CẦU DẦM LIÊN TỤC CẦU DẦM HẪNG VÀ CẦU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP NHIP LỚN

Nếu m.nối các nhịp giản đơn thành nhịp l.tục xuất hiện mô men âm làm giảm trị số tuyệt đối của mô men + tại m.cắt giữa nhịp làm giảm kích thước và vật liệu k.cấu tạo khả năng vượt nhịp l

CHƯƠNG VII: CẦU DẦM LIÊN TỤC CẦU DẦM HẪNG VÀ CẦU

KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP NHIP LỚN 7.1.1 C.nghệ đúc hẫng:

• Tr.tự:

• X.dựng k.cấu nhịp thành từng đốt theo

ng.tắc việc x.dựng các đốt sau tựa trên các

đốt trước đó

• Ưu điểm:

• Phù hợp với việc x.dựng các cầu có ch.dài nhịp lớn;

• Khĝ p.thuộc vào địa hình;

• Tận dụng được cốt thép trong g.đoạn t.công, sử dụng trong g.đoạn kh.thác

• Nh.điểm: tính ổn định kém

• Áp dụng: cho các cầu DƯL vượt nhịp lớn

7.2 Hệ thống cầu dầm l.tục BTCT DƯL:

7.2.1 Đặc điểm chịu lực:

• Ưu điểm:

• Trong sơ đồ cầu có nhiều nhịp dầm giản đơn chỉ tồn tại mô men dương (M+) làm căng thới dưới Nếu m.nối các nhịp giản đơn thành nhịp l.tục xuất hiện mô men âm làm giảm trị số tuyệt đối của mô men (+) tại m.cắt giữa nhịp làm giảm kích thước và vật liệu k.cấu tạo khả năng vượt nhịp lớn hơn;

• Khi nối như vậy sẽ làm giảm kích thươc mũ trụ do chỉ bố trí một gối trụ cầu dầm l.tục chỉ chịu tải trọng thẳng đứng tác dụng đúng tâm và làm giảm mô men uốn lệch tâm, tiết kiệm được kích thước thân trụ và nền móng;

• Đường đàn hồi của k.cấu thân trụ là dạng đường cong chuyển tiếp dẫm đến kh.thác êm thuận, đặc biệt có ý nghĩa rất lớn trên đường cao tốc;

• Do sự phối hợp phân phối tải trọng giữa các nhịp kề nhau mà mô men do hoạt tải k.cấu l.tục giảm đi 20% so với k.cấu giản đơn có cùng ch.dài nhịp

• Nh.điểm:

• Do tính l.tục nên k.cấu siêu tĩnh phát sinh ứng lực do: lún mố trụ, chênh lẹch nhiệt độ, do co ngót từ biến;

• T.toán t.kế khó khăn;

• Lực ngang tác dụng lên trụ có bố trí gối cố định lớn;

• Khe biến dạng của dầm liên tuc dồn về một phía, sẽ cấu tạo phức tạp và gây xung kích lớn

7.2.2 Hệ thông sơ đồ của dầm l.tục (2 hệ thống ):

7.2.2.1 Hệ thống có ch.cao m.cắt khĝ đổi:

l

H=  ÷  22

1 16 1

1 16

1 22

= ÷

 

(0,75-0.8)l 1 l 1

M max

-M max

dÇm 3 nh?p liªn tôc

• Các loại hệ thống hai nhịp ba nhịp và nhiều nhịp:

• Ng.tắc phân phối tỉ lệ các nhịp:

• Sao cho giá trị tuyệt đối của mô men dương và âm gần bằng nhau (

− + ≈M

M ) (do tĩnh tải );

• Khi lực tác dụng ở nhịp chính thì khĝ xuất hiện lực nhổ ở hai nhịp biên;

• Nhiều khi việc phân phối còn chiếu cố đến y.cầu t.công

• Ưu điểm:

• V.khuôn có cấu tạo đơn giản, định hình;

• Nh.điểm:

• Bố trí vật liệu thiếu hợp lí do ở giưa và gối chịu mô men lớn;

• Khĝ vượt được nhịp lớn, tối đa khoảng 80m, hiệu quả 40-50m

• C.nghệ t.công phù hợp:

• Đổ tại chỗ trên đ.giáo cố định hoặc treo di động;

• Lắp ghép nguyên khối l.tục hoá

• T.công đẩy

7.2.2.2 Hệ thống sơ đồ có ch.cao m.cắt t.đổi:

• Cầu l.tục hai nhịp:

1 l

=

H









30 1

1 22



H= 1ữ l

l

• Cầu l.tục 3 nhịp

H giữa

20

1 6

1

l











 −

35

1 25

1

l











Hgối =(0.8−1.0)Hgiữa

- Cỏc sơ đồ: 2nhịp,3 nhịp nhiều nhịp (5-7 nhịp )

0.7l 1 0,85l 1

H giữa

• Ưu điểm:

• Bố trớ vật liệu hợp lớ giảm được tĩnh tải, vượt nhịp lớn;

• Phự hợp với t.cụng hẫng;

• Nh.điểm: đũi hỏi cụng nhõn cú kỹ thuật cao

• Áp dụng cho: cầu cú khẩu độ lớn, c.nghệ thớch hợp đổ tại chỗ và t.cụng hẫng

7.3 Hệ thống cầu dầm hẫng:

7.3.1 Đặc điểm chịu lực:

l (0.25 - 0.4)l

l h

đất đắp không c?

mố

8 g.l 2 2

g.l

8h

(ha)

• Sơ đồ dầm hẫng xuất phỏt từ y.cầu dầm giản đơn nối hai cụng son ở hai đầu nhịp Do đú xuất hiện mụ men õm ở m.cắt đỉnh gối và làm giảm nhỏ mụ men

dương ỏ m.cắt giữa nhịp do đú giảm trọng lượng kich thước của k.cấu vỡ vậy k.cấu cú khả năng vượt nhịp lớn ;

• Vẫn là sơ đồ tĩnh định nhưng khĝ chịu ảnh hưởng nhiều của hiệu ứng thứ cấp

• Xuất hiện vết nứt ở đầu mỳt cụng xon trong q.trỡnh kh.thỏc phỏ vỡ nối tiếp giữa cầu vào đường gõy ra xung kớch lớn

7.3.2 Cỏc sơ đồ hệ thống :

7.3.2.1 Dầm hẫng bờ tụng thường:

• Ch.dài nhịp hẫng =0.25-0.4l ;

• Với mục tiờu tạo ra trị tuyệt đối mụ men õm và mụ mem dương gần nhau

• Nh.điểm:

• Cú biến dạng cụng son qua lớn ở đầu nhịp khắc phục bằng cỏch cải tạo hai

sơ đồ cầu dầm hẫng cú đối trọng và cầu dầm hẫng co thanh căng

7.3.2.2 Dầm hẫng cú đối trọng:

đối trọng

• Nh.điểm: tốn vật liệu

7.3.2.3 Dầm hẫng cú thanh căng: phức tạp về cấu tạo và tuổi tho thanh

căng

thanh

căng

7.3.2.4 Dầm hẫng kết hợp với nhịp đeo

• Ưu điểm:

• Khắc phục được cỏc nh.điểm sơ đồ đó nghiờn cứu;

• Giảm mô men giữa nhịp

• Khắc phục phá hoại nối tiếp đường đầu cầu

• Nh.điểm:

• Khe nối trên cầu qua nhiều, góc quay có độ chện lệch lớn, xung kích nhiều

7.3.3 Áp dụng:

• Nếu cầu dầm hẫng bình thường L=30-40m

• Nếu cầu dầm hẫng nhịp đeo L=50-70m (khĝ áp dụng cho cầu đường sắt

lí do xung kích lớn)

7.4 Hệ thống sơ đồ cầu khung

7.4.1 Đặc điểm chịu lực và cấu tạo

• Ưu điểm:

• Trụ và k.cấu nhịp nối cứng do đó giảm được mô men ở giữa nhịp và kích thước tăng ch.dài vượt nhịp lớn tăng độ cứng tổng thể của k.cấu

• Nh.điểm:

• Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng sinh ra mô men uốn cho trụ, do

đó phải bố trí cốt thép ở vị trí có mô men uốn

• Do bậc siêu tĩnh lớn nên mức độ ảnh hưởng của hiệu ứng thứ cấp lớn hơn rất nhiều so với k.cấu cầu dầm l.tục

7.4.2 Các hệ thống cầu: gồm 3 hệ thống:

• Khung l.tục;

• Khung chốt;

• Khung tĩnh định

CÊu t¹o chèt

• Cầu khung T có chốt:

• Ưu điểm: giảm nhỏ hệ siêu tĩnh giảm nhỏ các hiệu ứng thứ cấp

• Nh.điểm: cấu tạo chốt rất phức tạp, quá trình kh.thác có chốt đều xẩy ra hư hỏng

• Cầu khung T tĩnh định (khung T dầm đeo ) giải quyết được vượt ch.dài nhịp lớn, k.cấu tĩnh định nhưng có nh.điểm là số khe biến dạng nhiều:

• Áp dụng: khung l.tục: L=100-150 m

CTD¦L

L=50-80 m

7.5 Một số tr.hợp t.kế sơ đồ cầu l.tục khung đặc biệt:

• Tr.hợp 1: p.thuộc vào địa hình;

• Khi làm mố trụ gập tình huống đảm bảo tỷ lệ nhịp cân xứng có thể thu ngắn nhịp biên để nối dài nhịp giữa

• Biện pháp: tăng kích thước m.cắt của nhịp biên để làm đối trọng và dùng

bê tông khác loại:

 bê tông nặng cho nhịp biên

 bê tông nhẹ cho nhịp giữa

• tr.hợp 2: cầu dầm hẫng, hẫng từ một bên bờ:

• Tr.hợp 3: l.tục một nửa k.cấu

• Tr.hợp 4: cầu khung chân xiên ( thung lũng hoặc khe sâu )

• Tr.hợp 5: khung dầm hỗn hợp

Chống chuyển vị ra hai đầu nhịp và tăng độ cứng

7.6 Ng.tắc t.kế m.cắt ngang của k.cấu nhỊp,cầu dầm l.tục,cầu dầm

hẫng và cầu khung.

7.6.1 Kiểu dáng của m.cắt

M.cắt chữ T

M.cắt chữ II so sánh m.cắt chư T và m.cắt hình hộp Mặt cặt hình hộp

• Điều kiện chịu lực:

• M.cắt hình hộp có miền bê tông chịu nén ở thới dưới nhiều hơn

sẽ chịu được M- tốt hơn → tiết kiệm được diện tích cốt thép, tăng khả năng chịu mô men giới hạn chứng tỏ tại m.cắt đỉnh trụ hình hộp hợp lí hơn chữ T;

• Y.cầu ổn định: bản đáy hộp đóng vai trò thanh giằng để đảm bảo ổn định cho sườn dầm ;

• Y.cầu về chống xoắn: m.cắt hình hộp có khả năng chống xoắn cao hơn;

• đặc biệt:

• Điều kiện chắn gió ngang: m.cắt hình hộp có khả năng thoát gió tốt hơn m.cắt chữ T

• Tất cả các cầu vượt đều làm m.cắt hình hộp vì mỹ thuật kiến trúc đẹp hơn

• Vấn đề t.đổi kiểu dáng m.cắt dọc theo ch.dài dầm:

M.cắt chịu mô men (-) thì m.cắt hình hộp ưu việt hơn;

M.cắt chịu mô men (+) thì m.cắt chữ T ưu việt hơn

T.đổi kiểu dáng:

• Đối với k.cấu dầm hẫng nhịp đeo, hoặc khung T nhịp đeo thì theo xu hướng: dầm hẫng khung T có m.cắt hình hộp, còn dầm đeo thì m.cắt chữ T hoặc I liên hợp

• Ưu điểm:

• Tiết kiệm được bê tông ở vùng giữa;

• Nh.điểm:

• C.nghệ t.công phức tạp, c.nghệ t.công thiều đồng đều;

• kém về mặt khí động học, hình dạng kiến trúc xấu, gây khó khăn cho việc bảo quản kh.thác cầu

• Xu thế hiện nay: khĝ khoét bỏ bản đáy, chỉ giảm ch.dày đến mức tối thiểu ở chỗ chịu M+: hđáymin =20 cm ⇒chọn m.cắt thích hợp nhất có cầu dầm khung: là m.cắt hình hộp

7.6.2 Dạng m.cắt hình hộp:

Hai cách phân loại:

•P.thuộc vào số lượng sườn hộp;

•P.thuộc vào bố trí thành hộp thẳng hay xiên

• Số lượng sườn hộp:

•Nếu nhiều: khả năng chịu cắt tốt, nhưng gây lãng phí vật liệu;

•nếu ít: khẩu độ t.toán của bản mặt cầu lớn; để trung hoà dựa vào ch.rộng của cầu để bố trí các loại sườn dầm khác nhau, có 4 loại m.cắt

• M.cắt 1 hộp hai sườn:

• M.cắt 1 hộp 3-4 sườn :

B

• Hai hộp riêng biệt :

mèi nèi

18m<B≤25m

• Loại m.cắt độc lập B>25 m

• Ch.cao m.cắt t.đổi và bố trí sườn nghiêng (hộp xiên)

• Phù hợp với khả năng chịu lực của k.cấu ;

• Bố trí sườn nghiêng có ưu điểm:

 Giảm nhỏ kích thươc và xà mũ theo phương ngang cầu;

 Tạo hình dáng lưu tuyến thoát gió tốt hình dáng kiến trúc đẹp chỉ thích hợp với ch.cao m.cắt khĝ đổi nều t.đổi thì bất lợi cho chịu lực bản đáy, cấu tạo v.khuôn phức tạp

7.6.3 Xác định các kích thước cơ bản:

• Ch.cao m.cắt:

Hgối= max

22

1 16

1

L











35

1 25

1

L











•Ngoài ra Hgiữa còn phải xét đến điều kiện thi công trong lòng khối hộp

Hgiữamin =1,5 m

•Các giai đoạn khác xác định theo phơng trình bậc II:

gối giưa

gối 2

ưa

l

H H x

H H

H x = 4( gối − gi ) 2 −4.( − +

x

l/2

l/2

• Ch.dày bản nắp hộp (hb):

B

(0,4-0,6)B

• P.thuộc vào khẩu độ t.toỏn của bản;

• P.thuộc tải trọng tỏc dụng ;

• P.thuộc vào điều kiện t.cụng ;

n bả

L









=

20

1 16

1

(Lb khẩu độ t.toỏn bản )

⇒Trong tr.hợp tớnh theo cụng thức trờn cú hb quỏ lớn thỡ phải cú biện phỏp giảm nhỏ

 Dựng sườn ngang

 dù øng lùc ngang cÇu

 Kích điều chỉnh nội lực

• Ch.dày sườn dầm: p.thuộc vào điều kiện chịu cắt Q và y.cầu c.nghệ

 Qgối qúa lớn → sườn càng dày

 Ch.dày t.đổi theo ch.dài

 C.nghệ:

- Bố trí cốt thép thường

- Bố trí cốt thép DƯL →b 3≥ d d: đường kính ống chứa cốt thép chọn b=40-100cm tại gối, 25-40cm giữa nhịp

Thông thương phải kết hợp với số lượng: bố chí 4-7m một sườn để m.cắt ngang khĝ lớn qua

 Đặc biệt sườn dầm p.thuộc vào

s?¬n ch?nh

25,7m

5,8m

45-95cm

8,4m

24cm s?¬n phô

Thường áp dụng khi khẩu độ bản mặt cầu khá lớn đặt chéo sườn dầm chính chụm vào tim cầu hợp với phần sườn dầm phụ

để đở phần công son của bản

• Ch.dày đáy hộp:hđ

Bản đáy hộp với vùng cho M- là tiết diện chịu nén chủ yếu

do đó tốt nhất là làm đáy hộp có ch.dày t.đổi từ gối mỏng dần cho đến giữa nhịp: gối 40-50cm

Giữa nhịp: p.thuộc vào khẩu độ t.toán, thông thường chọn hđ=

d

l











25

1 20 1

- khĝ đặt cốt thép bản đáy hmin=20cm

Hđmin

- có đặt cốt thép bản đáy hmin=3d (d: đường kính cốt thép )

• Ngoài ra còn phải chú ý tới các điều kiện :

•Tỷ lệ t.đổi ch.dày phải chấp nhận tỷ số 5:1 hoặc 7:1 (tức là 5m ch.dài mới hạ 1m) ;

•Hđáy ≥hmin

• Mục đích:

•Phát huy tối đa khả năng chịu lực của cốt thép;

•đặt cốt thép trong vùng chịu kéo;

•Tăng khả năng chịu nén của bê tông vùng chịu nén hạn chế nở

ngang;

•Chống co ngót và bố trí cốt thép càng xa trục trung hoà càng tốt khĝ cản trở việc đổ bê tông

cm

d

a i

5

5 , 1

≥

≥

7.7 Ng.tắc bố trí cốt thép dưl trong cầu dầm liên tục,cầu dầm

hẫng cầu khung:

7.7.1 Ng.tắc chung:

Bố trí như BTCT thường, chú ý một số ng.tắc:

7.7.2 Ng.tắc bố trí cốt thép DƯL như trên m.cắt ngang:

• Chỉ bố trí côt thép DƯL theo phương dọc (a)

• Bố trí cốt thép DƯL theo phương dọc và phương ngang (b)

• Bố trí cốt thép DƯL theo cả ba phương (c)

Việc bố trí cốt thép theo nhiều hướng có tác dụng:

•Tạo trạng thái DƯL tốt theo nhiều phương

• C.nghệ phức tạp khó bố trí cốt thép, chỉ áp dụng cầu có ch.rộng >18m

• Các ph.pháp bố trí cốt thép dọc cầu trên m.cắt ngang:

• Cốt thép bố trí tập trung giữa cánh và

sườn dầm

a Ph.pháp đặt cốt thép DƯL ở khu vực

tiếp giáp nắp trên, nắp dưới với sườn

dầm:

• Ưu điểm:

• Phát huy hiệu lực làm việc của cốt thép;

• Diện tích bê tông dưới neo giảm được

ứng suất cục bộ;

• Ch.dày của bản đáy và nắp hộp khĝ cần

lớn;

• Nh.điểm:

• Tốn bê tông để mở rộng vút dầm;

• Cánh tay đòn nội ngẫu lực thu ngắn;

• Lượng cốt thép bị hạn chế do diện tích có hạn;

b Sơ đồ bố trí cốt thép nằm trong bản đáy và nắp hộp:

• Ưu điểm:

• Tận dụng tối đa cánh tay đòn nội ngẫu lực;

• Diện tích bố trí cốt thép rộng bố trí được nhiều cốt thép

• Nh.điểm:

• Ch.dày bản nắp đủ lớn hmin>3d đủ để bố trí cốt thép;

• Dễ gây mất ổn định cho bản mặt cầu;

• Dễ xẩy ra hiện tượng bị bong bê tông do sai lệch cục bộ khi đặt cốt thép

c Ph.pháp đặt cốt thép theo cách (a) và có sử dụng với DƯL ngoài:

• Ưu điểm: khắc phục được nh.điểm của phương án (a) →cốt thép DƯL được

bố trí ở vùng đặt cốt thép khĝ đủ

• Nh.điểm: tốn bê tông để dùng vách ngăn và các ụ chuyển hướng và các DƯL ngoài hiện nay chủ yếu là bố trí theo sơ đồ (a) và (c)

7.7.3 Ng.tắc bố trí cốt thép DƯL trên mặt phẳng thẳng đứng:

a Sơ đồ cốt thép DƯL có đặt thẳng và bám

theo biên dầm:

• Ưu điểm:

• Tận dụng cánh tay đòn nội ngẫu lực;

• Kéo thẳng mất mát ứng suất ít c.nghệ

t.công đơn giản;

• Ph.vi bê tông ở khu vực đầu neo có

ph.vi lớn và giảm ứng suất cục bộ;

• Nh.điểm: khĝ tạo được thành phần DƯL

theo phương thẳng đứng do đó giảm

đượclực cắt Q

b Sơ đồ có cốt thép DƯL được đặt theo sơ

đồ cong đi vào trong sườn dầm:

• Ưu điểm:

• Tạo ra được thành phần DƯL theo phương thẳng đứng để giảm lực cắt;

• Giảm được diện tích đặt cốt thép ỏ điểm chịu mô men đổi dấu

• Nh.điểm:

• Ch.dày sườn dầm phải đủ lớn;

• Tốn cốt thép;

• Mất mát ứng suất do ma sát lớn;

• Gây tập trung ứng suất dẫn đến mất ổn định sườn dầm tại vị trí dưới neo

c Cốt thép DƯL ngoài đi theo quỹ đạo thẳng và cong: Hiện nay là sự kết hợp theo sơ đồ (a) và (c)

7.7.4 Ng.tắc bố trí cốt thép theo m.bằng:

• (a),(b) sơ đồ đặt cốt thép song song và neo lại đúng trục cốt thép

Sơ đồ (a): ưu tiên cho các bó ở định trụ

Nh.điểm: giảm khả năng chống xoắn ở các đốt giữa

Sơ đồ (b): khắc phục nh.điểm ỏ sơ đồ (a)

• Sơ đồ (c): sơ đồ bố trí cốt thép so le có uốn cong và neo laị ở đúng tim sườn dầm

• Nh.điểm:

Luôn đảm bảo trọng tâm đám cốt thép DƯL trên m.bằng ở khu vực tim sườn dầm và phát huy được hiệu lực cốt thép;

Diện tích bê tông chịu lực dưới neo được mở rộng do đó giảm được ứng suất cục bộ;

Đảm bảo ổn định chống xoắn đều cho tất cả các khối hộp

• Nh.điểm:

Mất mát ứng suất do việc kéo căng cốt thép và trong khi neo;

T.toán và bố trí cốt thép DƯL phức tạp

Xu thế hiện nay là dùng sơ đồ (c)