Giáo trình phân tích cấu tạo liên kết tán đinh trong liên kết không đối xứng p4 pdf

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 66 -
1.4.1-Hệ cầu treo dạng parabole:
Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo l dây cáp, dây xích hoặc bó sợi thép
cờng độ cao. Tùy theo độ cứng của hệ dầm m ta có thể phân thnh 2 loại: cầu treo
dầm mềm v cầu treo dầm cứng:
Cầu treo dầm mềm:
Loại ny hệ mặt cầu có độ cứng nhỏ v dợc treo trên các dây chủ qua các
dây treo đứng.
Khi chịu hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp thì dây cáp bị biến hình tơng
ứng với vị trí của hoạt tải. Độ võng của dây chủ cng lớn thì tỷ số giữa hoạt
tải v tĩnh tải cng lớn, cũng có nghĩa độ võng phụ thuộc vo tỷ số lực
căng trong dây cáp do tĩnh tải v hoạt tải gây nên.
Do có độ cứng nhỏ nên dới tác dụng của hoạt tải v tải trọng gió có thể
xuất hiện các dao động uốn v xoắn, đôi khi biên độ dao động rất lớn lm
ảnh hởng tới sự khác thác bình thờng v gây h hỏng phá hoại công
trình. Thực tế cũng đã có nhiều tai nạn xảy ra.
Vì vậy phạm vi ứng dụng loại cầu treo dầm mềm ngy nay bị hạn chế. Nó chỉ đợc sử
dụng khi tĩnh tải lớn hơn rất nhiều so với hoạt tải hoặc chỉ chịu tác động của tĩnh tải nh
kết cấu ống dẫn nớc, dẫn dầu, khí đốt,
Cầu treo dầm cứng:
Việc tăng cờng độ cứng có thể đạt đợc bằng nhiều biện pháp:
Phổ biến hơn cả l bố trí 1 dầm cứng với 1 số khớp dọc theo chiều
di nhịp để khống chế mômen uốn trong kết cấu nhịp. Dầm cứng có
tác dụng phân phối đều tải trọng lên dây v giảm độ võng.

Khớp dọc

Hình 3.17: Sơ đồ cầu treo có bố trí khớp dọc

Trong trờng hợp dầm cứng đủ lớn để chịu mômen uốn thì không

cần cấu tạo khớp. Nếu nhịp lớn ngời ta có thể bố trí dn cứng ở
phần xe chạy. Khi đó trở thnh cầu treo dầm cứng.
Tùy theo cách neo dây, cầu treo dầm cứng có thể phân thnh các loại nh sau:
Cầu treo dầm cứng có lực đẩy ngang l kết cấu có dây cáp chủ đợc neo vo mố
neo. Khi đó mố neo phải có kích thớc v trọng lợng lớn để có khả năng chống
lật, nhổ v trợt. Do vậy bản thân mố neo bao giờ cũng l công trình đồ sộ, tốn
kém v thờng hạn chế áp dụng khi nằm trong vùng địa chất xấu.
Cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang l kết cấu có dây cáp chủ đợc neo
vo dầm cứng. Khi đó không cần cấu tạo mố neo nhng dầm ngoi chịu uốn còn
chịu lực nén dọc lớn do vậy kích thớc dầm phải lớn hơn.
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 67 -
Dn cứng

Hình 3.18: Sơ đồ cầu treo có dn cứng

Để giảm mômen uốn trong dầm cứng thờng không cho dầm chịu tĩnh tải
bằng cách điều chỉnh nội lực hoặc tạo các khớp tạm trên dầm cứng trong
giai đoạn thi công. Ví dụ khi lắp ráp dầm ngời ta cấu tạo các khớp tạm tại
các điểm treo dây v chỉ nối cứng sau khi đã hon ton lắp ráp xong các
đốt dầm v hệ mặt cầu. Khi đó trong dầm sẽ xuất hiện mômen uốn cục bộ
trong phạm vi khoang, chiều di các khoang thờng rất nhỏ so với nhịp
nên trị số mômen uốn ny không đáng kể so với mômen tổng thể do hoạt
tải. Vì vậy thực tế có thể xem dầm không chịu tĩnh tải.
Chiều cao dầm cứng thờng lấy 1/50-1/70 chiều di nhịp. Trong các cầu
nhịp lớn hơn 500-600m tỷ số ny có thể lấy nhỏ hơn khoảng 1/80, còn
nhịp lớn trên 1000m lấy 1/120 hoặc nhỏ hơn.
1.4.1.1-Cầu treo dầm cứng có lực đẩy ngang:

a/Cầu treo 1 nhịp:

2
4
1
6
3
5

1. Cáp chủ 2. Tháp cầu 3. Trụ bờ 4. Dầm cứng 5. Mố neo 6. Dây treo đứng
Hình 3.19: Sơ đồ cầu treo 1 nhịp

Cầu treo 1 nhịp gồm 2 trụ bờ đỡ tháp cầu v lm gối tựa cho dầm cứng. Dây cáp
chủ có dạng đờng cong parabole đợc vắt đỉnh tháp v 2 đầu đợc neo vo các mố neo.
Loại ny có u điểm l các dây neo nối từ tháp cầu xuống mố neo coi nh thanh thẳng
nên khi chịu lực dây chỉ lm việc đn hồi tuyến tính, tránh đợc biến dạng hình học phi
tuyến của dây chủ phần nhịp biên khi tải trọng đứng trên dầm cứng. Do đó hệ 1 nhịp l
hệ có độ cứng lớn nhất so với hệ 3 nhịp v nhiều nhịp. Ngoi ra hệ ny tỏ ra hợp lý để
vợt sông không sâu lắm hoặc qua các thung lũng m điều kiện địa chất, địa hình không
thuận lợi cho viẹc xây dựng trụ.
b/Cầu treo 3 nhịp:

Trong những trờng hợp cần vợt qua các sông lớn, bãi sông rộng, chiều cao tĩnh
không thông thuyền lớn, hệ cầu dẫn rất di thì cần nghiên cứu hệ cầu treo 3 nhịp để vừa
cho phép cầu di vừa tận dụng khả năng lm việc của hệ cáp neo. Để cân bằng lực căng
trong dây, các diểm tựa của dây trên đỉnh tháp đợc đảm bảo chuyển vị tự do theo
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 68 -
phơng dọc cầu. Dầm cứng có thể l loại dầm có sờn đặc hoặc dn. Về mặt tĩnh học có
thể có sơ đồ dầm đơn giản hoặc dầm liên tục.

Hình 3.20: Sơ đồ cầu treo 3 nhịp

Chiều di nhịp biên có thể lấy tới 1/2 nhịp chính, tuy nhiên có thể nhỏ hơn tùy
thuộc vo tình hình phân bố nhịp cụ thể trên sông. Khi chiều di nhịp biên nhỏ hơn 1/4
nhịp chính v dầm cứng nhịp biên đủ khả năng chịu lực độc lập thì có thể không bố trí
dây treo đứng.
1.4.1.2-Cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang:

Trong trờng hợp ny dầm cứng sẽ chịu hon ton lực đẩy ngang thay cho mố
neo. Khi đó hệ trở thnh cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang v mở ra triển vọng
áp dụng dầm cứng bằng bêtông cốt thép trong cầu treo. Loại ny thờng áp dụng với sơ
đồ 3 nhịp với nhịp biên có v không có dây treo, tuy nhiên cũng có thể áp dụng cho cầu
nhiều nhịp.
Loại ny có u điểm l không cần xây dựng mố neo, đặc biệt trong trờng hợp
địa chất không thuận lợi cho việc xây dựng mố thì giải pháp neo dây vo đầu dầm cứng
cng tỏ tính u việt; giảm đáng kể ảnh hởng của sự thay đổi nhiệt độ đến sự lm việc
của hệ; có lợi thế khi sử dụng dầm cứng bêtông cốt thép vì lợi dụng lực nén dọc do dây
cáp truyền vo. Lực nén ny có thể điều chỉnh đợc bằng cách thay đổi mũi tên võng
của dây cáp v có thể áp dụng nhịp đến 500m. Tuy nhiên, nhợc điểm của nó l vì dầm
cứng phải đợc lắp ráp trớc để neo dây nên khi thi công cần có gin giáo, trụ tạm hoặc
dây neo tạm; do phải chịu thêm lực dọc nên dầm cứng phải đủ lớn, lm tăng lợng vật
liệu sử dụng đôi khi dẫn đến sự kém hiệu quả kinh tế cho cả phơng án cầu; khi hoạt tải
tác động thì độ võng của dầm cứng v dây cáp sẽ tăng thêm do tác động của lực nén
truyền vo dầm. Do những nhợc điểm ny m cầu treo dầm cứng không có lực đẩy
ngang ít đợc sử dụng trong thực tế.
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 69 -

V
H

H
V
V
H
V
H

Hình 3.22: Sơ đồ cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang

1.4.1.3-Cầu treo nhiều nhịp:


a)
b)
c)
d)

Hình 3.22: Sơ đồ cầu treo nhiều nhịp
a. Cầu treo nhiều nhịp v sơ đồ biến dạng
b. Cầu treo nhiều nhịp có tháp cứng
c. Cầu treo nhiều nhịp có trụ neo trung gian
d. Cầu treo nhiều nhịp có dây neo phụ

Trong cầu treo nhiều nhịp, dây cáp đợc bố trí liên tục qua tất cả các nhịp hoặc
qua 1 số nhịp v neo vo mố ở 2 đầu. Các nhịp chính trong sơ đồ cầu nhiều nhịp có thể
bố trí nh nhau để đảm bảo mỹ quan v sự chịu lực đồng đều của hệ dây, tuy nhiên để
tăng cờng độ cứng có thể bố trí các nhịp khác nhau. Dầm cứng nên sử dụng dầm đơn
giản với các lý do phân tích ở trên. Nhợc điểm của cầu treo nhiều nhịp l khi chất tải
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 70 -

lên 1 trong các nhịp thì độ võng đó rất lớn do ảnh hởng của biến dạng trong tất cả các
nhịp khác.
Để nâng cao độ cứng của cầu treo nhiều nhịp có thể có các biện pháp sau:
Xây dựng 1 số tháp cứng theo phơng dọc cầu v trên đỉnh tháp ny dây cáp
đợc neo cố định (hình 3.22b). Tháp cứng l biện pháp tốt nhất để tăng cờng
độ cứng chung v khả năng lm việc của hệ. Tuy nhiên cấu tạo tháp cứng phức
tạp, có giá thnh cao hơn nhiều so với mố neo.
Chia hệ nhiều nhịp thnh các hệ ba nhịp riêng biệt bằng cách cấu tạo các trụ neo
trung gian (hình 3.22c).
Liên kết các tháp bằng dây neo phụ, trong đó dây cáp chủ v dây neo phụ đợc
liên kết cố định trên các đỉnh tháp (hình 3.22d). Khi hoạt tải đứng trên 1 nhịp bất
kỳ thì dây neo phụ truyền 1 phần đáng kể lực ngang vo các mố neo 2 bên bờ,
phần lực ngang còn lại sẽ đợc dây cáp chủ truyền vo mố neo. Dây neo phụ
đợc căng trớc sao cho dạng của nó xem nh thẳng, khi chịu lực trong dây chỉ
xuất hiện biến dạng đn hồi. Dây neo phụ lm giảm chuyển vị ngang đỉnh tháp
v tăng độ cứng chung tòan cầu.
Chính vì sự phức tạp v tính kinh tế không cao nên trong thực tế sơ đồ cầu treo nhiều
nhịp ít đợc sử dụng.
Một số hình ảnh cầu thực tế về cầu treo:


Hình 3.23: Cầu treo dây võng Brooklyn (Mỹ)


Hình 3.24: Cầu treo dây võng Golden Gate (Mỹ) có nhịp chính 1280m
rất nổi tiếng trên thế giới hon thnh 1937