vet ons
NG LT
An PGS TS NGUYEN VIET TRUNG - TS HOANG HA TRUONG BAI HOC GIAO THONG VAN TẢI-CƠ SỞ 2
THU VI EN 000332
CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
(Tập 1)
Trang 2LỜI NĨI ĐẦU
Giáo trình Cầu Bê tông cốt thép tái bản lần thứ 4 có bổ sung uà sửa chữa nhiều uà được biên soạn theo đề cương môn học Cầu BTCT dành cho chuyên
ngành đào tạo kỹ sư Cầu Hầm Tập 1 có nội dung tương ứng uới học phần I
gồm 60 tiết giảng liên quan đến các kết cấu nhịp hệ dầm giản đơn Tệp II có
nội dung tương ứng uới học phần II gồm 45 tiết giảng liên quan đến các kết
cấu nhịp hệ phức tạp
Các kiến thức tính tốn trong Giáo trình này uẫn được uiết theo Quy trình 1979 của Bộ Giao thông Vận tải Các nội dung có liên quan của Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-01 duge đưa uào các Phụ lục C3-C4-C5
Phân công biên soạn giữa các tác giả như sau:
PGS TS Nguyễn Viết Trung chủ biên uà uiết các chương mở đầu, chương
2, 3, 4, 5, 6 va cde Phu luc C3-C4-C5
TS Hoang Ha viét chuong I va phu luc khac
Các tác giả mong nhận được sự phê bình góp ý của độc giả để hồn thiện giáo trình này trong lần xuất bản sau
CÁC TÁC GIẢ
Trang 3CHƯƠNG MỞ ĐẦU
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
1 PHÂN LOẠI CẦU BTCT, CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG
1.1 Phân loại
Các cầu BTCT có thể được phân loại theo những tiêu chuẩn căn cứ khác nhau Sau đây là một số phân loại thông dụng:
a) Phân loại theo vi tri cau:
Tuỳ theo loại chướng ngại cần phải vượt qua mà có thể gọi là:
- Cầu qua sông, suối,
- Cầu vượt đường,
- Cầu cạn,
- Cầu có trụ cao để vượt qua thung lũng, hẻm núi b) Phân loại theo tải trọng qua cầu:
- Cầu đường ô tô,
- Câu đường sắt, - Cầu thành phố, - Cầu đi bộ,
- Cầu đi chung đường sắt Đường ô tô, - Cầu máng dẫn nước,
- Cầu đành cho đường ống dẫn nước, hay dẫn dầu, dẫn khí đốt
©) Phân loại theo cao độ tương đối của một xe chạy:
- Cầu chạy trên, - Cầu chạy dưới, - Cầu chạy giữa
Trang 4đ) Phân loại theo sơ đồ tĩnh học trong giai đoạn khai thác của kết cấu chịu lực chính:
- Cầu dầm: dầm giản đơn, dầm liên tục, dầm hãng (hình 1)
Y eS Đ =
~ i a (on) + * ae i + 4
kẽ—— E——«l | LO sow !
Hình I: Các sơ đồ tĩnh học dâm giản đơn, dâm liên tục, dâm hãng có dâm deo
và biểu đồ M tương ứng do tĩnh tải
- Cầu khung: khung T có dầm đeo, khung T có chốt, khung T liên tục
nhiều nhịp, khung chân xiên khung kiểu cống v.v (hình 2)
- Cầu vịm (hình 3),
- Cầu dàn,
- Cầu có kết cấu liên hợp:
+ Cầu dầm - vòm,
+ Cau dan - vim,
+ Cầu dầm - dây (cầu treo dây xiên - dầm cứng BTCT) (hình 4)
e Phân loại theo bừnh dạng mặt cắt ngang của kết cấu chịu lực chính:
- Kết cấu nhịp bản
- Kết cấu nhịp có sườn
- Kết cấu nhịp mặt cắt hình hộp
Ø) Phân loại theo phương pháp thí công kết cấu nhịp:
- Với các nhịp nhỏ và trung bình (L < 2m với cầu 1 nhịp và Leầu < 100m
với cầu nhiều nhịp)
+ Cầu đúc tại chỗ
Trang 5+ Cầu lắp ghép toàn nhịp
+ Cầu nửa lắp ghép (phần sườn dầm lắp ghép, phần bản đúc tại chỗ)
a L | | 1 7? =a >] Rs |2.5~3¿ —¬ petal | 40|— |20-3.0
Hình 2: Một số sơ đồ câu khung
a) Cầu khung liên tục, b) Khung T: dâm đeo; c,d,e,ø) Một số dạng mặt cắt ngang nhịp
Hình 3: Một số sơ đồ cầu vòm
1 Cột trên vòm 2 Vịm chính 3 Phần xe chạy 4 Thanh treo
5 Vòm cứng 6 Dầm mềm 7 Vòm mềm 8 Dầm cứng
a) Thanh treo xiên b) Cầu vòm chạy giữa c) Vom cứng - đầm mềm đ) Vòm mềm - dầm cứng e) Cầu vịm chạy dưới có thanh treo xiên
Trang 6Hình 4: Một số sơ đơ cầu dây xiên - dầm cứng
1 Dây xiên; 2 Cột tháp; 3 Dâm cứng; 4 Dầm ngang của khung cột tháp để giữ dầm cứng
- Với cầu BTCT có nhịp lớn:
+ Cầu đúc tại chỗ trên đà giáo cố định
+ Cầu đúc tại chỗ với đà giáo di động
+ Cầu thi công theo phương pháp hãng
+ Cầu thi công theo phương pháp đẩy
+ Cầu thi công theo phương pháp đặc biệt (quay hoặc chổ nổi)
1.2 Các đặc điểm chung của cầu BTCT
@) Vat liéu:
Khi xây dựng câu BTCT thường dùng các vật liệu địa phương: cát, đá, xi măng là chủ yếu, phần cốt thép chỉ chiếm tỷ lệ nhỗ so với trọng lượng toàn kết
cấu và thường với loại thép tròn với giá rẻ hơn loại thép dùng làm cầu thép,
Ð) Độ bn, độ cứng:
Két cấu nhịp cầu BTCT có độ cứng rất : ap a Ầ bển đáp ứng mọi yêu cầu : 2 khai thác an toàn, thuận tiện Tuổi tPg;ấu —
Trang 7©) Hình dáng, hệ thống:
Kết cấu nhịp cầu BTCT có hình dáng hợp lý về mặt cơ học, thoả mãn các
yêu cầu về thuận tiện khai thác, vẻ đẹp kiến trúc, ví dụ cầu cong trên mặt
bằng, cầu rẽ nhánh (cầu chữ Y) v.v d) Tính liền khối:
Kết cấu nhịp đúc bê tông tại chỗ cũng như kết cấu nhịp lắp ghép hiện đại
đều đảm bảo được tính liền khối vững chắc
e) Trọng lượng bản thân:
Do có trọng lượng bản thân lớn nên kết cấu nhịp cầu BTCT không vượt qua được những chiều dài nhịp kỷ lục như cầu thép Nhịp cầu vòm BTCT dài nhất
thế giới có L = 360m, trong khi đó nhịp cầu treo thép dài nhất có L > 1300m
Tuy nhiên chính do nặng nề mà cầu BTCT ít bị ảnh hưởng xung kích của hoạt tải qua cầu hơn so với cầu thép, tiếng ồn khi xe qua cầu cũng nhỏ hơn, dao động ít hơn Do đó nhiều cầu trong thành phố được làm bằng BTCT
đ¡ Chỉ phí duy tu bảo dưỡng:
Nói chung chỉ phí này rất thấp, hầu như không đáng kể so với chi phí duy
tu cầu thép 8) Vết nứt:
Nói chung khó tránh khỏi những vết nứt nhỏ trong cầu BTCT dù là BTCT dự ứng lực Các vết nứt nhỏ hơn 0,3mm ở vùng khí hậu khơng ăn mịn được
coi là chưa ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ kết cấu Để thiên về an tồn, qui trình thiết kế Việt Nam hạn chế độ rộng vết nứt không quá 0,2mm trong kết cấu BTCT thường Khi thiết kế cũng như khi thi công cần phải tìm mọi biện pháp cơng nghệ hiện đại và hợp lý để giảm nguy cơ xuất hiện và mở rộng vết
nứt Trong các kết cấu BTCT dự ứng lực không được phép xuất hiện vết nứt
1.3 Phạm vi áp dụng của kết cấu nhịp bê tông cốt thép
Trong các cầu BTCT trên đường sắt thường chỉ áp dụng loại dầm giản đơn
có nhịp dài L = 4 - 33m Nếu muốn vượt nhịp dài hơn nên dùng dầm thép Trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh còn một số cầu vòm cũ BTCT
xây dựng từ những năm 1930
Nói chung cầu ở trong phạm vi ga, phạm vi khu dân cư, thành phố, cầu
trên đoạn tuyến đường sắt cong nên dùng kết cấu nhịp BTCT Trong các cầu BTCT trên đường ô tô, thường dùng nhiều dầm giản đơn ở các nhịp 6 - 33m, đặc biệt 42m Nếu nhịp lớn hơn thường dùng các sơ đồ kết cấu nhịp siêu tĩnh như dầm liên tục, dầm hãng, cầu khung BTCT dự ứnglực, cầu vòm
Trang 8Nói chung thường chọn các loại kết cấu như sau: - Dạng cầu bản giản đơn BTCT thường:
l Các nhịp từ 8 - 6m đối với cầu ô tô,
Các nhịp từ 2 - 3m đối với cầu đường sắt - Dạng cầu đường giản đơn bằng BTCT thường:
Các nhịp từ 7 - 24m đối với cầu ô tô,
Các nhịp từ 4 - 15m đối với cầu đường sắt
- Dạng cầu giản đơn BTCT dự ứng lực:
Các nhịp từ 12 đến 42m đối với cầu ô tô,
Các nhịp từ 12 đến 30m đối với cầu đường sắt - Dạng cầu dầm liên tục hoặc cầu khung BTCT dự ứng lực:
Các nhịp từ 33m đến 200m của cầu ô tô, khi áp dụng cho cầu đường sắt - Dạng cầu vòm BTCT thường: trước kia có dùng cho cầu nhịp 15 đến 30m,
có thể dùng đến nhịp 300m cho cầu đường ô tô
Ngày nay ít khi xây dựng cầu vịm vì khó cơng nghiệp hố cơng tác thi công và chỉ áp dụng khi có yêu cầu đặc biệt về kiến trúc
- Dạng cầu treo dây xiên: Dầm cứng BTCT có ưu điểm hình dáng đẹp, vượt
được nhịp, dài, có thể đến 200m hoặc hơn nữa, thường được xây dựng theo những yêu cầu đặc biệt Dạng cầu dàn BTCT dự ứng lực đã thường được xây
dựng trên đường sắt Liên Xô cũ, nhưng không phổ biến ở các nước khác cũng
như ở Việt Nam vì cấu tạo phức tạp, khó thi cơng và khơng ưu việt hơn cầu
dàn thép *
II VAT LIEU LAM CAU BE TONG COT THEP
Các vật liệu chủ yếu để làm BTCT là bê tông, cốt thép thường, cốt thép cường độ cao và một số loại thép hình, thép bản Trong các môn học "Vật liệu xây dựng" và "Kết cấu BTCT" đã giới thiệu các đặc trưng cơ lý của các vật liệu này GO day chi nhắc lại những điều cơ bản nhất liên quan đến kết cấu cầu
2.1 Bê tông
Trong quy trình 1979, các mác bê tông theo cường độ chịu nén được dùng cho kết cấu cầu là: 200, 250, 400, 500 Tuy nhiên trong thực tế đã dùng cả những mác khác Ví dụ dầm dự ứng lực của cầu Thăng Long trên phần dành cho xe thô sơ đã có mác bê tơng 450
Đối với mỗi mác bê tơng nói trên, quy trình 1979 quy định cụ thể các trị số
Trang 9của cường độ tính tốn chịu nén đúng tâm Rn, chịu nén khi uốn Ru, chịu cắt trượt Re, mô đun đàn hồi v.v xem phụ lục) Những trị số này đã được sao chép lại từ quy trình 1967 của Liên Xơ cũ, vì vậy có thể chưa hồn tồn phù
hợp điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta
Từ năm 1985 ở Liên Xô cũ đã bỏ khái niệm về mác bê tông theo cường độ chịu nén và đưa ra khái niệm về cấp bê tông theo cường độ chịu nén mà trị số của nó chính là trị số cường độ ứng với xác suất 0,95 (tương ứng với trị số
cường độ tiêu chuẩn của bê tơng mà Quy trình 1979 đưa ra) Cần lưu ý trị số
của mác bê tông mà Quy trình 1979 đưa ra là trị số tương ứng với xác suất 0,5 khi nén thử mẫu bê tông
Các mác bê tông cấp 250 - 300 thường dùng cho các kết cấu lắp ghép bằng BTCT thường Bê tông mác 400 - 500 được dùng cho kết cấu BTCT dự ứng lực
Đối với một số cầu ở nước ta được thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế của nước ngồi và có tham khảo quy trình 1979, chúng ta phải nhận biết sự khác nhau về khái niệm cường độ đặc trưng của bê tông và mác bê tông, sự khác nhau về định mẫu thử khối vuông hay hình trụ trịn, về kích thước v.v cho mỗi trường hợp cụ thể tuỳ theo từng tiêu chuẩn
Mẫu thử nén bê tông theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện nay là mẫu khối
vuông 15 x 15 x 15em, tuổi 28 ngày
Quy trình 1979 của Bộ GTVT khơng có những quy định về mác bê tông theo độ bền chịu kéo, mác bê tông theo độ chống thấm Vì vậy khi thiết kế cơng trình hay kết cấu đặc biệt có liên quan đến độ bền chịu kéo cũng như độ bền chống thấm chúng ta phải tham khảo các tiêu chuẩn của Bộ Xây dựng và Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (của Bộ Thuỷ lợi cũ)
Trong các kết cấu nhịp, đặc biệt là các kết cấu nhịp dự ứng lực, để đạt được bê tơng mác cao có thể áp dụng những biện pháp sau đây:
- Dùng loại xi măng mác cao Ví dụ PC40 thay cho loại PC30
~ Tăng hàm lượng xi măng Đây là biện pháp không kinh tế Nếu tăng quá
nhiều xi măng sẽ có nguy cơ xuất hiện nhiều vết nứt co ngót và vết nứt do chênh lệch nhiệt độ toả ra không đều trong quá trình thuỷ hoá xi măng ảnh hưởng xấu của từ biến cũng sẽ tăng theo
- Giảm tỷ lệ nước/xi măng Đây là biện pháp tốt nhưng có thể làm giảm tính dé đổ bê tơng vì hỗn hợp bê tơng có thể khơ quá Khi đó nên dùng cá+
phụ gia hoá dẻo hoặc phụ gia siêu dẻo Cũng cần dùng các loại đầm rung hiệu quả cao để đầm hỗn hợp bê tông
- Tăng cường độ cốt liệu, chọn loại đá cứng, cát vàng tốt và sạch không lần
sét, bụi
Trang 10- Thiết kế cấp phối hợp lý cho hỗn hợp bê tơng
Các cơng trình cầu ở vùng ven biển và vùng môi trường ăn mịn cần loại bê tơng đặc chắc, ít lỗ rỗng, nên dùng loại xi măng đặc biệt bền sun phát hoặc dùng các phụ gia siêu hố dẻo đặc biệt Ngồi ra cần dùng các tạo lớp bảo vệ
bề mặt chống thẩm thấu và ăn mòn
Để rút ngắn thời gian thi cơng, có xu hướng chế tạo loại bê tông đạt cường
độ sớm, ví dụ đối với dầm dự ứng lực cần có R cường độ tuổi 3 ngày bằng 80%
mác thiết kế (R„ = 80%R„;) để tạo dự ứng lực sớm Khi đó cần dùng loại phụ
gia siêu dẻo tăng nhanh cường độ bê tơng Ngồi ra có thể dùng bảo dưỡng nhiệt ấm cho bê tông theo quy trình đặc biệt (nhiệt độ khơng q 60)
Co ngót là một đặc tính rất đáng quan tâm của bê tơng Sự co ngót khơng
đều gây ra các vết nứt ban đầu ngay từ khi kết cấu chưa chịu tải Đó có thể là
tiền để cho nhiều hư hỏng kết cấu về lâu dài Hiện tượng co ngót kéo dài 1 - 2
năm sau khi đổ bê tông
Để giảm biến dạng co ngót cần phải giảm lượng xi măng và nước trong hỗn
hợp bê tông đến đủ mức cần thiết Việc bảo dưỡng bê tông trong giai đoạn
hoá cứng đầu tiên là rất quan trọng Đôi khi loại xi măng đặc biệt khơng co ngót và loại xi măng nở cũng có thể được sử dụng
Từ biến bê tông là hiện tượng biến dạng kéo dài theo thời gian của bê tông đưới tác dụng dài hạn của tải trọng (ví dụ tĩnh tải, dự ứng lực v v ), nó gây
ra sự phân bố lại nội lực trong kết cấu, gây mất mát dự ứng suất và tăng biến dạng chung của kết cấu Để giảm từ biến cũng có thể áp dụng các biện
pháp giống như các biện pháp để giảm co ngót
2.2 Cốt thép thường
Hiện nay nước ta vẫn áp dụng cách phân loại cốt thép thường dựa theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ Tuy nhiên các cốt thép nhập khẩu từ nhiều nước
khác nhau và cốt thép sản xuất bởi các Công ty liên doanh với nước ngồi có
các đặc tính kỹ thuật phù hợp với các Tiêu chuẩn được quốc tế chấp nhận
như tiêu chuẩn ASTM của Mỹ, BS của Anh v.v
Do vậy trong thực tế thiết kế và thi công, cần phải quan tâm đến các đặc trưng cơ lý của cốt thép, chứ không chỉ dựa vào tên thương mại của chúng để xem xét Công tác thí nghiệm cốt thép cần phải luôn được coi trọng
Các cốt thép tròn trơn thuộc nhóm A-I có đường kính từ 6-40mm Các cốt
thép có gờ loại thép than thuộc nhóm A-II cũng có đường kính danh định tương tự Cốt thép có gờ loại hợp kim thấp thuộc nhóm A-III,
Đặc tính quan trọng nhất của cốt thép mà có ảnh hưởng đến độ bền chung của kết cấu BTCT là giới hạn chẩy của thép, đại thể nó có trị số sau;
Trang 11- Đối với thép nhóm A-I thì ồ, = 2400 kG/cm?
- Đối với thép nhóm A-II thì ư,= 3000 kG/cm? - Đối với thép nhóm A-III thì ồ,= 4000 kG/cm?
Mơ đun đàn hồi của các cốt thép thanh vào khoảng 2,1 - 10 kG/cm?
Khả năng biến dạng dẻo của cốt thép được thể hiện qua trị số biến dạng
dan dài tương đối ở thời điểm bị kéo đứt Ví dụ thép có gờ nhóm A-JI có độ
dain kéo đứt là 18% Tính chất này của cốt thép liên quan chặt chẽ đến khả
năng chịu va đập, chịu uốn gập và khả năng phân bố đều ứng suất trong các
nhóm ghép nhiều thanh cốt thép Để kiểm tra tính chất này thường căn cứ vào thí nghiệm uốn gập thanh cốt thép trong trạng thái nguội
Độ bền chịu mỏi của cốt thép được đặc trưng bằng giới hạn môi ứng với 9.10 chủ kỳ chịu tải lặp Các cốt thép dùng cho cầu đường sắt cần có độ bền
mỗi cao
2.3 Thép hình
Có những trường hợp dùng thép hình I, L, [ để làm cốt thép cứng cho kết
cấu BTCT Quy trình 1979 khơng có những quy định liên quan đến các
trường hợp này Vì vậy khi cần thiết phải tham khảo các tiêu chuẩn của Bộ
Xây dựng và của nước ngoài một cách hợp lý Các cốt thép cứng cũng tỏ ra tốn kém hơn cốt thép trịn nhưng lại có thể làm kiêm nhiệm vụ đà giáo treo
đỡ ván khuôn khi đúc bê tông tại chỗ 2.4 Cốt thép cường độ cao
Các loại cốt thép thanh hay sợi có cường độ cao hơn 6000kG/cm? được qui
ước gọi là thép cường độ cao Chúng chỉ được dùng làm cốt thép dự ứng lực
Ngày nay các công ty xây dựng lớn quốc tế đều dùng đồng bộ các hệ thống dự ứng lực bao gồm cốt thép cường độ cao, mấu neo, kích v.v Do đó trong mỗi trường hợp cụ thể khi thiết kế phải chú ý riêng đến cốt thép cường độ cao
Trong chương 3 sẽ trình bày kỹ về các hệ thống nói trên đã và đang được
áp dụng ở nước ta và nước ngoài
III - SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHAT TRIEN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Ngay từ khi ngành sản xuất thép mới ra đời, người ta đã nghĩ đến việc đặt cốt thép trong bê tông để tận dụng khả năng của mỗi loại vật liệu Năm 1850,
một người Pháp là Lămbô đã làm chiếc thuyền bằng BTCT đầu tiên Đến
năm 1861 ông Kyanê, một người Pháp khác, làm ra các kết cấu mái che, vòm,
ống cống dựa trên nguyên tắc bê tông cùng chịu lực với cốt thép Tuy vậy mãi
Trang 12đến năm 1875 chiếc cầu BTCT đầu tiên mới được xây dựng tại Pháp theo đổ án của Kỹ sư Mơnlê, cầu này có dạng vòm dài 16m, rộng 4m cho người đi bộ
Kết cấu nhịp vòm được ngàm chặt hai chân vòm vào các mố nặng bằng
jTCT
Trong những năm tiếp theo đó, các cầu BTCT không được phát triển rộng
vì thiếu những cơ sở lý thuyết tính toán và số liệu nghiên cứu thử nghiệm về
sự chịu lực của kết cấu BTCT
Đến năm 1884 các thí nghiệm của Vaixơ và Bacsinge được thực hiện ở nước Đức nhằm xác định cường độ, độ chịu lửa của BTCT, sự dính bám cốt
thép với bê tông v.v
Tiếp theo đó là các thí nghiệm của Kenen về bản và các phương pháp tính tốn bản BTCT do ông đề ra lần đầu tiên năm 1896 Còn ở nước Nga từ
những năm (1891-1896) có các thí nghiệm về bản, dầm, vòm của Beleliuxki Năm 1892 kỹ sư Enkxơbicơ, người Pháp, đề xuất hệ thống kết cấu có sườn
bằng BTCT và phương pháp thi công kết cấu BTCT tồn khối khơng có dầm
thép đỡ như trước Ơng này khơng chỉ dùng BTCT để làm bản dầm mà cịn
làm cột, móng tường chắn, cọc v.v š
Sau sáng kiến ¡ ày, có thể coi là từ cuối thế kỷ 19 đã bắt đầu giai đoạn đầu
tiên phát triển rộng rãi các kết cấu BTCT và áp dụng phương pháp tính tốn
theo lý thuyết ứng suất cho phép Sang đầu thế kỷ 20 cầu BTCT được phát triển ngang hàng với các cầu thép, gỗ
Ở giai đoạn đầu, các cầu BTCT thường có dạng kết cấu bản dầm và vòm Đến trước đại chiến thế giới I (1914 - 1918) phần lớn các cầu BTCT thuộc hệ thống dầm đơn giản, dầm liên tục và cầu khung với kết cấu có sườn, khẩu độ
nhịp đến 30m, cá biệt đến 40m ˆ
Dần dần, các nhịp cầu BTCT dài hơn đã được xây dựng, đặc biệt vào những năm 1930 Có thể kể ra một số cầu nổi tiếng Cầu qua sông Naxeơva, năm 1935, dạng nhịp vòm dài 116m cho 4 làn xe lửa, cầu Stốckhôm (Thụy
Điển) với nhịp dài 181m, cầu Eooe (Pháp) có 3 nhịp, mỗi nhịp dài 186m, cầu
Esla (Tây Ban Nha) có 3 nhịp cầu mỗi nhịp dài 205m
Từ sau chiến tranh thế giới II, các cầu BTCT dự ứng lực bắt đầu phát triển rộng rãi ở châu Âu Thực ra ý định tạo dự ứng lực kéo cho cốt thép đã được để ra từ năm 1896 do Măngđen (người Áo) và Dơdecxơn (người Mỹ) Nhưng
những thử nghiệm lúc đầu đã thất bại vì họ dùng loại cốt thép có cường độ
thấp (khoảng 600kG/em?), dù có tạo được dự ứng suất kéo thì cũng sẽ mất
mát hết Mãi đến năm 1928 Kỹ sư Freyssinet (người Pháp) mới để xuất được
những cơ sở lý thuyết và thực nghiệm ban đầu cho kết cấu BTCT dự ứng lực
Ông đã chứng minh rằng phải dùng bê tông mác cao và cốt thép cường độ
Trang 13cao, trị số dự ứng suất kéo cốt thép phải lớn hơn 4000 kG/cm?, đồng thời phải
xét đến các mất mát dự ứng suất trong cốt thép do co ngót và từ biến bê tông
Công cuộc phục hổi và phát triển kinh tế ở châu Âu sau chiến tranh thế
giới II đã thúc đẩy khoa học kỹ thuật xây dựng cầu lên một bước mới: Sử
dụng các kết cấu lắp ghép và các kết cấu dự ứng lực rất đa dạng Số lượng
cầu BTCT chiếm tỷ lệ đáng kể trong số các cầu mới xây dựng
Nhiều dạng sơ để kết cấu và phương pháp thi công khác nhau đã được sáng chế và áp dụng rộng rãi trên khắp thế giới Việc lựa chọn áp dụng sơ đồ
nào hay áp dụng phương pháp thi công nào thường căn cứ vào việc so sánh,
xét tổng hợp nhiều yếu tố như: Các điều kiện địa lý, địa hình, địa chất, khí hậu, trình độ cơng nghiệp xây dựng, và nhiều yếu tố kinh tế xã hội khác, thể
đặc điểm riêng của mỗi nước, mỗi nền kinh tế
Trước đây, khi kết cấu BTCT dự ứng lực chưa phát triển thì kết cấu vịm
có lực đẩy ngang vào mố trụ là kiểu cầu chủ yếu để vượt qua các nhịp dài
'Tuy nhiên, nó chỉ phù hợp với một số loại địa hình, địa chất tốt Ngày nay do kỹ thuật xây dựng cầu BTCT du ứng lực đã đạt tới mức hoàn thiện nên các
cầu vịm rất ít được xây dựng Hầu hết các nhịp cầu BTCT dài từ 21m đến
200m đều là kết cấu dự ứng lực có cấu tạo rất đa dạng và hợp lý
Kết cấu BTCT dự ứng lực đã được dùng không những chỉ trong kết cấu nhịp cầu mà cả trong mố trụ khi cần thiết Cùng với phương pháp thì cơng đúc tại chỗ trên đà giáo hoặc lắp hãng, lắp ghép nguyên dài, các phương pháp đúc hãng, đúc đẩy để thi công các dạng cầu hệ khung liên tục, dầm liên tục nhịp lớn đã phát triển khắp thế giới Đôi khi phương pháp chở nổi cũng được
áp dụng
Để đạt hiệu quả kinh tế cao và giảm thời gian thiết kế, thi cơng, các đồ án
điển hình hoá hoặc đổ án thống nhất hoá được áp dụng rộng rãi khắp thế giới, đặc biệt là đối với các hệ thống nhịp dầm giản đơn
Hiện nay có khuynh hướng dùng các bó cáp thép lớn cường độ cao cho các cầu lớn Nói chung cáp có sức kéo cỡ 200 tấn được dùng rộng rãi
6 Việt Nam có thể chia quá trình phát triển cầu BTCT thành các giai
đoạn tương ứng với các giai đoạn của lịch sử đấu tranh giành độc lập, giữ
nước và xây dựng đất nước
1 Thời kỳ trước cách mạng tháng 8
Vào thời kỳ này, đã có nhiều cầu thuộc hệ thống nhịp bản, dầm giản đơn,
dầm hãng, vòm BTCT thường với nhịp 2 đến 20m được xây dựng trên các tuyến đường sắt và đường bộ Ví dụ chỉ trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh có khoảng hơn 600 cầu BTCT nhịp từ 8 đến 11m xây dựng từ
Trang 141927 - 1932, đến nay vẫn còn tận dụng được sau khi gia cố sửa chữa nhiều
đợt Trên các tuyến đường ô tô ở Nam bộ còn nhiều cầu dầm hãng, cầu vòm
chạy dưới thuộc loại này đang được khai thác, ở miền Bắc hầu hết cầu BTCT do Pháp xây dựng đã bị phá hoại do bom Mỹ
2 Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8-1945 đến năm 1954
Đây là thời kỳ kháng chiến chống Pháp nên hầu như rất ít cầu BTCT được xây dựng mới
3 Thời kỳ từ 1954 đến 1975
Trong thời kỳ này: nước ta bị chia làm hai miền và sự phát triển cầu BTCT cũng đi theo hai hướng khác nhau
Ở miền Bắc ngay sau 1954 nhiều cầu BTCT thường thuộc hệ bản, dầm
giản đơn, dầm hãng đúc bê tông tại chỗ đã được xây dựng Các để tài ứng dụng BTCT dự ứng lực trong xây dựng cầu lần đầu tiên đã do trường "Đại học Giao thông" tiến hành năm 1961: Một số cầu giản đơn BTCT dự ứng lực
đã được xây dựng như cầu Phủ lỗ, cầu Cửa tiển, cầu Tràng Thưa, cầu Bía (cầu dầm hãng có chốt giữa), theo đồ án của Việt Nam '
Các đô án điển h`nh về cầu bản mố nhẹ, dầm giản đơn lắp ghép mặt cắt
chữ T có dầm ngang hoặc khơng có dầm ngang với nhịp 3 - 4 - 6 - 9 - 19 - 15 -
21 m đã được "Viện Thiết kế Giao thông" thiết kế được áp dụng rộng rãi trên
các tuyến đường ơ tơ
Trong q trình 10 năm xây dựng cầu Thăng Long, một hệ thống cầu dẫn gồm khoảng 4km cầu đường sắt và 2km cầu ô tô bằng các dầm BTCT dự ứng
lực kéo trước hoặc kéo sau đã được xây dựng với công nghệ Liên Xơ (cũ) Qua
đó ngành công nghiệp xây dựng cầu BTCT dự ứng lực ở nước ta đã tiến một
bước mới
Ở miền Nam một số loại đồ án định hình cầu BTCT dự ứng lực theo tiêu chuẩn Mỹ AASHTO đã được sản xuất và lắp ghép rộng rãi trên các tuyến đường bộ trục chính khẩu độ nhịp dầm xấp xỉ là 19 - 18 - 25m
Kết cấu dầm BTCT dự ứng lực kéo trước với loại cáp xoắn 7 sợi, d = 12,7mm Các dầm T được lắp ghép theo phương ngang cầu bằng cáp thép dự ứng lực kéo
sau cùng loại nói trên Dạng kết cấu này được lắp ghép nguyên dài bằng các cần
cẩu cỡ 40 - 60 tấn, bánh xích
4 Thời kỳ 1975 đến 1992
Day là thời kỳ đất nước đã thống nhất nhưng chưa có sự kiện Liên Xô sụp -
đổ và Mỹ còn phong toả kinh tế đối với nước ta
Ở miền Bắc đã có các trung tâm chế tạo các dầm dự ứng lực nhịp đến 33m
Trang 15ở Hà Nội, Vinh Ở miền Nam việc sản xuất dầm dự ứng lực vẫn theo mẫu
AASHO cũ của Mỹ tại xưởng dầm Châu Thới gần TP Hồ Chí Minh
Chúng ta đã tự thiết kế và thi công được một số cầu khung T-dầm đeo thuộc hệ tĩnh định có nhịp dài xấp xỉ 60 - 70m (cầu Rào, cầu Niệm, cầu An
Dương v.v ) với cốt thép dự ứng lực dạng bó 24 sợi Ø 5mm ð Thời kỳ 1992 đến nay
Đây là thời kỳ mà quan hệ đối ngoại đã rộng mở và các công nghệ tiên tiến
của thế giới đang được chuyển giao vào nước ta Các dự án lớn cải tạo quốc lộ
1, các dự an cầu Phú Lương (hệ khung liên tục), cầu Bình, cầu Gianh, cầu Nông Tiến v.v đã khởi công hoặc đã hồn thành với cơng nghệ đúc hãng
hiện đại Công nghệ đúc đẩy cũng đã được chuẩn bị cho thi công cầu Mẹt
(Bắc Giang), cầu Hiền Lương
6 Về mặt Quy trình, tiêu chuẩn cho thiết kế và thì cơng, nghiệm
thu con lạc hậu
Quy trình 1979 để thiết kế cầu do Bộ Giao thông soạn thảo năm 1979 đã dựa vào nội dung của các quy trình năm 1962, và 1967 của Liên Xô (cũ) và quy trình cầu đường sắt 1958 của Trung Quốc Nội dung Quy trình 1979 cần
phải được sửa đổi rất nhiều Đối với các dự án cầu lớn, hiện nay chúng ta vẫn phải tham khảo thêm các Tiêu chuẩn của các nước ngoài như Nga, Mỹ, Nhật,
Auxtrailia và Pháp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ 2
THU VIEN
Trang 16
CHƯƠNG 1
CẦU BẢN VÀ CẦU DẦM CÓ SƯỜN BẰNG BTCT
THƯỜNG ĐÚC BÊ TÔNG TẠI CHỖ
1,1 CẦU BẢN MO NHẸ
1.1.1 Đặc điểm và điều kiện áp dụng kết cấu nhịp cầu bản
Kết cấu nhịp cầu bản đơn giản một nhịp hay nhiều nhịp có ưu điểm cấu tạo kết cấu đơn giản, dễ thi công và có chiều cao kiến trúc của bản thấp
Việc đúc bê tông tại chỗ kết cấu nhịp cầu bản có ưu điểm là thuận tiện cho
việc tạo hình dáng, kiến trúc của cầu, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi xây
dựng các cầu vượt đường ở các thành phố u cầu có hình dáng kiến trúc đẹp hay đối với các cầu nằm trên tuyến đường cong
Cầu bản bằng BTCT thường thích hợp với các khẩu độ nhịp nhỏ L < 6m Đối với cầu đường sắt và các nhịp lớn hơn nên nghiên cứu dùng kết cấu nhịp dầm có sườn hay kết cấu nhịp bản BTCT dự ứng lực Trước kia trong các cầu bản thường chỉ có bản BTCT đúc tại chỗ còn kết cấu mố, trụ thường là dạng mố trụ nặng bằng đá xây hay bê tông đúc tại chỗ Từ những năm 1960 trở lại đây ở Việt Nam bắt đầu áp dụng và ngày càng phổ biến dạng cầu bản dùng mố nhẹ để giảm bớt khối lượng vật liệu xây dựng
“Trên hình 1- l giới thiệu cầu bản mố nhẹ 4 khớp trên đường ô tơ
Ngồi việc giảm mỏng chiều dày của mố, kiểu cầu này cịn bố trí thêm bộ phận thanh chống ở phiá dưới chân mố, nhờ vậy tạo thành một kết cấu 4
khớp gôm kết cấu nhịp bản BTCT nằm ngang, hai tường mố thẳng đứng và
các thanh chống nằm ngang phía dưới Do có cấu tạo như vậy nên kiểu cầu
này gọi là cầu bản mố nhẹ 4 khớp Toàn bộ hệ thống kết cấu được giữ ổn định nhờ áp lực đất từ sau hai mố làm cân bằng lẫn nhau (hình 1-4) Tuy nhiên dạng cầu này chỉ nên dùng cho các cầu bản trên đường ơ-tơ Ngồi ra, những
vị trí dự định làm cầu bản thường có u cầu thốt nước lũ không lén Do vậy trước khi quyết định phượng án xây dựng cầu bản cần nghiên cứu và so sánh với phương án xây dựng cống vì việc xây dựng cầu bản chỉ thích hợp hơn trong những trường hợp sau đây:
Trang 17z¡002 0r# | asg|m Fg ì a ne buebu tợi zoe 1 1 & 29 ÁẸP 609, 9ÿ YF ề ! FTL fer be fuer” Ị js 1 è:00L 1 U 1-7 „2 Lt iLL : § ne? 2op wiy 4£ ciyu BueÊU ý£? 1EJƒ 4 2Ƒ2 E22 ñue /8/ÿ Yh ! i 009x 0z + 0£ Ð 12/8 Êup/2 027 Lm 1240 82? 0e bole @ pets to bị 06/ oS +s 0y IN IS TP 0A? 0W 298m2 g2 42W 32 CBT - 19
Trang 18- Khi xây dựng cầu ở địa hình có độ cao vai đường thấp mà nếu dùng phương án cống chìm kiểu có tiết diện hình trịn, hình chữ nhật, vịm thì
không đảm bảo chiều dày tối thiểu 50 em dành cho phần đất đắp bên trên
cống
- Khi dòng chảy dưới cầu có nhiều vật trôi nếu làm cống dễ dẫn đến khả năng tắc cống, khơng đảm bảo an tồn cho nền đường
- Khi có u cầu về thốt nước nhanh không cho phép mực nước ở thượng
lưu cống dâng cao làm ảnh hưởng đến khu dân cư hay ruộng vườn Trong trường hợp này việc dùng cầu bản thay cho phương án cống tỏ ra hợp lý hơn
1.1.2 Cầu bản trên đường sắt
Cầu bản trên đường sắt bằng BTCT thường, được đúc bê tông tại chỗ chỉ
áp dụng cho khẩu độ nhỏ hơn 4m, do đó trong nhiều trường hợp có thể xét dùng phương án cống thay thế cho phương án cầu bản một nhịp
Hình 1-2: Kết cấu nhịp bản BTCT đúc tại chỗ cầu đường sắt
ay th ` % | | % T * TT
Hình 1-3: Sơ đồ cốt thép chủ trong cầu bản đúc tại chỗ
Dạng đơn giản nhất của mặt cắt ngang kết cấu nhịp là dạng bản hình chữ nhật có công-xon máng ba-lát và lề người đi bộ Chiều rộng phía dưới của bản được chọn sao cho đủ đặt được số hàng cốt thép chủ chịu lực và kết cấu bản đủ ổn định để chống lật ngang
Đốếi với cầu bản trên đường sắt thường dùng kết cấu mố nặng bằng đá xây
hay bê tông đúc tại chỗ
Việc lắp cốt thép và đúc bê tông kết cấu nhịp bản được thực hiện tại chỗ
trên đà giáo
Trang 191.1.3 Cầu bản trên đường ôtô
Kết cấu nhịp bản bằng BTCT thường đúc bê tông tại chỗ trên đà giáo Độ dày
của bản bị bằng (š n m)" so với chiều dài nhịp tính tốn (khoảng 25+35 cm),
bê tơng dùng mác 200# + 250 #, cốt thép chịu lực đặt thẳng thường dùng loại CT5 có gờ, đường kính $20 + $24, cốt thép cấu tạo thường dùng loại CT3 68+ 910
Tai trong thing dun Ké} céu nhip ben
Bid dé dp Ide, ngeng cua db Mỗ” nhẹ ,Mổ nhẹ Thanh chéng
Hình 1-4: Sơ đồ tĩnh học của cầu bản mố nhẹ 4 khớp
Trên hình 1-3 giới thiệu cách bố trí cốt thép chịu lực trong kết cấu nhịp bản Số lượng và cự ly giữa các cốt thép chủ tùy theo tính tốn Tải trọng ơ-tơ tác dụng lệch tâm trong mặt cắt ngang nhịp cầu thường gây bất lợi cho các vùng biên của mặt cắt ngang, do vậy trong phạm vi l⁄6 chiều rộng cậu từ hai
biên'yào cần bố trí cốt thép chủ chịu lực với cự ly gần nhau hơn so với cự ly
cốt thép chủ ở phạm vi chiều rộng còn lại của cầu (a > a')
Cũng có thể giữ đều khoảng cách giữa các cốt thép chủ và dùng đường kính cốt thép lớn hơn trong phạm vi cần tăng cường ở vùng cạnh biên của
mặt cắt ngang bản `
Hai mố nhẹ làm bằng vật liệu đá xây, bê tông hoặc BTCT mỏng đúc tại chỗ Chiều dày tường mố bằng 1/6 đến 1⁄7 so với chiều cao của mố Cũng có
thể cấu tạo tường mố nhẹ có chiểu dày thay đổi theo điều kiện chịu áp lực
ngang của đất Ngoài ra hai bên tường mố cịn có hai tường cánh để chắn đất
trong phạm vi hai bên ta-luy của nền đường đầu cầu Hai tường cánh thường
được bố trí góc xiên tit 10°+20°'so với phương ngang cầu để hướng dòng nước
chảy dưới cầu được êm thuận Móng hai tường cánh thường được tách độc lập ra khỏi móng của tường trước bằng các khe hở rộng khoảng 2cm để tránh ảnh hưởng lẫn nhau do lún nền không đều
Trang 20Do mố có chiểu dày nhỏ nên dưới tác dụng của áp lực đất của nền đường đầu cầu nên móng mố có thể bị đẩy xô về phía dịng chảy Để để phòng khả
năng này cần bố trí thêm các thanh chống dọc bằng bê tông hay bê tơng cốt
thép có tiết diện 40 x 40em hoặc 40 x 50 em đúc bê tông tại chỗ Khoảng cách giữa các thanh chống từ 3 - 5m theo phương ngang cầu Vị trí các thanh
chống phải được đặt phía trên gờ móng mố hay liên kết với bệ móng mố để để
phịng các thanh chống bị lún sâu dưới đáy bệ móng
Kết cấu nhịp được liên kết giữa hai mố bằng các chốt thép ÿ 28 + ¿32mm
Các chốt thép này đặt cách nhau 0.5 - I.0 m theo phương ngang cầu, chúng
được định vị và chôn sẵn từ khi đổ bê tông tường mố Khi đổ bê tông kết
cấu nhịp bản, tại các vị trí chốt thép chừa các lỗ có đường kính õ - 6em
Sau này các lỗ này được lấp đầy bằng mát-tít-bi-tum để bảo vệ chốt thép
(hình 1- ð) AN,
Hình 1-5: Cấu tạo chốt liên kết giữa liên kết nhịp bản mũ mố
1 Kết cấu nhịp bản; 2 Mũ mố ; 3 Cốt thép 628+ ÿ30 đặt cách nhau 0.5 + 1.0m theo phương ngang cầu; 4 Lỗ ÿ5cm tại vị trí cốt thép; 5 Ma-tit-bi-tum dé day 16
Sơ đổ tĩnh học của hệ thống cầu này là một khung 4 khớp Như vậy theo nguyên lý cơ học kết cấu cầu này sẽ bị biến dạng hình học Tuy nhiên điều này không xảy ra nhờ có áp lực ngang do đất đắp của nền đường hai đầu cầu giữ cân bằng Để đảm bảo điều kiện cân bằng của áp lực của đất đẩy ngang từ sau hai mố cần phải chú ý là khi thi công chỉ được đắp đất đối
xứng và tăng cao dần đều nhau ở phía sau hai mố Quy trình đầm nén nền
đắp đầu cầu cũng cần qui định chặt chẽ Tại một số nước, người ta đã cải tiến công nghệ dùng đất có cốt bằng các thanh bê tông hay sợi vải tổng hợp xen kẽ các lớp đất để tăng cường ổn định nền đắp đảm bảo điều kiện áp
lực cân bằng
Trang 211.2 CẦU DẦM CÓ SƯỜN TRÊN ĐƯỜNG SẮT Trên hình 1-6 giới thiệu dạng
mặt cắt ngang cầu dầm có sườn đúc bê tơng tại chỗ thường gặp trên các tuyến đường sắt Kết cấu nhịp gồm phần bản xe chạy có máng ba lát và hai sườn bản Dưới tác dụng của tải trọng từ
mang ba-lat truyền xuống thì ban ZA
chịu uốn theo phương ngang cầu, "tên ngeng ngoài ra bản còn là bộ phận của
mặt cắt dầm chủ nên cũng tham gia cùng với sườn dầm chịu uốn theo phương đọc cầu
Sdn dim chi
Hình 1-6 Mặt cắt ngang cầu đường sắt kiểu dâm có sườn đúc bê tơng tại chỗ Phần dưới của sườn dầm là chỗ chứa các cốt thép chủ chịu kéo nên phải đủ
xộng Phần giữa của sườn dầm làm nhiệm vụ liên kết giữa vùng chịu kéo với
vùng chịu nén và tham gia chịu ứng suất nén chủ, ứng suất tiếp
Bản phần xe chạy chịu lực giống như một bản ngàm đàn hổi vào hai sườn
dầm chủ, mômen uốn âm ở ngàm sẽ đạt trị số lớn nhất, vì vậy phải tăng chiều dày của bản tại đó tạo thành bản vút của nách dầm
Chiểu rộng sườn dầm lấy tùy theo khả năng chịu ứng suất kéo chủ và việc bố trí các cốt thép chủ, cốt thép xiên
Các dầm ngang được làm nối giữa 2 sườn dầm chủ tại những vị trí trên gối cầu và những chỗ cách quãng theo dọc cầu Các dầm ngang này chống lại
biến dạng của mặt cắt ngang kết cấu nhịp và phân bố tải trọng giữa hai sườn
dầm chủ °
Bể mặt trên của máng ba lát được phủ các lớp mặt bằng vữa bê tông xi măng tạo đốc, lớp phòng nước, lớp bê tông cốt thép bảo vệ cho lớp phòng nước, đến đá ba lát, tà vẹt, ray Các ống thoát nước đặt ở sát mép máng
ba lat
1.3 CAU DAM CO SUGN TREN DUGNG BO
Để đảm bảo đủ chiều rộng phần xe chạy trên cầu ơ tơ phải bố trí nhiều sườn dầm trong mặt cắt ngang nhịp Tất nhiên có thể chỉ cần hai dầm chủ
nhưng sẽ phải làm dầm khá cao khiến cho đường đầu cầu cũng phải đắp cao
theo, điểu này làm tăng kinh phí xây dựng và nếu là cầu trên tuyến đường
Trang 22
vùng đồng bằng thì trắc dọc tuyến đường sẽ khơng hợp lý Nói chung tỷ số chiều cao/chiéu dài nhịp là H/L = (1/7 - 1⁄2 0) tùy theo cự ly giữa các sườn dầm, cấp tải
trọng xe qua cầu, dạng kết cấu đầm (có hoặc khơng có dự ứng lực)
Trén hình 1-7 là ví dụ cấu tạo một kết cấu nhịp có chiều dài tính tốn 1,68
m bằng BTCT đúc tại chỗ Kết cấu nhịp chỉ có hai sườn dầm chủ bố trí cách nhau 6,0m theo phương ngang cầu, vì vậy phải làm dầm dọc phụ để giảm nhịp tính tốn của bản mặt cầu
m———
g RING Hretye TESS, TS the T
[in
“IP———4sz———]
Hình 1-7: Kết cấu nhịp cẩu ô tô đúc bê tông tại chỗ nhịp L = 16,8m
a) Mặt đứng b) Cắt dọc c) Cắt ngang d) Bố trí cốt thép;
1 Lưới cốt thép Ø8 ô lưới 8 x8 cm 2 Cốt dai Ø8
Nói chung nếu chiều cao kiến trúc của cầu không bị hạn chế thì nên dùng dạng kết cấu nhịp có ít sườn dầm chủ sẽ tiết kiệm vật liệu Ngày nay dạng
này không được xây dựng nữa do cấu tạo ván khuôn phức tạp và khó thực hiện cơng nghiệp hóa xây dựng
Trên hình 1-8 là dạng kết cấu nhịp đúc bê tơng tại chỗ có nhiều sườn dầm chủ, chiều dài nhịp L = 14,0m Khổ cầu rộng 6 m đủ cho hai làn xe chạy và hai vỉa hè rộng 0,75m Hoạt tải thiết kế cho đồn xe ơ-tơ H-10 và xe xích X-
60 Bê tơng của dầm có mác 200 Dạng kết cấu này được xây dựng nhiều trong những năm trước 1965 ở nước ta
Ngày nay các kết cấu nhịp thi công đúc bê tông tại chỗ bằng BTCT thường
(không dự ứng lực) ít khi được xây dựng, các kết cấu lắp ghép tỏ ra có nhiều
ưu điểm hơn về mọi mặt
Trang 231400 J 6 345 345
Lo” éng thos! nude =
60082 ———— 790:2 Trực đối xứng độc cẩ) „ ; Be tl pee 800 15 : 9 tsøöo — Ìkos || ay Lf Ề g 170 75 1) 65
Hình 1-8: Kết cấu nhịp dâm BTCT đổ tại chỗ
Trang 24CHƯƠNG 2
CẦU BẢN VÀ CẦU DẦM CÓ SƯỜN BẰNG BTCT
THƯỜNG LẮP GHÉP 2.1 CẦU BẢN LẮP GHÉP
2.1.1 Cầu bản đường sắt lắp ghép
Mặt cắt ngang cầu bản đường sắt bằng BTCT thường lắp ghép có thể giống _ dạng mặt cắt bản đúc tại chỗ, cũng có thể gồm hai khối đối xứng với nhau
qua khe nối dọc cầu (hình 2- ))
g bana 2 ri 2 CN 390 4 Be, 22772 | i a Oe 5) 20
Hình 2-1: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp bản cầu đường sắt
a, b c,d - Vai dạng mặt cát ngang c- Chỉ tiết khe nối giữa 2 khối bản lắp ghép của cầu
Mỗi khối bản thường có hai cơng-xon tạo thành máng ba-lát, phần bên
dưới hai cơng-xon đó thu hẹp lại và giống như một sườn rất rộng Mỗi khối bản tự nó đã ổn định chống lật và đủ khả năng chịu xoắn do tải trọng than; đứng đặt lệch tâm, đủ khả năng chống xơ ngang và có thể không cần bố tử liên kết cứng liền khối với khối bản bên cạnh
Trang 25Hai khối bản chỉ cần liên kết cứng với nhau nếu cầu bản này nằm trên
đường cong
2.1.2 Cầu ô-tô lắp ghép
Mặt cắt ngang cầu bản lắp ghép trên đường ơ tơ khơng có các cơng-xon vì
áp lực bánh xe ô-tô phân bố trên một diện hẹp còn áp lực bánh xe tầu hỏa phân bố qua lớp tà vẹt và đá ba lát trên một diện rộng hơn Vị trí hai bánh xe ô-tô trên cầu không cố định như vị trí bánh xe tầu hỏa Nếu làm cơng-xon cho bản thì mơmen uốn ở ngàm công-xon sẽ quá lớn
Để đơn giản cấu tạo, dé thi công và chịu lực hợp lý người ta thường làm các khối bản dạng mặt cắt chữ nhật với các rãnh lõm ở hai mặt bên dành cho cấu
tạo mối nối ngang cầu giữa các khối ban theo kiểu mối nối chốt (không
truyền được mômen, chỉ truyền được lực cắt)
Đối với cần bản lắp ghép hoặc nửa lắp ghép trên đường ô-tô thông dụng
nhất cũng là dạng cầu bản mố nhẹ giống như cầu bản đổ tại chỗ
Các bộ phận của cầu gồm kết cấu nhịp bản, hai mố, thanh chống được
phân chia thành những khối nhỏ có trọng lượng và kích thước tùy theo điều
kiện vận chuyển và năng lực của thiết bị cẩu lắp và được chế tạo sẵn trong
nhà máy hay xưởng bê tông Ra tới vị trí xây dựng, các khối lắp ghép được
cẩu lắp vào vị trí và tiến hành liên kết lại nhờ các mối nối thành kết cấu cầu
hoàn chỉnh
So với phương pháp đúc tại chỗ, việc sử dụng kết cấu bản lắp ghép khắc
phục được khó khăn và chi phí làm đà giáo Chi phí ván khn cũng tiết: kiệm được do việc đúc lần lượt từng khối nhỏ và luân chuyển bộ ván khuôn nhiều lần
Các khối lắp ghép được chế tạo trong nhà máy hay xưởng bê tông với điều
kiện đây đủ thiết bị từ khâu kiểm tra cân đong vật liệu, tỷ lệ cấp phối, thiết
bị phục vụ đổ và đầm bê tông, điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn để đảm bảo chất lượng bê tông theo yêu cầu thiết kế hơn so với đúc bê tông tại công
trường
' Thông thường khi đúc các cấu kiện lắp ghép trong các công xưởng do đã
chế tạo định hình hàng loạt ván khuôn thép tiêu chuẩn nên hình dáng kết cấu được bảo đảm chính xác
Ngồi ra đây còn là phương pháp cho phép rút ngắn thời gian thì cơng tại
cơng trường, tránh được ảnh hưởng thời tiết trong quá trình thi cơng, có thể xây dựng đồng leat nhiều công trình với tiến độ nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu định hình hóa và cơng nghiệp hóa xây dựng cầu
Trang 27CBT-"Tuy nhiên nhược điểm của việc sử dụng kết cấu lắp ghép là thiếu tính liền khối do phải cấu tạo mối nối giữa các khối lắp ghép Về mặt cấu tạo các khối
lắp ghép cần có hình dáng kích thước và trọng lượng phù hợp với thiết bị chuyên chở và cẩu lắp sẵn có
Trong trường hợp xây dựng cầu ở những tuyến đường khó khăn, chi phí
vận chuyển trở nên tốn kém thì cần nghiên cứu so sánh với phương pháp thi công đổ bê tông tại chỗ
Nhìn chung kết cấu nhịp cầu bản lắp ghép có nhiều ưu điểm và được áp
dụng một cách rộng rãi
Trong điều kiện thuận lợi có thể lắp ghép hoàn chỉnh các bộ phận của toàn bộ cầu, nhưng trong nhiều trường hợp lại phối hợp đồng thời: trong lúc thi công mố trụ bằng đá xây hay đúc bê tơng tại chỗ thì các khối lắp ghép và các thanh chống được chế tạo trên nền bệ gần đó Sau khi mố trụ cầu hoàn thành
tiến hành cẩu lắp bản vào vị trí và nhanh chóng hồn thiện cơng trình, rút ngăn thời gian thi công
Hiện nay ở Việt Nam đã hoàn chỉnh bộ thiết kế điển hình dạng cầu bản mố nhẹ 4 khớp dùng cho đường ô tô với các khẩu độ, khổ cầu và tải trọng
khác nhau có thể áp dụng một cách linh hoạt tùy theo từng vị trí xây dựng
Các đồ án thiết kế điển hình hiện nay phù hợp với hoạt tải đồn xe ơ-tơ H-13,
xe bánh xích X-60 hoặc với đồn xe ơ-tơ H-30, xe bánh nặng XB-80, tải trọng
người đi bộ 300kG/m? Chiều dài của kết cấu nhịp bản tùy chọn 3; 4; 5; 6m
Chiều cao nền đường đầu mố từ 2 + 5m Khổ cầu có thể là 6; 7; 8; 9; 12 m
Trên hình 2-2 giới thiệu đổ án điển hình cầu bản mố nhẹ 4 khớp lắp ghép cho tải trọng đồn xe ơ-tơ H-30, xe bánh nặng XB-80, khẩu độ nhịp 4m, chiều rộng mặt cầu có thể thay đổi tùy thuộc chiều rộng nền đường
Tương tự như dạng cầu bản mố nhẹ 4 khớp đổ bê tông tại chỗ, các bộ phận
chính của cầu bản mố nhẹ lắp ghép được trình bày trên hình 2.2
Kết cấu nhịp bản được phân chia thành các khối bản lắp ghép bằng các mối nối dọc theo chiều dài nhịp Chiều rộng của mỗi khối tùy điều kiện vận chuyển và cẩu lắp, thông thường từ khoảng 1.0 + 1.5m Số lượng khối bản phụ
thuộc vào khổ rộng của cầu ‘
Hai tường mố nhẹ có thể bằng bê tông đúc tại chỗ, nếu dùng các khối bê tông lắp ghép cần lưu ý cấu tạo liên kết giữa chúng bằng các chốt thép $32 Tường mố cũng có thể bằng đá xây
Các thanh chống theo hướng dọc cầu thường được chế tạo sẵn bằng BTCT, khi lắp vào vị trí cầu đảm bảo tỳ sát vào chân tường của hai mố nhẹ Để đơn
giản hơn, các thanh chống cũng có thể bằng bê tông đổ tại chỗ
Trang 281⁄2 MẶT CHÍNH MAT BEN
re so, nat Ieee 91 ¿ức 2000/2 a8, 240 a
bì Fe ie _|, <r es qe iT 4 sto cites 265 450 TT go TT co BE 3000/
2 MAT BANG MAT CAT FI
đáo We | 370 30 † Lê T 1 960 500 2000/2
Hinh 2-3: Cau tao khối bản lắp ghép
Trang 29J/2 MẶT tẤT TI-m ø Lubii Nz f[——— 150x002 ® 850 SS] 940 6000/2 pat all
i/o MAT CAT W-W
Trang 30Các tường cánh xiên của mố có thể bằng bê tơng hay đá xây Phía sau mố thường dùng bản quá độ có chiều dài 2.5 + 3m bằng BTCT để chuyển tiếp êm
thuận độ cứng giữa cầu và nền đường đầu cầu Phía trên các khối bản lắp
ghép có cấu tạo lớp phủ mặt cầu bằng BTCT hay bê tông nhựa
hi xây dựng cầu ở khu vực dân cư phải bố trí hệ thống lan can, gờ chắn
bánh và lề người đi bộ Đối với các tuyến đường địa phương hệ thống này có
thể lược bổ
2.1.2.1 Cấu tạo các khối bản BTCT lắp ghép „
Dạng điển hình của các khối bản lắp ghép dùng cho cầu ô tơ được vẽ trên hình 2 -3 Khi chế tạo khối bản cần dự kiến trước cấu tạo mối nối giữa chúng Để đảm bảo tính liền khối của toàn kết cấu nhịp có thể áp dụng kiểu liên kết
giữa các khối bản là kiểu mối nối cốt thép chờ Sau khi cẩu lắp các khối bản
vào vị trí người ta tiến hành hàn nối các cốt thép chờ đă được bố trí sẵn ở
cạnh bên khối bản Khi thi công xong mối nối kiểu như trên (mối nối cứng)
kết cấu nhịp bản trở nên liền khối, đảm bảo tốt sự làm việc chung của toàn bộ kết cấu nhịp Điều cần lưu ý là khi dùng loại mối nối này cần có chiểu rộng mối nối đủ lớn để đảm bảo chiều dài đoạn cốt thép chờ cần thiết khoảng
20 lần đường kín cốt thép ngang của bản, đồng thời để có thể thao tác hàn
nổi và cấu tạo cốt thép dọc dễ dàng
Trong đồ án điển hình của Viêt Nam hiện nay thường sử dụng mối nối
kiểu chốt giữa các khối bản lắp ghép, giống như các đồ án của Liên-Xô trước
đây Các khối bản lắp ghép thường có chiều rộng lý thuyết theo phương
ngang cầu là 100 em Tuy nhiên để đề phòng các sai sót trong q trình thi
công nên trong thực tế chiều rộng các khối bản là 98em
Để nối giữa các khối bản ở mặt bên cạnh cần tạo sẵn các rãnh dọc theo
chiều dài nhịp sao cho khi đặt hai khối cạnh nhau sẽ tạo ra một khe hở có
chiều rộng phía trên lớn hơn phía dưới (hình 2-4)
Dọc theo khe hở của mối nối được đặt vào các đoạn cốt thép có đường kính từ 3+ õmm được uốn thành hình lị xo Sau đó tồn bộ mối nối được lấp đầy bê tơng mác 200 Cũng có thể không cần dùng cốt thép lị so, khi đó khe hở của mối nối sẽ được lấp đây bằng bê tông cát mác 308, có sử dụng phụ gia trương nở
Do cấu tạo như vậy nên mối nối kiểu chốt chỉ có tác dụng truyền lực cắt
mà khêng truyền được mơmen Vì vậy cần lưu ý sơ đồ tính tốn chỉ có thể coi như các khối bản kiểu đầm được liên kết ngang với nhau bằng các khớp quay Đặc điểm của dạng kết cấu nhịp bản có sử dụng mối nối chốt là độ cứng ngang
câu không lớn, vì vậy chỉ thích hợp cho cầu trên đường ô-tô Qua thực tế khai thác, nhiều câu bản kiểu này đã hình thành các vết nứt dọc khe nối có thể quan
sát thấy ngay cả trên lớp phủ mặt xe chạy
Trang 31TT Gék thep l0°s0
Eˆ1 d~5cm
\ ai thee
93t§m
lm
Hình 2-4 Cấu tạo mối nối kiểu chối
“Trên hình 9-3 giới thiệu cấu tạo và bố trí cốt thép trong các khối bản lắp
ghép của đồ án điển hình cầu bản mố nhẹ lắp ghép có L = 6 m, tải trọng đoàn
xe ô-tô H-30 và xe bánh nặng XB-80 Chiều dày bản bằng 25cm, bê tông mác
320, Các khối bản lắp ghép có chiều rộng thực tế 95 cm, số lượng khối bản
tùy theo khổ cầu Cốt thép được bố trí tạo thành hai lưới phẳng Cốt chủ chịu
lực dùng cốt thép thường thuộc nhóm AII có gờ, đường kính ¿22mm được
dat dọe ở lưới phía dưới mặt cắt để chịu ứng suất kéo Cốt dọc đặt ở vùng nén có đường kính ¿ 10mm, dùng cốt nhóm AI-CT3 trịn trơn Các cốt đai loại AI,
$ 8mm
Để liên kết bản với tường mố ở mỗi đầu của các khối bản để sẵn hai lỗ
thủng qua chiều dày bản có đường kính D = 5+6 cm; khoảng cách giữa các lỗ
50 + 100cm Sau khi lắp đặt các khối bản các lỗ này sẽ trùng vào vị trí các chốt đã chôn sẵn trên đỉnh tường mố, phần khe hở còn lại sẽ được lấp đầy
bằng cách đổ ma-tít-bi-tum như đã giới thiệu ở chương I
2.1.2.2 Cấu tạo mố nhẹ
Cấu tạo mố nhẹ trình bày trên hình 2-2 gồm móng, thân và mũ mố Mố nhẹ có thể bằng đá xây hay bê tông đúc tại chỗ Khi cần đẩy nhanh tiến độ thi cơng có thể chế tại thành các khối đúc sẵn và thi công lắp ghép
Trong các đổ án điển hình của Việt Nam móng mố và thân mố thường
bằng bê tông mác 150 Mũ mố bằng BTCT mác 250
Than tường mố nhẹ nếu dùng bằng bê tông hay BTCT có chiều dày khơng đổi va bing V/6 dén 1/7 chiều cao của nó Nếu dùng bằng đá xây thường có
chiểu dày thay đổi từ đỉnh đến chân tường mố, độ dốc thân tường khoảng
1/10 ở phía trước và sau
Cũng như cầu bản mố nhẹ đổ tại chỗ, cầu bản mố nhẹ lắp ghép cũng có sơ
Trang 32đồ tĩnh học là một khung 4 khớp và nguyên lý làm việc tương tự Trong mặt
phẳng thẳng đứng dọc cầu, mố nhẹ làm việc như một thanh chịu nén theo
phương thẳng đứng đồng thời chịu uốn ngang dưới tác dụng của áp lực đất đẩy ngang Móng của tường mố thường được tính tốn theo sơ đổ dầm cứng trên nền đàn hồi theo phương ngang cầu
Tường chắn có thể làm bằng đá xây, bê tông đúc tại chỗ hay lắp ghép giống
như tường mố Trên hình 2-2 giới thiệu cấu tạo mố nhẹ của cầu bản có tường
cánh chéo góc nhỏ 7°35' theo đổ án điển hình của Viện thiết kế GTVT trước đây
Bên dưới móng mố thường được gia cố lớp da dam cat day 10+15 cm Có
thể dùng cấp phối 60% đá dăm, 30% cát và 10% đất sét
2.1.2.3 Thanh chống dọc, bản quá độ, lớp phủ xe chạy
Cấu tạo thanh chống dọc đã giới thiệu ở Chương I, khi tính tốn có thể giả thiết làm việc theo sơ đồ chịu nén đúng tâm
Trong các cầu bản có chiều cao đất đắp nền đường sau mé 4 + 5m thường
bố trí thêm bản quá độ
Bản quá độ được chôn trong nền đường sau mố, làm bằng BTCT đúc tại chỗ hay lắp ghép có tác dụng làm cho độ cứng của nền dưới bánh xe thay
đổi dần dần từ mức độ khá mềm ở nền đất đường đắp đến mức độ khá
cứng trên kết cấu nhịp Như vậy xe ra vào cầu được êm thuận hơn Mặt
khác bản quá độ cịn có tác dụng giảm bớt áp lực đẩy ngang tác dụng lên tường trước mố khi có xe đứng trên lăng thể trượt sau mố (xem Giáo trình
Mố Trụ cầu)
Cần lưu ý rằng sơ đồ làm việc của bản quá độ một đầu kê trên gối cứng là đỉnh tường trước mố còn đầu kia kê trên một dầm BTCT đặt trực tiếp trên nền đường đầu cầu vì vậy để tránh các ảnh hưởng do lún của đất nền nên chia thành các giải bản lắp ghép giữa chúng có các khe nối
Các lớp phủ trên mặt xe chạy có cấu tạo tùy thuộc theo cấp đường Ví
dụ theo đồ án điển hình của Viện thiết kế GTVT, mặt cầu có 3 lớp Trên
cùng là lớp bê tông nhựa chiều dày 6em để chịu mài mòn, tiếp đến là lớp
thấm nhập nhựa dày 8em và dưới cùng là lớp đá dăm trộn cát dày 16 em
Cấu tạo lớp phủ như vậy sẽ làm tăng tĩnh tải trên kết cấu nhịp, mục đích
làm tạo ra lực thẳng đứng lớn lên tường mố, dẫn đến làm giảm độ lệch tâm
của hợp lực uốn, nén trong tường mố, từ đó thu nhỏ được kích thước tường mố Tuy nhiên ở các đổ án nước ngoài vấn để này được giải quyết theo hướng khác
Trang 332.2 CAC DANG MAT CAT NGANG CỦA CẦU DẦM CÓ SƯỜN LẮP GHÉP
2.2.1 Cầu đường sắt
Dạng kết cấu nhịp gồm hai khối dầm mặt cắt chữ T lắp ghép là dạng được dùng phổ biến nhất ở nước ta cũng như nhiều nước khác, chiểu dài nhịp
thường từ 4m đến 15m (hình 2-5) `
1⁄2 Mặt cốt gối Y2 Mat cat gide aljp
|, Ba‘ ba lat i 48 | 66 66 | 4đ at : 220 at Hình 2-5: Mặt cắt ngang cầu có máng ba lát
Mỗi khối chữ T này có nửa dầm ngang để khi đặt sát vào nhau có thể thi
công thực hiện mối nối các nửa dầm ngang đó với nhau, khoảng cách giữa các
dầm ngang là 2, 5 + 3m Í
Bản của hai khối thường không được nối ghép với nhau nhằm tránh phức tạp và tốn công thực hiện mối nối ngồi cơng trường Như vậy bản sẽ làm việc theo
hướng ngang cầu như một bản hãng được ngàm đàn hồi vào sườn dầm
Khi có đồn xe hỏa chạy qua cầu, trong mỗi khối dầm T sẽ xuất hiện các
mômen xoắn, nếu mức độ chèn đá ba lát bên dưới tà vẹt không tốt thì mơmen xoắn càng lớn, có thể gây ra các vết nứt nguy hiểm ở khu vực nách dầm Để tăng ổn định cục bộ của sườn dầm nên làm các sườn tăng cường đứng và tăng
số lượng các dầm ngang, tuy nhiên ván khuôn sẽ trở nên phức tạp hơn
Nếu không nối bản theo phương ngang cầu thì phải có cấu tạo gờ nhô cao
và tấm thép dạng T đậy khe hở dọc cầu giữa hai khối bản hoặc hai khối dầm T (hình 2-1, e) Cũng có trường hợp vừa nối bản vừa nối dầm ngang để tăng tính liền khối của cả kết cấu nhịp
Trang 34a) Va i wes r —lEzz.›_I 4000/2 L 8000/2 1740 1 227277 a Peas T~Œ2zr 7 sa 750 Ges es e30 ud à — #40 ” 1660 1660 160/661 eco || 1660 ——4 a T ĩ tT TÌ
Hình 2-6: Dạng mặt cắt chữT lắp ghép của câu ôtô
Dạng mặt cắt hình II có ưu điểm chống xoắn tốt, tuy nhiên khó đúc bê
tơng, khó đỡ ván khuôn Dạng này không được dùng ở nước ta
Dạng mặt cắt hình hộp có ưu điểm chống xoắn tốt, tuy nhiên khó đúc bê tơng khó đỡ ván khn, chưa được dùng ở nước ta
Chiều cao dầm cầu đường sắt lắp ghép thường lấy trong khoảng H/L = V6 - 9
với chiều dài nhịp L = õ - 15m
Chiều cao dầm ngang nên lấy bằng 2/3 của chiều cao dầm chủ, chiều day
sườn dầm ngang vào khoang 15- 20cm 1a hop ly
2.2.2 Cầu Đường ôtô
Một số dạng mặt cắt điển hình cho cầu ô tô lắp ghép được vẽ trên hình 2-5
và 2-7
Dạng mát cắt chữ T có dầm ngang là phổ cập nhất Nếu mối nối chỉ thực hiện ở các dầm ngang thì bản mặt cầu sẽ chịu lực giống như bản hãng, chiều
dày bản sẽ giảm dần từ chỗ sát nách dầm ra đến đầu mút hãng Nách dầm có
thể có vút hoặc không Bản dày từ 8-12cm Sườn dầm dầy khoảng 20cm
Khoảng cách các dầm có thể từ 90 đến 170em Kiểu dầm này đớn giản cho
thi công
Trang 35150 150 150 a Ko a
Hình 2- 7: Một số dạng mặt cắt hình T1 lắp ghép của cầu ôtô
Dạng mặt cắt chữ T không dầm ngang được dùng phổ biến ở Liên Xô cũ
(hinh 2-5b, e) cũng được tham khảo áp dụng nhiều ở các tỉnh phía Bắc nước
ta trong nhiều năm Do khơng có dầm ngang nên cấu tạo ván khuôn đơn giản, dễ tháo lắp ván khuôn Tuy nhiên do bắt buộc phải tạo mối nối chỉ ở bản với chiểu dày xấp xỉ 15em, nghĩa là mơ men qn tính của l mét rộng bản rất nhỏ Điều này khiến cho cả kết cấu nhịp có độ cứng ngang kém hơn so với loại cầu có dầm ngang Khi xe qua cầu có cảm giác rung rõ rệt, tuy nhiên các thí nghiệm đo đạc thực tế cho thấy vẫn đảm bảo khả năng khai thác bình thường của cầu
Khoảng cách các dầm chủ khơng có dầm ngang theo đồ án kiểu Nga nói
trên thường là 210cm, trong đó phần bản rộng 180cm và mối nối rộng 30cm
đủ chỗ cho việc hàn nối các cốt thép bản và đổ bê tông mối nối bản theo dọc cầu Chiều rộng sườn dầm có thể lấy trong khoảng 15-20em
Nói chung các nước khác không dùng mặt cắt chữt T kh‹ ng có dầm ngang
Dang mặt cắt chữ II vẽ trên hình 2-7 cũng khôn: được dàng ở nước ta vì lý
do phức tạp thi công và tốn vật liệu
Dạng mặt cắt hình hộp cũng ít được áp dụng
Dạng mặt cất nhịp gồm các dầm chữ I lắp ghép trước, sau đó tiếp tục lắp ghép hoặc đức bê tông tại chỗ phần bản mặt cầu để tạo kết cí.u liên hợp nửa lắp
ghép được vẽ trên khơng q lớn, có thể dùng các cần cẩu thìng thường sẵn có để lắp ghép dầm vào vị trí nhịp một cách dễ dàng và kinh ế Nếu đổ bản bê
tông tại chỗ thì dùng ngay các dam I đã lắp xong để làm đà giáo đỡ ván khuôn
Chiều cao dầm ô tô lắp ghép thường lấy trong khoảng H/L = W7 + 1/20 với
chiều dài nhịp khoảng 12, 15, 24m
Trang 36Chiều cao dầm ngang nên lấy bằng 2/3 của chiều cao dầm chủ, chiều dày
sườn dầm ngang vào khoảng 12 - 15cm là hợp lý
Hình dạng mặt cắt phải khơng có những chỗ gẫy góc hay thay đổi kích
thước đột ngột để tránh hiện tượng ứng suất tập trung quá lớn Nếu vuốt cong các chỗ góc, điểu này cũng dễ thực hiện khi dùng ván khuôn thép phổ biến như hiện nay
2.3 MOI NOI
2.3.1 Mối nối ở phần bản
lệc lựa chọn hợp lý kiểu mối nối có ý nghĩa quan trọng vì trong thực tế có
nhiều cầu lắp ghép bị hư hỏng bắt đầu từ những hư hỏng ở mối nối
Mối nối vững chắc nhất là loại mối nối có hàn các cốt thép chờ rồi đổ bê
tông bịt khe nối Tuy nhiên để tăng nhanh tiến độ thi công cầu người ta có
thể áp dụng nhiều kiểu mối nối khơng có thao tác đổ bê tông bịt khe nối
Nói chung có hai giải pháp tùy chọn
Hoặc muốn dùng mối nối cứng đủ để truyền được mô men uốn và cả lực cắt
thì sẽ phải dùng kiểu mối nối có bản thép chờ hàn, sau đó trát vữa chỉ để che bảo vệ chống rỉ cho các chỉ tiết thép chứ không phải để chịu lực
Hoặc muốn dùng mối nối dạng chốt thì khơng thể truyền được mô men
uốn mà chỉ truyền được lực cắt, khi đó khơng cần thao tác hàn nối ở công
trường mà chỉ đổ vữa xi măng chèn khe kết cấu nhịp dầm giản đơn BTCT
không dự ứng lực có hai loại mối nối thông dụng là: mối nối ở bản và mối nối
ở dầm ngang
Trong cầu bản cũng như trong cầu đầm có sườn không dầm ngang, bắt buộc phải thực hiện mối nối ở phần bản
Mối nối ở chốt như trong hình 2-8 được dùng nhiều ở Liên Xô cũ và được
tham khảo áp dụng cho các cầu bản mố nhẹ ở các tỉnh phía Bắc nước ta Ưu điểm của nó là đơn giản, dễ thi công, không cần máy hàn điện, thích hợp cho điểu kiện thiếu thiết bị như trước đây ở nước ta, nhưng nay vì các Cơng ty xây dựng ở Việt nam đã có đủ thiết bị thì ưu điểm này trở nên không đáng kể nữa
Mặt khác khuyết điểm về mặt chịu lực của mối nối này là không khắc
phục được Do mối nối chỉ truyền được 1 lực cắt, không truyền được mô men
uốn giữa các khối bản cạnh nhau nên mối nối bản phải có nhiều cốt thép hơn, tốn vật liệu, độ cứng chung của cầu giảm Cầu bị rung khi xe chạy qua, biến
dạng xoay ở khe nối làm xuất hiện các vết nứt dọc khe nối trên bề mặt lớp bê
tông nhựa phủ phần xe chạy Nói chung là không hợp lý Kiểu mối nối này
không được áp dụng ở các nước khác
Trang 37
Hình 2-8 Mốt nối kiểu chốt ở cầu bản lắp ghép trên đường ô tô
Mối nối cứng có hàn các cốt thép chờ hoặc bản thép chờ tỏ ra ưu việt hơn mối nối chốt (hình 2-9) Do trong mặt cắt mối nối sẽ xuất hiện mô men uốn
âm hoặc dương tùy theo vị trí bánh xe trên mặt cầu nên trong bản phải đặt
cốt thép cả phía trên và phía dưới Chiều dày bản phải đủ chỗ đặt các cốt thép đó và đủ chiều dày làm việc chịu uốn, ít nhất là 15em theo các đổ án Việt Nam và có thể đến 20em theo đồ án nước ngoài Nếu bản mặt cầu có các cốt thép đường kính 12 - l4mm cách nhau 9 em đo theo dọc cầu thì khối lượng công tác hàn cốt thép cũng nhiều, tốn thời gian Sau khi hàn cốt thép chờ phải đổ bê tông bịt khe nối rộng trung bình 30em Xét tồn cầu thì khối lượng bê tơng này có thể là khá nhiều, làm kéo dài thời gian thi công, chậm đưa cầu vào khai thác, thông xe, ảnH hưởng đến hiệu quả kinh tế của cầu Biện pháp
khắc phục là sẽ dùng các phụ gia đặc biệt để tăng nhanh hóa cứng bê tông,
sớm đạt cường độ cần thiết của bê tơng trong vịng 3 ngày
2.3.2 Mối nối ở phần dầm ngang
Sơ đồ vị trí và cấu tạo mối nối hàn các bản thép chờ ở dầm ngang đã được
vẽ trên hình 9-10 Kiểu này có ưu điểm là thi công nhanh, chất lượng mối nổi
có thể kiểm tra đủ đảm bảo mọi yêu cầu về chịu lực Sau khi hàn nối phải đánh sạch rỉ bảo vệ các chỉ tiết thép rồi trát vữa xi măng che kín Xe ơ-tơ có
thể qua cầu ngay sau khi hàn xong các bản thép chờ
Trên hình 2-lI,b là sơ đổ mối nối cầu đường sắt Có thể nhận xét là mối nối
này tỏ ra an toàn cao hơn kiểu mối nối cho cầu ô-tô
Trang 38# ey FTT TRỤ TTÍ
Hình 2-9 Mối nối kiểu cứng ở bản mặt cầu
Khi thi công cần kiểm tra kỹ lưỡng chất lượng mối hàn các bản thép chờ 158 8(5=42) T 25077 25 Z2 100 jancha pede NBG oll 0 160% 60x12
Hình 2-10: Mối nối dâm ngang có các bản thép chờ hàn
Kiểu mối nối có các cốt thép chờ hàn ở dầm ngang như đã vẽ trên hình 2-ll, a
Trang 39và 9-12 cũng được áp dụng phổ biến, chúng có ưu điểm là chắc chắn, đảm bảo
tính liền khối của kết cấu nhịp.nhưng tốn công sức và thời gian thi công đổ bê
tông bịt mối nối
Để tránh những khé khăn thi công khi phải đúc sẵn các dầm TT với tác đoạn dầm ngang gắn liền với nó, có thể sử dụng kiểu dầm T không có dầm
ngang nhưng có sẵn các lỗ chừa sẵn xuyên qua sườn dầm Sau khi đặt các dầm chủ vào vị trí cạnh nhau trong nhịp cầu thì ln các cốt thép theo hướng
ngang cầu qua các lỗ đó tạo thành cốt thép của dầm ngang, sau đó dat thêm các cốt đai thẳng đứng cho dầm ngang rồi ghép ván khuôn và đổ bê tông dầm
ngang Như vậy thời gian thi công càng bị kéo dài thêm
1 Đ
esis
, ae
Hinh 2-11
a) Mối dầm ngang có cốt thép chờ hàn và đồ bê tông bịt khe nối b) Mối nối dầm ngang cầu đường sắt
s me] Pe alt eel + ©
Hình 2-12: Một số kiểu nối dâm ngang
Trang 40=
Hình 2-13: Mối nối dâm ngang có cốt thép dụự ứng lực ngang
Cốt thép chủ trong dầm ngang thường là loại gờ mác CTð đường kính 16- 20mm Bản thép chờ được hàn liên kết sẵn với các cốt chủ này từ trước khi đổ
bê tông dầm chủ
Cốt đai thường có đường kính 8mm (xem ví dụ cấu tạo)
Các dầm cầu dự ứng lực lắp ghép có thể dùng kiểu mối nối như hình 2-13 Một số kiểu mối nối ở cầu nửa lắp ghép được vẽ trên hình 2-14
Trong nhiều trường hợp có thể kết hợp vừa làm mối nối ở phần bản vừa làm mối nối ở phần dầm ngang để tăng mức độ liền khối vững chắc của cả kết
cấu nhịp hơn nữa
a '
Tf ‘
Lá
£ i 4
Hình 2-14 Một số kiểu mối nối bản lắp ghép với các khối dâm I
1 Cốt đọc bổ sung, 2 Cốt đai neo, 3 Bản thép chờ hàn
4 Cot dai du’ img luc, 5 Bu lông cường độ cao
a) Mối nối cốt thép chờ hàn và đổ bê tông khe nối ; b) Mối nối có bản thép chờ sắn ©) Mối nối có thép dự ứng lực thẳng đứng d) Mối nối dùng bu lông cường độ cao