đề tài thiết kế cầu vòm ống thép nhồi bê tông

Tổng quan về cầu ống thép nhồi bêtông Nhiều công trình cầu trên thế giới đã được thiết kế với kết cấu ống thép nhồibê tông cho những cấu kiện chịu nén.. Trong năm 1940, cầuđường sắt bác

P/s e c ĩ cả bản vẽ cad ai tải xong thi để lại mail hoặc gửi về

mail:tvh2801.k53@gmail.com rồi e gửi cho ạ

Lời nói đầu

*

* *Sau thời gian học tập tại trường ĐHGTVT TP HCM bằng sự nỗ lực của bảnthân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trường ĐHGTVT TPHCM nói chung và các thầy cô trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹ đượcnhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc của một kỹ sư tương lai

Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìmhiểu kiến thức tại trường , đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thờigian qua của mỗi sinh viên Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã được sựgiúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu - Đường , đặc biệt là sựgiúp đỡ trực tiếp của thầy : Bùi Đức Tân

Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ lý thuyết cũng như các kinhnghiệm thực tế còn có hạn nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏinhứng thiếu sót Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thểhoàn thiện hơn Đồ án cũng như kiến thức chuyên môn của mình

Em xin chân thành cảm ơn !

TP Hồ Chí Minh 6 tháng 5 năm 2008 Sinh viên: Phan Đăng Khoa

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Giáo viên hướng dẫn

T.S BÙI ĐỨC TÂN Nhận xét của giáo viên đọc duyệt

Giáo viên đọc duyệt

TỔNG QUAN

*

* *

1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG CẦU

1.1 Đặc điểm về địa hình- thủy văn

-Chế độ thủy văn ít thay đổi

+ MNCN : +7 m

+ MNTT : +4 m

+ MNTN : +2.5 m

1.2 Đặc điểm về địa chất

Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ màu xám xanh , đôi chỗ lẫn cát và hữu cơ :

Chiều dày lớp : h1 = 12.8 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thể tích : w = 1.48 T/m3

+Lực dính : c = 0.082 (KG/cm2)

Góc ma sát trong :  = 6004’

Lớp 2 : Cát hạt mịn đến trung ,đôi chỗ lẩn sỏi sạn ,màu xám xanh xám trắng ,kết cấu

chặt vừa, trạng thái dẻo cứng :

Chiều dày lớp : h2 = 4 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thể tích : w = 1.85 T/m3

+Lực dính : c = 0.14 (KG/cm2)

+Góc ma sát trong :  = 10 049’

Lớp 3 : Sét cát màu xám vàng ,màu xanh ,trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng mặt lẩn

nhiều đá dăm sạn :

Chiều dày lớp : h3 = 10.2 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thể tích : w = 2.01 T/m3.

+Lực dính : c = 0.313 (KG/cm2) ,

+Góc ma sát trong :  = 21028’

Lớp 4 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :

Chiều dày lớp : h4 = 4.1 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thễ tích : w = 1.74 T/m3

+Lực dính : c = 0.125 (KG/cm2)

+Góc ma sát trong :  = 70.10’

Lớp 5 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :

Chiều dày lớp : h4 = 19.9 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thễ tích : w = 1.983 T/m3

+Lực dính : c = 0 (KG/cm2)

+Góc ma sát trong :  = 230.52’

Lớp 6 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :

Chiều dày lớp : h6

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thễ tích : w = 2.12 T/m3

+Lực dính : c = 0.355 (KG/cm2)

+Góc ma sát trong :  = 260.39’

2 QUY TRÌNH QUY PHẠM VÀ CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ

2.1 Quy trình thiết kế và nguyên tắc chung

2.1.1 Quy trình thiết kế

-Quy trình thiết kế cầu cống : 22 TCN 272 – 05

-Quy trình Thiết kế và thi công kết cấu bêtông ống thép CECS 28-90

-Quy phạm thiết kế cầu dây văng trên đường ôtô JTJ 027-86 của Trung Quốc

2.1.2.Các nguyên tắc thiết kế

- Công trình được thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thót phù hợp với quy mô của tuyến đường.

- Đáp ứng được yêu cầu quy hoạch , phân tích tương lai của tuyến đường

- Thời gian thi công ngắn

- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng

- Giá thành xây dựng thấp

2.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản

2.2.1 Quy mô xây dựng

-Cầu được thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ > 100 năm

2.2.2.Tải trọng thiết kế

-Sử dụng cấp tải trọng thiết kế cầu theo quy trình 22 TCN 272 – 05

+Hoạt tải thiết kế HL 93

- Xe 3 trục thiết ke á: P1=35KN, P2=145KN, P3=145KN

- Xe 2 trục thiết kế : P1=110KN, P2=110KN+Tải trọng người : 3 KN/m2

-Hệ số tải trọng :

+Tĩnh tải giai đoạn 1 : 1.25

+Tĩnh tải giai đoạn 2 : 1.5

+Hoạt tải : 1.75

-Hệ số động(hệ số xung kích) : IM=1+25/100=1.25

2.2.3.Khổ cầu thiết kế

-Mặt cắt ngang thiết kế cho 4 làn xe chạy vận tốc thiết kế là 80 Km/h

+Mặt căt ngang khổ : K=14+2@0.5

+Phần xe chạy: Bxe=4x3.5m

+Phần lan can:Blc=2x0.5m

2.2.4.Khổ thông thuyền

-Sông thông thuyền là sông cấp II :

+Tĩnh cao: 9m

+Tĩnh ngang: 60m

2.2.5.Trắc dọc cầu

-Độ dốc dọc cầu là 1.6 %

-Cầu nằm trên đường cong tròn bán kính R=4500m

3 CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN

Nguyên tắc lựa chọn phương án cầu:

- Đáp ứng yêu cầu thông thuyền

- Giảm tối thiểu các trụ giữa sông

- Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhưng có ưu tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nước

- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công

-Đạt hiệu quả kinh tế cao, giá thành rẻ

PHẦN I

THIẾT KẾ CƠ SỞ

CHƯƠNG 1 PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ CẦU LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN

1.1 Tiêu chuẩn thiết kế

-Quy trình thiết kế cầu cống 22 TCN 272 – 05 Bộ giao thông vận tải

-Tải trọng thiết kế: HL 93, tải trọng người 3KN/m2

1.2.Sơ đồ kết cấu

1.2.1.Kết cấu phần trên

-Sơ đồ bố trí chung toàn cầu:

-Nhịp chính là dầm liên tục 3 nhịp BT ƯST thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng với khẩu độ nhịp chính là 59+90+59

-Kết cấu nhịp chính có tiết diện hình hộp có chiều cao thay đổi, đáy dầm có dạng đường cong bậc 2

-Hộp dầm có dạng thành xiên và bố trí một vách ngăn giữa hộp Kích thước hộp dầm như sau:

+) Chiều cao dầm trên đỉnh trụ H = 4.5 m

+) Chiều cao dầm tại giữa nhịp h = 2 m

+) Chiều dày bản nắp : tb = 25 cm

+) Chiều dày bản đáy : Mặt cắt gối là 80 cm , tại mặt cắt giữa nhịp là 25 cm+) Chiều dày phần cánh hẫng : hc = 25 cm

+) Chiều dày bản mặt cầu tại ngàm : tn = 110 cm

+) Chiều dày sườn bên của hộp : 50 cm

+) Chiều dày sườn giữa của hộp : 40 cm

-Tiêu chuẩn vật liệu

1- Bê tông cấp A có:

+) Diện tích một tao Astr = 1680 mm2

+) Cường độ cực hạn: fpu= 1860 MPa

+) Độ chùng sau 1000h ở 200C là 2.5%

3- Neo: Sử dụng loại neo VSL

4- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu:

1.2.2 Kết cấu phần dưới

1- Cấu tạo trụ cầu :

- Trụ chính dùng loại trụ đặc 2 đầu tròn đặt trên móng cọc đài thấp , cọc khoan nhồi D=1.2m đổ bê tông tại chỗ mác M300

2 - Cấu tạo mố cầu:

- Mố cầu dùng loại mố chữ U BTCT đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1m, đổ tại chỗ

mác bê tông chế tạo M300

2 TÍNH TOÁN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP

2.1 Xác định các kích thước cơ bản của cầu

- Chiều dài kết cấu nhịp: đối với kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên Lnb= (0,6 

0,7) chiều dài nhịp giữa Lng

+) Trong phương án này chọn L = 90m

+) Lấy : Lnb = 59 m

2.1.1.Phân chia các đốt dầm

- Để đơn giản trong quá trình thi công và phù hợp với các trang thiết bị hiện có của đơn vị thi công ta phân chia các đốt dầm như sau :

+) Đốt trên đỉnh trụ : do = 14m (khi thi công sẽ tiến hành lắp đồng thời 2 xe đúc trên trụ)

+) Đốt hợp long nhịp giữa : dhl = 2m, đốt hợp long nhịp biên : dhl = 2m

+) Chiều dài đoạn đúc trên đà giáo : dđg = 13 m

- Sơ đồ phân chia đốt dầm

K0 K1

K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10

2.1.2 Xác định phương trình cao độ đáy dầm

Cao độ đáy dầm thay đổi theo phương trình Parabol: y =x2 + bx + c

2 2 h

- y : Là chiều cao dầm tại mặt cắt cách mặt cắt giữa nhịp một khoảng x

- H : Là chiều cao dầm tại mặt cắt trên gối

- h : Là chiều cao dầm tại mặt cắt giữa nhịp

- lh : Là chiều dài đoạn cánh hẫng có chiều cao thay đổi

Y=0.00205x2 + 2.8Y=0.00205x2 + 2.8

2.1.3 Xác định phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm

Thay đổi theo phương trình Parabol: y = x2 + bx + c

2 2 h

- y : Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt cách mặt cắt giữa nhịp một khoảng x

- Hd : Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt trên gối

- hd : Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt giữa nhịp

- ld : Là chiều dài thay đổi bản đáy trên nhịp

Y=0.00022x2 + 0.4

2.1.4.Xác định cao độ mặt dầm chủ

Mặt dầm chủ được thiết kế với độ dốc 3 %, với bán kính cong R=4500m

2.1.5 Tính tóan đặt trưng hình học mặt cắt của tiết diện

Để tính toán đặc trưng hình học ta có thể sử dụng công thức tổng quát như sau để tính:

+ Diện tích mặt cắt :

F = 1/2 x  ( xi-xi+1) x (yi+yi+1)

+ Tọa độ trọng tâm mặt cắt :

yc = 1/6 x Fx  (xi-xi+1) x (yi2+yi.yi+1+yi+12)

+ Mômen tĩnh của mặt cắt đối với trục x :

Sx = 1/6 x  (xi-xi+1) x (yi3+yi2.yi+1+yi.yi+12+yi+13)

+ Mômen quán tính đối với trục trung hòa :

Jth = Jx - yc2 x F

Số liệu tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt thay đổi được tính trong Midas

- Kích thước mặt cắt ngang:

- Trên cơ sơ các phương trình đường cong đáy dầm và đường cong thay đổi chiềudày bản đáy lập được ở trên xác định được các kích thước cơ bản của từng mặt cắt dầm

2.2 Xác định các kích thước cơ bản của trụ cầu và mố cầu

2.2.1 Các kích thước cơ bản của trụ cầu

2.2.2 Các kích thước cơ bản của mố cầu

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ CẦU VÒM ỐNGTHÉP NHỒI BÊTÔNG

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN

1.1 Tiêu chuẩn thiết kế

- Hiện nay chưa có quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thép nhồi bêtông, vì vậytrong phạm vi đồ án này, sử dụng các tiêu chuẩn khác như ASSHTO LRFD, tiêuchuẩn châu Aâu Eurocode 4 1994 (EC4), và tiêu chuẩn CECS 28 -90 (Trung Quốc)

 Cầu thiết kế theo dạng vĩnh cửu

 Thiết kế theo 22TCN272 – 05

 Tần suất lũ thiết kế 1 %

1.2 Sơ đồ kết cấu

1.2.1 Kết cấu phần trên

-Sơ đồ bố trí chung toàn cầu : 2@29+90+2@29

Nhịp chính : vòm ống thép nhồi bêtông có chiều dài 90 m

-Tiêu chuẩn vật liệu

 Bê tông có

1.2.2 Kết cấu phần dưới

 Trụ chính sủ dụng trụ cột bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi đườngkính 1.2m

 Mố : Dùng mố chữ U bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính1m

2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU NHỊP CHÍNH

2.1 Tổng quan về cầu ống thép nhồi bêtông

Nhiều công trình cầu trên thế giới đã được thiết kế với kết cấu ống thép nhồibê tông cho những cấu kiện chịu nén Vào năm 1931, một trong những kết cấu đầutiên sử dụng công nghệ ống nhồi bê tông đã được xây dựng ở ngoại ô Paris, cầu vòmnhịp 9m với hai vòm được kết cấu gồm 6 ống cho mỗi vòm Tổ hợp của 40 ống thépf140x50mm đã cấu tạo nên cánh trên hình parabol của kết cấu nhịp cầu dài 101mvượt sông Nêva ở thành phố Xanh Pêterbua vào năm 1936 Trong năm 1940, cầuđường sắt bác qua sông Ixet gần thành phố Kamenskơ - Uranski với nhịp chính dài140m dạng vòm cao 22m, giá thành giảm 20% nhờ sử dụng kết cấu vòm ống nhồi bêtông, cánh vòm được thiết kế bằng ống thép CT3 f820x13mm Vào những năm củathập niên 60, ống nhồi bê tông bắt đầu được nghiên cứu, ứng dụng một cách rộng rãitrong xây dựng công trình ở Trung Quốc Tù năm 1990 đến 1992, ba tiêu chuẩn kỹthuật (CECS28-90, DLGJ99-91 và DLGJ-SII-92) được ban hành ở Trung Quốc đã tạonhiều điều kiện thuận lợi hơn cho việc ứng dụng công nghệ ống thép nhồi bê tôngtrong xây dựng công trình

Ở Trung Quốc, cầu dạng vòm ứng dụng công nghệ CFT được bắt đầu thiết kếvào năm 1990 Với cầu có nhịp không lớn hơn 80m, kết cấu vòm được thiết kế vớimột ống đơn Cầu Yiwu Yuanhuang ở tỉnh Zhejiang được thiết kế dạng vòm với mộtống đơn đường kính 800, dày 18mm theo công nghệ CFT đã vượt được nhịp 80m

Khi cần vượt nhịp lớn hơn và yêu cầu tải trọng lớn hơn, cầu vòm được thiết kếvới hai ống thép liên kết với nhau Nhịp 100m của cầu Yilan Mudanjiang thuộc tỉnhHeilongjiang có kết cấu dạng vòm, tiết diện ngang hình tam giác, cấu tạo từ ba ống(đường kính 600, dày 12mm) được liên kết chặt chẽ với nhau theo suốt chiều dài Cầuvượt Sông Huangbai và sông Xia lao thuộc tỉnh Hubei, thiết kế với bốn ống vượt nhịp160m, mỗi vòm gồm hai ống f1000, dày 12mm

Cầu San-an Yongjiang thuộc tỉnh Guangxi, hợp long vào năm 1999, nhịp chính270m dạng vòm với mặt cầu chạy giữa Vào thời điểm này, cầu San-an Yongjiang đạtkỷ lục của cầu dạng vòm Cầu Yongning Yongjiang ở tỉnh Guangxi có kết cấu vòmtương tự cầu Wanxian Nhịp chính 312m dạng vòm có mặt cầu chạy giữa

Cầu Yajisha ở Guangzhou, nhịp chình 360m được khánh thành vào tháng 6 năm

2000, chiếc cầu đầu tiên ở Trung Quốc được thiết kế với 6 ống, đạt kỷ lục thế giới

Cầu Yajisha nằm trên đường cao tốc vành đai Tây Nam tỉnh Guangzhou bắcqua sông Zhujiang Phần cầu chính với sơ đồ phân nhịp 76+360+76m, dạng cầu vòmmở rộng Nhịp giữa dạng vòm bản mặt cầu chạy giữa, hai nhịp biên dạng nửa vòm vớibản mặt cầu chạy trên Nhịp giữa có kết cấu dạng vòm treo không chốt, chiều dàinhịp tính toán 344m, đường tên của vòm: f:76,45m Mặt cắt ngang vòm được thiết kếvới 6 ống thép ống giữa đường kính f = 750, dày 20mm, hai ống hai bên đường kính

750, dày 18mm, chiều dày tấm bản nối theo phương ngang là 12mm; các bộ phận củasườn vòm bao gồm các ống thẳng đứng có kích thước f450x12mm và các ống nghiêngcó kích thước f351x10mm Tiết diện ngang của vòm có chiều rộng không thay đổi4,35m Chiều cao thay đổi từ 4m tại đỉnh vòm đến 8,039m tại chân vòm Đoạn ống tạichân vòm, phần liên kết với kết cấu trụ có chiều dày 36mm Theo phương ngang cầu,hai vòm cách nhau 35,95m được liên kết bằng sáu hệ liên kết ngang dạng chéo và haihệ liên kết ngang dạng chữ K Hai nhịp biên có kết cấu dạng nửa vòm với chiều dàinhịp tính toán 71m, đường tên 27,3m, mặt cắt hình hộp cao 4,5m x rộng 3,45m Hệnhánh của nửa vòm được liên kết bằng một hệ liên kết ngang dạng chéo và một hệliên kết ngang dạng chữ K Hai nửa vòm biên được đặt trên gối chậu di động tại trụbiên

Hai nửa vòm cầu Yajisha được chế tạo riêng biệt trên không vòm dọc theo haibên bờ Thớt trên của đã xoay là phần đế vòm đặt trên trụ Thớt dưới của đã xoaylàm việc như kết cấu truyền tải trọng xuống móng cọc Hai nửa vòm nhịp chính đượcnâng lên đến cao độ thiết kế bằng cách xoay tất cả theo phương đứng một góc24,7014độ; rồi xoay theo phương ngang đến vị trí thiết kế Nửa vòm của nhịp phía bờBắc được xoay theo phương ngang một góc 117,10độ và 92,2dộ cho nửa vòm phía bờNam

Ống thép được nhồi bê tông C60 có phụ gia trương nở Phụ gia chậm ninh kếtđược trộn vào bê tông đế tăng khả năng làm việc của bê tông Tỉ lệ nước xi măng là0,35 với độ sụt 18-20cm Cường độ chịu nén sau 3 ngày tuổi đạt 58,5 MPa

2.2 Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông

Cột thép bêtông liên hợp được định nghĩa như là kết cấu chịu nén hoặc có thểthép được bọc trong bêtông hoặc bêtông nhồi trong ống thép Tùy thuộc các chủngloại và hình dạng có thể chia ra làm 3 loại cột liên hợp thường dùng trong xây dựngnhư sau [13] :

- Loại 1 : thép kết cấu (cốt cứng ) được bọc bằng bêtông (hình a, b,c)

- Loại 2 : bêtông nhồi trong hộp, ống thép (hình f, g, i)

- Loại 3 : hỗn hợp 2 loại trên (hình d, h)

Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông

Loại 1 : đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về phòng cháy, đơn giản khi cần tăngcường độ bằng cách thêm cốt thép ở lớp bêtông ngoài Tuy nhiên việc kiểm tra và xửlý kết cấu thép bên trong không thể thực hiện Chủng loại kết cấu này phù hợp chocác công trình chịu động đất lớn với các tải trọng ngang lặp

Loại 2 : ống thép nhồi bêtông được sử dụng nhiều trong các trụ cầu mà ở đó phải chịutải trọng va xe, các vành cầu vòm, cột nhà cao tầng không nhất thiết có cốt thépbên trong

Loại 3 : có tính năng chống cháy cao và có được các ưu điểm của hai chủng loại kếtcấu trên

2.3 Đặc điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông chịu nén

Trong các bộ phận của kết cấu ống thép nhồi bêtông khi chịu lực dọc trục có cácthành phần ứng suất như sau :

Trạng thái ứng suất của cấu kiện ống thép tròn nhồi bêtông chịu nén

- Trong bêtông :ứng suất nén dọc trục cBc và áp lực ngang r

- Trong ống thép :ứng suất dọc trục zs và ứng suất tiếp s

Nguyên nhân gây xuất hiện áp lực ngang r lên bêtông và ứng suất tiếp s trong ốngthép là do hệ số nở ngang của hai loại vật liệu này khác nhau, trong đó hệ số nởngang của bêtông luôn lớn hơn của thép ở mọi giai đoạn làm việc Aùp lực ngang r

lên bêtông không cho phép bêtông tự do phát triển biến dạng theo phương ngang vàtạo ra trạng thái ứng suất ba chiều trong bêtông Ơû trạng thái chịu lực 3 chiều, khảnăng chịu lực dọc trục của bêtông tăng lên đáng kể Đây chính là đặc điểm chịu lựcquan trọng nhất của kết cấu ống thép nhồi bêtông

2.4 Ưu điểm của ống thép nhồi bêtông

Cầu vòm bằng ống thép nhồi bêtông

Kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFT- Concrete filled tubula steel) là một kết cấu hỗnhợp gồm ống thép và lõi bê tông cùng làm việc Khi chịu cùng ứng suất như nhau thìkết cấu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chính như sau:

* Khi so sánh với kết cấu bê tông có tiếp xúc với môi trường bên ngoài bê tông trongống thép có đặc điểm:

- Độ bền của lõi bê tông tăng khoảng 2 lần

- Bê tông không bị co ngót mà bị trương nở vì không có sự trao đổi độ ẩm giữa bêtông và môi trường bên ngoài,

- Sau 2-3 ngày tuổi thì không xuất hiện thêm vết nứt

- Tính phi tuyến của công;

* Khi so sánh với kết cấu biến dang từ biến sẽ mất đi sau 2-7 ngày tuổi

- Khối lượng của các cấu kiện ống nhồi bê tông nhỏ hơn so với cấu kiện bê tông cốtthép,

- Không cần copfa trong thi thép dạng ống:

- Tăng khả năng chống biến dạng của ống thép,

- Độ bền ăn mòn và chống gỉ của mặt trong ống thép cao hơn,

- Giảm độ mảnh của cấu kiện;

* Khi so sánh với kết cấu sử dụng thép hình có mặt cắt hở:

- Mặt ngoài của kết cấu ống thép nhồi bê tông nhỏ hơn do đó chi phí sơn phủ và bảodưỡng thấp hơn,

- Độ bền chống gỉ cao hơn,

- Khả năng ổn định đều hơn,

- Giảm được ảnh hưởng của tải trọng gió,

- Tăng độ cứng chống xoắn

3 LỰA CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA NHỊP CHÍNH

3.1 Đường cong trục vòm

Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghĩa rất lớn trong khai thác, thông thường cầuvòm thép nhồi bêtông hoặc các công trình cầu vòm khác thường chọn đường cong timvòm là đường cong parabol bậc 2 hoặc bậc 4 và đường cong dạng dây xích Các

đường cong này có đường cong áp lực khá trùng với đường cong tim vòm Cầu vòmtrong đồ án sử dụng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau :

2

f

y 4 L x xL

Trong đó :

f : đường tên vòm

L : chiều dài nhịp, tỉ lệ f/L = 1/5

3.2 Đường tên vòm

Tham số quan trọng nhất là tỷ số giữa đường tên vòm f với nhịp vòm là l Tỷ sốnày càng nhỏ tức là vòm càng thoải thì lực đẩy ngang càng lớn và ngược lại thường dùng tỷ lệ

f 1 1

l  4 6

Chọn fl  15 f = 18 m

3.3.Lựa chọn tiết diện vòm và tính đặc trưng hình học của vòm

Mặt cắt ngang các cấu kiện:

Ta lần lượt tính các đặc trưng hình học của các cấu kiện, từ đó lấy các số liệu đặc trưng hình học để tính tóan

Vành vòm

t=12mm

t=12mm

Mặt cắt ngang vòm chính

Diện tích ống thép  1000 12mm  :

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:

Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:





  m4Mômen quán tính của hai bản thép đã quy đổi sang bêtông:

I4=0.012 0.63 5.525

12



 =1.193x10-3m4Suy ra:

Ix=I1+I2+I3+I4=0.1272+0.844+6x10-3+1.193x10-3=0.978 m4

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục y:

Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:

Thanh giằng ngang vòm chính

t=12mm

Mặt cắt ngang thanh giằng chắn gió

Diện tích mặt cắt: A=1.136m2

Mômen quán tính đối với trục x : Ix=0.5425m4

Mômen quán tính đối với trục y: Iy=0.0424m4

Thanh treo 557

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

- Diện tích mặt cắt A = 0.2117 x10-2 m2

- Độ cứng EA = 2.1 x 1011 x 0.2117 x 10-2 = 4.4457 x108 KN

Thanh giằng 22 - 75

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

- Diện tích mặt cắt A = 2.419 x10-2 m2

- Độ cứng EA = 2.1 x 1011 x 2.419 x 10-2 = 5.08 x109 KN

Dầm ngang dự ứng lực

Mặt cắt dầm ngang giữa nhịp

Diện tích mặt cắt: A= 1.169 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.1445 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.10266 m4

Dầm dọc biên

Mặt cắt dầm dọc biên

Diện tích mặt cắt: A= 0.8525 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.1137 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.12 m4

Dầm bản mặt cầu biên

Mặt cắt dầm biên bản mặt cầu

Diện tích mặt cắt: A= 0.169 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00156 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00373m4

Dầm T bản mặt cầu

Mặt cắt dầm T bản mặt cầu giữa nhịp

Diện tích mặt cắt: A= 0.1515 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00148 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00431m4

Mặt cắt dầm T bản mặt cầu đầu nhịp

Diện tích mặt cắt: A= 0.2075 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00268 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00729m4

Dầm ngang tại chân vòm:

Mặt cắt dầm ngang tại chân vòm

Diện tích mặt cắt: A= 1.844 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.263 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.305m4

Thép kết cấu

Thép kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709M Grade 345W, hoặc tương đươngcó các đặc trưng như sau :

- Hệ số giãn nở nhiệt 11.7x10-6 mm / mm / oC

Bêtông

Cường độ chịu nén trụ tròn 28 ngày tuổi đối với :

- Bêtông nhồi vành vòm f’c = 50 MPa

- Bêtông dầm ngang dầm dọc f’c = 40 MPa

- Bêtông bản mặt cầu f’c = 30 MPa

Cáp treo và cáp giằng chân vòm

Cáp treo phù hợp tiêu chuẩn ASTM A421 / ASTM A421M, có các đặc trưng sau:

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

Cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A822 / ASTM A822M, có các đặctrưng sau:

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

4 LỰA CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU MÓNG MỐ TRỤ:

4.1 Kích thước hình học của trụ T2:

Mặt chính trụ T2

Mặt bên trụ T2

4.2 Kích thước hình học của mố MA

Mố được lựa chọn thiết kế là mố chữ U

MẶT BÊN 1/2MẶT CẮT TRƯỚC MỐ 1/2MẶT CẮT SAU MỐ

CHƯƠNG 3 SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TUYẾN

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

Khi so sánh phương án cầu để lựa chọn phương án hợp lý nhất ta xét các chỉ tiêu kinh tế

kĩ thuật khác nhau như đánh giá dự toán (vốn đầu tư), nhân lực, thời gian thi công, công nghệ thi công, chi phí khai thác

Khi chọn phương án cấu tạo cho những cầu thành phố và ngoại vi thành phố cũng nhưcầu trên các tuyến đường trục lớn, ngoài các chỉ tiêu nói trên thì vẻ đẹp mĩ quan của côngtrình có một ý nghĩa quan trọng

Ảnh hưỏng tới việc lựa chọn phương án có thể còn do tình hình thiết bị , vật tư hiện cónhư: những công cụ, máy móc dùng trong xây dựng Trong những trường hợp này dù chophương án có hợp lý nhất về các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cũng có thể bị loại trừ trong khiđơn vị thi công không được trang bị các thiết bị, phương tiện cần thiết cho thi công

Thường hiện nay khi lựa chọn phương án cầu để làm phương án kĩ thuật thì người ta sosánh theo các chỉ tiêu sau :

- Theo giá thành kể cả ảnh hưởng của chi phí nhân lực và thời hạn xây dựng cũng nhưchênh lệch về chi phí khai thác

- Theo nhân lực, tức là tổng số lượng người và ngày công cần thiết để xây dựng cầu

- Theo thời hạn xây dựng

Ngoài ra khi so sánh các phương án cầu còn phải xét đến khối lượng các vật liệu chủyếu và tính khan hiếm của nó, hình dáng bề ngoài công trình

Để lựa chọn phương án cơ bản thường căn cứ vào các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật và yêucầu tổng hợp về kinh tế cấu tạo, công nghệ thi công, khai thác và kiến trúc

Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp do thời gian và khả năng của sinh viên còn hạn chế, dođó ta không đi sâu vào các nội dung của các chỉ tiêu dùng để so sánh các phương án trên

được mà chỉ trên cơ sở phân tích các ưu nhược điểm của từng phương án, sự hợp lí về kếtcấu đối với các điều kiện khu vực xây dựng cầu đã nêu ở chương mở đầu, điều

kiện chế tạo thi công, điều kiện khai thác để đề xuất ra một phương án làm phương án kĩthuật

2 SO SÁNH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CÁC PHƯƠNG ÁN

2.1 Phương án 1: Cầu dầm liên tục đúc hẫng cân bằng

 Ưu điểm:

+ Sử dụng công nghệ đúc hẫng tiên tiến , đối với công tác xây dựng cầu ở nước

ta hiện nay đây là một công nghệ quen thuộc cho mọi đợn vị thi công , đã cónhiều kinh nghiệm trong công nghệ này, thiết bị thi công tương đối đầy đủ + Kết cấu liên tục vượt được nhịp lớn, đường biên dưới của kết cấu nhịp có dạngcong Parabol phù hợp với biểu đồ bao nội lực của kết cấu, cho hình dáng kiếntrúc đẹp đảm bảo tốt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

+ Có thể thi công ở cả mùa nước lớn, do đó đảm bảo được tiến độ thi công cũngnhư không làm ảnh hưởng thông thuyền dưới cầu

+ Không phải làm hệ đà giáo tạm, tiết kiệm được ván khuôn do các bộ vánkhuôn được sử dụng lặp đi lặp lại cho các đốt đúc

+ Kết cấu nặng độ ổn định cao, xe chạy êm thuận Chi phí duy tu bảo dưỡngthấp

+ Khẩu độ nhịp 120 m là khẩu độ kinh tế đối với cầu BTCT liên tục đúc hẫng(80120 m là khẩu độ khuyến nghị sử dụng của loại cầu này)

+ Tầm nhìn của người đi trên cầu thông thoáng

 Nhược điểm:

+ Là loại cầu đòi hỏi các trang thiết bị lớn, hiện đại, trình độ chuyên môn cao,công nhân phải có tay nghề vững mới đảm bảo chất lượng Tuy nhiên với trìnhđộ công nghệ hiện nay các vấn đề này đã được khắc phục triệt để

+ Chiều cao dầm cầu lớn , do đó cao độ mặt đường phần xe chạy lớn , kéo theochi phí lớn cho việc đắp đất đường dẫn vào cầu

+ Qui mô xây dựng cầu là lớn kết cấu nặng nề , tính toán phức tạp

2.2 Phương án 2 : Cầu vòm ống thép nhồi bêtông

Cầu dầm vòm liên hợp ống thép nhồi bê tông là loại kết cấu nhịp được sử dụngtừ đầu thế kỷ 20 và ngày nay nó đã và đang được ứng dụng rộng rãi nhờ những ưuđiểm sau

 Ưu điểm:

+ Kết cấu vòm luôn làm việc chịu nén nên nó rất phù hợp với loại vật liệu là bêtông, cầu vòm tiết kiệm vật liệu hơn kết cầu cầu dầm có cùng khẩu độ và tảitrọng

+ Bê tông trong ống thép không những không bị co ngót mà trái lại nó còn nở thểtích, tạo điều kiện cho bê tông và ống thép cùng nhau làm việc dưới tác dụng củatải trọng khai thác

+ Việc nhồi bê tông đã tăng khả năng chống gỉ phía trong của ống thép, giảm độmảnh của vòm, tăng độ ổn định của vách ống thép Nói chung ống tròn có độ cứngchống xoắn cao hơn các tiết diện hở khác

+ Lựơng thép khi dùng ống tròn nhồi bê tông ít hơn so với kết cấu BTCT thường(tỷ lệ tiết kiệm thép khoảng 40%) và giá thành của kết cấu ống nhồi bê tông sovới kết cấu bê tông cốt thép thấp hơn Mặt ngoài ống tròn thép dễ bảo vệ chống gỉhơn các cấu kiện có tiết diện khác

+ Có tính mỹ quan đẹp kiến trúc hợp lý nên rất phù hợn với các cầu đòi hỏi mỹquan cao và có khả năng vượt nhịp lớn tốt

+ Thi công đơn giản và khá dễ dàng, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp đắt tiền

 Nhược điểm:

+ Tốn nhiều công lao động và thời gian để làm đà giáo, công trình phụ tạm phục vụ thi công vòm.

+ Thiết kế tính toán khá phức tạp đòi hỏi trình độ của người kỹ sư tính kiên trì và phải có trình độ chuyên môn vững

+ Thi công khá phức tạp và tốn kém nhân lực, thời gian thi công …

3 SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẦU

Qua các phân tích đã nêu ta thấy về mặt thi công cũng như tính toán ta có thể chọncả 2 phương án

Việc chọn phương án phải căn cứ vào các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật , yêu cầutổng hợp về : kinh tế, cấu tạo, thi công, khai thác và kiến trúc và khả năng thiết bị củađơn vị thi công

Tuy nhiên trong phạm vi đồ án tốt nghiệp ngoài việc dùng các chỉ tiêu kinh tế kĩthuật để đánh giá lựa chọn phương án ta còn phải căn cứ vào bình diện chung, hướngphát triển và mục đích học tập Hiện nay nhu cầu phát triển kinh tế đòi hỏi nhữngthành tựu khoa học kĩ thuật đáp ứng được cho nền kinh tế cũng như cảnh quan Cùngvới sự trợ giúp về công nghệ và kinh nghiệm của các tập đoàn xây dựng có kỹ thuậtcao, việc tiếp cận, nghiên cứu là rất cần thiết phù hợp với xu thế phát triển của nềnkinh tế cũng như nghành xây dựng cầu nước nhà Kết cấu cầu dầm vòm liên hợp ốngthép nhồi bê tông nói riêng cũng như kết cấu cầu vòm nói chung là những loại cầuhiện đại, và có tương lai rất rõ rệt trong quá trình phát triển ngành xây dựng cầu nóiriêng và quá trình phát triển của đất nước nói chung Đây là sơ đồ tỏ ra có nhiều điểmtương thích với điều kiện địa chất khí hậu nước ta, phù hợp với thẩm mĩ chung củamọi người Khả năng vượt nhịp lớn, hình dáng kiến trúc hài hoà, thẩm mỹ cao và tiếnđộ thi công nhanh cũng như năng lực sử dụng lâu dài của sơ đồ cầu cũng rất phù hợp

với tình hình kinh tế xã hội và nhu cầu xây dựng hiện nay của ta Đặc biệt thích hợpvới các loại cầu trong thành phố hay vượt các thung lũng, hểm núi sâu

Vì vậy với mục đích là học tập và nghiên cứu cũng như lòng đam mê khôngngừng học hỏi và tìm tòi sự mới lạ em đã mạnh dạn đề xuất phương án cầu dầm vòmống thép nhồi bê tông làm phương án kỹ thuật của em

Hơn nữa kết cấu cầu dầm vòm ống thép nhồi bêtông trên khi so sánh về các chỉtiêu khác như: kinh tế, kỹ thuật, thẩm mỹ tính mỹ quan, điều kiện thi công, trình độcông nghệ hiện có cũng như vai trò tầm quan trọng của cây cầu này …….Như vậy khi

so sánh với các kết cấu mà đã đề xuất ở trên thì ta thấy cả hai phương án đều khôngchênh lệch nhau nhiều về mặt tổng giá trị công trình Tuy nhiên đây là một côngtrình quan trọng và mang tính chất trọng điểm trong năm của nứơc ta Một công trìnhtrong thành phố nên đòi hỏi thẫm mỹ rất cao và khi kết cấu này được chọn thì nó sẽtạo nên vẻ mới lạ hấp dẫn hơn với mọi người Chính vì vậy mà em đề xuất kết cấucầu vòm ống thép nhồi bêtông làm phương án kỹ thuật

PHẦN II

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

CHƯƠNG 4 ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC

1 PHÂN TÍCH KẾT CẤU

1.1 Liên kết các bộ phận của kết cấu cầu

Đường trục hai sườn vòm là parabol, song song và liên kết với nhau thông quacác thanh giằng ngang tại đỉnh vòm và 2 dầm ngang đầu vòm Giằng ngang liên kếtvới sườn vòm bằng đường hàn và có tăng cường cốt thép chống lực cắt Dầm ngangtại chân vòm liên kết ngàm với sườn vòm bằng mối nối bê tông cốt thép

Thanh kéo trong mỗi sườn vòm giữ vai trò cân bằng lực xô ngang trong sườnvòm, được neo giữ tại chân vòm thông qua các neo như trong dầm BTCT DƯL Thanhkéo nằm độc lập trên vị trí dầm dọc biên và được đậy bằng hộp BTCT hình chữ U.Dầm ngang gồm 2 loại: dầm ngang giữa và dầm ngang đầu vòm Dầm nganggiữa liên kết vào sườn vòm thông qua thanh cáp treo tại mỗi đầu dầm ngang Đầutrên của thanh cáp treo gắn chặt với sườn vòm Đối với dầm ngang đầu vòm được liênkết ngàm cứng vào chân vòm, vai trò dầm ngang đầu vòm vừa là dầm ngang cho hệmặt cầu vừa là giằng ngang dưới cho sườn vòm

Dầm dọc là những đoạn dầm với chiều dài phụ thuộc khoảng cách cáp treo, gốitrực tiếp lên dầm ngang Nhiệm vụ của dầm dọc là cố định các đầu dầm ngang, dầmdọc chủ yếu là chịu lực nén do thanh kéo truyền lên trong các giai đoạn thi công vàtrong giai đoạn sử dụng Riêng 4 đầu dầm dọc tiếp xúc với chân sườn vòm được cấutạo xiên (theo chân vòm) để liên kết vào chân vòm bằng mối nối BTCT Các liên kếtdầm dọc với dầm ngang và dầm dọc với chân vòm được xử lý bằng mối nối BTCT;cốt thép được chờ sẵn tại dầm dọc, dầm ngang và chân vòm sau khi lắp đặt đúng vị trísẽ đổ bêtông nối

Bản mặt cầu gồm các dầm bản giữa có mặt cắt dạng chữ T và 2 dầm ngoài cómặt cắt chữ nhật, tất cả dầm bản gối lêân phần colson của dầm ngang Các dầm bảnliên kết ngang bằng mối nối BTCT Phủ trên bản mặt cầu là lớp bê tông cốt thép tăngcường để thống nhất hệ bản mặt cầu cùng làm việc

Hệ thống lan can tay vịn và các lớp mặt đường được xây dựng trực tiếp trên lớpbê tông cốt thép tăng cường bằng bê tông đổ tại chỗ hoặc lắp ghép

Toàn bộ kết cấu cầu đặt trên 2 trụ thông qua 4 gối cầu, gồm 2 gối di động và 2gối cố định Trong trường hợp siêu tĩnh, có thể sử dụng 4 gối cố định.

Nhận xét: Ổn định không gian vòm được đảm bảo bởi hệ liên kết giằng trên và

liên kết giằng dưới (dầm ngang đầu vòm) Dầm ngang, dầm dọc, dầm bản được toànkhối hoá nhờ lớp bêtông cốt thép tăng cường, hình thành hệ mặt cầu Hệ mặt cầuđược ngàm cứng vào sườn vòm nhờ 2 dầm ngang đầu vòm có độ rất lớn đã hạn chếdao động ngang cho hệ mặt cầu

Tải trọng tác dụng:

Tĩnh tải: là trọng lượng bản thân sườn vòm và trọng lượng các bộ phận tham giakết cấu cầu vòm như: giằng ngang, cáp thanh treo, cáp thanh kéo, dầm dọc, dầmngang, hệ lan can, bản mặt cầu, lớp bê tông cốt thép tăng cường mặt cầu, các lớp mặtđường, hộp bê tông đậy cáp thanh kéo

Hoạt tải: tải trọng xe HL93 tác dụng theo phương thẳng đứng Tải trọng gió tácdụng theo phương ngang

1.2 Phân bố họat tải trong kết cấu vòm

Hoạt tải xe và người đi trên cầu tác dụng tải trọng lên lớp mặt đường (trên cầu) sẽ được phân bố xuống dầm ngang thông qua hệ mặt cầu gồm dầm dọc, dầm ngang và bản mặt cầu Dầm ngang tiếp tục truyền tải trọng lên sườn vòm thông qua thanh treo Tải trọng truyền lên sườn vòm tập trung tại các vị trí liên kết cáp treo và tại liên kết dầm ngang đầu vòm Trong sườn vòm phát sinh các nội lực N,Q,M Toàn bộ tải trọng cầu tác dụng lên trụ theo theo 2 phương, trong đó một thành phần tải trọng theo

phương thẳng đứng được truyền lên mố trụ và một thành phần theo phương ngang truyền vào thanh kéo Phần tải trọng trong mố được truyền xuống đất, phần tải trọng trong thanh kéo được cân bằng nhờ cáp DƯ

2 MỤC TIÊU CỦA ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC VÀ CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN 2.1 Mục đích của việc điều chỉnh nội lực

 Khi căng các dây, biến dạng của dầm dọc, của thân vòm sẽ làm thay đổi đườngđích thiết kế của kết cấu Vì vậy ĐCNL có mục đích điều chỉnh cao độ của các nútdây treo để đạt được đường cong đích thiết kế

 Hệ quả của ĐCNL theo độ võng sẽ điều hòa mômen trong dầm dọc

2.2 Nguyên tắc của việc điều chỉnh nội lực

Để đảm bảo độ tin cậy trong quá trình căng kéo các dây, giảm tối đa công lao động và thiết bị, các biện pháp điều chỉnh cần thoả mãn các mục tiêu sau :

+ Mỗi dây treo chỉ căng chỉnh 1 lần.

+ Kết quả tính toán cần đạt trị số mong muốn về biến dạng của hệ chịu tĩnh tải hoặc về mômen uống trong dầm chủ dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải

+ Tính toán cần chỉ ra được hệ xuất phát (trạng thái A) ,trình tự căng kéo các dây ,nội lực và biến dạng trong hệ xuất phát và diễn biến trong quá trình thi công Đảmbảo công trình đủ bền và ổn định dưới tác dụng của lực căng chỉnh và hoạt tải thi công tương ứng với từng giai đoạn căng chỉnh

+ Khi căng mỗi dây cần chỉ định lực căng của bó cáp , cao độ nút neo dây ở trạng thái hoàn chỉnh (trạng thái B) để tiện theo dõi và điều chỉnh khi cần thiết

2.3 Các giả thiết khi điều chỉnh nội lực

Để thuận tiện trong tính toán, ngoài các giả thiết cơ bản trong cơ học kết cấu đối với hệ thanh cần thống nhất thêm các giả thiết:

+ Trục của dầm chủ được coi như thẳng và nằm ngang, trắc dọc của dầm khi chế tạo coi như có độ võng bằng 0 ảnh hưởng của độ cong hay độ dốc của dầm khi chế tạo sẽ được bổ sung và trắc dọc thực tế độc lập với quá trình điều chỉnh

+ Dây treo tuyệt đối thẳng, có khả năng chịu kéo và chịu nén, liên kết khớp với vòm và dầm ngang

2.4 Biện pháp điều chỉnh nội lực

Có rất nhiều biện pháp và công nghệ điều chỉnh khác nhau để đạt được hoặc biểu đồ biến dạng hoặc biểu đồ nội lực hợp lý , hoặc là đạt cả hai Mỗi biện pháp đều có những đặc điểm và phạm vi áp dụng riêng Ta có thể áp dụng một trong các biện pháp sau để điều chỉnh nội lực :

+ Tạo dầm có độ võng ngược trong quá trình thi công

+ Tạo các khớp tạm biến hệ thành tĩnh định trong thi công

+ Dùng biện pháp căng kéo các dây treo để tạo biểu đồ mô men ngược dấu vớimô men gây ra do tĩnh tải và một phần do hoạt tải

Trong kết cấu cầu dầm vòm thép ống nhồi bê tông em sử dụng phương pháp điều chỉnh nội lực bằng cách căng kéo các dây treo

 Điều chỉnh nội lực bằng căng kéo các dây treo dựa trên nguyên tắc sau

+ Cầu vòm làm việc như một dầm liên tục trên các gối đàn hồi , khi chịu tĩnh tải dầm cứng bị võng , gây mô men uốn , nếu bằng biện pháp căng kéo các dây để tạo được các phản lực thẳng đứng có giá trị bằng phản lực khi các điểm neo dây được coi như kê trên các gối cứng hoặc triệt tiêu được độ võng các nút do tĩnh tải thì mô men uốn của dầm trở thành mô men uốn của dầm liên tục tựa trên các gối cứng

+ Việc triệt tiêu độ võng hoặc tạo biểu đồ mô men uốn tốt nhất trong đầm cứngthực hiện bằng căng kéo các dây làm thay đổi nội lực và biến dạng trong hệ

+ Để giảm số lượng các thiết bị căng kéo và tập trung chỉ đạo , công tác điều chỉnh nên thực hiện làm nhiều đợt , trong mỗi đợt số dây cần căng nên chọn thích hợpvới số thiết bị và sơ đồ chịu lực , ví dụ khi sơ đồ đối xứng thì ta có thể căng từng cặp dây , còn trong trường hợp chung thì nên căng từng dây một

+ Mỗi dây chỉ nên căng 1 lần , việc vi chỉnh hoặc căng chỉnh lại các dây nên hạn chế tối thiểu , do đó phải dự liệu sự ảnh hưởng của sự điều chỉnh nội lực trong tất cả các dây sau đến lực căng của dây đang chỉnh và độ võng của nút

+ Khi căng dây nào thì loại dây đó ra khỏi kết cấu và thay bằng 1 ngoại lực+ Mỗi dây sau khi lắp đặt sẽ tham gia làm việc như một phần tử của kết cấu + Trình tự căng kéo cần gắn liền với các bước thi công , tránh gây quá tải cho công trình dưới tác dụng của tĩnh tải , lực điều chỉnh và hoạt tải thi công

2.5 Nội dung tính toán của cầu vòm khi khi điều chỉnh nội lực

+ Xác định trạng thái cuối cùng (biến dạng hoặc nội lực ) – mục tiêu cần đạt (trạng thái B).

+ Căn cứ vào công nghệ thi công và trình tự lắp đặt dây, xác định trạng thái xuất phát (trạng thái A)

+ Xác định nội lực và biến dạng do tĩnh tải I, tĩnh tải II, do các ảnh hưởng thứ cấp (từ biến , co ngót và biến dạng dư của dây theo thời gian) Xác định biểu đồ bao mômen uốn của các tải trọng tác dụng lên hệ hoàn chỉnh (nếu muốn triệt tiêu cả một phần ảnh hưởng do hoạt tải)

+ Chọn phương pháp tính (phương pháp lực hoặc phương pháp chuyển vị), chỉ định trình tự căng chỉnh , định véc tơ ẩn số trong hệ

+ Lập phương trình trên cơ sở mục tiêu đã chọn

+ Xác định các ẩn lực thoả mãn các mục tiêu trên

+ Xác định lực căng trong dây , độ cao cần chỉnh của các nút theo đúng trình tự căng đã chọn

+ Xác định nội lực và biến dạng ở trạng thái cuối cùng (B) do tĩnh tải (I,II), các ảnh hưởng thứ cấp và lực điều chỉnh

+ Kiểm tra kết quả theo các số liệu của mục tiêu

3 LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC

3.1 Trạng thái xuất phát

- Điều chỉnh nội lực có thể được thực hiện trong quá trình lắp dầm và dây, hoặc trước khi đưa công trình vào khai thác Trạng thái công trình trước khi căng kéo gọi là trạngthái xuất phát (trạng thái A)

- Trạng thái xuất phát tuỳ thuộc vào công nghệ thi công :

Do thi công theo phương pháp lắp dầm trên trụ tạm nên trạng thái xuất phát là sơ đồ cầu sau khi đã thi công xong dầm cứng.

3.2 Trạng thái cuối cùng

- Trạng thái cuối dùng là trạng thái công trình hoàn chỉnh về kết cấu hợp lý về phân bố nội lực hoặc biến dạng Xác định trạng thái cuối cùng là xác định hàm mục tiêu cần đạt Hàm mục tiêu có thể là độ võng tốt nhất của công trình hoàn chỉnh khi chịu tĩnh tải và một phần hoạt tải , hoặc phân bố mô men hợp lý nhất Trong 3 mục tiêu trên nếu chọn độ võng thì mô men là hệ quả và ngược lại Như vây ta có thể chọn 1 trong 3 mục tiêu :

+ Nếu dùng hàm lực dọc làm chuẩn thì sẽ khống chế lực dọc sau điều chỉnh tại các nút có giá trị cân bằng phản lực gối cứng của dầm liên tục

+ Nếu dùng độ võng là hệ tiêu chuẩn thì độ võng sau khi điều chỉnh bằng 0 hoặc có độ vồng ngược theo yêu cầu thíêt kế , để khắc phục độ võng do tĩnh tải ,do ảnh hưởng của các hiệu ứng thứ cấp và có thể là một phần do hoạt tải

+ Nếu dùng hàm mô men làm chuẩn thì sẽ khống chế mô men âm sau điều chỉnh tại các nút có giá trị bằng mô men trên gối cứng của dầm liên tục hoặc chuyển đường không tải mô men trong biểu đồ bao để có mô men dương giữa nhịp các

khoang bằng mô men tại các nút neo dây

Trong bài toán này em chọn hàm mục tiêu là hàm độ võng

3.3 Mục đích của bài toán điều chỉnh nội lực

- Dựa trên trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng , khi thi công căng chỉnh mỗi dây treo cần đạt được các mục tiêu sau :

+ Đảm bảo độ bền và ổn định cho công trình trong quá trình thi công