Thông tin tài liệu
Phần II: MỐ TRỤ CẦU Chương 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU 5.1 Khái niệm chung mố trụ cầu 5.1.1 Mố cầu 5.1.1.1 Khái niệm mố cầu Mố trụ cầu phận quan trọng cơng trình cầu, có chức đỡ kết cấu nhịp, truyền tải trọng thẳng đứng ngang xuống đất Mố cầu phần tiếp giáp cầu đường, đảm bảo xe chạy êm thuận Mố cầu cịn có tác dụng tường chắn đất đường đầu cầu để đường không bị lún sụt, xói lở Mố cầu có hình dạng khơng đối xứng chịu áp lực phía T-êng c¸nh T-ờng đỉnh P Mũ mố T-ờng thân Nón mố Bệ mè Hình 5-1 Cấu tạo chung mố cầu Tường đỉnh phận chắn đất sau dầm chủ dầm mặt cầu, có chiều cao tính từ mặt cầu đến mặt kê gối Mũ mố phận để kê gối cầu, chịu áp lực trực tiếp từ kết cấu nhịp truyền xuống Tường thân phận đỡ tường đỉnh mũ mố Tường cánh tường chắn đất chống sụt lở đường theo phương ngang cầu Móng mố phận đỡ tường trước tường thân tường cánh Nón mố cơng trình chống sói lở, lún sụt ta luy đường taị vị trí đầu cầu đồng thời có tác dụng cơng trình dẫn dịng chảy, tuỳ theo độ dốc taluy, vận tốc nước, nón mố đắp đất gia cố cỏ, gia cố đá hộc làm dạng tường chắn 5.1.1.2 Tác dụng mố cầu - Đỡ kết cấu nhịp, truyền tải trọng thẳng đứng ngang xuống đất - Chắn đất đảm bảo ổn định đường đầu cầu - Chuyển tiếp đảm bảo xe chạy an toàn êm thuận từ đường vào cầu 52 - Hướng dịng chống xói lở hai bên bờ sơng đầu cầu Mố cầu có nhiều loại: mố chữ U, mố vùi, mố có tường cánh xiên KÕt cÊu nhÞp Mè Mè Trơ Hình 5-2 Sơ đồ bố trí chung mố trụ cầu 5.1.2 Trụ cầu 5.1.2.1 Khái niệm trụ cầu Trụ cầu phận cơng trình, nằm hai nhịp kề 5.1.2.2 Tác dụng trụ cầu - Đỡ kết cấu nhịp truyền tải trọng xuống móng Trụ cầu có hình dáng đối xứng làm việc theo phương dọc phương ngang cầu - Với trụ xây dựng phạm vi dòng chảy phải đảm bảo mỹ quan phải có hình dạng hợp lí mặt thuỷ động học để nước tốt, đảm bảo an tồn thơng thuyền Bề ngồi trụ có lớp vỏ chống tác động xâm thực dịng chảy, chịu va xơ tàu bè Trụ cầu cầu vượt, cầu cạn phải đảm bảo mỹ quan không gây cản trở giao thông cầu Trụ cầu có nhiều loại: Trụ cứng, trụ thân cột, trụ thân hẹp 53 > 40cm a) (1-3)m > 40cm b) 10-15cm > 1m c) 0.6-1m Hình 5-2 Sơ đồ số dạng trụ thường gặp a/Trụ đặc thân hẹp b/Trụ đặc thân rộng c/Trụ có đốt đặc, đốt dạng cột Như vậy: Về mặt kinh tế, mố trụ cầu chiếm tỷ lệ đáng kể, đến 50% vốn đầu tư xây dựng công trình Mố trụ kết cấu phần dưới, nằm vùng ẩm ướt, dễ bị xâm thực, xói lở, bào mòn việc xây dựng, thay đổi, sửa chữa khó khăn nên thiết kế cần ý cho phù hợp với địa hình, địa chất, điều kiện kỹ thuật khác dự đoán trước phát triển tải trọng Vì vậy, mố trụ cầu phải đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật, xây dựng khai thác Đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật nghĩa mố trụ sử dụng vật liệu cách hợp lý, có kích thước chọn cho có trị số nhỏ mà đảm bảo cường độ, độ cứng, độ ổn định khơng bị xói lở, lún, sụt Đảm bảo yêu cầu xây dựng nghĩa sử dụng kết cấu lắp ghép, chế tạo sẵn công xưởng, giới hố thi cơng Đảm bảo u cầu khai thác: cho phép thoát nước êm thuận cầu, bảo đảm mỹ quan cầu, không cản trở lại cầu cầu vượt, chống bào mòn bề mặt mố trụ 5.2 Phân loại mố trụ cầu - Theo sơ đồ tĩnh học: + Mố trụ cầu dầm + Mố trụ cầu khung + Mố trụ cầu treo 54 + Mố trụ cầu dây văng - Theo độ cứng dọc cầu: + Mố trụ cứng: Có kích thước trọng lượng lớn Mỗi mố trụ có khả chịu toàn tải trọng ngang theo phương dọc cầu từ kết cấu nhịp truyền đến tải trọng ngang áp lực đất gây Loại mố trụ áp dụng cho cầu nhỏ, cầu trung cầu lớn + Mố trụ dẻo: Là mố trụ có độ cứng tương đối nhỏ, đầu KCN không chuyển dịch tịnh tiến (trượt lăn xà mũ), kích thước mảnh Trên mố trụ có gối cố định không cần gối Khi chịu lực ngang theo phương dọc cầu toàn kết cấu nhịp trụ làm việc khung (trên khớp – ngàm) lực tác dụng ngang truyền cho trụ theo tỷ lệ độ cứng chúng Loại mố trụ cho phép sử dụng vật liệu hợp lý nên giảm kích thước mố trụ Áp dụng cho cầu nhịp nhỏ chiều cao H < m ltt < 20 m Dùng nơi khơng có thơng thuyền, trơi, đá lăn - Theo vật liệu: + Bê tông, đá xây + BTCT - Theo phương pháp xây dựng: + Toàn khối (đổ chỗ) + Lắp ghép bán lắp ghép 5.3 Vật liệu để xây dựng mố trụ cầu Mố trụ móng tuyệt đại đa số làm bê tơng, bê tơng đá hộc, BTCT, ngồi cịn làm gạch, đá loại vật liệu khác 5.3.1 Bê tông Bê tông loại vật liệu chủ yếu dùng để xây dựng mố trụ Mác bê tông phận chọn sau (mác bê tông theo cường độ chịu nén, với mẫu thử hình lập phương trụ bảo dưỡng 28 ngày điểu kiện tiêu chuẩn), nhửng phận không chịu lực, chẳng hạn bê tơng lấp lịng, có tác dụng loại tải trọng tĩnh, dùng bê tơng mác nhỏ 150 Đối với tất phận chịu lực dùng bê tơng có mác 200 quy định sau: Mác 400: Dùng cho loại trụ ống vỏ mỏng, cọc bê tông cốt thép ứng suất trước dài 12m Mác 300: Dùng cho loại kết cấu ứng suất trước (kể loại cọc ứng suất trước có chiều dài < 12m); cọc BTCT thường có chiều dài > 7m; Mố trụ lắp ghép bán lắp ghép phạm vi có mực nước thay đổi Mác 200: Dùng cho loại cấu kiện chịu lực khác bê tông BTCT thường (kể bệ móng cọc BTCT thường có chiều dài < 7m) 5.3.2 Cốt thép Cốt thép phận mố trụ móng thường dùng loại sau: Cốt thép tròn chế tạo lò Mác lò quay phương pháp cán nóng , loại AI, có đường kính từ đến 40 mm Cốt thép có gờ, loại AII đường kính từ 10 đến 40mm loại AIII đường kính từ đến 40mm loại AIV đường kính từ 10 đến 22mm 55 loại AV đường kính từ 10 đến 22mm Cốt thép cường độ cao, dùng cho kết cấu BTCT ứng suất trước, dạng sợi, bó sợi qui định sau: + Cốt thép chủ kết cấu BTCT thường dmin = 12mm + Cốt thép đai cốt thép phân bố dmin = 6mm + Cốt thép ứng suất trước dạng dmin = 12mm + Cốt thép ứng suất trước dạng sợi dmin = 2-3mm + Cốt thép sợi bó sợi cường độ có dmin = -5mm 5.3.3 Đá xây Đá xây mố trụ cầu loại đá tự nhiên ( sa thạch, đá vôi, granit ), chất lượng tốt, khơng bị nứt nẻ, phong hóa, có cường độ lớn 600 kg/cm2, kích thước nhỏ đá hộc 25 cm Những trụ bê tông đá hộc khơng lớn 20% khối lượng bê tơng tồn khối 5.3.4 Vữa Dùng trụ lắp ghép xây đá vữa xi măng Pooclang, mác vữa ≥ 100 5.4 Xác định kích thước mố trụ cầu 5.4.1 Móng Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ mố xuống đất bên xung quanh Ngồi móng trụ cịn có nhiệm vụ phân bố lực từ thân trụ xuống diện tích rộng để đảm bảo đủ chịu lực cho đất ổn định cho trụ Độ sâu đặt móng cịn phải đảm bảo cho trụ khơng bị ổn định, nghiêng lệch bị phá hoại xói lở gây Đầu cọc phải ngàm vào bệ hay xà mũ BTCT trị số theo tính tốn đồng thời phải ngập sâu vào bệ đỡ đoạn không nhỏ lần chiều dày thân cọc, với cọc đường kính d 60cm khơng nhỏ 1,2m Với cọc cho cốt thép chơn vào bệ cọc phải ngàm vào bệ (10-15)cm cốt thép nằm bệ 20 lần đường kính cốt thép gờ 40 lần đường kính cốt thép trịn trơn 5.4.1.1 Kích thước Quy định hình 5-3 Để đảm bảo truyền tải trọng đồng xuống cọc chiều dày bệ phải 2m Hình 5-3 Cấu tạo móng trụ 56 a) Móng cọc đóng b) Móng cọc đường kính lớn 5.4.1.2 Cao độ đỉnh móng Phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình, kinh nghiệm người thiết kế Nếu móng nơng: Cao độ đỉnh móng phải nằm ngang mặt đất tự nhiên khoảng (0,5-1)m Nếu móng cọc: Bệ thấp: Đáy móng đến đường xói lở phải thoả mãn h hmin (hình 5-4a)( để đất xung quanh móng chịu lực ngang) Bệ cao: Cao độ đáy bệ, cao độ đỉnh móng nằm vị trí (hình 5-4b) Hình 5-4 Cao độ đỉnh móng 5.4.1.3 Cao độ đáy móng Nếu móng nơng: Đáy móng phải nămg đường xói lở 2.5m Nếu móng cọc: Cọc phải cắm vào tầng đất chịu lực 4m 5.4.2 Cao độ đỉnh trụ Cao độ đỉnh trụ định xuất phát từ yêu cầu sau: đáy dầm đỉnh trụ phải cao mực nước cao tính tốn ( MNCN) tối thiểu 0,5m Vị trí đáy kết cấu nhịp xác định từ chiều cao tĩnh không cầu cầu vượt, cầu cạn từ chiều cao tĩnh không thông thuyền với nhịp thông thuyền có trơi cao độ đáy kết cấu nhịp cao cao độ đỉnh trụ trị số chiều cao gối cầu Đối với cầu vượt qua thung lũng, khe sâu, yêu cầu khơng cần xói chiều cao cầu, chiều cao trụ xác định từ cao độ tuyến đường qua cầu Trong trường hợp chung, cao độ đỉnh trụ lấy trị số lớn hai cao độ sau: MNCN + h MNTT + htt –hg Trong đó: MNCN: Mực nước cao tính tốn MNTT: Mực nước thơng thuyền h: Khoảng cách nhỏ từ MNCN đến đỉnh trụ, sông không thông thuyền h=0,5m htt: Chiều cao nhỏ cho phép khổ thông thuyền hg: Chiều cao gối cầu Trên miền khô cạn, đáy KCN phải cao mặt đất tối thiểu 1m 57 5.4.3 Xác định số kích thước khác Chiều cao tường đỉnh mố h1 xác định tổng chiều cao xây dựng kết cấu nhịp (tính từ đáy dầm mố đến cao độ phần xe chạy), chiều cao gối cầu chiều dày kê gối Chiều cao tường đỉnh mố nặng (ngang với cao độ mũ mố) chọn (0,5-0,6)h1 bề dày phía tường đỉnh khơng nhỏ 0,5m Kích thước tiết diện thân trụ cầu phụ thuộc vào nhiều điều kiện: hình dạng mố trụ, chiều cao mố trụ, trị số tải trọng, vật liệu, … Vì tùy trường hợp cụ thể xác định theo quy trình theo kinh nghiệm thiết kế Theo quy trình, chiều dày xà mũ trụ cọc, mũ trụ dầm mũ loại mố trụ khác, không nhỏ 0,4m để đảm bảo phân bố tải trọng từ kết cấu nhịp đến csc phận khối xây thân trụ Chiều dày tường khối BTCT tiết diện hình hộp rỗng khơng nhỏ 15cm (nếu khối không lấp đầy bê tông) không nhỏ 1/5 chiều cao tiết diện khơng có ngăn ngang Chiều dày thành trụ ống không nhỏ trị số sau: Đường kính ống d(m) Chiều dày t (cm) 0,4 0,6 10 1,2-3 12 4,0-5,0 14 Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều dày trụ nặng bê tông bê tơng đá hộc, mặt cát đỉnh móng khơng nên nhỏ 1/5-1/6 chiều cao Chiều dày tường trước mố có tường cánh thân mố vùi (tại mặt cắt đỉnh móng) khơng nên nhỏ (0,25-0,4) chiều cao đất đắp Chiều dày tường khối bê tông rỗng không nên nhỏ 25-30cm Tuy nhiên trường hợp riêng, công nghệ chế tạo kết cấu hồn thiện đề nghị thay đổi Ví dụ chế tạo kết cấu BTCT phương pháp li tâm, cường độ bê tông tăng lên đến 1,3 lần so với phương pháp thông thường, độ chặt bê tông tăng lên đáng kể chiều dày tường kết cấu chọn nhỏ đề nghị nêu 58 Chương : CẤU TẠO TRỤ CẦU DẦM 6.1 Cấu tạo phận trụ cầu 6.1.1 Mũ trụ - Chịu tải trọng trực tiếp từ KCN truyền xuống truyền tải trọng qua gối cầu, xuống thân trụ - Mũ trụ làm BTCT, mặt mũ trụ có tạo độ dốc tối thiểu 1:10 phía để nước, bên có đặt bệ kê gối (tấm kê gối) cao chỗ khác để giữ cho gối cầu ln khơ Có lưới cốt thép đặt vị trí kê gối - Tấm kê loại gối di động đặt chìm mũ trụ, gối cầu có chiều cao lớn Trường hợp mũ trụ bố trí hai dãy gối cố định di động có chiều cao khác nhau, cấu tạo BTCT để kê cao gối cố định -Trên mặt bằng, kích thước mũ trụ thường lớn kích thước thân trụ bên khoảng 10cm để tạo gờ đảm bảo cho nước mũ trụ không chảy xuống thấm vào chỗ tiếp giáp mũ trụ thân trụ - Nếu thân trụ tiết diện đặc mũ trụ chịu ép cục bộ, chiều dày mũ trụ khơng nên nhỏ 40cm phải bố trí lưới thép chịu lực cục vị trí kê gối Lưới cốt thép thép 812, mắt lưới từ 512cm, khoảng cách lưới từ 812cm Mũ trụ có đặt cốt thép cấu tạo 1014, cách khoảng S =1520cm Bê tông mũ trụ mác 250 - Nếu thân trụ hẹp cấu tạo nhiều cột mũ trụ có dạng dầm mút thừa liên tục chịu uốn tác dụng trọng lượng than mũ trụ phản lực gối từ KCN - Trong nhiều trường hợp mũ trụ (và mũ mố) cấu tạo BTCT có chiều cao tới đáy dầm ngang, bố trí hai kê gối, để chống lực đẩy ngang theo phương ngang cầu 6.1.2 Thân trụ -Thân trụ làm nhiệm vụ truyền áp lực từ mũ trụ xuống móng trụ chịu lực ngang theo phương dọc theo phương ngang cầu Mặt cắt ngang thân trụ phạm vi dịng chảy phải có dạng thoát nước tốt Thân trụ phải chịu va chạm vật trơi, nhịp có thơng thuyền cịn phải chịu lực va xô thuyền bè Tiết diện thân trụ đặc, rỗng - Hình dạng mặt cắt ngang thân trụ phụ thuộc vào điều kiện dịng chảy cầu Kích thước thân trụ tính tốn mà có, phụ thuộc vào vật liệu, chiều cao, dạng thân trụ rộng/hẹp/cột 59 L2 a/ R=B /2 B2 r 0,3m ; c3 0,5B2 cot g b/ c2 r (1 sin ) / sin L2 c1 r / sin 2 r B2 c1 c2 c3 Hình 6-1.Bố trí cốt thép trụ; Cấu tạo tiết diện thân trụ a/Loại phổ biến, đầu trụ lượn tròn b/Loại trụ vát nhọn hai đầu B2-Bề rộng trụ L2-Chiều dài thân trụ R-Bán kính đầu trụ lượn trịn 6.1.3 Móng trụ - Phần tiếp xúc trực tiếp trụ cầu với đất gọi móng trụ Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống đất bên xung quanh Ngồi ra, móng trụ cịn làm nhiệm vụ phân bố lực từ thân trụ xuống diện rộng để đảm bảo đủ chịu lực cho đất đảm bảo ổn định trụ Độ sâu đặt móng cịn phải đảm bảo cho trụ cầu không bị ổn định, nghiêng lệch bị phá hoại xói lở gây - Tùy theo điều kiện thủy văn, địa chất mà móng trụ cầu móng nơng, móng cọc đóng, móng cọc đường kính lớn, móng cọc khoan nhồi, móng giếng chìm, móng giếng chìm ép - Đối với móng cọc, đầu cọc phải ngàm vào bệ móng trị số theo tính tốn đồng thời phải ngập sâu vào bệ đoạn không nhỏ lần chiều dày thân cọc, với cọc đường kính d 60cm khơng nhỏ 1,2m Với cọc cho cốt thép chơn vào bệ cọc phải ngàm vào bệ (1015)cm cốt thép nằm bệ 20 lần đường kính cốt thép gờ 40 lần đường kính cốt thép trịn trơn Để đảm bảo truyền tải trọng đồng xuống cọc chiều dày bệ móng phải 2m Khoảng cách từ hàng cọc đến mép ngồi bệ móng tối thiểu 25cm a) >25cm >2m 1.5d (2-3.5)m b) >25cm 3:1 d 40cm H < 3m T-ờng cánh T-ờng đỉnh > 40cm > 40cm H < 6m T-êng ®Ønh H < 2m T-êng c¸nh Hình 7-8 Mố dẻo dạng cọc, cột, cọc ống 7.2.2.2 Mố dẻo dạng cột Áp dụng cầu có chiều cao đất đắp lên tới 3m Giống mố dẻo dạng cọc đường kính cột lớn nên mố cần cột ống cọc ống Khi l (1215)m dùng cọc ống 0,8m đóng sâu 8m Khi l (1824)m dùng cọc ống 1,0m đóng sâu 12m 7.2.2.3 Mố có dạng tường chắn Khi chiều cao đất đắp chiều dài nhịp không lớn lắm, cầu vượt đường, cầu thành phố dùng mố dạng tường mỏng BTCT có sườn tăng cường tam giác Ưu điểm loại đất đắp phía trước không lấn vào phần không gian gầm cầu cầu vượt đường giảm chiều dài nhịp Khi H lớn, mố có cấu tạo tường song song riêng rẽ để giảm áp lực đất lên tường, nhược điểm đắp không tốt đất chui phớa trc 73 a) T-ờng cánh T-ờng đỉnh T-ờng dọc (35-40)cm b) T-ờng cánh S-ờn tăng c-ờng T-ờng ch¾n Hình 7-9 Cấu tạo mố dạng tường chắn a) Tường chắn dọc; b) Tường chắn ngang 7.3 Các biện pháp xây dựng mố cầu 7.4 Mố trụ dẻo 7.4.1 Khái niệm chung - Mố trụ dẻo bao gồm loại mố trụ cầu có đặc điểm: Thân mố trụ có độ cứng tương đối nhỏ, đầu dầm kết cấu nhịp không chuyển dịch tịnh tiến (trượt lăn) xà mũ Khi theo phương dọc cầu, tồn cầu gồm kết cấu nhịp (KCN)và mố trụ làm việc khung, tầng nhiều nhịp có ngang cứng (KCN) liên kết chốt với đứng (mố trụ), đứng ngàm phía Tải trọng ngang theo phương dọc cầu áp lực đất, lực hãm xe, …sẽ không truyền đơn độc cho mố trụ mà phân bố chung cho mố trụ tuỳ theo độ cứng chúng - Do làm việc đồng thời mố trụ chịu tải trọng ngang tiết diện mố trụ không lớn (tiết diện cọc, cột, tường mỏng) Cầu có mố trụ dẻo kinh tế tiết kiệm vật liệu làm mố trụ có điều kiện áp dụng phương pháp thi công lắp ghép - Để đảm bảo sơ đồ tính tốn cầu, thiết kế phải tn theo hàng loạt yêu cầu đặc biệt chiều dài số lượng nhịp, chiều cao mố trụ dẻo, liên kết KCN mố trụ,… 7.4.2 Sơ đồ cầu có mố trụ dẻo 7.4.2.1.Chiều dài nhịp - Trước hết phải chọn tương quan hợp lí chiều dài toàn cầu độ cứng mố trụ Khi tăng chiều dài khung, trụ phát sinh mô-men uốn biến dạng nhiệt độ KCN Nếu đảm bảo đủ yêu cầu cường độ trụ chịu uốn làm độ mềm cần thiết trụ Vì vậy, để áp dụng mố trụ cầu dẻo cầu nhịp nhỏ cầu tương đối lớn, cần phải phân chia cầu thành nhiều đoạn, gọi liên Mỗi liên bao gồm 24 nhịp, làm việc khung độc lập Các liên phân cách trụ đặc biệt gọi trụ “nhiệt độ” Trụ “nhiệt độ” thực chất hai trụ (cọc) riêng biệt, có hai xà mũ riêng Có phương án phân chia sau: + Ltc (4045)m làm sơ đồ liên 74 + Cầu chia làm liên chiều dài liên (3540)m + Cầu gồm nhiều liên chiều dài liên biên (3545)m chiều dài liên (4045)m - Khi phân liên cầu có mố trụ dẻo cần phải ý đến hình thái lịng sơng, chế độ dịng chảy, đảm bảo lũ tốt nhất, tránh thay đổi lớn độ cứng trụ liên Khi trụ có chiều cao lớn (H = 78m), để tăng cường ổn định theo phương dọc cầu độ cứng toàn cầu, để giảm bớt nội lực mố trụ liên, người ta bố trí trụ có độ cứng lớn - gọi trụ neo Thực chất trụ neo có hai trụ có xà mũ chung Vì có độ cứng lớn, trụ neo chịu phần lớn tải trọng ngang tác dụng lên liên cải thiện điều kiện làm việc cho trụ lại Trong liên giữa, trụ neo thường bố trí liên để biến dạng biến thiên nhiệt độ co ngót phân từ sang hai đầu liên Đối với liên biên, trụ neo thường bố trí trụ thứ hai tính từ bờ để trụ neo chịu đỡ tải trọng cho trụ bờ (mố dẻo) trụ làm việc điều kiện bất lợi Và làm giảm chiều dài tích luỹ biến dạng co ngót biến thiên nhiệt độ, giảm nội lực cho trụ bờ Khi có bố trí trụ neo, chiều dài liên tăng lên đến 8090m chiều dài liên biên đến 5060m a/ 1 2 Liên Liên biên b/ Hình 7-10 Chiều dài nhịp cầu mố trụ dẻo a Cầu liên b.Cầu nhiều liên 1-Mố dẻo (trụ bờ), làm việc bất lợi 2-Trụ dẻo 3-Trụ neo, có độ cứng lớn 4-Trụ “ nhiệt độ” 5-Kết cấu nhịp cầu 6-Nền đường đầu cầu 7.4.2.2 Chiều cao tiết diện trụ - Chiều cao mố trụ dẻo ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng tương đối (độ cứng đơn vị chiều dài) mố trụ Với nhịp nhỏ, chiều cao trụ bờ không nên lớn 34m, trụ không nên lớn 45m Với nhịp lớn nhịp vừa, chiều cao trụ bờ không nên lớn 45m, trụ khơng nên lớn 6m, có bố trí trụ neo chiều cao trụ lên tới 8m 75 -Nếu chiều cao trụ lớn quy định áp dụng mố trụ dẻo khơng hợp lí phải tăng kích thước mố trụ để chịu mơ men uốn lớn -Tiết diện thân trụ phải đảm bảo yêu cầu độ bền, kích thước trụ theo phương dọc cầu thường lớn kích thước trụ theo phương ngang cầu 7.4.2.3 Trụ dẻo dạng cọc, cột Đây dạng trụ dẻo cầu nhịp nhỏ có chiều dài nhịp L 20m, H 6m Tuy nhiên dạng khơng áp dụng trường hợp khó đóng cọc Trụ cọc thường áp dụng thung lũng khơ cạn phương án đơn giản Thường sử dụng sơ đồ liên với số nhịp từ 15 sơ đồ 2, liên (150-250)cm >=4m >=40cm =(15-20)cm (120-150)cm >=40cm (60-70)cm 70-80 Hình 7-11 Trụ dẻo dạng cọc, kich thước trụ dẻo không nhỏ trị số - Xà mũ làm việc dầm liên tục Xà mũ đổ chỗ lắp ghép Xà mũ có nhiệm vụ đảm bảo liên kết cứng cọc, đỡ KCN chịu uốn chủ yếu Xà mũ có tiết diện khơng lớn lắm, thường có dạng hình chữ nhật, dạng khác chữ I, chữ T, …không kinh tế công nghệ chế tạo phức tạp - Kích thước xà mũ phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên nó, cách bố trí gối cầu, cấu tạo KCN cách bố trí cọc Theo chiều dọc cầu, đầu dầm phải đặt sâu vào xà mũ khoảng không nhỏ 25 35cm tuỳ theo chiều cao dầm Khe hở hai đầu dầm kề không nhỏ 5cm Trường hợp xà mũ kê đầu dầm (xà mũ mố trụ nhiệt độ), khoảng cách từ đầu dầm đến 76 mép xà mũ bên không nhỏ 10 15cm Do đó, chiều rộng xà mũ trụ không nhỏ 60 75cm, mố trụ nhiệt độ khơng nhỏ 40 60cm - Theo phương ngang cầu, khoảng cách từ mép bên dầm đến xà mũ không nhỏ 30 35cm, khoảng cách từ mép cọc biên đến đầu xà mũ không nhỏ 25cm Chiều dài xà mũ mố cầu có chắn đất cịn phụ thuộc vào chiều rộng đường để chắn đất Chiều cao xà mũ lựa chọn theo tính tốn, không nên nhỏ 40cm - Đối với xà mũ lắp ghép: Xà mũ kiểu có cấu tạo trên, vị trí lắp ghép với cọc có tạo lỗ chóp cụt bố trí cốt thép chờ để liên kết với cọc trụ Kích thước lỗ chờ kích thước cọc cộng thêm phía 5cm để tiện thi công Liên kết xà mũ với cọc xong tiến hành đổ bê tơng lấp kín lỗ Cốt xiên Cốt chụi mô men âm cốt thép đầu cäc >40cm cèt chđ cđa cäc cèt ®ai Cèt chơi mô men d-ơng 25 25 16 25 Hỡnh 7-12 Cốt thép xà mũ đổ chỗ xà mũ lắp ghép - Trụ dẻo lắp ghép cịn có loại cu to dng ct: 5m Bê tông >30cm 70cm 1m 120-140cm 10-12cm (0.8-1)m Hình 7-13 Trụ dẻo lắp ghép cấu tạo dạng cột + Sử dụng trụ cao m, chiều dài nhịp l = 3040 m, vận tốc nước Vnước > 1m/s + Cấu tạo: Trụ có 1, hay nhiều cột thuỳ thuộc vào khổ cầu kích thước cột Cột có tiết diện vng, chữ nhật hình vành khăn Cột vành khăn hay sử dụng giảm trọng lượng lắp ráp 77 Cột đặt trực tiếp lên móng chung hay riêng đặt trực tiếp lên đất tầng đất đủ khả chịu lực 7.5 Mố nhẹ bốn khớp toàn khối Toàn cầu gồm kết cấu nhịp, hai mố nhẹ chống làm việc theo sơ đồ bốn khớp So với cầu có mố nặng kiểu chữ U tường cánh xiên, loại có khả tiết kiệm đến 50% khối lượng vật liệu Đặc điểm bật cầu mố nhẹ khớp lợi dụng kết cấu nhịp làm chống để tiếp nhận phần lực nằm ngang đất ảnh hưỏng hoạt tải tác dụng lên mố Nếu phần móng, áp lực ngang truyền qua chống đặc biệt gối thứ hai mố cầu không làm việc tường chắn thông thường mà làm việc kê hai cạnh Như toàn hệ thống cầu nhịp trở thành kết cấu biến hình có miếng cứng nối với khớp sơ đồ hình 7-14 Hình 7-14 Cầu mố nhẹ khớp (hai khớp quy ước) Về mặt hình học, hệ biến hình cơng trĩnh sử dụng an tồn tồn hệ chôn đất bị động sau mố tường đối diện chịu tác dụng tải trọng chủ động Áp lực chủ động đất, ánh hưởng hoạt tải đứng lăng thể trượt, lực hãm xe tác dụng mố thông qua kết cấu nhịp, truyền sang đất đắp sau mố bên Áp lực thẳng đứng truyền trực tiếp xuống đất chân móng Muốn đảm bảo tính chất chịu lực: vậy, phải cấu tạo khớp nối kết cấu nhịp đỉnh mố, thân mố móng móng với giằng chống, đồng thời kết cấu nhịp chống phải có đủ độ cứng dọc để không bị ổn định chịu phản lực nằm ngang Đối với cầu nhịp nhỏ loại cầu hai nhịp làm việc theo nguyên lý cấu tạo Kinh nghiệm sứ dụng loại cầu mố nhẹ khớp cho thấy cố bất lợi thường xảy mố nhẹ (nứt gãy biến dạng), kết cấu nhịp trạng thái khai thác hình thường: vết nứt mố nhẹ thường thấy xuất chỗ tiếp giáp tường thân mố” tường cánh điều kiện chịu lực khác phần mố gây Do đó, cấu tạo, nên tách rời mố thành khối bố trí tường cánh xiên chút cải thiện chế độ thuỷ lực dịng chảy qua cẩu Ngồi cịn thấy xuất vết nứt thẳng đứng nằm ngang tường thân mố áp lực đất chất lượng thi cơng gây Để an tồn, kiến nghị giám = 28° - 30°, ( góc ma sát đất đắp) Việc tính theo sơ đồ khớp gần phần mố chơn sâu đất (nếu khơng phải loại đất rời) khả bị ngàm cứng dễ xảy ra, vai trò 78 truvển phản lực chống khơng có tác dụng sơ dồ làm việc tồn kết cấu thực tế có điểm khác với sơ đồ lý thuyết Về phương diện thủy lực, cầu mố nhẹ khớp làm việc loại cống chữ nhật không áp Để chống xói lở, gia cố lịng sơng suối cầu hạ lưu bê tông đúc chỗ So với phương án cống tròn cống chữ nhật độ, cầu mố nhẹ có ưu điểm giá thành rẻ hơn, khối lượng thép sử dụng Khi chiều cao đắp tăng độ nưức lớn hiệu qua rõ rệt So với phương án mố cọc vùi, cầu mố nhẹ có tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn: kéo dài kết cấu nhịp nón mơ chốn diện tích ướt Ưu điếm rõ nét chiều cao đất đắp đường đầu cầu lớn Tuy nhiên kết luận chi có giá trị phạm vi sử dụng hạn chế loại cầu mố nhẹ 7.5.1 Cấu tạo cầu mố nhẹ khớp toàn khối Loại cầu thiết kế định hình với khấu độ tĩnh (một nhịp) từ đến 6m với chiều cao đất đắp từ - 5m Mố cầu (hình 7-14) tường mỏng với hai tường cánh nối thẳng hàng với thân mố có chiều cao thấp dần theo độ dốc ta luy đường Thân mmố tường cánh đúc liền khối bêtông mác 150 Tuỳ theo chiều cao đất đắp chiều dài nhịp cầu, tường mố có chiều dày từ 0,3 - 0.9 m Móng mố chơn sâu vào đất l,5m (trong chiều cao móng khoảng 0,6m) Chiểu rộng đáy móng lấy theo tính tốn cường độ đất không lớn để đảm bảo quay xung quanh khớp quy ước (điểm tựa chống ngang) Các chống ngang BTCT có tiết diện chữ nhật kích thước 20x30cm đặt cách từ ~ 3,5m, độ sâu khoảng 1m so với mặt đất đáy sông Số lượng chống ngang lấy từ - thanh, tùy theo chiều rộng cầu Kết cấu nhịp thường cầu bản, làm nhiệm vụ chống phia trên, phái liên kết với đỉnh mố chốt thép trịn, đưịng kính 25mm bố trí cách khoảng 0,75 đến 1,0m Các chốt chôn sẵn đúc bê tông mũ mố Kết cấu nhịp không kê gối cầu mà kê hai lớp giấy dầu lớp vật liệu phòng nước khác Nếu đất thuộc loại yếu, móng mơ khóng thể đặt trực tiếp thiên nhiên được, lúc dùng cọc BTCT cọc gỗ để gia cố đất (nếu cọc gỗ, cọc phải luôn mực nước ngầm để bảo đảm cho gỗ khỏi mục) Trường hợp dùng móng cọc, nên bố trí thành hàng dọc theo đường tim móng Trường hợp đặc biệt dùng đến hai hàng cọc, nên bố trí so le để bảo đảm hàng khơng lệch đường tim nhiều quá, có thê tạo thành khớp dẻo đáy bệ móng cọc (hình 7-14b) Bản thân cọc tính với lực thẳng đứng 79 Chương 8: MỐ TRỤ CÁC LOẠI CẦU KHÁC: CẦU VÒM, CẦU KHUNG DẦM, CẦU DÂY 8.1 Mố trụ cầu vòm (cầu bản, dầm giản đơn, liên tục, mút thừa): Dưới tác dụng tải trọng thẳng đứng, có phản lực gối thẳng đứng V 8.2 Mố trụ cầu khung dầm 8.3 Mố trụ cầu dây 80 Chương 9: TÍNH TỐN MỐ TRỤ CẦU HỆ DẦM 9.1 Tính tốn mố trụ cầu dầm 9.1.1 Khái niệm chung Khi thiết kế mố trụ cầu trước hết chọn chọn loại mố trụ cầu, sơ xác định kích thước tiết diện Sau tiến hành theo trình tự sau: - Chọn sơ đồ tính tốn - Xác định loại tải trọng tiết diện cần tính tốn phận mố trụ - Lập tổ hợp tải trọng nhằm xác định trị số nội lực bất lợi có khả xuất q trình xây dựng khai thác cơng trình - Kiểm tra lại tiết diện theo trạng thái giới hạn 9.1.2 Các tải trọng tác dụng lên mố trụ cầu 9.1.2.1 Trọng lượng thân Xác định theo kích thước hình bao vẽ kỹ thuật Khi tính tốn nên chia mố trụ thành khối hình học đơn giản để tính thể tích, trọng lượng cánh tay đòn từ trọng tâm khối đến trục cần tính mơmen Cơng thức tính tốn: Q V trọng lương riêng vật liệu (T/m3) Trong đó: V - thể tích mố trụ (m3) Khi phận mố trụ nằm nước tính ổn định phải xét đến tác dụng áp lực thuỷ tĩnh Khi trọng lượng riêng là: ' (T/m3) 9.1.2.2 Phản lực gối tác dụng trọng lượng thân kết cấu nhịp Xác định dựa vào thiết kế cụ thể Ví dụ nhịp dầm giản đơn: Rt = g L /2 Trong đó: g – trọng lượng thân kết cấu nhịp đơn vị chiều dài nhịp L – chiều dài nhịp tính toán 9.1.2.3 Trọng lượng đất đắp Trọng lượng đất đắp bệ móng thành nghiêng trụ mố: Pđ đ H (T/m ) Trong đó: đ trọng lượng riêng đất, đ = 1.8 T/m3 H - chiều cao đất đắp 9.1.2.4 Áp lực ngang đất Rất quan trọng tính mố Đối với trụ tuỳ loại, tính khơng tính tuỳ theo mức độ ảnh hưởng Theo QT 79 áp lực đẩy ngang tính theo công thức: e p tc H Trong đó: H – chiều cao tầng đất tính tốn tg 450 hệ số áp lực ngang đất 2 , tc – góc ma sát trong, dung trọng thể tích đất Khi đáy móng đặt cách mặt đất tự nhiên 3m coi áp lực đẩy ngang đất phân bố theo quy luật đường thẳng Hợp lực đẩy ngang tính theo cơng thức: 81 E e p HB Trong đó: ep H - áp lực nằm ngang đất chiều cao tầng đất B - chiều rộng tính đổi mố B xác định sau: b1 2b2 B b b1 2b2 B 2 b2 Với mố cọc (cột) chiều rộng tổng cộng cọc (cột) < 1/2 chiều rộng mố trụ B 2 b ( b – chiều rộng cọc cột) Với mố cọc (cột) chiều rộng tổng cộng cọc (cột) 1/2 chiều rộng mố trụ B lấy khoảng cách mép cọc (cột) Hình 9-1 Áp lực ngang lên mố Cánh tay địn hợp lực cách đáy móng khoảng: e = H / 9.1.2.5 Phản lực gối hoạt tải thẳng đứng gây Xác định phản lực cách xếp tải trực tiếp dùng tải trọng tương đương xếp xe lên đường ảnh hưởng phản lực gối Đối với tải trọng ôtô người xác định phản lực gối theo công thức sau: R k00 1 pn n Trong đó: k0 - tải trọng tương đương xe ôtô tiêu chuẩn - hệ số phân bố ngang ôtô xuống gối cầu - hệ số xe - hệ số xung kích pn - trọng lượng người 1m2 lề đường n - hệ số phân bố ngang người - diện tích đường ảnh hưởng phản lực gối 9.1.2.6 Áp lực ngang đất hoạt tải thẳng đứng lăng thể trượt a Mố khơng có q độ Khi tính tốn áp lực ngang hoạt tải tác dụng lên mố, trọng lượng trục bánh xe ôtô coi phân bố diện tích (sxb) thay trọng lượng cột đất tương đương có chiều cao h0 82 h0 P s.b. Trong đó: trọng lượng riêng đất P – tổng tải trọng diện tích (s x b) Hình 9-2 Sơ đồ tác dụng trục bánh xe ôtô (2làn xe) b Mố có độ: Lúc hoạt tải phân bố qua độ xuống đất Trong cơng thức tính h0 ta có: s – kích thước theo chiều ngang b = lb/2 P – tổng hoạt tải lên Hình 9-3 Mố có q độ c Tính áp lực đất + Xác định chiều dài lăng thể trượt giả định: l0 H tg 45 2 + Từ l0 tiến hành xếp bánh xe + Tìm sơ đồ tính tra bảng (Mố trụ Cầu ) tính áp lực đất hoạt tải gây 83 9.1.2.7 Lực lắc ngang Coi phân bố đều, tác dụng theo phương ngang cầu đặt đỉnh mặt đường xe chạy S = 0.2 T/m - Đoàn xe H10, H13 S = 0.4 T/m - Đoàn xe H30 9.1.2.8 Lực ly tâm (Xem lại phần tải trọng) 9.1.2.9 Lực hãm Đối với cầu đường ôtô cầu thành phố với xe theo hướng lấy dạng lực tập trung, đặt cao độ đỉnh mặt đường xe chạy 0,3p, 0,6P, 0,9P chiều dài đặt tải tương ứng từ 25m trở xuống, từ 25m đến 50m lớn 50m, P trọng lượng ơtơ nặng đồn xe Khi có nhiều xe theo hướng lực hãm tính với tất 9.1.2.10 Lực gió (Xem lại phần tải trọng) 9.1.2.11 Lực va tàu bè (Xem lại phần tải trọng) 9.1.3 Các tổ hợp tải trọng a) Các tổ hợp chính: bao gồm tải thường xuyên tác dụng lên cầu tĩnh tải, hoạt tải, lực li tâm b) Các tổ hợp phụ: bao gồm tải thuộc tổ hợp tải số tải trọng lại trừ tải trọng động đất tải trọng thi cơng Khi tính xét theo phương dọc cầu ngang cầu c) Tổ hợp đặc biệt: bao gồm lực động đất tải trọng thi công xảy với loại tải trọng khác 9.1.4 Tính trụ cầu - Xác định kích thước trụ - Chọn sơ đồ tính: Hình 9-4 Sơ đồ tính trụ - Xác định tải trọng tác dụng lên trụ 84 Hình 9-5 Sơ đồ tính phản lực gối hoạt tải kết cấu nhịp * Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt đáy móng: + Tổ hợp tải trọng + Tổ hợp tải trọng phụ: Dọc cầu: gồm tải trọng hãm xe nhịp, hoạt tải tác dụng lên nhịp, tĩnh tải Ngang cầu: - gió ngang có xe - cầu khơng xe - lắc ngang * Tính duyệt mặt cắt: - Duyệt cường độ: dùng với tổ hợp tải bất lợi + Đối với cấu kiện chịu nén tâm: N Rn F + Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm: N 2e0 1 Rn .F h Trong đó: M – tổng mơmen tính tốn N – lực dọc trục tính tốn e0 M - độ lệch tâm lực pháp tuyến N so với trọng tâm mặt cắt N h – chiều cao mặt cắt - Hệ số triết giảm khả chịu lực nén Kết cấu chịu uốn (mặt cắt III-III): M Ru Ft h0 a - Duyệt ổn định chống lật: e M L Pe i i Ti hi m M gh y. Pi y Trong đó: ML, Mgh – mơmen lật tính toán, giới hạn Ti – lực ngang ei – cánh tay đòn Pi hi – cánh tay đòn Ti y – khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trục kiểm toán lật m – hệ số điều kiện làm việc, m = 0,8 85 * Duyệt ổn định chống trượt: Ttr Ti m m Tgh Pi hệ số ma sát 9.1.5 Tính mố cầu - Xác định kích thước trụ - Sơ đồ tính Hình 9-6 Sơ đồ tính mố - Tính tải trọng - Lập tổ hợp tải trọng - Kiểm toán mặt cắt: Kiểm tốn phần trụ cầu - Tính phận mố: + Tường thân: - Xác định tổ hợp - Duyệt cường độ theo nén lệch tâm diện tích cốt thép Ft + Tường cánh: Coi tường cánh ngàm vào thân trụ Ft + Tường đỉnh: Xét với điều kiện chịu uốn Ft 86 Tài liệu tham khảo Giáo trình Tổng luận cầu- PGS.TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa- NXB Giao thông vận tải, 2011 Giáo trình Mố trụ cầu - PGS.TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa- NXB Giao thơng vận tải, 2011 Ví dụ tính tốn mố trụ cầu theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05- GS.TS Nguyễn Viết Trung- NXB Giao thông vận tải 2011 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 87
Ngày đăng: 10/10/2023, 18:19
Xem thêm:
