Chương 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CÂU BTCT
1.1 KHAI NIEM VE KET CAU NHIP CAU BTCT
Cau bê tơng cốt thép (BTCT) có bộ phận chịu lực chủ yếu làm bằng vật liệu bê tông cốt thép là loại cầu thông, dụng nhất trên các tuyến đường bộ, đường sắt, trong các khu vực đô thị cũng như trong vùng nông thôn, miên núi Các câu BTCT rât đa dạng về mục tiêu sử dụng, về chủng loại, dạng kết cầu, dạng mặt cắt ngang, loại vật liệu và phương pháp thi cơng
Để có một cái nhìn chung về hiện trạng các loại cầu đang sử dụng trên hệ thống Quốc lộ Việt nam, trong Hình 1-I và Hình 1-2 đã trình bày thống kê chỉ tiết về các loại cầu đang sử dụng trên các tuyến Quốc lộ Các cầu được phân chia thành 5 loại chính tùy theo vật liệu sử dụng trong kết cấu nhịp, bao gồm câu bê tông cốt thép
(BTCT) thường; BTCT dự ứng lực (BTCT DUL), thép- bản BTCT liên hợp; cầu dàn thép; còn lại là các loại khác Có thể nhận thấy cầu BTCT DƯ chiếm tới 17% về số
lượng và 31% về chiêu dài Thép-BTCT
liên hợp Danthép ˆ Cácloạikhác BTCT DUL
2% 5% 3% 17% 13% BTCT thường 62% Các loạt khác Giàn thép 3 Thép-BTCT lén hop cc 20% BTCT thường 39% Hinh 1-2: Phan loai cau trén quoc 16 theo chiéu dai
TKCBITCT * 5
Trang 2EEE CỔ CCCõ7õ7õ7õ7õ7õ7õ7õ7õ7õ7õẽõẽõẽ7ẽẽ 4
1.2 PHAN LOAI CAU BE TONG COT THEP
Cac cau BTCT co thể được phân loại theo những căn cứ tiêu chí khác nhau Sau đây là một sô cách phân loại thông dụng:
1.2.1 PHAN LOAI THEO VI TRI CAU
Tuỳ theo loại chướng ngại cần phải vượt qua mà có thê gọi là: - Cầu qua sông, suôi,
- Câu cạn
= , vn
Hình 1-5: Câu cạn đường vành dai 3
6 * TKCBTCT
Trang 3
Hình 1-6: Cau Lai Ha
1.2.2, PHAN LOAI THEO TAI TRONG QUA CAU
- Câu đường ô tô,
- Cầu đường sắt,
- Cầu đi bộ,
- Cầu đi chung đường sắt và đường ô tô,
- Cầu máng dẫn nước dành cho hệ thống thủy lợi,
- Cầu dành cho đường ống dẫn nước, hay dẫn dàu, dẫn khí đốt
1.2.3 PHAN LOAI THEO CAO ĐỘ TƯƠNG DOI VOI ĐƯỜNG XE CHẠY
Phân loại theo tiêu chí này là so sánh tương đôi giữa vị trí mặt đường xe chạy
và kêt câu chịu lực chính của câu
- Cau chay trén,
i
en ne ae ee ee eter oe ae ee |
Hinh 1-7: Cau vom BTCT chay trén (Cau Bén Tre)
Trang 4
- Câu chạy dưới,
Hình 1-8: Câu vòm BTCT chạy dưới (Câu Freeport - My)
- Cau hay giữa
N1 TH re md lala he
are areca 4 Ns
| os i
|
| Hinh I- 9 Cau vom m BTCT chạy gitta (Cậu C Colorado- Mỹ)
1.2.4 PHAN LOAI THEO SO DO TĨNH HỌC Ở GIAI ĐOẠN KHAI THÁC: CỦA ‘KET CAU CHIU LUC CHINH
a) b) - [ ¬1 | )
Hình 1-10: \ Các sơ đô tĩnh học dam’ "giản đơn, dâm liên tục, dâm-hãng có dâm đeo ' và biểu đô Mômen tương ứng do tĩnh tải
- Cầu dam: dam giản đơn, dầm: liên tục, dầm hãng (Hình 1-10)
§* TKCBTCT
Trang 5
- Cầu khung: khung T có dâm đeo, Chung T có chốt, khụng T liên tục nhiều nhịp, khung chân xiên, khung kiểu cống v.v
- Cau gian,
- Cau co két cầu liên hợp:
+ Cau dam - vom, + Cau gian - vom,
_+ Cầu dam - day (cầu dây văng có dầm cứng BTCT) (Hình 1-21)
1.2.5 PHAN LOAI THEO HINH DANG MAT CAT NGANG CUA KET CAU CHỊU LỰC CHÍNH - Kết cầu nhịp bản MAT CẮT B-B death a cốt thep lo xo 940 60 940 40 „30 „30 310 4 30 „310 d=5cm 70 70 70 _ 170 Œ -f8| † —† Tỉ TT” 8T T8 ry TT] 8 50 cebfZ\N 11 It ag de x E1 Fhe ~†T†-
Or ty ot " ot (ot Op l1 7 Foy Ị, | If | “so 404 a , ị
ne rt 8 1 i | 8 cốt thé
80 80 80 80 d=5-Smm
265 20 450 [265 "265 ea 450 BI es - 980 " 40 980 —
Hình 1-11: Mặt cắt ngang cầu bản BTCT thường
- Kết cầu nhịp có sườn - Kết câu nhịp mặt cắt hình hộp =0, 12000/2 s0 2000 ` —, 500 I độ X i=2% L SENG ưng Re \ ⁄ & Ye | -
Hình 1-12: Mat cat dam hép trong cau duc hang L
TKCBTCT*9
Trang 61.2.6 PHAN LOAI THEO PHƯƠNG PHÁP THỊ CÔNG KÉT CÁU NHỊP
- Với các nhịp nhỏ và trung bình (L < 25m với cầu 1 nhịp và L < 100m với cau
nhiéu nhịp)
+ Cầu đỗ bê tơng tại chỗ
° ¬` KH HN) l7 ¬ 1 ằẶ" + án rÍ ` Dar, De cig làn NN, a ea Th ¬
Hình 1-13: Câu đồ bê tông tông tại chỗ trên đà giáo cô định + Cầu lắp ghép f toan nhập
Hình 1-14: Câu m ghép te toàn nhịp bằng g giá cầu dâm 10 * TKCBTCT
Trang 7b) 72 | | | T 4
Hình 1-15: Một số sơ đô cầu khung
3 Cầu khung liên tuc, b) ng T: dam deo;
_ 4=." ene TT HN an me Ae ‘agi , MY aa Gants KG Vy t “ ` he « ` “ ot ` " ee ˆ ee Git, `À ` đý * đạc vet đt So re nett AY pee eters HA ee -RỈ
Hình 1-17: Cầu khung T dâm đeo o (Cầu Nông T Tiến- Tuyên Quang)
Trang 8v +
Hình 1-18: Một số sơ đô cầu vom
1 Cột trên vòm; 2 Vịm chính, 3 Phần xe chạy; 4 Thanh treo; 5 Vòm cứng; 6 Dam mém; 7 Vom mém; 8 Dâm cứng
a) Thanh treo xiên; b) Cầu vòm chạy giữa; c) Vòm cứng - dâm mêm; đ) Vòm mêm - dâm cứng: e) Câu vòm chạy dưới có thanh treo xiên
Hình 1-19 Câu vịm có đường xe chạy trên
12 * TKCBTCT
Trang 9
Hình 1-20: Cau vom kiểu ống thép nhôi bê tông,
có đường xe chạy dưới (dang thi cong)
Hình 1-21: Một số sơ đồ cầu dây văng có dầm cứng BTCT
1 Dây xiên; 2 Cột tháp; 3 Dâm cứng: 4 Dâm ngang của khung cột tháp để giữ dâm cứng
Trang 10
- Với cầu BTCT có nhịp lớn:
+ Cầu đúc tại chỗ trên đà giáo cố định
+ Câu đúc tại chỗ với đà giáo di động + Cầu thi công theo phương pháp hãng
+ Cầu thi công theo phương pháp đây
+ Câu thi công theo phương pháp đặc biệt (quay hoặc chở nôi)
1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DUNG
1.3.1 DAC DIEM
1.3.1.1 Vatligu
Khi xây dựng, câu BTCT thường dùng các vật liệu địa phương: cát, đá, xi măng là chủ yếu, phan cốt thép chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ so với trọng lượng toàn kết cấu và thường dùng loại thép tròn với giá rẻ hơn loại thép cán sử dụng làm câu thép
1.3.1.2 Độ bên, độ cứng
Kết cầu nhịp cầu BTCT có độ cứng rất lớn, có độ bền đáp ứng mọi yêu cầu khai thác an toàn, thuận tiện Tuổi thọ cầu BTCT cũng rất cao
1.3.1.3 Hình dáng, hệ thống
Kết cầu 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 câu cong trên mặt bằng, cầu rẽ - nhánh (cầu chữ Y) v.v
1.3.1.4 Tính liền khối
Kết câu nhịp đúc bê tông tại chỗ cũng như kết cấu nhịp lắp ghép hiện đại đều đảm bảo được tính liền khối vững chắc
14 * TKCBTCT
Trang 11
1.3.1.5 Trọng lượng bản thân Do có trọng lượng bản thân lớn nên kết cầu nhịp cầu BTCT không vượt qua được những chiều dài nhịp kỷ lục như câu thép Nhịp cầu vòm BTCT dài nhất thế giới có L = 420m, trong khi đó nhịp câu treo thép dài nhất có L > 1990m Tuy nhiên
chính do nặng nề mà câu BTCT ít bị ảnh hưởng xung kích của hoạt tải qua câu hơn
SO VỚI cầu thép, tiếng én khi xe qua câu cũng nhỏ hơn, dao động ít hơn Do đó nhiều cầu trong thành phố thường được làm bằng BTCT
1.3.1.6 Chỉ phí duy tu bảo dưỡng
Nói chung chi phi n nay rat thap, hầu như không đáng kể so với chi phí duy tu
cầu thép
1.3.1.7 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 mòn được coi là chưa ảnh hưởng xấu đến tuôi thọ kết cầu Đề thiên về an toàn, các Tiêu chuẩn thiết kế cầu và kết cầu BTCT đều có những điều khoản nhăm hạn chế độ rong vết nứt sao cho không quá mức nguy hiểm về mặt ăn mòn và chịu lực Khi thiết kế cũng như khi thị công cân phải tìm các biện pháp công nghệ hiện đại và hợp ly dé giam nguy co xuat hiện và mở rộng vết nứt Trong các kết câu BTCT dự ứng lực tồn phần khơng được phép xuất hiện vết nứt do các yếu tổ lực Theo Tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 cho phép áp dụng kết cầu BTCT dự ứng lực một phân, nghĩa là chấp nhận có ứng suất kéo bê tông trong một số trường hợp nhất định
1.3.2 PHAM VI AP DUNG CUA KET CAU NHIP BE TONG COT THEP
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 dâm thép Trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh vẫn cịn tơn tại một sơ cầu vòm cũ BTCT xây dựng từ những năm 1930
Nói chung cầu ở trong phạm vi ga, phạm vi khu dân cư, thành phó, cầu trên đoạn tuyến đường sắt cong nên dùng kết câu nhịp BTCT
Trong các cầu BTCT trên đường ô tô, thường dùng nhiều dầm giản đơn ở các nhịp 6 - 38m, đặc biệt 42m Nêu nhịp lớn hơn thường dùng các sơ đô kêt câu nhịp siêu tĩnh như dâm liên tục, dâm hãng, câu khung BTCT dự ứng lực, câu vòm,
Nói chung thường chọn các loại kết cầu như sau:
e_ Dạng câu bản giản đơn BTCT thường:
Các nhịp từ 6 đến 12m đối với cầu ô tô,
Các nhịp từ 4 đến 10m đối với cầu đường sắt
e Dang cau dam giản đơn bằng BTCT thường:
Các nhịp từ 9 đến 21m đối với câu ô tô, Các nhịp từ 6 đến 15m đối với cầu đường sắt
TKCBTCT * 15
Trang 12
e_ Dạng câu bản và dâm giản đơn BTCT dự ứng lực: Các nhịp từ 12 đến 42m đối với cầu ơ tơ,
©_ Dạng câu dâm liên tục hoặc câu khung BTCT dự ứng lực:
| | : -
Các nhịp từ 33m đên 200m của câu ô tô, ít khi áp dụng cho câu đường sắt
ác nhịp từ 12 đến 33m đối với cầu đường sắt
e Dang cau vom BTCT thường:
Trước kia có dùng cho cầu nhịp 15 đến 30m, có thể dùng đến nhịp 300m 'cho cầu đường ô tơ Ngày nay ít khi xây dựng câu vịm vì khó cơng nghiệp hố cơng tác thị công và chỉ xây dựng câu vịm ì khi có yêu câu
đặc biệt về kiến trúc :
e Dang câu dây văng - dâm cứng BTCT
Dạng cầu này có ưu điểm hình dáng đẹp vượt được nhịp đài, có thể đến 800m hoặc hơn nữa, thường được xây dựng theo những yêu cầu đặc biệt ° Dạng cau dàn BTCT dự ứng lực
Dạng cầu dàn này 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 cầu tạo phức tạp, khó thi công và không ưu việt hơn câu dàn thép ở khu vực phía nam nước ta trước năm 1945 dạng cầu này cũng được xây dựng với dàn ˆ_ biên cong và biên song song, nhịp đến 33m
1.4 VẬT LIỆU SỬ DUNG LAM CAU BTCT
Cac vat liệu chủ yếu hiện nay để làm cau BTCT la bé tông và cốt thép: 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 ở đây chỉ nhắc lại những điều cơ bản nhất của vật liệu này liên quan đến kết cầu cầu
_ 14.1 BÊ TÔNG
1.4.1.1 Những quy định của Tiêu chuẩn cũ 22TCN 18-79
Trong Tiêu chuẩn cũ về thiết kế cầu 22TCN 18-79 (Quy trình 1979), các mác
bê tông theo cường độ chịu nén được dùng cho kêt câu câu là: 200, 250, 400, 500
Tuy nhiên trong thực tế trước đây cũng 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 của cường độ tính tốn chịu nén đúng âm R, chịu nén khi uốn Rụ, chịu cắt trượt R„, mô
đun đàn hồi E „v.v Những trị số này đã được sao chép lại từ Quy trình SNIP 365-
67 năm 1967 của Liên Xơ cũ, vì vậy có thể chưa hồn tồn phù hợp điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta
|
16 * TKCBTCT
Trang 13
Từ năm 1985 ở Liên Xô cũ đã dùng Tiêu chuẩn mới ký hiệu là SNIP II-03-85,
trong đó 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 ˆ
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 be tong mà Quy trình 1979 đưa ra là trị số tương ứng với xác suất 0,5 khi nén thử mẫu khối vuông bê tông
Theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành 22TCN 272-05 của Bộ GTVT Việt
nam, các cấp bê tông 20-30 MPa thường dùng cho các kết cấu lắp ghép băng BTCT thường Bê tông cấp 32-45 MPa được dùng cho kết cầu BTCT dự ứng lực
Đối với một số cầu ở nước ta được thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế của nước
ngoài và có tham khảo Quy trình 1979, chúng ta phải nhận biết sự khác nhau về khái
niệm cường độ đặc trưng của bề tông và mác bề tông, sự khác nhau về quy định mẫu
thử bê tơng hình khối vng hay hình trụ trịn, về kích thước v.v cho mỗi trường hợp cụ thể tuỳ theo từng Tiêu chuẩn
Cần lưu ý phân biệt các qui định khác nhau của Bộ GTVT va Bộ Xây dựng - Tiêu chuẩn hiện hành về kết câu BTCT trong cơng trình dân dụng và công nghiệp
(không phải là cơng trình giao thơng) của Bộ Xây dựng được biên soạn dựa theo
Tiểu chuẩn của Nga, vì vậy vẫn dùng mẫu thử nén bê tông theo dạng khối vuông 15 x 15x 15cm, tudi 28 ngay
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 cầu đặc biệt có liên quan đến độ bên 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)
Đến thời điểm hiện nay, năm 2014, khi thiết kế cầu đường sắt vẫn dùng Quy
trình cũ 1979 vì bản Dự thảo Tiêu chuẩn mới cho cầu đường sắt chưa hoàn thành
Tuy nhiên một số qui định có tham chiều tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 1.4.1.2 Những quy định của Tiêu chuẩn mới 22TCN 272-05
Tiêu chuẩn mới về thiết kế cầu 22TCN 272-05 được Bộ GTVT ban hành năm
2005 để thay thế Quy trình 22TCN 18-79 cũ khi thiết kế cầu đường bộ đã quy định
mẫu thử bê tơng hình trụ tròn 15x 30 cm và dùng khái niệm cấp bê tông f ’, ma
không dùng khái niệm mác bê tơng R nữa Đó là điều cần hết sức lưu ý khi áp dụng 1.4.1.2.1 Cấp bê tơng
Trong Hình 1-23 trình bày biểu đổ quan hệ ứng suất- -ứng biến điển hình của
mẫu thử hình trụ bê tông chịu nén đúng tâm Giá trị của ứng biến khi ứng suất nén bê
tông đạt đến cực đại là=sàorkhovm( 004116 GIÔNH VẬN tiến của ứng biến là vào
khoảng 0,003 PHAN HIEU TẠI THANH PHO HO CHI MINH
| THU VIEN
p13 TKCBTCT * 17
Trang 14
Ứng suất (MPa) 0.002 0.004 0 0.001 0.003 _ Biến dạng
Hi nh 1-23: Biểu đô quan hệ ứng suát-biễn dạng của bê tông chịu nén
Đối với từng cấu kiện, cấp bê tong, f., hay còn gọi là cường độ chịu nén quy
định (cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày) phải được quy định rõ trong tài liệu hợp đồng của dự án cụ thẻ
Bê tơng có cấp lớn hơn 70 MPa chỉ được dùng khi có các thí nghiệm vật lý xác
lập được các quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tơng với các tính chat khac Không được ldùng các loại bê tơng có câp thâp hơn I6 MPa cho các loại kêt câu
Bảng T- I: Đặc điểm của các loại bê tông
Hàm lương | Tzxe | Hàm | Cỡ hạt thô theo Cấp bê tông
Loạibê | CO ^ Xi măng tôi |N/X tôi| 9nE | ˆŸ* | lượng | AASHTO M43, | (cường độ bê ¿; , Ze, nm ^ `
tong thiểu(kg/m3)| thiểu cuön khí| mặt sàng vng | tổng 28 ngày)
5 (%) (mm) f (MPa) A 362 0,49 25 dén 4,75 28 A (AE) 362 0,45 | 6,0- 1,5 25 dén 4,75 28 B 307 0,58 - 50 đến 4;75 17 B(AE) 307 0,55 |5,0-1,5] 50 dén 4,75 17 C 390 0,49 - 12,5 đến 4,75 28 C(AE) 390 0,45 | 7,0-1,5 | 12,5 dén 4,75 28
Tuy theo 25 dén 4,75 Tuy theo yéu
P 4 ye À
334 0,49 chỉ định | hay 19 dén 4,75 cau
S 390 0,58 25 dén 4,75 -
Co ty trong | nhe | 334 | Theo chỉ địn trong Hợp đồng thâu h h h
| mm mm
L Ste er ty =
18 * TKCBTCT UOV a gs
women em es —
Trang 15
Cấp bê tông của kết cầu dự ứng lực và bản mặt cầu không được thâp hơn 28 MPa Đối với kết cầu bê tông có tỷ trọng thấp, thì mật độ lỗ rỗng, cường độ và các
tính chât khác phải chỉ định rõ trong tài liệu hợp đông của dự án cụ thê Trong các dự án câu hiện nay thường phân loại bê tông như sau:
- Loại A: dùng chung cho mọi câu kiện và đặc biệt là cho bê tông lộ chịu nước mặn
- Loại B: dùng làm sàn, lối đi bộ, thân mồ trụ khối lớn và tường chăn kiểu trọng lực
-Loại C: dùng cho cầu kiện mỏng hơn 100 mm, như là lan can, hay dùng để
lâp đây các khoảng trông của bản mặt câu kiêu lưới thép chèn bê tông
- Loại P: dùng khi cần đạt cường độ lớn hơn 28 MPa
- Loại Š: dùng cho lớp bê tông thi công dưới nước để làm lớp bê tông bịt đáy kêt hợp với vòng vây cọc ván thép có tác dụng ngăn nước khi thi công các hạng mục trong điêu kiện ngập nước
Đối với bê tông các loại A, A(AE) và P dùng ở trong và trên nước mặn, tỉ lệ
nudc/ximang không được vượt quá 0,45
Tổng cộng lượng xi măng Portland và các vật liệu chứa xi măng khác không được vượt quá 475 kg/m? bé tong
Bê tơng cuốn khí gọi là "AE" trong Phần 808 của Tiêu chuẩn thi công cầu
đường bộ (ký hiệu TCCS 02:2010 TCĐBVN), phải dùng ở những nơi bê tông tiêp xúc với nước mặn hoặc các mơi trường có hại tiêm tàng khác
Bê tông bọt (AE) nâng cao độ bền vững khi chịu lạnh Bê tông bọt được chế tạo bằng cách thêm vào hỗn hợp một phụ gia đẻo để tạo ra sự phân bố đều các lỗ
rong rat nho Sy phan bố đều các lỗ rồng nhỏ này trong bê tông tránh hình thành các lỗ rỗng lớn và cắt đứt đường mao dẫn từ mặt ngoài vào cốt thép
Ty lệ nước trên xi măng (N/X) theo trọng lượng và hàm tham sỐ quan trong nhất ảnh hưởng đến cường độ bê tông Tỉ lệ N/X càng gần mức tối thiểu, cường độ
cảng tăng Rõ ràng là nâng cao hàm lượng xi măng sẽ nâng cao cường độ với một
lượng nước nhất định trong hỗn hợp Mỗi loại bê tơng đều có quy định lượng xi măng tối thiểu theo kg/m” Tăng lượng xi măng trên mức tối thiểu có thé tăng lượng
nước và vẫn giữ nguyên tỉ lệ N/X Việc tăng lượng nước có thể khơng tốt vì lượng
nước thừa, không cần cho phản ứng hóa học với xi măng và làm ướt bê mặt cốt liệu, tất nhiên sẽ bốc hơi gây hiện tượng co ngót và làm bê tơng kém đặc Vì vậy theo tiêu chuan AASHTO giới hạn trên là 475 kg/m với tỉ lệ N/X chuẩn để hạn chế lượng
nước trong hỗn hợp
Trong vài năm gần đây người ta đã chế tạo được bê tông cường độ rất cao, có
cường độ chịu nén tới 200MIPa Mẫu chốt của việc đạt cường độ cao này, cũng như độ
chắc đặc là đảm bảo cấp phi tot nhất, sao cho tat cá các lỗ rỗng được lap day bang cac hat min dén khi khong con lỗ rỗng nữa Trước đây người ta chỉ chú ý đến cấp phôi tốt nhất của đá và Các cốt liệu nhỏ sao cho khoảng cách giữa các hạt lớn được chèn bằng
đá nhỏ hơn, rồi đến lượt khe hở giữa các đá nhỏ lại được chèn bằng cốt liệu nhỏ hơn
TKCBTCT * 19
Trang 16
như cát chẳng hạn Việc lấp đây khe hở giữa các hạt nhỏ có thể là các hạt ximăng pooclăng, mà sau này phản ứng với nước tạo lực dính và găn kết thành khối Trong bê
tông cường độ cao và rất cao, người ta còn tiền thêm một bước nữa là chèn thêm vào
khe hở giữa các hạt ximăng pooclăng Các loại vật liệu mịn để chèn này có thể là đất puzolan hạt nhỏ, cho bay, hat mudi silic Chung co thể thay thế một phần cho ximăng
pooclăng và vẫn giữ lượng ximăng tối thiêu và vẫn giữ nguyên tỉ lệ N/X
1.4.1.2.2 Mé đun đàn hơi
Khi khơng có các số liệu chính xác hơn, mô đun đàn hồi, E¿ của các loại bê
tông có tỷ trọng trong khoảng từ 1440 dén 2500 kg/m’, có thé lấy như sau:
| E, = 0,043 7° ff." (MPa)
Trong do: |
% = tỷ trọng của bê téng (kg/m’)
ƒ⁄, = cường độ quy định của bê tông (MP4)
y khối lượng đơn vị của bê tông theo kilogam trên mét khối (kG/m`) và ƒ, là trị số tuyệt đối của cường độ chịu nén của bê tông theo Mpa Với + =
2300kG/mỶ và ƒ.= 28Mpa
|
| E, = 0,043(2300)'*/ f, = 480028 = 25GPa
Khi bê tông ở trạng thái ứng suất hai trục, biến dạng phương này ảnh hưởng tới tính chất của phương khác Ví dụ toạ độ của đường cong ứng suất biến dạng cho nén chính ƒ trong vách của dầm có cốt thép đai giảm khi ứng suất chính vng góc với nó,
f¡ chịu kéo Hiện tượng này được thể hiện băng cách thay đôi phương trình như sau:
| ⁄, = fn (2 2 | ` (1-1)
fo- ung suat chinh nén tuong ung vol &2.Va fomax la ung suat lon nhat da giam
xac dinh theo:
Trong do:
fey; (1-2)
£¡- biến dạng kéo chính trung bình của bê tơng nứt Quan hệ này thể hiện trên
Hinh 1-24
Khi bê tông trong dầm hay cột bị kiểm chế trong trạng thái ứng suất ba trục bởi cốt ngang hoặc đai xoắn ốc, cốt thép ngăn cản biên dạng ra ngoài mặt phăng làm
tăng ứng suất đỉnh và biến dạng đỉnh lớn hơn trị số không kiềm chế Đối với bê tông !
20 * TKCBTCT
Trang 17
kiềm chế chịu nén, biến dạng cực hạn tăng đột ngột sau 0,003 là trị số thường dùng cho bê tông không kiềm chế Biến dạng này tăng nhanh ở nhánh đi xuống của đường
cong ứng suất- biến dạng tăng thêm tính dẻo dai và bền bỉ cho phân tử, tạo cơ cầu tiêu thụ năng lượng mà không gây hư hỏng Kết quả là tính kiểm chế của bê tông
được bao bọc trong cốt đai xoắn ốc đai xoắn Ốc dày được dùng chủ yếu chò các bộ
phận cơng trình năm trong vùng động đất nhằm tiêu hao năng lượng, cho phép có các biến cân thiết để giảm tải trọng động đất
_ Biến đạng, s, om Q* © oe ee te — — mm — — — — 2 ứng suất, f, - LÔ ~ , we ee / ; , fo
Hình I-24: So sánh giữa đường cong ứng suất- biên dạng mỘi trục và hai trục của bê tông không kiêm chế chịu nén
1.4.1.2.3 Hệ số Poisson
Trừ trường hợp có xác định băng thí nghiệm vật lý, hệ số Poisson có thể lấy
băng 0.2 Đôi với câu kiện cho phép xuât hiện nứt, có thê khơng xét đên hiệu ứng
Poisson
1.4.1.2.4 Hệ số giãn nở nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt nên được xác định bằng thí nghiệm trong Phịng thí
nghiệm tùy theo loại bê tơng có câp phôi được đem dùng
Trong trường hợp thiếu các số liệu chính xác, hệ số giãn nở nhiệt có thể lấy như sau:
e Bê tơng có tỉ trọng thơng thường: 10,8 x 10'/ độ C
e_ Bê tơng có tỉ trọng thấp: 9,0 x 10/ độ C 1.4.1.2.5 Co ngói
Co ngót là một đặc tính rất đáng quan tâm của bê tơng Sự co ngót không đều gây ra các vêt nứt ban đâu ngay từ khi kêt câu chưa chịu tải Đó có thê là khởi đâu cho nhiêu hư hỏng kêt câu về lâu dài Hiện tượng co ngót diễn ra chủ yêu trong
Trang 18
khoảng thời |gian l - 2 năm sau khi đỗ bê tông, nhưng có thể đến 25-30 năm sau mới _có thể coi là|kết thúc các biến dạng này
Để giảm biến dạng co ngót cần phải giảm lượng xi măng và nước trong hỗn
hợp bê tông đến đủ mức cần thiết Bê tông dùng cát mịn thường có độ co ngót lớn, có
nguy cơ tiềm ấn xuất hiện nhiều vết nứt co ngót về lâu dài Việc bảo dưỡng bê tơng © trong giai đoạn hoá cứng đâu tiên là rất quan trọng Đôi khi loại xi măng đặc biệt
không co ngột và loại xi măng nở cũng có thể được sử dụng tại những vị trí đặc biệt Các giả trị co ngót và từ biến, quy định ở đây và trong tiêu chuẩn 22TCN 272-
05 phải được dùng đề xác định ảnh hưởng của co ngót và từ biến đến trị số mất mát - dự ứng lực trong các câu dự ứng lực không thi công theo phương pháp phân đoạn
Những giá trị này có mối liên hệ với mơmen qn tính mặt cắt có thể được dùng để
-xác định hiệu ứng của co ngót và từ biến đến độ võng kết cấu
Khi khơng có các số liệu chính xác hơn, hệ số co ngót có thể giả thiết là 0,0002
sau 28 ngày và 0,0005 sau một năm khô |
Khi không có sẵn số liệu về thiết kế cấp phối, việc xác định co ngót \ và từ biến
có thể tham Khảo các quy định sau:
e Các Điều 5.4.2.3.2 và 5.4.2.3.3 của 22TCN 272-05,
e_ Tiêu chuân CEB - FIP model code, hoặc —®_ Tiêu chuẩn ACI 209
Đối với cầu thi công theo phương pháp phân đoạn (đúc hãng, đúc đây, v.v ) phải tính một cách chính xác hơn bao gồm việc xét đến các tác động của:
° Vật liệu cụ thể,
e Các kích thước kết cấu, e Điều kiện công trường,
e Phuong phap thi cong
Đối với bê tông được bảo dưỡng ẩm, cốt liệu khơng co ngót, ứng biến do co
ngót, ¿ụ, tại thời điểm t, có thể xác định như sau:
sh = —k,k,, 0.51107
35,0+t
Trong đó:
¡ = thời gian khơ (ngày) k, = hệ|số kích thước
_ kụ = hệ số độ ẩm, nói chung phải lấy bằng 1,00; ở những vung mà độ dm tương đối trung bình hàng năm bao quanh vượt quá 80% có thé lay bang 0,86
Trang 19
Nếu bê tông bảo dưỡng ẩm được để lộ ra ngoài trước 5 ngày bảo dưỡng trơi qua thì giá trị co ngót được xác định theo công thức trên cần tăng lên 20%
Đối với bê tông được bảo dưỡng bằng hơi nước có cốt liệu khơng có co ngót,
t
€,, = —k,k, | ——— |0,56x10~ 55,0+t
Vi du: Danh giá biến dang do co ngot cua | ban mat cau day 200mm, mat trén
va đáy tiếp xúc với điều kiện khô ráo của môi trường có độ âm tương đơi 702 Tỉ sơ thê tích/diện tích bê mặt của dâm mặt câu là:
— V_ 200.11
ca 2.1.1
Từ hinh 1 -25, voi t= 5 nam (= 2000 ngày), k.=0.73 va tir bang 1.2 voi H=70%,
ky=1.0 do do ta cd
= 100mm
= -(0.73).(I " ¬ 35 + 2000 asi 1.107 =-0,00037
1.4.1.2.6 Từ biến
Từ biến bê tông là hiện tượng biến dạng kéo dài theo thời gian của bê tông
dưới tác dụng dài hạn của tải trọng (vi du tinh tai, du ung lực v v ), nó gây ra sự
phân bố lại nội lực trong kết cầu, gây mắt mát dự ứng suất và tăng biến dạng chung của kết cầu Để giảm từ biến cũng có thể áp dụng các biện pháp giống như các biện
pháp để giảm co ngót :
Tir bién quan hé chat ché vdi co ngot ,va theo quy luat chung, bé tong chiu co ngót tốt thì chịu từ biến cũng tét.vi ca hai hién tuong déu lién quan dén hién tuong
thuỷ hóa vữa xi măng Do đó từ biến chịu ảnh hưởng của cấp phối bê tông, điều kiện
môi trường, nhưng chủ yếu phụ thuộc vào độ lớn và độ dài lâu của tải trọng Biến
dang do từ biến £,„ xác định bằng cách nhân biến dạng nén đàn hồi tức thời do tải trọng lâu dài e,„ với hệ số từ biến nghĩa là:
8(„Ú,1,) = W.1,)£,
Trong đó: - -
t-ti của bê tông theo ngày tỉnh từ lúc đúc thành khuôn ;
t, -tuổi của bê tông theo ngày từ khi tác dụng tải trong thường xuyên
Hệ số từ biến có thể xác định như sau:
0.6
ự(.t,) = 3,5k,k„ [1.58 — agen — 120 10+(t-4,)" nt)
Trang 20
| k=—“—
42+ f.' Trong do:
| H= độ ẩm [ưng đối (2)
k, = hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng/ bề mặt của bộ phận tắt cầu thể hiện ở Hình 1-23
ky = hệ số xét đến ảnh hưởng của cường độ bê tông t= tuổi của bê tông (ngày)
t, = tôi của bê tông khi bắt đâu chịu lực (ngày)
Khi khơng có các thơng tin chính xác hơn, H có thể xác định theo Hình 1-25
sau đây ` Thể tích : Diện tích mặt pa TATTTTT—T~TT"“h^=—=——_—.— 25 mm <= 4.0 ences 38 mm = 0 5Ô mm ° 8 75 mm & 0.6 400 mm = oe = Q04 150 mm nN @ 92 : | 9.0———;ƑTp 100 1000 10000 (t-t,)Thời gian chất tải (ngày)
Hình I-25: Hệ số k, phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích trên bê mặt
Để xác định tuổi của bê tông tại thời điểm đặt tải đầu tiên, tụ, khi bảo dưỡng bê tông bằng hơi nước hoặc bức xạ nhiệt thì tuổi một ngày tính băng tuổi 7 ngày khi bê tông được bảo dưỡng theo phương pháp thơng thường
Diện tích bê mặt dùng dé xác định tý lệ thé tich trén bé mat chi tinh các diện tích bể mặt tiếp xúc với khí quyển Đối với các mặt cắt hộp kín mà khả năng thơng
gió kém thì chỉ tính 50% diện tích bê mặt bên trong cuả hộp
Thể tích Diện - t C 14 25 = 1,2 40° 5 50 go 75 is 0,6 100 20,4 125 ‘ | 2 150 12510 10 10 100
(t —t) thoi gian chat
Hình I-26: Hệ 56 kg phu thuéc vao ty số thể tích / điện tích mặi
24* TKCBTCT`
Trang 21
Bang 1- 2: Hệ số kụ theo độ ẩm tương đối H
Độ âm tương đối trung bình K
của môi trường, H% h
40 143- 50 ¬ 1,29 -_ 60 1,14 70 | 1,0 80 | — 0,86 90 - | 0,43 “T00 —- | | 0,00
1.4.1.2.7 Cường độ chịu kéo khi uốn (mô đun phá hoại) |
Có thể làm thí nghiệm xác định cường độ bê tông chịu kéo trực tiếp theo Tiêu
chuẩn ASTM C 900 "Phương pháp thí nghiệm chuẩn cường độ chịu kéo của bê tông cứng” hoac theo AASHTO T198 (ASTM C 496) “Phương prep thi nghiém ché tiéu chuẩn đề xác định cường độ chịu kéo của mẫu bê tơng hình trụ "
Trong thí nghiệm kéo mẫu bê tông, việc giữ cố định, mẫu thử trên máy thí
nghiệm kéo sao cho đảm bảo được trạng thái kéo đúng tâm là rất khó, các ung suat |
phụ sẽ xuất hiện thêm trong mẫu thử khiến cho kết quả thí nghiệm kéo trở nên kém _ chính xác Vì vậy phương pháp thử kéo trực tiếp thường dùng để xác định sức kháng nứt của bê tông do các hiệu ứng khác với hiệu ứng uốn gây ra Đối với bê tông loại thông dụng thì cường độ chịu kéo trực tiếp thường được ước lượng bằng khoảng
10% của cường độ chịu nén
_ Cường độ chịu kéo của bê tơng có thê nhận được một cách gián tiếp qua thí nghiệm kéo chẻ Trị số ứng suất kéo chẻ f; được đo trong thí nghiệm ép nén theo phương đường kính của mẫu thử hình trụ đặt nằm ngang cho đến khi mẫu thử bị phá
hoại chẻ đơi, có thể tính theo cơng thức sau: _
f, = 2 P/(nLD) Trong đó: |
P= tong luc gay ra pha hoai ché mau thứ bê tơng hình trụ đặt nam ngang L = chiễu dài mẫu thử hình trụ
D = đường kính mẫu thử hình trụ
Cường độ chịu kéo của bê tông cũng có thể được ước lượng qua thí nghiệm uốn mẫu thử đầm bê tông không côt thép Trị số ứng suất kéo do uốn, (còn gọi là modun phá hoại) f, được tính băng cơng thức
f, =M/S Trong đó:
M = mô men uỗn gây pha hiy mẫu thử bê tông kiểu dâm
S = modun chông uôn của mặt căt mẫu thủ bê tông kiếu dâm
Trang 22
Nếu khơng có số liệu xác định băng các thí nghiệm vật lý thì cường độ chịu
kéo khiuôn f, (tinh bang MPa), co thé xac dinh như sau:
|
Đối với bê tơng có tỷ trọng thông thường: 0,63 jƒ,'
Đối với bê tơng cát có tý trọng thấp: 0,52 if."
Đối với bê tông tỷ trọng thấp cac loai: 0,45 f/f.’
Lưu ý răng cả hai trị số ứng suất kéo ché (f) va ứng suất kéo uốn (f,) được xác
định qua các thí nghiệm nói trên đều là các trị số được ước lượng lớn hơn so với ứng
suất kéo gây nứt mà được xác định qua thí nghiệm kéo trực tiếp Tuy nhiên khả năng bê
tông chịu kéo thường được bỏ qua trong tính tốn sức kháng của mặt că "ì trị số nhỏ
Modun tàn hỏi của bê tông khi chịu kéo (nếu bê tông chưa nứt) có thể được
giả thiệt là tương tự khi chịu nén
Bảng 1- 3: Kích thước và trọng lượng cối thép có gờ (ASTM 4615M và A706M)
Số hiệu | Đường kính Diện tích Trọng lượng đơn vị
thanh CT danh định (mm) danh định (mm2) (kg/m)
I0 —~ 9] | 7] 0.560 130 12,7 | 129 0,994 16 15,9 - 199 1,552 19 191, 284 ~ 2,235 22 - 22,2 387 3,042 25 - 25,4 510 3,973 290 28,7 645 5,060 32 ` 32,3 819 : 6,404 36 Í 35,8 1006 - 7,907 43 43 1452 11,38 ST 57,3 2581 20,24
1,4.1.2.8 Các giải pháp chủ yếu để tăng cường độ bê tông
Trong các kết cầu nhịp, đặc biệt là các kết cầu nhịp cầu dự ứng lực, để đạt
được bê tông cường độ 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 xỉ măng sẽ có nguy cơ xuất hiện nhiều vết nứt co ngót và vết nứt do chênh lệch nhiệt độ toả ra không đêu trong quá trình thuỷ hoá xi măng ảnh hưởng xấu của từ biến cũng sẽ tăng theo Nói chung, trừ trường hợp đặc biệt, không được dùng quá 500 kg xi măng cho 1 mỶ bê tông
26 * TKCBTGT
Trang 23
- Giảm tỷ lệ nước/xi măng Đây là biện pháp tốt nhưng có thể làm giảm tính dễ
đỗ bê tơng,vì hỗn hợp bê tơng có thê khơ q Khi đó nên dùng các ic phu gia hoa déo hoặc phụ gia siêu dẻo
Hiện nay hầu như tất cả các dầm cầu mới xây dựng ở Việt nam đều có dùng phụ gia siêu dẻo hoặc phụ gia hoá 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 lẫn sét, bụi - 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 cân dùng loại bê tơng đặc chắc, ít lỗ rỗng, nên dùng loại xi măng đặc biệt bên sun phát hoặc dùng các phụ gia siêu hoá dẻo đặc biệt kết hợp với silicafume và phụ gia hãm rỉ Ngoài ra cần dùng các tạo lớp bảo vệ bê mặt chống thâm thấu và ăn mòn Đông thời phải kiểm tra độ bên chống thấm của bê tông
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 cường độ ti 3 ngày bằng 80% cường độ thiết kế (ký hiệu là hay f'› = 80% f\) để có thể kéo căng cáp sớm nhằm tạo dự ứng lực sớm, rút ngăn tiễn độ thi công cầu Khi đó cần dùng các loại phụ gia siêu dẻo tăng nhanh cường độ bê tơng Ngồi ra có thể dùng biện pháp báo dưỡng nhiệt ấm cho bê tông theo quy trình đặc biệt (nhiệt độ không quá 607 C)
1.4.2 COT THEP THUONG
Hiện nay nước ta nhiều nơi vẫn áp dụng cách phân loại cốt thép thường dựa
theo các Tiêu chuẩn của Liên Xô cũ Các loại cốt thép sản xuất ở Việt nam phải tuân
theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN Tuy nhiên các loại 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 - chuân 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 dé xem xét Cơng tác thí nghiệm cốt thép cần phải luôn được coi trọng
1.4.2.1 Tiêu chuẩn Liên xô cũ
Các cốt thép trịn trơn thuộc nhóm A-I có đường kính từ 6-40mm Cac cốt thép có gờ loại thép than thuộc nhóm A-ÏII cũng có đường kính danh định tương tự Cốt
thép có gờ loại hợp kim thấp thuộc nhóm A-]II
Đặc tính quan trọng nhất của cốt thép mà có ảnh hưởng đến độ bền chung của
kết cầu BTCT là giới hạn chảy ơc của thép, và có trị SỐ sau: ow,
- Đối với thép nhóm A-I_ thio, =240 MPa
- Đối với thép nhóm A-II thì ø;= 300 MPa - Đối với thép nhóm A-III thì ø.= 400 MPa
Trang 24
|
Mô đun đàn hôi của các cốt thép thanh vao khoang 2,1x10° MPa
Khả năng biến đạng dẻo của cốt thép được thể hiện qua trị số biến dạng dẫn dài tương đôi ở thời điểm bị kéo đứt Ví dụ thép có gờ nhóm A-lH có độ dẫn kéo đứt là
185 Tính chât này của côt thép liên quan chặt chẽ đên khả năng chịu va đập, chịu uốn gap va kha nang phan bố đều ứng suất trong các nhóm phép 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 bên chịu mỏi của cốt thép được đặc trưng bang giới hạn mỏi ứng với 2x10”
chu kỳ chịu tai lặp Các cốt thép dùng cho cầu đường sắt cần có độ bên mỏi cao
1.4.2.2 Tiêu |chuẩn mới 22TCN 272-05 của Bộ GTVT
Cốt thép thanh, thép trịn, thép có gờ, thép sợi kéo nguội, lưới sợi thép tròn
hàn, lưới sợi thép có gờ hàn, phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn vật liệu quy định trong Phân 809 của Tiêu chuẩn Thi công AASHTO LRFD-1998 (đã được biên dịch thành
TCCS 02: 2010 TCDBVN)
Cốt thép phải là loại có gờ, trừ khi dùng các thanh thép t trơn, sợi thép tròn trơn làm thép đai xoăn, làm móc treo, và làm lưới thép
Giới hạn chảy danh định của cốt thép phải là tôi thiểu như chỉ ra của cấp thép đã được chọn, trừ khi giới hạn chảy vượt quá 520 MPa sẽ không dùng cho mục đích thiết kế Giới hạn chảy hay cấp của thép sợi phải quy định rõ trong hợp đồng thầu Chỉ được dùng thép thanh có giới hạn chảy nhỏ hơn 420 MPa khi có sự chấp thuận
của Chủ đầu w
Khi tính đẻo của cốt thép được đảm bảo hoặc cốt thép phải hàn cần chỉ rõ cốt thép phải theo yêu cầu của ASTM A706M: "Thanh thép có gờ băng thép hợp kim thấp dùng chỏ kết cầu bê tông cốt thép"
Mô đun đàn hồi, E;, của cốt thép phải lấy bằng 200 000 MPa
Cốt thép nào phải hàn và phương pháp hàn phải được chỉ rõ trong hồ sơ thâu
| : `
Vi tri nao phải dùng côt thép sơn phủ êpoxy phải được chỉ rõ trong hô sơ thâu Trong Tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 dùng phân biệt các tên gọi: cốt thép dọc và cốt thép ngang Co thép ngang bao gồm cốt ot thep đai, các cốt thép chịu ứng lực cục bộ
1.4.3 THÉP HÌNH
| Co những trường hợp dùng thép hình I, L, [ để làm cốt thép cứng cho kết cầu
và cầu bằng BTCT Tiêu chuẩn 22TCN 18-79 (Quy trình 1979) khơng có những quy
định liên quah đến các trường hợp này Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 cũng vậy Vì thế
_ khi cần thiết sẽ phải tham khảo các Tiêu chuẩn của Bộ Xây dựng và của nước ngoài một cách hợp lý Các cốt thép bằng thép hình (gọi là cốt thép cứng) cũng tỏ ra tốn _ kém hơn cốt thép tròn nhưng lại có thê làm kiêm nhiệm vụ đà giáo treo đỡ ván khuôn
khi đúc bê tông tại chỗ
28 * TKCBTCT
Trang 25Một số cầu mới xây dựng năm 2002 trên tuyến cao tốc Nội bài-Bắc ninh đã sử dụng cốt thép cứng là các dầm thép I được chế tạo đặc biệt với biện pháp uốn ngược
trước để tạo dự ứng lực (dầm PreBeam)
1.4.4 COT THEP CƯỜNG ĐỘ CAO
Nói chung, các loại cốt thép thanh hay sợi có cường độ cao hơn 600 MPa 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 quoc tế đều dùng đồng bộ các hệ thống dự ứng
lực bao gồm cốt thép cường độ cao, mâu neo, kích v.v của các Hãng cung cap
chuyên nghiệp Do đó trong mỗi trường hợp cụ thể khi thiết kế phải chú ý riêng đến cốt thép cường độ cao
Trong chương sau sẽ trình bày kỹ về các hệ thống nói trên đã và đang được áp dụng ở Việt nam vả nước ngoài
Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 có một số quy định sau đây:
Các loại tao cáp dự ứng lực, 7 sợi không sơn phủ, được khử ứng suất, hoặc có độ tự chùng thấp, hoặc các thanh thép không sơn phủ cường độ cao, trơn nay CÓ go,
phải phù hợp với tiêu chuẩn vật liệu quy định trong Tiêu chuẩn thi công cau:
- AASHTO M203M (ASTM A416M) - Tao thép 7 sợi dự ứng lực khơng son
phủ, có khử ứng suất cho bê tông dự ứng lực hoặc
- AASHTO M275M (ASTM A722) - Thép thanh cường độ cao không sơn phủ dùng cho bê tông dự ứng lực
Giới hạn kéo và giới hạn chảy của các loại thép này có thé lấy trong Bảng sau đây
Bang 1-4: Tinh chat của tao cáp thép và thép thanh dự ứng lực
Vậ Đường kính Cường độ Giới hạn chảy f Hiếu Loại hoặc Cấp thép wong xn chịu kéo _ 17 MP: ay "py
lệu |_ (mm) fou (MPa) (MPa)
Tao | 1725 MPa (Cap 250) | 6.35 dén 15.24 1725 85% cua fou ngoai
thép | 1860 MPa (Cấp 270) | 9.53 đến 15.24 1860 trừ 90% của Ípụ với
| tao cáp tự chùng thấp
Thép |' Loại 1, thép trơn 19 đến 35 1035 85% của fu
thanh |_ Loại 2, thép có gờ l5đến36 | ` 1035 80% của fu
Nếu trong hồ sơ thầu có các chỉ tiết về dự ứng lực thì phải chỉ rõ kích thước và
Câp hoặc loại thép Nêu trong hộ sơ chỉ quy định lực kéo dự ứng lực và vi tri đặt thì
việc chọn kích cỡ thép và loại thép do Nhà thâu lựa chọn và Kỹ sư giám sát duyệt
Nếu không có các số liệu chính xác hơn, mô đun đàn hồi của thép dự ứng lực,
dựa trên diện tích mặt căt ngang danh định của thép, có thê lây như sau:
- Đối với tao thép: Ep= 197 000 MPa - Đối với thanh thép: Ep= 207 000 MPa
TKCBTCT *29_
Trang 26
_ 1.4.5 NEO DU UNG LUC KÉO SAU VA NOI CAP
Neo va! mối nồi cáp phải được cầu tạo theo các yêu câu của các Tiêu chuẩn tương ứng Phải tiến hành bảo vệ chống gỉ cho Cáp, neo, các đầu neo và các mối nối cáp
1.4.6 ÔNG CHỨA CAP 1.4.6.1 Quy dinh chung
Các ống chứa cáp phải là loại cứng hoặc loại nửa cứng bằng thép mạ kẽm hoặc bằng nhựa hoặc tạo lỗ trong bê tông bằng lõi lấy ra được
Bán kính cong của ống chứa cáp không được nhỏ hơn 6000 mm, trừ ở vùng neo có thê cho phép nhỏ tới 3600 mm
Không được dùng ống chứa cáp băng nhựa khi bán kính cong nhỏ hơn 9000 mm
Khi dùng ống chứa cáp bang nhựa cho loại cáp có dính bám :( ì phải xem xét
đặc tính dính bám của ông nhựa với bê tông và vữa
Hiệu quả áp lực của vữa lên ống chứa cáp và vùng bê tông xung quanh phải
được kiểm tra
Cự ly lớn nhất giữa các điểm kê cố định ống chứa cáp trong khi thi céng phai được quy định trong Hồ sơ thâu
1.4.6.2 Kích thước của ống chứa cáp
_ Đường kính trong của ống chứa cáp ít nhất phải lớn hơn đường kính của thanh thép dự ứng lực đơn hay bó cáp dự ứng lực 6 mm Đổi với loại thép dự ứng lực nhiều thanh và bó cáp dự ứng lực thì diện tích mặt cắt của ơng chứa ít nhất phải lớn hơn 2 lần diện tích bao của mặt cắt bó thép dự ứng lực, khi lắp đặt bó cáp bằng phương pháp kéo sau thi diện tích mặt cắt của ống chứa cáp phải gấp 2,5 lần diện tích mặt cắt
của bó cáp :
Kích thước của ống chứa cáp không được vượt quá 0,4 lần bề dày bê tông
nguyên nhỏ nhất tại vị trí đặt ống
1.4.6.3 Ống chứa cáp tại vị trí neo chuyền hướng
Các ống chứa cáp ở vị trí chuyền hướng phải là Ống thép mạ phủ hợp với tiêu chuẩn của ASTM A53, loại E, cập B Độ dày danh định của thành ông không được nhỏ hơn 3 mm
1.5 LICH SU VA CAC XU HUONG PHAT TRIEN TRONG LINH VUC CAU
BTCT HIEN DAI
1.5.1 SO LUQC LICH SU PHAT TRIEN CAU BE TONG COT THEP
Ngay từ khi ngành sản xuất thép mới ra đời, người ta đã nghĩ đến việc đặt cốt thép trong bê tông để tận dung kha nang của mỗi loại vật liệu Năm 1850, một người Pháp là Lămbô đã làm chiếc thuyền bằng BTCT đầu tiền Đến nam 1861 ông Kyanê, một người Pháp khác, làm ra các kết cầu mái che, vòm, ống cống dựa trên nguyên tắc bê tông cùng chịu lực với cốt thép Tuy vậy mãi đến năm 1875 chiếc cầu BTCT đầu tiên mới được xây dựng tại Pháp theo đồ an cua Ky su Monier, cầu này có dạng vịm dài lóm, rộng 4m cho người đi bộ Kết cầu nhịp vòm được ngàm chặt hai chân Vòm vào các mô nặng băng BTCT
Trang 27
Hình 1-27: Chiếc câu bê tông cốt thép đâu tiên do Monier xây dung
Trong những năm tiếp theo đó, các cầu BTCT không được phát triển rộng vì
thiếu những cơ sở lý thuyết tính tốn và SỐ liệu nghiên cứu thử nghiệm vẻ sự chịu lực
của kết cầu 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
tơng v.v -
Tiếp theo đó là các thí nghiệm của Kenen vẻ 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 Enkxobicơ, người Pháp, để xuất hệ thống kết cấu có sườn
bằng BTCT và phương pháp thi công kết cầu BTCT toàn khối khơng có dầm thép đỡ: như trước Ông này bu, chỉ dùng BTCT để làm bản dầm mà còn làm cột, móng tường chắn, cọc v.v
Sau sáng kiến này, có thé coi là từ cuối thế kỷ 19 đã bắt đầu giai đoạn đâu tiên phát triển rộng rãi các kết cấu BTCT và áp dụng phương pháp tính tốn theo ly thuyết ứng suất cho phép Sang dau thé ky 20 cầu BTCT được phát triển ngang hàng với các câu băng thép, gỗ
Trong giai đoạn đầu, các cầu BTCT thường có dạng kết cầu bản dầm và vòm Đến trước đại chiến thể giới I ( 1914 - 1918) phân lớn các cầu BTCT thuộc hệ thông dầm đơn giản, dầm liên tục và cầu khung với kết cấu có sườn, khẩu độ nhịp đến 30m, cá biệt đến 40m `
Dan dan, cac nhip cau BTCT dai hon đã được xây dựng, đặc biệt vào những: năm 1930 Có thể kể ra một số cầu nỗi tiếng Câu qua sông Maxcova, nam 1935, dạng nhịp vòm dài 116m cho 4 làn xe lửa, câu Stốckhôm (Thụy Điển) với nhịp dai 181m, câu Eooe (Pháp) có 3 nhịp, mỗi nhịp dài 186m, cầu Esla (Tây Ban Nha) có 3 nhịp cầu mỗi nhịp dài 205m
TKCBTCT * 31
Trang 28
⁄
Hình 1-28: 'Cầu vịm bê tơng cốt thép cho đường sốt 4 làn xe tại Liên Xó cũ (1935) Tử 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 đề ra từ năm 1896 do Mangden (người Áo) và Dodecxon (người Mỹ) Nhưng những thử nghiệm lúc đầu đã thất bại vì họ dùng loại cốt thép có cường độ thấp (khoảng 600kG/cm2), dù có tạo được dự ứng suất kéo thì cũng sẽ mắt mát hết Mãi đến năm 1928 Kỹ sư Freyssinet (ngudi Pháp) mới đề xuất được những cơ sở lý thuyết và thực nghiệm ban đầu cho kết cầu BTCT dự ứng lực Ông đã chứng minh răng phải dùng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao, trị sô dự ứng suât kéo cốt thép phải lớn hơn 4000 kG/cm2, đồng thời phải xét đến các mắt mát dự ứng suất trong côt thép do co ngót và từ biến bê tông
Công cuộc phục hồi và phát triển kinh tế ở châu Âu sau chiến tranh thế giới lÏ
_đã thúc đây khoa học kỹ thuật xây dựng cầu lên một bước mới: sử dụng các kết cầu
lắp phép và các kết cầu dự ứng lực rất đa dạng Số lượng cầu BTCT chiếm tỷ lệ đáng kê trong số các cầu mới xây dựng
grees wet tà Se ưng Hak bie «
ven “SS 3, Me m xen MỆ SẺ To ng
ee
Hình 1-29: Cau vom nhiéu nhịp ở Nga xây dụng sau chiến tranh (l 950) 32 * TKCBTCT
Trang 29
Nhiều dạng sơ đồ kết câu và phương pháp thi công khác nhau đã được sáng chế và áp dụng rộng rãi trên khắp thé giới Việc lựa chọn áp dụng sơ đồ nào hay áp dụng phương pháp thi công nảo thường căn cứ vào việc so sánh, xét tổng hợp nhiều yếu tố như: Các điều kiện địa ly, địa hình, địa chất, khí hậu, trinh độ công nghiệp xây dựng; và nhiều yếu tố kinh tế xã hội khác, thể hiện đặc điểm riêng của mỗi nước, mỗi nên kinh tế -
Đối với các nhịp lớn thì thường áp dụng dầm và khung liên tục tiết diện ngang
dạng hộp, kết câu dàn với công nghệ thi công hãng (lắp hãng,đúc hãng),công nghệ day và đúc trên đà giáo treo Với kết cấu và cơng nghệ thí cơng như trên,cầu bêtông dụ ứng lực đã áp dụng cho nhịp từ 50-250m | |
` wg oes “J+ Aa EU tee Bete d Fira an % > 0 52, ¬
ete i tees erie i washes sea laa oa cies Tờ eee pte re me ie pee ee a NS SE " magnets MS sec về TT Lo, ” “ _
Miệt An} & eng $y ts se one oe Hie + Wy cae , s ets £ T492 vas ae CD ` ra ae ha» AN ; ates ` ` : R$c M7 2V era 2 _ Sa Be tiên 4 oY" SD a A a
EEN one (of ` w
lu ME vơ `
ner Ệ
POLE: th nC
: ai The Pear Cea Là a ae
os Œ Dê HH) vn và
Ho li
" = “`! “7-2
ter green See
Hình 1-30: Câu qua sông Brisbane Australia (1986) thi công đúc hãng
Ngồi các hệ dầm khung,vịm,các hệ liên hợp treo cũng được nghiên cứu áp
dụng,chiếc cầu dây văng có dâm cứng bê tông cốt thép được xây dựng đầu tiên năm 1925 qua sông Tem-Bun ở Tây Ban Nha theo sơ đồ (20,1+60,3+20,1) m Sau đó vào
khoảng những năm ó0 của thé ky XX, do ảnh hưởng của các câu dây văng được xây dựng ở Đức, dầm cứng bêtông cốt thép đã được áp dụng dé tham gia chịu nén Cầu
dây văng hầu như đã thiết kế thay thế cho cầu giàn thép trên đường ôtô Hàng loạt
cầu dây văng hiện đại dầm cứng bê tông cốt thép đã được xây dựng: Năm 1962 xây dựng cầu Ma-ra-cai-bô ở Vênêduêla có nhịp 235 m Năm 1971 xây dựng câu qua
sơng Mian ở Đức có nhịp chính 300m Cau Brotone (Pháp) 1977, nhịp 320m một
mặt phẳng dây, dầm chủ bằng bêtông cốt thép dự ứng lực tiết diện hộp thi công theo
phương pháp lắp hang; nam 11991 cầu Scarsundet, ở Navy, nhip chinh 530 m, dam
cứng bê tông dự ứng lực tiết diện hộp
TKCBTCT * 33
Trang 30
at IC ———= perf
COT er oe ene he ance 169| 2265 | 29.0 veer COON ONLI SE EP OP ETO ET TT YE SOB | 264 [9,01 | 6,0 3935 148,0 SSS ESS
_ Mặt bảng I Là C.C os sa +4 52.47 12/86
Hình I-3I: Câu dây văng dâm cứng bằng BTCT DUL qua sông Main ở Đúc (1971) Tại Việt Nam có thể chia q trình phát triên cầu BTCT thành các giai đoạn tương ứng với các giai đoạn của lịch sử đâu tranh giành độc lập, giữ nước và xây dựng đât nước
1.5.1.1 Thời kỳ trước cách mạng tháng 8
Vào thời kỳ này, đã có nhiều cầu thuộc hệ thống nhịp bản, dầm giản đơn, đầm hãng, vòm BTCT thường với nhịp từ 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 1927 - 1932, đến nay vẫn còn tận dụng được sau khi gia cố sửa chữa nhiêu đợt Trên các tuyến đường ô tô ở Nam bộ còn nhiều cầu dâm 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
Hình 1-32: Cau dam hãng BTC T thường 34 *TKCBTCT:
Trang 31
CAU SE RE POK (CU) LY TRINH KM 733+900 - TONG THÊ CẬU,
Hinh 1-33: Cau dan BTCT thường (Cau Sé Ré Pék cii- Dak Lak) 1.5.1.2 Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8-1945 đến năm 1954
Đây là thời kỳ kháng chiến chống Pháp nên hâu như rất ít cầu BTCT được xây
dựng mới
1.5.1.3 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, dâm 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 câu lần đầu tiên đã do Đại học Giao thông tiền hành năm 1961: Một sô cầu giản đơn BTCT dự ứng lực đã được xây dựng như câu Phủ lỗ, cầu Cửa _ tiễn, cầu Tràng Thưa, cầu Bía (cầu dầm hãng có chốt giữa) theo đồ án của Việt Nam
_ Các đơ án điển hình về câu bản mồ nhẹ, dầm giản đơn lắp ghép mặt cắt chữ T có dâm ngang hoặc khơng có dâm ngang với nhịp 3 - 4 - 6 - 9 - 12 - 15 - 21 m đã được Viện Thiết kê Giao thông thiệt kê được áp dụng rộng rãi trên các tuyên đường ô tô
Trong quá trinh 10 năm xây dựng câu Thăng Long, một hệ thống câu dẫn gồm khoảng 4 km câu đường sắt và 2 km câu ô tô băng 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 câu BTCT dự ứng lực ở nước ta đã tiến một bước mới
Tại miền Nam một số loại đồ án định hình cầu BTCT dự ứng lực theo tiêu
chuan 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 12 - 18 - 25m
Kết cấu dầm BTCT dự ứng lực kéo trước với loại cáp xoăn 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 câu này được lắp ghép nguyên dài băng các
cần câu cỡ 40 - 60 tấn, bánh xích
TKCBTCT * 35
Âm
Trang 32
1.5.1.4 Thời kỳ từ 1975 đến 1992
Hình 1-34: Câu Rn- Quốc lộ 1A - Quảng Bình h (I 985)
Đây là thời kỳ đất nước đã thống nhất nhưng chưa có sự kiện Liên Xô sụp đồ và Mỹ còn phong toả kinh tế đối với nước ta
Tại miền Bắc đã có các trung tâm chế tạo các dâm dự ứng lực nhịp đến 33 m
tại Hà Nội, TP Vinh Tại miền Nam việc sản xuât dâm dự ứng lực vẫn theo mẫu
AASHO cũ của Mỹ tại xưởng dâm Châu Thới gân TP Hơ 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 xap xi 60 - 70m (cau Rào, câu Niệm, câu An Dương, v.v ) với cốt thép dự ứng lực dạng bó 24 sợi Ø 5mm
1.5.1.5 Thời kỳ từ 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 chuyên giao vào nước ta Công nghệ đúc hãng hiện đại đã áp dụng thành công ở nhiều dự án lớn như Dự án cải tạo Quốc lộ 1, các dự án cầu Phú Lương (hệ khung dâm liên tục), câu Bình, câu Gianh, cầu Nông Tiến v.v Đến cuối năm 2006 đã có khoảng 60 cầu thuộc hệ thống nhịp liên tục được đúc hãng thành công
Hình 1-35: Câu Pá Uôn - Sơn La (2010)
36 * TKCBTCT
Trang 33
Công nghệ đúc đây cũng đã được áp dụng thi công các cầu Mẹt (Bắc Giang),
Hién-Luong., Quan- hau, Sao-Phong, Ha-nha
Công nghệ đúc trên đà giáo di động đã được áp dụng cho phân câu dẫn của các cầu Thanh Trì (Hà nội), cầu Bãi Cháy (Quảng ninh)
Hình 1-36: Cầu Thanh Trì- Hà Nội 2006)
Công nghệ đúc hãng dầm cứng của cầu dây văng-dầm cứng BTCT đã áp dụng thành công ở câu Mỹ thuận (Tiên Giang), cầu Bãi Cháy (Quảng ninh- -2006) Công nghệ lắp hãng cầu dây văng-dầm cứng BTCT đã áp dụng thành công ở cầu Kiên (Hải Phịng-2003)
Hình 1-37: Câu Bãi ¡ Cháy- Quing Ninh h (2006)
Trang 34
1.5.1.6 Về các Quy trình, tiêu chuẩn cho thiết kế và thi công, nghiệm thu
Quy trình thiết kế cầu 22TCN 18-79 để thiết kế cầu do Bộ Giao thông ban hành
năm 1979 đã được biên soạn 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 so với điều kiện hiện nay của nước ta đã có nhiều chỗ lạc hậu và thiếu Đối với các dự án cầu được thiết kế mới từ năm 2005, Bộ GTVT đã quy định bỏ Quy trình thiết kế cầu 22TCN 18-79 mà thay bằng Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 khi thiết kế
cầu ơ-tơ, ngồi ra, đối với các cầu đặc biệt cần phải tham khảo thêm các Tiêu chuẩn
của các nước ngoài như Nga, Mỹ, Nhật, Austrailia và Pháp
Tuy nhiên đối với các cầu đường sắt, vào thời điểm hiện nay, năm 2014, bản thảo Tiêu chuẩn mới vẫn còn đang được biên soạn nên về mặt pháp lý, vẫn phải thiết kế theo Quy trình cũ năm 1979
Tiéu chuan mới về thiết kế cầu mang ký hiệu 22TCN 272-05 là Tiêu chuẩn
hiện đại dựa trên nội dung cơ bản là Tiêu chuan AASHTO LRED nam 1998, vi vay
sẽ góp phần day nhanh quá trình hội nhập kinh tế của Việt nam với các nước
ASEAN và khu vực Nhiều nội dung của Tiêu chuẩn mới còn chưa quen thuộc với
các kỹ sư nên sẽ cân nhiều năm để tìm hiểu áp dụng dần Cũng cần lưu ý rằng hiện nay đã có phiên bản năm 2010 của Tiêu chuẩn AASHTO LRFD để tham khảo
Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cầu mới nhất của Bộ GTVT là TCCS
02:2010 TCDBVN da duoc Tong cục đường bộ Việt nam ban hành năm 2010 là bản
biên dịch từ Tiêu chuẩn thi công câu theo AASHTO LRFD 1998 của Hoa kỳ đã thể hiện nội dung trình độ công nghệ xây dựng cầu cao hơn trước đây
1.5.2 XU HƯỚNG PHÁT TRIÊN CẬU BTCT
Trước đây, khi kết cầu BTCT dự ứng lực chưa phát triển thì kết cấu vịm có lực
đây ngang vào mồ 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 dự ứng lực đã đạt tới mức hoàn thiện nên các cầu vòm rất ít được xây dựng
Hầu hết các nhịp cầu BTCT dải từ 21m đến 200m đều là kết cấu dự ứng lực có cấu
tạo rất đa dạng và hợp lý
Kết cầu BTCT dự ứng lực đã được dùng không những chỉ trong kết cấu nhịp
câu mà cả trong mồ trụ khi cần thiết Cùng với phương pháp thi công đúc tại chỗ trên
đà giáo hoặc lắp hãng, lắp ghép, các phương pháp đúc hãng, đúc đây, đúc trên đà giáo di dong để thi công các dạng câu hệ khung liên tục, dầm liên tục nhịp lớn đã phát triên khắp thế giới Đôi khi phương pháp chở nồi cũng được áp dụng
Dé dat hiệu quả kinh tế cao và giảm thời gian thiết kế, thi công, các dé án điển
hình hố hoặc đơ án thơng nhât hố được áp dụng rộng rãi khắp thê giới, đặc biệt là đôi với các hệ thông nhịp dâm 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 2000 kN được dùng rộng rãi
38 * TKCBTCT
Trang 35
Về các dạng kết cầu cầu mới, những dạng kết cấu có dự ứng lực ngồi và dạng
kêt hợp giữa dâm, cáp, cột , vòm, khung được áp dụng một cách sáng tạo, có thê liệt kê vài dạng kêt câu câu BTCT mới đã và đang được phát triên như:
- Cầu Dâm-Cáp hỗn hợp (cầu Extradosed) - Cầu dầm BTCT có sườn bằng thép lượn sóng
- Câu dầm bê tơng cốt cứng kiểu Preflex beam - Cầu vịm ống thép nhơi bê tông
Về mặt vật liệu mới, các loại bê tơng tính năng cao -(HPC), bê tông cường độ siêu cao (HSC) với cường độ chịu nén đên 100 MPa và cao hơn nữa đã băt đâu được ứng dụng trong xây dựng câu Vật liệu sợi carbon cường độ cao đang được thử
nghiệm làm cáp dự ứng lực với nhiều tính năng về cường độ và chơng ăn mịn ưu việt hơn cáp thép Ngay cả các cốt thép thanh thường đường kính nhỏ cũng có thê được thay thế bởi các cốt bằng vật liệu composit Loại côt thép đường kính rất to đến 51mm đã được dùng trong một số cầu kiện chịu nén lớn của câu như cốt tháp cầu dây văng, cầu dâm-cáp hỗn hop Loại mối nối cơ khí với các ống ren đã được dùng rộng rãi thay cho mỗi nôi hàn cơt thép đường kính từ 32mm trở lên Những vật liệu chồng thấm trên cơ sở công nghệ nano đã bắt đầu được ứng dụng để bảo vệ kết cầu cầu
BTCT trong môi trường ăn mịn mạnh
về mặt tính toán thiết kế, các phương pháp phân tích kết cấu có xét đến tính phi tuyến hình học của kết cấu, tính phi tuyến vật liệu và sự thay đôi của tính chất vật liệu theo thời gian, theo quá trình thi công với các sơ đồ kết cầu biến đổi đã được phát triển cùng các phần mêm máy tính tương ứng Nhờ vậy công tác thiết kế đã được cải tiến đáng kể Những lý thuyết mới đang được phát triển, một số đã được đưa vào nội dung quy định của các Tiêu chuẩn thiết kế như phương pháp giàn ảo (xét SƠ đồ chống và giằng), kết cầu dự ứng lực không toan phan,v,v
CÂU HỎI ÔN TẬP
1 Phân loại cầu BTCT theo sơ đồ tĩnh học, phân tích về sự phân bồ nội lực,
phân bô vật liệu, ưu nhược điêm và phạm vị áp dụng của môi hệ thơng 2 Trình bày đặc điểm cơ bản của vật liệu BT, BTCT, BTCT DƯIL theo 22TCN
272- 05
3 Tóm tắt lịch sử hình thành và phát triển ngành xây dựng Cầu BTCT ở VN
Trang 36
_ _ Chuong 2_
KẾT CẤU NHỊP CẦU BẢN VÀ CẦU DẦM BẰNG BTCT ĐÚC TẠI CHO ©
|
2.1 KET CAU NHIP CAU BAN
2.1.1 CAU BAN TREN DUONG 6 TO
2.1.1.1 Dac điểm và điều kiện áp dụng kết cầu nhịp cầu bản
2.1.1.1.1 Đặc điểm
Cau bản là cầu có kết cấu nhịp dạng mỏng hình chữ nhật kê trên mố trụ Cầu bản do có chiều cao kết cầu thấp nên thường chỉ: được sử dụng cho các nhịp nhỏ và
vừa Kết cấu nhịp cầu bản giản đơn một nhịp hay nhiều nhịp có ưu điểm cấu tạo kết
cau don giản, dễ thi cơng và có chiều cao kiến trúc của bản thấp
Việc đức bê tông tại chỗ kết cầu 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 yeu câu có hình dáng kiến trúc đẹp hay doi với các cầu -
năm trên tuyến đường cong
2.1.1.1.2 Phạm vi dp dung |
Cau bản bằng BTCT thường thích hợp với các khâu 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 cầu nhịp bản BTCT dự ứng lực
Trước kia trong các cau bản thường chỉ có bản BTCT đúc tại chỗ cịn kết cầu mó, trụ thường là dạng mồ 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 pho bien dang cau bản dùng mồ nhẹ để giảm bớt khối lượng vật liệu xây dựng
2.1.1.2 Cầu bản mố nhẹ
Trên Hình 2-1 giới thiệu cầu bản mồ nhẹ 4 khớp trên đường ô tô
2.1.1.2.1 Câu tao: Gém hai mé nhe, kết cầu nhịp bản, có thêm bộ phận thanh chống ở phía dưới chân mố, nhờ vậy tạo thành một kết cầu 4 khớp gồm kết cầu nhịp bản BTCT năm ngang, hai tường mồ thắng đứng và các thanh chống nằm ngang, phía dưới
Do có cầu tạo như: vậy nên kiểu cầu này gọi là: câu bản- mố nhẹ 4 khớp Loại này xuất hiện 'vào khoảng những năm 60 thế ki XX Toàn bộ hệ thông kết cầu được giữ ôn định nhờ áp lực dat tir sau hai mé làm cân bằng lẫn nhau (hình 2-2) Tuy nhiên dạng câu này chỉ nên dùng cho các cầu bản trên đường ô-tô Ngồi ra, những vị trí dự định lam cau ban thường có u cầu thốt nước lũ không lớn Do vậy trước khi quyết định phương án xây dựng câu bản cần nghiên cứu và so sánh với phương án xây dựng cống vì việc xây dựng câu bản chỉ thích hợp hơn trong những trường hợp sau đây: -
40 * TKCBTCT
Trang 37
- Khi xây dựng cầu ở địa hình có độ cao vai đường thấp mà nếu dùng phương án cơng chìm kiểu có mặt cắt ngang hình trịn, hình chữ nhật, vịm thì khơng đảm bảo chiêu dày tối thiêu 50 em dành cho phần đất dap bén trén cong
- Khi dịng cháy dưới câu có nhiều vật trôi néu lam cong dé dan dén kha nang tắc cống, không đảm bảo an toàn cho nên đường
_— Khi có yêu câu về thốt nước nhanh khơng cho phép mực nước ở thượng lưu công dâng cao làm ảnh hưởng đên khu dân cư hay ruộng vườn Trong trường hợp - này việc dùng câu bản thay cho phương án công tỏ ra hợp lý hơn
BO TRÍ CHUNG CẦU BẢN MỐ NHẸ (ĐIỂN HxNH)
MAT CAT A-A (Iy# 1A0) V1 : Hị | Is 1Ø 1 hưng - hạn — OO
I8 174 MAT BANG MONG 14 MAT SANG MO
1/2 MAT BEN _ 42 MAT CAT DOC TIM CẦU
4 ~ 4 -
: h4, uel BICT M25! ‹ẻ ZA 4t L.,
Tim đường a: ett Có —— Bơm wal BICT M259 Kết ¿ốu_mặt đường
Vai đường ' 1 oR ⁄ ⁄ ⁄
_eeeeen tre Hee tnreninmreone > Tra nh
92/7272” 227220000 TT TA VN iu vu CN WE \ /j % ma nến ors
—-_ ñ TH k ¬ = 777 bey ee ve fp ey teeta gt cena tenets gegen Sessesesasaee
= SOULE Ae ⁄⁄
= CC wal BS $
CLL 2
wil
-_ Hình 2-1: Câu bản mồ nhẹ 4 khớp bằng bê tông và BTCT đổ tại chỗ
TKCBTCT * 41
Trang 38
2.1 12.2 Mot số kích thước cơ bản
| Két cau nhịp bản bằng BTCT thường đúc bê tông tại chỗ trên đà giáo Độ dày cia ban hy xắp xỉ bằng (+ “salt so với chiều dài nhịp tính tốn (khoảng 25+35 cm), bê tơng |dùng cấp 25-30 Mpa Các cốt thép chịu lực đặt thăng thường dùng loại có gờ, đường kính ¿20 + $24 Cac cốt thép câu tạo thường dùng loại tròn trơn với
đường kính W8: $10 Tải trọng thẳng đứng LITT? itt ti ttt Kết cấu nhịp bản Biểu đồ áp lực ngang của đất Thanh chống
Hình 2-2: Sơ đỗ tĩnh học của cầu bản mo nhẹ 4 khớp
Trên Hình 2-3 giới thiệu cách bố trí cốt thép chịu lực trong kết cầu 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 căt ngang nhịp câu thường gây bat lợi cho các vùng biên của mặt -
cắt ngang, do vậy trong phạm vị B/6 chiều rộng cầu từ hai biên vào cần bố trí cốt thép chủ chịu lực với cự ly gân nhau hơn so với cự ly cốt thép chủ ở phạm vi chiêu rộng còn lại dủa 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 cân tăng cường ở vùng cạnh biên của mặt cắt ngang bản
| | MAT CAT NGANG CAU
Tỷ tệ 140
G30 Lưới thép D6 bước 100x100mm
B1b-D32
7000
° Hình 2-3: Sơ đô cốt thép chủ trong câu bản đồ tại chỗ
Hai mé nhe có thể làm bằng các loại vật liệu đá xây, bê tông hoặc BTCT mỏng đúc tại chỗ Chiêu dày tường mô bang /6 dén 1/7,5 so với chiều cao của mô Cũng có - thé cau tao tường mơ nhẹ có chiều dày thay đổi theo điều kiện chịu áp lực ngang của đất Ngoài ra hai bên tường mồ cịn có hai tường cánh để chắn đất trong phạm VỊ hai
42 * TKCBTCT
|
Trang 39
bên ta-luy của nền đường đầu câu Hai tường cánh thường được bo trí góc xiên từ 10+20° so với phương ngang câu 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 băng các khe hở rộng khoảng 2cm để tránh ảnh hưởng lẫn nhau do lún nên khơng đều
Do mồ có chiều dày nhỏ nên dưới tác dụng của áp lực đất của nền đường đầu
cầu nên móng mồ có thể bị đây xơ về phía dòng chảy Đề đề phòng khả năng này cần bố trí thêm các thanh chống dọc băng bê tông hay bê tơng cốt thép có mặt cắt ngang 40 x 40cm hoặc 40 x 50 cm được 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 mồ hay liên kết với bệ móng mé dé dé phong cac thanh chống bị lún
sâu dưới đáy bệ móng
Kết cầu nhịp được liên kết giữa hai mồ bằng các chốt thép Ò 28 +‡32mm Cac
chốt thép này đặt cách nhau 0.5 - l.0 m theo phương ngang cau, chung được định vị và chôn sẵn từ khi đồ bê tơng tường mó Khi đỗ bê tông kết cấu nhịp bản, tại các vị trí chốt thép chừa các lỗ có đường kính Š - 6cm Sau này các 16 nay được lấp đầy bằng mát-tít-bi-tum để bảo vệ chốt thép (Hình 2-4) G14 Bản vượt BTCT M250
Hình 2-4: Cấu tạo chốt liên kết giữa nhip ban va mii mo
Sơ đồ 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 nay sé không xảy ra nhờ có áp lực ngang do đất đắp của nền đường hai đầu câu giữ cân bang Dé đảm bảo điêu kiện cân bằng của áp lực của đất đây ngang từ sau hai mỗ cần phải chú ý là khi thi công chỉ được dap dat đối xứng và tăng cao dần đều nhau ở phía sau hai mơ Quy trình đầm nén nền đặp đầu cầu cũng cân 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 tông hợp xen kẽ các lớp đât đề tăng cường ôn định nền đắp đảm bảo điều kiện - áp lực cân băng
2.1.1.3 Cầu bản rỗng toàn khối
Nhược điểm cơ bản của cầu bản là trọng lượng bản thân kết cấu nặng nên ít
được sử dụng cho các nhịp lớn Để khắc phục nhược điểm về trọng lượng, phát huy các ưu điểm về tính làm việc khơng gian, để có thể dùng cho các câu trong thành - PKCBTCT * 43
Trang 40
1
phó, câu cong, cầu vượt, có thể dùng kết cầu bản rỗng hoặc có lỗ đúc tại chỗ, và để đạt được các nhịp tương đượng đối lớn có thể dùng bản có lỗ bê tông dự ứng lực
| Do co ưu điểm về mỹ quan, chiều cao kiến:trúc thấp, các loại tiết: diện ngang cầu bản có- lỗ, đúc tồn khối đáng được' lu dụng nhiều cho ‹ cau vuot trong e các đồ thị
nước ta _ TS
Hình 2- 5 giới "thiệu cầu ¡ bản bê tông dự ứng lực đúc tại chỗ, tiết điện ngang có lỗ có nhịp dùng cho cầu vượt ngã tư Vong, Ha Ndi Cau ban lién tuc có nhịp theo sơ dé 29+30+30435+35+30430+29= 248m, mat cat ngang gom một hộp có năm lỗ rỗng
tròn, chiều cao 1450mm %à mỗi lỗ có đường kính 950mm( hình 2- de |
‘Hinh 2-6 gidi thiéu cau ban c6 16 dic san, dir img luc, kéo sau ap dụng vào cầu
vượt Mai Dịch- Hà Nội Cầu có kết cấu nhịp bản liên tục 10 nhịp, mỗi nhịp 24m,
chiêu dài toàn cầu là 10x24=240m: Tiết diện ngang dạng bản, rộng 11845mm, chiều
cao trung bình 1200 mm, trên mặt cắt ngang có 5 lỗ trịn đường kính 650mm
: 16000 500 15000 00 400 7000 _ 1000 7000 20) ' if , yf | 4 S 2.0% : - 0% - lì 330 OO! BO : a " ` TH = - a 6 > O€ l | 20 mt 3750 ks 850 4014 soles 5600 85 2850 1350 3650 = 3650 1350 2850 15D 7850 7850
Hinh 2-5: Tiét dién ngang cua cau ban réng - Cau vuot ngã tw Vọng - Hà Nội
TL 1100 | BOS 2v h N SM G 8 | SN Hung i a RS 3, 1928 | 5 1050 | L350,| 1550, (060 8% 1359_| 1330) \ es suo 42 z4, „ lei - 2⁄2
Hi nh 2-6: Tiết điện ngang của câu vượt Mai Dịch - Cấu bản tiên lục đúc tại chỗ căng sau
44 * TKCBTCT