Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu độ vồng chế tạo dầm "Pre-Beam" và giải pháp liên tục hóa

TÓM TẮT LUẬN VĂN Kết cấu cầu hiện hữu ở Việt Nam rất đa dạng, đặc biệt là kết cấu cầu thép liên hợp đang được ưu tiên sử dụng cho các cầu vượt nút giao thông trong thành phố… Bên cạnh vấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-oOo -

NGÔ HOÀNG

NGHIÊN CỨU ĐỘ VỒNG CHẾ TẠO DẦM “PRE- BEAM”

VÀ GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA

Chuyên ngành : Xây dựng cầu, hầm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 19/09/1985 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm Mã số : 605825

I. TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu độ vồng chế tạo của dầm “Pre-beam” nhịp giản đơn và

giải pháp liên tục hóa”

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Thông qua tính toán, phân tích một số cầu giản đơn có

chiều dài nhịp thay đổi từ 25m đến 38m và có bề rộng cầu không đổi 12m, từ đó đề xuất mối quan hệ giữa độ vồng chế tạo dầm Pre-beam với chiều dài nhịp và giá trị lực kích dầm ban đầu hợp lý ; Nghiên cứu giải pháp liên tục hóa dầm

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/07/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Lê Thị Bích Thủy

Tp HCM, ngày tháng năm 20

TRƯỞNG KHOA….………

Xin trân trọng gởi lời cám ơn đến tất cả quý thầy cô, người thân, đồng nghiệp; những người đã khuyến khích, hỗ trợ, động viên và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua, để ngày hôm nay tôi có thể hoàn thành chương trình học

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa, Bộ Môn Cầu Đường – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức bổ ích và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Thị Bích Thủy, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cám ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Kết cấu cầu hiện hữu ở Việt Nam rất đa dạng, đặc biệt là kết cấu cầu thép liên hợp đang được ưu tiên sử dụng cho các cầu vượt nút giao thông trong thành phố… Bên cạnh vấn đề về khả năng chịu lực của kết cấu, độ thanh mảnh và chiều cao dầm của cầu cũng rất quan trọng nếu xét trên quan điểm kiến trúc Kết cấu dầm “Pre-beam” được phát triển có nhiều ưu điểm hơn về khả năng chịu lực, kinh tế và thẩm

mỹ so với kết cấu cầu thép liên hợp

Đề tài “Nghiên cứu độ vồng chế tạo của dầm “Pre-beam” nhịp giản đơn và giải pháp liên tục hóa” mong muốn đưa ra các thông số đánh giá về độ vồng chế tạo và lực kích phù hợp làm tài liệu tham khảo trong quá trình thiết kế cũng như thi công

Luận văn gồm 4 chương : Chương 1: Tổng quan về đề tài; Chương 2: Công nghê thi công; Chương 3: Nghiên cứu, xác định độ vồng chế tạo của dầm “Pre-beam” nhịp

giản đơn; Chương 4: Giải pháp liên tục hóa dầm “Pre-beam”

ABSTRACT

Existing bridge structures are used plentiful in Vietnam Specially, Concrete- Steel composite girder used preferentially for bridges that pass intersections in the city Beside loading capacity, slender girder and girder depth are important element when they consider to the aesthetic point of view Pre-beam is developed more advantage than Concrete- Steel composite girder about loading capacity, economic and landscape

The thesis “Research of fabrication rise of simple span beam and beam continous solution” desired to show the basic evaluating parameters for resonable fabrication rise and bending force, to reference in the design process as well as construction

Pre-The Master Pre-Thesis includes 4 Chapters: Chapter 1: General;

Chapter 2: Construction technology; Chapter 3: Research of fabrication rise of simple span Pre-beam; Chapter 4: Pre-beam continous solution

Tôi tên: Ngô Hoàng, là học viên cao học chuyên ngành xây dựng Cầu, hầm khóa 2012 tại trường Đại học Bách Khoa TPHCM Tôi cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Lê Thị Bích Thủy

Các kết quả đạt được trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được công bố dưới bất cứ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp của mình

Học viên

Ngô Hoàng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng nghiên cứu 1

4 Phạm vị nghiên cứu 1

5 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1.Tổng quan về cầu dầm thép 3

1.1.1 Cầu dầm thép tiết diện hộp 3

1.1.2 Cầu dầm thép tiết diện chữ I 4

1.1.3 Dầm thép liên hợp uốn trước (Preflex girder) 5

1.2.Giới thiệu về cầu dầm “Pre- beam” 6

1.3.Cấu tạo dầm “Pre- beam” 7

1.4.Liên kết bản bê tông và dầm thép 8

1.5.Ưu, nhược điểm của cầu “Pre- beam” 9

1.6.Triển vọng áp dụng ở Việt Nam 10

2.3.Thi công trong xưởng 15

2.4.Thi công ngoài hiện trường 17

2.5.Thi công kích dầm đổ bê tông bản cánh dưới 17

3.1.Nguyên lý tính toán thiết kế 21

3.2.Tính toán, kiểm toán dầm Pre- beam 25

3.2.1 Lựa chọn số liệu tính toán: 25

3.2.2 Tính toán các thông số cần thiết: 27

3.2.3 Tính toán nội lực và ứng suất 28

3.2.4 Kiểm toán dầm ở TTGHCĐ 29

3.2.5 Kiểm toán độ võng của dầm ở TTGHSD 34

3.3.Khảo sát ứng suất khi thay đổi kích thước bản cánh dầm thép 35

3.3.1 Thay đổi chiều rộng bản cánh trên 36

3.3.2 Thay đổi chiều rộng bản cánh dưới 38

3.5.1 Thông số đầu vào, đặc trưng hình học 50

3.5.2 Tính toán các momen, ứng suất do tải trọng gây ra 53

4.3.1 Thi công trong xưởng 63

4.3.2 Thi công ngoài công trường 67

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước kéo theo mật độ lưu thông ngày càng cao, thường xuyên xảy ra tình trạng tắc nghẽn tại các nút giao trong giờ cao điểm ở các thành phố lớn của đất nước, đặt biệt là hai thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh Để hạn chế việc ùn tắc, xây dựng các cầu vượt thép ngày càng nhiều và đã góp phần không nhỏ trong việc giải quyết ùn tắc giao thông tại các giao lộ “nóng” trên địa bàn

Ưu điểm của các công trình cầu vượt thép đang sử dụng là gọn nhẹ, thời gian thi công ngắn, tháo gỡ nhanh Tuy nhiên cũng có 1 số khó khăn cần được xem xét đến như là: chi phí bảo dưỡng cầu định kì, chống gỉ, chống ồn và đặt biệt là mỹ quan đô thị tại vị trí xây dựng

Để giải quyết khó khăn trên và mang lại hiệu quả cao, việc nghiên cứu kết cấu dầm “Pre- beam” ứng dụng vào điều kiện thực tế ở Việt Nam là hết sức cần thiết nhằm khắc phục một số nhược điểm của kết cấu dầm thép liên hợp đã và đang sử dụng như: hạn chế tĩnh không, không gây tiếng ồn, giảm chi phí duy tu bảo dưỡng và đảm bảo mỹ quan đô thị Ngoài ra, kết cấu cầu này có thể áp dụng rộng rãi trong các dự án đường sắt, bộ trên cao, đường vành đai trong tương lai

Đề tài tập trung nghiên cứu độ vồng chế tạo của dầm thép với chiều dài nhịp khác nhau nhằm đưa ra 1 tỷ lệ chung giữa chiều dài nhịp dầm và độ vồng chế tạo

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nội dung luận văn tập trung giải quyết ba mục tiêu chính sau: – Nghiên cứu biện pháp thi công;

– Nghiên cứu kết cấu dầm Prebeam nhịp giản đơn về độ vồng chế tạo dầm thép (tấm thép);

– Giải pháp liên tục hóa

3 Đối tượng nghiên cứu

Kết cấu cầu sử dụng dầm Pre- beam, bao gồm dầm thép chữ I được bọc bê tông bên ngoài Dầm I được chế tạo từ các tấm thép có độ vồng trước, sau đó đổ bê bản cánh dưới và gây ứng lực thích hợp Kết cấu dầm Prebeam làm việc tương tư như dầm thép liên hợp bê tông cốt thép

4 Phạm vị nghiên cứu

Bề rộng cầu: nghiên cứu kết cấu cầu Pre- beam vượt các nút giao thông trong đô thị có bề rộng cầu khoảng 12m, bao gồm 7 dầm chủ

Chiều dài nhịp: – Cầu dầm giản đơn có chiều dài nhịp 25m, 30m, 33m, 38m – Cầu dầm liên tục có chiều dài nhịp lớn hơn 30m

5 Phương pháp nghiên cứu

Một số phương pháp nghiên cứu chính sau: – Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu tham khảo có liên quan đến kết cấu

dầm Pre- beam; – Phân tích lý thuyết tính toán, tính toán theo các giai đoạn thi công; – Lựa chọn một số trường hợp nghiên cứu, tiến hành xây dựng mô hình kết cấu; – Tổng hợp, phân tích, nhận xét kết quả đạt được qua việc thống kê và đồ thị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Phần giới thiệu tổng quan nhằm mục đích trình bày những khái niệm, cấu tạo, ưu khuyết điểm, ứng dụng của kết cấu cầu thép liên hợp nói chung và cầu dầm Pre-beam nói riêng trong thực tế và triển vọng áp dụng tại Việt Nam Làm rõ hơn về phương diện cấu tạo, vật liệu giúp xác định được kích thước của các hạng mục kết cấu chính phục vụ cho đề tài nghiên cứu

1.1 Tổng quan về cầu dầm thép

Cầu thép ra đời và phát triển cùng với sự lớn mạnh của ngành công nghệ luyện kim trên thế giới Sau khi bê tông cốt thép ra đời, việc nghiên cứu kết hợp hai loại vật liệu là thép và bê tông cốt thép để tăng cường độ cứng của thép và bê tông bảo vệ cốt thép khỏi ảnh hưởng của môi trường nhằm mục đích sử dụng hiệu quả hai loại vật liệu này

Kết cấu dầm thép liên hợp bản BTCT là một trong những dạng kết cấu cầu được sử dụng khá phổ biến trên thế giới trong cầu ô tô và cầu đường sắt Đó là dạng kết cấu làm từ hai loại vật liệu là thép và bê tông cốt thép, được liên kết chặt chẽ với nhau để cùng tham gia chịu lực thông qua các hệ thống neo liên kết Vật liệu thép ở đây thường là các loại thép hình, vật liệu BTCT có thể là BTCT thường hoặc BTCT dự ứng lực Một số loại cầu dầm liên hợp đã được sử dụng:

1.1.1 Cầu dầm thép tiết diện hộp

Thích hợp cho các nhịp dầm đơn giản nhịp từ 25m trở lên hoặc cầu dầm liên tục nhịp trên 36m, là kết cấu nhịp có dạng ống, trong đó bản đáy và vách được làm bằng thép tấm, bản mặt cầu bằng bê tông cốt thép Dầm thép tiết diện hộp có thể là hộp đơn, hộp kép hoặc nhiều hộp Cầu dầm thép tiết diện hộp có thể có hai hay nhiều tiết diện ngang kín riêng lẻ, bên trên có bản bê tông cốt thép Vách có thể đứng hoặc xiên; vách xiên có ưu điểm là bản đáy hẹp hơn Bản biên trên thường đủ rộng để đỡ bản bê tông và đủ để bố trí neo chống cắt cho tiết diện liên hợp Trong cầu dầm thép tiết diện hộp liên hợp có trục thẳng đứng đối xứng, mỗi nữa của tiết diện hộp có thể được coi như tương đương với một tiết diện I ghép

Dầm thép hộp có các ưu, nhược điểm giống dầm thép I Tuy nhiên có ưu điểm vượt trội hơn là độ cứng và cường độ chống xoắn cao do tiết diện ngang kín

Hình 1.1 Mặt cắt ngang cầu dầm thép hộp liên hợp

1.1.2 Cầu dầm thép tiết diện chữ I

Phổ biến cho các nhịp cầu nhỏ và vừa trên đường ô tô Đối với các nhịp nhỏ (<30m) thông thường thép chủ làm bằng thép hình I cán đặt cách đều và song song với nhau Đối với các nhịp lớn hơn thường dùng dầm thép tổ hợp, dầm này thường có chiều cao lớn hơn chiều cao lớn nhất của các dầm thép cán Bên trên dầm thép thường là bản bê tông cốt thép vừa làm bản mặt cầu cho xe chạy vừa tạo độ cứng ngang cho các dầm dọc

Hình 1.2 Mặt cắt ngang cầu dầm I liên hợp Loại cầu này được dùng phổ biến trên thế giới và cả Việt Nam Ở Việt Nam đang được sử dụng cho các cầu vượt nút giao để giảm ùn tắc giao thông, chủ yếu ở 2 thành phố lớn: Hà Nội và Hồ Chí Minh

Dầm thép I liên hợp có nhiều ưu điểm như: tính đồng nhất cao, chịu nhiệt tốt, dễ gia công chế tạo, có thể cơ giới hoá triệt để và kết cấu thanh mảnh, nhẹ Có thể dùng trong các công trình tạm cũng như vĩnh cửu Tuy nhiên cũng có 1 số nhược điểm: hiện tượng gỉ làm ăn mòn kim loại, làm giảm tiết diện chịu lực, phá hoại các liên kết, do đó làm giảm tuổi thọ của công trình và chi phí duy tu bảo dưỡng cao.

1.1.3.1 Dầm thép liên hợp uốn trước (loại 1): Công nghệ này được giới thiệu tại Bỉ vào năm 1951, sau đó được áp dụng rộng rải ở Nhật, Đức, Hàn Quốc,… Cấu tạo tương tự như dầm thép I liên hợp bản bê tông cốt thép Tuy nhiên loại dầm này được thiết kế bê tông bọc bản cánh thép phía dưới và bản bê tông này được tạo ứng suất trước bằng cách uốn dầm thép bởi 2 lực kích đặt cách dầu dầm 1/3 hoặc 1/4 chiều dài nhịp, sau đó bổ bê tông bản cánh dưới và khi bê tông đạt cường độ thiết kế thì dỡ tải

Hình 1.3 Dầm thép liên hợp ứng suất trước (Preflex girder), [9]

Công nghệ này được áp dụng đầu tiên cho kết cấu dân dụng như tòa nhà Southern Tower ở Bỉ có 144 dầm, tòa nhà Berlaymont Building có 319 dầm và sau đó được ứng dụng rộng rải trong các công trình cầu đường bộ, sắt

1.1.3.2 Dầm thép liên hợp uốn trước (loại 2- Prebeam): Tương tự như loại 1, dầm thép được bao bọc toàn bộ bằng bê tông và cũng gây ứng suất trước cho bản bê tông cánh dưới dầm Trong đề tài luận văn tập trung nghiên cứu loại kết cấu này

1.2 Giới thiệu về cầu dầm “Pre- beam”

Trước đây dầm thép và bê tông cùng làm việc với nhau chỉ mang tính chất liên hợp giữa hai loại vật liệu, chưa tạo dự ứng lực trong bê tông ngoại trừ các biện pháp điều chỉnh ứng suất sau khi chế tạo Vì vậy không phát huy tối đa khả năng của bê tông trong cơ chế làm việc của kết cấu, với quan điểm đó bê tông bọc ngoài dầm thép và tạo dự ứng lực cho bê tông trong quá trình chế tạo đã được nghiên cứu Kết cấu này phát triển chủ yếu ở Nhật Bản với tên gọi tắt là ’’Pre- beam’’, đã có nhiều công trình cầu và các công trình khác sử dụng

Hình 1.4 Cầu Makabi, [14]

Bảng 1 Một số công trình cầu Pre-beam, [14]

cầu (m)

Khai thác

Cầu dầm Pre-Beam dùng làm cầu vượt qua các công trình giao thông quan trọng hoặc vượt địa hình yêu cầu về kiến trúc Dầm Pre-beam có thể được hiểu là

dầm liên hợp thép và bê tông hay dầm bê tông cốt thép hình được dự ứng lực nhờ công nghệ gia tải lên thép hình có độ vồng sẵn

Sự tiếp xúc đơn giản giữa bê tông và thép có được khi đổ bê tông không đủ để đảm bảo một sự dính kết tốt nhất giữa hai loại vật liệu Sự dính kết này phụ thuộc trạng thái bề mặt của thép và dường như không đủ để chống lại tác dụng mỏi Hơn nữa sự co ngót theo chiều ngang của bê tông có xu hướng bóc bê tông ra khỏi các mặt thẳng đứng của sườn dầm thép Khi mà điều này xảy ra thì sẽ không còn sự dính kết giữa bê tông và thép nữa Vì vậy cần phải bố trí các cốt thép thường để liên kết hai vật liệu này và đảm bảo sự liên kết chắc chắn giữa bê tông và thép Ngoài ra trên dầm thép cán còn bố trí các sườn tăng cường để tăng khả năng ổn định của dầm thép

Công nghệ dầm Pre-beam là một dạng của công nghệ tạo dự ứng lực dùng giải pháp uốn trước (Pre-flexion) dầm thép một cách hợp lý Công nghệ này được thực hiện trong nhà máy, dầm thép được bao bọc hoàn toàn bởi bê tông, riêng phần bê tông bản cánh dưới được tạo ứng suất nén trước, phần bê tông bản mặt cầu và bê tông bản bụng được đổ tại chỗ ngoài công trường Dầm thép và bản bê tông được liên hợp với nhau nhờ các đinh neo hay lưới cốt thép và trở thành dầm có các đặc tính nổi bật

1.3 Cấu tạo dầm “Pre- beam”

Hình 1.5 Cầu dầm Pre- beam Dầm Pre-Beam tương tự như dầm thép liên hợp bê tông cốt thép Tuy nhiên ở đây dầm thép I được bọc bởi bê tông và cùng với bê tông bọc chịu tải trọng, lúc này liên kết giữa bê tông và dầm thép giống như dầm bê tông cốt thép mà dầm thép I đóng vai trò là cốt thép chủ (cốt cứng), bao gồm:

– Dầm thép là dầm I tổ hợp hàn các tấm thép được chế tạo có độ vồng trước Vật liệu làm dầm thép theo AASHTO M270M cấp 345 (345W) ;

Hình 1.6 Gia công chế tạo dầm thép I – Dầm thép được bao bọc bằng bê tông Lớp bê tông này được đổ theo từng

phân đoạn trên từng vị trí của dầm thép: + Bản cánh dưới sử dụng bê tông cường độ cao f’c≥ 50Mpa; + Bản sườn, bản cánh trên, dầm ngang sử dụng bê tông có cường độ chịu

nén f’c≥30Mpa

Hình 1.7 Bê tông bọc dầm thép – Đối với bản cánh dưới thiết kế các đinh neo (neo hộp) để liên hợp dầm thép

với bê tông – Đối với bản cánh trên được thiết kế các chốt đinh neo – Ngoài ra, các thanh cốt đai được hàn vào dầm thép, có thể được xem như là

các neo liên kết trong kết cấu dầm thép liên hợp BTCT

1.4 Liên kết bản bê tông và dầm thép

Để bê tông bọc quanh cùng làm việc với dầm thép tạo thành 1 kết cấu liên hợp Vì vậy tính toán thiết kế, bố trí các đinh neo và thiết lập các cốt đai:

– Neo chống cắt: bản cánh trên, cánh dưới của dầm thép phải bố trí neo đinh chống cắt ở mặt tiếp xúc giữa bản bê tông và thép để chịu lực cắt Các neo chống cắt thiết kế cho phép khi đầm kỹ bê tông vẫn bảo đảm toàn bộ bề mặt của chúng được tiếp xúc với bê tông Các neo phải có khả năng chống lại cả

hai chuyển vị thẳng đứng và ngang giữa bê tông và thép Tỷ lệ của chiều cao với đường kính của neo đinh chịu cắt không được nhỏ hơn 4,0

– Cốt thép bố trí chống bóc: khi đổ bê tông bản bụng, bản đáy, để bê tông không bị bóc tách và không bị nứt, người ta bố trí vào cốt thép dọc trục và cốt đai – Sườn gờ tăng cường ngang gồm có các tấm hoặc thép góc được hàn hoặc liên

kết bằng bulông vào một hoặc cả hai bên của bản bụng Các sườn tăng cường không sử dụng như là các tấm nối, phải lắp khít chặt vào bản cánh chịu nén, nhưng không cần phải ép vào mặt bản cánh chịu kéo

ThÐp chèng bãc t¸ch BTNeo chèng c¾t

Hình 1.8 Bê tông bọc dầm thép

1.5 Ưu, nhược điểm của cầu “Pre- beam”

Kết cấu dầm Pre-beam kết hợp bê tông và dầm thép, tăng khả năng chịu lực cho bê tông bản cánh dưới bằng cách tạo ứng lực nén trước, vì vậy làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu, tiết kiệm vật liệu Một số ưu điểm vượt trội so với cầu thép liên hợp thông thường, có thể liệt kê sau đây:

– Chiều cao dầm thấp: dầm Pre – beam có một ưu điểm lớn trong trường hợp yêu cầu khắt khe về chiều cao dầm bởi vì dầm có độ cứng cao cùng với việc tạo ứng lực trước cho bản bê tông chịu kéo làm tăng khả năng chịu tải của dầm Chiều cao dầm Pre-beam thấp hơn khoảng 30% so với dầm bê tông cốt thép dự ứng lực đang được sử dụng với cùng chiều dài nhịp

Bảng 2 Thống kê so sánh chiều cao dầm Pre-beam

Lnhịp (m) H dầm Pre-beam (m) H dầm BTCT DUL (m) Tỷ lệ Prebeam/ BTCT DUL

– Mỹ quan công trình: chiều cao kiến trúc thấp đảm bảo mỹ quan hơn cho các cầu vượt sử dụng trong thành phố;

– Hạn chế tiếng ồn: dầm được bọc bằng bê tông, khi khai thác sẽ hạn chế tiếng ồn gây ra môi trường, đặc biệt là các cầu trong thành phố;

– Chi phí duy tu bảo dưỡng thấp: dầm Pre – beam có thể dễ dàng được bảo dưỡng và không cần phải sơn chống gỉ định kỳ cho dầm thép ở bên trong Tuy nhiên cũng có 1 số hạn chế: công nghệ thi công đòi hỏi phải sử dụng bê tông cường độ cao, thép cường độ cao, kích có lực ép lớn, trình độ thi công cao và quy trình giám sát thi công chặt chẽ Những yếu tố này sẽ làm tăng giá thành xây dựng trong thời gian đầu khi mới bắt đầu áp dụng, nhưng sau khi làm chủ được công nghệ thi công, sản xuất thép, giá thành sẽ giảm

1.6 Triển vọng áp dụng ở Việt Nam

Dầm Prebeam được sử dụng rộng rãi đối với các cầu có chiều dài L = 25 ÷

33m và có thể lên đến 60m Loại kết cấu này được liên tục phát triển và tiến tới áp dụng cho cả cầu có nhiều nhịp liên tục để phát huy các tính ưu việt khác

Với tính năng chủ yếu là hạn chế được chiều cao dầm trong khi vẫn duy trì được khả năng vượt nhịp nên cầu dầm Pre-beam được áp dụng nhiều trong các cầu vượt đường bộ, đường sắt, các công trình cầu vượt sông có thông thuyền và các công trình kiến trúc đòi hỏi có tính mỹ quan cao

“Ở Việt Nam trong những năm gần đây dầm Prebeam đã được đưa vào sử dụng cho các công trình cầu trên tuyến Nội Bài – Bắc Ninh (gồm 6 cầu với 106 dầm nhịp L = 33÷38m) và trên tuyến đường 5 kéo dài”, [7]

Hình 1.9 Dầm Pre-beam thuộc tuyến Nội Bài – Bắc Ninh Các tuyến Đường sắt đô thị thành phố Hồ Chí Minh, hiện đang thiết kế sử dụng kết cấu dầm U-shape đường đôi (chiều dài nhịp L = 25 ÷ 30m) cho các đoạn

tuyến đi trên cao Việc áp dụng dầm Pre- beam cho các tuyến này là rất khả thi, phù hợp các tiêu chuẩn của loại hình vận tải này

Hình 1.10 Kết cấu dầm đang sử dụng cho các tuyến metro TPHCM

Kết cấu dầm Pre-beam (đề xuất)

1.7 Kết luận

Kết cấu dầm Pre-Beam là loại cầu liên hợp thép và bê tông cốt thép (bê tông bọc thép) dựa trên nguyên tắc áp dụng dự ứng lực để nâng cao khả năng chịu tải của hai loại vật liệu Với loại dầm này, thép được bảo vệ tốt hơn, giảm chi phí duy tu vận hành, tính thẩm mỹ tương đối cao, chiều cao dầm thấp, có thể cơ giới hóa tại xưởng, thi công lắp dựng dễ dàng nên thời gian thi công tương đối nhanh Như vậy đối với các cầu có yêu cầu đẩy nhanh tiến độ thi công thì loại kết cấu này phù hợp

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ THI CÔNG

Công nghệ thi công quyết định đến sự hình thành ứng suất Việc thay đổi trình tự thi công sẽ làm thay đổi đến ứng suất, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm Vật liệu để thi công dầm cũng rất quan trọng, cần đảm bảo chất lượng bê tông và thép tấm gia công theo thiết kế

2.1 Vật liệu 2.1.1 Vật liệu thép

Các loại thép kết cấu phải tuân theo các yêu cầu, quy định của quy trình AASHTO hoặc ASTM Môđun đàn hồi và hệ số giãn nở nhiệt của tất cả các cấp của thép kết cấu phải giả định là 200.000MPa và 11,7x10-6 mm/mm/ oC [1]

Sử dụng thép theo AASHTO M270M, cấp 250, (ASTM A709M, cấp 250) là tối thiểu Thông thường thép hợp kim thấp cường độ cao M270M cấp 345 được sử dụng trong các kết cấu cầu thép [1]

Thép hình kết cấu hợp kim tôi và ram không hàn với cường độ kéo tối đa quy định không vượt quá 965 MPa đối với các thép hình kết cấu [1]

Bảng 3 Các đặc tính cơ học tối thiểu của thép kết cấu về hình dáng, cường độ và chiều dày, [1]

Thép kết cấu

Thép hợp kim thấp cường độ cao

Thép hợp kim thấp tôi và ram

Thép hợp kim tôi & ram, cường độ chảy

dẻo cao

M270M Cấp 250

M270M Cấp 345

M270M Cấp 345W

M270M Cấp 485W

M270M Các cấp 690/690

W Ký hiệu ASTM

tương đương

A 709M Cấp 250

A 709M Cấp 345

A 709M Cấp 345W

A 709M Cấp 485W

A 709M Các cấp 690/690

W Chiều dày của

Tới 65

Trên 65 đến 100

Thép kết cấu

Thép hợp kim thấp cường độ cao

Thép hợp kim thấp tôi và ram

Thép hợp kim tôi & ram, cường độ chảy

dẻo cao

Cường độ chịu kéo nhỏ nhất, Fu,

MPa

Điểm chảy nhỏ nhất hoặc cường độ chảy nhỏ nhất

Fy, MPa

2.1.2 Vật liệu bê tông:

Cần đảm bảo điều kiện chịu nén tốt tại thớ dưới bản bê tông cánh dưới của dầm, kết cấu yêu cầu cường độ chịu nén f’c=50 Mpa, tương đương sử dụng bê tông mác M600

Bê tông cường độ cao M600 được chế tạo theo tiêu chuẩn chế tạo bê tông cường độ cao với mẫu thử lập phương 15x15x15cm tuổi 28 ngày, có sử dụng phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng và cốt liệu truyền thống Các thành phần chủ yếu:– Xi măng: [8]

Dùng xi măng poóc lăng PC40 trở lên phù hợp với TCN 2682-91 Thành phần hoá học và độ mịn của xi măng phải phù hợp với tiêu chuẩn TCVN2682-89 (hoặc ASTM C150)

Cần yêu cầu nhà máy xi măng cung cấp chứng chỉ kiểm tra xi măng trong vòng 6-12 tháng trước khi sử dụng Điều này không chỉ cung cấp chỉ số về các đặc tính cường độ mà quan trọng hơn, nó còn cung cấp chỉ số về độ đồng đều của xi măng theo tiêu chuẩn Việt Nam phù hợp

Mặc dù các số liệu thử nghiệm mẫu thử do nhà sản xuất cung cấp có thể cho chỉ số tốt về cường độ, nhưng vẫn cần các kiểm tra trên các mẻ trộn thử nghiệm Các mẫu này được thử nghiệm nén bê tông xác định cường độ sau 7, 28 ngày và 2 đến 3 tháng nếu cần thiết

Hàm lượng xi măng cao trong bê tông cường độ cao có thể dẫn đến nhiệt độ cao trong khối bê tông Vì vậy cần thử nghiệm cả tính tỏa nhiệt và có những chỉ dẫn cần thiết về độ tỏa nhiệt của xi măng

– Cốt liệu: [8] Cốt liệu nhỏ (cát): hình dáng hạt tròn và bề mặt nhẵn cần ít nước trộn trong bê tông và vì lý do này nó được ưu tiên sử dụng Cát với mô đun độ lớn nhỏ hơn 2,5 không được phép sử dụng Cát với mô đun độ lớn khoảng 3,0 cho độ sụt và cường độ nén tốt nhất Cốt liệu nhỏ là cát sông sạch, loại to có mô đun độ lớn nằm trong khoảng 2,5 – 3,2 và đối với bê tông mác cao 400 trở lên, hàm lượng bùn, bụi sét không được lớn hơn 1% khối lượng cát Khi cát ẩm thể tích của nó bị biến đổi, ở độ ẩm 5 - 7% thể tích của cát có thể tăng lên 20 ÷ 30% Vì vậy nếu định lượng cát theo thể tích thì cần phải hiệu chỉnh lại thể tích của nó theo độ ẩm thực tế Các tính chất của cát phải đạt các yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 1770 – 86

Cốt liệu thô (đá): bê tông có cường độ nén lớn hơn 750daN/cm2 (mẫu lập phương) với hàm lượng xi măng cao và tỉ lệ nước / xi măng thấp thì kích thước tối đa của cốt liệu thô nên giữ ở mức tối thiểu 1/2” (12,7mm) hoặc 3/8” (9,5mm) Các kích thước tối đa 3/4” (19,0mm) và 1” (25,4mm) được sử dụng khi cường độ bê tông từ 600-750daN/cm2 (mẫu lập phương)

Cốt liệu lớn dùng cho bê tông cường độ cao là đá dăm được sản xuất từ đá gốc có cường độ ở trạng thái bão hòa nước lớn hơn hoặc bằng 2 lần cường độ bê tông Khi dùng đá trầm tích có cường độ thấp hơn yêu cầu đó, phải thí nghiệm cường độ bê tông với đá này để chứng minh rằng loại đá này có thể cho cường độ bê tông mong muốn Nên dùng đá dăm có kích thước (Dmax) từ 10 đến 20mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (hoặc từ 9,5 – 25mm theo tiêu chuẩn Mỹ) Cấp phối và thành phần hạt được qui định trong ASTM C33 hoặc TCVN 1771 – 87 Các tính chất của đá dăm được thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 1772-87

– Nước: [8] Các yêu cầu về chất lượng nước đối với bê tông cường độ cao không đòi hỏi phải nghiêm ngặt hơn nước dùng cho bê tông thường Nước sinh hoạt có thể dùng để chế tạo bê tông cường độ cao Nước trộn bê tông phải phù hợp với TCVN 4506-87 hoặc AASHTO-26

2.2 Các bước chế tạo dầm

Dầm Pre- beam được chế tạo qua các bước cơ bản sau:

Bước 1 : gia công chế tạo dầm thép từ các tấm thép được tổ hợp hàn với nhau , đảm bảo chất lượng mối nối, cắt tấm thép sườn dầm theo độ vồng tính toán;

Bước 2 : đưa dầm thép lên giá kích dầm, dùng kích ép dầm thép, quan sát độ vồng còn lại hoặc giá trị lực kích theo thiết kế để xác định thời điểm giữ kích Lúc này phần bản cánh bên dưới chịu kéo;

Bước 3 : lắp đặt neo thép, thép đai cấu tạo, lắp đặt ván khuôn đổ bê tông phần cánh dưới (trong giai đoạn này kích được giữ) và bảo dưỡng bê tông;

Bước 4 : sau khi bê tông đạt đến cường độ thiết kế, tháo dỡ ván khuôn tiến hành dỡ tải, tháo hệ thống kích, neo Lúc này bản cánh bên dưới có xu hướng trở lại trạng thái bình thường và tạo ra ứng suất nén trước lên bê tông bản cánh dưới;

Bước 5 : vận chuyển dầm đến công trường và đưa dầm vào vị trí, sau đó thi công cốt thép và đổ bê tông phần còn lại của dầm (có thể đổ bê tông sườn dầm tại bãi đúc trước khi vận chuyển) để hoàn chỉnh giai đoạn xây lắp;

Bước 6 : hoàn thiện cầu

Hình 2.1 Các giai đoạn thi công

2.3 Thi công trong xưởng

Công nghệ chế tạo dầm Pre-beam được thực hiện qua các bước chính sau:

– Bước 1- công nghệ gia công dầm thép: chế tạo dầm thép mặt cắt chữ I có độ vồng ∆ xác định trước bằng cách gia công các tấm thép theo thiết kế (đối với bản thép sườn dầm cắt thép theo phương trình đặc trưng tùy theo từng cầu, gia công tự động đảm bảo sai số ±2mm) và được hàn nối với nhau Công tác hàn và kiểm tra mối nối phải được giám sắt chặt chẽ, sau đó các mối nối này phải được chụp X quang để kiểm tra chất lượng;

– Bước 2- công nghệ thi công gia lực dầm: kiểm tra thông số của các thiết bị trước khi gia lực: kiểm tra kích, giá đỡ, các thiết bị đo lực kích, ứng suất, độ võng dầm, Đặt dầm vào vị trí của bệ kích, tiến hành công tác gia tải Kích, dỡ tải dầm nhằm mục đích triệt tiêu các biến dạng dư trong quá trình chế tạo dầm thép, sau đó kích dầm theo từng cấp tải cho đến khi đạt giá trị thiết kế; – Bước 3- công nghệ đổ bê tông bản cánh dưới ở trạng thái giữ tải: lắp đặt ván

khuôn theo đúng thiết kế, kiểm tra độ sụt và chất lượng bê tông, tiến hành đổ Đổ bê tông yều cầu bắt buộc chỉ đổ một bên sao cho bê tông tự chảy sang bên kia tránh tình trạng xuất hiện bọt khí phía dưới bản cánh dưới Bê tông chỉ đổ từ đầu dầm đến cuối dầm, không được đổ từ giữa ra hai đầu;

– Bước 4- công nghệ thi công dỡ tải: kích nhả phải cùng lúc, dỡ tải theo từng cấp đồng thời quan sát các biểu hiện trên bề mặt bê tông đáy dầm

2.4 Thi công ngoài hiện trường

– Bước 1: vận chuyển dầm Pre-beam đến công trường bằng xe chuyên dụng được cải tạo phù hợp với các yêu cầu vận chuyển dầm Prebeam để đảm bảo trong quá trình vận chuyển không gây nứt dầm;

– Bước 2: đổ bê tông bản bụng, dầm ngang và bản mặt cầu; + Đổ bê tông bản bụng: lắp đặt cốt thép φ12 xuyên suốt bụng dầm thông

qua lỗ khoan trên các sườn tăng cường Việc lắp ván khuôn và đổ bê tông bản bụng là hết sức khó khăn đòi hỏi quá trình thi công luôn được giám sát chặt chẽ đảm bảo chất lượng bê tông và mỹ quan dầm

+ Đổ bê tông dầm ngang và bản mặt cầu: sau khi tháo ván khuôn bản bụng, tiến hành tạo nhám hai đầu dầm ngang để tiến hành đổ bê tông dầm ngang và bản mặt cầu (bản cánh trên)

– Bước 3: công tác hoàn thiện được tiến hành sau khi bê tông mặt cầu đủ cường độ, đo kiểm tra độ vồng

2.5 Thi công kích dầm đổ bê tông bản cánh dưới

Công nghệ thi công tạo ứng lực cho bản bê tông cánh dưới gồm thi công từng dầm một hoặc thi công hai dầm cùng lúc:

2.5.1 Thi công từng dầm

Biện pháp này tương đối đơn giản, đưa từng dầm một lên hệ khung kích, đặt trên hai gối tựa, kiểm tra hệ thống kích và kích dầm đạt giá trị thiết kế, sau đó giữ tải tiến hành đổ bê tông bản đáy dầm

Hình 2.3 Thi công từng dầm một

2.5.2 Thi công 2 dầm cùng lúc

Biện pháp này phức tạp hơn, đòi hỏi kỹ thuật cao hơn cũng như trang bị hệ thống kích đảm bảo thực hiện thi công 2 dầm cùng lúc trên cùng 1 giá đỡ Đưa 2 dầm lên cùng một khung kích với độ vồng ngược nhau Kiểm tra, bố trí các thiết bị

vào đúng vị trí, tiến hành kích dầm, sau đó giữ kích đồng thời đổ bê tông bản đáy Gồm 2 phương pháp:

Hình 2.4 Thi công 2 dầm cùng lúc – Phương pháp 1- sử dụng 2 kích giữa dầm thép: đặt 2 dầm thép có độ vồng

ngược nhau và neo các mút dầm vào khung kích Sau đó kích ép tại 2 vị trí thiết kế và đẩy 2 bản cánh trên của dầm ra xa nhau đến khi đạt lực yêu cầu;

trên dầm ra xa nhau từng cấp 1, quan sát chuyển vị dầm và đồng hồ đo lực kích, cho đến khi đạt lực kích thiết kế – Bước 3: giữ tải, lắp đặt thép

đai, ván khuôn và đổ bản bê tông cánh dưới

Hình 2.5 Thi công 2 dầm cùng lúc, dùng kích ở giữa – Phương pháp 2- sử dụng 2 kích ở 2 đầu dầm thép: đặt 2 dầm thép có độ vồng

ngược nhau, dùng neo cố định 2 dầm vào nhau Sau đó kích ép tại 2 vị trí đặt lực ở đầu dầm và ép 2 bản cánh trên của 2 dầm vào gần nhau đến khi đạt lực yêu cầu

– Bước 2: kích ép 2 bản cánh trên dầm vào gần nhau theo từng cấp 1, quan sát chuyển vị dầm và đồng hồ đo lực kích, cho đến khi đạt lực kích thiết kế

– Bước 3: giữ tải, lắp đặt thép đai, ván khuôn và đổ bản bê tông cánh dưới

Hình 2.6 Thi công 2 dầm cùng lúc, dùng kích ở đầu dầm

Nhận xét: cả hai phương pháp này đều sử dụng lực kích tương đương, chất

lượng dầm như nhau Tùy theo năng lực của nhà thầu thi công hoặc yêu cầu thiết kế chọn phương pháp phù hợp

2.6 Kết luận

Công nghệ thi công đòi hỏi phải sử dụng bê tông cường độ cao và thép cường độ cao, kích có lực ép lớn, trình độ thi công cao vì vậy chi phí tăng Tuy nhiên khi làm chủ công nghệ, giá thành sẽ giảm

Trình tự thi công tương đối đơn giản theo các bước trên Tuy nhiên việc kiểm soát chất lượng thi công trong công tác đổ bê tông bao bọc dầm thép là rất quan trọng, đặc biệt bản bê tông cánh dưới

Công tác thi công ghép ván khuôn đổ bê tông bản cánh dưới khó khăn hơn do phải lắp đặt theo độ cong của dầm

Với mỗi phương án thi công khác nhau sẽ gây ra ứng suất cũng như khả năng chịu lực của dầm khác nhau Vì vậy khi thiết kế dầm Pre-beam cần xem xét kỹ lưỡng đến trình tự và công nghệ thi công

Kết cấu dầm Pre-beam được thi công theo 6 bước chính như trên ảnh hưởng đến với quá trình hình thành nội lực trong dầm Dầm Pre-beam sẽ làm việc theo 5 giai đoạn, như sau:

– Giai đoạn 1- gia tải: tải trong tác dụng là lực P gia tải để uốn trước dầm, trọng lượng bản bê tông cánh dưới, bản thân dầm thép;

– Giai đoạn 2- dỡ tải: tải trong tác dụng là phản lực do dỡ tải P; – Giai đoạn 3: tải trong tác dụng là trọng lượng bản bê tông bụng dầm; – Giai đoạn 4: tải trong tác dụng là trọng lượng bản bê tông cánh trên, dầm

ngang; – Giai đoạn 5: tải trong tác dụng là trọng lượng bản bê tông lan can, lớp phủ

(DW) và hoạt tải (LL) Vấn đề này sẽ được trình bày trong chương tiếp theo

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH ĐỘ VỒNG CHẾ TẠO CỦA DẦM

“PRE- BEAM” NHỊP GIẢN ĐƠN 3.1 Nguyên lý tính toán thiết kế

Tổng quát mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn phương trình dưới đây ứng với mỗi trạng thái giới hạn Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng, hệ số sức kháng được lấy bằng 1,0 [13]

IRD

ηηηηTrong đó :

Yi : hệ số tải trọng- hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực

Φ : hệ số sức kháng- hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho sức kháng danh định

ηi : hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác

ηD : hệ số liên quan đến tính dẻo ηR : hệ số liên quan đến tính dư ηI : hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác Qi : ứng lực

Rn : sức kháng danh định Rr : sức kháng tính toán = ΦRn

Về cơ bản nguyên lý tính toán cầu dầm Pre-beam giống như các cầu dầm thép liên hợp bê tông cốt thép: bản mặt cầu, dầm ngang, dầm chủ, đinh neo và các mối nối liên kết

Sơ đồ kiểm toán dầm bắt đầu từ việc lựa chọn mặt cắt ngang, nhập các thông số ban đầu, điều kiện ràng buộc và kiểm tra các giới hạn về ứng suất, biến dạng theo các trạng thái giới hạn Sơ đồ kiểm toán cơ bản như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ kiểm toán dầm Tính duyệt lại các mặt cắt đã chọn theo các tiêu chuẩn về cường độ, ứng suất, độ võng, xuất hiện vết nứt:

– Về trạng thái cường độ + Phương pháp tính toán về trạng thái giới hạn thứ nhất (về khả năng chịu

lực) Cấu kiện được tính toán phải thỏa mãn điều kiện đảm bảo ứng suất lớn nhất xuất hiện tại bất cứ điểm nào trên cấu kiện phải nhỏ hơn khả năng chịu tải cho phép của vật liệu cấu tạo nên cấu kiện tại vị trí đó + Ứng suất kéo/nén tại vị trí đáy dầm phải nhỏ hơn khả năng chịu kéo/nén

của cốt thép thớ dưới trong dầm; Ứng suất kéo/nén tại vị trí đáy bản bê tông cánh dưới sau khi trừ đi phần ứng suất nén trước trong quá trình chế tạo dầm phải nhỏ hơn khả năng chịu kéo/nén của bê tông; Ứng suất nén bê tông tại thớ trên dầm phải nhỏ hơn khả năng chịu nén của bê tông cánh trên dầm

– Về xuất hiện vết nứt: đây là cấu kiện chịu uốn, kết cấu sử dụng dự ứng lực vì vậy không cho phép xuất hiện vết nứt trên bề mặt cấu kiện

– Về độ võng: kết cấu là kết cấu bê tông cốt thép Tuy nhiên, kết cấu chịu lực chính vẫn là thanh thép hình chữ I Độ võng cho phép được quy định [f]≤1/1000 (điều 2.5.2.6.2, 22TCN 272-05).

– Nghiên cứu biện pháp hoặc trình tự thi công ảnh hưởng đến sự hình thành nội lực (ứng suất hay độ võng) của dầm được phân chia thành các giai đoạn sau: + Giai đoạn 1- gia tải: tiết diện chịu tải là dầm thép sau khi được chế tạo

trong xưởng và tải trong tác dụng là lực P gia tải để uốn trước dầm, trọng lượng bản bê tông cánh dưới, bản thân dầm thép

Hình 3.2 Gia tải và đổ bê tông bản cánh dưới + Giai đoạn 2- dỡ tải: tiết diện chịu tải là dầm thép liên hợp với bản bê tông

cánh dưới và tải trong tác dụng là phản lực do dỡ tải P

Hình 3.3 Bê tông bản cánh dưới và dỡ tải + Giai đoạn 3: tiết diện chịu tải là dầm thép liên hợp với bản bê tông cánh

dưới Tải trong tác dụng là trọng lượng bản bê tông bụng dầm

Hình 3.4 Lắp đặt dầm, đổ bê tông bản bụng + Giai đoạn 4: tiết diện chịu tải là dầm thép liên hợp với bản bê tông cánh

dưới và bụng dầm Tải trong tác dụng là trọng lượng dầm ngang, bản bê tông cánh trên

Hình 3.5 Chuẩn bị thi công đổ bê tông bản cánh trên + Giai đoạn 5: tiết diện chịu tải là dầm thép liên hợp hoàn toàn Tải trong

tác dụng là trọng lượng bản bê tông lan can, lớp phủ (DW) và hoạt tải (LL)

Hình 3.6 Hoàn thiện cầu

Nhận xét: việc phát sinh nội lực, ứng suất trong dầm phụ thuộc vào trình tự

thi công Tải trọng tác dụng qua 5 giai đoạn tương ứng với 4 dạng đặc trưng hình học khác nhau Khi kiểm toán dầm, giai đoạn đầu và giai đoạn cuối là quan trong hơn cả

3.2 Tính toán, kiểm toán dầm Pre- beam

Tính toán nội lực và kiểm toán dầm được xác định bằng chương trình được thiết lập trên Excel theo quy trình 22TCN 272-05 và tham khảo quy trình AASHTO LRFD 2007 Thông qua các bước sau:

3.2.1 Lựa chọn số liệu tính toán:

– Các thông số cơ bản về vật liệu, kích thước chung + Bê tông thường:

Cường độ chịu nén f'c: 30Mpa Trọng lượng riêng γc: 2400Kg/m3 Modun đàn hồi Ec: 26752.49Mpa + Bê tông cường độ cao:

Cường độ chịu nén f'c (>28 ngày): 50Mpa Trọng lượng riêng gc: 2400 Kg/m3

Modun đàn hồi Ec: 35749.53Mpa Cường độ chịu nén 0.4f'c (=3 ngày): 20Mpa Trọng lượng riêng γc: 2400Kg/m3

Modun đàn hồi Ec: 22609.98Mpa

+ Thép thường: Cường độ chịu kéo fu: 350Mpa Cường độ chảy fy: 300Mpa Trọng lượng riêng γs: 7800Kg/m3 Modun đàn hồi Es: 200000Mpa + Thép tấm dầm chủ:

Cường độ chịu kéo fu: 400Mpa Cường độ chảy fy: 345Mpa Trọng lượng riêng γs: 7800Kg/m3 Modun đàn hồi Es: 200000Mpa – Các thông số về mặt cắt ngang dầm chính

B1

Hình 3.7 Mặt cắt ngang cầu điển hình

Hình 3.8 Mặt cắt ngang dầm

Kích thước hình học dầm chính

3.2.2 Tính toán các thông số cần thiết:

3.2.2.1 Tính toán đặc trưng hình học: Đặc trưng hình học của tiết diện phụ thuộc vào các giai đoạn thi công Mỗi giai đoạn thi công sẽ hình thành đặc trưng hình học riêng của giai đoạn đó và thông qua 4 giai đoạn sau:

– Giai đoạn 1: tiết diện là dầm thép sau khi được gia công; – Giai đoạn 2: tiết diện dầm thép liên hợp với bản bê tông cánh dưới; – Giai đoạn 3: tiết diện dầm thép liên hợp với bản bê tông cánh dưới và bản bê

tông bụng dầm; – Giai đoạn 4: tiết diện dầm thép liên hợp với bản bê tông cánh dưới, bản bê

tông bụng dầm và bản bê tông cánh trên Tiết diện liên hợp hoàn toàn

Giai ®o¹n 1Giai ®o¹n 2

Hình 3.9 Đặc trưng hình học dầm chính Các thông số đặc trưng hình hoc tính toán:

– Diện tích tiết diện (F) – Momen quán tính của tiết diện (I); – Momen kháng uốn tại đỉnh bản BT(Sct); – Momen kháng uốn tại mép dưới bản BT(Scb); – Momen kháng uốn thớ trên dầm thép (Sst); – Momen kháng uốn thớ dưới dầm thép (Ssb) 3.2.2.2 Tính hệ số phân bố ngang:

Hệ số phân bố ngang được tính toán theo quy trình 22TCN 272-05, có kết hợp với các cách tính thông dụng khác như đòn bẩy hoặc nén lệch tậm

3.2.3 Tính toán nội lực và ứng suất

Tải trọng tác dụng bao gồm các loại tĩnh tải và hoạt tải HL93 tuân thủ theo quy trình 22TCN 272-05

Việc xếp tải, tính toán xác định nội lực tương tư như với cầu thép liên hợp hoặc cầu bê tông cốt thép nhịp giản đơn sao cho gây ra nội lực tác dụng lớn nhất

Ứng suất gây ra trên các mặt cắt tại các vị trí được quan tâm: mép trên dầm thép, mép dưới dầm thép, mép trên bản bê tông cánh trên và mép dưới bản bê tông cánh dưới Đây là các vị trí cần được kiểm toán với các giới hạn cho phép của vật liệu

3.2.4 Kiểm toán dầm ở TTGHCĐ Một số quy định về đấu của ứng suất:

– Ứng suất kéo mang dấu “+”; – Ứng suất nén mang dấu “-“

Ứng suất cho phép của vật liệu:

– Bê tông thường: + Cường độ chịu nén cho phép f’c=30Mpa; Ứng suất cho phép khi kiểm

toán: 0.85f’c=25.5Mpa + Cường độ chịu kéo khi uốn 0.63 f c' =3.45Mpa – Bê tông cường độ cao:

+ Cường độ chịu nén cho phép f’c=50Mpa; Ứng suất cho phép khi kiểm toán: 0.85f’c=42.5Mpa

+ Cường độ chịu kéo khi uốn 0.63 f c' =4.45Mpa – Thép dầm: fy=345Mpa; Ứng suất cho phép khi kiểm toán: 0.8fy=276Mpa.[11] 3.2.4.1 Giai đoạn 1: gia tải P để uốn trước dầm và đổ bê tông bản cánh dưới

Dầm thép chịu lực đầu tiên là lực uốn dầm Dầm tựa trên 2 gối, việc gia tải bằng cách đặt hai tải tập trung P ở 1/4 và 3/4 nhịp Tải trọng P được tính toán dựa trên ứng suất cho phép của vật liệu thép làm dầm

Giữ tải P và đổ bê tông bản cánh dưới, đây là bước đổ bê tông đầu tiên và sẽ dần hình thành tiết diện liên hợp sau này

Tải trọng tác dụng bao gồm: + Lực uốn trước dầm thép P; + Trọng lượng bản bê tông cánh dưới (DC1) + Trọng lượng bản thân dầm thép (wgs) Momen lớn nhất cho phép được tính như sau:

Mallow = fs.Sx

Theo sơ đồ chất tải ta có momen lớn nhất trong dầm là:

4

PLM = , mà Mmax<=Mallow nên . 4

4

f SPL

Sau khi chọn được giá trị lực uốn trước P, dựa vào biểu thức trên thì ta có momen gây ra khi uốn trước dầm là MP = P.L/4

– Ứng suất tại mép trên và mép dưới dầm là:

+ Ứng suất tại biên trên dầm thép fst1: fst1 ≤ fsallow

+ Ứng suất tại biên dưới dầm thép fsb1: fsb1 ≤ fs allow

3.2.4.2 Giai đoạn 2: dỡ tải P Sau khi đổ bê tông bản cánh dưới và chờ bê tông đông cứng đạt đến cường độ theo thiết kế thì dỡ tải trọng P Thời gian giữ tải để bê tông đạt được cường độ mong muốn khoảng 3 đến 4 ngày và cường độ chịu nén của bê tông 0.4f’c:

Tải trọng tác dụng trong giai đoạn này bao gồm: momen uốn trước MP do tải trọng uốn trước P bị dỡ bỏ

– Ứng suất tại các vị trí của thép và bê tông như sau: + Tại vị trí biên trên của thép

Trong đó: fst2 : ứng suất tại mép biên cánh trên dầm thép fsb2 : ứng suất tại mép biên cánh dưới dầm thép fcb2 : ứng suất tại mép biên cánh dưới bê tông I2 : momen quán tính của tiết diện liên hợp bản bê tông cánh dưới yst2 : khoảng cách từ trục trung hòa đến biên trên dầm thép

ysb2 : khoảng cách từ trục trung hòa đến biên dưới dầm thép ycb2 : khoảng cách từ trục trung hòa đến biên dưới của bê tông – Kiểm toán dầm thép liên hợp:

+ Ứng suất tại biên trên dầm thép fst2: fst2 ≤ fsallow

+ Ứng suất tại biên dưới dầm thép fsb2: fsb2 ≤ fs allow

+ Ứng suất tại biên dưới bản bê tông fcb2: fcb2 ≤ fc allow

3.2.4.3 Giai đoạn 3: tải trọng bản bụng (DC2) Giai đoạn này là khi đặt dầm lên trụ, mố và tiến hành đổ bê tông bản bụng Tải trọng tác dụng trong giai đoạn này: tải trọng bê tông bản bụng

– Ứng suất tại các vị trí của thép và bê tông như sau: