báo cáo thực tập tốt nghiệp - Cấu tạo cầu dầm thép, cầu dàn thép, cầu dầm liên hợp ( Hình ảnh minh họa)

Đại Học Công Nghệ GTVT

Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp

Nội dung 17: Cấu tạo cầu dầm thép, cầu dàn thép, cầu dầm liên hợp ( Hình ảnh
minh họa)
I) CẤU TẠO CẦU DẦM THÉP
1. Khái niệm chung
1) Đặc điểm cầu dầm đặc:

- Cấu tạo đơn giản, dễ tiêu chuẩn hóa và đ iển hình hóa;
- Lao lắp đơn giản, nhanh chóng;
- Cầu dầm đặc giản đơn chỉ nên vượt nhịp đến L<30m, thường được 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 vượt nhịp dài
L>30m;
- Cầu dầm đặc có kiểu đường xe chạy trên, kiểu đường xe chạy dưới;
- Chỉ xét nội lực phát sinh trong dầm là momen và lực cắt;
- Thường 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; như vậy sử
dụng vật liệu rất hợp lý và tiết kiệm.
2) Cấu tạo và kích thước cơ bản:
Mặt cắt ngang

GVHD:Th.S TRỊNH MINH HOÀNG
1

SVTH:TRẦN XUÂN CƯỜNG

Đại Học Công Nghệ GTVT

Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp

a) Đối với cầu dầm đơn giản:
- Nên chọn 4, 5, 6 dầm chủ bằng thép cán, chữ I, phù hợp với khổ cầu W 6m và lớn hơn;
- Trường 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

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

GVHD:Th.S TRỊNH MINH HOÀNG
2

SVTH:TRẦN XUÂN CƯỜNG


Đại Học Công Nghệ GTVT

Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp

25

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:
- Thường chọn liên tục
2 đến 3 nhịp;
- Nên chọn tỷ lệ
h
l

1
20

1

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

45

GVHD:Th.S TRỊNH MINH HOÀNG
3

SVTH:TRẦN XUÂN CƯỜNG


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 gố i cao
hơn tại giữa nhịp 1,3 đến 1,5 lần;
- Trường hợp liên tục 3 nhịp, nên chọn l1 = 0,75 0,8 l2
c) Khoảng cách giữa các dầm chủ (B): phụ thuộc khổ đường 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 thường là 1,8m đến 2,1m.
d) Kích thước cơ bản: qui định kích thước nhỏ nhất của mặt cắt các bộ phận
kết cấu dầm đặc tính bằng mm, cho phép lấy như 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 cường đứng và tăng cường 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 thường dùng bu lông cường 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

1
h
10

Bản cánh dưới
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 c hịu nén trong dầm hàn có
đường xe chạy trên không vượt quá 15δ và 400mm (trong đó, δ - bề dày của
cánh).
- Nẹp tăng cường: Để tăng cường độ cứng của bản bụng, triệt tiêu b
iến dạng phình cục bộ trên bề mặt bản bụng, phải bố trí nẹp tăng cường
theo qui định sau:
+ ở vị trí đặt gối dầm nhất thiết phải có nẹp tăng cường đứng; nẹp này có cấu tạo
2 đầu được mài nhẵn chống khít vào mặt bản cánh trên và dưới ; chỉ hàn
vào cánh dưới chịu nén;

+ ở trong phạm vi ¼ chiều dài nhịp đầu
dầm, khoảng cách nẹp tăng cường đứng
nên bố trí d o < h và <2000mm;
+
nẹp
tăng cường 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 cường dọc

h

nẹp tăng cường đứng
do

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


A

A

Hàn nố i bản cánh :

A

B

Hàn bản thép làm nẹp tăng cường

A

Mặt cắt A-A

Nhìn theo A-A

B
Nhìn theo B-B

- 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 được xét đặt tự do trên cánh dầm
hoặc được 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, thường chỉ cần bố trí hệ liên kết
ngang; với dầm thép có h>1000mm, có thể bố trí thêm hệ liên kết dọc dưới.
4. Cấu tạo sườn tăng cường
4.1) Cấu tạo hệ liên kết dọc và ngang giữa các dầm chủ.
Hệ liên kết dọc và ngang của cầu dầm đặc có tác dụng truyền tải
trọng ngang (gió, động đất,...) đến các gối dầm chủ và bảo đảm dầm không
bị biến dạng trong quá trình chế tạo, lắp đặt vào vị trí.

h

Hệ liên kết trên

Hệ liên kết ngang
Hệ liên kết dƣớ i

Hình mặt bằng liên kết dọc

- Nếu dầm chủ thấp (h<1000mm) chỉ cần bố trí hệ liên kết ngang, thường là
thép hình I, U hoặc thanh bản tổ hợp
hàn;
- Nếu dầm chủ h>1000mm, nên bố trí hệ liên kết d ọc trên, dưới và liên kết
ngang; dùng thép hình đúc sẵn hoặc tổ hợp thanh hàn tạo thành
giàn.
- Qui định cấu tạo: Khi khoảng cách tim các nút của hệ liên kết dọc trên
không vượt quá 15 lần bề rộng của bản cánh trên chịu nén đối với thép cacbon,

hoặc 13 lần đối với thép hợp kim thấp, thì khô ng cần kiểm toán ổn định chung
toàn dầm.
- Thường bố trí liên kết ngang trùng khớp vị trí nẹp tăng cường trên bản
bụng dầm chủ. Riêng liên kết ngang hai đầu dầm được bố trí đồng thời là
đà ngang chịu kích.


Bản Mặt cầu

II) CẤU TẠO CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP
1) Đặc điểm chung:
Mặt cắt cầu gồm phần mặt là bản bê tông cốt thép được liên hợp chịu
lực với dầm thép chữ I hoặc dầm thép hộp bằng kết cấu chống cắt, có tác dụng
vừa liên kết vừa chống uốn ngang cầu dầm.
Cầu dầm thép liên hợp có đặc điểm sau:
- Kết cấu được sử dụng vật liệu hợp lý, đặc biệt đối với cầu dầm giản đơn;
- Giảm nhỏ mặt cắt dầm thép hơn so với dầm không liên hợp;
- Tăng cường được độ ổn định và độ cứng của dầm;
- Giảm bớt một phần vật liệu làm liên kết dọc trên, dưới.
2) Nguyên lý làm việc của cầu dầm thép liên hợp bản BTCT:
a) Kết cấu liên hợp chịu lực theo hai giai đoạn:
► giai đoạn I, dầm thép hoàn toàn chịu tĩnh tải gồm dầm thép, hệ dàn
giáo ván khuôn đổ bê tông tƣơi (hoặc bản bê tông mặt cầu chế tạo sẵn) cho
đến khi bê tông chƣa đủ 75% fc (fc - ứng suất chịu nén tính toán của bê tông)
► giai đoạn II, bê tông đã đạt trên 75% fc, dầm thép liên hợp chịu lực
với bản BTCT, khi đó đã có sự liên kết chắc chắn giữa bản và dầm, dầm cầu
thép liên hợp với bản BTCT để cùng chịu tiếp phần tĩnh tải còn lại (lớp mặt
cầu, lan can bộ hành …) và hoạt tải các loại.

fc
1
0

1

0

ff

Gia i đoạn I: T ĩnh tải
I

Gia i đoạn II:
Tĩnh tải II + Hoạt tải

Ứng s uất
tổng cộng

b) Cần lựa chọn điều chỉnh mặt cắt kết cấu sao cho bản mặt cầu
BTCT hoàn toàn chịu nén khi chịu tải trọng chính đối với dầm giản đơn; dầm
chủ chịu kéo gần hết chiều cao bản bụng.
c) Mặt cắt cầu dầm thép liên hợp BTCT được kiểm tra chủ yếu theo
trạng thái giới hạn cường độ, ngoài ra độ võng dầm được kiểm tra theo trạng
thái giới hạn sử dụng, đối với dầm liên tục còn phải kiểm tra bản bụng và các
liên kết hàn theo trạng thái giới hạn phá hoại do mỏi.
d) Khi tính dầm chủ ở giai đoạn I, chỉ dùng độ cứng EI của thép làm
dầm. Khi tính ở giai đoạn II, dùng diện tích chuyển đổi của bê tông để tính độ
cứng, dựa trên tỷ số moduyn đàn hồi (n) cho tải trọng tức thời và (3n) cho tải
trọng thường xuyên. Tỷ số moduyn đàn hồi (n) theo bảng sau (điều 6.10.3.1 của

TC) :
Cường độ bê tông
f c ' (MPa)
16 ≤ f ' c < 20
20 ≤ f ' c < 25
25 ≤ f ' c < 32
32 ≤ f ' c < 41
41 ≤ f ' c

Tỷ số m
oduyn đàn
hồi (n)
10
9
8
7
6

Ghi chú : - f 'c là cường độ chịu nén nhỏ nhất của bê tông qui định
qua mẫu thí nghiệm 28ngày tuổi (MPa);
- chọn tỷ số (3n) khi tính độ cứng cho tải trọng thường xuyên
là xét đến điều kiện từ biến co ngót của bê tông trong giai đoạn khai thác.
3) Cấu tạo dầm thép liên hợp BTCT. ( Chi tiết thêm nữa ra)
a) Về dầm chủ :
≥170

≥120
200 ÷ 400

≥140

- Chiều cao dầm thép liên hợp thấp hơn khoảng 20% so với chiều cao
dầm không liên hợp :
- Cánh dưới dầm thép liên hợp có thể chọn mắt cắt rộng hơn hoặc dầy hơn
cánh trên dầm.
b) Về mặt cầu BTCT :
- Thường chọn bê tông cấp A có cường độ mẫu chịu nén 28 ngày f ' c =
30MPa, nhưng không thấp hơn 28MPa;
- Cốt thép mặt cầu đều phải dùng thép có gờ với giới hạn chảy danh
dịnh thường là 420MPa và cao hơn.
c) Các loại mấu neo bản BTCT vào cánh trên dầm thép :

Mấu neo cứng

Tạo liên hợp bằng bu lông CĐC

Lỗ chừa s ẵn bắt bu lông CĐC
Mấu neo mề m


III) CẤU TẠO CẦU DÀN THÉP
1. Khái niệm chung.
1) Đặc điểm:
- Giàn chủ gồm các thanh (cấu
kiện) liên kết thành giàn bất biến, chỉ
chịu lực kéo nén dọc trục ; khác với dầm
đặc, chịu
momen uốn ;
- Kết cấu giàn thoáng, dễ tạo dáng mỹ

thuật cho công trình ;
- Tiết kiệm vật liệu thép hơn dầm
đặc,
khi phải vượt nhịp dài L>30m ;
- Dễ tiêu chuẩn hóa và chế tạo sẵn chi
tiết cấu kiện trong công xƣởng :
- Lắp ráp cầu ngoài công trường đòi
hỏi nhiều công đoạn hơn cầu dầm đặc ;
- Đối với cầu dầm giàn đường xe chạy
dưới, phải có hệ mặt cầu chịu trực tiếp
hoạt tải, truyền sang giàn chủ và xuống gối
cầu.

Biểu đồ ứng s uất kéo nén thuần túy

Biểu đồ ứng s uất kéo nén do uốn

2) Các sơ đồ cầu dầm giàn và kích thước cơ bản
:
- Dầm giàn có thanh mạ (biên)
thẳng hoặc cong;
- Cầu đường xe chạy trên hoặc chạy
dưới;
- Kết cấu nhịp cầu là giản đơn, liên tục,
mút thừa.
- Kích thước cơ bản của cầu dầm giàn:
● chiều dài nhịp phải đạt hợp lý về
kinh tế, đủ khẩu độ thoát nƣớc và
yêu cầu thông thuyền;
● chiều cao (h) của giàn : thông thường chọn tỷ

lệ
h
l

1 1
h
1 1
7 10 ; đối với mạ cong l = 5 8
h
1 1
đối với cầu liên tục và mút thừa
=
l
10 12

đối với thanh mạ song song

=

đối với cầu nhịp dài l >40m, chiều cao của giàn thường chọn h > 6m;
● chiều dài khoang giàn d = (0,6 0,8)h, hoặc d = (0,8 1,0)h khi giàn
có dạng tam giác không có thanh đứng hoặc thanh treo;


● góc xiên của thanh xiên α = 40°

60° so với phƣơng ngang;


● khoảng cách giữa tim các giàn chủ (b) của cầu ô -tô có đường xe

chạy dưới nên bố trí hai giàn chủ với khoảng cách lớn hơn khổ đường
xe chạy từ 800mm đến 1000mm để tính đến phần gờ chắn bánh và bề
rộng thanh giàn; cầu ô-tô đường xe chạy trên có thể bố trí hai giàn
chủ cách nhau
5000 đến 7000mm, hoặc có 4 giàn chủ cách nhau 2500 đến
4000mm.
3) Các bộ phận chính của cầu dầm giàn :
- Hệ mặt cầu : gồm đà dọc, đà ngang, liên kết đà dọc, hệ chống xô (khi l >
80m). Hệ mặt cầu trực tiếp đỡ tĩnh tải mặt cầu và hoạt tải để truyền vào giàn
chủ qua đà ngang.
- Giàn chủ : chịu toàn bộ tĩnh tải và hoạt tải trên cầu để truyền xuống gố i
và mố trụ cầu. Giàn chủ có các chi tiết bộ phận (cấu kiện) như thanh mạ (biên)
trên
- dưới, thanh xiên (chéo), thanh đứng, thanh treo, nút giàn (liên kết các chi
tiết của giàn.
- Hệ liên kết : giữ ổn định cầu dầm giàn, không làm biến dạng dầm giàn
khi chịu gió và tải trọng ngang khác ; hệ liên kết gồm hệ liên kết trên - dưới,
hệ liên kết ngang và cổng cầu.
- Gối cầu : gố i di động, gối cố định ; gố i cầu đỡ toàn bộ tải trọng từ dầm
và truyền vào mố trụ.
4) Cấu tạo mặt cắt các thanh trong cầu dầm giàn :
- Mặt cắt đà dọc, đà ngang thường có dạng
chữ I, với liên kết ngang hoặc liên kết dọc
các đà dọc thường dùng thép góc hoặc
thép hình I, U.
- Mặt cắt các thanh giàn chủ (thanh mạ,
thanh xiên, thanh đứng, thanh treo) :

- Mặt cắt các thanh của hệ liên kết :

- Khi lựa chọn mặt cắt thanh, nên :
● tạo mặt cắt đơn giản, thoáng, dễ sơn sửa (khe hở để thao tác sơn cần
lớn hơn 350mm;
● tránh dùng nhiều chủng loại và chiều dày thép khác nhau;
● tạo mặt cắt không gây đọng nƣớc và rác bẩn (nếu mặt cắt thanh tạo
thành máng chứa nước thì phải khoan lỗ thoát nƣớc vào bản
bụng thanh


Φ50mm, cách nhau khoảng 1000mm);
● nếu tổ hợp hàn, phải suy tính trƣớc cách lắp ráp thuận tiện, cách đặt
chìa vặn bu lông dễ thao tác;
● kích thước của các chi tiết phù hợp các qui đ ịnh về cấu tạo : qui định
về bề dày nhỏ nhất của bản thép, về tỷ lệ bề rộng thanh (b) so với bề dày (δ),
về độ mảnh cho phép của các thanh giàn.