Bài giảng thiết kế cầu

MỤC LỤC Chương 1: Tổng luận cầu 1.1. Công trình cầu 1.2. Các tài liệu khảo sát phục vụ thiết kế 13 1.3 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 14 1.4 Khổ giới hạn 29 1.5 Yêu cầu vật liệu thiết kế xây dựng cầu 32 Chương 2: Mố, trụ gối cầu dầm 40 2.1 Khái niệm chung mố trụ cầu 40 2.2 Cấu tạo trụ cầu dầm 42 2.3 Cấu tạo mố cầu dầm 49 2.4 Cấu tạo gối cầu 60 2.5 Tính toán mố trụ cầu 64 Chương 3: Cầu dầm bê tông cốt thép 79 3.1 Cầu dầm bê tông cốt thép 79 3.2 Cầu dầm bê tông cốt thép nhịp giản đơn 88 3.3 Tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm bê tông cốt thép 113 3.4 Cầu dầm bê tông cốt thép nhịp liên tục….………… ………… ………………….….126 Chương 4: Cầu thép 148 4.1 Giới thiệu chung cầu thép 148 4.2 Cầu dầm thép 152 Chương 5: Cầu dàn thép 177 5.1 Khái niệm chung 177 5.2 Các phận cầu dàn thép 178 5.3 Các sơ đồ cầu dàn thép 179 5.4 Hệ mặt cầu 181 5.5 Cấu tạo dàn 182 5.6 Cấu tạo tiếp điểm (nút dàn) 186 Tài liệu tham khảo………………………….………………………………………………185   3    Chương TỔNG LUẬN CẦU 1.1 CÔNG TRÌNH CẦU 1.1.1 Các dạng công trình phục vụ giao thông đường Để bảo đảm tuyến đường liên tục xe cộ lưu thông an toàn, người ta xây dựng cầu, cống, hầm, đường tràn công trình khác gọi công trình nhân tạo phục vụ giao thông đường Công trình cầu: Cầu định nghĩa công trình vượt qua chướng ngại dòng nước, thung lũng, đường, khu vực sản xuất hoạc khu thương mại hoạc vật cản Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 Cầu kết cấu vượt độ không 6m tạo thành phần đường Hinh 1.1: Một số dạng công trình cầu a- Cầu qua sông, b- cầu vượt, c-cầu cao (viaduct), d- cầu cạn Công trình thoát nước nhỏ: Đường tràn, Cầu tràn, Cống Đường tràn công trình vượt sông có mặt đường nằm sát cao độ đáy sông Hay nói cách khác độ chênh cao cao độ đáy sông cao độ mặt đường tràn không lớn Thông 4    thường khu vực vào mùa khô nước cạn Vào mùa mưa, nước chảy tràn qua mặt đường xe cộ lại Khi thiết kế cho phép số ngày năm xe cộ không qua lại Hinh 1.2: Đường tràn Cầu tràn công trình thiết kế dành lối thoát nước phía dưới, đủ để dòng chảy thông qua với lượng định Khi mực nước vượt lưu lượng này, nước tràn qua công trình Cầu tràn đường tràn thường tạo nên chướng ngại vật lòng song nên cần ý chống xói lở cho công trình Cống công trình thoát nước dành lối thoát nước phía đường không cho phép nước chảy qua công trình lưu lượng lớn Cống thường làm từ vật liệu có độ bền cao, có khả thoát nước có lưu lượng trung bình tương đối lớn Cống có nhiều dạng mặt cắt khác nhau, thường thấy dạng cống tròn cống hộp Trên thực tế có hai hình thức sử dụng cống, cống dọc cống ngang đường Cống dọc dẫn nước cần thoát theo dọc tuyến đường đến nơi xả nước định; cống ngang đường thường thiết kế để tuyến vượt qua dòng nước nhỏ hoạc dùng để thoát nước theo ngang đường Trên cống có đất đắp dày tối thiểu 0,5m để phân bố áp lực bánh xe giảm lực xung kích Tường chắn: Là công trình xây dựng để chắn đất Tường chắn thường xây dựng trường hợp như: xây dựng đường điều kiện trì độ dốc tự nhiên mái taluy đường hay cần hạn chế việc chiếm dụng mặt đắp Hầm công trình nhân tạo nằm lòng đất hoạc nước có lối thông bên Hinh 1.3: Hầm Kim Liên – Hà Nội Các công trình nhân tạo chiếm đến 10-15% giá thành xây dựng đường ô tô Tại nơi tuyến đường qua miền núi cao, sông lớn, giá thành công trình tăng lên nhiều Vì việc chọn loại công trình thích hợp, thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn kĩ thuật có ý nghĩa lớn 5    việc hạ thấp giá thành xây dựng Các công trình nhân tạo có tầm quan trọng việc phát triển kinh tế - xã hội, văn hóa an ninh quốc phòng 1.1.2 Các phận kích thước công trình cầu Công trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn vào cầu, công trình điều chỉnh dòng chảy gia cố bờ sông vị trí đặt cầu (nếu có) Các phận Cầu gồm có kết cấu phần kết cấu phần Hình 1.4: Các phận công trình cầu 1- kết cấu nhịp; 2- trụ; 3- mố; 4- gối cầu; 5- móng; 6- mô đất đắp ¼ nón; 7- đường đầu cầu Kết cấu phần (Kết cấu nhịp cầu) Kết cấu nhịp cầu: phận trực tiếp đỡ tải trọng tác động cầu Kết cấu nhịp cầu đa dạng phân loại theo sơ đồ tĩnh học, dạng mặt cắt ngang dầm theo vật liệu Kết cấu nhịp cầu bao gồm phận sau: phận mặt cầu, phận chịu lực chính, phận liên kết gối cầu a) Bộ phận mặt cầu: tập hợp tất phận tiếp nhận tải trọng từ xe cộ lưu thông cầu sau truyền tải trọng xuống phận chịu lực Bộ phận mặt cầu bao gồm phận chịu lực mặt cầu, lớp phủ mặt cầu, phận khác Hình 1.5: Các phận mặt cầu: – vỉa hè, – lớp phủ mặt đường dành cho người xe thô sơ, 3- lan can, 4- đèn chiếu sáng, 5- ống thoát nước, 6- lớp phủ mặt đường dành cho ô tô, 7- phận chịu lực mặt cầu, 8- phận chịu lực nhịp cầu 6    + Bộ phận chịu lực mặt cầu tiếp nhận tải trọng từ phương tiện giao thông lưu thông cầu chuyền chúng xuống kết cấu chịu lực nhịp cầu Có dạng phận chịu lực mặt cầu:  Giá đỡ: tổng hợp dầm dọc ngang tạo thành hệ mạng dầm  Các bê tông cốt thép gỗ, thép  Bản mặt cầu thép: kết cấu hàn từ thép với sườn dọc ngang + Các lớp phủ mặt cầu phận khác tổng hợp tất phận nằm phía mặt cầu đảm bảo cho phương tiện lưu thông êm thuận đưa nước khỏi mặt cầu bao gồm lớp phủ mặt cầu, bó vỉa, lan can cầu, hệ thống thoat nước, đèn chiếu sáng b) Bộ phận chịu lực nhịp cầu chịu tải trọng thân nhịp tải trọng động truyền tải trọng xuống trụ cầu thông qua gối cầu, ví dụ dầm, dàn, vòm… c) Bộ phận liên kết phận chịu lực nhịp cầu (các dầm, dàn hoạc vòm) cấu tạo với mục đích liên kết phận chịu lực thành kết cấu không gian cứng, có khả tiếp nhận tiếp nhận tất tải trọng đứng, ngang mà không phụ thuộc vào vị trí đặt tải trọng Gối cầu phận quan trọng kết cấu phần trên, giúp truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống kết cấu phần dưới, hệ liên kết kết cấu phần kết cấu phần công trình cầu Ngoài gối cầu cho phép chuyển vị góc chuyển vị dọc ngang dầm cầu dầm cầu chịu tác động tải trọng động chuyển vị gây thay đổi nhiệt độ Kết cấu phần Kết cấu phần phận tiếp nhận toàn tải trọng truyền xuống từ kết cấu phần truyền lực trực tiếp tới địa tầng nước thông qua kết cấu móng Kết cấu phần bao gồm: mố, trụ, móng Trụ cầu tiếp nhận tải trọng thân nhịp, tải trọng động, tải trọng gió, va đập tầu thuyền lũ Mố cầu xây dựng đầu cầu, phận chuyển tiếp đường cầu, bảo đảm xe chạy êm thuận từ đường vào cầu, mố cầu tiếp nhận tải trọng trụ cầu, Mố cầu làm việc thành chống, tiếp nhận áp lực đẩy ngang đất đầu cầu Các giải pháp thiết kế kết cấu cầu phụ thuộc nhiều vào chiều rộng, chiều sâu vận tốc dòng chảy sông hoạc chướng ngại mà vượt qua, phụ thuộc vào tính chất đất, yêu cầu thông thuyền quan trọng mục đích sử dụng Các kích thước cầu Để nắm vững nhiệm vụ môn học quan trọng phải hiểu kích thước cầu: - Chiều dài toàn cầu L0: khoảng cách đuôi hai mố hay khoảng cách đầu mút kết cấu nhịp tiếp xúc trực tiếp với đất đắp đầu cầu Căn vào chiều dài toàn cầu, phân biệt cầu nhỏ có tổng chiều dài cầu 25m, cầu vừa có tổng chiều dài từ 25 đến 100m, cầu lớn có tổng chiều dài lớn 100m 7    Tuy nhiên, hồ sơ thiết kế lập cho dự án có vốn vay nước ngoài, chiều dài cầu tính từ đầu dầm mố đến đầu dầm mố kia, không tính chiều dài mố - Chiều dài nhịp cầu L: khoảng cách tim trụ hoạc khoảng cách từ tim trụ đến đầu dầm mố; - Chiều dài nhịp dầm tính toán Ltti : Khoảng cách tim hai gối cầu tính từ tim gối cầu đầu dầm đến tim gối cầu đầu dầm.; - Khổ giới hạn (tịnh không): Khoảng không gian trống chướng ngại, dành cho thông xe cầu thông xe cầu thông thuyền cầu; - Chiều cao kiến trúc hkt: khoảng cách từ mặt xe chạy đến điểm thấp đáy kết cấu nhịp Hình 1.6: Các kích thước công trình cầu - Chiều cao tĩnh không cầu H0: + Đối với trường hợp sông thông thuyền : Chiều cao tĩnh không cầu khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNCN, chiều cao lấy sau:  Không có trôi chiều cao lấy 0.5m  Có trôi đá lăn, đá đổ cầu ôtô lấy 1.0m cầu đường sắt lấy 1.5m + Đối với trường hợp sông có thông thuyền: Chiều cao tĩnh không cầu khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNTT, chiều cao phải lấy theo qui định tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, phụ thuộc vào cấp sông Cục đường sông quy định + Đối với trường hợp phía đường giao thông: Chiều cao tĩnh không cầu khoảng cách tính từ đáy KCN đến cao độ tim mặt đường phía bên Chiều cao quy định tùy theo cấp đường cầu - MNTN - mực nước thấp nhất, xác định cao độ mực nước thấp vào mùa khô - MNTT - mực nước thông thuyền, mực nước cao cho phép tàu bè qua lại cách an toàn, từ mực nước xác định chiều cao tĩnh không thông thuyền nhịp thông thuyền Trong vẽ thiết kế người ta kí hiệu H5% 8    - MNCN - Mực nước cao nhất, xác định theo số liệu quan trắc thủy văn mực nước lũ tính toán theo tần xuất quy định tùy theo công trình Trong vẽ thiết kế người ta kí hiệu H1% Phải thiết kế kích thước cầu phù hợp với lũ thiết kế độ cầu ứng với lũ 100 năm trừ chủ đầu tư định khác Có thể chọn chu kì tái xuất 100 năm có luận chứng kinh tế (như lũ 50 năm hoạc 25 năm cho cầu đường cấp hoạc cấp thấp theo tiêu chuẩn thiết kế đường) 1.1.3 Phân loại công trình cầu Có nhiều cách phân loại cầu khác nhau, số cách phân loại sau: Phân loại theo chướng ngại vật cầu phải vượt qua: - Cầu qua sông, qua suối loại cầu phổ biến - Cầu qua đường hay cầu vượt, cầu vượt Ngã Tư Sở, cầu vượt đường sắt v.v… - Cầu cạn hay cầu dẫn, cầu xây dựng mặt đất nhằm dẫn lên cầu nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian bên cầu dẫn hai đầu cầu Thăng Long, cầu vượt vành đai – Hà Nội - Cầu cao (viaduct), loại cầu có chiều cao trụ lớn bắc qua thung lũng sâu - Cầu mở: loại cầu có hoạc hai nhịp di động khỏi vị trí để tầu bè qua lại khoảng thời gian định - Cầu phao: việc sử dụng thời chiến để vượt sông, hoạc dùng nhu cầu đặc biệt, ví thi công mặt đường cầu Thăng Long để giảm ùn tắc giao thông người ta lắp cầu phao qua sông Hồng, cầu phao áp dụng xây dựng trụ vĩnh cửu đắt, phức tạp Phân loại theo mục đích sử dụng: - Cầu ô tô (cầu đường bộ) - Cầu đường sắt - Cầu cho người - Cầu hỗn hợp : dành cho đường đường sắt - Cầu đặc biệt dùng để dẫn khí, dẫn dầu, dẫn nước, dẫn cáp điện v.v… Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp - Cầu gỗ - Cầu đá - Cầu bê tông, cầu BTCT - Cầu thép Phân loại theo cao độ đường xe chạy - Cầu có đường xe chạy trên: Khi đường xe chạy đặt đỉnh kết cấu nhịp (hình 1.7 a) 9    Hình 1.7: Cao độ đường xe chạy - Cầu có đường xe chạy dưới: Khi đường xe chạy bố trí dọc theo biên kết cấu nhịp (hình 1.7b) - Cầu có đường xe chạy giữa: đường xe chạy bố trí phạm vi chiều cao kết cấu nhịp (hình 1.7c) Phân loại theo sơ đồ tĩnh học: Theo sơ đồ tĩnh học kết cấu chịu lực phân chia công trình cầu thành hệ thống sau: - Cầu Dầm: tác dụng tải trọng thẳng đứng kết cấu nhịp làm việc chịu uốn truyền áp lực thẳng đứng xuống mố trụ Hệ thống cầu dầm bao gồm dầm giản đơn, dầm liên tục dầm mút thừa Theo cấu tạo kết cấu chịu lực phân thành cầu dầm có sườn đặc cầu dầm hộp Hình 1.8: Một dạng cầu dầm (cầu vượt vành đai - Hà Nội) - Cầu Vòm: kết cấu chịu lực chủ yếu còm; vòm chịu nén uốn chủ yếu Sơ đồ tính toán kết cấu vòm theo dạng vòm học kết cấu làm quen 10    là: dạng vòm không chốt (hai đầu ngàm), dạng vòm chốt đỉnh vòm, dạng vòm chốt hai mố cầu, dạng vòm chốt… Hình 1.9: Một dạng sơ đồ cầu vòm (Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý, Tp Hồ Chí Minh) - Cầu Khung: loại cầu mà mố, trụ ngàm cứng với kết cấu nhịp tạo thành khung tham gia chịu lực Với loại cầu này, sơ đồ chịu lực dạng khung, lực tác dụng vào kết cấu phân chia cho nhịp cầu kết cấu mố trụ phía Phản lực gối phía gồm có lực thẳng đứng V lực đẩy ngang H, chân khung liên kết khớp mômen M Hình 1.10: Một dạng cầu khung (Cầu vượt xa lộ Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh) - Cầu Treo: thành phần chịu lực chủ yếu dây cáp đỡ hệ mặt cầu Cầu gồm hệ thống dây cáp chủ hệ thống cáp treo hoạc treo, hệ thống dây tham gia đỡ kết cấu nhịp cầu 11    Hình 1.11: Cầu treoThuận Phước - Cầu dây văng: loại cầu có dầm cứng tựa gối cứng mố trụ gối đàn hồi điểm treo dây văng Dây văng dây xiên, đầu neo vào tháp cầu, đầu neo vào kết cấu nhịp cầu để tạo thành gối đàn hồi Hình 1.13: Cầu dây văng Nhật Tân, Hà Nội Ngoài có cách phân loại theo trụ cầu, theo quy mô công trình, theo thời hạn sử dụng 12      I y  2.03 108  0.1  I yc Iy  2440163  454603 12     12    5.69 108 mm 2.03 108  0.36  0.9   5.69 108 d Sức kháng uốn danh định Mn ( Bảng 4.1): Giả thiết mặt cắt trụ liền kề "không cứng" Đối với nhịp liên tục mặt cắt trụ đỡ không cứng, sức kháng uốn danh định mặt cắt liên hợp "cứng" xác định : M n  1.3R h M y  M p với hệ số giảm nhỏ ứng suất cánh Rh = 1.0 mặt cắt dầm đồng nhất, thu : M n  1.31.0 21,340   27,742 kN.m  M p  39,712 kN.m     Hình 4.34: Tác động trường ứng suất kéo 176    Chương CẦU DÀN THÉP 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG 5.1.1 Ưu điểm - Cầu dàn thép kết cấu bất biến hình gồm hệ liên kết với hai khớp hai đầu (nếu nút có số chịu nén nhiều số chịu kéo) ngàm đàn hồi (nếu nút có số chịu kéo nhiều số chịu nén), dàn chịu lực dọc trục (kéo nén) Chính vậy, với nhịp lớn cầu dàn tiết kiệm vật liệu cầu dầm - Khả chịu lực ngang cầu dàn tốt so với cầu dầm diện tích chắn gió thực tế nhỏ hơn, khoảng cách tim hai dàn chủ lớn - Cầu dàn thép thích hợp cho cầu nhịp lớn, dùng cầu dầm thép mối nối dầm chủ phức tạp - Cầu dàn có hình dáng đẹp, đảm bảo mỹ quan Ngoài ra, cầu dàn thép có ưu điểm công nghiệp hóa chế tạo thi công: - Do chia thành phận nhỏ riêng biệt để chế tạo thi công - Trọng lượng khối lắp ghép nhỏ thuận lợi cho việc cẩu lắp - Thích hợp với điều kiện chế tạo nhà máy, chế tạo cấu kiện từ nhà máy khác vận chuyển công trường tiến hành lắp ráp mà không ảnh hưởng đến chất lượng - Liên kết cấu kiện phong phú nhiều hình thức dùng đinh tán bu lông cường độ cao liên kết - Khi thi công ảnh hưởng đến môi trường xung quanh 5.1.2 Nhược điểm - Dễ han gỉ - Kích thước mố trụ lớn - Cấu tạo phức tạp, liên kết tiếp điểm (nút dàn) 5.1.3 Phạm vi áp dụng - Khi độ cầu < 4050m: Dùng cầu dầm thép hợp lý cầu dàn thép - Khi độ cầu  80m: Dùng cầu dàn thép hợp lý cầu dầm thép - Khi độ cầu từ 5080m: Phải so sánh tính Kinh Tế - Kỹ Thuật cầu dầm với cầu dàn để lựa chọn 177    5.2 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA CẤU DÀN THÉP Các phận cầu dàn giản đơn: 1 Cao ®é xe ch¹y  H d L 1-1 H 12 11 10 B Hình 5.1: Sơ đồ cấu tạo cầu dàn giản đơn , chạy 1-Thanh biên 2-Thanh biên 3-Thanh đứng 4-Thanh xiên 5-Thanh treo 6-Nút dàn 7-Dàn chủ 8-Liên kết ngang 9- Dầm (xà) ngang 10- Dầm dọc 11-Bản mặt cầu 12-Lớp phủ mặt cầu B-Khoảng cách tim hai dàn chủ L-Chiều dài nhịp tính toán H-Chiều cao dàn d-Chiều dài khoang dàn  -Góc nghiêng xiên so với mặt nằm ngang 178    5.3 CÁC SƠ ĐỒ CHÍNH CỦA CẦU DÀN THÉP Cầu dàn giản đơn thường có sơ đồ: + Dàn chủ có hai đường biên song song, hình 5.3 + Dàn chủ có đường biên hình đa giác, hình 5.4 h h1 h h1 h + Dàn chủ có đường biên hình parabol, hình 5.5 Hình 5.2: Một số sơ đồ dàn chủ h 5.3.1.Dàn chủ có đường biên song song l Hình 5.3: Dàn chủ có đường biên song song Đây loại đơn giản nhất, đường xe chạy biên biên Do loại chọn cho kích thước bề rộng nên dễ tiêu chuẩn hoá nút dàn Dàn có hai đường biên song song sử dụng phổ biến 179    h h1 5.3.2.Dàn có đường biên đa giác l Với loại nội lực biên điều hoà hơn, chiều dài nội lực số đứng, xiên nhỏ đi, dàn có đường biên đa giác tiết kiệm thép dàn có đường biên song song Tuy nhiên, loại có cấu tạo phức tạp, thi công khó Hình 5.4: Dàn chủ có đường biên đa giác 5.3.3.Dàn có đường biên parabol - Tiết kiệm thép nhất, hình dáng đẹp h - Chế tạo, gia công thi công phức l Hình 5.5: Dàn chủ có đường biên parabol 5.3.4 Cầu dàn mút thừa dàn liên tục Cầu dàn liên tục: - Cầu dàn liên tục thường làm đến nhịp, làm nhiều ba nhịp độ dịch chuyển đầu kết cấu biến dạng nhiệt độ lớn, cấu tạo khe biến dạng phức tạp - Dàn liên tục nhịp thường làm chiều dài nhịp Cầu liên tục nhịp nhịp nên làm lớn nhịp biên chừng 1530% để cân mômen tính toán nhịp tiết kiệm thép - Hình dạng dàn liên tục có liên quan đến biểu đồ bao mômen Dàn liên tục có đường biên song song cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng, dễ tiêu chuẩn hoá nút, lý nên không thật tiết kiệm thép ưa chuộng Đối với dàn có đường biên đa giác, tránh cấu tạo dàn có góc gãy nhọn vị trí gối cấu tạo phức tạp, không kinh tế - So với dàn giản đơn, dàn liên tục có ưu điểm tiết kiệm thép (khoảng từ 510%), độ cứng theo phương đứng phương ngang lớn Tuy vậy, dàn liên tục thường có cấu tạo phức tạp, phát sinh ứng suất phụ gối lún nhiệt độ thay đổi Cầu dàn mút thừa: Cầu dàn mút thừa có ưu điểm tương tự dàn liên tục, hệ dàn tĩnh định nhiều nhịp có tượng gối lún không gây ứng suất phụ, Tuy vậy, dàn mút thừa có nhược điểm đường đàn hồi bị gãy khúc khớp làm tăng tác dụng xung kích hoạt tải Cấu tạo nối tiếp cầu đường phức tap Nên lấy chiều dài đoạn mút thừa vào khoảng 1540% chiều dài nhịp 180    5.4 HỆ MẶT CẦU 5.4.1 Khái niệm: Trực tiếp chịu tải trọng truyền tải trọng xuống dàn chủ 5.4.2.Cấu tạo: Gồm dầm ngang, dầm dọc mặt cầu, lớp phủ mặt cầu Hình 5.6: Liên kết dầm ngang dầm dọc 1-Cánh dầm ngang 2-Cánh dầm dọc 3-Cánh dầm dọc 4-Vai kê 5-Đinh liên kết dầm dọc với sườn tăng cường đứng dầm ngang 6-Dầm dọc 7-Bản cá 8-Đinh liên kết cá với dầm dọc, dầm ngang Dầm ngang: Liên kết vào dàn chủ thép góc, vị trí nút dàn nằm hệ liên kết dọc Dầm ngang thường có tiết diện chữ I, có tác dụng đỡ dầm dọc mặt cầu Dầm ngang treo vào biên dàn chủ (cầu dàn xe chạy dưới) Dầm ngang kê lên biên cánh dầm ngang ngang với cánh biên dàn chủ (đối với cầu dàn chạy trên) Dầm ngang tiếp nhận phân phối tải trọng cho hai dàn chủ 181    Dầm dọc: Đặt vuông góc với dầm ngang đặt (kê) lên dầm ngang (liên kết chồng), trường hợp làm tăng chiều cao kiến trúc cầu phải bố trí liên kết dầm dọc Phổ biến kiểu liên kết ngang bằng, cánh dầm ngang với cánh dầm dọc Hệ dầm dọc dầm ngang có tác dụng đỡ mặt cầu Ngoài dầm dọc chủ, có dầm dọc phụ Bản mặt cầu: Được đặt dầm dọc đặt lên hệ dầm dọc ngang (đối với liên kết bằng) Bản mặt cầu trực tiếp đỡ tải trọng cầu, làm thép BTCT (phổ biến nhất) Lớp phủ mặt cầu: Là mặt xe chạy Chịu mài mòn trực tiếp bánh xe bảo vệ mặt cầu Nó phải đảm bảo yêu cầu thoát nước, dính bám tốt với mặt cầu, đủ độ cứng, nhẹ nhám tạo điều kiện an toàn chạy xe Lớp phủ mặt cầu BTXM BTN 5.5 CẤU TẠO CÁC THANH DÀN 5.5.1 Tiết diện thanh: - Hình dạng mặt cắt ngang kích thước tiết diện dàn chủ định nội lực, chiều dài yêu cầu lắp ghép Mặt cắt ngang hợp lý cần phải thoả mãn yêu cầu sau: + Độ mảnh  theo phương ngang ( mặt phẳng dàn chủ mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng dàn) + Dễ gia công, chế tạo, dễ lắp ráp, không nên chế tạo mặt cắt có nhiều thép hình khác + Dễ kiểm tra, tu, bảo dưỡng, tránh đọng nước Nhìn chung có hai loại tiết diện: Loại thành đứng loại thành đứng chữ H hình hộp - Loại mặt cắt thành đứng: + Thường biên có mặt cắt chữ T, với biên chịu nén có bố trí thêm thép góc đầu đứng để bảo đẩm ổn định cho + Để dễ cấu tạo cho thuận tiện kích thước thép góc chiều dày đứng giữ cố định cho tất đường biên Bản đứng mặt cắt chữ T phải chắn để liên kết với đứng xiên dàn chủ Mặt cắt đứng xiên loại thành đứng Mặt cắt biên loại thành đứng Hình 5.7: Loại mặt cắt thành đứng 182    + Loại tiết diện thành đứng có cấu tạo đơn giản, ứng suất phân bố tương đối toàn tiết diện loại cấu tạo cho lớn nên dùng cho dàn nhịp không 4050m - Loại mặt cắt thành đứng: + Loại hai thành đứng mặt cắt chữ H hình hộp Các loại mặt cắt dùng cho biên, đứng xiên + Mặt cắt hình chữ H có ưu điểm cấu tạo đơn giản, dễ tán đinh bắt bu-lông Để tránh đọng nước biên, người ta khoét lỗ có đường kính 4050mm nằm ngang Hình 5.8: Mặt cắt biên loại thành đứng + Mặt cắt hình hộp gồm hai nhánh riêng biệt nên phải dùng giằng để liên kết Mặt cắt hình hộp hay dùng cho biên xiên có dùng cho biên Ưu điểm mặt cắt hình hộp có khả chịu lực lớn Tuy vậy, mặt cắt có nhược điểm tốn thép cho giằng việc tán đinh khó khăn mặt cắt H 5.5.2 Cấu tạo giằng, giằng: Bản giằng: b c a Hình 5.9: Cấu tạo giằng - Bề dày không  8mm chịu lực kết cấu - Chiều dài (a) giằng theo chiều trục không nhỏ 0.75b 183    - Các chịu nén vừa chịu nén vừa chịu kéo chiều dài hai giằng hai đầu nên lấy lớn 1.7 lần chiều dài giằng giữa, với chịu kéo nên lớn 1.3 lần Các giằng nên đưa sát vào gần nút không gây khó khăn đến việc tán đinh Tác dụng giằng làm cho hai nhánh chịu lực đồng hơn, đồng thời khắc phục mômen liên kết nhánh vào mút không đối xứng - Cự ly đinh tán không lớn 120mm, khoảng cách (c) giằng cho chịu kéo lấy 2b, chịu nén xá định theo tính toán b 2.Thanh giằng: a Hình 5.10: Cấu tạo giằng Hình 5.11: Bản giằng đầu liên kết giằng - Góc hợp giằng nhánh nên lấy không nhỏ 450 dùng hệ giằng kép khoảng 600 dùng hệ giằng đơn Nên cố gắng cấu tạo cho trục giằng nhánh giao điểm Bản khoét lỗ: 640 480 70 652 70 800 340 530 450 B¶n nót Hình 5.12: Ví dụ cấu tạo khoét lỗ Bản khoét lỗ thường dùng hàn để thay cho giằng giằng Khác với giằng giằng, khoét lỗ thành phần 5.5.3 Hệ liên kết (hệ giằng) cầu dàn thép Liên kết dàn chủ thành hệ không gian bất biến hình Nó tiếp nhận tải trọng ngang (lực gió, lực ly tâm, lực lắc ngang, …) truyền xuống gối cầu góp phân phân phối tải trọng điều hòa cho hai dàn chủ Có hai loại: Liên kết dọc (trên dưới) ; liên kết ngang hệ liên kết khung cổng cầu 184    Liên kết dọc (hệ giằng dọc, giằng gió): - Liên kết dọc hay gọi giằng gió dàn nằm ngang mặt phẳng biên trên, biên dàn chủ cánh dầm dọc (ít dùng) Nó có tác dụng tăng cường độ cứng ngang cho KCN cầu Nhiệm vụ hệ liên kết dọc tiếp nhận tải trọng ngang tác dụng lên KCN theo hai chiều truyền xuống gối cầu Thanh biên liên kết dọc biên dàn chủ - Trong cầu dàn chạy trên, phải bố trí liên kết dọc liên kết dọc Khi chiều cao dàn thấp, để đảm bảo tĩnh không thông xe, cần bố trí liên kết dọc Cầu dàn có cấu tạo liên kết dọc gọi cầu dàn hở - Trong cầu ô tô cầu thành phố không cần cấu tạo khung chống lực hãm Với cầu đường sắt, lực hãm tầu lớn nhiều so với cầu đường ô tô, phải bố trí liên kết dọc trên, liên kết dọc dưới, liên kết dọc cánh dầm dọc Ngoài ra, ray đường sắt thường kê lên dầm dọc thông qua tà vẹt dầm dọc đạt dầm ngang, lực hãm tầu lực nằm ngang theo phương dọc cầu tác dụng vào cánh dầm ngang Để tránh dầm ngang bị uốn theo phương bất lợi (bị uốn theo phương dọc cầu), cần bố trí khung chống lực hãm Khung chống lực hãm kết cấu có độ cứng chịu nén lớn nhiều so với độ cứng chịu uốn dầm ngang, bao gồm tạo thành khung cứng nối dầm dọc (là phận trực tiếp nhận lực hãm) với xiên liên kết dọc từ lực hãm truyền với nút dàn chủ, giải phóng lực ngang tác dụng vào dầm ngang Khung chống hãm bố trí đối xứng hai đầu, 1/4 nhịp nhịp - Liên kết dọc thiết kế theo điều kiện chịu lực ổn định sau đây: + Lực ngang gió tác dụng lên diện tích chắn gió lên hoạt tải + Lực động đất + Lực ly tâm cầu cong cầu nằm đường cong + Lực lắc ngang hoạt tải + Lực hãm xe, hãm tàu + Điều kiện ổn định, chống rung động lao lắp khai thác Liên kết ngang (hệ giằng ngang): - Bố trí mặt phẳng đứng xiên tương ứng dàn chủ (trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng dàn) Nhiệm vụ liên kết ngang góp phần phân phối tải trọng điều hoà cho dàn chủ - Hệ liên kết ngang đầu cầu có cấu tạo chắn đẹp so với liên kết ngang khác gọi cổng cầu 185    Hình 5.13: Minh họa hệ liên kết cầu dàn thép 1-Hệ liên kết dọc 2-Hệ liên kết dọc 3-Liên kết ngang cổng cầu 4-Dầm dọc 5-Dầm ngang 5.6 CẤU TẠO TIẾT ĐIỂM (NÚT DÀN) - Nút dàn nơi giao chỗ truyền lực Đây phận quan trọng có cấu tạo chặt chẽ kết cấu nhịp dàn Cấu tạo nút dàn bao gồm: nút, đầu thanh, táp, đinh tán, bu lông bu lông cường độ cao - Yêu cầu chung: + Trục nút phải đồng quy điểm + Cường độ liên kết vào tiết điểm phải lớn cường độ tiết điểm + Trọng tâm đám đinh tán, bu lông hay đường hàn liên kết đầu vào tiết điểm phải nằm trục + Cường độ tiết điểm phải lớn cường độ 186      2 O Hình 5.14: Cấu tạo nút dàn 1-Thanh đứng 2-Thanh xiên 3-Thanh biên 4-Bản nút 5-Đinh tán - Các loại nút dàn: Có loại + Nút có nút chắp: Có táp nối với nút, sau liên kết với thành đứng biên Loại nút tiết kiệm thép so với loại nút có nút riêng rẽ, thích hợp với nút dàn lớn + Nút có trực tiếp gắn vào nhau: Các đầu gắn trực tiếp vào thành đứng biên Loại nút có cấu tạo đơn giản, dùng cho loại nút nhỏ có nội lực đứng, xiên không lớn Yêu cầu thành đứng biên phải đủ rộng để có chỗ bố trí tán đinh đủ để bố trí đường hàn + Nút có nút riêng rẽ: Các nút thép riêng rẽ đặt áp vào thành đứng biên liên kết lại Bản nút riêng rẽ có ưu điểm dễ tháo lắp, làm việc tốt, tăng tiết diện cho biên, tốn thép Đây loại nút dùng phổ biến nay, thích hợp cho nút dàn loại nhỏ vừa 187    - Bản nút thường thiết kế theo phương pháp tiết diện, dựa cường độ quy ước vật liệu Khi thiết kế nút, yêu cầu chịu lực phải thỏa mãn yêu cầu cấu tạo lắp ráp a/ b/ c/ Hình 5.15: Cấu tạo nút dàn a/ Nút có nút chắp b/ Nút có gắn trực tiếp c/Nút có nút riêng rẽ 188    5.7 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ NÚT DÀN Trình tự thiết kế nút dàn tóm tắt sau: Vẽ đường tim dàn Xác định phận cần liên kết mặt phẳng dàn dầm ngang, hệ liên kết dọc Xác định loại hình liên kết (bu lông, bu lông cường độ cao hay hàn) Cấu tạo đầu cần nối Bản nút thiết kế theo cường độ thiết kế dàn chịu tải trọng tính toán không nhỏ 75% cường độ thiết kế Cường độ thiết kế lấy giá trị nhỏ của: - Cường độ - Khả chịu lực cột chịu nén - Cường độ dựa tỷ số rộng/dày Các góc xiên phải đặt với vách đứng biên đứng Bu lông đinh tán để liên kết nút phải đặt trọng tâm Nếu dùng liên kết hàn dùng đường góc nối vách tiết diện hộp hàn với nút vách tiết diện H với nút Chiều dày mối hàn xác định theo yêu cầu mỏi Kích thước mối hàn phải thể cụ thể vẽ Xác định đường bao nút Bước chủ yếu phụ thuộc vào xiên Xác định chiều dày nút thỏa mãn điều kiện về: - Ứng suất cắt hàng bu lông cuối - Ứng suất nén xuất mép nút thành phần lực thẳng đứng xiên thành phần lực đứng chịu nén phản lực dầm ngang Thiết kế mối nối biên nút theo khả chịu lực Bố trí nút liên kết phụ để cân với cần nối (bản đệm, táp) Xác định vị trí lỗ bu lông, đinh tán khoảng cách đến hai đầu 189    TÀI LIỆU THAM KHẢO 22TCN 272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường Nguyễn Minh Nghĩa (2010), Tổng luận cầu, NXB Giao thông Vận tải Nguyễn Minh Nghĩa, Dương Minh Thu (2007), Mố trụ cầu, NXB Giao thông Vận tải Nguyễn Viết Trung - Hoàng Hà - Nguyễn Ngọc Long (2010), Cầu bê tông cốt thép (tập 1), NXB Giao thông Vận tải Nguyễn Viết Trung - Hoàng Hà - Nguyễn Ngọc Long (2010), Cầu bê tông cốt thép (tập2), NXB Giao thông Vận tải Lê Đình Tâm (2009), Cầu thép, NXB Giao thông Vận tải Lê Đình Tâm (2005), Cầu bê tông cốt thép đường ô tô (tập 1), NXB Xây dựng 190    ... tải trọng thiết kế Làn thiết kế Số lượng thiết kế cầu tiêu chuẩn thiết kế quan trọng Khi thiết kế cầu, ta dùng hai loại làn giao thơng thiết kế Làn giao thơng số lượng người thiết kế đưa để giao... trình cầu 1- kết cấu nhịp; 2- trụ; 3- mố; 4- gối cầu; 5- móng; 6- mơ đất đắp ¼ nón; 7- đường đầu cầu Kết cấu phần (Kết cấu nhịp cầu) Kết cấu nhịp cầu: phận trực tiếp đỡ tải trọng tác động cầu Kết... chạy êm thuận từ đường vào cầu, mố cầu ngồi tiếp nhận tải trọng trụ cầu, Mố cầu làm việc thành chống, tiếp nhận áp lực đẩy ngang đất đầu cầu Các giải pháp thiết kế kết cấu cầu phụ thuộc nhiều vào