Thiet ke cau thep-Chuong I - Nhung Van de chung

KHOA CONG TRINH Trường Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm THIẾT KẾ CẦU THÉP NÂNG CAO CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Trường Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm NỘI DUNG CHÍNH  Khái niệm KCN cầu thép  Tổng quan dạng, sơ đồ  Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng  Vật liệu cầu thép  Lịch sử xu hướng phát triển KHOA CONG TRINH Trường Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm KHÁI NIỆM KCN CẦU THÉP Khái niệm KCN  Khái niệm: Cầu thép cầu có kết cấu chịu lực làm thép, hợp kim thép thép liên hợp BTCT vật liệu thép đóng vai trò chủ yếu cầu thép  Lịch sử xây dựng phát triển cầu thép: Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Vật liệu cầu thép  Lịch sử phát triển cầu thép giới:  Chiếc cầu vòm gang thuộc loại xây dựng Anh qua sông Severn 1776 – 1779  Cầu dây xích tiếng xây dựng khoảng kỷ 19 đầu kỷ 20 cầu Sơ-giê-tren-nưi qua sông Danube Budapest (Hungari) có nhịp 203m  Cầu dầm thép đường xe lửa Bri-ta-nia qua vịnh Menai Anh, cầu xây dựng vào năm 1846-1850  Cầu dàn thép hoàn toàn xây dựng cầu qua kênh Erie New York năm 1840 có chiều dài nhịp 24,5m  Cầu vòm tiếng giới cầu Sydney Australia, xây dựng năm 1924-1932, cầu có nhịp dài 503m  Cầu treo Stromsund Thụy Điển năm 1955 Xu hướng phát triển  Cuối thể kỷ 20 chạy đua chiều dài nhịp cầu treo cầu dây văng: Akasi Trường Đại học Giao thông Vận tải Khái niệm KCN cầu thép Bộ môn Cầu Hầm KHÁI NIỆM KCN CẦU THÉP  Lịch sử xây dựng phát triển cầu thép:  Lịch sử phát triển cầu thép nước: Tổng quan dạng, sơ đồ  Thời kì Pháp thuộc thời kì mạng lưới giao thông đường sắt đường triển khai, đặc biệt tuyến đường sắt xuyên Việt (1920 – 1936), nhiều cầu dàn thép xây dựng  Cầu Long Biên, cầu dàn có biên đa giác với phần dàn thép dài 1860m, theo sơ đồ dàn hẫng, nhịp lớn dài 130m nhịp đeo dài 52,5m Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng  Sau kết thúc kháng chiến chống Pháp (1954), khôi phục làm hàng loạt cầu thép cầu Làng Giàng Lào Cai, cầu Việt Trì, cầu Ninh Bình, cầu Hàm Rồng xây dựng lại theo sơ đồ dàn liên tục nhịp (80 + 80)m  Cầu Thăng Long bắc qua sông Hồng dạng cầu dàn thép liên tục gồm liên, liên nhịp có chiều dài 112m, mặt cầu thép trực hướng (Orthotropic), chiều dài toàn cầu 1680m Vật liệu cầu thép  Cầu Chương Dương, xây dựng năm 1985  …… Xu hướng phát triển KHOA CONG TRINH Trường Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm TỔNG QUAN CÁC DẠNG, SƠ ĐỒ Khái niệm KCN  Các sơ đồ cấu tạo: cầu thép  Cầu dầm: Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng  Cầu giàn: Vật liệu cầu thép Xu hướng phát triển Trường Đại học Giao thông Vận tải Khái niệm KCN cầu thép Bộ môn Cầu Hầm TỔNG QUAN CÁC DẠNG, SƠ ĐỒ  Các sơ đồ cấu tạo:  Cầu vòm: Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng  Cầu treo: Vật liệu cầu thép Xu hướng phát triển KHOA CONG TRINH Trường Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm TỔNG QUAN CÁC DẠNG, SƠ ĐỒ Khái niệm KCN  Các sơ đồ tĩnh học: cầu thép Tổng quan dạng, sơ đồ  Sơ đồ giản đơn: Kết cấu nhịp cầu dầm: L 40 m Kết cấu nhịp cầu dàn: L 60 m  Sơ đồ hẫng (mút thừa):  Sơ đồ liên tục Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Vật liệu cầu thép Xu hướng phát triển Trường Đại học Giao thông Vận tải Khái niệm KCN cầu thép Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Bộ môn Cầu Hầm ƯU NHƯỢC ĐIỂM  Ưu điểm:  Khả chịu lực lớn so với loại vật liệu thông thường như: đá, gỗ, bê tông Đồng thời thép loại vật liệu có độ tin cậy  Trọng lượng thân nhẹ mảnh nhiều so với kết cấu nhịp bê tông có khả vượt nhịp lớn  Tính linh động cao, dễ chế tạo, lắp ráp thi công lắp ghép rút ngắn thời gian thi công  Thích hợp việc tiêu chuẩn định hình hóa chế tạo hạ giá thành sản phẩm  Dễ kiểm tra, tăng cường sửa chữa cần thiết  Nhược điểm: Vật liệu cầu thép  Rất dễ bị gỉ bị ăn mòn môi trường tự nhiên đòi hỏi công tác tu bảo dưỡng phải tiến hành thường xuyên phí bảo dưỡng cầu lớn  Kết cấu nhịp phận kết cấu bị giảm khả chịu lực gặp nhiệt độ cao (t > 500oC )  Nhiều chi tiết có cấu tạo phức tạp đòi hòi phải thực công xưởng Xu hướng phát triển KHOA CONG TRINH Trường Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm PHẠM VI ÁP DỤNG Khái niệm KCN  Phạm vi áp dụng: cầu thép Tổng quan dạng, sơ đồ  Các công trình cầu chịu tải trọng lớn tải trọng đường sắt  Cầu vượt nhịp lớn: L > 100m  Các công trình cầu đường sắt, cầu đường ôtô loại cầu tạm yâu cầu thi công nhanh dùng cho cầu quân yêu cầu lắp ráp nhanh tháo dỡ, vận chuyển nhẹ nhàng  Các công trình yêu cầu có tính thẩm mỹ cao Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Vật liệu cầu thép Xu hướng phát triển Trường Đại học Giao thông Vận tải Khái niệm KCN cầu thép Bộ môn Cầu Hầm VẬT LIỆU THÉP LÀM CẦU  Yêu cầu:  Tính chất làm việc kết cấu nhịp cầu thép  Kết cấu nhịp chịu tải trọng lớn Tổng quan dạng, sơ đồ  Kết cấu nhịp chịu tải trọng động cao  Kết cấu nhịp chịu ảnh hưởng trực tiếp yếu tố khí hậu, môi trường nên khả bị ăn mòn cao  Yêu cầu vật liệu thép Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng  Phải có cường độ cao, đủ khả chịu lực  Phải có khả chịu lực xung kích tốt  Có đặc tính công nghệ thích hợp: Chịu gia công khí như: mài, cắt, gọt phải có tính chịu hàn Vật liệu cầu thép Xu hướng phát triển KHOA CONG TRINH Trường Đại học Giao thông Vận tải Khái niệm KCN Bộ môn Cầu Hầm CÁC LOẠI THÉP  Thép than: CT2, CT3, CT4, CT5 cầu thép  Thành phần: Fe + C + Mn + Si + S + P Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Vật liệu cầu thép  Thép than thấp: Hàm lượng C≤ 0,25% dùng cho kết cấu thép ngành xây dựng Thép than vừa: C = 0,25-0,6%, chủ yếu dùng lĩnh vực chế tạo máy Thép than cao: C = 0,6-1,7%, chủ yếu dùng để chế tạo loại dụng cụ  Hàm lượng C nhiều cường độ thép cao nhiên tính dẻo độ dài thép giảm, đồng thời tính chịu hàn  Si làm tăng cường độ thép mà không làm giảm tính dẻo nó, nhiều Si làm cho khả chống gỉ tính hàn thép bị  Mn làm cho cường độ tính dẻo thép nâng cao, đồng thời lại khử phần tác dụng có hại S Nhưng nhiều Mn thép bị giòn cứng, khả chống gỉ tính hàn thép giảm  S làm cho thép bị giòn nóng tức gặp nhiệt độ cao thép có chỗ yếu, dễ bị giòn đứt  P làm cho thép trở nên giòn, nhiệt độ thấp lượng C nhiều  O N chất có hại, dễ làm cho thép bị giòn Nhưng chúng thường từ nước thép chảy nên hàm lượng chúng Xu hướng phát triển Trường Đại học Giao thông Vận tải Khái niệm KCN cầu thép Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Vật liệu cầu thép Bộ môn Cầu Hầm CÁC LOẠI THÉP  Thép than: CT2, CT3, CT4, CT5  Xây dựng cầu chủ yếu dùng thép CT3: có cường độ, tính dẻo, độ dai tính hàn thoả mãn tốt yêu cầu kết cấu thép  Thép CT2 có tính dẻo độ dai tốt nên thường dùng kết cấu kết cấu đòi hỏi phải uốn nguội  Ưu điểm: + Giá thành rẻ thép hợp kim + Kết cấu nhịp làm thép than có độ võng nhỏ thép hợp kim  Đặc tính học thép: + Mô đun đàn hồi: Et = 2,1.106 kG/cm2 + Cường độ chịu kéo dọc trục: Ro = 1900 kG/cm2 + Cường độ chịu kéo uốn: Ru = 2000 kG/cm2 + Cường độ chịu cắt: Rt = 1200 kG/cm2 + Trọng lượng riêng: g = 7,85 T/m3 Xu hướng phát triển KHOA CONG TRINH Trường Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm CÁC LOẠI THÉP Khái niệm KCN  Thép hợp kim cầu thép Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng Vật liệu cầu thép Xu hướng phát triển  Thành phần: Fe + C + Các nguyên tố hợp kim (Cr, Mn + Si )  Thép hợp kim dùng xây dựng cầu thép có hàm lượng C (0,1 0,18 %) Các nguyên tố hợp kim đưa vào thép nhằm tăng cường độ khả chống gỉ cho thép nhiên thành phần hợp kim thường không 1%  Ưu điểm: cường độ cao (hơn thép than từ 40-50%), nên KCN nhẹ so với thép than tiết kiệm thép, giảm chi phí vận chuyển, lắp ráp thi công  Nhược điểm: + Kết cấu nhịp bị võng nhiều so với kết cấu làm thép than + Giới hạn mỏi thấp Giá thành đắt thép than + Hệ số triết giảm cường độ tính toán chịu nén bị uốn dọc (hệ số uốn dọc) nhỏ so với làm thép than, dùng thép hợp kim thấp làm chịu nén không kinh tế  Đặc tính học thép: + Mô đun đàn hồi: Et = 2,1.106 kG/cm2 + Cường độ chịu kéo dọc trục: Ro = 2700 kG/cm2 + Cường độ chịu kéo uốn: Ru = 2800 kG/cm2 + Cường độ chịu cắt: Rt = 1680 kG/cm2 + Trọng lượng riêng: g = 7,85 T/m3 Trường Đại học Giao thông Vận tải Khái niệm KCN cầu thép Bộ môn Cầu Hầm XU HƯỚNG  Xu hướng chung  Về vật liệu dạng kết cấu nhịp  Sử dụng loại thép chất lượng cao Tổng quan dạng, sơ đồ Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng  Nghiên cứu tìm kiếm hệ liên hợp để vượt nhịp dài có tính thẩm mỹ cao  Sử dụng cầu dầm thép giản đơn liên tục có chiều cao không đổi để giảm giá thành chế tạo thi công thay cho kết cấu nhịp dàn thép cổ điển: mặt cầu thép trực hướng, tiết diện hộp kín nghiên cứu áp dụng để tăng cường độ cứng chống xoắn để tạo môi trường không gỉ bên  Về liên kết cầu thép: liên kết hàn liên kết bu lông cường độ cao Ngoài liên kết dán áp dụng với ưu điểm không làm giảm yếu tiết diện nút có cấu tạo đơn giản  Về công nghệ thi công: Sử dụng phương tiện vận chuyển thiết bị lao lắp có lực lớn Áp dụng công nghệ thi công tiên tiến như: lắp hẫng Vật liệu cầu thép  Xu hướng phát triển cầu thép VN  Đã xây dựng kết cấu nhịp cầu có khả vượt nhịp lớn, có tính thẩm mỹ cao áp dụng công nghệ thi công tiên tiến Xu hướng phát triển ... CONG TRINH Trường Đ i học Giao thông Vận t i Bộ môn Cầu Hầm KH I NIỆM KCN CẦU THÉP Kh i niệm KCN  Kh i niệm: Cầu thép cầu có kết cấu chịu lực làm thép, hợp kim thép thép liên hợp BTCT vật liệu... nhược i m phạm vi áp dụng  Nghiên cứu tìm kiếm hệ liên hợp để vượt nhịp d i có tính thẩm mỹ cao  Sử dụng cầu dầm thép giản đơn liên tục có chiều cao không đ i để giảm giá thành chế tạo thi công... thuộc th i kì mạng lư i giao thông đường sắt đường triển khai, đặc biệt tuyến đường sắt xuyên Việt (1920 – 1936), nhiều cầu dàn thép xây dựng  Cầu Long Biên, cầu dàn có biên đa giác v i phần dàn