bài giảng thiết kế cầu thép

Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


1
Chương I
MỞ ĐẦU
1.1 Nguyên lý thiết kế
Hiện nay việc tính toán thiết kế kết cấu công trình được dựa trên các trạng
thái giới hạn. Trạng thái giới hạn là trạng thái mà nếu vượt quá nó, cầu hoặc bộ
phận của cầu sẽ không còn thỏa mãn các yêu cầu đặt ra khi thiết kế nữa.
Trong mỗi trạng thái giới hạn (TTGH), mỗi cấu kiện hay liên kết phải thỏa
mãn điều kiện

∑
=Φ≤γη
rniii
RRQ (1-1)
trong đó:

i
η
– hệ số điều chỉnh tải trọng, là hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm
quan trọng trong khai thác của cầu;

γ
i
– hệ số tải trọng, là hệ số xét đến sự biến thiên của tải trọng, sự thiếu chính

xác trong phân tích và xác suất xảy ra cùng một lúc của các tải trọng khác nhau,
nhưng cũng liên quan đến thống kê về sức kháng trong quá trình hiệu chỉnh;
Q
i
– hiệu ứng của tải trọng: lực dọc, lực cắt , mômen uốn v.v…ở một bộ phận
kết cấu hay liên kết do tải trọng sinh ra;
R
n
– sức kháng danh định hay sức kháng tiêu chuẩn của một cấu kiện hoặc
liên kết. Sức kháng danh định được xác định theo kích thước, ứng suất cho phép,
biến dạng hoặc cường độ của vật liệu;

Φ – hệ số sức kháng là hệ số chủ yếu xét đến sự biến thiên các tính chất của
vật liệu, kích thước của kết cấu và tay nghề của công nhân và sự không chắc
chắn trong dự đoán về sức kháng, nhưng cũng liên quan đến những thống kê về
tải trọng thông qua trong quá trình hiệu chỉnh;
R
r
– sức kháng tính toán.
1.2 Các trạng thái giới hạn
Về tổng quát có ba trạng thái giới hạn:
- Trạng thái giới hạn về cường độ là trạng thái giới hạn có liên quan đến cường
độ và ổn định.
- Trạng thái giới hạn sử dụng là trạng thái giới hạn liên quan đến ứng suất, biến
dạng và vết nứt dưới điều kiện khai thác bình thường.
- Trạng thái giới hạn đặc biệt là trạng thái giới hạn liên quan đến các s
ự cố như
động đất, va xô của tàu bè, xe cộ vào công trình, có thể cả trong điều kiện xói lở.
Do trạng thái giới hạn về cường độ được chia làm nhiều trường hợp khác
nhau nên trong tính toán các cấu kiện hay liên kết phải thỏa mãn điều kiện (1-1)

trong các trạng thái giới hạn cụ thể sau đây:




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


2
- Trạng thái giới hạn cường độ I là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng
cơ bản khi trên cầu có xe và không có gió.
- Trạng thái giới hạn cường độ II là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng
khi trên cầu không có xe nhưng có gió với tốc độ gió lớn hơn 25m/s.
- Trạng thái giới hạn cường độ III là trạng thái giới hạn tính với tổ hợ
p tải trọng
khi trên cầu có xe và có gió với vận tốc 25m/s.

- Trạng thái giới hạn mỏi là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng gây ra
mỏi và đứt gãy liên quan đến tác dụng lặp đi lặp lại và xung kích của một xe tải
với khoảng cách trục cố định (khoảng cách trục giữa và trục sau là 9m).
- Trạng thái giới hạn sử dụng là tải trọng giới hạn tính với tổ hợp tải trọng liên
quan đến khai thác bình thường c
ủa cầu với gió vận tốc 25m/s và với tất cả các
tải trọng lấy theo giá trị danh định (trong quy trình cũ gọi là tải trọng tiêu chuẩn)
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, sự chảy dẻo của kết cấu thép và sự trượt của các liên
kết có nguy cơ trượt do tác dụng của hoạt tải xe.
- Tr
ạng thái giới hạn đặc biệt là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng có
liên quan đến động đất, lực va của tầu thuyền, xe cộ.

1.3 Hệ số điều chỉnh tải trọng
Hệ số
i
η liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng của cầu trong khai
thác theo quan hệ:

95.0≥
IRDi
η
η
η
=
η
(1-2)
trong đó
D
η ,
R
η và
I
η lần lượt là hệ số độ dẻo, hệ số dư và hệ số tầm quan trọng
khai thác. Các hệ số này được lấy theo hướng dẫn dưới đây.
1.3.1 Hệ số độ dẻo η
D

Khi vật liệu có tính dẻo nếu một bộ phận kết cấu làm việc ra ngoài miền đàn
hồi, biến dạng sẽ tăng lên và có sự phân bố lại nội lực sang các bộ phận khác
của kết cấu và như vậy kết cấu hay liên kết có tính dẻo làm việc an toàn hơn kết
cấu và liên kết không dẻo.
Hệ kết cấu cầu phải được xác định kích thước và cấu t

ạo đảm bảo cho sự phát
triển của biến dạng dẻo ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc
biệt.
Cần phải xét đến ảnh hưởng của tính dẻo trong tính toán, ở đây hệ số dẻo
được đặt ở vế trái của biểu thức (1-1), ở phần hiệu ứng của tải trọng nên các cấu
kiện và liên kế
t không dẻo có hệ số η
D
lớn hơn. Quy trình quy định như sau:
- Đối với trạng thái giới hạn cường độ:
η
D
≥ 1,05 cho cấu kiện và liên kết không dẻo.
η
D
= 1,00 cho các thiết kế thông thường.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


3
η
D
≥ 0,95 cho các cấu kiện hoặc liên kết có biện pháp tăng thêm tính dẻo.
- Đối với các trạng thái giới hạn khác: η
D
= 1,00.

1.3.2 Hệ số dư
Xét đến tính dư là xét đến bậc siêu tĩnh hay số liên kết thừa so với yêu cầu bất
biến hình của kết cấu. Tuy nhiên không phải bộ phận nào của kết cấu siêu tĩnh
cũng được xem là có tính dư, chẳng hạn dàn trên hình 1-1 là dàn siêu tĩnh bậc 1,
các thanh có đánh dấu x là các bộ phận có tính dư vì hư hỏng của một thanh nào
đó trong chúng không gây nên sập đổ cầu, trái lại các thanh không đánh dấu x là
các thanh không có tính dư vì hư hỏ
ng một trong số các thanh này làm cho dàn
trở thành kết cấu biến hình.
Xét dầm liên tục hai nhịp như trên hình 1-2, dầm được xem là có tính dư vì
khi xuất hiện một khớp dẻo A hoặc B dầm vẫn là hệ bất biến hình và không bị
sụp đổ, dầm chỉ được xem là mất khả năng làm việc khi đồng thời xuất hiện cả
hai khớp dẻo A và B.

Hình 1-1. Cầu dàn

Hình 1-2. Cầu dầm
Qua hai thí dụ trên có thể thấy ngay trong một kết cấu siêu tĩnh các bộ phận
hay cấu kiện mà hư hỏng của chúng gây ra sụp đổ cầu là các bộ phận hay cấu
kiện không có tính dư, trái lại các bộ phận hay cấu kiện mà sự hư hỏng của
chúng không gây ra sụp đổ cầu là các bộ phận hay cấu kiện có tính dư.
Cũng như hệ số dẻo, hệ số dư η
R
được xét đến ở vế trái của biểu thức (1-1), ở
phần hiệu ứng của tải trọng nên ở bộ phận không có tính dư, η
R
có giá trị lớn
hơn ở bộ phận có tính dư. Quy trình quy định như sau:
- Đối với trạng thái giới hạn cường độ η
R

:
η
R
≥ 1,05 cho các bộ phận không có tính dư.
η
R
= 1,00 cho các bộ phận có mức dư thông thường.
η
R
≥ 0,95 cho các bộ phận có mức dư đặc biệt.
- Đối với các trạng thái giới hạn khác: η
R
= 1,00.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


4
1.3.3 Hệ số tầm quan trọng trong khai thác
Tùy theo tính chất quan trọng trong khai thác chủ đầu tư có thể quyết định
một cầu hoặc một bộ phận nào của cầu là quan trọng trong khai thác. Quy trình
quy định lấy hệ số tầm quan trọng trong khai thác η
I
như sau:
- Đối với trạng thái giới hạn cường độ:
η
I

≥ 1,05 cho các cầu quan trọng; η
I
= 1,00 cho các cầu thông thường;
η
I
≥ 0,95 cho các cầu ít quan trọng.
- Đối với các trạng thái giới hạn khác : η
I
= 1,00.
1.4 Hệ số sức kháng của kết cấu thép
1.4.1 Đối với trạng thái giới hạn cường độ
Hệ số sức kháng Φ được lấy theo các chỉ dẫn trong bảng 1-1.
Bảng 1-1. Hệ số sức kháng
Hạng mục
Φ
Kết cấu chịu uốn
Kết cấu chịu cắt
Kết cấu thép hoặc thép liên hợp chịu nén dọc trục
Kết cấu chịu kéo, đứt trong mặt cắt thực
Kết cấu chịu kéo, chảy trong mặt cắt nguyên
Ép mặt tựa trên các chốt, các lỗ doa, khoan hoặc bắt bulông
trên các bề mặt cán
Bulông ép mặt trên vật liệu
Neo chịu cắt
Bulông A325M và A490M chịu cắt
Cắt khối
Kim loại hàn trong các đường hàn ngấu hoàn toàn:
- Cắt trên diện tích hữu hiệu
- Kéo và nén trực giao với diện tích hữu hiệu
- Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn

Kim loại hàn trong các đường hàn ngấu cục bộ:
- Cắt song song với trục đường hàn
- Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn
- Nén trực giao với diện tích hữu hiệu
- Kéo trực giao với diện tích hữu hiệu
Kim loại hàn các mối hàn:
- Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn
- Cắt trong chiều cao tính toán của kim loại hàn
1,00
1,00
0,90
0,80
0,95

1,00
0,80
0,85
0,80
0,80

0,85
Lấy theo kim loại được hàn
Lấy theo kim loại được hàn

0,80
Lấy theo kim loại được hàn
Lấy theo kim loại được hàn
0,80

Lấy theo kim loại được hàn

0,80




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


5
1.4.2 Đối với các trạng thái giới hạn đặc biệt
Hệ số sức kháng trong trạng thái giới hạn đặc biệt, trừ bulông, lấy bằng 1,00.
1.5 Hệ số tải trọng
Hệ số tải trọng phụ thuộc vào loại tải trọng: tải trọng thường xuyên, tải trọng
tức thời hay tải trọng thi công. Hệ số tải trọng còn phụ thuộc vào tổ hợp tải
trọng. Trong mỗi tổ hợp tải trọng các hệ số tải trọng phải chọn sao cho gây ra
tổng nội lực tính toán là cực trị (cả giá trị âm và dương), ở đ
ó nếu tác dụng của
một tải trọng làm giảm tác dụng của một tải trọng khác thì phải lấy giá trị nhỏ
nhất của tải trọng đã làm giảm tác dụng của tải trọng kia bằng cách lấy hệ số tải
trọng nhỏ nhất.
Hệ số tải trọng của các tải trọng thường xuyên được lấy theo bảng 1-2, còn hệ
số tả
i trọng của các tải trọng tức thời được lấy theo bảng 1-3.
Khi cần kiểm tra cầu với xe đặc biệt do chủ đầu tư quy định hoặc xe có giấy
phép qua cầu thì hệ số tải trọng của hoạt tải (LL) trong tổ hợp cường độ I có thể
giảm xuống còn 1,35. Các cầu có tỷ lệ tĩnh tải trên hoạt tải rất cao (cầu nhịp lớn)
cần ki
ểm tra tổ hợp không có hoạt tải trên cầu (tổ hợp cường độ II) nhưng với hệ
số tải trọng bằng 1,5 cho tất cả các tải trọng thường xuyên (γ
P

= 1,5).
Bảng 1-2. Hệ số tải trọng của các tải trọng thường xuyên
Hệ số tải trọng
Loại tải trọng
Lớn nhất Nhỏ nhất
DC: Cấu kiện và thiết bị phụ 1,25 0,90
DD: Kéo xuống (ma sát âm) 1,80 0,45
DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,50 0,65
EH: Áp lực ngang của đất
Chủ động
Bị động

1,50
1,35

0,90
0,90
EL: Các ứng suất do lắp ráp 1,00 1,00
EV: Áp lực đất thẳng đứng
Ổn định tổng thể
Kết cấu tường chắn
Kết cấu cứng bị vùi lấp
Khung cứng
Kết cấu mềm bị vùi lấp và không phải cống hộp thép
Cống hộp mềm bằng thép

1,35
1,35
1,30
1,35

1,95
1,50

Không áp dụng
1,00
0,90
0,90
0,90
0,90
ES: Tải trọng đất chất thêm 1,50 0,75

Với cầu vượt sông ở các trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử
dụng phải xét đến xói móng mố, trụ do lũ thiết kế.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


6
Với cầu vượt sông khi kiểm tra các hiệu ứng tải: động đất, lực va xe, lực va
tầu ở trạng thái giới hạn đặc biệt thì tải trọng nước và chiều sâu xói có thể dựa
trên lũ trung bình hàng năm, tuy nhiên kết cấu phải được kiểm tra với các hậu
quả do lũ như kiểm tra xói ở trạng thái giới hạn đặc biệt và tải trọng nước tương
ứng nhưng không có các tải trọng động đất, va xô của xe, của tầu thuyền.
Khi kiểm tra chiều rộng vết nứt trong kết cấu bê tông dự ứng lực ở trạng thái
giới hạn sử dụng có thể giảm hệ số tải trọng của hoạt tải xuống là 0,80.
Khi kiểm tra kết cấu thép của trạng thái giới hạn sử dụng thì hệ số tải trọng
của hoạt tải phải tăng lên là 1,30.

Bảng 1-3. Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng


TU
WA WS WL FR CR TG SE
SH
Cùng một lúc chỉ
dùng một trong
các tải trọng



Tổ hợp tải
trọng

TTGH
DC
DD
DW
EH
EV
ES
LL
IM
CE
BR
PL
LS
EL

EQ CT CV
Cường độ I
γ
P
1,75 1,00 - - 1,00 0,50/1,20
γ
TG
γ
SE

- - -
Cường độ II
γ
P

- 1,00 1,40 - 1,00 0,50/1,20
γ
TG
γ
SE

- - -
Cường độ
III
γ
P

1,35 1,00 0,40 1,00 1,00 0,50/1,20
γ
TG

γ
SE

- - -
Đặc biệt
γ
P

0,5 1,00 - - 1,00 - - - 1,00 1,00 1,00
Sử dụng 1,00 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 0,50/1,20
γ
TG
γ
SE

- - -
Mỏi, chỉ có
LL, IM và
CE
- 0,75 - - - - - - - - -

Ghi chú của bảng 1-3:
BR Lực hãm xe. CE Lực ly tâm.
CR Từ biến. CT Lực va xe.
CV Lực va tàu thuyền. EQ Động đất.
IM Tác dụng xung kích của xe. LL Hoạt tải xe.
LS Hoạt tải chất thêm. PL Tải trọng người đi.
SE Lún. SH Co ngót.
TG Chênh lệch nhiệt độ không đều (gradien nhiệt độ).
TU Chênh lệch nhiệt độ đều.

WA Tải trọng nước và áp lực dòng chảy.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


7
WL Tải trọng gió lên hoạt tải.
WS Tải trọng gió lên cầu.
Hệ số tải trọng của gradien nhiệt độ γ
TG
được lấy bằng:
0,00 ở trạng thái giới hạn cường độ và đặc biệt;
1,00 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi không xét hoạt tải;
0,50 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi có xét hoạt tải.
Đối với cầu thi công phân đoạn, phải xem xét tổ hợp sau đây ở trạng thái giới
hạn sử dụng:
DC + DW + EH + EV + ES + WA + CR + SH + TG + EL
1.6 Tải trọng và các hệ số
1.6.1 Tải trọng thường xuyên
Tải trọng thường xuyên là tải trọng và lực tác động không đổi hoặc được xem
là không đổi sau khi hoàn thành việc xây dựng cầu. Tải trọng thường xuyên của
cầu nói chung bao gồm tĩnh tải và tải trọng đất. Đối với kết cấu nhịp thì tải trọng
thường xuyên là tĩnh tải bao gồm trọng lượng tất cả cấu kiện của kết cấu, phụ
kiện và tiện ích công c
ộng kèm theo, trọng lượng mặt cầu, dự phòng phủ bù và
mở rộng.
Khi không có đủ số liệu chính xác có thể lấy khối lượng riêng như trong bảng

1-4 để tính tĩnh tải.
Bảng 1-4. Khối lượng riêng của vật liệu
Vật liệu Khối lượng riêng
(kg/m
3
)
Hợp kim nhôm 2800
Lớp phủ nhựa đường 2250
Xỉ than 960
Cát chặt, phù sa hay đất sét 1925
Nhẹ 1775
Cát nhẹ 1925

Bê tông
Thường 2400
Cát rời, phù sa, sỏi 1600
Đất sét mềm 1600
Sỏi, cuội, đá dăm nện hoặc balat 2250
Thép 7850
Đá xây 2725
Ngọt 1000
Nước
Mặn 1025




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn

8
1.6.2 Hoạt tải và các hệ số
1.6.2.1 Xe tải thiết kế
Xe tải thiết kế (LL) là một xe gồm 3 trục có các thông số như sau (hình 1-3):
Tải trọng trục trước 35kN.
Tải trọng mỗi trục giữa và trục sau 145kN.
Tải trọng tổng cộng 325kN.
Khoảng cách từ trục trước đến trục giữa 4300mm.
Khoảng cách từ trục giữa đến trục sau (4300 ÷ 9000)mm.
Khoảng cách tim hai bánh theo chiều ngang 1800mm.

Hình 1-3. Xe tải thiết kế
1.6.2.2 Xe hai trục thiết kế
Xe hai trục thiết kế là một xe gồm hai trục có các thông số như sau:
Tải trọng mỗi trục 110kN.
Tải trọng tổng cộng 220kN.
Khoảng cách từ trục trước đến trục sau 1200mm.
Khoảng cách tim hai bánh theo chiều ngang 1800mm.
Ghi chú: Đối với xe tải và xe hai trục thiết kế, trên các đường cấp IV và thấp
hơn, tải trọng xe có thể lấy là tải trọng trục nhân với 0,5 hoặc 0,65 còn khoảng
cách trục xe và bánh xe không thay đổi.
1.6.2.3 Tải trọng làn thiết kế
Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,30N/mm phân bố đều theo chiều dọc
cầu. Theo chiều ngang cầu tải trọng làn được xem là phân bố đều trên chiều
rộng 3000mm. Không tính hệ số xung kích với tải trọng làn.
1.6.2.4 Tải trọng người đi
Tải trọng người đi trên cầu ô tô khi lề người đi rộng bằng hoặc hơn 600mm
được lấy bằng 3.10
-3
MPa. Đối với cầu dành riêng cho người đi bộ hoặc đi xe

đạp tải trọng người lấy bằng 4,1.10
-3
MPa. Không tính hệ số xung kích cho tải
trọng người.
4300 mm
4300 mm tíi 9000 mm
35 kN
145 kN 145 kN
1800 mm
Lµn thiÕt kÕ 3500 mm
600 mm nãi chung
300 mm mót thõa mÆt cÇu





Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


9
1.6.2.5 Hoạt tải thiết kế HL - 93
Hoạt tải thiết kế HL – 93 là một tổ hợp của:
- Xe tải và tải trọng làn thiết kế.
- Xe hai trục và tải trọng làn thiết kế.
Trong mỗi làn xe tải trọng HL - 93 được xếp chồng giữa xe tải hoặc xe hai
trục với tải trọng làn. Trên mỗi làn chỉ có một xe tải hoặc một xe hai trục trừ
trường hợp có quy định riêng (xem điều 3.6.1.3.1 quy trình).
1.6.2.6 Hệ số làn xe
Khi trên cầu đồng thời có một số làn xe cần phải nhân với hệ số làn để xét đến

xác suất xảy ra hiệu ứng cực trị.
a. Số làn xe thiết kế:
Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây
w là bề rộng khoảng trống của lòng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn,
đơn vị là mm. Cần xét
đến khả năng thay đổi chiều rộng phạm vi xe chạy trong
tương lai.
Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500mm thì số làn xe thiết kế lấy
bằng số làn giao thông và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao
thông.
Lòng đường rộng từ 6000mm đến 7200mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn
bằng một nửa bề rộng lòng đường.
b. Hệ số làn:
Nộ
i lực cực trị của hoạt tải được xác định bằng cách xét mỗi tổ hợp có thể của
số làn chịu tải nhân với hệ số làn xe như trong bảng 1-5.
Bảng 1-5. Hệ số làn xe
Số làn chất tải

Hệ số làn
1 1,20
2 1,00
3 0,85
> 3 0,65

Không áp dụng hệ số làn cho trạng thái giới hạn mỏi vì khi tính mỏi chỉ dùng
một xe tải thiết kế bất kể số làn xe là bao nhiêu.
Không áp dụng hệ số làn kết hợp với hệ số phân bố tải trọng trừ khi dùng quy
tắc đòn bẩy hay khi có yêu cầu riêng cho dầm ngoài cùng trong cầu dầm - bản.

Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


10
1.6.2.7 Hệ số xung kích
Để xét đến tác dụng động của tải trọng, tác dụng tĩnh của xe tải hoặc xe hai
trục thiết kế (không kể lực ly tâm và lực hãm phanh) phải được nhân thêm với
hệ số xung kích 1+IM/100, trong đó lực xung kích IM được tính theo phần trăm
của lực tác dụng và được lấy theo bảng 1-6.
Không áp dụng hệ xung kích cho tải trọng làn thiết kế và tải trọng người đi,
tường chắn không chịu lự
c thẳng đứng từ kết cấu phần trên và phần móng nằm
hoàn toàn dưới mặt đất.
Bảng 1-6. Lực xung kích IM
Cấu kiện IM
Mối nối bản mặt cầu:
Tất cả các trạng thái giới hạn

75%
Tất cả các cấu kiện khác:
Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gẫy
Các trạng thái giới hạn khác

15%
25%
1.6.2.8 Lực ly tâm
Lực ly tâm xuất hiện khi xe chạy trên đường cong. Lực ly tâm tác dụng theo

phương nằm ngang ở phía trên và cách mặt đường 1800mm, có độ lớn bằng tích
số trọng lượng trục của xe tải hay xe hai trục với hệ số C:

gR3
V4
C
2
= (1-3)
trong đó:
V – vận tốc thiết kế (m/s);
g – gia tốc trọng trường, lấy bằng 9,807 (m/s
2
);
R – bán kính cong của làn xe (m).
Khi tính lực ly tâm phải áp dụng hệ số làn.
1.6.2.9 Lực hãm xe
Lực hãm xe được lấy bằng 25% trọng lượng các trục của xe tải hoặc xe hai
trục thiết kế đặt lên mỗi làn cho tất cả các làn được quy định theo phần 1.6.2.6.a
và có xe chạy cùng hướng. Các lực này được xem là tác dụng theo phương nằm
ngang cách phía trên mặt đường 1800mm theo một hướng dọc cầu để gây ra nội
lực lớn nhất. Đối với những cầu có thể trở thành một chiều trong tương lai thì
phả
i chất tải đồng thời trên tất cả các làn thiết kế.
Khi tính lực hãm phải áp dụng hệ số làn.
1.6.2.10 Lực va của xe
Không cần tính lực va của xe cộ và tầu hỏa nếu công trình được bảo vệ bởi:

Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


11
- Nền đắp.
- Rào chắn độc lập chôn trong đất, chịu được va chạm, cao 1370mm, đặt cách bộ
phận cần bảo vệ trong phạm vi 3000mm.
- Rào chắn cao 1070m đặt cách bộ phận cần bảo vệ hơn 3000mm.
a. Xe cộ, tầu hỏa va vào kết cấu:
Nếu không được bảo vệ thì mố, trụ đặt trong phạm vi cách lòng đường bộ
9000mm hay trong phạm vi 15000mm đến tim đường sắt đều phải tính vớ
i lực
tĩnh tương đương đặt trong mặt phẳng nằm ngang, cách mặt đất 1200mm với trị
số bằng 1800kN.
b. Xe cộ va vào rào chắn, lan can (hình 1-4):
Các lực thiết kế lan can và các tiêu chuẩn hình học phải như quy định trong
bảng 1-7 và được minh họa trong hình 1-4. Các mức độ ngăn chặn của lan can
được lấy theo các chỉ dẫn sau:
L1 Mức cấp một, áp dụng cho các khu vực công trường với tốc độ xe cộ
thấ
p và các đường phố địa phương có lưu lượng nhỏ, tốc độ thấp.
L2 Mức cấp hai, áp dụng cho các khu vực công trường, hầu hết các đường
địa phương và đường thu gom có điều kiện tốt nơi có ít xe nặng và tốc độ
giảm.
L3 Mức cấp ba, áp dụng cho các đường chính có hỗn hợp các xe tải và các
xe nặng.
L4 Mức cấp bốn, áp dụng cho đường cao tốc với tốc độ cao, lư
u lượng
giao thông lớn với tỷ lệ cao hơn của các xe nặng và cho đường bộ với
điều kiện tại chỗ xấu.

L5 Mức cấp năm, áp dụng cho các đường giống như mức cấp bốn khi có
điều kiện tại chỗ chứng minh cần mức độ ngăn chặn cao hơn.
Bảng 1-7. Lực thiết kế và các thông số tác dụng đối với lan can đường ô tô
Mức độ ngăn chặn của lan can
Lực thiết kế và các thông số tác dụng
L1 L2 L3 L4 L5
F
t
Ngang (kN) 60 120 240 516 550
F
L
Dọc (kN) 20 40 80 173 183
F
V
Thẳng đứng (kN) hướng xuống dưới 20 20 80 222 355
L
t
và L
L
(mm) 1220 1220 1070 2440 2440
L
V
(mm) 5500 5500 5500 12200 12200
H
e
(min) (mm) 460 510 810 1020 1070
Chiều cao lan can nhỏ nhất H (mm) 810 810 810 1020 1370

Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


12

Hình 1-4. Các lực va vào rào chắn, lan can
1.6.2.11 Tải trọng gió
a. Tốc độ gió thiết kế:
Ở đây chỉ xét tốc độ gió nằm ngang tác dụng vào công trình cầu thông
thường, đối với những kết cấu nhịp lớn hay kết cấu nhạy cảm với gió như cầu
treo dây võng, cầu dây văng…, cần có những khảo sát, nghiên cứu riêng và thí
nghiệm trong các hầm thổi gió để xác định tác động của gió.
Tốc độ gió thiết kế được xác định theo công thức:

SVV
B
=
(1-4)
trong đó:
V – tốc độ gió thiết kế (m/s);
V
B
– tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm (p =
1%) lấy theo bảng 1-8;
S – hệ số hiệu chỉnh theo địa hình và cao độ, lấy theo bảng 1-9.
Bảng 1-8. Các giá trị của V
B
cho các vùng
Vùng tính gió theo

TCVN 2737 – 1995
Tốc độ gió giật cơ bản
V
B
(m/s)
I
II
III
IV
38
45
53
59

Ghi chú của bảng 1-8: Khi tính gió trong quá trình lắp ráp có thể nhân tốc độ
gió giật cơ bản V
B
cho trong bảng với hệ số 0,85.
L
v
H
F
v
L
t
và
L
L
F
L

R
1
R
2
_

R
_

Y
F
t




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


13
Bảng 1-9. Hệ số hiệu chỉnh tốc độ gió theo địa hình và cao độ
Độ cao mặt cầu trên
mặt đất khu vực
xung quanh hay trên
mặt nước (m)
Khu vực trống trải
hay mặt nước
thoáng
Khu vực có rừng
hay có nhà cửa với

cây, nhà cao tối đa
khoảng 10m
Khu vực có nhà cửa
với đa số nhà cao
trên 10m
10 1,09 1,00 0,81
20 1,14 1,06 0,89
30 1,17 1,10 0,94
40 1,20 1,13 0,98
50 1,21 1,16 1,01

b. Tải trọng gió tác dụng lên cầu:
- Gió ngang
Tải trọng gió ngang P
D
có phương nằm ngang, đặt ở trọng tâm diện tích chắn
gió và có trị số (kN):

tdt
2
D
A8,1CAV0006,0P ≥= (1-5)
trong đó:
V – tốc độ gió thiết kế (m/s);
A
t
– diện tích chắn gió (m
2
);
C

d
– hệ số chắn gió lấy theo đồ thị trên hình 1-5.

Hình 1- 5. Hệ số cản C
d
dùng cho kết cấu phần trên có mặt hứng gió đặc
Diện tích chắn gió A
t
phải là diện tích đặc chiếu lên mặt trước vuông góc với
hướng gió, trong trạng thái không có hoạt tải tác dụng với các điều kiện sau:
0,4
0,8
1,2
2,4
2,0
1,6
2,8
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2 6 10 14 2218 14 26 30
Hệ số tối thiểu cho hệ mặt
cầu đặt trên dầm I hoặc hệ
có nhiều hơn 4 dầm loại
khác hoặc hệ dầm hộp
Hệ số cản C
d

Tỷ số b/d

Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


14
+ Đối với kết cấu phần trên có lan can đặc, diện tích A
t
phải bao gồm cả diện
tích của lan can đặc hứng gió (lan can đầu gió), không cần xét ảnh hưởng của
lan can không hứng gió (lan can cuối gió hay lan can ở phía sau).
+ Đối với kết cấu phần trên có lan can hở, khi đó phải lấy bằng tổng tải trọng tác
dụng lên từng phần bao gồm cả lan can đầu gió và lan can cuối gió khi xem như
lan can này không ảnh hưởng gì đến lan can kia. Khi số lan can lớn hơn hai chỉ
xét hai lan can có diện tích chắn gió lớn nhất.
+ Đối với cầu dàn tải trọng gió được tính riêng cho từng dàn, không xét tác dụng
chắn gió của dàn nọ đối với dàn kia.
+ Đối với trụ không xét đến ảnh hưởng của các mặt che chắn.
Hệ số cản gió C
d
lấy theo hình 1-5, trong đó trục hoành là tỷ số b/d với b là
chiều rộng cầu giữa hai mặt lan can và d là chiều cao kết cấu phần trên bao gồm
cả lan can đặc nếu có với các chú ý sau:
+ Khi kết cấu phần trên có mặt chính đặc, mép dốc đứng, không có góc vuốt
thoát gió đáng kể thì C
d
lấy như trên hình 1-5.
+ Trong cầu dàn, lan can, kết cấu phần dưới tính riêng, mỗi bộ phận có hệ số C
d

tương ứng.
+ Mọi kết cấu phần trên khác, C

d
được xác định theo thí nghiệm trong hầm thổi
gió.
+ Giá trị C
d
cho trong hình 1-5 ứng với mặt chắn gió thẳng đứng và gió tác dụng
nằm ngang.
+ Nếu mặt chắn gió xiên với mặt phẳng thẳng đứng, C
d
có thể giảm 0,5% cho
mỗi độ xiên và giảm tối đa 30%.
+ Nếu mặt chắn gió có phần đứng và phần xiên hoặc hai phần xiên với góc
nghiêng khác nhau thì:
Hệ số cản C
d
tính với chiều cao toàn bộ kết cấu;
Đối với từng phần hệ số cản C
d
giảm theo ghi chú ở trên;
Tải trọng gió tổng cộng được tính theo tải trọng gió lên từng phần với hệ số
cản gió C
d
tương ứng.
+ Nếu kết cấu phần trên có độ dốc phải lấy C
d
tăng thêm 3% cho mỗi độ
nghiêng so với đường nằm ngang nhưng không quá 25%.
+ Nếu kết cấu phần trên chịu gió xiên không quá 5% so với phương nằm ngang
phải tăng C
d

lên 15%, nếu góc xiên vượt quá 5% phải có thí nghiệm riêng để xác
định C
d
.
+ Nếu kết cấu phần trên dốc đồng thời chịu gió xiên phải lấy C
d
theo kết quả
khảo sát riêng.
- Gió dọc:
Đối với mố, trụ, kết cấu phần trên có bề mặt cản gió song song với tim dọc
của kết cấu lớn thì phải tính tải trọng gió dọc cầu. Cách tính tải trọng gió dọc




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


15
tương tự cách tính tải trọng gió ngang. Đối với kết cấu phần trên có mặt trước
đặc, tải trọng gió dọc lấy bằng 0,25 tải trọng gió ngang tính như phần trên.
Các tải trọng gió dọc và ngang phải tính riêng rẽ, trường hợp cần thiết cần
kiểm toán theo hợp lực thì không lấy hai trường hợp riêng rẽ trên mà phải tính
theo hướng thực của gió.
- Gió thẳng đứng:
Tải trọng gió th
ẳng đứng P
V
tác dụng vào trọng tâm diện tích chắn gió thích
hợp có giá trị bằng (kN):

v
2
V
AV00045,0P = (1-6)
trong đó V là tốc độ gió thiết kế được lấy theo công thức (1-4) ở trên, A
v
là diện
tích phẳng của mặt cầu hay cấu kiện dùng để tính tải trọng gió thẳng đứng (m
2
).
Tải trọng gió thẳng đứng chỉ tính trong các trạng thái giới hạn không liên
quan đến gió tác dụng lên hoạt tải, chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục
dọc cầu. Tải trọng gió thẳng đứng tác dụng cùng gió nằm ngang.
Công thức (1-6) áp dụng với điều kiện góc nghiêng của gió tác dụng vào kết
cấu nhỏ hơn 5
0
, nếu lớn hơn cần xác định bằng thí nghiệm.
c. Tải trọng gió tác dụng lên hoạt tải WL:
Trong trạng thái giới hạn cường độ III phải xét cả tải trọng gió tác dụng lên
hoạt tải. Tải trọng gió ngang lên hoạt tải được lấy là một lực rải đều hướng
ngang cầu có trị số 1,5N/mm đặt tại độ cao 1800mm so với mặt đường xe chạy.
Tải trọng gió dọ
c lên hoạt tải cũng là một lực rải đều nằm ngang đặt tại độ cao
1800mm so với mặt đường xe chạy, phân bố dọc cầu và có cường độ 0,75N/mm.
Tải trọng gió ngang cầu và dọc cầu được tính riêng rẽ, nếu cần kiểm toán theo
hợp lực thì phải tính theo hướng thực của gió.
1.7 Phân bố ngang của tải trọng
Cầu là một kết cấu không gian. Có nhiều phương pháp để tính ra nội lực,
chuyển vị ở từng vị trí của kết cấu, các phương pháp này đã được thể hiện trong

các phần mềm tính toán mà khi thiết kế người kỹ sư có thể dùng để tính toán.
Tuy nhiên trong nhiều trường hợp người ta có thể đưa bài toán không gian về
bài toán phẳng thông qua hệ số phân bố ngang của tải trọng. Có rất nhiều
phươ
ng pháp tính hệ số phân bố ngang đã được nghiên cứu, ở đây chỉ xét
phương pháp đã được chấp nhận trong quy trình 22TCN-272-05.
So với các phương pháp khác, phương pháp tính hệ số phân bố ngang theo
quy trình 22TCN-272-05 có các đặc điểm sau:
- Tính hệ số phân bố ngang riêng cho lực cắt, riêng cho mômen uốn.
- Có hệ số phân bố ngang riêng cho dầm biên và cho dầm trong.
- Có hệ số hiệu chỉnh khi cầu xiên.
- Cầu dầm và cầu tiết diện hộp có phương pháp tính khác nhau.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


16
1.7.1 Tính hệ số phân bố ngang cho các cầu dầm - bản
Cầu dầm - bản là loại cầu hay gặp nhất, trong đó dầm chủ có thể là thép, gỗ,
bê tông, mặt cầu cũng có thể là thép, gỗ, bê tông. Tuy nhiên trong phạm vi cầu
thép thì dầm chủ bằng thép còn mặt cầu bằng gỗ, thép hoặc bê tông. Nếu mặt
cầu không liên hợp với dầm chủ thì tạo thành cầu dầm thép bản kê. Nếu mặt cầu
bằng bê tông được liên kết cứng với dầm thép thì tạo thành c
ầu dầm thép liên
hợp với bản bê tông cốt thép. Nếu mặt cầu bằng thép và được cấu tạo sao cho
cùng làm việc với dầm thép thì tạo thành cầu dầm có bản trực hướng.
Phương pháp tính hệ số phân bố ngang cho cầu dầm - bản (từ đây gọi tắt là

cầu dầm) trong quy trình 22TCN-272-05 chỉ áp dụng cho cầu thỏa mãn các điều
kiện sau:
- Bề rộng mặt cầu không đổi trên suố
t chiều dài nhịp.
- Số dầm không nhỏ hơn 4 trừ khi có quy định khác.
- Các dầm song song với nhau và có độ cứng xấp xỉ nhau.
- Phần hẫng của đường xe chạy không vượt quá 910mm trừ khi có quy định
khác.
- Độ cong trong mặt bằng nhỏ.
- Mặt cắt ngang cầu phù hợp với quy định trong bảng 1-10.
Khi đã thỏa mãn các điều kiện trên, tải trọng thường xuyên của bản mặt cầu
và trên bản m
ặt cầu được xem là phân bố đều cho các dầm chủ hoặc phân bố đều
cho dầm chủ và dầm dọc hoặc phân bố đều cho dầm dọc như trong cầu dàn.
Để tính hệ số phân bố ngang của hoạt tải cần thực hiện theo trình tự: Đầu tiên
tính tham số độ cứng dọc, sau đó từ tham số độ cứng dọc tra bảng để xác định hệ
số phân bố
ngang. Hệ số phân bố ngang của hoạt tải ở đây có thể sử dụng cho
các loại xe mà bề rộng của chúng tương đương với bề rộng của xe tải thiết kế.
1.7.1.1 Tính tham số độ cứng dọc
Tham số độ cứng dọc
g
K được tính theo công thức:

(
)
2
gg
AeInK += (1-7)
với

D
B
E
E
n = (1-8)
trong đó:
E
B
– mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo dầm (MPa);
E
D
– mô đun đàn hồi của vật liệu bản (MPa);
I – mômen quán tính của dầm (mm
4
);
A – diện tích tiết diện dầm chủ hay dầm dọc phụ (mm
2
);
e
g
– khoảng cách từ trọng tâm dầm đến trọng tâm bản (mm).




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


17

Các thông số I và A trong công thức (1-7) phải được lấy theo dầm không
liên hợp.
Bảng 1-10. Các loại mặt cắt ngang kết cấu nhịp
Cấu kiện đỡ Loại mặt cầu Mặt cắt điển hình
Dầm thép
Bê tông đúc tại chỗ, đúc sẵn, lưới
thép mắt cáo


(a)
Dầm thép
hộp kín
Bê tông đúc tại chỗ


(b)
Dầm thép
hộp hở
Bê tông đúc tại chỗ, đúc sẵn


(c)

1.7.1.2 Xác định công thức tính hệ số phân bố ngang
Căn cứ vào loại kết cấu dầm, mặt cắt thích hợp (a hoặc b hoặc c trong bảng 1-
10), phạm vi áp dụng, tra bảng 1-11 để tìm công thức tính hệ số phân bố ngang,
sau đó thay các giá trị tương ứng vào để tìm giá trị của hệ số phân bố ngang.
Với các cầu chỉ có hai dầm, hệ số phân bố ngang được tính theo phương pháp
đòn bẩy. Hệ số phân bố ngang được tính theo công thức ở bảng trên đ
ã được

nhân với hệ số làn xe m. Khi tính theo phương pháp đòn bẩy cần phải nhân thêm
với hệ số làn xe m.
Ghi chú của bảng 1-11:
S – khoảng cách giữa các dầm (mm).
L – chiều dài nhịp (mm).
t
s
– chiều dày bản bê tông (mm).
t
g
– chiều dày lưới thép hoặc tấm thép lượn sóng (mm).
N
L
– số làn xe thiết kế.
N
b
– số dầm, dầm dọc phụ.
d
e
– khoảng cách từ tim dầm ngoài đến mép trong của đá vỉa hoặc lan can.
g – hệ số phân bố.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


18
e – hệ số hiệu chỉnh.

d – chiều cao dầm chủ hoặc dầm dọc phụ (mm).
D – chiều rộng phân bố trên một làn (mm).
θ – góc chéo (độ).
K
g
– tham số độ cứng dọc (mm
4
).
Bảng 1-11. Hệ số phân bố tải trọng theo làn
Nội
lực,
dầm
Loại kết
cấu
Hệ số phân bố tải trọng
Hệ số điều chỉnh
độ chéo
Phạm vi
áp dụng
Một làn chịu tải
1,0
3
s
g
3,04,0
Lt
K
L
S
4300

S
06,0
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+

Số làn chịu tải ≥ 2

0,1
0,6 0,2
g
3

s
K
SS
0,075
2900 L
Lt
⎛⎞
⎛⎞⎛⎞
+
⎜⎟
⎜⎟⎜⎟
⎝⎠⎝⎠
⎝⎠

1100≤S≤4900
110 ≤t
s
≤ 300
6000≤L≤73000
N
b
≥ 4
loại a,
mặt cầu
bằng bản
bê tông
Dùng giá trị nhỏ hơn: tính theo
công thức trên với N
b
=3 hoặc

tính theo nguyên tắc đòn bẩy.
5,1
1
)tg(C1 θ−
5,0
3
s
g
1
L
S
Lt
K
25,0C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

Nếu θ < 30
0
, C
1
=0,0
Nếu θ > 60
0
, sử dụng
θ = 60
0

N
b
= 3
loại a,
mặt cầu
bằng lưới
mắt cáo
Một làn chịu tải
S/2300 nếu t
g
< 100 mm
S/3050 nếu t
g
≥ 100 mm

Số làn chịu tải ≥ 2
S/2400 nếu t
g
< 100 mm

S/3050 nếu t
g
≥ 100 mm
Không áp dụng
S ≤ 1800mm



S ≤ 3200mm
loại b và
c, mặt cầu
bằng bản
bê tông
Số làn chịu tải bất kỳ
Lb
L
N
425,0
N
N
85,005,0 ++
Không áp dụng
5,1
N
N
5,0
b
L
≤≤

Mô
men,
dầm
trong
loại a, mặt
cầu bằng
tôn lượn
sóng
Một làn chịu tải
S / 2800
Số làn chịu tải ≥ 2
S / 2700
Không áp dụng

S ≤ 1700mm
t
g
≥ 50





Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


19
Bảng 1-11. Hệ số phân bố tải trọng theo làn (tiếp theo trang trước)
Nội
lực,

dầm
Loại kết
cấu
Hệ số phân bố tải trọng
Hệ số điều chỉnh
độ chéo
Phạm vi
áp dụng
Một làn chịu tải
Tính theo nguyên tắc đòn bẩy
Số làn chịu tải ≥ 2
g = e·g
dầm trong

2800
d
77,0e
e
+=
-300 ≤d
e
≤ 1700
N
b
≥ 4
loại a, mặt
cầu bằng
bản bê
tông
Dùng giá trị nhỏ hơn: tính theo

công thức trên với N
b
=3 hoặc
tính theo nguyên tắc đòn bẩy.
5,1
1
)tg(C1 θ−

5,0
3
s
g
1
L
S
Lt
K
25,0C
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
=


Nếu θ < 30
0
, C
1
=0,0
Nếu θ > 60
0
, sử dụng θ
= 60
0

N
b
= 3
Mô
men,
dầm
biên
loại a, mặt
cầu lưới
mắt cáo
Số làn chịu tải bất kỳ đều tính
theo nguyên tắc đòn bẩy. Không áp dụng
áp dụng cho
mọi trường hợp

Một làn chịu tải

7600
S
36,0 +
Số làn chịu tải ≥ 2
2
10700
S
7600
S
20,0
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
1100≤S≤4900
110 ≤t
s
≤ 300
6000≤L≤73000
4.10
9
≤K
g
≤3.1
0

12
N
b
≥ 4
loại a, mặt
cầu bằng
bản bê
tông
Nguyên tắc đòn bẩy.
θ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+ tg
K
Lt
20,000,1
3,0
g
3
s

với 0
0
≤ θ ≤ 60

0

N
b
= 3
Lực
cắt,
dầm
trong
loại a, mặt
cầu lưới
mắt cáo
Số làn chịu tải bất kỳ đều tính
theo nguyên tắc đòn bẩy.

Không áp dụng
Áp dụng cho
mọi trường hợp
Một làn chịu tải
Tính theo nguyên tắc đòn bẩy.
Số làn chịu tải ≥ 2
g = e. g
dầm trong

3000
d
60,0e
e
+=

300 ≤d
e
≤ 1700
N
b
≥ 4
loại a, mặt
cầu bằng
bản bê
tông
Nguyên tắc đòn bẩy.
θ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+ tg
K
Lt
20,000,1
3,0
g
3
s

với 0
0
≤ θ ≤ 60
0

N
b
= 3
Lực
cắt
dầm
biên
loại a, mặt
cầu lưới
mắt cáo
Số làn chịu tải bất kỳ đều tính
theo nguyên tắc đòn bẩy.

Áp dụng cho
mọi trường hợp





Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


20

1.7.2 Tính hệ số phân bố ngang cho các cầu dầm hộp
Với cầu dầm hộp kể cả hộp đơn và hộp có hai hoặc nhiều ngăn tốt nhất là tính
nội lực bằng các phương pháp không gian như phương pháp phần tử hữu hạn,
dải hữu hạn… trong các phần mềm tính toán đã có sẵn. Với cầu nhiều hộp (hình
b và c trong bảng 1-8) bạn đọc có thể tính theo các công thức cho trong quy
trình, ở đây không nêu công thức tính vì trường hợp này cho đến nay chưa gặp
ở
Việt nam.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


21
Chương 2
THÉP VÀ CÁC LIÊN KẾT
2.1 Các loại thép kết cấu
Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, trong cầu thép thường dùng 4 loại
thép sau:
- Thép cácbon hay thép kết cấu M 270M cấp 250.
- Thép hợp kim thấp cường độ cao M 270M cấp 345 và 345W.
- Thép hợp kim thấp tôi và gia nhiệt M 270M cấp 485W.
-Thép hợp kim thấp tôi và gia nhiệt với cường độ chảy dẻo cao M270M cấp 690
và 690W.
Bảng 2-1 cho các đặc tính cơ học tối thiểu của thép, trong đó có cường độ
chịu kéo nhỏ nhất (F
u
) là cường độ nhỏ nhất khi đứt trong thí nghiệm kéo thép

và cường độ chảy nhỏ nhất (F
y
) là cường độ của vật liệu ở giới hạn chảy trong
thí nghiệm kéo thép.
Bảng 2-1. Các đặc tính tối thiểu của thép kết cấu theo hình dáng, cường độ
và chiều dày
Thép kết
cấu
Thép hợp kim thấp
cường độ cao
Thép hợp
kim thấp
tôi và gia
nhiệt
Thép hợp kim tôi
và gia nhiệt cường
độ chảy cao
Ký hiệu
AASHTO
M 270M
cấp 250
M 270M
cấp 345
M 270M
cấp 345W
M 270M
cấp 485W
M 270M
cấp 690/690W
Ký hiệu ASTM

tương đương
A 709M
cấp 250
A 709M
cấp 345
A 709M cấp
345W
A 709M
cấp 485W
A 709M các cấp
690/690W
Chiều dày bản
thép, 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 dụng
Không
áp dụng
Không
áp dụng

Cường độ chịu
kéo nhỏ nhất F
u
(MPa)
400 450 485 620 760 690
Điểm chảy nhỏ
nhất hoặc cường
độ chảy nhỏ nhất
F
y
(MPa)

250

345

345

485

690

620

Đối với tất cả các loại thép khi thiết kế đều lấy môđun đàn hồi E = 200000
MPa và hệ số giãn nở vì nhiệt 11,7. 10
-6
mm/mm/0
0
C.

Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


22
Trong các loại thép ở bảng 2-1 thì M 270M là ký hiệu thép còn cấp của loại
thép là cường độ chảy tính bằng MPa. Thí dụ thép cấp 345 thì cường độ chảy
của thép là 345MPa, còn chữ W ở sau cấp thép là chỉ thép chống gỉ, thí dụ thép
cấp 690W là thép chống gỉ có cường độ chảy 690MPa.
Tất cả các loại thép cho trong bảng 2-1 đều là thép hàn được.
Chiều dày nhỏ nhất của thép trong cầu thép quy định ở điều 6.7.3 như sau:
- Thép kế
t cấu bao gồm cả liên kết ngang, liên kết dọc và các loại bản nút trừ
sườn dầm của thép hình, sườn tăng cường kín trong mặt cầu có bản trực hướng
(bản orthotrope), tấm đệm và thép lan can đều phải có chiều dày tối thiểu là
8mm.
- Chiều dày sườn của thép hình, sườn tăng cường kín trong mặt cầu có bản trực
hướng phải có chiều dày tối thiểu là 7mm.
- Với những kết cấu ho
ặc bộ phận kết cấu chịu ảnh hưởng ăn mòn nghiêm trọng
thì phải được bảo vệ đặc biệt chống ăn mòn hoặc phải quy định chiều dày bị ăn
mòn để tăng thêm chiều dày thép khi thiết kế.
2.2 Liên kết bulông
Bulông dùng trong cầu có thể là bulông thường hoặc bulông cường độ cao.
Bulông thường được dùng chủ yếu trong các bộ phận phụ như lan can, ống thoát
nước v.v Bulông cường độ cao được dùng phổ biến trong cầu nhất là ở các
mối nối thực hiện tại công trường. Liên kết bulông cường độ cao có thể làm việc

theo ma sát hay theo ép tựa.
Các mối nối chịu ứng suất đổi dấu, tải trọng va chạm mạnh, chấ
n động lớn…
phải dùng liên kết ma sát, cụ thể là:
- Các mối ghép chịu tải trọng mỏi.
- Các mối nối chịu cắt với các bulông lắp vào lỗ quá cỡ.
- Các mối nối chịu cắt với các bulông lắp vào lỗ ôvan ngắn hoặc dài, lực tác
dụng lên mối nối khác với phương thẳng góc với trục dài của lỗ ôvan.
- Các mối nối chịu ứng suất đổi dấu.
- Các mố
i nối trong đó các bulông cũng tham gia truyền tải trọng ở bề mặt được
tạo nhám.
- Các mối nối kéo dọc trục hoặc kéo dọc trục đồng thời cắt.
- Các mối nối chịu nén dọc trục với các lỗ tiêu chuẩn hoặc các lỗ ôvan chỉ trong
một lớp của liên kết, phương của tải trọng thẳng góc với phương của trục dài lỗ
ôvan.
Các liên kết ch
ịu ép tựa được dùng cho các mối nối chịu nén dọc trục hoặc
các mối nối trên hệ liên kết với điều kiện phải thỏa mãn sức kháng tính toán
trong trạng thái giới hạn cường độ.




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


23
2.2.1 Cấu tạo bulông cường độ cao
Bulông cường độ cao bao gồm có bulông, đai ốc và vòng đệm.

2.2.1.1 Bulông
Bulông cường độ cao dùng trong liên kết của các kết cấu thép phải có cường
độ chịu kéo tối thiểu 830MPa cho các bulông có đường kính từ 16mm đến
27mm và 725MPa cho các bulông có đường kính từ 30mm tới 36mm.
Đường kính bulông không được nhỏ hơn 16mm. Không được dùng bulông
16mm trong các cấu kiện chủ yếu, trừ khi tại các cạnh thép góc 64mm và các
bản cánh của các mặt cắt có kích thước yêu cầu các bulông liên kết đường kính
16mm.
Bulông liên kết đường kính 16mm chỉ nên dùng cho lan can, không dùng cho
thép hình.
Các thép góc mà kích thước không yêu cầu cần phải xác định b
ằng tính toán
thì có thể dùng các bulông như sau:
- Bulông đường kính 16mm cho cạnh 50mm.
- Bulông đường kính 20mm cho cạnh 64mm.
- Bulông đường kính 24mm cho cạnh 75mm.
- Bulông đường kính 27mm cho cạnh 90mm.
Đường kính của bulông trong các thép góc của các thanh chủ yếu không được
vượt quá một phần tư chiều rộng cạnh của thanh có bố trí bulông.
Tùy theo công nghệ thi công bulông có các cấu tạo khác nhau:
- Kiểu 1 (hình 2-1- a), bulông có cấu tạo thông thường gồm thân bulông, đai ốc
và hai vòng đệm. Khi xiết dùng một cờlê hãm đầu bulông, một cờlê đo lực xiết
đến lực căng yêu cầu.

Hình 2-1. Các loại bulông
- Kiểu 2 (hình 2-1-b), bulông có đầu chỏm cầu, đai ốc và hai vòng đệm. Khi xiết
dùng cờlê máy xoay hai chiều, một chiều hãm đầu bulông ngoài đai ốc, một
chiều xiết đai ốc đến khi đứt đầu bulông.
(a)
(b)

(c) (d)
(e)




Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


24
- Kiểu 3 (hình 2-1-c,d), bulông có đầu chỏm cầu, dưới chỏm cầu có một hoặc
hai ngạnh (các ngạnh này được đặt trong lỗ có rãnh), đai ốc và một vòng đệm.
Khi xiết dùng một cờlê đo lực xiết đến lực căng yêu cầu.
- Kiểu 4 (hình 2-1-e), bulông có đầu loe hình nón cụt (chìm) sát phần đầu loe
cấu tạo đoạn gai tạo ma sát với lỗ, đai ốc và một vòng đệm. Khi xiết dùng một
cờlê
đo lực xiết đến lực căng yêu cầu.
2.2.1.2 Đai ốc
Đai ốc phải được chế tạo đúng tiêu chuẩn và được tráng kẽm. Đai ốc phải có
độ cứng tối thiểu 89HRB.
2.2.1.3 Vòng đệm
Vòng đệm phải được chế tạo theo đúng tiêu chuẩn và được tráng kẽm. Mặt
ngoài của phần được bắt bulông phải có độ dốc so với mặt phẳng trực giao với
trục bulông lớn hơn 1:20. Trong bất cứ trường hợp nào cũng phải có vòng đệm ở
dưới cấu kiện được xiết chặt. Các vòng đệm tôi cứng phải được trùm qua các lỗ
rộng quá cỡ hoặc rãnh khía ở t
ấm ngoài.
Chiều dày của các vòng đệm tấm kết cấu hoặc thanh với các lỗ tiêu chuẩn
không được nhỏ hơn 8mm.
2.2.2 Lỗ bulông

Lỗ bulông thường có các loại sau:
- Lỗ tiêu chuẩn là lỗ có đường kính lớn nhất lớn hơn đường kính bulông từ 2mm
đến 3mm.
- Lỗ quá cỡ là lỗ có đường kính lớn nhất lớn hơn đường kính bulông từ 4mm trở
lên. Lỗ quá cỡ được dùng trong liên kết ma sát ở bất kỳ lớp nào của liên kết và
không đựơc dùng trong liên kết kiểu ép tựa.
- Lỗ ôvan ngắn và lỗ có xẻ một rãnh là lỗ có chiều dài lớn hơ
n chiều rộng nhiều
nhất là 7mm và có thể dùng cho bất kỳ lớp nào của liên kết ma sát hay liên kết
ép tựa. Cạnh dài của lỗ ôvan không phụ thuộc vào phương của tải trọng trong
liên kết ma sát, còn trong liên kết ép tựa chiều dài phải được trực giao với
phương của tải trọng.
- Lỗ ôvan dài và lỗ có xẻ hai rãnh là lỗ có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều
rộng và chỉ dùng trong một lớp c
ủa liên kết ma sát hay liên kết ép tựa. Cũng như
lỗ ôvan ngắn trong liên kết ma sát cạnh dài của lỗ ôvan có thể có vị trí bất kỳ so
với phương của tải trọng, còn trong liên kết ép tựa cạnh dài phải được trực giao
với phương của tải trọng.
Kích thước của các loại lỗ phụ thuộc và đường kính bulông và không được
vượt quá giá trị cho trong bảng 2-2.






Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn


25

Bảng 2-2. Các kích thước lỗ lớn nhất
Đường kính
bulông
Tiêu chuẩn Quá cỡ Ôvan ngắn Ôvan dài
D Đưòng kính Đường kính Rộng x dài Rộng x dài
16 18 20- 18 x 22 18 x 40
20 22 24 22 x 26 22 x 50
22 24 28 24 x 30 24 x 55
24 26 30 26 x 33 26 x 60
27 30 35 30 x 37 30 x 67
30 33 38 33 x 40 33 x 75
36 39 44 39 x 46 39 x 90

2.2.3 Khoảng cách giữa các bulông
2.2.3.1 Khoảng trống và khoảng cách tối thiểu
Khoảng cách từ tim đến tim của bulông với lỗ tiêu chuẩn không được nhỏ hơn
ba lần đường kính bulông. Khi dùng bulông lỗ quá cỡ hoặc lỗ ôvan (hay lỗ xẻ
rãnh) thì khoảng trống (khoảng cách từ mép lỗ đến mép lỗ liền kề theo phương
của lực hay vuông góc với phương của lực) không được nhỏ hơn hai lần đường
kính bulông.

Hình 2-2. Các kích thước trong liên kết bulông
Ghi chú hình 2.2: a - khoảng cách giữa các đinh (bước bulông); b - khoảng
cách từ đinh đến đầu cấu kiện; c - khoảng trống giữa các bulông; d - khoảng
trống từ bulông đến đầu cấu kiện; g - khoảng cách ngang; b
1
- khoảng cách so le;
a
2
- khoảng cách ngang đến mép cấu kịên.

2.2.3.2 Khoảng cách tối đa
Để bảo đảm cho các tấm ghép ép xít vào nhau và cách ẩm khoảng cách giữa
các bulông trên một hàng đơn liền kề với mép tự do của bản táp ngoài hay thép
hình phải thỏa mãn điều kiện:
S ≤ (100 + 4t) ≤ 175 (2-1)
a
b
c
d
g
b
1
a
2