Công trình nhân tạo: Cầu thép

CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

CHƯƠNG 4
CẦU THÉP
§1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU THÉP
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG.
1.1.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA CẦU THÉP.
Đặc điểm nổi bật của thép là có tính chịu lực cao với mọi loại ứng suất (kéo, nén,
uốn, cắt, xoắn, …) do đó có thể dùng để xây dựng tất cả các loại cầu khác nhau như cầu
dầm, cầu dàn, cầu vòm, cầu treo, … và các hệ thống liên hợp.
Thép có trọng lượng riêng khá lớn nhưng độ bền cao nên trọng lượng bản thân
kết cấu rất nhẹ, vì vậy có khả năng làm các cầu nhịp lớn mà các loại cầu khác không
thực hiện được.
Thép có cường độ cao nhưng module đàn hồi lớn, do đó độ cứng lớn, độ võng
nhỏ, nên cầu thép vẫn đáp dứng được điều kiện khai thác bình thường, chịu được ảnh
hưởng của các loại tải trọng có chu kỳ như động đất, gió bão. Mặt khác thép có tính dẻo
dai cao, sự phá hoại của thép thường diễn ra dưới trạng thái dẻo, tức là phá hoại có kèm
theo biến dạng lớn, tạo điều kiện phân bố lại nội lực và ứng suất, do đó chịu tải trọng
xung kích và tải trọng mỏi tốt.
Về mặt lí hoá, thép có tính đồng nhất cao, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, cường độ
và module đàn hồi thay đổi ít nên cầu thường làm việc tốt trong điều kiện nhiệt độ của
môi trường biến đổi. Module đàn hồi tốt và tính chịu nhiệt cao là ưu điểm cơ bản của thép
so với các loại vật liệu chất dẻo hiện nay.
Về mặt chế tạo, thép dễ gia công, dễ cắt, rèn đập, đúc cán, hàn nên có thể chế
tạo thành nhiều loại hình dạng thích hợp với đặc điểm các loại cầu khác nhau, đồng thời
tạo khả năng công nghiệp hoá, tự động hoá chế tạo trong công xưởng.
Một đặc điểm quan trọng của cầu thép là có nhiều dạng liên kết đáng tin cậy như
bulông, đinh tán, hàn và dán. Các loại liên kết này đảm bảo tính lắp ghép cao, làm cho
cầu dễ lắp, dễ tháo, có thể dùng được trong các công trình vĩnh cửu, công trình tạm và
các công trình phục vụ quốc phòng.
Nhược điểm cơ bản của thép là hiện tượng gỉ dưới tác dụng của môi trường ẩm,

mặn, axít và các hơi độc khác. Gỉ thép làm giảm tiết diện chịu lực, làm hư hỏng liên kết
và giảm tuổi thọ của công trình.
→ Do đặc điểm trên, cầu thép thường dùng cho kết cấu nhịp của các cầu lớn trên
đường sắt, đường ôtô, và các loại cầu tạm (yêu cầu thi công nhanh), các loại cầu quân sự
(yêu cầu tháo dỡ nhanh và vận chuyển nhẹ nhàng). Mố trụ và các kết cấu móng chủ yếu
dùng BTCT.
1.1.2. ƯU ĐIỂM.
Thép là loại vật liệu xây dựng hoàn chỉnh nhất. Thép có phẩm chất cao như tính
đồng nhất, đẳng hướng, làm việc hoàn toàn đàn hồi trước khi đạt cường độ chảy. Thép có
cường độ chịu kéo và nén cùng cao. Qua giới hạn chảy, vì có độ dẻo cao, tạo được độ dự
trữ về cường độ lớn mà các vật liệu khác không có được, do đó thép chịu ổn định và tải
trọng động tốt.
Cầu thép xây dựng nhanh hơn cầu BTCT hay BTCT DƯL, có thể lắp dựng dễ dàng,
qua sông, suối, thung lũng trong các điều kiện môi trường khác nhau và giảm chi phí xây
dựng.
Kết cấu nhịp (KCN) cầu thép nhẹ hơn BTCT, do đó giảm giá thành kết cấu phần
dưới, đặc biệt có ý nghĩa khi địa chất xấu.
KCN cầu thép thường có thể thiết kế với chiều cao thấp hơn cầu BTCT, điều này
rất có ý nghĩa khi cần giảm chiều cao kiến trúc (các cầu vượt, cầu cạn, … ).
Cầu thép dễ sửa chữa và sửa chữa nhanh hơn cầu BTCT.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[53]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
1.1.3. NHƯỢC ĐIỂM.
Gỉ là một vấn đề dai dẳng và tốn kém trong việc duy tu bảo quản cầu và đó là
một trong những nguyên nhân chính dẫn tới phá hỏng cầu thép.
Giá thành sơn cầu thép trong suốt thời gian phục vụ rất cao. Vấn đề cạo gỉ khi

sơn cũng làm ảnh hưởng tới môi trường, sức khoẻ con người.
1.2. VẬT LIỆU THÉP DÙNG TRONG XÂY DỰNG CẦU.
1.2.1. KHÁI NIỆM CHUNG.
Vật liệu kim loại nói chung chia làm 2 loại: kim loại màu và kim loại đen.
Kim loại đen bao gồm sắt và các hợp kim của sắt với cacbon cùng với một số
nguyên tố khác như Mn, S, Si, P, …
Theo hàm lượng Cacbon, kim loại đen còn được chia ra: gang và thép.
Gang là hợp kim của sắt và cacbon với hàm lượng cacbon ≥ 2% (gang thường có
C ≤ 6%).
Kim lo¹i

Kim lo¹i mμu

KL mμu nÆng

Kim lo¹i ®en

KL mμu nhÑ

Gang

ThÐp

ThÐp Cacbon

ThÊp

Trung b×nh

ThÐp hîp kim

Cao

ThÊp

Trung b×nh

Cao

Thép là hợp kim của sắt và cacbon với hàm lượng cacbon < 2%.
Thép còn được phân chia ra làm hai loại: thép cacbon và thép hợp kim.
Thép cacbon: chủ yếu là Fe và C, ngoài
Thép cacbon Hàm lượng C
ra còn có các nguyên tố khác như Mn, Si, P, S …
Thấp C ≤ 0.25%
nhưng các nguyên tố này đều là tạp chất ít nhiều
Trung bình 0.25% ≤ C ≤ 0.6%
có ảnh hưởng đến tính chất của thép và không thể
Cao 0.6% ≤ C ≤ 2%
loại bỏ được trong quá trình luyện thép. Theo hàm
lượng cacbon, người ta chia ra: thép cacbon thấp,
Thép hợp kim Hàm lượng nguyên
trung bình và cao.
tố hợp kim
Thép hợp kim: để tăng cường các tính
Thấp ≤ 2.5%
chất kỹ thuật của thép, người ta cho thêm vào
Trung bình 2.5% ≤ C ≤ 10%
thép những nguyên tố kim loại khác như Mn, Cr,
Cao C ≥ 10%

Ni, Al, Cu, … các nguyên tố này gọi là các nguyên
tố hợp kim hoá.
1.2.2. PHÂN LOẠI THÉP THEO 22TCN 272 – 05.
Thép dùng để làm cầu bao gồm có bốn loại, nhận biết qua các thành phần hoá
học và cách gia công nhiệt:
- Thép các bon.
- Thép hợp kim thấp cường độ cao.
- Thép hợp kim thấp tôi nhúng.
- Thép hợp kim cường độ cao tôi nhúng.
Hai tính chất của tất cả các loại thép công trình được coi là không đổi:
- Module đàn hồi Es = 200000Mpa.
- Hệ số giãn nở nhiệt α = 1.17x10-5 [1/0C].
Một tiêu chuẩn thống nhất cho thép cầu được đưa ra trong ASTM vào năm 1995
với ký hiệu A709/A709M – 94a. Các tính chất cơ học tối thiểu được thể hiện trong bảng
dưới đây:
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[54]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

Theo
AASHTO
Theo
ASTM
Chiều
dày tấm
Fu (Mpa)
Fy (Mpa)

Thép
các bon
M270
Cấp 250
A709M
Cấp 250
Tối đa
100mm
400
250
Trong đó

Thép hợp kim thấp
Thép hợp kim
cường độ cao
thấp tôi nhúng
M270
M270
M270
Cấp 345 Cấp 345W
Cấp 485W
A709M
A709M
A709M
Cấp 345 Cấp 345W
Cấp 485W
Tối đa
Tối đa
Tối đa

100mm
100mm
100mm
450
485
620
345
345
485
Fu: Cường độ chịu kéo của thép.
Fy: Cường độ chảy của thép.
W: Chỉ loại thép chống gỉ.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

Thép hợp kim tôi nhúng
cường độ cao
M270
Cấp 690/690W
A709M
Cấp 690/690W
65 ÷
Tối đa
65mm
100mm
760
690
690
620

[55]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

§2. CẦU DẦM THÉP ĐẶC
2.1.

ĐẶC ĐIỂM CHUNG.

4

5

3

2

1

Mặt cắt ngang cầu dầm thép đặc
1. Dầm chủ 2. Hệ liên kết ngang, dọc 3. Sườn tăng cường
4. Bản mặt cầu 5. Lớp phủ mặt cầu
Kết cấu chịu lực chính là các dầm chủ, tiếp nhận tất cả các tải trọng: tải trọng
bản thân, bản mặt cầu, các hệ liên kết, lớp phủ và lan can, gờ chắn. Số lượng dầm chủ
được xác định trên cơ sở các điều kiện kinh tế - kỹ thuật tuỳ theo khổ rộng của cầu, loại
kết cấu, chiều dài nhịp, v.v…
Các dầm chủ liên kết với nhau bằng các hệ liên kết dọc và ngang đảm bảo cho
kết cấu nhịp (KCN) là một kết cấu không gian không biến hình và có đủ độ cứng chịu
được những tải trọng nằm ngang tác dụng theo phương ngang cầu. Các dầm ngang ở đầu

dầm và tại các điểm trung gian tạo độ cứng ngang và phân bố tải trọng tập trung lên các
dầm dọc.
Trong KCN cầu tối thiểu phải có một hệ thống liên kết dọc và những liên kết
ngang tại gối.
Bên trên dầm thép thường là bản BTCT vừa làm bản mặt cầu cho xe chạy, vừa
tạo độ cứng ngang của các dầm dọc.
Cầu dầm thép có ưu điểm đặc biệt là cấu tạo đơn giản, trọng lượng bản thân nhẹ,
thi công nhanh chóng, không cần giàn giáo nên rất thích hợp cho các công trình cầu cần
xây dựng nhanh và các cầu địa phương.
2.2. CẤU TẠO CỦA DẦM CHỦ.
2.2.1. MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ.

1

2

3

4

Mặt cắt ngang dầm chủ của cầu dầm thép đặc (hay còn gọi là cầu dầm bản)
thường là:
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[56]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

Mặt cắt chữ I (định hình, nối ghép bằng hàn hoặc đinh tán, bulông cường độ
cao).
Mặt cắt chữ I chồng.
Mặt cắt hình hộp (hở hoặc kín).

5

6

dd

h

hs

dt

Mặt cắt ngang dầm chủ
1. Dầm định hình 2. Dầm tổ hợp hàn 3. Dầm nối ghép bằng bulông CĐC
4. Dầm I chồng 5. Dầm hộp hở 6. Dầm hộp kín
2.2.2. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN.
2.2.2.1. Chiều cao dầm chủ:
bc
Chiều cao dầm chủ ảnh hưởng rất lớn đến kỹ thuật
và giá thành công trình. Xác định chiều cao dầm chủ dựa
trên yêu cầu sau:
- Trọng lượng dầm phải đạt nhỏ nhất có thể.
- Độ cứng của dầm trong mặt phẳng thẳng đứng
phải đảm bảo độ võng quy định f ≤ [f].
- Kích thước, trọng lượng các mảnh dầm đảm bảo

δ
được điều kiện chuyên chở, lao lắp.
- Chiều cao kiến trúc nhỏ, giảm khối lượng đất
đắp đầu cầu.
- Sử dụng tốt các thanh, tấm thép cán có kích
thước thông thường mà không phải tạo mối nối
dọc.
Dựa vào những tính toán lý thuyết kết hợp với các
số liệu thực tế thì chiều cao dầm có thể xác định theo công
b'c

αM
Rδ
Trong
α: hệ số, lấy bằng 2.5 ÷ 2.7
đó: M: momen uốn tính toán ở mặt cắt giữa dầm
R: cường độ tính toán của thép làm dầm
δ: bề dày sườn dầm
Ngoài ra có thể xác định chiều cao dầm chủ theo kinh nghiệm sau đây, dựa trên
chiều dày nhịp:

thức: h =

Với cầu đường bộ:

1 ⎞
⎛ 1
h=⎜
÷
⎟L

⎝ 20 15 ⎠

Với cầu đường sắt:

1 ⎞
⎛ 1
h=⎜
÷
⎟L
15
10
⎝
⎠
⎛ 1 1⎞
h=⎜
÷ ⎟L
⎝ 10 9 ⎠

2.2.2.2.

Khi L = 33 ÷ 36m.
Khi L ≤ 33m.

Bề dày sườn dầm:

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[57]

CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
Bề dày sườn dầm được chọn theo tính toán chịu cắt và đảm bảo ổn định cục bộ.
Có thể xác định bề dày sườn dầm theo công thức sau, ở đây hs là chiều cao sườn dầm
(tính bằng cm):
Với dầm làm bằng thép các bon:

δ=

Với dầm làm bằng thép hợp kim thấp:

δ=

hs
12.5
hs
10

Quy trình 22TCN – 18 – 79 quy định bề dày sườn dầm tối thiểu:
Với dầm tán nối: δmin ≥ 10mm

Với dầm hàn nối:
2.2.2.3.

δmin ≥ 12mm

Chiều rộng bản cánh:
a1

bc

a2

b

∑δ'

b

>=5mm

δ

Bề rộng bản cánh phải thoả mãn điều kiện tối thiểu:
b: bề rộng cánh nằm ngang của thép
bc ≥ (2b + δ + 2 × 5)mm Trong đó:
góc.
δ: bề dày sườn dầm
5mm: độ chìa ra tối thiểu của bản cánh so
với thép góc.
Bề rộng bản cánh phải thoả mãn điều kiện tối đa:
∑δ’: tổng chiều dày các bản thép của cánh dầm.
a1 ≤ 15∑ δ ' Trong đó:
a2 ≤ 8∑ δ '

Khoảng cách từ hàng đinh ngoài cùng trên thép
góc cánh đến mép ngoài cùng của bản cánh.
a2: khoảng cách từ hàng đinh ngoài cùng trên tập
bản thép cánh đến mép ngoài cùng.
Thép góc cánh trong dầm tán đinh được chọn trên cơ sở tính toán làm việc chịu
uốn của dầm, làm sao cho chúng kết hợp với các bản cánh để đạt đủ trị số momen chống

uốn yêu cầu. Các thép góc này thường giữ không thay đổi trong suốt chiều dài dầm.
Quy trình 22TCN – 18 – 79 quy định thép góc liên kết sườn dầm với cánh dầm
không được nhỏ hơn L100x100x10mm.
2.2.2.4. Bề dày bản cánh:
Quy trình 22TCN – 18 – 79 quy định:
- Bề dày mỗi tấm thép của cánh không được nhỏ hơn 10mm và không lớn hơn
20mm.
- Bề dày của tất cả các tấm thép cánh bao gồm cả cánh nằm ngang của thép
góc không được nhỏ hơn 4.5d. Nếu dùng hai búa tán thì không được lớn hơn
5.5d (trong đó d là đường kính đinh tán).
- Số lượng bản thép trong tập bản cũng không được vượt quá 7 ÷ 9 tấm.
2.3. CẤU TẠO SƯỜN TĂNG CƯỜNG.
Nhiệm vụ của sườn tăng cường (STC):
- Đảm bảo ổn định cục bộ cho sườn dầm.
- Phục vụ yêu cầu cấu tạo: là chỗ để lắp các liên kết ngang của KCN.
Một số yêu cầu về cấu tạo:
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

a1:

[58]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

STC có thể làm bằng thép góc (nếu dùng liên kết đinh tán) hoặc thép bản
(nếu dùng liên kết hàn).
- STC nên đặt đối xứng ở cả hai bên của sườn dầm.
3

- Bề dày STC không được nhỏ hơn
1/15 bề rộng cánh thò ra của
2
dầm chủ và không được bé hơn
1
10mm.
- Các đầu STC phải tựa khít vào
cánh dầm. Nên có bản thép đệm
5
6
đặt giữa đầu sườn dưới và cánh
dầm. Bản đệm có chiều dày 16
÷ 20mm, bề rộng 30 ÷ 40mm.
Cho phép hàn trực tiếp STC với
bản thép của cánh dầm chịu nén
4
hay bản cánh của dầm ở gối.
Miếng đệm được hàn đính vào
Sườn tăng cường
đầu STC và không hàn vào cánh
1. STC đứng 2. STC ngang 3. Dầm chủ
chịu kéo.
4. Bản đệm 5. STC đứng trung gian
- Tại gối, STC có thể bố trí nhiều
6. STC đứng tại gối
hơn.
- Đối với dầm có chiều cao lớn,
riêng STC đứng không đủ đảm
4
bảo ổn định cục bộ cho sườn

2
1
dầm thì phải bố trí thêm STC
ngang.
- Ở chỗ tiếp giáp giữa STC đứng
3
với STC ngang, và với cánh dầm
Chi tiết bản đệm
hoặc bản tiết điểm nằm ngang
1. Bản đệm 2. Đường hàn nối STC với
của hệ liên kết dọc thì ở STC
bản đệm 3. Đường hàn dầm chủ
đứng nên khoét lỗ thủng cao 80
4. Lỗ khoét
÷ 120mm, rộng 50 ÷ 80mm, bán
kính góc tròn không nhỏ hơn
20mm.
- Khi cần phải bố trí STC ngang, thì nên đặt ở khoảng cách từ cánh chịu nén:
Nếu dùng một STC ngang: (0.2 ÷ 0.25)hS
Nếu dùng hai hay ba STC ngang: (0.15 ÷ 0.2)hS cho STC thứ nhất
(0.4 ÷ 0.5)hS
cho STC thứ hai
Đặt ở vùng chịu kéo cho STC thứ ba
2.4. CẤU TẠO MỐI NỐI.
2.4.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ MỐI NỐI.
- Do kích thước thép cán (thép tấm, thép I, …) có hạn, khi chiều dài dầm chủ
lớn thì phải nối ghép.
- Để thuận tiện cho việc vận chuyển và lắp ráp. Ở xưởng, chỉ chế tạo những
đoạn dầm nhỏ, ra công trường mới nối ghép thành dầm hoàn chỉnh.
2.4.2. YÊU CẦU CỦA MỐI NỐI.

- Tại mối nối thép cơ bản bị gián đoạn phải có các thành phần phụ đủ thay thế
để truyền lực tránh ứng suất tập trung và không có bộ phận nào bị quá tải.
- Mối nối phải đơn giản, dễ thực hiện, dễ duy tu bảo dưỡng, có thể định hình.
- Nếu mối nối để tạo độ vồng xây dựng thì mối nối phải đảm bảo đúng độ vồng
theo thiết kế.
2.4.3. MỐI NỐI SƯỜN DẦM.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[59]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

-

-

-

Sườn dầm chịu cắt là chủ yếu nên hạn chế nối ở chỗ có lực cắt lớn.
Bản bụng thường nối theo kiểu đối đầu, có hai bản nối ghép đối xứng để giảm
số lượng đinh, hạn chế nối chồng tránh truyền lực lệch tâm và tăng số lượng
đinh.
Nối sườn dầm bằng bản táp có chiều cao lọt vào trong khoảng 2 thép góc của
cánh trên và cánh dưới không tốt vì khi đó các thép góc làm việc quá tải.

Mối nối sườn dầm có bản táp không phủ lên thép góc
Nên có các bản táp phủ lên cánh thép góc như vậy thép góc không quá tải và
giảm bớt số đinh vì các đinh càng ở xa trọng tâm nhóm đinh thì càng làm việc

nhiều hơn.
Có thể dùng các thép góc để nối thép góc nhưng tốt hơn là dùng thép bản vì
như vậy không phải gọt sống thép góc nối.

Mối nối sườn dầm có bản táp phủ lên cánh thép góc có 4 bản lót phụ, bản lót này dày
bằng cánh đứng của thép góc
2.4.4. MỐI NỐI CÁNH DẦM.
- Mối nối bản cánh chịu momen uốn nên cầnh tránh nối ở mặt cắt có momen
lớn.
- Mối nối bản cánh có thể là đối đầu, so le hoặc kết hợp đối đầu với so le.
- Cánh dầm có thể có thép bản và thép góc, thép bản được nối bằng thép bản,
còn thép góc có thể nối bằng thép bản hoặc thép góc.
- Mối nối đối đầu đơn giản nhưng tốn nhiều bản táp, nếu tiết diện bản cánh lớn
thì mối nối này không phù hợp.
- Mối nối so le có bản cánh và thép góc gián đoạn ở nhiều vị trí khác nhau, mối
nối này tốn ít bản táp, tuy vậy để vận chuyển đến công trường thì gặp khó

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[60]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
khăn do đầu các bản thép thừa ra quá mỏng nên dễ bị cong vênh, lắp ráp ở
công trường cũng khó khăn do các khối dầm chỉ thuận tiện cẩu nâng, hạ theo
phương thẳng đứng.
4

4

2

2

5
1

1
4

4

2

2

5

5
3

3
1

fv

fv

fv

Mối nối đối đầu và mối nối so le
1. Sườn dầm 2. Cánh dầm 3. Thép góc dầm chủ 4. Bản táp trên 5. Bản táp dưới
2.4.5. CÁCH TẠO ĐỘ VỒNG BẰNG MỐI NỐI.
Có nhiều cách tạo độ vồng, nhưng tạo đồ vồng bằng mối nối vừa kinh tế, vừa dễ
thi công. Trừ trường hợp dầm ngắn không cần phải nối thì khi đó không cần tạo độ vồng.
2.4.5.1. Cách tạo độ vồng cho
dầm có một mối nối.
α2°
α1°
Giả sử dầm gồm 2 đoạn
L1
L2
có chiều dài l1, l2, cần tạo độ
vồng là fV.
Muốn vậy cần đặt các đoạn dầm nghiêng với mặt nằm
ngang 1 góc α1, α2. Để đạt được điều đó, bản táp mối nối sườn
dầm được đặt sao cho cột đinh trên đoạn l1, l2 nghiên với trục
thẳng đứng 1 góc α1, α2. Dễ dàng thấy rằng sẽ thoả mãn độ vồng
fV, nghĩa là tại mặt cắt có mối nối sẽ cao hơn đường nối đỉnh 2 gối
tại vị trí đó một đoạn đúng bằng fV.
2.4.5.2. Cách tạo độ vồng cho dầm có một mối nối.
α2°

α1°
L1

L2

L3

Trường hợp này ta đặt cho đoạn giữa nằm ngang, các
α1° α2°
đoạn đầu và cuối nghiêng với đoạn giữa những góc α1, α2. Ta cần
ở vị trí mối nối đạt được độ vồng là fV.
Ở mối nối đoạn 1 và 2, cột đinh trên l2 bố trí thẳng đứng,
còn cột đinh trên đoạn 1 lệch đi một góc α1.
Với mối nối đoạn 2 và 3 cũng bố trí tương tự.

α1°

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[61]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
2.5.

CẤU TẠO HỆ LIÊN KẾT.

2
1

2

Hệ liên kết
1. Hệ liên kết ngang 2. Hệ liên kết dọc trên, dưới.
2.5.1. HỆ LIÊN KẾT NGANG.

-

-

Các dạng liên kết ngang
Hệ liên kết ngang liên kết các dầm chủ, tạo cho dầm chủ có độ cứng ngang.
Liên kết ngang tham gia vào việc phân phối tải trọng đều hơn cho các dầm
chủ.
Các liên kết ngang ở gối còn dùng để kích dầm khi sửa chữa, v.v… do đó mà
hệ liên kết ngang ở đầu dầm thường được cấu tạo chắc chắn hơn các liên kết
ngang khác.
Quy trình của Nhật quy định: phải bố trị hệ liên kết ngang tại gối và tại giữa
nhịp dầm chủ. Cầu dầm I hay chữ π phải có các liên kết ngang trung gian,
khoảng cách giữa các liên kết ngang không nên vượt quá 6m và không lớn
hơn 30 lần chiều rộng bản cánh.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[62]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

Liên kết ngang có thể làm bằng thép chữ I, [ hoặc bằng thép góc. Liên kết
ngang có thể liên kết trực tiếp vào sườn tăng cường, cũng có thể liên kết với
sườn tăng cường đứng thông qua bản tiết điểm của liên kết ngang.
2.5.2. HỆ LIÊN KẾT DỌC.
1

4

2

3

1

3

2

3

Các dạng liên kết dọc
1. Dầm chủ 2. Hệ liên kết ngang 3. Hệ liên kết dọc 4. Bản tiết điểm
- Hệ liên kết dọc chủ yếu là để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (lực
gió, lực lắc ngang, …).
- Hệ liên kết dọc cùng với hệ liên kết ngang tạo cho mạng dầm có độ cứng
chống xoắn nên cũng có quan điểm cho rằng hệ liên kết dọc góp phần phân
phối đều hơn tải trọng thẳng đứng cho các dầm chủ khi tải trọng đặt lệch tâm.
- Quy trình của Nhật quy định: cầu dầm đặc tiết diện chữ I nói chung phải có
liên kết dọc trên và dưới để truyền tải trọng ngang một cách điều hoà lên gối
cầu.
- Trong cầu dầm đặc chạy trên, dầm chủ liên kết với bản mặt cầu bằng thép
(bản trực hướng) hay bản BTCT (dầm liên hợp), để chống lại biến dạng ngang
thì có thể không cần hệ liên kết dọc.
- Nếu nhịp không vượt quá 25m và có bố trí liên kết ngang cứng thì có thể bỏ
qua liên kết dọc dưới, nhưng đối với cầu cong thì không được bỏ qua.
- Các thanh của hệ liên kết dọc có thể cấu tạo bằng một hoặc hai thép góc. Hai
đầu thanh được hàn, tán đinh hoặc bắt bulông cường độ cao vào bản tiết điểm
của hệ liên kết dọc. Các bản tiết điểm này được gắn trên sườn dầm chủ.

- Bản tiết điểm của hệ liên kết dọc có thể cấu tạo thành hai miếng để sườn tăng
cường đứng không bị gián đoạn ở chỗ giao với bản tiết điểm.
- Các thanh của liên kết ngang cũng được coi như là một thanh của hệ liên kết
dọc.
2.6. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG MẶT CẮT DẦM CHỦ.
2.6.1. BIỆN PHÁP BỔ SUNG TIẾT DIỆN.
- Táp thêm bản thép vào bản cánh trên và dưới của dầm chủ, liên kết bằng
bulông cường độ cao.
- Tán thêm 2 thép góc vào sát với thép góc liên kết của cánh dầm, trong trường
hợp này phải cắt ngắn sườn tăng cường.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[63]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

1

2

3

Bổ sung tiết diện dầm chủ bằng cách táp thêm bản thép
1. Táp thêm bản đáy cho dầm hàn
2. Táp thêm bản đáy cho dầm đinh tán
3. Táp thêm bản nắp và đáy cho dầm đinh tán

1

2

Bổ sung tiết diện dầm chủ bằng thép góc
2.6.2. BIỆN PHÁP LIÊN HỢP HOÁ TIẾT DIỆN.
- Thay thế mặt cầu từ bản kê thành bản liên hợp, áp dụng cho cầu trên đường
ôtô. Dầm thép sẽ không tăng cường gì thêm mà chỉ bố trí neo liên kết với mặt
dầm.
- Bản mặt cầu đúc tại chỗ, neo liên kết có thể sử dụng neo cứng hoặc neo
mềm. Có thể không cần hàn vào mặt dầm. Nếu dầm là dầm tổ hợp đinh tán
thì có thể liên kết neo cứng với mặt dầm bằng bulông cường độ cao, sử dụng
thay thế vào các lỗ đinh tán.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[64]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

Bản mặt cầu lắp ghép có ba hình thức lắp ghép: lắp neo cứng trước vào mặt
dầm rồi để lỗ chờ trên bản bêtông, dùng liên kết bulông cường độ cao, dùng
sườn dọc liên kết trên mặt dầm.

1

2

Biện pháp liên hợp hoá bản bêtông

1. Bản đúc tại chỗ
2. Bản lắp ghép

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[65]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

§3. CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BTCT
3.1.

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC.

4

6

5
3

2

1

Dầm liên hợp thép – BTCT
1. Dầm chủ 2. Hệ liên kết dọc, ngang 3. Sườn tăng cường
4. Bản BTCT 5. Vút bản 6. Lớp phủ mặt cầu
Dầm liên hợp thép – BTCT gồm 2 loại vật liệu: bản BTCT và dầm thép liên kết với

nhau bằng các neo. Bản vừa làm việc với tư cách là bản mặt cầu, vừa là một thành phần
của dầm chủ.
Do đặc điểm cấu tạo như trên nên dầm liên hợp thép - BTCT tiết kiệm thép cho
dầm chủ, ngoài ra bản mặt cầu còn thay thế cho hệ liên kết dọc trên nên nếu cần chỉ bố
trí hệ liên kết dọc dưới.
Dầm liên hợp thép - BTCT làm việc Giai đoạn 1:
Lắp xong dầm thép và các liên
theo 2 giai đoạn:
kết, đổ bêtông tại chỗ hoặc lắp ghép bản
mặt cầu (hưng bản mặt cầu chưa liên kết
cứng với dầm thép).
Ở giai đoạn này, chỉ có dầm thép
làm việc.
Tải trọng tác dụng lên giai đoạn 1
gồm có:
- Trọng lượng bản thân dầm
thép và hệ liên kết.
- Trọng lượng bản BTCT và các
thành phần đổ cùng bản.
Giai đoạn 2:
Sau khi dầm thép đã liên kết cứng
với bản BTCT.
1
2
Mắt cắt dầm ở giai đoạn này là
mặt
cắt
liên hợp.
Dầm liên hợp thép – BTCT
Tải trọng tác dụng lên giai đoạn 2

1. Dầm thép (giai đoạn 1)
gồm có:
2. Dầm liên hợp (giai đoạn 2)
- Tĩnh tải lớp phủ, lan can, lề
người đi, v.v…
- Hoạt tải.
3.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO.
Bản BTCT 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 dưới (trừ những thép ngắn dùng thép cán mới
có hai cánh bằng nhau). Như vậy nói chung dầm liên hợp thép - BTCT giảm được khối
lượng thép và tăng được độ cứng đáng kể.
Trong cầu dầm giản đơn, dùng dầm liên hợp thép - BTCT rất phù hợp vì toàn bộ
bản mặt cầu bằng bêtông trên suốt chiều dài nhịp đều nằm trong khu vực chịu nén. Cầu

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[66]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
liên tục và mút thừa có những đoạn dầm chịu momen âm, mặt cầu sẽ chịu kéo. Khi đó
hoặc không cho bản mặt cầu tham gia chịu lực bằng cách không tạo liên kết giữa dầm
thép với bản BTCT hoặc vẫn cho tham gia chịu lực nhưng có các biện pháp kèm theo như
ép trước bản BTCT hay bố trí các cốt thép đặc biệt để chịu kéo.
Để liên kết cánh dầm thép với bản BTCT người ta dùng các loại neo rất đa dạng.
3.3. CẤU TẠO NEO TRONG DẦM LIÊN HỢP THÉP – BTCT.
Neo thường làm bằng thép, liên kết với cánh trên của dầm bằng đường hàn, đinh
tán hoặc bulông cường độ cao.
Có 2 loại neo chính là: neo cứng và neo mềm.
3.3.1. NEO CỨNG.

- Neo cứng thường cấu tạo từ
thép bản (có sống dày từ 8 ÷
10mm), thép góc (có cánh dày
10 ÷ 12mm) hoặc thép chữ I cắt
cánh.
- Chiều rộng neo được chọn sao
cho đủ bố trí đường hàn, thường
lấy nhỏ hơn bề rộng bản cánh
trên dầm thép chừng 3 ÷ 5cm.
- Neo cứng có cấu tạo gọn nhẹ
nên trước đây thường dùng khi
bản mặt cầu lắp ghép. Hiện nay,
Neo cứng
loại neo này ít được sử dụng do
sớm hư hỏng, ảnh hưởng xấu tới
tuổi thọ cầu.
3.3.2. NEO MỀM.
- Neo mềm được chế tạo từ thép
tròn uốn cong thành một
nhánh hoặc hai nhánh.
- Neo mềm thường được hàn
ngay trên cánh trên của dầm
thép, để tránh khó khăn khi
vận chuyển, có thể hàn tại
công trường hoặc hàn vào các
bản thép, rồi ra công trường
bắt bulông liên kết bản thép đó
với cánh dầm.
- Neo mềm liên kết với bêtông
tốt hơn neo cứng. Nhược điểm

của chúng là tốn thép hơn so
Neo mềm
với các loại neo khác, ngoài ra
lại phải dùng kiểu máy hàn kết
cấu đặc biệt gây khó khăn cho
đơn vị thi công.
3.3.3. QUY CÁCH BỐ TRÍ NEO.
Quy trình 18TCN 18 – 79 có nêu: nên ưu tiên neo mềm để liên kết với bản BTCT
hơn là dùng neo cứng.
- Cự ly tĩnh giữa các mấu neo cứng hoặc giữa neo cứng với cấu kiện liên kết
khác không được vượt quá 8 lần chiều dày bình quân của bản và ít nhất phải
bằng 3.5 lần chiều cao của mặt ép tựa tính toán của bêtông vào neo.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[67]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

Cự ly giữa tim các nhánh của neo mềm ít nhất phải bằng 3 lần đường kính cốt
thép làm neo.
- Các neo mềm nên dùng kiểu vành khuyên (hai nhánh) và đặt nghiêng 1 góc
450 so với mặt phẳng cánh trên của dầm.
Quy trình 22TCN 272 – 05 quy định:
- Chiều dày tĩnh của lớp phủ bêtông trên đỉnh các neo không được nhỏ hơn
50mm.
- Các neo liên kết ít nhất phải ăn sâu 50mm bên trên đáy bản.
- Khoảng trống giữa các mép cánh dầm và mép neo liên kết không được nhỏ

hơn 50mm.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[68]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

§4. CẦU DÀN THÉP
4.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG.
4.1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG.
- Dàn là một hệ kết cấu, trong đó mỗi phần tử chính là một thanh, được cấu tạo
sao cho chịu lực dọc là chủ yếu.
- Dàn là một dầm chịu uốn, có những thớ chịu ứng suất kéo và những thớ chịu
ứng suất nén, có những thớ không chịu ứng suất kéo và cũng không chịu ứng
suất nén.
- Kết cấu dàn có thể dễ dàng thay đổi kích thước chung, đặc biệt là chiều cao
dàn mà không làm tăng đáng kể trọng lượng bản than kết cấu, dễ tạo độ cứng
theo phương ngang cầu.
- Dễ dàng tiêu chuẩn hóa, module hóa.
- Vượt được khẩu độ lớn hơn dầm.
4.1.2. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG.
Ưu điểm:
- Dàn là một hệ thanh, các thanh chỉ chịu lực dọc trục. Do đó trong cầu nhịp
lớn, cầu dàn tiết kiệm hơn cầu dầm.
- Khả năng chịu lực ngang cầu tốt hơn cầu dầm do diện tích chắn gió ngang cầu
thực tế nhỏ hơn và khoảng cách tim hai dàn chủ lớn hơn.
- Cầu dàn có hình dáng đẹp, đảm bảo yêu cầu mỹ quan.
Nhược điểm:

- Cầu dàn có nhiều chi tiết, phải gia công chế tạo đảm bảo chính xác.
- Kết cấu bằng thép nên dễ bị gỉ, ăn mòn, việc duy tu, bảo dưỡng phải tiến
hành thường xuyên.
- Vật liệu làm bằng thép nên giá thành đắt hơn cầu dầm BTCT.
Phạm vi áp dụng:
- Áp dụng cho các cầu có chiều dài nhịp lớn hơn 80m. Các cầu có nhịp 40 ÷
50m thường làm cầu dầm hợp lý hơn. Các cầu có chiều dài nhịp từ 50 ÷ 80m
phải so sánh về kinh tế và kỹ thuật để xác định dùng kết cấu dàn hay dầm
hợp lý hơn.
4.2. CÁC BỘ PHẬN TRONG CẦU DÀN THÉP.
4.2.1. BẢN MẶT CẦU.
3a
- Chịu tác dụng trực tiếp
của tải trọng bánh xe do
đó được thiết kế chịu lực
4
như bản mặt cầu của các
3c
loại cầu khác.
- Yêu cầu đối với mặt cầu:
phẳng, nhẵn, có độ dính
bám tốt, đảm bảo về độ
1
cứng, chống được độ võng
1
cục bộ.
2a
- Đặc điểm chịu lực: bản
2a
2b

mặt cầu chịu lực chung và
chịu lực cục bộ. Khi làm
Các bộ phận trong cầu dàn thép
việc cục bộ, sơ đồ tính là 1. Bản mặt cầu 2a. Dầm dọc 2b. Dầm ngang 3a.
bản kê hai cạnh hoặc bốn HLK dọc trên 3b. HLK dọc dưới 3c. HLK ngang 4.
cạnh hoặc bản hẫng.
Dàn chủ.

4.2.2. HỆ DẦM MẶT CẦU.
- Đỡ bản mặt cầu và tiếp nhận tải trọng từ bản mặt cầu truyền xuống.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[69]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

-

Dầm ngang đặt vuông góc với hướng xe chạy. Dầm ngang và hệ liên kết tạo
độ cứng ngang cho các dàn, làm gối đỡ cho các dầm dọc và phân bố hoạt tải
lên các dầm.
Dầm dọc đặt song song với hướng xe chạy và được kê trực tiếp lên các dầm
ngang.
Các dầm thuộc hệ dầm mặt cầu làm việc chịu uốn. Dầm ngang làm việc như
một dầm giản đơn kê trên hai gối tựa có khẩu độ làm việc là khoảng cách giữa
hai dàn chủ. Dầm dọc làm việc như một dầm liên tục có nhịp tính toán là
khoảng cách giữa các dầm ngang.
3a

MÆT C¾T A - A

a

A

4

B

B
C

C

1/2 MÆT C¾T B - B

2a

1/2 MÆT C¾T C - C

3b

2b

Các bộ phận trong cầu dàn thép
1. Bản mặt cầu 2a. Dầm dọc 2b. Dầm ngang 3a. HLK dọc trên 3b. HLK dọc dưới 3c. HLK
ngang 4. Dàn chủ.
4.2.3. HỆ LIÊN KẾT.

- Hệ liên kết gồm có hệ liên kết dọc (trên và dưới) và hệ liên kết ngang.
- Hệ liên kết dọc thường nằm trong mặt phẳng các thanh biên trên và dưới. Hệ
liên kết ngang thường là một khung cứng đặt giữa hai dàn, tại vị trí nút.
- Hệ liên kết dọc và ngang có chức năng liên kết các mặt phẳng dàn chủ thành
một hệ thống không gian thống nhất, đủ ổn định, đủ độ cứng để tiếp nhận tải
trọng theo mọi hướng và đảm bảo các yêu cầu theo các trạng thái giới hạn
về: cường độ, độ võng và dao động.
- Liên kết cổng cầu là liên kết ngang đặt tải mặt phẳng của các thanh đầu dàn
để chịu phản lực từ hệ liên kết dọc trên và truyền tải trọng xuống gối cầu và
mố trụ.
4.2.4. CÁC MẶT PHẲNG DÀN CHỦ.
- Các mặt phẳng dàn chủ là kết cấu chịu lực chủ yếu của kết cấu nhịp, có vai
trò giống như dầm chủ của kết cấu nhịp dầm.
- Mặt phẳng dàn chủ được cấu tạo từ các phần tử thanh chịu lực dọc là chủ yếu
và chịu lực kết hợp nếu xét đến lực gió, trọng lượng bản than, lực ly tâm.
Thanh ®øng

Thanh treo

Thanh biªn trªn

Thanh xiªn

Thanh biªn d−íi

Các bộ phận của dàn chủ

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[70]

CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
4.3. CÁC SƠ ĐỒ CẦU DÀN THÉP.
4.3.1. DÀN GIẢN ĐƠN.
4.3.1.1. Dàn chủ có đường biên song song.

Dàn chủ có đường biên song song
Đây là loại đơn giản nhất. Các thanh biên có cùng một kích thước, các thanh đứng
và thanh xiên cũng vậy. Do mỗi loại thanh có cùng một kích thước nên dễ tiêu chuẩn hoá
các thanh cũng như bản nút dàn. Khi thi công có thể cho cần trục chạy theo đường biên
trên để tiến hành lắp ráp kết cấu nhịp.
Trong loại cầu này, đường xe chạy có thể là biên trên hoặc biên dưới.
Loại dàn này được dùng phổ biến nhất hiện nay.
4.3.1.2. Dàn chủ có đường biên đa
giác.
Loại này có ưu điểm là nội lực trong
các thanh biên trên sẽ điều hoà hơn, chiều
dài và nội lực trong một số thanh đứng,
thanh xiên cũng nhỏ đi, do đó dàn có đường
biên đa giác tiết kiệm thép hơn so với dàn có
đường biên song song.
Loại dàn này có nhược điểm là cấu
tạo phức tạp, thi công khó (ví dụ như với cầu
chạy trên thì không thể lao dọc trên đường
trượt con lăn).
4.3.1.3. Dàn chủ có đường biên
Parabol.
Dàn có đường biên đa giác và Parabol
Loại dàn này tiết kiệm thép nhất

nhưng cấu tạo, gia công và thi công phức
tạp nên ít được dùng.
4.3.2. DÀN MÚT THỪA VÀ DÀN LIÊN TỤC.
Cầu dàn liên tục thường làm hai đến ba nhịp, rất ít khi làm nhiều hơn ba nhịp vì
cấu tạo khe co dãn rất phức tạp.
Dàn liên tục hai nhịp thường làm chiều dài bằng nhau. Nếu làm ba nhịp, thì nhịp
L
giữa nên làm dài hơn nhịp biên với tỷ lệ b = 0.7 ÷ 0.8 . Dàn liên tục thường làm chiều dài
Lg

khoang bằng nhau để đảm bảo mỹ quan.
Hình dạng của dàn liên tục liên quan tới đường bao momen, nhưng không nên
làm quá phức tạp. Đối với dàn lớn, trị số momen âm ở gối lớn hơn rất nhiều so với
momen dương ở giữa nhịp, khi đó có thể tăng chiều cao dàn ở vị trí gối. Nhưng tránh cấu
tạo dàn có góc gãy quá nhọn, vì như vậy sẽ làm cấu tạo phức tạp, không kinh tế.
Dàn liên tục có đường biên song song cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng, dễ tiêu
chuẩn hoá các thanh cũng như bản nút. Chính vì lý do này, nên tuy không thật tiết kiệm
thép nhưng vẫn được dùng phổ biến.
So với dàn giản đơn, dàn liên tục có ưu điểm là tiết kiệm thép (khoảng tư 5 ÷
10%). Độ cứng theo phương dọc và ngang đều lớn. Tuy vậy dàn liên tục thường có cấu
tạo phực tạp, phát sinh ứng suất phụ khi gối lún và nhiệt độ.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[71]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

Sơ đồ dàn liên tục
Dàn mút thừa cũng có những ưu điểm tương tự như dàn liên tục, trong hệ dàn

tĩnh định nhiều nhip, hiện tượng gối lún không gây ra ứng suất phụ. Tuy vậy dàn mút
thừa có nhược điểm là đường đàn hồi bị gãy khuc tại khớp làm tăng tác dụng xung kích
của hoạt tải. Đối với dàn mút thừa, nên lấy đoạn mút thừa vào khoảng 15 ÷ 40% chiều
dài nhip chính.
4.4. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DÀN CHỦ.
4.4.1. CHIỀU CAO DÀN CHỦ.
t2

t3

t4

t5

t6

t7

t8

t9

H

t1

a
d0

d

d1

d

d2

d

d3

d

d4

d

d5

d

d6

d

d7

d

d8

d

d9

d

d10

nxd=L

Kích thước cơ bản của dàn chủ
Chiều cao của dàn chủ (h) là khoảng cách giữa đường tim thanh biên trên và
thanh biên dưới.
Chiều cao dàn được chọn theo những yêu cầu sau:
- Trọng lượng thép của dàn chủ nhỏ.
- Bảo đảo tĩnh không thông thuyền và thông xe.
- Chiều cao kiến trúc nhỏ đối với cầu dầm chạy trên.
- Đảm bảo độ cứng theo phương thẳng đứng của kết cấu nhịp.
- Đảm bảo yêu cầu mỹ quan và phù hợp với cảnh quan ở khu vực xây dựng
cầu.
Theo kinh nghiệm thiết kế, nên chọn chiều cao dàn như sau:
cho dàn có đường biên song song.
- Dàn giản đơn:
⎛1 1 ⎞
h=⎜ ÷
L
⎟
⎝ 7 10 ⎠

-

Dàn liên tục:

1⎞
⎛ 1
h=⎜
÷ ⎟L
⎝ 5.5 8 ⎠

cho dàn có đường biên đa giác.

⎛1 1⎞
h = ⎜ ÷ ⎟L
⎝7 9⎠

cho cầu xe lửa.

1 ⎞
⎛ 1
h=⎜
÷
⎟L
⎝ 10 12 ⎠

cho cầu ôtô.

Chiều cao dàn tại gối có thể chọn bằng 1.2 ÷ 1.5h
4.4.2. KHOẢNG CÁCH TIM HAI DÀN CHỦ.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[72]


Khoảng cách tim hai
dàn chủ (B) của cầu đi dưới
do số làn xe quyết định. Lề
người đi bộ thường đưa ra
ngoài, về hai bên dàn để
đảm bảo an toàn cho người
đi bộ.
Đối với cầu đi dưới,
Ble
Ble
khoảng cách B còn do yêu
cầu đảm bảo ổn định ngang.
Trong cầu đi trên,
khoảng cách tim hai dàn chủ
ngoài việc phụ thuộc vào số
B
làn xe còn lựa chọn sao cho
Mặt cắt ngang dàn chủ
giá thành của kết cấu nhịp
kể cả mặt cầu là rẻ nhất.
Thông thường khoảng cách tim hai dàn chủ ngoài cùng thường lấy như sau:
- Đối với cầu đi dưới:
1 ⎞
⎛ 1
B=⎜

÷
⎟L
20
25
⎝
⎠
-

Đối với cầu đi trên:

H

CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

1 ⎞
⎛ 1
÷
B=⎜
⎟L
⎝ 16 20 ⎠

4.4.3. CHIỀU DÀI KHOANG.
Chiều dài khoang (d) là khoảng cách giữa hai nút liên tiếp trên đường biên xe
chạy. Đó cũng là khoảng cách giữa các dầm ngang và là khẩu độ tính toán của dầm dọc.
Như vậy chiều dài khoang dàn không những ảnh hưởng đến các thanh trong dàn
mà còn ảnh hưởng đến kích thước của dầm dọc và dầm ngang. Chính vì vậy cần phải
chọn chiều dài khoang sao cho trọng lượng dàn chủ và hệ dầm mặt cầu (dầm dọc và dầm
ngang) là nhỏ nhất.
Theo kinh nghiệm, có thể chọn chiều dài khoang như sau:
d = 2 ÷ 6m

- Đối với cầu đi dưới:
- Đối với cầu đi trên:
d = 6 ÷ 11m
Cũng có thể lấy theo:
d = (0.6 ÷ 0.8)h
- Đối với dàn có thanh đứng và thanh treo:
- Đối với dàn không có thanh đứng và thanh treo: d = (1 ÷ 1.2)h
4.4.4. GÓC NGHIÊNG CỦA THANH XIÊN.
Góc nghiêng α do chiều dài khoang và chiều cao dàn quyết định. Khi chọn hai
kích thước trên, người thiết kế phải cân nhắc đến góc nghiêng này.
Khi α nhỏ thì nội lực trong thanh xiên càng nhỏ. Theo kinh nghiệm, α = 300 ÷ 500
là hợp lý.
4.5. HỆ DẦM MẶT CẦU.
Hệ dầm mặt cầu bao gồm dầm dọc và dầm ngang để đỡ mặt cầu và truyền tải
trọng từ hệ mặt cầu tới dàn chủ.
Dầm ngang và dầm dọc làm việc như dầm chịu uốn.
Để đảm bảo cho tải trọng truyền vào nút dàn chủ, dầm ngang được bố trí tại
những nút dàn, còn dầm dọc tựa lên dầm ngang.
4.5.1. CẤU TẠO DẦM DỌC, DẦM NGANG.
- Dầm ngang và dầm dọc thường có dạng mặt cắt chữ I.
- Nếu khẩu độ dầm nhỏ, tải trọng nhẹ, có thể dùng thép định hình, ngược lại có
thể dùng mặt cắt ghép liên kết bằng đinh tán hoặc hàn.

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[73]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
mÆt b»ng hÖ dÇm mÆt cÇu

DÇm ngang

DÇm ngang
DÇm däc

DÇm däc

DÇm däc

DÇm däc

DÇm ngang

DÇm ngang

DÇm däc
DÇm ngang

-

-

DÇm däc
DÇm ngang

Hệ dầm mặt cầu
Khoảng cách giữa các dầm ngang bằng chiều dài khoang (tại vị trí các nút
dàn).
Khoảng cách giữa các dầm dọc thường là:

Đối với mặt cầu gỗ:
0.8 ÷ 2m
Đối với mặt cầu bản BTCT:
1.0 ÷ 2.5m
Trong cầu đường sắt:
1.9 ÷ 2m
Chiều cao dầm:
Đối với cầu đường bộ:

⎛1 1 ⎞
h=⎜ ÷
⎟L
⎝ 8 12 ⎠

⎛1 1 ⎞
h=⎜ ÷
⎟L
⎝ 7 10 ⎠
Đối với cầu đường sắt:

Cho thép định hình
Cho dầm ghép

⎛1 1⎞
h = ⎜ ÷ ⎟L
⎝5 7⎠

Trong cầu đường bộ, do khẩu độ làm việc của dầm dọc và dầm ngang ngắn
nên thường không bố trí hệ liên kết dọc và ngang cho dầm. Trong cầu đường
sắt thì cần phải có để đảm bảo độ cứng.

4.5.2. LIÊN KẾT DẦM DỌC VỚI DẦM NGANG.
Yêu cầu của liên kết:
- Cấu tạo đơn giản, liên kết chắc chắn.
- Đảm bảo truyền lực trực tiếp, êm
thuận, không gây làm việc bất lợi cho
dầm.
- Thuận tiện cho việc thi công, lắp ráp.
- Đảm bảo các yêu cầu khác như: hình
thức liên kết, không cản trở việc thi
công các bộ phận khác, v.v…
4.5.2.1. Liên kết dầm dọc kê chồng lên
Liên kết dầm dọc kê lên dầm ngang
dầm ngang.
-

CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[74]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

Cánh dưới của dầm dọc đặt chồng lên cánh trên của dầm ngang và được liên
kết với dầm ngang bằng một bản tam giác.
- Bản tam giác này liên kết với cánh trên của dầm ngang và sườn của dầm dọc
bằng đinh tán hoặc bulông thông qua bản đệm.
- Ưu điểm của cách liên kết này là cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng, nhưng
nhược điểm là chiều cao kiến trúc lớn, chỉ dùng khi chiều cao kiến trúc của
cầu không bị hạn chế.

4.5.2.2. Liên kết có cánh trên dầm
DÇm ngang
dọc và dầm ngang bằng
nhau.
- Ở đây, cánh trên của dầm dọc
DÇm däc
và dầm ngang được liên kết với
DÇm däc
nhau bằng bản cá, phía dưới
dầm dọc có vai kê bằng tam
giác. Vai kê này liên kết với
Vai kª
sườn dầm ngang và cánh dưới
dầm dọc bằng đinh tán hoặc
hàn qua hai cánh của thép góc
B¶n c¸
liên kết.
Liên kết cánh trên dầm dọc và dầm ngang
bằng nhau.
- liên kết thông qua thép góc, một cánh thép góc tán đinh vào sườn dầm dọc,
một cánh tán đinh vào sườn dầm ngang.
- Ưu điểm của cách liên kết này là chiều cao kiến trúc nhỏ, liên kết vững chắc,
bản mặt cầu kê trên hệ thống dầm ngang và dầm dọc dễ dàng, chính vì vậy
mà nó được dùng nhiều nhất hiện nay.
4.5.3. LIÊN KẾT DẦM NGANG VỚI DÀN CHỦ.
- Dùng thép góc liên kết. Một cạnh
của thép góc áp sát và tán đinh vào
B¶n gãc
sườn dầm ngang, cạnh còn lại áp
sát và tán đinh vào bản nút.

- Khi chiều cao sườn dầm ngang
không đủ bố trí được 70% tổng số
đinh tán cần thiết để liên kết dầm
ngang vào dàn chủ thì người ta
thường dùng bản nối để mở rộng
DÇm ngang
diện tích tán đinh.
ThÐp gãc

4.6. DÀN CHỦ.
4.6.1. CẤU TẠO DÀN CHỦ.
4.6.1.1. Mặt cắt ngang thanh dàn chủ.
Hình dạng mặt cắt ngang và kích thước tiết diện thanh dàn chủ được quyết định
bởi nội lực, chiều dài thanh và yêu cầu lắp ghép. Mắt cắt ngang hợp lý của các thanh dàn
cần phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Độ mảnh theo hai phương (trong mặt phẳng dàn và trong mặt phẳng vuông
góc với mặt phẳng dàn) bằng nhau.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[75]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP
-

Dễ gia công, chế tạo, dễ lắp ráp, không nên chế tạo mặt cắt từ quá nhiều
thép hình với nhau.
- Dễ kiểm tra, duy tu, bảo dưỡng, tránh đọng nước.
Nhìn chung mặt cắt thanh trong dàn có hai loại chính: loại có một thành đứng và
loại có hai thành đứng.

4.6.1.1.1.
Loại có một thành đứng.

Loại mặt cắt thanh biên có một thành đứng
Thường các thanh biên có mặt cắt chữ T. Với các thanh biên chịu nén có khi còn
bố trí thêm thép góc ở đầu bản đứng để đảm bảo ổn định cho bản này.
Để cấu tạo cho thuận tiện kích thước các thép góc cũng như chiều dày của bản
đứng được giữ cố định cho tất cả các thanh trên một đường biên. Bản đứng của mặt mặt
cắt chữ T phải chắc chắn để liên kết với các thanh đứng và thanh xiên của dàn chủ.

Loại mặt cắt thanh đứng và thanh xiên loại một thành đứng
Để nối vào bản đứng của thanh biên, giữa các thanh đứng và thanh xiên phải trừ
khe hở bằng bề dày bản đứng của thanh biên, nếu mặt cắt có bản đứng ở giữa thì bề dày
bản đứng này phải đúng bằng bề dày bản đứng của thanh biên.
Loại tiết diện một thành đứng có cấu tạo đơn giản, ứng suất phân bố tương đối
đều trên toàn bộ tiết diện nhưng loại này không thể cấu tạo cho những thanh lớn nên chỉ
được dùng cho các dàn nhịp không quá 40 ÷ 50m. Ở nước ta, loại tiết diện này thường
gặp trên các cầu thép cũ, nhịp nhỏ.
4.6.1.1.2.
Loại có hai thành đứng.
Loại hai thành đứng là mặt cắt chữ H hoặc hình hộp (có cánh thép góc quay vào
hoặc quay ra). Các loại mặt cắt này có thể dùng cho cả thanh biên, thanh đứng và thanh
xiên.
Mặt cắt chữ H có ưu điểm cấu tạo đơn giản, các đinh tán đều có thể tán ghép
bằng máy. Tuy vậy, mặt cắt này dễ bị đọng nước nhất là ở các thanh biên. Để khắc phục
nhược điểm này, trên bản nằm ngang người ta khoét các lỗ thoát nước có đường kính 40
÷ 50mm.

Loại mặt cắt có hai thành đứng dạng chữ H
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[76]


CHƯƠNG 4: CẦU THÉP

Loại mặt cắt có hai thành đứng dạng hình hộp
Mặt cắt hình hộp gồm hai nhánh riêng biệt nên phải dùng bản giằng hoặc bản
khoét lỗ để liên kết chúng lại thành một mặt cắt. Mặt mắt hình hộp hay được dùng cho
thanh biên dưới và thanh xiên, nhưng cũng có khi dùng cho cả thanh biên trên. Ưu điểm
của mặt cắt hộp là có khả năng tăng diện tích nhiều hơn mặt cắt chữ H, dùng cho những
thanh chịu nén lớn và thanh dài thì rất có lợi. Tuy nhiên mặt cắt này cũng có nhược điểm
là tốn thép cho bản giằng và việc tán đinh khó hơn mặt cắt chữ H.
4.6.1.2. Kich thước thanh dàn chủ.
Chiều dài các thanh của dàn chủ xác định theo sơ đồ dàn đã lựa chọn, cần xác
định các kích thước chính của mặt cắt ngang dàn chủ bao gồm:
- Chiều cao của tiết diện phụ thuộc vào diện tích tiết diện và sự thay đổi diện
tích các thanh trong các khoang dàn (đối với thanh biên) nhưng không nên
chọn lớn hơn 1/15 chiều dài thanh để đảm bảo giả thiết tính toán các nút dàn
đều là khớp.
- Chiều ngang thanh ngoài việc để đảm bảo cho độ cứng của thanh, còn phải
đảm bảo cho dễ tán đinh, dễ cạo rỉ, dễ sơn, muốn vậy với tiết diện hình hộp
cần phải có khoảng cách giữa hai thành đứng không nhỏ hơn 400mm, trường
hợp tiết diện nhỏ, lòng không sâu thì không nên nhỏ hơn 300mm, khoảng
cách tĩnh của mép thép góc gắn trên hai bản đứng cho tiết diện hình hộp có
thép góc quay vào trong không nhỏ hơn 200mm.
4.6.2. CẤU TẠO NÚT DÀN.
Nút dàn là chỗ nối các thanh, truyền lực giữa các thanh nên đó là bộ phận rất
quan trọng của kết cấu nhịp.
4.6.2.1. Các nguyên tắc cấu tạo nút dàn.

- Trong mặt phẳng dàn chủ, nút dàn phải được cấu tạo theo nguyên tắc trục
các thanh phải đồng quy tại một điểm.
- Kích thước bản tiết điểm phải đủ để bố trí số liên kết.
- Trục của một đám liên kết trùng với đường trục của mỗi thanh.
- Kích thước của bản nút nhỏ, cấu tạo dơn giản, dễ chế tạo, lắp ráp, duy tu, bảo
dưỡng.
4.6.2.2. Các loại nút dàn.
4.6.2.2.1.
Nút có các thanh đặt trực tiếp vào nhau.
- Các thanh phải có cấu tạo là mặt cắt một thành đứng. Các thanh đứng và
thanh xiên phải có khe hở giữa đúng bằng bề dày bản đứng của thanh biên.
- Ưu điểm của loại nút dàn này là cấu tạo đơn giản nhưng chỉ dùng cho các dàn
nhỏ có nội lực trong thanh xiên, thanh đứng không lớn cũng như thành đứng
của thanh biên đủ rộng để tán đinh và đủ chiều dài đường hàn.
4.6.2.2.2.
Nút có bản nút riêng rẽ.
- Các bản nút là những bản thép riêng rẽ đặp áp vào thành đứng của thanh
biên và liên kết lại.
- Bản nút riêng rẽ có ưu điểm là dễ lắp ráp, làm việc tốt, tăng tiết diện cho
thanh biên, tuy vậy tốn thép.
- Đây là loại nút dàn được dùng nhiều nhất hiện nay.
CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

[77]