Phần 2 của tài liệu giáo trình Cầu bê tông cốt thép tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: tính toán dầm cầu bê tông cốt thép thường; cấu tạo và tính toán dầm bê tông cốt thép dự ứng lực; cầu dầm, khung liên tục bê tông cốt thép; gối cầu bê tông cốt thép;... Mời các bạn cùng tham khảo!
CHƯƠNG TÍNH TỐN DẦM CẦU BTCT THƯỜNG 4.1 NHỮNG QUI TẮC CƠ BẢN Ngun lý chung để tính tốn kết cấu cầu là: sức kháng cầu tuỳ theo vật liệu cấu tạo phải lớn hiệu ứng tải trọng tác dụng lên cầu, là: Sức kháng ≥ hiệu ứng tải trọng (4.1) Khi sử dụng biểu thức trên, hai vế bất đẳng thức phải đánh giá với điều kiện Ví dụ, hiệu ứng tải trọng tác dụng đưa trị số ứng suất nén đất nền, trị số so sánh với trị số sức kháng đất Cần phải đánh giá hai vế bất đẳng thức trạng thái giới hạn Cần xét thay đổi hai vế bất đẳng thức (4.1), vế sức kháng kết cấu nhân với hệ số sức kháng φ, dựa sở thống kê, giá trị ln nhỏ Cịn vế hiệu ứng tải trọng nhân với hệ số tải trọng γi, hệ số nầy chọn dựa sở thống kê thường lớn (cũng có lúc lấy nhỏ 1) Bởi hiệu ứng tải trọng trạng thái giới hạn bao gồm tổ hợp kiểu tải trọng khác (Qi) mà chúng có mức độ xác dự đốn khác nhau, vế hiệu ứng tải trọng miêu tả tổng giá trị γi Qi Nếu sức kháng danh định đưa Rn, bất đẳng thức thể mức độ an toàn tới hạn cần thiết là: φ Rn ≥ hiệu ứng ∑γi Qi (4.2) Bởi cơng thức (4.2) bao gồm hệ số tải trọng hệ số sức kháng, phương pháp thiết kế gọi thiết kế theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng (LRFD) Hệ số sức kháng φ xét đến số yếu tố sau: Đặc tính vật liệu Phương trình dự đốn cường độ Trình độ tay nghề cơng nhân Hiệu công tác quản lý chất lượng Hậu hư hỏng Hệ số tải trọng γi chọn cho phần tải trọng xem xét số điều sau: Độ lớn tải trọng Phạm vi tải trọng Tổ hợp tải trọng Để lựa chọn hệ số sức kháng hệ số tải trọng cho kết cấu cầu cách hợp lý cần áp dụng lý thuyết xác suất với liệu thống kê phong phú toàn diện cường độ vật liệu, khối lượng vật liệu tải trọng tác dụng Các ưu nhược điểm phương pháp LRFD tóm tắt sau: Ưu điểm phương pháp LRFD 1 Xét đến thay đổi sức kháng tải trọng Đạt mức độ đồng an toàn trạng thái giới hạn khác loại cầu khác mà không cần thực việc phân tích xác suất thống kê phức tạp Khắc phục hạn chế tồn phương pháp thiết kế ASD Cung cấp phương pháp thiết kế hợp lý quán Nhược điểm phương pháp LRFD Yêu cầu thay đổi triết lý thiết kế, phải đào tạo lại kiến thức cho sinh viên kỹ sư Yêu cầu hiểu biết khái niệm lý thuyết xác suất thống kê Yêu cầu phải tích luỹ nhiều liệu xác suất thống kê để điều chỉnh hệ số sức kháng cho thích hợp với tình hình cụ thể trạng thái riêng biệt Sau trình bầy kỹ cách xác định hiệu ứng lực tính tốn Tổng hiệu ứng lực tính toán phải lấy sau: Q = ∑ ηi γ iQ i (4-3) đó: ηi = hệ số điều chỉnh tải trọng lấy theo Điều 1.3.2 22TCN 272-05 Qi = tải trọng quy định γi hệ số tải trọng (lấy theo Bảng 22TCN 272-05 = Các cấu kiện liên kết cầu phải thoả mãn phương trình 1.3.2.1.1 cho tổ hợp thích hợp ứng lực cực hạn tính tốn quy định cho trạng thái giới hạn sau đây: - Trạng thái giới hạn cường độ 1: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn cầu không xét đến gió - Trạng thái giới hạn cường độ 2: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt 25m/s - Trạng thái giới hạn cường độ 3: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn cầu với gió có vận tốc 25m/s - Trạng thái giới hạn đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến động đất, lực va tầu thuyền xe cộ, đến số tượng thuỷ lực với hoạt tải chiết giảm khác với phần tải trọng xe va xô, CT - Trạng thái giới hạn sử dụng: Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất tải trọng lấy theo giá trị danh định Dùng để kiểm tra độ võng, bề rộng vết nứt kết cấu bê tông cốt thép bê tông cốt thép dự ứng lực, chảy dẻo kết cấu thép trượt liên kết có nguy trượt tác dụng hoạt tải xe Tổ hợp trọng tải cần dùng để khảo sát ổn định mái dốc - Trạng thái giới hạn mỏi: Tổ hợp tải trọng gây mỏi đứt gẫy liên quan đến hoạt tải xe cộ trùng phục xung kích tác dụng xe tải đơn Hệ số tải trọng cho tải trọng khác bao gồm tổ hợp tải trọng thiết kế lấy quy định Bảng Mọi tập hợp thoả đáng tổ hợp tải trọng phải nghiên cứu Có thể nghiên cứu thêm tổ hợp tải trọng khác chủ đầu tư yêu cầu người thiết kế xét thấy cần thiết Đối với tổ hợp tải trọng, tải trọng đưa vào tính tốn có liên quan đến cấu kiện thiết kế bao gồm hiệu ứng đáng kể tác dụng xoắn, phải nhân với hệ số tải trọng tương ứng với hệ số lấy theo Điều 3.6.11.2 áp dụng Kết tổng hợp theo phương trình 1.3.2.1-1 nhân với hệ số điều chỉnh tải trọng lấy theo Điều 1.3.2 Các hệ số phải chọn cho gây tổng ứng lực tính tốn cực hạn Đối với tổ hợp tải trọng trị số cực hạn âm lẫn trị số cực hạn dương phải xem xét Trong tổ hợp tải trọng tác dụng tải trọng làm giảm tác dụng tải trọng khác phải lấy giá trị nhỏ tải trọng làm giảm giá trị tải trọng Đối với tác động tải trọng thường xuyên hệ số tải trọng gây tổ hợp bất lợi phải lựa chọn theo Bảng Khi tải trọng thường xuyên làm tăng ổn định tăng lực chịu tải cấu kiện tồn cầu trị số tối thiểu hệ số tải trọng tải trọng thường xuyên phải xem xét Trị số lớn hai trị số quy định cho hệ số tải trọng TU, CR, SH dùng để tính biến dạng, cịn trị số nhỏ dùng cho tác động khác 4.2 TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 4.2.1 CÁC CƠNG THỨC CƠ BẢN Tính tốn kết cấu mặt cầu bao gồm nội dung thực là: - tính tốn nội lực mặt cắt đặc trưng - thiết kế tính duyệt mặt cắt theo trạng thái giới hạn Mỗi Tiêu chuẩn thiết kế nước có quy định khác cách tính gần nội lực mặt cầu, nhiên thống áp dụng nguyên lý học tính tốn theo phương pháp xác hơn, ví dụ tính theo phương pháp Phần tử hữu hạn Sau trình bầy nội dung nói 4.2.1.1 Tính tốn nội lực mặt cầu theo phương pháp gần Trong Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 hướng dẫn cách tính gần nội lực mặt cầu sau: 4.2.1.2 Tính duyệt uốn mặt cắt hình chữ nhật có cốt thép thường Mặt cắt mặt cầu dạng mặt cắt chữ nhật, đặt cốt thép đơn cốt thép kép Sau nêu công thức a/ Mặt cắt hình chữ nhật cốt thép đơn 0,85.f'c 0,85.f'c.β1.c.b d ds c a=β1.c b Trôc trung hoµ As.f y Chiều cao vùng bêtơng chịu nén c tính tốn dựa phương trình cân lực dọc mặt cắt: 0,85.f’c.b1.c.b = As.fy Trong đó: f’c - cường độ nén qui định bêtông tuổi 28 ngày (MPa) b1 - hệ số qui đổi, lấy theo qui định b - chiều rộng tiêt diện (mm) As - diện tích cốt thép chịu kéo khơng dự ứng lực (mm2) fy - giới hạn chảy tối thiểu qui định cốt thép (MPa) Vậy: c= As f y 0,85 f ' c β b Từ giá trị chiều cao vùng bêtông chịu nén c xác định được, thành lập phương trình mơmen với trọng tâm vùng bêtông chịu nén qui ước, cách mép ngồi vùng bêtơng chịu nén a , xác định sức kháng danh định mặt cắt: Mn = As.fy.(ds - a ) Trong đó: Mn ds - sức kháng danh định mặt cắt (N.mm) - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép không dự ứng lực chịu kéo đến mép vùng bêtông chịu nén (mm) a = b1.c - chiều dày khối ứng suất tương đương (mm) b/ Mặt cắt hình chữ nhật cốt thép kép 0,85.f'c A's.f'y 0,85.f'c.β1.c.b d ds c a=β1.c b Trơc trung hoµ As.f y Chiều cao vùng bêtơng chịu nén c tính tốn dựa phương trình cân lực dọc mặt cắt: 0,85.f’c.b1.c.b + A’s.f’y = As.fy Trong đó: A’s f'y - diện tích cốt thép chịu nén khơng dự ứng lực (mm2) - giới hạn chảy cốt thép chịu nén (MPa) Vậy: c= As f y − A' s f ' y 0,85 f ' c β1 b Từ giá trị chiều cao vùng bêtông chịu nén c xác định được, thành lập phương trình mômen với trọng tâm vùng bêtông chịu nén qui ước, cách mép ngồi vùng bêtơng chịu nén a , xác định sức kháng danh định mặt cắt: Mn = As.fy.(ds - a a ) – A’s.f’y.(d’s - ) 2 Trong đó: ds - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép không dự ứng lực chịu kéo đến mép ngồi vùng bêtơng chịu nén (mm) d’s - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép không dự ứng lực chịu nén đến mép ngồi vùng bêtơng chịu nén (mm) 4.3 CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN DẦM 4.3.1 TÍNH DẦM BTCT THƯỜNG VỀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU MÔMEN UỐN Theo quy định 22TCN 272-05, cần tính duyệt theo trang tháí giới hạn sau: - TTGH cường độ 1, - TTGH cường độ TTGH cường độ TTGH đặc biệt Tính tốn kết cấu Dầm chủ Dầm ngang bao gồm nội dung thực là: - tính tốn nội lực mặt cắt đặc trưng dầm - thiết kế tính duyệt mặt cắt theo trạng thái giới hạn Phần tính tốn nội lực dầm trình bầy Chương trước, Sau trình bầy tính duyệt mặt cắt bêtông cốt thép thường Dạng mặt cắt tính tốn dầm mặt cắt chữ nhật mặt cắt chữ T, có cốt thép đơn cốt thép kép Trong mục tính tốn bản, trình bầy mặt cắt chữ nhật,vì sau chi trình bầy mặt cắt chữ T 4.3.1.1 Các trường hợp chịu lực mặt cắt chữ T Khi tính tốn mặt cắt chữ T, có hai trường hợp xảy tùy theo vị trí trục trung hoà mặt cắt : - Trường hợp thứ : Nếu Trục trung hoà qua cánh dầm: < c ≤ hf Mặt cắt chữ T có chiều cao vùng bêtông chịu nén nhỏ chiều dày cánh Khi đó, mặt cắt tính tốn mặt cắt chữ nhật với chiều rộng mặt cắt chiều rộng cánh b chiều cao mặt cắt chiều dày cánh hf Trình tự nội dung tính tốn mặt cắt chữ nhật thực giới thiệu phần - Trường hợp thứ : Nếu Trục trung hoà qua sườn dầm : hf < a hf Từ giá trị chiều cao vùng bêtông chịu nén c xác định được, thành lập phương trình mơmen với trọng tâm vùng bêtông chịu nén qui ước, cách mép ngồi vùng bêtơng chịu nén a , xác định sức kháng danh định mặt cắt: Mn = As.fy.(ds - a a a hf ) – A’s.f’y.(d’s - ) + 0,85.f’c.b1.hf.(b – bw).( ) 2 2 4.3.2 KIỂM TRA SỨC KHÁNG UỐN CỦA KẾT CẤU Các kết cấu Bản mặt cầu kết cấu Dầm chủ, Dầm ngang cần phải kiểm tra sức kháng uốn kiểm tra điều kiện cốt thép tối đa cốt thép tối thiểu Sức kháng uốn tính tốn Mr phải lấy sau : (Điều 5.7.3.2.1.) Mr = φ Mn Trong : Mn - sức kháng danh định (N.mm) ϕ - hệ số sức kháng quy định Điều 5.5.4.2 + với kết cấu bêtông cốt thép thường, không dự ứng lực: lấy 0,90 + với kết cấu bêtông cốt thép dự ứng lực: lấy 1,00 Mômen uốn cực đại mặt cắt xét tính theo trạng thái giới hạn cường độ phải thoả mãn phương trình sau: Mu ≤ Mr 4.3.3 KIỂM TRA HÀM LƯỢNG CỐT THÉP THEO ĐIỀU KIỆN CHỊU UỐN Các giới hạn hàm lượng cốt thép (kiểm tra độ dẻo) qui định Điều 5.7.3.3 22TCN272-05 4.3.3.1 Hàm lượng cốt thép tối đa Hàm lượng thép dự ứng lực thép không dự ứng lực tối đa phải giới hạn cho : c de ≤ 0,42 Với: de = A ps fps d p + A s fy d s A ps fps + A s fy Trong đó: c - khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hồ, chiều cao vùng bêtơng chịu nén (mm) de - khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo cốt thép chịu kéo (mm) Nếu phương trình c de ≤ 0,42 khơng thoả mãn mặt cắt bị coi nhiều thép Mặt cắt nhiều thép dùng cấu kiện dự ứng lực hay dự ứng lực phần phân tích thực nghiệm chứng tỏ thực độ dẻo đầy đủ kết cấu Không cho phép mặt cắt bê tông cốt thép nhiều thép Với mục đích điều quy định này, cấu kiện coi kết cấu bê tông cốt thép tỷ lệ dự ứng lực phần, quy định Điều 5.5.4.2.1, nhỏ 50%: PPR = A ps f py A ps f py + As f y < 50% 4.3.3.2 Hàm lượng cốt thép tối thiểu Lượng cốt thép tối thiểu kết cấu qui định cụ thể điều 5.7.3.3.2 Trừ có quy định khác, cịn mặt cắt cấu kiện chịu uốn, lượng cốt thép thường cốt thép dự ứng lực chịu kéo phải đủ để phát triển sức kháng uốn tính tốn Mr, giá trị sau, lấy giá trị nhỏ hơn: điều kiện thứ 1: 1,2 lần sức kháng nứt Mcr xác định sở phân bố ứng suất đàn hồi cường độ chịu kéo uốn fr bê tông theo quy định Điều 5.4.2.6: + bêtơng có tỷ trọng thơng thường: 0,63 f ' c + bêtơng có tỷ trọng thấp – cát : 0,52 f ' c + bêtơng có tỷ trọng thấp loại: 0,45 f ' c Với Mcr tính tốn theo cơng thức sau (điều 5.7.3.6.2): M cr = f r Ig yt Trong đó: - mơmen qn tính mặt cắt ngun trọng tâm tiết diện, khơng tính cốt thép (mm2) yt - khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo (mm) yt = d – c Ig điều kiện thứ 1,33 lần mơmen tính tốn cần thiết tổ hợp tải trọng - cường độ thích hợp quy định bảng 3.4.1.1 – tổ hợp hệ số tải trọng Phải áp dụng quy định Điều 5.10.8 cốt thép co ngót nhiệt độ Đối với cấu kiện bêtơng cốt thép thường, khơng có cốt thép dự ứng lực lượng cốt thép tối thiểu coi thoả mãn nếu: Vmin ≥ 0,03 fc′ fy Trong đó: Vmin - tỷ lệ cốt thép chịu kéo diện tích nguyên f’c - cường độ quy định bê tông (MPa) fy - cường độ chảy dẻo thép chịu kéo (MPa) Đối với dầm chữ T có bụng dầm chịu kéo, việc xác định tỷ lệ cốt thép thường thực tế ρ để so sánh với yêu cầu phải vào chiều rộng bụng dầm 4.3.4 TÍNH DẦM BTCT THƯỜNG VỀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU LỰC CẮT 4.3.4.1 Mơ hình kéo - nén Các cấu kiện BTCT chịu tải trọng vuông góc với trục phải đủ sức kháng lực cắt mômen uốn lực dọc trục Cơ chế kháng cắt dầm cao khác với dầm mảnh Các dẫn AASHTO khuyến cáo sử dụng mơ hình kéo - nén [5.6.3] khoảng cách từ điểm lực cắt không tới gối nhỏ lần chiều cao có hiệu dầm tải trọng gây 1/2 lực cắt gối nằm khoảng cách lần chiều cao có 10 b) 0.5 0.5 a) 2,0 1 39,0 39,0 e) d) 2-4 c om c) an co ng cu u du o ng th Hình 6.7: Cấu tạo mối nối bên trụ để nối dầm giản đơn lắp ghép thành hệ dầm liên tục 1- Dầm giản đơn; 2- Bê tông đổ bịt khe nối; 3- Mối hàn nối cốt thép chờ; 4- Công - xon thÐp chê; 5- Xµ mị cđa trơ; 6- Cèt thÐp nối dự ứng lực; 7- Mấu neo; 8- Phần đầu dầm có cáp nối dự ứng lực ngang; 9- Thép hình chữ C kẹp đầu trụ để phục vụ thi c«ng 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt a) A B A B B c om B-B B C C-C co ng c) B-B b) A-A D E-E D-D E du o D ng th d) an C E cu u 0.5 H×nh 6.8: CÊu tạo mối nối khối nhịp giản đơn lắp ghép thành hệ cầu liên tục 1- Khối lắp ghép; 2- Mối hàn cốt thép chờ; 3- Bê tông bịt mối nối; 4- Trụ cầu; 5- Cáp dự ứng lùc kÐo tr−íc; 6- C¸p dù øng lùc kÐo sau để nối khối lắp ghép; 7- Cốt thép chờ nối; 8- Mối hàn; 9- Cốt đai 6.1.6 Cầu dầm liên tục thi công đúc hẫng Đây phơng pháp thông dụng hoàn thiện để thi công cầu hệ thống dầm liên tục, hệ dầm hẫng đặc biệt hệ cầu khung (khung T-dầm đeo, khung T có chốt, khung liên tục) Đối với sơ đồ khung T - dầm đeo, trình đúc hẫng hay lắp hẫng đợc thực cách đối xứng qua trục thẳng đứng trụ Biểu đồ mô men kết cấu nhịp 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt có dấu âm suốt trình thi công nh trình khai thác sau Giá trị mô men âm mặt cắt tăng liên tiếp trình thi công ( hình 8-7 ) 6.1.7 Cầu dầm liên tục thi công đúc đẩy Phơng pháp có đặc điểm biểu đồ nội lực mặt cắt luôn thay đổi phạm vi rộng trị số dấu suốt trình đúc-đẩy dọc hay lắp-đẩy dọc bắt buộc phải dïng cèt thÐp dù øng lùc víi rÊt nhiỊu bã cáp, chí phải đặt bó cáp tạm thời tháo - lắp đợc trình thi công để phù hợp với biến đổi biểu đồ nội lực .c om Mặt khác để thuận tiện đúc - đẩy lắp - đẩy, khối lắp ghép hay phân đoạn đúc bê tông có đờng viền mặt cắt cố định, thay đổi chiều dày đáy, nắp sờn mặt cắt hình hộp Chiều cao mặt cắt thờng không đổi 6.2 Cầu dầm hẫng nhịp đeo L Lx 1 ~ )L 12 20 H=(1 ~ 1.50)h an H h co Lx a) ng 6.2.1 Các sơ đồ tĩnh học cầu dầm hẫng có nhịp đeo h=( du o ng L1=(0.6 ~ 0.8 )L L L1 Lg h u L1=(0.75 ~ 0.8 )L Lg=(0.5 ~ 0.6 )L L H Lg Lg L1 h L1 d) 1 ~ )L 12 20 H=(1.5 ~ 1.8)h H Lg h=( Lg=(0.4 ~ 0.6 )L L1 c) cu Lg L1 h L H L1 b) th Lx=(0.3 ~ 0.4 )L L1=(0.75 ~ 0.85 )L Lg Lg=(0.5 ~ 0.7 )L 1 ~ )L 16 18 H=(1.8 ~ 2)h h=( Hình 6.9: Chọn chiều dài nhịp cầu dầm hẫng, dầm hẫng có dầm đeo, cầu khung T - dầm đeo Sơ đồ hệ thống dầm liên tục nhiều nhịp đợc sửa đổi thành hệ thống dầm hẫng tĩnh định dầm hẫng siêu tĩnh đặt thêm chốt vị trí thích hợp Khi mặt cắt đoạn hẫng mô men có dấu âm nên đặt cốt thép chủ chịu kéo phần mặt cắt Còn dầm đeo hệ 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dầm hẫng - dầm đeo có mô men dơng giống nh dầm giản đơn cần đặt cốt thép chịu kéo phần dới mặt cắt Điều có nhiều thuận lợi mặt cấu tạo công nghệ, cho phép dùng dầm giản đơn thống hoá đ đợc sản xuất hàng loạt làm dầm đeo nói Mặt khác kết cấu nhịp hẫng xuất chỗ g y góc trắc dọc phần xe chạy vị trí chốt, phải đặt khe biến dạng Đó khuyết điểm khiến cho xây dựng cầu đại đờng cao tốc đờng sắt áp dụng hệ thống dầm hẫng hệ dầm hẫng - dầm đeo .c om Các cầu dầm hẫng nhịp cho ô-tô đ đợc xây dựng nhiều trớc (hình 6.9 a) u điểm tiết kiệm (không cần xây mố ) phần hẫng có tác dụng làm giảm tải cho phần nhịp Nếu chiều dài đoạn hẫng a = (0, ữ 0, 4) L làm cho mômen nhịp riêng tĩnh tải gần không ng Việc nối đầu hẫng cầu mố vào nên đờng cần phải thục cho đờng không bị lún nhiều đảm bảo tăng dần đợc độ cứng bên dới phần xe chạy xe từ đờng vào cầu Do phải làm độ nh đ giới thiệu Giáo trình Mố trụ cầu an co Sơ đồ cầu thành phố kiểu dầm hẫng nhịp (hình 6.9 b) có u điểm giảm chiều cao xây dựng kết cấu nhịp nhịp cách đặt chốt khiến cho mômen không Đó hệ thống cầu dầm hẫng tĩnh định nhịp, mà nhịp biên ngắn nhiều so với nhịp a) 13050 1500 b) cu u du o ng B ~12-18m B ~22m a) th B ~14m B~22-32m 6100 c) b) d) 18300 e) f) 11500 c) g) 21500 h) i) Hình 6.10: Các sơ đồ dạng mặt cắt ngang cầu dầm liên tục, dầm hẫng, cầu khung nhịp lớn 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt L1 L1 h L H a) b) c om Hình 6.11: Các sơ đồ cầu dầm hẫng a- Cầu dầm hẫng tĩnh định; b- Cầu dầm hẫng siêu tĩnh có chốt nhịp co 6.3.1 Các sơ đồ tĩnh học cầu khung ng 6.3 Cầu khung BTCT th an Sơ đồ hệ cầu khung T - dầm đeo (hình 6-12, a) sơ đồ hệ kết cấu tĩnh định, thi công đơn giản so với việc thi công hệ siêu tĩnh đủ khả vợt qua nhịp dài đến 80-100m Trớc nớc ta đ có xu hớng phát triển hệ thống làm cầu ô tô vợt nhịp cỡ 60 - 80m u du o ng Chiều cao mặt cắt phần cánh hẫng khung T phải lấy thay đổi theo dọc cầu: sát trụ có mômen âm lớn nên có chiều cao mặt cắt lớn nhất, đầu mút hẫng có mô men không nên có chiều cao mặt cắt nhỏ theo yêu cầu cấu tạo thờng lấy cao chiều cao dầm đeo để dơn giản cấu tạo tạo vẻ đẹp kiến trúc Cốt thép dự ứng lực tất mặt cắt cần đặt phía mặt cắt để tham gia chịu mô men âm Việc chọn kích thớc mặt cắt số lợng cốt thép dự ứng lực chịu kéo chủ yếu vào hình bao mômen giai đoạn khai thác cầu cu Phần dầm đeo có sơ đồ chịu lực thực chất sơ đồ dầm giản đơn với gối cố định gối di động tựa đầu mút hẫng cánh khung T lân cận Việc lắp ghép dầm đeo vào vị trí thờng cần cẩu đ dùng để lắp khung T đảm nhiệm Cũng dùng phơng pháp chở dùng cần cẩu để đa dầm đeo vào vị trí nhịp chúng Sơ đồ cầu khung T có chốt (hình - 12, b) sơ đồ hệ kết cấu siêu tĩnh Các chốt nhịp khung cho phép có chuyển vị dọc tơng đối đầu mút hẫng khung T cạnh Việc thi công đúc hẫng hay lắp hẫng phần khung hẫng giống nh cầu khung T - dầm đeo Do phần lớn cốt thép chủ chịu kéo đợc đặt phần mặt cắt Tuy nhiên có thêm chốt nhịp nên dới tác dụng hoạt tải xuất mô men dơng đoạn kết cấu nhịp gần chốt Tại đoạn cần có cốt thép chủ đợc đặt phần dới mặt cắt để chịu mômen dơng 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt a) M c om b) co ng M an Hình 6.12: Giải thích biểu đồ mô men uốn cầu khung du o ng th Khi xác định kích thớc cầu khung T - dầm đeo cầu khung T có chốt cần lu ý trụ cầu phải chịu mômen uốn lớn lúc có tải trọng đặt lệch bên nhịp thời điểm lắp hẫng hay đúc hẫng cha đối xứng Do cách đặt cốt thép trụ phức tạp, phải đặt nhiều bó cốt thép dự ứng lực thẳng đứng lòng thân trụ Các kết cấu hệ khung T nói nên đợc thiết kế với cấu tạo đối xứng qua trụ để dễ chế tạo, gia công xây lắp, cải thiện điều kiện làm việc chúng cu u Từ sơ đồ hệ khung T có chốt, thay liên kết chốt liên kết cứng (bằng cách đúc bê tông đoạn hợp long kết cấu nhịp) đợc sơ đồ khung liên tục Đây hệ cầu siêu tĩnh nhiều bậc, nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ lún không mố trụ ( phát sinh ứng lực phụ ) Đoạn nhịp có mômen dơng tác dụng, cần đặt cốt thép chủ chịu kéo phần dới mặt cắt đoạn Điều gây số phức tạp cấu tạo thi công đòi hỏi phải có trình độ cao thiết kế thi công Tuy nhiên có nhiêu u điểm mặt khai thác nên khắp giới áp dụng kiểu kết cấu Cầu Phú - Lơng Quốc lộ ( Hà Nội - Hải phòng ) cầu Gianh Quốc lộ (Quảng Bình ) đ đợc thi công đúc hẫng theo sơ đồ khung liên tục nhiều nhịp Hệ cầu khung liên tục có độ cứng lớn hệ cầu khung T - dầm đeo khung T có chốt Do có biến dạng nhỏ thích hợp với tải trọng đoàn tàu đờng sắt cung nh tải trọng cầu đờng Một dạng khác hệ khung liên tục hệ khung có chân nghiêng Hệ có hình thức đẹp thờng áp dụng làm cầu vợt qua đờng đảm bảo tầm nhìn tốt cho xe chạy qua dới gầm cầu Tại nơi hẻm núi dốc hệ thống tỏ hợp lý tránh đợc việc phải làm trụ cao từ dới vực sâu lên mà làm trụ nghiêng với móng đặt sờn dốc hẻm núi 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ảnh 6.13: Sơ đồ cầu khung c om ảnh 6.14: Cầu khung thi công hẫng đối xứng 40m h 12m a) g) α L=42.20m 13.5m 31.0m 21.25m 13.5m b) 12.5m 12.5m 12.5m ng 30m 11m 3.7 30.2 30.2 3.7 14.5 27m i) 11m du o d) 14.5 12.5m th c) an co h) ng 21.25m 12m h2 50m k) 5.0m 30m 30m cu 5.0m e) h1 u Hình 6.15: Các sơ đồ cầu khung chân xiên cầu hệ dây xiên-dầm cứng liên hợp 1- Dầm giản đơn; 2- Chốt; 3- Thanh chống xiên; 4- Trụ giữa; 5- Thanh chịu kéo Phơng pháp đúc hẫng lắp hẫng đợc dùng phổ biến linh hoạt để thi công cầu dầm liên tục cầu dầm hẫng Đối với cầu nhịp, thờng có đoạn nhịp biên đợc thi công đà giáo, sau lợi dụng phần làm nhịp neo để lắp hẫng hay đúc hẫng dần đoạn nhịp Nếu sơ đồ hệ dầm hẫng có dầm đeo (sơ đồ kết cấu tĩnh định) sau thi công đến hết phần công-xon lắp đợc phần dầm đeo Nếu sơ đồ hệ dầm liên tục nhịp sau thi công hết phần hẫng thi công đoạn hợp long nối chúng lại để hoàn thành nhịp 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đối với cầu liên tục nhiều nhịp, lắp hẫng đối xứng đúc hẫng đối xứng từ tất trụ Sau phải hợp long nhịp để tạo hệ dầm liên tục, hoàn chỉnh Riêng nhịp biên thi công toàn hay phần đà giáo Nh suốt trình đúc hẫng hay lắp hẫng phần lớn kết cấu nhịp chịu mômen âm, cốt thép chủ đợc đặt phần mặt cắt chiều cao mặt cắt dầm đợc lâý giảm dần từ sát trụ phía nhịp (trừ nhịp biên) Khi hợp long hệ liên tục phải đặt cốt thép dự ứng lực phần dới Của mặt cắt đoạn nhịp đoạn sau xuất mômen dơng hoạt tải qua cầu .c om Tất c¸c hƯ thèng hÉng hay hƯ thèng cã chèt nh− dầm hẫng, khung T - dầm đeo, khung T - có chốt có chung nhợc điểm đờng cong biến dạng kết cấu nhịp bị gẫy góc vị trí chốt (hình 6-12) Điều bất lợi loại hoạt tải nặng Do hệ không thích hợp để làm cầu đờng sắt Góc g y đờng đàn hồi hoạt tải tiêu chuẩn gây cần phải đợc khèng chÕ lóc tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho không lớn 0, 006 radian cu u du o ng th an co ng Ngoài phơng pháp thi công nói trên, thực tế ngời ta thờng áp dụng kết hợp phơng pháp thi công cho hợp lý với điều kiện cụ thể Do sơ đồ kết cấu nhịp tơng ứng có dạng kết hợp 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CHƯƠNG VII : GốI CầU BÊ TÔNG CốT THéP 7.1 Gi tip tuyến Loại gối tiếp tuyến thích hợp với cầu dầm có nhịp L = 12-18 m Cấu tạo gối di động gối cố định loại gần giống nhau, khác chỗ gối cố định có chốt thẳng đứng ngăn cản chuyển dịch tương đối thớt gối so với thớt gối Bản thớt gối thép thường dày 40-50 mm có mặt cong lồi phía mài nhẵn bơi trơn graphit .c om mỈt chÝnh 400 50 200/2 200/2 100 300/2 400/2 500/2 700/2 400/2 50 500/2 100 700/2 ng th 300/2 50 an 50 570/2 ng 500/2 co 20 100 20 20 100 20 35 20 100 300/2 200/2 du o mỈt chÝnh 400 300/2 200/2 35 570/2 20 100 20 100 20 cu 20 100 20 u 500/2 50 50 200/2 200/2 300/2 50 300/2 100 400/2 500/2 700/2 400/2 500/2 50 100 700/2 Hình 7.1 : Gối tiếp tuyến b ng thép a- Gối di động; b- Gối cố định CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.2 Gối lăn Khi nhịp dầm dài 18 m nên dùng loại gối di động có lăn loại gối cố định kiểu gối tiếp tuyến Con lăn thép có nhiều kiểu khác nhau, ví dụ loại lăn vẽ hình 7-2 thích hợp với trị số phản lực gối lớn đến 200 Loại lăn thép trịn ( hình 7-2, e ) có ưu điểm chiều cao thấp, có số lăn tuỳ theo độ lớn phản lực gối đường kính lăn Để tiết kiệm thép người ta dùng lăn BTCT vẽ hình 7-3, a Nó gồm thép phía phía với mặt cong mài nhẵn, hai thép khối BTCT với bê tơng có mác 400 Cốt thép lăn liên kết thành khung không gian đủ khoẻ để chịu ứng lực tập trung lớn hàn vào thép thép Nhờ mà khối lượng thép giảm nửa so với gối lăn thép loại A-A c om A a) co ng 180 320 450 an 40 270 40 420 360 th A b) B-B ng B cu u n h h du o a a b B Hình 7.2 : Gối lăn thép CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt A-A 220 2x40 11 50 23 4040 A 4040 50 40 50 160 260 50 A c om Hình 7.3, a : Gối lăn BTCT an 7.3 Gối di động có lăn BTCT chơn trụ co ng Các gối lăn vẽ hình 7-2, a, b; hình 7-3, a thường dùng cho nhịp dầm dài L = 20-40 m cầu dầm giản đơn cho nhịp dài cầu dầm hẫng, dầm liên tục Ưu điểm chung loại lăn BTCT lăn cao nên giảm khối lượng mố trụ đồng thời dùng địa phương hồn cảnh khơng tiện cung cấp gối thép đúc Tuy gối lăn cao, dễ ổn định vị trí cu u du o ng th Loại gối vẽ hình 7-3, b dùng trường hợp cần đảm bảo chuyển vị dọc lớn đầu dầm, phản lực gối lớn mà lại cần giảm nhỏ khoảng cách thẳng đứng từ đáy sườn dầm đến mặt đỉnh mố, trụ Nhờ có chiều cao lớn lăn mà quay góc nhỏ mặt phẳng thẳng đứng đủ đảm bảo chuyển vị dọc tự lớn đầu dầm Toàn lăn chơn phần thân trụ Phía khe hở mép phía lăn hốc lõm chứa lăn đỉnh trụ đệm chèn miếng đệm làm vật liệu có tính đàn hồi tốt chống thấm tốt Trong lịng bê tơng mác 400 ÷ 500 lăn có cốt thép đặt thành nhiều lưới với ô lưới 8×8 cm đến 12×12 cm cốt thép có gờ Chiều rộng lăn thường rộng gấp 2-3 lần cạnh rộng thớt gối thép chiều cao gấp 1.5÷2 lần chiều rộng để đảm bảo chịu lực tốt Chiều dài lăn đo theo chiều ngang cầu lấy chiều rộng ca sn dm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om Đệm phòng n−íc Hình 7.3, b : Gối lăn BTCT ng Kiểu gối không dùng cho dầm giản đơn mà dùng cho dầm liên tục hay dầm hẫng với phản lực gối đến 600 Khi dùng gối cố định dùng loại gối tiếp tuyến Ngày cầu xây dựng không dùng loại gối co 7.3 Gối cao su thép cu u du o ng th an Trong nhiều trường hợp người ta dùng loại gối cao su - thép nhiều lớp gồm cao su dán xen kẽ thép thành chồng có chiều dày cần thiết Lực nén thẳng đứng mà cao su phải chịu giảm nhiều ứng suất tiếp xuất chỗ tiếp xúc cao su thép thép phải chịu thêm lực kéo theo phương ngang việc phải chịu nén theo phương thẳng đứng Chiều dày thép khoảng 0,8-2 mm cao su dày 5-25 mm Các loại gối cao su -thép nhiều lớp có ưu điểm chịu lực nén thẳng đứng tốt, đảm bảo dãn dọc dãn ngang tự mép kết cấu nhịp nên chúng thích hợp với cầu xiên cầu rộng Nói cách xác gối cao su - thép nhiều lớp có khả đảm bảo cho đầu dầm chuyển vị góc chuyển vị thẳng theo hướng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1410 214 1410 3 3 3 3 25 25 25 25 25 25 2512 a) thép b) c) Vòng cao su Bản trợt thép Lá thép hợp kim Đĩa PTFE Tấm cao su Chậu thép b co 5b R=1 ng Nắp đậy c om 214 cao su an Hình 7.4: Vai kiểu gối cao su- thép dùng cho cầu BTCT a- Gối cao su -thép nhiều lớp; b- Gối BTCT có đệm cao su; c- Gối cao su hộp thép; th 1- Cao su; 2- Bản thép; 3- Phần BTCT; 4- Vỏ hộp thép; ng 5- Bản thớt gối thép; 6- Vòng thép bao; cu u du o Giá thành loại gối không đắt đồng thời việc thi công lắp ráp đơn giản Nhiều cầu BTCT số tuyến miền Nam dùng gối loại này, miền Bắc nghiên cứu chế tạo áp dụng điều kiện nhiệt đới ẩm Trên hình 7-4 ví dụ gối cao su - thép đơn giản Khuyết điểm lớn loại gối chất lượng sau vài năm gối bị biến dạng bẹp không gây nội lực phụ kết cấu nhịp Khi để sửa chữa phải kích dầm lên khó khăn tốn tiền, dễ gây nứt dầm Các cầu lớn đại thường dùng kiểu gối có đệm chống ma sát teflon hình vẽ 75 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Gối di động theo phơng Gối di động theo phơng mặt Nắp đậy Đĩa PTFE mặt Bản trợt 2 Gioăng cao su chèng Èm 1/2 mỈt b»ng Gio su TÊm cao Chậu thép su 1/2 mặt cắt 2-2 1/2 mặt th an co ng 1/2 mặt cắt 4-4 c om Lá thép hợp kim mặt Hỡnh 7.5 : Gối có đệm chống ma sát teflon cu u du o ng A- Gối di động; B- Gối cố định; 1- Thớt trên; 2- Nắp hộp; 3- Thớt gối dưới; 4- Đệm cao su; 5- Vòng trượt; 6- Bộ chặn; 7- Tấm trượt ; 8- Công-xon; 9- Vành che; 10- Vịng đệm; 11- Chốt đệm khít đàn hồi; 12- Mát-tít bảo vệ; 13- Bản neo; 14- Neo bu-lông; 15-Kết cấu nhịp; 16- Bệ kê gối ; 17- Đệm vữa xi măng 10-12 mm; 18- Sơn ê-pô-xy 7.4 ĐẶT GỐI CỦA NHỊP ĐEO Gối nhịp dầm đeo hệ cầu dầm hẫng - dầm đeo hệ Khung T-dầm đeo thường có cấu tạo giống gối dầm giản đơn Như cấu tạo đầu kết cấu nhịp hẫng đầu dầm đeo phức tạp phải làm khấc hình vẽ 7-6, phải bố trí nhiều cốt thép chịu lực cắt lớn không gian chật hẹp đầu dầm Tuy kiểu gối áp dụng rộng rãi nhiều nước Tại vị trí đầu hẫng kê dầm đeo thường phải tạo dầm ngang đủ cứng để thuận tiện cho việc bố trí gối kê Trên hình 7-6, c, d giới thiệu ví dụ phương án bố trí cốt thép thường cốt thép dự ứng lực dọc cầu có cốt thép dự ứng lực ngang cầu Các cốt thép phải đặt phù hợp với quỹ đạo ứng suất kéo chủ ứng suất nén chủ khu vực đầu hẫng vẽ hình 7-6, a, b CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt I I-I 50 1230 850 300 50 50 I Hình 7.6 : Quỹ đạo ứng suất kéo chủ, ứng suất nén chủ bố trí loại cốt thép đầu hẫng, nơi đặt gối nhịp dầm đeo c om a, b- Quỹ đạo ứng suất kéo chủ ứng suất nén chủ; c- Bố trí cốt thép thường; d- Bố trí cốt thép dự ứng lực I I-I 50 th an 300 50 50 1230 850 co ng I ng du o Hình 7.7: Cấu tạo gối quang treo cu u 1- Dầm hẫng; 2- Nhịp đeo; 3- Bản thép chôn sẵn bê tông; 4- Chốt thép; 5- Quang treo; 6- Chốt giữ ( có gối cố định ); 7- Đường hàn ( có gối cố định ) Trước số cầu Khung T - dầm đeo cầu Rào, cầu Niệm, cầu An Dương áp dụng kiểu gối quang treo hình 7- Sau cố sụp đổ cầu Rào năm 1984, nhiều nhược điểm kiểu gối quang treo lộ rõ độ an toàn chịu xoắn kém, xuất nhiều vết nứt quanh vị trí gối dầm đeo đầu nhịp hẫng Nói chung không nên dùng kiểu gối CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... c¸p 12. 7mm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 80 25 2 420 322 322 322 322 420 70 20 4 82 793 583 583 583 583 583 583 583 583 583 583 583 583 583 583 120 120 10000 /2 120 120 29 17... ; θ = 28 ,8o ; dv = 810mm; fy = 4000Kg/cm2 Chọn bước cốt đai s = 20 0mm => AV = 31,4+45 ,2 = 76,6cm2 => VS = 22 57,7T => Vn2 = Vc + VS = 22 88,95 T Vậy Vn = (Vn1,Vn2) = 24 3T => Vr = 0,9 .24 3 = 21 8,7T... 120 120 29 17 583 29 17 8000 /2 1702x 120 170 580 620 170 24 0 170 580 1702x 120 170 580 620 1700 90 2x 120 c om 48 96 131 103145 35 75 1700 24 170 1700 170 180 300 4x230 1115 25 0 50 360 ng H×nh 5-8 : Bè trÝ