Tải bản đầy đủ

CHƯƠNG 3 CẤU TẠO CHUNG CỦA CẦU THÉP

Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

C
CH

th
ƯƠ

ƠN
épp
NG
G IIiiii:: c
cấ
ấu
ut
tạ
ạo
oc
ch

hu
un
ng
gc
củ
ủa
ac
cầ
ầu
ut
Đ3.1 các hệ thống cơ bản của cầu thép
Có nhiều cách phân loại v tùy theo mỗi cách m cầu thép đợc chia thnh
những loại khác nhau. Nếu phân theo sơ đồ tĩnh học v đặc điểm kết cấu, ngời ta phân
thnh 4 hệ thống chính sau:
Hệ thống cầu dầm.
Hệ thống cầu dn.
Hệ thống cầu vòm.
Hệ thống cầu treo v hệ liên hợp.
1.1-Hệ thống cầu dầm:
Đây l hệ thống đợc sử dụng rộng rãi nhất. Trớc kia nó lm nhịp nhỏ v vừa
(<150m), ngy nay nhờ sử dụng vật liệu mới v sơ đồ kết cấu hợp lý nên có thể vợt
nhịp từ 300ữ500m.

Hình 3.1: Cầu dầm thép Ponte Costa e Silva (Brazil) nhịp 300m lớn nhất thế giới,
hon thnh năm 1974

Hình 3.2: Cầu dầm thép Neck Artalbrucke-1 (Đức) nhịp 263m lớn nhì thế giới,
hon thnh năm 1978

Đặc điểm cầu dầm l dới tác dụng tải trọng thẳng đứng tại gối tựa chỉ có xuất
hiện 1 thnh phần phản lực thẳng đứng. Do đó mố trụ v cấu tạo dầm thờng đơn giản
nên thi công dễ hơn so với các hệ thống khác.
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 59 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ


Tùy theo sơ đồ tĩnh học m cầu dầm gồm các loại: đơn giản, liên tục v mút

h

thừa.

a)

l

h

h1

b)
l2

h1

c)

h

l1

l2

l1

d)

Nhũp ủeo

l0
l1

l2

Hình 3.3: Các sơ đồ tĩnh học của cầu dầm thép
a.Cầu dầm đơn giản
b.Cầu dầm liên tục có biên dới gãy khúc
c.Cầu dầm liên tục có biên dới cong
d.Cầu dầm mút thừa có nhịp đeo

1.1.1-Cầu dầm đơn giản:
Đây l loại cầu đơn giản nhất về thiết kế, tính toán, cấu tạo v thi công. u điểm
của nó l áp dụng cho những nơi có địa chất bất kỳ, các nhịp lm việc độc lập, lún của
mố trụ không ảnh hởng đến nội lực; dễ tiêu chuẩn hóa, định hình hóa; cấu tạo v thi
công đơn giản v sử dụng rộng rãi trong cầu ôtô v đờng sắt. Nhợc điểm l tốn vật
liệu hơn so với các sơ đồ khác, vợt nhịp nhỏ; v trên trụ có 2 hng gối lm trụ chịu nén
lệch tâm nhiều nên thờng có kích thớc lớn.
1.1.2-Cầu dầm liên tục:
Cầu dầm liên tục l cầu có dầm bắc qua 2 hoặc nhiều nhịp. u điểm của nó l
nhờ có mômen gối nên lm giảm mômen giữa nhịp nên tiết kiệm đợc vật liệu hơn so
với sơ đồ dầm đơn giản v điều ny cng có ý nghĩa khi cầu có nhịp lớn; trên trụ chỉ có
1 hng gối nên chịu nén đúng tâm, do đó trụ có kích thớc nhỏ hơn; dầm liên tục có độ
cứng lớn nên độ võng nhỏ hơn; đờng đn hồi liên tục nên xe chạy êm thuận; khe biến
dạng ít hơn v cấu tạo mặt cầu đơn giản; v có thể áp dụng nhiều công nghệ thi công
nh lắp hẫng, lao kéo dọc, gin giáo treo,... Tuy nhiên, nhợc điểm l hệ siêu tĩnh nên
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 60 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

sự lún của mố trụ, sự thay đổi nhiệt độ hoặc chế tạo không chính xác sẽ gây nên nội lực
phụ trong kết cấu.
Nói chung dầm liên tục đợc sử dụng nhiều trong cầu đờng ôtô v đờng thnh
phố.
1.1.3-Cầu dầm mút thừa:
Về mặt tiết kiệm vật liệu gần giống cầu dầm liên tục nhng có nhiều nhợc điểm
l đờng đn hồi gãy khúc tại khớp nên xe chạy không êm thuận, lực xung kích lớn nên
rất nguy hiểm cho cầu xe lửa v rất hạn chế dùng cho cầu thnh phố vì gây ồn; v cấu
tạo khớp phức tạp v bất lợi. Do vậy không đợc sử dụng rộng tãi nh cầu dầm liên tục.
Tuy nhiên, u điểm của cầu dầm mút thừa l thờng l kết cấu tĩnh định nên áp dụng
những nơi có địa chất xấu; mố trụ chịu nén dúng tâm nên có kích thớc nhỏ, có thể điều
chỉnh đợc nội lực khi thay đổi vị trí khớp v thi công có thể áp dụng công nghệ lắp
hẫng hoặc gin giáo treo.
1.2-Hệ thống cầu dn:

Hình 3.4: Cầu dn Ponte de Quebec (Canada) có nhịp 549m lớn nhất thế giới,
hon thnh năm 1917

Hình 3.5: Cầu dn Firth of Forth có nhịp 521m lớn thứ 2 thế giới,
hon thnh năm 1890

Kết cấu dn gồm nhiều thanh đợc liên kết với nhau bởi các nút. Các thanh chịu
lực chủ yếu l kéo v nén. Đó l điều khác với cầu dầm chịu uốn l chính.
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 61 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

M

N

Không tiết kiệm vật liệu

Tiết kiệm vật liệu

Hình 3.6: ứng suất trong thanh dn

Tùy theo sơ đồ tĩnh học, ta có các loại cầu nh đơn giản, liên tục hay mút thừa v
tùy theo đờng xe chạy m có loại dn có đờng xe chạy trên v dới.

Hình 3.7: Các sơ đồ cầu dn đờng xe chạy dới v chạy trên

Hình 3.8: Cầu dn Commodore Barry (Mỹ) có đờng xe chạy dới
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 62 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Hình 3.9: Cầu dn Mimato (Nhật Bản) có đờng xe chạy trên

Tùy theo cấu tạo, dn có chiều cao không đổi (2 biên song song) v dn có chiều
cao thay đổi (biên gãy khúc):
Dn có biên song song cấu tạo v thi công đơn giản hơn loại biên gãy khúc,
ngoi ra rất dễ tiêu chuẩn hóa.
Dn có biên gãy khúc có thể áp dụng khi nhịp lớn, tiết kiệm vật liệu nhng thi
công phức tạp, ngy nay ít dùng.
Để tăng cờng độ cứng kết cấu, ngy nay còn dùng dn có biên cứng, giảm số
lợng thanh v nút dn. Biên cứng vừa chịu uốn, cắt, lực dọc.
Biên cứng

Hình 3.10: Sơ đồ cầu dn biên cứng

Cầu dn nói chung có thể áp dụng phơng pháp thi công hiện đại nh lắp hẫng
hay lắp trên gin giáo treo,...
1.3-Hệ thống cầu vòm:

Hình 3.11: Cầu Lupu (Trung Quốc) có nhịp lớn nhất thế giới 550m, hon thnh 2003

Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 63 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Hình 3.12: Cầu Sydney (Australia) nổi tiếng trên thế giới, hon thnh 1932

Kết cấu cầu vòm chủ yếu l chịu nén. Nếu chọn trục hợp lý thì mômen trong
vòm bằng 0 nên tiết kiệm vật liệu thép. Ta hãy thử so sánh cầu vòm v cầu dn thép có
cùng chiều di nhịp l. Ta thấy mặt cầu 2 loại tơng đơng, thanh đứng vòm tơng
đơng các thanh xiên của dn, biên của dn: F =

N Md Md
=
=
v trong vòm vật liệu
R
h
f

f

f

cũng tơng đơng nh biên trên của dn. Nh vậy cầu dn tốn thêm biên dới.

l

Hình 3.13: So sánh sự lm việc sơ đồ cầu vòm v dn

Kết cấu vòm có u điểm l nếu địa chất tốt thì tiết kiệm vật liệu v đợc dùng ở
những nơi có yêu cầu mỹ quan cao. Tuy nhiên, nhợc điểm của nó l tại gối tựa của
vòm có lực đẩy ngang nên tốn vật liệu cho mố trụ; nếu địa chất xấu thì phần tiết kiệm
vật liệu của kết cấu nhịp không đủ bù vo mố cầu vòm; kết cấu không đợc tiêu chuẩn
hóa, không thích hợp khi có chiến tranh.; v thi công khó khăn, phức tạp.
Cầu vòm có nhiều loại: vòm chạy trên, chạy dới v chạy giữa. Vòm có tiết diện
đặc hoặc vòm dn gồm nhiều thanh ghép lại.
Để khắc phục lực ngang chân vòm, ngời ta dùng vòm có thanh căng để chịu lực
ngang. Khi đó vòm chỉ chiu phản lực thẳng đứng.
Cầu vòm có thể vợt nhịp lớn 200ữ300m, có khi đến 500m.
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 64 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Hình 3.14: Cầu vòm New River Gorge (Mỹ) có đờng xe chạy trên

Hình 3.15: Cầu vòm Portmann (Canada) có đờng xe chạy giữa

Hình 3.16: Cầu vòm Francis Scottkey (Mỹ) có đờng xe chạy dới

1.4-Hệ thống cầu treo - hệ liên hợp:
Cầu liên hợp l gồm những hệ đơn giản đợc kết hợp lại với nhau 1 cách hợp lý
để tận dụng tính u việt của mỗi loại. Đặc điểm của hệ liên hợp l hệ siêu tĩnh v lợi
dụng hệ siêu tĩnh để điều chỉnh ứng suất trong kết cấu v tiết kiệm vật liệu. Nói chung
hệ liên hợp phức tạp, khó khăn trong tính toán thiết kế v thi công.
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 65 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

1.4.1-Hệ cầu treo dạng parabole:
Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo l dây cáp, dây xích hoặc bó sợi thép
cờng độ cao. Tùy theo độ cứng của hệ dầm m ta có thể phân thnh 2 loại: cầu treo
dầm mềm v cầu treo dầm cứng:
Cầu treo dầm mềm:
Loại ny hệ mặt cầu có độ cứng nhỏ v dợc treo trên các dây chủ qua các
dây treo đứng.
Khi chịu hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp thì dây cáp bị biến hình tơng
ứng với vị trí của hoạt tải. Độ võng của dây chủ cng lớn thì tỷ số giữa hoạt
tải v tĩnh tải cng lớn, cũng có nghĩa độ võng phụ thuộc vo tỷ số lực
căng trong dây cáp do tĩnh tải v hoạt tải gây nên.
Do có độ cứng nhỏ nên dới tác dụng của hoạt tải v tải trọng gió có thể
xuất hiện các dao động uốn v xoắn, đôi khi biên độ dao động rất lớn lm
ảnh hởng tới sự khác thác bình thờng v gây h hỏng phá hoại công
trình. Thực tế cũng đã có nhiều tai nạn xảy ra.
Vì vậy phạm vi ứng dụng loại cầu treo dầm mềm ngy nay bị hạn chế. Nó chỉ đợc sử
dụng khi tĩnh tải lớn hơn rất nhiều so với hoạt tải hoặc chỉ chịu tác động của tĩnh tải nh
kết cấu ống dẫn nớc, dẫn dầu, khí đốt,...
Cầu treo dầm cứng:
Việc tăng cờng độ cứng có thể đạt đợc bằng nhiều biện pháp:
Phổ biến hơn cả l bố trí 1 dầm cứng với 1 số khớp dọc theo chiều
di nhịp để khống chế mômen uốn trong kết cấu nhịp. Dầm cứng có
tác dụng phân phối đều tải trọng lên dây v giảm độ võng.

Khớp dọc

Hình 3.17: Sơ đồ cầu treo có bố trí khớp dọc

Trong trờng hợp dầm cứng đủ lớn để chịu mômen uốn thì không
cần cấu tạo khớp. Nếu nhịp lớn ngời ta có thể bố trí dn cứng ở
phần xe chạy. Khi đó trở thnh cầu treo dầm cứng.
Tùy theo cách neo dây, cầu treo dầm cứng có thể phân thnh các loại nh sau:
Cầu treo dầm cứng có lực đẩy ngang l kết cấu có dây cáp chủ đợc neo vo mố
neo. Khi đó mố neo phải có kích thớc v trọng lợng lớn để có khả năng chống
lật, nhổ v trợt. Do vậy bản thân mố neo bao giờ cũng l công trình đồ sộ, tốn
kém v thờng hạn chế áp dụng khi nằm trong vùng địa chất xấu.
Cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang l kết cấu có dây cáp chủ đợc neo
vo dầm cứng. Khi đó không cần cấu tạo mố neo nhng dầm ngoi chịu uốn còn
chịu lực nén dọc lớn do vậy kích thớc dầm phải lớn hơn.
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 66 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Dn cứng

Hình 3.18: Sơ đồ cầu treo có dn cứng

Để giảm mômen uốn trong dầm cứng thờng không cho dầm chịu tĩnh tải
bằng cách điều chỉnh nội lực hoặc tạo các khớp tạm trên dầm cứng trong
giai đoạn thi công. Ví dụ khi lắp ráp dầm ngời ta cấu tạo các khớp tạm tại
các điểm treo dây v chỉ nối cứng sau khi đã hon ton lắp ráp xong các
đốt dầm v hệ mặt cầu. Khi đó trong dầm sẽ xuất hiện mômen uốn cục bộ
trong phạm vi khoang, chiều di các khoang thờng rất nhỏ so với nhịp
nên trị số mômen uốn ny không đáng kể so với mômen tổng thể do hoạt
tải. Vì vậy thực tế có thể xem dầm không chịu tĩnh tải.
Chiều cao dầm cứng thờng lấy 1/50-1/70 chiều di nhịp. Trong các cầu
nhịp lớn hơn 500-600m tỷ số ny có thể lấy nhỏ hơn khoảng 1/80, còn
nhịp lớn trên 1000m lấy 1/120 hoặc nhỏ hơn.
1.4.1.1-Cầu treo dầm cứng có lực đẩy ngang:
a/Cầu treo 1 nhịp:
1
2

4

6
5

3

1. Cáp chủ 2. Tháp cầu 3. Trụ bờ 4. Dầm cứng 5. Mố neo 6. Dây treo đứng
Hình 3.19: Sơ đồ cầu treo 1 nhịp

Cầu treo 1 nhịp gồm 2 trụ bờ đỡ tháp cầu v lm gối tựa cho dầm cứng. Dây cáp
chủ có dạng đờng cong parabole đợc vắt đỉnh tháp v 2 đầu đợc neo vo các mố neo.
Loại ny có u điểm l các dây neo nối từ tháp cầu xuống mố neo coi nh thanh thẳng
nên khi chịu lực dây chỉ lm việc đn hồi tuyến tính, tránh đợc biến dạng hình học phi
tuyến của dây chủ phần nhịp biên khi tải trọng đứng trên dầm cứng. Do đó hệ 1 nhịp l
hệ có độ cứng lớn nhất so với hệ 3 nhịp v nhiều nhịp. Ngoi ra hệ ny tỏ ra hợp lý để
vợt sông không sâu lắm hoặc qua các thung lũng m điều kiện địa chất, địa hình không
thuận lợi cho viẹc xây dựng trụ.
b/Cầu treo 3 nhịp:
Trong những trờng hợp cần vợt qua các sông lớn, bãi sông rộng, chiều cao tĩnh
không thông thuyền lớn, hệ cầu dẫn rất di thì cần nghiên cứu hệ cầu treo 3 nhịp để vừa
cho phép cầu di vừa tận dụng khả năng lm việc của hệ cáp neo. Để cân bằng lực căng
trong dây, các diểm tựa của dây trên đỉnh tháp đợc đảm bảo chuyển vị tự do theo
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 67 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

phơng dọc cầu. Dầm cứng có thể l loại dầm có sờn đặc hoặc dn. Về mặt tĩnh học có
thể có sơ đồ dầm đơn giản hoặc dầm liên tục.

Hình 3.20: Sơ đồ cầu treo 3 nhịp

Chiều di nhịp biên có thể lấy tới 1/2 nhịp chính, tuy nhiên có thể nhỏ hơn tùy
thuộc vo tình hình phân bố nhịp cụ thể trên sông. Khi chiều di nhịp biên nhỏ hơn 1/4
nhịp chính v dầm cứng nhịp biên đủ khả năng chịu lực độc lập thì có thể không bố trí
dây treo đứng.
1.4.1.2-Cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang:
Trong trờng hợp ny dầm cứng sẽ chịu hon ton lực đẩy ngang thay cho mố
neo. Khi đó hệ trở thnh cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang v mở ra triển vọng
áp dụng dầm cứng bằng bêtông cốt thép trong cầu treo. Loại ny thờng áp dụng với sơ
đồ 3 nhịp với nhịp biên có v không có dây treo, tuy nhiên cũng có thể áp dụng cho cầu
nhiều nhịp.
Loại ny có u điểm l không cần xây dựng mố neo, đặc biệt trong trờng hợp
địa chất không thuận lợi cho việc xây dựng mố thì giải pháp neo dây vo đầu dầm cứng
cng tỏ tính u việt; giảm đáng kể ảnh hởng của sự thay đổi nhiệt độ đến sự lm việc
của hệ; có lợi thế khi sử dụng dầm cứng bêtông cốt thép vì lợi dụng lực nén dọc do dây
cáp truyền vo. Lực nén ny có thể điều chỉnh đợc bằng cách thay đổi mũi tên võng
của dây cáp v có thể áp dụng nhịp đến 500m. Tuy nhiên, nhợc điểm của nó l vì dầm
cứng phải đợc lắp ráp trớc để neo dây nên khi thi công cần có gin giáo, trụ tạm hoặc
dây neo tạm; do phải chịu thêm lực dọc nên dầm cứng phải đủ lớn, lm tăng lợng vật
liệu sử dụng đôi khi dẫn đến sự kém hiệu quả kinh tế cho cả phơng án cầu; khi hoạt tải
tác động thì độ võng của dầm cứng v dây cáp sẽ tăng thêm do tác động của lực nén
truyền vo dầm. Do những nhợc điểm ny m cầu treo dầm cứng không có lực đẩy
ngang ít đợc sử dụng trong thực tế.
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 68 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

V

V
H

H

V

V
H

H
Hình 3.22: Sơ đồ cầu treo dầm cứng không có lực đẩy ngang

1.4.1.3-Cầu treo nhiều nhịp:
a)

b)

c)

d)

Hình 3.22: Sơ đồ cầu treo nhiều nhịp
a. Cầu treo nhiều nhịp v sơ đồ biến dạng
b. Cầu treo nhiều nhịp có tháp cứng
c. Cầu treo nhiều nhịp có trụ neo trung gian
d. Cầu treo nhiều nhịp có dây neo phụ

Trong cầu treo nhiều nhịp, dây cáp đợc bố trí liên tục qua tất cả các nhịp hoặc
qua 1 số nhịp v neo vo mố ở 2 đầu. Các nhịp chính trong sơ đồ cầu nhiều nhịp có thể
bố trí nh nhau để đảm bảo mỹ quan v sự chịu lực đồng đều của hệ dây, tuy nhiên để
tăng cờng độ cứng có thể bố trí các nhịp khác nhau. Dầm cứng nên sử dụng dầm đơn
giản với các lý do phân tích ở trên. Nhợc điểm của cầu treo nhiều nhịp l khi chất tải
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 69 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

lên 1 trong các nhịp thì độ võng đó rất lớn do ảnh hởng của biến dạng trong tất cả các
nhịp khác.
Để nâng cao độ cứng của cầu treo nhiều nhịp có thể có các biện pháp sau:
Xây dựng 1 số tháp cứng theo phơng dọc cầu v trên đỉnh tháp ny dây cáp
đợc neo cố định (hình 3.22b). Tháp cứng l biện pháp tốt nhất để tăng cờng
độ cứng chung v khả năng lm việc của hệ. Tuy nhiên cấu tạo tháp cứng phức
tạp, có giá thnh cao hơn nhiều so với mố neo.
Chia hệ nhiều nhịp thnh các hệ ba nhịp riêng biệt bằng cách cấu tạo các trụ neo
trung gian (hình 3.22c).
Liên kết các tháp bằng dây neo phụ, trong đó dây cáp chủ v dây neo phụ đợc
liên kết cố định trên các đỉnh tháp (hình 3.22d). Khi hoạt tải đứng trên 1 nhịp bất
kỳ thì dây neo phụ truyền 1 phần đáng kể lực ngang vo các mố neo 2 bên bờ,
phần lực ngang còn lại sẽ đợc dây cáp chủ truyền vo mố neo. Dây neo phụ
đợc căng trớc sao cho dạng của nó xem nh thẳng, khi chịu lực trong dây chỉ
xuất hiện biến dạng đn hồi. Dây neo phụ lm giảm chuyển vị ngang đỉnh tháp
v tăng độ cứng chung tòan cầu.
Chính vì sự phức tạp v tính kinh tế không cao nên trong thực tế sơ đồ cầu treo nhiều
nhịp ít đợc sử dụng.
Một số hình ảnh cầu thực tế về cầu treo:

Hình 3.23: Cầu treo dây võng Brooklyn (Mỹ)

Hình 3.24: Cầu treo dây võng Golden Gate (Mỹ) có nhịp chính 1280m
rất nổi tiếng trên thế giới hon thnh 1937
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 70 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Hình 3.25: Cầu treo dây võng Akashi Kaiyo có nhịp chính 1991m
lớn nhất thế giới hon thnh 1998

1.4.2-Hệ cầu treo dầm cứng dây văng:
A

A
7470

7470

18260
A-A
20

900

175

310

175

1430

Hình 3.26: Cầu Stormsund (Thụy Điển) l cầu dây văng đầu tiên (1955)

Cầu dây văng phát triển sau đại chiến thế giới lần 2, lần đầu tiên xuất hiện ở
Thụy Điển theo ý tởng Giáo s Dischinger, ngời Đức. Đó l cầu liên hợp gồm dầm
cứng lm việc chịu uốn chủ yếu v các dây treo gọi l các dây văng, các dây ny xuất
phát từ đỉnh tháp tỏa ra treo dầm ở 1 số điểm tạo thnh các gối đn hồi của dầm cứng.
Loại ny có u điểm l các dây văng chỉ chịu kéo nên thờng lm bằng cáp
cờng độ cao v do dây văng lm việc nh gối đn hồi của dầm liên tục nên giảm đợc
mômen trong dầm cứng đi rất nhiều. Các dây văng còn cho phép điều chỉnh trạng thái
ứng suất, biến dạng của hệ trong quá trình lắp ráp v khi cần thiết có thể cả ở giai đoạn
khai thác. Về mặt xây dựng, cầu dây văng cho phép lắp ráp theo phơng pháp lắp hẫng
không cần gin giáo. Do đó hệ ny có đặc trng kinh tế kỹ thuật rất tốt v đợc sử dụng
rộng rãi trong cầu ôtô v cầu thnh phố nhịp lớn. Ngoi ra so với cầu treo dạng parabole
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 71 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

có dầm cứng, cầu dây văng có độ cứng lớn hơn vì không có biến dạng hình học của dây,
kích thớc dầm cứng yêu cầu nhỏ hơn. Vì vậy trong phạm vi nhịp khoảng 600m thì cầu
dây văng kinh tế hơn cầu treo dạng parabole, còn khi nhịp lớn hơn dây văng sẽ quá di
gây ra võng do trọng lợng bản thân của nó nên lm giảm độ cứng của hệ, do đó không
còn giữ đợc các u điểm đặc biệt của nó so với cầu treo thông thờng. Tuy nhiên,
nhợc điểm của nó l có độ cứng nhỏ hơn các hệ dầm, vòm, khung. Mặc dù hệ không
biến dạng hình học, song dới tác dụng của hoạt tải dây văng vẫn có độ dãn di khá lớn.
Điều ny chủ yếu l do sử dụng ứng suất lớn trong dây văng v chiều di dây khá di.
Ngoi ra độ cứng giảm 1 phần do thực tế dây văng bị võng dới tác dụng của tải trọng
bản thân, khi chịu hoạt tải dây bị duỗi thẳng sẽ lm tăng thêm độ võng cho cầu. Điều
ny hạn chế dùng trong cầu đờng sắt.
Một đặc điểm qua trọng nữa của cầu dây văng l tính đa dạng. Nó thể hiện trong
phạm vi chiều di nhịp, số lợng nhịp, số lợng v sơ đồ bố trí dây văng, số mặt phẳng
dây trên mặt cắt ngang v sơ đồ bố trí dây trên đỉnh tháp.

Dạng 1: Các dây văng đồng quy

Dạng 2: Các dây văng song song

Dạng 3: Các dây văng hình nhi quạt
Hình 3.27: Sơ đồ bố trí dây văng
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 72 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

59

Cầu có 2 mặt phẳng dây
Cầu có 1 mặt phẳng dây
Hình 3.28: Mặt phẳng dây văng

4.6

63

306

54

Hình 3.29: Tháp cầu dây văng có thể dạng xiên

Một số cầu dây văng nổi tiếng:

Hình 3.30: Cầu dây văng Tatara (Nhật Bản) có nhịp chính 890m lớn nhất thế giới
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 73 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Hình 3.31: Cầu Skyway 1 mặt phẳng dây

Hình 3.32: Cầu dây văng Alamillo (Tây Ban Nha), 1992

Ngoi ra hệ liên hợp còn có thể l dầm cứng+vòm dẻo, vòm dn có thanh căng,
dầm liên tục có tăng cờng thanh biên mềm, dầm khung, dn dây,...
Đ3.2 các bộ phận chính của cầu thép
Bộ phận chính của cầu thép tơng tự nh cầu bêtông. Ta có thể phân ra nh sau:
2.1-Dầm chủ, dn chủ v vòm:
Đây l bộ phận chịu lực chính của cầu.
Cầu dầm:
Số lợng dầm chủ phụ thuộc vo chiều rộng cầu v cấu tạo của hệ mặt cầu.
Đối với cầu ôtô khổ 7 v 8m, đờng ngời đi bề rộng 0.75 - 1.5m nên chọn 4 - 6
dầm chủ khoảng cách từ 1.4m - 2.1m (3m).
Đối với cầu xe lửa 1 ln thờng bố trí 2 dầm chủ đặt cách nhau 1.9 - 2.1m với
đờng ray v t vẹt đặt trực tiếp trên dầm chủ hoặc thông qua máng đá dăm.
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 74 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

1,4 - 2,1(3)(m)

1,4 - 2,1(3)(m)

1,4 - 2,1(3)(m)

1,435

1,9-2,2

Hình 3.33: Tiết diện ngang của cầu dầm thép

Cầu dn:
Hệ liên kết dọc trên

Sơ đồ dn chủ

Hệ liên kết dọc duới

Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 75 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

8300
1000

250

1
950

250

7000

2

3
4X3600=6400

4

1000

5
950

Hình 3.34: Sơ đồ cầu dn thép

Cầu có đờng xe chạy dới bố trí 2 dn chủ với khoảng cách giữa chúng lớn hơn
khổ đờng xe chạy 1.0 -1.5m để đủ bố trí phần đá vỉa v bề rộng các thanh dn.
Cầu đờng xe chạy trên có thể bố trí 2 dn chủ cách nhau 5 - 7m hoặc nhiều dn
chủ 2.5 - 4m.
2.2-Hệ dầm mặt cầu:
Nó có vai trò l đỡ hệ mặt cầu, truyền lực từ mặt cầu xuống dầm chủ hoặc dn
chủ đồng thời đảm bảo cho kết cấu lm việc đúng sơ đồ tính (ví dụ dn thì lực chỉ tác
dụng vo nút).
Hệ dầm mặt cầu có thể có đầy đủ gồm dầm dọc v dầm ngang nhng cũng có thể
chỉ có dầm ngang. Với cầu dầm có khi ngời ta không lm hệ dầm mặt cầu m đặt trực
tiếp bản mặt cầu lên hệ dầm chủ.
2.3-Phần mặt cầu:
L phần trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng bánh xe. Nó có thể bằng thép,
bêtông cốt thép hoặc gỗ. Có những trờng hợp nó có tác dụng liên kết v lm tăng sự
lm việc không gian của hệ dầm chủ hay dầm mặt cầu,...
2.4-Phần lan can, bộ hnh:
Nhiệm vụ của nó cũng tơng tự nh cầu bêtông cốt thép. Nó có thể lm bằng gỗ,
thép hay bêtông cốt thép.
2.5-Hệ liên kết dọc:
Thực chất nó l 1 dn liên kết 2 dn chủ hoặc dầm chủ theo chiều dọc cầu. Tác
dụng của nó để chịu tải trọng ngang (lực gió). Thông thờng ngời ta lm hệ liên kết
dọc trên v liên kết dọc dới.
2.6-Hệ liên kết ngang:
Nó có tác dụng liên kết các dầm chủ, dn chủ lại tạo thnh hệ không gian để lm
tăng độ cứng v chống biến dạng kết cấu theo phơng ngang.
2.7-Gối cầu:
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 76 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Mục đích đỡ kết cấu nhịp v truyền áp lực từ kết cấu nhịp xuống mố trụ. Gối cầu
phải đảm bảo cho cầu chịu tác dụng lực đúng sơ đồ tính toán v đảm bảo cho kết cấu
nhịp biến dạng, co dãn do tác dụng của nhiệt độ.
Đ3.3 cấu tạo mặt cầu
Yêu cầu chung của mặt cầu l độ bền cao, bằng phẳng v đủ độ nhám để xe chạy
êm thuận v có lực dính bám tốt v trọng lợng nhẹ, cấu tạo v thi công đơn giản.
3.1-Mặt cầu gỗ:
u điểm l nhẹ, cấu tạo thi công đơn giản, trọng lợng từ 150ữ180kg/m2 v dễ
thay thế sửa chữa. Tuy nhiên nhợc điểm l chóng mục, hao mòn, mau hỏng v lực
dính bám kém, dễ cháy nên thờng dùng cho cầu tạm, bán vĩnh cửu v cầu nhỏ địa
phơng.
3.1.1-Mặt cầu ván gỗ:
ván trên
ván duới

goó ngang

Dam chuỷ

daứn chuỷ

Hình 3.35: Cấu tạo mặt cầu gỗ

Mặt cầu thờng lm 2 lớp ván:

Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 77 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Lớp ván trên gọi l lớp chống mòn coi nh không chịu lực, dy 5ữ6cm. Có 2
cách đặt:
Đặt dọc: có u điểm l khi h hỏng những tấm dới vệt bánh xe thì chỉ cần
sửa chữa cục bộ nhng có nhợc điểm l lực dính bám kém, dễ hỏng.
Đặt ngang: lực dính bám tốt hơn nhng khi bị h hỏng thì thay ton bộ.
Lớp ván dới: l lớp chịu lực, chiều dy tính toán từ 6ữ8cm đợc đặt cách nhau
từ 2ữ3cm cho thoáng khí v thoát nớc.
Mặt cầu trên có cấu tạo, thi công đơn giản v rẻ. Nếu phòng mục tốt thì sử dụng 5ữ8
năm, còn không thì không đến 2 năm.
3.1.2-Mặt cầu gỗ phủ lớp bêtông asphalt:
i=0.015 4-6 cm

goó 14x6

goó 16x6

Hình 3.36: Cấu tạo mặt cầu gỗ có phủ lớp bêtông asphalt

Gỗ ván đóng thnh từng phiến, bên trên phủ lớp bêtông nhựa dy 4ữ6cm. Loại
ny có u điểm thoát nớc tốt, bảo vệ gỗ v có độ dính bám tốt nên tuổi thọ cao hơn
loại trên.
Mặt cầu loại ny nặng 250ữ300kg/m2. Loại ny trớc kia ngời ta dùng cho cầu
thnh phố.
3.2-Mặt cầu bằng bêtông:
Trong các cầu hiện đại đờng ôtô v đờng thnh phố, ngời ta dùng bản BTCT
lm mặt cầu. Trên bản mặt cầu ta cũng lm các lớp mặt đờng nh cầu bêtông. Nó có
u điểm tuổi thọ cao, chất lợng tốt nhng có trọng lợng nặng từ 600ữ800kg/m2. Nó
đợc lm dới 2 dạng: đổ tại chỗ v lắp ghép.
Loại lắp ghép có u điểm l có thể chế tạo trớc nên thi công nhanh, đảm bảo
chất lợng, không cần gin giáo v ván khuôn quay vòng nhiều. Tuy nhiên nó
lm việc không gian của bản kém, mối nối nhiều, thi công phức tạp. Mặt khác
phải có phơng tiện vận chuyển, cẩu lắp nhất l ở những nơi xa v đờng vận
chuyển xấu.
Loại đổ tại chỗ có u điểm: tính ton khối của bản tốt. Nếu liên hợp với dầm thì
tăng cờng chịu lực của dầm thép, không phải vận chuyển. Nhợc điểm l phải
lm gin giáo, thi công lâu hơn v tốn kém ván khuôn.
Việc chọn loại no cần dựa trên cơ sở kinh tế, kỹ thuật đồng thời căn cứ vo tốc độ thi
công, điều kiện thi công.
3.2.1-Cấu tạo bản mặt cầu đổ tại chỗ:
Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 78 -


Gi¸o tr×nh: ThiÕt kÕ cÇu thÐp

Biªn so¹n: Ngun V¨n Mü

B¶n kª trùc tiÕp lªn dÇm chđ hc dÇm mỈt cÇu. Tïy theo b¶n chØ kª lªn dÇm däc
hc c¶ dÇm däc vμ dÇm ngang mμ b¶n lμm viƯc theo b¶n kª 2 c¹nh hc 4 c¹nh. T¹i vÞ
trÝ kª cđa b¶n ph¶i ®−ỵc lμm vót.
bản BTCT

neo

dầm chủ

d<=3 m

H×nh 3.37: CÊu t¹o mỈt cÇu bªt«ng

Khi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c dÇm chđ lín h¬n 3m th−êng thªm dÇm ngang. Khi ®ã
b¶n võa kª lªn dμm chđ võa kª lªn dÇm ngang
bản BTCT

dầm ngang

dầm chủ

H×nh 3.38: CÊu t¹o mỈt cÇu bªt«ng khi d>3m

3.2.2-CÊu t¹o b¶n mỈt cÇu l¾p ghÐp:
Lo¹i ®¬n gi¶n nhÊt lμ nh÷ng khèi h×nh ch÷ nhËt kª lªn dÇm däc cđa hƯ mỈt cÇu.
Lo¹i nμy ®¬n gi¶n, träng l−ỵng nhĐ nh−ng mèi nèi nhiỊu.
các tấm BTCT
dầm dọc

dầm ngang

H×nh 3.39: CÊu t¹o mỈt cÇu l¾p ghÐp

Lo¹i b¶n mót thõa:

Ch−¬ng III: CÊu t¹o chung cđa cÇu thÐp

- 79 -


Gi¸o tr×nh: ThiÕt kÕ cÇu thÐp

Biªn so¹n: Ngun V¨n Mü
mối nối

neo

dầm dọc phụ

H×nh 3.40: CÊu t¹o mỈt cÇu l¾p ghÐp lo¹i mót thõa

Lo¹i b¶n ch÷ ∏: lo¹i nμy ¸p dơng khi kho¶ng c¸ch dÇm thÐp lín.
bản chữ Π

mối nối

dầm ngang

H×nh 3.41: CÊu t¹o mỈt cÇu l¾p ghÐp lo¹i b¶n ch÷ ∏

§èi víi kÕt cÊu l¾p ghÐp ph¶i gi¶i qut tèt mèi nèi, vÞ trÝ mèi nèi ph¶i ®¶m b¶o
®óng vÞ trÝ cđa dÇm thÐp. B¶n bªt«ng liªn kÕt víi dÇm thÐp ph¶i khÝt. §Ĩ ®¶m b¶o ®iỊu
®ã tr−íc khi ®Ỉt b¶n ph¶i ®ỉ 1 líp v÷a lãt xim¨ng. §èi víi b¶n liªn hỵp víi dÇm chđ
ph¶i bè trÝ neo liªn kÕt theo tÝnh to¸n.
Mét sè h×nh thøc nèi vμ liªn kÕt:
lò xo thép

vữa

B

B

¸p dơng khi B lín
hốc để đổ BT và cốt
thép chờ hàn

¸p dơng khi B nhá
liên kết bu lông
rồi đổ BT

bản BTCT lắp ghép
bu lông

H×nh 3.42: Mét sè h×nh thøc nèi vμ liªn kÕt

Ngoμi ra cßn cã mỈt cÇu Robinson:

Ch−¬ng III: CÊu t¹o chung cđa cÇu thÐp

- 80 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

baỷn theựp daứy 5-10cm
theựp taỏm

Hình 3.43: Cấu tạo mặt cầu Robinson

3.3-Mặt cầu kim loại:
Mặt cầu kim loại có u điểm l nhẹ hơn so với mặt cầu bêtông đồng thời có thể
tận dụng bản thép mặt cầu cùng tham gia chịu lực với dầm chủ. Kết cấu nhịp có mặt cầu
kim loại thờng cấu tạo dới hình thức tiết diện hình hộp kín hoặc các dầm I nhng ít
dùng.

Hình 3.44: Tiết diện ngang có bản trực giao

Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 81 -


Gi¸o tr×nh: ThiÕt kÕ cÇu thÐp

Biªn so¹n: Ngun V¨n Mü

CÊu t¹o mỈt cÇu kim lo¹i bao gåm tÊm thÐp n»m ngang ch¹y st chiỊu réng cÇu,
phÝa d−íi tÊm thÐp nμy ®−ỵc hμn t¨ng c−êng c¸c s−ên däc, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c s−ên
däc 25-30cm cã c¸c mỈt c¾t ngang lμ thÐp d¶i cã hc kh«ng cã gia c−êng biªn d−íi
hc lμ mỈt c¾t kÝn (mỈt c¾t kÝn cã −u ®iĨm Ýt tèn ®−êng hμn h¬n, ỉn ®Þnh vμ chÞu xo¾n
tèt h¬n. C¸c s−ên däc trun lùc lªn c¸c s−ên ngang kho¶ng c¸ch 2-4m. Nh− vËy mỈt
cÇu kim lo¹i gåm tÊm thÐp n»m ngang víi c¸c s−ên däc vμ s−ên ngang cïng trong mỈt
ph¼ng, cã ®é cøng kh¸c nhau theo 2 h−íng t−¬ng hç th¼ng gãc víi nhau nªn ®−ỵc gäi lμ
b¶n trùc h−íng.
Nhê b¶n trùc giao nμy nèi liỊn c¸c dÇm chđ l¹i víi nhau do ®ã kh«ng cÇn ph¶i
cÊu t¹o hƯ thèng liªn kÕt däc trªn. Lo¹i kÕt cÊu nhÞp cã b¶n trùc giao rÊt kinh tÕ vỊ
ph−¬ng diƯn sư dơng vËt liƯu.
CÇn chó ý r»ng c¸c s−ên däc thc thμnh phÇn tiÕt diƯn tÝnh to¸n vμ tham gia
chÞu lùc cïng víi kÕt cÊu nhÞp, v× thÕ ph¶i ®¶m b¶o chóng cã kh¶ n¨ng chÞu ®−ỵc øng
st ph¸p. Nh− vËy t¹i nh÷ng chç giao nhau víi c¸c s−ên ngang, c¸c s−ên däc ph¶i ®−ỵc
cÊu t¹o liªn tơc, cßn s−ên ngang ph¶i ®−ỵc kht lç ®Ĩ s−ên däc ®i qua. Lç kht nªn cã
h×nh d¹ng l−ỵn cong, ®Ỉc biƯt t¹i c¸c gãc ®Ĩ tr¸nh øng st tËp trung. Tuy nhiªn trong
nhiỊu tr−êng hỵp ®Ĩ ®¬n gi¶n cho c«ng viƯc chÕ t¹o, ng−êi ta còng gi¶i qut hμn ®Ýnh
®Çu c¸c s−ên däc vμo s−ên ngang. HiƯn nay ng−êi ta cã xu h−íng bá s−ên ngang v× thi
c«ng khã kh¨n. Khi thi c«ng ng−êi ta chÕ t¹o thμnh tõng khèi cã kÝch th−íc phï thc
vμo träng l−ỵng cÈu l¾p vμ vËn chun.
B¶n thÐp lμm mỈt cÇu th−êng cã chiỊu dμy δ = 10÷12mm, chiỊu cao s−ên lÊy tõ
⎛1 1 ⎞
⎜ ÷ ⎟ nhÞp cđa nã.
⎝ 8 10 ⎠

MỈt trªn b¶n trùc h−íng phđ 1 líp ¸o ®−êng b»ng bªt«ng asphalt hay 1 líp chÊt
dỴo ®Ĩ t¨ng ®é b¸m. Líp phđ cè g¾ng lμm sao cho máng nhÊt:
• NÕu dïng bªt«ng asphalt δ = 5÷6cm, lo¹i nμy träng l−ỵng 300÷350 kg/m2. Ta cã
thĨ hμn cèt thÐp φ5÷6 vμo b¶n thÐp ®Ĩ t¨ng lùc dÝnh cđa bªt«ng vμo b¶n mỈt cÇu,
®ång thêi ®Ĩ cho bªt«ng nhùa khái bÞ dån x« khi cã lùc tr−ỵt. Cèt thÐp cã thĨ hμn
thμnh l−íi hc l−ỵn sãng. §Ĩ chèng gØ, tr−íc khi tr¶i líp bªt«ng nhùa cÇn qt 1
líp nhùa máng dμy kho¶ng 1cm hc tr¸ng 1 líp kÏm hc ch×.
cốt thép

5-6cm
bản thép
Dạng lưới

Dạng sóng

H×nh 3.45: CÊu t¹o líp phđ mỈt cÇu
Ch−¬ng III: CÊu t¹o chung cđa cÇu thÐp

- 82 -


Giáo trình: Thiết kế cầu thép

Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ

Nếu dùng lớp phủ chất dẻo thì thờng dùng keo ebôsi v 1 số chất phụ gia khác
nh cao su. Lớp ny có chiều dy khoảng 1ữ2cm v trọng lợng 200ữ250 kg/m2.
Ngoi ra 1 số nớc dùng mặt cầu rỗng. Nó có u điểm l nhẹ, thoáng, không
phải quét tuyết, có độ bám tốt, thoát nớc nhanh. Loại ny có trọng lợng 130ữ150
kg/m2, tuy nhiên ngy nay ít dùng.

Hình 3.46: Cấu tạo mặt cầu rỗng

Đ3.4 hệ thống dầm mặt cầu
4.1-Các dạng chính của hệ dầm mặt cầu:
4.1.1-Nguyên lý chung:
Hệ thống dầm mặt cầu có nhiệm vụ đỡ hệ mặt cầu v các tải trọng trên nó, rồi
truyền các tải trọng đó xuống dầm chủ hoặc dn chủ. Nó gồm các bộ phận sau đây:
Dầm chủ, dn chủ:
Khi khoảng cách giữa các dầm chủ nhỏ, ta có thể đặt trực tiếp lên dầm chủ hoặc
trong cầu đờng sắt t vẹt đợc đặt trực tiếp lên dầm chủ. Khi đó không lm hệ
mặt cầu.

1,4 - 2,1(3)(m)

1,4 - 2,1(3)(m)

1,4 - 2,1(3)(m)

1,435

1,9-2,2

Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép

- 83 -


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×