Sơ đồ Cầu giàn giản đơn

Cầu giàn giản đơn thờng cĩ các sơ đồ:

+ Giàn chủ cĩ hai đờng biên song song. + Giàn chủ cĩ một đờng biên hình đa giác. + Giàn chủ cĩ một đờng biên hình parabol.

a. Giàn chủ cĩ đờng biên song song

h

l

Hình 2

Đây là loại đơn giản nhất. Trong cầu này đờng xe chạy cĩ thể là ở biên trên hoặc biên dới. Do mỗi loại này cĩ thể chọn sao cho cùng kích thớc bề rộng nên dễ tiêu chuẩn hố các thanh cũng nh bản nút giàn. Khi thi cơng cĩ thể cho cần trục chạy theo đờng biên trên để tiến hành lắp ráp kết cấu nhịp. Do đĩ laọi Giàn cĩ hai đờng biên song song đợc sử dụng phổ biến hiện nay.

Ví dụ: Cầu Chơng Dơng đã đợc xây dựng cĩ mơđun khoang giàn d=8m,

chiều cao giàn h=11m, khoảng cách giữa hai giàn chủ B=8m . Một số dự án thay thế cầu đờng sắt cũ trên tuyến đờng sắt Bắc Nam nh cầu Đà Rằng và hiện nay là dự án 5 cầu đờng sắt từ Huế đến Quảng Trị đã sử dụng loại giàn biên cứng do Cơng ty cơ khí Thăng Long sản xuất.

b. Giàn cĩ một đờng biên đa giác

l

h h

1

Hình 3

Với loại dàn này thì nội lực các thanh biên trên gần bằng nhau hơn, chiều dài và nội lực trong một số thanh đứng, thanh xiên cũng nhỏ đi, do đĩ giàn cĩ đờng biên đa giác tiết kiệm thép hơn giàn cĩ đờng biên song song. Tuy nhiên giàn cĩ một đờng biên đa giác lại cĩ cấu tạo phức tạp, thi cơng khĩ nên ít đợc áp dụng hiện nay.

l

h

Hình 4

Loại giàn này tiết kiệm thép nhất nhng cấu tạo, gia cơng, thi cơng phức tạp nên ít dùng. Trớc 1945 cĩ nhiều cầu giàn thép loại này đợc xây dựng ở nớc ta, ví dụ cầu Tràng Tiền (Huế)

Khi chiều dài nhịp lớn, để giảm bớt chiều dài của khoang giàn và của dầm dọc mặt cầu trong khi vẫn giữ đợc gĩc nghiêng của các thanh xiên khơng thay đổi, ngời ta cấu tạo các giàn phân nhỏ. Giàn phân nhỏ cĩ thể bố trí ở trên hoặc ở dới. Thơng th- ờng hay gặp giàn phân nhỏ bố trí ở dới, vì khi đĩ chỉ tăng nội lực trong thanh biên dới chịu kéo chứ khơng tăng nội lực trong thanh biên chịu nén nh khi bố trí giàn phân nhỏ ở trên, bên cạnh đĩ cũng hạ thấp đợc tâm tác dụng của tải trọng giĩ thổi ngang cầu.

Ngồi các dạng nêu trên, hiện nay đã cĩ thêm loại kết cấu nhịp giàn thép cĩ thanh biên cứng (hình vẽ). Đĩ là một loại kết cấu rất kinh tế về phơng diện tiết kiệm thép, đồng thời đáp ứng những yêu cầu đặc biệt về cấu tạo và lắp ráp.

Hình 5 Cầu cĩ thanh biên giàn cứng

Biên cứng cĩ thể làm việc khơng những với lực dọc trục mà cịn chịu đợc mơmen uốn, do đĩ cĩ thể bố trí dầm ngang hệ mặt cầu khơng phụ thuộc vào vị trí các nút giàn, mà bố trí theo điều kiện kinh tế nhất cho phần mặt cầu. Trong khi đĩ chiều dài khoang giàn cũng đợc chọn căn cứ theo điều kiện khoang kinh tế nhất của giàn chủ. Trong cầu ơtơ ngời ta thờng đặt trực tiếp bản mặt cầu lên dầm ngang và cấu tạo thành kết cấu dầm liên hợp thép bêtơng mà khơng cần làm thêm dầm dọc. Theo điều kiện về độ cứng thì chiều cao giàn phải đảm bảo độ võng của các kết cấu nhịp dới tác dụng tĩnh của hoạt tải thẳng đứng khơng đợc vợt quá độ võng giới hạn do quy trình ấn định. Trong các cầu đi dới, để tăng độ cứng kết cấu nhịp và ổn định của thanh biên trên chịu ép, bao giờ cũng cố gắng bố trí hệ liên kết dọc trên. Do đĩ chiều cao giàn phải tơng đối để đảm bảo khơng ảnh hởng đến khổ tĩnh của cầu. Thờng chiều cao tối thiểu của giàn chủ kể từ trục thanh biên dới đến trục thanh biên trên khơng nên nhỏ quá 8 – 8,5m đối với cầu xe lửa, và 6 –6,5m đối với cầu ơtơ.

Trong cầu đi trên, chiều cao giàn chủ cĩ quan hệ với chiều cao kiến trúc của kết cấu nhịp, nhất là khi chiều cao đĩ bị hạn chế. Tăng chiều cao kiến trúc sẽ dẫn đến tăng khối lợng đất đắp đờng dẫn vào cầu và do đĩ tăng giá thành tồn cơng trình. Vì vậy cần phải cĩ sự cân nhắc, so sánh kỹ càng khi lựa chọn chiều cao giàn. Trên cơ sở kinh nghiệm thiết kế và chú ý bảo đảm các yêu cầu về độ cứng của cầu, chiều cao giàn chủ thờng chọn ở trong khoảng 1/7 – 1/10 chiều dài nhịp khi giàn cĩ biên song song, trong khoảng 1/5,5 – 1/8 chiều dài nhịp khi giàn cĩ biên đa giác.

Đối với cầu xe lửa, chiều cao gian thiên về giới hạn trên, cịn đối với cầu ơtơ thì thiên về giới hạn dới. Cầu đi trên trong mặt cắt ngang cĩ nhiều giàn chủ thì chiều cao giàn sẽ chọn gần về giới hạn dới.

Chiều dài của khoang giàn cĩ liên quan mật thiết với cả kết cấu phần mặt cầu lẫn kiểu giàn. Khoang càng ngắn thì dầm dọc dầm ngang sẽ càng nhẹ, nhng số lợng dầm ngang lại tăng lên. Vì vậy chiều dài khoang phải xác định theo điều kiện trọng lợng thép làm dầm mặt cầu nhỏ nhất. Mặt khác khoang giàn ngắn thì gĩc nghiêng của các thanh xiên đối với phơng đứng sẽ nhỏ đi, nội lực và chiều dài của chúng giảm bớt, do đĩ mặt cắt và trọng lợng thép tốn vào mỗi thanh xiên cũng giảm. Nh- ng cùng với vấn đề gĩc nghiêng nhỏ đi thì tổng chiều dài tất cả các thanh xiên lại tăng lên. Nĩi chung gĩc nghiêng lợi nhất cho các thanh xiên là khoảng 400 đối với phơng thẳng đứng.

Ngồi vấn đề ảnh hởng đến trọng lợng các thanh xiên, cần chú ý rằng nếu gĩc nghiêng của chúng quá lớn hoặc nhỏ quá sẽ gây khĩ khăn cho việc cấu tạo các nút giàn chủ. Vì lý do đĩ khơng nên chọn gĩc nghiêng của thanh xiên nằm ngồi phạm vi 300 đến 500 so với phơng thẳng đứng.

Khoảng cách giữa tim các giàn chủ của cầu đi dới do điều kiện về khổ rộng của cầu quyết định. Phần bộ hành thờng đợc đa ra bên ngồi hai giàn để đảm bảo an tồn cho ngời đi bộ, tránh tai nạn xe cộ.

Đối với cầu đờng sắt một tuyến đờng khổ 1435mm cĩ mặt cầu đờng đi dới thì khoảng cách giữa tim hai giàn chủ lấy chừng 5,5m. Cầu hai tuyến đờng thì khoảng cách đĩ là 5,5m cộng với khoảng cách giữa tim của hai tuyến.

Cầu xe lửa cĩ mặt cầu đi trên khoảng cách tối thiểu giữa tim các giàn chủ là do điều kiện ổn định chống lật dới tác dụng của tải trọng ngang cầu quyết định. Bên cạnh đĩ cịn phải đảm bảo độ cứng ngang của kết cấu nhịp. Thơng thờng khoảng cách giữa tim các giàn ngồi cũng khơng nên nhỏ hơn 1/20 – 1/25 chiều dài nhịp đối với cầu đi dới và 1/16 – 1/20 đối với cầu đi trên.