C3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP INC3-TINH TOAN CAU DAM THEP LIEN HOP IN
Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Chơng 3.1 CầU DầM LIêN HợP THéP - bê tông TổNG QUAN Về CầU DầM THéP LIÊN HợP BảN BÊ TÔNG CốT THéP Khái niệm: Dầm liên hợp thép -BTCT gồm hai loại vật liệu: BTCT dầm thép liên kết với neo Bản BTCT vừa làm việc với t cách mặt cầu, vừa thành phần dầm chủ tham gia chịu nén thay cho cánh dầm thép giảm đợc chiều cao tiết diện dầm thép Dầm hiệu ứng liên hợp Dầm liên hợp Ưu điểm - Dầm liên hợp phát huy tối đa khản làm việc vật liệu tiết kiệm đợc vật liệu cho việc chế tạo dầm Do dầm thép có kích thớc nhỏ - Bản mặt cầu liên hợp tham gia chịu lực dầm chủ đóng vai trò giống hệ liên kết dọc trên, bỏ đợc liên kết dọc - Kết cấu liên hợp tạo thành mặt cắt có mô men quán tính lớn làm tăng độ cứng, giảm độ võng hoạt tải vợt đợc nhịp lớn - Bản bê tông đảm bảo đợc ổn định cánh chịu nén Nhợc điểm - Tĩnh tải mặt cầu lớn - Thêm chi phí dành cho neo liên hợp - Đối với kết cấu dầm liên tục phải xử lý neo liên hợp vị trí chịu mô men âm đỉnh trụ Nguyên lý làm việc cầu dầm thép liên hợp bê tông cốt thép Trờng hợp 1: Thông thờng lắp ráp kết cấu nhịp, lao lắp trụ đỡ phía dới đặt dầm thép lên trụ, sau đổ bê tông chỗ đặt BTCT lắp ghép Sau thực công tác này,hoặc bê tông cha đông cứng mặt cầu lắp ghép cha liên kết với dầm chủ đó, phần tĩnh tải thứ (gồm trọng lợng thân dầm thép bê tông cốt thép) dầm thép chịu (giai đoạn 1) Về sau, bê tông đông cứng khối lắp ghép đợc liên kết với dầm tĩnh tải bổ sung (ví dụ trọng lợng lớp phủ mặt cầu, lan can ) nh hoạt tải, dầm liên hợp chịu (giai đoạn 2) Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Nh dầm liên hợp làm việc theo hai giai đoạn: Giai đoạn I : Lắp xong dầm thép liên kết, đổ bê tông chỗ lắp ghép mặt cầu nhng mặt cầu cha liên kết cứng với dầm thép Mặt cắt cắt tinh toán mặt cắt đầm thép Tải trọng tính toán - Trọng lợng thân dầm chủ thép - Trọng lợng hệ liên kết dọc liên kết ngang - Trọng lợng bê tông phần đổ với bê tông, tải trọng thi công Gọi tĩnh tải giai đoạn Dầm thép Giai đoạn I: Sau thi công xong dầm thép Bản bê tông Dầm thép Giai đoạn I: Sau đổ bê tông mặt cầu Hoạt tải Bản bê tông Dầm thép Lớp phủ mặt cầu Giai đoạn II: Giai đoạn khai thác Hình 3.1 Thi công dầm thép trụ đỡ Giai đoạn II: Khi mặt cầu đạt cờng độ tham gia làm việc tạo hiệu ứng liên hợp bê tông cốt thép đầm thép Mặt cắt tính toán mặt cắt liên hợp dầm thép bê tông cốt thép Tải trọng tính toán - Trọng lợng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắn bánh trọng lợng phận kết cấu phụ trợ ( hệ thống chiếu sáng, hệ thống thoát nớc.) Gọi tĩnh tải giai đoạn - Hoạt tải khai thác tải trọng khác Trờng hợp 2: Cầu dầm liên hợp thi công theo phơng pháp lắp ghép đà giáo cố định có trụ tạm đỡ phía dới Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Bản bê tông Dầm thép Giai đoạn I: Giai đoạn thi công Hoạt tải Bản bê tông Dầm thép Lớp phủ mặt cầu Giai đoạn II: Giai đoạn khai thác Hình 3.2 Thi công dầm thép có hệ đà giáo đỡ Giai đoạn 1: Trong trình thi công toàn trọng lợng kết cấu nhịp tải trọng thi công đà giáo chịu giai đoạn mặt cắt cha làm việc Tính toán đối hệ đà giáo Giai đoạn 2: Sau dỡ đà giáo trọng lợng kết cấu nhịp truyền lên dầm chủ, mặt cắt làm việc mặt cắt liên hợp thép bê tông cốt thép Tính toán đợc thực giai đoạn khai thác 3.2 Cấu tạo mặt cầu dầm thép liên hợp Là mặt cầu liên hợp với dầm thép qua neo chống cắt, mặt cầu bê tông liên hợp vừa làm nhiệm vụ mặt cầu vừa tham gia chịu tải trọng dầm chủ nh táp cánh đầm thép Khi làm nhiệm vụ mặt cầu sơ đồ làm việc nh dầm liên tục kê lên dầm dọc chịu uốn ngang Do chịu mô men âm dầm dọc chịu mô men dơng khoảng nhịp Đoạn nhịp yêu cầu bố trí cốt thép đáy vị trí dầm dọc yêu cầu bố trí cốt thép cốt thép đỉnh Tuy nhiên thực tế mặt cầu cần bố trí vị trí phía vị trí phía dới Khi làm nhiệm vụ chịu lực đầm chủ có tác dụng nh táp cánh dầm thép chịu nén(trong kết cấu giản đơn) nên không cần bố trí cốt thép chịu lực dọc, nhiên bố trí cốt thép dọc yêu cầu cấu tạo chịu lực co ngót từ biến Bản mặt cầu bê tông thi công phơng pháp đúc chỗ thi công lắp ghép Theo quy định 22TCN272-05 Thì chiều chiều dày mặt cầu bê tông không đợc nhỏ 175mm cộng thêm khoảng 15mm hao mòn Trên toàn chiều dài cần phải bố trÝ cèt thÐp líp, diƯn tÝch cèt thÐp ph¶i không nhỏ 1% diện tích Đối với vùng chịu uốn âm thép thép phải có cờng độ nhỏ 420 Mpa đờng kính không lớn No 19 Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Bản bê tông cấu tạo vút (haunch) dạng đờng vát chéo, theo dạng đờng cong tròn không cần cấu tạo vút Mục đích việc cấu tạo vút bê tông nhằm làm tăng chiều cao dầm tăng khả chịu lực dầm, tạo chỗ để bố trí hệ neo liên kết giảm ứng suất cục vị trí liên kết cánh bê tông Thông thờng để thuận tiện cho việc ghép ván khuôn đổ bêtông vút thờng có cấu tạo dạng vát chéo với kích thớc bh = th = (10-:-20)cm 3.3 Cấu tạo hệ dầm chủ neo 3.3.1 Cấu tạo hệ dầm chủ Dầm chủ dầm tán đinh dầm hàn Mặt cắt dầm thông thờng đợc cấu tạo có thành đứng kiểu chữ I có hai thành đứng kiểu hình hộp Dầm mặt cắt chữ I đợc dùng phổ biến nhất, dầm mặt cắt hình hộp sử dụng trờng hợp phải tăng cờng ổn định khả chống xoắn Dầm tán đinh mặt cắt chữ I gồm có thép đứng , bốn thép góc gọi thép góc cánh thép nằm ngang gọi cánh Số lợng thép cánh thay đổi chiều dài dầm tơng ứng với thay đổi biểu đồ mô men uốn dầm Với nhịp có chiều dài tơng đối lớn dạng mặt cắt dầm tổ hợp đợc sử dụng phổ biến tận dụng đợc tối đa làm việc cđa vËt liƯu Ngun Danh Huy Tr−êng §H Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Bản cánh Bản bụng dầm Đờng hàn Bản cánh dới Hình 3.3 Dầm tổ hợp Các kích thớc hệ dầm chủ Btf: Chiều rộng cánh Bbt: Chiều rộng cánh dới ttf: Chiều dày cánh tbt: Chiều dày cánh dới tw: Chiều dày bụng( sờn dầm) Hsb,(D):Chiều cao dầm thép ts: Chiều dày bê tông H: ChiỊu cao tỉng thĨ dÇm ChiỊu cao dÇm chđ Chiều cao dầm chủ đợc lựa chọn nhằm thõa mãn điều kiện sau: - Đảm bảo yêu cầu cờng độ, độ cứng ổn định - Cố gắng giảm thiểu tối đa chiều cao dầm, trọng lợng dầm - Kích thớc trọng lợng mảnh dầm phải đáp ứng đợc điều kiện chuyên chở lao lắp - Hạn chế số lợng dầm chủ theo phơng ngang cầu nhằm đơn giản hóa cấu tạo hệ liên kết ngang Theo công thức kinh nghiệm chiều cao dầm thép thờng đợc lựa chọn theo tỉ số sau Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Dầm giản đơn D/L 1/30 Dầm liên tục D/L 1/40 Trong cầu đờng sắt chiều cao dầm giản đơn nhịp < 25m chiều cao dầm nên lấy 1/10-1/15 chiều dài nhịp Với nhịp lớn, chiều cao dầm nên làm thay đồi tăng dần vào vị trí gối Nếu chiều cao tăng theo đờng thẳng hình thức cấu tạo vút gối chiều cao dầm 1.2 - 1.3 chiều cao dầm nhịp Khi nhịp lớn, dầm nên làm với chiều cao thay đổi theo đờng cong thờng ngời ta cho mặt cầu tham gia làm việc với dầm chủ chiều cao dầm đạt tới 1/45 - 1/60 chiều dài nhịp mặt cắt nhịp 1/20-1/30 mặt cắt gối Trong cầu đờng dầm chủ thờng đợc đặt cách có khoảng cách 2-3m để phù hợp với làm việc mặt cầu , trờng hợp khoảng cách dầm chủ lớn 5m bố trí thêm dầm dọc phụ biện pháp tăng cờng độ cứng ngang phân bố tải trọng dầm chủ Đối với cầu đờng săt thờng bố trí dầm chủ dới vị trí ray Sờn dầm Sờn dầm đóng vai trò chịu cắt chủ yếu Ngoài tham gia vào sức kháng uốn đảm bảo ổn định cục dới tác dụng ứng suất pháp (giữa dầm) ứng suất tiếp (đầu dầm) Chiều cao sờn dầm chủ thông thờng lấy từ 1/18-1/20 chiều dài nhịp cầu cầu đờng nhỏ cầu đờng sắt Theo 22TCN272-05 quy định chiều dày bụng dầm thép cán không đợc nhỏ 7mm Đối với dầm hàn thông thờng chọn chiều dày sờn dầm không nhỏ 12mm Theo quy định AASHTO giới hạn tỉ số sau phải đợc thão mãn D/tw 150 (6.10.2.11) Bản cánh (bản biên) Bản cánh cung cấp khẳn chịu uốn Chiều rộng bề dày cánh thờng đợc xác định lựa chọn diện tích cánh phạm vi giới hạn tỉ số bề rộng bề dày b/t yêu cầu kỹ thuật dẫn kỹ thuật để đảm bảo khẳn ổn định cục Bản cánh bao gồm nhiều có kích thớc khác gọi dầm ghép, loại dầm có u điểm lựa chọn đợc số lợng ghép khác phù hợp với biểu đồ chịu lực Bề dày cánh không nên 20 mm để dể bảo đảm chất lợng thép Ngoài cánh có bề dày nhỏ dễ cắt biểu đồ bao vật liệu phù hợp với biểu đồ mô men tính toán tiết kiệm thép Tuy nhiên mặt cấu tạo yêu cầu cánh không đợc mỏng mm Bề rộng cánh dầm thép cầu xe lử có mặt cầu đặt trực tiếp dầm thép, bề rộng tối thiểu cánh 240mm đẻ đảm bảo yêu cầu đặt ray cánh Theo AASHTO lựa chọn kích thớc cánh công thức sau nên đợc thâa m·n Bf/2tf≤ 12, tw≥D/6 NguyÔn Danh Huy Tr−êng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Sờn tăng cờng Sờn tăng cờng: Sờn tăng cờng phận dầm để tăng cờng ổn định cho sờn dầm, cánh, phân bố tải trọng, truyền lực cắt Ngoài sờn tăng cờng chỗ để lắp liên kết ngang kết cấu nhịp Sờn tăng cờng bao gồm loại : sờn tăng cờng đứng sờn tăng cờng ngang Sờn tăng cờng đứng đợc bố trí vị trí gối cầu gối gọi sờn tăng cờng gối bố trí vị trí nhịp gọi sờng tăng cờng trung gian Sờn tăng cờng đứng đặt gối để chịu truyền phản lực gối xuống mố trụ Sờn tăng cờng dọc để tăng khả chịu uốn cho sờn dầm chống biến dạng ngang, thờng áp dụng cho dầm có nhịp >90m chiều cao dầm >2m Sờn tăng cờng dọc đợc đặt phạm vị chịu nén mặt cắt Sờn tăng cờng làm thép góc,Hiện dầm hàn sờn tăng cờng thép Sờn tăng cờng đứng cho sờn dầm nên đợc đặt đối xứng hai bên sờn dầm Sờn tăng cờng dầm hàn dày 10-12 mm (nhỏ 8mm), sờn tăng cờng gối 20 -30 mm 3.3.2 Cấu tạo hệ neo dầm liên hợp (neo chống cắt bu lông liên kết) Khi dầm liên hợp làm việc chịu uốn mặt phẳng liên kết với dầm thép sản sinh lực trợt lớn Tuy có lực dính kết BTCT cánh dầm thép, nhng bảo đảm chống lại đợc lực trợt với tải trọng thay đổi Trong tính toán thờng bỏ qua lực dính kết cho thêm an toàn Dới tác dụng tải trọng vị trí tiếp xúc cánh mặt cầu có xu hớng trợt theo phơng thẳng đứng nằm ngang neo chống cắt phải đảm bảo khẳn chịu lực theo hai phơng Đối với kết cấu nhịp giản đơn phải bố trí neo suốt chiều dài nhịp Cấu tạo loại neo a) Neo cứng Neo cứng thờng đợc chế tạo từ thép bản, thép góc thép hình Neo cứng có cấu tạo gọn nhẹ nên thờng dùng mặt cầu lắp ghép mặt cầu lỗ neo thờng nhỏ đơn giản Neo cứng có khả chịu lực tốt nhng liên kết với bê tông Một loại neo đợc dùng phổ biến neo hình đinh có mũ Neo đợc liên kết với cánh dầm cách hàn, tán đinh bắt bulông cờng độ cao Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP a) b) Hình 3.4 Cấu tạo neo cứng Đối với mặt cầu lắp ghép neo cứng đặt vào lỗ chừa sẵn đúc Trớc đặt bản, biên dầm thép đợc rải lớp bêtông có bề dày 5cm, đặt lên miếng đệm đổ vữa ớt qua lỗ mối nối >5cm Hiên neo cứng không đợc sử dụng nhiều nghiên cứu cho thấy việc sử dụng neo ảnh hởng đến tuổi thọ cầu >2,5cm Hình 3.5 Cấu tạo neo đinh b) Neo mềm Neo mềm đợc chế tạo thép tròn uốn cong thành nhánh nhánh Cũng có trờng hợp neo mềm đợc cấu tạo nh lò xo đặt dọc theo trục dầm, loại neo có nhợc điểm khó liên kết vào cánh dầm Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Neo mềm làm cốt thép thờng dới hình thức quai sanh nhánh đơn hàn đính vào cánh dầm thép Cấu tạo neo kiểu quai sanh có u điểm liên kết BTCT với dầm thép đảm bảo tốt nội lực neo truyền sang bêtông qua dính bám mà nhờ ép mặt bêtông vào quai sanh Neo làm từ nhánh đơn nghiêng thờng có móc đầu để tăng thêm sức liên kết với bêtông Ưu điểm chúng đặt chéo mặt nên bảo đảm chịu ứng suất kéo tốt Neo đặt cách quãng mặt dùng đặc biệt hiệu dầm liên tục dầm mút thừa có cốt thép đặt dọc cốt thép đặt nhánh neo Nếu mặt cắt dầm mà xuất lực cắt hai dấu cấu tạo neo nghiêng hai hớng Số lợng neo hớng tỷ lệ với lực cắt tơng ứng hớng Để đơn giản việc chế tạo tránh khả bị h hỏng trình vận chuyển, hàn đính neo mềm vào thép đặc biệt liên kết phận với dầm thép công trờng cách hàn dùng bulông cờng độ cao Đối với mặt cầu đổ chỗ nên dùng neo mềm neo mềm liên kết với bêtông tốt so với neo cứng Nhợc ®iĨm cđa neo mỊm lµ tèn nhiỊu thÐp so víi loại neo khác; lại phải dùng kiểu máy hàn kết cấu đặc biệt để hàn thép tránh ảnh hởng đến khẳn chịu lực bê tông Hình 3.6 Cấu tạo neo mềm c) Liên kết bu lông cờng độ cao Liên kết mặt cầu BTCT lắp ghép với dầm thép bulông cờng độ cao có u điểm tăng khả làm việc chung kết cấu nhịp thép- BTCT liên hợp dới tác dụng tải trọng trùng phục, đồng thời cho phép tiến hành lắp kết cấu liên hợp không phụ thuộc vào thời tiết Hình 3.7 Liên kết BTCT dầm thép bulông cờng độ cao Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II Bài giảng THIếT Kế CầU THéP Trong kết cấu liên kết có: bu lông cờng độ cao đờng kính 20 - 24mm kèm theo êcu vòng đệm Khoảng cách từ tim lỗ đến mép bêtông không đợc nhỏ 10cm bulông đờng kính 22mm, 12 cm bulông đờng kính 24mm, khoảng cách từ tim đến tim lỗ 14 - 16 cm Các quy định 22TCN272-05 hệ thông neo: Trong mặt cắt liên hợp phải làm neo chữ U neo đinh chống cắt mặt phân chia mặt cầu bêtông mặt cắt thép để chịu lực cắt mặt tiếp xúc Các neo phải có khả chống lại hai chuyển vị thẳng đứng nằm ngang bêtông thép Tỉ lệ chiều cao với đờng kính neo đinh chịu cắt không đợc nhỏ Bớc neo từ tim đến tim neo chống cắt không đợc vợt 600mm không đợc nhỏ lần đờng kính đinh, theo phơng ngang không đợc đặt gần lần đờng kính Chiều cao tịnh lớp bêtông phủ đỉnh neo chống cắt không đợc nhỏ 50mm Các neo chống cắt cần đặt sâu 50mm vào bê tông 10 Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải CS II ... tốt nhng liên kết với bê tông Một loại neo đợc dùng phổ biến neo hình đinh có mũ Neo đợc liên kết với cánh dầm cách hàn, tán đinh bắt bulông cờng độ cao Nguyễn Danh Huy Trờng ĐH Giao thông vận tải... lƯ cđa chiỊu cao víi ®−êng kÝnh cđa neo ®inh chịu cắt không đợc nhỏ Bớc neo từ tim đến tim neo chống cắt không đợc vợt 600mm không đợc nhỏ lần đờng kính đinh, theo phơng ngang không đợc đặt gần... biến nhất, dầm mặt cắt hình hộp sử dụng trờng hợp phải tăng cờng ổn định khả chống xoắn Dầm tán đinh mặt cắt chữ I gồm có thép đứng , bốn thép góc gọi thép góc cánh thép nằm ngang gọi cánh Số lợng