Bài giảng cầu thép nguyễn văn mỹ chương 6 goi cau

Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ C CH HƯ ƯƠ ƠN NG GV Vii:: T TH HIIÕ ÕT TK KÕ Õg gè èii c cÇ ầu ut th épp Đ6.1 loại gối v cách phân bố gối cầu I.1-Các loại gối cầu: Nhiệm vụ gối cầu l: ã Truyền áp lực từ kết cấu nhịp xuống mố trụ ã Đảm bảo cho kết cấu nhịp lm việc sơ đồ tính ã Đảm bảo chuyển kết cấu nhịp tảu trọng, thay đổi nhiẹt độ, Gối cầu có loại: ã Gối cố định: cho xoay nhng không cho chuyển vị dọc v ngang ã Gối di động: cho xoay vμ cã biÕn d¹ng däc, biÕn d¹ng ngang I.2-Bố trí gối cầu: I.2.1-Bố trí mặt bằng: Cầu có dầm, dn chủ nhịp đơn giản: Hình 6.1: Bố trí gối cầu nhịp đơn giản mặt ã Trong cầu rộng (cầu thnh phố), chuyển vị ngang lớn nên cầu bố trí hình 6.1a Khi gối C cấu tạo phức tạp ã Ta thay gối C thnh gối dịch chuyển theo phơng A-C để cấu tạo gối đơn giản hơn, hình 6.1b Chơng VI: Gối cầu thép - 212 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ ã Khi cÇu cã bỊ réng < 10-12m, cã thĨ cho gèi di động chiều, gối A v B cố định, hình 6.1c ã Trong trờng hợp cầu có bề rộng lớn gồm nhiều dn chủ dựa theo nguyên tắc trên: Hình 6.2: Bố trí gối cầu khổ lớn Cầu liên tục: Hình 6.3: Bố trí gối cầu dầm liên tục I.2.2-Bố trí trên trắc dọc: Cầu dầm đơn giản nhiều nhịp: Hình 6.4: Bố trí gối cầu dầm đơn giản Chơng VI: Gối cầu thép - 213 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ ã Tại trụ bố trí gối cố định v gối di động kết cấu nhịp biến dạng nh nên khe biến dạng giống v đồng thời trụ lm việc Nếu trụ cầu cao bố trí gối di động ã Để giảm sè khe nèi cã thÓ bè trÝ gèi cè định trụ trụ đảm bảo chịu lực đợc Cầu dầm liên tục ã Gối cố định bố trí trụ chuyển vị phân sang bên bố trí trụ có chiều cao thấp Hình 6.5: Bố trí gối cầu dầm liên tục Đ6.2 cấu tạo gối cầu Gối cầu lm thép đúc hay thép cán ghép lại Nói chung có loại gối sau: ã Gối tiếp tuyến ã Gối lăn ã Gối lăn hình quạt ã Gối quay II.1-Gối tiếp tuyến: Hình 6.6: Gối tiếp tuyến a-Gối cố định b-Gối di động Cấu tạo gồm thớt (1) đợc lm phẳng, thớt dới (2) đợc lm cong v chốt (3) Đối với gối cố định chốt lm cho gối xoay đợc m không trợt đợc Đối với gối di động khoét thêm lỗ dạng ôvan ®Ĩ cho gèi cã thĨ tr−ỵt ®−ỵc Gèi nμy ma sát lớn, dùng cho nhịp nhỏ l 20-25m v phản lực gối 80T gối di động v 300T gối cố định Chơng VI: Gối cầu thép - 214 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ II.2-Gối lăn: Hình 6.7: Gối lăn a-Gối lăn trụ tròn b-Gối lăn vát Đơn giản l lăn trụ tròn Nó đảm bảo di động tốt Khi kết cấu nhịp chuyển vị đoạn lăn di chuyển đoạn /2 (chuyển động song phẳng) Nh chiều di nhịp l tăng áp lực gối tăng đờng kính lăn tăng nên tốn vật liệu Để khắc phục ngời ta lm lăn cắt vát Để lăn cắt vát ổn định v tăng khả ép mặt, ta thờng chọn r = h Khi lăn xoay góc đầu dầm nâng lên đoạn a(1 cos ) đồng thời áp lực từ xuống v phản lực từ dới lên tạo ngẫu lực lm lăn vát có xu hớng trở vị trí ban đầu nên ổn định Loại ny dùng cho gối di động, phản lực gối 70-300T v chiều di nhịp l 50m (nếu tăng lên h lớn) II.3-Gối quay: Hình 6.8: Gối quay cố định Loại gối ny có ma sát khớp nhỏ tiếp xúc điểm, thờng áp dụng cho gối cố định Chơng VI: Gối cầu thép - 215 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Hình 6.9: Gối quay di động Loại gối quay di động thờng có thớt gối (trên, v dới) v hng lăn Để giữ cho lăn chuyển vị, ta dùng giằng liên kết lăn lại với Đờng kính v số lợng lăn tính toán v thờng chọ số co lăn l số chẵn Cả loại gối áp dụng cho nhịp lớn, gối có áp lực lớn 250T Đ6.3 tính toán gối cầu thép Tính toán gối cầu dựa nguyên lý sức bền vật liệu có tính chất gần tính ngắn có chiều cao lớn Ngoi tính toán cần chọn theo yêu cầu cấu tạo: ã Đờng kính lăn không nhỏ 150mm ã Bề dy lăn cắt vát lấy Δ + 60mm víi Δ lμ tỉng chun vÞ cđa kết cấu nhịp tất nguyên nhân ã Bề dy sờn thép gối cầu đúc không nhỏ 40mm v bề dy gối cầu không đợc nhỏ 20mm III.1-Xác định tải trọng tính toán: Chơng VI: Gối cầu thép - 216 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Gối cầu đợc tính với phản lực thẳng đứng v phản lực nằm ngang Ta phải xét trờng hợp đặt lực sau đây: ã Trờng hợp 1: Phản lực thẳng đứng A tĩnh tải v hoạt tải có xét đến hệ số vợt tải v hệ số xung kích (tổ hợp tải trọng chính) ã Trờng hợp 2: Phản lực thẳng đứng A v lực ngang H lực hÃm cộng với lực gió dọc cầu lực ma sát lực ny cho giá trị H lớn ( có tổ hợp phụ) Khi tính gối cố định, coi chúng chịu hon ton lực dọc lực hÃm v gió (hoặc lực ma sát) Khi tính gối cầu di động, phản lực H lấy 50% ®èi víi gèi tiÕp tuyÕn, 25% ®èi víi gèi lăn ton lực dọc nhng không lớn lực ma sát III.2-Tính quay di động: III.2.1-Xác định độ dịch chuyển gối theo phơng dọc cầu: Do nhiệt độ: = tL (6.1) Do biến dạng dới tác dụng hoạt tải: tb L = (6.2) E Trong ®ã: +L: chiỊu dμi nhịp dn khoảng cách từ gối di động khảo sát đến gối cố định +: hệ số giÃn në nhiƯt ®é, lÊy b»ng 0.000012 +t = tmax - tmin: ®é chƯnh lƯch nhiƯt ®é +σtb: øng st trung bình biên dới dn tải trọng tác dụng tính với tiết diện nguyên +E: môđun đn hồi thép lm kết cấu nhịp Độ dịch chuyển lớn phía gối: = + 2 (6.3) III.2.2-Tính lăn: III.2.2.1-Xác định kích thớc: Khi gối cầu dịch chuyển đoạn lăn dịch chuyển đoạn k: k = (6.4) Đờng kính lăn chọn sơ bé theo c«ng thøc kinh nghiƯm: bk = (L + 130 )mm (6.5) bk = Δ + 6cm (6.6) víi L tính m Bề rộng lăn cắt vát: Khoảng cách tim lăn cắt vát: Chơng VI: Gối cầu thép - 217 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép ak = Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ bk + 2cm cos nhng không lớn bk ⎛b − ⎜⎜ k ⎝ dk ⎞ ⎟⎟ ⎠ (6.7) v để nguyên lăn tròn: a k = d k + 2cm (6.8) víi α lμ góc xoay lăn dịch chuyển đến vị trÝ xa nhÊt: α≈ Δk d k (6.9) ChiỊu dμi cÇn thiÕt cđa quay d−íi vμ thít d−íi: a = (k − 1) + Δ + 2c (6.10) Trong đó: +k: số lăn +c: khoảng cách lại tính từ mép quay đến điểm lăn tiếp xúc lăn dịch chuyển đến vị trí xa nhất, c không nhỏ 5cm Chiều cao gối di động tính từ mặt đá tảng đến khớp gối không đợc nhỏ 0.5a, tức l: ht + d k + h ≥ 0.5a → h = 0.5a − ht − d k (6.11) víi ht lμ bề dy thớt dới lấy 7-10cm Từ xác định đợc chiều cao h quay dới III.2.2.2-Tính toán kiểm tra: Tính lực tác dụng lên lăn ngoi l lăn lm việc nặng nhất: ã Khi tính với tổ hợp tải trọng chính: P= A A. k a max + k ∑ ai2 (6.12) • Khi tính với tổ hợp tải trọng phụ: thêm lực H tác dụng chiều với chiều dịch chuyển lăn P= A A. k a max H (h + d k )a max + + k ∑ ai2 ∑ ai2 (6.13) Trong đó: +amax: khoảng cách lăn ngoi +ai: khoảng cách lăn đối xứng qua trung tâm lăn Lấy P lớn công thức (6.12) v (6.13) để kiĨm tra øng st: σ= P ≤ m2 × 0.04 R0 d k lk (6.14) Trong ®ã: +lk: chiỊu dμi lăn, lấy bề rộng quay dới +m2: hƯ sè ®iỊu kiƯn lμm viƯc, lÊy b»ng 1.4 có lăn; 1.2 có lăn III.2.3-Tính quay dới: Chơng VI: Gối cầu thép - 218 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Con quay dới lm việc bất lợi lăn dịch chuyển đến vị trí xa nhất, lực H tác dụng ngợc chiều với chiều chuyển dịch lăn Khi đó, phản lực từ lăn thứ i tác dụng lên quay dới đợc tính: ã Đối với tổ hợp chính: ã Pi = A A. k − k ∑ ai2 (6.15) Pi = A A.Δ k H (h + d k )ai − + k ai2 ai2 (6.16) Đối với tổ hợp phụ: Hình 6.10: Tính quay di động Căn vo hình thức cấu tạo quay, ta xác định tiết diện cần kiểm tra ứng suất nh tiết diện I-I v II-II hình 6.10 Mômen uốn tiết diện cần khảo sát đợc tính theo công thức: (6.17) M = Pi xi Trong đó: Chơng VI: Gối cầu thép - 219 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép + xi = Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ + xi' : khoảng cách từ điểm tiếp xúc (điểm đặt lực Pi) quay với lăn thứ i đến tiết diện khảo sát +xi: khoảng cách từ tiết diện khảo sát ®Õn trơc ®èi xøng cđa quay d−íi KiĨm tra øng st ph¸p: σ= M ≤ Ru W (6.18) víi W l mômen chống uốn tiết diện xét III.2.4-Tính thớt dới: Để xác định mômen uốn thớt dới, ta xác định biểu đồ ứng suất lên bêtông bên dới thớt dới phản lực A v lực ngang H tác dụng: ã Đối với tổ hợp chÝnh: A AΔ k − ab ba A AΔ k = + ≤ Rb ab ba (6.19) A AΔ k H (h + d k + ht ) ≤ Rb − + ab ba ba A AΔ k H (h + d k + ht ) = + − ≤ Rb ab ba ba (6.20) σ tr = ph ã Đối với tổ hợp phụ: tr = σ ph Trong ®ã: +a, b: kÝch th−íc mặt phẳng nằm ngang thớt +ht: chiều dy thớt +Rb: cờng độ chịu ép mặt bêtông đá tảng Ta cần kiểm tra ứng suất tiết diện dới lăn thứ i: ã Mômen: j M i = ω i ei b − ∑ Pi ( j − i )a k i (6.21) Trong ®ã: +j: sè lợng lăn đứng trớc lăn thứ i +i: diện tích phần biểu đồ ứng suất có chiều dμi [c + Δ + ( j − i )a k ] +ei: khoảng cách từ trung tâm phần biĨu ®å ®ã ®Õn tiÕt diƯn thø i cđa thít • øng suÊt: σ= 6M ≤ Ru bht2 (6.22) III.2.5-TÝnh quay trên: Chơng VI: Gối cầu thép - 220 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chiều di a theo phơng dọc cầu quay thờng lấy khoảng 40-50cm, bệ rộng theo phơng ngang cầu chọn phụ thuộc vo bề rộng biên dầm chủ biên dn chủ Chiều cao quay h không nhỏ a/2 Con quay cần phải tính toán kiểm tra cờng độ ép mặt Trớc hết cần vo thực tế cấu tạo biên dầm biên dn chủ kê lên gối cầu để xác định kích thớc tiết diện ép mặt (chủ yếu lực truyền từ đứng, nút dn), sau kiểm tra ứng suất: Hình 6.11: Tính quay ã Tổ hợp tải trọng chính: = ã A 1.5R0 Fem (6.23) Tổ hợp tải trọng phụ: max = A H h + ≤ 1.5R0 Fem Wem A H h = − Fem Wem (6.24) Trong ®ã: +Fem, Wem: diện tích v mômen chống uốn phần thép bị ép mặt Với hình 6 6.11a Fem = b1 a + b2 a1 , Wem = b1a + b2 a12 vμ víi h×nh 6.11b th× Fem = b1 a , Wem = b1 a Có biểu đồ ứng suất pháp đợc xác định trên, ta dễ dng tính toán kiĨm tra tiÕt diƯn bÊt kú thc quay trªn: ã Mômen uốn tiết diện x bất kỳ: M x = ω x e x b1 (6.25) Ch−¬ng VI: Gối cầu thép - 221 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Trong đó: +x: diƯn tÝch cđa biĨu ®å σ n»m ngoμi tiÕt diƯn x +ex: khoảng cách từ trọng tâm biểu đồ đến tiÕt diƯn x +b1: bỊ réng cđa diƯn tÝch Ðp mặt, hình 6.11 ã ứng suất: = Mx Ru Wx (6.26) với Wx: mômen chống uốn tiết diện x III.3-Tính quay cố định: Chiều cao quay dới cố định thờng lấy chiều cao gối di ®éng kĨ tõ mỈt d−íi thít ®Õn khíp gèi, chiỊu dμi vμ chiỊu réng cđa quay d−íi cịng lÊy b»ng thít d−íi cđa gèi di ®éng øng st quay đợc tính nh sau: ã Tổ hợp tải träng chÝnh: σ= • A ≤ Rb ab (6.27) A H h + ≤ Rb ab ba A H h = − ab ba (6.28) Tæ hợp tải trọng phụ: tr = ph Có biểu đồ ứng suất pháp đợc xác định trên, ta dễ dng tính toán kiểm tra tiết diện thuộc quay trên: ã Mômen uốn tiÕt diÖn x bÊt kú: M x = ω x e x b (6.29) • øng suÊt: σ= Mx ≤ Ru Wx (6.30) CÊu t¹o vμ kÝch th−íc cđa quay trªn hoμn toμn gièng nh− quay trªn cđa gèi di ®éng Chơng VI: Gối cầu thép - 222 - ... )mm (6. 5) bk = Δ + 6cm (6. 6) víi L tÝnh b»ng m BỊ réng lăn cắt vát: Khoảng cách tim lăn cắt vát: Chơng VI: Gối cầu thép - 217 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép ak = Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ bk... thít • øng st: σ= 6M ≤ Ru bht2 (6. 22) III.2.5-Tính quay trên: Chơng VI: Gối cầu thép - 220 - Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chiều di a theo phơng dọc cầu quay thờng lấy... Hình 6. 2: Bố trí gối cầu khổ lớn Cầu liên tục: Hình 6. 3: Bố trí gối cầu dầm liên tục I.2.2-Bố trí trên trắc dọc: Cầu dầm đơn giản nhiều nhịp: Hình 6. 4: Bố trí gối cầu dầm đơn giản Chơng VI: Gối cầu