THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU DÀN THÉP kết cấu thép 2

Bản chất và sự làm việc của dàn
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG
CẦU DÀN THÉP

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

1
1/14/2016

Có thể “khoét bớt” sườn dầm để tiết kiệm
vật liệu

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

4
1/14/2016

Bản chất và sự làm việc của dàn

Chương 1:

Khái niệm về cầu dàn thép

Định nghĩa
Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
 Các bộ phận của kết cấu nhịp cầu dàn thép
 Các sơ đồ cầu dàn thép.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

2
1/14/2016

Bản chất và sự làm việc của dàn

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

5
1/14/2016

Bản chất và sự làm việc của dàn
Dàn là kết cấu bao gồm các thanh liên kết
với nhau tại nút
 Nếu tải trọng chỉ đặt tại nút thì trong thanh
chỉ có lực dọc.


Biểu đồ ứng suất pháp trong tiết diện
ngang dầm thép có hình tam giác
 Khi ứng suất tại biên dầm đạt đến cường
độ của vật liệu thì ứng suất ở sườn dầm
còn nhỏ.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

3
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

6
1/14/2016

1


Ưu điểm của cầu dàn thép

Các thanh dàn chịu lực dọc là chủ yếu  biểu
đồ ứng suất có hình chữ nhật, không đổi trên
chiều dài mỗi thanh  tiết kiệm vật liệu
 Trọng lượng bản thân nhẹ  vượt được nhịp
dài
 Chiều cao kiến trúc nhỏ (đường xe chạy dưới)
 Có khả năng chế tạo hàng loạt cấu kiện giống
nhau tại nhà máy  giảm giá thành
 Có thể cấu tạo dàn có chiều cao thay đổi, chịu
lực hợp lý, kiến trúc đẹp.

Các bộ phận của KCN cầu dàn
1.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

7
1/14/2016

Nhược điểm của cầu dàn thép

2.

3.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Dàn chủ
Hệ mặt cầu

21. Dầm ngang
22. Dầm dọc
23. Bản mặt cầu

Hệ liên kết

31.
32.
33.
34.

Ngang
Dọc trên
Dọc dưới
Cổng cầu.
10
1/14/2016

Các bộ phận của KCN cầu dàn

Tốn thêm vật liệu để làm nút dàn  nhịp
ngắn sẽ không kinh tế
 Nút dàn là nơi tập trung ứng suất, có cấu
tạo phức tạp
 Chế tạo, lắp ráp, duy tu bảo dưỡng phức
tạp hơn so với cầu dầm.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

8
1/14/2016

Phạm vi sử dụng cầu dàn thép

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

11
1/14/2016

Các bộ phận của KCN cầu dàn

Cầu dàn thép chỉ kinh tế khi chiều dài nhịp
L > 6080m đối với cầu ôtô và L > 5060m
đối với cầu xe lửa
 Có thể sử dụng kết cấu lắp ghép vạn năng
để làm cầu tạm, cầu bán vĩnh cửu…


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

9
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

12
1/14/2016

2


Các bộ phận của KCN cầu dàn

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

13
1/14/2016

Các bộ phận của KCN cầu dàn

Dàn chủ: bộ phận chịu lực chính
Hệ dầm mặt cầu: truyền tải trọng từ mặt cầu vào
dàn chủ
 Bản mặt cầu: tương tự như trong KCN cầu dầm
 Hệ liên kết: cùng với dàn chủ tạo thành kết cấu
không gian bất biến hình
 Liên kết dọc: chịu tải trọng tác dụng theo

phương ngang cầu
 Cổng cầu: truyền tải trọng từ hệ liên kết dọc trên
xuống gối cầu (cầu có đường xe chạy dưới).

Các bộ phận của KCN cầu dàn

16
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Các bộ phận của KCN cầu dàn




Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

14
1/14/2016

Các bộ phận của KCN cầu dàn

Các bộ phận của dàn chủ



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

15

1/14/2016

17
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Thanh biên
Thanh xiên

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng




Thanh đứng
Nút dàn.
18
1/14/2016

3


Các sơ đồ cầu dàn thép

Các sơ đồ cầu dàn thép

Đơn giản
 Liên tục
 Mút thừa

 Chiều cao không đổi (biên song song)
 Chiều cao thay đổi (biên đa giác)
 Đường xe chạy trên
 Đường xe chạy dưới
 Đường xe chạy giữa.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

19
1/14/2016

20
1/14/2016

Các sơ đồ cầu dàn thép

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

22
1/14/2016

Cầu có đường xe chạy giữa

Các sơ đồ cầu dàn thép

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

23
1/14/2016

Cầu dàn biên cứng

21
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

24
1/14/2016

4


Xác định các kích thước cơ bản

Chương 2:

Cấu tạo và tính toán dàn chủ

Chiều dài nhịp
Chiều cao dàn
 Chiều dài khoang
 Khoảng cách giữa các dàn.



Cấu tạo dàn chủ
 Tính toán nội lực trong các thanh
 Kiểm toán tiết diện thanh và nút.


1
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Chiều dài nhịp dàn chủ

Cấu tạo dàn chủ

Phụ thuộc vào:
 Bề rộng khổ thông thuyền
 Kinh tế
 Nhịp định hình
 Khả năng thi công.

Các kiểu hoa dàn
 Các kích thước cơ bản
 Cấu tạo thanh dàn
 Cấu tạo nút dàn.


2

1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Các kiểu hoa giàn

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

5
1/14/2016

Chiều cao dàn
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

4
1/14/2016

Tam giác
Không thanh
đứng
Hai thanh
chéo (chữ X)

Chữ K
Chữ Ж
Phân nhỏ
...
3
1/14/2016

Đảm bảo chiều cao tĩnh không phần xe
chạy (dàn có đường xe chạy dưới)
 Chi phí vật liệu ít nhất
 Bảo đảm độ cứng của kết cấu nhịp.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

6
1/14/2016

1


Chiều dài khoang dàn

Nguyên tắc cấu tạo

Phụ thuộc vào:
 Chiều cao của dàn
 Chiều cao dầm dọc, dầm ngang
 Góc nghiêng của các thanh xiên
 Số lượng khoang




Thường cấu tạo 8−10 khoang
Góc nghiêng của thanh xiên: 50−60°.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Sử dụng ít đinh tán hoặc mối hàn ghép nối
tạo thành tiết diện thanh
 Sử dụng ít chủng loại thép hình
 Sử dụng ít thép cho các chi tiết ghép nối
 Hình dạng tiết diện đơn giản, thuận tiện
cho việc chế tạo và lắp ráp, dễ duy tu bảo
dưỡng, không bị đọng nước và rác bẩn.


7
1/14/2016

Khoảng cách giữa các dàn

10
1/14/2016

Các loại tiết diện thanh dàn

Phụ thuộc vào:
 Vị trí đường xe chạy (trên hay dưới)

 Bề rộng cầu
 Chiều dài nhịp.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Có 2 loại tiết diện thanh
Tiết diện có một thành đứng
 Tiết diện hai thành đứng.



8
1/14/2016

Cấu tạo thanh dàn thanh dàn

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

11
1/14/2016

Tiết diện một thành đứng

Nguyên tắc cấu tạo
Các loại tiết diện
 Liên kết các nhánh của thanh.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

9
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

12
1/14/2016

2


Tiết diện một thành đứng

Thanh tán ghép và thanh hàn ghép

Cấu tạo đơn giản
Không cần bản nút
 Tốn vật liệu  nhịp ngắn
 Khó thay đổi diện tích tiết diện thanh.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

13
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

16
1/14/2016

Một số chú ý khi chọn tiết diện

Tiết diện hai thành đứng

Chiều cao tiết diện thanh không quá lớn so
với chiều dài
 Các thanh biên của hai khoang kề nhau nên
đúng tâm hoặc lệch tâm nhỏ
 Các tấm thép không được quá mỏng và
không quá dày
 Đảm bảo các quy định về độ mảnh của thanh
và tỉ lệ giữa chiều rộng và bề dày các tấm
thép.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

14
1/14/2016

Tiết diện hai thành đứng

17
1/14/2016

Một số chú ý khi chọn tiết diện

Dễ thay đổi diện tích tiết diện thanh
Mô men quán tính lớn
 Liên kết chắc chắn
 Dễ bị đọng nước mưa, rác bẩn, hơi
nước
 Khó kiểm tra, duy tu bảo dưỡng.

Chiều cao tiết diện không nên lớn quá
1/15 chiều dài thanh
 Đường tim của các thanh biên thuộc hai
khoang kề nhau không nên lệch quá 1,5%
chiều cao của thanh
 Bề dày các tấm thép không được nhỏ hơn
10mm.







Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

15
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

18
1/14/2016

3


Một số chú ý khi chọn tiết diện

Liên kết giữa các nhánh của thanh
Nếu thanh có cấu tạo 2 nhánh, thì các nhánh
của thanh có thể được liên kết với nhau bằng
thanh giằng, bản giằng
 Để các nhánh cùng làm việc, tạo được độ
cứng cần thiết cho thanh.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

19
1/14/2016

Một số chú ý khi chọn tiết diện


Đối với thanh chịu nén, còn quy định thêm:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

20
1/14/2016

Liên kết giữa các nhánh của thanh

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng



Thanh giằng



Bản giằng



Bản khoét lỗ
23
1/14/2016

Liên kết giữa các nhánh của thanh

Quy định về độ mảnh giới hạn
các thanh

Thanh chịu nén: bản giằng và thanh giằng bố
trí và cấu tạo trên cơ sở tính toán
 Thanh chịu kéo: bảo đảm yêu cầu quy định về
cấu tạo.



Thanh chịu nén λ ≤ 120
 Thanh có ứng suất đổi dấu λ ≤ 140
 Thanh chỉ chịu kéo λ ≤ 200.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

22
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

21
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

24
1/14/2016

4


Quy định về kích thước

Nguyên tắc cấu tạo
Các thanh phải đồng quy vào nút
Liên kết thanh vào nút chắc chắn

 Dễ dàng cho thi công, lắp ráp
 Dễ kiểm tra, bảo quản, duy tu
 Ít chủng loại nút
 Tốn ít thép.

Chiều dày tối thiểu của bản giằng
 Kích cỡ tối thiểu, độ mảnh tối đa, góc
nghiêng của thanh giằng
 Số lượng đinh tán tối thiểu và khoảng
cách tối đa giữa các đinh
…





Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng



25
1/14/2016

28
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Các loại bản nút

Cấu tạo bản chắn ngang

Bản nút riêng
Bản nút chắp
 Bản nút liền với thanh
 Bản nút của dàn biên cứng.





Bố trí ở hai đầu thanh và cách nhau 3m

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

26
1/14/2016

29
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Các loại bản nút

Cấu tạo nút dàn
Nguyên tắc cấu tạo
Các loại bản nút
 Ví dụ cấu tạo.






Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

27
1/14/2016

Bản nút riêng cấu
tạo đơn giản, dễ
lắp, truyền lực tốt

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng



Bản nút chắp tiết
kiệm vật liệu.
30
1/14/2016

5


Các loại bản nút



Bản nút liền với thanh.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bản nút của dàn biên cứng

31
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

34
1/14/2016

Tính dàn chủ

Các loại bản nút

Kết cấu nhịp cầu dàn thép là kết cấu không
gian siêu tĩnh nhiều bậc
 Có thể tách ra thành các hệ phẳng để tính
 Dàn chủ được xem là dàn phẳng gồm các
thanh hai đầu liên kết khớp, chịu tải trọng
thẳng đứng đặt tại các nút dàn
 Sự đơn giản hóa này cho kết quả đủ chính
xác đối với công tác thiết kế thực tế.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

32

1/14/2016

Ví dụ cấu tạo nút

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

35
1/14/2016

Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên
dàn chủ
Bản thân dàn chủ
Hệ liên kết
 Dầm dọc và dầm ngang
 Bản mặt cầu
 Lan can và đường người đi
 Các lớp mặt đường trên cầu
 Hoạt tải xe và người đi bộ.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

33
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

36
1/14/2016

6


Xác định nội lực

Diện tích tiết diện yêu cầu

Vẽ các đường ảnh hưởng nội lực trong
các thanh
 Tính nội lực max, min do tĩnh tải và hoạt
tải ứng với các trạng thái giới hạn
 Hệ số phân phối tải trọng được tính theo
nguyên tắc đòn bẩy
 Đối với dàn siêu tĩnh phải giả thiết đặc
trưng hình học các thanh.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

37
1/14/2016

Thiết kế các thanh dàn

N – Nội lực trong các thanh dàn do tải trọng
tính toán
 Fu – Cường độ của thép
 ξ – Dự trữ cho sự giảm yếu tiết diện hoặc
giảm sức kháng khi xem xét ổn định của thanh

chịu nén.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

40
1/14/2016

Kiểm toán tiết diện thanh chịu kéo

Chọn tiết diện sơ bộ
Tính diện tích yêu cầu
 Chọn kích thước tiết diện
 Tính đặc trưng hình học
 Tính sức kháng
 Kiểm toán.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

φy – hệ số sức kháng, bằng 0,95
 φu – hệ số sức kháng, bằng 0,80
 Fy , Fu – cường độ chảy và kéo đứt của thép
 Ag , An – diện tích tiết diện nguyên và diện
tích thực (tiết diện giảm yếu)
 U – tỉ số giữa diện tích giảm yếu của thanh
trong và ngoài phạm vi liên kết vào nút (0,85).


38
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

41
1/14/2016

Kiểm toán tiết diện chịu kéo + uốn

Chọn tiết diện thanh sơ bộ
Loại tiết diện (chữ H, hình hộp…)
Chọn bề rộng chung cho tất cả các thanh
 Bắt đầu từ thanh có nội lực lớn nhất
 Nên cố định cả chiều cao các thanh biên.



Mux, Muy – mô men uốn tương ứng với trục x
và trục y
 Mrx, Mry – sức kháng uốn của tiết diện
 Mr = φf.Mn = 1,0Mn
 Mn – sức kháng uốn danh định.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

39
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

42
1/14/2016

7


Sức kháng uốn danh định của
tiết diện chữ H




Kiểm toán tiết diện thanh chịu nén




Khi uốn trong mặt phẳng thẳng đứng:
Mn = Mp
Mp – sức kháng tiết diện khi bị chảy toàn bộ
Khi uốn trong mặt phẳng ngang: các quy định
như đối với dầm I.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

43
1/14/2016

Sức kháng uốn danh định của
tiết diện hộp

Điều kiện:

φc = 0,9 – hệ số sức kháng

As – diện tích tiết diện nguyên của thanh
K = 0,75 – hệ số chiều dài
 rs , l – bán kính quán tính và chiều dài thanh.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

46
1/14/2016

Kiểm toán tiết diện chịu nén + uốn


Tương tự như đối với tiết diện thanh
chịu kéo + uốn.

S – mô men chống uốn
– mô men quán tính đối với trục vuông góc
với phương uốn
 A – diện tích bao quanh bởi đường tim các
tấm tạo thành tiết diện


 Iy

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

44
1/14/2016

Sức kháng uốn danh định của
tiết diện hộp

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

47
1/14/2016

Kiểm tra giới hạn về mỏi


Điều kiện:

∆f – biên độ ứng suất do tải trọng mỏi
(hoạt tải và các hệ số quy định khi tính về
mỏi)
 (∆F)n – sức kháng mỏi danh định.


l – chiều dài thanh không được liên kết trong
phương vuông góc với phương chịu uốn
 , b – bề dày các tấm tạo thành tiết diện và

khoảng cách tĩnh giữa chúng
 E – mô đun đàn hồi của vật liệu.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

45
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

48
1/14/2016

8


Tính mối nối và liên kết thanh
vào nút

Kiểm tra giới hạn về mỏi


Sức kháng mỏi danh định:







A – hằng số phụ thuộc chi tiết kết cấu (Mpa3)
(∆F)TH – giới hạn mỏi (cho ở bảng)
N – số chu kỳ ứng suất trong suốt thời kỳ sử
dụng công trình.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

49
1/14/2016

Kiểm tra giới hạn về mỏi


Tính số đinh (bu lông) liên kết thanh vào nút
Kiểm toán sức kháng của bản nút.

n – số chu kỳ ứng suất khi một xe tải chạy qua
cầu, lấy từ bảng
 (ADTT)SL – số xe tải trên một làn xe trong một
ngày đêm, được quy định trong tiêu chuẩn


ADTT – số xe tải theo một chiều
 p – hệ số phân bố xe tải trong 1 làn xe đơn (tra
bảng).


50
1/14/2016

Chiều dài tự do của các thanh

Thanh biên, thanh xiên ở gối, thanh đứng ở gối:
chiều dài hình học của thanh.
 Thanh xiên, thanh đứng khác thì khi xét uốn:
- Trong mặt phẳng của dàn: 0,8 chiều dài hình
học
- Ra ngoài mặt phẳng của dàn: khoảng cách
giữa các điểm mà thanh được liên kết trong
phương ngang
- Ra ngoài mặt phẳng của dàn: 0,7 chiều dài
hình học, nếu thanh đó giao nhau với một thanh
khác.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

52
1/14/2016

Số đinh liên kết thanh vào nút

Số chu kỳ ứng suất:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

51

1/14/2016

Pr – sức kháng của thanh
 Rr – sức kháng của một đinh





φ = 1,0 đối với bu lông cường độ cao
Rn – sức kháng danh định.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

53
1/14/2016

Các mặt cắt cần kiểm toán bản nút

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

54
1/14/2016

9


Kiểm tra kéo rách bản nút





Kiểm tra bản nút chịu uốn + kéo

Điều kiện:

Pu – lực dọc trong thanh
Rr – sức kháng kéo rách
của bản nút

Avg , Avn – diện tích nguyên và diện tích thực
dọc theo mặt phẳng chịu ứng suất cắt (mm2)
 Atg , Atn – như trên, dọc theo mặt phẳng chịu
ứng suất kéo.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

55
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

58
1/14/2016

Kiểm tra kéo rách bản nút

Fy , Fu − cường độ chảy và cường độ kéo nhỏ
nhất quy định của vật liệu liên kết (MPa)

 φbs = 0,8 − hệ số sức kháng đối với cắt khối.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

56
1/14/2016

Kiểm tra bản nút chịu cắt 3–3



Điều kiện:



A – diện tích tiết diện bản nút chịu cắt.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

57
1/14/2016

10


Dầm ngang

Chương 3:

Cấu tạo và tính toán hệ dầm
mặt cầu

Sơ đồ tính là dầm đơn giản có nhịp là khoảng
các giữa các dàn chủ
 Tĩnh tải từ bản mặt cầu, truyền qua dầm dọc
rồi xống các dầm ngang là các lực tập trung
 Tĩnh tải lên dầm ngang là phân bố đều khi các
dầm dọc đặt gần nhau hoặc không có dầm dọc
 Phải xếp xe vào vị trí bất lợi trên phương dọc
cầu để xác định lực lớn nhất lên dầm ngang
 Xếp tải lên phương ngang cầu để tính nội lực
trong dầm ngang.


Dầm dọc
Dầm ngang
 Liên kết dầm dọc vào dầm ngang
 Liên kết dầm ngang vào dàn chủ.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

1
1/14/2016

Dầm dọc

4

1/14/2016

Liên kết dầm dọc vào dầm ngang

Đỡ bản mặt cầu và truyền tải trọng xuống
các dầm ngang
 Cấu tạo và tính toán tương tự cầu dầm thép
 Tuỳ theo hình thức liên kết dầm dọc vào
dầm ngang mà chọn sơ đồ tính là dầm liên
tục hay dầm đơn giản
 Nhịp tính toán là khoảng cách giữa các dầm
ngang
 Nếu các dầm ngang đặt gần nhau, thì có thể
không cần bố trí dầm dọc.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Dầm dọc đặt chồng lên dầm ngang
Dầm dọc và dầm ngang có biên trên
cùng mức
 Biên trên dầm dọc ở mức thấp hơn biên
trên dầm ngang.



2
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

5
1/14/2016

Dầm dọc chồng lên dầm ngang

Dầm ngang

Được bố trí tại các nút dàn chủ
Tiết diện hình chữ I
 Nhịp dầm là khoảng cách giữa các tim dàn chủ





= ÷

Dầm ngang tại vị trí gối cầu phải xét tới khả
năng kích dàn
 Khi dàn chủ đặt rất xa nhau, có thể thay dầm
ngang bằng dàn ngang.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng
Dầm dọc liên tục

 Chiều cao kiến trúc lớn.


3
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

6
1/14/2016

1


Liên kết dầm dọc vào dầm ngang

Dầm dọc cùng mức với dầm ngang






Chiều cao kiến trúc nhỏ
Liên kết chắc chắn.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

7
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Liên kết dầm dọc vào dầm ngang
Nhóm đinh n1
chịu lực S
 Nhóm đinh n2
chịu lực V
 Nhóm đinh n3
chịu lực V

Nội lực trong đinh
làm việc nặng nhất:

10
1/14/2016

Liên kết dầm dọc vào dầm ngang



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng


8
1/14/2016

Liên kết dầm dọc vào dầm ngang




Nhóm đinh nV chịu
lực S và AV

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng



Diện tích của tiết diện:

Mô men tĩnh của tiết diện đối
với trục đi qua đinh dưới cùng:



9
1/14/2016

11
1/14/2016

Liên kết dầm dọc vào dầm ngang


Mô men uốn do S
và AV:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bản con cá và các đinh tán liên kết tấm thép đầu
dầm vào thép góc liên kết cùng làm việc với nhau

Mô men quán tính của tiết diện:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

12
1/14/2016

2


Liên kết dầm dọc vào dầm ngang
Nội lực trong
bản con cá:
 Nội lực trong
đinh dưới cùng
do mô men M:





Liên kết dầm ngang vào dàn chủ dễ dàng có
chuyển vị xoay
 Tại gối dầm ngang, coi M = 0
 Liên kết dầm ngang lên dàn chủ chỉ tính với
phản lực V = V0
 Số đinh liên kết:



Nội lực trong một
đinh do lực cắt V:
Nội lực tổng
cộng trong đinh
dưới cùng:



13
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Liên kết dầm ngang vào dàn chủ

Dầm dọc liên kết hàn với
dầm ngang

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

16
1/14/2016

Tính dầm ngang đầu dàn theo
điều kiện kích dàn


14

1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

m2 = 0,85 cho các đinh liên kết vào dàn chủ
m2 = 0,90 cho các đinh liên kết vào sườn dầm
ngang.

Các dầm ngang tại nút có bố trí gối cầu còn phải
được tính toán chịu lực kích nâng kết cấu nhịp

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

17
1/14/2016

Liên kết dầm ngang vào dàn chủ
Cấu tạo bản góc để
tăng diện bố trí đinh
 Trong sườn dầm
ngang phải đủ bố trí
60-70% số đinh.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

15
1/14/2016

3

Chương 4:

Cấu tạo và tính toán hệ liên kết
Khái niệm
Cấu tạo hệ liên kết dọc
 Cấu tạo hệ liên kết ngang
 Tính toán hệ liên kết.

Các kiểu hoa dàn của hệ liên
kết dọc








Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

1
1/14/2016

Dàn tam giác
Dàn hai thanh chéo

Dàn quả trám
Dàn kiểu chữ K

Khoang của hệ liên kết dọc thường trùng với
khoang giàn chủ.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng



2
1/14/2016

Khái niệm về hệ liên kết

Có tác dụng liên kết các dàn chủ, tạo thành kết
cấu không gian cứng, không biến hình
 Chịu các tải trọng nằm ngang tác dụng theo
phương ngang cầu
 Phân phối tải trọng thẳng đứng giữa các dàn chủ
 Hệ liên kết dọc được bố trí ở mức biên trên và
biên dưới dàn chủ
 Các thanh biên của hệ liên kết dọc cũng chính là
các thanh biên của dàn chủ
 Có cấu kiện vừa thuộc hệ liên kết dọc, vừa
thuộc hệ liên kết ngang hoặc/và hệ dầm mặt cầu.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng



4
1/14/2016

Các kiểu hoa dàn của hệ liên
kết dọc

Khái niệm về hệ liên kết

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng



3
1/14/2016

Kết cấu nhịp có nhiều dàn chủ
(cầu có đường xe chạy trên)

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

5
1/14/2016

Hệ liên kết ngang

Bố trí trong mặt phẳng các thanh đứng
hoặc thanh xiên của dàn chủ
 Hai đầu dàn có cổng cầu, để truyền lực
từ hệ liên kết dọc trên xuống gối cầu


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

6
1/14/2016

1


Vận tốc gió thiết kế

Liên kết ngang trong kết cấu
nhịp có đường xe chạy trên


Hai dàn chủ gần nhau



Hai dàn chủ xa nhau



Nhiều dàn chủ.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

V = VB.S
VB – vận tốc gió giật cơ bản trong 3 giây với
chu kỳ xuất hiện 100 năm, thích hợp với vùng

tính gió tại vị trí cầu
 S – hệ số điều chỉnh đối với khu vực chịu gió
và độ cao mặt cầu.


7
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

10
1/14/2016

VB và S để tính vận tốc gió thiết kế

Tiết diện thanh hệ liên kết

Tiết diện thanh liên kết vào một bản nút
nằm ngang
 Tiết diện thanh liên kết vào hai bản nút nằm
ngang.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

8
1/14/2016

11
1/14/2016

Tải trọng gió lên kết cấu nhịp

Tính toán hệ liên kết

Đối với kết cấu nhịp kiểu dàn, lực gió sẽ được
tính toán cho từng bộ phận một cách riêng rẽ
 Gió ngang lên diện tích chắn gió At (m2):
PD = .0,0006 V2 At Cd  1,8 At (kN)
 Cd – hệ số cản, phụ thuộc kiểu lan can, tiết
diện thanh dàn, số lượng dàn chủ
 Hệ số tải trọng gió:
 = 1,4 Khi tính theo TTGHCĐ II
 = 0,4 Khi tính theo TTGHCĐ III.


Vận tốc gió thiết kế
Tải trọng gió lên kết cấu nhịp
 Tải trọng gió lên xe
 Lực gió truyền lên hệ liên kết dọc
 Tính hệ liên kết dọc
 Tính cổng cầu.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

9

1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

12
1/14/2016

2


Hệ số cản gió


Hệ số cản gió

Đối với dầm dọc, bản mặt cầu, lan can đặc:

b  Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề
mặt lan can (mm)
 d  Chiều cao chắn gió (mm).




13
1/14/2016

Hệ số cản gió




Ai  Diện tích hình chiếu của cấu kiện thứ i
lên mặt phẳng đón gió của dàn
 A  Diện tích giới hạn bởi đường bao của dàn.


14
1/14/2016

Hệ số cản gió


Số Rây non:

W0  Áp lực gió (daN/m2), tính theo vận
tốc gió
 k  Hệ số thay đổi áp lực động, phụ thuộc
chiều dài thanh dàn


L (m)
k



3

1,00

5

1,07

10

1,18

  Hệ số tải trọng của gió.

15

1,24

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

20

1,29

30

1,37
17
1/14/2016

Hệ số cản gió

Đối với các thanh dàn làm từ thép hình:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

16
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Hệ số cản gió

Hệ số cản của dàn được tính khi:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

 = 0,001m  mức độ mấp mô của bề mặt
d  đường kính ống
 Re  Số Rây non.




Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Đối với các thanh dàn làm từ thép ống tròn:
Cd xác định theo biểu đồ

15
1/14/2016



Đối với một dàn phẳng độc lập:



Cdi  Hệ số cản của cấu kiện thứ i.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

18
1/14/2016

3


Hệ số cản gió





Lực gió truyền lên hệ liên kết dọc

Đối với một dãy dàn song song:

Trong cầu có hai hệ liên kết dọc trên và dưới 
mỗi hệ sẽ chịu 60% áp lực gió lên giàn chủ;
 Áp lực gió truyền lên hệ mặt cầu, lan can và lên
xe sẽ truyền 80% lên hệ liên kết dọc ở biên có
đường xe chạy và 40% liên hệ liên kết dọc ở
biên còn lại

 Trong cầu chỉ có một hệ liên kết dọc hoặc có
bản mặt cầu bê tông cốt thép thay cho hệ liên
kết dọc, thì chúng sẽ chịu toàn bộ tải trọng gió.


Dàn thứ nhất có Cd1 lấy theo một dàn độc lập
Dàn thứ 2 và các dàn tiếp theo:
19
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Hệ số cản gió



Đối với dàn thép ống:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

22
1/14/2016

Dàn có đường xe chạy trên

khi Re  4×105
thì  = 0,95

Hệ liên kết dọc trên, gió thổi lên kết cấu:
Wtr,D = (0,6Cd1.h1+ 0,8Cd2.h2+ 0,8Cd3.h3)W0
 Gió thổi lên xe: Wtr,L = 0,8PL
 Hệ liên kết dọc dưới: thay hệ số 0,8 bằng 0,4.


20
1/14/2016

Tải trọng gió lên xe

Để tính theo trạng thái giới hạn cường độ III:
gió thổi đồng thời lên xe và lên kết cấu nhịp
 Gió ngang bằng 1,5 kN/m đặt ở cao độ 1800
mm so với mặt đường xe chạy
 Hệ số tải trọng gió  = 1,0.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

23
1/14/2016

Dàn có đường xe chạy dưới



Hệ liên kết dọc dưới, gió thổi lên kết cấu:
Wd,D = [(0,6Cd1.h1+ 0,8d2.h2+ 0,8(Cd3Cd1)h3]W0
 Gió thổi lên xe: Wd,L = 0,8PL
 Hệ liên kết dọc trên: thay hệ số 0,8 bằng 0,4.



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

21
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

24
1/14/2016

4


Tính nội lực trong các thanh của
hệ liên kết dọc

Vẽ các đường ảnh hưởng nội lực
Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu nhịp WD sẽ
chất lên toàn bộ ĐAH
 Tải trọng gió tác dụng lên xe WL chỉ chất lên
phần có diện tích lớn hơn của ĐAH
 Các thanh biên của hệ liên kết dọc đồng thời
cũng là thanh biên của dàn chủ, cho nên nội lực
do gió sẽ đem cộng với nội lực do tĩnh tải (và
hoạt tải) thẳng đứng gây ra.

Tính cổng cầu


Khi phần trên cổng cầu có dạng một dầm:



Lực dọc trong chân khung:




Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

25
1/14/2016



Có N sẽ tính được lực dọc
trong các thanh của cổng cầu.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

28
1/14/2016

Lực gió truyền lên cổng cầu




Chỉ tính với kết cấu nhịp có đường xe chạy dưới

Tải trọng gió ngang từ hệ liên kết dọc trên
tác dụng lên cổng cầu:

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

26
1/14/2016

Tính cổng cầu


Sơ đồ tính là khung có ngàm ở chân



Vị trí điểm có mô men uốn bằng 0:



Có l0 sẽ tính được mô men uốn chân khung.

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

27
1/14/2016

5

Bố trí gối cầu trên mặt bằng

Chương 5:

Gối cầu thép
Khái niệm
Bố trí gối cầu
 Cấu tạo gối cầu
 Tính toán gối cầu.



1
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Cấu tạo gối cầu thép

Khái niệm
Định nghĩa
Chức năng của gối cầu
 Phân loại gối cầu
 (Đã giới thiệu ở học phần Thiết kế và
Xây dựng cầu Bê tông cốt thép).

Gối tiếp tuyến
Gối con lăn
 Gối con quay.









2
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Bố trí gối cầu trên mặt bằng







Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

4
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

5

1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Gối con quay

Cầu không rộng
(12-15m)
Cầu rộng trên 15m
Có gối di động
theo 2 phương

Con quay trên
Khớp
 Con quay dưới


Gối di động theo
đường chéo.


3
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Con lăn
Thớt gối
 Bu lông neo




6
1/14/2016

1


Tính gối cầu thép



Tính con lăn



Tính con quay di động
Tính con quay cố định.





Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Độ dịch chuyển của con lăn:

7
1/14/2016

k, ak – số con lăn và khoảng cách giữa chúng
c – đoạn dự trữ: không nhỏ hơn 50 mm.

Xác định độ dịch chuyển của gối theo
phương dọc cầu
 Tính con lăn
 Tính con quay dưới
 Tính thớt dưới
 Tính con quay trên

10
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

Tính con lăn

Tính con quay di động

Chiều dài cần thiết của con
quay dưới và thớt dưới:



Lực đè lên con lăn ngoài cùng:



Điều kiện:



Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

8
1/14/2016

Độ dịch chuyển của gối theo
phương dọc cầu


 ai – khoảng cách giữa 2
 LK – chiều dài con lăn.

con lăn đối xứng nhau

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

11
1/14/2016

Tính con quay và thớt dưới

Do nhiệt độ:

Do biến dạng dưới
tác dụng của hoạt tải:
 L – chiều dài nhịp
  – ứng suất trung bình trong các thanh biên
(cùng mức với gối cầu) do hoạt tải gây ra

 Bố trí gối cầu sao cho chuyển dịch tối đa về
mỗi phía là  = (1+2)/2.


Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

9
1/14/2016

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Trường ĐH Xây dựng

12
1/14/2016

2