Chuong 4 cấu tạo cầu dàn

Trang 1

Chương 4 Cấu tạo cầu dμn thép

Đ4.1.Khái niệm chung 4.1.1 Khái niệm về cầu dμn thép

- Cầu dàn là một dạng kết cấu nhịp cầu thép bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

+ Các mặt phẳng dàn chủ

+ Hệ dầm mặt cầu: dầm dọc, dầm ngang và bản bê tông mặt cầu

+ Hệ liên kết: Hệ liên kết dọc, liên kết ngang cầu, khung cổng cầu và dàn hãm

- Cầu dàn là sự phát triển cao hơn của cầu dầm khi chiều dài nhịp lớn thì việc áp dụng cầu dầm không còn hợp lý vì chiều cao dầm phải lớn gây lãng phí vật liệu, khi đó ta nên

áp dụng kết cấu nhịp cầu dàn

4.1.2 Lịch sử vμ xu hướng phát triển của cầu dμn thép

4.1.2.1 Lịch sử phát triển cầu dàn thép thế giới

Chiếc cầu dàn thép đầu tiên được xây dựng ở Mỹ vào năm 1840 và chiếc cầu dàn thép hoàn toàn đầu tiên được xây dựng là cầu qua kênh Erie ở New York năm 1840 có chiều dài nhịp 24,5m

Những chiếc cầu dàn được xây

dựng trong thời kì này thường có cấu

tạo phức tạp với nhiều thanh xiên

gần với các cây cầu gỗ thời đó

Sơ đồ chủ yếu thời kỳ này là

cầu giản đơn hoặc dàn hẫng Điển

hình là các cầu: cầu qua vịnh Forth

ở Scotland (1890) nhịp dài 521m;

cầu Quebec ở Canada (1917) nhịp

dài 549m… Hình 4.1: Cầu dàn hẫng qua vịnh Forth (Scotland - 1890)

1 Pont de Quebec 549 Quebec Canada 1917

2 Firth of Forth 521 Edinburgh Scotland 1890

4 Commandore Barry 501 Chester, PA USA 1974

5 Greater New Orleans-1 480 New Orleans, LA USA 1958

6 Greater New Orleans-2 480 New orleans LA USA 1988

8 Veterans Memorial 445 Gramercy, LA USA 1995

9 Transbay 427 San Francisco, CA USA 1936

Trang 2

11 Astoria 376 Oregon USA 1966

12 Mississippi 376 Baton Rouge, LA USA 1968

4.1.2.2 Lịch sử phát triển cầu dàn thép trong nước

Cây cầu dàn thép nổi

tiếng được xây dựng thời đó

là cầu Long Biên, cầu dàn

có biên đa giác với chiều dài

toàn cầu gần 3000m trong

Cầu Thăng Long bắc qua sông Hồng là dạng cầu dàn thép liên tục gồm 5 liên,

mỗi liên 3 nhịp có chiều dài 112m, mặt cầu bằng thép bản trực hướng (Orthotropic), chiều dài toàn cầu Lcau = 1680m

Cầu được thiết kế cho 4 làn xe ôtô

chạy trên, hai làn đường sắt và 2

Cầu Chương Dương được xây dựng năm 1985 với 11 nhịp, nhịp lớn nhất có chiều

dài là 97,6m, chiều dài toàn cầu Lcau = 1211m

Trang 3

Cầu Việt Trì (Phú Thọ), cầu

Đò Quan (Nam Định) xây dựng

Cầu Trμng Tiền (Huế) được

xây dựng theo dạng KCN cầu dàn

biên cong với kiểu dáng mềm mại

đã đem lại vẻ đẹp riêng cho khung

cảnh Sông Hương - Núi Ngự của

xứ Huế

Hình 4.6: Cầu Tràng Tiền

(Huế)

4.1.3 Xu hướng phát triển của cầu dμn thép hiện đại

Về mặt vật liệu có hai xu hướng chính là: tăng cường độ của thép, sử dụng vật liệu cường độ cao vào các vị trí chịu lực bất lợi nhất để giảm khối lượng thép; sử dụng kết hợp nhiều loại vật liệu để sử dụng hiệu quả nhất các tính năng của mỗi loại vật liệu Các loại vật liệu liên kết ngày càng có chất lượng cao và dễ thi công cũng như dễ kiểm tra chất lượng Các kết quả như sử dụng thép chất lượng cao (HPS) vào một số thanh dàn; ứng dụng kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bêtông; sử dụng bulông “thông minh” trong liên kết

Cấu tạo các chi tiết của kết cấu cầu dàn thép ngày càng được đơn giản hoá, dễ dàng cho công tác chế tạo, thi công cũng như quá trình bảo dưỡng, sửa chữa sau này

Điển hình là các cấu tạo mới của kết cấu dàn Nhật…

Về sơ đồ kết cấu: cầu dàn thép có xu hướng kết hợp với một số sơ đồ khác như kết cấu dàn-vòm, khung-dàn…

4.1.4 ưu nhược điểm vμ phạm vi áp dụng

Trang 4

- Có thể thi công lắp ráp cầu dàn thép tại vị trí cầu hoặc lắp hoàn thiện kết cấu nhịp rồi

đưa tới vị trí công trình cầu do đó có thể rút ngắn thời gian thi công

- Dễ dàng cho công tác sửa chữa, tăng cường Với bộ phận nào hỏng, yếu có thể thay thế, tăng cường cục bộ bộ phận đó

cho Dầm

Thích hợp cho Dàn

Go

< 40ữ 50m > 80m Hình 4.7: Phạm vi hiệu quả của kết cấu cầu dàn thép

- áp dụng cho cầu chịu tải trọng lớn như tải trọng Đường sắt

- Khi cần thi công nhanh trên tuyến đường đang khai thác

- Khi thi công các cầu phục vụ cho quân sự, cầu tạm đảm bảo giao thông

Trang 5

Đ4.2.Tổng quan về các dạng vμ các sơ đồ cầu dμn thép 4.2.1 Phân loại theo sơ đồ chịu lực

+ Với cầu có đường xe chạy dưới cầu dàn giản đơn có nhịp 60ữ80m; với cầu có

đường xe chạy trên thường làm nhịp nhỏ hơn để giảm chiều cao kiến trúc của cầu + Không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và gối lún

+ Tuy nhiên tại tất cả các mặt cắt dàn đều có chiều cao bằng nhau nên dàn giản

đơn không tận dụng được hết khả năng làm việc của các thanh dàn do đó gây lãng phí vật liệu

4.2.1.2 Cầu dàn hẫng và dàn liên tục

+ Dàn liên tục hai nhịp

thường làm chiều dài bằng

nhau, dàn ba nhịp thì nhịp giữa

nên làm dài hơn, tỷ số chiều dài

nhịp biên với nhịp giữa hợp lý là

Trang 6

kích của hoạt tải Nên lấy chiều dài đoạn mút thừa vào khoảng 15% đến 40% chiều dài nhịp chính

Hình 4.10: Dàn liên tục ba nhịp

Hình 4.11: Sơ đồ dàn hẫng + nhịp đeo

4.2.2 Phân loại theo đường biên dμn

4.2.2.1 Dàn có biên song song

Hình 4.12: Dàn có biên song song

- Dàn có đường biên song song là loại đơn giản nhất, các thanh biên có cùng một kích thước, các thanh đứng và thanh xiên cũng như vậy Trong cầu này đường xe chạy có thể là biên trên hoặc biên dưới Do mỗi loại thanh có cùng một kích thước nên dễ tiêu chuẩn hoá các thanh cũng như bản nút dàn Khi thi công có thể cho cần trục chạy theo

đường biên trên để tiến hành lắp ráp kết cấu nhịp

- Dàn có đường biên song song cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng, dễ tiêu chuẩn hoá các thanh cũng như các bản nút, chính vì lý do đó nên tuy không thật tiết kiệm thép nhưng sơ đồ dàn liên tục hai, ba nhịp có đường biên song song rất hay được sử dụng

4.2.2.2 Dàn có biên đa giác

- Sơ đồ cấu tạo:

Hình 4.13: Dàn có biên đa giác

- Để tiết kiệm vật liệu và tận dụng hết khả năng làm việc của các thanh dàn thì dàn có thể được cấu tạo có chiều cao thay đổi Hình dạng của dàn liên tục có liên quan đến hình bao mômen nhưng không nên quá phức tạp Đối với những dàn lớn trị số của mômen âm ở gối lớn hơn nhiều so với mômen dương ở nhịp khi đó có thể tăng chiều cao dàn ở vị trí gối nhưng tránh cấu tạo dàn có góc gãy quá nhọn ở vị trí gối vì như vậy cấu tạo phức tạp không kinh tế

Trang 7

- Dàn có đường biên đa giác có ưu điểm là nội lực trong các thanh biên trên điều hoà hơn, chiều dài và nội lực trong một số thanh đứng, thanh xiên cũng nhỏ đi, do đó dàn có

đường biên đa giác tiết kiệm thép hơn dàn có đường biên song song Tuy nhiên dàn biên đa giác có nhược điểm là cấu tạo phức tạp, thi công khó chẳng hạn với cầu chạy trên có đường biên dưới là đa giác thì không thể lao dọc trên con lăn, chính vì vậy loại dàn này ít dùng hơn dàn có đường biên song song

4.2.2.3 Dàn có biên cong theo đường Parabol

- Tuy nhiên trong thực tế rất khó có thể cấu tạo được thanh biên của dàn có dạng cong,

mà hầu hết là các thanh vẫn cấu tạo thẳng và được đặt trên một đường cong thiết kế

Do đó trong dàn biên cong các thanh và các bản nút sẽ có cấu tạo khác nhau nên chế tạo và thi công rất phức tạp, vì vậy loại dàn này rất ít được sử dụng

4.2.4 Phân loại theo cấu tạo khoang dμn

- Cầu dàn có thanh đứng, thanh treo

Hình 4.15: Dàn có thanh đứng, thanh treo Việc cấu tạo có thanh đứng thanh treo sẽ làm giảm chiều dài khoang dàn, đồng thời giảm chiều dài tính toán của dầm dọc, ngoài ra số lượng dầm ngang tăng lên do đó chiều cao dầm ngang cũng giảm, từ đó làm giảm được chiều cao cũng như trọng lượng của hệ dầm mặt cầu

Tuy nhiên việc cấu tạo có thanh đứng thanh treo sẽ làm cho nút dàn có cấu tạo phức tạp hơn do tại nút dàn có sự tập trung của cả các thanh biên, thanh xiên và thanh

đứng

Cầu dàn có thanh đứng, thanh treo được sử dụng khá phổ biến đặc biệt thích hợp

đối với cầu có đường xe chạy cả trên và dưới như cầu Thăng Long

Trang 8

Về mặt cấu tạo thì thanh đứng và thanh treo là giống nhau, tuy nhiên về mặt chịu lực thì có sự khác biệt thể hiện ở chỗ thanh treo chỉ chịu kéo khi có tải trọng chạy dưới, còn thanh đứng thì chỉ chịu nén khi có tải trọng chạy trên Trong một số cầu dàn không

có tải trọng chạy trên thì thanh đứng hoàn toàn không chịu lực, tuy nhiên không thể bỏ

đi được vì nó góp phần tạo nên kết cấu không biến dạng hình học

- Cầu dàn không có thanh đứng, thanh treo (Dàn tam giác):

Hình 4.16: Dàn tam giác

Về mặt cấu tạo thì dàn tam giác có cấu tạo đơn giản hơn do bớt được thanh đứng liên kết vào nút Tuy nhiên do chiều dài khoang tăng nên chiều dài và chiều cao của dầm dọc và dầm ngang cũng tăng từ đó làm tăng trọng lượng của kết cấu mặt cầu Cầu dàn tam giác thường chỉ nên áp dụng cho cầu chạy dưới Nếu áp dụng cho cầu dàn chạy trên thì các thanh biên trên và hệ liên kết ngang bên trên phải được cấu tạo có kích thước rất lớn để đảm bảo đủ chịu lực

- Cấu dàn tổ hợp

Ltt

Hình 4.17: Dàn tổ hợp Cầu dàn tổ hợp thực chất là sự kết hợp của nhiều dàn tam giác để giảm chiều dài khoang dàn và giảm khẩu độ tính toán của hệ dầm mặt cầu

Trang 9

Đ4.3.Cấu tạo dμn chủ 4.3.1 Cấu tạo chung KCN cầu dμn

- Cấu tạo chung các bộ phận cầu dàn thép gồm: hệ dàn chủ, hệ dầm mặt cầu, hệ liên kết, mặt cầu

Hình 4.18: Cấu tạo chung KCN cầu dàn

- Cấu tạo chung KCN cầu dàn thép trên đường ôtô:

10 9

8

4

1 Thanh biên dưới

2 Thanh đứng, thanh xiên

Trang 10

- Cấu tạo chung KCN cầu dàn thép trên đường sắt:

1 Thanh biên dưới

- Hệ dầm mặt cầu:

+ Hệ dầm mặt cầu bao gồm bản mặt cầu gồm, dầm dọc, dầm ngang

+ Bản mặt cầu đóng vai trò tạo ra mặt đường xe chạy, tuỳ thuộc vào cầu trên

đường ôtô hay trên đường sắt mà mặt cầu sẽ có thể cấu tạo khác nhau

+ Hệ dầm mặt cầu có vai trò đỡ bản mặt cầu và truyền tải trọng từ bản mặt cầu xuống các mặt phẳng dàn chủ

+ Trong cầu đường sắt thì hệ dầm mặt cầu cũng gồm có dầm dọc, dầm ngang và

hệ thống ray, tà vẹt để tạo ra mặt đường cho tàu chạy

Trang 11

- Hệ liên kết ngang cầu:

+ Hệ liên kết ngang gồm các dầm ngang trong hệ dầm mặt cầu và hệ liên kết ngang ở mặt phẳng thanh biên trên

+ Hệ liên kết ngang có vai trò liên kết các mặt phẳng dàn chủ, tăng cường độ cứng theo phương ngang cầu cho kết cấu nhịp và phân phối tải trọng của hoạt tải cho các mặt phẳng dàn chủ

+ Hệ liên kết ngang tại các mặt cắt trên gối thường được cấu tạo có độ cứng lớn hơn được gọi là hệ khung cổng cầu Hệ khung cổng cầu có vai trò tiếp nhận tải trọng theo phương dọc và ngang cầu để truyền xuống gối

4.3.2 Chiều cao dμn chủ (H)

- Chiều cao dàn chủ (H) là khoảng cách giữa đường tim của thanh biên trên và thanh biên dưới Có thể hình dung chiều cao dàn chủ có vai trò giống chiều cao của dầm chủ trong KCN cầu dầm

- Chiều cao dàn chủ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Quy mô thiết kế cầu và quy mô của tải trọng thiết kế

+ Đảm bảo cho KCN cầu có đủ khả năng chịu lực: theo điều kiện về cường độ và

điều kiện về độ cứng, cũng như dao động

+ Đảm bảo khổ thông xe và hạn chế chiều cao kiến trúc của cầu

+ Đảm bảo tính mỹ quan cho công trình cầu

+ Phù hợp với điều kiện thi công và lắp ghép kết cấu nhịp

- Chiều cao kinh tế của dàn là chiều cao sao cho tổng chi phí cho kết cấu nhịp là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo về độ cứng, khổ giới hạn, khả năng chịu lực

- Chiều cao dàn theo công thức kinh nghiệm:

+ Dàn giản đơn có biên song song:

+ Dàn giản đơn có biên đa giác:

5

18

1 ữ

=

L H

+ Dàn liên tục: Có thể chọn dàn có chiều cao thay đổi:

- Theo 22TCN 272 - 05: Chiều cao dàn phải đảm bảo:

10

1

≥

L H

- Ngoài ra chiều cao dàn được thiết kế sao cho phù hợp với việc thiêu chuẩn hoá, định hình hoá Khi thiết kế có thể tham khảo các bộ định hình:

+ Dàn Trung Quốc: H = 11 m , với dàn L < 80 m

+ Dàn Liên Xô : H = 8.5 m và 11.25 m

+ Dàn Krupp (Bỉ) : H = 6 m

+ Dàn Nhật: H = 8.5 ữ 10.5 m

Trang 12

4.3.3 Khoảng cách giữa hai mặt phẳng dμn (B)

- Khoảng cách giữa hai mặt phẳng dàn phải đảm bảo khổ thông xe trên cầu đồng thời phải đảm bảo khả năng ổn định chống lật dưới tác dụng của các lực ngang như: gió, lực lắc ngang…và hạn chế mômen xoắn trên cầu

- Khoảng cách giữa hai mặt phẳng dàn theo công thức kinh nghiệm:

+ Đối với cầu chạy dưới:

4.3.4 Chiều dμi khoang dμn (d)

- Chiều dài khoang là khoảng cách giữa hai nút liên tiếp trên đường biên dàn Chiều dài của khoang dàn ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ dầm mặt cầu:

α

Hình 4.21: Kích thước dàn chủ + Nếu chiều dài khoang dàn d nhỏ, khẩu độ làm việc của dầm dọc giảm, phản lực của dầm dọc truyền xuống dầm ngang cũng giảm, nội lực trong dầm ngang nhỏ,

do đó mặt cắt dầm ngang nhỏ, giảm được vật liệu và chiều cao kiến trúc Tuy nhiên, nếu cầu dài, tồn tại nhiều dầm ngang, dạng mặt cắt dầm dọc có chiều cao không đổi lúc này không còn phù hợp nữa, một phần vật liệu không phát huy hết tác dụng

+ Ngược lại, nếu d lớn, số lượng dầm ngang ít, phản lực từ dầm dọc xuống dầm ngang lớn, mặt cắt dầm ngang lớn, làm tốn vật liệu và tăng chiều cao kiên trúc

- Chiều dài khoang dàn được lựa chọn đảm bảo góc nghiêng hợp lý của thanh xiên: + Góc α hợp lý: α = 30o 50ữ o (60o)

+ Góc α tối ưu: α = 60o trong trường hợp không có thanh đứng, thanh treo

α = 45o trong trường hợp có thanh đứng, thanh treo

+ Nếu góc nghiêng α > 60o thì các thanh dàn chịu lực không hợp lý vì trọng lượng bản thân của thanh dàn lớn

Trang 13

+ Nếu góc nghiêng α < 30o thì rất khó trong thực hiện liên kết tại bản tiết điểm vì khi đó các thanh dàn sẽ bị vướng vào nhau

- Chiều dài khoang dàn theo công thức kinh nghiệm:

+ Dàn có thanh đứng, thanh treo: d = (0,6 ữ 0,8)H

+ Chiều dài khoang thường chọn:

1 Đối với cầu chạy trên d= (2 ữ 6)m

2 Đối với cầu chạy dưới d= (6 ữ 11)m

4.3.5 Vấn đề tiêu chuẩn vμ định hình hoá trong KCN cầu dμn

4.3.5.1 Sự cần thiết trong việc tiêu chuẩn hoá KCN cầu dàn

- Kết cấu nhịp cầu dàn thép có cấu tạo và thi công rất phức tạp, do đó dẫn đến giá thành chế tạo cũng như thi công KCN rất cao Vì vậy đối với các KCN có chiều dài L < 30m thì việc áp dụng KCN cầu dàn là không kinh tế Như vậy cần thiết phải có sự chuẩn hoá và định hình hoá trong việc thiết kế KCN cầu dàn thép nhằm giảm giá thành thiết

kế, chế tạo và thi công nhờ đó mà KCN cầu dàn thép được áp dụng phổ biến và rộng rãi hơn

- Việc tiêu chuẩn hoá kết cấu trong chế tạo đồng nghĩa với việc hình thành các dây chuyền từ thiết kế, chế tạo, lắp ghép, thi công và duy tu bảo dưỡng kết cấu nhịp

- Trong các thiết kế định hình, người ta tập hợp những kết cấu nhịp có chiều dài nhịp trong những phạm vi nhất định vào từng nhóm Mỗi nhóm định hình có một kiểu sơ đồ hình học, chiều cao dàn, chiều dài khoang và góc nghiêng của các thanh xiên giống nhau để cho tất cả các thanh và các chi tiết của kết cấu cũng có kích thước tiêu chuẩn Nhiều khi người ta còn cố gắng làm cho các chi tiết của kết cấu nhịp thuộc những nhóm khác nhau cũng có kích thước giống nhau

- ở nước ta hiện nay có nhiều loại kết cấu nhịp giàn định hình của Liên Xô, Trung Quốc, Pháp, Đức, Bỉ, Mỹ và của Việt Nam thiết kế

4.3.5.2 Các thiết kế định hình KCN cầu dàn trong và ngoài nước

- Dàn Việt Nam 64 - 71: Định hình thiết kế dựa vào loại dàn Eiffel cũ dùng cho cầu xe lửa (Z-13) hiện có một số được chế sửa cho ôtô đi chung

Hình 4.22: Dàn Việt Nam 64 - 71 + Chiều cao dàn: H = 4,0m

+ Chiều dài khoang dàn: d = 5,0m

+ Chiều dài nhịp: Lmax = 50m

Trang 14

- Dµn Effel:

2L100x10 200x110 L75 x7 2 120x50

600x40

1

7

5 6

4

3

2L80 x8 2

250x120

3 2

5 6 7

H×nh 4.23: CÇu dµn Effel Dµn chñ Effell cã cÊu t¹o nh− sau:

+ ChiÒu dµi khoang: d = 3050 mm

- Dµn Bailey:

H×nh 4.24a: Dµn Bailey

Trang 15

Hình 4.24b: Cấu tạo cầu dàn Bailey

Dàn chủ Bailey có cấu tạo như sau:

- Dàn Krupp (Bỉ): Dàn Krup: định hình của Đức đền bù sau chiến tranh thế giới thứ nhất cho Pháp dùng cho cầu xe lửa Phần lớn nằm trên đường sắt thống nhất phần phía Nam Một số giàn kiểu này do Bỉ và Mỹ chế tạo Dàn Krup là kiểu Dàn tam giác có thanh đứng, môđun 5,0m, chiều cao 6,0m, lmax = 50 m

Hình 4.26: Dàn Krrup (Bỉ) + Chiều cao dàn: H = 6,0m

+ Chiều dài khoang dàn: d = 5,0m

+ Chiều dài nhịp: Lmax = 50m

Trang 16

CT 3

ThÐp hîp kim

Trang 17

các môđun nhỏ, mỗi môđun

là một khoang dàn, các

khoang đ−ợc liên kết với

nhau bằng mối nối thanh dàn

đặt ngoài tại vị trí nút, liên kết

kiểu này tránh đ−ợc việc phải

cấu tạo nút dàn rất phức tạp

Hình 4.29a: Dàn thép định hình kiểu Nhật

Hình 4.29b: Dàn thép định hình kiểu Nhật

Trang 18

Đ4.4 Cấu tạo thanh dμn

4.4.1 đặc điểm lμm việc của các thanh dμn

- Cấu tạo chung:

Mạ thượng

Thanh đứng Thanh xiên

do tải trọng gây ra chỉ có thành phần lực dọc (kéo hoặc nén)

- Đặc điểm chịu lực của các thanh dàn:

+ Thanh biên dưới (thanh mạ hạ) trong dàn giản đơn chịu lực kéo, trong dàn liên tục thì có thể chịu kéo hoặc chịu nén tuỳ theo biểu đồ mômen

+ Thanh biên trên (thanh mạ thượng) trong dàn giản đơn chịu lực nén, trong dàn liên tục thì có thể chịu nén hoặc chịu kéo tuỳ theo biểu đồ mômen

+ Thanh xiên chịu kéo và nén đồng thời, tuỳ thuộc vào vị trí của hoạt tải

+ Thanh treo chịu lực kéo và chỉ có nội lực khi có tải trọng chạy dưới

+ Thanh đứng chịu lực nén và chỉ có nội lực khi có tải trọng chạy trên, trong các cầu dàn chạy dưới khi chịu tác dụng của hoạt tải thì trong thanh đứng không phát sinh nội lực, tuy nhiên thanh đứng vẫn phải cấu tạo để chịu lực do tĩnh tải và đảm bảo cho kết cấu không bị biến hình

4.4.2 Nguyên tắc cấu tạo thanh dμn

- Nguyên tắc cấu tạo các thanh dàn chủ: Hình dạng mặt cắt ngang và kích thước tiết diện các thanh dàn chủ được quyết định bởi nội lực, chiều dài thanh và yêu cầu lắp ghép Mặt cắt ngang hợp lý của các thanh cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Có đủ diện tích chịu lực, đủ độ mảnh yêu cầu đối với thanh chịu nén cũng như chịu kéo Các thanh chịu nén lớn có độ cứng kháng uốn theo hai chiều đều lớn (điều này thể hiện qua độ mảnh λ theo hai phương trong mặt phẳng dàn và trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng dàn là cùng lớn);

+ Dễ liên kết các thanh vào trong nút dàn

+ Dễ thay đổi tiết diện thanh, dễ tăng cường sửa chữa

+ Tiết diện thanh cần đơn giản, ít chi tiết, dễ chế tạo, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra, dễ sơn lại và không bị đọng nước, đất, cát trong quá trình khai thác

- Chiều dài cấu tạo của các thanh dàn chủ được xác định trên cơ sở thiết kế cấu tạo chi tiết của dàn chủ

Trang 19

- Chiều cao của tiết diện phụ thuộc vào diện tích tiết diện và sự thay đổi diện tích các thanh trong các khoang dàn (đối với thanh biên) nhưng không nên chọn lớn hơn 15

1

chiều dài thanh để đảm bảo giả thiết tính toán các nút dàn đều là khớp

- Chiều ngang thanh ngoài việc để đảm bảo cho độ cứng của thanh còn phải đảm bảo cho dễ tán đinh, dễ cạo rỉ, dễ sơn, do đó với tiết diện hình hộp thì tiết diện thanh phải

đảm bảo:

+ Khoảng cách giữa hai thành đứng 400mm, trường hợp tiết diện nhỏ lòng không sâu thì ≥300mm

≥

+ Khoảng cách tĩnh của mép thép góc gắn trên hai bản đứng cho tiết diện hình hộp

có thép góc quay vào trong ≥200mm

4.4.3 Tiết diện thanh có một thμnh đứng

- Cấu tạo:

+ Thanh biên thường có mặt cắt hình chữ T Với các thanh biên chịu nén có khi còn bố trí thêm thép góc ở đầu bản đứng để bảo đảm ổn định cho bản này

Hình 4.31: Các dạng mặt cắt thanh biên

Để cấu tạo cho thuận tiện kích thước các thép góc cũng như chiều dày các bản

đứng được dùng một loại thống nhất cho tất cả các thanh trên cùng một đường biên Bản đứng của mặt cắt chữ T phải chắc chắn để liên kết với các thanh đứng

và thanh xiên của dàn chủ

+ Thanh đứng và thanh xiên được cấu tạo từ các thanh thép góc hoặc thép [ như hình vẽ Để nối được vào bản đứng của thanh biên thì giữa các thanh đứng và thanh xiên phải trừ khe hở bằng bề dày bản đứng của thanh biên, nếu mặt cắt có bản đứng ở giữa thì bề dày bản đứng này phải đúng bằng bề dày bản đứng của thanh biên

Hình 4.32: Các dạng mặt cắt thanh đứng và thanh xiên

- Đặc điểm thanh có một thành đứng:

+ Cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp và dễ chế tạo

+ Độ cứng của thanh nhỏ nhất là khi chịu uốn ngang ra ngoài mặt phẳng dàn

Trang 20

+ Khó cấu tạo được thanh có tiết diện lớn

+ Khó đảm bảo điều kiện cấu tạo nút dàn là trục các thanh dàn phải giao nhau tại một điểm nhất là khi cần thay đổi tiết diện thanh dàn

- Phạm vi áp dụng:

+ áp dụng cho các cầu có khẩu độ và chịu tải trọng nhỏ

+ áp dụng cho các cầu lắp ghép và tháo dỡ trong thời gian ngắn, đặc biệt là các cầu quân sự

4.4.4 Tiết diện thanh có hai thμnh đứng

- Cấu tạo: Loại hai thành đứng

có thể dùng cho cả thanh biên,

thanh đứng và thanh xiên

Hình 4.33: Các dạng mặt cắt thanh có 2 thành đứng Trong các cầu dàn hiện đại các thanh dàn thường được ghép nối từ các tấm thép bản được liên kết với nhau bằng liên kết hàn

Hình 4.34: Tiết diện thanh 2 thành đứng tổ hợp hàn

- Đặc điểm thanh có hai thành đứng:

+ Đảm bảo độ cứng của thanh dàn theo cả hai phương

+ Dễ dàng phát triển và thay đổi tiết diện thanh nhưng vẫn đảm bảo điều kiện trục các thanh đồng quy tại một điểm

- Phạm vi áp dụng:

+ áp dụng cho các cầu có khẩu độ và chịu tải trọng lớn

+ Do có cấu tạo phức tạp nên loại tiết diện thanh có hai thành đứng không nên áp dụng cho các cầu thi công trong thời gian ngắn

- Việc tổ hợp các thép hình và thép bản tạo thành mặt cắt thanh dàn cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Cấu tạo đơn giản, dễ tháo lắp, thay thế và bổ xung khi cần thiết

+ Dễ cạo gỉ và sơn lại trong quá trình duy tu bảo dưỡng

Trang 21

+ Không bị đọng nước và đọng rác bẩn gây ri thép

- Các dạng tiết diện thanh có hai thành đứng:

+ Thanh tiết diện chữ H: Thanh tiết diện H gồm hai bản thép đặt thẳng đứng liên kết với một bản đặc nằm ngang ở giữa Với cấu tạo như thế tiết diện H rất đơn giản về cấu tạo, dễ liên kết với các thanh dàn khác cũng như liên kết vào bản tiết điểm, khi lắp ráp hai vách đứng của các thanh dàn liên kết với hai bản nút ốp ngoài Khi cần thay đổi tiết diện chỉ cần thanh đổi chiều dày các tấm thép đứng và tấm thép nằm ngang Thanh tiết diện H có ưu điểm là dễ chế tạo, thi công, lắp ráp, dễ kiểm tra, sơn sửa trong quá trình khai thác Tuy vậy mặt cắt này có nhược điểm là độ cứng chống uốn theo hai phương là không đều nhau; dễ bị đọng nước nhất là ở thanh biên, khắc phục nhược

điểm này trên bản nằm ngang người ta khoét các lỗ thoát nước có đường kính 40mm

+ Đối với thanh có bản khoét lỗ có thể bị đọng hơi nước, khí ẩm gây han rỉ thanh trong lòng hộp Tiết diện hộp có nhược điểm là thi công các liên kết có khó khăn nhất là các liên kết bu lông so với tiết diện H, để khắc phục nhược điểm này tại vị trí liên kết tiết diện hộp có thể thu nhỏ hai thành lại để tạo thành tiết diện H

+ Về nguyên tắc thanh có tiết diện hộp được áp dụng cho tất cả các thanh trong dàn tuy nhiên đối với những thanh chịu kéo và nén thuần tuý thì nên dùng thanh có tiết diện chữ H, I

Hình 4.35: Thanh hộp có khoét lỗ

Trang 22

4.4.5 Yêu cầu về độ mảnh cho cáC CấU KIệN

4.4.5.1 Cấu kiện chịu nén

- Đối với các bộ phận chính: ≤120

r KL

- Đối với các bộ phận liên kết: ≤140

r KL

4.4.5.2 Cấu kiện chịu kéo

- Không có quy định về độ mảnh của thanh chịu kéo Tuy nhiên các bộ phận chịu kéo khác với thanh kéo như thanh có tai treo, dây cáp và các bản phải thoả mãn yêu cầu về

độ mảnh như sau:

+ Đối với các cấu kiện chính chịu lực đổi dấu: ≤140

r L

+ Đối với các cấu kiện chính không chịu lực đổi dấu: ≤200

r L

+ Đối với các cấu kiện không giằng: ≤240

r L

Trong đó:

+ L: Chiều dài không giằng

+ r: Bán kính quán tính nhỏ nhất

4.4.6 Cấu tạo thanh giằng, bản giằng, bản khoét lỗ

Với những thanh có hai nhánh để liên kết thành một tiết diện người ta thường dùng bản giằng, thanh giằng hay bản khoét lỗ