Bài giảng thiết kế cầu thép

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

Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT

14/81
Trong cầu xe lửa có mặt cầu đặt tiếp lên dầm thép, bề rộng tối thiểu của các bản
cánh là 240mm do điều kiện kê của tà vẹt.
Bề rộng lớn nhất của các bản cánh xác định bằng bề rộng cánh chìa ra (đối với
hàng đinh ngoài cùng liên kết chúng với các thép góc cánh) theo điều kiện về ổn định
cục bộ, không đợc vợt quá các trị số sau:
- Trong cầu xe lửa là 10.tw và 0.3 m,
- Trong cầu ô tô là 15.tw và 0.4 m; ở đây tw là bề dày của bản cánh.
+Xác định chiều dày của bản cánh

Bề dày của bản cánh không nên quá 20 mm để dể bảo đảm chất lợng thép.
Ngoài ra nếu các bản cánh có bề dày nhỏ thì dễ cắt để cho biểu đồ bao vật liệu là phù
hợp nhất với biểu đồ mô men tính toán và tiết kiệm thép hơn. Tuy nhiên về mặt cấu tạo
cũng yêu cầu các bản cánh không đợc mỏng hơn 10 mm.
Bề dày lớn nhất của tất cả các bản cánh bao gồm cả cánh thép góc cánh và các
loại bản nối khống chế bởi bề dày cho phép theo điều kiện tán ghép của đinh tán 4.5d,
nếu tán đinh bằng hai búa hoặc máy tán là 5.5d, trong đó d là đờng kính của thân
đinh tán. Bên cạnh đó cũng có qui định về số lợng các phân tố lắp ghép bằng đinh tán
không đợc nhiều hơn 7 nếu tán bằng hai buá thì không đợc nhiều hơn 8 đối với đinh
đờng kính 23 mm, và tơng ứng không đợc nhiều hơn 8 và 9 đối với đinh đờng
kính 26 mm.
Diện tích các thép góc cánh nên bằng khoảng 30% - 40% diện tích biên dầm vì
nếu nhỏ quá thép góc cánh sẽ làm việc quá tải.

2.2 Sờn tăng cờng

1-sờn tăng cờng đứng
2-sờn dầm
3-bản cánh
4-sờn tăng cờng dọc

1
2
3
4
3
4
1
2
Để đảm bảo ổn định cho sờn dầm ngời ta đặt thêm vào sờn dầm các sờn
tăng cờng đứng và có thể cả sờn tăng cờng ngang bằng thép góc hoặc bằng thép
bản.
Bố trí sờn tăng cờng phải căn cứ vào tính toán ổn định cục bộ sờn dầm chủ,
tại vị trí có liên kết ngang nhất thiết phải bố trí sờn tăng cờng đứng. Sờn tăng
cờng nên đặt đối xứng ở cả hai bên của sờn dầm. Tại khu vực gối sờn tăng cờng
bố trí dày hơn.
Các quy định về kích thớc của sờn tăng cờng:

Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
15/81
Bề dày của sờn tăng cờng không đợc nhỏ hơn 1/15 chiều rộng cánh thò ra của
dầm chủ và không đợc bé hơn 10mm.
Các đầu của sờn tăng cờng đứng phải tựa khít vào cánh dầm, nên có bản thép
đệm đặt giữa đầu sờn dới và cánh dầm, bản đệm có bề dày 16-20mm, bề rộng 30-
40mm. Cho phép hàn trực tiếp sờn tăng cờng với bản thép của cánh dầm chịu nén
hay với bản cánh dới của dầm ở gối. Miếng đệm đợc hàn đính vào đầu sờn tăng
cờng và không hàn vào cánh chịu kéo.

6.10.8. Gờ tăng cờng
6.10.8.1. Gờ tăng cờng ngang trung gian
6.10.8.1.1. Tổng quát
Các gờ tăng cờng ngang gồm có các tấm hoặc thép góc đợc hàn hoặc liên kết bằng bulông vào
hoặc một hoặc cả hai bên của bản bụng.
Các gờ tăng cờng không sử dụng nh là các tấm nối phải lắp khít chặt vào bản cánh chịu nén,
nhng không cần phải ép vào mặt bản cánh chịu kéo.
Các gờ tăng cờng đợc sử dụng nh các tấm nối cho các vách ngang hoặc các khung ngang phải
đợc liên kết vào cả hai bản cánh bằng hàn hoặc bắt bulông.
Khoảng cách giữa đầu của mối hàn gờ tăng cờng vào bản bụng và mép gần của đờng hàn bản
cánh vào bản bụng phải không nhỏ hơn 4t
w
hoặc lớn hơn 6t
w
.
6.10.8.1.2. Chiều rộng phần thò ra (phần chìa )
Chiều rộng, b
t
, của mỗi phần chìa của gờ tăng cờng phải thỏa mãn:
ys
pt
F
E
0.48tb
30
d
50 +
(6.10.8.1.2-1)
và
16,0 t

p
b
t
0,25 b
f
(6.10.8.1.2-2)

trong đó:
d = chiều cao mặt cắt thép (mm)
t
p
= chiều dày của phân tố chìa ra (mm)
F
ys
= cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của gờ tăng cờng (MPa)
b
f
= toàn bộ chiều rộng của bản cánh thép trong một mặt cắt (mm)
6.10.8.1.3. Mômen quán tính
Mômen quán tính của bất kỳ gờ tăng cờng ngang nào đều phải thỏa mãn:
I
t
d
o
t
w
3
J (6.10.8.1.3-1)
với
J =

0,52,0
d
D
2,5
2
o
p









(6.10.8.1.3-2)
trong đó:
I
t
= mômen quán tính của gờ tăng cờng ngang quanh mép tiếp xúc với bản bụng đối với
các gờ đơn và quanh trục giữa chiều dày của bản bụng đối với các gờ kép (mm
4
)
t
w
= chiều dày bản bụng (mm)
d
o
= khoảng cách của gờ tăng cờng ngang (mm)

D
p
= chiều cao bản bụng đối với các bản bụng không có các gờ tăng cờng dọc hoặc chiều
cao lớn nhất của panen phụ đối với các bản bụng có các gờ tăng cờng dọc (mm).
Các gờ tăng cờng ngang sử dụng kết hợp với các sờn tăng cờng dọc cũng phải thỏa mãn:
l
l
I
3,0d
D
b
b
I
o
t
t

(6.10.8.1.3-3)
trong đó:
b
t
= chiều rộng thiết kế của gờ tăng cờng ngang (mm)
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
16/81
b
l
= chiều rộng thiết kế của gờ tăng cờng dọc (mm)
I
l
= mômen quán tính của gờ tăng cờng dọc lấy qua mép tiếp xúc với bản bụng, căn
cứ trên mặt cắt hiệu dụng theo quy định trong Điều 6.10.8.3.3 (mm
4
)
D = chiều cao bản bụng (mm)
6.10.8.1.4. Diện tích
Các gờ tăng cờng ngang trung gian yêu cầu để chịu các lực do tác động của dải kéo của bản bụng
theo quy định trong Điều 6.10.7.3 phải thỏa mãn:
()

ys
yw
2
w
r
u
ws
F
F
18.0t
V
V
C1.00.15BDtA
(6.10.8.1.4-1)
trong đó:
V
r
= sức kháng cắt tính toán theo quy định trong Điều 6.10.2.1 (N)

V
u
= lực cắt do các tải trọng tính toán ở trạng thái giới hạn cờng độ (N)
A
s
= diện tích gờ tăng cờng; tổng diện tích của cả đôi gờ tăng cờng (mm
2
)
B = 1,0 cho các đôi gờ tăng cờng
B = 1,8 cho các gờ tăng cờng đơn bằng thép góc
B = 2,4 cho các gờ tăng cờng đơn bằng thép tấm
C = tỷ số ứng suất oằn cắt với cờng độ chảy cắt theo quy định ở Điều 6.10.7.3.3a
F
yw
= cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của bản bụng (MPa)
Fys = cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của gờ tăng cờng (MPa)
Đối với những dầm có chiều cao lớn, riêng sờn tăng cờng đứng không đủ đảm
bảo ổn định cục bộ cho sờn dầm thì phải bố trí thêm sờn tăng cờng ngang. Khoảng
cách từ sờn tăng cờng ngang đến cánh chịu nén của dầm chủ lấy nh sau:
khi dùng một sờn: (0,20-0,25)d
khi dùng hai hay ba sờn: sờn thứ nhất (0,15-0,20)d; sờn thứ hai (0,4-0,50)d;
sờn thứ ba đặt trong khu vực chịu kéo của sờn dầm
.
6.10.8.3. Các gờ tăng cờng dọc
6.10.8.3.1. Tổng quát
ở nơi nào yêu cầu, các gờ tăng cờng dọc có thể gồm hoặc tấm đợc hàn dọc vào một bên của bản bụng,
hoặc thép góc bắt bulông, và phải đợc đặt ở một khoảng cách 2D
c
/5 từ mép trong của bản cánh chịu nén.
D

c
là chiều cao của bản bụng chịu nén ở mặt cắt có ứng suất uốn nén lớn nhất.
6.10.8.3.2. Chiều rộng phần chìa
Chiều rộng phần chìa, b
t
, của gờ tăng cờng phải thỏa mãn:
yc
s
F
E
0,48tb
l
(6.10.8.3.2-1)
trong đó:
t
s
= chiều dày của gờ tăng cờng (mm)
F
yc
= cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh chịu nén liền kề (MPa)
6.10.8.3.3. Mômen quán tính
Các đặc trng mặt cắt của gờ tăng cờng phải căn cứ trên diện tích hiệu dụng gồm có gờ tăng cờng và
dải ở trung tâm của bản bụng không vợt quá 18t
w
.
Các gờ tăng cờng dọc phải thỏa mãn:

0,13
D
d
2,4DtI
2
o
3
wl
(6.10.8.3.3-1)
r
E
F
0,234d
yc
o

(6.10.8.3.3-2)

trong đó:
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
17/81
I
l
= mômen quán tính của gờ tăng cờng dọc và dải bản bụng quanh mép tiếp xúc với
bản bụng (mm
4
)
r = bán kính hồi chuyển của gờ tăng cờng dọc và dải bản bụng quanh mép tiếp xúc với bản bụng
(mm)
D = chiều cao bản bụng (mm)
d
o
= khoảng cách gờ tăng cờng ngang (mm)
t
w
= chiều dày bản bụng (mm)
F
yc
= cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của bản cánh chịu nén liền kề (MPa)
ò 3. Hệ liên kết các dầm chủ (1tiết)
- hệ liên kết ngang
- hệ liên kết dọc
Hệ liên kết dầm chủ gồm có hệ liên kết dọc và hệ liên kết ngang
3.1 Hệ liên kết ngang

Hệ liên kết ngang liên kết các dầm chủ tạo cho hệ dầm chủ có độ cứng ngang.
Liên kết ngang tham gia vào việc phân phối tải trọng đều hơn cho các dầm chủ, ngoài
ra các liên kết ngang ở gối còn dùng để kích dầm khi sửa chữa, cũng chính vì vậy mà
liên kết ngang ở đầu dầm thờng đợc cấu tạo chắc chắn hơn các liên kết ngang khác.
Trong qui trình Việt Nam không qui định khoảng cách giữa các liên kết ngang,
còn trong qui trình của Nhật qui định: phải bố trí liên kết ngang tại gối và tại giữa dầm
chủ. Cầu dầm đặc mặt cắt chữ I hay chữ phải có các liên kết ngang trung gian,
khoảng cách giữa các liên kết ngang không nên vợt quá 6m và không nên lớn hơn 30
lần bề rộng của bản cánh.
Liên kết ngang có thể cấu tạo từ thép bản hoặc thép góc, liên kết trực tiếp với
sờn tăng cờng hoặc thông qua bản tiếp điểm.

2 3
4
3
3
22
3
2
1

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
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
18/81

có quan điểm cho rằng hệ liên kết dọc cũng góp phần phân phối đều hơn tải trọng
thẳng đứng cho các dầm khi tải trọng đặt lệch tâm.

a)
b)

d)
c)


Cần trình bày ý nghĩa và cấu tạo của mỗi hệ-vẽ hình

ò 4. Mối nối dầm chủ.( 1,5 tiết)
- ý nghĩa và sự cần thiết của mối nối dầm chủ
- Yêu cầu của mối nối
- Mối nối sờn dầm (vẽ hình)
- Mối nối bản cánh (vẽ hình)
- Cách tạo độ vồng bằng mối nối (sự cần thiết phải tạo vồng)
- Cách tạo vồng cho dầm có một mối nối và hai mối nối
Cần thiết phải có mối nối dầm chủ là do hai yêu cầu chính : kích thớc thép cán
có hạn chế, khi dầm chủ dài không thể nối ghép ngay ở công xởng vì khó vận
chuyển. Nh vậy có những mối nối tiến hành ở trong công xởng, có những mối nối
phải thực hiện ngoài công trờng.
4.1 Yêu cầu của mối nối :

- Mối nối phải đủ truyền lực, tránh tập trung ứng suất
- Mối nối phải đơn giản, dễ thực hiện, có thể định hình
- Nếu mối nối để tạo vồng thì phải đảm bảo đúng độ vồng theo thiết kế.
4.2 Mối nối sờn dầm

Sờn dầm chịu lực cắt là chủ yếu nên hạn chế nối ở chỗ có lực cắt lớn.
Bản bụng thờng nối theo kiểu đối đầu, có hai bản nối ghép đối xứng để giảm số
lợng đinh, không nối chồng, tránh truyền lực lệch tâm và tăng số lợng đinh.

b)a)

Hình a-Bản táp không phủ lên cánh thép góc b-bản táp phủ lên cánh
Nối sờn dầm bằng bản táp có chiều cao lọt vào trong khoảng hai thép góc của
cánh trên và cánh dới không tốt vì khi đó thép góc sẽ làm việc quá tải. Nên có các
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
19/81
bản táp phủ lên thép góc nh vậy thép góc không quá tải và giảm bớt số đinh vì các
đinh ở xa làm việc nhiều hơn.

4.3 Mối nối bản cánh
Mối nối bản cánh chịu mô men nên cần tránh ở mặt cắt có mô men lớn. Mối nối
bản cánh có thể là đối đầu, so le hoặc kết hợp đối đầu và so le.
Mối nối đối đầu đơn giản nhng tốn nhiều bản táp, nếu tiết diện bản cánh lớn thì
mối nối này không phù hợp.

3
4
1
2

Mối nối so le có bản cánh và thép góc cánh gián đoạn ở nhiều vị trí khác nhau,
mối nối này tốn ít bản táp, tuy vậy để tiện vận chuyển đến công trờngthì gặp khó

khăn do đầu các bản thừa ra quá mỏng nên dễ bị cong vênh, lắp ráp ở công trờng
cũng khó khăn.
Mối nối kết hợp, ở đây trình bày mối nối bản cánh gồm ba bản thép và một thép
góc cánh

I
b I-I
b a

4.3 Mối nối tạo vồng
Có nhiều cách tạo vồng trong đó tạo vồng nhờ mối nối vừa kinh tế vừa dễ thi
công, trừ trờng hợp dầm ngắn không phải nối thì khi đó cũng không cần tạo độ vồng.
Đối với những dầm có một mối nối khi đó cả hai đoạn dầm ở hai bên mối nối
đều đặt dốc đi để tạo vồng. Đối với những dầm có hai mối nối thì đoạn dầm giữa
thờng đặt nằm ngang còn hai đoạn đầu đặt dốc để tạo độ vồng. Trờng hợp dầm có
lớn hơn hai mối nối cách tạo độ vồng cũng tơng tự nên không trình bày.
- Cách tạo độ vồng khi dầm có một mối nối:
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
20/81
Trong trờng hợp này dầm có hai đoạn, nếu hai đoạn có chiều dài bằng nhau thì
cần đặt cho các đoạn nghiêng với đờng nằm ngang nh nhau sao cho ở vị trí mối nối
đạt đợc độ vồng fv nh thiết kế, nếu hai đoạn dầm có chiều dài khác nhau thì để ở vị
trí mối nối đạt đợc độ vồng là fv cần đặt các đoạn nghiêng với đờng nằm ngang
những góc 1 và 2 khác nhau. Để đạt đợc điều đó các cột đinh trên bản táp của
sờn dầm cần nghiêng với đờng thẳng đứng những góc tơng ứng là 1 và 2 nh
trên hình 2-10 b. Trong đó tg1 = fv/ l
1

; tg
2
= fv / l2. Do các góc 1 và 2 rất nhỏ
(vì độ vồng fv rất nhỏ so với l1 và l2) nên việc thực hiện mối nối cánh cũng không có
gì phức tạp hơn nhiều so với mối nối không có tạo độ vồng.
- Cách tạo độ vồng cho dầm có hai mối nối
Trong trờng hợp này ngời ta đặt cho đoạn giữa nằm ngang, các đoạn đầu và
cuối nghiêng với đoạn giữa những góc a1 và a3 có:
Tg1 = fv / l1 và tg3 = fv / l3 để ở đoạn giữa có độ vồng là fv nh trên hình 4-
11a. Mối nối giữa đoạn 1 (chiều dài l
1
) và đoạn 2 (chiều dài l
2
) các cột đinh trên đoạn
2 bố trí thẳng đứng, còn các cột đinh trên đoạn 1 nghiêng đi một góc 1 so với đờng
thẳng đứng. Mối nối giữa hai đoạn 2 và 3 cũng tơng tự nh trên nghĩa là các cột đinh
trên đoạn 2 thẳng đứng, còn các cột đinh trên đoạn 3 nghiêng với đờng thẳng đứng
một góc 3.


2
l2

2

1

1
l1

ò 5. Các loại mặt cầu thép. (1tiết)
- mặt cầu bằng bản BTCT
- mặt cầu bằng bản trực hớng
Bµi gi¶ng thiÕt kÕ cÇu thÐp 5/2006
NguyÔn H÷u H−ng Bé m«n CTGTTP-
§
¹i häc GTVT
21/81
(6)
(7)
(2)
(1)
(3)
(4)
(5)

h)
g)
f)
e)
d)
c)
b)
a)


Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ

ại học GTVT
22/81
3-2-3: Chơng 3:
Kết cấu nhịp cầu dầm thép liên hợp bản BTCT (3tiết)
3-2-3-1 Mục đích:
Trang bị các kiến thức cơ bản về cấu tạo kết cấu nhịp cầu dầm thép liên hợp bản
BTCT.
3-2-3-2 Các nội dung chủ yếu:
ò 1. Khái niệm chung.
- khái niệm
- Nguyên lý làm việc của cầu dầm liên hợp
- Các giai đoạn làm việc
Dầm liên hợp thép-BTCT gồm hai loại vật liệu, bản BTCT và dầm thép liên kết
với nhau bằng các neo. Bản làm việc với t cách bản mặt cầu, vừa là một thành phần
của dầm chủ
.

Mặt cắt ngang dầm liên hợp
Do đặc điểm cấu tạo nh trên nên dầm liên hợp tiết kiệm thép cho dầm chủ,
ngoài ra bản mặt cầu còn thay thế cho hệ liên kết dọc trên cho nên nếu cần chỉ bố trí
hệ liên kết dọc dới.
Trong giai đoạn thi công bằng nhiều biện pháp có thể điều chỉnh nội lực trong
dầm theo ý muốn. Tuy nhiên dầm liên hợp có nhợc điểm là tĩnh tải mặt cầu tơng đối
lớn.
Dầm liên hợp làm việc theo hai giai đoạn chính:

Giai đoạn 1
: lắp xong dầm thép và các liên kết, đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp ghép
bản mặt cầu nhng mặt cầu cha liên kết cứng với dầm thép. ở giai đoạn này mới chỉ
có dầm thép làm việc. Tải trọng tác dụng trong giai đoạn này gồm có trọng lợng bản

thân dầm thép, hệ liên kết , trọng lợng bản BT và các phần đổ cùng với bản.
Giai đoạn II
: Sau khi dầm thép đã liên kết với bản BT trong giai đoạn này chia
nhỏ ra hai trờng hợp là trờng hợp ngắn hạn và trờng hợp dài hạn (n và 3n; n là tỷ số
mô đuyn đàn hồi của thép/bê tông)

ò 2. Cấu tạo hệ dầm chủ và neo
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
23/81
- 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 phải nhỏ hơn cánh dới, trừ những dầm ngắn dùng
thép hình cán sẵn mới có hai cánh bằng nhau, nh vậy nói chung dầm thép liên hợp
giảm đợc khối lợng thép và tăng đợc độ cứng đáng kể.
Trong cầu dầm giản đơn dùng dầm thép liên hợp BTCT rất phù hợp vì toàn bộ
bản mặt cầu bằng BTCT đợc bố trí trên suốt chiều dài nhịp đều nằm trong khu vực
chịu nén. Trong cầu dầm liên tục thì có những đoạn dầm chịu mô men âm, mặt cầu sẽ
chịu kéo khi đó sẽ có các giải pháp nh sau: không tạo liên kết giữa dầm thép với bản
BTCT, tạo DƯL trong bản bê tông CT hoặc bố trí các cốt thép đặc biệt để chịu lực kéo
trong bản BTCT.

Bê tông
Cốt thép
Dầm thép

2.2 Cấu tạo neo
Khi dầm liên hợp làm việc chịu uốn thì trong mặt phẳng liên kết bản với dầm
thép sản sinh ra lực trợt lớn. Để chống lại đợc lực trợt đó ngời ta bố trí neo chống
cắt ở trên các bản cánh chịu nén.

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.
6.10.7.4.1a. Các kiểu neo
Các neo chữ U và neo đinh chống cắt phải đợc thiết kế theo các quy định của điều này.
Các neo chống cắt cần thuộc một kiểu mà kiểu đó cho phép khi đầm kỹ bê tông thì bảo đảm
toàn bộ các bề mặt của chúng đợc tiếp xúc với bê tông. Các neo phải có khả năng chống lại cả
hai chuyển vị thẳng đứng và nằm ngang giữa bê tông và thép.
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
24/81
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 với cánh trên của dầm
thép bằng đờng hàn, đinh tán hoặc bulông. Theo cách liên kết bản BTCT với dầm chủ
ngời ta chia ra hai loại neo chính là: neo cứng và neo mềm
Neo cứng:
thờng đợc chế tạo từ thép bản, thép góc và thép hình. Neo cứng có
cấu tạo gọn nhẹ nên trớc đây thờng dùng khi khi bản mặt cầu lắp ghép vì khi đó trên
bản mặt cầu các lỗ neo thờng nhỏ.
Neo cứng có khả năng chịu lực tốt nhng liên kết với bê tông kém nên ở Pháp
trong neo cứng ngời ta còn luồn thêm một đoạn thép tròn vào neo cứng. Một loại neo
đợc dung khá phổ biến hiện nay là hình chiếc đinh có mũ ở trên. Neo đợc liên kết
với cánh trên của dầm bằng cách hàn, tán đinh hoặc bắt bu lông cờng độ cao



Neo mềm:
Neo mềm đợc chế tạo từ thép tròn uốn cong thành một nhánh
hoặc hai nhánh. neo mềm thờng đợc hàn ngay trên cánh trên của dầm thép, để
tránh khó khăn khi vận chuyển có thể hàn tại công trờng cũng có thể hàn neo
mềm lên các bản thép, rồi ra công trờng hàn hoặc bắt bulông liên kết bản thép
với cánh dầm

Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
25/81

6.10.7.4.1c. Khoảng cách ngang
Các neo chống cắt phải đợc đặt theo phơng ngang, ngang qua bản cánh trên của tiết diện thép
và có thể đặt cách khoảng theo các cự ly đều hoặc thay đổi.

Các neo đinh chống cắt không đợc đặt gần hơn 4 lần đờng kính từ tim đến tim theo phơng
ngang đến trục dọc của cấu kiện đỡ tựa.
Khoảng cách tĩnh giữa mép của bản cánh trên và mép của neo chống chắt gần nhất không đợc
nhỏ hơn 25 mm.
6.10.7.4.1d. Lớp phủ và độ chôn sâu
Chiều cao tịnh của lớp bê tông phủ ở trên các đỉnh của các neo chống cắt không đợc nhỏ hơn
50 mm. Các neo chống cắt cần đợc chôn sâu ít nhất 50 mm vào trong mặt cầu.

ò 3. Cấu tạo bản mặt cầu
- Bản mặt cầu bằng BTCT
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
26/81

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 BTCT
3-2-4-2. Các nội dung chủ yếu:
ò 1. Nguyên lý chung. (0,5 tiết)
- Nguyên lý tính toán: xuất phát nguyên lý làm việc của cầu dầm thép và cầu
dầm thép liên hợp bản BTCT
- Sơ đồ kết cấu dùng để tính toán: vẫn thống nhất quan điểm biến sơ đồ không
gian về phẳng hoặc để cả sơ đồ không gian
Tính toán cầu có nhiều phơng pháp nh : tính theo ứng suất cho phép, tính theo
hệ số tải trọng và tính theo trạng thái giới hạn. Theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05 cầu
đợc tính phơng pháp trạng thái giới hạn.

1.3.2. Các trạng thái giới hạn
1.3.2.1. Tổng quát
Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn Phơng trình 1 với mỗi trạng thái giới hạn, trừ khi đợc
quy định khác. Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng
đợc lấy bằng 1,0, trừ trờng hợp với bu lông thì phải áp dụng quy định ở Điều 6.5.5. Mọi trạng thái
giới hạn đợc coi trọng nh nhau.


i
Y
i
Q
i
R
n
= R
r
(1.3.2.1-1)
với :

i
=
D

R

l
> 0,95 (1.3.2.1-2)
Trong tiêu chuẩn 22TCN-272-05 có các trạng thái giới hạn sau: trạng thái giới

hạn cờng độ, trạng thái giới hạn sử dụng, trạng thái giới hạn phá hoại mỏi và giòn,
trạng thái giới hạn đặc biệt. Với mỗi trạng thái giới hạn có tổ hợp và hệ số tải trọng
tơng ứng.

Trạng thái giới hạn cờng độ i: Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng
cho xe tiêu chuẩn của cầu không xét đến gió
Trạng thái giới hạn cờng độ ii: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với
vận tốc vợt quá 25m/s
Trạng thái giới hạn cờng độ iii: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe
tiêu chuẩn của cầu với gió có vận tốc 25m/s
Trạng thái giới hạn đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến động đất, lực va của
tầu thuyền và xe cộ, và đến một số hiện tợng thuỷ lực với hoạt tải đã chiết giảm khác với khi là
một phần của tải trọng xe va xô, CT.

Trạng thái giới hạn sử dụng
:

Tổ hợp tải 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,
Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
27/81
sự chảy dẻo của kết cấu thép và trợt của các liên kết có nguy cơ trợt do tác dụng của hoạt tải
xe. Tổ hợp trọng tải này cũng cần đợc dùng để khảo sát ổn định mái dốc.

Trạng thái giới hạn mỏi
:

Tổ hợp tải trọng gây mỏi và đứt gẫy liên quan đến hoạt tải
xe cộ trùng phục và xung kích dới tác dụng của một xe tải đơn chiếc có cự ly trục đợc quy
định trong Điều 3.6.1.4.1.
Bảng 3.4.1-1- Tổ hợp và hệ số tải trọng


Trạng thái
giới hạn

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

WA

WS

WL

FR

TU
CR
SH

TG

SE
Cùng một lúc chỉ
dùng một trong các
tải trọng
eq ct cv
Cờng độ I

n
1,75 1,00 - - 1,00 0,5/1.20

TG

SE
- - -
Cờng độ II

n
- 1,00 1,40 - 1,00 0,5/1.20

TG

SE
- - -
Cờng độ III

n
1,35 1,00 0.4 1,00 1,00 0,5/1.20

TG


SE
- - -
Đ
ặc biệt

n
0,50 1,00 - - 1,00 - - - 1,00 1,00 1,00
Sử dụng
1.0 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 1,0/1,20

TG


SE
- - -
M
ỏ
i ch
ỉ
có LL,

IM & CE
- 0,75 - - - - - - - - - -

Kết cấu thực là hệ không gian khi tính toán có thể dùng các phơng pháp tính
không gian, cũng có thể phân chia thành các hệ phẳng bằng cách tính hệ số phân bố
ngang để phân chia tải trọng cho các dầm sau đó tính từng dầm nh một kết cấu
phẳng. Có rất nhiều phơng pháp xác định hệ số phân bố ngang nhng trong tiêu
chuẩn 22TCN-272-05 cho phép xác định hệ số phân bố ngang theo cách sau:

Bảng

4.6.2.2.1.1

Kết cấu phần trên của cầu thông thờng
đợc nêu trong các Điều 4.6.2.2.2 và 4.6.2.2.3
Câu kiện đỡ
Dầm thép
Loại mặt cầu Mặt cắt điển hình
Mặt cầu bê tông đúc tại chỗ,
đúc sẵn, lới thép.

Bảng 4.6.2.2.2a-1- Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men trong các dầm giữa

Bài giảng thiết kế cầu thép 5/2006
Nguyễn Hữu Hng Bộ môn CTGTTP-
Đ
ại học GTVT
28/81
Loại dầm

Mặt cắt
thích hợp
lấy từ bảng
4.6.2.2.1-1
Các hệ số phân số

Phạm vi áp dụng

Mặt bê tông mặt
cầu kiểu mạng
dầm lấp đầy
hoặc mạng dầm
lấp một phần trên
dầm thép hoặc
bê tông; dầm bê
tông chữ T, mặt
cắt T hoặc T kép


Cho a,e, k
cũng cho i,j
nếu đợc liên
kết đủ để làm
việc nh một
khối

Một làn thiết kê chịu tải:
1,0
3
s

g
3,04,0
Lt
K
L
S
4300
S
06,0




















+

Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:
1,0
3
s
g
2,06,0
Lt
K
L
S
2900
S
075,0

+



1100

S

4900
110

t
s

300
6000

L

73000
N
b


4

Dùng giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị hoặc
tính từ phơng trình trên với
N
b
= 3 hoặc theo nguyên tắc đòn bẩy.


N
b
= 3
Bảng 4.6.2.2.2c-1- Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men
trong dầm dọc biên

Loại kết cấu nhịp
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
Mặt cầu bê tông,
mặt cầu dạng lới
lấp đầy hoặc lấp
một phần trên dầm
bê tông hoặc thép;
dầm bê tông chữ
T, mặt cắt T hoặc

T kép
Cho a, e, k và
cũng có thể cho i,
j nếu đợc liên
kết chặt chẽ để
làm việc nh một
khối
Quy tắc
đòn bẩy
G = e g
bên trong

2800
e
d
0,77e +=

1700
e
d300


Dùng giá trị nhỏ nhất
trong hai giá trị hoặc tính
theo phơng trình trên với
N
b
= 3 hoặc theo nguyên
tắc đòn bẩy
N

b
= 3
Bảng 4.6.2.3a-1- Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm giữa


Loại kết cấu nhịp
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
M
ặ
t cầu bêtôn
g
, đan
lới, lấp đầy hoặc
lấp 1 phần trên dầm
thép hoặc bêtông,
dầm bêtông chữ T,
mặt cắt T hoặc T
kép
Cho a, e, k và
cũng cho j nếu
đợc liên kết
chặt thì làm
việc nh một

khối
7600
S
0,36+

0,2
10700
S
7600
S
2,0








+

1100

S

4900
6000

L

73000
110

t
s


300
4x10
9


K
g


3x10
12

N
b


4
Quy tắc đòn bẩy Quy tắc đòn bẩy N
b
= 3
Bảng 4.6.2.2.3b-1 - Sự phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm biên

Dạng kết cấu

nhịp
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