Giáo Trình Cầu Gỗ - Gs Nguyễn Viết Trung

Do đó xà mũ không chịu uốn nhưng kết cấu phần xe chạy phức tạp hơn, trên dầm dọc là dầm ngang đặt dày, trên dầm ngang là ván mặt cầu.. Mặt cầu phủ đá dăm Mặt cầu 1 lớp ván dùng cho từng

cầu gỗ cầu gỗ

Chương I:

Cấu tạo cầu dầm gỗ giản đơn nhịp nhỏ Cấu tạo cầu dầm gỗ giản đơn nhịp nhỏ

Đ1 khái niệm chung về cầu gỗ (0.5 Tiết) 1 khái niệm chung về cầu gỗ

1 ưưưưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng cầu gỗ

Gỗ là vật liệu xây dựng được dùng rộng rãi trong các công trình khác nhau do gỗ có ưu, nhược

- Dễ cháy, hư hỏng do mục, mối, mọt, hà

- Dễ nứt nẻ, cong vênh, nhiều mắt sẹo, kích thước không đồng đều giữa ngọn và gốc, tính chất cơ học không đồng nhất đẳng hướng

- Chiều dài sử dụng của cây gỗ hạn chế, tuổi thọ thấp, khi khai thác sử dụng tốn nhiều công duy

tu sửa chữa

Do những ưu nhược điểm kể trên mà cầu gỗ được dùng trong phạm vi sau:

Vượt nhịp không lớn, nơi sẵn gỗ, trên các tuyến đường địa phương, đường lâm nghiệp, làm cầu tạm để dựng cầu chính, làm sàn đạo, cầu công tác phục vụ thi công, đảm bảo giao thông thời chiến

2 Các hệ thống cơ bản của cầu gỗ

a) Hệ thống cầu dầm giản đơn

Thường có dầm dọc bằng cây gỗ tròn hoặc gỗ xẻ dùng với khẩu độ l = (8 ữ10)m, khi dầm dọc là loại gỗ tổ hợp ghép bằng chêm dọc hoặc chốt bản thì khẩu độ có thể tới (12 ữ 14)m, nếu dùng gỗ dãn keo thì (18 ữ24)m

Ưu điểm: Cấu tạo chế tao đơn giản, chiều cao kiến trúc thấp

b) Hệ thống cầu dầm có thanh chống xiên (cầu nạng chống)

áp dụng cho nhịp từ (8 ữ10) ≤ l ≤ 20m Thanh chống xiên tạo một điểm tựa cho dầm tác dụng như một trụ phụ do đó giảm mômen uốn trong dầm Khi mố trụ cao thường làm thêm thanh kéo đặt ở độ cao dưới tiếp điểm của nạng chống với cột

c) Hệ thống cầu dàn chốt

áp dụng cho l ≥ 20m Các thanh gỗ liên kết với nhau bằng chốt gỗ, thép, đinh và có thể lắp ráp trong công xưởng

a)

MNTC Thanh kéo

MNTC

b)

c)

Hình 1.1 Các dạng cầu gỗa) Cầu dầm giản đơn; b) Cầu nạng chống; c) Cầu dàn chốt

Đ2 cấu tạo cầu dầm gỗ gi cấu tạo cầu dầm gỗ giản đơn nhịp nhỏản đơn nhịp nhỏản đơn nhịp nhỏ

i cấu tạo chung (1 Tiết)

Dầm dọc đặt thưa: Cự li tim dầm dọc tương đối lớn từ (1,5 ữ 1,8)m và đặt trực tiếp lên xà mũ ở

vị trí cọc của mố trụ Do đó xà mũ không chịu uốn nhưng kết cấu phần xe chạy phức tạp hơn, trên dầm dọc là dầm ngang đặt dày, trên dầm ngang là ván mặt cầu

(0.5-0.6)m

a)

Ván mặt cầu Dầm ngang

Xà mũ Dầm dọc

(1.5-1.8)m

Dầm dọc

Xà mũ

Dầm ngang Ván mặt cầu

b)

Hình 1.2 Dầm dọc a) Dàm dọc đặt dày; b) Dầm dọc đặt thưa

Dầm dọc đặt thưa thường làm từ 2 ữ 3 cây gỗ chồng lên nhau, liên kết với nhau bằng bu lông và chốt bản để tránh xê dịch giữa chúng Mômen quán tính của dầm bằng tổng mômen quán tính của các cây gỗ tạo nên dầm

Chiều cao dầm dọc đặt thưa tương đối lớn nên cần cấu tạo liên kết ngang chắc chắn để đảm bảo ổn

định Do dầm dọc tập trung đặt ở xà mũ ngay chỗ đinh cột nên xà mũ chỉ chịu ép mặt không bị ảnh hưởng của uốn

Mặt cầu gỗ thường được đặt trên dầm ngang, hoặc đặt trực tiếp lên dầm dọc Để mặt cầu bằng phẳng người ta còn rải một lớp đá dăm dày từ (10 ữ 12)cm và trên lớp đá dăm rải một lớp nhựa đường hoặc hắc ín để làm tăng cường độ và chống nước lọt qua

Dầm dọc

Dầm ngang

Đá dăm

Hình 1.3 Mặt cầu phủ đá dăm Mặt cầu 1 lớp ván dùng cho từng trường hợp dầm dọc đặt dày, mặt cầu dầm dọc đặt thưa phải có hai lớp ván, lớp ván trên có thể đặt dọc hoặc ngang cầu

2 Mố trụ

Thông thường mố trụ cầu gỗ thường làm loại mố trụ cọc hay mố trụ kê

Mố trụ cọc: Làm phổ biến nhất, gồm một hàng cọc đóng vào đất, các cọc được liên kết với nhau bằng xà mũ bởi chốt thép hoặc đinh đỉa Cự li giữa hai cọc thường (1.5 ữ 2)m Chiều sâu đóng cọc vào

Cọc phụ MNTC MNTC

Hình 1.4 Trụ cọc

Mố trụ kê: Sử dụng khi nền đất tốt, cát chặt Cấu tạo gồm các cột, xà đế, xà mũ và xà chéo

Xà mũ Cột

Xà đế Nẹp chéo

Hình 1.5 Trụ kê Ngoài ra còn có loại mố trụ hai hàng cọc và được liên kết thành trụ không gian

ii cấu tạo chi tiết

ii cấu tạo chi tiết (4 Tiết)

Để mặt cầu bằng phẳng, xe chạy êm thuận và áp lực bánh xe phân bố cho nhiều ván hơn người

ta phủ lên mặt cầu một lớp đá dăm (10 ữ 12)cm (hoặc đất cấp phối) Trên lớp đá dăm dải lớp nhựa

đường hoặc hắc ín để tăng cường độ cứng và chống nước lọt qua

Thông thường người ta dùng ván vệt rộng (0.8 ữ 1.2) m dày (3 ữ 5)cm vừa có tác dụng chống bào mòn phân phối áp lực cho nhiều ván ở dưới Ván vệt thường gồm từ (4 ữ 6) tấm được giữ bởi đai thép

Dầm dọc c)

(80-120)cm

Dầm dọc b)

a)

Đá dăm Dầm ngang Dầm ngang

Hình 1.6 Cấu tạo mặt cầu 1 lớp ván

b) Mặt cầu hai lớp ván

• Đối với dầm dọc dải dày

Lớp mặt cầu thường gồm một lớp dầm ngang bằng gỗ tròn hoặc gỗ xẻ đặt sát cạnh nhau, bên trên là một lớp ván mặt cầu đồng nhất đặt suốt chiều dài cầu Liên kết giữa hai lớp bằng đinh mũ Lớp ván trên có tác dụng chống bào mòn và phân phối áp lực cho nhiều ván ở dưới làm cho mặt cầu bằng phẳng, êm thuận nên lấy theo cấu tạo dày từ 5 ữ 6 cm (Hình 1.7a)

• Đối với dầm dọc đặt thưa

Dầm ngang phân bố thưa hơn, kết cấu dầm ngang (0,5 ữ 0,6) m Trên dầm ngang đặt hai lớp ván Lớp ván dưới đặt theo chiều dọc cầu và có khoảng hở (2 ữ 3) cm để thoáng gió Lớp ván trên có thể đặt ngang hoặc dọc cầu dùng để phân bố áp lực hoạt tải và để chống hao mòn

+ Nếu lớp ván trên được đặt ngang thì xe chạy không bị trượt nhưng khi thay thế phải thay toàn

Ván dưới Dầm ngang Ván trên

a)

Dầm ngangMặt cầu

Hình 1.7 Mặt cầu 2 lớp ván c) Mặt cầu bằng bê tông nhựa

Mặt cầu gồm các ván đứng có chiều cao, chiều rộng khác nhau để đá dăm có thể lọt qua và làm cho lớp bêtông nhựa liên kết tốt với lớp ván mặt

Các tấm ván được liên kết chắc chắn với nhau theo hướng ngang bằng đinh

Lớp bêtông nhựa có chiều dày khoảng (4 ữ 6)cm khi xe nhẹ; (5 ữ 7)cm khi tải trọng nặng hơn Nhược điểm của loại này có tĩnh tải lớn và phải bảo vệ ván khỏi mục bằng cách tẩm thuốc phòng mục

Dầm dọc

Ván lát đứng

BT nhựa

Hình 1.8 Mặt cầu bê tông nhựa d) Cấu tạo đường người đi, lan can, tay vịn và gờ chắn bánh

- Đường người đi: Thường dùng ván lát dọc dày 5 cm đặt trên các thanh gỗ ngắn đặt theo phương ngang cầu Bề rộng lề người đi là 0,75 m kể từ mép trong cột lan can đến mép gờ chắn bánh

- Lan can tay vịn: chiều cao h = (1,1 ữ 1,2) m, cự li giữa các cột khoảng (1,5 ữ 2,5) m Tiết diện cột (14x14) cm liên kết các thanh gỗ ngang và gỗ dọc bằng bulông

- Gờ chắn bánh: để ngăn cách phần xe chạy với lề người đi

Gỗ neo b)

a)

Gỗ neo

Gốc Ngọn

LL+0.5m

Hình 1.10 Cấu tạo dầm dọc đặt dày Các gỗ neo dùng để đảm bảo ổn định của dầm dọc theo hướng ngang và liên kết với các dầm dọc bên cạnh Gỗ neo là những khúc gỗ tròn đường kính (16 ữ 18) cm đặt vào giữa mặt tiếp xúc của 2 lớp các câu gỗ dầm dọc

b) Dầm dọc đặt thưa

Dầm dọc gồm từ (2 ữ 3) cây gỗ liên kết với nhau, đặt trên xà mũ tại vị trí đỉnh cọc Kết cấu giữa các dầm dọc từ (1,5 ữ 1,7) m

Tuỳ thuộc vào tải trọng và khẩu độ nhịp có 2 kiểu liên kết dầm dọc

+ Dầm dọc tiết diện kiểu bó

+ Dầm dọc tiết diện kiểu tổ hợp

Dầm dọc tiết diện kiểu bó: Các cây gỗ được liên kết với nhau bằng neo hoặc bu lông để chống lại lực trượt theo hướng dọc giữa các cây gỗ Dầm có tiết diện kiểu bó liên kết với nhau bằng neo và thanh chéo

Khi ghép bằng chêm thì trị số khe hở giữa các cây gỗ không được lớn hơn (0,4 ữ 0,5)d đối với dầm hai lớp và 0,25d đối với dầm 3 lớp, d - đường kính cây gỗ dầm dọc

Chêm gỗ chốt bản thép

Hình 1.12 Dầm dọc kiểu tổ hợp Khi ghép bằng chốt bản, ta có chốt bản làm bằng théo hoặc gỗ cứng đặt vào rãnh xoi sẵn trong các thanh bị ghép

+ Chốt bản thép: δ = (8 ữ 12) mm

h = (7 ữ 10)δ + Chốt bản gỗ: δ = (10 ữ 16) mm

h = (4,5 ữ 6) δ

3 Cấu tạo mố trụ (vì giá)

Liên kết cọc với xà mũ: bằng mộng hay ghép chốt (hình 1.13b) Chiều sâu lỗ mộng lớn hơn chiều cao mộng một chút (từ 0,5 ữ 1) cm để áp lực không truyền lên mộng Kích thước lỗ mộng và mộng như hình vẽ Hiện nay hay dùng chốt thép gọi là đinh xuyên tâm Chốt thép có thể là đinh đóng qua lỗ

xà mũ xuống cọc hay đặt chốt vào lỗ khoan sẵn

Xà mũ: Mặt trên bạt phẳng để kê dầm Mặt dưới bạt phẳng ở vị trí cọc (hình 1.13b) Trường hợp

xà mũ vuông có thể dùng thêm đai thép liên kết với cọc và bắt bulông như (hình 1.13c)

Cọc: có thể dùng cây gỗ hay gỗ hộp Khi chiều dài dọc lớn phải tiến hành nối dài Vị trí mối nối cao hơn MNTN ≥ (0,3 ữ 0.5) m ở chỗ kẹp ngang Mỗi nơi phải đơn giản truyền áp lực tốt Có thể nối bằng ống thép hay kẹp bằng sắt góc với bulông Nối áp dùng đai ốc và bulông kẹp chặt (hình 1.13d) Khi chiều sâu đáy cọc lớn có thể nối dài trong quá trình đóng Trường hợp này mối nối phải chắc chắn hơn bằng đai thép và giữ chặt bằng đinh móc hay đóng đinh để đai không xê dịch theo cọc khi đóng (hình 1.13d)

Các xà ngang và chéo: liên kết với cọc bằng mộng tròn Chiều sâu khoét lỗ trong nhỏ hơn (2 ữ 3) cm sau đó bị kẹp chặt bằng bulông Nếu cọc bằng gỗ hộp và kẹp bằng ván xẻ thì không cần mộng Thanh chống xiên: Liên kết với cọc ở đầu thanh bằng mộng tỳ kiểu răng cưa và cũng xiết chặt bằng bulông (hình 1.13e)

Các bu lông: liên kết đều có rông đen bằng thép lá dày ≥ 0.3 cm để tránh ép dập gỗ

III nối tiếp đường với cầu (0.5 Tiết)

Nguyên nhân gây ra ổ gà tại chỗ tiếp giáp giữa cầu với đường là do độ cứng của cầu và đường khác nhau Do đó, chỗ nối từ cầu vào đường phải đảm bảo cho xe chạy êm thuận, đồng thời cấu tạo chỗ nối phải tránh làm cho kết cấu của cầu chóng bị mục nát và phải dùng được lâu Vì vậy phải giải quyết tốt chỗ nối tiếp giữa cầu với đường Thông thường hình thức nối tiếp giữa cầu với đường như sau:

- Tường chắn đất: được làm bằng gỗ xẻ đôi hoặc gỗ tròn nhỏ do cọc gỗ ở mố hoặc hàng cọc đặc biệt chống đỡ Tường chắn được đặt từ độ cao dưới nền đường (30ữ50)cm để chống đất bị ép trồi Giữa tường chắn và đầu mút dầm dọc để 1 khe hở ∆ ≥ 5cm cho thoáng gió Về phía nền đường còn phủ 1 lớp

đất sét để chống mục cho tường chắn

Bản đệm gỗ

Lớp đệm đất sét

Tường chắn

cọc tường chắn trụ

Đá hộc

Hình 1.14 Chỗ nối cầu vào nền đường

- Để chống lún của nền đường chỗ nối, người ta dùng một bản đệm bằng gỗ xẻ đôi ghép bằng chêm ngang đặt trên 1 lớp cát dưới mặt đường 1 chiều sâu nhỏ, một đầu tựa trên tường chắn Bản gỗ này phân bố áp lực bánh xe trên nền đường và bảo đảm cho việc qua lại đường bình thường khi đất bị lún

Ta thấy khi không có bản đệm, đất nền đường sẽ bị lún sâu ở chỗ nối, đất nền đường và phàn tư chóp nón phải đắp bằng đất tốt, đầm kỹ từng lớp mỏng àm sao cho độ lún rất ít

Để chống ẩm cho tường chắn và bản đệm, ở chỗ nối về phía nền đường trên chiều dài khoảng 5m, có quét hắc ín hoặc làm 1 lớp phòng nước bằng bê tông nhựa

IV ví dụ về cấu tạo

IV ví dụ về cấu tạo

Chương II:

Tính toán các bộ phận cầu dầm gỗ giản đơn nhịp nhỏ

Tính toán các bộ phận cầu dầm gỗ giản đơn nhịp nhỏ

Đ1 tính ván mặt cầu (1 Tiết) 1 tính ván mặt cầu

Nguyên tắc chung khi tính toán:

- Tải trọng ô tô là tải trọng bất lợi nhất do tác dụng của tải trọng xe xích tác dụng lên mặt cầu thường không nguy hiểm
khi tính toán chỉ cần tính theo áp lực của bánh xe ôtô nặng

- Các ván lát của mặt cầu chủ yếu chịu uốn

- Sơ đồ làm việc là dầm liên tục trên các gối đàn hồi, nhưng thiên về an toàn và đơn giản trong tính toán người ta tính toán như dầm giản đơn dựa trên các gối là các dầm ngang và dầm dọc

1 Tính ván 1 lớp

- Nguyên tắc:

+ áp lực tập trung của bánh xe trên cầu tác dụng hoàn toàn lên 1 cây gỗ

+ Coi mặt cầu là dầm giản đơn có chiều dài tính toán là cự ly L giữa các dầm dọc

s P

4

b2

L2

PnM

o v 1 h

o v 1 h max

nh - hệ số vượt tải của hoạt tải ôtô, nh = 1.4

Lv- chiều dài tính toán của ván lát mặt cầu

- Tính duyệt:

Duyệt cường độ theo ứng suất pháp:

u max 1.2RW

M3.1

≤

=σTrong đó:

W - mômen chống uốn của tiết diện cây gỗ có xét đến giảm yếu do trong quá trình sử dụng cầu bản mặt cầu có thể bị mòn đi từ 2ữ3cm do đó đưa ra hệ số 1.3

Ru - cường độ tính toán của cây gỗ khi chịu uốn

(Gỗ nhóm IV khi độ ẩm W=15% Ru =17 Mpa, W = 18% thì Ru = 15 Mpa)

Theo Quy trình, khi tính toán cầu dầm đặc giản đơn và kết cấu nhịp phần xe chạy thì cường độ tính toán gỗ khi chịu kéo, chịu nén và chịu uốn được phép tăng lên 20%

2 Tính ván 1 lớp trên phủ đá dăm

Trường hợp này áp lực tập trung của bánh xe sẽ phân bố theo 1 góc bằng 450 qua tầng đá dăm Gọi h là chiều dày lớp đá dăm, lấy lừ 1/4 đường kính thanh trong bản mặt cầu đến mặt cầu đối với bản mặt cầu là cây gỗ, còn đối với ván lát thì h bằng chiều dày lớp đá dăm

a= a0 + 2h Trong đó: ao- chiều dài bánh xe tiếp xúc với mặt cầu

Theo QT 1979, với các đoàn xe ôtô tiêu chuẩn ao= 20cm

Chiều rộng tiếp xúc của vệt bánh xe xuống qua lớp đá dăm là:

b= b0 + 2h Trong đó: bo - bề rộng bánh xe

Theo QT 1979, xe H10 có: bo=0.3m đối với xe thường,

m= o+Trong đó: d- đường kính cây gỗ

áp lực do mỗi cây gỗ phải chịu là:

PP

=

2

bL4

Pn8

Lq

Mmax 1 v2 h 1 vTrong đó:

g1 - tải trọng rải đều do trọng lượng bản thân ván

g2- tĩnh tải rải đều trên 1 ván mặt cầu do trọng lượng lớp đá dăm

g2=hdγđ

γđ- trọng lượng thể tích của lớp đá dăm, γđ = 1.7 T/m3 Tính duyệt: Công thức tính duyệt giống trên nhưng không kể đến độ bào mòn lớp ván mặt cầu

u max 1.2RW

M

≤

=σ

3 Tính ván mặt cầu 2 lớp ván

Theo Quy trình, khi làm bản mặt cầu 2 lớp, lớp trên không cần tính toán chỉ căn cứ vào điều kiện

bị hao mòn mà quy định bề dày từ 5ữ6cm Lớp bản dưới chịu lực, coi như dầm giản đơn đặt tự do trên các gối và tính như dầm chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng ôtô, vì tải trọng này cho nội lực bất lợi nhất Khi lớp dưới bằng ván gỗ, khẩu độ tính toán L của nó sẽ bằng khoảng cách l1 giữa mép trong của phần xén bằng của 2 dầm ngang cộng với bề dày ván gỗ h

Nhưng bất kỳ trường hợp nào L cũng không được lớn hơn khoảng cách lo giữa trục 2 dầm ngang Khi lớp dưới bằng gỗ xẻ đôi hặc gỗ tròn nhỏ, khẩu độ tính toán khẩu đọ tính toán sẽ lấy bằng khoảng cách giữa trục 2 dầm dọc đỡ nó

áp lực tập trung P của bánh xe ôtô từ lớp trên sẽ truyền xuống vài tấm ván của lớp dưới

Trường hợp lớp trên và ván dưới đặt dọc thì số ván chịu áp lực P sẽ tính theo hình 2.3

L a

P1 = 3

P

và

5.2P

Trường hợp lớp trên và ván dưới đặt thẳng góc nhau cần xét đến sự phân bố đàn hồi của áp lực bánh xe từ lớp trên xuống, áp lực tính toán của mỗi thanh lớp dưới trong bản mặt cầu loại này có thể lấy gần đúng bằng 1/2 áp lực bánh xe P

Dưới tác dụng của áp lực bánh xe ôtô, mỗi thanh của lớp dưới bản mặt cầu sẽ chịu 1 mômen uốn tính toán ( bỏ qua trọng lượng ản thân của bản mặt) là:

b2

Ln.2P

Trong đó: P/n - áp lực trên mỗi thanh lớp dưới bản mặt cầu

n – số tám ván lớp dưới chịu áp lực bánh xe

b – chiều dài phân bố của tải trọng truyền trên lớp ván dưới

Hệ số phân bố ngang chính là hệ số phân bố tải trọng cho các bộ phận của kết cấu nhịp

Hệ số phân bố ngang do tải trọng phụ thuộc: - Sự phân bố dầm dọc trên mặt cắt ngang cầu

- Số lượng dầm dọc và khoảng cách giữa chúng

- Độ cứng dầm dọc

Số lượng dầm tập trung theo mặt cắt ngang cầu thường nhỏ hơn (4ữ5) dầm Dùng phương pháp đòn bẩy để xác định hệ số phân bố ngang với các giả thiết:

- Dầm ngang đặt trên dầm dọc là giản đơn và có mối nối

- Không xét đến sự phân bố đàn hồi của tải trọng vì ảnh hưởng không đáng kể

Hình 2.5 Sơ đồ xếp xe ôtô ngang cầu Như hình 2.5 ta có áp lực trên dầm dọc số 2:

P2 = P (1+y1 + y2) =

2

Q(1+y1 + y2) Trong đó: Q =2P – Tải trọng một trục xe

P – Trọng lượng 1 bánh xe

P2 = Q

2

yy

1+ 1+ 2 là hệ số phân bố ngang của dầm 2