Lựa chọn hợp lý mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ i sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng cầu vượt đô thị luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cầu hầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _ DƯƠNG MINH TUẤN LỰA CHỌN HỢP LÝ MẶT CẮT NGANG KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC MẶT CẮT CHỮ I SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG CẦU VƯỢT ĐÔ THỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TPHCM – 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi tên: Dương Minh Tuấn, học viên cao học chuyên ngành kỹ thuật xây dựng Cầu Hầm khóa 23.1 trường Đại học Giao thông Vận tải – Cơ sở II Tôi cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu thực hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Đức Nhiệm Các kết đạt luận văn hồn tồn trung thực chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm kết nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Học viên thực luận văn Dương Minh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Xin trân trọng gởi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô, người thân, đồng nghiệp; người khuyến khích, hỗ trợ, động viên tạo điều kiện cho suốt thời gian qua, để ngày hơm tơi hồn thành chương trình học Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Giao thông Vận tải, Bộ Mơn Cầu Hầm – Khoa Cơng trình truyền đạt cho tơi nhiều kiến thức bổ ích kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập trường Xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Đức Nhiệm, người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng nghiên cứu .1 Phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các khái niệm 1.2 Cấu trúc bê tông cường độ cao chất lượng cao; Vật liệu chế tạo bê tông cường độ cao chất lượng cao .6 1.2.1.1 Cấu trúc cốt liệu 1.2.1.2 Cấu trúc hồ xi măng 1.2.1.3 Cấu trúc vùng chuyển tiếp hồ xi măng - cốt liệu .11 1.2.2.1 Xi măng 12 1.2.2.2 Các chất kết dính phụ thêm 13 1.2.2.3 Phụ gia hóa học 13 1.2.2.4 Cốt liệu 14 1.2.2.5 Nước 15 1.3 Thành phần, tính chất bê tông cường độ cao chất lượng cao 15 1.3.1.1 Các khái niệm 15 1.3.1.2 Cường độ yêu cầu [4, tr.63-71] .15 1.3.1.3 Các bước lựa chọn tỉ lệ vật liệu 16 1.4 Xu hướng sử dụng bê tông cường độ cao (trên 55 Mpa) xây dựng cầu 29 iv 1.5 Kết luận chương .31 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỢP LÝ MẶT CẮT NGANG KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC MẶT CẮT CHỮ I SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO 33 2.1 Các dạng kết cấu mặt cắt ngang sử dụng bê tông cường độ cao 33 2.2 Các thiết kế hiệu mặt chi phí, vật liệu .39 2.3 Nghiên cứu lựa chọn hợp lý mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ I sử dụng bê tông cường độ cao xây dựng cầu vượt đô thị .43 2.4 Kết luận chương .52 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CẦU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC MẶT CẮT CHỮ I SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XÂY DỰNG CẦU VƯỢT ĐÔ THỊ 54 3.1 Khái quát .54 3.2 Kết cấu nhịp dầm I bê tông dự ứng lực sử dụng bê tông thông thường .56 3.3 Kết cấu nhịp dầm I bê tông dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao 55 Mpa 58 3.4 So sánh, đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật; Khả ứng dụng .61 3.5 Kết luận chương .65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 Kết luận: 67 Kiến nghị: 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTCĐC: Bê tông cường độ cao C: Cát CDK: Chất dính kết CKD: Chất kết dính CPA HP: Xi măng có sử dụng phụ gia muội silic D: Đá DƯL: Dự ứng lực FA: Tro bay GTVT: Giao thông vận tải HPC (High Performace concretes ): Bê tông chất lượng cao HSC (High Strength concrete): Bê tông cường độ cao HRWR: Phụ gia giảm nước cao MS: Muội silic MOE: Modun đàn hồi N: Nước PGSD: Phụ gia siêu dẻo UHSC: Bê tông siêu cường độ X: Xi măng vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Phân loại bê tông theo cường độ chịu nén Bảng Dự tính lượng nước trộn cần thiết hàm lượng khơng khí bê tơng tươi sở sử dụng cát có độ rỗng 35 % 17 Bảng Giá trị tối đa N/CDK khun dùng bê tơng sản xuất có chất giảm nước cao (HRWR) 19 Bảng Các giá trị khuyên dùng cho phần thay tro xi măng Poóc lăng 21 Bảng Đường kính lớn cốt liệu thô đá 22 Bảng Thể tích đá đầm chặt đơn vị thể tích bê tơng , m3/m3 bê tông (Vđ) 23 Bảng Các tiêu chuẩn thí nghiệm 27 Bảng Các cấp độ đặc tính tính theo tiêu chuẩn LRFD-05 bê tông kết cấu chất lượng cao 28 Bảng Tổng hợp thành phần vật liệu giá thành/m dầm [4, tr 109] 36 Bảng 2 Mơ men tính tốn dầm I 44 Bảng Lực cắt tính toán dầm I 45 Bảng Phân tích độ võng dầm chữ I 45 Bảng Tổng hợp nội lực với chiều cao dầm thay đổi 46 Bảng Phân tích độ võng 46 Bảng Phân tích ứng suất dầm I 47 Bảng Phân tích M, Q dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.2m 48 Bảng Phân tích độ võng dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.2m 49 Bảng 10 Phân tích ứng suất dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.2m 49 Bảng 11 Giá thành cầu HPC70 50 Bảng Các ứng dụng thực tế kết cấu nhịp dầm I bê tông dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao 55 Mpa [12]: .54 Bảng Mô men tính tốn dầm I 57 Bảng 3 Lực cắt tính tốn dầm I 58 Bảng Phân tích độ võng dầm chữ I 58 Bảng Tổng hợp nội lực với chiều cao dầm thay đổi 59 vii Bảng Phân tích độ võng 60 Bảng Phân tích ứng suất dầm I 61 Bảng Phân tích M, Q dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.1m 62 Bảng Phân tích độ võng dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.1m 62 Bảng 10 Phân tích ứng suất dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.1m 63 Bảng 11 Giá thành cầu HPC70 63 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 Cấu trúc muội silic Hình Cấu trúc hồ xi măng 10 Hình Sơ đồ hệ thống hạt xi măng-Hạt siêu mịn 10 Hình Cầu vịnh San Francisco – Oakland .33 Hình 2 Cầu I-25 đại lộ Yale, Denver 34 Hình Cầu dầm Lousiana 35 Hình Cầu vượt đường Louetta, Houston 36 Hình Cầu Buukei-Hokkaido 37 Hình Cầu ODAWARA 37 Hình Cầu Akihabara- Tokyo 38 Hình Cầu IBI River 38 Hình Cầu Tsing MA bridge – Hồng Kông 38 Hình 10 Cầu Joigny 39 Hình 11 Cầu sông Res 39 Hình 12 Biểu đồ khối ứng suất bê tông thường 42 Hình 13 Biểu đồ khối ứng suất bê tông chất lượng cao 43 Hình 14 Mặt cắt ngang cầu hành 44 Hình 15 Tiết diện dầm bê tơng dự ứng lực 44 Hình 16 Quan hệ cường độ mức thay đổi tính 45 Hình 17 Mặt cắt ngang cầu hành 47 Hình 18 Tiết diện dầm bê tông dự ứng lực 48 Hình 19 Mặt cắt ngang cầu có chiều cao dầm thấp 50 Hình 20 Mặt cắt ngang cầu bê tông HPC 51 Hình 21 Mặt cắt ngang cầu kiểu cũ 51 Hình 22 Mặt cắt ngang cầu bê tông HPC 52 Hình Bản vẽ mặt cắt ngang điển hình 55 Hình Mặt cắt ngang cầu 57 Hình 3 Tiết diện dầm bê tông dự ứng lực 57 Hình Mặt cắt ngang cầu 59 ix Hình Tiết diện dầm bê tơng dự ứng lực 59 Hình Mặt cắt ngang cầu 62 Hình Tiết diện dầm bê tông dự ứng lực 62 56 ứng lực Các cấu kiện có mặt cắt mảnh bê tơng cường độ cao khơng dự ứng lực địi hỏi nhiều cốt thép thường dù khơng tránh nứt có độ cứng nhỏ Trong đó, việc sử dụng bê tơng cường độ cao kết cấu dự ứng lực cho phép tạo lực dự ứng lực lớn qua đó, làm tăng khả chống nứt độ cứng từ đó, làm giảm kích thước mặt cắt chọn tỷ lệ độ mảnh L:h Tuy nhiên, dạng kết cấu có điểm mạnh điểm yếu khác chương có chung cấu hình ( chiều dài nhịp; chiều rộng cầu, tải trọng thiết kế) việc dùng hai loại bê tông cường độ thông thường (f’c =35 – 40 Mpa) cường độ cao 55 Mpa dẫn đến chúng có tiêu kinh tế-kỹ thuật khác Qua so sánh làm rõ việc dùng BTCĐC có lợi điểm gì, hạn chế để kiến nghị phạm vi ứng dụng Phương án gốc dùng bê tông thông thường: dầm với B=12m; s=2.4m; L=33m; h=1,65m; f’c =35 – 40 Mpa cho dầm; 28-30 Mpa cho mặt cầu Phương án so sánh dùng bê tông cường độ cao: dầm với B=12m; s=3.1m; L=33m; [ chiều cao h=1.5m; h=1.6m; h=1.65m] f’c =60 – 70 Mpa cho dầm; 35 Mpa cho mặt cầu 3.2 Kết cấu nhịp dầm I bê tông dự ứng lực sử dụng bê tông thông thường Từ phân tích lựa chọn phần 3.1 thơng số kích thước hình học mặt cắt ngang sử dụng dầm I dùng bê tơng thơng thường sau: + Chiều dài tồn dầm: L = 33m + Chiều cao dầm: h = 1,65m + Bê tơng dầm: có cường độ chịu nén fc =35- 40MPa + Bê tơng mặt cầu: có cường độ chịu nén fc2 = 28-30MPa + Tỷ trọng bê tông: p = 2500kg/m3 + Tải trọng thiết kế: hoạt tải: HL 93, tải trọng người đi: 3.10-3MPa + Loại cốt thép DƯL: tao thép 12 sợi T đường kính 12,7mm + Giới hạn chảy 1670MPa, giới hạn bền 1860Mpa + Các thông số cần thiết khác giả định tính tốn phụ lục kèm theo + Quy trình áp dụng: 22TCN 272 – 05 57 Hình Mặt cắt ngang cầu Hình 3.3 Tiết diện dầm bê tơng dự ứng lực Với kích thước dầm khơng đổi (khơng thay đổi kích thước dầm) Khi ta tăng cường độ chịu nén bê tông dầm lên: fc = 35MPa; 40MPa Ta có bảng tổng hợp nội lực dầm sau: Bảng 3.2 Mô men tính tốn dầm I fc, MPa H,m 35 40 1.65 1.65 Mô men uốn, Sức kháng uốn, Mức thay đổi x103kN.m x103kN.m % 14.161 14.302 15.735 15.891 1.00 Nhận xét: Khi giữ nguyên chiều cao dầm, thay đổi cường độ chịu nén bê tơng sức kháng uốn tính tốn tăng khơng đáng kể mức thay đổi đạt 1% 58 Bảng 3.3 Lực cắt tính tốn dầm I f’c, MPa H,m 35 40 1.65 1.65 Lực cắt tính tốn, Sức kháng cắt, Mức thay đối x103kN x103kN % 1.009 1.029 1.121 1.144 2.01 Nhận xét: Khi thay đổi cường độ bê tông sức kháng cắt thay đổi không đáng kể mức thay đổi đạt 2.01% Bảng 3.4 Phân tích độ võng dầm chữ I Độ võng trọng Độ vồng fc, MPa 35 40 H,m 1.65 1.65 lượng thân DƯL, , mm mm 35.3 33.2 -77.9 -73.6 Tổng độ võng + độ vồng, mm Độ võng tiêu chuẩn dài hạn sau cùng, mm -42.6 -40.5 0.9 0.2 Nhận xét: Mức giảm độ võng thay đổi khơng đáng kể với dầm dùng bê tơng có cường độ chịu nén 35 40 Mpa, độ võng tiêu chuẩn dài hạn sau bê tông cps cường độ f’c = 40 Mpa thấp f’c = 35 0.7mm Từ tính tốn so sánh cho thấy bê tông cường độ thông thường sử dụng loại mặt cắt ngang điển hình thay đổi Momen lực cắt độ võng dầm chữ I không đáng kể 3.3 Kết cấu nhịp dầm I bê tông dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao 55 Mpa Từ phân tích lựa chọn phần 3.1 thơng số kích thước hình học mặt cắt ngang sử dụng dầm I dùng bê tông cường độ cao sau: + Chiều dài toàn dầm: L = 33m + Chiều cao dầm: [h=1,5m; h=1,6m; h=1,65m] + Bê tơng dầm: có cường độ chịu nén fc = 60 - 70MPa + Bê tơng mặt cầu: có cường độ chịu nén fc2 = 35MPa + Tỷ trọng bê tông: p = 2500kg/m3 + Tải trọng thiết kế: hoạt tải: HL 93, tải trọng người đi: 3.10-3MPa + Loại cốt thép DƯL: tao thép 12 sợi T đường kính 12,7mm + Giới hạn chảy 1670MPa, giới hạn bền 1860MPa 59 + Các thông số cần thiết khác giả định tính tốn phụ lục kèm theo + Quy trình áp dụng: 22TCN 272 – 05 Hình Mặt cắt ngang cầu Hình Tiết diện dầm bê tơng dự ứng lực Với kích thước dầm thay đổi (thay đổi kích thước chiều cao dầm [h=1,5m; h=1,6m; h=1,65m]) Khi ta tăng cường độ chịu nén bê tông dầm lên: fc = 60MPa; fc = 40MPa Ta có bảng tổng hợp nội lực dầm sau: Với mức biến thiên chiều cao 1.5- 1.65m mức biến thiên cường độ chịu nén bê tơng 60 70Mpa Ta có bảng tổng hợp nội lực dầm sau: Sức kháng uốn va sức kháng cắt tính tốn ghi Bảng 3.5 Bảng Tổng hợp nội lực với chiều cao dầm thay đổi Mô men f’c, MPa H,m tính tốn max, x10 kN.m 60 1.50 1.60 13.741 14.813 Lực cắt tính Sức kháng tốn max, uốn danh x103kN đinh, kNm 0.800 0.907 15.268 16.458 Cuờng độ kháng cắt danh định, kN 0.888 1.008 Mức tăng sức kháng cắt tính tốn, % 11 60 70 1.65 1.50 1.60 1.65 15.349 13.803 14.875 15.411 0.982 0.819 0.930 1.000 17.054 15.337 16.528 17.124 1.091 0.910 1.034 1.111 18.66 2.42 14.12 20.07 Nhận xét: Phân tích theo kháng uốn chiều cao tối thiểu dầm sau: Khi cường độ chịu nén bê tông 60MPa chiều cao tối thiểu dầm 1.50m, cường độ chịu nén bê tông 70MPa, chiều cao tối thiểu dầm 1.650m, mức tăng sức kháng cắt tính tốn đứng kể 20.07% Bảng Phân tích độ võng Tổng độ võng + f’c, H,m MPa 60 70 1.50 1.60 1.65 1.50 1.60 1.65 Độ võng, Mm 31.2 27.4 25.8 29 25.5 24 Độ vồng, Mm -67.4 -61.8 -59.3 -63 -57.7 -55.4 độ vồng, mm -36.2 -34.4 -33.5 -34.0 -32.3 -31.4 Độ võng tiêu chuẩn dài hạn sau mm 30.1 17.4 12.4 27.6 15.8 11.1 Trong độ võng tiêu chuẩn dài hạng sau tính phụ lục tính tốn Nhận xét: Phân tích theo độ võng độ vồng dầm: Khi cường độ chịu nén tối thiểu bê tông 60MPa theo khống chế độ võng chiều cao tối thiểu dầm 1.50m Khi cường độ chịu nén tối thiểu bê tơng 70MPa chiều cao tối thiểu dầm 1.50m Như từ việc phân tích tính tốn tổng độ vồng + độ vồng cho thấy việc sử dụng bê tơng cường 70Mpa có trị số thay đổi thấp nhất, độ võng tiêu chuẩn dài hạn sau 11.1mm tối ưu Phân tích ứng suất dầm chữ I cường độ chịu nén bê tông từ 6070MPa, chiều cao dầm từ 1.50-1.65m cho thấy ứng suất nén biến đổi từ 30.81-28.83 (ứng suất nén giới hạn từ 36-42) Ứng suất kéo max 13.632- 13.39MPa (4.18MPa) 61 Bảng Phân tích ứng suất dầm I f’c, MPa 60 70 Ứng suất Giới hạn ứng suất H,m thớ nén thớ dầm, dầm, MPa MPa 30.81 29.52 28.94 30.70 29.41 28.83 1.50 1.60 1.65 1.50 1.60 1.65 Giới hạn ứng Ứng suất kéo thớ dầm, MPa 36 42 suất kéo thớ dầm, MPa -13.62 -12.97 -12.68 -13.30 -12.67 -12.39 -3.87 -4.18 3.4 So sánh, đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật; Khả ứng dụng Dựa vào thiết kế định hình, dựa vào thiết kế kinh nghiệm, dựa vào dự án sử dụng, nêu từ nghiên cứu chuyên gia hàng đầu nước Theo tính tốn, phân tích so sánh đánh giá cho thấy đối tượng nghiêm cứu dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực kéo trước sử dụng bê tông cường độ cao f’c = 60 – 70 Mpa, thích hợp sử dụng cho cầu có bề rộng B=12m; khoảng cách dầm s=3,10m; chiều dài l=33m; với chiều cao h=1,65m; f’c 35 Mpa cho mặt cầu đảm bảo yêu cầu mặt kỹ thuật, từ đưa mặt cắt ngang cho cầu dầm giản đơn kéo trước sau: + Chiều dài toàn dầm: L = 33m + Mặt cắt ngang sử dụng dầm + Khoảng cách đặt dầm: S = 3,1m + Chiều cao dầm: H = 1,65m + Bê tơng dầm: có cường độ chịu nén fc = 70MPa + Bê tơng mặt cầu: có cường độ chịu nén fc2 = 35MPa + Tải trọng thiết kế: hoạt tải: HL 93, tải trọng người đi: 3.10-3MPa + Tỷ trọng bê tông: p = 2500kg/m3 + Loại cốt thép DƯL: tao thép 12 sợi đường kính 12,7mm + Quy trình áp dụng: 22TCN 272 - 05+HPC 62 12000 1325 3100 3100 3100 1375 Hình Mặt cắt ngang cầu Hình Tiết diện dầm bê tơng dự ứng lực Bảng Phân tích M, Q dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.1m Cường độ chịu nén f c(MPa) 70 Chiều Mơmen uốn cao tính tốn dầm lớn (m) (kN.m) 1.65 Lực cắt tính tốn lớn (kN) 15.411x10 1.000x103 Sức kháng uốn tính tốn (kN.m) Nhỏ nhất, Lớn nhất, K1=5/3 K2=6/3 10.043x103 17.124x103 Bảng Phân tích độ võng dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.1m Cường độ chịu nén f c (MPa) 70 Chiều cao dầm (m) 1.65 Độ võng trọng lượng thân dầm(mm) 24 Độ võng Độ vòng dự ứng lực (mm) Độ võng tiêu tiêu chuẩn chuẩn dài hạn (mm) sau (mm) -55.4 -31.4 11.1 63 Bảng 10 Phân tích ứng suất dầm I, H=1.65m, f c=70MPa, a=3.1m Ứng suất nén lớn (MPa) Cường độ chịu nén Do DƯL+tải (MPa) trọng thường Do Hoạt Giới hạn kéo Max ứng suất Do DƯL+tải trọng thường xuyên+tải khai trọng thường trọng thời thác (MPa) kéo tải+1/2 tải xuyên 70 Ứng suất 18,85 13,16 25,05 (MPa) -3,613 -4,21 Trên mặt cắt ngang cầu dầm giản đơn nhịp dài L = 33m, bê tông cốt thép dự ứng lực kéo trước, với bê tơng có cường độ chịu nén f c = 70MPa, ta sử dụng cầu dầm có thơng số sau: + Chiều cao dầm: h = 1,65m + Khoảng cách dầm: a = 3,1m Với việc sử dụng khoảng cách dầm ta tiết kiệm phiến dầm, tiết kiệm vật liệu, tiết kiệm kinh phí chế tạo dầm Tính kinh phí kết cấu cầu sử dụng bê tông chất lượng cao Mức tăng vật liệu: Giá thành m3 bê tông HPC 70 tăng 47% so với giá thành 1m3 bê tông 40MPa (1.385.000đ so với 955.000đ) Chủ yếu tăng hàm lượng chất siêu dẻo phụ gia MS Mức tăng giá thành 1dầm cầu 33m: 31% Giá trị 1m3 bê tông dầm: 955.000.000đ (bê tông 40) [13] Giá thành 1m3 bê tông HPC70 dầm: 1.385.000đ [13] Như sử dụng bê tông HPC70 giá thành phần bê tông dầm cầu mặt cắt ngang bớt dải dầm nên tổng giá thành bê tông tăng 33% Kết tổng hợp theo bảng 3.11 Bảng 11 Giá thành cầu HPC70 Giá trị TT 1 Giá trị tính cho 1m3 BT dầm chủ (VNĐ) Giá trị tính cho dầm cầu (VNĐ) Kết cấu sử dụng Kết cấu sử dụng bê tông M40 bê tông M70 Giá trị chênh lệch, % 955.000 1.385.000 31 23.302.000 34.772.000 33 64 Giá trị tính cho tồn cầu (VNĐ) 582.550.000 556.352.000 -4.7 Giá lắp rắp dầm 46USD/ 1mdầm 166.980.000 133.584.000 -25 Cộng bê tông lắp ráp 749.530.000 689.936.000 -8.6 So sánh việc chế tạo, thi công phiến dầm HPC phiến dầm bê tông cường độ thông thường: Về vật liệu Bê tông: Một hỗn hợp bê tơng tính cao (HPC) cần chi phí cao từ 30 47% so với hỗn hợp bê tơng thơng thường Đó hàm lượng phụ gia vật liệu kết dính cao Điều quan trọng với người thiết kế phải xác định cường độ bê tông cần thiết tối thiểu giai đoạn thi cơng giai đoạn giải phóng ứng suất dư, giai đoạn vận chuyển, tháo bỏ ván khuôn, đưa vào sử dụng Điều cho phép nhà thầu nhà sản xuất lựa chọn hỗn hợp với chi phí thấp đạt mục tiêu thiết kế giảm rủi ro liên quan đến cường độ bê tông cao Thép dự ứng lực: Cần nhiều thép dự ứng lực để phát triền mức ứng suất dư cao Thường cần phải sử dụng bó dây thép có đường kính 0,6 "(15 mm) để có mức ứng suất cao Hiện nay, bó dây với đường kính 0,6'' có chi phí cao chút so với bó dây với đường kính 0,5" (12,7 mm) tính sở đơn vị trọng lượng Tuy nhiên, cần bó dây sử dụng bó dây có đường kính 15 mm, phí tổng thể khơng khác biệt nhiều Người thiết kế cân nhắc đến tiết diện dầm tối ưu để có hiệu kinh tế Cốt thép khơng có dự ứng lực: Việc sử dụng thép thường dầm dự ứng lực không đáng kể Do khơng có tăng lên đáng kể chi phí Thiết bị chế tạo nhà máy việc sử dụng thiết bị truyền thống phí tăng khơng đáng kể Về nhân cơng Nhân công cần thiết để thi công chế tạo kết cấu HPC không khác biệt nhiều so với kết cấu bê tông thông thường Đối với nhà máy chế tạo chưa sản xuất HPC, chi phí nhân cơng ban đầu tăng lên đơi chút số thay đổi dụng cụ tiêu chuẩn, ví dụ, thay đổi từ bó dây 0,5" (12.7mm) sang 0,6" (15mm) Giá thành bao gồm tổng chi phí, lợi nhuận, rủi ro ban đầu cao HPC Đối với nhà thầu nhà chế tạo khơng am hiểu Người thiết kế cần 65 giúp đỡ để giảm thiểu yếu tố rủi ro cách cường độ bê tông tối thiểu cần thiết thiết kế cách liên lạc với nhà chế tạo trước thiết kế Khi tất yếu tố chi phí gộp lại với nhau, chi phí dầm HPC tăng lên khoảng từ 10 - 15% so với dầm tiêu chuẩn Phần chi phí tăng bù đắp lại cách dùng dầm trụ kết cấu Thơng thường mặt cắt ngang cầu giảm dải dầm để giảm chi phí chung tồn cầu khơng đổi Từ phân tích tính tốn cho thấy tính hiệu kinh tế cao đạt sử dụng HPC Khi sử dụng vật liệu hơn, dầm độ dài dẫn đến giảm số lượng kích thước trụ, kích thước mố cầu, thời gian thi cơng nhanh góp phần giảm ùn tắc giao thông đô thị Độ bền lâu HPC dẫn đến chi phí bảo dưỡng sửa chữa thấp Tất yếu tố làm cho chi phí xây dựng sử dụng HPC giảm tuổi thọ khai thác cao 3.5 Kết luận chương Qua số liệu tính tốn có nhìn từ tổng quát số chi tiết quan trọng việc lựa chon số thông số cấu tạo, kích thước, tỷ lệ độ mảnh L:h mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ I sử dụng bê tông cường độ cao (từ 55-80 MPa) Về kết cấu nhịp cầu dầm có nhiều ưu điểm vượt trội so với bê tông thông thường mặt kỹ thuật lẫn kinh tế Từ phân tích việc ứng dụng bê tơng cường độ cao vào kết cấu dầm cầu dự ứng lực đúc sẵn áp dụng cho đường cao đô thị hướng phát triển tốt cần phát huy, để vừa đảm bảo giải vấn đề áp tắc giao thơng thị góp phần tạo mỹ quan điểm nhấn cơng trình kiến trúc diện mạo thành phố Tuy nhiên bê tông cường độ cao vật liệu nước ta chưa ứng dụng rộng rãi Vì trước vào thiết kế, thi cơng, lựa chọn mặt cắt dầm hợp lý cần phải cân nhắc điều kiện khác (điều kiện địa chất, mố trụ, công nghệ chế tạo, thi công, khai thác tu bảo dưỡng phải phù hợp với điều kiên thực tế…) Để so sánh lựa chọn mặt cắt hợp lý vừa đảm bảo kỹ thuật lẫn giá thành tốt nhất, đáp ứng mỹ quan điểm nhấn đô thị Ngày nước ta việc sử dụng kết cấu nhịp dầm I bê tông dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao để xây dựng cầu vượt đô thị thực hiện, việc sản xuất cấu kiện nhà máy, cơng ty có nhiều năm kinh nghiệm thực hiện, nhiên việc ứng dụng cấu kiện 66 thực tế cịn gặp hạn chế nhiều mặt cần phải nguyên cứu ứng dụng, khai thác hết tiền loại kết cấu 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ việc hiểu biết cấu trúc vật liệu chế tạo thành phần tính chất bê tông cường độ cao chất lượng cao để ứng dựng vào việc xây dựng cầu thị HPC sở hữu tất phận cần thiết cho ứng dụng kết cấu để kéo dài tuổi thọ phục vụ giảm chi phí chu kỳ tuổi thọ ứng dụng thành công phụ thuộc lớn vào việc kỹ sư thiết kế phối hợp chặt chẽ với nhà chế tạo nhà thầu thi công để tiến tới giải pháp có hiệu kinh tế Qua việc phân tích, lựa chon số thơng số cấu tạo, kích thước mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ I sử dụng bê tông cường độ cao (từ 55-80 MPa) So sánh việc tiêu thụ vật liệu chi phí xây dựng cầu với hệ số độ mảnh khác sử dụng bê tông cường độ cao xác định tỷ lệ có hiệu giá thành Nghiên cứu tác động trực quan tỷ lệ chiều dài chiều cao nhịp khác đặc biệt đánh giá tác động thẩm mỹ việc sử dụng tỷ lệ hiệu giá thay tỷ lệ thông thường Cập nhật đề xuất, kiến nghị tỷ lệ chiều dài chiều cao nhịp vào việc nghiên cứu tính kinh thẩm mỹ Kết luận văn chọn số mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ I tối ưu sử dụng bê tông cường độ cao việc xây dựng cầu vượt đô thị Những vấn đề tồn đọng Do thời gian hạn chế, khối lượng tính tốn lớn nên luận văn dừng lại nghiên cứu so sánh đánh giá cho số sơ đồ dầm I cụ thể, chưa đề cập đến việc ứng dụng vào nhịp cầu dầm sử dụng mặt cắt khác (chữ T, mặt cắt hình hộp …) Chưa vào tính tốn chi tiết kết cấu phần Kiến nghị Kết nghiên cứu đề tài mức độ nghiên cứu so sánh đánh giá, lựa chọn số mặt cắt ngang hợp lý kết cấu nhịp cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ I sử dụng bê tông cường độ cao xây dựng cầu vượt đô thị Chưa bao quát cho nhiều trường hợp khác nhau, chiều rộng cầu khác nhau, số lượng dầm, chiều cao dầm lựa chọn tỷ lệ độ mảnh L:h hợp lý tối ưu 68 Với phát triển không ngừng xã hội, tượng ùn tắc giao thơng nút giao gây thiệt hại không nhỏ cho kinh tế - xã hội để giải vấn đề việc xây dựng cầu vượt nút giao, vừa góp phần giảm ùn tắc giao thông, vừa điểm nhấn cảnh quan mặt đô thị Kết cấu nhịp cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ I sử dụng bê tông cường độ cao mong đợi kết cấu nhịp cầu dầm sử dụng rộng rãi xây dựng cầu vượt đô thị nhờ vào phát triển mảnh mẽ nguồn vật liệu đặc biệt bê tông cường độ cao cường độ siêu cao xu hướng sử dụng vật liệu tiên tiến giới để chế tạo kết cấu có khả chịu lực lớn dùng vật liệu nên có trọng lượng nhẹ, đồng thời chất lượng vật liệu nâng cao dẫn đến độ bền theo thời gian vượt trội so với bê tơng thơng thường có thêm nhiều nghiên cứu sâu, toàn diện vật liệu Việt Nam 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bộ giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 Tiêu chuẩn hành TCVN 7570 – 2006, Cốt liệu cho bê tông vữa yêu cầu kỹ thuật GS.TS Phạm Duy Hữu (2005), Công nghệ bê tông bê tông đặc biệt GS.TS Phạm Duy Hữu, PSG TS Nguyễn Ngọc Long, TS Đào Văn Đông, THS Phạm Huy Anh (2008), Bê tông cường độ cao chất lượng cao TCVN 10306 – 2014, Bê tông cường độ cao – Thiết kế thành phần mẫu hình trụ Sổ tay ACI thực hành bê tông, phần Bê tông chất lượng cao (2011), NXB GTVT, Hà Nội Phạm Duy Hữu (2002), Vật liệu xây dựng mới, NXB GTVT, Hà Nội Nguyễn Minh Nghĩa, Nguyễn Văn Nhậm, Trần Đức Nhiệm, Nguyễn Viết Trung (1993), hướng dẫn thiết kế, Trường ĐH GTVT, Hà Nội 10 Nguyễn Viết Trung, Phạm Huy Chính (2003), Các cơng nghệ thi công cầu, NXB Xây dựng, Hà Nội 11 Phạm Duy Hữu, Nguyễn Long (2008), Bê tông cường độ cao bê tông chất lượng cao, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội 12 xem , ngày 14/5/2017 13., xem ngày 17/5/2017 Tiếng anh 14 AASHTO LRFD 2012, Design Specification 15 University of South Florida (2005), Design and Evaluation of Steel Bridge with Double Composite Action 16 AISI (1995), LRFD Design Example of Steel Highway Bridge 17 ACI 318, Yêu cầu quy phạm xây dựng bê tông cốt thép, Viện bê tông Mỹ 70 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Bảng tính Dầm I33m PA1.35 Phụ lục 2: Bảng tính Dầm I33m PA1.40 Phụ lục 3: Bảng tính Dầm I33m PA2.60.150 Phụ lục 4: Bảng tính Dầm I33m PA2.60.160 Phụ lục 5: Bảng tính Dầm I33m PA2.60.165 Phụ lục 6: Bảng tính Dầm I33m PA2.70.150 Phụ lục 7: Bảng tính Dầm I33m PA2.70.1.60 Phụ lục 8: Bảng tính Dầm I33m PA2.70.1.65