cầu BTCT vấn đề chun bài giảng thiết kế cầu bê tông cốt thép phần tính toán nội lực trong kết cấu cầu Ctính toán thiết kế theo 22 TCN-272-05 tính toán nội lực trong kết cấu cầu tính toàn bộ mặt cắt tính bản mặt cầu kinh nghiệm tính nội lực dầm ngang chương 5 bài giảng thiết kế cầu bê tông cốt thép phần tính toán nội lực trong kết cấu cầu Ctính toán thiết kế theo 22 TCN-272-05 tính toán nội lực trong kết cấu cầu tính toàn bộ mặt cắt tính bản mặt cầu kinh nghiệm tính nội lực dầm ngang
Trang 1THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
TS Hồ Xuân Nam
Bộ môn Cầu Hầm, Đại học Giao thông Vận tải
Trang 2CH ƯƠ NG mở đầu:
CH ƯƠ NG mở đầu: những vấn đề chung
về cầu Bê tông cốt thép
1 Tổng quan về cầu BTCT
2 Ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng
3 Vật liệu cầu BTCT
4 Lịch sử phát triển cầu BTCT
Cầu bờ tụng cốt thộp – Chương mở đầu
Trang 3Phân loại cầu Bê tông cốt thép
1 Tổng quan về cầu BTCT 2 3 4
- Theo vị trí cầu: cầu qua sông, suối, cầu vượt đ ờng, cầu cạn, cầu cao, ư
- Theo tải trọng qua cầu: cầu ôtô, cầu đư ờng sắt, cầu thành phố, cầu đi bộ, cầu đi ư
chung ôtô-đường sắt,
- Theo cao độ tư ơng đối của mặt xe chạy:ư cầu chạy trên, chạy dưới, 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 sườn, cầu dầm hộp,
- Theo ph ương pháp thi công KCN chính:ư 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 phư ơng pháp đặc biệt (quay, chở nổi), ư
Trang 4- Vật liệu địa phư ơng: cát, đá, xi măng, cốt thép, ư
- 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
- Chi phí duy tu bảo dư ỡng thấp hơn so với cầu thépư
ư u nh ược điểm và phạm vi áp dụng Ư Ư
1 2 Ưu như ợc điểm và phạm vi áp dụng 2 Ưu như ợc điểm và phạm vi áp dụng ư ư 3 4
Ưu điểm
- Theo tải trọng: cầu đư ờng sắt, cầu ôtôư
- 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 sườn, dầm hộp, cầu dàn
- Theo vật liệu làm KCN: BTCT thư ờng, BTDƯLư
Phạm vi áp dụng
- Trọng lư ợng bản thân lớn ư → vư ợt nhịp không lớn bằng cầu thép nh ưng ít chịu ảnh hưư ư
ởng xung kích của hoạt tải, ít gây tiếng ồn
ư
- 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,
Nh ược điểm ư
Trang 5Bê tông có tỷ trọng thư ờng và thấp Ư
1 2 3 Vật liệu làm cầu BTCT 4
- Cư ờng độ chịu nén ở tuổi 28 ngày: ư f c ´=16ữ70MPa (≥28Mpa đối với BTDƯL và bản mặt
cầu)
- Tổng lư ợng XM Portland và các vật liệu chứa XM khác không vượt quá 475kg/mư 3 bê tông
- Hệ số giãn nở nhiệt: = 10,8.10-6/ĢC với BT th ườngư
= 9,0.10-6/ĢC với BT nhẹ
- Từ biến:
- Hệ số từ biến:
- Khi không có thông tin chính xác có thể xác
định k s theo Hình 5.4.2.3.3.1
Trang 6- Co ngót:
- BT đư ợc bảo dưỡng ẩm, cốt liệu không co ngót:ư
- BT đư ợc BD bằng hơi nư ớc, cốt liệu không co ngót:ư ư
- Khi không có số liệu chính xác: lấy bằng 0,0002 sau
28 ngày và 0,0005 sau 1 năm khô
Bê tông có tỷ trọng thư ờng và thấp Ư
1 2 3 Vật liệu làm cầu BTCT 4
´ c f
1,5 c
0,043.y c
- Mô đun đàn hồi: với BT có tỷ trọng từ 1440 đến 2500kg/m3
- Hệ số Poisson: = 0,2 Với cấu kiện cho phép nứt có thể không xét đến
- C ường độ chịu kéo khi uốn: ư = 0,63.(f c ´)0,5 với BT thư ờngư
= 0,45.(f c ´)0,5 hoặc 0,52.(f c ´)0,5 với BT nhẹ
- Cư ờng độ chịu kéo: ư = 0,62.(f c ´)0,5
hoặc xác định theo ASTM C900 hoặc AASHTO T198 (ASTM C496)
Trang 7Cốt thép thư ờng và cốt thép DƯL Ư
1 2 3 Vật liệu làm cầu BTCT 4
- Gồm CT thanh, thép tròn, thép có gờ, thép sợi kéo nguội
- Giới hạn chảy: = (420ữ520) MPa
- Mô đun đàn hồi: E s = 200 000 MPa
- Các đặc tính khác: tính dẻo, tính hàn (ASTM A706M)
Cốt thép thư ờng ư
- Tao thép 7 sợi DƯL không sơn phủ có khử
ứng suất: AASHTO M203M (ASTM A416M)
- Thép thanh cư ờng độ cao không sơn phủ: ư
AASHTO M275M (ASTM A722)
- Mô đun đàn hồi:
Ep = 197 000 MPa với tao thép
Ep = 207 000 MPa với thép thanh
Cốt thép dự ứng lực
Trang 8Neo DƯL kéo sau – bộ nối cáp – ống bọc cáp
1 2 3 Vật liệu làm cầu BTCT 4
- Tính chất của neo và mối nối cáp được qui định trong Tiêu chuẩn thi
công cầu, AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications“
Neo DƯL kéo sau và bộ nối cáp
- Bằng thép mạ kẽm, nhựa hoặc tạo lỗ bên trong bằng lõi lấy ra đư ợcư
- Bán kính cong của ống bọc: ≥ 6000mm, ở vùng neo 3600mm, với ≥
ống nhựa 9000mm≥
ống bọc cáp
- Thép thanh DƯL: đư ờng kính ống bọc cáp lớn hơn đ ường kính thanh thép DƯL ít nhất ư ư
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 thư ớc của ống bọc không vượt quá 0,4 lần kích thước bao bê tông nhỏ nhất tại vị trí ư
đặt ống
- Tại vị trí neo chuyển h ướng phải là ống thép mạ phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A53, loại ư
E, cấp B ộ dày danh định của thành ống không nhỏ 3mmĐ
Kích thư ớc của ống bọc cáp ư
Trang 9lịch sử phát triển cầu BTCT
1 2 3 4 Lịch sử phát triển cầu BTCT
- Cầu BTCT thư ờng (1875) ư
- 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 h ướng phát triển các loại cầu ư
BTCT
Cầu BTCT đầu tiên, L=16,5m (Monier 1875)
Cầu BTDƯL đúc hẫng đầu tiên, L=62m
(Finsterwalder 1951)