Bài giảng Thiết kế cầu thép F2 - Chương 1: Những vấn đề chung

Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 3
Ch−ơng 1. những vấn đề chung 
1.1. khái quát 
1.1.1. Khái niệm kết cấu dμn 
 Dμn lμ một hệ kết cấu, trong đó, mỗi phần tử chính lμ một thanh, đ−ợc cấu tạo 
sao cho chịu lực dọc lμ chủ yếu 
 Kết cấu dμn bao giờ cũng đ−ợc gắn với một sơ đồ hỗn hợp nμo đó, sơ đồ thông 
th−ờng nhất lμ dạng: Dầm – Dμn. Dμn đ−ợc ứng dụng trong các sơ đồ kết cấu: Hệ 
dầm, Hệ khung, Hệ vòm, Hệ hỗn hợp 
 a) Dầm - dμn b) Khung - Dμn 
 Hình 1.1 Kết cấu dμn- a)Dầm-dμn; b) Khung-dμn 
Kết cấu nhịp dầm dạng dμn bằng thép đ−ợc gọi tắt lμ kết cấu nhịp dμn thép (dμn hoa) 
 /Khi tính toán thiết kế kết cấu BTCT, trong một số tr−ờng hợp có thể phân tích 
kết cấu bằng ph−ơng pháp “chống vμ giằng” (thanh nén vμ kéo ) hay còn gọi lμ lý 
thuyết dμn ảo/. 
1.1.2. Lịch sử phát triển 
1.1.3. Mối liên hệ giữa hai hình thức dầm vμ dμn. 
 Ta đã biết, với kết cấu dạng dầm, thì dạng chịu lực chủ yếu lμ chịu uốn. Qua một 
quá trình phát triển lâu dμi, con ng−ời đã tìm ra đ−ợc hình dạng thích hợp nhất cho 
dầm chịu uốn lμ dầm có mặt cắt ngang dạng chữ I hoặc dạng hình hộp. 
- Với mặt cắt dầm dạng chữ I, các cánh dầm đ−ợc coi lμ chịu toμn bộ mômen. 
Tuy nhiên, bản bụng khi tính toán vẫn đ−ợc xét chịu một phần mômen 
- Do phải đảm bảo ổn định chung của dầm vμ ổn định cục bộ của bản cánh chịu 
nén, tỷ lệ chiều cao vμ chiều dầy bản bụng phải đảm bảo ở một giá trị cho phép, 
khi chiều dμi nhịp lớn, dầm phải có chiều cao lớn, kéo theo chiều dầy bản bụng 
tăng theo. Khi đó, kết cấu dầm có những nh−ợc điểm sau: 
+ Không tận dụng hết vật liệu của bản bụng 
+ Tăng tĩnh tải cho kết cấu nhịp 
+ Tăng chi phí vật liệu, chi phí vận chuyển 
+ Tăng diện tích chắn gió (chịu tác động của lực gió lớn hơn) 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 4
+ Tăng thời gian thi công kết cấu nhịp. Dẫn đến tăng giá thμnh công trình 
 Với ph−ơng châm tối −u hoá kết cấu, ng−ời ta tìm cách giảm bớt một cách hợp 
lý vật liệu của bản bụng dầm, từ đó ta đ−ợc kết cấu dạng dμn. 
Kết luận: 
 Dμn lμ một dạng kết cấu dầm, đ−ợc thiết kế tính toán nh− dạng kết cấu dầm 
 Ph−ơng pháp kết cấu: Phân bố hiệu ứng tải, các ph−ơng pháp phân tích kết cấu 
1.1.4. Đặc điểm của kết cấu dμn 
- Dμn lμ một dầm chịu uốn, có những thớ chịu ứng suất kéo vμ những thớ chịu ứng 
suất nén, có những thớ không chịu ứng suât kéo cũng không chịu ứng suất nén. 
- Kết cấu dμn có thể dễ dμng thay đổi kích th−ớc chung, đặc biệt lμ chiều cao mμ 
không lμm tăng đáng kể trọng l−ợng bản thân kết cấu, dễ tạo độ cứng theo 
ph−ơng ngang. 
- Dễ dμng tiêu chuẩn hoá, môđun hoá. 
- V−ợt đ−ợc khẩu độ lớn hơn dầm 
1.1.5. −u, nh−ợc điểm vμ phạm vi áp dụng của kết cấu dμn 
1.1.5.1. −u điểm 
- Dμn lμ một hệ thanh, các thanh chỉ chịu lực dọc trục. Do đó, trong cầu nhịp lớn, 
cầu dμn tiết kiệm hơn cầu dầm. 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 5
- Khả năng chịu lực ngang cầu tốt hơn cầu dầm do diện tích chắn gió ngang cầu 
thực tế nhỏ hơn vμ khoảng cách tim hai dμn chủ lớn. 
- Cầu dμn có hình dáng đẹp, đảm bảo yêu cầu mỹ quan. 
1.1.5.2. Nh−ợc điểm 
- Cầu dμn có nhiều chi tiết, phải gia công chế tạo đảm bảo chính xác. 
- Kết cấu bằng thép nên dễ bị gỉ, an mòn, việc duy tu, bảo d−ỡng phải tiến hμnh 
th−ờng xuyên. 
- Vật liệu lμm bằng thép nên giá thμnh đắt hơn cầu dầm bêtông cốt thép. 
1.1.5.3. Phạm vi áp dụng 
 Kết cấu dμn th−ờng đ−ợc áp dụng cho các cầu có chiều dμi nhịp lớn hơn 80 m, 
các cầu có nhịp 40 – 50m th−ờng lμm dầm hợp lý hơn, các cầu có chiều dμi nhịp từ 
50m đến 80m phải so sánh về kinh tế vμ kỹ thuật để xác định dùng dμn hay dầm, 
phuơng án nμo hợp lý hơn. 
G
L
Gdầm
Gdμn
 LoThích hợp 
cho Dầm
Thích hợp 
cho Dμn
Go
* Khảo sát thực tế một số cầu dμn thép: Long Biên, Ch−ơng D−ơng, ThăngLong 
Về các mặt: Sơ đồ dμn chủ, Kết cáu các thanh, Kết cấu hệ mặt cầu, Kết cấu mặt 
cầu. 
* Sử dụng tμi liệu trên internet: Với cụm từ: “Truss Bridge” trên trang tìm kiếm: 
 Đặc biệt các trang Web có đuôi: . edu, .us,  
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 6
1.2. Cấu tạo chung kết cấu nhịp cầu dμn thép 
1.2.1. Các bộ phận chủ yếu của kết cấu nhịp cầu dμn thép 
I
II
IV
III
II
I
III
IV
1/2III-III
1/2II-II
Các mặt phẳng dμn chủ 
Hệ liên kết dọc của dμn chủ 
Hệ liên kết ngang 
Hệ dầm mặt cầu 
Hệ dầm mặt cầu đỡ phần console. 
Kết cấu mặt cầu 
Hệ thống lan can, gờ chắn vμ các thiết bị khác 
Gối cầu 
1.2.2. Chức năng vμ đặc điểm lμm việc của các bộ phận 
1. Bản mặt cầu 
- Chịu tác dụng trực tiếp tải trọng từ các bánh xe, bản mặt cầu đ−ợc thiết kế chịu 
lực nh− các bản mặt cầu trong các loại cầu khác. 
- Yêu cầu đối với mặt cầu: Phẳng, nhẳn, có độ dính bám tốt, đảm bảo về độ cứng, 
chống đ−ợc độ võng cục bộ. 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 7
- đặc điểm chịu lực: Bản mặt cầu chịu lực chung vμ chịu lực cục bộ, khi lμm việc 
cục bộ nh− một bản kê trên hai cạnh hoặc bốn cạnh hoặc bản hẫng. 
2. Hệ dầm mặt cầu 
- Đỡ bản mặt cầu vμ tiếp nhận tải trọng từ bản mặt cầu truyền xuống. Dầm ngang 
đặt vuông góc với h−ớng xe chạy. Dầm ngang vμ hệ liên kết tạo độ cứng ngang 
cho các dμn, lμm gối đỡ cho các dầm dọc vμ phân bố hoạt tải lên các dầm. Dầm 
dọc đặt song song với h−ớng xe chạy vμ đ−ợc kê trực tiếp trên các dầm ngang. 
- Các dầm thuộc hệ dầm mặt cầu lμm việc chịu uốn. Trong cầu dμn chạy trên, dầm 
ngang lμm việc nh− một dầm giản đơn kê trên hai gối tựa có khẩu độ lμm việc lμ 
khoảng cách giữa hai dμn chủ. Dầm dọc lμm việc nh− một dầm liên tục có nhịp 
tính toán lμ khoảng cách giữa các dầm ngang. Hệ dầm mặt cầu nhất thiết phải có 
trong kết cấu nhịp dμn chạy d−ới. 
3. Các hệ liên kết 
- Hệ liên kết gồm có hệ liên kết dọc vμ hệ liên kết ngang. Liên kết dọc th−ờng 
nằm trong mặt phẳng của các thanh biên trên vμ d−ới. Liên kết ngang th−ờng lμ 
một khung cứng đặt giữa hai dμn, tại vị trí nút. 
- Hệ liên kết dọc vμ ngang có chức năng liên kết các mặt phẳng dμn chủ thμnh 
một hệ thống không gian thống nhất, đủ ổn định, đủ độ cứng để tiếp nhận tải 
trọng theo mọi h−ớng vμ đảm bảo các yêu cầu theo các trạng thái giới hạn về: 
cuờng độ, độ võng, dao động. 
- Liên kết cổng cầu lμ liên kết ngang đặt tại mặt phẳng của các thanh đầu dμn để 
chịu phản lực từ hệ liên kết dọc trên vμ truyền tải trọng xuống gối cầu vμ mố 
trụ. 
4. Các mặt phẳng dμn chủ 
- Các mặt phẳng dμn chủ lμ kết cấu chịu lực chủ yếu của kết cấu nhịp, có vai trò 
giống nh− dầm chủ của kết cấu nhịp dầm. 
- Mặt phẳng dμn chủ đ−ợc cấu tạo từ các phần tử lμ các thanh chịu lực dọc lμ chủ 
yếu vμ chịu lực kết hợp nếu xét đến lực gió, trọng l−ợng bản thân, lực ly tâm. 
5. Gối cầu 
- Gối cầu có chức năng tiếp nhận tải trọng từ kết cấu nhịp phía trên vμ truyền 
xuống mố, trụ. Gối cầu phải cấu tạo sao cho đảm bảo truyền phản lực gối vμ 
đảm bảo chuyển vị cần thiết của kết cầu nhịp theo các ph−ơng. 
- Gối cầu có các thớt gối vμ bản gối lμm việc chịu uốn, thớt gối vμ con lăn chịu lực 
ép trục. 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 8
1.3. Phân loại các sơ đồ dμn chủ 
1.3.1. Phân loại theo sơ đồ hình học 
1. Các sơ đồ dμn theo dạng thanh biên 
Dμn có thanh biên song song: Suốt chiều dμi dμn, chiều cao lμm việc của dμn lμ 
hằng số. 
 −u điểm của dμn có thanh biên song song lμ cấu tạo đơn giản, phù hợp với việc 
môđun hoá, tiêu chuẩn hoá. Dễ chế tạo hμng loạt các bộ phận. Tuy nhiên, khi chiều 
cao lμm việc không đổi, mμ nội lực thanh biên lớn hơn nhiều so với nội lực trong 
thanh biên khác, do đó các thanh phải chế tạo ứng với thanh có nội lực lớn nhất, dẫn 
đến sự phân bố ứng lực trong thanh biên không đều, lãng phí vật liệu. 
- Dμn có thanh biên đa giác: Chiều cao lμm việc của dμn thay đổi theo chiều dμi 
nhịp. 
 Dμn có thanh biên đa giác có sự phân bố ứng lực t−ơng đối đồng đều, do đó phát 
huy hết đ−ợc hiệu quả củc vật liệu. Nh−ng loại dμn nμy có cấu tạo phức tạp, không 
sản xuất đ−ợc hμng loạt. Tốn nhiều thời gian vμ chi phí cho việc sản xuất kết cấu 
nhịp. 
 Hiện nay, các cầu dμn th−ờng có sơ đồ dμn có thanh biên song song. 
2. Các sơ đồ dμn theo hệ thanh bụng 
Theo hệ thanh bụng gồm có: 
- Dμn có ít thanh bụng 
- Dμn có nhiều thanh bụng 
1.3.2. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học 
1. Theo sơ đồ hoạt tải tĩnh học 
- Dμn giản đơn 
- Dμn liên tục 
- Dμn hẫng có nhịp đeo 
2. Theo vị trí mặt xe chạy 
- Dμn chạy trên 
- Dμn chạy giữa 
- Dμn chạy d−ới 
Thanh đứng 
Thanh treo Mạ hạ
Mạ thuợng
Cổng cầu 
Thanh xiên 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 9
3. Dạng dμn có thanh biên cứng 
- Thực chất lμ dạng kết cấu liên hợp giữa dầm vμ dμn. 
- Đặc điểm: các dầm ngang đ−ợc đặt cả ở ngoμi vị trí tiết điểm, thanh biên vừa 
chịu lực dọc vùa chịu uốn. 
Chạy trên Chạy duới Chạy giữa
Dμn có thanh biên cứng 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 10
1.4. vấn đề tiêu chuẩn hoá trong việc thiết kế vμ chế tạo kết cấu 
nhịp dμn 
 Trong một số cầu đ−ờng ôtô vμ đa số các cầu đ−ờng sắt đều sử dụng kết cấu nhịp 
dμn, Với một số l−ợng cầu dμn lớn nh− vậy, yêu cầu phải tiêu chuẩn hoá, định hình 
hoá đ−ợc đặt ra nh− một yêu cầu cấp thiết. 
 Việc tiêu chuẩn hoá, định hình hoá có tác dụng tăng năng suất chế tạo, tăng chất 
l−ợng sản phẩm, công nghệ chế tạo các sản phẩm đ−ợc sử dụng nhiều lần lμm giảm 
giá thμnh sản phẩm. 
 Các thông số có thể tiêu chuẩn hoá: 
- Chiều dμi khoang dμn: d 
- Chiều cao dμn: h 
- Khoảng cách giữa hai dμn chủ: B 
- Mặt cắt các thanh dμn 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 11
Ch−ơng 2. cấu tạo kết cấu nhịp dμn thép 
2.1. Mặt cầu 
 Mặt cầu đ−ợc cấu tạo phù hợp với mục đích sử dụng của cầu, gồm có: Mặt cầu 
đ−ờng sắt, mặt cầu đ−ờng đi chung vμ mặt cầu đ−ờng ôtô 
- Mặt cầu đ−ờng sắt 
+ Mặt cầu trần: Tμ vẹt đ−ợc đặt trực tiếp trên dầm dọc 
+ Mặt cầu có ray đặt trực tiếp trên dầm dọc 
+ Mặt cầu có máng balat ( it dùng do tĩnh tải máng đá balat lớn ) 
- Mặt cầu đ−ờng đi chung 
Mặt cầu trong cầu đ−ờng đi chung th−ờng có dạng bản bêtông cốt thép 
- Mặt cầu đ−ờng ôtô 
 Trong cầu dμn, mặt cầu đ−ờng ôtô cũng có cấu tạo giống nh− trong kết cấu nhịp 
dầm 
+ Mặt cầu bản bêtông cốt thép, lớp phủ bằng bêtông ximăng hoặc bêtông 
atphan 
+ Mặt cầu có bản trực h−ớng 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 12
2.2. Hệ dầm mặt cầu 
 Hệ thống mạng dầm đỡ mật cầu gồm có các dầm dọc vμ dầm ngang 
2.2.1. Cấu tạo hệ dầm mặt cầu 
Dầm dọc
Dầm ngang 
2.2.2. Đặc điểm lμm việc 
- Dầm ngang vμ dầm dọc lμm việc nh− dầm chịu uốn. 
- Hệ dầm mặt cầu đ−ợc liên kết (kê) với các bộ phận khác của kết cấu nhịp dμn : 
Dầm dọc đ−ợc kê bởi dầm ngang, dầm ngang đ−ợc kê bởi dμn chủ. 
- Nếu xét trên một nhịp lμm việc có chiều dμi không lớn thì cấu tạo hệ mặt cầu 
th−ờng không đổi trên toμn bộ chiều dμi nhịp. 
2.2.3. Cấu tạo mặt cắt dầm mặt cầu 
2.2.3.1. Dạng mặt cắt 
 Các dầm mặt cầu lμ kết cấu chịu uốn nên mặt cắt hợp lý nhất lμ mặt cắt chữ I, 
gồm có: 
- Mặt cắt tổ hợp liên kết bằng đinh tán, có cánh hoặc không có cánh, loại nμy ít 
dùng vì lúc đó d−ới tác dụng của tải trọng, thép góc chịu mỏi lớn. 
- Mặt cắt tổ hợp bằng hμn 
- Mặt cắt từ những thép cán định hình, lμ loại có chất l−ợng tốt, nh−ng đắt vμ 
không phong phú. 
- Trong thực tế th−ờng dùng nhiều loại mặt cắt tổ hợp ghép nối, đặc biệt lμ loại 
mặt cắt tổ hợp hμn. 
2.2.3.2. Các kích th−ớc cơ bản của mặt cắt dầm 
2.2.3.3. Liên kết dọc, liên kết ngang trong hệ dầm mặt cầu 
 Trong cầu đ−ờng bộ, do khẩu độ lμm việc của dầm dọc vμ dầm ngang ngắn, nên 
thông th−ờng không bố trí hệ liên kết dọc, liên kết ngang cho dầm. 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 13
 Trong cầu đ−ờng sắt có hệ liên kết dọc vμ các hệ liên kết ngang nhằm đảm bảo 
độ cứng. 
2.2.3. Liên kết Dầm dọc  Dầm ngang 
b
a 
 Yêu cầu của liên kết: 
- Cấu tạo đơn giản, liên kết chắc chắn 
- Đảm bảo truyền lực trực tiếp, êm thuân, không gây lμm việc bất lợi cho dầm. 
- Thuận tiên cho thi công, lắp ráp. 
- Đảm bảo các yêu cầu khác nh−: Hình thức liên kết, không cản trở việc thi công 
các bộ phận khác  
 Liên kết dầm dọc- dầm ngang có hai hình thức: 
- Liên kết chồng: dầm dọc kê trực tiếp lên dầm ngang 
- Liên kết bằng: dầm dọc đặt ngang bằng ( cung mức ) với dầm ngang 
2.2.3.1. Liên kết chồng 
- Đặc điểm: 
 Dầm dọc đ−ợc kê trực tiếp lên dầm ngang 
- Nhận xét: 
Dầm ngang
Dầm DọcDμn chủ
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 14
 Liên kết chồng có cấu tạo đơn giản, đáp ứng tốt tất cả các yêu cầu đặt ra cho liên 
kết, chiều cao kiên trúc lớn. 
2.2.3.2. Liên kết bằng 
- Đặc điểm: 
 Cánh trên của dầm dọc đặt ngang bằng ( một cách t−ơng đối ) với dầm ngang. 
Dμn chủ
Dầm Dọc
Dầm ngang 
Bản cá Dầm DọcDầm Dọc
Dầm ngang
Thép góc liên kết
Vai kê
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 15
Trong nhiều tr−ờng hợp, để giảm chiều cao kiến trúc khi kê tμ vẹt cầu, dầm dọc 
đ−ợc đặt thấp hơn dầm ngang, liên kết có sử dụng vai kê. 
Vai kê
Dầm dọc
Ray
Dầm ngang
Tμ vẹt
Biện pháp lμm giảm chiều cao kiến trúc
Dầm dọc
Dầm ngang
Bản cá
- Nhận xét: 
 Liên kết bằng có −u điểm lμ dễ dμng hình thμnh đ−ợc hệ thống mạng dầm không 
gian, lμm tăng độ cứng không gian của kết, giảm chiều cao kiến trúc của cầu. Tuy 
nhiên, so với liên kết chồng thì liên kết bằng có cấu tạo phức tạp hơn. 
 Liên kết bằng lμ hình thức cầu tạo phổ biến nhất trong cầu dμn thép cũng nh− hệ 
thống mạng dầm. 
2.2.3.3. Dạng liên kết mới 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 16
Dầm ngang
Dầm dọc
 Biến liên kết dầm dọc vμ dầm ngang thμnh mối nối dầm dọc. 
- Nhận xét: 
 −u điểm: Có −u điểm khi chế tạo hμng loạt, mối nối cải thiên đ−ợc việc bố trí 
mặt cầu, bảo d−ỡng vμ chống đọng n−ớc tốt. 
2.2.4. Liên kết Dầm ngang  Dμn chủ 
 Liên kết dầm ngang – dμn chủ có hai hình thức: 
- Dầm ngang đặt khác mức với thanh biên dμn chủ. 
- Dầm ngang đặt cùng mức với thanh biên dμn chủ 
2.2.4.1. Dầm ngang đặt khác mức với thanh biên dμn chủ 
- 
2.2.4.2. Dầm ngang đặt cùng mức với thanh biên dμn chủ 
( Dạng liên kết trong kết cấu dμn mới, hiện đại ) 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 17
Dầm ngang
Dầm Dọc
Dμn chủ
Gờ tam giác
Thép góc LK DN với DC 
2.3. cấu tạo dμn chủ 
2.3.1. Khái niệm chung 
 Dμn chủ lμ kết cấu chịu lực chủ yếu của kết cấu nhịp 
 Kết cấu nhịp th−ờng gặp th−ờng có hai mặt phẳng dμn chủ. Nếu coi kết cấu nhịp 
lμ phẳng thì các dμn chủ đ−ợc bố trí trong mặt phẳng thẳng đứng. 
 Phạm vi nghiên cứu về dμn chủ gồm có cấu tạo các thanh dμn vμ liên kết các 
thanh để hình thμnh dμn chủ trong một mặt phẳng. 
2.3.2. Các kích th−ớc cơ bản của dμn chủ 
2.3.2.1. Các kích th−ớc cơ bản của dμn chủ: 
- Chiều cao: H 
- Chiều dμi khoang dμn : d , góc nghiêng : α 
- Chiều dμi dμn : L0 
- Chiều dμi dμn tính toán : L 
- Khoảng cách giữa hai dμn chủ: B 
B/2B/2
Lo
L
α
D
d
2.3.2.2. Cách lực chọn các kích th−ớc cơ bản 
1. Chiều cao dμn chủ: H 
 Chiều cao dμn chủ có vai trò giống chiều cao của dầm chủ trong cầu ...  ứng suất trong bản cá: 
 σ = δ.b
S
gy
≤ R0 
 Trong đó: 
- bgy : Chiều rộng giảm yếu của bản cá 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 39
- R0 : C−ờng độ chịu kéo của bản cá 
Số đinh (hay bulông) liên kết bản cá vμo dầm dọc 
 n1 = Fgy.μ.
2m
1
 Trong đó: 
- Fgy = bgy.δ : Diện tích bản cá bị giảm yếu do đinh 
- μ : Số đinh trên 1cm2 diện tích bản cá (tra bảng) 
- m2 : Hệ số điều kiện lμm việc 
Số đinh (bulông) liên kết s−ờn dầm dọc với thép góc 
 n2 ≥ 
20
g
m
1.
2
.
R
Q μ
Số bulông liên kết thép góc liên kết vμo dầm ngang 
 n3 = 2n2 + n1 
Nếu lμ liên kết đinh tán: 
 n3 ≥ 
2
c1
0 m
1
..
R
Q μ 
 n3 ≥ 
2
em
0 m
1
..
R
Q μ 
2. Tr−ờng hợp liên kết bằng dầm dọc thấp hơn dầm ngang 
Vai kê
Thép góc liên kết
Dầm ngang
Dầm Dọc Bản cá
Qg
Mg
a. Tính bản cá 
 Bản cá đ−ợc tính nh− tr−ờng hợp dầm dọc bằng dầm ngang 
b. Tính vai kê 
Với tr−ờng hợp liên kết đinh tán hoặc bulông 
9 Số bulông đứng liên kết vai kê vμ cánh d−ới dầm dọc lấy bằng liên kết bản cá 
với dầm dọc. 
9 Bản thân liên kết vai kê đ−ợc tính nh− consol chịu lực 
Lực tác dụng gồm : 
- Phản lực từ dầm dọc đè lên vai kê Ak 
- Lực dọc S 
 Ak = g
k Q.
n
n
n3 = max 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 40
 Sk = δ+h
Mg 
 Trong đó: 
+ nk : Số đinh liên kết giữa vai kê vμ thép góc liên kết 
Mômen tác dụng lên đinh: 
 Mk = Ak.dAk – Sk.dSk 
 Trong đó: 
+ dAk : Khoảng cách từ trọng tâm của đám đinh liên kết bản cánh vμ vai 
kê đến trọng tâm đám đinh liên kết vai kê vμ bản bụng 
+ dsk: Khoảng cách từ điểm tác dụng lực Sk đến trọng tâm đám liên kết 
vai kê vμ bản bụng. 
Đinh chịu lực lớn nhất lμ đinh xa trọng tâm nhất 
zMk
A
Ak
S
 Lực cắt tác dụng lên đinh xa nhất: 
 Nmax = 
2
2
i
max
k
k
k
2
k
k
e
e
.M
n
S
n
A
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
∑ 
 Trong đó: 
+ ei : Khoảng cách giữa các cặp đinh đối xứng qua trọng tâm đám liên 
kết vai kê 
Điều kiện để liên kết lμm việc bình th−ờng: 
 Nmax ≤ [Sđ] 
+ [Sđ] lμ khả năng chịu cắt của đinh (bulông) 
3.5.2. Liên kết dầm ngang – dμn chủ 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 41
n2
n1
Q
 Các tr−ờng hợp liên kết dầm ngang – dμn chủ bị phá hoại: 
- Cắt đứt liên kết thép góc liên kết vμ bản tiếp điểm (cắt đứt n2 do n2 yếu) 
- Cắt đứt liên kết giữa thép góc liên kết vμ bản bụng dầm ngang (cắt đứt n1) 
a. Tính các liên kết 
 Nếu liên kết lμ bulông: 
 Số đinh liên kết thép góc với dầm ngang: n1 
 n1 = 
20 m
1
.
2
.
R
Q μ
 Số đinh liên kết thép góc với bản tiếp điểm 
 n2 = 
20 m
1
..
R
Q μ 
 Nếu liên kết lμ đinh tán: 
 n1= 
20 m
1
..
R
Q μ 
 n2= 
2
c1
0
2
m
1
..
R
Q μ 
 Kiểm tra nội lực đinh xa nhất: 
 Nmax = 
n
Q
 ≤ [Sđ] 
b. Tính gờ tam giác 
 Gờ tam giác đ−ợc tính t−ơng tự nh− tính vai kê trong liên kết dầm dọc - dầm 
ngang. 
3.5.1.1. Theo 22TCN 272 01 
 Việc tính toán, thiết kế các liên kết dầm dọc – dầm ngang vμ dầm ngang – dμn 
chủ trong tiêu chuẩn 22TCN272-01 đ−ợc tiến hμnh t−ơng tự nh− trong tiêu chuẩn 
22TCN 18-79. 
3.6. tính toán thiết kế dμn chủ 
3.6.1. Xây dựng mô hình tính 
 Dμn chủ lμ một kết cấu không gian, ta có thể tính mô hình không gian bằng các 
phần mềm phân tích. Việc tính toán nh− vậy cho kết quả chính xác hơn nh−ng rất 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 42
phức tạp. Thông th−ờng, để đơn giản, ng−ời ta đ−a về mô hình dμn phẳng chịu tác 
động của tải trọng. Nội lực của các bộ phận trong dμn lμ tổng hợp nội lực từ các bμi 
toán mμ bộ phận đó tham gia. 
T1 T2 T3
H1 H2 H3 H4H0
H
d
24d/5H
3d/H
DAH S
H2-H3
3.6.2. Nội lực trong dμn chủ do tải trọng thẳng đứng 
1. Sơ đồ tính 
- Sử dụng hệ số phân bố ngang để đ−a bμi toán không gian thμnh mặt phăng đơn 
dμn chủ. 
- Sơ đồ tính có thể lμ dạng dμn liên kết chốt hoặc không chốt. Thực tế tại các tiết 
điểm lμ liên kết cứng, nh−ng mômen ở đó rất nhỏ nên ta bỏ qua. 
- Dμn đ−ợc tính theo mô hình dμn phẳng, sơ đồ tĩnh học lμ giản đơn, liên tục hoặc 
hẫng 
2. Tải trọng thẳng đứng 
 Tĩnh tải 
+ Trọng l−ợng bản thân của kết cấu dμn. 
+ Trọng l−ợng của hệ dầm mặt cầu, bản mặt cầu, lớp phủ,lề ng−ời đi, lan can, 
thiết bị khai thác nh−: điện, ống n−ớc 
 Hoạt tải 
Đối với đ−ờng bộ 
+ Theo 22TCN 18 – 79 : Đoμn tải trọng H30, H13 hoặc XB80, XB60 + 
Ng−ời 
+ Theo 22TCN 272 – 01: HL 93 + Ng−ời 
Đ−ờng sắt : Hoạt tải tμu 
3. Ph−ơng pháp tính 
 Ph−ơng pháp hay dùng lμ sử dụng các đ−ờng ảnh h−ởng. Tính nộ lực các thanh 
dμn theo các b−ớc: 
- Xây dựng đ−ờng ảnh h−ởng nội lực của các thanh. 
- Xếp tải, tính toán từng hiệu ứng riêng biệt của từng loại tải trọng. 
- Tổng hợp, nhân các hệ số tải trọng heo từng tổ hợp t−ơng ứng với từng loại tải 
trọng. Từ đó xác định đ−ợc giá trị thiết kế 
 Sử dụng ph−ơng pháp tính thông th−ờng của cơ học kết cấu. 
 Sử dụng phần mềm. 
 Nội lực do tĩnh tải: 
 Nt tt = Ω Σnt.qt 
 Nội lực do hoạt tải: 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 43
 Nh tt = nh.(1 + μ).η.Ω.qtđ 
 Trong đó: 
+ Nt, nh : Hệ số v−ợt tải cảu tĩnh tải, hoạt tải 
+ qt : Tĩnh tải rải đều 
+ qtđ: Hoạt tải rải đều t−ơng đ−ơng 
+ (1 + μ): Hệ số xung kích của hoạt tải 
+ Ω: Diện tích đ−ờng ảnh h−ởng chất tải 
+ η: Hệ số phân bố ngang của hoạt tải đối với bộ phận đang tính 
+ 
- 5@1,5m
Z Z Z Z Z
0,36Z (Tm)
- 
3.6.3. Nội lực trong dμn chủ do các tác động khác 
 Ngoμi lực tác dụng thẳng đứng, các thanh dμn chủ còn chịu tác động do lực 
ngang vμ các tác động khác, trong đó, tác động quan trọng nhất lμ tác động của lực 
gió. 
1. Sơ đồ tính. 
 Thanh biên dμn chủ lμ cũng chính lμ thanh biên của hệ liên kết dọc trên vμ dọc 
d−ới. D−ới tác dụng của các lực ngang, hệ liên kết dọc lμ một kết cấu nhịp dμn chịu 
lực thẳng đứng. Do đó, thanh biên dμn chủ đ−ợc tính nh− thanh biên của kết cấu dμn 
hệ liên kết. 
 Sơ đồ tính của hệ liên kết dọc lμ dμn trên các gối đμn hồi đặt tại các nút của dμn 
chủ. Tuy nhiên, hệ liên kết ngang cổng cầu có độ cứng lớn hơn rất nhiều so với các 
liên kết ngang khác, do đó, có thể tính hệ liên kết giống nh− hệ dμn kê trên hai gối 
cứng lμ hai liên kết ngang cổng cầu. 
1/2II-II
1/2III-III
IV
III
I
II
III
IV
I-I
II
I
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 44
qw
Lt
Sơ đồ tính 
Rw Rw
3.6.4 Lựa chọn vμ tính duyệt các thanh của kết cấu nhịp dμn 
T4
d
H
H0 H4H3H2H1
T3T2T1
H'1H'2H'3 H'0
T'1T'2T'3
3.6.3.1. Lựa chọn mặt cắt 
 Việc lực chọn mặt cắt phải thoả mãn các yêu cầu sau: 
- Thoả mãn điều kiện chịu lực: [Tác động] ≤ [Sức kháng của vật liệu]. Thông 
th−ờng, từ điều kiện trên để xác định đặc tr−ng cần thiết hình học của mặt cắt. 
- Yêu cầu về cấu tạo. 
- Yêu cầu nhất quán về mặt tổng thể. 
- Yêu cầu về kinh tế. 
 Từ thiết kế sơ bộ vμ các điều kiện trên để đ−a ra dạng mặt cắt cuối cùng. 
3.6.3.2. Tính duyệt thanh 
 Các thanh dμn chủ lμm việc d−ới dạng: 
- Chịu kéo: Thanh biên d−ới d−ới tác dụng của tải trọng thẳng đứng 
- Chịu nén: Thanh biên trên, thanh xiên cổng cầu d−ới tác động của tải trọng 
thẳng đứng. 
- Chịu kéo vμ nén: Các thanh xiên phía trong dμn 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 45
- Chịu kéo, uốn kết hợp: 
+ Kéo vμ uốn kết hợp: Thanh biên d−ới, nếu có xét đến tải trọng gió hoặc tải 
trọng bản thân. 
+ Nén vμ uốn kết hợp: Thanh biên trên, thanh xiên cổng cấu khi xét đến lực 
gió, trọng l−ợng bản thân. 
1. Tính duyệt theo 22TCN 18 – 79 
a. Thanh chịu kéo: 
α. Điều kiện bền: 
 σmax = 
th
max
F
N ≤ R0 
β. Điều kiện bền mỏi 
 σmax = 
th
max
'
F
N ≤ γ.R0 
 Trong đó: 
+ Nmax: Lực kéo lớn nhất trong thanh 
+ Fth: Diện tích tiết diện giảm yếu của thanh (Tiết diện thực) 
+ R0: C−ờng độ tính toán của vật liệu khi chịu lực dọc trục 
+ γ: Hệ số triết giảm c−ờng độ do mỏi 
Giới hạn mỏi
So
No
Tổng chu trình ứng suất
N
S
ứng suất
Ni
Si
Đuờng cong mỏi
b. Thanh chịu nén 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 46
b
t
Tc
b
t
t
k = 0,75
k = 0,56
k = 1,4
t
b
t
b
 α. Điều kiện ổn định 
 σ = 
ng
max
F.
N
ϕ ≤ R0 
 Trong đó: 
+ Fng : Diện tích tiết diện nguyên của mật cắt 
+ ϕ : Hệ số uốn dọc, phụ thuộc vμo độ mảnh λ của thanh 
 Đối với thanh một nhánh : 
 λ = 
r
l0 
 r = 
F
J
: lμ mômen quán tính nhỏ nhất của mặt cắt 
 l0: Chiều dμi tự do trong mặt phẳng tính độ mảnh 
 Đối với thanh gồm hai nhánh: 
 2 nhánh
2 λ+λ=λ 
β. Điều kiện bền: 
 σmax = 
th
max
F
N ≤ R0 
γ. Điều kiện bền mỏi 
 σmax = 
th
max
'
F
N ≤ γ.R0 
c. Thanh chịu kéo (nén), uốn kết hợp 
N
N
MM
Thanh chịu lực kết hợp
- Chịu kéo + Chịu uốn
- Chịu nén + Chịu uốn 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 47
α. Điều kiện độ bền: 
 σ = ≤±
th
tt
th
tt
W
M
F
N
 R 
β. Điều kiện bền mỏi 
 σ = ≤±
th
'
th
'
W
M
F
N
 γ.R 
γ. Điều kiện ổn định 
 Điều kiện ổn định chỉ kiểm tra với thanh chịu nén uốn đồng thời. Hệ số uốn dọc 
ϕ trong tr−ờng hợp nμy phụ thuộc vμo độ mảnh λ vμ độ lệch tâm t−ơng đối. 
2. Tính duyệt theo 22TCN 272 – 01 
a. Thanh chịu kéo thuần tuý 
ứng xử của kết cấu: 
 Thanh chịu kéo bị phá hoại khi xảy ra một trong hai tr−ờng hợp: 
- Mặt cắt thực bị kéo đứt 
- Mặt cắt nguyên bị chảy dẻo 
Sức kháng kéo của mặt cắt Pr chọn giá trị nhỏ hơn trong hai tr−ờng hợp sau: 
Pr = ϕyPny = ϕuFyAg 
Pr = ϕuPnu = ϕuFuAnU 
 Trong đó: 
+ Pny : Sức kháng kéo danh định khi chảy dẻo của tiết diện nguyên (kN) 
+ Fy : C−ờng độ chảy dẻo nhỏ nhất cảu vật liệu (Mpa) 
+ Ag : Diện tích tiết diện nguyên của thanh 
+ Pnu : Sức kháng kéo danh định khi đứt gãy của tiết diện thực 
+ Fu : C−ờng độ chịu kéo (Mpa) 
+ An : Diện tích mặt cắt thực 
+ U : Hệ số triết giảm xét tới sự truyền lực trong thanh 
+ ϕy : Hệ số sức kháng chảy trong thanh chịu kéo = 0.95 
+ ϕu : Hệ số sức kháng đứt gãy cho thanh chịu kéo = 0.80 
b. Đối với thanh chịu nén thuần tuý 
ứng xử của kết cấu: 
 Mặt cắt thanh bị phá hoại khi: 
- Có sự chảy dẻo trên toμn bộ mặt cắt 
 Điều kiện đảm bảo có sự chảy dẻo trên toμn bộ mặt cắt : 
yF
E
.k
t
b ≤ 
 Trong đó: 
+ k: Hệ số mất ổn định của tấm, phụ thuộc số cạnh đ−ợc đỡ trong mặt 
cắt thanh 
+ b: Chiều rộng tấm (mm) 
+ t: Chiều dμy tấm (mm) 
b. Sức kháng nén của mặt cắt 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 48
 Nếu: λ ≤ 2.25 thì Pn = 0.66λFyAg 
 Nếu : λ > 2.25 thì Pn = λ
gyAF88.0 
 Với: 
 λ = 
E
F
r
Kl y
2
s
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
π 
 Trong đó: 
+ Ag : Diện tích tiết diện nguyên của mặt cắt thanh (mm2) 
+ Fy : C−ờng độ chảy dẻo nhỏ nhất (Mpa) 
+ E : Môđun đμn hồi (Mpa) 
+ K : Hệ số chiều dμi tự do 
+ l : Chiều dμi không có liên kết (mm) 
+ Rs : Bán kính quán tính đối với trục mất ổn định (mm) 
c. Thanh chịu kéo vμ uốn kết hợp 
Thanh chịu kéo vμ uốn phải thoả mãn các ph−ơng trình sau: 
 Nếu 2.0
P
P
r
u < thì 0.1
M
M
M
M
P0.2
P
ry
uy
rx
ux
r
u ≤⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++ 
 Nếu 2.0
P
P
r
u ≥ thì 0.1
M
M
M
M
0.9
0.8
P
P
ry
uy
rx
ux
r
u ≤⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++ 
 Trong đó: 
+ Pr : Sức kháng kéo tính toán của mặt cắt thanh (kN) 
+ Mrx , Mry : Sức kháng uốn tính toán đối với trục x vμ y (kN.m) 
+ Mux , Muy : mômen tính toán đối với trục x vμ y do tải trọng (kN.m) 
+ Pu : Lực dọc trục tính toán do tải trọng (kN) 
d. Thanh chịu nén vμ uốn 
Đối với các thanh chịu nén vμ uốn đồng thời phải thoả mãn các ph−ơng trình sau: 
 Nếu 2.0
P
P
r
u < thì 0.1
M
M
M
M
P0.2
P
ry
uy
rx
ux
r
u ≤⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++ 
 Nếu 2.0
P
P
r
u ≥ thì 0.1
M
M
M
M
0.9
0.8
P
P
ry
uy
rx
ux
r
u ≤⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++ 
 Trong đó: 
+ Pr : Sức kháng nén tính toán của mặt cắt thanh (kN) 
+ Mrx , Mry : Sức kháng uốn tính toán đối với trục x vμ y (kN.m) 
+ Mux , Muy : mômen tính toán đối với trục x vμ y do tải trọng (kN.m) 
+ Pu : Lực dọc trục tính toán do tải trọng (kN) 
3.6.4. Tính duyệt liên kết các thanh tại tiết điểm 
 Liên kết các thanh tại bản tiết điểm có khả năng bị phá hoại theo một trong 
các tr−ờng hợp: 
- Đám liên kết bị phá hoại do số liên kết không đủ 
- Do bản tiết điểm bị xé rách 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 49
b bb
b b
e
f
a
d
b
c
f1
f2
f3
f4
f5
Pu
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 50
3.6. tính toán Thiết kế các hệ liên kết 
3.6.1. Hệ liên kết dọc 
3.6.1.1. Sơ đồ kết cấu 
qw
(t)
(t)
wq
123 
Lt (Ld)
wq
 Liên kết dọc đ−ợc tính toán lμ dμn phẳng kê trên hai gối cứng ( các gối khác lμ 
gối đμn hồi có độ cứng nhỏ nên ta bỏ qua) lμ hai khung cổng cầu, có khẩu độ lμm 
việc bằng khoảng cách giữa hai liên kết cổng cầu. 
3.6.1.2. Tải trọng tác dụng 
Hệ liên kết dọc chịu tác dụng của các lực ngang: 
- Lực gió ngang tác dụng vμo toμn bộ kết cấu nhịp 
- Lực gió ngang tác dụng vμo hệ thống lan can vμ mặt cầu 
- Lực lắc ngang hoặc lực ly tâm 
1. Tính lực gió: 
Theo 22TCN 18 – 79 
áp lực gió: 
 Khi trên cầu không có xe, c−ờng độ áp lực gió : w = 180 kg/m2 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 51
 Khi trên cầu có xe : w = 50 kg/m2 
Theo 22TCN 272 – 01 
 Đối với cầu đ−ờng ôtô, tải trọng gió ngang tác dụng lên công trình đ−ợc tính 
theo công thức: 
 PD = 0.0006V
2AtCd ≥ 1.8At (kN) 
 Trong đó: 
+ V : Vận tốc gió xác định theo vùng gió 
+ A : Diện tích kết cấu hứng gió (m2) 
+ Cd : Hệ số cản gió. 
 Khi tính với tổ hợp tải trọng c−ờng độ III phải tính tải trọng gió tác dụng vμo cả 
kết cấu vμ hoạt tải. Tải trọng của gió tác dụng lên hoạt tải lμ tải trọng phân bố đều 
c−ờng độ 1.5 kN/m tác dụng theo h−ớng nằm ngang vμ đặt ở cao độ 1800mm tính 
từ mặt đ−ờng xe chạy. 
2. Vấn đề phân phối tải trọng gió cho hai hệ liên kết: 
 Trong kết cấu nhịp dμn, diện tích chắn gió thực của các bộ phận đ−ợc tính thông 
qua diện tích đ−ờng viền bao quanh kết cấu vμ có xét đến hệ số chắn gió: 
+ Đối với kết cấu nhịp: Hệ số chắn gió k1 = 0.4 
+ Hệ thống lan can: k1 = 0.3 ữ 0.8 
+ Hệ mặt cầu, đoμn tμu: k1 = 1.0 
 Việc phân phối tải trọng gió cho hai hệ liên kết đ−ợc tính nh− sau: 
+ Lực gió tác dụng vμo dμn chủ: 
Hệ số phân phối cho hệ liên kết dọc trên: k2 = 0.6 
+ Hệ liên kết dọc d−ới: k2 = 0.6 
+ Lực gió tác dụng vμo lan can, hệ mặt cầu: Hệ liên kết dọc cùng mức : k2 = 0.8 
Hệ liên kết khác mức : k2 = 0.4 
+ Lực ly tâm, lực lắc ngang : Hệ liên kết dọc cùng mức : k2 = 0.8 
Hệ liên kết khác mức : k2 = 0.4 
qw
(t)
(t)
wq
Hệ LD dọc trên
Hệ LD dọc duới
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 52
3.6.1.3. Ph−ơng pháp phân tích 
w
Lt (Ld)
q
Lt (Ld)
w
Lt (Ld)
0,5q
Lt (Ld)
w
w0,5q
3.6.2. Hệ liên kết ngang cổng cầu 
Rw
Rw
B
H
Rw Rw
H
B
Thanh xiên 
đầu giμn
Thanh xiên 
đầu giμn
(b)
RwRw
(a) (b) 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 53
Rw Rw
(b)(a)
e
c
H H
e
Rw
0,5Rw 0,5Rw
0,5Rw0,5Rw
B 
3.7. Thiết kế tiết điểm 
3.7.1. Nguyên tắc thiết kế tiết điểm 
3.7.2. 
3.8. Thiết kế dμn hãm vμ một số bμi toán khác 
T/2
T/2
T/2 α
S2
T/2
T/2
T/2α
S1 
Bμi giảng Thiết kế cầu thép F2. PGS.TS.Trần đức nhiệm 
 54
Dμn biên cứng
X1 X2 X3
Chọn KCCB