Cầu giàn liên tục thờng làm hai đến ba nhịp, rất ít khi làm nhiều hơn ba nhịp vì độ dịch chuyển của đầu kết cấu do biến dạng nhiệt độ sẽ rất lớn ,khe biến dạng rất phức tạp.
Giàn liên tục hai nhịp thờng làm chiều dài bằng nhau.
Cầu liên tục ba nhịp thì nhịp giữa nên làm lớn hơn các nhịp biên chừng 15ữ30% để cân bằng mơmen tính tốn trong các nhịp và tiết kiệm thép nhất. Cả giàn liên tục hai nhịp và ba nhịp đều cĩ chiều dài khoang bằng nhau để đảm bảo yêu cầu mỹ quan.
h 1 h h 1 h h
Hình 6. Các sơ đồ cầu giàn liên tục
Hình dạng của giàn liên tục cĩ liên quan đến biểu đồ bao mơmen, nhng khơng nên làm quá phức tạp. Chiều cao giàn thờng lấy tỷ lệ với căn bậc hai của vị trí số mơmen tại mặt cắt tơng ứng trong giàn.
Do trị số mơmen dơng lớn nhất và mơmen âm lớn nhất nĩi chung khơng chênh lệch nhau lắm nên đối với giàn liên tục hồn tồn cĩ thể làm cĩ hai biên song song. Giàn liên tục cĩ biên song song cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ giàng, đồng thời cĩ thể kết hợp với giàn đơn giản định hình để tiêu chuẩn hố kích thớc các thanh, các chi tiết của kết cấu nhịp. Chính vì lý do đĩ nên giàn cĩ biên song song rất hay đợc sử dụng.
Hình 7. Sơ đồ cầu giàn liên tục cĩ đờng biên song song
Đối với những giàn nhịp lớn, trị số của mơmen âm ở gối lớn hơn nhiều so với mơmen dơng ở giữa nhịp, khi đĩ cĩ thể tăng chiều cao giàn ở vị trí gối nhng tránh cấu tạo giàn cĩ gĩc gãy quá nhọn ở vị trí gối vì nh vậy cấu tạo phức tạp, khơng kinh tế. Tốt nhất là tăng chiều cao dần vào các gối giữa một cách điều hồ theo một đờng cong lõm.
vậy đơi khi cĩ thể chọn nhỏ hơn. Chiều cao giàn tại vị trí gối giữa cĩ thể lấy chừng (1,2 – 1,5)h. Chiều dài khoang, kiểu hệ thanh bụng giàn chủ, gĩc nghiêng của các thanh xiên cũng tơng tự nh trong cầu giàn đơn giản. Tại các nút gối nên cấu tạo các thanh xiên đi lên để chịu lực thay cho thanh đứng, vì nếu khơng nội lực ở trong thanh đứng sẽ rất lớn.
Bên cạnh những u điểm tiết kiệm vât liệu hơn so với giàn đơn giản ( khoảng 5 -10%) và tăng độ cứng, kết cấu nhịp liên tục cĩ khuyết điểm chủ yếu là phát sinh nội lực phụ khi các mố trụ bị lún khơng đều. Tuy nhiên nhờ các phơng pháp tính tốn hiện đại cĩ thể xác định chính xác độ lún của mố trụ sẽ xảy ra, để căn cứ vào đĩ đề ra những biện pháp điều chỉnh cao độ gối cầu thì hồn tồn khắc phục đợc hiện tợng phát sinh nội lực phụ.
Kết cấu nhịp giàn liên tục khơng những cĩ độ cứng trong phơng đứng lớn mà độ cứng trong phơng ngang cũng lớn hơn so với cầu giàn đơn giản, cho nên khoảng cách giữa các tim giàn ngồi cùng cũng cĩ thể lấy nhỏ hơn so với kết cấu nhịp cầu giàn đơn giản.
Giàn liên tục cĩ đờng biên song song cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ giàng, dễ tiêu chuẩn hố các thanh cũng nh bản nút, chính vì lý do đĩ nên tuy khơng thật tiết kiệm thép nhng giàn liên tục hai, ba nhịp cĩ đờng biên song song rất hay đợc sử dụng.
b. Cầu giàn hẫng
Cầu giàn hẫng cũng cĩ một số u điểm tơng tự nh giàn liên tục. Do cĩ cấu tạo khớp nên hệ thống kết cấu tĩnh định và hiện tợng mố trụ lún khơng đều hồn tồn khơng gây ảnh hởng gì về nội lực trong kết cấu.
Nên lấy chiều dài đoạn hẫng trong khoảng 0,15 – 0,40 chiều dài nhịp hẫng. Chọn thiên về giới hạn trên và giới hạn dới là tuỳ theo tỷ số giữa tải trọng do trọng lợng bản thân của kết cấu nhịp và hoạt tải.
Trong cầu giàn hẫng tồn tại một khuyết điểm lớn là đờng đàn hồi bị gãy khúc tại các vị trí khớp làm tăng tác dụng xung kích của hoạt tải. Đĩ là một điều rất bất lợi đối với cầu xe lửa và cầu thành phố.
Cũng nh cầu liên tục, để tiết kiệm thép hơn nữa ngời ta phân cầu hẫng thành những nhịp khơng bằng nhau. Nhịp gồm phần hẫng và nhịp đeo thờng làm dài hơn chừng 20 – 40% so với nhịp biên.
Hình dạng bề ngồi của giàn hẫng cũng gần giống nh cầu giàn liên tục. Với những nhịp nhỏ và trung bình nên làm hẫng cĩ chiều cao khơng đổi, biên trên và biên dới song song với nhau; với những nhịp lớn sẽ làm giàn cĩ chiều cao thay đổi, tăng dần tại phạm vi gối giống nh trong cầu giàn liên tục. Chiều cao của giàn hẫng cũng lấy tơng tự nh đối với chiều cao của giàn liên tục. Trờng hợp làm giàn chủ cĩ
chiều cao thay đổi thì chiều cao tại gối cĩ thể lấy khoảng 2/3 chiều dài phần hẫng. Trong mục 3 sẽ trình bầy chi tiết hơn về cấu tạo liên kết chốt giữa nhịp giàn hẫng và nhịp giàn đeo.
Ví dụ: cầu Long Biên cĩ sơ đồ hẫng với nhịp chính L=112m. c) Kết cấu nhịp định hình
Cũng nh các dạng kết cấu nhịp khác, trong cầu giàn thép sử dụng rất phổ biến kết cấu nhịp định hình. Trong các thiết kế định hình, ngời ta tập hợp những kết cấu nhịp cĩ chiều dài nhịp trong những phạm vi nhất định vào từng nhĩm. Mỗi nhĩm định hình cĩ một kiểu sơ đồ hình học, chiều cao giàn, chiều dài khoang và gĩc nghiêng của các thanh xiên giống nhau để cho tất cả các thanh và các chi tiết của kết cấu cũng cĩ kích thớc tiêu chuẩn. Nhiều khi ngời ta cịn cố gắng làm cho các chi tiết của kết cấu nhịp thuộc những nhĩm khác nhau cũng cĩ kích thớc giống nhau.
ở nớc ta hiện nay cĩ nhiều loại kết cấu nhịp giàn định hình của Liên Xơ, Trung Quốc, Pháp, Đức, Bỉ, Mỹ... và của Việt Nam thiết kế.
Dới đây giới thiệu một số sơ đồ giàn định hình hay gặp trong cầu thép của Việt Nam.
Giàn VN – 64 -71 : Định hình thiết kế dựa vào loại giàn Eiffel cũ dùng cho cầu xe lửa (Z-13) hiện cĩ một số đợc chế sửa cho ơtơ đi chung.
Hình 4. Giàn VN 64 71– –
h = 4,0 m, d = 5,0 m, lmax = 50,0 m
Giàn định hình của Liên Xơ cĩ nhiều loại nhịp từ 33 m đến 127,4 m.
Bảng 1 Giàn định hình Liên Xơ
55.0 185.95 T 177.11 T - 66.0 232.6 T 217.08 T - 77.0 309.8 T - - 86.0 (87.52 392.5 T 351.1 T 353.5 T
110.0 (109.5
2)
582.6 T - 503.1
T
Giàn Trung Quốc: định hình Trung Quốc dùng ở ta cĩ loại cầu xe lửa đi trên (T- 66) và cĩ loại xe lửa ơtơ đi chung mặt cầu chạy dới. Loại thứ hai này cĩ mơ đun 8,0 m và chiều cao 11,0m, liên kết đinh tán hoặc bulơng cờng độ cao, xe lửa chạy giữa cĩ ơtơ chạy hai bên.
Giàn Krup: định hình của Đức đền bù sau chiến tranh thế giới thứ nhất cho Pháp dùng cho cầu xe lửa. Phần lớn nằm trên đờng sắt thống nhất phần phía Nam. Một số giàn kiểu này do Bỉ và Mỹ chế tạo. Giàn Krup là kiểu giàn tam giác cĩ thanh đứng, mơđun 5,0m, chiều cao 6,0m, lmax = 50 m.
CHƯƠNG II:CẤU TẠO GIÀN CHỦ
II.1. mặt cắt các thanh trong giàn chủ
Khi cấu tạo các thanh giàn chủ, ngời ta xét tới tác dụng của nội lực trong thanh đồng thời cố gắng thoả mãn các yêu cầu khai thác, thuận tiện cho chế tạo các thanh trong nhà máy và khả năng thiết bị đối với những phơng pháp lắp ráp hiện cĩ. Nội lực trong các thanh giàn chủ của cầu rất lớn, do đĩ địi hỏi diện tích mặt cắt ngang của chúng phải lớn, vì vậy mặt cắt thanh mạ thợng thờng làm dới dạng cĩ hai bản bụng hoặc dới dạng hình hộp để dễ giàng cĩ đợc diện tích theo yêu cầu, đảm bảo thuận lợi cho việc tăng thêm diện tích và thanh cĩ độ cứng lớn trong mặt phẳng thẳng đứng và mặt phẳng nằm ngang.
Hình dạng mặt cắt ngang và kích thớc mặt cắt các thanh giàn chủ thờng đợc quyết định bởi nội lực, chiều dài thanh và yêu cầu lắp ghép. Mặt cắt ngang hợp lý của các thanh cần phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Độ mảnh λ theo phơng ngang (trong mặt phẳng giàn và mặt phẳng vuơng gĩc với mặt phẳng giàn) bằng nhau.
- Dễ gia cơng, chế tạo, dễ lắp ráp, khơng nên chế tạo mặt cắt cĩ quá nhiều thép hình khác nhau.
- Dễ kiểm tra, duy tu, bảo dỡng, tránh đọng nớc.
Nĩi chung mặt cắt các thanh phân ra làm hai loại: loại 1 thành đứng và loại 2 thành đứng.
II.1.1. Loại mặt cắt một thành đứng
Các thanh thuộc loại mặt cắt một thành đứng chỉ cĩ một nhánh, cấu tạo đơn giản và bảo đảm đợc sự làm việc đồng đều tồn bộ mặt cắt dới tác dụng của nội lực. Tuy vậy loại mặt cắt một thành đứng chỉ dùng trong những giàn nhịp nhỏ khơng quá 40 -50m, vì loại mặt cắt này khơng thể cấu tạo đợc những thanh lớn cĩ độ cứng cần thiết cho những giàn nhịp lớn.
Thờng các thanh biên cĩ mặt cắt chữ T, với các thanh biên chịu nén cĩ khi cịn bố trí thêm thép gĩc ở đầu bản đứng để bảo đảm ổn định cho bản này. Thành đứng của mặt cắt chữ T phải tơng đối chắc chắn để cĩ thể cho các thanh xiên và thanh đứng nối vào, đồng thời cũng tránh hiện tợng chịu ứng suất quá lớn do phải tiếp nhận nội lực từ các thanh đĩ truyền sang cho tồn mặt cắt thanh biên.
Hình 9. Mặt cắt thanh biên loại 1 thành đứng
Hình 10. Mặt cắt thanh đứng và xiên loại 1 thành đứng
Để nối vào bản đứng của thanh biên giữa các thanh đứng và thanh xiên phải trừ khe hở bằng bề dày bản đứng của thanh biên, nếu mặt cắt cĩ bản đứng ở giữa thì bề dày bản đứng này phải đúng bằng bề dày bản đứng của thanh biên. Đối với những thanh biên chịu ép ngời ta cịn cấu tạo thép gĩc nẹp để tăng cờng ổn định cho bản đứng. Để cho cấu tạo đợc thuận tiện, kích thớc của các thép gĩc và bề dày của bản đứng nên giữ khơng đổi cho tất cả các thanh biên trên hoặc biên dới. Muốn tăng mặt cắt, ngời ta thêm các bản ngang và tăng chiều cao bản đứng.
Loại mặt cắt một thành đứng cĩ khuyết điểm chủ yếu là độ cứng nhỏ khi xét ổn định ra ngồi mặt phẳng của giàn, vì thế đối với các giàn lớn, nội lực và chiều dài của thanh lớn thì loại mặt cắt này trở thành khơng thích hợp và đợc thay thế bằng loại mặt cắt cĩ hai thành đứng.
II.1.2. Loại mặt cắt hai thành đứng
Thanh mặt cắt hai thành đứng gồm cĩ hai nhánh ghép lại với nhau bằng các bản chắn ngang và bản giằng hoặc thanh giằng. Đối với loại mặt cắt này cĩ thể dễ giàng cấu tạo những thanh cĩ mặt cắt và mơmen quán tính cần thiết, cho nên thích hợp với những thanh của giàn nhịp lớn.
Mặt cắt hai thành đứng chia ra làm 3 kiểu chính là : mặt cắt kiểu chữ H; mặt cắt hình hộp cĩ các thép gĩc quay ra ngồi và mặt cắt kiểu hình hộp cĩ các thép gĩc quay vào trong.
Mặt cắt chữ H gồm cĩ 4 thép gĩc và bản ngang ghép giữa chúng. Khi thay đổi diện tích mặt cắt các thanh biên tơng ứng với nội lực trong các khoang, ngời ta táp thêm các bản đứng vào hai bên.
Mặt cắt hình chữ H cĩ u điểm cấu tạo đơn giản, các đinh tán đều cĩ thể tán ghép bằng máy. Các lỗ đinh khoan sẵn cho mối nối lắp ráp ngồi cơng trờng cũng khoan đợc theo bản mẫu. Bên cạnh đĩ lại khơng phải cấu tạo các thanh giằng và
bản giằng và bản chắn ngang nh vậy tiết kiệm đợc thép. Tuy vậy mặt cắt này cũng cĩ nhợc điểm là bản thép ngang và các thép gĩc tạo thành lịng máng chứa nớc và tích tụ rác bẩn dễ gây thiệt hại hiện tợng gỉ, dễ bị đọng nớc nhất là ở các thanh biên, khắc phục nhợc điểm này trên bản nằm ngang ngời ta khoét các lỗ thốt nớc cĩ đờng kính 40ữ50mm.
Mặt cắt hình hộp gồm hai nhánh riêng biệt nên phải dùng bản giằng hoặc bản khoét lỗ để liên kết chúng lại thành một mặt cắt cho chúng cùng chịu lực với nhau. Mặt cắt hình hộp hay đợc dùng cho thanh biên dới và thanh xiên nhng cũng cĩ khi dùng cho thanh biên trên. Ưu điểm của mặt cắt hình hộp là cĩ khả năng tăng diện tích nhiều hơn mặt cắt H, dùng cho những thanh chịu lực nén lớn và thanh dài thì rất cĩ lợi. Tuy vậy, mặt cắt này cĩ nhợc điểm là tốn thép cho bản giằng và việc tán đinh khĩ khăn hơn ở mặt cắt H.
Tĩm lại trong các kết cấu nhịp cầu giàn cĩ chiều dài trung bình trở lại thì mặt cắt kiểu chữ H là hợp lý nhất, cịn đối với các kết cấu nhịp lớn cĩ các thanh dài thì nên dùng mặt cắt kiểu hình hộp: mặt cắt hình hộp cĩ thép gĩc quay ra ngồi và bản ngang đậy ở trên sẽ dùng cho các thanh biên trên và thanh xiên ở gối, mặt cắt khơng cĩ bản ngang đậy trên sẽ dùng cho các thanh biên dới và thanh xiên. Tuy nhiên cũng cĩ thể giải quyết theo phơng án hỗn hợp là một số thanh làm theo mặt cắt chữ H (ví dụ các thanh xiên chịu kéo và thanh đứng) và một số thanh làm theo mặt cắt hình hộp (các thanh xiên chịu ép và các thanh biên).
Các kích thớc chính của mặt cắt thanh trong giàn là chiều cao (kích thớc theo chiều trong mặt phẳng của giàn) và chiều rộng. Những kích thớc này xác định trên cơ sở sử dụng vật liệu sao cho lợi nhất và theo một số yêu cầu về cấu tạo và chế tạo. Đối với các thanh chịu ép lớn nh các thanh biên trên ở khoang giữa, các thanh xiên ở gối thì nên thiết kế sao cho độ cứng của thanh khi xét ổn định trong và ngồi mặt phẳng của giàn tơng đối xấp xỉ nhau. Các thanh cĩ mặt cắt hình hộp phải đảm bảo dễ sơn và cạo gỉ, dễ tán đinh trong lịng mặt cắt thanh, nh vậy phải đảm bảo khoảng cách giữa hai thành đứng khơng nhỏ hơn 400mm; trờng hợp các thanh nhỏ và lịng mặt cắt khơng sâu lắm thì khơng nhỏ hơn 300mm, khoảng cách tĩnh giữa mép các thép gĩc của mặt cắt hình hộp cĩ thép gĩc quay vào trong thì khơng đợc nhỏ hơn 200mm.
Chiều cao mặt cắt thành phụ thuộc diện tích mặt cắt và sự thay đổi mặt cắt các thanh trong các khoang của giàn (đối với các thanh biên), nhng khơng nên chọn lớn hơn 1/15 chiều dài thanh để đảm bảo giả thiết liên kết nút theo kiểu khớp khi tính tốn nội lực. Nếu khơng tuân theo điều kiện đĩ thì trong tính tốn nhất thiết phải tính theo sơ đồ nút cứng.
II.2. Cấu tạo thanh giằng, bản giằng, bản ngăn
Với những thanh cĩ hai nhánh để tiện liên kết thành một mặt cắt cùng làm việc với nhau ngời ta thờng dùng bản giằng, thanh giằng hay bản khoét lỗ.
II.2.1. Bản giằng
Quy trình 22TCN 18-79 quy định đối với cầu ơtơ và cầu thành phố cho các thanh chịu nén và vừa chịu nén vừa chịu kéo của giàn chủ bề dày δ của bản giằng
khơng đợc nhỏ hơn
45
1 khoảng cách tim hai hàng đinh gần nhau nhất trên hai nhánh thanh để bảo đảm ổn định cục bộ. Mặt khác bề dày của nĩ cũng khơng đợc
≤ 8mm đối với thanh chịu lực chính của kết cấu.
b
a
c
Hình 12. Cấu tạo bản giằng
Chiều dài (a) của bản giằng theo chiều dọc trục thanh khơng đợc nhỏ hơn 0,75b.
Các thanh chịu nén và vừa chịu nén vừa chịu kéo chiều dài của hai bản giằng ở hai đầu nên lấy lớn hơn 1,7 lần chiều dài các bản giằng ở giữa, cịn với các thanh