THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP - CHƯƠNG 4 docx

Trong sơ đồ này, kết cấu nhịp bản và thanh chống ngang giữa hai chân tường mố đóng vai trò hai thanh chống nằm ngang, hai tường mố thẳng đứng đóng vai trò của hai thanh đứng, liên kết gi

Chương 2 : CẦU BẢN BÊ TÔNG

CỐT THÉP

2.1 Cấu tạo cầu bản bê tông cốt thép thường.

2.2 Cấu tạo cầu bản bê tông cốt thép lắp ghép.

2.1 Cấu tạo cầu bản bê tông cốt thép thường :

2.1.1 PHẠM VI :

• Cầu bản BTCT thường chỉ dùng trong phạm vi nhịp

3÷ 6m Phạm vi chiều dài nhịp này cũng có thể dùng cống bản hoặc cống tròn để thay phương án cầu bản

• Khi thiết kế phương án cầu nhỏ, cần xét cả phương án cống để so sánh mọi mặt kinh tế - kỹ thuật nhằm chọn được phương án hợp lý nhất

2.1.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO DỌC CỦA CẦU BẢN :

• Sơ đồ tĩnh học của các cầu bản thường là sơ đồ nhịp giản đơn để thuận tiện và đơn giản thi công

Trong nhiều năm ở Việt Nam đã áp dụng sơ đồ cầu bản mố nhẹ bốn khớp dựa theo đồ án điển hình của Nga với nhịp 4 ÷ 6m (H.2.1)

Hình 2.1 Sơ đồ tĩnh học của cầu bản mố nhẹ bốn khớp

Trong sơ đồ này, kết cấu nhịp bản và thanh chống ngang giữa hai chân tường mố đóng vai trò hai thanh chống nằm ngang, hai tường mố thẳng đứng đóng vai trò của hai thanh đứng, liên kết giữa các đầu thanh đều là dạng chốt có thể xoay được

Kết cấu bốn chốt này là dạng kết cấu biến hình, tuy nhiên do các tường mố được tiếp xúc với đất đắp đầu cầu và luôn chịu áp lực đất từ hai phía nền đường nên sơ đồ cầu vẫn được coi là ổn định, không bị biến hình

Giả thiết này chỉ đúng với cầu ôtô vì biến dạng tường mố là nhỏ, có thể bỏ qua Do đặc điểm kết cấu bốn chốt nên mômen uốn trong kết cấu tường mố nhỏ và có thể làm tường mố mỏng hơn, nhẹ hơn, vì vậy có từ

"mố nhẹ" trong tên gọi kiểu cầu này

Độ dày của bản hb =(/15÷ 1/20)L so với chiều dài nhịp tính toán ( khoảng 25¸÷ 35 cm ), bêtông dùng mác

200÷ 250 cốt thép chịu lực đặt thẳng thường dùng loại CT5 có gờ, Φ 20÷ 24, cốt thép cấu tạo thường dùng loại CT3 Φ 8÷ 10

2.2 Cấu tạo cầu bản bê tông cốt thép lắp ghép :

2.2.1 NGUYÊN TẮC CHUNG :

• Để đơn giản cấu tạo, dễ thi công và chịu lực hợp lý người ta thường làm các khối bản dạng mặt cắt chữ nhật với các rãnh lõm ở hai mặt bên dành cho cấu tạo mối nối ngang cầu giữa các khối bản theo kiểu mối nối chốt ( không truyền được mômen, chỉ truyền được lực cắt )

• Đối với cầu bản lắp ghép hoặc nửa lắp ghép trên đường ôtô, thông dụng nhất cũng là dạng cầu bản mố nhẹ, như cầu bản đổ tại chỗ

• Các bộ phận của cầu được phân chia thành những khối nhỏ có trọng lượng và kích thước tùy theo điều kiện vận chuyển và năng lực của thiết bị cẩu lắp và được chế tạo sẵn ở nhà máy hay xưởng bêtông Tới vị trí xây dựng, các khối lắp ghép được cẩu vào vị trí và tiến hành liên kết lại nhờ các mối nối, thành kết cấu cầu hoàn chỉnh

• So với phương pháp đúc tại chỗ, việc sử dụng kết cấu bản lắp ghép khắc phục được khó khăn đảm bảo giao thông và chi phí làm đà giáo, ván khuôn

• Các khối lắp ghép được chế tạo trong nhà máy hay xưởng bêtông với điều kiện đầy đủ thiết bị, đảm bảo chất lượng bêtông theo yêu cầu thiết kế, tốt hơn so với đúc bêtông tại công trường

• Do đã chế tạo định hình hàng loạt ván khuôn thép tiêu chuẩn nên hình dáng kết cấu được bảo đảm chính xác

• Là phương pháp cho phép rút ngắn thời gian thi công tại công trường, tránh được ảnh hưởng thời tiết trong quá trình thi công, có thể xây dựng đồng loạt nhiều công trình với tiến độ nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu định hình hóa và công nghiệp hóa xây dựng cầu

• Nhược điểm việc sử dụng kết cấu lắp ghép là thiếu tính liền khối do phải có mối nối giữa các khối lắp ghép ( hình dáng, kích thước, trọng lượng phù hợp với thiết

bị chuyên chở và cẩu lắp sẵn có )

• Trường hợp xây dựng cầu ở những tuyến đường khó khăn, chi phí vận chuyển trở nên tốn kém, cần so sánh với phương pháp thi công đổ bêtông tại chỗ

• Nhìn chung cầu bản lắp ghép có nhiều ưu điểm và được áp dụng rộng rãi

Trong nhiều trường hợp cần phải phối hợp đồng thời :

- Trong lúc thi công mố trụ bằng đá xây hay đúc bêtông tại chỗ thì các khối lắp ghép và các thanh chống được chế tạo trên nền bệ gần đó

- Sau khi mố trụ cầu hoàn thành sẽ tiến hành cẩu lắp bản vào vị trí và nhanh chóng hoàn thiện công trình, rút ngắn thời gian thi công

• Hiện nay, ở Việt Nam đã hoàn chỉnh bộ thiết kế điển hình dạng cầu bản mố nhẹ bốn khớp dùng cho đường ôtô với các khẩu độ, khổ cầu và tải trọng khác nhau có thể áp dụng linh hoạt tùy theo từng vị trí xây dựng

• Các đồ án thiết kế điển hình hiện nay phù hợp với hoạt tải đoàn xe ôtô H-13, xe bánh xích X-60 hoặc với đoàn xe ôtô H-30, xe bánh nặng XB-80, tải trọng người đi bộ

300kG/m2

• Chiều dài của kết cấu nhịp bản tùy chọn 3 ; 4 ; 5 ; 6m

• Chiều cao nền đường đầu mố từ 2 ÷ 5m

• Khổ cầu có thể là 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; 12m

• Trên hình 2.2 giới thiệu đồ án điển hình cho tải trọng

đoàn xe ôtô H-30, xe bánh nặng XB-80, khẩu độ nhịp 4m,

chiều rộng mặt cầu có thể thay đổi tùy thuộc chiều rộng nền đường..

Hình 2.2 Cầu bản mố nhẹ lắp ghép

• Kết cấu nhịp bản được phân chia thành các khối bản lắp ghép bằng các mối nối dọc theo chiều dài nhịp Chiều rộng của mỗi khối tùy điều kiện vận chuyển và cẩu lắp, thông thường từ khoảng 1,0÷ 1,5m

• Số lượng khối bản phụ thuộc vào khổ rộng của cầu

• Hai tường mố nhẹ có thể bằng bêtông đúc tại chỗ, nếu dùng các khối bêtông lắp ghép cần lưu ý cấu tạo liên kết giữa chúng bằng các chốt thép Φ 32 Tường mố cũng có thể bằng đá xây

• Các thanh chống theo hướng dọc cầu thường được chế tạo sẵn bằng BTCT, khi lắp vào vị trí cầu đảm bảo tỳ sát vào chân tường của hai mố nhẹ

Để đơn giản hơn, các thanh chống cũng có thể bằng

bêtông đổ tại chỗ

• Các tường cánh xiên của mố có thể bằng bêtông hay đá xây Phía sau mố thường dùng bản quá độ có chiều dài 2,5 ÷ 3m bằng BTCT để chuyển tiếp

êm thuận độ cứng giữa cầu và đường đầu cầu

• Phía trên các khối bản lắp ghép có cấu tạo lớp phủ mặt cầu BTCT hay bêtông nhựa

• Khi xây dựng cầu ở khu vực dân cư phải bố trí hệ thống lan can, gờ chắn bánh và lề người

đi bộ Đối với các tuyến đường địa phương hệ thống này có thể lược bỏ

• Theo tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05, hoạt tải thiết kế đã thay đổi theo dạng có tên gọi là hoạt tải xe HL-93

Vì vậy khi thiết kế, vẫn có thể tham khảo các bản vẽ cấu tạo điển hình cũ nhưng phải tính toán lại theo tiêu chuẩn mới và sửa đổi cấu tạo, nếu thấy cần thiết

2.2.2 CẤU TẠO CÁC KHỐI BẢN BTCT LẮP GHÉP :

• Dạng điển hình các khối bản lắp ghép dùng cho cầu ôtô được vẽ trên hình 2.3

• Khi chế tạo khối bản cần dự kiến trước cấu tạo mối nối giữa chúng Để đảm bảo tính liền khối của toàn kết cấu nhịp có thể áp dụng kiểu liên kết giữa các khối bản là kiểu mối nối cốt thép chờ

• Sau khi cẩu lắp các khối bản vào vị trí người ta tiến hành hàn nối các cốt thép chờ đã được bố trí sẵn ở cạnh bên khối bản

• Khi thi công xong mối nối kiểu như trên ( mối nối cứng ) kết cấu nhịp bản trở nên liền khối, đảm bảo tốt sự làm việc chung của toàn bộ kết cấu nhịp

• Khi dùng loại mối nối này cần có chiều rộng mối nối đủ lớn để cốt thép chờ khoảng 20 lần đường kính cốt thép ngang của bản, đồng thời để có thể thao tác hàn nối và cấu tạo cốt thép dọc dễ dàng

Hình 2.3 Cấu tạo khối bản lắp ghép

• Trong đồ án điển hình của Việt Nam hiện nay thường sử dụng mối nối kiểu chốt giữa các khối bản lắp ghép, giống như các đồ án của Nga

• Các khối bản lắp ghép thường có chiều rộng lý thuyết

theo phương ngang cầu là 100cm

• Tuy nhiên, để đề phòng các sai sót trong quá trình

thi công, trong thực tế chiều rộng các khối bản là 98cm

Hình 2.4 Cấu tạo mối nối kiểu chốt

• Để nối giữa các khối bản ở mặt bên cạnh tạo sẵn các rãnh dọc theo chiều dài nhịp sao cho khi đặt hai khối cạnh nhau sẽ tạo ra khe hở có chiều rộng phía trên lớn hơn phía dưới (H.2.4)

• Dọc theo khe hở của mối nối được đặt vào các đoạn cốt thép có đường kính từ 3 ÷ 5mm uốn thành hình lò

xo Sau đó mối nối được lấp đầy bêtông mác 200

• Do cấu tạo như vậy nên mối nối kiểu chốt chỉ có tác dụng truyền lực cắt mà không truyền được mômen

Vì vậy, cần lưu ý sơ đồ tính toán chỉ có thể coi như các khối bản kiểu dầm được liên kết ngang với nhau bằng các khớp quay

• Đặc điểm của dạng kết cấu nhịp bản có sử dụng mối nối chốt là độ cứng ngang cầu không lớn, vì vậy chỉ thích hợp cho cầu trên đường ôtô Qua thực tế khai thác, nhiều cầu bản kiểu này đã hình thành các vết nứt dọc khe nối, có thể quan sát thấy ngay cả trên lớp phủ mặt xe chạy

2.2.3 CẤU TẠO MỐ NHẸ :

• Cấu tạo mố nhẹ gồm móng, thân và mũ mố Mố nhẹ có thể bằng đá xây hay bêtông đúc tại chỗ Khi cần đẩy nhanh tiến độ thi công có thể chế tại thành các khối đúc sẵn và thi công lắp ghép

• Trong các đồ án điển hình của Việt Nam móng mố và thân mố thường bằng bêtông mác 150 Mũ mố bằng BTCT mác 250 Theo tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 thì

từ năm 2006, cấp bêtông phải đổi là 20MPa.

• Thân tường mố nhẹ nếu dùng bằng bêtông hay BTCT có chiều dày không đổi và bằng 1/6 đến 1/7 chiều cao của nó

Nếu dùng bằng đá xây thường có chiều dày thay đổi từ đỉnh đến chân tường mố, độ dốc thân tường khoảng 1/10 ở phía trước và sau

• Cũng như cầu bản mố nhẹ đổ tại chỗ, cầu bản mố nhẹ lắp ghép cũng có sơ đồ tĩnh học là một khung bốn khớp và nguyên lý làm việc tương tự

Trong mặt phẳng thẳng đứng dọc cầu, mố nhẹ làm việc như một thanh chịu nén thẳng đứng đồng thời chịu uốn ngang dưới tác dụng của áp lực đất đẩy ngang

Móng của tường mố thường được tính toán theo sơ đồ dầm cứng trên nền đàn hồi theo phương ngang cầu

• Tường chắn có thể làm bằng đá xây, bêtông đúc tại chỗ hay lắp ghép giống như tường mố

Trên hình 2.2 giới thiệu cấu tạo mố nhẹ của cầu bản có tường cánh chéo góc nhỏ 7035' theo đồ án điển hình của Viện thiết kế GTVT trước đây

• Bên dưới móng mố thường được gia cố lớp đá dăm cát dày 10 ÷ 15cm Có thể dùng cấp phối 60% đá

dăm, 30% cát và 10% đất sét

2.2.4 THANH CHỐNG DỌC, BẢN QUÁ ĐỘ, LỚP PHỦ

XE CHẠY :

• Cấu tạo thanh chống dọc chỉ là thanh bêtông đúc tại chỗ có mặt cắt vuông hay chữ nhật, thường không có cốt thép, khi tính toán có thể giả thiết làm việc theo sơ đồ chịu nén đúng tâm

• Trong các cầu bản có chiều cao đất đắp nền đường sau mố 4 ÷ 5m, thường bố trí thêm bản quá độ

• Bản quá độ được chôn trong nền đường sau mố, làm bằng BTCT đúc tại chỗ hay lắp ghép có tác dụng làm cho độ cứng của nền dưới bánh xe thay đổi dần dần Như vậy xe ra vào cầu được êm thuận hơn

Mặt khác, bản quá độ còn có tác dụng giảm bớt áp lực đẩy ngang tác dụng lên tường trước mố khi có xe đứng trên lăng thể trượt sau mố

• Sơ đồ làm việc của bản quá độ một đầu kê trên gối cứng là đỉnh tường trước mố còn đầu kia kê trên một dầm BTCT đặt trực tiếp trên nền đường đầu cầu Vì vậy để tránh các ảnh hưởng do lún của đất nền nên chia thành các giải bản lắp ghép, giữa chúng có các khe nối

• Các lớp phủ trên mặt xe chạy có cấu tạo tùy thuộc theo cấp đường Ví dụ : có thể làm mặt cầu có ba lớp phủ

Trên cùng là lớp bêtông nhựa chiều dày 6cm để chịu mài mòn, tiếp đến là lớp thấm nhập nhựa dày 8cm và dưới cùng là lớp đá dăm trộn cát dày 16cm

Cấu tạo lớp phủ như vậy sẽ làm tăng tĩnh tải trên kết cấu nhịp, tạo ra lực thẳng đứng lớn lên tường mố, dẫn đến làm giảm độ lệch tâm của hợp lực uốn, nén, từ đó thu nhỏ được kích thước tường mố

Cũng có thể chỉ làm một lớp bêtông nhựa dầy 11cm.