Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 4/81 Bài giảng Kết cấu cầu thép đờng sắt và đờng bộ 3-2. Nội dung các chơng mục 3-2-1: Chơng 1: Các khái niệm chung về cầu thép (4 tiết) 3-2-1-1 Mục đích: Cung cấp các kiến thức cơ bản về kết cấu nhịp cầu thép. Các loại vật liệu làm cầu phổ biến hiện nay: Thép, bê tông từ đó dẫn dắt ra Cách phân loại cầu thép, cầu bê tông 3-2-1-2 Các nội dung chủ yếu: ò 1. Đặc điểm chung của cầu thép. - các u điểm chính so với cầu bê tông - các khuyết điểm chính - các ví dụ minh hoạ cho các u khuyết điểm trên: tại việt nam và trên Thế giới Thép là vật liệu hoàn chỉnh đợc dùng rộng rãi trong tất cả mọi ngành công nghiệp cũng nh trong đời sống hàng ngày và trong ngành xây dựng cầu nói riêng. Đặc điểm nổi bật của thép là tính chịu lực cao ứng với mọi loại ứng suất (kéo, nén, uốn cắt và xoắn ) do đó có thể dùng để xây dựng tất cả các loại cầu khác nhau nh dầm, giàn, vòm, hệ treo và các hệ liên hợp. Hiện nay nhịp lớn nhất của cầu vòm bê tông cốt thép hay cầu dây văng có dầm cứng bằng BTCT còn dới 500m trong khi có cầu giàn thép đã đạt 550m cầu dây văng dầm cứng bằng thép đã đạt 1000m và cầu treo đạt 2000m và đang có nhiều dự án cầu treo có nhịp tới 5000m. Từ các đặc điểm chính trên dẫn tới cầu thép có các u nhợc điểm chính sau: u điểm: - Thép có khả năng chịu lực cao - Trọng lợng bản thân của cầu thép nhỏ hơn so với cầu bê tông, cầu đá - Thép có mô đuyn đàn hồi cao nên cầu thép có độ cứng đủ đáp ứng điều kiện khai thác bình thờng, mặt khác nhờ tính dẻo của thép nên cầu thép có khả năng chịu tác dụng của tải trọng xung kích. - Thép là vật liệu dễ gia công nên có thể chế tạo thành nhiều hình dạng thích hợp với các loại cầu khác nhau. Cầu thép dễ công nghiệp hoá, dễ vận chuyển, lắp ráp do đó dễ đảm bảo chất lợng và rút ngắn thời gian thi công ở công trờng. - Các hình thức liên kết trong cầu thép rất phong phú: hàn, tán đinh, bulông các hình thức liên kết này dễ thực hiện càng tạo điều kiện cho cầu thép có khả năng công nghiệp hoá cao. Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 5/81 Tuy nhiên cầu thép cũng có những nhợc điểm sau: - ở môi trờng ẩm, mặn, axits thép dễ bị rỉ do đó làm giảm tuổi thọ của công trình, mất nhiều công sức và kinh phí duy tu bảo dỡng. Để khắc phục ngời ta thờng dùng thép không rỉ hoặc dùng sơn nhng cũng chỉ có tác dụng trong khoảng thời gian nhất định. ò 2. Các sơ đồ tĩnh học của cầu thép. - Cầu dầm( cầu dầm giản đơn, cầu dầm liên tục) - Cầu giàn (cầu giàn giản đơn, cầu giàn liên tục) - Cầu vòm - Cầu dây văng - Cầu treo dây võng Vẽ hình minh hoạ cho mỗi dạng kết cấu, từ đó đa ra đợc tính linh hoạt của loại vật liệu thép ò 3. Vật liệu làm cầu thép. - thép làm dầm chủ - thép làm các bộ phận liên kết - thép cấu tạo dây văng và cáp treo trong cầu dây văng và cầu treo dây võng Bảng 6.4.1.1 - Các đặc tính cơ học tối thiểu của thép kết cấu theo hình dáng, cờng độ và chiều dày Ký hiệu AASHTO Thép k ế t cấu Thép hợp kim th ấ p cờng độ cao Thép hợp kim thấp tôi và ram Thép hợp kim tôi & ram, cờng độ chảy dẻo cao M270M Cấ p 250 M270M Cấ p 345 M270M Cấ p 345W M270M Cấ p 485W M270M Các cấ p 690/690 W Ký hiệu ASTM tơng đơng A 709M Cấ p 250 A 709M Cấp 345 A 709M Cấp 345W A 709M Cấp 485W A 709M Các cấp 690/690 W Chiều dày của các bản, mm Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 65 Trên 65 đến 100 Thép hình Tất cả các nhóm Tất cả các nhóm Tất cả các nhóm Không áp d ụ n g Không áp d ụ n g Khôn g áp d ụ n g Cờng độ chịu kéo nhỏ nhất, F u , MPa 400 450 485 620 760 690 Điểm chảy nhỏ nhất hoặc cờng độ chảy nhỏ nhất F y , MPa 250 345 345 485 690 620 Bảng 6.4.2-1 - Các đặc tính cơ học tối thiểu của các chốt, các con lăn và các con lắc theo kích thớc và cờng độ Ký hiệu AASHTO với các giới hạn kích thớc M169 đờng kính 100mm hoặc nhỏ hơn M102 đến đờng kính 500 mm M102 đến đờng kính 500 mm M102 đến đờng kính 250 mm M102 đến đờng kính 500 mm Ký hiệu ASTM, cấp hoặc hạng A108 Các cấp 1016 đến 1030 A668 Hạng C A668 Hạng D A668 Hạng F A668 Hạng G Điểm chảy nhỏ nhất F y , MPa 250 230 260 345 345 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 6/81 6.4.3. Bulông, đai ốc và vòng đệm 6.4.3.1. Bulông Các bulông phải tuân theo một trong các tiêu chuẩn sau đây: Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các bulông và đinh tán thép cacbon, cờng độ chịu kéo 420 MPa, ASTM A307 Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các bulông cờng độ cao cho các liên kết thép kết cấu với cờng độ kéo tối thiểu 830MPa đối với các đờng kính từ 16mm tới 27mm và 725MPa đối với các đờng kính từ 30mm tới 36mm, AASHTO M164M (ASTM A325M), hoặc Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các bulông cờng độ cao, các hạng 10.9 và 10.9.3 cho các liên kết thép kết cấu, AASHTO M253M (ASTM A490M). Các bulông loại 1 nên sử dụng với các thép khác với thép có xử lý chống ăn mòn. Các bulông loại 3 tuân theo ASTM A325M hoặc ASTM A490M phải đợc sử dụng với các thép có xử lý chống ăn mòn. AASHTO M164 (ASTM A325M), loại 1, các bulông có thể hoặc tráng kẽm nhúng nóng phù hợp với AASHTO M232 (ASTM A153), Hạng C, hoặc tráng kẽm bằng cơ học phù hợp AASHTO M298 (ASTM B695), Hạng 345 (50). Các bulông tráng kẽm phải đợc thí nghiệm kéo sau khi tráng kẽm, nh AASHTO M164 (ASTM A325M) yêu cầu. Các bulông AASHTO M253M (ASTM A490M) không đợc tráng kẽm. Các vòng đệm, đai ốc và bulông của bất cứ liên kết nào phải đợc tráng kẽm theo cùng phơng pháp. Các đai ốc cần đợc phủ lên nhau tới số lợng tối thiểu yêu cầu đối với lắp ghép linh kiện liên kết, và phải đợc bôi trơn bằng dầu nhờn có màu sắc trông thấy đợc. 6.4.3.2. Đai ốc Trừ chú thích ở dới, các đai ốc cho các bulông AASHTO M164M (ASTM A325M) phải tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các đai ốc thép cácbon và hợp kim, AASHTO M291M (ASTM A563M), các cấp 12, 10S3, 8S, 8S3, 10 và 10S hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các đai ốc thép cácbon và hợp kim cho các bulông làm việc dới áp suất cao và nhiệt độ cao, AASHTO M292M (ASTM A194M), các cấp 2 và 2H. Các đai ốc cho bulông của AASHTO M253M (ASTM A490M) phải tuân theo các yêu cầu của AASHTO M291M (ASTM A563M) các cấp 12 và 10S3 hoặc AASHTO M292M (ASTM A194M) cấp 2H. Các đai ốc để tráng kẽm phải đợc xử lý nhiệt, cấp 2H, 12 hoặc 10S3. Các quy định của Điều 6.4.3.1 phải đợc áp dụng. Các đai ốc phải có độ cứng tối thiểu là 89HRB. Các đai ốc để sử dụng theo AASHTO M164M (ASTM A325M), các bulông loại 3 phải là cấp C3 hoặc DH3. Các đai ốc để sử dụng theo AASHTO M253M (ASTM A490M), các bulông loại 3 phải là cấp DH3. 6.4.3.3. Vòng đệm Các vòng đệm phải tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các vòng đệm thép tôi, ASTM F43 GM). Các quy định của Điều 6.4.3.1 phải đợc áp dụng cho các vòng đệm tráng kẽm. 6.4.3.4. Các linh kiện liên kết tùy chọn Các linh kiện liên kết khác hoặc các cụm linh kiện liên kết cho đến nay không đợc quy định có thể đợc sử dụng tùy theo sự chấp thuận của kỹ s, miễn là chúng đáp ứng các điểm sau đây: Các vật liệu, các yêu cầu sản xuất và thành phần hóa học của AASHTO M164M (ASTM A325M) hoặc AASHTO M253M (ASTM A490M), Các yêu cầu đặc tính cơ học của cùng quy trình trong các thí nghiệm theo kích thớc thực, và Đờng kính thân và các khu vực ép tựa dới đầu và đai ốc, hoặc bộ phận tơng đơng của chúng, không đợc nhỏ hơn các thông số quy định cho một bulông và đai ốc có cùng các kích thớc danh định đợc mô tả trong các Điều 6.4.3.1 và 6.4.3.2. Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 7/81 Các linh kiện liên kết để lựa chọn nh thế có thể không giống các kích thớc khác của bulông, đai ốc và vòng đệm quy định trong các Điều 6.4.3.1 đến 6.4.3.3. 6.4.4. Đinh neo chịu cắt Các đinh neo chịu cắt phải đợc làm từ các thanh thép kéo nguội, các cấp 1015, 1018 hoặc 1020, khử một phần hoặc khử hoàn toàn ôxy, tuân theo AASHTO M169 (ASTM A108) - Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các thanh thép cácbon gia công nguội, chất lợng tiêu chuẩn, và phải có giới hạn chảy nhỏ nhất là 345 MPa và cờng độ chịu kéo là 400MPa. Nếu sự nóng chảy dùng để giữ các mũ đinh thì thép dùng cho các mũ phải là cấp cácbon thấp phù hợp với hàn và phải tuân theo ASTM A109M - Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với thép, cácbon, thép lá cán nguội. 6.4.5. Kim loại hàn Kim loại hàn phải tuân theo các yêu cầu của Quy phạm Hàn cầu D1.5 ANSI/AASHTO/AWS. 6.4.8.4. Dây cáp cầu Dây cáp cầu phải tuân theo ASTM A586 - Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với dây cáp kết cấu sợi thép bọc kẽm song song và xoắn, hoặc ASTM A603 - Tiêu chuẩn đối với cáp thép kết cấu bọc kẽm. ò 4. Sơ lợc lịch sử và phơng hớng phát triển của cầu thép. - Giới thiệu cây cầu thép đầu tiên trên thế giới xuất hiện (thời gian, địa điểm, các thông số kỹ thuật và còn khai thác hay đã bị phá huỷ) - Lịch sử phát triển của cầu thép gắn liền với lịch sử phát triển của việc chế tạo vật liệu thép - Giới thiệu theo các dạng kết cấu: cầu dầm, cầu giàn, cầu vòm, cầu dây văng và cầu treo dây võng trên thế giới và ở tại Việt Nam - Phơng hớng phát triển trên thế giới và ở Việt Nam Cầu thép ra đời và phát triển cùng với sự lớn mạnh của công nghệ luyện kim trên thế giới. Tuy nhiên ngay từ những năm đầu của kỷ nguyên trớc ngời Trung Quốc và ngời ấn Độ đã biết dùng dây xích bằng sắt để làm các cầu treo, cho đến thế kỷ 17 các cầu tơng tự mới đợc xây dựng ở châu Âu và châu Mỹ. Khoảng thế kỷ thứ 18, công nghiệp luyện kim của châu Âu còn ở giai đoạn đầu trong quá trình phát triển. Các sản phẩm chính là gang và sắt. Gang chịu uốn và chịu kéo kém nên những chiếc cầu gang đầu tiên thờng làm dới dạng vòm, có kết cấu giống nh cầu gỗ thời bấy giờ. Vòm đợc chia làm nhiều thanh liên kết với nhau bằng bulông và chốt. Chiếc cầu Gang đầu tiên thuộc loại này đợc xây dựng ở Anh qua sông Severn 1776-1779. Cầu Ker-bet-zơ qua sông Neva ở Saint Peterbourg (Nga) xây dựng năm 1850. Cầu gồm 7 nhịp vòm từ 52 đến 48m, các thanh vòm có tiết diện hình chữ I. Khoảng đầu thế kỷ 19 cầu treo ở Pháp đã có nhịp tới 265m (cầu Frây-bua xây dựng năm 1834). Cầu Sơ-giê-tren-ni qua sông Danube ở Budapest Hung Ga Ri, có nhịp chính 203m. Cầu Britania qua vịnh Menai ở Anh xây dựng năm 1846-1850, cầu có dạng liên tục hai nhịp theo sơ đồ 2x(70+140)m ò 5. Tổng quan về các công nghệ xây dựng cầu thép. - Giới thiệu các công nghệ xây dựng cầu thép ở Việt nam từ trớc đến nay Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 8/81 - u khuyết điểm của từng loại - Lấy ví dụ minh hoạ 5.1 Phơng pháp lắp đặt bằng cần cẩu Là phơng pháp đơn giản nhất, giảm thời gian và công sức lao lắp, tuy nhiên phơng pháp này chỉ ứng dụng đợc cho những nhịp nhỏ, đòi hỏi cần cẩu có sức nâng và tầm vơn xa thích hợp. Khi lắp bằng cần cẩu, căn cứ vào trọng lợng của khối dầm cần nâng và vị trí đặt dầm để chọn loại cần cẩu thích hợp, đồng thời chuẩn bị đờng cho cần cẩu di chuyển. Cần cẩu có thể chạy bằng bánh lốp hoặc chạy trên ray. Nhiều trờng hợp cần cẩu đặt trên phao nổi, kết cấu nhịp cũng đặt trên phao nổi, trong trờng hợp này lắp đặt kết cấu nhịp rất thuận lợi. Trờng hợp kết cấu nhịp dài, cần cẩu không đủ khả năng ngời ta phải làm thêm trụ tạm, lắp đặt từng khối, kiểm tra rồi nối dầm lại sau đó mới tháo dỡ trụ tạm. 5.2 Phơng pháp lắp hẫng và nửa hẫng Trớc tiên ngời ta lắp một nhịp trên bờ hoặc một đoạn nhịp đầu tiên trên đà giáo sau đó dùng cần cẩu lắp hẫng các nhịp hoặc các đoạn tiếp theo. phơng pháp lắp cầu tại vị trí không cần đà giáo nh vậy gọi là phơng pháp lắp hẫng. Nếu trong quá trình lắp hẫng có bố trí thêm các trụ tạm để đảm bảo điều kiện chống lật hoặc bảo đảm cho ứng suất biến dạng không vợt quá giới hạn cho phép thì gọi là lắp bán hẫng hay lắp nửa hẫng. Phơng pháp lắp hẫng và lắp nửa hẫng dùng khi xây dựng cầu qua sông sâu, sông có thông thuyền. Phơng pháp lắp hẫng và lắp nửa hẫng đờng di chuyển của cần cẩu đặt ngay trên phần kết cấu nhịp đã lắp đặt trớc. khi dùng phơng pháp lắp nửa hẫng các trụ tạm nên bố trí vào đúng vị trí mối nối dầm chủ để thi công mối nối dễ dàng và đảm bảo chất lợng. Trong cầu dầm thép liên hợp BTCT, thông thờng dầm thép đợc lao trớc bản BTCT đợc đổ hoặc lắp sau. Phơng pháp lắp hẫng và bán hẫng có thể tiến hành từ mố này sang mố kia hoặc từ hai mố lại rồi hợp long ở giữa. 13.00 16.00 Trụ tạm 30.60 13.00 16.00 30.60 17.937 14.937 24.837 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 9/81 5.3 Phơng pháp lao kéo dọc Theo phơng pháp này kết cấu nhịp đợc lắp trên nền đờng dẫn vào cầu, sau khi mố trụ đủ cờng độ chịu lực mới kéo cầu vào vị trí. Khi lao kéo dọc kết cấu nhịp có thể lắp trên nền đờng có cao độ bằng cao độ đỉnh mố trụ, tờng đỉnh cũng cha xây đủ cao độ sau khi lao kéo mới đắp đờng và đổ BT tờng đỉnh đủ cao độ, nh vậy khi lao tránh bớt việc kích hạ dầm tốn thời gian và công sức, trụ tạm cũng không phải làm cao. Cũng nh lắp hẫng khi lao trực tiếp trên các trụ chính, biện pháp này thờng đợc sử dụng cho các cầu nhiều nhịp, khi đó nối liên tục các nhịp, do đó nhịp sau làm đối trọng cho nhịp hẫng khi đang lao. Khi lao cả hai nhịp thì độ võng ở đầu mút thờng lớn do đó ngời ta còn lao dọc theo các phơng pháp khác. Phơng pháp dùng mũi dẫn kết hợp với mở rộng trụ Phơng pháp làm thêm trụ tạm, kích thớc và vị trí trụ tạm đợc tính toán từ điều kiện chống lật, điều kiện bền và độ võng của kết cấu nhịp, đồng thời cũng phải tính đến chỗ đặt con lăn và thao tác cho công nhân khi lao cầu. Phơng pháp này thờng đợc sử dụng khi lao kéo dọc, nhất là khi cầu có một nhịp không thể nối liên tục khi lao Phơng pháp làm trụ nổi. Phơng pháp này thờng đợc sử dụng khi sông sâu làm trụ tạm tốn kém Thiết bị chính để kéo cầu là tời kéo, tời hãm, puli, múp, cáp, kích Đờng trợt trên gắn vào biên dới dầm cũng có thể là cánh dới dầm. Mũi dẫn MNTC:17.30 Tời kéo Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 10/81 3-2-2: Chơng2: Kết cấu nhịp cầu dầm thép giản đơn. (6tiết) 3-2-2-1. Mục đích: Trang bị các kiến thức cơ bản về cấu tạo chung của kết cấu nhịp cầu dầm thép. 3-2-2-2. Các nội dung chủ yếu: ò 1. Khái niệm chung (0,5tiết) - Cần làm rõ thế nào là cầu dầm thép giản đơn - Minh hoạ qua các sơ đồ tĩnh học (vẽ hình) Liên hệ lại bài các sơ đồ tĩnh học của cầu thép, cầu thép có rất nhiều kiểu dạng khác nhau, tuy vậy có thể phân cầu thép thành ba hệ thống chính: Hệ cầu kiểu dầm Hệ cầu kiểu vòm Hệ cầu kiểu treo Vậy cầu dầm thép thuộc hệ cầu kiểu dầm và có kết cấu chịu lực chính là bằng thép, cần phân biệt cầu dầm thép với cầu dầm thép liên hợp bê tông cốt thép Các mặt cắt liên hợp đợc định nghĩa là những mặt cắt gồm một bản mặt bê tông liên kết với một mặt cắt thép bằng liên kết chống cắt phù hợp với Điều 6.10.7.4 và có thể áp dụng cho các hệ bản mặt khác đợc chứng minh đảm bảo có tác dụng liên hợp và chống uốn ngang. Điều 6.10.7.4. Các neo chống cắt Trong các mặt cắt liên hợp, phải làm các neo chữ U hoặc neo đinh chống cắt ở mặt tiếp xúc giữa bản mặt cầu bê tông và mặt cắt thép để chịu lực cắt ở mặt tiếp xúc. ở các cấu kiện liên hợp nhịp giản đơn phải làm các neo chống cắt suốt chiều dài của nhịp. ở các cầu liên hợp liên tục thờng nên làm các neo chống cắt suốt chiều dài cầu. Trong các vùng uốn âm phải làm các neo chống cắt ở nơi mà cốt thép dọc đợc xem là một phần của mặt cắt liên hợp. Mặt khác, các neo chống cắt không cần phải làm trong các vùng uốn âm, nhng phải đặt các neo bổ sung ở trong vùng của các điểm uốn tĩnh tải theo quy định trong Điều 6.10.7.4.3. ở nơi mà các neo chống cắt đợc sử dụng trong các vùng uốn âm, cốt thép dọc phải đợc kéo dài vào vùng uốn dơng theo quy định trong Điều 6.10.1.2 ò 2. Cấu tạo hệ dầm chủ (2tiết) - Các dạng mặt cắt ngang dầm chủ và cấu tạo (vẽ hình) - Các kích thớc cơ bản của các dạng mặt cắt ngang dầm chủ-vẽ hình và lấy các ví dụ minh hoạ kiểm chứng các số liệu - Sờn tăng cờng (sờn tăng cờng đứng, sờn tăng cờng ngang) làm rõ nguyên nhân có sờn tăng cờng và các vị trí cần bố trí-giải thích định tính - Cấu tạo và các kích thớc sờn tăng cờng Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 11/81 2.1 Các dạng mặt cắt ngang dầm chủ Cầu dầm thép thờng có các dạng mặt cắt ngang nh sau: a) b) Hình 2.1 a-mặt cắt ngang cầu dầm đặc b-mặt cắt ngang cầu dầm hộp Mặt cắt ngang cầu dầm thép có thể làm bằng các thép hình sẵn có hoặc đợc tổ hợp từ các thép định hình sẵn có. Liên kết để tạo ra các mặt cắt tổ hợp có thể là bulông, đinh tán và hàn. Do các dạng mặt cắt ngang trên đều có thể quy đổi về mặt cắt chữ I nên để cho thuận tiện cho việc nghiên cứu, từ đây chúng ta chỉ tập trung đi nghiên cứu mặt cắt có dạng nh hình dới đây Xác định các kích thớc cơ bản của dầm thép bf: chiều rộng bản cánh trên tf: chiều dày bản cánh trên tw: chiều dày sờn dầm bb: chiều rộng bản cánh dới tb: chiều dày bản cánh dới d: chiều cao dầm thép d tb bb tw Dc bf tf Các kích thớc cơ bản của dầm thép phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo sau: Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 12/81 Căn cứ trên việc nghiên cứu về uốn, các tỷ lệ cấu tạo của mặt cắt chữ I phải thoả mãn các điều sau đây trong tất cả các giai đoạn thi công và trong trạng thái cuối cùng. Trong mục 6.10.2.2, f c và D c phải đợc lấy sao thích hợp với điều kiện đang nghiên cứu. 6.10.2.1. Các tỷ lệ cấu tạo chung Các cấu kiện uốn phải đợc cấu tạo theo tỷ lệ sao cho: 0,9 I I 0,1 y yc ( 6.10.2.1-1) trong đó : I y = mô men quán tính của mặt cắt thép đối với trục thẳng đứng trong mặt phẳng của bản bụng (mm 4 ) I yc = mô men quán tính của bản cánh chịu nén của mặt cắt thép quanh trục đứng trong mặt phẳng cuả bản bụng (mm 4 ). 6.10.2.2. Độ mảnh của bản bụng. Bản bụng dầm phải đợc cấu tạo sao cho: Khi không có gờ tăng cờng dọc cw c f E 6,77 t 2D (6.10.2.2.1). Khi có gờ tăng cờng dọc cw c f E t 2D 63,11 (6.10.2.2-2) trong đó: D c = chiều cao của bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi (mm) f c = ứng suất ở bản cánh chịu nén do lực tính toán (Mpa) + Xác định chiều cao của dầm thép Chiều cao của dầm xác định phụ thuộc vào các điều kiện sau đây: 1. Trọng lợng bản thân dầm phải cố gắng nhỏ nhất (giới hạn trên) 2. Độ cứng của dầm trong mặt phẳng thẳng đứng phải thoả mãn yêu cầu về độ võng qui định (giới hạn dới) 3. Kích thớc và trọng lợng của các mảnh dầm phải đáp ứng đợc về điều kiện chuyên chở và lao lắp; 4. Chiều cao kiến trúc của kết cấu nhịp nên rất nhỏ để giảm bớt khối lợng đờng dẫn vào cầu; 5. Sử dụng tốt các tấm thép cán có kích thớc thông thờng mà không phải cấu tạo mối nối dọc. Dựa vào những tính toán lý thuyết kết hợp các số liệu thực tế thì chiều cao kinh tế nhất của dầm chủ có thể xác định theo công thức: twFy M d . . = Trong đó : M: mô men uốn tính toán; Fy: cờng độ tính toán của thép làm dầm chủ; tw: bề dày tấm thép làm sờn dầm; : hệ số bằng 2,5 - 2,7. Trong cầu xe lửa nhịp đơn giản khoảng 30m trở lại thì chiều cao dầm lấy 1/9 - 1/13 chiều dài nhịp. Đối với nhịp lớn nếu có cấu tạo máng đá ba lát bê tông cốt thép và Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP- Đ ại học GTVT 13/81 cho tham gia chịu lực cùng với dầm thép, chiều cao dầm có thể chọn trong phạm vi 1/10 - 1/15 chiều dài nhịp. Trong cầu ô tô chiều cao dầm đơn giản thờng lấy bằng 1/12 - 1/20 của nhịp. Cũng giống nh cầu bê tông cốt thép, xuất phát từ nguyên tắc giảm bớt trọng lợng dầm tới mức nhỏ nhất, cầu liên tục và mút thừa làm theo sơ đồ nhịp biên nhỏ hơn so với nhịp giữa và thờng bằng 0.75 - 0.80 của nhịp giữa. Tuy nhiên do các điều kiện về thông thơng ở dới cầu, vợt qua đờng ôtô chạy dọc hai bên bờ sông, tỷ số giữa các nhịp có thể ra ngoài phạm vi trên. Với các nhịp vừa không quá 60m, chiều cao dầm đợc lựa chọn không thay đổi và bằng 1/15 - 1/20 chiều dài nhịp. Với các nhịp lớn, chiều cao dầm làm thay đồi tăng dần vào các vị trí gối giữa. Nếu chiều cao tăng theo đờng thẳng bằng hình thức cấu tạo vút thì tại gối chiều cao dầm bằng 1.2 - 1.3 chiều cao dầm tại giữa nhịp. Khi nhịp lớn, dầm làm với chiều cao thay đổi theo đờng cong và thờng ngời ta cho bản mặt cầu cùng tham gia làm việc với dầm chủ, thì chiều cao dầm có thể đạt tới 1/45 - 1/60 chiều dài nhịp đối với tiết diện giữa nhịp và 1/20-1/30 đối với tiết diện tại gối. + Xác định chiều dày sờn dầm Bề dày sờn dầm chọn theo điều kiện tính toán chịu lực cắt và ổn định cục bộ, nhng không đợc nhỏ hơn 10 mm đối với dầm tán đinh và 12 mm đối với dầm hàn. Quan hệ giữa bề dày và chiều cao sờn dầm có thể định theo biểu thức (1/12.5) d cho dầm làm bằng thép than và (1/10) d cho dầm làm bằng thép hợp kim thấp, ở đây d là chiều cao của sờn dầm (cm). Thép góc biên trong dầm tán định chọn trên cơ sở tính toán về làm việc chịu uốn của dầm, làm sao cho chúng kết hợp cùng với các bản cánh để đạt đủ mô men chống uốn yêu cầu. Các thép góc này thờng giữ không thay đổi trong cả chiều dài dầm. Cỡ thép góc nhỏ nhất để dùng làm thép góc biên là 100x100x10 mm. + xác định chiều rộng của bản cánh Bề rộng các bản cánh không đợc nhỏ hơn (2b + tw + 2x5) mm, trong đó b là bề rộng bản cánh nằm ngang của thép góc cánh, tw là bề dày của sờn dầm, 5 mm là độ chìa ra tối thiểu của các bản cánh vì kích thớc của chúng và của các thép góc cánh có thể có sai lệch. tf b [...]... mm vào trong mặt cầu ò 3 Cấu tạo bản mặt cầu - Bản mặt cầu bằng BTCT Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 25/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 3-2-4: Chơng 4: Tính toán cầu dầm thép và cầu dầm thép - liên hợp bản BTCT (12 tiết và 5 tiết hớng dẫn TKMH) 3-2-4-1 Mục đích: Trang bị các kiến thức cơ bản về tính toán thiết kế các bộ phận của kết cấu nhịp cầu dầm thép và cầu dầm thép liên hợp bản... một góc 3 2 1 l1 l2 1 2 ò 5 Các loại mặt cầu thép (1tiết) - mặt cầu bằng bản BTCT - mặt cầu bằng bản trực hớng Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 20/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 (7) (6) (5) (4) (3) (2) (1) a) e) b) f) c) g) d) h) Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 21/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 3-2-3: Chơng 3: Kết cấu nhịp cầu dầm thép liên hợp bản BTCT (3tiết) 3-2-3-1... tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế, và Tải trọng làn thiết kế Trừ trờng hợp đợc điều chỉnh trong Điều 3.6.1.3.1, mỗi làn thiết kế đợc xem xét phải đợc bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục chồng với tải trọng làn khi áp dụng đợc Tải trọng đợc giả thiết chiếm 3000mm theo chiều ngang trong một làn xe thiết kế 3.6.1.2.2 Xe tải thiết kế Trọng lợng và khoảng cách các trục và bánh xe của xe tải thiết. .. dầm biên Dạng kết cấu nhịp Nguyễn Hữu Hng Mặt cắt thích hợp lấy từ Bảng 4.6.2.2.1-1 1 làn thiết kế chịu tải 2 hoặc hơn 2 làn thiết kế chịu tải Phạm vi áp dụng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 28/81 Bài giảng thiết kế cầu thép Mặt cầu bê tông, mặt cầu dạng lới lấp đầy hoặc lấp một phần trên dầm bê tông hoặc thép; dầm T bê tông, mặt cắt T hoặc T kép 5/2006 Cho a, e, k và cũng cho i, j nếu đợc liên kết chắc chắn... và thép Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 23/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Tỷ lệ của chiều cao với đờng kính của neo đinh chịu cắt không đợc nhỏ hơn 4,0 Các neo chữ U chống cắt phải có các đờng hàn không nhỏ hơn 5 mm đặt dọc theo chân và gót của thép U Trong cầu dầm liên hợp, neo là bộ phận liên kết bản BTCT với dầm thép Neo thờng làm bằng thép tròn, thép bản hoặc thép hình liên kết... thép bản hoặc thép góc, liên kết trực tiếp với sờn tăng cờng hoặc thông qua bản tiếp điểm 3 2 3 2 1 4 3 2 2 3 Các dạng liên kết ngang 3.2 Hệ liên kết dọc Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp Hệ liên kết dọc còn cùng với hệ liên kết ngang tạo cho hệ dầm có độ cứng chống xoắn nên cũng Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 17/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 có... 29/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 35 kN 145 kN 145 kN 4300 mm 4300 mm tới 900mm 600 mm nói chung 300mm mút thừa của mặt cầu Làn thiết kế 3500 mm - Hình 3.6.1.2.2-1 - Đặc trng của xe tải thiết kế 3.6.1.2.3 Xe hai trục thiết kế Xe hai trục gồm một cặp trục 110.000N cách nhau 1200mm Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800mm Tải trọng động cho phép lấy theo Điều 3.6.2 Đối với các cầu trên... GTVT 32/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 Trong khi áp dụng các tiêu chuẩn này, tải trọng xe cần bao gồm lực xung kích Nếu Chủ đầu t yêu cầu kiểm tra độ võng thì có thể áp dụng các nguyên tắc sau: Khi nghiên cứu độ võng tuyệt đối lớn nhất, tất cả các làn xe thiết kế phải đợc đặt tải và tất cả các cấu kiện chịu lực cần coi là võng lớn nh nhau; Về thiết kế cầu liên hợp, mặt cắt ngang thiết kế phải... của thép/ bê tông) ò 2 Cấu tạo hệ dầm chủ và neo Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 22/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 - Cấu tạo hệ dầm chủ và cách xác định sơ bộ các thông số ban đầu (liên hệ phần cầu dầm thép sờn tăng cờng, hệ liên kết) - Cấu tạo neo (vẽ hình) 2.1 cấu tạo dầm chủ Bản bê tông cốt thép mặt cầu cùng tham gia chịu uốn với dầm chủ nên cấu tạo hợp lý là cánh trên của dầm thép. .. trọng liên quan đến khai thác bình thờng của cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định Dùng để kiểm tra độ võng, bề rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực, Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-Đại học GTVT 26/81 Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006 sự chảy dẻo của kết cấu thép và trợt của các liên kết có nguy cơ trợt do tác dụng của hoạt tải