THIẾT KẾ CẦU THÉP

THIẾT KẾ CẦU THÉP BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN -CHƯƠNG 1- KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.2 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CẦU THÉP 1.4 CÁC HỆ THỐNG CHÍNH CỦA CẦU THÉP BỘ MƠN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 1.1 VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN - Cầu thép xuất sau cầu gỗ, cầu đá - Khoảng kỷ 18, cơng nghiệp kim loại châu Âu cịn bước đầu trình phát triển, ban đầu cầu vòm gang đời phát triển song song với cầu treo xích sắt Tiếp cầu dầm gang đời, đến công nghệ luyện kim phát triển cầu dầm gang thay cầu dầm thép BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN Khi chiều dài nhịp tăng dầm đặc thay giàn thép, phát triển cầu giàn theo hướng đơn giản hóa hệ bụng sử dụng biện pháp liên kết có hiệu - Khoảng cuối kỷ 19 đầu kỷ 20 thời kỳ khoa học kỹ thuật giới phát triển mạnh Nhiều cầu thép liên tục mút thừa đời với khả vượt nhịp lớn - Song song với phát triển cầu giàn phát triển cầu vòm cầu treo - BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN - Ở Việt Nam cầu thép xây dựng chủ yếu từ thời thực dân Pháp đô hộ Hầu hết cầu làm thép, điển hình cầu Long Biên cầu giàn mút thừa l=130m nhịp treo ltr=52,5m (l gần 3km) BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN * Một số thất bại lịch sử phát triển: - - - Sập cầu treo Tacoma Mỹ, nhịp 855m bị sập năm 1940 gió lớn, ngun nhân cầu có kích thước q mảnh khơng đủ cứng theo phương đứng ngang Ở Việt Nam, cầu Cần Thơ sập 02 nhịp dẫn 25/09/2007, nguyên nhân lún trụ tạm thi cơng Chính thất bại giúp cho nhà khoa học nghiên cứu cầu rút kinh nghiệm để xây dựng nên cơng trình cầu lớn BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 1.2 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Phân tích loạt cầu thép đại giới năm gần thấy bật ba phương hướng rõ rệt: - Phương hướng thứ sử dụng loại thép chất lượng cao nhằm giảm giá thành công tác tu bảo dưỡng + Nghiên cứu biện pháp chống gỉ + Nhiều loại sơn chất lượng cao + Cơng nghệ bọc bó cáp cường độ cao BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN - Phương hướng thứ hai tiếp tục nghiên cứu tìm kiếm hệ liên hợp để vượt nhịp dài, có tính thẩm mỹ cao + Dự án cầu treo cầu dây văng liên hợp có nhịp 5000m triển khai + Cầu vịm có kéo hệ với ống thép nhồi bêtơng BỘ MƠN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN Phương án cầu vượt eo biển Gibraltar BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN - Phương hướng thứ ba giảm khối lượng chi phí chế tạo, xây dựng cầu thép + Dầm thép liên hợp với BTCT mặt cầu thép trực hướng + Các loại tiết diện hộp kín nghiên cứu áp dụng để tăng cường độ, độ cứng chống xoắn để tạo môi trường khơng gỉ bên lịng hộp + Các loại liên kết mang tính cơng nghiệp đại: liên kết hàn bulông cường độ cao, liên kết dán + Điều chỉnh nội lực BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 10 1.4 CÁC HỆ THỐNG CHÍNH CỦA CẦU THÉP - Thép vật liệu đẳng hướng, có khả chống đỡ tốt tác động ngoại lực, cầu thép làm với kiểu dáng hệ thống cầu - Về mặt tĩnh học phân loại thành hệ thống cầu sau: BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 25 1.4.1 Hệ thống cầu dầm: - Đặc điểm: + Gối cầu truyền áp lực đứng + Cấu tạo đơn giản, dễ tiêu chuẩn định hình hố + Phương pháp thi công đơn giản đa dạng + Dầm giản đơn, dầm liên tục, dầm mút thừa - Phạm vi sử dụng: + Được sử dụng phổ biến từ trước đến + Cầu dầm thép đạt tới nhịp 200-300m BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 26 Hệ thống cầu dầm BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 27 1.4.2 Hệ thống cầu giàn: - Đặc điểm: + Cầu giàn truyền áp lực thẳng đứng + Dễ tiêu chuẩn hoá định hình hố kết cấu nói chung từng phân tố nói riêng + Thi cơng tương đối đơn giản + Có thể làm cầu giàn đơn giản, liên tục, mút thừa + Mặt cầu bố trí dưới, - Phạm vi sử dụng: + Được sử dụng phổ biến + Chiều dài nhịp thông thường từ 50-60m đến 120m150m, đạt nhịp 500m BỘ MƠN CẦU ĐƯỜNG - H DUY TN 28 Đ ờng xe chạy a) § êng xe ch¹y b) c) d) Hệ thống cầu giàn BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 29 1.4.3 Hệ thống cầu vòm: -Đặc điểm: + Lực đẩy ngang lớn mố trụ thường có kích thước lớn so với loại mố trụ thông thường + Có thể làm cầu vịm có khớp, khớp khơng khớp + Đường xe chạy bố trí trên, dưới, + Cầu vịm khó định hình hố tiêu chuẩn hố kích thước, thi cơng phức tạp + Ngày cịn có loại cầu vịm ống thép nhồi bêtơng, có khơng có căng BỘ MƠN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 30 -Phạm vi sử dụng: + Trước thường dùng để vượt nhịp lớn + Ở nơi địa hình, địa chất thích hợp cầu vịm kinh tế + Sử dụng nơi đòi hỏi mức độ mỹ quan cao + Ít sử dụng cầu vòm liên tục mút thừa ( Các cầu vòm thép dài nhịp cầu vịnh Sydney (1931) Australia l=503m Cầu Bayonne (1931) Mỹ l = 500m cầu Fayetteville (1977) West Virginia, Mỹ l = 518 m.) BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 31 Hệ thống cầu vịm BỘ MƠN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 32 1.4.4 Hệ thống cầu khung: - Đặc điểm: + Là hệ siêu tĩnh, trụ liên kết cứng với dầm + Thi công tương đối phức tạp - Phạm vi sử dụng: + Ít sử dụng khơng vượt nhịp lớn mặt kinh tế kỹ thuật khơng có ưu việt + Đối với cầu ơtơ có áp dụng hệ liên hợp khung dầm có kết hợp điều chỉnh ứng suất đạt hiệu kinh tế tốt vượt tới nhịp 150m BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 33 Hệ thống cầu khung BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 34 1.4.5 Cầu hệ liên hợp: - Đặc điểm: + Do hệ đơn giản hợp lại với + Đây hệ siêu tĩnh nên thường điều chỉnh gây tạo nội lực trước ngược dấu với nội lực tải trọng ngồi + Thường có hệ dầm cứng vịm dẻo, dầm cứng có biên phụ đỡ - Phạm vi sử dụng: + Có thể sử dụng cho cầu xây dựng để gia cố tăng khả chịu lực cầu cũ + Chiều dài nhịp đạt 150-200m BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 35 1.4.6 Hệ thống cầu treo: - Đặc điểm: + Thực chất dạng liên hợp dầm dây: dầm cứng dây treo đỡ, dây chịu lực + Dây treo dạng parabol dạng cung trịn + Cầu treo có khơng có lực ngang truyền xuống đất + Kết cấu chịu lực chủ yếu dây làm thép cường độ cao (tới 1800  2000MPa ) chịu kéo thích hợp kinh tế - Phạm vi sử dụng: + Thường sử dụng để vượt nhịp lớn, từ 500600m đến 15001600m + Cầu treo làm liên tục mút thừa BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 36 Hệ thống cầu treo BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 37 1.4.7 Hệ thống cầu dây văng: - Đặc điểm : + Dây kết cấu chịu lực + Các dây treo để thẳng có tác dụng gối tựa đàn hồi cho dầm cứng - Phạm vi sử dụng: + Xuất từ nửa sau kỷ 20 ngày sử dụng phổ biến + Kinh tế nhịp từ 120150m trở lên, đạt tới nhịp ngàn mét Các cầu tiếng Tatara (1999) Nhật l =890m, Normandie (1995) Pháp l =856m, Qingzhou Minjiang (1996) Trung Quốc l =605m, Sutong l =1088m (2006) BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 38 a) b) c) Hệ thống cầu dây văng BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 39