Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chương III: Cấu tạo chung của cầu thép - 96 - Khi chiều cao sườn dầm ngang không đủ bố trí được 60-70% tổng số đinh cần thiết để l
Trang 1Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chương III: Cấu tạo chung của cầu thép - 96 -
Khi chiều cao sườn dầm ngang không đủ bố trí được 60-70% tổng số đinh cần
thiết để liên kết dầm ngang vμo dμn chủ thì ta dùng bản góc (bản chắp) để mở rộng diện
đinh liên kết
Hình 3.61: Liên kết dùng thép góc vμ bản góc
Khi nối dầm ngang vμo dμn chủ theo những cách nói trên mμ dùng đinh tán có 1
nhược điểm chung lμ các đinh tán nằm ở phần trên của thép góc liên kết áp vμo bản nút
dμn bị rứt đầu đinh rất bất lợi Để khắc phục nhược điểm nμy, ta dùng bản mũi rùi; mặt
khác bản mũi rùi còn giúp cho liên kết được chắc chắn hơn vμ áp lực từ dầm ngang
truyền sang 2 nhánh của các thanh biên dμn cũng đều hơn
Hình 3.62: Liên kết dùng bản mũi rìu
Tuy nhiên loại nμy có nhược điểm lắp ráp rất khó khăn, phải lách bản đó vμo 2 nhánh
thanh đứng dμn chủ Do vậy mặc dù có ưu điểm nói trên, loại bản lưỡi rìu ngμy nay hầu
như hoμn toμn không dùng
Trang 2
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chương III: Cấu tạo chung của cầu thép - 97 -
Chú ý:
Hình 3.61: Sơ đồ biến dạng của hệ dầm mặt cầu khi thanh biên dμn chủ bị dãn dμi ra
• Ta biết hệ thống dầm mặt cầu cùng chịu lực với dμn chủ dưới tác dụng của tải
trọng thẳng đứng Khi đó dầm dọc sẽ xuất hiện lực dọc phụ vμ dầm ngang bị uốn vμ
xoắn Nguyên nhân: dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng, chiều dμi dầm dọc
không thay đổi nhưng các thanh biên dμn chủ cùng mức mặt cầu bị biến dạng dμi ra
hoặc ngắn lại gây ra nội lực phụ trong dầm dọc vμ dầm ngang Dầm ngang đầu cùng
bị uốn nhiều nhất, còn dầm dọc ở các khoang giữa có lực dọc phụ lớn nhất
• Khi chiều dμi nhịp cμng lớn thì nội lực phụ cμng lớn Để khắc phục, người ta giải
quyết bằng cách phân mặt cầu thμnh những đoạn có chiều dμi 50-60m, dầm dọc tại
vị trí đó được cấu tạo gián đoạn
4.3.2-Tính toán:
Ta coi liên kết không chịu mômen mμ chỉ chịu phản lực gối dầm ngang Qg khi
coi dầm ngang lμ dầm đơn giản
Số lượng đinh được tính:
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
=
0 2 2
0 2 1
R m
Q n
R m
Q n
g g
μ
μ
(3.20)
Trong đó:
+n1: số đinh liên kết sườn dầm ngang với thép góc liên kết, ứng với hệ số điều
kiện lμm việc m2 = 0.9
+n2: số đinh liên kết dμn chủ với thép góc liên kết, ứng với hệ số điều kiện lμm
việc m2 = 0.85
Ta cần chú ý rằng số đinh dùng để liên kết cánh thép góc với thμnh đứng của
thanh biên dμn chủ sẽ không thuộc nhóm n2
- -
Trang 3Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chương IV: Thiết kế cầu dầm - 97 -
CHƯƠNG IV: THIếT Kế CầU DầM
Đ4.1 khái niệm chung
1.1-ưu, nhược điểm vμ phạm vi áp dụng:
Cầu dầm lμ cầu mμ bộ phận chịu lực chính của nó lμ dầm có sườn đứng ở dạng
đặc Từ khi xuất hiện cầu dμn tiết kiệm vật liệu hơn thì phạm vi sử dụng của cầu dầm có phần bị thu hẹp để dùng cho nhịp ngắn hơn từ 20-25m Tuy nhiên do nó có kết cấu đơn giản, thi công nhanh, dễ dμng, rẻ tiền hơn mặc dù có tốn thép nhưng cầu dầm vẫn dùng cho nhịp 50-80m, thậm chí đến 150-300m
Hầu hết cầu dầm có mặt cầu đi trên, vì thế có thể thu hẹp bề ngang mố trụ cầu,
đồng thời mặt cầu có phần đơn giản về mặt cấu tạo Hơn nữa, toμn bộ kết cấu nhịp được phần mặt cầu ở bên trên che cho không bị nước mưa Chỉ trong những trường hợp đặc biệt khi chiều cao kiến trúc quá hạn chế mới lμm mặt cầu đi dưới
ưu điểm:
• Cấu tạo đơn giản, lắp ráp nhanh
• Với nhịp ≤50-80m thì kinh tế hơn so với cầu dμn
• Rất tiện lợi khi dùng liên kết hμn
Nhược điểm:
• Tốn vật liệu thép nhất lμ khi chiều dμi nhịp tăng
Phạm vi sử dụng:
pháp tính toán chính xác về ổn định của sườn dầm đồng thời đề xuất những loại kết cấu vμ hệ thống cầu hợp lý như bản BTCT cùng chịu uốn với dầm, bản trực giao, đã mở ra những triển vọng mới về ứng dụng rộng rãi cầu dầm vμ thực tế
đã xây dựng cầu dầm có nhịp đến 300m
1.2-Sơ đồ cầu dầm:
Theo sơ đồ tĩnh học có 3 loại: dầm đơn giản, liên tục vμ mút thừa
1.2.1-Cầu dầm đơn giản:
l
Hình 4.1: Cầu dầm đơn giản
Cầu dầm đơn giản thường dùng l ≤ 40-60m, đối với nhịp l ≤ 25-30m thì rất kinh
tế Mặc dù nó có khối lượng thép lớn nhưng do cấu tạo, thi công đơn giản nên giá thμnh vẫn rẽ Nó có thể áp dụng cho các loại địa chất vμ rất thích hợp cầu nhiều nhịp Cầu dầm
đơn giản thường lμm chiều cao h không thay đổi
Trang 4
Chương IV: Thiết kế cầu dầm - 98 -
1.2.2-Cầu dầm liên tục:
Loại biên gãy khúc
Loại biên cong
Hình 4.2: Cầu dầm liên tục
Cầu dầm liên tục có thể sử dụng khi nhịp l ≥ 50m Khi nhịp l ≤ 50-60m có thể lμm chiều cao không đổi, khi nhịp lớn 60-80m thì cần lμm chiều cao thay đổi dưới dạng biên gãy khúc hoặc biên cong Dầm liên tục thường lμm số nhịp ≥ 3, nhịp biên nhỏ hơn các nhịp giữa l1=(0.7-0.8)l2 để cho các mômen 2 nhịp gần bằng nhau
ưu diểm:
• Nội lực nhỏ hơn so với cầu dầm đơn giản cùng nhịp, nó có độ cứng lớn nên độ võng nhỏ hơn
• Trên trụ cầu có 1 hμng gối đặt đúng tâm nên kích thước trụ nhỏ hơn
• Đường đμn hồi liên tục nên xe chạy êm thuận
• ít khe nối
Nhược điểm:
• Có ứng suất phụ khi mố trụ lún không đổi, sự thay đổi nhiệt độ
• Cấu tạo vμ thi công phức tạp hơn
1.2.3-Cầu dầm mút thừa:
l2
Hình 4.3: Cầu dầm mút thừa
Khi địa chất xấu khó dùng cầu liên tục, người ta dùng cầu dầm mút thừa Về mặt
ưu điểm nó gần như cầu dầm liên tục nhưng do có khớp nên chế tạo, thi công vμ sử dụng bất lợi; nó có đường đμn hồi gãy khúc nên xe chạy không êm thuận
Cầu dầm mút thừa nμy có thể điều chỉnh được nội lực khi ta thay đổi vị trí của khớp Chính từ điều kiện phân phối mômen tại trụ vμ giữa nhịp hợp lý nên người ta thường lấy lk=(0.2-0.35)l1 khi có nhịp đeo vμ lk=0.2l1 khi không có nhịp đeo
1.3-Kích thước cơ bản của cầu dầm:
Các kích thước cơ bản của cầu dầm lμ:
Trang 5Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chương IV: Thiết kế cầu dầm - 99 -
• Chiều dμi nhịp l
• Chiều cao dầm h
• Khoảng cách giữa các dầm chủ d
1.3.1-Chiều cao dầm chủ h:
Chiều cao h được xác định xuất phát từ các điều kiện sau:
• Kinh tế có nghĩa lμ khối lượng thép nhỏ nhất
• Không chế độ cứng
• Chiều cao kiến trúc, chế tạo vμ vận chuyển
1.3.1.1-Chọn theo điều kiện kinh tế:
Ta xét 1 tiết diện dầm chịu mômen M như sau:
bản biên F
sừơn đứng F
S
M
Hình 4.4: Sơ đồ tính toán h theo điều kiện kinh tế
• Mômen M được quy thμnh lực S:
h
M
S = , khi đó diện tích bản biên cần thiết
u b
R
S
F = với Ru lμ cường độ của thép Khi đó khối lượng bản biên trên 1 m dμi
lμ
h R
M R
S v
u
b b
u b
.
.
1
=
= với ψb lμ hệ số cấu tạo biên dầm
s s
v =δ ψ với ψs lμ hệ số cấu tạo sườn dầm Ta thấy δs phụ thuộc vμo h nên ta
có thể đặt δs=α.h, thay vμo ta có: v s =α.h2.ψs
u s
h R
M v
v
2 +
= +
• Ta tìm khối lượng thép nhỏ nhất Vmin bằng các giải phương trình đạo hμm:
3 3
2
.
.
0
.
0
u s
b b
u s s
b
M h
R
M h
h h
R
M dh
dV
ψ α
ψ ψ
ψ α ψ
α
ψ + = → = → =
ư
→
. s
b k
ψ α
ψ
u R
M k
h= Mặt khác
0
R
M
W = lμ mômen quán tính chống uốn Do vậy ta có công thức đi tìm chiều cao h để thỏa mãn điều kiện kinh tế lμ:
3
u R
M k
h= (4.1)
Trong đó:
