GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ CẦU THÉP

BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 1 - - GI GI Á Á O O Á Á N MÔN H N MÔN H Ọ Ọ C C - - THIẾT KẾ CẦU THÉP GV: TR GV: TR Ầ Ầ N VĂN Đ N VĂN Đ Ứ Ứ C C BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 2 - - CHƯƠNG CHƯƠNG 1 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 MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 3  Cầuthéplàloạicầu đượcsử dụng rộng rãi nhất, do tính chất ưuviệtcủavậtliệu thép, khả năng chịunénchịukéogầnnhư nhau, chịuuốncũng rấttốt.  Ngày nay thép còn được đưa thêm các thành phần kim loại khác tạoranhững loại thép hợp kim có những tính năng tốthơnvàcường độ rất cao.  Thép ngày càng trở nên quan trọng, nhấtlà đốivớinhững cầuphảivượtnhịplớn. BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 4 1.1. V 1.1. V À À I N I N É É T V T V Ề Ề L L Ị Ị CH S CH S Ử Ử PH PH Á Á T TRI T TRI Ể Ể N N -Cầu kim loạixuấthiệnsaucầugỗ, cầu đá. -Khoảng thế kỷ 18, khi công nghiệp kim loạichâuÂu còn ở bước đầu trong quá trình phát triển. Ban đầulà các cầu vòm gang ra đời và phát triển song song cùng vớicầutreobằng xích sắt. Sau đólànhững chiếc cầudầm gang ra đời, khi công nghệ luyện kim phát triển cầudầm gang được thay thế bằng cầudầmthép. BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 5 - Các cầudầm đặcvàdầmhìnhhộptỏ ra không kinh tếđốivới các nhịplớn vì không sử dụng hếtcường độ vậtliệucủa thành đứng, kếtcấuthường nặng nề và tốn nhiều thép, do đó dầm đặc đượcthaythế bằng giàn. Sự phát triểncủacầu giàn theo hướng đơ ngiảnhóahệ thanh bụng và sử dụng các biện pháp liên kếtcóhiệuquả hơn. - Khoảng cuốithế kỷ 19 đầuthế kỷ 20 là thờikỳ khoa họckỹ thuậttrênthế giới phát triểnrấtmạnh. Do đótrựctiếp ảnh hưởng đến ngành xây dựng cầu. Nhiềucầuthé pliên tục và mút thừa ra đờivớikhả năng vượt nhịplớn. BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 6 - Song song vớisự phát triểncủacầu giàn là sự phát triểncủacầuvòmvàcầu treo, các cầu vòm bằng thép có đường tên thoải, hệ vòm có thanh kéo… có khả nă ng vượtnhịplớn. Các loại cầu treo dây võng và dây văng cũng phát triểnrấtmạnh về chiều dài nhịpchođến ngày nay. BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 7 - Bên cạnh sự phát triểnrấtmạnh của mình ngành xây dựng cầutrênthế giớigặp không ít những thấtbại, điểnhìnhnhấtlàcầutreoTacoma ở Mỹ, nhịp855m đãbị sậpnăm 1940 do gió lớn, nguyên nhân chính là do cầucócáckíchthước quá mảnh không đủ cứng theo phương đứng và ngang. - Ở ViệtNam, cầuCầnThơ sập02 nhịpdẫn 25/09/2007, nguyên nhân do lún trụ tạmkhiđang thi công. * Mộtsố thấtbại trong lịch sử phát triển: BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 8 - Chính những thấtbại đó đã giúp cho các nhà khoa học nghiên cứuvề cầurútranhững kinh nghiệm để xây dựng nên những công trình cầulớnnhư hiện nay. - Ở ViệtNam cầu thép đượcxâydựng chủ yếu từ thờithực dân Pháp đôhộ. Hầuhếtcáccầu đềulàmbằng thép, điểnhìnhnhấtlàcầuCầu Long Biên là cầu giàn mút thừa l=130m và nhịptreol tr =52,5m(Σl gần 3km), cầuHàm Rồng là cầu vòm ba khớpchạydướicóthanh kéo nhịp l=160m (cầubị phá huỷ năm 1946) BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 9  Phân tích mộtloạtcáccầuthéphiện đạitrênthế giới trong những nămgần đây thấynổibậtbap hương hướng rõ rệt: -Phương hướng thứ nhấtlàsử dụng các loại thép chấtlượng cao nhằmgiảm giá thành công tác duy tu bảoquảnvàsơncầu. + Nghiên cứu các biện pháp chống gỉ cho vậtliệu thép + Nhiềuloạisơnmớichấtlượng cao + Vấn đề bọc các bó dây cáp cường độ cao 1.2. 1.2. PHƯƠNG HƯ PHƯƠNG HƯ Ớ Ớ NG PH NG PH Á Á T TRI T TRI Ể Ể N N BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 10 - Phương hướng thứ hai là tiếptục nghiên cứu tìm kiếmcáchệ liên hợp để vượt các nhịp dài, có tính thẩmmỹ cao: + Sơđồcầu thép hệ liên hợptiếptục được nghiên cứuápdụng. + Dự án cầutreovàcầudâyvăng liên hợp có nhịp 5000m đang đượctriển khai. + Cầu vòm có thanh kéo thế hệ mớivới ống thép nhồi bêtông [...]... dùng cho cầu thép - Thép cácbon có thể được chế tạo từ các loại thép vụn hoặc xác ôtô, được đưa vào lò luyện cho đến khi đạt được các tính chất cơ học cấn thiết - Một trong những tính chất cơ bản của thép cácbon cho cầu thép là dễ xác định cường độ chảy (Fy=250MPa) tiếp theo là thềm chảy trong vùng chảy dẻo - Đây là loại thép chế tạo đơn giản nhất trong các loại thép dùng cho công trình Cầu - Thép Cácbon... “S” 5 Thép hình “C” dạng lòng máng, phía trong vát nghiêng 6 % 6 Thép hình “MC” dạng lòng máng 7 Thép hình “L” cánh bằng nhau 8 Thép hình “L” cánh không bằng nhau BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 24 BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 25 BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 26 1.4 CÁC HỆ THỐNG CHÍNH CỦA CẦU THÉP - Thép là vật liệu đẳng hướng, có khả năng chống đỡ tốt mọi tác động của ngoại lực, cho nên cầu thép có... loại thép hình cho công trình BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 16 b Thép hợp kim thấp cường độ cao - Các loại thép này có được cường độ chảy và kéo lớn hơn thép Cácbon, nhưng tỷ lệ các chất phụ gia nhỏ hơn thép hợp kim - Thép hợp kim thấp có cường độ chảy cao (Fy=345MPa) khi cán nóng, cao hơn sẽ gia công nhiệt sẽ - Thép hợp kim thấp cường độ cao chịu hàn và thích hợp cho bản, thanh và thép hình công trình. .. loại thép hình dùng trong cầu thép a Thép bản, thép tấm - Thép tấm thường có chiều dài từ 4,5 - 8m(đặc biệt 5-18m); rộng từ 1,2 - 2,2m; chiều dày đến 60mm - Các yêu cầu cấu tạo: + Chiều dày thép tấm phải đảm bảo: * Đối với bộ phận chính: δ ≥ 10~12mm * Đối với bộ phận phụ : δ ≥ 8mm * Đối với bộ bản đệm : δ ≥ 4mm * Đối với bộ bản nút : δ ≥ 10mm BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 20 + Bản thép trong kết cấu... hiện đại: liên kết hàn và bulông cường độ cao, liên kết dán + Sau cùng là vấn đề điều chỉnh nội lực BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 12 1.3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CẦU THÉP 1.3.1 Phân loại thép công trình - - Các tính chất cơ học của thép công trình điển hình được miêu tả bằng bốn đường cong ứng suất-biến dạng trên Hình 1.2 Mỗi đường thể hiện một loại thép có thành phần đáp ứng được các nhu cầu đặc biệt... cho thép cầu trong ASTM (1995) với ký hiệu A709/A709M-94a (M chỉ mét và 94a chỉ năm xét lại lần cuối) Cấp thép có chữ “W” ở trước chỉ thép chống gỉ BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 13 Hình 1.2 Các đường cong ứng suất - biến dạng điển hình BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 14 Bảng 1.1 Các tính chất cơ học tối thiểu của thép công trình về hình dạng, cường độ và độ dày BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 15 a Thép. .. cấu hàn không nên lấy dày quá: * Đối thép than (cacbon) : δ ≤ 50mm * Đối thép hợp kim : δ ≤ 40mm BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 21 b Thép hình - Theo tiêu chuẩn ASTM, thép hình dùng trong cầu thép có 8 dạng như sau: 1 Thép hình “W” có dạng chữ I cánh rộng đối xứng, phía trong bản biên được lượn cong parabol [Kí hiệu thép hình] x [chiều cao(mm)] x [khối lượng(kg/m)] 2 Thép hình “S” có dạng chữ I đối xứng,... giống thép hợp kim thấp cường độ cao BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 18 d Thép hợp kim cường độ cao gia công nhiệt - Cường độ chảy Fy > 690MPa và độ dai lớn hơn ở nhiệt độ thấp - Tính dẻo thấp hơn và để thận trọng cần phải làm thí nghiệm trước khi sử dụng thép gia công nhiệt - Chỉ thích hợp cho thép tấm dùng trong công trình cầu - Thép hợp kim có tính bền gỉ cao nhất trong bốn nhóm thép BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG... nay + Cầu dầm thép có thể đạt tới nhịp 200-300m BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 28 Hệ thống cầu dầm BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 29 1.4.2 Hệ thống cầu giàn: - Đặc điểm: + Cũng giống như cầu dầm, cầu giàn chỉ truyền áp lực thẳng đứng + Dễ tiêu chuẩn hoá và định hình hoá kết cấu nói chung và từng thanh từng phân tố nói riêng + Thi công tương đối đơn giản, lắp ráp theo công nghệ hẫng không cần giàn giáo. .. 3 Thép hình “HP” có dạng chữ H, cánh rộng, thường dùng làm cọc đóng, có chiều dày vách và biên như nhau, chiều cao và chiều rộng như nhau BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN 22 a) b) h=76~622 h =106 ~1118 b=59~204 a) Thép hình ‘S’ b) Thép hình ‘W’ c) Thép hình ‘M’ d) Thép hình ‘HP’ c) Các loại thép hình I theo ASTM b=100~424 d) h=97 ~305 b=47~127 BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN h =204~361 b=207~378 23 4 Thép