HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................................................................ 2 2. VẬT LIỆU ............................................................................................................................................ 2 2.1 Vật liệu thép ................................................................................................................................................... 2 2.2 Bê tông ........................................................................................................................................................... 3 3. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU ........................................................................................................ 3 3.1 Sơ đồ nhịp ...................................................................................................................................................... 3 3.2 Khoảng cách dầm ........................................................................................................................................... 4 3.3 Dầm ngang và khung liên kết ngang .............................................................................................................. 4 3.3.1 Khoảng cách bố trí hệ liên kết ngang ...................................................................................................... 5 3.3.2 Hướng của hệ liên kết ngang ................................................................................................................... 5 3.3.3 Liên kết .................................................................................................................................................... 6 3.3.4 Hướng dẫn thiết kế .................................................................................................................................. 6 3.4 Hệ giằng ổn định ngang .................................................................................................................................. 6 3.5 Vị trí mối nối dầm .......................................................................................................................................... 6 3.6 Khe co giãn và khớp nối ................................................................................................................................. 7 4 TỈ LỆ TIẾT DIỆN ................................................................................................................................ 7 4.1 Tỉ số chiều caochiều dài dầm ........................................................................................................................ 7 4.2 Bản bụng ........................................................................................................................................................ 7 4.3 Bản cánh ......................................................................................................................................................... 7 4.4 Sườn tăng cường............................................................................................................................................. 8 5GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................................................................ 2 2. VẬT LIỆU ............................................................................................................................................ 2 2.1 Vật liệu thép ................................................................................................................................................... 2 2.2 Bê tông ........................................................................................................................................................... 3 3. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU ........................................................................................................ 3 3.1 Sơ đồ nhịp ...................................................................................................................................................... 3 3.2 Khoảng cách dầm ........................................................................................................................................... 4 3.3 Dầm ngang và khung liên kết ngang .............................................................................................................. 4 3.3.1 Khoảng cách bố trí hệ liên kết ngang ...................................................................................................... 5 3.3.2 Hướng của hệ liên kết ngang ................................................................................................................... 5 3.3.3 Liên kết .................................................................................................................................................... 6 3.3.4 Hướng dẫn thiết kế .................................................................................................................................. 6 3.4 Hệ giằng ổn định ngang .................................................................................................................................. 6 3.5 Vị trí mối nối dầm .......................................................................................................................................... 6 3.6 Khe co giãn và khớp nối ................................................................................................................................. 7 4 TỈ LỆ TIẾT DIỆN ................................................................................................................................ 7 4.1 Tỉ số chiều caochiều dài dầm ........................................................................................................................ 7 4.2 Bản bụng ........................................................................................................................................................ 7 4.3 Bản cánh ......................................................................................................................................................... 7 4.4 Sườn tăng cường............................................................................................................................................. 8 5v

HƯỚNG DẪN Thiết kế cầu dầm thép liên hợp Tổ Cầu Thép – Bộ Môn Cầu Đường Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Đại học Bách Khoa Tp HCM Lưu hành nội - 2015 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG 2 VẬT LIỆU 2.1 Vật liệu thép 2.2 Bê tông 3 THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU 3.1 Sơ đồ nhịp 3.2 Khoảng cách dầm 3.3 Dầm ngang khung liên kết ngang 3.3.1 Khoảng cách bố trí hệ liên kết ngang 3.3.2 Hướng hệ liên kết ngang 3.3.3 Liên kết 3.3.4 Hướng dẫn thiết kế 3.4 Hệ giằng ổn định ngang 3.5 Vị trí mối nối dầm 3.6 Khe co giãn khớp nối TỈ LỆ TIẾT DIỆN 4.1 Tỉ số chiều cao/chiều dài dầm 4.2 Bản bụng 4.3 Bản cánh 4.4 Sườn tăng cường MƠ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ QUI TRÌNH THIẾT KẾ 6.1 Các trạng thái giới hạn thiết kế 6.2 Qui trình thiết kế 1 GIỚI THIỆU CHUNG Cầu dầm loại kết cấu đơn giản sử dụng phổ biến cho loại cầu có nhịp ngắn trung bình Hình 1-1 thể loại cầu dầm thép sử dụng phổ biến Tiết diện dầm thép chữ I loại tiết diện đơn giản hiệu cho kết cấu chịu uốn cắt Tài liệu hướng dẫn thiết kế giới thiệu cầu dầm thép liên hợp bê tông cốt thép Những điều cần xem xét thiết kế kết cấu nhịp, tiêu chí lựa chọn tiết diện giới thiệu Một ví dụ thiết kế cầu thép liên hợp bê tông cốt thép nhịp giản đơn cung cấp nhằm minh họa qui trình thiết kế Ngồi tham khảo thêm tài liệu Baker Puckett (2013), FHWA (2012), Chen Duan (2014), Taly (2014) Hình 1-1 Kết cấu cầu dầm thép thông dụng VẬT LIỆU 2.1 Vật liệu thép Loại thép ASTM A709 AASHTO M270 sử dụng phổ biến kết cấu cầu thép Thông số loại thép theo tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05 (Bảng 6.4.1.1) cho Bảng 2-1, loại thép theo ASTM tiêu chuẩn thiết kế AASHTO (Bảng 6.4.1.1) cho Bảng 2-2 Bảng 2-1 Các đặc tính học tối thiểu thép kết cấu theo hình dạng, cường độ chiều dày (22TCN 272-05) Thép kết cấu Thép hợp kim thấp cường độ cao Ký hiệu AASHTO Théo hợp kim thấp & ram Théo hợp kim thấp & ram cường độ chảy dẻo cao M 270M Cấp 250 M 270M Cấp 345 M 270M Cấp 345W M 270M Cấp 485W M 270M Cấp 690/690W Ký hiệu ASTM tương đương A 709M Cấp 250 A 709M Cấp 345 A 709M Cấp 345W A 709M Cấp 485W A 709M Cấp 690/690W Chiều dày (mm) ≤ 100mm ≤ 100mm Không áp dụng ≤ 100mm ≤ 65mm 65mm ~ 100mm Thép hình Tất nhóm Tất nhóm Tất nhóm Khơng áp dụng Khơng áp dụng Không áp dụng Cường độ chịu kéo nhỏ Fu, Mpa 400 450 485 620 760 690 Điểm chảy nhỏ cường độ chảy nhỏ Fy, Mpa 250 345 345 485 690 620 Bảng 2-2 Đặc tính học tối thiểu thép kết cấu theo hình dạng, cường độ chiều dày (AASHTO 2012) Ký hiệu AASHTO M 270M/ M 270 Grade 36 M 270M/ M 270 Grade 50 M 270M/ M 270 Grade 50S M 270M/ M 270 Grade 50W M 270M/ M 270 Grade HPS 50W M 270M/ M 270 Grade HPS 70W M 270M/ M 270 Grade HPS 100W Ký hiệu ASTM tương đương A709/ A709M Grade 36 A709/ A709M Grade 50 A709/ A709M Grade 50S A709/ A709M Grade 50W A709/ A709M Grade HPS 50W A709/ A709M Grade HPS 70W A709/ A709M Grade HPS 100W Chiều dày (mm) ≤ 100mm ≤ 100mm Không áp dụng ≤ 100mm ≤ 100mm ≤ 100mm ≤ 65mm 65mm ~ 100mm Thép hình Tất nhóm Tất nhóm Tất nhóm Tất nhóm Khơng áp dụng Khơng áp dụng Khơng áp dụng Không áp dụng Cường độ chịu kéo nhỏ Fu, Mpa 400 450 450 485 485 590 760 760 Điểm chảy nhỏ cường độ chảy nhỏ Fy, Mpa 250 345 345 345 345 485 690 625 2.2 Bê tơng Bê tơng có cường độ chịu nén sau 28 ngày tuổi f’c = 25Mpa 30Mpa thường sử dụng cho mặt cầu bê tông cốt thép Diện tích qui đổi bê tơng sử dụng để tính tốn đặc trưng tiết diện liên hợp Đối với bê tơng có tỉ trọng thơng thường, tỉ số mô đun đàn hồi thép bê tông n = Es/Ec đề xuất tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05 AASHTO (2012) cho bảng Bảng 2-3 Tỉ số mô đun đàn hồi thép bê tông theo cường độ chịu nén bê tông Cường độ chịu nén f’c (Mpa) n = Es/Ec 16 ≤ f’c < 20 20 ≤ f’c < 25 25 ≤ f’c < 32 32 ≤ f’c < 41 41 ≤ f’c n = 10 n=9 n=8 n=7 n=6 Đối với dầm làm việc nhiều giai đoạn, tỉ số mô đun n sử dụng cho loại tải trọng tức thời tác động lên tiết diện liên hợp ngắn hạn, tỉ số mô đun 3n sử dụng cho loại tải trọng thường xuyên tác động lên tiết diện liên hợp dài hạn THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU 3.1 Sơ đồ nhịp Sơ đồ nhịp giữ vai trò quan trọng hiệu sử dụng vật liệu thép tối ưu chi phí Đối với trường hợp thay đổi vị trí trụ hiệu chỉnh nhịp, người kỹ sư thiết kế nên tối ưu việc bố trí kết cấu nhịp cách thay đổi chiều dài nhịp số lượng nhịp Cầu dầm thép hai nhịp liên tục hệ kết cấu hiệu mơ men uốn âm lớn vị trí trụ Loại cầu dầm thép có từ ba đến bốn nhịp liên tục thích hợp hiệu hơn, nhiên lúc khả thi Đối với cầu dầm thép nhiều nhịp, sơ đồ nhịp tốt có chiều dài nhịp biên vào khoảng 70% đến 80% chiều dài nhịp bên Các nhịp bên có chiều dài tương đối kinh tế Nên hạn chế sử dụng sơ đồ nhịp có xuất lực nâng (nhổ) gối (phản lực âm) tác động hoạt tải Cần xem xét đến chiều cao đất đắp sau mố lựa chọn bố trí nhịp Nếu đắp cao ảnh hưởng đến chiều cao mố ổn định mố nằm đất yếu gây phát sinh thêm chi phí xử lý gia cố Lựa chọn sơ đồ nhịp cần xem xét thêm tiêu chí tĩnh khơng thơng xe, thơng thuyền, cao độ khống chế Công tác thiết kế kết cấu nhịp cần nghiên cứu kỹ lưỡng, tối ưu hoàn thiện gian đoạn thiết kế sơ Sự thay đổi bình đồ trắc dọc tuyến gây phát sinh chi phí đáng kể cho dự án sau Ngồi ra, cơng tác khảo sát địa hình địa chất nên tiến hành cách đầy đủ từ ban đầu, từ thiết kế xác tối ưu hố phương án móng cho mố trụ Mơ hình chịu lực 02 giai đoạn kết cấu dầm liên hợp bao gồm dầm thép chịu tải trọng thi công (tĩnh tải giai đoạn một, tĩnh tải giai đoạn hai, tải trọng thi công) dầm liên hợp với cốt thép gia cường mặt cầu chịu hoạt tải giải pháp mơ hình chịu lực có tính kinh tế (Azizinamini, 2007) Mơ hình chịu lực thể ưu điểm thiết kế nhịp liên tục cách loại bỏ chi phí mối nối việc huy động cẩu có tải trọng lớn q trình thi cơng Tuy nhiên, nhược điểm đòi hỏi chiều cao tiết diện lớn trọng lượng thép tính mét vuông mặt cầu cao Phương pháp chọn sơ đồ chịu lực cần nghiên cứu trường hợp cụ thể nhằm đánh giá ưu điểm kinh tế Khi sử dụng sơ đồ nhịp giản đơn, cần đặc biệt ý đến chi tiết chịu động đất 3.2 Khoảng cách dầm Khoảng cách dầm số lượng dầm có tác động qua lại Để tối ưu hoá số lượng dầm khoảng cách dầm đòi hỏi phải thực qui trình tính tốn lặp nhiều lần với cặp giá trị số lượng dầm khoảng cách khác Mỗi trường hợp cho thông số khả chịu tải, khả khai thác chi phí xây dựng So sánh tất trường hợp để chọn phương án tối ưu Khi cần giảm chiều cao kết cấu lụa chọn số lượng dầm nhiều Tuy nhiên, cần quan tâm đến vấn đề độ võng hệ dầm giai đoạn khai thác Số lượng dầm khối lượng vật liệu thép sử dụng nhỏ dẫn đến giá thành xây dựng cầu giảm, phương án thi công đơn giản Do đó, thiết kế cần tối thiểu hoá số lượng dầm thép nhằm đạt thiết kế tối ưu kinh tế kỹ thuật Tuy nhiên, cần đảm bảo điều kiện độ võng điều kiện khống chế cao độ Theo tài liệu thiết kế AASHTO, hầu hết thiết kế tối ưu kết cấu phần đạt với khoảng cách dầm nằm khoảng 3.3m đến 4.2m Đối với nhịp có chiều dài nhỏ 42m, khoảng cách dầm nên nằm khoảng 3m đến 3.6m Đối với nhịp lớn 42m, khoảng cách dầm từ 3.3m đến 4.2m đề xuất sử dụng Việc sử dụng ván khuôn thép cho mặt cầu giới hạn khoảng cách dầm nằm giá trị 4.8m Nếu khoảng cách dầm vượt 4.8m cần phải dụng hệ cáp dự ứng lực ngang cho mặt cầu 3.3 Dầm ngang khung liên kết ngang Dầm ngang hệ khung liên kết ngang có vai trò Hình 3-1 cho thấy loại kết cấu dầm ngang khung liên kết ngang sử dụng dầm I tổ hợp hàn dầm I định hình Khung K khung X thường có biên mơ tả Hình 3-1 Các khung liên kết ngang trung gian có tác dụng giằng chống ổn định uốn ngang cánh chịu nén trình lao lắp dầm đổ bê tơng mặt cầu, cho tất giai đoạn chịu lực phần chịu momen uốn âm Ngoài ra, hệ liên kết ngang có tác dụng giằng kháng gió Các dầm ngang khung liên kết ngang đầu dầm có tác dụng truyền tải trọng gió động đất xuống gối cầu 3.3.1 Khoảng cách bố trí hệ liên kết ngang Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO 2002 qui định khoảng cách 7.5m cho hệ liên kết ngang Tuy nhiên, AASHTO 2012 khơng qui định giới hạn khoảng cách hệ liên kết ngang, thay vào u cầu phải có phân tích hợp lý nhằm nghiên cứu cần thiết hệ liên kết ngang cho tất giai đoạn làm việc qui trình thi cơng giả thiết giai đoạn hoàn thiện Khoảng cách hệ liên kết ngang cần phải phù hợp với bố trí sườn tăng cường Hình 3-1 Các loại hệ liên kết ngang tiêu biểu 3.3.2 Hướng hệ liên kết ngang Hệ liên kết ngang trung gian cần bố trí vng góc với trục dầm góc xiên cầu lớn 20o hay song song với phương xiên cầu góc xiên nhỏ 20o Góc xiên cầu góc hợp đường vng góc trục hướng tuyến cầu trục hướng dòng chảy sơng cầu vượt sông hay với trục hướng tuyến đường (cầu) cầu vượt Trong cầu xiên có hệ liên kết ngang bố trí vng góc với trục dầm, có tình mà khung liên kết ngang không thẳng hàng hay liên tục suốt bề rộng cầu Tại vị trí khơng liên tục này, xuất ứng suất cánh uốn mặt phẳng cần xem xét cẩn thận Bố trí sườn tăng cường vào mặt sau liên kết hệ liên kết ngang bị gấp khúc Đối với cầu cong mặt bằng, hệ liên kết ngang cần phải bố trí theo đường trục xuyên tâm Một thiết kế tốt có tính kinh tế tối thiểu hóa số lượng hệ liên kết ngang với nhiều dạng hình học khác Các thay đổi siêu cao, đường cong đứng, bệ rộng liên kết khác nhau, công tác cẩu nâng dầm hạn chế mục tiêu Hình 3-2 Minh họa góc xiên cầu 3.3.3 Liên kết Khung liên kết ngang thông thường liên kết với sườn tăng cường đứng Sườn tăng cường cần liên kết trực tiếp với cánh dầm liên kết hàn bắt bu lông Tuy nhiên, liên kết đường hàn phù hợp Đối với cầu thi công nhiều giai đoạn hay với góc xiên lớn, khác biệt độ võng dầm tải trọng mặt cầu đáng kể Như vậy, rãnh lỗ bu lông tạm siết thủ công đai ốc cần sử dụng suốt trình đổ bê tơng mặt cầu Sau giai đoạn hồn thiện lắp đặt rào chắn, bu lông siết chặt vĩnh viễn hay liên kết hàn hàn chỗ Các lỗ bu lơng khoan chỗ để đảm bảo trùng khít Các khung liên kết ngang giai đoạn thi công loại bỏ 3.3.4 Hướng dẫn thiết kế - Dầm ngang hay khung liên kết ngang cần thiết kế có chiều cao làm việc lớn tốt để truyền tải trọng theo phương ngang cầu đảm bảo ổn định ngang cho hệ dầm Theo AASHTO Điều 6.7.4.2, chiều cao làm việc tối thiểu hệ liên kết ngang phải 0.5 lần chiều cao dầm dầm định hình 0.75 chiều cao dầm dầm tổ hợp - Khung liên kết ngang cần thiết kế chi tiết hóa cho thi cơng lắp đặt riêng rẽ đơn vị một, tất đường hàn suốt q trình gia cơng cần tiến hành bên mặt nhằm tối thiểu chi phí xử lý Với tiêu chí tối ưu hóa, khung liên kết ngang cần thiết kế để chịu lực gió ngang Cần có phân tích hợp lý để tính tốn lực ngang thực tác động lên hệ dầm - Các dầm ngang hay khung liên kết ngang gối cần thiết kế để chịu lực ngang truyền tải trọng xuống kết cấu phần Trừ chi tiết hóa phận có tính dẻo dai, dầm ngang hay khung liên kết ngang đầu dầm cần thiết kế để chịu lực cắt vượt sức kháng cắt kết cấu phần Các liên kết chống cắt cần bố trí nhằm truyền lực ngang từ mặt cầu đến dầm ngang đầu dầm Khi có khe co giãn vị trí gối, dầm ngang gối cần thiết kế để chịu tải trọng trục xe lực xung kích - Theo AASHTO Điều 6.9.3, tỉ số độ mảnh tính tốn (KL/r) xiên chịu nén cần nhỏ 120 140 tương ứng dầm cong mặt dầm thẳng; theo AASHTO Điều 6.8.4, phận chịu kéo tỉ số (L/r) nên nhỏ 240 - Các phận khung liên kết ngang mã bao gồm hình dạng góc đơn hay dạng WT cần thiết kế có xem xét đến lệch tâm liên kết vị trí mã Nên sử dụng mã hình chữ nhật thay cho mã dạng đa giác - Dầm thép tổ hợp, dầm I, dầm ngang bê tơng bố trí vị trí mố trụ 3.4 Hệ giằng ổn định ngang Nên tránh bố trí giằng ổn định ngang biên hệ giằng có chi tiết dễ bị mỏi tốn để chế tạo, lắp đặt bảo trì Kích thước cánh dầm phải đủ để loại trừ cần thiết giằng ổn định ngang cho cánh 3.5 Vị trí mối nối dầm Đối với dầm liên tục, vị trí mối nối dầm thường bố trí điểm có momen uốn khơng tác dụng tĩnh tải điểm có thay đổi tiết diện, bố trí cách 15m Vị trí mối nối khơng thiết phải vị trí có momen uốn tĩnh tải khơng mà bố trí gần điểm Đơi mối nối bắt buộc phải bố trí điểm có momen uốn lớn cầu nhịp dài nhằm đảo bảo yêu cầu thi công Đối với dầm giản đơn, trng hợp cần bố trí mối nối, vị trí mối nối thường chọn cho có momen uốn nhỏ tốt Vị trí mối nối phụ thuộc vào khả gia công chế tạo vận chuyển Thông thường, với dầm liên tục, chiều dài phân đoạn vận chuyển vào khoảng 37.5m có trọng lượng nhỏ 40 Với dầm giản đơn, phân đoạn có chiều dài từ 3m đến 6m tuỳ theo số lượng phân đoạn chiều dài nhịp Mối nối phải ln loại có sử dụng bu lơng Mối nối đường hàn không sử dụng Các dầm kề phải nối vị trí 3.6 Khe co giãn khớp nối Các khớp nối nhịp thường khơng khuyến cáo sử dụng khơng có nhiều giải pháp chấp nhận thiết kế khớp nối chống động đất Cầu thép thiết kế không sử dụng khe co giãn khớp nối với chiều dài cầu lên đến 360m Khi trụ dẻo sử dụng, kết cấu phần tách biệt với kết cấu phần gối co giãn nhằm tránh tác động nhiệt mức lên kết cấu phần TỈ LỆ TIẾT DIỆN 4.1 Tỉ số chiều cao/chiều dài dầm Hình 4-1 cho thấy tỉ lệ điển hình cầu dầm liên hợp bao gồm mặt cầu bê tông dầm thép chữ I với sườn tăng cường hệ liên kết ngang Công việc thiết kế cầu dầm thép tổ hợp chọn giá trị ban đầu cho bụng cánh dầm Figure 4-1 Các thành phần cầu dầm thép tiết diện I Đối với dầm thẳng, Bảng 2.5.2.6.3-1 Tiêu chuẩn 272-05 AASHTO rõ giá trị tối thiểu tỉ số chiều cao chiều dài nhịp 0.033 cho nhịp giản đơn 0.027 cho nhịp liên tục Giá trị tối thiểu tỉ số tổng chiều cao tiết diện (bản BTCT dầm thép) 0.04 cho nhịp giản đơn 0.032 cho nhịp liên tục Đối với cầu cong mặt bằng, chiều cao dầm tối thiểu lớn 10% đến 20% 4.2 Bản bụng Bản bụng tạo sức kháng cắt cho dầm Do bụng đóng góp khơng nhiều vào sức kháng uốn tiết diện nên bề dày bụng cần chọn nhỏ tốt Tỉ số chiều cao bề dày D/tw ≤ 150 bụng khơng có sườn tăng cường dọc, D/tw ≤ 300 bụng có sườn tăng cường dọc (AASHTO 6.10.2.1) Trong thiết kế, hiệu chỉnh chiều cao bụng để có tiết diện tối ưu, chiều cao bụng thay đổi theo mức 50mm đến 75mm Mối nối bụng có chiều cao lớn 3.0m cần bố trí nối đứng nối ngang Bề dày bụng không nhỏ 12mm Nếu bề dày bụng nhỏ bị méo mó hàn gia cơng Bề dày cần phải đủ lớn để khơng cần bố trí sườn tăng cường dọc Bề dày bụng nên số thay đổi với số loại bề dày định Có thể sử dụng hai loại bề dày cho dầm liên tục loại bề dày cho dầm giản đơn Khi chọn giá trị bề dày bụng cho tiết diện tối ưu, nên hiệu chỉnh bề dày theo mức 2mm 4mm thép dày đến 25mm, 6mm thép dày 25mm 4.3 Bản cánh Bản cánh tạo sức kháng uốn cho tiết diện Bản cánh nên có bề rộng tối thiểu 300mm Bề rộng cánh nên suốt chiều dài dầm Nếu cần tăng diện tích cánh nên tăng bề dày cánh Trong trường hợp cần thay đổi bề rộng cánh nên thay đổi vị trí mối nối Sự thay đổi bề rộng cánh nên bội số 50 75 Đối với dầm cong mặt bằng, bề rộng cánh tối thiểu phải ¼ chiều cao bụng Đối với dầm thẳng, bề rộng bụng cần phải đạt tối thiểu 1/5 đến 1/6 chiều cao bụng Bề dày tối thiểu cánh 20mm 25mm tương ứng dầm thẳng dầm cong mặt Bề dày lớn cánh 75mm Loại thép Grade 50 (Cấp 345) HPS 70W (Cấp 490-chịu thời tiết) có bề dày không vượt 100mm Khi chọn giá trị bề dày cánh cho tiết diện tối ưu, nên hiệu chỉnh bề dày theo mức 4mm với thép dày đến 25mm, 6mm thép dày từ 25mm đến 75mm, 12mm thép dày từ 75mm đến 100mm Tại vị trí thay dổi bề dày cánh, dày cần phải có diện tích lớn mỏng 25% Hơn nữa, cánh dày không lớn hai lần bề dày cánh mỏng Do Tiêu Chuẩn Thiết Kế 22TCN 272-05 dựa phiên AASHTO 1998 chưa cập nhật nội dung yêu cầu cấu tạo tiết diện nên tham khảo thêm phiên Tiêu Chuẩn AASHTO thiết kế tiết diện Theo AASHTO 6.10.2.2, cánh chịu nén cánh chịu kéo cần phải thoả yêu cầu tỉ lệ tiết diện sau: bf/2tf ≤ 12 (AASHTO 6.10.2.2-1) bf ≥ D/6 (AASHTO 6.10.2.2-2) tf ≥ 1.1 tw (AASHTO 6.10.2.2-3) 0.1 ≤ Iyc/Iyt ≤ 10 (AASHTO 6.10.2.2-4) bf tf bề rộng bề dày cánh; tw bề dày bụng; Iyc Iyt tương ứng momen quán tính trục đứng cánh chịu nén cánh chịu kéo D chiều cao bụng Công thức AASHTO 6.10.2.2-1 đảm bảo cánh không bị sai lệch hàn vào bụng Công thức AASHTO 6.10.2.2-2 đảm bảo bụng bên phát triển sức kháng cắt ổn định sau đàn hồi hiệu ứng trường kéo Cơng thức AASHTO 6.10.2.2-3 đảm bảo cánh tạo hiệu ứng giằng điều kiện tự nhiên riêng biệt để có sức kháng cắt ổn định Công thức AASHTO 6.10.2.2-4 đảm bảo tỉ lệ cấu tạo cánh hiệu tránh sử dụng tiết diện khó thi cơng 4.4 Sườn tăng cường Sườn tăng cường trung gian với bụng tạo nên sức kháng ổn định cắt miền đàn hồi hiệu ứng trường kéo thường xảy vị trí gần gối hay điểm có lực tập trung Các sườn tăng cường khơng giữ vai trò liên kết với hệ liên kết ngang thường hàn vào bụng cần hàn vào cánh chịu nén Sườn tăng cường trung gian khơng cần phải hàn vào cánh chịu kéo Liên kết hàn sườn tăng cường cánh chịu kéo làm phát sinh ứng suất dư không cần thiết làm giảm sức kháng uốn tiết diện Sường tăng cường gối bắt buộc phải bố trí tất vị trí gối Sườn tăng cường gối cần phải hàn liên kết bu lông vào hai bên bụng Bề dày sường tăng cường gối phải đủ lớn để tránh sử dụng sườn tăng cường đơi gây khó khăn gia cơng chế tạo Điều 6.10.11.2 AASHTO qui định sườn tăng cường cần phải bố trí tồn chiều cao bụng dầm mở rộng gần mép cánh tốt Sườn tăng cường dọc sử dụng để làm tăng sức kháng uốn bụng cách hạn chế chuyển vị ngang bụng ngăn không cho bụng ổn định chịu uốn Do đó, sườn tăng cường dọc bố trí nằm vùng chịu nén bụng Trong thiết kế, chiều dày bụng khuyến cáo nên chọn giá trị đủ lớn để tránh sử dụng sườn tăng cường dọc gây khó khăn gia cơng chế tạo tạo chi tiết dễ bị phá hoại mỏi MƠ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU Thơng thường, với cầu nhịp giản đơn, sử dụng phương pháp phân tích gần để tìm nội lực tác động loại tải trọng thiết kế Phương pháp đơn giản hoá mơ hình làm việc khơng gian (3D) hệ kết cấu mơ hình phẳng (2D) thơng qua hệ số phân bố tải trọng Phương pháp có ưu điểm đơn giản, tính tốn nhanh, dễ kiểm sốt kết phân tích Tuy nhiên, phương pháp thường cho giá trị thiết kế thực tế lớn đáng kể so với giá trị yêu cầu Ngoài ra, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thơng qua phần mềm để mơ hình hố hệ kết cấu cách xác Các dầm thép thường mơ hệ kết cấu gồm phần tử dầm Phương pháp cho kết xác Tuy nhiên, cần đảm bảo hệ kết cấu mơ hình với điều kiện biên hợp lý, kiểm sốt tốt số liệu đầu vào kết đạt yêu cầu Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cần vận dụng nhiều kiến thức sức bền vật liệu, kết cấu phần tử hữu hạn Do đó, cần nắm vững kiến thức sử dụng phương pháp Nói chung, việc phân tích kết cấu phần mềm đảm nhiệm nên người thiết kế cần có phương pháp để kiểm soát số liệu đầu vào kết đầu ra, cần có phương pháp để kiểm chứng kết Tiết diện liên hợp giả thiết làm việc toàn chiều dài cầu vùng momen uốn âm thiết kế với tiết diện không liên hợp Cốt thép gia cường dọc mặt cầu bê tông nằm phạm vi bề rộng hữu hiệu thường khơng cần xem xét tính tốn đặc trưng tiết diện Theo Điều 6.10.1.5 AASHTO, thiết kế dầm liên hợp chịu uốn, đặc trưng tiết diện dầm thép sử dụng cho tải trọng tác động lên tiết diện chưa liên hợp (dầm thép, bê tông mặt cầu, tải trọng thi công), đặc trưng tiết diện liên hợp dài hạn dùng cho tải trọng dài hạn tác động lên tiết diện liên hợp (lan can, lớp phủ mặt cầu tiện ích), đặc trưng tiết diện liên hợp ngắn hạn dùng cho tải trọng ngắn hạn (hoạt tải) Các tĩnh tải xem phân bố lên dầm Sự phân bố hoạt tải tuỳ thuộc vào khoảng cách dầm S, chiều dài nhịp L, bề dày mặt cầu, tham số độ cứng dọc Kg, sồ lượng dầm Nb (AASHTO 4.6.2.2.1) Các kết cấu cầu phức tạp cầu xiên cầu cong thường phân tích phương pháp phần tử hữu hạn CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ QUI TRÌNH THIẾT KẾ 6.1 Các trạng thái giới hạn thiết kế Cầu thép cần thiết kế để thoả yêu cầu tất trạng thái giới hạn qui định Tiêu Chuẩn Thiết Kế 22TCN 272-05 Cường Độ I, Cường Độ II, Sử Dụng II, Mỏi I II, trạng thái giới hạn Đặc Biệt Khả thi cơng cần phải xem xét 6.2 Qui trình thiết kế Qui trình thiết kế dàm thép mô tả lưu đồ sau 12 KIỂM TRA GIAI ĐOẠN THI CÔNG - Kiểm tra sức kháng uốn dầm giai đoạn thi công đổ bê tông mặt cầu 12.1 Cánh chịu nén - Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén tiết diện chưa liên hợp bf 2tf = 10.0 ≤ 12 (OK) - Yêu cầu chống giằng cánh chịu nén Tải trọng thi công lên tiết diện chưa liên hợp Dc = It = At = rt = 641 mm tcbc3 12 (Dc/3)tw + tcbc3 + (Dc/3)tw It = At 33780771.62 mm4 = 12 7064 = mm 69 mm Khoảng cách yêu cầu dầm ngang Lb ≤ Vì Lp = 1.76rt Lb,max = 3000 E Fyc = 2930 mm (6.10.4.1.9) > Lp Do đó, tiếp tục khảo sát ổn định uốn ngang tiết diện chưa liên hợp Do → Dc > D/2 582.5 mm = λb = 4.64 Ứng suất cánh chịu nén tải trọng thi công MDC1 1603.71 fc = = = 191 Mpa Sxt,NC 0.00841 2Dc tw → = < λb 107 E = 150 fc λb = 1.0 1) Ứng suất ổn định tới hạn cánh chịu nén, Fcr Fcr = 1.904 × E bf 2tf → 2Dc = 368 Mpa > Fyc = 345 Mpa tw Fcr = 345 Mpa - Sức kháng uốn danh định cánh chịu nén Fn = RbRhFcr 345 Mpa = [1] 2) Sức kháng uốn dựa ổn định uốn ngang 2Dc tw = 106.8 J = Iyc = Dtw + E < λb Fyc bfttft3 = 112 bfbtfb + = 1941873 mm tftbft 12 = 33750000 mm - Momen chảy tiết diện chưa liên hợp min[Sxt,NC×Fy, Sxb,NC×Fy] My = Mn = Do My = 3.14ECbRh 9002.31 kNm Iyc Lb × = 0.772 > RhMy 2901.6 kNm J Iyc = + 9.87 2901.6 kNm 63/64 d Lb ≤ RhMy → → Mn = Fn = 2901.6 kNm Mn = Sxt,NC 345 Mpa [2] - Sức kháng uốn danh định giá trị nhỏ [1] [2] Fn = ([1], [2]) = 345 Mpa - Sức kháng uốn tính tốn Fr = φFn = 345 Mpa > fc 191 Mpa = (OK) 12.2 Cánh chịu kéo - Sức kháng uốn danh định cánh chịu kéo Fn = RbRhFyt = 345 Mpa - Sức kháng uốn tính tốn Fr = φFn = 345 Mpa - Ứng suất cánh chịu kéo tải trọng thi công MDC1 1603.71 ft = = = 158 Mpa Sxb,NC 0.01014 64/64 < Fr (OK) BẢN VẼ THIẾT KẾ ... vẽ thiết kế 17 Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Bộ Môn Cầu Đường THUYẾT MINH ĐAMH Thiết Kế Cầu Thép – BTCT Liên Hợp ĐAMH THIẾT KẾ CẦU THÉP – BTCT LIÊN HỢP THUYẾT MINH THIẾT... lệ điển hình cầu dầm liên hợp bao gồm mặt cầu bê tông dầm thép chữ I với sườn tăng cường hệ liên kết ngang Công việc thiết kế cầu dầm thép tổ hợp chọn giá trị ban đầu cho bụng cánh dầm Figure 4-1... loại cầu dầm thép sử dụng phổ biến Tiết diện dầm thép chữ I loại tiết diện đơn giản hiệu cho kết cấu chịu uốn cắt Tài liệu hướng dẫn thiết kế giới thiệu cầu dầm thép liên hợp bê tông cốt thép