Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 56 - Bulông tinh chế. Bulông cờng độ cao. 8.2.1.1-Bulông thờng: Trong cầu thờng có d = 6ữ48mm, l đến 300mm. Đờng kính bulông thờng nhỏ hơn đờng kính lỗ từ 2ữ3mm nên khi liên kết gây biến hình lớn. Do vậy thờng không tính bulông chịu cắt m tính bulông chịu kéo. Loại ny ít dùng chỉ dùng trong công trình phụ tạm phục vụ thi công , 8.2.1.2-Bulông tinh chế: So với loại trên, loại ny chính xác hơn nhiều. Nó lm việc giống nh đinh tán tức l chịu cắt, uốn v ma sát. Loại ny gia công phải chính xác vì đờng kính lỗ chỉ lớn hơn đờng kính đinh từ 0.3ữ0.5mm, đối với cầu l 0.3mm. Đờng kính bulông d = 10ữ48mm, l = 40ữ200mm. Loại ny cũng rất ít dùng vì yêu cầu độ chính xác cao v khó thi công. 8.2.1.3-Bulông cờng độ cao: Bulông cờng độ cao l hình thức liên kết mới, tiên tiến. Nó có tất cả các u điểm của bulông khi lắp ráp v không kém gì liên kết đinh tán về phơng diện chất lợng lm việc trong quá trình sử dụng. Nó đợc chế tạo bằng thép cờng độ cao 10000ữ13000kg/cm 2 . Nguyên lý lm việc của liên kết bulông cờng độ cao l do lực xiết bulông tạo ra lực ép rất lớn gây ma sát lớn giữa các bản thép. Do vậy bản thép hon ton lm việc nhờ tác dụng của lực ma sát, còn bulông lm việc chịu kéo m không chịu cắt v ép mặt. Nh vậy ta thấy bản thép lm việc nh 1 khối hon chỉnh v đợc coi nh không có giảm yếu mặc dù có khoan tạo lỗ nên tiết kiệm thép hơn. Để tạo ra lực ma sát lớn, ta phải tạo mặt tiếp xúc có độ nhám. Có 3 phơng pháp gây nhám sau đây: Dùng súng phun cát: dùng khí ép để phun cát khô có kích thớc hạt 2ữ3mm với áp suất đầu súng 3.5ữ5kg/cm 2 . Phơng pháp khá tốt tạo ra hệ số ma sát f = 0.4 đối với thép than v f = 0.45 đối với thép hợp kim. Phơng pháp thổi lửa: dùng ngọn lửa hổn hợp khí O 2 v C 2 H 2 , ngọn lửa nghiêng 45 o để quét bụi bẩn, sơn dầu sau đó dùng bản chải sắt nhẹ. Dùng bn chải sắt l phơng pháp tạo nhám đơn giản nhất, đợc dùng lm sạch bẩn nhng không tạo đợc nhám v không chải hết gỉ; do đó hệ số ma sát chỉ bằng mặt thép cha gia công ở dạng sạch. Chú ý: Mặt bản lm sạch cần đợc bảo vệ tránh bẩn lm giảm hệ số ma sát, thời gian từ khi lm sạch đến khi sử dụng không quá 3 ngy đêm. Mỗi phơng pháp có hệ số ma sát khác nhau vì vậy dùng phơng pháp no l phải do cơ quan thiết kế quy định vì nó ảnh hởng trực tiếp khả năng chịu lực của liên kết; nếu không có quy định phải dùng súng phun cát vì nó cho hệ số ma sát lớn nhất. Hiện nay, ngời ta dùng bulông cờng độ cao lm từ thép 40X có đờng kính 18, 22 v 24mm ứng với lỗ đinh 21, 25 v 28mm v dùng những cờlê vặn đai ốc có lực kế đặc biệt để vặn. Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 57 - Trong suốt quá trình chịu lực, bulông luôn chịu kéo rất lớn nên phải dùng longđen dy để tránh cháy thép bản đồng thời khống chế đợc lực xiết. 8.2.2-Tính toán liên kết bulông: Bulông cũng bố trí theo cùng 1 quy định nh đối với đinh tán, chỉ khác ở chỗ khoảng cách tối thiểu giữa tâm các bulông không nhỏ hơn 3.5d v không nhỏ hơn kích thớc cần thiết để đặt cờlê vặn êcu lúc xiết bulông. Đờng kính ngoi của loại cờ lê vặn có lỗ bằng 2.5d, của loại cờ lê vặn kiểu mỏ khoảng (4-4.5)d. Đối với bulông thờng v tinh chế tính toán chịu cắt v chịu ép mặt nh tính đinh tán. Cờng độ tính toán đối với bulông tinh chế cũng lấy nh đối với đinh tán nhng đối với bulông thô lm từ thép CT3 lấy giảm đi 20%. Bulông cờng độ cao tính toán dựa vo nội lực tại mối nối liên kết truyền qua sự ma sát. Khả năng chịu lực của 1 bulông cờng độ cao đợc xác định theo công thức: [] fkNS od 78.0 = (2.30) Trong đó: +k: số mặt phẳng ma sát giữa các phân tố cần liên kết tại mối nối. +N o : nội lực kiểm tra tiêu chuẩn khi xiết bulông. Đối với bulông đờng kính 18, 22 v 24mm thì nội lực lấy tơng ứng 13, 20 v 24t. +f: hệ số ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc. Nếu bề mặt đó đợc lm sạch bằng phơng pháp thổi lửa kết hợp với bn chải sắt hoặc máy phun cát thì lấy 0.4 cho thép cacbon v 0.45 cho thép hợp kim thấp. +0.78: hệ số tổng hợp kể đến khả năng các trị số N o v f có thể khác với những trị số tiêu chuẩn, v cũng kể đến hệ số điều kiện lm việc chung m 1 =0.9 Khi tính bulông cờng độ cao theo nội lực tính toán thì số lợng bulông xác định theo công thức: Khi tính theo cờng độ: [] b S N n = (2.31) Khi tính theo mỏi: [] bb tc S N n . = (2.32) Trong đó: +N, N tc : nội lực tại mối liên kết do tải trọng tính toán v do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. + b : hệ số giảm cờng độ tính toán khi tính bulông cờng độ cao về mỏi. Ngoi ra ta cũng có thể tính số lợng bulông theo phơng pháp diện tích nh trờng hợp đinh tán nhng hệ số b (số lợng bulông trên 1cm 2 diện tích thanh) lấy khác v cũng đợc tra bảng. Chú ý rằng giá trị b trong bảng ny đợc tính với số mặt ma sát k = 1, nếu k>1 thì phải chia cho k. Bảng tra trị số b của liên kết bulông Bảng 2.6 Phân tố liên kết lm bằng thép Đờng kính (mm) Cacbon Hợp kim thấp Bulông Lỗ N 0 b S b b S b 18 21 13 0.462 4.1 0.587 4.6 Giáo trình Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng II: Vật liệu thép trong xây dựng cầu - 58 - 22 25 20 0.306 6.2 0.386 7.0 24 28 24 0.253 7.5 0.322 8.4 Các chú ý: Khi tính theo điều kiện bền các phân tố liên kết bằng bulông cờng độ cao, ngời ta tính với tiết diện giảm yếu v giả thiết rằng 40% nội lực tác dụng lên mỗi bulông tại tiết diện khảo sát đợc truyền qua lực ma sát. Tính toán về bền các bản nối v bản nút liên kết bằng bulông cờng độ cao thì tính với tiết diện giảm yếu với ton bộ nội lực tác dụng tại tiết diện khảo sát. Tính toán về mỏi v ổn định các thanh liên kết bằng bulông cờng độ cao thì tính với tiết diện nguyên. Khi mối liên kết chịu tác dụng lực có xu hớng lm tách các phân tố ra thì [S b ] xác định nh (2.30) với N o đã giảm đi trị số lực lm tách đó nhng không đợc lớn hơn 0.5N o . Hệ số điều kiện lm việc đối với các loại mối nối v mối liên kết bằng bulông cờng độ cao lấy trong phạm vi 0.75-0.9 Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 59 - C C C H H H Ư Ư Ư Ơ Ơ Ơ N N N G G G I I I i i i i i i : : : c c c ấ ấ ấ u u u t t t ạ ạ ạ o o o c c c h h h u u u n n n g g g c c c ủ ủ ủ a a a c c c ầ ầ ầ u u u t t t h h h é é é p p p 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. Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng III: Cấu tạo chung của cầu thép - 60 - Tùy theo sơ đồ tĩnh học m cầu dầm gồm các loại: đơn giản, liên tục v mút thừa. l l1 l2 h1 h1 l1 l 2 h h h l 1 l 2 l 0 Nhũp ủeo a) b) c) d) 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 . hình thức liên kết mới, tiên tiến. Nó có tất cả các u điểm của bulông khi lắp ráp v không kém gì liên kết đinh tán về phơng diện chất lợng lm việc trong quá trình sử dụng. Nó đợc chế tạo bằng. khoảng (4-4.5)d. Đối với bulông thờng v tinh chế tính toán chịu cắt v chịu ép mặt nh tính đinh tán. Cờng độ tính toán đối với bulông tinh chế cũng lấy nh đối với đinh tán nhng đối với bulông. kiện lm việc đối với các loại mối nối v mối liên kết bằng bulông cờng độ cao lấy trong phạm vi 0.75-0.9 Giáo trình: Thiết kế cầu thép Biên soạn: Nguyễn Văn Mỹ Chơng III: Cấu tạo chung của