bài giảng cầu bê tông f1

Trờng Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công Trình Bộ môn Cầu Hầm Bài giảng cầu bê tông F1 (Theo 22 tcn 272 05) Biên Soạn : Hồ Xuân Nam Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Giao thông Vận tải. Hà Nội 2007 Địa chỉ: P. 203 - A6 - ĐHGTVT Điện thoại: 04-7668029 Email: bomoncauham@bte.edu.vn Website: http://www.bte.edu.vn Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 1 Chơng mở đầu: khái quát về cầu Bê tông cốt thép I. Phân loại cầu bê tông cốt thép - Theo vị trí cầu: cầu qua sông, suối, cầu vợt đờng, cầu cạn, cầu cao, - Theo tải trọng qua cầu: cầu ôtô, cầu đờng sắt, cầu thành phố, cầu đi bộ, cầu đi chung ôtô - đờng sắt, - Theo cao độ tơng đối của mặt xe chạy: cầu chạy trên, chạy dới, chạy giữa - Theo sơ đồ tĩnh học trong giai đoạn khai thác của KCN chính: cầu hệ dầm, khung, vòm, hỗn hợp (cầu khung - dầm, cầu vòm - dầm, cầu treo ) - Theo dạng mặt cắt ngang của KCN chính: cầu bản, cầu dầm có sờn, cầu dầm hộp, - Theo phơng pháp thi công KCN chính: cầu đúc tại chỗ, lắp ghép, bán lắp ghép, cầu đúc (lắp) hẫng, cầu đúc (lắp) đẩy, cầu thi công trên đà giáo di động, cầu thi công bằng phơng pháp đặc biệt (quay, chở nổi), II. Ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng 2.1. u điểm: - Vật liệu địa phơng: cát, đá, xi măng, cốt thép, - Độ bền, độ cứng, tuổi thọ cao - Hình dáng, hệ thống thuận tiện cho việc tạo dáng kiến trúc và khai thác - Tính liền khối cao - ít rung và ồn trong quá trình khai thác - Chi phí duy tu bảo dỡng thấp hơn so với cầu thép 2.2. Nhợc điểm Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 2 - Trọng lợng bản thân lớn vợt nhịp không lớn bằng cầu thép nhng ít chịu ảnh hởng xung kích của hoạt tải, ít gây tiếng ồn - Khó tránh khỏi nứt trong quá trình sử dụng dùng các biện pháp công nghệ và cấu tạo để hạn chế nguy cơ xuất hiện và mở rộng vết nứt: tạo DƯL, ĐCNL, bố trí CT cấu tạo, - Chi phí cho móng lớn hơn so với cầu thép 2.3. Phạm vi áp dụng - Theo tải trọng: cầu đờng sắt, cầu ôtô - Theo loại kết cấu: cầu dầm (giản đơn, hẫng, liên tục), khung, vòm, hệ hỗn hợp, hệ treo - Theo dạng cấu tạo mặt cắt KCN: cầu bản, dầm có sờn, dầm hộp, cầu dàn - Theo vật liệu làm KCN: BTCT thờng, BTDƯL III. Vật liệu cầu BTCT 3.1. Bê tông: - Cờng độ chịu nén ở tuổi 28 ngày: f c =16ữ70MPa (28Mpa đối với BTDƯL và bản mặt cầu) - Tổng lợng XM Portland và các vật liệu chứa XM khác không vợt quá 475kg/m 3 bê tông - Hệ số giãn nở nhiệt: = 10,8.10 -6 / 0 C với BT thờng = 9,0.10 -6 / 0 C với BT nhẹ - Từ biến: + Hệ số từ biến: Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 3 + Khi không có thông tin chính xác có thể xác định ks theo Hình - Co ngót: + BT đợc bảo dỡng ẩm, cốt liệu không co ngót: + BT đợc bảo dỡng bằng hơi nớc, cốt liệu không co ngót: + Khi không có số liệu chính xác: lấy bằng 0,0002 sau 28 ngày và 0,0005 sau 1 năm khô - Mô đun đàn hồi: với BT có tỷ trọng từ 1440 đến 2500kg/m 3 : - Hệ số Poisson: = 0,2. Với cấu kiện cho phép nứt có thể không xét đến. - Cờng độ chịu kéo khi uốn: = 0,63.(f c ) 0,5 với BT thờng = 0,45.(f c ) 0,5 hoặc 0,52.(f c ) 0,5 với BT nhẹ c f 1,5 c 0,043.y c E = Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 4 - Cờng độ chịu kéo: = 0,62.(f c ) 0,5 hoặc xác định theo ASTM C900 hoặc AASHTO T198 (ASTM C496) 3.2. Cốt thép: 3.2.1. Cốt thép thờng - Gồm CT thanh, thép tròn, thép có gờ, thép sợi kéo nguội - Giới hạn chảy: = (420ữ520) MPa - Mô đun đàn hồi: E s = 200000 MPa - Các đặc tính khác: tính dẻo, tính hàn (ASTM A706M) 3.2.2. Cốt thép DƯL - Tao thép 7 sợi DƯL không sơn phủ có khử ứng suất: AASHTO M203M (ASTM A416M) - Thép thanh cờng độ cao không sơn phủ: AASHTO M275M (ASTM A722) - Mô đun đàn hồi: Ep = 197000 MPa với tao thép Ep = 207000 MPa với thép thanh 3.3. Các thiết bị khác: neo, bộ nối, ống gen 3.3.1. Neo Tính chất của neo và mối nối cáp đợc qui định trong Tiêu chuẩn thi công cầu AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications 3.3.2. ống bọc cáp - Bằng thép mạ kẽm, nhựa hoặc tạo lỗ bên trong bằng lõi lấy ra đợc Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 5 - Bán kính cong của ống bọc: 6000mm, ở vùng neo 3600mm, với ống nhựa 9000mm - Thép thanh DƯL: đờng kính ống bọc cáp lớn hơn đờng kính thanh thép DƯL ít nhất 6mm - DƯL nhiều thanh và bó cáp DƯL: diện tích mặt cắt ống bọc lớn hơn diện tích thực của bó thép DƯL ít nhất 2 lần, với bó cáp kéo sau ít nhất 2,5 lần - Kích thớc của ống bọc không vợt quá 0,4 lần kích thớc bao bê tông nhỏ nhất tại vị trí đặt ống - Tại vị trí neo chuyển hớng phải là ống thép mạ phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A53, loại E, cấp B. ộ dày danh định của thành ống > 3mm IV. Lịch sử phát triển cầu BTCT - Cầu BTCT thờng (1875) - Cầu BTDƯL (1930) - Cầu BTDƯL có CT dính bám (1938) - Cầu BTDƯL phân đoạn lắp ghép (1946) - Cầu BTDƯL đúc hẫng (1951) - Cầu dây văng dầm cứng BTCT (1962) - Cầu BTDƯL đúc đẩy (1965) - Sự phát triển các công nghệ XD cầu - Xu hớng phát triển các loại cầu BTCT Hå xu©n nam Bµi gi¶ng cÇu bª t«ng cèt thÐp f1 6 CÇu BTCT ®Çu tiªn, L=16,5m (Monier 1875) CÇu BTD¦L ®óc hÉng ®Çu tiªn, L=62m (Finsterwalder 1951) V. Ph−¬ng h−íng ph¸t triĨn: 5.1. N©ng cao chÊt l−ỵng vËt liƯu - Hiện nay người ta đã chế tạo được các loại BT có cường độ và phẩm chất cao, cường độ chòu nén có thể đạt 200 MPa, có tính chắt đặc chống thấm, các loại bêtông Polime, bêtông cốt sợi có cường độ chòu kéo cao. Hå xu©n nam Bµi gi¶ng cÇu bª t«ng cèt thÐp f1 7 - Về mặt cốt thép, hiện nay đối với cốt thép mềm (có cường độ chảy 400 MPa) dùng cho BTCT, vấn đề chủ yếu là chống ăn mòn. Có thể nêu một số biện pháp chống ăn mòn cốt thép hiện nay: + Tạo lớp phủ mặt ngoài cốt thép. Các lớp phủ có thể là mạ kẽm, phủ epốcxy. Hiện nay Mỹ đã đưa vào sử dụng rộng rãi các loại cốt thép phủ êpốcxy. + Dùng thép không gỉ. Vấn đề chế tạo thép không gỉ đã được nước Mỹ chế tạo thành công và đã được cho phép sử dụng vào cầu thép không sơn trong một số môi trường nhất đònh. Thép không gỉ đang tiếp tục được nghiên cứu hoàn thiện. - p dụng bêtông và cốt thép phẩm chất cao (cường độ và tính chống thấm cao) làm giảm kích thước tiết diện ngang, giảm chiều dày lớp bảo vệ, giảm trọng lượng bản thân kết cấu, tăng chiều dài nhòp, giảm chi phí bảo quản sửa chữa, tăng tuổi thọ công trình. - Trong lúc công nghệ chế tạo bêtông phẩm chất cao chưa được phổ biến rộng rãi và các tiêu chuẩn kỹ thuật chưa hoàn thành, với các vật liệu thông thường (bêtông cấp 28-70 MPa, cùng với cốt thép khoảng 1800 MPa) thì việc áp dụng BT DƯL là biện pháp hiệu quả về sử dụng thép cường độ cao, chống nứt, nâng cao phẩm chất công trình và vươn dài nhòp. 5.2. Chú trọng tính thẩm mỹ, lien hợp về kết cấu, lien hiệp về vật liệu 5.3. áp dụng các kết cấu không gian, đơn giản về chế tạo, hoàn thiện về chòu lực 5.4. Nghiên cứu các công nghệ thi công thích hợp Hå xu©n nam Bµi gi¶ng cÇu bª t«ng cèt thÐp f1 8 Các phương pháp thi công bêtông tại chỗ trên đà giáo cố đònh, dàn giáo treo, các phương pháp thi công phân đoạn như lắp hẫng, đúc hẫng, đúc đẩy đã lần lượt hình thành và góp phần thực thi các kết cấu mới ngày càng hiện đại hơn. Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 9 CHơNG I: cầu bản, cầu dầm giản đơn BTCT thờng đổ tại chỗ I. Cầu bản đúc tại chỗ 1.1. Đặc điểm và phạm vi áp dụng - Đặc điểm + Kết cấu đơn giản, dễ thi công + Chiều cao kiến trúc thấp, tăng tầm nhìn + Thuận tiện cho việc tạo hình dáng kiến trúc - Phạm vi áp dụng + Thờng dùng cho nhịp nhỏ hơn 6m + Chiều cao từ đáy móng lên thấp + Nơi phơng tiện vận chuyển và cẩu lắp khó khăn + Yêu cầu chiều cao kiến trúc thấp hoặc hình dáng kiến trúc phức tạp 1.2. Cầu bản mố nhẹ - Đặc điểm + Thờng áp dụng cho cầu ôtô nhịp nhỏ hơn 6m + Chiều cao dầm h b = (1/15ữ1/20).l tt [...]... ứng suất cục bộ 23 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 + Ngăn ngừa nứt do biến dạng nở ngang của bê tông khi bị nén mạnh theo 1 phơng + Thờng đặt th nh các lớp lới CT cục bộ hoặc CT dạng lò xo 4.4 Ví dụ cấu tạo 24 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 CHơNG III: cầu bản và cầu dầm giản đơn Bê tông dự ứng lực I Các phơng pháp tạo dự ứng lực trong cầu dầm giản đơn - Nguyên tắc chung... i giảng cầu bê tông cốt thép f1 - Bản mặt cầu chịu lực nh bản hẫng v bản kê trên 2 cạnh - Dầm ngang đợc bố trí tại vị trí trên gối v có thể cả trong nhịp - ống thoát đặt sát mép máng balát 12 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 CHơNG II: cầu bản, cầu dầm giản đơn BTCT thờng lắp ghép I Cầu bản lắp ghép 1.1 Cầu bản lắp ghép trên đờng ôtô - Phạm vi áp dụng: + Chiều d i nhịp: 3-4-5-6m + Khổ cầu: ... nam II B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 Hệ thống vật t, thiết bị tạo dự ứng lực 2.1 Cốt thép dự ứng lực - Sợi đơn - Bó sợi song song - Bó sợi xoắn - CT thanh CĐC 28 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 2.2 ống chứa cáp - Bằng thép hoặc nhựa - Kích cỡ tuỳ thuộc loại cáp 2.3 N e o - Neo chủ động, neo bị động - Neo đặt ngo i, neo ngầm 29 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 30 Hồ xuân... động, neo bị động - Neo đặt ngo i, neo ngầm 29 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 30 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 2.4 Kích - Kích đơn động - Kích song động 31 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 2.5 Bộ nối 32 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 Dùng khi thi công theo phơng pháp phân đoạn v CTDƯL phải neo ở các phân đoạn khác nhau trên chiều d i 2.6 Bệ... v đổ bê tông mối nối tại công trờng - Mối nối bằng dầm ngang đổ tại công trờng + Phải để chừa các lỗ ở sờn dầm để luồn cốt thép theo hớng ngang cầu + Kéo d i thời gian thi công do phải lắp đặt cốt thép v ván khuôn đổ bê tông dầm ngang - Mối nối bằng cốt thép DƯL ngang 20 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 + Đợc kéo căng sau trong các ống đặt sẵn trong sờn dầm ngang hoặc trong bản mặt cầu. .. dòng chảy 10 Hồ xuân nam II B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 Cầu dầm có sờn 2.1 Cầu dầm có sờn trên đờng ôtô - Có thể cấu tạo 4 sờn hoặc 2 sờn có thêm dầm dọc phụ tuỳ theo khổ cầu v chiều cao kiến trúc - H/L=(1/7ữ1/20) tuỳ theo tải trọng, cự ly giữa các dầm - ít đợc áp dụng vì tốn đ giáo, ván khuôn, thời gian thi công lâu hơn, khó đảm bảo chất lợng bê tông hơn, 2.2 Cầu dầm có sờn trên đờng sắt - Kích... khuôn đổ bê tông bản mặt cầu 16 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 2.2 Cầu dầm có sờn trên đờng sắt - áp dụng + Chiều d i nhịp L = 6ữ15m + Chiều cao dầm H = (1/6ữ1/9).L - Các dạng mặt cắt + Mặt cắt chữ T Dùng phổ biến nhất, chiều d i nhịp 5ữ20m Mỗi dầm có các nửa dầm ngang, mối nối thi công tại công trờng Bản của 2 dầm thờng không nối với nhau m dùng tấm thép T đậy lên khe hở dọc cầu giữa... hoặc gấp khúc + Phạm vi áp dụng Thích hợp với điều kiện SX trong nh máy đảm bảo chất lợng cao Phù hợp với kết cấu bản hoặc dầm giản đơn 25 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 - Căng sau 26 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 + Ưu điểm Không cần bệ căng cố định v các neo tạm thời Có thể căng CTDƯL theo sơ đồ thẳng hoặc cong Có thể áp dụng cho KC đổ tại chỗ Kích thớc, trọng... đờng đầu mố: 2ữ5m + Cấu tạo mố nhẹ, bản quá độ v thanh chống giống cầu bản đổ tại chỗ - Cấu tạo + Mặt cắt bản thờng có dạng chữ nhật có khoét lõm 2 bên để cấu tạo mối nối ngang dạng chốt 13 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 + Chiều rộng mỗi khối bản 1ữ1,5m tuỳ thiết bị cẩu lắp, vận chuyển Số lợng bản phụ thuộc v o khổ cầu 1.2 Cầu bản lắp ghép trên đờng sắt - Mỗi tấm bản có thể tự ổn định chống... mối nối ở dầm - Mối nối chịu cắt + Không cần h n nối ở công trờng m chỉ đổ vữa xi măng chèn khe nối + Độ cứng ngang cầu không lớn thờng dùng cho cầu ôtô - Mối nối chịu cắt v mô men + Mối nối có cốt thép chờ h n rồi đổ bê tông bịt khe nối 18 Hồ xuân nam B i giảng cầu bê tông cốt thép f1 + Mối nối có bản thép chờ h n, sau đó trát vữa để bảo vệ chống rỉ cho các chi tiết thép 3.2 Các loại mối nối ở bản . nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 1 Chơng mở đầu: khái quát về cầu Bê tông cốt thép I. Phân loại cầu bê tông cốt thép - Theo vị trí cầu: cầu qua sông, suối, cầu vợt đờng, cầu cạn, cầu. Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 13 CHơNG II: cầu bản, cầu dầm giản đơn BTCT thờng lắp ghép I. Cầu bản lắp ghép 1.1. Cầu bản lắp ghép trên đờng ôtô -. cao Có thể dùng các dầm I làm đà giáo đỡ ván khuôn đổ bê tông bản mặt cầu Hồ xuân nam Bài giảng cầu bê tông cốt thép f1 17 2.2. Cầu dầm có sờn trên đờng sắt - áp dụng + Chiều dài nhịp