Giáo trình giới thiệu đặc điểm chung về kết cấu của cầu kim loại p2 pot

Gi¸o tr×nh:ThiÕt kÕ cÇu thÐp Biªn so¹n: Ngun V¨n Mü
Ch−¬ng I: Giíi thiƯu chung - 6 -
ë BØ x©y dùng cÇu dμn nhiỊu thanh xiªn nh−ng kh«ng cã thanh ®øng kiĨu Warren. CÇu
dμn nhiỊu thanh xiªn ®iĨn h×nh ®−ỵc x©y dùng n¨m 1853-1857 qua s«ng Luga (Nga).
Nh−ỵc ®iĨm cđa dμn nhiỊu thanh xiªn lμ cÊu t¹o phøc t¹p vμ rÊt khã ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c
sù lμm viƯc c¸c thanh. Do ®ã nã ®−ỵc nghiªn cøu vμ ph¸t triĨn theo h−íng ®¬n gi¶n ho¸
hƯ thanh b»ng c¸c nót dμn.
Nh÷ng n¨m 50 cđa thÕ kû 19, dμn rçng phỉ biÕn lo¹i dïng liªn kÕt chèt. Nh−ỵc
®iĨm lo¹i nμy lμ tá ra bÊt lỵi khi chÞu lùc xung kÝch, vâng vμ rung l¾c nhiỊu cho ®Õn
ci thÕ kû 19 míi chun sang lo¹i liªn kÕt tiÕn bé h¬n lμ ®inh t¸n.
Ci thÕ kû 19, nhiỊu nhμ khoa häc t×m tßi s¬ ®å, kÕt cÊu dμn hỵp lý h¬n nh− dμn
cã biªn d¹ng hyperbole, parabole vμ nhiỊu d¹ng biªn cong kh¸c. Ngoμi ra, ng−êi ta
còng nghiªn cøu s¬ ®å dμn míi cμng gÇn ®óng víi s¬ ®å tÝnh to¸n lμ khíp, gi¶i qut
øng st phơ ph¸t sinh do ®é cøng cđa nót dμn vμ nhiỊu vÊn ®Ị kh¸c.

G
i
a
øn

W
a
r
r
e
n
Giàn kép Warren
Giàn Howe
Giàn biên cương
Giàn balti more
Giàn phân nhỏ

Giàn chữ K

H×nh 1-7: Sù ph¸t triĨn cđa c¸c s¬ ®å dμn thÐp

Ci thÕ kû 19 vμ ®Çu thÕ kû 20 lμ thêi kú khoa häc kü tht thÕ giíi ph¸t triĨn
m¹nh mÏ, do ®ã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn ngμnh x©y dùng cÇu. CÇu thÐp tr−íc ®©y
th−êng lμm cÇu dÇm liªn tơc, lo¹i nμy cã chØ tiªu kinh tÕ kü tht tèt nh−ng g©y øng
st phơ khi gèi lón kh«ng ®Ịu, biÕn d¹ng do nhiƯt ®é lín; ®ång thêi lý thut tÝnh to¸n
vμ c«ng nghƯ thi c«ng mãng trong ®Þa chÊt phøc t¹p ch−a hoμn chØnh nªn cã thêi kú
Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng I: Giới thiệu chung - 7 -
ngời ta a chuộng các hệ tĩnh định bằng cách thêm liên khớp để tạo thnh hệ dầm
hẫng. ý tởng ny nảy sinh trong quá trình nghiên cứu thí nghiệm dầm hộp kín ở cầu
Britinia. Vo những năm cuối thế kỷ 19, đã xây dựng hng loạt cầu dn hẫng có nhịp
100-200m nh cầu qua sông Đơnhiép ở Smolenco, cầu qua sông Danube nhịp 175m xây
dựng năm 1897. Năm 1890 đã xây dựng xong chiếc cầu dn hẫng Firth of Forth (Hình
1-8) lớn nhất thế giới lức bấy giờ qua vịnh Forth ở Scotland có nhịp đến 521m.

Hình 1-8: Cầu qua vịnh Forth ở Scotland

Sang nửa đầu thế kỷ 20 với nhịp độ phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật v
công nghiệp, ngnh xây dựng cầu cũng đạt nhiều thnh tích rực rỡ về chiều di nhịp
cũng nh về phơng pháp thi công mố trụ. Năm 1917 đã xây dựng xong cầu dn nhịp
hẫng lớn nhất thế giới 549m sau 2 lần thất bại l cầu Quebec (Canada).

Hình 1-9a: Cầu dn hẫng Quebec ở Canada có nhịp lớn nhất thế giới 549m

Hình 1-9b: Cầu dn hẫng Quebec khi bị sụp đỗ do lắp ráp
Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng I: Giới thiệu chung - 8 -

Cầu vòm kim loại trớc đây lm bằng gang, đến năm 1890 bắt đầu thay bằng thép
v đợc ứng dụng rộng rãi ở Đức, Nga, Mỹ, Thuỵ Điển, Chiếc cầu vòm thép Eads 3
nhịp 153+159+153m qua sông Mississipi năm 1868-1874, cầu có 2 ln xe lửa chạy trên
v dới (Hình 1-10).

Hình 1-10: Cầu Eads

Sang đầu thế kỷ 20 đã sử dụng cầu vòm có đờng tên thoải, đồng thời đã sử dụng
cầu vòm có đờng tên rât thoải; cũng nh sử dụng hệ vòm có thanh kéo biến mố trụ cầu
vòm lm việc nh mố trụ cầu dầm. Chiếc cầu vòm thoải nhịp lớn trên đờng sắt thời bấy
giờ l cầu qua sông Moscow năm 1874.

Hình 1-11: Cầu vòm đờng sắt qua sông Moscow

Một trong những cầu vòm nổi tiếng trên thế giới l cầu Sydney ở Australia (Hình
1-12) xây dựng năm 1924-1932, có nhịp chính 503m, có bề rộng đến 48.8m cho 2 ln
xe lửa, 8 ln xe ôtô, 1 ln xe đạp v 1 lề ngời đi bộ.

Hình 1-12: Cầu Sydney Harbor nhịp chính 503m, đỉnh vòm cách mặt nớc 137m

Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng I: Giới thiệu chung - 9 -
Mặc dù đã đạt đợc các thnh công rực rỡ trong việc áp dụng các vật liệu mới từ
sắt đến thép, vẫn có khá nhiều tai nạn sập cầu ở cả châu Âu v Mỹ. Tại nạn đầu tiên l
cầu dn Ashtabula ở Ohio (Mỹ) bị sập năm 1876 trong 1 đêm có tuyết lm cho hơn 80
ngời thiệt mạng v 11 toa xe lửa rơi xuống sông.

Hình 1-13: Hình ảnh cầu Ashtabula bị sập

Thập kỷ sau vụ sập cầu Ashtabula, khoảng 200 cầu khác ở Mỹ bị sập. Cầu ôtô
cũng sập nhiều nh cầu đờng sắt. Nhiều cầu ở châu Âu cũng bị sập vo thế kỷ 19 nh
cầu Tay (Scotland) sập năm 1878,
Song song với cầu dầm v vòm, cầu treo cũng tiếp tục đợc phát triển mạnh mẽ.
ở Mỹ có nhiều sông rộng v sâu nên buộc phải lm nhiều cầu treo có nhịp rất lớn. Năm
1885 đã xây dựng xong cầu Brooklyn nhịp 786m, năm 1937 cầu Golden Gate nhịp
1280m, năm 1956 cầu Verrzano nhịp 1298.5m


Hình 1-14: Cầu Brooklyn xây dựng năm 1885, nhịp chính 786m
Giáo trình:Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng I: Giới thiệu chung - 10 -


Hình 1-15: Cầu Golden Gate nhịp chính 1280m từng giữ kỷ lục thế giới


Hình 1-16: Cầu Verrzano nhịp chính 1298.5m

Để đạt những thnh tựu trên, nớc Mỹ phải trải qua nhiều thất bại. Tai nạn lớn
nhất về cầu treo xảy ra ở cầu Tacoma nhịp 855m, bị phá huỷ do bão.

Hình 1-17: Cầu Tacoma bị phá huỷ do bão

Các tai nạn cầu treo cuối thế kỷ 19 ảnh hởng đến sự phát triển cầu treo ở châu
Âu. Đầu thế kỷ 20, Pháp đi theo hớng tìm hệ dn dây trong đó các thanh chỉ chịu kéo
v lm việc theo sơ đồ không biến dạng hình học. Đứng đầu trờng phái ny l Gisclar.
Năm 1938, GS ngời Đức Dischinger đã thử thiết kế 1 cầu treo cho đờng sắt đôi qua

sông Elbe nhịp 750m, ông đa các dây cáp căng xiên vo cầu treo để tăng cờng độ