Bài Giảng Cầu Thép

Bài giảng Cầu thép

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 4
CHƢƠNG I - KHÁI NIỆM CHUNG............................................................... 5
1.1. Những đặc điểm cơ bản và phạm vi ứng dụng. ..................................... 5
1.2. Vật liệu dùng cho cầu thép. ................................................................. 5
1.3. Các hệ thống chính của cầu thép. ......................................................... 6
1) Cầu dầm đặc: ..................................................................................... 6
2) Cầu dầm giàn:.................................................................................... 6
3) Cầu treo: ............................................................................................ 7
1.4. Các bộ phận chính của cầu thép........................................................... 7
CHƢƠNG II - HỆ MẶT CẦU CỦA CẦU THÉP ............................................ 9
2.1. Khái niệm và phân loại. ...................................................................... 9
2.2. Mặt cầu ô-tô. ...................................................................................... 9
2.3. Hệ dầm mặt cầu. ............................................................................... 10
2.4. Tính toán đà dọc và liên kết............................................................... 11
1) Nguyên lý tính toán:.......................................................................... 11
2) Tính tải trọng thường xuyên rải đều trên đà dọc: ............................... 11
3) Tính hoạt tải xe ô-tô: ........................................................................ 12
4) Hoạt tải người đi (PL): ..................................................................... 13
5) Hệ số xung kích: (3.6.2) .................................................................... 13
6) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà dọc: .......................................... 14
7) Kiểm toán mặt cắt đà dọc: ................................................................ 14
8) Tính liên kết đà dọc vào đà ngang: .................................................... 15
9) Trường hợp đà dọc là kết cấu liên tục. ............................................... 17
2.5. Tính toán đà ngang và liên kết. .......................................................... 17
1) Nguyên lý tính toán :......................................................................... 17
2) Tính tải trọng thường xuyên rải đều trên đà dọc: ............................... 17
3) Tính hoạt tải truyền vào đà ngang theo lực tập trung từ đà dọc: ......... 18
4) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà ngang: ...................................... 18

5) Kiểm toán mặt cắt đà ngang:............................................................. 19
6) Tính mối nối liên kết đà ngang vào giàn chủ: ..................................... 19
CHƢƠNG III - CẦU DẦM ĐẶC.................................................................. 21
3.1. Khái niệm chung .............................................................................. 21
1) Đặc điểm cầu dầm đặc:..................................................................... 21
2) Cấu tạo và kích thước cơ bản:........................................................... 21
3.2. Cấu tạo dầm đặc hàn ghép, liên kết bằng bu lông cƣờng độ cao. ......... 22
1) Đặc điểm:......................................................................................... 22
1


Bài giảng Cầu thép

2) Qui định cơ bản về cấu tạo: .............................................................. 22
3) Cấu tạo các mối nối dầm đặc: ........................................................... 23
3.3. Tính toán dầm chủ. ........................................................................... 24
1) Lựa chọn số dầm và mặt cắt dầm chủ: ............................................... 24
2) Tính tĩnh tải rải đều trên một dầm chủ, bao gồm:............................... 24
3) Tính hoạt tải xe ô-tô: ........................................................................ 24
4) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt dầm chủ: ....................................... 25
5) Kiểm toán mặt cắt dầm chủ:.............................................................. 26
6) Tính độ võng của dầm giản đơn: ....................................................... 27
7) Tính ổn định chung và cục bộ của bản bụng dầm: .............................. 28
8) Tính sức kháng nén dọc trục của nẹp tăng cường đứng trên gối cầu : . 30
9) Tính mối nối dầm chủ : ..................................................................... 31
10) Cấu tạo hệ liên kết dọc và ngang giữa các dầm chủ. .......................... 32
3.4. Cầu dầm thép liên hợp với bản bê tông cốt thép. ................................ 33
1) Đặc điểm chung: .............................................................................. 33
2) Nguyên lý làm việc của cầu dầm thép liên hợp bản BTCT: ................. 33
3) Cấu tạo dầm thép liên hợp BTCT....................................................... 34

4) Tính toán dầm thép liên hợp BTCT. ................................................... 35
5) KT dầm thép liên hợp chịu ảnh hưởng của biến dạng cưỡng bức ........ 38
6) Kiểm tra ứng suất dầm liên hợp khi tổ hợp tải trọng :......................... 41
7) Giới thiệu một số giải pháp tạo dự ứng lực trong dầm thép liên hợp bản
BTCT : .................................................................................................. 42
CHƢƠNG IV - CẦU DẦM GIÀN ................................................................ 43
4.1. Khái niệm chung............................................................................... 43
1) Đặc điểm:......................................................................................... 43
2) Các sơ đồ cầu dầm giàn và kích thước cơ bản : ................................. 43
3) Các bộ phận chính của cầu dầm giàn : .............................................. 44
4) Cấu tạo mặt cắt các thanh trong cầu dầm giàn : ................................ 44
4.2. Tính toán hệ mặt cầu......................................................................... 45
4.3. Tính toán giàn chủ. ........................................................................... 45
1) Nguyên lý : ....................................................................................... 45
2) Trọng lượng dầm giàn - tĩnh tải dầm và các hệ số :............................ 45
3) Hoạt tải và các hệ số của hoạt tải :.................................................... 46
4) Vẽ đường ảnh hưởng và tính nội lực các thanh giàn : ......................... 46
5) Lựa chọn mặt cắt và kiểm tra nội lực thanh........................................ 47
6) Tính toán mối nối và liên kết nút giàn :.............................................. 49
7) Kiểm toán thanh đứng chịu lực nén dọc trục của dầm giàn kiểu "hở
trên". ..................................................................................................... 52
2


Bài giảng Cầu thép

4.4. Tính hệ liên kết trên, dƣới. ................................................................ 52
1) Phân tích tải trọng tác dụng lên hệ liên kết của giàn: ......................... 52
2) Tải trọng gió ngang vào giàn và đoàn xe đi trên cầu: ......................... 52
3) Tính nội lực và kiểm toán cường độ các thanh của hệ liên kết:............ 54

4.5. Tính hệ liên kết ngang và cổng cầu. ................................................... 55
1) Nguyên lý tính : ................................................................................ 55
2) Tính hệ liên kết ngang:...................................................................... 55
4.6. Kiểm tra độ võng đàn hồi KCN và thiết kế tạo vồng cho dầm giàn. ..... 56
1) Kiểm tra độ võng đàn hồi KCN theo TTGHSD ................................... 56
2) Phương pháp thiết kế tạo vồng: ......................................................... 57
4.7. Kiểm toán đà ngang đầu dầm chịu kích.............................................. 58
4.8. Kiểm toán dầm giàn khi lao lắp. ........................................................ 58
4.9. Bố trí, thiết kế các công trình phụ trợ phục vụ duy tu sửa chữa cầu. .... 58
CHƢƠNG V - GỐI CẦU THÉP ................................................................... 59
5.1. Các loại gối cầu. ............................................................................... 59
5.2. Cách bố trí gối cầu. ........................................................................... 59
5.3. Cấu tạo gối cầu. ................................................................................ 60
5.4. Kiểm toán gối cầu. ............................................................................ 61
PHỤ LỤC .................................................................................................... 64

3


Bài giảng Cầu thép

MỞ ĐẦU
Cầu kim loại (Metallic Bridge) là tên gọi chung của cầu có vật liệu là kim
loại đen (nhƣ sắt, gang, thép) hoặc kim loại mầu (nhƣ hợp kim nhôm, vật liệu
tổng hợp), nhƣng sử dụng rộng rãi nhất vẫn là cầu thép (Steel Bridge).
Môn học cầu thép chỉ đề cập đến cầu thép trên đƣờng ô-tô. Cầu thép trên
đƣờng sắt có khác cầu trên đƣờng ô-tô về cấu tạo phần mặt cầu và hệ mặt cầu;
còn về tính toán, có khác về hoạt tải và các hệ số.
Thiết kế cầu thép đƣợc qui định tính theo phƣơng pháp các trạng thái giới
hạn (giới hạn về cƣờng độ, giới hạn về sử dụng, giới hạn về mỏi và phá hoại,

giới hạn đặc biệt). Gần đây, để thuận tiện ứng dụng công nghệ tin học trong thiết
kế, một số nƣớc đã qui định thiết kế cầu thép theo phƣơng pháp độ tin cậy, có
sử dụng hệ số tin cậy trong tính toán, là hệ số tổng hợp thƣờng đƣợc xác định
qua thực nghiệm và thống kê nhiều năm.
Bài giảng "Cầu thép" dựa theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu do Bộ GTVT ban
hành mang ký hiệu 22 TCN 272-05, có tham khảo bổ sung về chi tiết cấu tạo
theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18-79.
Do chi tiết kết cấu thép phải đạt độ chính xác cao, nên đơn vị đo lƣờng tính
theo milimét (mm), các đơn vị đo lƣờng khác theo hệ đo lƣờng quốc tế (SI).
Lời khuyên:
- Cách học và ghi chép;
- Dẫn giải thực tế và có ví dụ về tính toán;
- Sách tham khảo: Thiết kế cầu thép và bê tông cốt thép (ĐHXD), Thiết kế
cầu thép (ĐHXD), Bài tập tính toán cầu thép (ĐHGT), Cầu thép (Bộ GTVT),
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 (Bộ GTVT).

4


Bài giảng Cầu thép

CHƯƠNG I - KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. Những đặc điểm cơ bản và phạm vi ứng dụng.
- Đặc điểm nổi bật của thép là đạt tính chịu lực cao ứng 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 nhƣ dầm, giàn, vòm, treo, hệ liên hợp.
- Thép có trọng lƣợng riêng khá lớn nhƣng độ bền cao nên trọng lƣợng bản
thân kết cấu rất nhẹ, vì vậy có khả năng làm các cầu có chiều dài nhịp rất lớn mà
các loại vật liệu khác không thực hiện đƣợc.
- Thép có cƣờng độ cao nhƣng mô đuyn đàn hồi lớn (2,0 x 105 MPa, còn bê

tông là 3,15 x 104 MPa), do đó độ cứng lớn, tính đàn hồi cao, tính dẻo dai cao,
do đó chịu tải trọng xung kích và tải trọng mỏi tốt.
- Thép dễ gia công (cắt, rèn đập, đúc cán, hàn) nên có thể chế tạo thành
nhiều loại hình dạng thích hợp, tạo khả năng công nghiệp hóa, tự động hóa chế
tạo trong công xƣởng, vận chuyển đến chân công trình đạt lắp ráp nhanh bằng
các liên kết đáng tin cậy nhƣ bu lông, chốt, đinh tán, hàn . . . tạo điều kiện rút
ngắn thời gian thi công.
- Thép dễ bị hƣ gỉ trong môi trƣờng ẩm, mặn, axit và các hơi độc khác. Khi
thép bị gỉ mòn, làm tiết diện chịu lực bị giảm yếu, làm các liên kết bị hƣ hỏng,
dẫn đến giảm tuổi thọ công trình.
- Hiện nay đã có nhiều biện pháp chống gỉ hữu hiệu nhƣ sơn tạo màng bền
cao, mạ phủ kim loại, hoặc dùng thép chịu thời tiết (weathering steel), thép
không gỉ (non-corrosion steel). Tuy nhiên, các công trình bằng thép phải thƣờng
xuyên đƣợc kiểm tra, bảo quản, cạo gỉ và sơn phủ định kỳ.
- Cầu thép có nhịp lớn thƣờng đƣợc ứng dụng trên đƣờng sắt, đƣờng ô-tô;
kết cấu thép và cầu thép thƣờng đƣợc ứng dụng cho kết cấu tạm lắp ráp nhanh
trong thi công, trong công trình quân sự; còn ứng dụng thích hợp xây dựng cầu
trong vùng đất yếu vì có trọng lƣợng bản thân nhẹ hơn các loại cầu khác.
1.2. Vật liệu dùng cho cầu thép.
- Loại thép và cấp thép đƣợc phân định theo các tính chất cơ bản của thép,
thể hiện ở cƣờng độ chảy (biến dạng tăng mà ứng suất không đổi), cƣờng độ kéo
(ứng suất lớn nhất khi thí nghiệm kéo), độ dẻo (tỷ số độ dãn dài khi đứt gãy và
độ dãn dài khi bắt đầu chảy), độ cứng (độ bền bề mặt khi mài so với độ mài tiêu
chuẩn) và độ dai (khi bị va đập bằng số lần qui định mà không bị đứt gãy).
- Các vật liệu thô điển hình để luyện thép là quặng sắt, than cốc, đá vôi
(chất gây cháy và hội tụ các chất bẩn nổi trên mặt), các kim loại thành phần (Al,
Si, C, Cr, Cu, Mn) và một số kim loại hiếm khác (Mo, Nb, Ni, Ti, V, ..) ; quá
trình luyện thép phải đƣợc kiểm tra chất lƣợng nấu để có đƣợc sản phẩm đồng
nhất.
- Thép dùng làm cầu, do chịu tác động của hoạt tải, có đặc điểm phân biệt

so với thép xây dựng ở hai tính chất: độ dãn dài đạt trên 22%, độ dai đạt trên
2,0x106 lần.
5


Bài giảng Cầu thép

- Thép công trình đƣợc phân thành 4 loại khác nhau, tùy theo tính chất,
thành phần hóa học và cách gia công nhiệt.
- Các tính chất cơ học tối thiểu của thép công trình, tƣơng ứng với chiều
dày, hình dạng và cƣờng độ, đƣợc thể hiện trong bảng sau:
Thép
kết cấu

Thép hợp kim thấp,
cường độ cao

Thép
hợp kim Thép hợp kim tôi
thấp, tôi và ram, cường độ
và ram
chảy dẻo cao

Ký
hiệu
thép A 709M
(ASTM)
Cấp 250
Cấp tương đương

A 709M
Cấp 345

A 709M
Cấp 345W

A 709M
A 709M
Cấp485W Các cấp 690/690W

Chiều dày của các Tới 100
bản thép, mm

Tới 100

Tới 100

Tới 100

Tới 65

Trên 65
đến 100

Chế tạo thép hình

Áp dụng

Áp dụng

Áp dụng

Không
áp dụng

Không
áp dụng

Không
áp dụng

400

450

485

620

760

690

250

345

345

485

690

620

Cƣờng độ chịu kéo
nhỏ nhất Fu , MPa
Cƣờng độ chảy hoặc
giới hạn chảy nhỏ
nhất Fy , MPa

- Ký hiệu (M) là loại thép làm cầu
- Ký hiệu W là thép chịu được thời tiết
1.3. Các hệ thống chính của cầu thép.
1) Cầu dầm đặc:
- Dầm chủ: có dạng dầm giản đơn, liên tục, mút thừa;
- Chiều cao dầm không đổi hoặc thay đổi;
- Mặt cắt ngang cầu gồm 2 dầm chủ,
4, 5 dầm chủ hoặc hơn;
- Có hệ liên kết ngang giữ ổn định các
phiến và hệ liên kết dọc dƣới;
- Mặt cầu thƣờng là bản BTCT đặt tự
do lên cánh trên dầm chủ hoặc liên hợp
chịu lực với dầm chủ.
2) Cầu dầm giàn:
- Dầm giàn có loại mạ thẳng, mạ cong;
đƣờng xe chạy trên hoặc dƣới;
- Khi chịu tải, dầm chịu momen uốn,
6

Bài giảng Cầu thép

trạng thái momen đƣợc chuyển thành kéo nén dọc trục, nên trọng lƣợng
dầm giàn thƣờng nhẹ hơn so với dầm đặc có cùng chiều dài và hoạt tải.
3) Cầu treo:
- Có dạng cầu treo dây võng, cầu treo dây xiên
- Thƣờng dùng cho cầu vƣợt nhịp lớn L>100m.
1.4. Các bộ phận chính của cầu thép
- Mặt cầu : Bằng bản BTCT, gỗ ván lát mặt, hoặc bằng thép tấm có sƣờn
tăng cƣờng ; là bộ phận truyền trực tiếp các loại hoạt tải lƣu thông trên cầu vào
dầm thép.
- Hệ mặt cầu : là tổ hợp kết cấu đà dọc, đà ngang ; mặt cầu truyền trực tiếp
tải trọng và phân bố vào các đà dọc ; từ đó, đƣợc truyền sang đà ngang và dầm
chủ.
- Dầm chủ, giàn chủ : Dầm chủ thƣờng là dầm thép bản đặc, gồm bản
đứng, bản cánh trên, bản cánh dƣới, sƣờn tăng cƣờng đứng, dầm dọc. Giàn chủ
thƣờng là các thanh thép ghép nối tạo thành giàn hoa, gồm thanh mạ trên-dƣới,
thanh xiên, thanh treo-thanh đứng, bản nút liên kết.
- Hệ liên kết : gồm hệ liên kết trên-dƣới, hệ liên kết ngang.
- Hệ cổng cầu : Thƣờng bố trí ngang dầm cầu và gắn vào thanh đứng hoặc
thanh xiên đầu dầm giàn.
- Công trình phụ của cầu thép : nhƣ xe treo, xe kiểm tra, thang kiểm tra,
giá dỡ dây thông tin, dây cáp điện, đƣờng ống cấp nƣớc...
- Gối cầu : gồm gối cố định, gối di động.

Hệ liên kết dọc trên

Dầm chủ
Dầm chủ

Sƣờn tăng cƣờng
đứng
Gối cầu

7


Bài giảng Cầu thép

Cầu dầm giàn
Giàn chủ
Hệ cổng cầu

Thanh xiên

Đà ngang

Thanh đứng
Thanh treo

Liên kết dọc trên

Đà ngang
Đà dọc

8

Hệ mặt cầu và liên kết dọc dƣới

Bài giảng Cầu thép

CHƯƠNG II - HỆ MẶT CẦU CỦA CẦU THÉP
2.1. Khái niệm và phân loại.
1) Hệ mặt cầu là phần trực tiếp đỡ hoạt tải và truyền tải trọng sang dầm
chủ.
2) Hệ mặt cầu bao gồm :
- Mặt cầu : đƣờng sắt hoặc ô-tô, đƣờng bộ hành và xe thô sơ.
- Hệ dầm mặt cầu : gồm đà dọc, đà ngang (trƣờng hợp hai giàn chủ cách xa
nhau), nếu dầm chủ gần nhau nhƣ cầu dầm bản đặc thì không có đà dọc đà
ngang và khi đó hoạt tải từ mặt cầu truyền trực tiếp lên dầm chủ.
2.2. Mặt cầu ô-tô.
1) Yêu cầu :
- Mặt cầu đạt độ bằng phẳng
- Kết cấu nhẹ để giảm tĩnh tải
- Ít hao mòn, tuổi thọ cao
- Thoát nƣớc mặt tốt.
2) Mặt cầu dùng bản BTCT:
- Dùng phù hợp cho đƣờng ô-tô
- Có thể đổ tại chỗ hay lắp ghép
- Lớp mặt cầu gồm: lớp đệm tạo dốc
bằng BTCT mác thấp M-200, dày từ 3 đến
7cm, với độ dốc ngang i = 1,5% đến 2% ;
lớp chống thấm (còn gọi là lớp cách nƣớc)

i = 1,5 - 2,0%

Thành phần lớp mặt BT nhựa
lớp bảo vệ BTXM

lớp chống thấm
lớp đệm BTXM

bằng vải nhựa tẩm polime, dày khoảng 0,5 đến 1cm ; lớp bảo vệ BTXM ; trên
cùng là lớp bê tông nhựa dày khoảng 3 đến 5cm. Hiện nay thƣờng dùng lớp bê
tông mác M-300 đổ dày 5 đến 7 cm có lƣới thép Φ6mm đan ô 15x15cm để thay
thế lớp phòng nƣớc và lớp bảo vệ BTXM.
- Khoảng cách giữa các dầm chủ nên < 3,0m, có hệ liên kết ngang - dọc giữ
ổn định cho các phiến dầm chủ.
- Bản BTCT mặt cầu thƣờng chọn không nhỏ hơn 10cm, thƣờng dùng 12
đến 15cm, mác BT M-300 hoặc 350. Trƣờng hợp dùng mặt cầu xe chạy trực tiếp
trên bản BTCT (không có lớp đệm, lớp chống thấm, lớp bảo vệ), bản BTCT có
chiếu dày lớn hơn 14cm, mác M-350 hoặc 400.
3) Mặt cầu dùng bản thép :
- Có đặc điểm: trọng lƣợng nhẹ chỉ bằng 1/4 bản BT; mặt trên cùng
thƣờng là thép tấm dầy 6mm, có dập gân nổi để tăng ma sát.
- Để giải quyết thoát nƣớc nhanh trên mặt cầu, có thể trải một lớp bê tông
nhựa sỏi nhỏ dày 2 đến 3 cm trên mặt thép tấm.
- Về cấu tạo: chế tạo sẵn thành từng mảng trong nhà máy kết cấu thép, sau
đó đƣa ra lắp đặt tại cầu. Các tấm mặt cầu đƣợc hàn sẵn sƣờn tăng cƣờng ở mặt
dƣới, tạo thành bản đa hƣớng (orthotrop).
9


Bài giảng Cầu thép
δ

δ

thép tấm dày δ = 6 - 8mm

δ

2.3. Hệ dầm mặt cầu.
- Hệ mặt cầu bao gồm đà dọc, đà ngang ; thƣờng gặp ở cầu dầm có hai giàn
chủ với đƣờng xe chạy dƣới.
- Hệ mặt cầu có chức năng: chịu thƣờng xuyên tĩnh tải của mặt cầu; truyền
tĩnh tải mặt cầu và hoạt tải lên đà dọc, từ đà dọc truyền vào đà ngang và từ đà
ngang chuyển vào dầm chủ.
- Cấu tạo hệ mặt cầu và các mối nối liên kết đà dọc vào đà ngang, liên kết
đà ngang vào giàn chủ nhƣ sau:
Bản BT mặt cầu

Giàn chủ

Bản cá trên
Liên kết đà dọc vào đà ngang

Đà dọc
Bản cá dƣới

Đà dọc
Đà dọc

Đà ngang
Mặt bằng liên kết

Giàn chủ
Đà dọc

Đà ngang
Đà ngang

Bản cá

Đà dọc

Đà ngang
10

Đà dọc


Bài giảng Cầu thép

2.4. Tính toán đà dọc và liên kết.
1) Nguyên lý tính toán:
- Đà dọc đƣợc tính theo hệ phẳng, coi nhƣ dầm giản đơn, với chiều dài nhịp
đƣợc tính từ tim đến tim đà ngang;
- Nếu hệ mặt cầu có trên 2 đà dọc, phải xét thêm hệ số phân phối ngang (g)
do hoạt tải di chuyển ngang trên mặt cầu để tìm nội lực lớn nhất trong đà dọc khi
hoạt tải đặt ở vị trí nguy hiểm nhất trên đó; nhƣ vậy, khi tính momen và lực cắt
phát sinh trong đà dọc, phải tìm hệ số (g) lớn nhất cho đà dọc biên hoặc đà dọc
bên trong.
- Các yếu tố tác động vào đà dọc bao gồm: tải trọng bản thân và các bộ
phận phụ gắn vào (DC), tải trọng phần bản mặt cầu và lớp mặt cầu trên bản
(DW), hoạt tải tác động vào đà dọc (LL).
2) Tính tải trọng thường xuyên rải đều trên đà dọc:
- Để tính tải trọng thƣờng xuyên
rải đều trên đà dọc, dựa vào tỷ trọng

của vật liệu thông dụng nhƣ sau: (3.5.1) Lớp mặt cầu
b
Hợp kim nhôm . . . . . . 2800 kg/m3
Bản mặt cầu
Lớp phủ bê tông nhựa. 2250 Xỉ than
. . . . . . 960 Đà dọc hình I
Bê tông nghèo . . . . . . 1775 Bê tông phổ thông . . . 2400 Thép
. . . . . . 7850 Đá xây
. . . . . . 2725 - Hệ số điều chỉnh tải trọng (1.3.2): ηi = ηD ηR ηl , trong đó:
ηD - hệ số liên quan đến tính dẻo của kết cấu, đối với trạng thái giới hạn
cƣờng độ và các trạng thái giới hạn khác ηD = 1 (điều 1.3.3);
ηR - hệ số liên quan đến tính dƣ của kết cấu, đối với trạng thái giới hạn
cƣờng độ và các trạng thái giới hạn khác ηR = 1 (điều 1.3.4);
ηl - hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác, đối với trạng thái
giới hạn cƣờng độ và các trạng thái giới hạn khác ηl = 1 (điều 1.3.5);
Đối với đà dọc cầu thông thƣờng, trong mọi trƣờng hợp ηi = 1;
- Hệ số tải trọng γP dùng cho tải trọng thƣờng xuyên đƣợc qui định nhƣ
sau:
LOẠI TẢI TRỌNG

DC: Cấu kiện thép và các thiết bị phụ
DW: Bản mặt cầu và lớp phủ mặt

Hệ số tải trọng
lớn nhất
nhỏ nhất

1,25
1,50

0,90
0,65

- Tải trọng thƣờng xuyên rải đều trên đà dọc đƣợc tính nhƣ sau:
11


Bài giảng Cầu thép

D = Σ ηi γP Di
Thí dụ: Bản mặt cầu BTCT dày 14cm (0,14m), bề rộng tính toán (b) là 1,8m, mặt trên
bản là lớp phủ bê tông nhựa dày 4cm (0,04m), bản mặt cầu tựa trên đà dọc thép hình I cánh
bằng ký hiệu W610 (khối lượng riêng 140kg/m)
Tải trọng rải đều của lớp phủ mặt cầu: DW1 = 1 ,8 x 0,04 x 2,25 x 10 = 1,62 kN/m
Tải trọng rải đều của bản BTCT:
DW2 = 1,8 x 0,14 x 2,40 x 10 = 6,05 kN/m
Tải trọng rải đều của một đà dọc I-W610:
DC = 0,14 x 10 = 1,40 kN/m
Hệ số điều chính tải trọng ηi = 1
→ Tải trọng rải đều trên đà dọc: D = 1,25 x 1,40 + 1,50 (1,62 + 6,05) = 13,26 kN/m

3) Tính hoạt tải xe ô-tô:
- Hoạt tải HL-93 gồm tổ hợp của xe tải thiết kế và tải trọng làn rải đều hoặc
tổ hợp của xe hai trục thiết kế và tải trọng làn rải đều:
600mm
300mm khi t ính
phần hẫng mặt cầu

35kN

145kN
4300mm

145kN

1800mm

4300mm
- 9000

Bề rộng làn thiết kế 3500mm

9,3kN/
m
9,3N/ mm
hoặc

9,3kN/
m
110kN
1200mm

110kN

- Tải t rọng làn rải đều 9,3N/ mm phân bố đều trên chiều dọc càu; theo chiều ngang cầu, tải trọng
làn phân bố đều trên bề rộng 3000mm; ứng lực của tải trọng làn không xét lực xung kích.
- Đặt hoạt tải ô-tô trên cầu phải xét nội lực khống chế do tải trọng xe 3 trục cùng tác động với tải
trọng làn hoặc do tải trọng xe 2 trục cùng tác động với tải trọng làn; bề rộng một làn ô -tô trên cầu
là 3000mm.
- Đố i với cầu trên đƣờng cấp thấp (cấp 5 trở xuống), có thể dùng xe hai trục hoặc 3 trục thiết kế

nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65.
- Khi tính mo men âm trong khoảng hai điểm uốn đổi dấu, hoặc khi tính phản lực gối giữa, thì lấy
90% nội lực phát sinh do hai xe tải xếp liên tiếp với khoảng cách trục bánh trƣớc xe này, cách
bánh sau xe kia là 15000mm, tổ hợp với 90% nội lực phát sinh do tải trọng làn thiết kế; khoảng
cách giữa các trục 145kN khi tính nội lực t rên qui đ ịnh là 4300mm.

- Hệ số làn xe: Số làn xe đƣợc xác định bởi phân số nguyên của w/3500, ở
đây w là bề rộng của lòng đƣờng, tức là khổ cầu thiết kế. Hệ số làn (m) đƣợc
tính nhƣ sau:

12

Số làn chất tải

Hệ số làn (m)

1

1,20

2

1,00

3

0,85

>3

0,65


Bài giảng Cầu thép

- Hệ số tải trọng γ dùng cho hoạt tải khi tổ hợp tính theo trạng thái giới hạn
về cƣờng độ I là 1,75 (điều 3.4.1)
- Tính hệ số phân phối ngang (g) của hoạt tải tác động trên đà dọc: Dùng
phƣơng pháp đòn bẩy để tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải đặt ở vị trí
nguy hiểm nhất theo chiều ngang mặt cầu truyền vào một trong số các đà dọc.
Thí dụ: Tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải HL93 hoặc xe 2 trục lên các đà dọc hệ mặt cầu với khổ
cầu 7m.
Để tìm hệ số phân phối ngang phát sinh lớn nhất vào
một trong số đà dọc, phải xếp xe dàn hàng ngang trên
mặt cầu theo hai khả năng:
Cách 1: Hai hàng ô-tô đi lệch sang cận trái của mặt
cầu, đường tim của hàng bánh xe ngoài cùng cách
mép lề đường 0,6m; như vậy đường tim của hoạt tải
ô-tô cách mép lề đường là 1,5m.
Cách 2: Hai hàng xe ô-tô đặt giữa lòng cầu, như vậy
đường tim của mỗi hàng xe ô-tô cách đường tim cầu
1,5m.
Trị số tung độ của đường ảnh hưởng tương ứng với
điểm đặt của đường trọng tâm hàng xe ô-tô chính là
hệ số phân phối ngang (g) vào đà dọc đó.

Khổ cầu 7,0m
0,6

1,8

1,2

1,8

2

1

1,8

1

1,2

1,8

2

1

ĐAH 1

ĐAH 2

1

4) Hoạt tải người đi (PL):
- Đối với tất cả đƣờng ngƣời đi rộng hơn 600mm, tải trọng ngƣời đi trên
cầu là 3 x 10-3 MPa, và phải tính đồng thời với hoạt tải ô-tô thiết kế.

- Đối với cầu chỉ dành riêng ngƣời đi bộ và xe thô sơ, tải trọng ngƣời đi là
4 x 10-3 MPa.
- Không xét xung kích cho hoạt tải ngƣời đi.
5) Hệ số xung kích: (3.6.2)
- Từ lực xung kích (IM) gây ra do hoạt tải xe ô-tô (không tính với lực ly
tâm và lực hãm), qui định hệ số xung kích là (1+ IM/100), trong đó IM có trị số
sau:
Cấu kiện

Trị số IM

Mối nối bản mặt cầu, tính cho các trạng thái giới hạn

75

Các cấu kiện khác
* khi tính giới hạn mỏi và giòn
* khi tính trạng thái giới hạn khác

15
25

- Lực xung kích không đƣợc tính cho hoạt tải ngƣời đi và tải trọng làn rải
đều thiết kế.
- Có thể chiết giảm lực xung kích khi tính các cấu kiện khác (trừ mối nối)
chịu tải trọng lắc ngang của xe.
13


Bài giảng Cầu thép

6) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà dọc:
- Vẽ đƣờng ảnh hƣởng nội lực momen tại mặt cắt giữa đà dọc và đƣờng
ảnh hƣởng lực cắt tại vị trí đầu đà dọc tính toán.
- Công thức tổng quát tính nội lực momen đà dọc nhƣ sau:
M1/2=Mmax=D.AĐAH+1,75[mg(MtahoặcMtr).(1+IM/100)+mgMln+gn Mng]
kNm
Trong đó:
D - tổng tải trọng thƣờng xuyên với các hệ số
tải trọng (kN/m);
AĐAH- diện tích đƣờng ảnh hƣởng momen (m2 );
1,75 - hệ số hoạt tải khi tính tổ hợp theo TTGH
cƣờng độ I;
m - hệ số làn xe;
g, gn - hệ số phân phối ngang của hoạt tải lên đà
dọc thiết kế;
Mta , Mtr , Mln , Mng : trị số momen do xe tải
hoặc xe hai trục, do tải trọng làn, tải trọng
ngƣời (kNm).

Chiều dài tính đà dọc L đd

a = Lđd / 2

a

ĐAH M

1
ĐAH Q

Tính momen bằng cách lấy trị số hoạt tải nhân với tung độ đƣờng ảnh
hƣởng (nếu là tải trọng trục) hoặc với diện tích đƣờng ảnh hƣởng (nếu là tải
trọng rải đều).
Nội lực cắt:
Vmax = V0 =D.AĐAH+1,75[mg(Vta hoặc Vtr)(1+IM/100)+mgVln+gn Vng] kN
trong đó, AĐAH - diện tích đƣờng ảnh hƣởng lực cắt (m); các hệ số khác,
tƣơng tự công thức tính nội lực momen.
7) Kiểm toán mặt cắt đà dọc:
- Chọn mặt cắt đà dọc: Cấu tạo đà dọc thƣờng có dạng hình chữ I; có thể
chọn theo qui cách sẵn có của sản phẩm thép chế tạo thành thƣơng phẩm. Từ
mặt cắt đã chọn, tính (hoặc tra bảng) các đặc trƣng hình học của đà dọc để xét
thỏa mãn điều kiện sau:
- Kiểm toán momen uốn tại mặt cắt giữa đà dọc:
Mr ≤ φf Mn = Z.φf Fy
(2.4.7.1)
Trong đó: Mr - momen tính toán (kNm, chuyển thành Nmm bằng số nhân 106)
φf - hệ số cƣờng độ, theo 6.5.4.2, khi tính đà dọc chịu uốn thuần
túy, chọn φf = 1,00;
Mn - momen danh định của đà dọc đã lựa chọn;
Z - momen chống uốn của đà dọc đã chọn (mm3)
Fy - cƣờng độ giới hạn chảy nhỏ nhất của thép (MPa); thí dụ thép
làm đà dọc là A709M, theo mục (1.2) cho Fy = 345MPa
14


Bài giảng Cầu thép

- Kiểm toán nội lực cắt tại vị trí đầu đà dọc (trƣờng hợp đà dọc không có
nẹp tăng cƣờng)

Vr ≤ φv Vn
(2.4.7.2)
trong đó: Vr - lực cắt tính toán (kN)
φv - hệ số cƣờng độ, theo 6.5.4.2 cho φv = 1;
Vn - nội lực cắt danh định của đà dọc đã chọn (kN).
Tính Vn theo công thức sau:
nếu

D
tw

nếu

2,46

nếu

D
E
 3.07
tw
Fyw

2,46

E
Fyw

E
D


Fyw t w

,

thì Vn = Vp = 0,58FywDtw (6.10.7.2-1)
3,07

E
,
Fyw

thì Vn = 1,48tw2 EFyw

(6.10.7.2-2)

3

, thì Vn =

4,55t w E
D

(6.10.7.2-3)

trong đó:
D - chiều cao bản bụng (mm)
Fyw - cƣờng độ chảy nhỏ nhất qui định của bản bụng (MPa)
tw - chiều dày bản bụng (mm)
E - moduyn đàn hồi của thép bản, E = 200.000 MPa

- Sau khi kiểm toán đà dọc thỏa mãn bất đẳng thức (2.4.7.1) và (2.4.7.2),
chứng tỏ qui cách thép hình I đã chọn đạt yêu cầu về cƣờng độ.
Không phải xét trạng thái giới hạn mỏi cho đà dọc.
8) Tính liên kết đà dọc vào đà ngang:
Liên kết đà dọc vào đà ngang thƣờng tính toán với nội lực cắt và momen tại
gối của đà dọc. Nguyên lý chịu lực của liên kết là hai đầu đà dọc đƣợc ngàm vào
đà ngang, trị số nội lực nhƣ sau :
cắt V = V0
momen Mg = - 0,6 Mmax
Pc

Đà dọc

hd

V

Mg
Vk

dk

Đà ngang

hk

Pc

Về cấu tạo mối nối, có các trƣờng hợp sau :
 Trƣờng hợp có bản cá trên và vai kê: Giả thiết rằng bản cá chịu toàn bộ

momen âm Mg và bản (hoặc thép góc) đầu đà dọc chịu toàn bộ nội lực cắt.
- Nội lực trong bản cá đƣợc xác định nhƣ sau :
Pc =
15

Mg
hd

(hd - chiều cao đà dọc)


Bài giảng Cầu thép

Diện tích mặt cắt bản cá cần thiết để chịu lực P c là
Pc ≤ φu Pnu = φu Fy Ag
trong đó, φu - hệ số sức kháng đối với kéo đứt của mặt cắt có hiệu, φu=0,80;
Ag - diện tích mặt cắt có hiệu của bản cá
Cũng từ diện tích nguyên của bản cá, tính số đinh cần thiết liên kết bản cá
vào cánh trên đà dọc theo diẹn tích làm việc (hoặc theo khả năng chịu lực) của
bản cá.
Thông thƣờng, chọn cấu tạo liên kết cánh dƣới đà dọc với vai kê nhƣ bố trí
liên kết ở cánh trên.
Bản đầu đà dọc đƣợc liên kết vào đà ngang qua bản thép đặt đứng và hàn
sẵn vào đầu đà dọc hoặc qua cánh của thép góc đứng. Chiều dày bản đầu đà dọc
thƣờng chọn 12mm. Toàn bộ lực cắt A ở đầu đà dọc đều truyền qua các hàng
đinh bu lông (đinh tán, hoặc đƣờng hàn) để đƣợc cố định vào đà ngang.
Số lƣợng bu lông (đinh tán) cần thiết để liên kết bản đầu đà dọc vào đà
ngang đƣợc xác định theo nội lực cắt tính toán V.
Vai kê trong trƣờng hợp này đƣợc tính với giả thiết là lực cắt tại gối V phân
phối đều cho tất cả các đinh (n) bố trí trên thép góc liên kết đầu đà dọc và vai kê

vào dầm ngang, nhƣ vậy lực cắt A truyền lên vai kê sẽ là :
Vk = V

nv
n

(nv - số đinh bố trí trên bản đầu của vai kê)

Điểm đặt của lực cắt Vk ở vị trí giữa đoạn dài của vai kê tạo nên momen
dƣơng đối với hàng đinh liên kết đầu vai kê vào đà ngang. Vậy vai kê sẽ làm
việc chịu uốn với momen Mv là :
Mv = Vk .dk - Pc . hk
trong đó, d k - khoảng cách từ hàng đinh liên kết đứng đến điểm đặt lực cắt
Av;
hk - khoảng cách từ trọng tâm hàng đinh liên kết đứng của vai kê
đến điểm đặt lực cắt Vk.
Kiểm tra trị số tổ hợp lực R max phát sinh trong phạm vi của vai kê theo công
thức sau :
Rmax =

Vk
nv

2

M v d max
di

2

≤ φ Tn

trong đó, Tn - sức chịu danh định của bu lông.
Bản cá trên
Đà dọc

Bản cá dƣới
16

Đà ngang


Bài giảng Cầu thép

 Trƣờng hợp có bản cá trên và dƣới: Tính tƣơng tự nhƣ giả thiết của
trƣờng hợp (a), trong đó, nội lực momen đƣợc chuyển thành ngẫu lực kéo nén
dọc vào bản cá trên và dƣới, nội lực cắt V truyền vào bản hoặc thép góc liên kết
đầu đà dọc với đà ngang.
 Trƣờng hợp không có bản cá : Toàn bộ lực cắt tại gối V và momen tại đầu
đà dọc ngàm vào bản bụng đà ngang M g đƣợc truyền qua liên kết bằng bu lông
hoặc đƣờng hàn kết hợp với bu lông CĐC bắt tại hiện trƣờng. Nhƣ vậy liên kết
chịu đồng thời lực cắt và momen gối, công thức tính nội lực phát sinh lớn nhất
cho bu lông (đinh) ngoài biên R max tƣơng tự trƣờng hợp tính ở mục (a) về vai kê.
9) Trường hợp đà dọc là kết cấu liên tục.
Đối với nhịp cầu thép có bản mặt cầu cũng là bản thép có sƣờn tăng cứng,
thƣờng dùng đà dọc là những dải thép chữ I nối dài suốt chiếu dài nhịp dầm và
đặt trực tiếp lên cánh trên của đà ngang. Nội lực momen và lực cắt tại gối đƣợc
xác định nhƣ dầm liên tục, trong đó, hệ số xung kích lấy theo chiều dài của nhịp
dầm.
2.5. Tính toán đà ngang và liên kết.

1) Nguyên lý tính toán :
- Cho phép tính đà ngang theo hệ phẳng, coi nhƣ dầm giản đơn, chiều dài
tính toán đà ngang là khoảng cách từ tim đến tim giàn chủ (hoặc dầm chủ), tức
bề rộng (B);
- Đà ngang trong hệ mặt cầu không chịu trực tiếp tác động của hoạt tải di
chuyển trên mặt cầu, mà do đà dọc truyền vào đà ngang dƣới dạng tải trọng tập
trung;
- Khi tính liên kết đà ngang vào giàn (dầm) chủ, tính khung cứng ngang của
giàn, hoặc kiểm toán đà ngang dầu dầm chịu kích, đều giả thiết rằng đà ngang là
một bộ phận của khung cứng ngang. Đối với kết cấu nhịp giàn có đƣờng xe chạy
dƣới, với hai làn xe hoặc hơn, cho phép không tính nội lực momen phát sinh ở
đầu đà ngang liên kết vào giàn chủ, nhƣ vậy liên kết trong trƣờng hợp này chỉ
chịu nội lực cắt phát sinh ở đầu đà ngang.
EIđ
G-4,5

G-8
EIng

B = 5m
Mặt cắt ngang dầm giàn hở

B = 9,80m
Mặt cắt ng ang dầm giàn kín
(có hệ liên kết trên)

2) Tính tải trọng thường xuyên rải đều trên đà dọc:

17

B
Sơ đồ tính khung giàn
và đà ngang


Bài giảng Cầu thép

- Giả thiết rằng trọng lƣợng lớp mặt và bản mặt cầu, trọng lƣợng đà dọc
trong phạm vi khoảng cách giữa hai đà ngang liên tiếp, trọng lƣợng tổng cộng
(kN) đƣợc tính rải đều trên đà ngang bằng cách chia cho chiều dài tính toán đà
ngang (kN/m).
- Tải trọng thường xuyên rải đều của đà ngang là trọng lƣợng đơn vị dài
của đà ngang (T/m x 10 = kN/m).
- Tải trọng thường xuyên rải đều tính toán trên đà ngang:
D = Σ ni γP Di
trong đó, các hệ số tải trọng và ý nghĩa của ký hiệu tƣơng tự tính tải trọng
đà dọc (2.4.2).
2d
Đà dọc/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

Đà dọc
d - phạm vi
chịu tải của
Đà ngang đà ngang

Đà dọc

d
2d

3) Tính hoạt tải truyền vào đà ngang theo lực tập trung từ đà dọc:
- Tính lực tập trung từ đà dọc truyền vào đà ngang bằng cách tính lực cắt
phát sinh do hoạt tải xe đặt ở vị trí nguy hiểm trên hai khoang bên trái và phải
của đà ngang, bằng cách vẽ đƣờng ảnh hƣởng lực cắt bên trái và phải của đà
ngang; ngoài ra, mỗi đà ngang chịu một phần tải trọng làn từ mặt cầu truyền
xuống theo hệ số phân phối ngang (gi ) và hệ số làn (m). Để có nội lực momen
lớn nhất cho đà ngang, nên xếp xe vào trong lòng cầu.
- Lực cắt phát sinh do hoạt tải xe truyền vào đà ngang trở thành lực tập
trung, điểm đặt lực này chính là điểm tựa của đà dọc vào đà ngang, theo công
thức sau:
Vi = 1,75 mgi [Vh i (1+IM/100) + Vlni ] (kN)
trong đó, Vhi - lực cắt thứ (i) từ đà dọc hai bên truyền vào đà ngang do hoạt
tải xe (tính theo đƣờng ảnh hƣởng lực cắt);
Vlni - lực cắt thứ (i) từ đà dọc hai bên truyền vào đà ngang do tải
trọng làn.
4) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà ngang:

Đà dọc
ĐAH

D
lđ d

V1

lđd

lực cắt của

lđn

ĐAH momen
xi

1
đà dọc
tại đà ngang

18

V '2

V2

đà ngang
ĐAH lực cắt
đà ngang

yi

V '1


Bài giảng Cầu thép

Công thức tổng quát tính nội lực phát sinh tại mặt cắt đà ngang nhƣ sau:
momen giữa nhịp Mmax = D. ΩM + Σ Vi xi (kN.m)
lực cắt tại gối
Vmax = D. ΩV + Σ Vi yi (kN)
trong đó, D - tổng tải trọng thƣờng xuyên rải đều trên đà ngang bao gồm
các hệ số tính, kN/m;

ΩM, ΩV - diện tích đƣờng ảnh hƣởng momen và lực cắt;
xi, yi - tung độ đƣờng ảnh hƣởng momen và lực cắt tƣơng ứng vị
trí đà dọc thứ (i) trên đà ngang.
5) Kiểm toán mặt cắt đà ngang:
- Kiểm toán mặt cắt đà ngang đã lựa chọn ban đầu theo trạng thái giới hạn
về cƣờng độ:
Mmax ≤ φf Mn = Zφf Fy
Vmax ≤ φ v Vn
với Vn = CVp
và Vp = 0,58Fyw Dtw
ý nghĩa các ký hiệu trong công thức trên cũng tƣơng tự mục 2.4.(7).
6) Tính mối nối liên kết đà ngang vào giàn chủ:
Đối với cầu thép đƣờng ô-tô, mối liên kết đà ngang vào giàn chủ đƣợc giả
thiết là ngàm cứng, do đó tại mối liên kết này chỉ tính với lực cắt Vmax phát sinh
ở đầu đà ngang.
Số bu lông liên kết cần thiết đƣợc xác định theo công thức:
n=

Vmax
v Rn

trong đó, Vmax - lực cắt tính toán tác dụng vào liên kết
φv - hệ số mối liên kết chịu cắt, ở đây φv = 1,00 (Điều 6.5.4.2)
Rn - sức chịu danh định của một bu lông liên kết.
Đối với các liên kết ma sát, Rn = Kh . Ks . Ns . Pt
trong đó: Ns - số lƣợng mặt ma sát tính cho mỗi bu lông
Pt - lực kéo yêu cầu nhỏ nhất của thân bu lông (bảng 1)
Kh - hệ số kích thƣớc lỗ (bảng 2)
Ks - hệ số điều kiện bề mặt (bảng 3).
Bảng 1 - Lực kéo yêu cầu nhỏ nhất của thân bu lông

Đường kính
bu lông (mm)

19

Lực kéo yêu cầu P t (kN)
Loại M164
(A325M)

Loại M253
(A490M)

20

142

179

22

176

221

24

205

257

Bài giảng Cầu thép

Bảng 2 - Hệ số kích thước lỗ K h
Cho các lỗ tiêu chuẩn

1,0

Cho các lỗ vƣợt quá cỡ và có khía rãnh

0,85

Bảng 3 - Hệ số điều kiện bề mặt Ks
Cho các điều kiện bề mặt loại A

0,33

Cho các điều kiện bề mặt loại B

0.50

Cho các điều kiện bề mặt loại C

0,33

Ghi chú bảng 3:- Bề mặt loại A là bề mặt được làm sạch lớp cáu bẩn không sơn, hoặc
được làm sạch bằng thối sau đó phủ bọc sơ qua loại A;
- Bề mặt loại B là các bề mặt được làm sạch bằng thổi không sơn, hoặc được
làm sạch bằng thổi sau đó có lớp phủ loại B;
- Bề mặt loại C là các bề mặt được mạ kẽm nóng và làm nhám bằng bản chải

thép sau khi mạ.

20


Bài giảng Cầu thép

CHƯƠNG III - CẦU DẦM ĐẶC
3.1. Khái niệm chung
1) Đặc điểm cầu dầm đặc:

- Cấu tạo đơn giản, dễ tiêu chuẩn hóa và điển hình hóa;
- Lao lắp đơn giản, nhanh chóng;
- Cầu dầm đặc giản đơn chỉ nên vƣợt nhịp đến L<30m, thƣờng đƣợc cấu
tạo bằng thép cán, hình chữ I, đặt cách đều, mặt cắt thép có chiều cao không đổi;
- Cầu dầm đặc nối liên tục hoặc dầm hẵng có dầm treo, có thể vƣợt nhịp dài
L>30m;
- Cầu dầm đặc có kiểu đƣờng xe chạy trên, kiểu đƣờng xe chạy dƣới;
- Chỉ xét nội lực phát sinh trong dầm là momen và lực cắt;
- Thƣờng dùng dầm thép đặc có bản mặt cầu BTCT cùng liên hợp chịu lực,
tức là BTCT chịu nén còn phần thép chịu phần lớn lực kéo; nhƣ vậy sử dụng vật
liệu rất hợp lý và tiết kiệm.
2) Cấu tạo và kích thước cơ bản:
a) Đối với cầu dầm đơn giản:
- Nên chọn 4, 5, 6 dầm chủ bằng thép cán, chữ I, phù hợp với khổ cầu W6m và lớn hơn;
- Trƣờng hợp khổ W-4,5 và tải trọng ô-tô nhẹ 0,65 (HL-93) hoặc H-13, có
thể chọn 2 dầm chủ;
- Tỷ lệ về chiều cao dầm chủ (h) so với chiều dài nhịp (L) nên chọn
h
L

1
20

1
;
25

chiều cao toàn bộ (tối thiểu) của dầm I liên hợp giản đơn bằng

0,04L; chiều cao (tối thiểu) phần dầm I của dầm I liên hợp giản đơn bằng
0,033L.
b) Đối với cầu dầm liên tục:
- Thƣờng chọn liên tục 2
đến 3 nhịp;
- Nên chọn tỷ lệ
h
l

1
20

1
45

; chiều cao toàn bộ (tối thiểu) của dầm I liên hợp liên tục bằng

0,032L ; chiều cao (tối thiểu) phần dầm I của dầm liên hợp liên tục bằng 0,027L.
- Nên chọn mặt cắt dầm chủ có chiều cao thay đổi; mặt cắt tại gối cao hơn
tại giữa nhịp 1,3 đến 1,5 lần;

- Trƣờng hợp liên tục 3 nhịp, nên chọn l1 = 0,75 0,8 l2
21


Bài giảng Cầu thép

c) Khoảng cách giữa các dầm chủ (B): phụ thuộc khổ đƣờng xe chạy và loại
hình kết cấu dầm chủ.
Đối với dầm đặc có 4 dầm chủ hoặc hơn, khoảng cách tim dầm chủ nên đặt
cách đều và thƣờng là 1,8m đến 2,1m.
d) Kích thước cơ bản: qui định kích thƣớc nhỏ nhất của mặt cắt các bộ phận kết
cấu dầm đặc tính bằng mm, cho phép lấy nhƣ sau:
- Bề dày bản bụng của dầm chủ hàn nối, chịu uốn, là 10; dầm thép cán I là
8;
- Bề dày bản nút liên kết: 10
- Bề dày bản nẹp tăng cƣờng đứng và tăng cƣờng dọc:10
- Thép góc của hệ liên kết: ∟- 80x80x8
- Bề dày lớn nhất của thép cán trong các cấu kiện hàn bằng thép cacbon là
50mm; cấu kiện hàn bằng thép hợp kim thấp là 40mm
- Các vách ngang hoặc các khung ngang cho các dầm thép cán chữ I phải
cao ít nhất bằng nửa chiều cao của dầm.
3.2. Cấu tạo dầm đặc hàn ghép, liên kết bằng bu lông cường độ cao.
1) Đặc điểm:
- Vật liệu dùng trong dầm đặc hàn ghép phải là thép chịu hàn;
- Liên kết các cấu kiện dầm đặc hàn ghép thƣờng dùng bu lông cƣờng độ
cao;
- Dầm đặc hàn ghép có kết cấu thoáng, ít góc cạnh, dễ sơn sửa và bảo quản.
2) Qui định cơ bản về cấu tạo:
- Bản bụng:
+ nếu dùng thép cácbon,

δb ≈

1
h
12,5

+ nếu dùng thép hợp kim thấp,
δb ≈

Bản cánh trên
δ c ≥ 12mm

(h tính cm)
h

δ
b

1
h
10

Bản cánh dƣới
δ c ≥ 12mm

+ theo điều kiện ổn định bản bụng,
b

h

1
50

1
250

Bản bụng
δ b ≥ 12mm

b

- Bản cánh: Bề rộng phần thò ra của cánh chịu nén trong dầm hàn có đƣờng
xe chạy trên không vƣợt quá 15δ và 400mm (trong đó, δ - bề dày của cánh).
- Nẹp tăng cƣờng: Để tăng cƣờng độ cứng của bản bụng, triệt tiêu biến
dạng phình cục bộ trên bề mặt bản bụng, phải bố trí nẹp tăng cƣờng theo qui
định sau:
+ ở vị trí đặt gối dầm nhất thiết phải có nẹp tăng cƣờng đứng; nẹp này có cấu tạo
2 đầu đƣợc mài nhẵn chống khít vào mặt bản cánh trên và dƣới ; chỉ hàn vào
cánh dƣới chịu nén;
22


Bài giảng Cầu thép

+ ở trong phạm vi ¼ chiều dài nhịp đầu
dầm, khoảng cách nẹp tăng cƣờng đứng
nên bố trí d o < h và <2000mm;
+ nẹp tăng cƣờng dọc, khi h>1000mm,
cần bố trí cách cánh chịu nén của dầm
khoảng 0,20 ‚ 0,25h;

+ nẹp đứng phải bố trí suốt liền chiều cao
(h) của dầm; còn nẹp dọc phải cắt đoạn
trong khoảng 2 sƣờn đứng liền kề.

nẹp tăng cƣờng dọc

h

nẹp tăng cƣờng đứng
do

3) Cấu tạo các mối nối dầm đặc:
- Hàn nối bản bụng: Bản thép nguyên tấm thƣờng không đủ chiều dài cắt
đoạn của nhịp dầm nên phải hàn nối bản bụng cho đủ. Trƣớc khi hàn đối đầu,
phải gia công mép hàn theo dạng chữ V hoặc X.

A

A

Hàn nối bản cánh :
A

B

A

Mặt cắt A-A

Nhìn theo A-A

B
Nhìn theo B-B

Hàn bản thép làm nẹp tăng cƣờng

23


Bài giảng Cầu thép

- Cấu tạo neo giữ bản BTCT mặt cầu với cánh trên dầm chủ: Có hai loại
cấu tạo neo giữ tùy thuộc bản mặt cầu đƣợc xét đặt tự do trên cánh dầm hoặc
đƣợc xét tính liên hợp chịu lực với dầm thép.
- Cấu tạo hệ liên kết dọc, ngang giữa các dầm chủ: Nếu dầm thép liên hợp
chịu lực với bản BTCT mặt cầu, thƣờng chỉ cần bố trí hệ liên kết ngang; với
dầm thép có h>1000mm, có thể bố trí thêm hệ liên kết dọc dƣới.
3.3. Tính toán dầm chủ.
1) Lựa chọn số dầm và mặt cắt dầm chủ:
Thƣờng lựa chọn số lƣợng dầm chủ gồm 2, 4, 5 phiến hoặc nhiều hơn, tùy
thuộc khổ cầu và loại hình mặt cắt dầm thép.

h

h>1000

h>800

h>1500

h<800

2) Tính tĩnh tải rải đều trên một dầm chủ, bao gồm:
- Trọng lƣợng lớp mặt cầu và bản mặt cầu
(BTCT hoặc thép), tính trong phạm vi rộng
(B) và phân bố đều trên đơn vị dài dầm
(kH/m), phần trọng lƣợng này đƣợc coi nhƣ
đặt tự do trên dầm thép (tức là không liên hợp
chịu lực với dầm thép), ký hiệu DW 1 và DW2;
- Tải trọng rải đều của dầm chủ chữ I, ký hiệu
DC (kH/m)
Tải trọng thƣờng xuyên rải đều trên dầm chủ đƣợc tính nhƣ sau:
D = Σ η i γP Di
ý nghĩa và hệ số trong công thức trên tƣơng tự mục (2.4.2)
3) Tính hoạt tải xe ô-tô:
- Hoạt tải ô-tô HL-93 gồm tổ hợp của xe tải thiết kế và tải trọng làn rải đều
hoặc tổ hợp của xe hai trục thiết kế và tải trọng làn rải đều (xem mục 2.4.3).
- Hệ số làn xe: theo mục 2.4.3.
- Hệ số tải trọng γ dùng cho hoạt tải khi tổ hợp, tính theo trạng thái giới hạn
về cƣờng độ γ=1,75.
- Hệ số xung kích: theo 2.4.5.
- Tính hệ số phân phối ngang (g) của hoạt tải tác động trên dầm chủ:
Trƣờng hợp có hai dầm chủ, tính hệ số phân phối ngang theo phƣơng pháp
đòn bẩy.
Trƣờng hợp có nhiều hơn hai dầm chủ, dùng phƣơng pháp nén lệch tâm để
tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải đặt ở vị trí gần biên trái (hoặc phải) trên
mặt cầu và vị trí giữa mặt cầu (vị trí đối xứng); so sánh theo hai cách và chọn trị
24

Bài giảng Cầu thép

số phân phối ngang lớn nhất của hoạt tải tác động vào một dầm chủ để tính. Khi
tính trƣờng hợp này, phải xét chọn một trong hai điều kiện sau:
+ nếu L>2B (với B - khoảng cách trong của lan can hai bên cầu;
L - chiều dài nhịp),
hệ số phân phối ngang đƣợc xác định theo phƣơng pháp nén lệch tâm với
các giá trị sau:
► đối với dầm biên:

y1 =

1
n

2

a max
2
ai

và y' 1 =

2

a max
2
ai

1

n

trong đó,
y1 và y' 1 - tung độ đƣờng ảnh hƣởng
khi P=1 đặt tại dầm biên
bên trái và bên phải;
n - số dầm chủ;
amax - khoảng cách giữa hai dầm biên;
ai - khoảng cách giữa hai dầm thứ (i)
bên trong đối xứng nhau qua tim
cầu.
► đối với dầm thứ (k) bên trong:
yk =

1
n

a k a max
1
và y' k =
2
n
ai

B
Cách 1

1,5m 3,0m
1

Cách 2

2

3
3,0m

a k a max
2
ai

trong đó, ak - khoảng cách giữa đôi
dầm thứ (k) cần tính hệ số phân phối
ngang.

a2
amax

Từ các giá trị trên, tính đƣợc hệ số phân phối ngang của hoạt tải xe ô-tô
g=Σzi và hoạt tải ngƣời đi gP=zP vào dầm chủ cần tính.
Lập bảng tính hệ số phân phối ngang của hoạt tải vào các dầm chủ 1, 2, 3,
… theo hai cách đặt tải trên, sau đó chọn một dầm có hệ số phân phối ngang lớn
nhất để tính nội lực phát sinh trong dầm đó.
+ nếu L < 2B, vẫn tính g và gP theo phƣơng pháp nén lệch tâm, chọn và
kiểm tra trạng thái giới hạn cƣờng độ của dầm chủ và các liên kết, sau đó kiểm
toán lại hệ số phân phối ngang g tính theo phƣơng pháp gối tựa đàn hồi.
4) Tính nội lực phát sinh tại mặt cắt dầm chủ:
- Vẽ đƣờng ảnh hƣởng momen tại vị trí
giữa nhịp (Mmax) và tính diện tích, tính
trị số tung độ tƣơng ứng điểm đặt hoạt

tải HL-93;
- Vẽ đƣờng ảnh hƣởng lực cắt tại vị trí
đầu dầm chủ (Vmax) và tính diện tích,
tính trị số tung độ tƣơng ứng điểm đặt
hoạt tải.
25

l
ĐAH M½

ĐAH V0