Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2: Chương 1 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P5)

Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương 1: Cầu giàn thép (P5) do TS. Nguyễn Ngọc Tuyển biên soạn trình bày các nội dung về hệ liên kết trong cầu giàn, xác định nội lực trong thanh giàn, thi công cầu giàn thép. Mời các bạn tham khảo.

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ mơn Cầu Cơng trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG  CẦU THÉP 2 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://cauthep2.tk/ Link dự phịng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/ cau‐thep‐2 Hà Nội, 11‐2014 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) • Xác định nội lực hệ liên kết – Hệ liên kết dọc – Các loại tải trọng tác dụng: • Lực gió thổi • Lực lắc ngang • Lực ly tâm (khi cầu nằm đường cong ngang) Chú ý: Với kết cấu nhịp cầu ô tô tuân thủ quy định quy phạm tính với tải trọng gió thổi ngang – Áp lực gió thổi lên diện tích giàn chủ xác định biểu thức sau: W  2g v Trong đó: γ = dung trọng khơng khí g = gia tốc trọng trường v = tốc độ gió 73 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) – Theo quy phạm 22TCN‐272‐05: Trong đó: Cd = hệ số cản v = tốc độ gió thiết kế kN W  0.0006v Cd  1.8 m – Tải trọng gió thổi lên kết cấu nhịp phân phối cho hệ giàn liên kết dọc sau: • Gió lên giàn chủ: mỗi giàn liên kết dọc chịu 60% • Gió thổi lên phần mặt cầu giàn liên kết dọc ở  phần mặt cầu chịu 80%;  giàn liên kết dọc cịn lại chịu 40% • Gió thổi lên lan can phân phối lên mặt cầu 74 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) – Sơ đồ giàn Các thông số: h1 h2 h wt h = chiều cao giàn chủ h1 = chiều cao phần hệ mặt cầu h2 = chiều cao phần lan can C1 = hệ số chắn gió giàn chủ C2 = hệ số chắn gió lan can wd 75 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) – Với kết cấu nhịp có đường xe chạy dưới, áp lực gió tác dụng lên giàn chủ liên kết dọc tính sau: Wd  0.6Cd h  0.8h1  0.8  Clk  Cd  h2  W Wt  0.6Cd h  0.4h1  0.4  Clk  Cd  h2  W • Hệ số chắn gió giàn chủ lấy: C1 = 0.4 nếu có 2 giàn; và lấy C1 = 0.5  có nhiều 2 giàn • Hệ số chắn gió cho lan can phụ thuộc kết cấu lan can có thể lấy sau: Clc = 0.3‐0.8 • Theo quy phạm 22TCN‐272‐05:  Wd + Wt > 1.8h (kN/m) 76 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) – Nội lực xiên giàn liên kết chữ thập khoang thứ i xác định sau: Di  Vi 2sin  đó: • Vi = lực cắt do tải trọng gió ở khoang thứ i giàn (đã kể đến hệ số tải trọng tương ứng) • α = góc nghiêng xiên liên kết.  • Thơng thường xiên hệ liên kết dọc thiết kế theo lực khoang đầu làm giống toàn khoang 77 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) • Hệ liên kết ngang cổng cầu – Cổng cầu coi gối tựa liên kết dọc do đó cổng cầu chịu tải trọng phản lực gối giàn liên kết dọc trên: H Trong đó: • Wt = áp lực gió tác động lên liên kết dọc • l = chiều dài dọc cầu hệ liên kết dọc Wt l wWt t H H a) C H D H H E F c a h H A B 78 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) – Dưới tác dụng lực ngang H, kết cấu cổng cầu chịu chuyển vị ngang có sơ đồ biến dạng biểu đồ mơ men như hình vẽ: • Chú ý rằng, tại chân cổng cầu có dầm ngang nên tiết diện chân cổng cầu khơng có chuyển vị xoay vị trí chân => giả thiết sơ đồ tính khung có ngàm cứng chân hình vẽ • Lực H sẽ làm đỉnh cổng cầu chuyển dịch ngang đứng tồn điểm uốn ngược chiều (là nơi mà trị số mô men thay đổi từ âm sang dương) ) C H D H H F Mg Wt l Mg a h E H c c N A B H/2 N N N Mc H/2 Mc 79 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) • Khoảng cách từ ngàm đến điểm uốn c được xác định sau: c Trong đó: • a = khoảng cách từ ngàm tới điểm neo đầu tiên liên kết ngang • h = chiều cao đứng cổng cầu (tính từ điểm ngàm) a (2h  a ) 2(h  2a ) ) C H D H H E H Mg Mg a h F Wt l c c N H/2 H/2 N N Mc A N Mc B 80 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) • Nội lực cổng cầu dễ dàng xác định sau: – Lực cắt đứng cổng cầu điểm uốn V H Trong đó: • B = khoảng cách tim đứng cổng cầu – Lực dọc đứng cổng cầu N ) H h  c B B C H D H H Mg F Wt l Mg a h E H c c N Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD B N H/2 N N Mc A H/2 Mc 81 Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Hệ liên kết cầu giàn (t.theo) • Bằng cách tách nút viết phương trình cân xác định nội lực tất cổng cầu • Việc thiết kế hệ liên kết dọc cổng cầu tiến hành tương tự giàn chủ.  • Thơng thường hệ liên kết ngang thường xác định tiết diện theo yêu cầu cấu tạo nội lực không đáng kể (cần ý bảo đảm vấn đề độ mảnh thanh) ) B C H D H H Mg F Wt l Mg a h E H c c N H/2 B H/2 N N Mc A N Mc 82 1.6. Xác định nội lực giàn • Hai phương pháp phân tích kết cấu giàn phẳng – (1). Phương pháp tách nút (Method of Joints) – (2). Phương pháp mặt cắt (Method of Sections) 83 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Xác định nội lực giàn (t.theo) • Phương pháp tách nút 84 Xác định nội lực giàn (t.theo) 85 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Xác định nội lực giàn (t.theo) • Phương pháp mặt cắt – Xác định phản lực gối – Dùng 1 mặt cắt chia giàn thành 2 phần vị trí giàn cần tính nội lực – Xét cân tĩnh học 1 phần giàn để tìm nội lực thanh:  FX    FY    M  86 Xác định nội lực giàn (t.theo) • Cách vẽ đường ảnh hưởng nội lực ─ Vị trí đường xe chạy ─ Các khơng có nội lực do hoạt tải (đah nội lực trùng đường chuẩn): • L2U2 và L2’U2’ U1 U2 U3 U2’ U1’ L1 L2 L3 L2’ L1’ L0 RL L0’ d d d d d d RR đ.a.h NL2U2 – Các có nội lực cục hoạt tải đứng hai khoang liền kề: • L1U1; L3U3; và L1’U1’ đ.a.h NL1U1 87 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Xác định nội lực giàn (t.theo) U1 U2 U3 U2’ U1’ L1 L2 L3 L2’ L1’ h – Đường ảnh hưởng nội lực biên giàn vẽ sử dụng phương pháp mặt cắt: L0 L0’ RL d d U1 • Các biên trên:  U1U2; U2U3; U3U2’;  U2’U1’ • Các biên dưới:  L0L1; L1L2; L2L3; L3L2’;  L2’L1’; L1’L0’ • Ví dụ vẽ đah NL2L3 d d d U3 0 RL  3d h  N L L3  L0 L1 NL2L3 L2 RL M U3 RR U3 U2 M U3 U2’ U1’ L3 L2’ L1’ 0  N L L3  – Phần phải vẽ theo đah phản lực trái RL – Phần trái vẽ theo đah phản lực phải RR d RR  3d h đ.a.h NL1U1 L0’ NL2L3 RR Đường nối 1.5d/h Phần trái Phần phải d/h 88 Xác định nội lực giàn (t.theo) – Phần phải vẽ theo đah phản lực trái RL (chiếu lực phần giàn trái lên phương Y  để tìm NL2U3) U2 U3 U2’ U1’ L1 L2 L3 L2’ L1’ L0 L0’ RL d d • Các xiên bao gồm:  L0U1; L2U3; L2’U1’;  L2U1; L2’U3; L0’U1’ • Ví dụ vẽ đah NL2U3 U1 h – Đường ảnh hưởng nội lực xiên vẽ sử dụng phương pháp mặt cắt: U1 d d d Y NL2L3 L2 RL Y  RL sin  U3 U2’ U1’ L3 L2’ L1’  0  N L L3  0  N L L3   L0 F RR sin  L0’ NL2L3 RR đ.a.h NL1U3 – Phần trái vẽ theo đah phản lực phải RR Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD RR U3 U2 F L1 d 0.5 sin  Phần trái 3sin  Phần phải Đường nối 89 Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Xác định nội lực giàn (t.theo) • Xác định nội lực giàn – Sau vẽ đường ảnh hưởng lực dọc giàn => có thể tiến hành xếp tải trọng lên đường ảnh hưởng để tìm nội lực giàn tương ứng • Nội lực do tĩnh tải DC • Nội lực do tĩnh tải DW • Nội lực do hoạt tải HL93 là LL – Chú ý hoạt tải LL khơng tính tác động xung kích tải trọng LÀN thiết kế mà tính tác động xung kích xe TRUCK và TANDEM – Thơng thường cầu giàn có 2 giàn chủ nên tính hệ số phân bố ngang hoạt tải theo phương pháp địn bảy.  – Tính tổ hợp nội lực theo TTGH và tiến hành vẽ biểu đồ bao nội lực cho giàn 90 1.7. Thi công cầu giàn thép • Thi cơng cầu giàn thép thực theo cách: – Lắp ráp ngang vị trí giàn giáo – Lắp hẫng kết cấu nhịp – Lắp ráp ở bên lao kéo vào vị trí kết cấu nhịp – Lắp ráp ở bên ngồi đưa vào vị trí kết cấu nhịp cách chở 91 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10 Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) • (1). Lắp ráp kết cấu nhịp ngang vị trí cầu – Phương pháp thực sau xây xong mố trụ => thời gian thi công thường kéo dài – Công việc bao gồm: • • • • • Xây dựng giàn giáo Lắp cần cẩu Lắp ráp kết cấu nhịp Hạ kết cấu xuống gối Tháo dỡ cơng trình phụ trợ thi cơng – Giàn giáo làm liên tục vị trí kết cấu nhịp điều kiện địa hình địa chất, mực nước bên thiết lập trụ tạm đỡ dầm thép, giàn thi công cấu tạo sàn đạo ở trên 92 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Nền móng sàn đạo chống nề gỗ, rọ đá, móng cọc gỗ … (1). Kết cấu nhịp (2). Trụ (3). Trụ giàn giáo (4). Móng rọ đá (5). Dầm đỡ sàn đạo (6). Sàn đạo (7). Nêm chèn, chống nề (8). Cần cẩu lắp ráp kết cấu (9). Đường vận chuyển c.kiện 93 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 11 Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/17/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Dầm dẫn thi cơng thép I, các vạn YIKM,  MIK, dầm quân dụng H8, H10, Bailley … – Cần ý bố trí bề rộng sàn đạo để đảm bảo hoạt động cầu dẫn, đường vận chuyển cấu kiện, phần đỡ kết cấu nhịp 94 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Tại vị trí nút giàn chủ cần cấu tạo chống nề cao khoảng 0.7‐0.8m • Phải quan trắc xác cao độ vị trí nút • Ngồi phải có nêm chèn để điều chỉnh độ vồng ngược kết cấu nhịp – Khi hạ kết cấu nhịp xuống gối cầu cần lưu ý: • Nên sử dụng kích thủy lực đặt vị trí ở dầm ngang đầu nhịp • Hạ hai đầu nhịp, tránh tượng xoắn vỏ đỗ • Ln ln có chống nề bảo hộ 95 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 12 ... đưa vào vị trí kết cấu nhịp cách chở 91 Bộ môn? ?Cầu? ?và? ?CTN ‐ ĐHXD 10 Giảng? ?viên:? ?TS.? ?Nguyễn? ?Ngọc? ?Tuyển 11 /17 /2 014 Thi cơng cầu giàn thép (t.theo) • (1) . Lắp ráp kết cấu nhịp ngang vị trí cầu –... xiên liên kết.  • Thơng thường xiên hệ liên kết dọc thiết kế theo lực khoang đầu làm giống tồn khoang 77 Bộ mơn? ?Cầu? ?và? ?CTN ‐ ĐHXD Giảng? ?viên:? ?TS.? ?Nguyễn? ?Ngọc? ?Tuyển 11 /17 /2 014 Hệ liên kết cầu giàn... ĐHXD Giảng? ?viên:? ?TS.? ?Nguyễn? ?Ngọc? ?Tuyển 11 /17 /2 014 Xác định nội lực giàn (t.theo) • Phương pháp tách nút 84 Xác định nội lực giàn (t.theo) 85 Bộ môn? ?Cầu? ?và? ?CTN ‐ ĐHXD Giảng? ?viên:? ?TS.? ?Nguyễn? ?Ngọc? ?Tuyển