94

4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút của bản bê tông đến nội lực và biến dạng trong dầm dầm chủ liên hợp……….… 95

4.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút của bản bê tông đến nội lực và biến dạng khi giữ nguyên khoảng cách giữa 2 dầm chủ……… 96

4.5.2 Xác định chiều cao vút cho số lượng dầm chủ tối thiểu……… 100

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận……… 104

5.2 Kiến nghị……… 105

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TƠNG CỐT THÉP

Cầu liên hợp thép – bêtông cốt thép được hình thành trên cơ sở đưa bản bêtông cốt thép mặt cầu tham gia làm việc chịu uốn đồng thời với dầm thép Trong đó dầm thép và bản bê tông cốt thép được liên kết chặt chẽ với nhau thông qua hệ neo liên kết Bản BTCT vừa làm việc với tư cách bản mặt cầu, vừa là một thành phần của dầm chủ Do cĩ đặc điểm cấu tạo như trên nên dầm liên hợp tiết kiệm thép cho dầm chủ và tận dụng được tối đa sự làm việc của vật liệu

Dầm thép ở đây thường là các loại thép hình, bản bê tông cốt thép có thể là BTCT thường, BTCT ứng suất trước hoặc bản trực hướng

Có thể coi kết cấu nhịp thép BTCT liên hợp là loại trung gian giữa kết cấu nhịp thép và kết cấu nhịp BTCT

Phân tích sự phát triển kỹ thuật của ngành xây dựng cầu cho thấy kết cấu nhịp thép BTCT liên hợp được sản sinh từ ba xu hướng sau đây:

- Sự ứng dụng rộng rãi BTCT nhằm tiết kiệm thép

- Sự hoàn chỉnh phần mặt cầu, dùng mặt cầu bản BTCT, máng đá dăm BTCT ( trong cầu xe lửa ) có chất lượng sử dụng tốt và tuổi thọ cao

- Sự cố gắng tạo kết cấu nhịp thành một hệ kết cấu không gian làm việc như một kết cấu toàn khối thống nhất chứ không phải là lắp ghép các kết cấu phẳng làm việc riêng rẽ

Trong kết cấu thép bê tông cốt thép liên hợp, tỷ lệ giữa phần bê tông cốt thép và phần thép có thể khác nhau Trong một số trường hợp vai trò của phần thép khá nhỏ, chẳng hạn như kết cấu nhịp có bản mặt cầu bê tông cốt thép chỉ liên hợp với các dầm mặt cầu Ngược lại cũng có các kết cấu nhịp

mà trọng lượng các thanh thép không liên hợp với bê tông rất bé như các thanh treo hoặc thanh xiên nối hệ vòm bê tông cốt thép với thanh kéo bằng bê tông cốt thép Xuất phát từ đó người ta chia mức độ của phần bê tông cốt thép trong kết cấu nhịp bê tông cốt thép ra làm 2 loại:

- Loại thứ nhất là những kết cấu nhịp có phần bản mặt cầu làm bằng bê tông cốt thép, còn các bộ phận khác hoàn toàn bằng thép Trường hợp này kết cấu nhịp gần với kết cấu nhịp thép đơn thuần, bao gồm các dạng;

+ Dầm hoặc dàn cầu đi trên có bản mặt cầu bê tông cốt thép liên hợp với dầm hoặc dàn chủ

+ Kết cấu nhịp đi dưới hoặc đi giữa có bản bê tông cốt thép mặt cầu liên hợp với hệ dầm mặt cầu, và hệ dầm mặt cầu này có thể cùng tham gia chịu lực với dàn chủ hoặc không

+ Kết cấu nhịp đi dưới hoặc đi giữa có hệ mặt cầu hoàn toàn bằng bê tông cốt thép và thường cùng tham gia làm việc với dàn chủ

- Loại thứ hai là những kết cấu nhịp không những có phần mặt cầu mà có cả những bộ phận khác nữa làm bằng bê tông cốt thép Trường hợp này kết cấu nhịp gần với kết cấu nhịp bê tông cốt thép hơn, bao gồm các dạng:

+ Kết cấu nhịp cầu dầm đi trên, có bản bê tông cốt thép mặt cầu ở phía trên và bản mặt bê tông cốt thép ở cả mức biên dưới, cùng tham gia chịu lực với dầm chủ

+ Kết cấu nhịp cầu dàn có hệ mặt cầu và dầm cứng hoặc thanh biên dưới cứng hoàn toàn bằng bê tông cốt thép

+ Kết cấu nhịp có kết cấu mặt cầu là bê tông cốt thép và một số thanh, các bộ phận khác không ở mức mặt cầu cũng bằng thép

Ngày nay trong ngành xây dựng cầu kết cấu nhịp dầm đặc có bản mặt cầu liên hợp hay được sử dụng hơn cả Các loại khác ít được sử dụng

So với các kết cấu nhịp thép đơn thuần và kết cấu nhịp BTCT, kết cấu nhịp thép BTCT liên hợp có những ưu điểm như sau:

- Đối với kết cấu nhịp cầu thép có mặt cầu bê tông cốt thép thì nếu sử dụng mặt cầu liên hợp sẽ tiết kiệm thép khoảng 15 – 20% Thêm vào đó có sự liên kết chặt chẽ giữa mặt cầu và kết cấu nhịp, độ cứng của kết cấu cũng được gia tăng Trong cầu xe lửa có mặt cầu là tà vẹt gỗ đặt trực tiếp, tuy tĩnh tải hệ mặt cầu có phần nhẹ hơn phương án bản bê tông cốt thép liên hợp trên đó đặt tại ray qua đệm số cao su, song bản mặt cầu bê tông cốt thép liên hợp giảm được chi phí sửa chữa bảo quản, giữ được vệ sinh cho không gian dưới cầu Ngoài ra độ cứng trong cả phương ngang và phương đứng của kết cấu nhịp cũng tăng hơn

- Đối với nhịp bê tông cốt thép thì loại kết cấu nhịp thép bê tông cốt thép liên hợp chỉ ở phần mặt cầu thường tốn thép hơn từ khoảng 1,5 – 3 lần Nhịp càng lớn thì sự chênh lệch về khối lượng thép sử dụng càng giảm bớt đi do tĩnh tải trọng lượng bản thân kết cấu nhịp tăng rất nhiều Kết cấu nhịp thép bê tông cốt thép liên hợp cả ở phần mặt cầu lẫn các phân tố chịu lực chính có thể chỉ tốn thép xấp xỉ như đối với kết cấu nhịp thép bê tông cốt thép đơn thuần, trong khi đó khối lượng bê tông sử dụng ít hơn

bùng nổ khi nền cơng nghệ luyện thép phát triển mạnh vào thế kỷ 19 Cho đến nay chiếc cầu dạng này được xây dựng rất nhiều trên thế giới

Vào thế kỷ 19, với sự phát triển của kết cấu cầu và các sản phẩm ứng dụng cơng nghệ luyện thép, cầu High Road (hình 1.1) là 1 trong những cầu liên hợp đầu tiên trên thế giới được thiết kế bởi Teng & Associates Inc of Chicago

đã được xây dựng vào năm 1935 Cầu cĩ chiều dài nhịp 17.4m, khoảng cách dầm chủ 2,2m, chiều dày bản bê tơng 20cm

Hình 1.1 Cầu High Road

Năm 1949 cầu có dạng kết cấu nhịp khung mút thừa được áp dụng lần đầu tiên Ucraina (hình 1.2) có nhịp L=121m bắt qua kênh Volga-Đôn mang tên V.I.Lênin đđã được xây dựng

Hình 1.2 Cầu Volga-Dơn

Theo thời gian cùng với sự phát triển của máy tính điện tử cũng như công nghệ máy móc thi công, vật liệu xây dựng và trình độ khoa học kỹ thuật xây dựng cầu thép- BTCT liên hợp càng ngày càng ứng dụng rộng rãi

Năm 1958, cầu Pearl Harbor Memorial (hình 1.3) bắt ngang qua sông Quinnipiac, New Havan (Mỹ) đã được xây dựng Đây là loại cầu thép – BTCT liên hợp nhịp liên tục, tổng chiều dài 1,443.2m Mặt cắt ngang dầm có tiết diện chữ I, bề rộng mặt cầu 25.6m, khổ thông thuyền 18.3m

Hình 1.3 Cầu Pearl Harbor Memorial

Cầu Dunn (hình 1.4)- bắt ngang qua sông Hudson, nối liền Anbany và Renssenlaer –New York là chiếc cầu thép – BTCT liên hợp đầu tiên có sử dụng

cả nhịp giản đơn và nhịp liên tục Dầm chủ cầu có tiết diện chữ I với chiều cao 787mm, chiều dài nhịp từ 35-57.6m Cầu được hoàn thành năm 1969

Hình 1.5 Cầu Saint Jonh River

- Cầu Thewall Viaduct (Anh hình 1.6) được xây xong năm 1996 bắt ngang qua kênh Manchester Ship, có tổng chiều dài 1.35km Cầu gồm có 30 nhịp 33.5m, chiều cao dầm 2.6m; 2 nhịp đôi 54.8m và nhịp chính dài 102.4m, chiều cao của các dầm này thay đổi từ 3.05 đến 6.1m

Hình 1.6 Cầu Thewall Viaduct

có tổng chiều dài 1281.6m Chiều cao dầm chủ 7.9m tại gối và 4.2m tại giữa nhịp Nhịp chính của cầu có chiều dài 205m

Hình 1.7 Cầu Rhine

Một số cầu dầm liên hợp trên thế giới được thống kê trong bảng 1.1 sau:

Bảng 1.1 Một số cầu liên hợp thép - BTCT

cầu (m)

Năm hoàn thành

Nam

Trải qua bao nhiêu thăng trầm của lịch sử, đến năm 1945 nước ta mới xây dựng được cầu có kết cấu nhịp liên hợp đầu tiên trên tuyến đường Mông Dương – Dương Huy tình Quảng Ninh Theo số liệu của Cục Đường Bộ Việt Nam, tính đến tháng 10-1995 thì trên các quốc lộ có 615 cầu với tổng chiều dài là 22.600m

sử dụng kết cấu thép liên hợp với bản BTCT Các cầu này chủ yếu là cầu dầm đơn giản, chẳng hạn như cầu mới ở ngã tư Sở - Hà Nội, cầu Văn Điền trên Quốc

lộ 1A, cầu Bến Chang ở huyện Lập Thạch tỉnh Vĩnh Phúc, cầu Đoan Vĩ bắc qua sông Đáy thuộc tỉnh Hà Nam…

Cho đến nay, với trình độ kỹ thuật ngày càng được cải tiến không ngừng cùng với việc chuyển giao công nghệ từ nước ngoài, bên cạnh các loại cầu giản đơn, liên tục thuần túy thì một số giải pháp cầu dây văng dầm thép liên hợp

BTCT đã được nghiên cứu từng bước đưa vào ứng dụng, cụ thể như cầu dây văng có quy mô tương đối lớn đã được triển khai xây dựng đó là cầu Bính (hình 1.8) tại TP Hải Phòng

Cầu Bính được thiết kế với quy mô khẩu độ lớn, hiện đại, mang tính thẩm

mỹ cao Cầu có kết cầu dầm thép liên hợp bản BTCT, liên tục dài 1280m tính từ tim 2 mố cầu theo sơ đồ nhịp 50+6x60+100+260+6x60+50 Trong đó có 3 nhịp dây văng 100+260+100 với 2 dầm chính cao 1,75m; các nhịp dẫn có 4 dầm chính cao 2,75m Dầm thép mặt cắt hình chữ I liên kết hàn Bản mặt cầu BTCT đúc sẵn thi công theo phương pháp lắp ghép và liên kết với dầm thép thông qua các vấu neo tại mối nối đổ tại chỗ Mặt cầu hình chữ S với đoạn cầu dây văng nằm trên đường thẳng, còn đoạn cầu dẫn 2 phía nằm trên đường cong R=3500m Khổ cầu rộng 25,5m gồm 4 làn xe cơ giới (4x3,75) và 2 làn bộ hành và xe thô sơ chiều rộng (2x2,3m) Thiết kế có tính đến khả năng sử dụng 6 làn xe Tĩnh không thông thuyền cao 25m, rộng 125m cho tàu 3000DWT Tải trọng thiết kế ô

tô H30 và XB80 Tốc độ thiết kế 80km/h Độ dốc dọc tối đa 4%; độ dốc ngang mặt cầu 2% Cấp động đất cấp 7 MSK-64 Cầu được thực hiện dựa trên nguồn vốn vay của Nhật Bản 8,02 tỷ Yên và nguồn vốn đối ứng trong nước 141,5 tỷ đồng Tiến độ thực hiện 1998 – 2005

Hình 1.8 Cầu Bính

Cầu Đò Quan ( hình 1.9 ) có chiều dài 436,55m được hòan thành năm

1994 là cầu liên hợp lớn thứ nhì ở Việt Nam với các nhịp 5x18 + 2x33 + 42 +

63 + 42 + 4x33m có đoạn giữa 42 + 63 + 42 là nhịp liên tục

Hình 1.9 Cầu Đị Quan

Cầu Kênh Xáng ( hình 1.10 )thuộc huyện Tháp Mười tỉnh Đồng Tháp, trên đường tĩnh 846 có chiều dài nhịp 37,7m, khổ cầu 9,05m gồm 3 nhịp giản đơn 12,2 + 12,8 + 12,2m

Cầu Bến Chang ( hình 1.11 ) tỉnh Vĩnh Phúc được đưa vào sử dụng năm

1992 với kết cấu gồm 3 nhịp đơn giản 3x28m, kết cấu nhịp liên hợp đầu tiên có sử dụng biện pháp điều chỉnh ứng suất ở nước ta

Cầu Cái Bèo ( hình 1.12 )thuộc huyện Tháp Mười tỉnh Đồng Tháp, đường tỉnh 846 có chiều dài nhịp 37,7m, khổ cầu 8,95m gồm 3 nhịp giản đơn 12,3 + 12,3 + 12,3m

Cầu Mỹ Đông ( hình 1.13 ) thuộc huyện Tháp Mười tỉnh Đồng Tháp,

đường tỉnh 847 có chiều dài nhịp 38m, khổ cầu 9,05m gồm 3 nhịp giản đơn 12,5 + 12,2 + 12,2m

Một số cầu ở nước ta được thống kê trong bảng dưới đây:

dài cầu

Chiều rộng cầu

Chiều dài nhịp

Số lượng nhịp

42; 63 14

7 Cầu Mỹ Đông Huyện Tháp Mười 38m 9,05m 12,2;

9 Cầu Cái Bèo Huyện Tháp Mười 37,7m 8,95m 12,3 3

10 Cầu Lắc Bưng Xã Thạnh Thới An 36m 8m 18 2

CHÖÔNG 2 KẾT CẤU CẦU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP

Khái niệm liên hợp thép và BTCT thông thường được hiểu là hai loại vật liệu tham gia làm việc cùng nhau trong một tiết diện của phân tố kết cấu

Do vậy đã có nhiều dạng cầu mang màu sắc kết cấu nhịp thép BTCT liên hợp được xây dựng như cầu dầm; cầu dạng dàn, vòm ,dây văng … Tuy nhiên, phần lớn các kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp được xây dựng dưới dạng cầu dầm có bản BTCT mặt cầu được liên kết với dầm thép và thuộc loại cầu đi trên

Trong các dạng cấu tạo của cầu dầm liên hợp nhịp giản đơn hiện nay trên thế giới, cầu kết cấu nhịp dầm đặc hay được sử dụng nhất và là một trong những loại cầu có cấu tạo tương đối đơn giản Các bộ phận kết cấu chính trong cầu liên hợp nhịp giản đơn bao gồm: dầm thép; neo liên kết; bản mặt cầu; hệ liên kết Cầu dầm giản đơn dùng dầm liên hợp rất phù hợp vì toàn bộ bản mặt cầu bằng BTCT được bố trí trên suốt chiều dài nhịp nằm trong khu vực chịu nén

Hình 2.1 Dầm chính chữ I và hệ liên kết ngang

Trong cầu dầm liên tục thì có những đoạn dầm chịu mômen âm, mặt cầu

sẽ chịu kéo, khi đó giải pháp thiết kế sẽ hoặc không có bản mặt cầu tham gia chịu lực bằng cách không tạo liên kết giữa dầm thép với bản BTCT, hoặc vẫn cho bản BTCT tham gia chịu lực nhưng có các biện pháp kèm theo như tạo dự ứng lực trong bản BTCT hoặc bố trí các cốt thép đặc biệt để chịu kéo trong bản BTCT

Do bản BTCT mặt cầu cùng tham gia chịu uốn với dầm chủ nên cấu tạo hợp lý là cánh trên của dầm thép phải nhỏ hơn cách dưới vì vậy dầm liên hợp giảm được khối lượng thép và tăng được độ cứng đáng kể

Dầm chính, có tác dụng đỡ phần mặt cầu và cùng với bản BTCT mặt cầu chịu trực tiếp tải trọng khai thác Dầm chính có thể có dạng dầm hộp thép hay

giàn thép và có hình dạng phù hợp với các yêu cầu về kỹ thuật hoặc thẩm mỹ

Tiết diện dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép thường gặp vẫn là tiết diện chữ I (hình 2.2) Do vậy trong luận văn chọn tiết dầm thép có tiết diện chữ I để phân tích

Hình 2.2.Tiết diện dầm thép – BTCT liên hợp

Dầm thép cấu tạo tiết diện không đối xứng khi chịu momen dương, khi chịu momen âm thì làm tiết diện đối xứng

Chiều cao dầm liên hợp bằng khoảng 80% chiều cao dầm thép đơn thuần cùng chịu tải trọng như nhau

Trong một số trường hợp người ta làm dầm tiết diện hình hộp (hình 2.3)

Đối với loại tiết diện này sườn dầm và phần đáy hộp thường làm bằng thép, tuy nhiên phần đáy hộp (biên dưới dầm) cũng có khi làm bằng BTCT ở khu vực dầm chịu momen âm, chẳng hạn ở khu vực gối giữa các cầu liên tục Sườn dầm có thể cấu tạo là các tấm thép thẳng đứng hoặc bố trí xiên làm thành tiết diện hình thang

2.2.1 Bản mặt cầu:

Trong dầm thép liên hợp tiết diện chữ I, bản bê tông có thể có vút hoặc không có vút, và trong một số trường hợp còn cấu tạo thêm sườn Bản không có vút thì ván khuôn đơn giản, bản có vút để giải quyết tạo dốc ngang cầu và chịu mômen gối tốt hơn, bản có sườn phát huy chiều cao làm việc của tiết diện liên hợp Tuy nhiên tăng sườn bê tông lên chừng mực nào sẽ không kinh tế vì thi công phức tạp, mặt khác ảnh hưởng nhiệt độ thay đổi không có lợi

Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 quy định:

- Chiều dày tối thiểu bản mặt cầu bê tông không được nhỏ hơn 175mm (điều 9.7.1.1)

- Chiều dài hữu hiệu S≤ 4100mm

- Tỷ lệ giữa chiều dài hữu hiệu và chiều dày thiết kế không vượt quá 18.0 và không ít hơn 6.0 (điều 9.7.2.4)

- Chiều dày phần lõi của bản không được ít hơn 100mm (điều 9.7.2.4)

Hình 2.3 Dầm có tiết diện hình hộp

- Phải đặt 4 lớp cốt thép đẳng hướng trong bản thiết kế theo kinh nghiệm Cốt thép phải đặt trong mỗi mặt của bản với lớp ngồi cùng đặt theo phương chiều dài hữu hiệu Số lượng cốt thép tối thiểu bằng 0,57

Cự ly cốt thép khơng được vượt quá 450mm Cốt thép cấp 400 hoặc cao hơn (điều 9.7.2.5)

- Cốt thép phải được bố trí ở hướng phụ dưới đáy bản bằng tỷ lệ phần trăm của cốt thép ở hướng chính chịu momen dương dưới đây:

S: chiều dài nhịp hữu hiệu (điều 9.7.3.2)

2.2.2 Dầm chủ

Trong cầu dầm nhịp giản đơn, kích thước dầm dọc thường được chọn theo chiều dài nhịp L Đối với dầm bằng thép hình tiết diện chữ I (hình 2.4) cần phải thỏa mãn một số yêu cầu về cấu tạo

Với chiều dài nhịp L, chọn chiều cao dầm liên hợp như sau (theo 22TCN

272 – 05 bảng 2.5.2.6.3-1):

Bề rộng cánh trên và cánh dưới của dầm thép: Để đảm bảo sự dính kết giữa biên trên dầm thép với bản bêtông cốt thép được chắc chắn, bề rộng của chúng phải thỏa các điều kiện sau đây:

5 1 200

Bề dày cánh trên và cánh dưới của dầm thép thỏa:

≤ 40 mm, đối với thép hợp kim

5 12 1 12

2.2.3 Hệ liên kết

Các dầm chủ được liên kết lại với nhau bằng hệ liên kết ngang và hệ liên kết dọc Tuy nhiên, nếu các dầm chủ được liên kết lại với nhau khá chắc chắn bởi bản BTCT mặt cầu thì cĩ thể khơng cần hệ liên kết dọc trên và khi lắp ráp kết cấu nhịp cũng khơng cần đến chúng

2.2.3.1 Hệ liên kết ngang

Hệ liên kết ngang liên kết các dầm chủ thành hệ khơng gian do đĩ làm tăng độ cứng theo phương ngang của kết cấu nhịp Liên kết ngang cịn tham gia vào việc phân phối tải trọng điều hịa hơn cho các dầm chủ Ngồi ra liên kết ngang ở gối cịn là chỗ đặt kích khi thi cơng, sửa chữa

cầu, cũng chính vì vậy liên kết ngang ở gối thường được cấu tạo chắc chắn hơn các liên kết khác

Liên kết ngang cĩ thể làm bằng thép chữ I, hoặc thép gĩc và thường

tăng cường đứng hoặc thơng qua bản tiếp điểm của liên kết ngang bằng hàn, đinh tán hay bulong cường độ cao

Hình 2.5 Cấu tạo của hệ liên kết ngang

1 Dầm chủ ; 2 Sườn tăng cường;

3 Liên kết ngang; 4 Bản tiếp điểm của liên kết ngang

Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 quy định: các vách ngăn hoặc các khung ngang cho các dầm thép cán phải cao ít nhất bằng nữa chiều cao của dầm Các vách ngăn hoặc khung ngang cho các dầm bản phải càng cao càng tốt Nên chiều cao dầm ngang trong các trường hợp nghiên

2.2.3.2 Hệ liên kết dọc

Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp như lực giĩ, lực ly tâm khi cầu nằm trên đường cong Ngồi ra hệ liên kết dọc cùng với liên kết ngang liên kết với các dầm chủ thành hệ khơng gian

Đối với các kết cấu nhịp cĩ bộ phận liên kết cứng với biên của dầm thí dụ bản bê tơng cốt thép trong dầm liên hợp thì được phép bỏ hệ liên kết dọc ở trong mặt phẳng đĩ nếu xét thấy nĩ khơng cần thiết khi lắp ráp

2.3 Cấu tạo neo trong cầu dầm liên hợp:

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 bulong nhằm mục đích chịu các lực:

- Lực trượt lớn phát sinh trong mặt phẳng liên kết bản với dầm thép khi dầm liên hợp làm việc chịu uốn dưới các tải trọng thẳng đứng

- Lực trượt phát sinh ở đầu dầm do co ngót của bê tông và ảnh hưởng của nhiệt độ thay đổi

- Lực trượt tại những nơi tiết diện thay đổi đột ngột

- Lực bóc đầu dầm do co ngót của bê tông bản và ảnh hưởng của nhiệt

độ thay đổi

2.3.1 Neo cứng

Neo cứng thường được làm từ các đoạn thép hình và hay dùng nhất

là thép góc ( hình 2.6) Kết cấu neo cứng cũng cho phép dễ dàng bố trí cốt thép dọc, đặt cốt thép trong khoảng giữa mặt dầm và đáy diện truyền lực của neo

Hình 2.6 Cấu tạo neo cứng

Neo cứng có khả năng chịu lực tốt nhưng liên kết với bê tông kém Do vậy trong khoảng 20 năm gần đây Nga và nhiều nước Châu Âu khác đã không sử dụng loại neo cứng này nữa vì theo các kết quả nghiên cứu trên nhiều cầu thực tế cho thấy loại neo này sớm hư hỏng và ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ cầu

2.3.2 Neo mềm

Neo mềm được chế tạo bằng thép uốn cong thành 1 hoặc 2 nhánh Cũng

có trường hợp neo mềm được cấu tạo như 1 lò xo đặt dọc theo trục dầm, loại neo này có nhược điểm là khó liên kết vào cánh trên dầm Neo mềm còn có thể làm bằng cốt thép thường dưới hình thức quai sanh hoặc những nhánh đơn hàn đính cánh trên của dầm thép Cấu tạo kiểu neo quai sanh có ưu điểm

là sự liên kết bản BTCT với dầm thép đảm bảo rất tốt vì nội lực do neo truyền sang bê tông không những qua dính bám mà nhờ cả sự ép mặt bê tông vào quai sanh

Hình 2.7 Các loại neo mềm

Neo làm từ những nhánh đơn nghiên thường có móc ở đầu để tăng thêm sức liên kết với bê tông Ưu điểm là chúng có thể đặt chéo trên mặt bằng nên đảm bảo chịu ứng suất kéo chính tốt hơn

Neo được đặt cách quãng trên mặt bằng, nếu tại cùng một mặt cắt dầm

mà có thể xuất hiện lực cắt hai dấu thì sẽ cấu tạo neo nghiên về cả hai hướng Neo mềm thường được hàn ngay vào cánh trên của dầm thép, cũng có thể

hàn neo mềm trên các bản thép sau đó tán đinh hoặc bắt bulong liên kết bản thép với cánh dầm Do có thể đàn hồi một chút nên neo mềm có khả năng phân bố và làm dịu lực tập trung truyền từ bản sang dầm tốt hơn so với neo cứng Vì vậy nên ưu tiên neo mềm để liên kết bản BTCT với dầm thép hơn là dùng neo cứng

Nhược điểm của neo mềm là tốn nhiều thép hơn so với các loại neo khác, ngoài ra lại phải dùng kiểu máy hàn kết cấu đặc biệt để hàn gây khó khăn cho đơn vị thi công

Hình 2.8 Neo mềm làm từ cốt thép

2.3.3 Liên kết bản BTCT và dầm thép bằng bulong cường độ cao

Liên kết bản mặt cầu BTCT lắp ghép với dầm thép bằng bulong cường

độ cao (hình 2.9) có ưu điểm là tăng khả năng làm việc chung của kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp dưới tác dụng của tải trọng trùng phục, đồng thời tiến hành lắp kết cấu nhịp không phụ thuộc vào thời tiết Sự cùng làm việc của dầm chủ và bản với loại mối nối khô và loại mối nối chèn vữa ximăng là nhờ lực ma sát (liên kết ma sát) Lực này do nội lực căng của bulong cường

độ cao đặt trong các lỗ của tấm bản BTCT lắp ghép và cánh dầm thép tạo ra Trong kết cấu có bulong cường độ cao 20-24mm kèm theo ecu và vòng đệm Khoảng cách từ tim lỗ đến mép bản bê tông không được nhỏ hơn 10cm

đối với bulong đường kính 22mm, và 12cm đối với bulong đường kính 24mm, còn khoảng cách từ tim đến tim các lỗ là 14-16cm

Hình 2.9 Liên kết bản BTCT và dầm thép bằng bulong

cường độ cao

Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 quy định:

- Trong mặt cắt liên hợp, phải làm các neo chống cắt hình chữ U hoặc neo đinh chống cắt ở mặt tiếp xúc giữa bản mặt cầu và mặt cắt thép để chịu lực cắt ở mặt tiếp xúc Các neo phải có khả năng chống lại

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

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

- Bước neo từ tim đến tim của các neo chống cắt không được vượt quá 600mm và không được nhỏ hơn 6 lần đường kính đinh

- 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 cắt gần nhất không được nhỏ hơn 25mm

- Chiều cao tịnh của lớp bê tông phủ ở trên các đỉnh của neo chống cắt không được nhỏ hơn 50mm Các neo chống cắt cần được chôn sâu ít nhất 50mm vào trong mặt cầu

2.4 Nguyên lý làm việc của dầm liên hợp:

Trong kết cấu liên hợp khi lắp ráp kết cấu nhịp, thoạt đầu sẽ đặt các dầm thép lên trụ, sau đó đổ bêtông tại chỗ hoặc lắp đặt các bản bêtông lắp ghép Sau khi thực hiện công tác này, ở trường hợp đầu bêtông còn chưa đông cứng, trường hợp thứ hai bản còn chưa liên kết với dầm Do vậy, dầm sẽ làm việc theo 2 giai đoạn

Giai đoạn 1:

Lắp xong dầm thép và các liên kết, đổ bêtông tại chỗ hoặc lắp ghép bản mặt cầu nhưng mặt cầu chưa liên kết cứng với dầm thép Ở giai đọan này mới chỉ có dầm thép làm việc nên các đặc trưng hình học của dầm thép còn gọi là đặc trưng hình học của giai đoạn 1, tĩnh tải giai đoạn 1 gồm có trong lượng bản thân dầm thép và hệ liên kết, trọng lượng bản bêtông và các phần đổ cùng với bản…, tĩnh tải này được ký hiệu là DCtc1 ( tĩnh tải tiêu chuẩn ) và DCtt1 ( tĩnh tải tính toán )

Giai đoạn 2:

Sau khi dầm thép đã liên kết cứng với bản bêtông cốt thép, tĩnh tải giai đoạn 2 gồm có lớp phủ mặt cầu, lan can, tay vịn, lề người đi …, tĩnh tải này được ký hiệu là DCtc2 và DCtt2 Mặt cắt dầm ở giai đoạn 2 có cả thép và bản bêtông cốt thép cùng đồng thời làm việc, các đặc trưng hình học của mặt cắt này được gọi là đặc trưng hình học giai đọan 2 Trong giai đoạn này dầm liên hợp ngoài chịu phần tĩnh tải bổ sung và hoạt tải

2.5 Nguyên lý tính toán dầm thép – bê tông cốt thép liên hợp

Mặt cắt ngang của dầm liên hợp gồm có dầm thép và bản BTCT cùng làm việc với nó Vật liệu làm các bộ phận này của mặt cắt có các đặc trưng cơ học khác nhau và tùy theo ứng suất tác dụng lên chúng, nó có thể làm việc trong giai đoạn đàn hồi, giai đoạn đàn dẻo, hoặc giai đoạn dẻo

Khi tính dầm liên hợp thường áp dụng một số giả thiết để đơn giản hóa tính toán, và như kết quả thực nghiệm đã chỉ rõ, chúng phản ánh tương đối sát với điều kiện thực tế của kết cấu Sẽ cho rằng giả thuyết mặt về cắt phẳng là đúng Tiếp đó lấy biểu đồ nén của bê tông gồm 2 đoạn thẳng Khi ứng suất trong bê

tiếp tục tăng khi ứng suất không tăng Sẽ cũng dùng những giả thiết tương tự đối với sự làm việc của cốt thép trong bản bê tông Dầm thép được xem như làm việc đàn hồi, trạng thái giới hạn khi tính theo cường độ là sự xuất hiện chảy của dầm thép hoặc biến dạng giới hạn nén trong bê tông, mà bê tông làm việc trong giai đoạn dẻo enp

Để đơn giản hóa tính toán, bỏ qua khả năng làm việc đàn dẻo của bản: coi bê tông làm việc trong dầm bằng 2 loại vật liệu, hoặc trong giai đoạn đàn hồi, hoặc trong giai đoạn dẻo mà có biểu đồ ứng suất hình chữ nhật

Tùy theo trị số của ứng suất nén gây ra trong bản BTCT mà sẽ phân chia thành mấy trường hợp làm việc của mặt cắt liên hợp Sơ đồ tính toán cơ bản của mặt cắt liên hợp vẫn là sự làm việc đàn hồi dựa trên giả thiết về mặt cắt phẳng, ứng suất và biến dạng có quan hệ tuyến tính với nhau Sơ đồ tính toán này được áp dụng khi ứng suất ở trong bản không vượt quá cường độ tính toán chịu ép của bê tông và cũng để xác định độ biến dạng của kết cấu

CHƯƠNG 3:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU LIÊN HỢP

3.1 Đặc điểm tính toán cầu dầm liên hợp thép – bê tông

Do dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn như đã nêu ở chương 2, nên việc tính toán kết cấu cầu dầm liên hợp cũng được chia thành hai giai đoạn

3.1.1 Giai đoạn 1 – trạng thái chưa liên hợp

Giai đoạn 1 tương ứng với sự làm việc của dầm thép Tải trọng tác dụng trong giai đoạn này là trọng lượng bản thân của dầm thép và bản bê tông cốt thép

3.1.1.1 Đặc trưng hình học giai đoạn I:

+ Ft : diện tích mặt cắt hình thép

3.1.1.2 Các bài toán kiểm tra:

I tt tI

I tt dI

J

S Q

 (3.4)

Trong đó :

QItt : lực cắt tính toán do tĩnh tải giai đoạn I

mép lấy đối với trục trung hòa của mặt cắt dầm thép

δ : bề rộng mặt cắt tại điểm tính ứng suất

3.1.2 Giai đoạn 2 – trạng thái đã liên hợp

Giai đoạn II tương ứng sự làm việc của dầm thép liên hợp với bản bê

tông cốt thép Tải trọng tác dụng trong giai đoạn này bao gồm tải trọng của các lớp mặt cầu, lan can bộ hành cùng với hoạt tải

Fct : diện tích cốt thép trong bản liên hợp

F F

Z

''

1

z y F J

+ Ứng suất mép trên của bản BTCT:

b td

h tt II tt tII

h tt II tt dII

h tt II tt tII

h tt II tt tII

Hình 3.3 Biểu đồ để tính dầm liên hợp

x td – trục trung hòa của mặt cắt liên hợp; x ta – trục trung hòa của mặt cắt phần thép ( dầm thép và bản bêtông cốt thép); x t – trục trung hòa riêng của mặt cắt

phần thép

Điều kiện bền của ứng suất pháp:

b) Trường hợp bê tông làm việc trong trạng thái chảy dẻo, cốt thép làm việc trong giai đoạn đàn hồi:

+ Ứng suất mép trên dầm thép:

td

bd b td

b b t

ta

h tt II tt t t

I tt tt

W

S R F

F R W

M M W

b b d

ta

h tt II tt d t

I tt td

W

S R F

F R W

M M W

Fta = Ft + Fct : diện tích mặt cắt phần thép

trung hòa của phần thép

Sba = Fb.zb với zb khoảng cách từ trọng tâm phần bêtông đến trục xta

c) Trường hợp bêtông và cốt thép làm việc trong giai đoạn chảy dẻo:

Trong trường hợp này chúng ta cần phải xác định biến dạng tương đối

εb tại vị trí ở trọng tâm bản bêtông cốt thép khi coi như mặt cắt vẫn phẳng

εb = 1 ( b a)

t b b bt b

h tt II

F

F W

S E W

M M

Ft : diện tích mặt cắt dầm thép

µ : hàm lượng cốt thép trong bản BTCT

dầm thép ( trục xt )

a b b b t

t

h tt II tt I tt tt

W

S F R F

R F F R W

M M M

a b b b d

t

h tt II tt I tt td

W

S F R F

R F F R W

M M M

J Q

Q 

 (3.22)

Trong đó :

lấy đối với trục trung hòa của mặt cắt liên hợp

QIItt , Qhtt lực cắt tính toán do tĩnh tải giai đoạn II và hoạt tải