Chương 6 : CẦU DẦM VÀ KHUNG LIÊN pdf

Chương 6 : CẦU DẦM VÀ KHUNG LIÊN TỤC 6.1. Các sơ đồ tónh học của cầu dầm liên tục : Trong các dầm giản đơn, biểu đồ mômen do tải trọng thẳng đứng chỉ có một dấu dương. Nếu thay cho việc dùng hệ thống hai nhòp dầm giản đơn, mà dùng hệ thống dầm liên tục hai nhòp như hình 6.1 thì biểu đồ mômen có một đoạn mang dấu âm ở gần gối giữa, ngoài ra các trò số tung độ dương lớn nhất của hình bao mômen cũng giảm đi. Do đó, có thể làm kết cấu nhòp dầm liên tục với chiều cao thấp hơn, ít cốt thép hơn, nghóa là tiết kiệm vật liệu hơn so với phương án hệ thống dầm giản đơn nhiều nhòp. Trong hệ thống dầm liên tục, trên mỗi trụ chỉ cần đặt một gối di động hoặc một gối cố đònh nên trụ cầu có thể làm nhỏ hơn, tiết kiệm vật liệu hơn. Hình 6.1 So sánh các sơ đồ của hệ thống dầm giản đơn, hệ dầm liên tục, hệ dầm hẫng hai đầu, hệ dầm hẫng có dầm đeo, hệ khung T- dầm đeo a, b) Hệ thống hai nhòp; c, d, e, g, h, i, k) Hệ thống ba nhòp Áp lực gối thẳng đứng từ kết cấu nhòp dầm liên tục truyền xuống trụ hầu như đúng tâm hoặc nén lệch tâm ít và gây ra ứng suất nén phân bố gần như đều trong mặt cắt thân trụ và đáy móng trụ. Đây là ưu điểm so với hệ thống dầm giản đơn nhiều nhòp. Tuy nhiên, trong hệ thống dầm liên tục thì lực hãm xe do hai nhòp liên tục truyền lên một gối cố đònh đặt ở mố hoặc ở trụ sẽ lớn hơn lực hãm trong phương án hệ thống hai nhòp dầm giản đơn. Như vậy riêng trụ hoặc mố đó sẽ tốn vật liệu hơn. Ngoài ra, tính chất liên tục của bề mặt xe chạy trên các nhòp dầm liên tục cũng đảm bảo tốt cho xe chạy êm thuận với tốc độ cao qua cầu vì trắc dọc trên cầu sẽ là một đường cong đều đặn, không có điểm gẫy góc. Độ võng của dầm liên tục nhỏ hơn so với độ võng của dầm giản đơn cùng khẩu độ. Nhìn chung, việc áp dụng hệ thống dầm liên tục là hợp lý ngay cả khi chiều dài mỗi nhòp chỉ là 12÷ 15m. Qua thực tế khai thác cầu này tỏ ra làm việc tốt. Trước kia, thường xây dựng các cầu dầm liên tục chỉ có 2÷ 3 nhòp. Gần đây, để nâng cao chất lượng khai thác cầu và nhờ các tiến bộ công nghệ, đã xây dựng các dầm liên tục có nhiều nhòp hơn. Khi chiều dài kết cấu nhòp liên tục càng dài thì các chuyển vò dọc do nhiệt độ thay đổi càng lớn và đòi hỏi phải làm các khe biến dạng có cấu tạo phức tạp hơn ở các đầu kết cấu nhòp. Ngoài ra, các lực hãm, truyền lên gối cố đònh sẽ càng lớn và càng ảnh hưởng nhiều hơn đến việc thiết kế mố trụ cầu đó. Khi điều kiện không khống chế vò trí đặt mố trụ thì việc chọn chiều dài các nhòp dầm liên tục nên được thực hiện sao cho mômen uốn ở giữa các nhòp gần bằng nhau. Các đoạn kết cấu có thể có mặt cắt ngang giống nhau, cách đặt cốt thép giống nhau, thuận tiện cho việc thi công đúc các đốt kết cấu nhòp. Tỷ số chiều dài các nhòp biên so với nhòp giữa nên là 0,8 đối với dầm liên tục ba nhòp, và nên là 0,7 đối với dầm liên tục nhiều nhòp hơn. Hệ thống dầm liên tục là hệ kết cấu siêu tónh. Số bậc siêu tónh của nó bằng số mố trụ trừ đi 2. Khi các mố trụ lún không đều thì trong dầm liên tục xuất hiện các ứng lực phụ bất lợi. Do đó loại cầu dầm liên tục nên dùng ở nơi có đòa chất tốt, móng, mố trụ cầu nên đặt trên nền đất không lún hoặc bệ cọc cứng. Trong xây dựng cầu hiện nay đang áp dụng rộng rãi và linh hoạt nhiều phương pháp đúc bêtông tại chỗ hoặc lắp ghép để thi công các kết cấu nhòp cầu dầm liên tục, cầu dầm hẫng, cầu khung bằng BTCT mà chủ yếu là BTCT DƯL có cốt thép được kéo căng trên bêtông. Các cầu dầm giản đơn có sơ đồ nội lực không thay đổi hoặc chỉ thay đổi chút ít từ giai đoạn thi công đến giai đoạn khai thác cầu. Ngược lại, các cầu dầm liên tục, cầu dầm hẫng và cầu khung thường có sơ đồ nội lực thay đổi liên tiếp trong quá trình thi công cho đến lúc thi công xong và bắt đầu thông xe qua cầu, cấu tạo mặt cắt ngang và cách bố trí cốt thép chủ chòu lực (cốt thép DƯL) luôn phụ thuộc vào 5 phương pháp thi công chủ yếu sau : 1. Đặt vào nhòp các khối dầm hay khối bản chế sẵn dài L ≤ 33m. Sau đó thi công mối nối kết cấu nhòp bên trên trụ để biến hệ dầm giản đơn thành hệ dầm liên tục. Phương pháp này cũng thường áp dụng khi lắp ghép các kết cấu nhòp thuộc hệ liên tục - nhiệt độ. 2. Lắp ghép hoặc đổ bêtông tại chỗ kết cấu nhòp liên tục từ những phân đoạn sao cho có đủ chiều dài tổng cộng 24÷ 63 m trên các đà giáo tháo lắp được hoặc trên đà giáo di động vạn năng. 3. Lao - đẩy dọc hoặc đúc - đẩy dọc kết cấu nhòp dầm liên tục gồm nhiều phân đoạn nối tiếp nhau nhô dần ra từ đường đầu cầu vươn đến các trụ và mố phía trước. 4. Lắp hẫng hoặc đúc bêtông hẫng các kết cấu nhòp dầm liên tục, dầm hẫng hay cầu khung với các nhòp L ≥ 42 m. 5. Chở nổi các phần kết cấu nhòp có kích thước rất lớn trên các trụ nổi từ bờ ra rồi đặt vào vò trí nhòp. Phương pháp này dùng hợp lý cho các nhòp dài L ≥ 84 m, phần chở nổi có trường hợp đã đạt đến 5000 tấn. 6.2. Các dạng mặt cắt ngang cầu dầm và cầu khung : Sau khi quyết đònh chọn sơ đồ tónh học của cầu và các kích thước cơ bản, người thiết kế cần lựa chọn dạng mặt cắt của kết cấu nhòp và phân chia kết cấu nhòp thành các khối lắp ghép hoặc thành các phân đoạn đúc bêtông. Trò số của mômen âm trên đoạn kết cấu nhòp gần trụ thường lớn hơn nhiều so với trò số của mômen dương ở đoạn giữa nhòp. Mômen âm đó gây ra ứng suất kéo ở phần trên của mặt cắt và ứng suất nén ở phần dưới của mặt cắt. Dưới tác dụng của mômen dương, phần chòu nén của mặt cắt bao gồm cả bản mặt cầu xe chạy nên khá rộng, do đó đủ chòu mômen dương. Nhưng trên đoạn gần trụ có mômen âm rất lớn do đó cần phải dùng dạng mặt cắt hình hộp để bản đáy hộp có kích thước đủ chòu nén. Trong các cầu lớn đều phải dùng dạng mặt cắt hình hộp. Ưu điểm của dạng này là có độ cứng chống xoắn cao hơn các dạng mặt cắt hở đến vài chục lần. Do đó đủ khả năng chòu các lực gây ra bởi hoạt tải đặt lệch tâm ngay cả ở những cầu nhòp lớn và có mặt cầu rộng Hỡnh 6.2a Vớ duù kớch thửụực maởt caột ngang hỡnh hoọp Hỡnh 6.2b Vớ duù kớch thửụực maởt caột ngang hỡnh hoọp Lựa chọn mặt cắt ngang cũng liên quan chặt chẽ với phương pháp thi công. Các hệ thống cầu với nhòp dài cỡ trung bình ( L ≤ 42m ) có thể dùng các dạng mặt cắt chữ T, chữ I, bản chữ nhật tương tự như ở cầu dầm giản đơn. Dạng mặt cắt chữ T còn được dùng ở những nhòp dài hơn nữa khi thi công theo phương pháp có dùng đà giáo di động dỡ bên dưới kết cấu nhòp. \ Mặt cắt hộp có rất nhiều kiểu khác nhau. Đối với nhòp cầu ôtô mà phần xe chạy rộng đến 15÷ 20m có thể dùng mặt cắt dạng một hộp với các bản cánh hẫng lớn (H.6.2), thành hộp có thể thẳng đứng hoặc nghiêng để giảm kích thước mũ trụ và tăng vẻ đẹp kiến trúc. Nếu cầu quá rộng hoặc do khả năng hạn chế của phương tiện thi công mà cần thu nhỏ bề rộng của các khối lắp ghép hay của các phân đoạn đúc hẫng, thì có thể làm hai hay ba hộp trong mặt cắt ngang kết cấu nhòp. Khi đó thường bố trí mối nối dọc ở đầu mũi các bản hẫng của các hộp đặt cạnh nhau. [...]... thành phố hệ dầm liên tục và hệ khung Hình 6. 5 Ví dụ cấu tạo mặt cắt ngang cầu thành phố hệ dầm liên tục và hệ khung 6. 3 Sơ đồ tónh học của cầu dầm hẫng có nhòp đeo : 6. 4 Các sơ đồ tónh học của cầu khung : Chương 7 : GỐI CẦU 7.1 GỐI TIẾP TUYẾN : Loại gối tiếp tuyến này thích hợp với các cầu dầm có nhòp L = 12÷ 18m Cấu tạo gối di động và gối cố đònh của loại này gần giống nhau, chỉ khác nhau ở chỗ gối cố... hình 7.6c,d giới thiệu ví dụ các phương án bố trí cốt thép thường và cốt thép DƯL dọc cầu hoặc có cả cốt thép DƯL ngang cầu Các cốt thép đó phải được đặt phù hợp với quỹ đạo của ứng suất kéo chủ và ứng suất nén chủ ở khu vực đầu hẫng như đã vẽ trên hình 7.6a,b Trước đây trên một số cầu khung T - dầm đeo như cầu Rào, cầu Niệm, cầu An Dương đã áp dụng kiểu gối quang treo như hình 7 .6 Sự cố sụp đổ cầu Rào... sau vài năm các gối sẽ bò biến dạng bẹp không đều gây ra nội lực phụ trong kết cấu nhòp Khi đó để sửa chữa phải kích các dầm lên rất khó khăn và tốn tiền, dễ gây nứt dầm • Các cầu lớn hiện đại thường dùng kiểu gối có bản đệm A- Gối di động; B- Gối cố đònh Hình 7.5 Gối có bản đệm chống ma sát bằng teflon 7.5 ĐẶT GỐI CỦA NHỊP ĐEO : • Gối của nhòp dầm đeo trong các hệ cầu dầm hẫng dầm đeo hoặc hệ khung. .. Nếu dùng sơ đồ dầm có chiều cao mặt cắt cố đònh thì việc tăng chiều dày thành hộp và bản đáy hộp lại càng cần thiết Đặc biệt là khi thi công theo phương pháp đúc - đẩy hoặc lắp - đẩy Kết cấu nhòp với chiều cao không đổi có ưu điểm lớn là sử dụng được ván khuôn ngoài đònh hình chung toàn kết cấu nhòp Hình 6. 4 Ví dụ cấu tạo mặt cắt ngang cầu thành phố hệ dầm liên tục và hệ khung Hình 6. 5 Ví dụ cấu tạo... nhòp dầm dài L = 20÷ 40m cầu dầm giản đơn và cho các nhòp dài hơn nữa của cầu dầm hẫng, dầm liên tục • Ưu điểm chung của loại con lăn bằng BTCT là con lăn cao nên giảm được khối lượng mố trụ dưới nó đồng thời có thể được dùng cả trong những đòa phương hoặc những hoàn cảnh không tiện cung cấp gối thép đúc được Hình 7.3a Gối con lăn BTCT Hình 7.3b 7.3 GỐI DI ĐỘNG CÓ CON LĂN BTCT CHÔN TRONG TRỤ : • Loại... đeo hoặc hệ khung T - dầm đeo thường có cấu tạo giống như các gối của dầm giản đơn Như vậy cấu tạo đầu kết cấu nhòp hẫng cũng như đầu dầm đeo sẽ phức tạp do phải làm khấc như hình 7 .6, và phải bố trí nhiều cốt thép chòu lực cắt lớn trong một không gian chật hẹp đầu dầm Tuy vậy kiểu gối này được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước • Tại vò trí đầu hẫng kê dầm đeo thường phải tạo một dầm ngang đủ cứng để thuận... dọc và dãn ngang tự do của các mép kết cấu nhòp, nên chúng thích hợp với cả cầu xiên và cầu rộng Các gối cao su thép nhiều lớp đảm bảo cho các đầu dầm có thể chuyển vò góc và chuyển vò thẳng theo bất kỳ hướng nào • Giá thành của loại gối này không đắt, đồng thời việc thi công lắp ráp đơn giản Nhiều cầu BTCT trên một số tuyến chính ở miền Nam đã dùng gối loại này, còn ở miền Bắc đã nghiên cứu chế tạo và. .. thép ở phía trên và phía dưới với các mặt cong đã được mài nhẵn, giữa hai tấm thép đó là khối BTCT với bêtông mác 400 Cốt thép trong con lăn này được liên kết thành khung không gian đủ khoẻ để chòu ứng lực tập trung rất lớn và được hàn vào tấm thép trên và tấm thép dưới Nhờ vậy mà khối lượng thép giảm được một nửa so với gối con lăn bằng thép cùng loại • Các gối con lăn ở hình 7.2 và hình 7.3a thường... lăn đo theo chiều ngang cầu lấy bằng chiều rộng của sườn dầm • Kiểu gối này không dùng cho dầm giản đơn mà có thể dùng cho dầm liên tục hay dầm hẫng với phản lực gối đến 60 0tấn Khi dùng nó thì các gối cố đònh vẫn dùng loại gối tiếp tuyến Ngày nay các cầu mới xây dựng không dùng loại gối này 7.4 GỐI CAO SU THÉP : • Trong nhiều trường hợp người ta đã dùng các loại gối cao su - thép nhiều lớp gồm các tấm... tính đàn hồi tốt và chống thấm tốt Trong lòng bêtông mác 400÷ 500 có các cốt thép được đặt thành nhiều lưới, với các ô lưới 8×8cm đến 12×12cm và các thanh cốt thép có gờ Chiều rộng con lăn thường rộng gấp 2÷ 3 lần cạnh rộng nhất của thớt gối thép và chiều cao gấp 1,5÷ 2 lần chiều rộng của nó để đảm bảo chòu lực tốt Chiều dài con lăn đo theo chiều ngang cầu lấy bằng chiều rộng của sườn dầm • Kiểu gối . Chương 6 : CẦU DẦM VÀ KHUNG LIÊN TỤC 6. 1. Các sơ đồ tónh học của cầu dầm liên tục : Trong các dầm giản đơn, biểu đồ mômen. ngang cầu thành phố hệ dầm liên tục và hệ khung 6. 3. Sơ đồ tónh học của cầu dầm hẫng có nhòp đeo : 6. 4. Caực sụ ủo túnh hoùc cuỷa cau khung : Chương