Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng IV: Thiết kế cầu dầm - 160 -
Trong đó:
+
1,tr
,
2,tr
,
1,d
,
2,d
ứng suất tại mép trên v mép dới của dầm thép ứng với 2
giai đoạn.
+
b,tr
,
b,d
: ứng suất tại trọng tâm của các bản nối biên dầm, xác định bằng cách
tính tỷ lệ.
+F
tr
, F
d
: diện tích ứng các bản nối biên dầm có trừ giảm yếu.
Số lợng đinh đợc xác định:
[]
[]





s
v lực dọc N
s
đặt tại
trọng tâm của sờn dầm. Chúng đợc xác định:







=
+
=
s
trsds
s
s
s
trsds
s
FN
h
I
M
.
2
5.0
.

== .
Lực dọc v lực cắt tác dụng lên mỗi đinh:






=
=
k
Q
Z
k
N
S
s
1
(4.100)
Trong đó:
+k: số đinh của 1/2 bản nối sờn dầm.
Lực tác dụng lên đinh ngoi cùng do mômen uốn:

=
2
max
1
.
k
s





+=
th
thth
thth
I
II
IE
lg
f
,0
,0
4
1
1
.
25
3
1.
.384
.5

(4.103)
Trong đó:
+I
th
, I

f
,0
,0
3
1
.
25
3
1.
.48
.5
(4.104)
Độ võng do tĩnh tải phần 2, lực xả kích, tháo dỡ trụ tạm v ván khuôn đợc xác
định theo công thức:

()
(
)









+



1.
48
5
384
5
(4.105)
Trong đó:
+I
tđ
, I
0,tđ
: mômen quán tính của tiết diện dầm liên hợp tại giữa nhịp v tại gối,
tính với
h
th
E
E
n =
.
+
R
: lực xả kích.
+g
V
: trọng lợng tiêu chuẩn ván khuôn.
+R: phản lực trụ tạm.

-

.

:
:
T
T
T
H
H
H
I
I
I
ế
ế
ế
T
T
T
K
K
K
ế
ế
ế


h
h
é
é
é
p
p
p

Đ5.1 sơ đồ v kích thớc cơ bản

Với những nhịp 40-50m thì cầu dn thép có chi phí vật liệu ít hơn cầu dầm
nhng do cấu tạo, thi công phức tạp nên giá thnh lại đắt hơn so với cầu dầm. Thực tế
thấy rằng khi nhịp từ 50-80m m áp dụng cho cầu dn có đờng xe chạy trên v cầu
dầm thì chúng có giá thnh ngang nhau. Nếu nhịp lớn hơn hoặc dùng đờng xe chạy
dới thì cầu dn rẻ hơn nhiều. Đối với cầu xe lửa thì nhịp >50-60m thì kinh tế hơn.
Cầu dn có loại đơn giản, liên tục, mút thừa, v hình thức cũng có nhiều loại.
Việc chọn sơ đồ, kích thớc cơ bản, loại dn phụ thuộc vo nhiều yếu tố nh chiều di
nhịp, tải trọng khổ cầu, chiều cao kiến trúc, điều kiện vận chuyển lắp ráp,
1.1-Các dạng cấu tạo mắc cáo của dn (hoa dn):

Dn thanh xiên:

Loại 1
1
2
11

2
'
8
'

Ta thử so sánh dn tam giác với dn thanh xiên loại 2:
Đối với thanh biên trên: thanh 1 > thanh 1, thanh 2 = thanh 2, thanh 3 >
thanh3.
Đối với thanh biên dới : thanh 4 < thanh 4, thanh 5 = thanh 5, thanh 6 <
thanh 6.
.
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng V: Thiết kế cầu dn thép - 160 -
Đối với thanh đứng: các thanh đứng dn thanh xiên lm việc với đ.a.h suốt
chiều di nhịp, còn dn tam giác các thanh đứng lm việc cục bộ hoặc bằng 0.
Đối với các thanh xiên: các thanh xiên của 2 loại dn nói chung xấp xĩ nhau.
Nh vậy các thanh biên v thanh xiên nói chung l nh nhau, còn các thanh đứng
dn tam giác tiết kiệm vật liệu hơn. Do đó dn tam giác có lợi hơn so với dn thanh
xiên. Ngoi ra đối với dn tam giác ta có thể bỏ thanh biên đứng v biên trên ở đầu dn
để tiết kiệm vật liệu hơn:

-Dn chữ K: Loại ny đợc sử dụng khi chiều cao lớn nhờ giảm đợc chiều di thanh xiên v
thanh đứng nên ổn định hơn. Ngoi ra có thể giảm chiều di khoang m vẫn giữ đợc
góc xiên có lợi. Tuy nhiên hệ ny có nhiều nút, cấu tạo phức tạp, hình thức bề ngoi
không đẹp nên hạn chế phạm vi sử dụng của nó. Do vậy hệ ny thờng dùng trong hệ
liên kết.
-Dn nhiều thanh xiên:

đẹp v hon thiện hơn.
-Dn có hình thức phân nhỏ: Để giảm chiều di tự do các các thanh, ngời ta dùng dn phân nhỏ. Loại ny thờng
dùng cho cầu nhịp lớn v tải trọng lớn. Thông thờng gặp dn phân nhỏ ở dới vì khi đó
chỉ tăng nội lực trong thanh biên dới chịu kéo chứ không tăng nội lực thanh biên trên
.
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng V: Thiết kế cầu dn thép - 162 -
chịu ép khi bố trí dn phân nhỏ ở trên, bên cạnh đó cũng hạ thấp đợc tâm tác dụng của
tải trọng ngang.
Nhận xét:
Sự hon thiện kết cấu nhịp dn phụ thuộc vo sự phát triển cơ học kết cấu,
những thnh tựu công nghiệp luyện kim v sự tích lũy kinh nghiệm thi công v
khai thác của ngnh xây dựng cầu.
Nguyên tắc cải tiến kết cấu dn đã đợc tiến hnh theo hớng giảm bớt khối
lợng kim loại, hạ thấp chi phí lao động về chế tạo nhờ đơn giản hóa sơ đồ
thanh xiên, rút bớt số lợng nút v lm các thanh dn lớn hơn.
Ta thấy kết cấu nhịp dn có rất nhiều hình thức khác nhau. Do vậy cần phải tiêu
chuẩn hóa các kích thớc hình học v thống nhất chúng thnh từng loại để tạo
ra những kết cấu nhịp dn định hình.
1.2-Sơ đồ v kích thớc cơ bản:

1.2.1-Loại cầu dn đơn giản:

Đây l loại thông dụng nhất. Ta có thể chia lm 2 loại dn có đờng xe chạy trên
v dn có đờng xe chạy dới.
Loại dn có đờng xe chạy trên l cấu tạo đơn giản nhất nhng có chung nhợc
điểm l chiều cao kiến trúc không hạn chế. Về phơng diện kết cấu, dn có biên song

Ngoi ra cũng cần nói thêm về dn biên cứng. Đây l loại kết cấu rất kinh tế về
mặt phơng diện tiết kiệm thép, đồng thời đáp ứng những yêu cầu về cấu tạo v lắp ráp.
Biên cứng ngoi lực dọc trục còn có mômen uốn, do đó có thể bố trí dầm ngang hệ mặt
cầu không phụ thuộc vo nút v có thể bố trí theo điều kiện kinh tế nhất cho phần mặt
cầu; đồng thời khi đó chiều di khoang dn cũng đợc chọn căn cứ theo điều kiện
khoang kinh tế của dn chủ. Trong cầu ôtô, ngời ta đặt trực tiếp bản mặt cầu lên dầm
ngang v cấu tạo thnh kết cấu liên hợp m không cần dầm dọc.

Hình 5.3: Dn có thanh biên dới cứng

Các kích thớc cơ bản: h, l, d, B
.
Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ
Chơng V: Thiết kế cầu dn thép - 164 -
Chiều cao h:
Trong các cầu đi dới, để tăng độ cứng kết cấu nhịp v ổn định của thanh
biên chịu nén, ngời ta bao giờ cũng cố gắng bố trí hệ liên kết dọc trên. Do
đó chiều cao dn phải tơng đối để đảm bảo không ảnh hởng đến tĩnh
không khổ cầu. Vì vậy chiều cao dn chủ h (tính từ tim đến tim của thanh
biên trên v dới) không < 8-8.5m đối với cầu xe lửa v 6-6.5m đối với cầu
ôtô. Ngoi ra đối với đờng xe chạy dới khi chọn h có thể tham khảo
công thức sau:

ccmcdng
hhhHh
+
+
+
(5.1)
Trong đó:

mc
: chiều cao bản mặt cầu v các lớp mặt đờng trên cầu, có thể lấy 32-36cm
đối với cầu ôtô v cầu xe lửa có t vẹt kê trực tiếp lên dầm dọc hoặc lấy 80-100cm đối
với cầu xe lửa có máng đá dăm.
+h
cc
: chiều cao cổng cầu, có thể lấy bằng
(
)
B30.015.0
ữ
đối với cầu ôtô v
()
B60.040.0 ữ đối với cầu xe lửa.
Trong cầu đi trên, chiều cao dn chủ có quan hệ chiều cao kiến trúc của
kết cấu nhịp cũng nh quan hệ với khối lợng đất đắp đầu cầu. Vì vậy cần
phải có sự cân nhắc, so sánh kỹ cng khi lựa chọn chiều cao dn.
Theo kinh nghiệm về đảm bảo độ cứng của cầu:
o Dn có biên song song:
10
1
7
1
ữ=
l
h
.
o Dn có biên đa giác:
8
1

o
v không > 45-60
o
, d = (0.6-0.8)h Trong trờng hợp không có thanh đứng d = (1-1.2)h

Ngoi ra có thể tham khảo d=2-6m đối với đờng xe chạy trên v d = 6 -
10m đối với đờng xe chạy dới.
Khoảng cách giữa các tim dn chủ B:
Khoảng cách B phụ thuộc vo khổ cầu, tải trọng, dn đi trên hay đi dới v
đảm bảo độ cứng phơng ngang cầu. Phần bộ hnh nên đa ra bên ngoi
để đảm bảo an ton cho ngời đi bộ.
Đối với cầu có đờng xe chạy dới:
25
1
20
1
ữ=
l
B
.
Đối với cầu có đờng xe chạy trên:
20
1
16
1
ữ=
l


Hình 5.5: Kết cấu nhịp dn liên tục có biên thay đổi

Đối với những nhịp lớn, trị số mômen âm ở gối lớn hơn rất nhiều so với mômen
dơng giữa nhịp cho nên nhiều khi cần thiết phải tăng chiều cao tại các gối giữa, nhng
tránh cấu tạo dn có góc gãy quá nhọn vị trí gối lm cho kết cấu trở nên phức tạp m
tính chất kinh tế cũng mất đi. Tốt nhất l tăng chiều cao dn dần vo các gối giữa 1 cách
điều hòa theo đờng cong lõm.
Kích thớc cơ bản:
Chiều cao giữa nhịp
lh






ữ=
9
1
7
1
đối với cầu xe lửa, lh






ữ=