một số kết cấu cầu đặc biệt ở hàn quốc (phần 3)

MỘT SỐ KẾT CẤU CẦU ĐẶC BIỆT Ở HÀN QUỐC K.s Lê Thị Thu Hạnh Tiếp nối số báo trước, trong số này tôi xin tiếp tục giới thiệu dạng cầu mới sau: ► Steel-Confined Prestressed concrete bridg

MỘT SỐ KẾT CẤU CẦU ĐẶC BIỆT Ở HÀN QUỐC

K.s Lê Thị Thu Hạnh Tiếp nối số báo trước, trong số này tôi xin tiếp tục giới thiệu dạng cầu mới sau:

► Steel-Confined Prestressed concrete bridge: Cầu dầm bê tông ứng suất trước trong vỏ thép

5 Cầu dầm bê tông ứng suất trước trong vỏ thép S.C.P

Thời gian gần đây đã xuất hiện khá nhiều báo cáo về sử dụng kết cấu liên hợp mới trong xây dựng cầu, trong đó có đề cập đến quá trình nghiên cứu, phát triển, thử nghiệm và thi công các dạng

cầu này Hiện tại đã tồn tại một số dạng cầu liên hợp giữa bê tông và thép, việc vượt qua được giới

hạn thông thường của tổ hợp 2 vật liệu sẽ tạo dựng và phát triển những dạng cầu mới Các loại cầu

liên hợp đang được sử dụng tại Hàn quốc là: cầu dầm bản thép liên hợp, cầu dầm bê tông cốt thép

hình (sẽ trình bày trong bài báo riêng), cầu bê tông cốt thép dự ứng lực…

Mô tả đặc điểm Phối

cảnh

Mặt

cắt

điển

hình

Mặt cắt ngang

Mặt cắt ngang cầu Wondeok

Giới

thiệu

cơ

bản

Dạng cầu này được phát triển từ dạng cầu dầm I về mặt cắt ngang nhưng có sự khác biệt Dầm bê tông và cáp dự ứng lực được đặt phía trong và bao ngoài bởi dầm thép Việc liên kết giữa dầm S.C.P với bản mặt cầu thông qua hệ thống neo chống cắt Sự vận hành của cáp dự ứng lực bên dưới kết hợp với bản thép đáy nhằm kháng lực căng đáy dầm, giảm vết nứt do chịu kéo của bê tông đồng thời chống ăn mòn của bản thép là nguyên lý làm việc của dạng dầm này

Thông thường khi chịu tải trọng thì phần bê tông bên phần trên của dầm sẽ bị nén nhưng mà sẽ có giới hạn nhất định, việc có tấm bản thép bên trên của dầm sẽ tăng cường khả năng chịu nén và điều này có thể tính toán được Các dầm thép tăng cường được đặt xem kẽ các dầm chính, được

liên kết ở các cánh trên và cánh dưới của dầm ngang, sự liên kết này sẽ tạo thành mạng lưới dầm không gian vững chắc Các dầm tăng cường này sẽ được sản xuất tự động trong nhà máy và thi công hàn hoặc liên kết bu lông tại công trường

Đối với các sườn tăng cứng bên trong dầm vừa đóng vai trò làm cốt đai cho bê tông, vừa đóng vai trò định vị các cáp dự ứng lực và đảm bảo sự ổn định của liên kết BTCT với vỏ Các sườn này được liên kết với bản đáy của dầm S.C.P bằng liên kết hàn

Đặc

tính

chủ

yếu

- Các tính năng của dầm S.C.P

Dạng cầu dầm S.C.P sẽ rất dễ sử dụng khi thi công, bởi nó đã được đơn gián hóa quá trình sản xuất Dạng dầm này giúp ngắn thời gian, tiết kiệm, tăng cường được độ cứng, dễ dàng kiểm soát ứng suất và xây dựng đơn giản Sơ đồ nhịp giản đơn với chiều dài khoảng từ 50-55m là sơ đồ kinh tế nhất khi áp dụng, trong các trường hợpđặc biệt có thể sử dụng cho sơ đồ nhịp lên tới 60-70m; Một đặc điểm nổi bật là sự chống ăn mòn của dạng dầm này nếu so với dầm hộp thép thông thường vì chỉ tiếp xúc 1 phía với môi trường

Việc liên hợp phần vỏ thép với bê tông bằng các neo liên hợp sẽ tạo nên hiệu quả cao cụ thể: tăng độ cứng của tiết diện liên hợp, gần như loại trừ hoàn toàn hiện tượng mất ổn định cục bộ của bản thép

Bảng 1: So sánh tính năng các dạng cầu khác so với cầu dầm S.C.P:

Dầm hộp thép Dầm bê tông cốt thép hình Dầm PSC Dầm liên hợp S.C.P

Loại Ưu điểm/ nhược điểm Tính năng của dầm S.C.P

Hộp thép

Thi công tạo hình nhanh chóng thuận tiện song chuyển vị lớn, biến thiên nhiều theo nhiệt độ và đặc tính mỏi của kết cấu thép là nhược điểm lớn

Sự phối hợp của thép và bê tông thông qua các sườn tăng cứng sẽ làm giảm chuyển vị và mức độ biến thiên theo nhiệt độ Dạng cầu này có thể thi công vượt nhịp lớn (lên tới 70m)

Tăng cường quá nhiều sườn tăng cứng bên trong hộp thép là biện pháp không kinh tế

Có thể tạo rỗng bên trong bê tông để giảm giá thành xây dựng

Dầm hộp thép sử dụng nhiều đường hàn nên khi

sử dụng dưới tải trọng lặp thì vấn đề mỏi sẽ là điểm bất lợi của dạng dầm này

Việc uốn cong bụng dầm sẽ tăng cường sức kháng mỏi Công việc uốn cong bụng dầm có thể sản xuất tại nhà máy luôn đảm bảo chất lượng.

Dầm bê tông

cốt thép hình

Thi công theo định hình với giá thành rẻ song

có 2 trở ngại lớn là giới hạn độ võng (L/500) và vết nứt xảy ra nhiều

Thi công theo định hình và giá thành là tương đương Giảm được giới hạn độ võng lớn nhất là khi vượt nhịp lớn

Chính lõi dầm I bên trong cũng là nguyên nhân góp phần tạo ra vết nứt bên ngoài

Cánh dưới của hộp thép bên ngoài giúp hạn chế tối thiểu vết nứt trong bê tông

Sử dụng thép cho vùng chịu nén vẫn chưa kinh

tế

Điều chỉnh lượng thép nội bộ trong khu vực chịu nén bằng cách sử dụng các thanh neo cắt

Dầm PSC

Dầm PSC thông thường rất nhiều thuận lợi và

35m thì nó không còn kinh tế nữa.

kinh tế nhất trong tất cả các loại dầm, tuy nhiên

khi vượt quá

Có thể vượt nhịp lớn, đặc biệt kinh tế khi sử dụng nhịp khoảng 50m

Tiếp xúc với chất độc hại có thể làm giảm tuổ

thọ của dầ

i

Bên ngoài là vỏ thép nên ngăn chặn các chất độc hại, đồng thời vết nứt bị hạn chế nên tăng cường độ

Ưu điểm lớn nhất là dễ dàng thi công khi địa

hình

Trong các trường hợp thi công kết cấu phần dưới dễ

lớn khó dàng thì dạng dầm này có lợi thế kinh tế

Bảng 2: So sánh khả năng vượt nhịp các dạng cầu so với cầu dầm S.C.P:

Nhịp(m)

Tỷ lệ cao

70 dầm/dài nhịp P.S.C

~ 1.75 2.00 2.20

I.P.C

~ 1.10 1.30 1.60 1.90 2.30

PREFLEX

~ 1.30 1.40 1.60 1.90 2.10

RE-PREFLEX

~

STEEL BOX

~

2.20 2.50 2.70 3.00

S.C.P

1.60

～ 1.70

1.70

～ 2.00

1.80

～ 2.25

1.85

～ 2.65

2.15

～ 2.80

2.35

～ 3.10

~

- Đặc điểm kết cấu của dầm S.C.P

Việc thiết kế kết cấu dạng liên hợp này tương đối phức tạp và trên thế giới cũng không thể tìm thấy được các

i ngót và từ biến cần được xem xét, tùy theo các giai đoạn xây dựng dẫn đến sự thay

ổi về mặt cắt ngang nên việc tính toán ứng suất cũng thay đổi, cụ thể từng quá trình thay đổi ứng suất được

mô tả như bảng

tiêu chuẩn liên quan Tuy nhiên trên thực tế người ta cũng đã đưa ra những giả định dựa trên cơ sở thiết kế kết cấu liên hợp thép và bê tông cốt thép để tính toán thiết kế

Sự liên hợp trong kết cấu cầu này thể hiện giữa sự kết hợp của bê tông và thép theo cơ chế bao bọc Thứ tự th công và sự biến đổi của co

đ

dưới đây:

Bảng 3: Sự thay đổi ứng suất dọc trục tại vị trí giữa nhịp trong cầu dầm S.C.P:

Ứng suất xuất hiện Ứng suất tích lũy

Dầm thép

Bản mặt cầu

Dầm thép

Bản mặt cầu Dầm bê tông Dầm bê tông

1 Hoàn thành sản xuất thép hình Nén (-)| Kéo(+) Nén (-)| Kéo(+)

2 Thi công dầm bê tông bên trong

3 Căng cáp Dự ứng lực

4 Bắt đầu quá trình co ngót và từ biến

trong bê tông

5 Tải trọng bản mặt cầu và dầm ngang

6 Tĩnh tải chất thêm

7 Co ngót và từ biến trong bê tông bản

mặt cầu và dầm

8 Hoạt tải

Các yếu tố cần xét chi tiết trong thiết kế, chế tạo dạng dầm này như sau:

• Xác định các đặc tính của mặt cắt ngang trong từng quá trình;

ưu ý đến tác động của hoạt tải

ng suất xảy ra;

• Các tải trọng tác động trong quá trình chế tạo, thi công và khai thác, l

kết với lực xung kích;

• Lực kéo ban đầu trong cáp dự ứng lực, các mất mát ứ

• Co ngót và từ biến của bê tông xảy ra trong các giai đoạn: Trước khi căng cáp, sau khi căng cáp, tại thời điểm đổ bê tông và sau khi kết thúc đổ bê tông;

• Kiểm tra ứng suất từng bước tương ứng với quá trình chế tạo, khai thác dầm, lưu ý đến các giới hạn

ứng suất của vật liệu dầm đang sử dụng (thường sử dụng thép SM490, SM520 và bê tông mác 40)

ốn và mô men nứt an toàn tại mặt cắt giữa dầm (với nhịp giản đơn), tại vị trí giữa

ộ võng cho phép của dầm (giới hạn L/1000)

n, xem xét vấn đề “trương nở” của bê tông để kiểm soát quá trình

n thì kết quả đường cong chuyển vị không theo tuyến tính, bắt đầu xuất hiện vết nứt và

o

n, 3~35 tấn với tần số từ 8~2.0Hz Kết quả cho thấy độ an toàn

sở vững chắc để khẳng định sự hợp lý của lý thuyết tính toán

• Kiểm toán mô men u

dầm và tại mặt cắt gối (nhịp liên tục);

• Kiểm toán lực cắt;

• Kiểm tra đ

• Bê tông có đặc tính co ngót và từ biế

thi công

- Thử nghiệm kiểm tra dầm liên hợp S.C.P

Đối với thí nghiệm xác định sức chịu tải: Dạng dầm liên hợp S.C.P chưa có trong tiền lệ nên khó khăn để tìm thấy một mô hình thử nghiệm mẫu mà chỉ dựa vào mô hình thử nghiệm có tính chất tương tự bằng cách tác dụng tải trọng tại 3 điểm (nhịp kinh tế 50m), kết quả thử nghiệm cho thấy tải trọng và độ võng của dầm quan

hệ tuyến tính tương tự như mô hình tính toán với sai số không lớn và đảm bảo sự an toàn Khi tải trọng thử nghiệm lớn hơn 200 tấ

hư hỏng cục bộ; Như vậy, dưới lực căng và ứng suất trước trong giới hạn ta có thể thấy được độ ổn định ca của loại kết cấu này

Với thử nghiệm mỏi, ta bố trí tải trọng thay đổi tương ứng với hoạt tải thiết kế DB24, DL24 như hình bên dưới; tải trọng thay đổi từ 4~29 tấn, 3~43 tấ

dưới tải trọng lặp và thay đổi đối với dầm này là rất cao; sau khi dỡ tải tiến hành kiểm tra bên trong dầm nhưng cũng không thấy xuất hiện vết nứt

c tiến hành thử nghiệm tải liên tục tại vị trí định tính đồng nhất của kết cấu

Bố trí tải trọng thử nghiệm sức chịu tải Bố trí tải trọng thử nghiệm mỏi

Thi

công

- Sản xuất dầm liên hợp S.C.P

Trình tự sản xuất dầm liên hợp sẽ được mô tả như các hình vẽ dưới đây

Trình tự sản xuất dầm tổng quát

Chi tiết quá trình chế tạo dầm như sau:

STEP 1: Chế tạo 1 nửa hộp thép STEP 4 :Lắp đặt cáp dự ứng lực

STEP 2 :Hàn các neo cắt và bản trên STEP 5 :Hoàn thiện hộp thép

STEP 3 :Hàn các sườn tăng cứng và định vị STEP 5 :Đổ bê tông lấp lòng và hoàn thiện

- Thi công dầm ngoài công trường S.C.P:

Ứng

dụng

tế nếu muốn áp dụng vào sử dụng tại việt nam thì chúng ta cần nghiên cứu kỹ về các vấn đề kỹ

công trình đã thi công như sau:

ật nh ng tác ng cứu thiết kế ệm, công tác qu

này so vớ

chất lượ sản ph đồng

t trong các ố có thể khiến c cầu này sử d rộng rãi là ần có cơ pháp

để các ủ đầu tư tại Việt Nam yê tâm sử dụng Dư i đây xin nêu tên một s các

1 Guchin Yunchi - Iyang C.ty SK C.ty Dongin 130.0 m 3 nhịp

2 Okdong Dự án th ay đổi cầu Okdong C.ty Thi công tỉnh

Gangwon C.ty Dowoo 300.0 m 6 nhịp

3 Shinpyung1 Dự án metro số 8 C.ty Koseong C.ty Daeho 165.0 m 3 nhịp

4 Sungcho Gwangdeo k ~ bosa nwongan C.ty Thi công tỉnh

Chungnam C.ty Youwon 70.0 m 2 nhịp

5 Jijang Gwan gdeok ~ bosanwo ngan C.ty Thi công tỉnh C

Chungnam .ty Youwon 48.0 m 1 nhịp

6 Wondeok Sucheon ~ Seomeng Phòng QLXD Busan C.ty

Pyunghwa 55.0 m 1 nhịp

7 Jangh yen 2 Jeokseok ~ Jeonkok Phòng QLXD Seoul C.ty Boram 150.0 m 3 nhịp

8 Okgil1 Ihwa ~ Samkye Phòng XD tỉnh Kyungi C.ty Yungma 50.0 m 1 nhịp

11 Yungri IC Seongju ~uiwan Phòng QLXD Busan C.ty 25.0 m 1 nhịp

Shinseong

12 Unhyung Cầu vượt tại bảo tàng Dongdu Phòng QLXD Seoul C.ty

Manyung 58.0 m 1 nhịp

13 Jiryel 2 Kimjin ~Kyuri Phòng QLXD Busan C.ty Jeondo 235.5 m 5 nhịp

Shinseong 150.0 m 3 nhịp

15 Kukok C.ty quản lý thi công cầu Kukok của Cheonan C.ty Cheonan C.ty

Unchang 23.0 m 1 nhịp

(Chi tiết thông tin về bố trí chung, mặt cắt ngang và các thông tin liên quan của các cầu này, xin mời các bạn tham khảo tại diễn đàn Cầu đường Việt Nam www.cauduongonline.com.vn)