Bài giảng Đồ án Thiết kế cầu thép Chương 1

Bài giảng Đồ án Thiết kế cầu thép

BÀI GIҦNG CTGT Phҫn :

CÔNG TRÌNH CҪU

( Tái bҧn lҫn thӭ 8, có chӍnh sӱa ) 2005 - 2010

Ngѭӡi biên soҥn : TS LÊ BÁ KHÁNH

Tp Hӗ Chí Minh, 02 - 2010

Mӝt sӕ tӯ viӃt tҳt BMC – bҧn mһt cҫu BT – bê tông

BTCT – bê tông cӕt thép; GĈ – giҧn ÿѫn;

KCN – KӃt cҩu nhӏp LBH – LӅ bӝ hành ѬST – ӭng suҩt trѭӟc; PT – phѭѫng trình; PTHH – phҫn tӱ hӳu hҥn

Tiêu chuҭn – Tiêu chuҭn thiӃt kӃ cҫu 22 TCN 272-05 TTGH – trҥng thái giӟi hҥn;

1 KHÁI NIӊM Vӄ CÔNG TRÌNH NHÂN TҤO TRÊN ĈѬӠNG Ô-TÔ 6

1.1 Giӟi thiӋu vӅ công trình nhân tҥo (CTNT) trên ÿѭӡng 6

1.1.7 Mӝt sӕ công trình nhân tҥo trong thành phӕ 7

1.1.8 Mӝt sӕ công trình nhân tҥo trên ÿѭӡng trong vùng núi 7

1.2 Các bӝ phұn cѫ bҧn cӫa công trình cҫu 7

1.2.1 Các bӝ phұn cѫ bҧn cӫa công trình cҫu 8

1.3 Chi tiӃt mӝt sӕ kӃt cҩu cӫa cҫu 9

1.4 Phân loҥi cҫu 13

1.4.1 Sѫ ÿӗ phân loҥi cҫu 13

1.4.2 Phân loҥi theo sѫ ÿӗ kӃt cҩu (tƭnh hӑc) có: 13

1.4.3 Phân loҥi theo ÿһc ÿiӇm riêng cӫa công trình nhѭ: 13

1.4.4 Phân loҥi theo quy mô công trình: 13

1.4.5 Theo tѭѫng quan giӳa trөc cӫa hàng gӕi biên và trөc dӑc cҫu 15

1.5 Lӏch sӱ phát triӇn ngành xây dӵng cҫu 15

1.5.1 Giӟi thiӋu chung 15

1.5.2 Thӡi kǤ trѭӟc CN & La mã cә ÿҥi 15

1.5.3 Thӡi kǤ Phөc hѭng và hұu Phөc hѭng (thӃ kӹ 14 – 16) 15

1.5.4 Thӡi kǤ cách mҥng công nghiӋp 15

1.5.5 Thӡi kǤ hiӋn ÿҥi 16

1.5.6 Lӏch sӱ phát triӇn ngành cҫu ӣ ViӋt nam 17

1.6 Mӝt sӕ phѭѫng hѭӟng phát triӇn trong ngành xây dөng cҫu 17

1.6.1 VӅ vұt liӋu 17

1.6.2 VӅ kӃt cҩu 17

1.6.3 VӅ liên kӃt và ghép nӕi 17

1.6.4 VӅ công nghӋ thi công 18

1.6.5 VӅ lý thuyӃt tính toán thiӃt kӃ 18

1.6.6 Các nghiên cӭu thӵc nghiӋm 18

1.7 Câu hӓi ôn tұp 18

2.5 Câu hӓi ôn tұp 21

3 KHÁI NIӊM THIӂT Kӂ CÔNG TRÌNH NHÂN TҤO 22

3.1 Các ÿӏnh nghƭa 22

3.2 TriӃt lý thiӃt kӃ 22

3.2.1 Tәng quát 22

3.2.2 Các TTGH 23

3.3 Câu hӓi ôn tұp 24

4 THIӂT Kӂ TӘNG THӆ VÀ ĈҺC ĈIӆM Vӎ TRÍ CҪU 25

6.4.1 Phѭѫng pháp hӋ sӕ phân phӕi ngang (phân bӕ ngang) 46

6.4.2 Phân loҥi mһt cҳt ngang KCN 47

6.4.3 HӋ sӕ phân bӕ cho moment 47

6.4.4 HӋ sӕ phân bӕ cho lӵc cҳt 48

6.5 Dҫm ngang 48

6.6 Bҧn mһt cҫu 49

6.6.1 Tәng quát 49

6.6.2 BӅ rӝng cӫa các dҧi tѭѫng ÿѭѫng bên trong 49

6.6.3 BӅ rӝng dҧi tѭѫng ÿѭѫng tҥi các mép cӫa bҧn 50

6.6.4 Tính toán các hiӋu ӭng lӵc 50

7 MӔ TRӨ CҪU 52

7.1 Khái niӋm cѫ bҧn vӅ mӕ trө cҫu 52

7.2 Cҩu tҥo mӕ trө cҫu 52

7.2.1 Phân loҥi mӕ trө cҫu 52

7.2.2 Cҩu tҥo trө cҫu 52

7.2.3 Cҩu tҥo mӕ cҫu 53

7.2.4 NӅn móng mӕ trө cҫu 54

7.3 ThiӃt kӃ mӕ trө 54

7.3.1 Trình tӵ thiӃt kӃ mӕ trө cҫu thѭӡng phҧi qua nhӳng bѭӟc sau: 54

7.3.2 KiӇm tra lҥi các tiӃt diӋn theo các trҥng thái giӟi hҥn 55

8 CÔNG TRÌNH & PHѬѪNG TIӊN GIAO THÔNG TRONG ĈÔ THӎ 56

8.1 Khái niӋm và mөc tiêu xây dӵng công trình giao thông ÿô thӏ 56

8.2 Công trình giao thông ÿô thӏ 56

8.2.1 Hҫm chui cho phѭѫng tiӋn giao thông và ngѭӡi ÿi bӝ: 56

8.4.2 Bãi ÿáp cho máy bay trӵc thăng trong thành phӕ 63

8.5 Phѭѫng tiӋn giao thông công cӝng: 63

9 XÂY DӴNG CҪU 65

9.1 Xây dӵng móng cӑc ÿài cao 65

9.2 Vұn chuyӇn dҫm BTCT 66

9.3 Các phѭѫng pháp thi công KCN cҫu BTCT 66

9.4 Lao lҳp kӃt cҩu nhӏp cҫu BTCT nhӏp giҧn ÿѫn 67

9.5 Lao lҳp kӃt cҩu nhӏp cҫu thép 68

10.2.3 Tên mӝt sӕ loҥi kӃt cҩu giàn 75

10.3 Phѭѫng pháp thi công cҫu 75

11 TÀI LIӊU THAM KHҦO 78

1 KHÁI NIӊM Vӄ CÔNG TRÌNH NHÂN TҤO TRÊN ĈѬӠNG Ô-TÔ

1.1 Giӟi thiӋu vӅ công trình nhân tҥo (CTNT) trên ÿѭӡng

1.1.5 Ĉ́͵ng tràn

Ĉѭӡng tràn: ÿѭӧc xây dӵng khi tuyӃn ÿѭӡng cҳt ngang dòng chҧy có mӭc nѭӟc không lӟn, lѭu lѭӧng có thӇ thoát qua kӃt cҩu thân ÿѭӡng

Mӝt năm chӍ có vài giӡ hoһc vài ngày nѭӟc ngұp và tràn qua mһt ÿѭӡng, song xe cӝ vүn qua lҥi ÿѭӧc

Hình 1-3 H̯m giao thông ÿ˱ͥng s̷t

1.1.6 B͗n phà

BӃn phà: công trình ÿӇ cho phѭѫng tiӋn giao thông lên & xuӕng phà

1.1.7 Mͱt sͩ công trình nhân t̹o trong thành phͩ

Hình 1-4 M͡t s͙ công trình nhân t̩o trong thành ph͙

a) H̯m chui cͯa nút giao thông; b) C̯u v˱ͫt ͧ nút giao thông; c) C̯u c̩n; 1 – C͝ng h̯m; 2 – Trͭ trung gian; 3 – M͙ c̯u; 4 – K͇t c̭u nh͓p; 5 – Ĉ˱ͥng h̯m

1.1.8 Mͱt sͩ công trình nhân t̹o trên ÿ́͵ng trong vùng núi

Hình 1-5 M͡t s͙ công trình nhân t̩o trên ÿ˱ͥng trong vùng núi a) mái che; b) b̫n console; c) viaduct

) ĈӇ cho công trình nhân tҥo ÿѭӧc hoàn thành & phөc vө lâu dài cҫn phҧi: Khҧo sát, ThiӃt kӃ, Xây dӵng, Bҧo dѭӥng

Công trình cҫu là mӝt tәng thӇ bao gӗm: phҫn cҫu, ÿѭӡng ÿҫu cҫu, công trình gia cӕ bӡ sông, công trình hѭӟng dòng, …

Các công trình giao thông trên ÿѭӡng là nhӳng thành phҫn quan trӑng phӭc tҥp và tӕn kém Ӣ nѫi ÿӏa hình bҵng phҷng giá thành xây dӵng chiӃm 10 % giá thành xây dӵng tuyӃn ÿѭӡng Ĉӏa hình càng phӭc tҥp (ÿӗi, núi, nhiӅu sông suӕi, …) giá thành sӁ tăng lên rҩt nhiӅu, ÿôi khi ÿҥt ÿӃn 30 % giá thành xây dӵng tuyӃn ÿѭӡng hay hѫn

1.2.1 Các bͱ phͅn c˿ b̻n cͿa công trình c̿u

Hình 1-6 Các b͡ ph̵n c˯ b̫n cͯa công trình c̯u

1 K͇t c̭u nh͓p; 2 Trͭ; 3 M͙; 4 Móng Chi ti͇t A, xem Hình 1-12

KӃt cҩu phҫn cҫu gӗm hai nhóm : KӃt cҩu thѭӧng tҫng, KӃt cҩu hҥ tҫng * KӃt cҩu thѭӧng tҫng: các thành phҫn nҵm cao hѫn cao ÿӝ gӕi cҫu, gӗm các thành phҫn sau:

* KӃt cҩu hҥ tҫng: các thành phҫn nҵm thҩp hѫn cao ÿӝ gӕi cҫu, gӗm các thành phҫn sau:

- Mӕ trө: Bӝ phұn kê ÿӥ kӃt cҩu nhӏp, tiӃp nhұn toàn bӝ tҧi trӑng cӫa KCN và hoҥt tҧi, truyӅn xuӕng nӅn ÿҩt qua kӃt cҩu móng Mӕ nҵm ӣ hai ÿҫu cҫu, trө ÿѭӧc bӕ trí ӣ khoҧng giӳa 2 mӕ

1.3 Chi tiӃt mӝt sӕ kӃt cҩu cӫa cҫu

Hình 1-7 Tr̷c d͕c cͯa m͡t c̯u trên ÿ˱ͥng ôtô

Hình 1-8 G͙i c̯u và cách thͱc d̯m kê lên trͭ c̯u (Chi ti͇t B)

Hình 1-9 C̭u t̩o g͙i cao su

Hình 1-10 K͇t c̭u lan can & l͉ b͡ hành cͯa c̯u trên ÿ˱ͥng ôtô;

Chi tiӃt B

a) b)

Hình 1-11 Hình d̩ng d̯m BTCT ͱngsṷt tr˱ͣc a) d̯m I; b) d̯m T [21]

Hình 1-12 Khe co dãn cao su (Chi ti͇t A cͯa Hình 1-6)

Hình 1-13 M̿t c̷t ngang cͯa m͡t c̯u d̯m thép – BTCT liên hͫp

1 – Lan can; 2 – B̫n m̿t c̯u; 3 – D̯m thép; 4 – G͙i c̯u; 5 – S˱ͥng tăng c˱ͥng ÿͱng; 6 – H͏ liên k͇t ngang; 7 – Trͭ c̯u

G – G TL 1:40

H – H TL 1:40

Hình 1-14 B͙ trí chung k͇t c̭u nh͓p L = 32,2m

Hình 1-15 B͙ trí chung k͇t c̭u nh͓p L = 32,2m (ti͇p theo)

1.4 Phân loҥi cҫu

Cĩ nhiӅu cách khác nhau ÿӇ phân loҥi cơng trình cҫu

1.4.1 S˿ ÿͫ phân lo̹i c̿u

Phân loại cầu

Theo chướngngại vật phảivượt qua:- qua sông;- qua đường;v.v

Theo mụcđích sử

dụng:- cầu đường

bộ;- cầu đường

sắt; v.v

Theo vị tríđường xe

chạyTheo vật

liệu làmkết cấunhịp

Theo sơ đồtĩnh học

Theophươngpháp xây

Hình 1-16 Phân lo̩i c̯u

1.4.2 Phân lo̹i theo s˿ ÿͫ k͗t c̽u (tƭnh hͥc) cĩ:

+ HӋ dҫm: Dѭӟi tác dөng cӫa tҧi trӑng thҷng ÿӭng kӃt cҩu nhӏp bӏ uӕn và truyӅn áp lӵc thҷng ÿӭng xuӕng mӕ trө HӋ thӕng cҫu dҫm bao gӗm: dҫm ÿѫn giҧn, dҫm liên tөc, dҫm mút thӯa

+ HӋ khung: KӃt cҩu nhӏp và trө liên kӃt cӭng vӟi nhau tҥo thành khung, cùng tham gia chӏu lӵc dѭӟi dҥng mӝt kӃt cҩu thӕng nhҩt

+ HӋ vịm: Cҫu vịm cĩ thӇ cĩ dҥng vịm 3 khӟp, hai khӟp hoһc vịm khơng khӟp Ĉһc ÿiӇm cӫa hӋ vịm là tҥi vӏ trí chân vịm luơn xuҩt hiӋn thành phҫn phҧn lӵc theo phѭѫng nҵm ngang (lӵc xơ)

+ HӋ liên hӧp: Cҫu liên hӧp là loҥi cҫu ÿѭӧc kӃt hӧp tӯ các hӋ ÿѫn giҧn hoһc hӋ ÿѫn giҧn ÿѭӧc tăng cѭӡng các bӝ phұn chӏu lӵc Bҵng cách ÿĩ ngѭӡi ta cĩ thӇ tҥo ra nhӳng kӃt cҩu chӏu lӵc hӧp lý và cĩ hiӋu quҧ vӅ các phѭѫng diӋn kinh tӃ – kӻ thuұt, ÿһc biӋt trong các trѭӡng hӧp nhӏp lӟn

+ Cҫu treo (cҫu dây parabol – dây võng, cҫu dây văng):

Cҫu treo là loҥi kӃt cҩu trong ÿĩ bӝ phұn chӏu lӵc chính là dây làm viӋc chӏu kéo Dѭӟi tác dөng cӫa hoҥt tҧi hӋ dҫm mһt cҫu và dây cùng làm viӋc nhѭ mӝt hӋ liên hӧp

1.4.3 Phân lo̹i theo ÿ͏c ÿi͛m riêng cͿa cơng trình nh́:

Cҫu phao, cҫu quay, …

1.4.4 Phân lo̹i theo quy mơ cơng trình:

Cҫu nhӓ (L d 25m), cҫu trung (L = 25 y 100 m), cҫu lӟn (L > 100 m hoһc cĩ nhӏp L t 42 m), cҫu vƭnh cӱu, cҫu bán vƭnh cӱu …

1.4.5 Theo t́˿ng quan gi·a trͽc cͿa hàng gͩi biên và trͽc dͥc c̿u

Hình 1-18 C̯u th̻ng, c̯u cong, c̯u xéo

1.5 Lӏch sӱ phát triӇn ngành xây dӵng cҫu

1.5.1 Giͳi thi͟u chung

Cҫu là công trình nhân tҥo, vì vұy lӏch sӱ phát triӇn cӫa nó gҳn liӅn vӟi sӵ phát triӇn cӫa xã hӝi Vào thӡi kǤ khai sѫ cӫa loài ngѭӡi, con ngѭӡi vѭӧt qua các con suӕi, khe sâu nhӡ nhӳng thân cây ÿә, nhӳng dây leo … Sau ÿó hӑ bҳt chѭӟc các hiӋn tѭӧng trên ÿӇ tҥo ra các phѭѫng tiӋn vѭӧt qua các dòng sông, con suӕi, khe vӵc, …

1.5.2 Th͵i kǤ tŕͳc CN & La mã cͭ ÿ̹i

Vұt liӋu chӫ yӃu ÿӇ xây dӵng cҫu là ÿá và gӛ Ӣ giai ÿoҥn này ÿã có các dҥng cҫu dҫm, vòm, treo

1.5.3 Th͵i kǤ Phͽc h́ng và hͅu Phͽc h́ng (th͗ k΍ 14 – 16)

Ĉây là thӡi kǤ khai sinh ra nӅn khoa hӑc hiӋn ÿҥi và xây dӵng lý thuyӃt tính toán công trình (R Hooke, I Newton, J Bernoulli, L Euler, …)

1.5.4 Th͵i kǤ cách m̹ng công nghi͟p

Trong thӡi kǤ này gang, sҳt thép ÿѭӧc sӱ dөng nhѭ là vұt liӋu chính ÿӇ xây dӵng cҫu

Hình 1-19 C̯u vòm gang qua sông Severn (Anh) năm 1776 - 1779

1.5.5 Th͵i kǤ hi͟n ÿ̹i

- Beton cӕt thép dӵ ӭng lӵc và thép là nhӳng vұt liӋu xây dӵng cҫu ÿѭӧc dùng phә biӃn

- NhiӅu công nghӋ thi công hiӋn ÿҥi ÿѭӧc phát minh

Năm 1940 ӣ Mӻ, cҫu treo Tacoma nhӏp 853m, mӟi hoàn thành ÿѭӧc 6 tháng ÿã bӏ sұp bӣi dao ÿӝng cӝng hѭӣng do gió Ĉây là vө tai nҥn gây nhiӅu chú ý, giӟi chuyên môn ÿã thu thұp ÿѭӧc nhiӅu sӕ liӋu liên quan, ÿһc biӋt ngѭӡi ta ÿã quay phim ÿѭӧc toàn bӝ diӉn biӃn cӫa tai nҥn Vө sұp cҫu Tacoma không làm các nhà xây dӵng lҧng tránh cҫu treo mà ngѭӧc lҥi ÿã bә sung cho ngành xây dӵng cҫu nhiӅu vҩn ÿӅ cҫn hoàn thiӋn

Hình 1-20 Phân tích dao ÿ͡ng cͯa Tacoma Narrow (ͧ thͥi ÿi͋m tr˱ͣc khi b͓ s̵p bͧi dao ÿ͡ng c͡ng h˱ͧng do gió)

1.5.6 Lͣch s΅ phát tri͛n ngành c̿u ͷ Vi͟t nam

- Thӡi kǤ trѭӟc Cách mҥng tháng 8 – 1945: ĈӇ phөc vө cho công cuӝc khai thác thuӝc ÿӏa, ngѭӡi Pháp ÿã xây dӵng mӝt mҥng lѭӟi ÿѭӡng giao thông khá bài bҧn ӣ ViӋt nam Cҫu Long biên là mӝt trong nhӳng niӅm tӵ hào cuҧ ngành giao thông công chánh Pháp

- Thӡi kǤ tӯ 1945 – 1975 và sau ÿó : Ngành cҫu ÿѭӡng ÿã có nhӳng cӕ gҳng ÿӇ vѭӧt qua nhiӅu khó khăn

- Thӡi kǤ tӯ sau 1992: ÿây là thӡi kǤ phát triӇn thӵc sӵ cuҧ ngành cҫu ÿѭӡng ViӋt nam, chúng ta hӑc tұp ÿѭӧc các công nghӋ xây dӵng cҫu tiên tiӃn cuҧ thӃ giӟi

1.6 Mӝt sӕ phѭѫng hѭӟng phát triӇn trong ngành xây dөng cҫu

Cho ÿӃn nay ngành xây dӵng cҫu ÿã ÿҥt ÿѭӧc nhӳng thành tӵu lӟn vӅ mӑi phѭѫng diӋn, tӯ kӃt cҩu ÿӃn kӻ thuұt công nghӋ, tӯ lý thuyӃt ÿӃn nghiên cӭu thӵc nghiӋm Các công trình cҫu ÿҥt ÿѭӧc các chӍ tiêu kinh tӃ – kӻ thuұt tӕt hѫn, khҧ năng vѭӧt nhӏp ngày mӝt lӟn hѫn

Phân tích các công trình cҫu hiӋn ÿҥi ÿѭӧc xây dӵng trên thӃ giӟi trong nhӳng năm gҫn ÿây thҩy các khuynh hѭӟng:

1.6.1 V͙ vͅt li͟u

Sӱ dөng vұt liӋu cѭӡng ÿӝ cao (thép cѭӡng ÿӝ cao, thép hӧp kim, bê tông mác cao) và vұt liӋu nhҽ (bê tông cӕt liӋu nhҽ, hӧp kim nhôm), nhҵm mөc ÿích giҧm khӕi lѭӧng vұt liӋu và giҧm nhҽ trӑng lѭӧng bҧn thân kӃt cҩu

- KӃt cҩu dҫm tiӃt diӋn hӝp

- Các sѫ ÿӗ cҫu treo vӟi các biӋn pháp tăng cѭӡng ÿӝ cӭng, cҫu dây văng, cҫu khung – dҫm bê tông cӕt thép ӭng suҩt trѭӟc

1.6.3 V͙ liên k͗t và ghép nͩi

Sӱ dөng các biӋn pháp liên kӃt ghép nӕi có chҩt lѭӧng cao, thӵc hiӋn ÿѫn giҧn, tiӃt kiӋm nhѭ liên kӃt hàn và bu lông cѭӡng ÿӝ cao cho kӃt cҩu thép, dán keo êpôxy vӟi kӃt cҩu bê tông

1.6.4 V͙ công ngh͟ thi công

Có thӇ nói nhӳng tiӃn bӝ vӅ công nghӋ thi công ÿóng mӝt vai trò ÿһc biӋt quan trӑng trong sӵ phát triӇn cӫa ngành xây dӵng cҫu trong thӡi gian gҫn ÿây Các công nghӋ thi công tiên tiӃn nhѭ lҳp hүng, ÿúc hүng, ÿúc ÿҭy cùng vӟi các thiӃt bӏ công nghӋ hiӋn ÿҥi ÿã mang lҥi nhӳng hiӋu quҧ cao vӅ kinh tӃ cNJng nhѭ kӻ thuұt (xem chѭѫng 8.5)

1.6.5 V͙ lý thuy͗t tính toán thi͗t k͗

Vүn tiӃp tөc ÿѭӧc nghiên cӭu và hoàn chӍnh Vӟi phѭѫng tiӋn máy tính ÿiӋn tӱ, quá trình tính toán ngày càng ÿҥt ÿѭӧc ÿӝ chính xác cao bҵng cách xét tӟi ÿҫy ÿӫ hѫn các yӃu tӕ ҧnh hѭӣng (vұt lý, hình hӑc, quá trình thi công, v.v…)

1.6.6 Các nghiên c΁u thΉc nghi͟m

Ĉѭӧc ÿӅ cao và tiӃn hành mӝt cách quy mô Thӵc tӃ cho thҩy nhӳng kӃt quҧ thӵc nghiӋm có ý nghƭa rҩt lӟn trong viӋc kiӇm chӭng, bә sung và hoàn thiӋn lý thuyӃt tính toán

) HiӋn nay các công trình nhân tҥo tӯ BTCT rҩt phә biӃn (ÿһc biӋt là trên ÿѭӡng ô tô) Tuy nhiên, trong nhiӅu trѭӡng hӧp thì cҫu thép tӓ ra kinh tӃ hѫn (ÿһc biӋt ÿӕi vӟi nhӏp lӟn, ÿiӅu kiӋn thi công khó khăn, … )

1 Khái niӋm vӅ công trình nhân tҥo trên ÿѭӡng ô-tô? 2 Các bӝ phұn cѫ bҧn cӫa công trình cҫu ?

3 Mӝt sӕ phѭѫng hѭӟng phát triӇn trong ngành xây dөng cҫu ?