Bài giảng cầu thép f1 trần đức nhiệm đh GTVT

Chơng 1. Những vấn đề chung
1.1.Khái niệm
Công trình cầu là một dạng công trình nhân tạo trên đờng
Các dạng công trình nhân tạo trên đờng sắt và đờng ô tô gồm có :
- Cầu
- Cống
- Hầm
- Tờng chắn và các công trình phòng hộ
/ Vẽ hình minh hoạ và giải thích các điều kiện sử dụng; vai trò và chức năng của từng dạng
công trình;
Mô tả cấu trúc kiến thức các học phần chung trong chuyên ngành.../
Công trình cầu ( xem hình vẽ bố trí chung )bao gồm các bộ phận
- Kết cấu phần trên: phần thay thế nền đờng bị gián đoạn tạo nên điều kiện xe chạy nh trên đờng
Bao gồm: Lớp phủ, kết cấu mặt cầu, dầm sàn đợc đặt trên hệ thống kết cấu chịu lực: dầm
chủ, dàn chủ, vòm chủ.
Tiếp nhận vàtruyền tải trọng qua các kết cấu trung gian: gối cầu ( nếu có) xuống kết cấu
bên dới.
Xây dựng bằng vật liệu thép, BTCT, kết cấu liên hợp.
- Kết cấu phần dới: Móng, Mố, Trụ cầu
Trụ- 2 bên có nhịp
Mố 1 bên có nhịp, 1 bên có đờng dẫn vào cầu
- Đờng dẫn vào cầu: đảm bảo sự nối tiếp êm thuận với đờng ( thờng 10 m phía sau cầu đợc
tính vào phạm vi cầu).
- Các công trình bảo vệ: trụ chống va, kè hớng dòng, chống xói.

1.2.Cấu tạo chung một công trình có KCN Thép


Các bộ phận chính
1. Bộ phận mặt cầu
2. Hệ thống dàn mặt cầu

3. Kết cấu chịu lực chính và các hệ
thống liên kết
4. Gối cầu
5. Lề ngời đi, lan can, khe co giãn

Theo thói quen,ngời ta thờng gọi cầu thép là những cầu có KCN làm bằng thép
1.3.Một số dạng KCN cầu Thép điển hình

1.3.1. Về mặt tĩnh học - Sơ đồ tĩnh học (Không phụ thuộc vào tính chất vật liệu)
+ Kết cấu Dầm
+ Kết cấu khung
+ Kết cấu vòm
+ Hệ treo
+ Hệ liên hợp
-Kết cấu dầm:
+ Tải trọng P tác dụng thẳng đứng phát sinh phản lực thẳng đứng
+ Kết cấu chịu uốn
+ Dạng
. Giản đơn
. Liên tục
. Tĩnh định nhiều nhịp

- Hệ khung vòm
+ Đờng trục:

. Gãy khúc
. Cong
+ Tải trọng P tác dụng thẳng đứng phát sinh phản lực thẳng đứng và nằm ngang
thành phần nội lực: M, N, Q

- Hê treo
+ Kết cấu dây mềm
+ Kết cấu dây văng
Kết câu chịu lực chính: hệ dây


- Hệ liên hợp ( thép BTCT )
+ Cùng chịu lực tạo nên 1 dạng kết cấu chịu lực mới có lợi hơn.
+ chiều cao dầm dọc chiều cao kiến trúc khoảng tĩnh không dới cầu

1.3.2. Về mặt tổ chức mặt cắt.
- Miếng cứng

ha tổ hợp không biến dạng của các thanh

tính chất phân bố nội lực khác nhau, nhng làm việc giống nhau
- Nhận xét:
+ Tổ chức mặt cắt của miếng cứng ứng suất đạt giới hạn của nhiều bộ phận cha làm
việc hết khả năng.
+ Tổ hợp không biến dạng của các thanh các thanh chịu lực đồng đều, các mặt cắt sử
dụng hết khả năng làm việc
+ Tải trọng tăng kiến trúc thanh mảnh, gọn nhẹ kết cấu dàn
Có 2 dạng tổ chức mặt cắt:
+ Mặt cắt đặc
+ Mặt cắt rỗng:(Dầm hoa, dàn hoa, dàn)

* Cầu dầm thép.
+ Dầm đặc / Dầm bản
+ Dầm liên hợp BTCT
Nhịp vừa và nhỏ ( phổ biến)

Nhịp lớn 160 200 m


* Cầu dầm dàn thép ( dàn hoa cầu dàn)
Cầu Chơng Dơng, Cầu Long Biên, Cầu Thăng Long, Câu Hàm Rồng, ...
Các dạng:
+ Giản đơn
+ Hẫng có nhịp đeo
+ Liên tục
Đặc điêm:
+ Vợt nhịp lớn
+ Tải trọng lớn

* Cầu vòm thép khung thép
Mặt cắt: + Đặc
+ Hệ than dàn

* Cầu treo:
+ Cầu dây văng: Câu Mỹ Thuận, Cầu Đăkrông, Cầu Kiền, ...
Đặc điểm chịu lực:
+Hệ dây cờng độ cao làm việc đến khi bị kéo đứt
+ Điều chỉnh nội lực của hệ : tĩnh tải do hệ dây chịu, hoạt tải do dầm chịu vợt đợc
nhịp lớn
Dầm: có hai loại:
+ Dầm cứng
+ Dầm mềm: độ võng lớn, cảm giác kém an toàn cho các phơng tiện GT
độ nhạy cảm lớn đặc biệt là với tác động của gió
áp dụng :
+ Cầu vợt nhịp lớn
+ Điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp

1.4..Vật liệu làm cầu Thép
- Nghiên cứu sự ứng xử của vật liệu ảnh hởng quyết định đến sự làm việc của kết cấu ( khả
năng chịu tải) mục đích: đa ra giải pháp kết cấu
- Vật liệu sử dụng bao gồm: Thép nói chung ( tính chất, đặc điểm, u nhợc điểm, phạm vi áp
dụng...)
+ Đặc điểm: cờng độ cao, tỷ trọng lớn
+ Ưu điểm: Kết cấu nhẹ, ổn định, hệ số đồng nhất cao
Làm việc tơng đối tin cậy, độ dai xung kích lớn tốt để chịu tác dụng xung
kích, dễ gia công, tạo hình
Môi trờng: u việt ( tận dụng , tái chế)
+ Nhợc điểm:
Giá thành cao
Thép dễ bị rỉ, ăn mòn.
Yêu cầu: Bảo dỡng, duy tu và sửa chữa
- Các yêu cầu về thép:
+ Tính chất hoá học
+ Tính chất cơ học
( thoả mãn các Tiêu chuẩn quy định của Tiêu chuẩn Vật liệu tơng ứng )
+ Tính chất cơ học của thép xây dựng
Quan tâm: giới hạn chảy y, giới hạn bền b, Mô đuyn đàn hồi E, biến dạng tơng đối

Thông số của thép có độ lệch tiêu chuẩn thấp

Tốt
Không tốt
- Các loại thép sử dụng:
Thép than / Cacbon cần
R0(fs) = 190 MPa

Thép hợp kim thấp :
R0(fs) = 270 MPa
Trên thế giới sử dụng thép chất lợng cao ( cờng độ cao, khả năng tự chống gỉ)
y = 800 1000 MPa
- Các sản phẩm thép sử dụng
+ Dùng cho kết cấu đợc tiêu chuẩn hoá cao
Thép tấm
Thép hình L, [, I, H
+ Quy định về kích thớc tối thiêu trong xây dựng cầu.
Tấm dày: t > 8 mm


Hiện nay t 120 , 150 mm
+ Các loại thép cờng độ cao.
Bó sợi:
song song
cờng độ kéo đứt cao fs = 18.000 - 20.000 MPa
xoắn
+ Thép đúc
+ Thép cho liên kết
1.5.Xu hớng phát triển của cầu Thép hiện đại
Yếu tố cấu tạo nên cầu thép: Vật liệu
Kết cấu ( cấu tạo, phân tích, tính toán)
Công nghệ
Xu hớng phát triển cầu thép phụ thuộc vào 3 yếu tố trên.

1.5.1.Vật liệu cho cầu thép hiện đại
- Đặc điểm: Vật liệu thép chất lợng cao
+ Thép cờng độ cao
+ Thép tính năng cao ( chất lợng cao HPS)

+ Cờng độ vật liệu fs = 800 1200 MPa ( thép cũ fs = 270 280 MPa )
cờng độ thép cao khẩu độ cầu vợt đợc nhịp lớn
( cầu dầm liên tục 160 200 m)
+ Khắc phục nhợc điểm của thép bị ảnh hởng bởi gỉ bằng thép thời tiết

Nhật Bản: Động đất Fqt nếu G ( trọng lợng ) Fqt
lực ngang mômen uốn đối với móng khó khăn trọng việc thiết kế trụ, móng
( lực ngang theo phơng dọc cầu nguy hiểm hơn lực ngang theo phơng ngang) yêu cầu: G
thép cũ khó thực hiện vì ảnh hởng của gỉ yêu cầu cải tiến thép thời tiết
- So sánh giá thành 1 kết cấu E = Ebd + Ekt = Eb + Eo
( Eb = const , E0 tăng theo thời gian )
+ Vòng đời công
trình < 40 50 năm
Eb1
+ Vòng đời công
trình vĩnh cửu Eb2

- Vật liệu cho liên kết : tăng cờng kiểm soát chất lợng, độ tin cậy cao. ổn định chất lợng.
Xu hớng: loại bỏ vật liệu xây dựng kết cấu
+ Không kiểm soát đợc chất lợng
+ Không có độ tin cậy cao
vd: Liên kết thép
+ Bằng đinh tán phụ thuộc trình độ ngời thợ, chất lợng đinh, nhiệt độ khi đóng đinh
+ Bằng hàn thủ công tơng tự ( ảnh hởng của chiều cao đờng hàn, vết nứt, xỉ)


thay thế:Bu lông cờng độ cao
Hàn ( tự động hoặc bán tự động)
Keo dán
1.5.2.Kết cấu

- Đề xuất các loại kết cấu:
+ Tơng đối đơn giản về mặt chế tạo
+ Làm việc hợp lý, hiệu quả
+ Sử dụng vật liệu kết cấu nhiều loại khácnhau kết cấu liên hợp tiết kiệm chi phí,
phát huy tính năng chịu lực
1.5.3.Công nghệ
+ Tiền chế:
Ưu điểm: công nghệ thi công ( tự động, cơ giới hoá) kiểm soát chất lợng tốt,
năng suất cao
+ Lắp ghép tại vị trí bằng các công nghệ thiết bị chuyên dụng hiện đại.


Chơng 2: Cấu tạo kết cấu nhịp cầu Dầm thép
2.1. Những vấn đề chung:

2.1.1. Đối tợng:
- Nghiên cứu cấu tạo cầu dầm thép
+ Cầu dầm ( bản, dầm đặc)
Kết cấu chịu lực chủ yếu là dầm thép, tiết diện hở hoặc kín hoặc dầm hộp
+ Cầu dầm liên hợp ( Thép BTCT)
Kết cấu chịu lực dầm liên hợp từ 2 loại vật liệu cùng làm việc trong một mặt cắt thống nhất
+ Cầu dầm thép có bản trực hớng ( có sờn) tiết diện kín hoặc hở.

2.1.2. Cấu tạo chung một KCN cầu dầm

1. Lớp phủ mặt cầu ( Bê tông áp phan, Bê tông xi măng)
2. Kết cấu bản mặt cầu ( BTCT, bản thép trực hớng tạo độ cứng)
3. Dầm chủ ( đỡ bản mặt cầu)
4. Hệ thông liên kết dầm chủ:
Yêu cầu dầm chủ: đủ độ cứng và không biến dạng hình học

phải liên kết dầm chủ hình thành hệ
thống liên kết dọc, ngang
Vai trò: đảm bảo độ cúng cho kết cấu dới tác dụng của các
loại tải trọng.
5. Gối cầu :
Nếu không có gối, dầm chủ bị hạn chế dịch chuyển phát sinh mô men uốn gây nứt dầm
6. Lan can, lề ngời đi, dải phân cách, hệ thống thoát nớc, khe biến dạng, chiếu sáng.


2.1.3. Các sơ đồ két cấu nhịp cầu dầm
- Theo sơ đồ tĩnh học:
+ Giản đơn
+ Dầm hẫng, nhịp đeo

Cầu Bình Phớc, Bến Lức, Bà Triệu

+ Liên tục ( 2 nhịp , 3 nhịp )

Cầu Đò Quan, Sông mới, Thị xã Hà Giang
Cầu Sài Gòn

- Theo kết cấu dầm chủ:
+ Dầm ( bản đặc ) thép
( bản bụng là thép liền)

+ Dầm liên hợp Thép BTCT

+ Dầm hộp hoặc dầm thép bản trực
hớng

Dạng mặt căt thành hở
mặt cắt kiểu hộp kín


- Theo tính chất sử dụng:
+ Cầu dầm thép cho
đờng ô tô
+ Cầu dầm thép cho
đờng sắt ( 2 dầm)

- Theo vị trí mặt xe chạy:
+ Cầu có xe chạy trên
+ Cầu có xe chạy giữa
+ Cầu có xe chạy dới
2.2. Cấu tạo bộ phận mặt cắt trong KCN cầu dầm thép.

2.2.1. Mặt cầu đờng sắt
1. Mặt cầu trần ( tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm chủ)
2. Mặt cầu có máng ba lát ( ít dùng)
3. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp trên bản BTCT mặt cầu
( cầu đi chung, cầu thành phố, càu bản thép)
2.2.2. Mặt cầu đờng bộ ( GT: Tổng luận Cầu Cầu gỗ)
Gồm:+ Lớp phủ ( bê tông xi măng hoặc bê tông nhựa)
+ Bản mặt cầu
Cấu tạo, phạm vi áp dụng linh động
Kết cấu bản mặt cầu: bộ phận chịu lực của mặt cầu
+ Bản mặt cầu BTCT
Bản kê không liên hợp
Bản liên hợp với dầm chủ
2.2.3 Các thiết bị khai thác ( GT: Tổng luận Cầu Cầu gỗ)

+ Khe biến dạng ( chức năng, cấu tạo)
+ Lề ngời đi, lan can, gờ chắn bánh, giải phân cách trên cầu,
+ Hệ thống thoát nớc
+ Gối cầu
2.3 Cấu tạo dầm chủ

2.3.1. Khái quát
- Vai trò: Bộ phận chịu tác động của tải trọng


- Phân tích sự làm việc:
+ Truyền tải trọng
Tải trọng bản mặt cầu dầm chủ kê trên các gối

+ Thành phần lực trên một mặt cắt:
M
Q
(Thực chất còn chịu uốn theo phơng ngang ( tác dụng của lực ngang ) kết hợp với tải
trọng thẳng đứng P kết cấu bị xoắn)
- Nội dung nghiên cứu:
Kết cấu uốn phẳng dới tác động của hoạt tải ( nh) và tĩnh tải ( nt)
- Dạng mặt cắt
Biểu đồ ứng suất:

ứng suất tăng dần khi ra khỏi trục trung hoà Thiết kế mặt cắt sao cho vật liệu bố trí
càng xa trục trung hoà càng tốt mặt cắt hợp lý ?
Có hai dạng mặt cắt
+ Hở: mặt cắt I
+ Kín: mặt cắt hình hộp
Mặt cắt I cho mô men quán tính lớn nhất so với các mặt cắt khác cùng lợng vật liệu ( I h

( > 1)
có hai dạng:
Định hình
Tổ hợp

Mặt cắt hình hộp: có trục đối xúng thẳng đứng chụi uốn tôt hơn, đồng thời chịu xoắn tốt
( quan điểm tính: (1) + (2) = (3) )
- Vật liệu
Thép:
+ Thép lai ( bản bụng có độ
cúng lớn hơn bản cánh)
+ Thép liên hợp với BTCT

2.3.2. Những vấn đề cần giải quyết khi lựa chọn kết cấu
+ Số lợng dầm chủ trên 1 mặt cắt ngang: n = ?
+ Các thông số hình học của dầm chủ


- Các căn cứ:
Bề rộng xói,
bao nhiêu nhịp,
Chiều cao nớc dâng
chiều dài toàn cầu Lo mặt cắt kiểu gì,
Điều kiện địa chất thuỷ văn
trên mặt cắt có bao nhiêu dầm
(trong điều kiện khống chế và ràng buộc) giải pháp lực chọn: tốt nhất về kỹ thuật
rẻ nhất về kinh tế
- Các kích thớc cơ bản của dầm chủ
h, bf, tw, tf

( kích thớc chi tiết của mặt cắt thay đổi ảnh hởng đến tính toán kết cấu nh thế nào?)
1. Só lợng dầm chủ n = ?
n = nmin a = amax
{ Khoảng lựa chon
n = nmax a = amin
Nếu n nhỏ hiệu ứng do tải trọng phân bố trên dầm lớn yêu cầu kích thớc dầm
lớn để có đủ khả năng tiếp nhận tải trọng h dầm lớn cao độ xe chạy ( tăng chiều cao
kiến trúc) hiệu ứng kế tiếp ( vd: tăng chiều dài cầu, xủ lý gia cố nền đát yếu ( đờng vào
cầu)
Đồng thời bản mặt cầu làm việc nhiều hơn tăng chiều dày bản mặt cầu, bổ sung cốt thép
làm việc tĩnh tải tăng, ...

Ưu điểm: Tổng chi phí cho dầm chủ ít nhất
Giảm các chi tiết liên kết
Giảm kích thớc kết cấu bên dới,
Nếu n lớn ( ngợc lại)
Khi lựa chọn cần xem xét,
+ Khả năng khai thác vật liệu
+ Điều kiện khống chế độ cao ( hkt)
2. Chiều cao dầm h = ?
Kích thớc khác nhau ảnh hởng đến chiều năng lực chịu tải là khác nhau.
h yếu tố quan trọng nhất quyết định khả năng chịu uốn của dầm
I (mô men quán tính của mặt cắt )

I h ( > 1)


tw I< h I
I cần là bao nhiêu giá trị nội lực khẩu độ của dầm
l M max I, W h và ngợc lại

Tăng đặc trng hình học dầm dễ đảm
bảo điều kiện cờng độ.
R
f [f]

Tham khảo quy trình:
* 22 TCN 18-79
Mmax < My
Căn cứ
Yêu cầu kết cấu ( hkt, vật liệu, độ võng)
Công nghệ thi công
Thẩm mỹ
1 1
Cầu đờng sắt:
l 33 m h = ( ữ )l
10 9
l = 33 36 m h = (
Cầu đờng bộ:

h= (

1 1
ữ )l
18 10

1
1
ữ )l
20 15

hkt =

M
Rt w

tw chiều dày bản bụng
hệ số = 2.5 2.7
M giá trị mô men uốn lớn nhất
R cờng độ vật liệu kết cấu

* 22 TCN 272 - 01
h phụ thuộc:

trọng lợng dầm h =

h 1

l 25

f [f]
3. Chiều dày bản bụng dầm tw = ?
- Chức năng bản bụng liên kết cánh dầm - đối với mặt cắt tổ hợp
- Làm việc:
truyền biến dạng uốn từ trục trung hoà ra xa
xuất hiện ứng suất cắt làm việc chủ yếu chịu cắt, ngoài ra còn tham gia 1 phần chịu mô
men
phá hoại: - do ứng suất cắt
- mất ổn định cục bộ ( tw mỏng)
( có thể tw nhng cần sơng tăng cờng xu hớng tw)

- Lựa chọn:

Bảo đảm s liên kết
Chịu lực cắt
Không mất ổn định cục bộ
* 22 TCN 18 - 79
+ Có thể lựa chọn theo công thức kinh nghiêm: ( so bộ lựa chọn theo h)
=

1
hsuon đối với thép cacbon
12.5

=

1
hsuon
10

đối với thép hợp kim thấp

( Tại sao: - thép hợp kim thấp( có cờng độ cao hơn) > - thép than ( cờng độ thấp hơn)
Thép hợp kim: sự phá hoại không phụ thuộc vào cờng độ, sụ phá hoại do mất ổn
định cục bộ, phụ thuộc vào chiều cao dầm ( bị phồng, xoắn) tw dự trữ chịu lực của bản
cánh còn nhiều nhung dầm đã bị phá hoại
Thép cacbon : ngợclại
+ Ngoài ra:
10 mm đối với dầm: tán nối
12 mm đối với dầm hàn nối

* 22 TCN 272 - 01
+ Thép kết cấu tw 8 mm
+ Sờn I, [ tw 7 mm
+ Nếu không có biện pháp chống rỉ đặc biệt thì phải dự trù chiều dày bị ri mỗi bên là 1
mm
+ Thoả mãn yêu cầu cấu tạo đối với kết cấu chịu uốn
4. Kích thớc cánh dầm Af = ?
- Bộ phận chịu uốn chủ yếu trên toàn bộ diện tích - max
- Làm việc: - Hợp lực gần nh đặt tại cánh dầm
M
N f = kN =
h
N f = Af R
Af =

Af căn cứ:

M
Rh

+ Vật t cung cấp thờng chọn tf bf


chú ý: tf. bf cần thoả mãn các tiêu chuẩn thiết kế, xây dựng
* 22 TCN 18-79
bfmin 2b + tw + 2.5
a 15 '
bfmax = 1
a 2 8 '
thép góc 100 x 100 x 10

chiều dày một tấm : 10 mm tf 20 mm
t + tg

4.5 d tán 1 một búa ; d - đờng kính đinh tán
5.5 d tán 2 một búa

Số tấm thép 7 9
* 22 TCN 272 01
bf tác dụng của tải trọng gây mất ổn
định mép ngoài cánh
bf
tf

k

- Sự thay đổi cánh dầm:
+ Nhịp giản đơn, nhịp liên tục có khẩu độ không lớn.
Mặt cắt dầm có h = const
h 1 1
= ữ
l 13 19
h 1
1
Cầu đờng bộ
=
ữ
l 20 12
h 1
1
Dầm liên tục

=
ữ
l 20 15
+Nhịp liên tục có khẩu độ lớn
Mặt cắt dầm có h const
Cầu đờng sắt

hg
l1

=

1
1
ữ
30 20

hl / 2
1
1
=
ữ
l2
60 45

+ Mục đích: bố trí vật liệu phù hợp với sự làm thay đổi mô men uốn trong dầm tiết
kiệm vật liệu trọng lợng dầm, công chế tạo.
+ Phơng pháp: Af - tf
- bf

+ Nguyên tắc giảm chiều dày:
Chuyển tiếp tf1 tf2

1: m = 1/8 cánh chịu kéo
1: m = 1/4 cánh chịu nén
f = ?, lấy theo bề dày tối thiểu tiêu chuẩn
f = tf x bf
+ Nếu cánh dầm làm bằng các lớp ban thép liên kết chồng bớt số bản lớp thép.

+ Nếu tf đủ dày giảm bớt chiều rộng bản.bf1 bf2
1: m = 1/8 cánh chịu kéo
1: m = 1/4 cánh chịu nén

Chú ý: điểm cắt thực tế kéo dài 1 đoạn so với điểm cắt lý thuyết.
5. Các chi tiết gắn sẵn vào dầm chủ ( sờn tăng cờng)
- Các sờn tăng cờng của dầm chủ:
-

+ Sờn đứng trong mặt phẳng đứng: bố trí dày ở gối, tha ở giữa nhịp.
+ Sờn ngang ở nơi có chiều cao lớn, đảm bảo cho bản bụng không bị mất ổn định ( cục
bộ).
Vị trí, số lợng các sờn phải tính toán.


- Cấu tạo:
+ Các sờn chủ yếu cấu tạo bằng thép bản
+ Do ở cánh kéo có phá hoại do mỏi, do ứng suất d ít khi hàn ( tập trung ứng suất)
hoặc tỳ qua hoặc mài phẳng tỳ sát vào con đềm hàn với sờn cánh kéo.
Lu ý: Với dầm thép kiểu cũ hoặc tổ hợp bằng đinh tán, sờn tăng cờng có thể bằng thép góc

hoặc tổ hợp thép góc với thép bản.

ở vị trí bụng dầm chịu lực cắt tập trung lớn, thờng bố trí sờn tăng cờng đứng.
Tại vị trí đặt hệ thống liên kết ngang ( gọi là sờn liên kết), sờn liên kết nhất thiết phải có.
Bố trí sờn tăng cờng tại vị trí: lực P lớn, đặt hệ liên kết ngang.

2.3.3 Mói nối dầm chủ
- Khái niệm: là mối nối giữa các đoạn dầm ( khác mối nối can)

- Sự cần thiết: do - Hạn chế về kích thớc ( chiều dài mỗi đoạn dầm = 10 12 m)
- Hạn chế khi thi công ( điều kiện vận chuyển, chuyên chở, lắp ráp)
- Do yêu cầu của đặc điểm kết cấu và công nghệ
( Đổ bê tông phải phân đoạn để tránh biến dạng đà giáo ván khuôn do phần
bê tông đổ trớc đó đã đông cứng )
- Vị trí mối nối:
+Mối nối sờn: sờn dầm làm việc chủ yếu chịu cắt, 1 phần chịu mô men.
Thờng nối theo kiểu đối đầu
Hạn chế mối nối ở vị trí có lực cắt lớn.
Hai bản ghép nối đối xứng số lợng đợc nối chồng tránh truyền
lực lệch tâm và số lợng đinh. truyền lực êm thuận
+Mối nối bản cánh:
Đặc điểm chịu lực: chịu mô men tránh nối tại các mặt cắt có mô men lớn
Hình thức nối: Đối đầu, so le, kết hợp cả hai
Cấu tạo cánh dầm:
Thép bản nối bằng thép bản
Thép góc nối bằng thép bản hoặc thép góc
Bản táp không phủ lên bản cánh thép góc làm việc quá tải
Chú ý: trên mặt cắt ngang có nhiều dầm tốt nhất nên bố trí mối nối không trùng nhau.
Bản táp phủ lên bản cánh thép góc làm việc không quá tải, giảm số đinh vì các số đinh ở xa
làm việc nhiều hơn. (bản đệm có chiều dày bằng cánh đứng của thép góc)

- Các yếu tố mối nối:


+ Kích thớc:
+ Số lợng liên kết: ( đinh, bu lông, bu lông cờng độ cao)
lựa chọn dựa trên khả năng chịu tải của mối nối sức kháng của dầm ngoài mối nối hoặc
nội lực lớn nhất tại mối nối.
- Cấu tạo các loại mối nối:
( cố gắng tối đa để có dạng mối nối đối đầu ở các chi tiết của cánh và bụng dầm)

1/2 II II
1/2 III III
I-I
+ Mối nối đối đầu
Đặc điểm: Đơn giản
Tốn nhiều bản táp
Tải trọng tác dụng lớn mối nối không phù hợp
+ Mối nối so le
Đặc điểm: Bản cánh và thép góc cánh gián đoạn ở nhiều vị trí khác nhau.
Yêu cầu ít bản táp
Vận chuyển khó khăn do chiều dày bản táp mỏng dễ bị cong vênh
Thi công khó khăn vì các khối dầm chỉ thuận tiện cầu, nâng , hạ theo phơng thẳng đứng
+ Mối nối hỗn hợp.
- Trờng hợp nhiều lớp trong bản cánh nên áp dụng mối nối so le.

2.3.4. Cách tạo độ vồng bằng mối nối
- Khái niệm
+ Độ võng: f
xung kích
giảm êm thuận

giảm tuổi thọ.
Để hạn chế nguy hiểm do f, yêu cầu:
fmax l / 400
fmax

l/ 800

- đờng ô tô
- đờng sắt

để f độ cứng mặt cắt dầm .


chênh lệch cao độ giữa biên dạng không có độ vồng và sau khi tạo độ vồng là độ vồng tại
mặt cắt k.
f fmax mà không tăng mặt cắt.
- Lý do:
+ Hạn chế giá trị cuối cùng độ võng, làm cho kết cấu thoả mãn điều kiện giới hạn về độ
biến dạng.
yvõng = yDL + yLL
chọn
y vồng = y DL + 0.5 yLL
Vậy: độ vồng ( độ vồng thiết kế khác độ vồng thi công) : - là quá trình chủ động làm cho biên
dạng đáy của kết cấu đợc nâng cao lên.
+ Thờng xét theo mặt phẳng thẳng đứng, dới tác dụng của các lực do tĩnh tải, hoạt tải
xuất hiện ứng suất, biến dạng chung độ võng.

khi làm việc dầm võng tiếp 1/2 độ võng hoạt tải làm việc êm thuận.
- Tính toán độ vồng:
+ Thông thờng trong 1 kết cấu nhịp giá trị độ vồng tính theo dầm đại diện ( điểm có độ

võng max), độ vồng ở các mặt cắt còn lại thì đợc tính theo giá trị độ vồng đó căn cứ theo 1 phơng trình đờng cong nào đó
( thờng y = f(x) = ax2 + bx + c)
+ Còn phải căn cứ vào bố trí cầu trên trắc dọc, đặc biệt với dầm liên tục.
- Phơng pháp tạo độ vồng:
+ Trờng hợp nhịp nhỏ, giá trị tạo độ vồng không lớn Phơng pháp đơn giản nhất là
thay đổi lớp phủ mặt cầu trong cầu đờng bộ hoặc thay đổi khấc tà vẹt ( ở đầu nhịp khấc sâu ở
giữa thì có thể không tạo khấc) phơng pháp này hạn chế.
+ Xử lý tại các mối nối dầm: thay vì đặt các đầu nối song song nhau ta bẻ 2 dầu dầm cần
nối 1 góc
Trờng hợp 1 mối nối:

i = arctg

hi
li

Trờng hợp nhiều mối nối:
hi = li. tgi,i+1


i,i+1 = arctg

hi
hi +1
+ arctg
li
l i +1

Khoảng cách giữa các cột đinh, ở dới nhỏ hơn ở trên theo nguyên tắc hình học
Chọn

ad = 4 6 mm
( hd chiều cao dầm)
at = ad + hd.tg
Cự ly giữa 2 hàng đinh trong cùng thay đổi còn các hàng bên ngoài hàng mối nối vẫn song
song
Chú ý: Vị trí mối nối

+ Kết hợp việc bố trí đờng cong đứng và tạo độ vồng
Thay vì bố trí chiều dày bản mặt cầu thay đổi, ta bố trí các dầm có cao độ khác nhau
ví dụ: cầu dẫn vào cầu Hoàng Long cao độ đáy dầm phụ thuộc MNTT, khổ thông thuyền
Đảm bảo an toàn và thoát nớc id bố trí cầu trên đờng cong đứng
bán kính đờng cong đứng và chiều dai đoạn cong phải đảm bảo tầm nhìn.

( Càng dốc chiều dài cầu giảm giảm chi phí nhng sử dụng bất lợi Nên dừng cầu ở vị
trí nào ? ( nền ổn định, ít tốn kém))
Tổ chức bố trí mối nối dầm phải bám theo đờng cong ở trạng thái không chịu tải đòng cong
chế tạo dầm có dạng.

Khi có hoạt tải kết cấu nhịp võng xuống phải chia đoạn xét 2 yếu tố:
+ Tạo độ võng riêng biệt
+ Tạo độ võng theo đờng cong đứng
yM = yM ( yêu cầu tạo độ cong đứng) + yM( yêu cầu độ võng)


2.4. Cấu tạo hệ thống liên kết.

2.4.1. Khái quát
- Trong KCN cầu dầm để hệ chịu lực tôt cần phải liên kết.
- Liên kết dầm chủ để tạo thành mạng dầm
+ Không biến dạng hình học

+ Có đủ độ cứng, có khả năng tiếp nhận tác dụng theo phơng bất kỳ ( lực ly tâm, lực gió,
lực lắc ngang)

- Khi có bản mặt cầu BTCT hoặc bản thép và bản này đợc liên kết chắc chắn hoặc liên hợp với
dầm chủ thì nó có thể đảm nhận vai trò hệ liên kết dọc trên không cần bố trí hệ liên kết dọc
trên trong giai đoạn khai thác.
- Trong giai đoạn chế tạo cần tính đến khả năng bố trí hệ liên kết dọc tạm bổ sung.
Ngoài chức năng liên kết thì hệ liên kết dọc ( vĩnh cửu và tạm thời) còn nhiệm vụ đảm bảo ổn
định của cánh dầm.
- Các hệ liên kết:
+ Hệ liên kết dọc liên kết ngang cánh dầm
+ Hệ liên kết ngang nằm trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với trục dầm- Tác
dụng của hệ liên kết: liên kết các dầm chủ hình thành hệ thống mạng dầm.

2.4.2. Hệ liên kết dọc
-Chức năng:
+Liên kết các dầm dọc chủ hình thành mặt phẳng kết cấu trong các mặt
phẳng nằm ngang.
+Chống lại lực ngang ( gió, lực ly tâm nếu cầu nằm trên đờng cong, lực lắc
ngang trên cầu đờng sắt, lực hãm xe ... )
+Giảm chiều dài tự do cánh nén của dầm
- Cấu tạo: +Một phần của dầm chủ ( phần cánh hoặc khu vực cánh ), các cánh đóng vai trò
nh biên của hệ liên kết dọc
+Bổ sung bởi các thanh chéo, thanh chống ngang tạo ra dàn phẳng trong
mặt phẳng ngang.
- Yêu cầu: Không biến dạng hình học, đủ độ cứng cần thiết.
- Bố trí tổng thể:
Trên tất cả các cặp dầm kế tiếp
Chỉ ở một số cặp dầm
Hoặc chỉ ở những cặp dầm ngoài cùng

- Vấn đề: phân bố tác động của tải trọng phân bố ngang cho các mặt phẳng liên kết.
- Sơ đồ các thanh bụng cho hệ liên kết dọc.


- Cấu tạo chi tiết liên kết dọc.
( Nhịp nhỏ: Hệ liên kết dọc liên kết trực tiếp với cánh dầm.)

- Tính toán:
Dàn phẳng lớn
Dàn phẳng nhỏ chồng lên nhau
Chỉ tính cho dàn phẳng ngoài cùng chịu toàn bộ tác dụng của tải trọng.

2.4.3. Hệ liên kết ngang.
- Vị trí: là những mặt phẳng kết cấu thuộc mặt phẳng thẳng đứng, vuông góc với trục dầm đợc
đặt ở vị trí các gối, vị trí trung gian. Khoảng cách 3 - 5 (7)m tuỳ theo quy mô nhịp, khoảng
cách dầm chủ.
- Vai trò: tạo độ cúng theo phơng ngang ( giống dầm ngang)
- Tác dụng:
+ Liên kết các hệ dầm thành hệ thống kết cấu không biến hình.
+Tham gia phân bố tải trọng theo phơng ngang cho tất cả các dầm chủ cũng
nh tham gia chịu lực.
- Các loại liên kết ngang:
+ Kết cấu hệ thanh: ( bố trí ngoài gối)
Gồm: 2 sờn dầm, các thanh ngang, thanh chéo đảm bảo nguyên tắc:
Hạn chế sự làm việc bất lợi của các thanh
Tiết diện thanh ko quá nhỏ để đảm bảo độ mảnh.


+ Kết cấu mặt cắt đặc [, I ( thép hình hoặc tổ hợp thép bản)
Đối với mặt cắt gối bao giờ cũng bố trí kiểu đặc

+ Một kiểu kích dầm đối với cầu đờng sắt

+ Một số dạng liên kết ngang dạng đặc biệt
Kiểu hỗn hợp
Dầm ngang liên kết với bản mặt cầu (a: tim hai dầm chủ 6-8 m)(>8 m)

2.5 Dầm liên hợp

2.5.1. Khái niệm:
- Liên hợp:
2 loại vật liệu trong 1 mặt cắt:
dầm thép bản BTCT
dầm lai (thép khác nhau)
- cùng tham gia làm việc trong một mặt cắt thống nhất.


- Kết cấu liên hợp
Dầm, cột, khung, vòm, hệ dây, dàn vòm liên hợp, treo dây xích
- Dầm liên hợp thép BTCT:

+ Cơ sở:

Dạng mặt cầu thông dụng bản BTCT
Trong dầm giản đơn: Mô men uốn gây nén thớ trên phù hợp với đặc điểm
làm việc của bê tông là chịu nén tốt là việc độc lập
Hệ số giãn nở vì nhiệt của bê tông và thép là tơng đơng = 10-5 c-1
+ Hiệu ứng liên hợp:
Dới tác dụng của M trong dầm liên hợp thì các neo liên kết vừa liên kết chắc chắn giữa thép và
bản BTCT sẽ cản trở sự trợt tơng đối giữa dầm thép và bản BTCT trong bản bê tông xuất

hiện ứng lực nén ứng lực kéo nén trong các cánh của dầm thép khối lợng dầm thép
vợt nhịp dài

2.5.2. Các giai đoạn làm việc.
-Nguyên lý:
+ Phân tích rõ sự hình thành kết cấu trong các giai đoạn làm việc từ chế tạo, vận chuyển,
lắp ráp, thi công, khai thác.
- Trờng hợp thông thờng: ( thi công hệ dầm theo sơ đồ giản đơn)
Chế tạo phần dầm thép của phần dầm liên hợp ( sẵn neo) Vận chuyển ra công trờng
lắp đặt lắp dựng ván khuôn ( cho công tác đổ bê tông) thi công bản bê tông tháo
dỡ ván khuôn + thi công lớp phủ mặt cầu + thiết bị khác đa vào khai thác

+ Giai đoạn 1: mặt cắt làm việc: dầm thép đặc trng hình học giai đoạn 1 - đặc trng hình học
của dầm thép.
Tải trọng: trọng lợng bản thân dầm thép
hệ liên kết
Làm việc: giống dầm giản đơn
+ Giai đoạn 2: mặt cắt làm việc: dầm thép đặc trng hình học giai đoạn 2 - đặc trng
hình học của dầm thép.
Tải trọng: cộng thêm tĩnh tải bản bê tông, và các bộ phận đỡ bản
Làm việc: dầm thép


hợp

+ Giai đoạn 3: Neo liên kết chặt chẽ giữa bê tông và dầm thép hình thành mặt cắt liên

Mặt cắt làm việc: Dầm thép + bản BTCT
Tải trọng: Tĩnh tải phần 2
Hoạt tải

Vậy dầm thép làm việc từ đầu, còn bản bê tông làm việc từ giai đoạn 3.
- Trờng hợp khác: Thi công hệ dầm trên hệ thống đà giáo liên tục.

Lắp đặt hệ dầm thi công bản Bê tông + Tháo dỡ đà giáo sau khi bê tông đã đủ độ
cứng Thi công tiếp phần 2 + hoàn thiện, đa vào khai thác.
+ Giai đoạn 1.2: dầm thép + bản bê tông cha làm việc, không làm việc theo sơ đồ
chịu uốn mặt cắt không có nội lực của dầm thép chịu uốn, chỉ chịu lực ép cục bộ.
+ Giai đoạn 3: - mặt cắt liên hợp
- dầm chịu tĩnh tải giai đoạn 1 ( trọng lợng bản
thân dầm và bản bê tông)
- Tĩnh tải giai đoạn 1
- Tĩnh tải giai đoạn 2
- Hoạt tải
So sánh: Khác nhau:
Thành phần tham gia làm việc tại các giai đoạn
Nhận xét: Mức độ huy động bản bê tông vào làm việc 2 > 1 hiệu quả: giảm tải. tiết
kiệm thép cho dầm thép 2 > 1, do sự hình thành kết cấu trong giai đoạn làm việc,
TH2 - Bản bê tông sớm đợc đa vào và là một phần của dầm liên hợp tham
gia chịu lực với dầm thép.
- Trờng hợp khác: Nếu không dùng đà giáo liên tục mà chỉ dùng các trụ tạm kết hợp điều
chỉnh nội lực bản bê tông cũng đợc đa vào 1 phần mặt cắt liên hợp để chịu tĩnh tải giai
đoạn 1.
Vậy công nghệ thi công quyết định quá trình thiết kế tính toán.

2.5.3. Vấn đề điều chỉnh nội lực dầm liên hợp
Điều chỉnh nội lực: là động tác can thiệp vào kết cấu ( trong quá trình thi công) nhằm tạo hiệu
ứng phân phối lại ứng suất ( nội lực)
áp dụng với dầm liên hợp:
Mục đích: Dầm giản đơn: sớm đa bản BTCT tham gia làm việc cùng với dầm thép.
Dầm liên tục: tạo lực nén trong bản tại các vị trí gối tựa ( chịu mô men âm trong

giai đoạn khai thác)
Giải pháp: Chủ động tạo ra rãnh ngang vuông góc với trục dầm.
loại bỏ hiệu ứng liên hợp
Tạo ứng lực gây nén thớ trên
Tạo dự ứng lực
* Dầm giản đơn: