Giáo trình Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương 2: Hệ dầm mặt cầu - Nguyễn Ngọc Tuyển

Nội dung text: Giáo trình Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương 2: Hệ dầm mặt cầu - Nguyễn Ngọc Tuyển

1. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Website: Website: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP 2 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: Link dự phòng: ‐in‐ vietnamese/ cau‐thep‐2 Hà Nội, 11‐2014 1.3. Hệ dầmmặtcầu • Nhiệmvụ – Đỡ hệ mặtcầu(bảnmặtcầuvàcáclớpmặt đường trên cầu) – Truyềntảitrọng từ hệ mặtcầutớikếtcấuchịulực chính – Truyềntảitrọng đứng vào nút giàn H h Giμn chñ b b b b DÇm däc DÇm ngang 17 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 1
2. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Khoảng cách giữacácdầmtronghệ dầmmặtcầu – Khoảng cách giữacácdầmdọcvàgiữacácdầm ngang phụ thuộcvào: • Kếtcấumặtcầu • Khoảng cách giữa các giàn chủ “B” • Chiều dài khoang giàn “d” • Đốivớicầuô tô, khoảng cách dầmdọc“b” có thể lấytừ 1.2m đến3m. b b b b DÇm däc DÇm ngang 18 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Tiếtdiệndầmtronghệ dầmmặtcầu – Dầmmặtcầuthường có tiếtdiệnchữ I – Vớinhịpdầmnhỏ => có thể dùng dầm I cán nóng – Vớinhịpdầmlớn=> dùng dầm I tổ hợptừ các tấmthép – Chiềucaodầm“h” có thể lựachọntỷ lệ vớichiềudàinhịpdầm “l” dựatrêncôngthứckinhnghiệmsau: h 1 1 • Vớidầm I cán nóng:  l 8 12 h 1 1 • Vớidầm I tổ hợp:  l 7 10 19 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 2
3. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) – Tiếtdiệndầmphảibảo đảmvề cường độ và độ võng – Dầmngangthường có tiếtdiệnlớnhơndầmdọc – Khi các giàn chủđặtrất xa nhau: (B > 15m) Chiềudàinhịpdầmnganglớn Có thể thay thế dầmngangbằng giàn ngang – Sườndầmngangtạivị trí dầmdọc đặtlênphảicấutạosườn tăng cường đứng – Dầmngangtạivị trí gốicủagiànchủ thường có cấutạolớn để xét tớikhả năng kích nâng kếtcấunhịp khi thay thế gốicầu. 20 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Liên kếtdầmdọcvàodầmngang Các kiểu liên kếtdầmdọcvàodầmngang: – (1). Dầmdọc đặtchồng lên dầmngang • Cấutạo đơngiản • Dầmdọc hoàn toàn liên tục • Lắp ráp dễ dàng • Chiềucaokiếntrúclớn – (2). Liên kết đồng mức • Đỉnh củadầmdọcvàdầmngang bố trí cùng cao độ • Liên kết đồng mứcphổ biếnhơndo có chiềucaokiếntrúcnhỏ 21 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 3
4. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Liên kết đồng mứccócấutạochắc chắnnhờ các bảncávàvaikê • Bảnmặtcầukêtrêncả dầmdọc và dầmngang • Trường hợpchiều cao dầmdọcvà dầmngangbằng nhau thì biên dầm dọc đượcnốibằng các bảncácòn sườndầmdọc liên kếtvớisườndầm B¶n c¸ ngang qua các thép góc liên kết. DÇm däc – (3). Liên kếtdầmdọcthấphơndầmngang DÇm ngang • Cách này thường không dùng cho cầuô tô B¶n c¸ DÇm ngang DÇm däc 22 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Liên kếtdầmngangvàogiànchủ Cấutạo liên kếtdầmngangvàogiàn chủ hoàn toàn tương tự liên kếtdầm dọcvàodầmngang. – Dùng các thép góc liên kếtápvào 2 bên sườndầm ngang và áp vào bản nút giàn. – Thông thường, sốđinh liên kếtbố trí không đủ trong phạmvi sườn dầm ngang nên phảimở rộng liên kếtbằng cách cấutạobảngóc 23 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 4
5. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Tính toán hệ dầmmặtcầu – Dầmdọc: • Thựctế là dầm liên tục kê trên các gối đàn hồilànhững dầmngang. • Khi tính dầmdọc để đơngiảnvàthiênvề an toàn => xem dầmdọclà dầmgiản đơnkêtrêngốilà2 dầmngangliềnkề nhau và tính mô men M105 ở giữanhịpvàlựccắtV100 ở gối • Tiếtdiệndầmdọcsẽđượcthiếtkế dựatrêncơ sở nộilựcM105 và V100 • Hoạttải phân phốichodầmdọclấytheonguyêntắc đòn bảy Dầmdọc Dầmdọc V M 100 105 V100 M105 24 Hệ dầmmặtcầu(cont.) – Dầmngang: • Là thành phầncủa khung ngang trong mặtcắtngangcủakếtcấunhịp và chịutảitrọng của các dầmdọckêtrênnó. • Để đơngiản trong tính toán, dầmngangcũng đượccoilàdầmgiản đơn có nhịplàkhoảng cách giữa tim các giàn chủ và kê tự do lên giàn chủ. • Riêng đốivớidầmngangtạivị trí gốicầucầnxétthêmđiềukiệnkêkích kếtcấunhịp. Giàn chủ Dầmngang Bảnmã nút giàn Mặtcắt dầmngang V100 M105 25 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 5
6. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) – (1) Tính liên kếtdầmdọcvàodầmngangtrường hợpcóvaikê • Mô men tạigốilấybằng 0.6 lầnmômen tạigiữanhịpdầmdọc để xét tớitínhngàm: Mg = 0.6M105 F V = V100  bl LựccắtV sẽđượcchia đều V h dD cho sốđinh bố trí trên thép góc liên kếtvớisườndầm ngang F c z max i • Như vậy, phầnlựccắt y y truyềnlênvaikêlà: V Vn vvn 26 Hệ dầmmặtcầu(cont.) trong đó: F n = sốđinh bố trítrênthépgócliênkết V hdbl nv = sốđinh trên phạmvi chiều D cao củavaikê F c z max i y y Mô men gốiMg sẽ do bảncávàvaikêchịu • LựcngangF tác dụng lên bảncávàvaikê đượctínhnhư sau: M F g hd trong đó: hd = chiều cao dầmdọc • Như vậy, sốđinh nv vừachịu tác dụng củaVv 27 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 6
7. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Như vậy, sốđinh nv sẽ chịu tác dụng củalực đứng Vv; lực ngang F; và mô men lệch tâm Mv gây ra bởiVv và F. F Mv = F∙z ‐ Vv∙c V hdbl D trong đó: F c z z = khoảng cách từ trọng tâm củasố max i y y đinh liên kết vai kê nv đếnlựcF c = khoảng cách từ trọng tâm củasố đinh liên kết vai kê nv đếnlựcF • Bảncávàsốđinh liên kếtbảncácần đượcthiếtkếđểchịu đượclựcF • Bảntam giác ở vai kê sẽ kiểmtoánchịuMv và Vv tạitiếtdiệngiảmyếu do hàng đinh nv. 28 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Đinh làm việcbấtlợinhấtlàmộttrongcácđinh trong số nv chịulực T xác định theo biểuthức sau: max 2 2 VF My T v max max nn vi y F f fv h1 fh2 f v fh2 hd bl V fh1 D Vv F F Mv c z z max i y y Mv = F∙z ‐ Vv∙c c 29 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 7
8. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) – (2) Tính liên kếtdầmdọcvàodầmngangtrường hợpchiềucao dầmdọcvàdầmngangbằng nhau • Liên kếtcóbảncátrên, bảncádưới và thép góc liên kết • Mô men tạigốilấybằng 0.6 lầnmômen tạigiữanhịpdầmdọc để xét tớitínhngàm: n1 Mg = 0.6M105 V = V100 VA n32n M g • Coi mômen Mg do các bản cá và nhóm DÇm däc đinh “n1”chịu; lực cắtV do thép góc và các nhóm đinh “n2” DÇm ngang và “n3” ở sườnchịu. 30 Hệ dầmmặtcầu(cont.) • Lực tác dụng lên bảncá: n1 M F g AV n32n M g hd • Căncứ vào F để xác định tiết DÇm däc diệnbảncávàsốđinh liên kết DÇm ngang (n1) cầnthiết. F n1 VớiRr là sức kháng cho phép của1 đinh Rr _(1) • Căncứ vào lựccắtV để xác định sốđinh liên kếtthépgócvớisườn dầmngangvàdọc(n2 và n3). V V n2 n3 Rr _(2) Rr _(3) 31 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 8
9. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Hệ dầmmặtcầu(cont.) – (3) Tính liên kếtdầmngangvàgiànchủ • Do tiếtdiệndầmngangtạivị trí nối vào giàn chủ có thể có chuyểnvị xoay nên trị số mô men gốidầmngangcóthể lấygần đúng và giả thiết Mg = 0, do vậy tính liên kếtdầmngangvàogiànchủ chỉ cầntínhvớilực cắt đầudầmngangV. V = V100 • Sốđinh cầnthiết cho liên kết đượcxácđịnh theo biểuthức sau: V n mR2  r • Trong đó: hệ số m2 = 0.85 cho các đinhtrêncánhthépgócápvàobản nút giàn và m2 = 0.9 cho các đinhtrêncánhthépgócápvàosườndầm ngang. • Cầnchúý rằng đinh, bu lông áp vào bản nút chỉ có 1 mặtma sát. 32 1.4. Giàn chủ • Cấutạogiànchủ – Các cầucũ và cầunhịpngắnthường có các thanh đượccấutạo đơngiảnvớitiếtdiệnmột thành đứng do các thép bảnvà thép góc ghép lạibằng đinh tán – Ngày nay cầu giàn dùng cho các nhịplớnvàápdụng công nghệ hàn. • Tiếtdiện các thanh đượccấutạocó2 thành đứng, các bảnthépđược hàn ghép tạonêntiếtdiệncódiệntíchvàđộ cứng lớn đáp ứng được yêu cầuchịulực. – Liệtkêmộtsố tiếtdiệnhàncủagiànchủ như sau: 33 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 9
10. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Giàn chủ (t.theo) • Tiếtdiệnchữ H (hình 1) : chế tạo đơngiản, dễ hàn ghép như có độ cứng tương đốihạnchế => chỉ phù hợp cho các thanh chỉ chịukéo hoặc thanh có chiềudàikhônglớn. • Đốivới các thành cần độ cứng lớnthìtiếtdiệnhìnhhộpsẽ thích hợp hơn. 34 Giàn chủ (t.theo) • Tiếtdiện(2) dùng cho thanh biên dưới • Tiếtdiện(3) dùng cho thanh biên trên • Tiếtdiện(6) dùng cho các thanh xiên • Tiếtdiện(4) dùng cho mọi thanh giàn đều được • Tiếtdiện(5) có độ cứng rấttốtnhưng cầncóbiện pháp chống gỉ trong lòng củatiếtdiện=> thường dùng bảnchắn ngang hàn kín ở phía 2 đầu thanh. • Tiếtdiện(7) giống tính chấtcủatiết diện(6) nhưng không dùng tấm thép khoét lỗ mà dùng các bản giằng để ghép 2 nhánh của thanh 35 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10
11. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/3/2014 Giàn chủ (t.theo) (6) Cấutạo thanh giàn (tiếtdiệnsố 6) b a ® a (7) Cấutạo thanh giàn (tiếtdiệnsố 7) a® a c a 36 Giàn chủ (t.theo) • Tiếtdiện(8) dùng cho thanh biên chịukéocủacácnhịptương đối không dài Chú ý: • Mộtsố ít cầugiànđặcbiệt dùng tiếtdiệndạng ống tròn cho tấtcả các thanh (ví dụ cầunối đường ra bán đảoSơnTràở ĐàNẵng). Loạigiàn này không có ưu điểmgìnổibậtngoàitínhđộc đáo về cấutạochống gỉ. Tuy nhiên, cấutạomốinối các thanh tại nút giàn lạirấtphứctạpvà khó thay đổitiếtdiện cho phù hợpvớinộilực. 37 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 11