Giáo trình thiết kế cầu thép 4 docx

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
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 71 -

Hình 3.25: Cầu treo dây võng Akashi Kaiyo có nhịp chính 1991m
lớn nhất thế giới hon thnh 1998

1.4.2-Hệ cầu treo dầm cứng dây văng:


7470
20
A
A
18260
7470
175
900
175
1430
310
A-A

Hình 3.26: Cầu Stormsund (Thụy Điển) l cầu dây văng đầu tiên (1955)

Cầu dây văng phát triển sau đại chiến thế giới lần 2, lần đầu tiên xuất hiện ở
Thụy Điển theo ý tởng Giáo s Dischinger, ngời Đức. Đó l cầu liên hợp gồm dầm
cứng lm việc chịu uốn chủ yếu v các dây treo gọi l các dây văng, các dây ny xuất
phát từ đỉnh tháp tỏa ra treo dầm ở 1 số điểm tạo thnh các gối đn hồi của dầm cứng.
Loại ny có u điểm l các dây văng chỉ chịu kéo nên thờng lm bằng cáp
cờng độ cao v do dây văng lm việc nh gối đn hồi của dầm liên tục nên giảm đợc
mômen trong dầm cứng đi rất nhiều. Các dây văng còn cho phép điều chỉnh trạng thái
ứng suất, biến dạng của hệ trong quá trình lắp ráp v khi cần thiết có thể cả ở giai đoạn
khai thác. Về mặt xây dựng, cầu dây văng cho phép lắp ráp theo phơng pháp lắp hẫng

không cần gin giáo. Do đó hệ ny có đặc trng kinh tế kỹ thuật rất tốt v đợc sử dụng
rộng rãi trong cầu ôtô v cầu thnh phố nhịp lớn. Ngoi ra so với cầu treo dạng parabole
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 72 -
có dầm cứng, cầu dây văng có độ cứng lớn hơn vì không có biến dạng hình học của dây,
kích thớc dầm cứng yêu cầu nhỏ hơn. Vì vậy trong phạm vi nhịp khoảng 600m thì cầu
dây văng kinh tế hơn cầu treo dạng parabole, còn khi nhịp lớn hơn dây văng sẽ quá di
gây ra võng do trọng lợng bản thân của nó nên lm giảm độ cứng của hệ, do đó không
còn giữ đợc các u điểm đặc biệt của nó so với cầu treo thông thờng. Tuy nhiên,
nhợc điểm của nó l có độ cứng nhỏ hơn các hệ dầm, vòm, khung. Mặc dù hệ không
biến dạng hình học, song dới tác dụng của hoạt tải dây văng vẫn có độ dãn di khá lớn.
Điều ny chủ yếu l do sử dụng ứng suất lớn trong dây văng v chiều di dây khá di.
Ngoi ra độ cứng giảm 1 phần do thực tế dây văng bị võng dới tác dụng của tải trọng
bản thân, khi chịu hoạt tải dây bị duỗi thẳng sẽ lm tăng thêm độ võng cho cầu. Điều
ny hạn chế dùng trong cầu đờng sắt.
Một đặc điểm qua trọng nữa của cầu dây văng l tính đa dạng. Nó thể hiện trong
phạm vi chiều di nhịp, số lợng nhịp, số lợng v sơ đồ bố trí dây văng, số mặt phẳng
dây trên mặt cắt ngang v sơ đồ bố trí dây trên đỉnh tháp.



Dạng 1: Các dây văng đồng quy


Dạng 2: Các dây văng song song



Dạng 3: Các dây văng hình nhi quạt
Hình 3.27: Sơ đồ bố trí dây văng

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 73 -



Cầu có 2 mặt phẳng dây Cầu có 1 mặt phẳng dây
Hình 3.28: Mặt phẳng dây văng

59
4.6
63
306
54

Hình 3.29: Tháp cầu dây văng có thể dạng xiên

Một số cầu dây văng nổi tiếng:


Hình 3.30: Cầu dây văng Tatara (Nhật Bản) có nhịp chính 890m lớn nhất thế giới
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 74 -


Hình 3.31: Cầu Skyway 1 mặt phẳng dây


Hình 3.32: Cầu dây văng Alamillo (Tây Ban Nha), 1992

Ngoi ra hệ liên hợp còn có thể l dầm cứng+vòm dẻo, vòm dn có thanh căng,

dầm liên tục có tăng cờng thanh biên mềm, dầm khung, dn dây,

Đ3.2 các bộ phận chính của cầu thép

Bộ phận chính của cầu thép tơng tự nh cầu bêtông. Ta có thể phân ra nh sau:
2.1-Dầm chủ, dn chủ v vòm:

Đây l bộ phận chịu lực chính của cầu.
Cầu dầm:
Số lợng dầm chủ phụ thuộc vo chiều rộng cầu v cấu tạo của hệ mặt cầu.
Đối với cầu ôtô khổ 7 v 8m, đờng ngời đi bề rộng 0.75 - 1.5m nên chọn 4 - 6
dầm chủ khoảng cách từ 1.4m - 2.1m (3m).
Đối với cầu xe lửa 1 ln thờng bố trí 2 dầm chủ đặt cách nhau 1.9 - 2.1m với
đờng ray v t vẹt đặt trực tiếp trên dầm chủ hoặc thông qua máng đá dăm.

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 75 -
1,4 - 2,1(3)(m) 1,4 - 2,1(3)(m) 1,4 - 2,1(3)(m)



1,9-2,2
1,435

Hình 3.33: Tiết diện ngang của cầu dầm thép

Cầu dn:
Hệ liên kết dọc trên

Sơ đồ dn chủ

Hệ liên kết dọc duới

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 76 -
1000 1000
950
4
X
3600=6400
950
8300
7000
250250
12 34 5

Hình 3.34: Sơ đồ cầu dn thép

Cầu có đờng xe chạy dới bố trí 2 dn chủ với khoảng cách giữa chúng lớn hơn
khổ đờng xe chạy 1.0 -1.5m để đủ bố trí phần đá vỉa v bề rộng các thanh dn.
Cầu đờng xe chạy trên có thể bố trí 2 dn chủ cách nhau 5 - 7m hoặc nhiều dn
chủ 2.5 - 4m.
2.2-Hệ dầm mặt cầu:

Nó có vai trò l đỡ hệ mặt cầu, truyền lực từ mặt cầu xuống dầm chủ hoặc dn
chủ đồng thời đảm bảo cho kết cấu lm việc đúng sơ đồ tính (ví dụ dn thì lực chỉ tác
dụng vo nút).
Hệ dầm mặt cầu có thể có đầy đủ gồm dầm dọc v dầm ngang nhng cũng có thể
chỉ có dầm ngang. Với cầu dầm có khi ngời ta không lm hệ dầm mặt cầu m đặt trực
tiếp bản mặt cầu lên hệ dầm chủ.
2.3-Phần mặt cầu:

L phần trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng bánh xe. Nó có thể bằng thép,
bêtông cốt thép hoặc gỗ. Có những trờng hợp nó có tác dụng liên kết v lm tăng sự
lm việc không gian của hệ dầm chủ hay dầm mặt cầu,
2.4-Phần lan can, bộ hnh:

Nhiệm vụ của nó cũng tơng tự nh cầu bêtông cốt thép. Nó có thể lm bằng gỗ,
thép hay bêtông cốt thép.
2.5-Hệ liên kết dọc:

Thực chất nó l 1 dn liên kết 2 dn chủ hoặc dầm chủ theo chiều dọc cầu. Tác
dụng của nó để chịu tải trọng ngang (lực gió). Thông thờng ngời ta lm hệ liên kết
dọc trên v liên kết dọc dới.
2.6-Hệ liên kết ngang:

Nó có tác dụng liên kết các dầm chủ, dn chủ lại tạo thnh hệ không gian để lm
tăng độ cứng v chống biến dạng kết cấu theo phơng ngang.
2.7-Gối cầu:

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 77 -
Mục đích đỡ kết cấu nhịp v truyền áp lực từ kết cấu nhịp xuống mố trụ. Gối cầu
phải đảm bảo cho cầu chịu tác dụng lực đúng sơ đồ tính toán v đảm bảo cho kết cấu
nhịp biến dạng, co dãn do tác dụng của nhiệt độ.

Đ3.3 cấu tạo mặt cầu

Yêu cầu chung của mặt cầu l độ bền cao, bằng phẳng v đủ độ nhám để xe chạy
êm thuận v có lực dính bám tốt v trọng lợng nhẹ, cấu tạo v thi công đơn giản.
3.1-Mặt cầu gỗ:

u điểm l nhẹ, cấu tạo thi công đơn giản, trọng lợng từ 150ữ180kg/m
2
v dễ
thay thế sửa chữa. Tuy nhiên nhợc điểm l chóng mục, hao mòn, mau hỏng v lực
dính bám kém, dễ cháy nên thờng dùng cho cầu tạm, bán vĩnh cửu v cầu nhỏ địa
phơng.
3.1.1-Mặt cầu ván gỗ:


ván trên
ván duới
Dam chuỷ
goó ngang


daứn chuỷ

Hình 3.35: Cấu tạo mặt cầu gỗ

Mặt cầu thờng lm 2 lớp ván:
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 78 -
Lớp ván trên gọi l lớp chống mòn coi nh không chịu lực, dy 5ữ6cm. Có 2
cách đặt:
Đặt dọc: có u điểm l khi h hỏng những tấm dới vệt bánh xe thì chỉ cần
sửa chữa cục bộ nhng có nhợc điểm l lực dính bám kém, dễ hỏng.
Đặt ngang: lực dính bám tốt hơn nhng khi bị h hỏng thì thay ton bộ.
Lớp ván dới: l lớp chịu lực, chiều dy tính toán từ 6ữ8cm đợc đặt cách nhau
từ 2ữ3cm cho thoáng khí v thoát nớc.

Mặt cầu trên có cấu tạo, thi công đơn giản v rẻ. Nếu phòng mục tốt thì sử dụng 5ữ8
năm, còn không thì không đến 2 năm.
3.1.2-Mặt cầu gỗ phủ lớp bêtông asphalt:


i=0.015
4-6 cm
goó 14x6
goó 16x6

Hình 3.36: Cấu tạo mặt cầu gỗ có phủ lớp bêtông asphalt

Gỗ ván đóng thnh từng phiến, bên trên phủ lớp bêtông nhựa dy 4ữ6cm. Loại
ny có u điểm thoát nớc tốt, bảo vệ gỗ v có độ dính bám tốt nên tuổi thọ cao hơn
loại trên.
Mặt cầu loại ny nặng 250ữ300kg/m
2
. Loại ny trớc kia ngời ta dùng cho cầu
thnh phố.
3.2-Mặt cầu bằng bêtông:

Trong các cầu hiện đại đờng ôtô v đờng thnh phố, ngời ta dùng bản BTCT
lm mặt cầu. Trên bản mặt cầu ta cũng lm các lớp mặt đờng nh cầu bêtông. Nó có
u điểm tuổi thọ cao, chất lợng tốt nhng có trọng lợng nặng từ 600ữ800kg/m
2
. Nó
đợc lm dới 2 dạng: đổ tại chỗ v lắp ghép.
Loại lắp ghép có u điểm l có thể chế tạo trớc nên thi công nhanh, đảm bảo
chất lợng, không cần gin giáo v ván khuôn quay vòng nhiều. Tuy nhiên nó
lm việc không gian của bản kém, mối nối nhiều, thi công phức tạp. Mặt khác

phải có phơng tiện vận chuyển, cẩu lắp nhất l ở những nơi xa v đờng vận
chuyển xấu.
Loại đổ tại chỗ có u điểm: tính ton khối của bản tốt. Nếu liên hợp với dầm thì
tăng cờng chịu lực của dầm thép, không phải vận chuyển. Nhợc điểm l phải
lm gin giáo, thi công lâu hơn v tốn kém ván khuôn.
Việc chọn loại no cần dựa trên cơ sở kinh tế, kỹ thuật đồng thời căn cứ vo tốc độ thi
công, điều kiện thi công.
3.2.1-Cấu tạo bản mặt cầu đổ tại chỗ:

Gi¸o tr×nh: ThiÕt kÕ cÇu thÐp Biªn so¹n: Ngun V¨n Mü
Ch−¬ng III: CÊu t¹o chung cđa cÇu thÐp - 79 -
B¶n kª trùc tiÕp lªn dÇm chđ hc dÇm mỈt cÇu. Tïy theo b¶n chØ kª lªn dÇm däc
hc c¶ dÇm däc vμ dÇm ngang mμ b¶n lμm viƯc theo b¶n kª 2 c¹nh hc 4 c¹nh. T¹i vÞ
trÝ kª cđa b¶n ph¶i ®−ỵc lμm vót.
bản BTCT
neo
dầm chủ
d<=3 m

H×nh 3.37: CÊu t¹o mỈt cÇu bªt«ng

Khi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c dÇm chđ lín h¬n 3m th−êng thªm dÇm ngang. Khi ®ã
b¶n võa kª lªn dμm chđ võa kª lªn dÇm ngang
dầm chủ
dầm ngang
bản BTCT

H×nh 3.38: CÊu t¹o mỈt cÇu bªt«ng khi d>3m

3.2.2-CÊu t¹o b¶n mỈt cÇu l¾p ghÐp:

Lo¹i ®¬n gi¶n nhÊt lμ nh÷ng khèi h×nh ch÷ nhËt kª lªn dÇm däc cđa hƯ mỈt cÇu.
Lo¹i nμy ®¬n gi¶n, träng l−ỵng nhĐ nh−ng mèi nèi nhiỊu.
dầm dọc
các tấm BTCT
dầm ngang

H×nh 3.39: CÊu t¹o mỈt cÇu l¾p ghÐp

Lo¹i b¶n mót thõa:
Gi¸o tr×nh: ThiÕt kÕ cÇu thÐp Biªn so¹n: Ngun V¨n Mü
Ch−¬ng III: CÊu t¹o chung cđa cÇu thÐp - 80 -
mối nối
dầm dọc phụ
neo

H×nh 3.40: CÊu t¹o mỈt cÇu l¾p ghÐp lo¹i mót thõa
Lo¹i b¶n ch÷ ∏: lo¹i nμy ¸p dơng khi kho¶ng c¸ch dÇm thÐp lín.
bản chữ
Π
mối nối
dầm ngang

H×nh 3.41: CÊu t¹o mỈt cÇu l¾p ghÐp lo¹i b¶n ch÷ ∏

§èi víi kÕt cÊu l¾p ghÐp ph¶i gi¶i qut tèt mèi nèi, vÞ trÝ mèi nèi ph¶i ®¶m b¶o
®óng vÞ trÝ cđa dÇm thÐp. B¶n bªt«ng liªn kÕt víi dÇm thÐp ph¶i khÝt. §Ĩ ®¶m b¶o ®iỊu
®ã tr−íc khi ®Ỉt b¶n ph¶i ®ỉ 1 líp v÷a lãt xim¨ng. §èi víi b¶n liªn hỵp víi dÇm chđ
ph¶i bè trÝ neo liªn kÕt theo tÝnh to¸n.
Mét sè h×nh thøc nèi vμ liªn kÕt:

vữa
B
B
lò xo thép

¸p dơng khi B lín ¸p dơng khi B nhá
hốc để đổ BT và cốt
thép chờ hàn
bản BTCT lắp ghép
liên kết bu lông
rồi đổ BT
bu lông

H×nh 3.42: Mét sè h×nh thøc nèi vμ liªn kÕt

Ngoμi ra cßn cã mỈt cÇu Robinson:
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 81 -
baỷn theựp daứy 5-10cm
theựp taỏm


Hình 3.43: Cấu tạo mặt cầu Robinson

3.3-Mặt cầu kim loại:

Mặt cầu kim loại có u điểm l nhẹ hơn so với mặt cầu bêtông đồng thời có thể
tận dụng bản thép mặt cầu cùng tham gia chịu lực với dầm chủ. Kết cấu nhịp có mặt cầu
kim loại thờng cấu tạo dới hình thức tiết diện hình hộp kín hoặc các dầm I nhng ít
dùng.

Hình 3.44: Tiết diện ngang có bản trực giao

Gi¸o tr×nh: ThiÕt kÕ cÇu thÐp Biªn so¹n: Ngun V¨n Mü
Ch−¬ng III: CÊu t¹o chung cđa cÇu thÐp - 82 -
CÊu t¹o mỈt cÇu kim lo¹i bao gåm tÊm thÐp n»m ngang ch¹y st chiỊu réng cÇu,
phÝa d−íi tÊm thÐp nμy ®−ỵc hμn t¨ng c−êng c¸c s−ên däc, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c s−ên
däc 25-30cm cã c¸c mỈt c¾t ngang lμ thÐp d¶i cã hc kh«ng cã gia c−êng biªn d−íi
hc lμ mỈt c¾t kÝn (mỈt c¾t kÝn cã −u ®iĨm Ýt tèn ®−êng hμn h¬n, ỉn ®Þnh vμ chÞu xo¾n
tèt h¬n. C¸c s−ên däc trun lùc lªn c¸c s−ên ngang kho¶ng c¸ch 2-4m. Nh− vËy mỈt
cÇu kim lo¹i gåm tÊm thÐp n»m ngang víi c¸c s−ên däc vμ s−ên ngang cïng trong mỈt
ph¼ng, cã ®é cøng kh¸c nhau theo 2 h−íng t−¬ng hç th¼ng gãc víi nhau nªn ®−ỵc gäi lμ
b¶n trùc h−íng.
Nhê b¶n trùc giao nμy nèi liỊn c¸c dÇm chđ l¹i víi nhau do ®ã kh«ng cÇn ph¶i
cÊu t¹o hƯ thèng liªn kÕt däc trªn. Lo¹i kÕt cÊu nhÞp cã b¶n trùc giao rÊt kinh tÕ vỊ
ph−¬ng diƯn sư dơng vËt liƯu.
CÇn chó ý r»ng c¸c s−ên däc thc thμnh phÇn tiÕt diƯn tÝnh to¸n vμ tham gia
chÞu lùc cïng víi kÕt cÊu nhÞp, v× thÕ ph¶i ®¶m b¶o chóng cã kh¶ n¨ng chÞu ®−ỵc øng
st ph¸p. Nh− vËy t¹i nh÷ng chç giao nhau víi c¸c s−ên ngang, c¸c s−ên däc ph¶i ®−ỵc
cÊu t¹o liªn tơc, cßn s−ên ngang ph¶i ®−ỵc kht lç ®Ĩ s−ên däc ®i qua. Lç kht nªn cã
h×nh d¹ng l−
ỵn cong, ®Ỉc biƯt t¹i c¸c gãc ®Ĩ tr¸nh øng st tËp trung. Tuy nhiªn trong
nhiỊu tr−êng hỵp ®Ĩ ®¬n gi¶n cho c«ng viƯc chÕ t¹o, ng−êi ta còng gi¶i qut hμn ®Ýnh
®Çu c¸c s−ên däc vμo s−ên ngang. HiƯn nay ng−êi ta cã xu h−íng bá s−ên ngang v× thi
c«ng khã kh¨n. Khi thi c«ng ng−êi ta chÕ t¹o thμnh tõng khèi cã kÝch th−íc phï thc
vμo träng l−ỵng cÈu l¾p vμ vËn chun.
B¶n thÐp lμm mỈt cÇu th−êng cã chiỊu dμy δ = 10÷12mm, chiỊu cao s−ên lÊy tõ

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
÷
10
1
8
1
nhÞp cđa nã.
MỈt trªn b¶n trùc h−íng phđ 1 líp ¸o ®−êng b»ng bªt«ng asphalt hay 1 líp chÊt
dỴo ®Ĩ t¨ng ®é b¸m. Líp phđ cè g¾ng lμm sao cho máng nhÊt:
• NÕu dïng bªt«ng asphalt δ = 5÷6cm, lo¹i nμy träng l−ỵng 300÷350 kg/m
2
. Ta cã
thĨ hμn cèt thÐp φ5÷6 vμo b¶n thÐp ®Ĩ t¨ng lùc dÝnh cđa bªt«ng vμo b¶n mỈt cÇu,
®ång thêi ®Ĩ cho bªt«ng nhùa khái bÞ dån x« khi cã lùc tr−ỵt. Cèt thÐp cã thĨ hμn
thμnh l−íi hc l−ỵn sãng. §Ĩ chèng gØ, tr−íc khi tr¶i líp bªt«ng nhùa cÇn qt 1
líp nhùa máng dμy kho¶ng 1cm hc tr¸ng 1 líp kÏm hc ch×.
cốt thép
bản thép
Dạng lưới
5-6cm
Dạng sóng

H×nh 3.45: CÊu t¹o líp phđ mỈt cÇu

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 83 -
Nếu dùng lớp phủ chất dẻo thì thờng dùng keo ebôsi v 1 số chất phụ gia khác
nh cao su. Lớp ny có chiều dy khoảng 1ữ2cm v trọng lợng 200ữ250 kg/m
2
.
Ngoi ra 1 số nớc dùng mặt cầu rỗng. Nó có u điểm l nhẹ, thoáng, không
phải quét tuyết, có độ bám tốt, thoát nớc nhanh. Loại ny có trọng lợng 130ữ150
kg/m
2
, tuy nhiên ngy nay ít dùng.

Hình 3.46: Cấu tạo mặt cầu rỗng

Đ3.4 hệ thống dầm mặt cầu

4.1-Các dạng chính của hệ dầm mặt cầu:

4.1.1-Nguyên lý chung:

Hệ thống dầm mặt cầu có nhiệm vụ đỡ hệ mặt cầu v các tải trọng trên nó, rồi
truyền các tải trọng đó xuống dầm chủ hoặc dn chủ. Nó gồm các bộ phận sau đây:
Dầm chủ, dn chủ:
Khi khoảng cách giữa các dầm chủ nhỏ, ta có thể đặt trực tiếp lên dầm chủ hoặc
trong cầu đờng sắt t vẹt đợc đặt trực tiếp lên dầm chủ. Khi đó không lm hệ
mặt cầu.
1,4 - 2,1(3)(m) 1,4 - 2,1(3)(m) 1,4 - 2,1(3)(m)


1,9-2,2
1,435

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 84 -
Hình 3.47: Cấu tạo hệ dầm mặt cầu đơn giản

Khi khoảng cách giữa các dầm chủ lớn d 2.5ữ3m (đối với cầu ôtô) v 2m
(đối với cầu đờng sắt) m nếu đặt trực tiếp bản mặt cầu lên dầm chủ thì chiều
dy bản lớn v sẽ không kinh tế. Do đó thờng lm hệ thống dầm mặt cầu. Hệ
dầm mặt cầu có thể có cả dầm dọc v dầm ngang hoặc chỉ có dầm ngang, riêng
cầu đờng sắt phải có cả dầm dọc v dầm ngang.
1
2
3
4


3
2
1
4

Hình 3.48: Cấu tạo hệ dầm mặt cầu có dầm ngang, dầm dọc phụ
1.Dầm chủ 2.Bản BTCT 3.Dầm dọc phụ 4.Hệ liên kết ngang

Dầm ngang:
Dầm ngang bố trí sao cho khối lợng thép của hệ dầm mặt cầu v bản l kinh tế
nhất. Do vậy cần phải so sánh kinh tế các phơng án. Khi có 2 dầm chủ thờng
bố trí dầm ngang v 1 dầm dọc phụ để giảm nhịp bản. Khi đó bản lm việc theo
bản kiểu dầm. Khi có nhiều dầm chủ m khoảng cách các dầm chủ lớn có thể bố
trí dầm ngang. Khi đó bản chỉ kê trên dầm ngang v bản lm việc theo 2 cạnh có

nhịp tính toán song song với đờng xe chạy.
Đối với cầu dn, dầm ngang thờng bố trí vo đúng nút để truyền tải trọng vo
nút. Nếu l cầu dn có biên dới cứng thì dầm ngang có thể bố trí ngoi nút, khi
đó biên dới vừa chịu kéo vừa chịu uốn.

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 85 -
5
7
0
0
B1 B2 B3 B4
B6
HK
D?m ngang
H4
H3
H2H1
H0
11250
1680
8x8250=66000
D?m d?c
66960
5700
1900


11.0
2

Hình 3.49: Cấu tạo hệ dầm mặt cầu trong cầu dn

Trong những cầu ôtô có khoảng cách dn rất lớn, dầm ngang có thể đợc lm
dới dạng dn.

Dam ngang daùng daứn

Hình 3.50: Cấu tạo hệ dầm mặt cầu có dầm ngang dạng dn

Dầm dọc phụ:
Đợc bố trí sao cho kinh tế về bản v dầm dọc:
Đối với cầu ôtô: bản mặt cầu BTCT đặt trực tiếp lên dầm dọc thờng bố trí
với khoảng cách 1-1.5m đến 3-4m; đối với bản mặt cầu thép có sờn thì
khoảng cách dầm dọc từ 1-2.5m; đối với mặt cầu gỗ thì khoảng cách đó từ
0.8-2m.
Đối với cầu đờng sắt 1 ln xe chỉ bố trí 2 dầm dọc khoảng cách từ 1.9-
2m đặt đối xứng qua trục cầu.
Tiết diện dầm dọc v dầm ngang thờng lm tiết diện chữ I:
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 86 -
Nếu nhịp nhỏ với nội lực bé thì dùng dầm I định hình






ữ=
12

1
8
1
l
h
.
Nếu nhịp lớn có nội lực lớn thì dùng dầm I tổ hợp bulông cờng độ cao
hoặc hn






ữ=
10
1
7
1
l
h
đối với cầu ôtô v






ữ=
7

1
5
1
l
h
đối với cầu đờng
sắt.
Trong cầu dn, dầm dọc thờng lấy nhỏ hơn dầm ngang từ 35-40cm để đủ
cấu tạo đợc vai kê.
Để đảm bảo ổn định cho dầm, ngời ta chọn
s
lớn so với chiều cao h thì
không phải lm sờn tăng cờng:






ữ=
65
1
50
1
h
s

.
4.1.2-Nguyên lý tính toán nội lực dầm dọc, dầm ngang:

4.1.2.1-Dầm dọc:

Thực tế dầm dọc l dầm liên tục kê trên các gối đn hồi l các dầm ngang. Mặt
khác theo phơng đứng dầm dọc còn chịu chịu xoắn nên tính đầy đủ sẽ phức tạp. Để
đơn giản v thiên về an ton, ta coi dầm dọc l 1 dầm đơn giản kê trên các gối l các
dầm ngang nếu dầm dọc gián đoạn tại vị trí dầm ngang. Nếu dầm dọc liên tục (dầm dọc
đặt chồng trên dầm ngang) thì trớc tiên ta tính nh dầm đơn giản, sau đó nhân với hệ
số kể đến sự lm việc liên tục của dầm.
Tải trọng tác dụng gồm:
Tĩnh tải:
Trọng lợng các lớp mặt đờng, bản bêtông. Giá trị của chúng phụ thuộc
vo kết cấu mặt đờng v kích thớc của bản mặt cầu.
Trọng lợng dầm dọc, sơ bộ có thể lấy 0.1-0.12t/m.
Hoạt tải:
Hệ số phân phối ngang: vì liên kết của dầm dọc tơng đối yếu nên áp lực
lên dầm dọc đợc tính theo phơng pháp đòn bẩy.
Hệ số xung kích: lấy theo công thức đã biết nhng với chiều di đặt tải d l
khoảng cách giữa các dầm ngang.
Khi tính mỏi phải xác định S
o
tc
max
do tĩnh tải v hoạt tải (các hệ số siêu tải lấy
bằng 1) v S
o
tc
min
chỉ do tĩnh tải.

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 87 -

Hình 3.51: Sơ đồ tính toán nội lực dầm dọc

4.1.2.2-Dầm ngang:

Nói chung dầm ngang đợc liên kết bằng đinh tán hoặc bulông vo bản nút dn
chủ. Liên kết ny dễ bị xoay nên dầm ngang đợc tính theo sơ đồ dầm đơn giản có nhịp
tính toán bằng khoảng cách tim 2 dn chủ.
Cho dù bản mặt cầu có kê trực tiếp trên dầm ngang hay không, khi tính toán vẫn
xem nh tải trọng thẳng đứng truyền lên dầm ngang thông qua các dầm dọc.
Tải trọng tác dụng gồm:
Tĩnh tải:
Trọng lợng bản thân các lớp mặt đờng, bản bêtông, dầm dọc.
Khi các dầm dọc đặt tơng đối gần nhau (hoặc không có dầm dọc),
các tĩnh tải trên đợc xem phân bố đều theo chiều di dầm ngang v
có giá trị:
b
d
gg
ddt
.= với d l khoảng cách 2 dầm ngang, b l khoảng
cách giữa các dầm dọc v g
dd
l tĩnh tải phân bố trên chiều di dầm
dọc.
Khi dầm dọc đặt tha thì các tĩnh tải trên tác dụng lên dầm ngang
đợc coi l lực tập trung có giá trị:
dgP

ddt
.
=
.
Trọng lợng dầm ngang.
Hoạt tải:
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 88 -
Ta cần vẽ đờng ảnh hởng áp lực lên dầm ngang theo phơng pháp đòn
bẩy với chiều di đ.a.h l 2d.


Hình 3.52: Sơ đồ tính toán nội lực dầm ngang

Xác định áp lực A do 1 dãy bánh xe đứng trong phạm vi 2 khoang kề bên
dầm ngang đang tính bằng cách xếp xe hoặc dùng tải trọng tơng đơng:

(
)
()


td
ii
kA
yPA
+=
+=

15.0

.15.0
(3.1)
Để xác định nội lực trong dầm ngang, phải vẽ đ.a.h lực cắt tại gối v
mômen uốn tại tiết diện:
Giữa nhịp dầm ngang nếu các dầm dọc bố trí dy hoặc các dầm dọc
bố trí tha với số lợng dầm l lẻ.
ứng với vị trí dầm dọc đặt gần giữa nhịp dầm ngang nhất nếu số
lợng dầm dọc l chẵn v tha.
Nội lực trong dầm ngang sẽ có đợc bằng cách chất tải v xếp các áp lực
A nói trên theo các vị trí bất lợi của đ.a.h:



++=
ihttdngo
yAnyPgS
0

(3.2)
Trong đó:
+: diện tích đ.a.h nội lực của dầm ngang.
+y
t
, y
i
: tung độ đ.a.h ứng với vị trí đặt dầm dọc v điểm đặt lực A.
Khi tính mỏi phải xác định S
o
tc
max

do tĩnh tải v hoạt tải (các hệ số siêu tải lấy
bằng 1) v S
o
tc
min
chỉ do tĩnh tải.
Nếu cầu có dầm ngang kê lên nhiều dn chủ (thờng hay gặp trong cầu có đờng
xe chạy trên) thì nội lực trong dầm ngang phải đợc xác định theo sơ đồ dầm liên tục
trên các gối đn hồi.
4.2-Liên kết dầm dọc vo dầm ngang:

4.2.1-Liên kết tầng:

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 89 -
Liên kết tầng l dầm dọc đặt chồng lên dầm ngang, áp dụng khi chiều cao kiến
trúc của cầu không hạn chế. Trong trờng hợp ny, dầm dọc đặt ngay trên đỉnh dầm
ngang v đợc liên kết với dầm ngang bằng 1 bản tam giác hoặc có thể tán đinh hay bắt
bulông liên kết biên dới của dầm dọc vo biên trên của dầm ngang.
2
3
4
5
1
6
2
4
5
3
6

1

1. Dầm ngang 2. Dầm dọc 3. Bản tam giác 4. Thép góc liên kết dầm dọc với bản tam giác
5. Thép góc liên kết dầm ngang với bản tam giác 6.S ờn tăng cờng

Hình 3.53: Cấu tạo liên kết tầng giữa dầm dọc v dầm ngang

Theo cấu tạo trên thì dầm dọc cấu tạo liên tục. Để giảm bớt ứng suất phụ phát
sinh trong dầm do biến dạng của thanh biên dn chủ, cách liên kết ny phải đảm bảo
cho dầm dọc có khả năng di động dọc đợc v ngời ta thờng đặt đầm dọc trên 1 gối
tiếp tuyến. u điểm của cách cấu tạo ny l kết cấu đơn giản v lắp ráp dễ dng nhng
nhợc điểm l chiều cao kiến trúc lớn.
4.2.2-Liên kết đồng mức:

Liên kết đồng mức l liên kết sao cho biên trên của dầm dọc v dầm ngang đặt
ngang bằng nhau. Cách ny áp dụng phổ biến nhất vì:
Chiều cao kiến trúc nhỏ m kết cấu lại vững chắc.
Bản mặt cầu trong trờng hợp ny kê lên hệ thống dầm dọc + dầm ngang cũng
dễ dng hơn.
ở đây biên trên của dầm dọc đợc nối liền bằng bản con cá nên đảm bảo cho
dầm lm việc có tính liên tục.
4.2.2.1-Liên kết dùng bản con cá ở biên trên:

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 90 -

n
d
inh
dam ngang

dam doùc
baỷn con caự
baỷn con caự

Hình 3.54: Cấu tạo liên kết dùng bản con cá

Liên kết ny yếu không chịu đợc mômen (thực chất lên kết có mômen nhng
rất nhỏ). Bản con cá chỉ giữ cho đinh không bị rứt đầu đinh.
Số lợng đinh liên kết:
[]
d
g
Sm
Q
n
.
2
=
(3.3)
hoặc có thể tính theo diện tích
02
.
.
Rm
Q
n
g

= (3.4)
Trong đó:

+Q
g
: lực cắt ở gối của dầm dọc khi coi dầm dọc l dầm đơn giản.
+m
2
: hệ số điều kiện lm việc đợc lấy bằng 0.7
+[S]
đ
: khả năng chịu lực của 1 đinh.
+: số đinh trên 1 đơn vị diện tích đợc tra bảng xem ở chơng 2.
+R
0
: cờng độ tính toán của thép lm dầm.
Chú ý thép góc yêu cầu để bố trí đinh không < L100*100*10.
4.2.2.2-Liên kết dùng bản con cá ở biên trên v biên dới:

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 91 -

Hình 3.55: Cấu tạo liên kết dùng bản con cá ở biên trên v biên dới

Liên kết ny nhờ có bản con cá lm dầm dọc lm việc gần với dầm liên tục, liên
kết chịu mômen gối. Ton bộ mômen uốn M
g
tại gối dầm dọc do 2 bản con cá trên v
dới chịu, còn lực cắt Q
g
sẽ do thép góc liên kết ở sờn dầm chịu.
Số đinh liên kết trên thép góc ở sờn dầm:
Số đinh liên kết giữa thép góc v sờn dầm dọc:

02
2
.
.
Rm
Q
n
g

= (3.5)
Số đinh liên kết giữa thép góc v dầm ngang đợc tính:
Khi dùng bulông cờng độ cao: 2.2
23
+
=
nn (3.6)
Khi dùng đinh tán thì tính nh trên.
Tính bản con cá:
Nội lực trong bản con cá:

+
=
h
M
S
g
(3.7)
Trong đó:
+h: chiều cao của dầm dọc, cũng nh của dầm ngang.
+: chiều dy bản con cá không nhỏ hơn 10mm v thờng lấy khoảng 20mm.

Trong cầu xe lửa khi có t vẹt gỗ đặt trực tiếp lên dầm dọc thì dy không quá 20mm.
+M
g
: mômen tại gối dầm dọc, đợc lấy bằng 0.6 mômen tại giữa nhịp dầm dọc.
Kiểm tra ứng suất của bản con cá:
0
R
F
S
c
gi
=

(3.8)
Trong đó:
+F
c
gi
: diện tích giảm yếu của bản con cá.
Số lợng đinh để liên kết bản con cá vo dầm dọc:
c
gi
F
m
n .
1
.
2
1

= (3.9)
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 92 -
Trong đó:
+m
2
: hệ số điều kiện lm việc đợc lấy bằng 1.0 đối với đinh tán v 0.9 đối với
bulông cờng độ cao.
Ngoi ra còn phải tính mỏi đợc tính với mômen m các hệ số vợt tải đều lấy
bằng 1.
4.2.2.3-Liên kết dùng bản con cá v vai kê:


Trờng hợp vai kê kết tán đinh


Trờng hợp vai kê liên kết hn
Hình 3.56: Liên kết có bản con cá v vai kê

Loại liên kết ny chịu đợc mômen gối v thờng hay áp dụng cho cầu ôtô. Vai
kê có thể liên kết với dầm dọc bằng đinh hoặc hn.
a/Trờng hợp vai kê liên kết đinh:

Nội lực trong bản con cá, duyệt cờng độ tiết diện v tính toán số đinh hon ton
tơng tự nh ở trờng hợp trên. Số đinh nằm ngang liên kết giữa vai kê v dầm dọc lấy
nh đối với bản con cá.
Tính toán số đinh liên kết giữa thép góc đứng với sờn dầm dọc v vai kê:
Ta giả thiết rằng Q
g
phân phối đều cho tất cả các đinh trên thép góc liên kết với

sờn dầm dọc v vai kê. Nh vậy nếu ta gọi n l số đinh liên bố trí trên thép góc