Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 31 - +: đặc trng của chu kỳ thay đổi ứng suất, max min = . + max , min : ứng suất lớn nhất v nhỏ nhất theo trị số tuyệt đối có kèm theo dấu. Dấu (+) khi kéo v (-) khi nén. [*Trong dầm đơn giản min chỉ do tĩnh tải gây ra*]. +: hệ số tập trung ứng suất đợc tra bảng. Khi xác định đối với thép cơ bản của các thanh m lm việc chịu nén l chủ yếu ( max < 0) thì dấu trong ngoặc của mẫu số công thức (2.4a) phải lấy ngợc lại vì điều kiện lm việc mỏi khi chịu nén tốt hơn. ()() 1 7.07.0 1 + = baba (2.4b) Khi tính toán thiết kế cầu cần kiểm tra về mỏi, đợc tính với tải trọng tiêu chuẩn không kể hệ số vợt tải nhng kể hệ số xung kích. Đ2.4 tác dụng hệ số xung kích của hoạt tải Khi xe chuyển động trên cầu ngoi áp lực tĩnh do trọng lợng gây ra, nó còn chịu tác dụng của tải trọng động. Tác dụng xung kích có 2 loại: Ngẫu nhiên: mặt đờng không bằng phẳng, gặp chớng ngại vật, Có chu kỳ: nhịp rung của lò xo bánh xe ôtô, va đập bánh xe lửa lên chỗ nối ray, va đập của vệt xích lên mặt đờng, nhịp đi của ngời, gia xúc, Nguy hiểm nhất l tải trọng có tính dao động. Nếu tần số dao động của tải trọng trùng với tần số dao động của cầu gây ra cộng hởng dao động rất nguy hiểm. Ví dụ 1 số cầu bị phá huỷ do tải trọng có tính chu kỳ nh cầu qua sông Suikin ở Philadenphia (Mỹ) xây dựng năm 1809 bị phá huỷ 1811 khi có 1 đon súc vật đi qua v cầu ny đợc khôi phục lại năm 1816 v lại phá huỷ do tuyết đọng. Cầu qua sông Men (Pháp) xây dựng năm 1828 đến năm 1850 bị sập do có 1 đon quân đi đều qua cầu trong lúc gió bão lm 226 ngời thiệt mạng, Tác dụng xung kích đó đợc tính toán bởi hệ số xung kích (1+): Đối với cầu thép trên đờng ôtô gồm cầu dầm, vòm, hệ liên hợp, hệ mặt cầu, trụ thép: () + +=+ 5.37 15 11 (2.5) Đối với cầu treo: () + +=+ 75 50 11 (2.6) Đối với cầu đờng sắt: () + +=+ 30 18 11 (2.7) Trong đó: +: chiều di đặt lực đờng ảnh hởng. . Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 32 - +Riêng đối với cầu đờng sắt (1+) không nhỏ hơn 1.2 khi tính theo cờng độ v 1.1 khi tính mỏi. Nhận xét: (1+) v cha phản ánh đầy đủ tác dụng xung kích của tải trọng động. Đối với cầu lớn v quan trọng, ta cần xét đến dao động riêng của cầu v tải trọng v xét đến cộng hởng của chúng. Đ2.5 tính toán theo trạng thái giới hạn Phơng pháp tính toán kết cấu thép theo TTGH l phơng pháp tiên tiến đang đợc sử dụng ở nhiều nớc. Phơng pháp ny do các nh khoa học Liên Xô đề ra năm 1950. Tính theo TTGH l thiết kế công trình đảm bảo không vợt quá các điều kiện giới hạn. Đó l 3 TTGH: TTGH 1: cờng độ gồm độ bền, ổn định, mỏi. TTGH 2: biến dạng. TTGH 3: nứt. 5.1-Trạng thái giới hạn 1: Điều kiện: N (2.8) Trong đó: +N: nội lực trong kết cấu, l hm của tải trọng. Tổng quát ta có: = iii nPN (2.9) +P i : tải trọng tiêu chuẩn. + i : nội lực trong kết cấu do P i = 1. +n i : hệ số vợt tải v hệ số xung kích. +: khả năng chịu lực của công trình, l hm của vật liệu v đặc trng hình học của tiết diện. Tổng quát ta có: mRF = (2.10) Trong đó: +F: đặc trng hình học của tiết diện. +R: cờng độ vật liệu. +m: hệ số điều kiện lm việc. 5.2-Trạng thái giới hạn 2: Điều kiện: gh (2.11) Trong đó: +: biến dạng hay chuyển vị của kết cấu do tác dụng ngoại lực. Tổng quát ta có: = ii P . (2.12) +P i : tải trọng tiêu chuẩn. . Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 33 - + i : chuyển vị hay biến dạng do P i = 1. + gh : trị số biến dạng hay chuyển vị cho phép của công trình đảm bảo điều kiện lm việc bình thờng của công trình. 5.3-Trạng thái giới hạn 3: Điều kiện: gh ee (2.13) Trong đó: +e: bề rộng đờng nứt. +e gh : bề rộng giới hạn của đờng nứt. Nhận xét: thép l vật liệu dẻo nên không thể chịu lực m sinh ra nứt. Thông thờng nứt của thép l do nguyên nhân khác nh: gỉ, hn, do gia công chế tạo có khuyết tật, Vì vậy cầu thép thờng không thiết kế TTGH 3. Đ2.6 các loại thép hình trong cầu thép 6.1-Thép tấm (bản): Hình 2.10: Thép bản Thép bản đợc cán thnh từng tấm có chiều dy 2ữ60mm với kích thớc: Chiều rộng 160ữ1050mm, chiều di 18m (bản vạn năng). Chiều rộng 2000ữ2500mm, chiều di 8m. Chiều rộng 3000ữ3600mm, chiều di 12m. Dựa vo các yêu cầu về cấu tạo v gỉ, chiều dy thép tấm phải đảm bảo: Đối với bộ phận chính : 10ữ12mm. Bộ phận phụ: 8mm. Bản đệm: 4mm. Bản nút tán đinh: 10mm. Bản thép trong kết cấu hn không nên lấy dy quá. Đối với thép than < 50mm, thép hợp kim < 40mm. Thép tấm đợc dùng rộng rãi vì tính chất vạn năng, có thể tạo ra đợc các loại tiết diện có hình dạng v kích thớc bất kỳ. . Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 34 - 6.2-Thép góc: Có 2 loại thép góc đều cạnh v không đều cạnh: Thép góc đều cạnh có bề rộng các cạnh bằng nhau b = 20ữ250mm, = 3ữ30mm. Thép góc không đều cạnh có bề rộng các cánh không bằng nhau (1 cạnh lớn khoảng 1,5 lần cạnh kia). Kích thớc lớn nhất của thép góc không đều cạnh 250*160*20mm, di tới 12ữ19m. B B d d xx y y B' d d B xx y y Hình 2.11: Các dạng thép góc Trong cầu thép không nên dùng thép góc có kích thớc nhỏ hơn: 100*100*10 cho kết cấu chịu lực chính. 80*80*8 cho các thanh liên kết. 63*63*6 cho các thanh giằng. -Đặc điểm của thép góc l cánh có 2 mép song song nhau tiện cho việc cấu tạo liên kết v l loại đợc hay dùng nhiều nhất trong kết cấu thép. 6.3-Thép chữ I: Thép chữ I chủ yếu dùng lm dầm chịu uốn, có 2 loại cánh rộng v hẹp: d x y y x b h xx y y Hình 2.12: Các dạng thép I Loại cánh hẹp: có chiều cao h=100ữ700mm, bề dy cánh dy hơn bề dy sờn đứng để tăng mômen quán tính. Do yêu cầu về mặt cán thép nên mặt trong cánh thép I có độ dốc 12% nên rất khó tán đinh v thờng dùng cho hệ mặt cầu v dầm chủ chịu tải trọng nhỏ. . Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 35 - Loại cánh rộng: có bề rộng khá lớn, bề dy cánh không thay đổi nên thuận tiện cho việc tán đinh lên cánh; ngoi ra có độ cứng theo phơng ngang tốt hơn. Loại ny có 2 loại: Loại kiểu dầm: 60.035.0 ữ= h b , chiều cao h tới 1m. Loại kiểu cột: có bề rộng cánh rộng hơn. 6.4-Thép chữ [: Loại ny có 1 thnh đứng v 2 cánh. Cánh thép có độ dốc 10%, cánh tơng đối rộng do đó có thể tán đinh lên cánh. Chiều cao h = 50ữ400mm v di đến 19m. h b d xx y y Hình 2.13: Các dạng thép chữ [ Thép chữ [ có 1 mặt bụng phẳng v các cạnh vơn rộng nên tiện liên kết với các cấu kiện khác. Nó thờng đợc dùng lm dầm chịu uốn, thanh dn, Ngoi các loại thép cơ bản nói trên, ta còn sản xuất loại đặc biệt nh hình ống, hình lợn sóng, xx y y xx y Hình 2.14: Các dạng thép hình ống, lợn sóng Đối với kết cấu dùng hợp kim nhôm, ta cũng dùng loại tiết diện nh trên v 1 số tiết diện để tăng cờng độ cứng. . . 100*100*10 cho kết cấu chịu lực chính. 80*80*8 cho các thanh liên kết. 63*63*6 cho các thanh giằng. -Đặc điểm của thép góc l cánh có 2 mép song song nhau tiện cho việc cấu tạo liên kết v l loại đợc. kích. +: khả năng chịu lực của công trình, l hm của vật liệu v đặc trng hình học của tiết diện. Tổng quát ta có: mRF = (2.10) Trong đó: +F: đặc trng hình học của tiết diện. +R: cờng. đó: +: biến dạng hay chuyển vị của kết cấu do tác dụng ngoại lực. Tổng quát ta có: = ii P . (2.12) +P i : tải trọng tiêu chuẩn. . Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn