Cấu tạo hệ liên kết và vai trò của chúng trong KCN cầu dầm thép. Tại sao một số cầu dầm thép liên hợp không sử dụng hệ liên kết dọc?

A. Vai trò của sườn tăng cường

Tăng độ cứng bản bụng.

Chống mất ổn định cục bộ bản bụng.

Chống mất ổn định tổng thể dầm.

Tạo vị trí liên kết dầm ngang.

Tạo vị trí liên kết hệ liên kết ngang và liên kết dọc cầu.

B. Đặc điểm cấu tạo

1. Cấu tạo chung

Các bộ phận:

1. Gối cầu và đá kê gối.
2. Bản bụng.
3. Bản bê tông mặt cầu.
4. Sườn tăng cường đứng tại gối.
5. Sườn tăng cường đứng trung gian.
6. Sườn tăng cường dọc.
7. Bản đệm (bản kê).

2. Quy định chung

Khi không có sườn tăng cường dọc phải bố trí sườn tăng cường đứng theo quy định.

Sườn tăng cường thường làm bằng:

Thép bản.

Thép góc.

Chiều dày tối thiểu:

t ≥ 6 mm.

Thực tế thường chọn:

t ≥ 12 mm.

3. Sườn tăng cường tại gối

Có chiều dày lớn hơn hoặc dạng sườn kép.

Có thể dùng thép góc.

Tiếp nhận phản lực gối.

Kéo dài hết chiều cao dầm.

Lắp khít với bản cánh.

4. Sườn tăng cường trung gian

Bố trí giữa các mặt cắt gối.

Không hàn trực tiếp vào bản cánh chịu kéo.

Phải thông qua bản đệm.

Kích thước bản đệm:

a = b = 30 ÷ 40 mm.

t = 16 ÷ 20 mm.

1. Sườn tăng cường dọc

Bố trí nhằm tăng ổn định cho bản bụng.

Được tính toán theo điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng.

Thường bố trí đối xứng hai bên sườn dầm.

A. Khái niệm chung về cầu thép

Cầu thép là cầu có kết cấu chịu lực chính được làm bằng thép, hợp kim thép hoặc thép liên hợp BTCT, trong đó vật liệu thép đóng vai trò chủ yếu.

B. Các sơ đồ cấu tạo kết cấu nhịp

1. Kết cấu nhịp cầu dầm

Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng thì gối cầu chỉ truyền áp lực thẳng đứng.

Kết cấu nhịp cầu dầm có thể là:

Cầu dầm giản đơn.

Cầu dầm giản đơn mút thừa.

Cầu dầm liên tục.

Do có cấu tạo đơn giản, dễ thi công nên KCN cầu dầm được dùng phổ biến nhất hiện nay.

Các loại kết cấu nhịp cầu dầm:

Cầu dầm đặc.

Cầu dầm liên hợp thép – BTCT.

2. Kết cấu nhịp cầu dàn

Kết cấu chịu lực chính của kết cấu nhịp cầu dàn là các mặt phẳng dàn, với các thanh dàn chỉ chịu lực dọc trục (kéo hoặc nén).

Chiều cao dàn lớn nên khả năng chịu lực và vượt nhịp của kết cấu nhịp cầu dàn lớn hơn so với kết cấu nhịp cầu dầm.

Nhược điểm chính của kết cấu nhịp cầu dàn là cấu tạo và thi công phức tạp.

Kết cấu nhịp cầu dàn thường được áp dụng cho các cầu chịu tải trọng lớn như cầu đường sắt.

3. Kết cấu nhịp cầu vòm

Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng thì gối cầu có cả phản lực thẳng đứng V và phản lực nằm ngang H nên người ta còn gọi vòm là dạng kết cấu có lực đẩy ngang.

Cầu vòm có khả năng chịu lực lớn nhất là dạng cầu dàn – vòm, tuy nhiên kết cấu này có cấu tạo rất phức tạp nên ít được áp dụng.

Kết cấu nhịp cầu vòm thường được áp dụng cho các cầu bắc qua khe sâu, thung lũng hoặc nơi yêu cầu tính thẩm mỹ cao.

4. Kết cấu nhịp cầu khung

Trụ và dầm được liên kết cứng với nhau để chịu lực.

Phản lực gối gồm:

Thành phần thẳng đứng V.

Thành phần nằm ngang H.

5. Kết cấu nhịp cầu treo

Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu (dầm hoặc dàn).

Trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ tổ hợp giữa dây và dầm (hoặc dàn).

Phân loại:

Cầu treo dây võng (cầu treo).

Cầu treo dây xiên (cầu dây văng).

Cầu treo dây xiên (cầu dây văng)

Là kết cấu dầm cứng tựa trên các gối cứng ở mố, trụ và trên các gối đàn hồi là dây văng.

Dây văng và dầm chủ tạo nên hệ bất biến hình nên độ cứng lớn hơn cầu treo.

Cầu treo dây võng (cầu treo)

Dây làm việc chủ yếu chịu kéo.

Tại vị trí neo cáp có lực nhổ rất lớn.

Phải bố trí hố neo lớn và phức tạp tại mố cầu.

C. Các sơ đồ tĩnh học

1. Sơ đồ giản đơn

Phân bố nội lực

Biểu đồ mômen chỉ có dấu (+).

Giá trị lớn nhất tại giữa nhịp.

Phân bố vật liệu

Vật liệu tập trung chủ yếu ở khu vực giữa nhịp.

Nội lực do tĩnh tải lớn.

Dự trữ khả năng chịu hoạt tải kém.

Khả năng vượt nhịp thấp.

Đặc điểm

Thường cấu tạo dầm có mặt cắt không đổi.

Các mặt cắt gần gối không phát huy hết khả năng làm việc.

Gây lãng phí vật liệu.

2. Sơ đồ giản đơn mút thừa

Phân bố nội lực

Xuất hiện mômen âm tại gối.

Xuất hiện mômen dương tại giữa nhịp.

Mômen nhỏ hơn cầu giản đơn cùng chiều dài nhịp.

Phân bố vật liệu

Vật liệu tập trung tại gối và giữa nhịp.

Hợp lý hơn cầu giản đơn.

Khả năng vượt nhịp tốt hơn.

Đặc điểm

Tiết kiệm vật liệu hơn cầu giản đơn.

Các mặt cắt giữa nhịp chịu mômen dương.

Các mặt cắt gối chịu mômen âm.

Nhược điểm

Đầu nhịp tiếp giáp nền đường chuyển vị liên tục theo phương đứng.

Nền đường đầu cầu nhanh hư hỏng.

Lực xung kích và tiếng ồn lớn.

Hiện nay ít được áp dụng.

3. Sơ đồ liên tục

Phân bố nội lực

Có mômen âm tại gối.

Có mômen dương tại giữa nhịp.

Mômen nhỏ hơn cầu giản đơn cùng chiều dài nhịp.

Phân bố vật liệu

Tập trung tại gối và giữa nhịp.

Hợp lý hơn cầu giản đơn.

Khả năng vượt nhịp tốt hơn.

Ưu điểm

Các mặt cắt phát huy khả năng làm việc tốt hơn.

Tiết kiệm vật liệu hơn cầu giản đơn.

Nhược điểm

Là hệ siêu tĩnh.

Nhạy cảm với lún gối và thay đổi nhiệt độ.

Phát sinh nội lực phụ.

Với bản mặt cầu BTCT, vùng mômen âm dễ nứt do bê tông chịu kéo.

Cần điều chỉnh nội lực để tạo nén trước trong bê tông.

D. Ưu điểm

Thép có khả năng chịu lực lớn.

Độ tin cậy cao.

Trọng lượng bản thân nhẹ hơn nhiều so với cầu bê tông.

Khả năng vượt nhịp lớn.

Dễ chế tạo, vận chuyển, lắp ráp.

Rút ngắn thời gian thi công.

Thuận lợi cho tiêu chuẩn hóa và định hình hóa.

Dễ kiểm tra, sửa chữa và tăng cường.

E. Nhược điểm

Dễ bị gỉ và ăn mòn trong môi trường tự nhiên.

Chi phí duy tu bảo dưỡng lớn.

Khả năng chịu lực giảm mạnh khi nhiệt độ vượt 500°C.

Nhiều chi tiết cấu tạo phức tạp phải chế tạo trong công xưởng.

F. Phạm vi áp dụng

Công trình cầu chịu tải trọng lớn.

Cầu đường sắt.

Cầu vượt nhịp lớn.

Cầu đường ô tô.

Cầu tạm yêu cầu thi công nhanh.

Cầu quân sự yêu cầu lắp ráp và tháo dỡ nhanh.

Công trình có yêu cầu thẩm mỹ cao.

G. Xu hướng phát triển hiện nay

1. Về vật liệu và dạng kết cấu nhịp

Sử dụng thép chất lượng cao để giảm chi phí sơn và bảo dưỡng.

Nghiên cứu các hệ liên hợp vượt nhịp lớn và có tính thẩm mỹ cao.

Sử dụng cầu dầm thép giản đơn hoặc liên tục có chiều cao không đổi thay thế dàn thép cổ điển.

Phổ biến kết cấu:

Dầm thép liên hợp bản BTCT.

Mặt cầu thép bản trực hướng.

Tiết diện hộp kín.

2. Về liên kết trong cầu thép

Liên kết đinh tán hầu như không còn sử dụng.

Phổ biến:

Liên kết hàn.

Liên kết bu lông cường độ cao.

Liên kết dán đang được nghiên cứu và áp dụng nhờ:

Không làm giảm tiết diện.

Bản nút đơn giản.

3. Về công nghệ thi công

Sử dụng thiết bị vận chuyển và lao lắp có năng lực lớn.

Áp dụng các công nghệ tiên tiến:

Đúc đẩy.

Đúc hẫng.

Lắp hẫng.

4. Tại Việt Nam

Đã và đang xây dựng nhiều cầu thép vượt nhịp lớn, tính thẩm mỹ cao.

Đặc biệt phát triển mạnh cầu dây văng như:

Cầu Mỹ Thuận

Cầu Cần Thơ

Cầu vượt Ngã Ba Huế