Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2: Chương 1 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P4)

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

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

Giàn chủ (t.theo)
• Kiểm tra theo giới hạn về mỏi:
Điều kiện kiểm tra:   f     F n

Đối với TTGH mỏi: 
Các hệ số η = 1 và Φ = 1
γ = hệ số tải trọng quy định
trong Bảng 3.4.1‐1 cho tổ
hợp tải trọng khi tính mỏi.

Trong đó:

 ( Δf ) = Biên độ ứng suất do tải trọng mỏi
 ( ΔF )n = Sức kháng mỏi danh định, xác định theo điều 6.6.1.2.5 như sau: 

 F n  

1

A 3 1
   F TH
2
N

 A = Hằng số phụ thuộc chi tiết kết cấu (có thứ nguyên là MPa3) lấy theo
bảng 6.6.1.2.5‐1 (đối với thanh giàn, A = 82.0 x 1011 hoặc 39.3 x 1011)    

54

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

1


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Giàn chủ (t.theo)
1

 F n

 A 3 1
     F TH
2
N

 N = Chu kỳ ứng suất trong suốt tuổi thọ công trình
N   365 100  n  ADTT  SL

 n = Số chu kỳ biên độ ứng suất khi có 1 xe chạy qua cầu lấy theo bảng
6.6.1.2.5‐1

55

Giàn chủ (t.theo)
N   365 100  n  ADTT  SL

 (ADTT)SL = p(ADTT) = Số xe tải / ngày trong một làn xe đơn tính trung bình
trong tuổi thọ thiết kế. 
 ADTT = Số xe tải / ngày theo 1 chiều tính trung bình trong tuổi thọ thiết
kế. 
 p = Phân số xe tải trong một làn xe đơn lấy theo Bảng 3.6.1.4.2‐1

56

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

2

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Giàn chủ (t.theo)
1

 F n

 A 3 1
     F TH
2
N

 (ΔF)TH = Ngưỡng mỏi biên độ không đổi, lấy từ Bảng 6.6.1.2.5‐3 (Giới hạn
mỏi khi biên độ ứng suất không đổi thường lấy bằng 165MPa và 110MPa 
tương ứng với các giá trị hằng số A ở trên).

57

Giàn chủ (t.theo)
• Khi kiểm toán các thanh giàn, chiều dài tự do các thanh lấy như sau:
– Đối với thanh biên, thanh xiên, thanh đứng ở gối thì khi xét uốn trong mặt
phẳng hoặc ra ngoài mặt phẳng của giàn đều lấy bằng chiều dài hình học
của thanh
– Đối với các thanh xiên, thanh đứng khác thì khi xét uốn: 
» Trong mặt phẳng của giàn lấy bằng 0.8 chiều dài hình học
» Ra ngoài mặt phẳng của giàn lấy bằng chiều dài giữa các điểm mà
thanh được liên kết trong phương ngang (nhờ hệ thống liên kết)
» Ra ngoài mặt phẳng của giàn lấy bằng 0.7 chiều dài hình học nếu

thanh đó giao nhau với một thanh khác chịu kéo.

58

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

3


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Giàn chủ (t.theo)
– Thanh hai nhánh liên kết bằng bản giằng:
c

• Thanh 2 nhánh khi uốn ra ngoài mặt phẳng giàn
(theo phương của trục x‐x) thì độ cứng của
thanh (hay mô men quán tính tiết diện đối với
trục y‐y) phải xét tới ảnh hưởng do ghép từ 2 
nhánh.
• Nói cách khác, ngoài hiện tượng uốn cong của
trục thanh phải xét đến uốn cục bộ của 2 nhánh
trong phạm vi giữa các bản giằng.

b

=> độ mảnh λ sẽ được thay thế bằng độ mảnh
tương đương λtđ,x

y

td , x  x2  nh2 , x

x

x

y

59

Giàn chủ (t.theo)
td , x  x2  nh2 , x
a)

c)
b)

V

V

2

2

T
T

c

c

V

V

2

2
V

V

2

2
T

c

M

T
V

V

2

2

V

V

2

2
T
T

b

b

V

V

2

2
60

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

4

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Giàn chủ (t.theo)
td , x  x2  nh2 , x
Trong đó:
– λx = Độ mảnh theo phương của trục x‐x của thanh, tính với tiết diện gồm
cả hai nhánh
– λnh,x = Độ mảnh theo phương của trục x‐x của thanh, tính với tiết diện chỉ
có 1 nhánh và chiều dài tự do là khoảng cách giữa các bản giằng. Cần chú
ý rằng giới hạn là 40 đối với thanh chịu nén và 50 đối với thanh chịu kéo.

• Bản giằng được tính toán chịu lực cắt giả định có trị số không thay đổi
trên cả chiều dài thanh. Lực cắt được xác định bằng biểu thức sau:

V   AFy

min


Trong đó:
– α = Hệ số lấy bằng (0.24 ÷ 0.00007) λ , với λ là độ mảnh của thanh.  
61

Giàn chủ (t.theo)
– A = Diện tích tiết diện nguyên của thanh
– Fy = Cường độ chảy dẻo của thép

– ϕ = Hệ số uốn dọc trong mặt phẳng song song với mặt phẳng bố trí bản
giằng
– ϕmin = Hệ số uốn dọc nhỏ hơn trong hai hệ số uốn dọc tương ứng mặt
phẳng song song với mặt phẳng bố trí bản giằng và mặt phẳng vuông góc
với mặt phẳng đó

• Các bản giằng cùng với hai mảnh của thanh tạo thành một kết cấu là hệ
giàn không có thanh xiên với các nút cứng, nên dưới tác dụng của lực V 
các thanh của giàn có biểu đồ mô men như trên hình vẽ
Mô men trong nhánh:

M

V C VC
 
2 2
4

Mô men trong bản giằng: M d 

VC
2m

Trong đó, m = số mặt phẳng bố trí bản giằng.
62

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

5

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Giàn chủ (t.theo)
• Lực cắt trong bản giằng
V

2 M d VC

b
mb

• Căn cứ và trị số của mô men và lực cắt xác định được ở trên => có thể
kiểm toán bản giằng và mối hàn liên kết bản giằng vào hai nhánh của
thanh
V

C

2

2

Md

V

C

2

2
63

Giàn chủ (t.theo)
– Tính toán nút giàn
• Việc tính toán nút giàn bao gồm:
– Tính liên kết các thanh vào nút
– Kiểm toán sức kháng của bản nút

• (1). Tính liên kết thanh vào nút là xác định số đinh cần thiết theo điều
kiện cân bằng cường độ của thanh và nút liên kết, như vậy số đinh
được xác định theo biểu thức:
n

Pr
Rr

Trong đó:
– Pr = sức kháng của thanh (xem phần thiết kế tiết diện thanh)
– Rr = sức kháng của một đinh

64

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

6

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Giàn chủ (t.theo)
• (2). Sức kháng của bản nút kiểm toán theo các tiết diện

I

iI

I

iI

I
I

A2

A2

A1
A3
iI

A3

iI

A1

 Cần kiểm tra để đảm bảo các tiết diện giảm yếu theo đường I-I và II-II
không bị xé rách bằng cách kiểm tra điều kiện: Pu ≤ Pr
(tức là kiểm tra nội lực tác dụng trong thanh không được vượt quá sức
kháng xé rách theo các đường I-I và II-II của tiết diện)
65

Giàn chủ (t.theo)
– Sức kháng chống xé rách theo đường I-I và II-II lấy như sau:

 Nếu A3n  0.58  A1n  A2 n 

Pr  0.8 0.58 Fy  A1g  A2 g   Fu A3n 
thì:       

 Nếu A3n  0.58  A1n  A2 n 

Pr  0.8 0.58 Fu  A1n  A2 n   Fy A3 g 
thì:       

Trong đó:
– A1 ; A2 ; A3 = Các phần tiết diện trong bản nút
tương ứng tạo bởi đường xé rách I-I hoặc II-II ;    

I
I

– n = Chỉ số ám chỉ tiết diện là tiết diện giảm yếu;  

– g = Chỉ số ám chỉ tiết diện là tiết diện nguyên;

A2
A1
A3

– Fy = Cường độ chảy của thép bản nút
– Fu = Cường độ kéo đứt của thép bản nút
66

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

7


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Giàn chủ (t.theo)
 Cần kiểm tra tiết diện giảm yếu theo đường III-III không bị cắt bằng cách
kiểm tra điều kiện:

 D  D  cos   
t

f

Fu 0.74
v

3

A  1.0  0.427  Fu A  0.427  Fu A

Trong đó:
– A = Diện tích chịu cắt theo đường III-III của các bản nút;    
– α = Góc nghiêng của thanh chéo

Dt

Nt

Df

iii

iii

Nf

67

Giàn chủ (t.theo)
 Cần kiểm tra tiết diện giảm yếu theo đường IV-IV chịu kéo lẫn uốn:
– Lực kéo bằng:

N  Nt  Dt cos 

– Mô men uốn:

M  e   Nt  Dt cos  

Chú ý:

IV
Dt

M
X

X

e

N

e

Nt
Nt+Dtcos

IV

(1). Đối với tiết diện cần chú ý 
xét tới trường hợp có thêm
bản thép ốp ngoài (hoặc bên
trong) để nối thanh biên vì
khi tính toán nối thanh biên
chỉ được phép kể diện tích

của phần bản nút có chiều
cao bằng chiều cao phụ cho
đủ diện tích cần nối
(2). Sau khi tính được M và N, 
cần kiểm tra bản nút chịu kéo
và uốn đồng thời theo công
thức như quy định trong điều
6.8.2.3 theo TTGH cường độ
và TTGH mỏi.

68

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

8


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

1.5. Hệ liên kết trong cầu giàn
• Cấu tạo hệ liên kết
– Hệ thống liên kết có tác dụng liên kết các giàn chủ với nhau tạo
thành một kết cấu không gian cứng không biến hình do vậy:
• Giúp giàn chịu các tải trọng nằm ngang tác dụng theo phương ngang
cầu và
• Phân phối tải trọng thẳng đứng giữa các giàn chủ.

– Hệ liên kết dọc được bố trí ở mức biên trên và biên dưới giàn

chủ có các thanh cũng chính là các thanh biên của giàn chủ và
dầm ngang của hệ dầm mặt cầu.
– Sơ đồ giàn liên kết dọc có thể là chữ thập, tam giác, quả trám, 
hoặc chữ K…
69

Hệ liên kết trong cầu giàn (t.theo)
(1). Kiểu chữ thập

(2). Kiểu quả trám

(4). Kiểu chữ K
(3). Kiểu tam giác
B
d

• Sơ đồ giàn liên kết dọc kiểu chữ thập được sử dụng phổ biến nhất vì có
độ cứng tốt.
• Sơ đồ kiểu chữ K được dùng trong trường hợp bề rộng cầu lớn, khi
khoảng cách giữa các giàn chủ “B” lớn hơn nhiều so với chiều dài
khoang “d” của giàn.
70

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

9


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

11/14/2014

Hệ liên kết trong cầu giàn (t.theo)
– Hệ liên kết ngang thường được bố trí trong mặt phẳng của các
thanh đứng của giàn chủ và đôi khi trong mặt phẳng các thanh
xiên.
• Về nguyên tắc, cố gắng đưa các thanh hệ liên kết ngang càng xuống
thấp càng tốt nhưng không được vi phạm vào khổ tĩnh không trong cầu
(và phải cách mặt đường tối thiểu 5300mm theo Điều 2.3.3.2)
• Các thanh đứng hoặc thanh xiên của giàn chủ cùng với dầm ngang mặt
cầu hợp với các thanh trong hệ liên kết ngang làm thành những khung
ngang.

71

Hệ liên kết trong cầu giàn (t.theo)
– Tiết diện của các thanh hệ liên kết thường được cấu tạo kiểu
một thành đứng và làm từ các thép hình (ví dụ hình góc L , 
thép U, hoặc thép I)

– Các thanh thuộc hệ liên kết ngang cũng được quy định về độ
mảnh giới hạn (lớn hơn so với độ mảnh giới hạn của các thanh
chịu lực chính)
• Thanh chịu nén: n  140
• Thanh chịu kéo: k  240
72

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

10