Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tính hợp lý khi điều chỉnh ứng suất bằng phương pháp chất tải từng phần trong cầu thép

Cầu thép cũng là 1 trong sốcác công trình sử dụng nhiều nhất các phương pháp gây tạo, điều chỉnh ứng suất suất vìtrọng lượng lượng nhẹ, khả năng chịu lực của thép tốt và dé thi công các

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỖ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ TẤN ĐẠT

NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ KHI DIEU CHINH UNGSUAT BẰNG PHƯƠNG PHAP CHAT TAI TUNG PHAN

TRONG CAU THEP

Chuyén nganh: XAY DUNG CAU HAM

Ma nganh: 60 58 25

LUAN VAN THAC SI

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHỌC - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS LE THỊ BÍCH THUY

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA

KY THUAT XAY DUNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

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

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: VÕ TẤN ĐẠT MSHV: 11380340

Ngày, tháng, năm sinh: 09-09-1988 Nơi sinh: Long An

Chuyên ngành: Xây dựng Cầu hầm Mã số: 60 58 25I TÊN DE TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ KHI GAY TẠO VA DIEU CHÍNHUNG SUAT BẰNG PHƯƠNG PHAP CHAT TAI TUNG PHAN.

H NHIỆM VU VA NOI DUNG: Luận văn gồm các nội dung sau:Chương 1: Tổng quan.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của phương pháp chất tải từng phân.

Chương 3: Tính toán.Chương 4: Ví dụ.

Chương 5: Kết luận, kiến nghi.HI NGÀY GIAO NHIEM VU: 01-07-2012IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 01-07-2013v CÁN BO HUONG DAN: PGS TS LE THỊ BÍCH THUY

Tp HCM, ngày thang nam 2013

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

PGS TS LE THỊ BÍCH THUY TS LE BA KHANH

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

LOI CAM ON

Lời đầu tiên của em trong Luận van nay em xin chân thành cam ơn Ban GiámHiệu cùng tất cả các thầy cô của Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đãtạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành chương trình học.

Em xin được gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS TS Lê Thị Bích Thủycùng với các thầy cô trong Bộ môn Cầu Đường đã tận tình giúp đỡ em hoan thànhLuận văn tốt nghiệp trong thời hạn được giao.

Cuối cùng em xin cám ơn đến những người thân trong gia đình và bạn bè đãtạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ Luận văn tốt nghiệp.

Tuy nhiên, kiến thức còn nhiều hạn chế, chắc chan rang Luận văn tốt nghiệpnày không tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự góp ý, phê bình chỉ dẫn củaGiáo viên hướng dẫn và Giáo viên phản biện để em có thêm kinh nghiệm cho công

tác sau này.

Em xin kính chúc cô Lê Thị Bích Thủy cùng các thầy giáo, cô giáo khoa KỹThuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh nhiều sức khoẻ,đạt được nhiều thành công trong sự nghiệp cao quý của mình

Em xin chân thành cám ơn !

TP.H6 Chi Minh ,ngày thang 6 năm 2013

Học viên

Võ Tấn Đạt

The purpose of this work is to study methods for increasing bearing capacity ofstructure As you know, the bearing capacity of structural elements is consideredfirstly in designing as much as construction If we can’t increase the capacity, wemust minimize the hazard influent on our structure The hazard in this case is loadseffect on elements Otherwise, stress is result of load impaction on structure So wecan control the stress favorable to us by many methods This way help us reducestress in structure under loads Nowadays, stress adjustment methods are applied inreal too much And partial loading method is the one With this way, we willdistribute the auxiliary load in each construction period for getting favor stress Thisthesis will perform the relation of auxiliary load, span numbers and span distance.Finally, I will give the conclusion and petition for application.

ill

-TOM TATKha nang chiu luc cua cac cau kién trong một công trình là điều được quantâm đến đầu tiên trong quá trình thiết kế và thi công Khi mà ta không thé tang khanăng chịu lực của cau kiện được thì giải pháp làm giảm thiểu các đại lượng gâynguy hiểm đến công trình là vấn đề cần được quan tâm Đại diện cho các đại lượnggây nguy hiểm đến công trình là tải trọng hay nói cách khác nó được thé hiện quaứng suất Dé làm điều này ta có thé sử dụng các phương pháp gây tạo và điều chỉnhứng suất để tạo ra ứng suất theo mong muốn nhăm triệt tiêu các ứng suất do tảitrọng gây ra Ngày nay các phương pháp gây tạo và điều chỉnh ứng suất được ápdụng rất nhiều vào thực tế Trong đó Điều chỉnh ứng suất bằng phương pháp Chấttải từng phần sẽ thêm tải phụ và phân bố lại các giai đoạn tải trọng trong quá trìnhthi công để đạt được ứng suất mong muốn Luận văn này sẽ trình bày mối liên hệgiữa tải trọng phụ dùng để gia tải và chiều dài nhịp, số lượng nhịp và khoảng cáchgiữa các dầm Từ đó đưa ra các kết luận và kiến nghị khi áp dụng phương pháp này.

MỤC LỤC

; Trang

.m=› a8 21.2 Đặc điểm chung của cầu thép: ¿ ¿+ + SE SE E#E9EE E23 121515 1212111511111 ck 51.3 Tác dụng của bản bê tông cốt thép trong cầu liên hợp: - - +c+c<s+s+szs+¿ 81.4 Tính kinh tế của kết cau nhịp thép — BTCT liên hợp: - - +c+c<s£s+szss2 101.5 Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết của dé tải - + 2 255cc 2 £sce+ezrrsred 11CHUONG2: CO SỞ LY THUYET CUA PHƯƠNG PHAP CHAT TAI TUNG

PHAN DE GAY TAO, DIEU CHINH UNG SUAT 5 <-s<<cses<cssseesesese 13

2.1 Các phương pháp gây tao và điều chỉnh ứng suất: -5- - 2 2 s+s+s+es£scscs¿ 132.2 Kết cau nhịp thép — BTCT liên hợp không gây tạo hoặc điều chỉnh ứng suất 142.3 Kết cầu nhịp thép — BTCT liên hợp có gây tạo hoặc điều chỉnh ứng suất: 1524 Cơ sở lý thuyết của phương pháp chất tải từng phân: ¿ -55-5+csc<cscs¿ 212.4.1 Sơ dé nội lực trong trường hop không gây tạo và điều chỉnh ứng suất: 212.4.2 Trình tự thi công và biểu đồ momen - ¿2 - + 256 SE+E£E££E£E£E£E£EEE£ErEeEverrrered 23

2.5 Mục tiêu nghiÊn CỨU - c0 và 3l2.6 Phạm vi nghiÊn CỨU c1 99000109 32

2.7 Sơ đồ tính toán 5+5 1 E5 1 113115151511 11 1115151111111 110101010511 11 11111110 T 340;:i9/9)I0E10n)0.010909077 5 — 37

CHƯƠNG 1: TONG QUAN1.1 Đặt van dé

Nam trong xu thé chung cua tién trinh phat trién manh mé vé khoa hoc cong nghé,các công nghệ xây dựng về công trình giao thông, trong đó có ngành xây dựng cau, đã cónhững sự phát triển không ngừng không những trên thế giới mà ở Việt Nam cũng cónhững bước tiến đáng kẻ.

Ngày nay cầu thép vẫn chiếm một số lượng lớn trong tổng số công trình cầu trên toànthế giới Sự gia tăng về nhu cầu cũng như lưu lượng giao thông đòi hỏi sự đáp ứng về cơsở hạ tầng giao thông, mà trong đó cầu chính là khớp nối cho hệ thống giao thông Sựthiếu sót các công trình cầu làm cho gián đoạn giao thông là điều không thể chấp nhậncho sự phát triển của một địa phương, một quốc gia.

60

50

1950 1955 1960 1965 1370 1975 1980 1985 1390 1995 2000

Nam xav dưng

Hình 1.1 Lich sử phát triển cầu thép được thống kê ở Mỹ (Trích [1])

Cùng với tiễn trình hội nhập với thế giới và sự phát triển của công nghệ thi công cầuở Việt Nam, nhiều cầu thép đã được xây dựng trong nước, đáp ứng các yêu cầu mỹ quanvà đòi hỏi việc vượt nhịp khá lớn như cầu Hàm Rồng có thiết kế đẹp đáp ứng day đủ cácyêu cầu về mỹ quan, cầu Bình Lợi với vòm cầu Nielsen được xem là vòm cầu lớn nhấtViệt Nam với kích thước vòm cao 35m, rộng 25m và dai 150m, cầu vượt nút giaoDeawon chuẩn bị được khởi công xây dựng tại Hà Nội ở Việt Nam và các cầu vượt ở Tp.HCM đáp ứng được việc thi công nhanh chóng, không tốn nhiều thời gian và chi phí dambảo giao thông đã giải quyết tốt van dé nhức nhối ngày nay là van dé lưu thông tai các

tỉnh thành.

Hình 1.3 Cầu Hàm Rồng ở Đà Nẵng

Hình 1.4 Cầu Bình Lợi mới

Hầu hết các công trình cầu hiện nay đều có sử dụng các phương pháp gây tạo, điềuchỉnh ứng suất suất để tăng cường khả năng chịu lực của cầu Cầu thép cũng là 1 trong sốcác công trình sử dụng nhiều nhất các phương pháp gây tạo, điều chỉnh ứng suất suất vìtrọng lượng lượng nhẹ, khả năng chịu lực của thép tốt và dé thi công các biện pháp điềuchỉnh Mục đích của việc gây tạo và điều chỉnh ứng suất trong kết cấu thép bêtông cốtthép liên hợp là nhằm tận dụng sự làm việc của bêtông cốt thép, giảm bớt sự làm việc củaphân thép và do đó tiết kiệm thép hơn.

1.2 Đặc điểm chung của cầu thép:Đặc trưng gia công của thép bao gồm ứng xử nhiệt và quá trình sản xuất Kết cau thépđược sản xuất với 0.1 đến 0.25 phần trăm cac-bon dé đạt được sự kết hợp cải tiễn về sức

mạnh và độ dẻo.

0.970.70

Ưu điểm:e Tính chịu lực cao với các loại ứng suất: kéo, nén, uốn, cắt e Có thể dùng để chế tạo tất cả các dạng cầu khác nhau: dầm, dàn, vòm, treo

và các hệ liên hợp.

e Thép có trọng lượng riêng lớn, độ bên cao - trọng lượng bản thân nhẹ - xâydựng được những cầu nhịp rất lớn.

e Thép có cường độ cao và mô đun dan hồi lớn - độ cứng lớn, đảm bảo ôn định

dưới tác dụng của tải trong gid và các loại tải trọng có chu kỳ.

e Su phá hoại dẻo - phá hoại kèm theo biến dạng lớn - gây phân bố lại nội lựcvà ứng suất - chịu tải trọng xung kích và ứng suất tập trung tốt.

e Tính đồng nhất cao, chịu nhiệt tốt, dễ gia công chế tạo - có thể cơ giới hoátriệt dé.

e Các liên kết là dạng liên kết chắc chắn, chịu lực cao, dễ tháo lắp Có thể

dùng trong các công trình tạm cũng như vĩnh cửu.

Nhược điểm :

e _ Hiện tượng gi do tác động của môi trường: gi làm ăn mòn kim loại, làm

giảm tiết diện chịu lực, phá hoại các liên kết và đo đó làm giảm tuôi thọ của công trình.

e _ Thép có khuynh hướng bị ăn mòn cao Trong môi trường nông thôn thì tỷ lệ

bị ăn mòn của thép là 0.05mm bê dày mỗi năm Tỷ lệ này giữa khoảng 0.05mm đến0.1mm bề dày trong môi trường công nghiệp.

e Viéc sơn mạ chống gi chỉ có tác dụng trong một thời gian nhất định - côngtrình can thường xuyên kiểm tra, bảo quan, cạo gi và sơn lại.

e Chi phí duy tu bảo dưỡng khá cao so với các loại vật liệu khác.

Ngày này vật liệu thép được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp khácnhau và cho nhu câu của đời sống hăng ngày Việc sử dụng thép cần phải được xem xétcho phù hợp với nhu câu chung Đối với các công trình câu thì tình hình sử dụng vật liệuthép thường được sử dụng làm các câu kiện bê tông cốt thép như dầm, mồ, tru, cọc hoặc dùng dé phục vụ cho các công tác thi công như thi công cọc ván thép, chế tạo khungđịnh vị dùng để đóng cọc, sàn công tác Đôi với câu thép thì vật liệu thép chủ yếu trongcâu là các dam thép với các kết câu nhịp lớn hoặc câu đường sat Câu thép thường đượcứng dụng nhiêu trong các loại câu tạm, cau quân sự bởi vì ưu điểm tháo dỡ nhanh, vậnchuyền dé dang.

Trong xu hướng nghiên cứu hiện nay, các nhà nghiên cứu dang phát triển van dé ápdụng vật liệu thép trong các công trình theo 2 hướng là giảm khối lượng thép của bản thâncông trình tới mức tôi thiểu và chi phí chế tạo, xây dựng câu Tiếp theo đó, việc nghiêncứu kết câu nhịp thép — BTCT liên hop được tiếp tục phát triển theo các xu hướng là tăngti lệ phân kết cầu BTCT trong tiết điện liên hợp nhăm mục đích tiết kiệm thép, hoàn chỉnhphân mặt câu băng cách dùng mặt câu BTCT (có độ bên, tudi tho cao, chất lượng tốt, bảovệ được bộ phận thép phía dưới) và toàn bộ phan bản được liên kết với dầm thép taothành một hệ liên hợp và kết cau nhịp trở thành một kết cau không gian thông nhât toànkhối cùng làm việc.

Ngày nay khi chọn tiết diện dâm thép cho câu thì được nghiên cứu theo hướng làmtăng tiết điện biên dưới dâm thép và giảm tiết diện biên trên dẫn đến trường hợp tiết diệnthường không đối xứng vi hau hết biên dưới sẽ chịu kéo và biên trên chịu nén nên bô trí

như vậy sẽ phù hợp.

Hiện nay phương pháp thông dụng và thường xuyên được sử dụng nhất khi thi côngcầu thép — bản BTCT liên hợp là lắp ghép dầm thép, hệ liên kết ngang và sau đó sẽ thicông đồ bản mặt cầu BTCT Trong quá trình thi công thì dầm thép sẽ làm việc theo 2 giai

đoạn:

e Giai đoạn 1 : riêng dầm thép chịu trọng lượng bản thân nó va trọng lượngphân bản BTCT (khi bê tông chưa đông cứng) G/d I; G/d I++ Các tinh tải trong giai

đoạn này được gọi là “Tinh tải thường xuyên không hợp”

e Giai đoạn 2 : Tiết diện liên hợp dầm thép — bản BTCT làm việc như một kếtcau thống nhất chịu các loại tải trọng còn lai: tĩnh tải phần hai (Tinh tải thường xuyên

liên hợp) hoạt tai và các loại tải trọng theo thời gian.

—————< = SS Ữn

rcs C7 Sea—— :

Hình 1.8 Bồ trí chung tong quát của một cau dâm thép liên hợp (Trích [4]).Liên kết giữa kết cầu thép và bản mặt cầu được tạo bởi một hệ liên kết chịu cắt Tatao ra liên kết này bằng các phương pháp như hàn, đỉnh tán hay bulong neo cường độ cao

như hình 1.9.

Nhược điểm :e Ton thép hơn 1,5 đến 3 lần so với kết cầu cầu BTCT.e Nhip cảng lớn => chênh lệch về khối lượng thép sử dung so với kết cấukhông liên hợp càng giảm, do tĩnh tải trọng lượng bản thân tăng lên rất nhiều.

e Can chú ý vẫn đề chống rỉ cho phan thép sử dụng kết cấu cầu thép — BTCTliên hợp rất phù hop cho kết cấu cầu dầm giản đơn, liên tục khi có kết hợp với các biệnpháp gây tạo và điều chỉnh ứng suất.

Ngày nay, khái niệm về gây tạo hoặc điều chỉnh ứng suất khá gần gũi với người kỹsư Khái niệm nay khi áp dụng vào xây dựng cau thì thường phố biến nhất là sử dụng cácloại thép cường độ cao để tạo ứng suất trước theo chiều hướng có lợi cho khả năng chịulực của kết cau Đối với cầu thép thì mục đích khi dùng biện pháp gây tạo hoặc điều chỉnhứng suất cũng là căng kéo để tạo ứng suất trước hoặc phân phối lại nội lực do tĩnh tải vàhoạt tải cho các phần bê tông và thép => việc sử dụng vật liệu đạt hiệu quả nhất Trườnghợp kết cau nhịp liên tục thì tại gối trên trụ xuất hiện mô men âm dẫn đến bản bê tông làmviệc chịu kéo Nhờ các biện pháp gây tao ứng suất trước hoặc điều chỉnh ứng suất dé chophân BTCT này làm việc chịu kéo không bị nứt dưới tác dụng của hoạt tải Tuy nhiên

trong quá trình gay tạo hoặc điêu chỉnh ứng suất cân phải lưu ý van dé không chế ứng suất

phát sinh trong bê tông không vượt quá giới hạn cho phép.

Hiện nay, ta đã có thé làm nhiều phương pháp khác nhau dé gây tạo và điêu chỉnhứng suất trong kết cầu bêtông cốt thép liên hợp Áp dung cách nào là tùy theo đặc điểm thicông kết câu và sơ đồ, dạng thức của kết cấu Các phương pháp này gôm 2 loại hình

1.5 Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tàiHiện nay chuyên dé về phương pháp gây tạo, điều chỉnh ứng suất trước bằng cáchchat tải từng phan trong câu dam thép liên tục nhịp vẫn chưa được nghiên cứu sâu nên tàiliệu tham khảo chưa có nhiều.

Khi gây tạo điều chỉnh ứng suất băng phương pháp chất tải từng phan trong cau damthép cân quan tâm đến cách làm thé nào dé điều chỉnh đem lại kết quả tốt nhật Tuy nhiênvẫn chưa có 1 kết quả xác định nào về tính hợp lý của các phân bê tông được đồ trong các

giai đoạn I, giai đoạn II, giai đoạn III hoặc là trọng lượng hợp ly của tai trọng phụ

trong quá trình gia tải, dỡ tải phụ hoặc chiều dài nhịp hợp ly để khi điều chỉnh ứng suấtđạt được kết quả tốt nhất hay số nhịp tôi ưu để phát huy tốt phương pháp gây tạo, điềuchỉnh ứng suất này.

Sự phát triển dẫn đến không chỉ lưu lượng giao thông mà tải trọng cũng không ngừngtăng theo Các công trình cau cũng chịu sức ép về chat lượng thi công, hiệu qua sử dụngvà tuôi thọ công trình dưới sự khắc nghiệt về các yêu tô con người, thời tiết cũng rất đượcchú trọng Yêu câu đặt ra cho các nhà nghiên cứu chính là tìm ra được các biện pháp tăngcường khả năng chịu lực, giảm khối lượng, kinh tế, thâm mỹ thông qua cải tiễn các biện

pháp về điều chỉnh nội lực, vật liệu và biện pháp thi công, bảo dưỡng Khi mà vấn đềchỉ phí thiết kế 1 công trình được đưa lên ưu tiên hàng đầu thì đây là phương pháp tốt đểgiải quyết van dé gia tăng khả năng chịu lực của kết câu mà không cần phải tốn thêm chiphí cốt thép dự ứng lực để tăng khả năng chịu lực cua kết câu, dẫn đến tiết kiệm chi phí.Vi vậy việc nghiên cứu sâu và kỹ hơn về tinh hợp lý khi gây tạo, điều chỉnh ứng suấttrước bằng phương pháp chất tải từng phân trong cầu dầm thép là hết sức cấp thiết và là

mục tiêu chính trong đề tài luận văn này.

CHUONG 2: CO SỞ LÝ THUYET CUA PHƯƠNG PHÁP CHAT TAITUNG PHAN DE GAY TAO, DIEU CHINH UNG SUAT

Như nội dung đã trình bay ở chương | ta thay phương pháp gay tao và điêu chỉnh ứngsuất đã được áp dụng nghiên cứu trong xây dựng câu Thế thì phương pháp và cơ sở lýthuyết dé áp dụng nó như thé nào? Trong chương này, trước tiên chúng ta sẽ tìm hiểuthêm về van dé này Sau đó ta sẽ đi sâu và chi tiết hơn đối với chủ đề chính của dé tài làđiều chỉnh ứng suất băng phương pháp chất tải từng phân.

2.1 Các phương pháp gây tạo và điều chỉnh ứng suất:Mục đích khi sử dung các phương pháp gây tạo và điêu chỉnh ứng suất là nhằm tậndụng tốt sự làm việc của BTCT và giảm bớt sự làm việc của phân thép trong tiết diện nênsẽ tiết kiệm thép Tuỳ thuộc sơ đô, dạng kết cấu, phương pháp và đặc điểm thi công mà tanên áp dụng phương pháp nào cho phù hợp Dé tránh việc áp dụng phương pháp khôngchính xác ta phải phân biệt giữa gây tạo ứng suất trước và điêu chỉnh ứng suất trước.

Tạo ứng suất trước là tạo ra những nhân tô lực không phụ thuộc vào trọng lượng bảnthân kết cau Điển hình là:

e Căng cốt thép, bó cáp hoặc thanh tại một số vị trí.e Dung kích để ép bản BTCT

e Gay chuyền vị thăng đứng hoặc chất tải phụ => phân phối lại nội lực giữa haiphân thép và BTCT.

e Tao đôi trọng ở dau hãng.e Căng kéo thêm những bó cốt thép DUL tại gối, dây cáp của kết câu nhịp câutreo va cau dây văng.

Điều chỉnh ứng suất là làm thay đổi hoặc phân phôi lai nhân tố lực do trong lượngbản thân kết câu dẫn đến thay đổi sơ đồ làm việc của hệ trong quá trình thi công, chất tảibăng từng phan trọng lượng kết câu không có các tác động bên ngoài Hiện nay có cáccách điều chỉnh sau:

e Câu tao khop hoac mỗi nối tam thời trong kết câu siêu tĩnh.e Dam liên tục: khi thi công dé các nhịp biên làm việc như dâm hang Sau khikết câu võng xuống do trọng lượng bản thân - kê gối ngoài cùng để thành sơ đô liên tục.

e Sau khi tĩnh tai đã tác dụng hoàn toàn mới lắp các thanh phụ thêm: như biếnkết cầu dầm thành khung.

e Thay đổi tỉ lệ các phần tĩnh tải tác dụng trước va sau khi liên hợp phan thép

thì sẽ có momen âm ở gối, bản BTCT rơi vào khu vực chịu ứng suất kéo nên phải có biện

pháp xử lý Chiều dài dầm liên tục, hang đeo có tỉ lệ h/1 nhỏ hơn của trường hợp nhịp giản

đơn.

Trường hợp không gây tạo hoặc điều chỉnh ứng suất thì có ta sẽ xử lý bằng biện pháptạo ra các mối nối bién dạng dé loại bỏ sự làm việc của bản BTCT như là dùng các mỗinối ngang cách nhau vài mét đặt tại khu vực bản ( hình 2.1a) Tuy nhiên cách này cóNhược điểm là nhiều khe biến dạng Hoặc ta có thể tạo mối nối dọc giữa bản BTCT vàdầm thép trong đoạn bản chịu M âm (hình 2.Ib) tuy nhiên cần có vật liệu cách ly để bảnbiến dạng trượt và bảo vệ thép và nhược điểm là cấu tạo và bảo quản phức tạp phần cuốibản phải có neo tăng cường để chịu lực trượt.

NEO TĂNG CƯỜNG NEO TĂNG CƯỜNG

Lr Il Ï l l lÍ Lr Il 4)

a)

Hình 2.1 mối nối bản (Trích [2])Ngoài ra ta còn có thé xử lý bằng các cách như là bố trí cốt thép trong ban để chịukéo, cách này thì tốn thêm cốt thép bản nhưng tiết kiệm thép biên trên dầm thép Hàmlượng cốt thép thường chiếm khoảng 1 — 2% Hoặc ta có thể kết hợp cả 2 cách trên là vừadùng cốt thép chịu kéo trong bản, vừa cấu tạo khe biến dạng giữa ban va dầm thép: tổ hợpcủa phương pháp | và 3, lúc này bản làm việc như một thanh căng phụ sẽ tiết kiệm thép

khoảng 5 — 7% Trường hop dùng ban lắp ghép thì phải có biện pháp giải quyết mối nóicốt thép bản.

Vậy ta có thé có nhiều cách khác nhau dé khống chế mômen, ứng suất và đem lại lợiích mong muốn Tuy nhiên các cách nay thường sẽ đi kèm theo 1 vài nhược điểm hoặc làphải tốn kém thêm chi phí khá nhiều Từ đó đã có những nghiên cứu đi theo hướng sé gâytạo và điều chỉnh ứng suất được ra đời nhằm khắc phục các nhược điểm trên.

2.3 Kết cau nhịp thép — BTCT liên hợp có gây tạo hoặc điều chỉnh ứng suất:Trong quá trình nghiên cứu thì có nhiều biện pháp gây tạo và điều chỉnh ứng suất tuynhiên dù các biện pháp khác nhau nhưng vẫn được tong hop lại va phân ra làm 2 loại làloại không dùng cốt thép cường độ cao và loại dùng cốt thép cường độ cao.

2.3.1 Biện pháp không dùng cốt thép cường độ caoĐối với trường hợp kết cau nhịp đơn giản mục dich là tận dung kha năng chịu nén củabản bê tông, đưa phan ban vao lam viéc nhiéu hon nén sé giảm nhẹ sự làm việc của phanthép va tiết kiệm thép Vi thé ta sẽ chon biện pháp thông thường là kích dam tại giữa nhịptrước khi liên hợp - chuyền tải trọng từ giai đoạn I, sang giai đoạn II Hoặc ta có thé dùngtrụ tạm hoặc dùng thanh căng tạm thời Ưu điểm của các phương pháp này là tiết kiệm tới

30% lượng thép Tuy nhiên khi áp dụng phương pháp này thì nhịp lớn sẽ không đạt được

hiệu quả cao Vì vậy thi công nhiều nhịp sẽ kinh tế hơn.

Đối với trường hợp kết cấu nhịp liên tục và hãng thì mục đích của việc điều chỉnhứng suất là tiết kiệm thép, chống nứt cho phần bản chịu kéo (M âm) do hoạt tải Trườnghợp này ta có thé chọn phương pháp kích các gối giữa lên hoặc hạ thấp các gối ngoài sẽtăng mô men âm ở gối giảm Moment giữa nhịp (hình 2.3) Hoặc ta có thể thi công cáckhớp tam thời, việc này sẽ biến sơ đồ thành kết cau hang (mút thừa) sau đó sẽ trở về kếtcau liên tục Cách khác nữa là ta có thé dùng kích ép bản BTCT và chất tải phụ dé gây tạo

1.4.7 chưa đủ.

Hình 2.4 sơ đồ điều chỉnh ứng suất của cau qua thung lũng Lindbach (Trích [2])2.3.2 Gây tạo ứng suất bang biện pháp căng cốt thép cường độ cao:

Phương pháp nay được biết đến với ưu điểm là sử dụng kết cấu dự ứng lực tai vị trímô men âm đảm bảo về mặt kỹ thuật và kinh tế, tiết kiệm thép tới mức tối đa Phươngpháp này được phân ra thêm Phân loại : Có thể chia ra các loại sau:

e Kết cau dùng bó thép cường độ cao làm nhiệm vụ thanh căng, các bó thép cườngđộ cao này được đặt ngoài tiết diện Các bó thép được liên kết ở các đầu neo hoặc thêmmột số điểm tựa (u) tại vị trí uỗn cong (kết cau dự ứng lực căng ngoài) Nhược điểm củacách này là không có sự dính kết với kết cau Khi thi công can lưu ý bảo vệ kết câu chốngri bang cách bọc ống nhựa, đồ bê tông lấp ống.

cross section

Small đuc1 Large duct Steel gratin

TL ¬ — Track | — —— 4SS PA Tendon \ Sleeper

Hình 2.6 mat cat ngang câu bên phải và mat cat ngang của dam liên hợp

khác.

Hình 2.9 Mô hình của một nửa dầm cầu trong một cầu đường sắt hai dầm được tăng cường

bên ngoài băng tam thép cán mỏng (trích [7])

e _ Khi muốn giải quyết van dé nứt ở bản mặt cầu do mô men âm người ta thườngdùng cốt thép cường độ cao gây lực nén cho bản BTCT Khi áp dụng phương pháp nảy thìtùy phương pháp thi công bản BTCT là lắp ghép hay đồ tại chỗ mà ta sẽ áp dụng kết caucăng sau hay căng trước Khi sử dụng căng trước thì ta dùng dầm thép là bệ căng Van délưu ý ở đây là giải quyết van dé bản trượt tự do trên mặt dầm thép, việc nay ta có thé dùngnhững con lăn nhỏ, sau đó phun vữa kin lap khe giữa ban và dầm Hoặc là có thé dùngbản thép trượt trên mặt dầm hàn sau đó hàn liền lại.

BAN THEP MONG BO COT THÉP BAN BTCT NEO CUNG

Tóm lại việc sử dụng các biện pháp gây tạo hoặc điều chỉnh ứng suất tuy cũng còn 1vài khuyết điểm nhưng nhìn chung đã phát huy tác dụng khi nó giúp ta giải quyết triệt để

các van đề về ứng suât, tăng khả năng chịu lực của câu kiện tại các vi trí theo mong muôn.

Sau đây ta sẽ đi vào chủ đề chính của đề tài này là nghiên cứu chỉ tiết và sâu thêm vềphương pháp chat tải từng phan dé điều chỉnh ứng suất.

2.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp chat tai từng phan:2.4.1 Sơ đồ nội lực trong trường hợp không gây tạo và điều chỉnh ứng suất:

Trong quá trình thi công, nếu ta không gây tạo và điều chỉnh ứng suất thì biểu démômen chỉ có một dạng trong suốt quá trình thi công va 1 biểu đồ bao mômen trong giaiđoạn khai thác (hình 2.13 và 2.14) Khi đó thì các đoạn gần gối trong khoảng (0.2La +0.2Lb) sẽ chịu nén thé dưới và kéo thé trên, dẫn đến bản mặt cầu BTCT sẽ bị nứt dokhông thỏa ứng suất kéo do đó chúng ta có thể điều chỉnh ứng suất trong cầu dầm thépliên hợp bản BTCT liên tục bằng cách đồ bê tông theo từng giai đoạn và gia tải từng giai

đoạn dé điêu chỉnh ứng suât các đoạn bản BTCT chịu kéo trên các gôi.

e Gia tải phụ tại các vi trí đã được tính toán trước Mục đích của việc gia tải phụ

là để chuẩn bị tải trước cho quá trình dỡ tải tạo lực nén cho đoạn bê tông bản mặt cầu tạigối Lưu ý trong quá trình này là phải kiểm soát được ứng suất do trọng lượng bản thândầm và tải phụ gây ra không vượt quá ứng suất cho phép của dầm thép.

e Đồ bê tông bản mặt cầu đoạn cách các gối ở giữa (0,2L, + 0,2L,) Lưu ý trongquá trình nảy là giải quyết vấn đề mối nói giữa bê tông mới và bê tông cũ.

e Cho cho bê tông ban mặt cầu vừa đồ đã đông cứng thì ta bắt đầu dỡ tải các tảiphụ Mục đích tạo lực nén trước cho đoạn bê tông bản mặt cầu đã đồ.

e Thi công các lớp phủ, phụ kiện của cầu và hoàn chỉnh cau.Sau đây ta sẽ tìm hiểu chỉ tiết về sơ đồ thi công, biểu đồ mômen và ứng suất tại các

giai đoạn.

2.4.2.1 Giai đoạn I: lắp đặt toàn bộ các nhịp dầm thép lên các gối :Giai đoạn nay dầm chịu tải trong là chính trọng lượng ban than của dầm Các đoạngân gối khoảng (0,2L, + 0,2L,) sẽ chịu nén ở cánh dưới và chịu kéo ở cánh trên, các đoạncòn lại thì ngược lại Ta có biêu đồ moment như sau :

B E

+ +

sjAe ®s FON LÔ,

AY iy Er sy sy”

> #®C) èoe¬] èOgOgor

|

Ầ

Hình 2.15 Biểu đỗ mômen do TLBT dầm gây ra.Ứng suất cánh trên và cánh dưới của dầm thép trong giai đoạn này được tính như

Sau:

2.4.2.2 Giai đoạn II : Đồ bê tông các đoạn giữa nhịp như hình vế:Sau khi lắp đặt dầm thép ta tiến hành đồ bê tông các đoạn giữa nhịp và tại đoạn đầunhịp biên như hình vẽ Lúc này các đoạn bê tông chưa ninh kết, tức là vẫn chưa chịu lực,nên ứng suất trong ban mặt cầu oc = 0 Các đoạn dầm chịu nén và kéo gần giống như giaiđoạn trước Ứng suất được tính như sau:

xw.v Xs

S

H

boill M botlHsy Xs

+ “i | `“ < ` "——Ï._.- ` -Ô+>-+“ ca | Dri - ‘

Hình 2.16 Biéu đồ mômen do đoạn bê tông đồ trước gây ra.

2.4.2.3 Giai đoạn III : Gia tải phụ tại các vị trí như hình vẽ:

Đợi khi bản mặt cầu đoạn vừa đồ ninh kết, ta sử dụng các loại cau có tải trọng tươngứng cau các phụ tải (thông thường là các khối bê tông) dùng dé gia tải lên các dầm Lúcnày bản mặt cau bat đầu chịu lực nên trên toàn chiều dài dầm sẽ phân ra 2 loại tiết điện:

e Cac đoạn không có bản mặt cau thì tiết diện chỉ có dam thép, đặc trưng hìnhhọc chỉ có thép Ứng suất trong đoạn này được tính như sau:

Gia tai phu 7 E

RSH ION ION JON OR e DSS STIS " CE Sar eed SCE BOCES RSCRSCESC ESCH

2.4.2.4 — Giai đoạn IV: Đồ bê tông bản mặt cầu đoạn AC, DF còn lại trên các gối

giữa như hình vế :

Sau khi đã gia tải xong, tại các vi trí còn lại cua dầm (0.2La +0.2Lb) ta sé bắt đầu đồbê tông bản mặt cầu của đoạn này Lúc này bản mặt cầu vừa mới đồ vẫn chưa đông cứng,vẫn chưa chịu lực, nên trên toàn chiều dài dầm vẫn phân ra 2 loại tiết điện như giai đoạn

Đỏ BT phản còn lại

2.4.2.5 Giai đoạn V: D@ các gia tai đã phụ thêm lúc ban dau:Đợi khi bản mặt cầu đoạn vừa đồ ninh kết, bắt đầu chịu lực thì ta bắt đầu dỡ các tảiphụ đã chất thêm ở giai đoạn III ra khỏi công trình Đến giai đoạn này thi tat cả các vị tríthì dầm đều đã liên hợp với bản mặt cầu Ứng suất trong giai đoạn này được tính như sau:

V

botV M botVOs I XCom(n)

Com

V

topV M topV

C ~~ nt YCom(n)

Dỡ tải phụ mg :

po F is@ [T]

M

topVI topVIƠn — P

AR” ï gs XUSIW7 sag sa

Hình 2.21 Biểu đỗ momen do tải trong thường xuyên không liên hop gây ra.

2.4.2.7 — Giai đoạn VII: Đưa kết cau vào khai thác sir dụng, hoạt tải xe gây ra

moment như sau:

Khi hoàn thành công trình cầu và đưa vào khai thác thì cầu sẽ chịu thêm hoạt tải xe.Theo TCN 272-05 thì ta xét hoạt tải thiết kế gồm có xe tải thiết kế và tải trọng làn Do đâylà hoạt tải nên khi tính toán ta sẽ có được biểu đồ bao moment như hình vẽ bên đưới.

tod

Hình 2.22 Biểu đỗ bao mômen hoạt tải xe gây ra.Tuy nhiên để xét trường hợp nguy hiểm nhất đối với bản mặt cầu thì ta phải xéttrường hợp bản mặt cầu chịu kéo tức là M âm Vậy nên đối với hoạt tải ta xét phần trên

của biêu đô moment.

NL com

2.4.2.8 Tổng hợp mô men và ứng suất của dầm:

2.4.2.9 Tong hợp ứng suất của bản BTCT tại gối:

0.2La I.2Lb 0.2La 0.2Lb 0.2Lb 0.2La 0.2Lb 0.2La

CT a TT 6)=—N SN N Sở '

0,2La 0.2Lb 0.2La 0.2Lb 0.2Lb 0.2La 0.2Lb 0.2La

Hình 2.26 Biểu dé tổng hop ứng suất thé trên bản BTCT trong đoạn (0,2L, +0,2L,) qua

các giai đoạn đến khi khai thác (chưa xét từ bién, co ngót, nhiệt độ)Ứng suất của bản mặt cầu của các đoạn đồ trước sẽ có giá trị giống với trường hợpkhi ta không điều chỉnh ứng suất Biểu đồ ứng suất đoạn này có dang lả:

0.2La 0.2Lb 0.2La 02Lb 02Lb 02La 0.2Lb 02La

Hình 2.27 Biểu đồ ứng suất thé trên bản BTCT đoạn đồ trước đến quá giai đoạn khai thác

khi không điều chỉnh ứng suất (chưa xét từ biến, co ngót, nhiệt độ)

0.2La 02Lb 02La 02Lb 0.2Lb 0.2La 0.2Lb 0.2La

SS 7 ï ~ ¿2 7 ae ` 85

Hình 2.28 Biểu đỗ ứng suất bản BTCT đồ trước đến khi khai thác

(chưa xét từ biến, co ngót, nhiệt độ)Vậy tổng hợp ứng suất của thớ trên bản mặt cầu BTCT sẽ là tổng hợp của 2 đoạnbản BTCT đồ trước và đồ sau được thé hiện ở hình sau:

Hình 2.29 Biéu đô tong hop ứng suất thé trên của bản BTCT đến khi khai thác (chưa xét

từ biến, co ngót, nhiệt độ)2.4.2.10 Điều kiện để chọn kết quả:

Trong quá trình tính toán sẽ có rất nhiều trường hợp xảy ra Nhưng kết quả đượcchọn phải lả kết quả mà tại gối có ứng suất nhỏ nhất trong các gối băng “0” (các gối cònlại đều phải chịu nén) và thỏa điều kiện về ứng suất kéo của bản mặt cầu tại tất cả các mặtcắt Hình vẽ sau đây sẽ thể hiện 2 điều kiện này.

Ưng suât các đoạn còn lại

| | o<063sqrt(f'c)

Hinh 2.30 Ung suất của bản mặt cầu trong đoạn (0,2La + 0,2Lb) thỏa điều kiện đưa ra.

2.5 Mục tiêu nghiên cứu

Theo như biểu đồ moment khi ta thi công bình thường (tức là không có điều chỉnhứng suất) thì tại các vị trí trong khoảng lân cận gối (0,2La + 0,2Lb) chịu moment âm(nghĩa là thớ trên sẽ bị kéo, đồng nghĩa với việc bản mặt cầu chịu kéo), mà theo như ta đãbiết thì bê tông là cầu kiện chịu nén tốt nhưng chịu kéo thì kém => bản mặt cầu tại các vị

trí này thường sẽ bị nut.

Vậy vấn đề ta cần giải quyết là khắc phục nứt bản mặt câu tại những vị trí chịumoment âm Vi vậy ta chỉ xét từ sau giai đoạn IV tức là giai đoạn sau khi đồ bản mặt cầutại các vi trí trên đỉnh gối từ đoạn (0,2La + 0,2Lb) bởi vì sau giai đoạn nay thì bê tông bảnmặt cầu đã đồ đã đông cứng và bắt đầu chịu lực vì vậy việc gia tải phụ (chất tải theo từng

phan) mới đạt được hiệu qua Trên co sở của việc hình thành nội lực trong dầm thép trong

các quá trình chất tải Ta tìm mối quan hệ của khối lượng phân gia tải và chiều dài nhịp,khoảng cách giữa các dầm thép, số nhịp và chiều dải nhịp hợp lý để gây tạo, điều chỉnhứng suất đạt được kết quả tốt nhất.

Cơ sở khoa học dé đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài là các lý thuyết được áp

dụng trong các quy trình, quy phạm hiện hành của Việt Nam2.6 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuôn khổ của một dé tài luận văn thạc sĩ, học viên sẽ tập trung vào việc phântích tính toán nội lực trong từng giai đoạn chất tải và dỡ tải, ứng suất thớ trên, dưới củadầm thép, bản mặt cầu trong các giai đoạn chất và dỡ tải của dầm thép liên tục nhịp.

Theo thống kê tại Pháp, cầu xây theo kết cau thép - BTCT liên hợp được sử dungphố biến so với các kết câu khác (ứng suất trước, dầm hộp, ) với cùng một khoảng nhịp.Bảng thống kê sau thé hiện được kết cau liên hợp này được sử dụng cơ bản trong vùng kết

câu nhịp phô biên nhât so với các kêt câu khác (Vùng màu đen thê hiện vùng nhịp sử

Orthotropic box girder bridges | —

Bảng 2.1 Chiều dài nhịp dé các kết cấu liên hợp và kết cầu khác đạt hiệu quả tốt.Và mỗi hình thức của cầu thì phù hợp với một phạm vi cụ thể của nhịp, sau đâyđược tông hợp trong hình bên dưới (trích từ [8])

Arch ~<,yTI,,.|

504

|

Saue200

2.7 Sơ đồ tính toán

Các có liệu đầu vào (số lượng dam,chiều dày bản mặt cau, chiều daylớp phủ, tiết diện dầm thép đã đượckiểm toán với nhịp cụ thể 30m)

Ỷ

Xét trường hợp khoảngcách dâm S=1.5m

min ð;á¡ = Ö

Omat cất khác thỏa

A Á

Chấp nhậnkết quả