BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
1
-
-
GI
GI
Á
Á
O
O
Á
Á
N MÔN H
N MÔN H
Ọ
Ọ
C
C
-
-
THIẾT KẾ CẦU THÉP
GV: TR
GV: TR
Ầ
Ầ
N VĂN Đ
N VĂN Đ
Ứ
Ứ
C
C

BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
2
-
-
CHƯƠNG
CHƯƠNG
1
1
-
-
KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
1.2. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1.3. VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CẦU THÉP
1.4. CÁC HỆ THỐNG CHÍNH CỦA CẦU THÉP
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
3
 Cầuthéplàloạicầu đượcsử dụng rộng rãi
nhất, do tính chất ưuviệtcủavậtliệu thép,
khả năng chịunénchịukéogầnnhư nhau,
chịuuốncũng rấttốt.
 Ngày nay thép còn được đưa thêm các thành
phần kim loại khác tạoranhững loại thép hợp
kim có những tính năng tốthơnvàcường độ
rất cao.
 Thép ngày càng trở nên quan trọng, nhấtlà
đốivớinhững cầuphảivượtnhịplớn.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
4
1.1. V

1.1. V
À
À
I N
I N
É
É
T V
T V
Ề
Ề
L
L
Ị
Ị
CH S
CH S
Ử
Ử
PH
PH
Á
Á
T TRI
T TRI
Ể
Ể
N
N
-Cầu kim loạixuấthiệnsaucầugỗ, cầu đá.

-Khoảng thế kỷ 18, khi công nghiệp kim loạichâuÂu
còn ở bước đầu trong quá trình phát triển. Ban đầulà
các cầu vòm gang ra đời và phát triển song song
cùng vớicầutreobằng xích sắt. Sau đólànhững
chiếc cầudầm gang ra đời, khi công nghệ luyện
kim phát triển cầudầm gang được thay thế bằng
cầudầmthép.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
5
- Các cầudầm đặcvàdầmhìnhhộptỏ ra không kinh
tếđốivới các nhịplớn vì không sử dụng hếtcường
độ vậtliệucủa thành đứng, kếtcấuthường nặng nề
và tốn nhiều thép, do đó dầm đặc đượcthaythế
bằng giàn. Sự phát triểncủacầu giàn theo hướng
đơ
ngiảnhóahệ thanh bụng và sử dụng các biện
pháp liên kếtcóhiệuquả hơn.
- Khoảng cuốithế kỷ 19 đầuthế kỷ 20 là thờikỳ
khoa họckỹ thuậttrênthế giới phát triểnrấtmạnh.
Do đótrựctiếp ảnh hưởng đến ngành xây dựng cầu.
Nhiềucầuthé
pliên tục và mút thừa ra đờivớikhả
năng vượt nhịplớn.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
6
- Song song vớisự phát triểncủacầu giàn là sự
phát triểncủacầuvòmvàcầu treo, các cầu
vòm bằng thép có đường tên thoải, hệ vòm có
thanh kéo… có khả nă
ng vượtnhịplớn. Các

loại cầu treo dây võng và dây văng cũng phát
triểnrấtmạnh về chiều dài nhịpchođến ngày
nay.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
7
- Bên cạnh sự phát triểnrấtmạnh của mình ngành
xây dựng cầutrênthế giớigặp không ít những
thấtbại, điểnhìnhnhấtlàcầutreoTacoma ở Mỹ,
nhịp855m đãbị sậpnăm 1940 do gió lớn,
nguyên nhân chính là do cầucócáckíchthước
quá mảnh không đủ cứng theo phương đứng và
ngang.
- Ở ViệtNam, cầuCầnThơ sập02 nhịpdẫn
25/09/2007, nguyên nhân do lún trụ tạmkhiđang
thi công.
* Mộtsố thấtbại trong lịch sử phát triển:
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
8
- Chính những thấtbại đó đã giúp cho các nhà
khoa học nghiên cứuvề cầurútranhững kinh
nghiệm để xây dựng nên những công trình
cầulớnnhư hiện nay.
- Ở ViệtNam cầu thép đượcxâydựng chủ yếu
từ thờithực dân Pháp
đôhộ. Hầuhếtcáccầu
đềulàmbằng thép, điểnhìnhnhấtlàcầuCầu
Long Biên là cầu giàn mút thừa l=130m và
nhịptreol
tr
=52,5m(Σl gần 3km), cầuHàm

Rồng là cầu vòm ba khớpchạydướicóthanh
kéo nhịp l=160m (cầubị phá huỷ năm 1946)
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
9
 Phân tích mộtloạtcáccầuthéphiện đạitrênthế giới
trong những nămgần đây thấynổibậtbap
hương
hướng rõ rệt:
-Phương hướng thứ nhấtlàsử dụng các loại thép
chấtlượng cao nhằmgiảm giá thành công tác duy
tu bảoquảnvàsơncầu.
+ Nghiên cứu các biện pháp chống gỉ cho vậtliệu
thép
+ Nhiềuloạisơnmớichấtlượng cao
+ Vấn đề bọc các bó dây cáp cường độ cao
1.2.
1.2.
PHƯƠNG HƯ
PHƯƠNG HƯ
Ớ
Ớ
NG PH
NG PH
Á
Á
T TRI
T TRI
Ể
Ể
N

N
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
10
- Phương hướng thứ hai là tiếptục nghiên cứu
tìm kiếmcáchệ liên hợp để vượt các nhịp
dài, có tính thẩmmỹ cao:
+ Sơđồcầu thép hệ liên hợptiếptục được
nghiên cứuápdụng.
+ Dự án cầutreovàcầudâyvăng liên hợp
có nhịp 5000m đang đượctriển khai.
+ Cầu vòm có thanh kéo thế hệ mớivới
ống thép nhồi bêtông
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
11
Phương án cầuvượteobiểnGibraltar
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
12
-Phương hướng thứ ba là tìm cách giảmkhốilượng
và chi phí chế tạo, xây dựng cầu thép:
+ Dầm thép liên hợpvớibảnBTCT hoặcbảnmặt
cầubằng thép trựchướng.
+ Các loạitiếtdiệnhộpkínđược nghiên cứuáp
dụng để tăng cường độ, độ cứng chống xoắnvàđể
tạomôitrườ
ng không gỉ bên trong lòng hộp.
+ Các loại liên kết mang tính công nghiệphiện
đại: liên kết hàn và bulông cường độ cao, liên kết
dán.
+ Saucùnglàvấn đề điềuchỉnh nộilực.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN

13
1.3. V
1.3. V
Ậ
Ậ
T LI
T LI
Ệ
Ệ
U S
U S
Ử
Ử
D
D
Ụ
Ụ
NG TRONG C
NG TRONG C
Ầ
Ầ
U TH
U TH
É
É
P
P
1.3.1. Phân loại thép công trình
- Các tính chấtcơ họccủa thép công trình điểnhình
đượcmiêutả bằng bốn đường cong ứng suất-biến

dạng trên Hình 1.2. Mỗi đường thể hiệnmộtloại thép
có thành phần đáp ứng đượccácnhucầu đặcbiệt.
- Tiêu chuẩnthống nhất cho thép cầu trong ASTM
(1995) vớikýhiệu A709/A709M-94a (M chỉ mét và 94a
chỉ nămxétlạilầncuối). Cấp thép có chữ “W” ở trước
chỉ thép chống gỉ.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
14
Hình 1.2. Các đường cong ứng suất-biếndạng điểnhình
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
15
Bảng 1.1. Các tính chấtcơ họctốithiểucủathépcôngtrìnhvề
hình dạng, cường độ và độ dày
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
16
a. Thép cácbon dùng cho cầuthép
- Thép cácbon có thểđượcchế tạotừ các loại thép vụn
hoặc xác ôtô, được đưa vào lò luyệnchođếnkhiđạt
được các tính chấtcơ họccấnthiết.
-Một trong những tính chấtcơ bảncủa thép cácbon
cho cầu thép là dễ xác định cường độ chảy
(F
y
=250MPa) tiếp theo là thềmchảy trong vùng chảy
dẻo.
- Đây là loại thép chế tạo đơngiảnnhấttrongcácloại
thép dùng cho công trình Cầu.
- Thép Cácbon chịu hàn tốtvàthíchhợpchobản, thanh
và các loại thép hình cho công trình.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN

17
b. Thép hợpkimthấpcường độ cao
-Cácloại thép này có đượccường độ chảyvàkéolớn
hơn thép Cácbon, nhưng tỷ lệ các chấtphụ gia nhỏ hơn
thép hợpkim.
- Thép hợp kim thấpcócường độ chảycao
(F
y
=345MPa) khi cán nóng, cao hơnsẽ gia công nhiệt
sẽ.
- Thép hợpkimthấpcường độ cao chịu hàn và thích hợp
cho bản, thanh và thép hình công trình.
-Tínhchống gỉ tốtvàthường được ưutiêndùngchocác
cầunhịpnhỏ và vừa.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
18
c. Thép hợpkimthấp gia công nhiệt
- Thép hợp kim thấpcường độ caocóthể gia công
nhiệt để đạtcường độ chảycaohơn(F
y
=485MPa).
Thành phần hoá họccủacáccấp 345W và 485W gần
như giống nhau.
- Gia công nhiệt nhúng nóng làm thay đổivi cấutrúc
của thép và nâng cao cường độ, độ cứng và độ dai.
- Thép hợpkimthấp gia công nhiệtchịu hàn, nhưng chỉ
thích hợpchotấm. Tính chống gỉ trong không khí giống
thép hợp kim thấpcường độ cao.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
19

d. Thép hợpkimcường độ cao gia công nhiệt
-Cường độ chảyF
y > 690MPa và độ dai lớnhơn ở
nhiệt độ thấp.
-Tínhdẻothấphơnvàđể thậntrọng cầnphảilàmthí
nghiệmtrướckhisử dụng thép gia công nhiệt.
-Chỉ thích hợp cho thép tấm dùng trong công trình cầu
- Thép hợp kim có tính bềngỉ cao nhất trong bốn nhóm
thép
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
20
1.3.2. Các loại thép hình dùng trong cầuthép
a. Thép bản, thép tấm.
- Thép tấmthường có chiều dài từ 4,5 - 8m(đặc biệt
5-18m); rộng từ 1,2 - 2,2m; chiều dày đến 60mm
-Cácyêucầucấutạo:
+ Chiều dày thép tấmphải đảmbảo:
* Đốivớibộ phậnchính: δ≥10~12mm
* Đốivớibộ phậnphụ : δ≥8mm
* Đốivớibộ bản đệm: δ≥4mm
* Đốivớibộ bản nút : δ≥10mm
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
21
+ Bảnthéptrongkếtcấu hàn không nên lấy dày quá:
* Đối thép than (cacbon) : δ≤50mm
* Đối thép hợpkim : δ≤40mm
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
22
b. Thép hình.
- Theo tiêu chuẩn ASTM, thép hình dùng trong cầu

thép có 8 dạng như sau:
1. Thép hình “W” có dạng chữ I cánh rộng đốixứng,
phía trong bảnbiênđượclượn cong parabol. [Kí hiệu
thép hình] x [chiều cao(mm)] x [khốilượng(kg/m)].
2. Thép hình “S” có dạng chữ I đốixứng, phía trong bản
biên vát nghiêng với độ dốc 16(2/3)%
3. Thép hình “HP” có dạng chữ H, cánh rộng, thường
dùng làm cọc đóng, có chiều dày vách và biên như
nhau, chiềucaovàchiềurộng như nhau.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
23
a) Thép hình ‘S’
b) Thép hình ‘W’
c) Thép hình ‘M’
d) Thép hình ‘HP’
Các loạithéphìnhI theo
ASTM
d)
b)a)
h
=
76~622 h
=
106 ~1118
b
=100~
424
b
=
59~204

h=97 ~305
b
=
47~127 b
=
207~378
h
=
204~361
c)
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
24
4. Thép hình “M” có dạng chữ I không thuộcloại “W”,
“HP”, “S”.
5. Thép hình “C” dạng lòng máng, phía trong vát
nghiêng 6 %.
6. Thép hình “MC” dạng lòng máng
7. Thép hình “L” cánh bằng nhau.
8. Thép hình “L” cánh không bằng nhau.
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - ĐH DUY TÂN
25