Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương 1: Cầu giàn thép (P2) do TS. Nguyễn Ngọc Tuyển biên soạn cung cấp cho người học các kiến thức về hệ dầm mặt cầu và giàn chủ. Đây là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Xây dựng dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 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 1.3. Hệ dầm mặt cầu • Nhiệm vụ – Đỡ hệ mặt cầu (bản mặt cầu lớp mặt đường cầu) – Truyền tải trọng từ hệ mặt cầu tới kết cấu chịu lực – Truyền tải trọng đứng vào nút giàn h H b b b b Giμn chđ DÇm däc DÇm ngang 17 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Khoảng cách dầm hệ dầm mặt cầu – Khoảng cách dầm dọc dầm ngang phụ thuộc vào: Kết cấu mặt cầu Khoảng cách giàn chủ “B” Chiều dài khoang giàn “d” Đối với cầu ô tô, khoảng cách dầm dọc “b” có thể lấy từ 1.2m đến 3m b b b b • • • • DÇm däc DÇm ngang 18 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Tiết diện dầm hệ dầm mặt cầu – Dầm mặt cầu thường có tiết diện chữ I – Với nhịp dầm nhỏ => có thể dùng dầm I cán nóng – Với nhịp dầm lớn => dùng dầm I tổ hợp từ thép – Chiều cao dầm “h” có thể lựa chọn tỷ lệ với chiều dài nhịp dầm “l” dựa công thức kinh nghiệm sau: • Với dầm I cán nóng: h 1 l 12 • Với dầm I tổ hợp: h 1 l 10 19 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) – Tiết diện dầm phải bảo đảm cường độ độ võng – Dầm ngang thường có tiết diện lớn dầm dọc – Khi giàn chủ đặt xa nhau: (B > 15m) Chiều dài nhịp dầm ngang lớn Có thể thay dầm ngang giàn ngang – Sườn dầm ngang vị trí dầm dọc đặt lên phải cấu tạo sườn tăng cường đứng – Dầm ngang vị trí gối giàn chủ thường có cấu tạo lớn để xét tới khả kích nâng kết cấu nhịp thay gối cầu 20 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Liên kết dầm dọc vào dầm ngang Các kiểu liên kết dầm dọc vào dầm ngang: – (1). Dầm dọc đặt chồng lên dầm ngang • • • • Cấu tạo đơn giản Dầm dọc hoàn toàn liên tục Lắp ráp dễ dàng Chiều cao kiến trúc lớn – (2). Liên kết đồng mức • Đỉnh dầm dọc dầm ngang bố trí cao độ • Liên kết đồng mức phổ biến do có chiều cao kiến trúc nhỏ 21 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Liên kết đồng mức có cấu tạo chắn nhờ cá vai kê • Bản mặt cầu kê dầm dọc dầm ngang • Trường hợp chiều cao dầm dọc dầm ngang biên dầm dọc nối cá sườn dầm dọc liên kết với sườn dầm ngang qua các thép góc liên kết Bản cá Dầm dọc (3).Liờn kt dm dc thp hn dm ngang Dầm ngang ã Cỏch ny thng khụng dựng cho cu ụtụ Bản cá Dầm dọc Dầm ngang 22 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Liên kết dầm ngang vào giàn chủ Cấu tạo liên kết dầm ngang vào giàn chủ hoàn toàn tương tự liên kết dầm dọc vào dầm ngang – Dùng thép góc liên kết áp vào 2 bên sườn dầm ngang áp vào nút giàn – Thông thường, số đinh liên kết bố trí khơng đủ phạm vi sườn dầm ngang nên phải mở rộng liên kết cách cấu tạo góc 23 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Tính tốn hệ dầm mặt cầu – Dầm dọc: • Thực tế dầm liên tục kê gối đàn hồi dầm ngang • Khi tính dầm dọc để đơn giản thiên an tồn => xem dầm dọc dầm giản đơn kê gối 2 dầm ngang liền kề tính mơ men M105 ở giữa nhịp lực cắt V100 ở gối • Tiết diện dầm dọc thiết kế dựa sở nội lực M105 V100 • Hoạt tải phân phối cho dầm dọc lấy theo nguyên tắc đòn bảy Dầm dọc Dầm dọc V100 M105 V100 M105 24 Hệ dầm mặt cầu (cont.) – Dầm ngang: • Là thành phần khung ngang mặt cắt ngang kết cấu nhịp chịu tải trọng dầm dọc kê • Để đơn giản tính tốn, dầm ngang coi dầm giản đơn có nhịp khoảng cách tim giàn chủ kê tự do lên giàn chủ • Riêng dầm ngang vị trí gối cầu cần xét thêm điều kiện kê kích kết cấu nhịp Giàn chủ Dầm ngang Bản mã nút giàn Mặt cắt dầm ngang V100 M105 25 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) – (1) Tính liên kết dầm dọc vào dầm ngang trường hợp có vai kê • Như vậy, phần lực cắt truyền lên vai kê là: Vv nv hd V F c z y max yi Lực cắt V sẽ chia đều cho số đinh bố trí thép góc liên kết với sườn dầm ngang Dbl • Mơ men tại gối lấy 0.6 lần mô men tại nhịp dầm dọc để xét tới tính ngàm: Mg = 0.6M105 F V = V100 V n 26 Hệ dầm mặt cầu (cont.) : n = số đinh bố trí thép góc liên kết nv = số đinh phạm vi chiều cao vai kê F Dbl hd V Mô men gối Mg do bản cá vai kê chịu • Lực ngang F tác dụng lên cá vai kê tính sau: F z y max yi F c Mg hd : hd = chiều cao dầm dọc • Như vậy, số đinh nv vừa chịu tác dụng Vv 27 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Như vậy, số đinh nv chịu tác dụng lực đứng Vv; lực ngang F; và mô men lệch tâm Mv gây Vv F. F Mv = F∙z ‐ Vv∙c Dbl hd V : z = khoảng cách từ trọng tâm số đinh liên kết vai kê nv đến lực F c = khoảng cách từ trọng tâm số đinh liên kết vai kê nv đến lực F z F y max yi c • Bản cá số đinh liên kết cá cần thiết kế để chịu lực F • Bản tam giác ở vai kê kiểm toán chịu Mv Vv tiết diện giảm yếu do hàng đinh nv 28 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Đinh làm việc bất lợi đinh số nv chịu lực Tmax xác định theo biểu thức sau: Tmax F V F M v ymax n nv yi fh1 fv fv fh2 fh2 D bl hd V fh1 Vv F c z y max yi F Mv z Mv = F∙z ‐ Vv∙c c 29 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) – (2) Tính liên kết dầm dọc vào dầm ngang trường hợp chiều cao dầm dọc dầm ngang • Liên kết có cá trên, bản cá thép góc liên kết • Mơ men tại gối lấy 0.6 lần mơ men tại nhịp dầm dọc để xét tới tính ngàm: n Mg = 0.6M105 V = V100 • Coi mơmen Mg do cá nhóm đinh “n1”chịu; lực cắt V do thép góc nhóm đinh “n2” “n3” ở sườn chịu n3 VA n2 Mg DÇm däc DÇm ngang 30 Hệ dầm mặt cầu (cont.) • Lực tác dụng lên cá: F n1 Mg hd n3 • Căn vào F để xác định tiết diện cá số đinh liên kết (n1) cần thiết n1 F Rr _(1) n2 A V Mg DÇm däc DÇm ngang Với Rr sức kháng cho phép 1 đinh • Căn vào lực cắt V để xác định số đinh liên kết thép góc với sườn dầm ngang dọc (n2 n3) n2 V Rr _(2) n3 V Rr _(3) 31 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) – (3) Tính liên kết dầm ngang giàn chủ • Do tiết diện dầm ngang vị trí nối vào giàn chủ có chuyển vị xoay nên trị số mơ men gối dầm ngang lấy gần giả thiết Mg = 0, do vậy tính liên kết dầm ngang vào giàn chủ cần tính với lực cắt đầu dầm ngang V V = V100 • Số đinh cần thiết cho liên kết xác định theo biểu thức sau: n V m2 Rr • Trong đó: hệ số m2 = 0.85 cho đinh cánh thép góc áp vào nút giàn m2 = 0.9 cho đinh cánh thép góc áp vào sườn dầm ngang • Cần ý rằng đinh, bu lơng áp vào nút có 1 mặt ma sát 32 1.4. Giàn chủ • Cấu tạo giàn chủ – Các cầu cũ cầu nhịp ngắn thường có cấu tạo đơn giản với tiết diện thành đứng do các thép thép góc ghép lại đinh tán – Ngày nay cầu giàn dùng cho nhịp lớn áp dụng cơng nghệ hàn • Tiết diện cấu tạo có 2 thành đứng, các thép hàn ghép tạo nên tiết diện có diện tích độ cứng lớn đáp ứng yêu cầu chịu lực – Liệt kê số tiết diện hàn giàn chủ sau: 33 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Giàn chủ (t.theo) • Tiết diện chữ H (hình 1) : chế tạo đơn giản, dễ hàn ghép có độ cứng tương đối hạn chế => chỉ phù hợp cho chịu kéo có chiều dài khơng lớn • Đối với thành cần độ cứng lớn tiết diện hình hộp thích hợp 34 Giàn chủ (t.theo) Tiết diện (2) dùng cho biên Tiết diện (3) dùng cho biên Tiết diện (6) dùng cho xiên Tiết diện (4) dùng cho giàn Tiết diện (5) có độ cứng tốt cần có biện pháp chống gỉ lòng tiết diện => thường dùng chắn ngang hàn kín ở phía 2 đầu thanh. • Tiết diện (7) giống tính chất tiết diện (6) nhưng khơng dùng thép khoét lỗ mà dùng giằng để ghép 2 nhánh • • • • • 35 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10 Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Giàn chủ (t.theo) Cấu tạo giàn (tiết diện số 6) b (6) a® a (7) Cấu tạo giàn (tiết diện số 7) a® a c a 36 Giàn chủ (t.theo) • Tiết diện (8) dùng cho biên chịu kéo nhịp tương đối khơng dài Chú ý: • Một số cầu giàn đặc biệt dùng tiết diện dạng ống tròn cho tất (ví dụ cầu nối đường bán đảo Sơn Trà ở Đà Nẵng). Loại giàn khơng có ưu điểm bật ngồi tính độc đáo cấu tạo chống gỉ. Tuy nhiên, cấu tạo mối nối nút giàn lại phức tạp khó thay đổi tiết diện cho phù hợp với nội lực 37 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 11 ... trí gối cầu cần xét thêm điều kiện kê kích kết cấu nhịp Giàn chủ Dầm ngang Bản mã nút giàn Mặt cắt dầm ngang V100 M105 25 Bộ môn? ?Cầu? ?và? ?CTN ‐ ĐHXD Giảng? ?viên:? ?TS.? ?Nguyễn? ?Ngọc? ?Tuyển 11 /3/2 014 Hệ... 29 Bộ môn? ?Cầu? ?và? ?CTN ‐ ĐHXD Giảng? ?viên:? ?TS.? ?Nguyễn? ?Ngọc? ?Tuyển 11 /3/2 014 Hệ dầm mặt cầu (cont.) – (2) Tính liên kết dầm dọc vào dầm ngang trường hợp chiều cao dầm dọc dầm ngang • Liên kết có cá... Căn vào lực cắt V để xác định số đinh liên kết thép góc với sườn dầm ngang dọc (n2 n3) n2 V Rr _(2) n3 V Rr _(3) 31 Bộ môn? ?Cầu? ?và? ?CTN ‐ ĐHXD Giảng? ?viên:? ?TS.? ?Nguyễn? ?Ngọc? ?Tuyển 11 /3/2 014 Hệ