LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT VỀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ TRONG DẦM THÉP LIÊN HỢP.DOCV

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy, Cô giáo hướng dẫn, các Đồng nghiệp và các Cơ quan liên quan Lời đầu tiên, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Quốc Hùng – Bộ môn Cầu Hầm - Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn;

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy, Cô giáo trong bộ môn Cầu Hầm và Khoa Công trình - Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập, làm cơ

sở cho quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn Tác giả xin cảm ơn tập thể Ban giám hiệu, Phòng đào tạo đại học và sau đại học - Trường Đại học Giao thông Vận tải đã giúp đỡ, tạo điều kiện học tập, nghiên cứu để khóa học Cao học K21-1 hoàn thành Và cũng chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Cơ quan, Gia đình và Bạn bè trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn;

Trong khuôn khổ luận án Thạc sỹ khoa học kỹ thuật với vốn thời gian hạn chế

và trình độ bản thân còn hạn hẹp chắc chắn chưa đáp ứng được một cách đầy đủ những vấn đề đã đặt ra Tác giả xin chân thành cảm ơn và tiếp thu nghiêm túc những

ý kiến đóng góp của quý Thầy, Cô giáo, các bạn Học viên và các Đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Nguyễn Vỹ

MỤC LỤC

LỚI CẢM ƠN ……….1

MỤC LỤC 2

PHẦN MỞ ĐẦU 4

1 Tính cấp thiết của đề tài 4

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 5

3 Đối tượng nghiên cứu 5

4 Phạm vi nghiên cứu 5

5 Phương pháp nghiên cứu 5

6 Kết cấu của luận văn 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG KẾT CẤU THÉP LIÊN HỢP 6

I Đặc điểm của cầu liên hợp thép – BTCT Error! Bookmark not defined

1 Khái niệm về cầu liên hợp thép – BTCT Error! Bookmark not defined.6

2 Đặc điểm của cầu liên hợp thép – BTCT Error! Bookmark not defined.7

3 Các dạng cầu liên hợp thép – BTCT Error! Bookmark not defined.9

3.1.Dầm thép chữ I bụng đặc Error! Bookmark not defined.9 3.2.Dầm thép chữ I bụng rỗng Error! Bookmark not defined.10 3.3.Dầm thép chữ I bụng lượn sóng Error! Bookmark not defined.11 3.4.Dầm thép hộp đơn (1 hộp) Error! Bookmark not defined.14 3.5.Dầm thép hộp đôi (2 hộp) Error! Bookmark not defined.17 3.6.Dầm thép hộp bản trực hướng (Bản thép dưới bản BTCT) Error! Bookmark not defined.20

3.7.Dầm thép liên hợp BTCT Error! Bookmark not defined.21

II Các bộ phận chủ yếu trong nhịp cầu liên hợp thép – BTCT Error! Bookmark not defined.23

1 Bản mặt cầu Error! Bookmark not defined.23

2 Dầm thép Error! Bookmark not defined.24

3 Neo liên kết Error! Bookmark not defined.26

4 Hệ liên kết dọc, ngang Error! Bookmark not defined.28

III Các yêu cầu đối với nhịp cầu liên hợp thép – BTCT Error! Bookmark not defined.30

1 Bản mặt cầu Error! Bookmark not defined.23

2 Yêu cầu về cấu tạo Error! Bookmark not defined.33

3 Yêu cầu về bê tông Error! Bookmark not defined.37 Nhận xét chương 1 Error! Bookmark not defined.40

CHƯƠNG 2: CƠ SỚ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN CẦU DẦM LIÊN HỢP Error! Bookmark not defined.41

1 Phân tích đặc điểm cấu tạo của mặt cắt cầu dầm liên hợp Error! Bookmark not

defined.41

a Cấu tạo dầm liên hợp dạng I Error! Bookmark not defined.41

b Bố trí dầm liên hợp dạng I Error! Bookmark not defined.42

c Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng cầu thép liên hợp dạng I Error! Bookmark not defined.46

2 Sự làm việc chung giữa hai loại vật liệu trong dầm thép liên hợp dạng I Error!

Bookmark not defined.47

a Khả năng tính toán của các liên kết truyền thống Error! Bookmark not

defined.48

b Liên kết hoàn toàn và liên kết không hoàn toàn Error! Bookmark not defined.49

3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và co ngót đối với nội lực trong dầm liên hợp Error!

Bookmark not defined.51

a Do sự thay đổi nhiệt độ Error! Bookmark not defined.51

b Do co ngót của bê tông Error! Bookmark not defined.54

c Tổ hợp ứng suất Error! Bookmark not defined.54

4 Các nội dung tính toán đối với tiết diện liên hợp Error! Bookmark not defined.55 4.1 Phương pháp thiết kế cầu liên hợp thép – BTCT theo 22TCN272-05 Error! Bookmark not defined.55

4.2 Kiểm toán cầu liên hợp thép – BTCT Error! Bookmark not defined.62

4.3 Điều chỉnh nội lực Error! Bookmark not defined.74

Nhận xét chương 2 Error! Bookmark not defined.81

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT TỐI ƯU VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THIẾT KẾ CẦU

DẦM LIÊN HỢP Error! Bookmark not defined.82

1 Khái niệm chung Error! Bookmark not defined.82

2 Nguyên lý hoạt động của thuật toán PSO Error! Bookmark not defined.84

3 Công thức tính toán của thuật toán PSO Error! Bookmark not defined.88

4 Thuật toán tối ưu bày đàn (PSO) trên matlab Error! Bookmark not defined.91

5 Kỹ thuật xử lý các bài toán có ràng buộc Error! Bookmark not defined.93

a Phương pháp cho trước lời giải khả nghiệm Error! Bookmark not defined.94

b Phương pháp sử dụng hàm phạt Error! Bookmark not defined.95

c Phương pháp loại bỏ dần lời giải không khả nghiệm Error! Bookmark not defined.97

Nhận xét chương 3 Error! Bookmark not defined.98

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ MCN CẦU DẦM LIÊN HỢP THEO

LÝ THUYẾT TỐI ƯU 99

1 Xác định hàm mục tiêu Error! Bookmark not defined.99

a Hàm mục tiêu Error! Bookmark not defined.99

b Các điều kiện ràng buộc Error! Bookmark not defined.100

2 Xác định trọng lượng thép theo khoảng cách dầm chủ, theo chiều dày bản mặt cầu,

theo chiều cao dầm chủ Error! Bookmark not defined.101

a Tính diện tích tiết diện liên hợp Error! Bookmark not defined.102

b Thay đổi bộ đôi số Error! Bookmark not defined.106

c Tìm giá trị cuối Error! Bookmark not defined.106

3 Kết quả các bài toán ví dụ Error! Bookmark not defined.107 Nhận xét chương 4 Error! Bookmark not defined.115

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 12416 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12719

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, tình trạng ùn tắc giao thông trong các đô thị lớn ở nước ta ngày càng tăng, trong đó rõ nhất là ở hai thành phố lớn là Hà Nội và Tp

Hồ Chí Minh Việc chống ùn tắc giao thông là việc làm cấp bách đặc biệt tại các nút giao lớn Bên cạnh nhiều phương án đã được thực hiện như: mở rộng đường,

bố trí đèn tín hiệu giao thông, phân làn đều không mang lại hiệu quả đáng kể thì giải pháp xây dựng cầu vượt (cầu vượt giao thông và cầu vượt đi bộ) đã phát huy tác dụng trong việc giải quyết giao thông đô thị Cầu vượt nhẹ đang được nhiều nước trên thế giới sử dụng, thường có kết cấu phần trên bằng dầm thép và kết cấu móng cọc là cọc đúc sẵn thi công theo công nghệ ép hoặc cọc vít thi công theo công nghệ ép xoắn, số lượng cọc ít, thi công nhanh đặc biệt là không gây tiếng ồn

và rung động ảnh hưởng đến người dân sinh sống xung quanh Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng các dạng kết cấu nhịp thi công lắp ghép nhanh, hạn chế được tĩnh không, giảm ảnh hưởng của quá trình thi công, giá thành rẻ là một điều hết sức cần thiết trong việc giải quyết bài toán ùn tắc giao thông đặc biệt là các nút giao lớn Xuất phát từ những quan điểm đó, với trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp cao học và với sự hướng dẫn tận tình của Thầy TS.Nguyễn Quốc Hùng,

Học viên đã mạnh dạn chọn đề tài: " Lựa chọn các thông số kích thước hợp lý của kết cấu nhịp cầu dầm liên hợp giản đơn cho cầu vượt nút giao."

Các vấn đề nghiên cứu của luận văn này bao gồm:

- Giới thiệu tổng quan về các dạng kết cấu dầm liên hợp thép – BTCT đã áp dụng trên trên thế giới và Việt Nam

- Phân tích, đánh giá các dạng kết cấu dầm liên hợp thép – BTCT

- Nghiên cứu ứng dụng các dạng kết cấu dầm liên hợp thép – BTCT cho các cầu vượt trong nút giao tại Thành phố Hồ Chí Minh Đánh giá sơ bộ các chỉ tiêu kinh

tế, kỹ thuật của các phương án kết cấu nhịp.Đề tài chỉ dừng ở mức độ phân tích dạng kết cấu điển hình là: cầu dầm thép liên hợp giản đơn được áp dụng cho nút giao thông

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu sự làm việc và tính toán dầm liên hợp, đặc biệt là dầm thép trong dầm liên hợp thép – bê tông (bê tông cốt thép)

- Nghiên cứu lựa chọn các thông số của tiết diện liên hợp về hình dạng dầm thép, cường độ vật liệu thép và bê tông để có được tiết diện của dầm thép LH-BTCT là hợp

lý nhất theo tiêu chí giảm trọng lượng thép nhưng vẫn đảm bảo về khả năng chịu lực

3 Đối tượng nghiên cứu

Các dạng kết cấu nhịp cầu dầm liên hợp thép – BTCT giản đơn

5 Phương pháp nghiên cứu

Giới thiệu chi tiết các dạng kết cấu nhịp cầu liên hợp thép – BTCT; nguyên lý thiết kế, tính toán kết hợp với chuyên gia nhằm phân tích ưu nhược điểm so với các dạng kết cấu nhịp BTCT thông thường Từ đó đề xuất áp dụng cho các cầu vượt trong nút giao lớn ở TP.HCM

6 Kết cấu của luận văn

Chương 1: Tổng quan về cầu dầm liên hợp thép – BTCT

Chương 2: Cơ sở lý thuyết để tính toán cầu dầm liên hợp thép – BTCT

Chương 3: Lý thuyết tối ưu và ứng dụng trong việc thiết kế cầu dầm liên hợp Chương 4: Xác định kích thước hợp lý MCN cầu dầm liên hợp theo LT tối ưu Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP

Từ đầu năm 2012 đến nay, hàng loạt cầu thép liên hợp bê tông (Bê tông cốt thép) đã được khởi công xây dựng và đưa vào hoạt động tại thành phố Giải pháp này được áp dụng sau khi hàng loạt các phương án chống ùn tắc như phân làn đường; đổi giờ làm, giờ học; cấm dừng, đỗ xe trên 262 tuyến phố… được triển khai rầm rộ nhưng không mang lại hiệu quả

Cầu thép liên hợp bê tông cốt thép là loại kết cấu sử dụng vật liệu hợp lý Mặt

cắt kết cấu bao gồm giữa kết cấu thép chịu kéo và kết cấu bê tông chịu nén, cả hai kết cấu kết hợp làm việc thông qua hệ thống neo tạo ra nhiều ưu điểm, tiện dụng nên được sử dụng rộng rãi hiện nay Cầu thép liên hợp BTCT đã, đang và được sử dụng phổ biến có nhiều ưu điểm về cấu tạo, cường độ làm việc, mỹ quan

1 Khái niệm về cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép

Khác với cầu bê tông cốt thép thông thường, tiết diện là bê tông và cốt chịu lực

là các thanh thép tròn, cầu liên hợp thép - bê tông cốt thép tiết diện gồm 2 phần, một phần thép, một phần BTCT làm bản mặt cầu => Tiết diện chịu lực gồm 2 loại vật liệu

Hình 1.1: Cầu thép liên hợp bê tông tại nút giao Daewoo – Hà Nội

và được liên kết với nhau thông qua hệ thống neo để cùng làm việc

Hình 1.2 - Các dạng tiết diện cầu liên hợp thép - Bê tông cốt thép

Việc hình thành các dạng cầu liên hợp bắt nguồn từ hai nguyên nhân:

- Bắt đầu từ ý định thay thế cầu BTCT và cầu thép bằng cầu dầm dạng khác; khi hàm lượng thép và bê tông cốt thép đạt cường độ chịu lực và phát huy nhiều ưu điểm vượt bậc thì hình thành nên cầu liên hợp thép – BTCT

- Bắt đầu từ ý tưởng muốn kết hợp ưu điểm của 2 loại vật liệu, Bê tông chịu nén tốt và thép chịu kéo tốt Tạo ra tiết diện chịu lực gồm 2 loại vật liệu chính, từ đó hình thành nên cầu liên hợp Thép – Bê tông cốt thép Tuy ra đời muộn hơn một số cầu truyền thống khác như cầu thép, cầu bê tông cốt thép, nhưng dạng cầu này đã được

áp dụng nhiều năm nay và ngày càng thấy có nhiều điểm ưu việt cần được khai thác

2 Đặc điểm của cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép

 Đặc điểm chung:

- Sử dụng vật liệu hợp lý, giữa bê tông chịu nén và thép chịu kéo; tăng hiệu quả

sử dụng vật liệu, nhất là vật liệu cường độ cao

- Tĩnh tãi giảm hơn so với cầu BTCT

- Khả năng chịu biến dạng lớn hơn cầu bê tông cốt thép, đó là ưu điểm lớn trong việc chịu tải trọng động đất

- Thi công dễ dàng hơn cầu BTCT

- Có thể dễ dàng dùng phương pháp thi công hiện đại (phương pháp thi công ván khuôn trượt, thi công lắp ghép) làm tăng tính cơ động, tăng tốc độ thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng

- So với cầu bê tông thông thường, kích thước của cầu liên hợp thép-BTCT thanh mảnh hơn, do đó tăng được không gian sử dụng (Hình 1.3)

Hình 1.3: Dầm liên hợp thép - bê tông tăng không gian sử dụng

- Có thể đạt hiệu quả kinh tế cao: So với cầu bê tông cốt thép thông thường thì lượng thép dùng trong cầu liên hợp thép-BTCT lớn hơn, nhưng đôi khi chưa hẳn là đắt hơn Nếu đánh giá hiệu quả kinh tế một cách toàn diện thì có thể chi phí vật liệu cao, nhưng được bù lại bởi tốc độ thi công nhanh, đưa vào sử dụng sớm, quay vòng vốn nhanh thì cuối cùng công trình sẽ rẻ hơn

- Dầm chủ: các đoạn dầm được nối bằng tổ hợp hàn hoặc định hình

- Giữa dầm chủ với dầm ngang: dầm ngang được liên kết với dầm chủ thông qua các sườn đứng bằng bu lông cường độ cao

- Giữa dầm thép và bản BTCT được liên kết thông qua hệ thống neo

3 Các dạng cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép:

3.1 Dầm thép chữ I bụng đặc:

- Giới thiệu về đặc điểm cấu tạo:

+ Dầm thép bụng đặc còn gọi là dầm bản gồm thép I định hình hoặc nối ghép bằng hàn, tán đinh, bu lông cường độ cao, có cấu tạo đơn giản thường dùng cho khẩu

độ nhỏ hơn 30÷40 (m)

+ Tiết diện của các cấu kiện thép cán hoặc tổ hợp hàn và các bản ghép bằng thép

có giới hạn chảy nhỏ hơn 440MPa ở những chỗ nối, dùng liên kết bu lông (trừ bulông cường độ cao) chịu tải trọng tĩnh, khi tính toán về độ bền

+ Momment quán tính theo phương chịu moment lớn -chịu lực tốt Phương ngược lại không chịu lực hoặc chịu lực ít nên thường giảm bớt một cánh đi để tiết kiệm

thép Cho nên nó giống hình chữ I

Hình 1.4: Kích thước tính toán mô men tĩnh của cánh

+ Các thanh bụng chịu nén của kết cấu không gian rỗng làm bằng một thép góc, được liên kết trên một cạnh (thép góc không đều cạnh là cạnh lớn) trực tiếp vào thanh cánh

+ Các thanh chịu nén làm bằng một thép góc được liên kết trên một cạnh (cạnh nhỏ đối với thép không đều cạnh) trừ các trường hợp đặc biệt

- Ưu nhược điểm:

+ Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, thi công, dễ duy tu, sửa chữa

+ Chiều cao cấu trúc thường nhỏ, giảm đất đắp sau mố, phù hợp với cầu đi trên + Khó thỏa mãn yêu cầu về mỹ quan

- Phạm vi áp dụng:

Thích hợp cho khẩu độ nhỏ Với cầu dầm đặc thường dùng cho khẩu độ 30m đến 40m, cầu liên hợp có thể tới 40m đến 50m

3.2 Dầm thép chữ I bụng rỗng:

- Đặc điểm cấu tạo:

+ Dầm bụng rỗng là một dầm thép nhẹ dạng tiêu chuẩn gồm các cánh song song

và hệ thống bụng hình tam giác, được chọn theo nhịp dầm giữa các gối tựa

+ Chức năng chính của dầm bụng rỗng là trực tiếp chịu tác động dầm thép, dầm BTCT,chuyển tải trọng lên các kết cấu mố, trụ cầu

+ Để thiết kế chính xác một dầm bụng rỗng, các kỹ sư sẽ phải xem xét nhịp dầm giữa các gối tựa, khoảng cách dầm, độ dốc, hoạt tải, tĩnh tải, tải tập trung, sức gió bốc, các tiêu chí về độ võng và độ cao tối đa cho phép của dầm

Nhìn chung, nó đỡ hệ dầm và bản mặt cầu sơ đồ nhịp đơn giản hoặc các thành phần thứ yếu cách đều nhau dọc theo chiều dài của dầm lớn Đối với dầm biên thì tải trọng đặt vào từ một phía, còn đối với dầm ở gian trong thì phải truyền vào từ cả hai phía

Hình 1.5: Cầu The Brownrig-bridge.

+ Dầm bụng rỗng loại lớn gồm một cánh trên và một cánh dưới thường song song nhau Những cánh này được giữ bằng các thanh bụng chéo và thẳng đứng Trong hệ kết cấu phía trên, dầm lớn tựa lên trụ, mố và cánh dưới được cố định bằng gối

+ Dầm bị khoét rỗng nên mặt tiếp xúc của tiết diện lớn, dễ gây ăn mòn cho kết cấu, chi phí bảo dưỡng cao

- Phạm vi áp dụng:

Thích hợp cho khẩu độ nhỏ và vừa Thường kết hợp với các loại dầm khác như dầm bụng đặc, thường dùng cho khẩu độ 30m đến 50m, các công trình cầu vượt nhẹ, các công trình nông thôn Được áp dụng rộng rãi trong cho các dầm thép liên hợp trong các công trình dân dụng và công nghiệp

3.3 Dầm thép chữ I bụng lượn sóng:

- Giới thiệu về đặc điểm cấu tạo:

+ Dầm thép chữ I thẳng bản bụng lượn sóng hình thang đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều kết cấu khác nhau, đặc biệt là các công trình cầu và nhà dân dụng kết cấu thép từ đầu những năm 1960 tại châu Âu So với bản bụng phẳng của dầm chữ I thông thường, bản bụng lượn sóng hình thang cứng hơn khi uốn ngoài mặt phẳng; chịu xoắn tốt hơn; giảm giá thành chế tạo dầm do giảm trọng lượng thép và tăng tính thẩm mỹ của kết cấu

+ Có 2 cơ chế phá hoại của các nhóm dầm: cơ chế mất ổn định cục bộ hoặc cơ chế mất ổn định tổng thể Sự mất ổn định cục bộ là sự mất ổn định tại một mảnh đơn lẻ của bản bụng lượn sóng Sự mất ổn định cục bộ liên hệ với nhau tạo ra sự mất ổn định tổng thể;

+ Đường cong tải trọng – độ võng chỉ ra rằng khả năng chịu tải sau khi đạt giá trị cực đại là khá đột ngột với giá trị còn lại xấp xỉ một nửa giá trị tải trọng lớn nhất, tuy nhiên vẫn bằng với cường độ bản bụng ở dầm có bản bụng phẳng với cùng một độ dày Giá trị này vẫn duy trì ổn định trong khi độ võng vẫn tiếp tục tăng

Hình 1.6: Cầu dầm thép chữ I bụng lượn sóng

+ Giá trị ứng suất trên mặt phẳng ngang ở bản bụng có giá trị không quá lớn ngoại trừ tại các vị trí giữa nhịp lân cận với bản cánh Điều này chứng tỏ rằng mômen uốn chủ yếu do các bản cánh chịu;

+ Sức kháng cắt phụ thuộc vào chiều cao và độ dày của bản bụng;

+ Không có sự khác biệt giữa ứng suất cắt trượt ở những nếp gấp dọc dầm và các nếp gấp nghiêng

+ Khả năng chịu uốn cực hạn nằm trong khoảng giữa khả năng chịu uốn tính toán dựa trên giới hạn chảy của bản cánh và cường độ giới hạn bỏ qua sự tham gia của bản bụng lượn sóng

- Ưu nhược điểm:

+ Chỉ một khuyết tật đáng kể nào đó cũng làm giảm khá nhiều cường độ của dầm Sự giảm cường độ này có thể thấy được ở những dầm có một thay đổi góc gấp nếp của sóng tôn dẫn đến những khuyết tật từ 450 thành 300

+ Vật liệu được sử dụng hợp lý, bê tông cốt thép được bố trí ở vị trí chịu uốn, sườn thép chịu cắt

+ Vật liệu được đưa ra xa nhất trục trung hòa do đó tăng hiệu quả chịu lực của dầm

+ Tránh được những khó khăn trong việc đổ bê tông bản bụng có chiều cao lớn + Việc giảm khối lượng bản thân của các đốt dầm cũng cho phép đúc được các đốt dầm dài hơn do đó đẩy nhanh được thời gian thi công xây dựng công trình + Trong dầm thép-bê tông liên hợp đã phát huy được hiệu quả nhất định trong thời gian vừa qua, tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục như, khẩu độ nhịp hạn chế hoặc chiều cao kết cấu nhịp lớn, kết cấu hộp thành mỏng nếu không được tăng cường đầy đủ rất dễ bị biến dạng, khả năng chịu nén của bản cánh dưới là kém và việc cải thiện khả năng chịu nén bằng lớp bê tông liên kết bản đáy đôi khi không phát huy hiệu quả do khả năng dính bám còn hạn chế Để khắc phục nhược điểm của hai loại kết cấu trên, giải pháp sử dụng cầu

bê tông cốt thép dự ứng lực có sườn bằng thép lượn sóng sẽ là giải pháp trung gian cho các nhược điểm nhưng lại phát huy được tổng hợp các ưu điểm của hai loại kết cấu này

+ Việc thay thế dầm có sườn bằng BTCT truyền thống bằng dầm có sườn bằng lượn sóng cho phép giảm tải trọng bản thân dầm, do đó cũng giảm giá thành xây dựng cầu

+ Sức kháng cắt của bản sườn được cải thiện do được tăng cường bằng các bản lượn sóng;

+ Với những ưu điểm nổi trội nêu trên nên kết cấu dầm có bản bụng lượn sóng đã được quan tâm nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ 20 và đến nay đã có rất nhiều công trình dạng này được đưa vào sử dụng tại các nước như Nhật Bản, Pháp, Đức và Hàn Quốc …

- Phạm vi áp dụng:

Có thể áp dụng cho cả kết cấu dầm thép cũng như kết cấu dầm liên hợp Đặc biệt thích hợp với kết cấu dầm chịu nén uốn như dầm cầu dây văng, cầu extradose hoặc cầu trong đường cong nằm

3.4 Dầm thép hộp đơn (1 hộp):

- Giới thiệu về đặc điểm cấu tạo:

+ So với dầm I, dầm hộp thép đơn có cường độ kháng uốn cao hơn vì vậy phù hợp với khẩu độ nhịp lớn hơn Nhịp vượt hiệu quả khoảng từ 45-80m

+ Việc lựa chọn chiều cao dầm cần xem xét định tính ứng xử kết cấu- khi chịu tác động uốn theo phương đứng có thể coi dầm hộp thép như hai dầm I đơn, đối với tác động xoắn dầm hộp thép lớn hơn rất nhiều so với dầm I khoảng từ 100-1000 lần khuyến nghị về chiều cao sườn dầm tối thiểu đảm bảo không gian cho công tác kiểm tra duy tu sau này, ứng với chiều cao này khẩu độ nhịp khoảng 45m cho nhịp giản đơn và khoảng 60m cho nhịp liên tục

+ Bề rộng dầm và khoảng cách dầm (Girder width and spacing) Giới hạn cận dưới bề rộng dầm được khuyến nghị khoảng 1.2(m) đảm bảo đủ không gian xoay

sở cho công nhân khi chế tạo hoàn thiện các chi tiết cấu tạo giằng, sườn tăng cường… trong lòng hộp thép

+Bề rộng bản đáy: Việc phải bổ sung hệ sườn tăng cường dọc và sườn tăng cường ngang cho bản đáy có kích thước lớn để đảm bảo ổn định có thể làm tăng cao chi phí sản xuất dầm

Hình 1.7: Cầu dầm hộp thép đơn

+ Phần hẫng của bản mặt cầu bao gồm cả bó vỉa và lan can, không được lớn hơn 60% của khoảng cách trung bình giữa các tim của bản cánh thép ở trên các mặt cắt hộp liền kề,a, hoặc 1800mm

+ Chiều dày bản đáy dầm (Bottom flange) và tỉ lệ b/t là thông số thiết kế quan trọng ảnh hưởng đến giá thành và khả năng chịu lực của kết cấu Cận dưới chiều dầy bản đáy phụ thuộc vào khả năng bị biến dạng vặn xoắn (distortion) trong quá trình chế tạo, vận chuyển, lắp dựng.Trong mọi trường hợp chiều dày bản đáy không nên nhỏ hơn 13mm

+ Việc lựa chọn giải pháp tăng chiều dày hay bổ sung hệ sườn tăng cường dọc, ngang nhằm đảm bảo ổn định tấm chịu nén phụ thuộc:

(1) Giá thành

(2) Tính khả thi trong thi công, chế tạo

(3) Việc bổ sung sườn tăng cường cần hết sức lưu ý cấu tạo đảm bảo khả năng chịu mỏi

+Sườn dầm (Web) có thể cấu tạo thẳng đứng hoặc tạo nghiêng Việc tạo nghiêng

có ưu điểm tăng tính thẩm mỹ, giảm chiều rộng bản đáy tuy nhiên khuyến nghị của ASSHTO góc nghiêng sườn dầm không vượt quá 1:4 Tính toán thiết kế sườn dầm ngoài đảm bảo khả năng chống cắt như cầu dầm I thông thường, còn thiết kế khả năng chống xoắn bao gồm xoắn (Saint-Venant) và xoắn vênh (warping orsion) Các trường hợp tải gây xoắn dầm gồm:

(1) Cầu chéo

(2) Tĩnh tải lệch tâm của bản mặt cầu

(3) Hoạt tải lệch tâm

+ Bản cánh trên dầm (Top flange) được thiết kế cơ bản để chịu ứng suất do uốn dầm và một phần phụ thêm ứng suất dọc trục do xoắn Bản cánh trên cũng làm chức năng như một phần của hệ giằng ngang, chịu ứng suất uốn ngang do các nguyên nhân phát sinh:

(1) Tác động cong bằng của dầm

(2) Tác động nghiêng của các sườn dầm

(3) Tác động của các kết cấu đỡ tạm khi thi công bản hẫng mặt cầu

Ngoài các yêu cầu về cấu tạo tỷ lệ b/t của các bản cánh chịu nén và chịu kéo như quy trình thiết kế, bề rộng bản cánh trên còn phải đảm bảo đủ không gian bố trí cho liên kết của hệ giằng trên và các đinh neo chống cắt

Giai đoạn thiết kế không chế của bản cánh trên là trong quá trình thi công bản mặt cầu Bản cánh trên phải được xem xét chịu được tải trọng lắp dựng, do hầu hết các nhà thầu đều lựa chọn giải pháp cẩu dầm bằng cách kẹp trực tiếp vào bản cánh trên, vì vậy ứng suất cục bộ bao gồm cả ứng suất cục bộ trong mối hàn giữa bản cánh

và sườn phải được kiểm toán với tải trọng lắp dựng

- Ưu nhược điểm:

+ Đây là dạng cầu mới lạ và có vẻ đẹp mỹ quan Do mái thép có dạng vát nghiêng, lại bố trí theo các đường chéo không chắn tầm mắt, tạo điểm nhấn trong kiến trúc nhân tạo khu vực xây dựng cầu

+ Độ chính xác khi áp dụng cho cầu cong là rất cao bởi bản đáy và sườn thép được chế tạo trong nhà máy Chất lượng bê tông bản đáy và kết cấu cầu được đảm bảo một cách tối đa (riêng bản mặt cầu sẽ được thi công trên công trường)

+ Thi công cầu dạng hộp đơn tương đối dễ dàng, các phương pháp thi công cầu vượt nhẹ trong thành phố đều có thể được áp dụng

+ Chiều dài nhịp tính toán của bản mặt cầu: nhịp tính toán bản mặt cầu lớn gây khó khăn cho việc cấu tạo tấm ván khuôn bản mặt cầu để lại khi thi công bản

+ Khả năng vận chuyển dầm từ xưởng chế tạo ra công trường của phương tiện vận tải hiện tại Với bề rộng dầm lớn hơn 3.6m công tác vận chuyển là rất khó khăn

+ Cấu tạo bộ phận neo liên kết giữa phần bản bê tông và các thanh giàn thép tương đối rắc rối Sự làm việc thực tế của kết cấu với mô hình tính toán chưa thực sự tiệm cận Cần nghiên cứu sâu hơn nữa

+ Bên cạnh đó, do phải thi công theo từng giai đoạn trên hệ thống đà giáo tạm, nên thích hợp với trường hợp cầu vượt trên cạn Trong trường hợp vượt địa hình vực sâu, hiểm trở hoặc trên sông nước thì kinh phí hệ thống tạm sẽ tăng đáng kể

- Phạm vi áp dụng:

Thích hợp cho việc thi công cầu vượt cạn Áp dụng cho cầu dầm liên hợp, cầu vượt đi bộ…

3.5 Dầm thép hộp đôi (2 hộp):

- Giới thiệu về đặc điểm cấu tạo:

+ So với dầm hộp thép đơn dầm hộp thép đôi có cường độ kháng uốn cao và khả năng chịu lực tốt hơn vì vậy phù hợp với khẩu độ nhịp lớn hơn Nhịp vượt hiệu quả khoảng từ 45÷100m Khẩu độ có thể đạt được là 160m

+ Việc lựa chọn chiều cao dầm tương tự như dầm hộp đơn cần xem xét định tính ứng xử kết cấu- khi chịu tác động uốn theo phương đứng có thể coi dầm hộp thép đôi như hai dầm hộp thép đơn, đối với tác động xoắn dầm hộp thép đôi lớn hơn rất nhiều

so với dầm hộp thép

+ Bề rộng dầm và khoảng cách dầm (Girder width and spacing) Giới hạn cận dưới bề rộng dầm được khuyến nghị khoảng 1.2(m) đảm bảo đủ không gian xoay sở cho công nhân khi chế tạo hoàn thiện các chi tiết cấu tạo giằng, sườn tăng cường… trong lòng hộp thép

+Bề rộng bản đáy: bổ sung hệ sườn tăng cường dọc và sườn tăng cường ngang cho bản đáy nên có kích thước lớn hơn dầm hộp thép đơn

+ Chiều dày bản đáy dầm(Bottom flange) và tỉ lệ b/t là thông số thiết kế quan trọng ảnh hưởng đến giá thành và khả năng chịu lực của kết cấu Cận dưới chiều dầy bản đáy phụ thuộc vào khả năng bị biến dạng vặn xoắn (distortion) trong quá trình chế tạo, vận chuyển, lắp dựng.Trong mọi trường hợp chiều dày bản đáy không nên nhỏ hơn 18 mm

Hình 1.8: Cầu dầm hộp thép đôi.

+ Việc lựa chọn giải pháp tăng chiều dày hay bổ sung hệ sườn tăng cường dọc, ngang nhằm đảm bảo ổn định tấm chịu nén phụ thuộc:

(1) Giá thành

(2) Tính khả thi trong thi công, chế tạo

(3) Việc bổ sung sườn tăng cường cần hết sức lưu ý cấu tạo đảm bảo khả năng chịu mỏi

+Sườn dầm (Web) có thể cấu tạo thẳng đứng hoặc tạo nghiêng Việc tạo nghiêng

có ưu điểm tăng tính thẩm mỹ, giảm chiều rộng bản đáy tuy nhiên khuyến nghị của ASSHTO góc nghiêng sườn dầm không vượt quá 1:4 Tính toán thiết kế sườn dầm ngoài đảm bảo khả năng chống cắt như cầu dầm I thông thường, còn thiết kế khả năng chống xoắn bao gồm xoắn (Saint-Venant) và xoắn vênh (warping orsion) Các trường hợp tải gây xoắn dầm gồm:

(1) Cầu chéo

(2) Tĩnh tải lệch tâm của bản mặt cầu

(3) Hoạt tải lệch tâm

+ Bản cánh trên dầm (Top flange) được thiết kế cơ bản để chịu ứng suất do uốn dầm và một phần phụ thêm ứng suất dọc trục do xoắn Bản cánh trên cũng làm chức năng như một phần của hệ giằng ngang, chịu ứng suất uốn ngang do các nguyên nhân phát sinh:

(1) Tác động cong bằng của dầm

(2) Tác động nghiêng của các sườn dầm

(3) Tác động của các kết cấu đỡ tạm khi thi công bản hẫng mặt cầu

Ngoài các yêu cầu về cấu tạo tỷ lệ b/t của các bản cánh chịu nén và chịu kéo như quy trình thiết kế, bề rộng bản cánh trên còn phải đảm bảo đủ không gian bố trí cho liên kết của hệ giằng trên và các đinh neo chống cắt

Giai đoạn thiết kế không chế của bản cánh trên là trong quá trình thi công bản mặt cầu Bản cánh trên phải được xem xét chịu được tải trọng lắp dựng, do hầu hết các nhà thầu đều lựa chọn giải pháp cẩu dầm bằng cách kẹp trực tiếp vào bản cánh trên, vì vậy ứng suất cục bộ bao gồm cả ứng suất cục bộ trong mối hàn giữa bản cánh

và sườn phải được kiểm toán với tải trọng lắp dựng

- Ưu nhược điểm:

+ Đây là dạng cầu mới lạ và có vẻ đẹp mỹ quan, tạo điểm nhấn trong kiến trúc nhân tạo khu vực xây dựng cầu Có thể vượt nhịp lớn hơn nhiều so với dầm thép hộp đơn

+ Độ chính xác khi áp dụng cho cầu cong là rất cao bởi bản đáy và sườn thép được chế tạo trong nhà máy Chất lượng bê tông bản đáy và kết cấu cầu được đảm bảo một cách tối đa (riêng bản mặt cầu sẽ được thi công trên công trường)

+ Thi công cầu dạng hộp đơn tương đối dễ dàng, các phương pháp thi công cầu vượt nhẹ trong thành phố đều có thể được áp dụng

+ Chiều dài nhịp tính toán của bản mặt cầu: nhịp tính toán bản mặt cầu lớn gây khó khăn cho việc cấu tạo tấm ván khuôn bản mặt cầu để lại khi thi công bản

+ Khả năng vận chuyển dầm từ xưởng chế tạo ra công trường của phương tiện vận tải hiện tại là rất khó khăn

+ Cấu tạo bộ phận neo liên kết giữa phần bản bê tông và các thanh giàn thép tương đối rắc rối Sự làm việc thực tế của kết cấu với mô hình tính toán chưa thực sự tiệm cận

+ Bên cạnh đó, do phải thi công theo từng giai đoạn trên hệ thống đà giáo tạm, nên thích hợp với trường hợp cầu vượt trên cạn Trong trường hợp vượt địa hình vực sâu, hiểm trở hoặc trên sông nước thì kinh phí hệ thống tạm sẽ tăng đáng kể

- Phạm vi áp dụng:

Có thể áp dụng cho cầu vượt sông, cầu cạn với chiều dài nhịp lớn hơn 100m

3.6 Dầm thép hộp bản trực hướng (Bản thép dưới bản BTCT):

- Giới thiệu về đặc điểm cấu tạo:

Trong cầu thép hiện đại để giảm bớt tĩnh tải mặt cầu và tiết kiệm vật liệu người ta dùng kết cấu bản trực hướng vừa làm bộ phận bản mặt cầu, vừa là một thành phần của dầm chủ Nhờ bản trực hướng nối các dầm chủ lại với nhau do đó có thể bỏ hệ liên kết dọc trên

+ Dầm thép hộp bản trực hướng thường cấu tạo các hộp kín tấm dưới nối liền với các sườn đứng và biên dưới cũng là một thành phần của dầm chủ Thành hộp có thể xiên hoặc đứng, trên thành có bố trí các sườn tăng cường đứng và sườn tăng cường ngang

+ Biên dưới cũng có sườn tăng cường, trong đó các sườn tăng cường dọc cũng thuộc thành phần trong mặt cắt tính toán của dầm chủ, do đó ở chỗ giao nhau giữa sườn dọc và sườn ngang thường được khoét lỗ để sườn dọc chạy liên tục

+ Trong cầu có bản trực hướng bản mặt cầu thường có độ cứng theo cả 2 phương Trong hầu hết các trường hợp bản thép mặt cầu được hàn với các sườn tăng cường thép hoặc là bản liên tục qua các sườn dọc là điểm đỡ, đặt tương đối gần nhau và song song với hướng xe chạy Hệ đỡ này biến mặt cầu từ đẳng hướng sang không đẳng hướng Nếu các sườn dọc này lại kê lên các sườn ngang thì bản mặt cầu chuyển

từ không đẳng hướng sang đẳng hướng Bản mặt cầu trực hướng làm việc như tác động của nhiều bộ phận riêng rẽ

+ Dầm hộp thép có bản mặt cầu trực hướng có chiều dài nhịp chính từ 70÷120m (đối với nhịp giản đơn), từ 100÷250m (đối với nhịp chính trong cầu liên tục)

- Ưu nhược điểm:

+ Vì trọng lượng bản thân là thép nhỏ hơn so với BTCT, nên cầu dầm thép hộp bản trực hướng có ưu điểm mặt cầu nhẹ, giảm tĩnh tải cho cầu, đồng thời tăng khả năng chịu lực của dầm chủ

+ Bản trực hướng có độ cứng bản thân nhỏ nên cần tăng cường độ cứng bằng cả

sườn tăng cường dọc và sườn tăng cường ngang, cỏc sườn cú thể là thộp bản, thộp gúc, thộp chữ T,

- Giới thiệu về đặc điểm cấu tạo:

+ Bản mặt cầu cựng tham gia chịu uốn với dầm chủ nờn cấu tạo hợp lý là cỏnh trờn dầm thộp phải nhỏ hơn cỏnh dưới, trừ những dầm ngắn, dựng thộp cỏn mới cú hai cỏnh bằng nhau, như vậy núi chung dầm liờn hợp giảm được khối lượng thộp và tăng được độ cứng đỏng kể

+ Các vách ngang hoặc các khung ngang cho các dầm thép cán phải cao ít nhất bằng nửa chiều cao của dầm Các vách ngăn hoặc các khung ngang cho các dầm bản phải càng cao càng tốt

+ Các vách ngang hoặc các khung ngang ở đầu phải cân xứng để truyền tất cả các lực nằm ngang tới các gối cầu Nếu khung ngang hoặc vách ngang ở đầu là chéo thì

thành phần dọc của lực do bộ phận chéo truyền tới phải đ-ợc xem xét Nếu các trụ

đều chéo thì các khung ngang không cần phải song song với đ-ờng của các gối

+ Trong đường sắt dầm liờn hợp tuy cú tăng tĩnh tải phần mặt cầu nhưng giảm bớt khối lượng thộp Mặt khỏc, đường ray đặt trờn tà vẹt và tà vẹt đặt trờn mỏng đỏ dăm hoặc trực tiếp lờn bản BTCT qua đệm đàn hồi cú chất lượng tốt

+ Để liờn kết cỏc dầm thộp với bản BTCT người ta dựng hệ thống neo cỏc loại

+ Trong giai đoạn thi cụng bằng nhiều biện phỏp cú thể điều chỉnh nội lực trong dầm theo ý muốn Mục đớch của việc điều chỉnh nội lực là để cho tiết diện liờn hợp tham gia chịu tĩnh tải phần I hoặc tạo dự ứng lực để giảm bớt tiết diện dầm thộp, hạ giỏ thành cụng trỡnh

+ Nhược điểm lớn nhất của dầm liờn hợp là tĩnh tải mặt cầu lớn

- Phạm vi áp dụng:

Có thể áp dụng cho cầu vượt sông, cầu cạn, cầu đường sắt Thích hợp cho các nhịp nhỏ và vừa trong thành phố, giải quyết ùn tắt và triệt để các xung đột tại các nút giao thông

II CÁC BỘ PHẬN CHỦ YÊU TRONG NHỊP CẦU LIÊN HỢP THÉP–BTCT

1 Bản mặt cầu:

Loại thông dụng nhất là mặt cầu bê tông cốt thép có thể liên hợp hoặc không liên hợp với dầm thép Bản mặt cầu là một dầm liên tục kê trên các dầm dọc chịu uốn ngang Do đó chịu mômen dương ở giữa nhịp và mômen âm trên dầm dọc giữa nhịp

và mômen âm trên dầm dọc

Kích thước của bản bê tông mặt cầu được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ

Chiều dày bản thường chọn là: ts = (16÷25) cm H

Theo quy định của 22TCN272-05 thì chiều dày bản bê tông mặt cầu phải lớn hơn 175mm, đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực

Hình 1.11: Bản bê tông trong cầu thép liên hợp BTCT

Bản bê tông có thể cấu tạo dạng vút dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn hoặc có thể không cần cấu tạo vút Mục đích của việc cấu tạo vút bản bê tông là nhằm tăng chiều cao dầm => tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí

hệ neo liên kết

Cốt thép thường được bố trí thành 2 lưới, số lượng thép, đường kính thép và khoảng cách giữa các thanh thép của 1 lưới theo quy định đinh trong 22TCN272-05 Không bố trí cốt thép dự ứng lực cho bản mặt cầu

Chính đặc điểm cấu tạo trên mà bản được kê trên các dầm chủ, không kê lên hệ liên kết ngang do đó chiều dài tính toán theo phương dọc cầu bằng chiều dài nhịp; còn theo phương ngang cầu được xác định bởi:

+ Với bản đúc liền khối kê trên nhiều dầm: S= khoảng cách giữa 2 tim dầm đỡ +Với bản hẫng: S= Chiều dài cánh hẫng tính từ đầu ngoài của bản đến mặt vách dầm

Bản mặt cầu được tính toán theo điều kiện làm việc một phương theo lý thuyết dải bản tương đương.Nên khi chịu hoạt tải, chiều rộng làm việc của dải bản chịu tác động của mô men dương và mô men âm Lúc này, bẩn hẫng được coi như một dải bản một đầu ngàm vào dầm chủ, một đầu tự do có chiều rộng làm việc phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm đặt tải trọng tới gối bản

Bản mặt cầu cùng tham gia chịu uốn với dầm chủ nên cấu tạo hợp lý là cánh trên dầm thép phải nhỏ hơn cánh dưới, trừ những dầm ngắn, dùng thép cán mới có hai cánh bằng nhau

Đối với dầm chỉ có cánh ở một phía bề rộng cánh không được vượt quá 1/12 chiều dài nhịp hoặc 6 lần bề dày bản hoặc một nửa khoảng cách tới tâm của dầm tiếp theo

2 Dầm thép:

- Nhịp dầm là khoảng cách giữa tâm các gối hay khoảng cách giữa mép ngoài gối đến mép đầu không có gối (với dầm consol) Khoảng cách này cần thỏa mãn yêu cầu về sử dụng và kinh tế

- Việc chọn tiết diện dầm phải thông qua sơ đồ kết cấu; tải trọng tính được nội lực dầm; chọn loại thép dầm để tra bảng ra cường độ tính toán; mô men chống uốn theo điều kiện bền

- Cấu tạo bản bụng (web) :

+ Chiều dày bản bụng (bản sườn) phụ thuộc vào các yếu tố: Theo điều kiện bản bụng dầm chịu được lực cắt lớn nhất, Vmax; Theo điều kiện ổn định cục bộ; Theo công thức kinh nghiệm và theo cấu tạo

+ Việc chọn tw cần phải đảm bảo các yêu cầu về qui cách của thép bản và bề dày tối thiểu để đảm bảo chống gỉ

Hình 1.12: Cấu tạo của dầm thép

+ Dầm không sườn có bề dầy bản bụng lớn, nhưng lại không tốn thép để làm sườn

và không tốn công để tạo sườn, thuận tiện cho việc tự động hoá trong chế tạo => có thể hạ thấp được tổng chi phí chế tạo và dựng lắp

- Cấu tạo bản cánh dầm:

+ Việc chọn kích thước của bản cánh dầm phụ thuộc vào các yếu tố: Theo điều kiện bền chịu mô men uốn lớn nhất , Mmax; theo điều kiện ổn định cục bộ; theo các yêu cầu cấu tạo

+ Do có bản bê tông chịu nén nên bản cánh trên của dầm thép chỉ cần cấu tạo đủ

để bố trí neo liên kết với bản bê tông, vì vậy kích thước của bản cánh trên thường nhỏ hơn kích thước của bản cánh dưới

- Bản cánh và bản bụng dầm tổ hợp là những bản mỏng có bề dầy nhỏ hơn nhiều

so với bề rộng hay chiều cao của chúng (tf << bf và tw << hw)

- Khi thiết kế, tiết diện dầm thường được chọn theo giá trị nội lực nên ở những vị trí khác (vị trí có nội lực nhỏ hơn) sẽ gây lãng phí vật liệu và làm tăng trọng lượng

toàn dầm Vì vậy, đối với dầm tổ hợp có chiều dài l ≥ 10m nên thay đổi tiết diện dầm

Thông thường có các thay đổi tiết diện dầm như sau:chiều dài dầm; chiều dài cánh; chiều rộng cánh; chiều dày cánh và bụng

- Chiều cao của dầm thép được tính theo công thức H, còn đoạn vuốt nối và bản mặt cầu trong tính toán sẽ tính riêng Theo yêu cầu chịu lực thành hộp có chiều dày thay đổi nhưng do điều kiện thi công chiều dày này không đổi trên một đoạn dài, tại đoạn gần mặt cắt gối dày 60÷70 cm, tiếp theo là 50÷60 cm và ở đoạn giữa nhịp dày 35÷40 cm, chuyển tiếp chiều dày giữa các đoạn bằng vút nối Vị trí nách hộp là nơi tiếp giáp giữa bản nắp và thành bên đợc mở rộng bằng vút có kích thớc lớn để bố trí neo cốt thép thớ trên Tất cả các bó cốt thép thớ trên đều tập trung neo tại vị trí nách hộp Tại mặt cắt đỉnh trụ và hai đầu nhịp có vách ngăn dày cắt ngang mặt cắt dầm chỉ chừa cửa đi hẹp phục vụ thi công và khai thác

3 Neo liên kết:

- Neo thường làm bằng thép, liên kết với cánh trên dầm bằng đường hàn, đinh tán hoặc bu lông cường độ cao;

- Có 2 loại neo chính: Neo cứng và neo mềm

- Neo cứng: Thường được cấu tạo từ thép bản, thép góc, thép chữ C Ở Pháp trong neo cứng người ta còn luồn thêm một đoạn thép tròn uốn cong để tăng liên kết giữa bản BTCT và dầm thép theo phương thẳng đứng, người ta cũng còn dùng một loại neo như chiếc đinh (goujon) gọi là neo đinh

- Đinh neo chịu cắt được làm từ thanh thép kéo nguội, cấp 1015, 1018 hoặc 1020, khử một phần hoặc khử hoàn toàn ôxy, tuân theo ASTM A108 , có đặc trưng cơ lý gồm: Giới hạn bền là 400MPa và giới hạn chảy tối thiểu: 345MPa

Hình 1.13: Neo cứng ( Hình a – Không có bản đế; Hình b – Có bản đế)

- Neo mềm: được chế tạo từ thép tròn uốn cong thành một nhánh, hoặc hai

nhánh Neo mềm thường được hàn ngay trên cánh trên của dầm thép, để tránh khó khăn khi vận chuyển có thể hàn tại công trình, cũng có thể hàn neo mềm lên bản thép, rồi ra công trường hàn hoặc bắt bu long liên kết bản thép với cánh dầm

Hình 1.14: Neo mềm

- Khi bố trí các neo trên dầm cần phải tuân theo các quy định trong Quy trình

1979 và Quy trình AASHTO

4 Hệ liên kết (dọc, ngang):

a Hệ liên kết ngang: Hai dầm chủ liên kết với nhau bằng hệ liên kết ngang, đặc

biệt dầm ngang giữa và dầm ngang đầu thanh trên kéo dài vợt khỏi chiều rộng mặt cầu để treo đà giáo

- Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối: có tác dụng để đặt kích nâng hạ các cụm dầm

trong quá trình thi công và sửa chữa cầu Nó không có tác dụng (hoặc là không đáng kể) trong vai trò chịu lực cắt lớn nhất

Hình 1.15: Hệ liên kết ngang trong dầm liên hợp

- Hệ liên kết ngang tại mặt cắt trung gian: nhằm tăng tính ổn định của cụm dầm,

chuyển vị đều hơn Cả hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối và mặt cắt trung gian đều liên kết với STC dọc bằng thép bản hoặc thép góc

- Hệ liên kết ngang thường cấu tạo bằng thép hình I, C, W hoặc khung ngang

- Hệ liên kết ngang có tác dụng phân bố hoạt tải lên các dầm dọc Các dầm dọc tác dụng phân bố tải trọng phụ thuộc vào độ cứng tương đối của dầm dọc với ngang

và phương pháp liên kết giữa chúng

b Hệ liên kết dọc:

- Hệ liên kết dọc cầu: tác dụng chủ yếu là chịu lực ngang như gió, động đất, lực li tâm đối với đoạn cầu cong, lực do lắc ngang của hoạt tải Hệ liên kết dọc cầu được

liên kết với bản táp bằng bulong còn bản táp được hàn vuông góc vào bản bụng (sườn) của dầm I

- Hệ liên kết dọc chủ yếu chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp Ngoài ra hệ liên kết dọc và liên kết ngang liên kết với các dầm chủ tạo thành khung không gian (Hình 1.16) Kết cấu nhịp kiểu dầm thường phải có hệ liên kết, kết cấu nhịp kiểu dầm thường phải có hệ liên kết dọc đặt ở mặt phẳng cánh trên và cánh dưới

Hình 1.16: Hệ liên kết dọc, ngang tạo thành khung không gian

- Đối với kết cấu nhịp có các bộ phận liên kết cứng với cánh của dầm thì có thể

bỏ hệ liên kết dọc ở trong mặt phẳng đó

Hình 1.17: Hệ liên kết dọc trong cầu dầm liên hợp

- Hệ liên kết dọc trong cầu đường sắt, khi dầm dọc của hệ mặt cầu có nhịp lớn

hơn 3m và không có bản mặt cầu thì phải có hệ liên kết dọc trên Khi tà vẹt đặt trực

tiếp lên dầm thì khoảng cách từ mặt trên các thanh và bản nút của hệ liên kết dọc mặt trên các thanh và bản nút của hệ liên kết dọc đến đáy tà vẹt phải lớn hơn 4cm Các liên kết ngang cũng coi là thanh của hệ liên kết dọc Hệ liên kết dọc có thể cấu tạo dạng một thanh chéo, hai thanh chéo, dạng chữ K

III CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU NHỊP LIÊN HỢP THÉP – BTCT

1 Vật liệu:

a) Kết cấu thép (thép dầm):

- Thép kết cấu dùng cho các cấu kiện thép là thép hợp kim thấp phù hợp tiêu chuẩn ASTM A709, cấp 345 hoặc tương đương (khảo sát thông tin từ Đơn vị thi công là Công ty Cổ phần Cơ khí 4 và xây dựng Thăng Long, thép được nhập từ Trung Quốc, thời gian đến VN là 60 ngày kể từ ngày ký hợp đồng) có đặc trưng cơ lý như sau:

Giới hạn chảy

Fy (MPa)

Giới hạn bền Fu (MPa)

Mô đun đàn hồi (MPa)

- Vòng đệm phải tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các vòng đệm thép tôi, ASTM F43 GM

c) Liên kết hàn

- Liên kết hàn tuân thủ theo tiêu chuẩn ―Hàn cầu thép‖ 22TCN 280-01 và tiêu chuẩn TCXDVN 314:2005 ―Hàn kim loại – thuật ngữ và định nghĩa‖

d) Sơn phủ kim loại

- Các công tác lựa chọn vật liệu sơn và sơn cầu thép phải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn sau 98 hoặc tương đương:

+ Sơn cầu thép và kết cấu thép 22TCN 253-97

+ Sơn và lớp phủ bảo vệ kim loại 22TCN 301-02

- Các bề mặt kết cấu thép được bảo vệ bằng 04 lớp sơn, kể cả lớp sơn trang trí Chiều dày của mỗi lớp sơn không quá 50m Thứ tự các lớp sơn từ trong ra ngoài như sau:

- Bê tông sử dụng cho kết cấu được thiết kế với mẫu hình trụ;

- Nếu không có các ghi chú khác, cường độ bê tông mẫu hình trụ tại 28 ngày (theo mục 5.4.2.1 của 22TCN 272-05) được quy định như sau:

2 Bê tông đệm đáy móng 10

Giới hạn bền nhỏ nhất (Mpa)

- Mối nối cốt thép phải được bố trí so le trừ những chỗ ghi rõ trên bản vẽ

- Chiều dài mối nối cốt thép tối thiểu tuân thủ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 Trừ khi chỉ rõ trên bản vẽ, trên một mặt cắt ngang không nối quá 50% số thanh cốt thép

- Móc tiêu chuẩn và đường kính uốn cốt thép nhỏ nhất lấy theo điều 5.10.2 tiêu chuẩn 22TCN272-05

- Trừ khi chỉ rõ trên bản vẽ, chiều dày lớp phủ tới cốt thép chủ tối thiểu là:

Cấu kiện Chiều dầy tối thiểu lớp bê tông bảo vệ (mm)

g) Các chi tiết khác

- Gối cầu: Sử dụng 2 loại gối: gối chậu và gối tiếp tuyến bằng thép Vật liệu thép dùng làm gối cầu theo tiêu chuẩn ASTM A709, cấp 345 hoặc tương đương Tính toán thiết kế gối phải phù hợp với Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05

- Khe co giãn sử dụng loại khe răng lược có băng ngăn nước phù hợp với Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05.Thi công lắp đặt gối và khe co giãn phải tuân thủ theo hướng dẫn của nhà sản xuất

- Lan can:

+ Thép ống lan can phải phù hợp tiêu chuẩn ASTM A500, grade B

+ Thép cột lan can phải phù hợp tiêu chuẩn ASTM A36

+ Bu lông, đai ốc phải phù hợp tiêu chuẩn ASTM A307, grade A

+ Các chi tiết tay vị lan can thép phải được mạ kẽm nhúng nóng

- Mạ kẽm: Các chi tiết bằng thép không nằm trong bê tông phải được mạ kẽm theo tiêu chuẩn sau:

+ Mạ kẽm nhúng nóng kết cấu thép phải tuân thủ tiêu chuẩn ASTM A123

+ Mạ kẽm nhũng nóng bu lông đai ốc phải tuân thủ tiêu chuẩn ASTM 153

+ Chiều dày mạ tối thiểu 85m, mật độ mạ 600g/m2

h) Ghi chú

- Tất cả các vật liệu phải được thí nghiệm trước khi đưa vào công trình;

- Các vật liệu thông thường cần phải được thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý;

- Đối với các vật liệu nhập ngoại ngoài việc thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý còn phải có chứng chỉ của nhà sản xuất

2 Yêu cầu về cấu tạo:

cho bởi: n b h yfF R R F

ổn định xoắn ngang Nếu bản biên được giữ bằng các liên kết dọc với khoảng cách

đủ ngắn Lp thì vật liệu của bản biên có thể chảy trước khi mất ổn định và có thể đạt được mômen dẻo Mp Nếu khoảng cách giữa các liên kết dọc lớn hơn giới hạn mất

ổn định quá đàn hồi Lr, biên chịu nén sẽ mất ổn định đàn hồi và giảm khả năng chịu uốn => Tính chất này có thể một lần nữa thể hiện trên quan hệ chung giữa mômen và

độ mảnh, với tham số mảnh cho bởi: b t L r λ

Trong đó:

+ Lb là khoảng cách giữa các điểm liên kết dọc

+ rt là bán kính quán tính nhỏ nhất của biên chịu nén cộng một phần ba của vách chịu nén lấy đối với trục thẳng đứng trong mặt phẳng vách

- Độ mảnh của biên chịu nén phụ thuộc vào độ mảnh của vách Kiểm toán tương tác giữa độ mảnh bản bụng và biên chịu nén của mặt cắt đặc chắc Thực nghiệm cho thấy các mặt cắt đặc chắc có thể không có khả năng đạt được các mô men dẻo khi tỷ

số độ mảnh của bụng và cánh chịu nén cả hai đều vượt 75% của các giới hạn phép

- Độ Mảnh của bản cánh chịu nén có mặt cắt không đặc chắc: khi không có sườn tăng cường dọc ứng suất trong bản cánh chịu nén do tác dụng của tải trọng tính toán giai đoạn I gây ra

bản bêtông nên cường độ chảy dẻo nhỏ nhất được quy định ở bản cánh chịu nén Fyc=345MPa

- Do cả điều kiện sườn dầm và cánh chịu nén của mặt cắt điều thoả mãn nên phải kiểm tra giằng bản cánh chịu nén có mặt cắt đặc chắc

- Yêu cầu về biên chịu nén của tiết diện chắc: Để đạt được khả năng kháng uốn dẻo của tiết diện chịu lực, ứng suất mất ổn định tới hạn Fcr phải lớn hơn giới hạn chảy Fyc của biên chịu nén Nếu tiết diện chịu lực của thép liên hợp với bản bê tông

ở miền chịu mômen dương, biên chịu nén được giữ trên suốt chiều dài và yêu cầu độ mảnh không cần thiết nữa

- Vì độ mảnh của vách tăng, cạnh dọc được chống đỡ đơn giản làm mất một vài liên kết đứng và ngang, cùng sự ảnh hưởng của độ mảnh của vách đến mất ổn định

của biên chịu nén nên tiết diện đặc chắc phải thỏa mãn độ mảnh và ngược lại

c Mối nối liên kết:

- Mối nối ngoài công trường:

Dầm thép tổ hợp được chế tạo trong nhà xưởng và vận chuyển ra ngoài công trường, chẳng hạn như với chiều dài nhịp L=30m rất khó để vận chuyển nên ta phải vận chuyển từng đoạn ngắn hơn và đến công trường ta tiến hành nối chúng lại với nhau Vị trí của mối nối ngoài hiện trường nói chung dựa vào sự kinh tế và các vấn

đề sau: Không vượt quá chiều dài cho phép chuyên chở của dầm thép; chiều dài này phụ thuộc vào chức năng của tuyến vận chuyển từ nơi sản xuất đến hiện trường Tại

vị trí tổng mômem trong dầm tương đối nhỏ để cho mối nối đơn giản và dể chế tạo

→ chọn vị trí thiết kế mối nối cách đầu dầm 9m Chọn bulông cho mối nối: Đường kính bulông: dbl=22mm Đường kính lỗ bulông: dl=24mm Cường độ chịu kéo của bulông: fbl=830 Mpa (đối với chiều dài nhịp L=30m)

Khi chia các đoạn dầm để đặt mối nối cần chú ý các điểm sau :

+ Nếu có bố trí độ vồng ngược thông qua mối nối thì số lượng các đoạn dầm phải lẻ (số mối nốichẳng) để tương thích với độ võng của dầm cầu Các đoạn dầm đối xứng nhau thì chiều dài bằng nhau

+ Chiều dài các đoạn dầm từ 8-12m để phù hợp với khả năng thi công, vận chuyển, lắp ghép

+ Nếu thiết kế dầm lai, hoặc đoạn dầm giữa dùng thép cường độ cao hơn (để tiết kiệm thép, tăngkhả năng chịu lực ở vị trí chịu momen lớn) thì chiều dài đoạn giữa cần phải xem xét, thường làngắn hơn các đoạn hai bên do momen uốn chỉ lớn ở lân cận đoạn giữa dầm

+ Nếu không thiết kế dầm lai, hoặc chỉ dùng một loại thép cho toàn dầm, thì chiều dài các đoạndầm phải gần bằng nhau để thuận tiện cho thi công

Tóm lại, trong thiết kế mối liên kết dầm thép ngoài công trường chúng ta thống nhất như sau: Không được thiết kế dư quá15% Đối với kết cấu dầm chỉ lưu ý chỉ tiêu momen (lực cắt dư bao nhiêu cũng được),đối với thanh chịu kéo-nén chỉ lưu ý chỉ tiêu lực dọc, đối với mối nối liên kết thì tùy theo cách tính có thể dựa vào chỉ tiêu số lượng bu lông hoặc sức kháng của 1 bu lông

- Mối liên kết trong xưởng:

Mối nối dùng ở các liên kết thi công trongxưởng, nhà máy chủ yếu là liên kết hàn chịu lực; bulong cường độ cao

Khung ngang càng cao càng tốt, như thế sẽ tạo độ cứng ngang tốt và liên kết các dầm chắc hơn Tuy nhiên, vì khung bố trí vào sườn tăng cường nên cần phải đảm bảo

đủ không gian để bố trí và thi công mối nối bu lông của sườn và các thanh liên kết ngang Thông thường khung ngang có chiều cao >=2/3d

Nếu bố trí khoảng cách các hàng bulong đủ xa thì vẫn có thể bố trí mối hàn Nhưng nếu tại đó dự định có bố trí STC thì nên bố trí hai mối nối hai bên bổ sung khả năng chịu lực với nhau

Tải trọng thiết kế cho liên kết và mối nối được lấy giá trị lớn nhất trong 3 giá trị sau:

+ Trung bình của: Hiệu ứng của tải trọng tính toán và Sức kháng của dầm + 75% Sức kháng của dầm (do AASHTO nghiên cứu được)

+ Hiệu ứng của tải trọng tính toán

Đối với liên kết Hàn thì tải trọng tính toán được lấy ở TTGH cường độ

Đối với mối nối Bulông thì tải trọng tính toán được lấy ở TTGH Sử Dụng, nếu thiết kế 4 mốinối (2 cặp mối nối đối xứng nhau) thì phải tính toán và thiết kế cho 2 mối nối khác nhau

3 Yêu cầu về thi công: Dầm thép liên hợp BTCT làm việc theo hai giai đoạn, đó là:

a Giai đoạn I:

Lắp xong dầm thép và các liên kết, đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp ghép bản mặt cầu nhưng mặt cầu chưa liên kết cứng với dầm thép Ở giai đoạn này mới chỉ có dầm thép làm việc nên các đặc trưng hình học của dầm thép còn gọi là đặc trưng hình học giai đoạn I Tĩnh tải giai đoạn I gồm có trọng lượng bản thân dầm thép và hệ liên kết, trọng lượng bản BTCT và các phần đổ cùng với bản , tĩnh tải này được ký hiệu là

qltc (tĩnh tải tiêu chuẩn) và qltt (tĩnh tải tính toán)

b Giai đoạn II:

Sau khi dầm thép đã liên kết cứng với bản BTCT, tĩnh tải giai đoạn II gồm có: lớp phủ mặt cầu, lan can tay vịn, lề người đi, , tĩnh tải này được ký hiệu là qll

tc và

qlltt .Mặt cắt dầm ở giai đoạn II có cả thép và BTCT, các đặc trưng hình học của mặt cắt này được gọi là đặc trưng hình học giai đoạn II Ở giai đoạn II ngoài tĩnh tải, dầm còn chịu tác dụng cảu hoạt tải

c Điều chỉnh nội lực trong dầm liên hợp:

Với cầu dầm liên hợp giản đơn hoặc liên tục có thể tiến hành điều chỉnh nội lực trong giai đoạn thi công, ở đây đề tài nghiên cứu chỉ giới hạn ở dầm giản đơn nên ta xét cách điều chỉnh nội lực trong dầm liên hợp giản đơn

Trong cầu dầm liên hợp, dầm thép chịu toàn bộ tĩnh tải phần I, tiết diện liên hợp chịu tĩnh tải phần II và hoạt tải Do đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép nhỏ hơn nhiều so với tiết diện liên hợp nên ứng suất do tĩnh tải phần I sinh ra ở mép trên dầm thép thường xấp xỉ hoặc đôi khi lớn hơn so với ứng suất ở cùng những vị trí này

do tĩnh tải phần II và hoạt tải gây ra Mục đích của điều chỉnh nội lực là để cho tiết

diện liên hợp tham gia chịu tĩnh tải phần I hoặc ―dự ứng lực‖ để giảm bớt tiết diện dầm thép, hạ giá thành công trình

Trong cầu dầm giản đơn có thể tiến hành điều chỉnh nội lực bằng hai biện pháp chủ yếu:lắp dầm thép trên đà giáo liên tục và lắp trên trụ tạm, sau đây ta xét khái quát

về các biện pháp này

- Điều chỉnh nội lực bằng đà giáo liên tục:

+ Làm đà giáo liên tục ở dưới vị trí của kết cấu nhịp

+ Lắp dầm thép, các liên kết trên đà giáo

+ Làm ván khuôn đổ BT bản mặt cầu, hoặc lắp đặt bản mặt cầu khi dùng bản lắp ghép, đổ BT bịt lỗ neo và đổ BT các mối nối

+ Sau khi bản mặt cầu đã liên kết với dầm thép mới tháo dỡ ván khuôn, đà giáo Như vây, cả tĩnh tải phần I và tĩnh tải phần II đều do tiết diện liên hợp chịu, trong trường hợp này ngay từ đầu khi thiết kế đã bố trí chi tiết cánh trên dầm thép nhỏ hơn nhiều so với cánh dưới

Biện pháp này rất đơn giản nhưng làm đà giáo liên tục tốn công và kinh phí, chỉ nên dùng khi sông nông hoặc cho các cầu làm xong mới đào sông

- Điều chỉnh nội lực bằng trụ tạm:

+ Làm trụ tạm, trong một nhịp có thể làm hai, ba trụ tạm

+ Lắp dầm thép trên trụ tạm, sau đó tại trụ tạm có thể kích dầm lên đúng cao độ thiết kế sao cho cao độ thiết kế chênh lệch không nhiều có thể điều chỉnh được, nếu lực kích lớn cần phải chất tải ở hai đầu dầm

+ Làm ván khuôn đổ bê tông bản mặt cầu hoặc lắp ghép các bản mặt cầu

+ Khi bản BTCT đã liên kết chắc với dầm thép mới tháo dỡ trụ tạm

Khi còn trụ tạm do có mômen âm ở mặt cắt trên trụ nên sau lúc dỡ trụ tạm momen âm sẽ làm giảm giá trị của mômen dương ở các mặt cắt cần điều chỉnh nội lực

2/ Mỹ quan công trình: giúp hài hòa và có khả năng tạo điểm nhấn cho thành phố 3/ Thời gian thi công nhanh gọn và giải quyết ùn tắc giao thông tại các nút giao trong thành phố

4/ Bảo trì khai thác: Dầm liên hợp giản đơn thép BT có tuổi thọ cao, vì thép nằm trong BT không tiếp với môi trường bên ngoài nên không bị gò rỉ, khả năng chịu kéo tốt Đảm bảo cường độ làm việc bền bỉ và lâu dài

5/ Công nghệ thi công: đối với Thép – Bê tông có khá nhiều pp thi công như cẩu lắp, lao dầm Khá phổ biến ở các nhà thầu thi công cầu Đối với dầm hộp thì duy nhất là dựng giàn giáo và đổ BT tại chỗ vì vậy có tính toàn khối cao

NHẬN XÉT CHƯƠNG 1:

Phần mở đầu và chương 1 của luận văn đã xác định được các vấn đề về phương pháp luận: Từ tính cấp thiết và tình hình nghiên cứu ứng dụng thực tế của đề tài, luận văn đã xác định được mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi, và phương pháp nghiên cứu… Đồng thời làm rõ các vấn đề tổng quan về sự làm việc cầu dầm thép –

bê tông trong công trình giao thông Kết quả đạt được là cơ sở để thực hiện nhiệm

vụ nghiên cứu ở các chương 2, 3 và 4

Muốn sử dụng cầu dầm thép liên hợp BT một cách ngày càng hiệu quả và phổ biến thì việc nghiên cứu, tính toán cầu dầm liên hợp Thép – Bê tông cần phải nắm rõ được

cơ sở lý thuyết để tính toán Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu cơ sở lý thuyết để tính toán cầu dầm liên hợp Thép – Bê tông

- Dầm giản đơn bằng thộp cú thể được bố trớ theo hai phương:

+ Phương của sườn vuụng gúc với dầm phụ Đú là cỏch bố trớ cho phộp phõn bố nội lực tốt nhất giữa cỏc cấu kiện và cú độ cứng tổng thể lớn nhất;

+ Phương của sườn song song với dầm phụ Cỏch bố trớ này khụng cú lợi vỡ sự chịu lực của dầm phụ và của dầm BT sẽ chồng chộo nhau trong khi độ cứng lại nhỏ

- Theo lý thuyết, việc xỏc định nội lực và khả năng chịu lực của dầm liờn hợp phải tớnh đồng thời theo cả hai phương Do sự làm việc phức tạp, tớnh khụng đồng nhất của vật liệu và sự tớnh toỏn phức tạp nờn cỏc phương phỏp tớnh toỏn hiện nay đều dựa trờn sự làm việc của cỏc cấu kiện theo một phương

1 Phõn tớch đặc điểm cấu tạo của mặt cắt cầu dầm liờn hợp thộp – BTCT:

Đại diện cho dầm thộp liờn hợp giản đơn là: Dầm thộp cú mặt cắt chữ I

a Cấu tạo dầm thộp liờn hợp dạng I

- Các vách ngang hoặc các khung ngang cho các dầm thép cán phải cao ít nhất bằng nửa chiều cao của dầm Các vách ngăn hoặc các khung ngang cho các dầm bản phải càng cao càng tốt

- Các vách ngang hoặc các khung ngang ở đầu phải cân xứng để truyền tất cả các lực nằm ngang tới các gối cầu Nếu khung ngang hoặc vách ngang ở đầu là chéo thì