Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2: Chương 1 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: 

Website:  />
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG 
CẦU THÉP 2
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học:  />Link dự phòng: 
/>vietnamese/ cau‐thep‐2

Hà Nội, 11‐2014

Tài liệu tham khảo
1. Lê Đình Tâm, “Cầu thép”,  NXB Giao thông vận tải, HN 2004.
2. Lê Đình Tâm, Nguyễn Tiến Oanh, Nguyễn Trâm, “Xây dựng
cầu thép”,  NXB Xây dựng, HN 1996
3. Wai Fan Chen and Lien Duan, “Bridge Engineering 
Handbook”, NXB CRC press, NewYork, 2000.
4. Bộ GTVT, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN‐272.05, NXB GTVT, 
Hà Nội, 2005.
5. Richard M.Baker, Jay A.Pucket, “Design of highway bridge”, 
NXB MC Graw Hill, 1997.
2

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

1


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

CHƯƠNG I
Cầu giàn thép

3

1.1. Khái niệm chung
• Đặc điểm cầu giàn thép
– Các thanh trong kết cấu giàn chủ yếu chỉ chịu lực dọc
– Do vậy, biểu đồ ứng suất là chữ nhật => tận dụng được khả
năng làm việc của vật liệu thép trong toàn bộ tiết diện
• Về lý thuyết kết cấu nhịp giàn thép sẽ kinh tế hơn kết cấu nhịp cầu dầm
làm việc chịu uốn với ứng suất đạt tới cường độ tới hạn của vật liệu
thường chỉ 1 phần của tiết diện

L
4

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

2

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

Khái niệm chung (t.theo)
• Tuy nhiên, do cấu tạo cầu giàn phức tạp (nhiều thanh, nhiều nút) nên
chế tạo và lắp ráp không đơn giản như cầu dầm
• Vì vậy, chỉ với nhịp tương đối lớn thì cầu giàn mới thể hiện tính ưu việt

– Nhịp kinh tế của cầu giàn:
• Lớn hơn 60‐80m đối với cầu ô tô
• Lớn hơn 50‐60m đối với cầu xe lửa

– Kết cấu nhịp cầu giàn thép dễ tiêu chuẩn hóa và định hình hóa, 
thuận lợi cho công nghiệp hóa chế tạo cũng như thi công

5

1.2. Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép
• Các bộ phận của kết cấu nhịp

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Giàn chủ

Hệ liên kết dọc
Cổng cầu
Liên kết ngang
Hệ dầm mặt cầu
Hệ mặt cầu

Mô hình kết cấu nhịp cầu giàn: (a). Cầu xe lửa ; (b). Cầu ô tô
6

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

3


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
– Giàn chủ:
•
•
•
•

Là thành phần chủ yếu của kết cấu nhịp
Được bố trí trong mặt phẳng thẳng đứng
Chịu tĩnh tải và hoạt tải
Cấu tạo bao gồm: các thanh biên trên, thanh biên dưới, thanh xiên, 
thanh đứng (các thanh được liên kết với nhau tại các nút giàn)

– Hệ thống liên kết: 
• Liên kết dọc và
• Liên kết ngang
 Hệ thống liên kết có nhiệm vụ liên kết các giàn chủ với nhau tạo thành
một kết cấu không gian cứng, không biến hình => giúp chịu được lực
gió và các lực tác dụng nằm ngang theo phương ngang cầu.
7

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)

8

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

4


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
– Cổng cầu
• Là một liên kết ngang cứng làm nhiệm vụ truyền lực từ hệ liên kết dọc
trên xuống gối cầu
• Được bố trí trong mặt phẳng các thanh xiên hoặc thanh đứng tại vị trí
gối cầu.

– Hệ dầm mặt cầu: 

• Dầm dọc
• Dầm ngang
 Làm nhiệm vụ trực tiếp đỡ hoạt tải để truyền tới các giàn chủ

9

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)

H

d)

h kt

H

a)

h kt

• Một số sơ đồ cầu giàn

L

b)

h kt

H

h kt

H

e)

d

H

g)

L

h kt

h kt

H

c)

L

d
L1

L2

10

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

5


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
– Phân loại theo vị trí đường xe chạy:
• Đường đi trên => chiều cao kiến trúc lớn => tăng khối lượng đường dẫn
vào cầu
• Đường đi dưới => tăng tĩnh không dưới cầu => giảm khối lượng đường
dẫn vào cầu => phổ biến hơn đường đi trên
– Với chiều dài nhịp từ 80‐100m thường cấu tạo chiều cao giàn H không đổi
(biên trên và dưới song song)
– Với nhịp lớn từ 120‐150m trở lên có thể cấu tạo chiều cao H thay đổi để
giàn chủ làm việc phù hợp với biểu đồ mômen => tiết kiệm hơn

– Phân loại theo sơ đồ tĩnh học:
H

• Nhịp giản đơn
• Nhịp liên tục
• Sơ đồ mút thừa
L

11

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
Phạm vi áp dụng:
• Nhịp giản đơn: dùng cho các nhịp L = 80‐100m
• Nhịp liên tục: thường dùng cho nhịp lớn trên 100‐120m
– Sơ đồ 2 nhịp: chiều dài nhịp bằng nhau
– Sơ đồ 3 nhịp: L1 = (0.75‐0.8)L2
– Sơ đồ nhiều nhịp ít khi gặp (do biến dạng tích lũy nên chuyển vị tại khe
biến dạng rất lớn => cấu tạo khe biến dạng cho mặt cầu phức tạp)
– Khi cầu dài có thể chia làm nhiều liên: ví dụ cầu Thăng Long gồm 3 liên, 
mỗi liên 3 nhịp 112m.

• Sơ đồ mút thừa: thường dùng cho nhịp lớn trên 100‐120m
– Thường áp dụng tại nơi có địa chất xấu không cho phép làm cầu liên tục vì
có thể xảy ra lún không đều tại mố, trụ

12

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

6


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
– Tỉ lệ giữa chiều dài các nhịp trong cầu mút thừa lấy như sau:
L2 = (1.3‐1.4)L1

Lk = (0.2‐0.25)L2
– Ngoài ra chiều dài phần mút thừa Lk phải đảm bảo sự ổn định và độ võng
tại mút không quá lớn: fk < Lk/250
– Cầu mút thừa thường có chiều cao thay đổi. Chiều cao giàn tại gối Hg có
thể tới 2Lk/3 để đảm bảo độ cứng.
Lk

27.5
27.5

Lk

52.5

27.5

75

107.5

75

L1

L2

L1

27.5

13

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
• Các kích thước cơ bản
– Chiều dài nhịp “L” được xác định dựa trên:
•
•
•
•

Kinh tế
Đảm bảo khẩu độ thoát nước
Đảm bảo thông thương dưới cầu
Có khả năng sử dụng kết cấu nhịp định hình

– Chiều cao giàn “H” được xác định dựa trên:
• Chi phí vật liệu ít nhất
• Bảo đảm độ cứng của kết cấu nhịp
• Khổ tĩnh không trong cầu h>5300mm

14

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

7


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

10/31/2014

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
d
H

• Khi biên giàn song song
H 1 1
 
L 7 10

L

• Khi biên giàn cong
H 1 1
 
L 5 8

• Đối với cầu mút thừa và liên tục
H 1 1
 
L 10 12

15

Cấu tạo chung kết cấu nhịp giàn thép (t.theo)
– Chiều dài khoang giàn “d” và góc nghiêng “α” của thanh xiên:
• Cần cấu tạo hợp lý sao cho vật liệu sử dụng ít nhất
• Bảo đảm vấn đề cấu tạo nút giàn theo điều kiện về chế tạo, lắp ráp và
khai thác, bảo dưỡng…
• Nếu giàn có thanh đứng: d = (0.6‐0.8)H

• Nếu giàn không có thanh đứng: d = (1‐1.2)H
• Góc nghiêng của thanh xiên α = 40o‐60o so với phương nằm ngang

– Khoảng cách giữa tim 2 giàn chủ
• Phụ thuộc khổ cầu và độ cứng ngang kết cấu nhịp
• Cầu ô tô thường có bề rộng B lớn nên vấn đề độ cứng ngang đảm bảo
• Cầu đi dưới: B/L > 1/20 – 1.25
• Cầu đi trên: B/L > 1/16 – 1.18
16

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

8