Sơ đồ cầu giàn hẫng đã đợc trình bầy trong mục 1.3.3b. Hệ thống kết cấu này cĩ thể tạo ra hiệu quả kinh tế cao nhất trong phơng pháp thi cơng liên tục cũng nh là thi cơng nhịp dài hơn cĩ tính liên tục, đồng thời làm đơn giản hố hệ kết cấu đợc xác định bằng phơng pháp tĩnh học.. Hình 10a giới thiệu ví dụ cấu tạo giàn Warren cĩ 3 nhịp liên tục. Cấu tạo thanh chéo song song trong chi tiết hình 10a cho thấy rằng hệ thống khung dùng trong giàn Warren tiêu chuẩn đã từng bị gián đoạn. Hệ thống tĩnh định dùng cho giàn lắp hẫng đợc xác định bằng thanh các chéo song song đợc thể hiện trong hình 10b. Tính liên tục của giàn bị gián đoạn khi đặt 2 điểm dọc theo kết cấu mà thanh mạ của giàn khơng chịu lực dọc trục, tạo ra một liên kết “chỉ cĩ lực cắt”. Đây chính là khớp nối kết cấu. Phân kết cấu nhịp giữa hai khớp nối thờng đợc gọi là “nhịp giàn đeo”. Phần cịn lại của kết cấu giàn chính đợc gọi là “cánh hẫng” và “nhịp neo” nh minh hoạ trong Hình 10a. Cấu tạo để đỡ nhịp treo đợc thể hiện trong Hình 10c. Hình này chỉ ra rằng 2 thanh mạ của giàn sẽ bị bỏ đi và thay vào đĩ là khớp nối trong bản giằng, hoặc thanh treo, truyền tải trọng của nhịp treo lên nhịp neo. Cấu tạo cĩ thanh giằng và 2 khớp nối cho phép các phần của kết cấu cĩ thể dợc co dãn một cách tơng đối. Ví dụ điển hình về lọai giàn hẫng cĩ nhịp giàn đeo là cầu Long-biên ở Hà nội đợc xây dựng qua sơng Hồng từ năm 1902.
để tạo vẻ đẹp về kết cấu và khơng cĩ ý nghĩa về chịu lực, chúng đợc nối với nhau bằng khớp nối theo phơng pháp sao cho chúng khơng phải chịu tải dọc trục. Các phần tử này đợc gọi là “thanh mạ của giàn giả” hoặc “thanh mạ của giàn mơ hình”.
Hình 11: Nút đầu giàn ở mạ hạ và mạ thợng
IV.5. Các cấu kiện tổ hợp
a. Tổng quát
Các phân bố chính của các cấu kiện chịu kéo đợc tổ hợp từ thép hình cán hoặc hàn phải đợc liên kết hoặc bằng các bản liên tục cĩ hoặc khơng khoét lỗ, hoặc bằng các bản nối cĩ hoặc khơng cĩ thanh nẹp. Các liên kết hàn giữa thép hình và các bản thép phải liên tục.
b. Các bản khoét lỗ
Tỷ lệ của chiều dài theo phơng của ứng suất với chiều rộng của các lỗ khơng đợc v- ợt quá 2,0.
Khoảng cách tịnh giữa các lỗ theo phơng của ứng suất khơng đợc nhỏ hơn khoảng cách ngang giữa các đờng bulơng hoặc đờng hàn gần nhất. Khoảng cách tịnh giữa đầu của bản và lỗ thứ nhất khơng đợc nhỏ hơn 1,25 lần khoảng cách ngang giữa các bulơng hoặc đờng hàn.
Chu vi đờng trịn của các lỗ phải cĩ bán kính tối thiểu là 38 mm.
Các chiều rộng khơng đợc chống đỡ ở các mép của các lỗ cĩ thể giả định là gĩp phần vào diện tích thực của bộ phận.
ở chỗ nào các lỗ đợc bố trí so le theo các bản khoét lỗ ngợc nhau, diện tích thực của bộ phận phải đợc xem nh cùng diện tích của mặt cắt cĩ các lỗ trong cùng mặt phẳng ngang.
c. Các thanh cĩ tai treo
Các thanh cĩ tai treo phải cĩ chiều dày đồng đều, khơng nhỏ hơn 14 mm hoặc lớn hơn 50 mm.
Bán kính chuyển tiếp giữa đầu và thân của thanh cĩ tai treo khơng đợc nhỏ hơn chiều rộng của đầu tại đờng tim của lỗ chốt.
Chiều rộng thực của đầu tại đờng tim của lỗ chốt khơng đợc nhỏ hơn 135% chiều rộng cần thiết của thân.
Kích thớc thực của đầu ở bên ngồi lỗ chốt lấy theo phơng dọc khơng đợc nhỏ hơn 75% của chiều rộng của thân.
Chiều rộng của thân khơng đợc vợt quá tám lần chiều dày của nĩ.
Tim của lỗ chốt phải đợc đặt trên trục dọc của thân của thanh cĩ tai treo. Đờng kính lỗ chốt khơng đợc lớn hơn đờng kính chốt 0,8 mm.
Đối với các loại thép cĩ cờng độ chảy dẻo nhỏ nhất chỉ định lớn hơn 480 MPa, đ- ờng kính lỗ khơng đợc vợt năm lần chiều dày của thanh cĩ tai treo.
d. Đệm chèn
Các thanh cĩ tai treo của một bộ phải đối xứng đối với mặt phẳng trung tâm của cấu kiện và càng song song càng tốt. Chúng phải đợc ngăn giữ chống lại sự chuyển động nằm ngang trên các chốt và chống lại sự cong vênh nằm ngang do sự chéo của cầu.
Các thanh cĩ tai treo phải đợc bố trí để các thanh kề ở trong cùng khoang đợc tách ra ít nhất là 14 mm. Phải cĩ các vịng đệm để đệm mọi khe hở giữa các thanh cĩ tai treo kề nhau trên một chốt. Các thanh chéo giao nhau đều khơng đủ xa để khơng trở ngại lẫn nhau ở mọi lúc thì phải đợc kẹp chặt lại cùng nhau ở chỗ giao nhau.
e. Gối
Về phơng diện gối, thì phơng pháp lắp hẫng thờng cĩ vài u điểm khác. Các gối dùng trên trụ chính cĩ thể đợc cố định vào với đỉnh dầm, và các thanh mạ của giàn đợc giằng khung vào một điểm cĩ thể đợc đĩng đinh chốt vào với bản nối. Điều này tạo ra một liên kết giản đơn khơng phải bảo dỡng để chịu phản lực chính của cầu.
Các gối trên trụ biên tại đầu của các giàn neo đơi khi cĩ hình dáng đặc biệt. Phụ thuộc vào yêu cầu của điều kiện cơng trờng hoặc nhằm giảm chi phí, nhịp biên đơi khi tơng đối ngắn do đĩ thậm chí ngay dới tĩnh tải thì phản lực trên trụ biên là phản lực âm gây ra lực nhổ lên ngay cả khi chỉ cĩ tĩnh tải tác dụng. Dới một số sơ đồ hoạt tải, thì lực nhổ này sẽ tăng lên nữa. Khi điều kiện này tồn tại thì giá treo
trụ, và đợc liên kết với lới thép bao quanh hoặc thiết bị tơng tự đợc dùng để gắn tải trọng trụ nhằm giữ chặt kết cấu phần trên.
Nĩi chung các loại gối để chịu phản lực âm (lực nhổ) đều rất phức tạp. Hiện nay ở Việt nam khơng cĩ cầu giàn nào đợc đặt kiểu gối này mà chỉ cĩ các cầu dây xiên nh cầu Mỹ Thuận (Long an) và cầu Kiền (Hải phịng) cĩ đặt lọai gối chịu lực nhổ do Nhật bản chế tạo. Thanh giằng liên kết trong loại gối này tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động tơng đối của kết cấu nhịp so với kết cấu phần dới do yêu cầu của sự giãn nở và co ngĩt. Chiều dài của biên độ lắc kiểu vịm của thanh giằng đợc thiết kế sao cho cĩ thể loại bỏ độ chuyển vị đứng liên quan đến biên độ lắc của thanh giằng.
Tại vị trí phản lực dơng cĩ thể xuất hiện dới tồn bộ tải trọng, gối trên trụ nhịp sau cĩ thể là bộ phận cân bằng, ổ trục con lăn nh đợc thể hiện trong Hình 17. Điều này hết sức cần thiết để gối cĩ thể tạo ra độ co, giãn trong khi hạn chế đến mức tối thiểu các lực tác dụng lên trụ và cho phép quay xung quanh trục uốn chính của cầu. Tuỳ thuộc vào sự tham khảo của nhà thiết kế mà các gối này cĩ thể hoặc khơng thể chịu đợc lực ngang trên kết cấu ví dụ nh các tải trọng giĩ tác dụng lên trụ theo phơng ngang. Trong một số trờng hợp, gối thanh mạ của giàn đảm nhận chức năng này thơng qua các thanh dẫn hớng hoặc chốt và, trong một số trờng hợp là một gối giĩ riêng biệt nh đợc thể hiện trong hình 18 đợc bố trí để chịu tải trọng theo phơng ngang tác dụng lên trụ tách riêng khỏi các gối thanh mạ của giàn chính. Tại vị trí kết cấu liên tục, ngợc với đúc hẫng thì cần phải cĩ 3 trong số 4 gối nhịp đỡ giàn 3 nhịp điển hình phải dịch chuyển. Độ chuyển vị của từng gối một trong các gối này sẽ phải lớn hơn so với độ chuyển vị của gối đĩ đối với giàn đúc hẫng cĩ chiều dài cĩ thể so sánh đợc, và điều kiện cần bổ sung sẽ đợc đặt trên gối tại 1 trong 2 trụ chính cĩ chuyển vị, do phản lực lớn theo phơng thẳng đứng sẽ
truyền lên tại điểm này. Thêm vào đĩ, cầu liên tục sẽ cĩ 2 khớp nối co giãn thay vì cĩ 4 khớp nối co giãn nh của cầu đúc hẫng, điều này vừa là u điểm mà cũng là nh- ợc điểm. Đối với cầu liên tục, các khớp nối này phải cĩ kích thớc lớn hơn so với khớp nối của cầu lắp hẫng và vì thế mà sẽ đắt hơn. Mặt khác, xu hớng giảm bớt các khớp nối trong kết cấu để giảm thiểu sự h hại từ hiện tợng thốt nớc bản mặt cầu khuyến khích sử dụng kết cấu liên tục. Nĩi chung thì các khớp nối co giãn bổ sung, mối nối bản mặt cầu và kim lọai khớp nối sử dụng trong cầu đúc hẫng địi hỏi sự bảo dỡng trên mức trung bình.
f. Giằng giĩ và gối chịu lực theo phơng ngang (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tải trọng giĩ tác động lên nhịp treo trong cầu lắp hẫng sẽ do gối trên trụ gánh chịu. Do đĩ, tải trọng giĩ cần đợc các tấm bản đợc liên kết khung với thanh mạ của giàn giả đỡ. Đặc biệt là trong kết cấu giàn chạy dới thì tồn bộ tải trọng giĩ trên nhịp treo sẽ tác động lên thanh treo và sẽ cĩ một thiết bị đặc biệt đợc sử dụng để truyền các lực ngang tại cao độ thanh mạ của giàn dới từ nhịp treo lên nhịp neo. Hợp lu tải trọng giĩ tác động lên hệ giàn ngang trên trong mặt phẳng của khớp nối thanh mạ của giàn trên sẽ đợc truyền lên nhịp neo vì lực cắt tại khớp nối thanh mạ của giàn dới và mơ men xoắn cần phải phản lực lại để truyền tải trọng từ thanh mạ của giàn trên đến thanh mạ của giàn dới sẽ đợc chịu giống với các phản lực thẳng đứng tơng đơng và ngợc chiều trên cánh treo. Sau đĩ các lực tại thanh mạ của giàn dới đợc truyền từ nhịp treo lên nhịp hẫng qua một chi tiết gọi là “giằng giĩ” đợc thể hiện trong hình 6.19. Do khoảng cách của các khớp nối thanh mạ của giàn tại nhịp treo mà lực ngang sẽ tạo ra mơmen xoắn trong mặt phẳng của hệ ngang dới khi lực cắt đợc truyền qua khe co giãn. Thêm vào đĩ, do độ chuyển vị do co giãn xuất hiện tại điểm này mà cho phép cĩ một số cấu kiện ngang đợc lắc l dọc theo cấu kiện co, giãn. Vì thế cho nên, cĩ 4 tới chi tiết đinh chốt đợc thể hiện trong hình 19. Cĩ thanh giằng ngang cho phép đu đa từ trớc ra sau cho phép độ chuyển vị tơng đối tại khớp giàn hở. Mơmen xoắn xuất hiện do lực cắt sẽ tác động lên các cấu kiện từ khớp giàn vào điểm của panel tiếp theo của nhịp treo. Các cấu kiện này tạo ra một địn bẩy để phản lại mơ men xoắn và hạn chế sự quay xoắn đáng kể của then giĩ.
Các chi tiết điển hình của quá trình thực hiện truyền tải trọng giĩ đợc thể hiện trong hình 6.20a và 6.20b. Hình 6.20a thể hiện chi tiết bắt nhịp khớp nối hở giữa nhịp treo và nhịp neo. Và cũng thể hiện cả các cấu kiện liên kết ngang. Các cấu kiện phản lực tạo ra địn bẩy để chịu mơmen xoắn cũng đợc thể hiện trong hình này, và lại đợc thể hện trong hình 20b. khi chúng hội tụ tại điểm đặt lực chung trong giàn ngang của nhịp treo.
Trong trờng hợp giàn liên tục, do khơng cĩ khớp nối hở nên khơng cần phải cĩ chi tiết giống với then chốt nh đã nĩi ở trên. Cĩ thể nhìn thấy trên mặt bằng
đợc liên kết vào hệ tam giác để chịu độ lệch tâm trong suốt thời gian hoạt động của giàn, để khơng bị uốn cong. Các chi tiết này thờng đơn giản hơn rất nhiều so với then giĩ tại nhịp treo bởi vì khơng cần thiết phải loại bỏ cả sự giãn nở và co ngĩt cùng một lúc trong hệ giàn ngang. Vấn đề này thờng đợc giải quyết bằng cách cho phép các điểm phản lực chuyển vị tơng đối so với gối trong khi chúng đứng nguyên tơng đối so với giàn ngang.
CHƯƠNG V:TẠO VỒNG VÀ LẮP DỰNG
V.1. Tạo vồng hình học theo phơng thẳng đứng
Một điều rõ ràng là tất cả các cầu đều cĩ một vị trí hình học trên lý thuyết khi đợc xác định theo bản vẽ thiết kế cuối cùng. Cấu kiện nào cũng cĩ chiều dài và vị trí lý thuyết trong khơng gian. Mục đích của nhà thiết kế, nhà sản xuất và ngời lắp dựng là tạo ra một chiếc cầu càng gần với vị trí lý thuyết càng tốt nhằm đảm bảo ứng suất thực tế tơng tự với ứng suất thiết kế.
Để làm đợc điều này, các cấu kiện chính thờng đợc tạo vồng. Các cấu kiện đợc căng kéo dới một tải trọng đợc sản xuất sao cho chiều dài của chúng khi khơng cĩ ứng suất phải ngắn hơn chiều dài khi chịu sự tác dụng của tĩnh tải của kết cấu. áp dụng ngợc lại đối với cấu kiện chịu nén. Sau đĩ trong tính tốn hình học và ứng suất lắp dựng ngời ta cĩ tính đến chiều dài tạo vồng. Trạng thái của cầu khi ngừng căng kéo gọi là vị trí hình học. Trong trạng thái này, tải trọng trên cầu vừa đủ để đa tồn bộ các cấu kiện trở về chiều dài lý thuyết của chúng. Tại bất ký trạng thái khác, cầu sẽ cĩ hình dạng khác và cĩ thể xuất hiện các lực bổ sung do sự khác biệt về hình dạng của nĩ tại một điểm thời gian bất kỳ với hình dạng cuối cùng. Điều này tơng đối dễ hiểu trong trờng hợp của giàn liên tục vì nĩ rõ ràng là khơng đợc xác định theo phơng pháp tĩnh học và lực cắt và mơmen tạo ra lực cấu kiện phụ thuộc vào hình dạng của nĩ. Tuy nhiên, điều này cũng đúng với giàn nhịp giản đơn bởi vì các khớp nối khơng phải là các đinh chốt khơng gây ma sát khi đợc giả định trong khi phân tích. Chính vì điều này mà ngay cả dạng giàn đơn giản nhất cũng cĩ cĩ các lực cấu kiện ngắn hạn khá lớn mà mơmen cho đến khi nĩ đạt đến vị trí hình học. Nh trình bày trong phần tiếp theo, cĩ thể cĩ mơmen phụ trong vị trí hình học, phụ thuộc vào sự định vị của mơ hình liên kết trên các đầu cấu kiện trong phân x- ởng sản xuất.
Các cấu kiện phụ nh là cấu kiện khung ngang và chuyển động thờng khơng đợc tạo vồng. Chúng thờng cĩ xu hớng khơng chịu ứng suất trong vị trí hình học. Do đĩ chúng cĩ thể phải chịu các lực tạm thời tại giai đoạn lắp dựng trung gian.
Hình 17 Gối đĩa điển hình
Tầm quan trọng của việc tạo vồng kết cấu để đạt đến ý tởng của nhà thiết kế sẽ đợc trình bày trong phần sau. Trong kết cấu đợc xác định, các lực trong các chi tiết đợc xác định một mình bằng hình học, tải trọng, và điều kiện chịu tải thơng qua cơng thức tính trạng thái cân bằng. Nhà thiết kế khơng thể thay đổi các tác dụng của kết cấu.
Trong kết cấu d, nhà thiết kế cĩ thể thay đổi lực liên quan đến bất kỳ một tr- ờng hợp tải trọng nào. Sau đĩ, sự phân bố lực lại đợc xác định một mình theo các điều kiện trên cộng với độ cứng tơng đối của một loạt các chi tiết kết cấu.
Xét một trờng hợp đơn giản. Nếu dầm giản đơn 2 nhịp đỡ 1 tải trọng đồng đều đợc đặt theo phơng ngang dới tải trọng đĩ thì yêu cầu tự nhiên là phải cĩ phản lực và mơmen âm tại trụ tơng đơng với giá trị đợc tính dới đây cho trụ P1, P2, P3 :
R1 = 3wl / 8 = R3 (1)
R2 = 10wl / 8 (2)
M2 = wl2 / 8 (3)
Với giá trị phản lực, tải trọng và chiều dài dầm cho trớc cĩ thể xác định đợc độ võng tại bất cứ điểm nào trên dầm. Cho ví dụ với điều kiện dầm đợc đặt theo ph- ơng ngang, độ võng của dầm bằng 0 tại tất cả 3 điểm gối và dầm sẽ bị võng xuống