GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ CẦU TỔNG CÔNG TY XÂY DỰNG TRƯỜNG SƠN

MỤC LỤC Nội dung LỜI NÓI ĐẦU Trang Phần thứ NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ CẦU Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH CẦU 1.1 Các phận kích thước cầu 1.2 Phân loại cầu 1.3 Tầm quan trọng ngành xây dựng cầu 1.4 Những yêu cầu cơng trình cầu phương hướng phát triển ngành cầu Câu hỏi ôn tập 10 13 Chương NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ THIẾT KẾ CẦU 2.1 Các tài liệu cần điều tra khảo sát 2.2 Xác định kích thước cầu 2.3 Các tải trọng thiết kế 2.4 Khái niệm chung phương pháp tính tốn cơng trinh theo trạng thái giới hạn 2.5 Nguyên tắc công tác thiết kế Câu hỏi ôn tập 14 18 21 32 36 38 Phần thứ hai CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP Chương CẦU BẢN VÀ CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 3.1 Vật liệu, tính lý 3.2 Phạm vi áp dụng cầu bê tông cốt thép 3.3 Cấu tạo chung phận mặt cầu 3.4 Cầu mố nhẹ bê tông cốt thép thường 3.5 Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn bê tông cốt thép thường 3.6 Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn bê tông cốt thép dự ứng lực 3.7 Kết cấu nhịp cầu dầm liên tục dầm hẫng Câu hỏi ôn tập 39 46 47 50 55 66 76 81 Chương NGUN LÝ TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG 4.1 Khái niệm phương pháp tính tốn 4.2 Ngun tắc phân bố tải trọng hoạt tải cầu 4.3 Tính tốn xác định nội lực 4.4 Chọn tiết diện 4.5 Kiểm tra cường độ cho kết cấu 4.6 Tính tốn độ võng kết cấu nhịp theo TTGH thứ hai 4.7 Tính tốn kết cấu nhịp theo TTGH thứ ba nứt Câu hỏi ôn tập Chương CẦU VỊM 5.1 Cầu vịm đá 5.2 Cầu vịm bê tơng cốt thép 5.3 Cấu tạo mố trụ cầu vịm Câu hỏi ơn tập 82 82 83 94 96 99 101 103 104 107 110 112 Phần thứ ba CẦU THÉP Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU THÉP 6.1 Các đặc điểm chủ yếu cầu thép 6.2 Đặc điểm vật liệu dùng cầu thép 6.3 Các liên kết dùng cầu thép 6.4 Bộ phận mặt cầu cầu thép Câu hỏi ôn tập 113 113 117 121 126 Chương KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM THÉP VÀ DÀN THÉP GIẢN ĐƠN 7.1 Cầu dầm đặc giản đơn 7.2 Cầu dàn thép giản đơn Câu hỏi ôn tập 127 136 145 Chương MỘT SỐ LOẠI CẦU THÉP KHÁC 8.1 Cầu dầm liên hợp thép - bê tông cốt thép 8.2 Cầu treo Câu hỏi ôn tập 146 150 152 Phần thứ tư MỐ TRỤ VÀ GỐI CẦU Chương MỐ TRỤ CẦU 9.1 Khái niệm chung 9.2 Mố trụ dẻo 9.3 Cấu tạo trụ cầu dầm 9.4 Cấu tạo mố cầu dầm 9.5 Tính tốn mố trụ cầu Câu hỏi ơn tập 153 155 159 161 165 172 Chương 10 GỐI CẦU 10.1 Giới thiệu chung 10.2 Cấu tạo gối cầu dầm bê tông cốt thép 10.3 Cấu tạo gối cầu dầm thép 10.4 Tính tốn gối cầu Câu hỏi ơn tập 173 173 176 178 180 TÀI LIỆU THAM KHẢO 181 LỜI NĨI ĐẦU Cầu cơng trình xây dựng thiết yếu đường Khi tính tốn thiết kế xây dựng đòi hỏi phải nghiên cứu, điều tra khảo sát, thực nghiệm chặt chẽ Những năm gần với tiến trình hội nhập, nhiều phương pháp tính tốn thiết kế vật liệu kết cấu mới, công nghệ thi công tiên tiến áp dụng vào thực tiễn xây dựng cơng trình cầu Việt Nam Cuốn giáo trình "Thiết kế cầu" nhà trường xuất năm 2001 giúp cho giáo viên, học viên có tài liệu nghiên cứu, giảng dạy, học tập làm đồ án chuyên ngành hiệu Nhưng với “Luật giáo dục” 2005 thời gian chương trình khung đào tạo theo quy định Bộ giáo dục đào tạo Để chất lượng đào tạo kỹ thuật viên trung cấp cầu đường ngày sát với nhiệm vụ sản xuất kinh doanh thực tiễn sản xuất Chúng biên soạn, chỉnh lý giáo trình "Thiết kế cầu" gồm bốn phần với 10 chương Chương Khái niệm chung cơng trình cầu Chương Những vấn đề thiết kế cầu Chương Cầu cầu dầm bê tông cốt thép Chương Ngun lý tính tốn thiết kế kết cấu nhịp BTCT thường Chương Cầu vòm Chương Giới thiệu chung cầu thép Chương Kết cấu nhịp Cầu dầm thép dàn thép giản đơn Chương Một số loại cầu thép khác Chương Mố trụ cầu Chương 10 Gối cầu Nội dung trình bày nguyên tắc khảo sát, tính toán thiết kế cấu tạo phận cầu Mỗi loại cầu đề cập đến nội dung cấu tạo phạm vị sử dụng ngun tắc tính tốn không đề cập Mặt khác, số tên gọi theo quy định vẽ thiết kế “Tiếng Anh” đề cấp tới, có mặt chưa sát Trong giáo trình sử dụng nhiều hình vẽ đặc trưng để khái quát mô tả cấu tạo bản, quy định số đặc tính chủ yếu mặt chịu lực theo “Tiêu chuẩn thiết kế”, tạo thuận lợi học tập nghiên cứu nội dung môn học Trong suốt q trình biên soạn chúng tơi nhận nhiều tham gia góp ý quý báu đồng chí giáo viên cán làm cơng tác thiết kế thi cơng lâu năm có nhiều kinh nghiệm nhà trường quan thiết kế ngồi Tổng cơng ty xây dựng Trường sơn Mặc dù có nhiều cố gắng, với trình độ thời gian hạn chế, nên chắn khơng tránh khỏi sai sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp quý báu bạn đọc THÁNG 11/2007 NGƯỜI BIÊN SOẠN Phần thứ NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ CẦU (INTRODUTION FOR BRIDGE DESIGN) Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH CẦU 1.1 Các phận kích thước cầu Khi tuyến đường gặp chướng ngại như: Sơng ngịi, khe suối, cơng trình khác có sẵn (tuyến đường cũ mà tuyến cắt qua, cơng trình cơng nghiệp, văn hố ) mà khơng thể vịng tránh phương án xây dựng cơng trình cầu để vượt qua chướng ngại khả thi Cầu cơng trình nhân tạo để nối liền đường, vượt qua chướng ngại mà tuyến đường khơng vịng tránh Các phận cơng trình cầu gồm có: Kết cấu nhịp mố trụ, kết cấu nhịp mố trụ gối cầu (hình 1.1) ngồi phận cịn có số cơng trình phụ khác như: đường đầu cầu, phần tư nón, cơng trình điều chỉnh dịng sơng, thiết bị chiếu sáng, chống sét v.v mà tuỳ theo cơng trình có bố trí bè trÝ chung cÇu (General view of bridge) L l Hd MNCN l0 Hc H ltt MNTN mặt cắt ngang kết cấu nhịp (Section of superstructure span) K/2 K/2 T hL T b b h' b in in h i i b nxa Hình 1.1 Sơ đồ bố trí chung cầu - Mố; - Trụ; - Kết cấu nhịp; - Phần tư nón Kết cấu nhịp cầu để đỡ mặt đường xe chạy trực tiếp chịu tải trọng xe cộ chạy cầu truyền xuống mố trụ thông qua gối cầu Mố hai đầu cầu cịn có nhiệm vụ chắn đất đường đầu cầu nối tiếp cầu đường Tất tải trọng cầu hoạt tải cầu truyền xuống đất thơng qua móng Hai bên mố mái dốc taluy đường đầu cầu đắp thành khối lượn theo phần tư hình nón cụt gọi tắt mố đất hình nón Mực nước sơng ln thay đổi, mùa lũ mực nước dâng cao, mực nước cao mà người ta ghi lại điều tra gọi mực nước lịch sử hay mực nước cao (MNCN) Mực nước thiết kế mực nước cao khoảng 100 năm hay 50 năm tuỳ theo quy mơ cơng trình (được xác định tần suất tính tốn) Về mùa khơ mực nước sông rút xuống, mực nước thấp mà người ta ghi mùa gọi mực nước thấp (MNTN) Mực nước thơng thuyền tính tốn (MNTT) mực nước lớn cho phép tầu bè qua lại sông mùa lũ, thường MNTT thấp MNCN Chiều dài toàn cầu (L) khoảng cách hai mố, nghĩa chiều dài tồn cơng trình Nhịp tính tốn (ltt) cịn gọi độ nhịp khoảng cách hai tim gối nhịp Khoảng cách hai đầu mút dầm (l) gọi chiều dài nhịp Nhịp tĩnh (l0) khoảng thông thuỷ hai trụ mực nước cao thiết kế Khẩu độ cầu L0 tổng nhịp tĩnh (L0 = l0) tức chiều rộng mặt thoáng nước tim cầu tính mực nước cao thiết kế Đối với cầu nhịp độ cầu khoảng trống mép hai tường mố phía sông Trường hợp MNCN thiết kế không tiếp xúc với hai tường mố mà cắt mố đất hình nón độ cầu lấy theo đường trung bình MNCN thiết kế MNTN Chiều cao cầu (HC) khoảng cách từ mặt đường phần xe chạy tới MNTN hay mặt đất mặt đường cầu (với cầu vượt đường) Chiều cao kiến trúc (h) khoảng cách từ mặt đường xe chạy tới đáy kết cấu nhịp (với cầu dàn thép có đường xe chạy khoảng cách từ mặt biên đến đáy biên dưới) Chiều cao gầm cầu (Hd H) gọi khổ giới hạn gầm cầu, khoảng cách từ đáy kết cấu nhịp tới MNCN thiết kế MNTT tính tốn Chiều cao phải đủ bảo đảm an tồn có thơng thương cầu nước có lũ phụ thuộc vào cấp đường thuỷ nội địa Đối với cầu vượt đường hai trị số H Hd lấy theo quy định 4,5m 1.2 Phân loại cầu Công trình cầu phân nhiều loại tuỳ theo đặc điểm riêng chúng - Theo tính chất chướng ngại vật mà cầu vượt qua phân thành loại sau: + Cầu qua sông, loại cầu thường hay gặp để vượt qua sông, suối + Cầu vượt đường, giải nút giao thơng có mật độ xe lớn phải giao khác mức chỗ hai tuyến đường giao cao độ khác + Cầu cao, loại cầu vượt qua thung lũng, khe suối sâu, làm đường không kinh tế không giải vấn đề nước mùa lũ Dùng thích hợp với khe suối có bề rộng lớn 20m + Cầu cạn, mục đích đưa mặt đường lên cao nhiều so với mặt đất xung quanh phép sử dụng đất cầu trường hợp phải đưa dần cao độ mặt đường lên để tránh độ dốc vượt giá trị cho phép, cầu cạn trường hợp gọi cầu dẫn - Theo tải trọng lưu thơng cầu phân ra: + Cầu đường sắt, dành cho đoàn tầu qua + Cầu đường ô tô, dùng cho loại xe giới qua Loại cầu khác với cầu đường sắt khổ cầu cấu tạo mặt cầu + Cầu hành, dành riêng cho người qua lại Thường xây dựng công viên, khu nghỉ mát + Cầu thành phố, khác cầu ô tô chỗ xây dựng với mục đích để thoả mãn u cầu giao thơng lớn mỹ quan thành phố + Cầu hỗn hợp, dùng chung cho ô tô, người ô tô, tầu hoả, người (cầu Thăng Long cầu thuộc loại này) + Cầu tầu, xây dựng bến sông hải cảng để ô tô cần trục vào bốc dỡ hàng hoá neo buộc tầu thuyền + Các loại cầu đặc biệt, chuyên dùng cho nhu cầu đặc biệt như: máng dẫn nước, ống dẫn dầu khí đốt, dây cáp điện qua sông qua đường - Theo vật liệu xây dựng kết cấu nhịp người ta phân ra: Cầu gỗ, cầu đá, cầu bê tông, cầu bê tông cốt thép, cầu thép - Theo sơ đồ tính chất chịu lực cơng trình phân ra: Hệ thống cầu dầm, hệ thống cầu khung, hệ thống cầu vòm, hệ thống cầu treo - Theo vị trí mặt đường xe chạy cầu gồm có: Cầu có đường xe chạy trên, cầu có đường xe chạy cầu có đường xe chạy - Theo đặc điểm điều kiện sử dụng cầu phân ra: + Cầu cố định, loại cầu thông dụng nay, cầu khơng có thơng thuyền đáy dầm cầu đặt cao mực nước cao để bảo đảm cho dòng nước chảy cầu cách tự do, cầu có thơng thuyền phải bảo đảm khổ gầm cầu không cản trở thuyền bè qua lại sông Những loại cầu gọi cầu mực nước cao Ngoài loại cầu cố định thiết kế với mực nước cao cịn có cầu tràn thiết kế với mặt cầu thấp mực nước lũ thiết kế, cho phép nước lũ tràn qua cầu tính tốn với mức độ ngừng thông xe tuyến thời gian ngắn mùa lũ, tuỳ theo thời gian cho phép ngừng thơng xe lưu lượng nước lũ để tính toán cao độ mặt cầu + Cầu di động cầu quay, cầu cất loại cầu có kết cấu nhịp thiết kế đặc biệt, kết cấu nhịp gắn với cấu quay, nhịp cầu quay góc 900 đến vị trí dọc với dịng chảy cẩu nhấc lên có tầu cầu mà không muốn nâng khổ gầm cầu (cầu Sơng Hàn - Thành phố Đà Nẵng cầu có hai nhịp thông thuyền thiết kế theo kiểu cầu quay) + Cầu phao gọi cầu có dầm cầu đặt thuyền phao nổi, dùng trường hợp qua sông rộng, nước sâu, bảo đảm giao thông xây dựng cầu giải giao thơng chưa có dự án xây dựng cầu tuyến đường có mật độ giao thơng lớn Cầu phao làm sơng có thơng thuyền phải làm nhịp đặc biệt tháo cắt rời dễ dàng có tầu bè qua lại - Theo thời hạn sử dụng cầu phân ra: + Cầu vĩnh cửu, cầu thiết kế với loại vật liệu sử dụng lâu bền, bị phá hoại ảnh hưởng thời tiết, môi trường + Cầu bán vĩnh cửu, gồm loại cầu có mố trụ thiết kế với loại vật liệu sử dụng lâu bền, vĩnh cửu Còn kết cấu nhịp làm kết cấu dầm thép tháo lắp dễ dàng (dầm quân dụng, vạn ), sau thời gian sử dụng có điều kiện thay kết cấu nhịp thành vĩnh cửu + Cầu tạm, gồm tất loại cầu có phận thiết kế đáp ứng với thời hạn sử dụng ngắn (bảo đảm giao thông xây dựng cầu mới, bảo đảm nhu cầu giao thông đoạn tuyến thời gian ngắn ) Loại cầu tất phận xây dựng kết cấu lắp ghép lại liên kết không cần chắn Tuy nhiên loại cầu thuộc loại vĩnh cửu, bán vĩnh cửu hay tạm thời, kèm theo quy định khác tiêu chuẩn thiết kế - Theo vị trí tương đối trục tim cầu hướng dịng nước chảy, người ta chia ra: + Cầu thẳng, trục tim cầu nằm vuông góc hay tạo với hướng dịng nước chảy góc lớn 850 + Cầu chéo, trục tim cầu nằm tạo với hướng dịng nước chảy góc nhỏ 850 + Cầu cong, bình đồ tim cầu nằm đường cong Ngồi cịn có cầu nằm nằm đường cong đứng gọi cầu vồng cầu nằm đoạn đường dốc chiều gọi cầu dốc - Tuỳ theo chiều dài toàn cầu độ nhịp người ta chia ra: Cầu nhỏ, cầu trung, cầu lớn cầu đặc biệt Theo quy trình 22 TCN 18 - 79 phân chia sau: + Cầu lớn: Nếu chiều dài toàn cầu lớn 100m hay độ tính tốn nhịp lớn 30m + Cầu trung: Nếu chiều dài toàn cầu từ 30 đến 100m hay độ tính tốn nhịp từ 16m đến 30m + Cầu nhỏ: Nếu chiều dài toàn cầu nhỏ 30m hay độ tính tốn nhịp nhỏ 16m Trong trường hợp đặc biệt, cầu bé điều kiện kỹ thuật phức tạp tuỳ tình hình cụ thể mà phân chia 1.3 Tầm quan trọng ngành xây dựng cầu Trong kinh tế quốc dân, ngành giao thơng vận tải giữ vai trị quan trọng Vì tất sản phẩm trình sản xuất (tất sản phẩm ngành kể sản phẩm thuộc văn hố trí tuệ) cần thiết cho phát triển ngành kinh tế đời sống xã hội hàng ngày người phải lưu thông vận chuyển từ chỗ đến chỗ khác (hoặc quốc gia) phương tiện giao thơng Có thể ví giao thông nước mạch máu thể người Nhìn vào mạng lưới giao thơng quốc gia khẳng định mức độ phát triển kinh tế nước Trong mạch máu giao thông, giao thông đường bộ, đường sắt, cơng trình cầu có vị trí đặc biệt quan trọng tuyến đường, nước có nhiều sơng ngịi, đồi núi nước ta Nó yết hầu mạng lưới giao thơng, thân chiếm kinh phí đầu tư xây dựng lớn Ngay vùng có địa hình tương đối phẳng, chiếm số vốn lớn (khoảng đến 10% giá thành toàn tuyến đường) Đối với tuyến đường vùng đồi núi vùng đồng có nhiều sơng ngịi chi phí cho cơng trình cầu cịn chiếm tỷ lệ lớn nhiều, đặc biệt cơng trình cầu trọng điểm vượt qua sông lớn (Chẳng hạn Quộc lộ 5, đoạn tuyến từ Km47 đến Km62 giá thành xây dựng 15Km đường không kể cầu 19,2 triệu USD, tính riêng Cầu Phú Lương đoạn tuyến giá thành xây dựng 15,5 triệu USD) Về phương diện kỹ thuật ngành xây dựng cầu ngành kỹ thuật phức tạp tổng hợp Nó địi hỏi vừa phải có sở lý luận chặt chẽ kinh nghiệm thực tế dồi dào, vừa phải có sáng tạo kỹ tinh xảo Cơng trình cầu khơng cơng trình kỹ thuật phục vụ cho kinh tế quốc dân, mà phương diện văn hố góp phần trao đổi phát triển đời sống văn hoá vùng với Mặt khác thân cơng trình cầu cơng trình nghệ thuật kiến trúc tơ điểm cho khung cảnh thiên nhiên, cơng trình sáng tạo người Về mặt quốc phịng cơng trình cầu tuyến đường chiến lược quan trọng có tác dụng khơng nhỏ góp phần mặt xây dựng chiến thuật, chiến lược phòng thủ đất nước giữ gìn an ninh quốc gia 1.4 Những yêu cầu cơng trình cầu phương hướng phát triển ngành cầu 1.4.1 Những yêu cầu cơng trình cầu Cũng cơng trình xây dựng nói chung, cơng trình cầu mặt thiết kế, xây dựng khai thác phải đạt yêu cầu sau: - Phải sử dụng an tồn trường hợp, khơng gián đoạn thuận lợi cho giao thông vận tải phải bảo đảm cho việc bảo dưỡng đơn giản đỡ tốn cơng q trình khai thác, cơng trình cầu xây dựng xong phải đảm bảo cho nước lũ vật (gỗ, cây, v.v ) thông qua an toàn, trường hợp cầu vượt, cầu cạn, cầu dẫn phải đảm bảo cho vận tải lưu thông liên tục cầu Đối với cầu vượt sơng phải thoả mãn quy định cụ thể nhiệm vụ thiết kế thông tầu thuyền bè mảng - Bảo đảm bền chắc, kéo dài thời gian sử dụng Về thời gian sử dụng tối thiểu quy định tiêu chuẩn thiết kế xây dựng cầu - Khi thiết kế cầu cần phải dự kiến giá thành xây dựng nhất, thời gian xây dựng ngắn nhất, tận dụng triệt để thiết bị máy móc phục vụ thi cơng, chi phí tiết kiệm vật liệu sức lao động - Bố trí chung, kích thước, kết cấu, vật liệu hình dạng cầu phải phù hợp với công dụng chúng với yêu cầu điều kiện địa phương, có xét tới tương lai phát triển giao thông vận tải, đường giao thông ngầm đất mặt đất có dự kiến có Bố trí cầu vùng có dân cư cần phải ý đến điều kiện thuận lợi quy hoạch vùng 1.4.2 Phương hướng phát triển ngành cầu Cùng với phát triển chung kinh tế ngành kỹ thuật khác, ngành xây dựng cầu phát triển không ngừng để đáp ứng kịp nhu cầu đòi hỏi ngày cao kinh tế quốc dân Mặt khác phát triển mạnh mẽ với tốc độ lớn lĩnh vực khoa học - công nghệ yếu tố thúc đẩy nhanh cho phát triển ngành kinh tế nói chung ngành xây dựng cầu nói riêng Với mục đích phải đảm bảo đầy đủ u cầu đặt cơng trình, nhà khoa học cán kỹ thuật lĩnh vực thiết kế xây dựng ngành cầu ln phải tìm tịi, sáng tạo Dựa sở kết nghiên cứu khoa học tổng hợp kinh nghiệm thực tiễn thiết kế xây dựng để tìm biện pháp khắc phục, tiến tới loại bỏ dần hạn chế tồn để thúc đẩy ngành cầu phát triển khơng ngừng Những vấn đề tóm tắt thành vấn đề đây: - Tìm vật liệu cho ngành cầu - Tìm hệ thống kết cấu hợp lý - Hồn chỉnh phương án tính tốn cầu - Hồn chỉnh phương pháp xây dựng cầu a Về công nghệ vật liệu (Materials) Cùng với phát triển khoa học - công nghệ, công nghệ vật liệu ngành mũi nhọn kinh tế tri thức kỷ XXI, vật liệu xây dựng cầu không ngừng nghiên cứu áp dụng Từ chỗ dùng vật liệu gỗ, đá đến đưa vào dùng nhiều vật liệu khác kim loại, hợp kim, bê tông cốt thép, chất dẻo tổng hợp v.v Cầu bê tông cốt thép xây dựng phổ biến, nên phải dùng nhiều vật liệu thiên nhiên cát, đá nhiên loại vật liệu đủ tiêu chuẩn cho cơng trình chất lượng cao lại phân bố khơng Mặt khác phải có khơng vật liệu sản xuất từ dây chuyền công nghiệp thép, xi măng, chất phụ gia Những vật liệu giá thành cịn cao, có loại phải nhập nước ngồi, nên khó tự chủ cho việc lựa chọn vật liệu cơng trình địi hỏi yêu cầu chất lượng nghiêm ngặt Đối với cầu thép để vượt độ lớn lại đòi hỏi nhiều thép cường độ cao, vật liệu sơn bảo quản đòi hỏi yêu cầu nghiêm ngặt, nhiều chi tiết yêu cầu đặc biệt chưa sản xuất được, loại 10 vật liệu giá thành cao Cho nên vật liệu xây dựng cầu phong phú, cần phải nghiên cứu để áp dụng hợp lý trường hợp cụ thể Yêu cầu vật liệu là: Có nhiều, giá thành rẻ, chịu lực tốt, nhẹ, bền lâu, chế tạo thi cơng dễ dàng, phải tu bảo dưỡng trình khai thác sử dụng b Về hệ thống kết cấu hợp lý (Provisions for structure types) Trước (những năm 80 trở trước kỷ XX) số cầu xây dựng nước ta thường sử dụng kết cấu định hình sẵn có nước ngồi Trong trang thiết bị công nghệ xây dựng cầu thiết bị kiểm tra chất lượng chưa đáp ứng yêu cầu Mặt khác số yếu tố mơi trường có ảnh hưởng lớn đến tính chất chịu lực kết cấu nước ta chưa đề cập đầy đủ Vì qúa trình khai thác sử dụng cơng trình bộc lộ hạn chế mà phần không nhỏ hệ thống kết cấu chưa hợp lý (điển hình cầu Rào Hải Phịng xây dựng năm 1979 đến năm 1985 xảy cố sập cầu, mà nguyên nhân lựa chọn hệ thống kết cấu chưa hợp lý) Những hạn chế số cầu xây dựng nước ta trước quan khoa học công nghệ Bộ giao thông vận tải nghiên cứu, xem xét, kiểm định, đánh giá, tìm rõ nguyên nhân Những tài liệu khoa học tổng kết kinh nghiệm thiết kế xây dựng cầu trước giúp nhiều cho nhà khoa học cán kỹ thuật học quý báu Tuy nhiên với tốc độ phát triển khoa học công nghệ có lĩnh vực ngành cầu, phải tiếp tục nghiên cứu, thực nghiệm áp dụng kết cấu cho cơng trình cầu Về phương hướng lĩnh vực nghiên cứu phát triển nhiều góc độ, nhằm loại bỏ hạn chế tồn từ trước tới Nhưng nói chung lĩnh vực theo phương châm là: Kết cấu phải đạt tiêu kinh tế, kỹ thuật, đáp ứng u cầu thi cơng giới, sản xuất hàng loạt dễ dàng, chi phí vật liệu sức lao động ít, phù hợp với trang thiết bị công nghệ thi công ngày đại Việt Nam đưa vào áp dụng nhiều cầu lớn, kết cấu đại công nghệ xây dựng tiên tiến Cầu Mỹ Thuận, Cầu Bãi Cháy, Cầu Thanh trì v.v c Về phương pháp tính tốn (Design philosophy) Chất lượng cơng trình cầu phụ thuộc nhiều vào phương pháp tính tốn kết cấu Để đơn giản cho tính tốn, lĩnh vực trước thường dựa vào số lý thuyết tính tốn chưa đủ độ tin cậy thiên an tồn Vì khó đánh giá yêu cầu kinh tế, kỹ thuật Cho nên số cơng trình cầu nước ta xây dựng trước thường vượt độ khơng lớn, kích thước kết cấu thường nặng nề, số hạn chế cịn bộc lộ cơng trình đưa vào khai thác sử dụng sau thời gian định Ngày với phát triển khoa học cơng nghệ nói chung, đặc biệt có đủ sở mơ hình vật lý, tốn học, phương pháp phân tích đánh giá kết cấu trợ giúp công nghệ tin học, giúp cho công tác thiết kế áp dụng nhiều phương pháp tính tốn có sở chặt chẽ phức tạp hơn, không nhiều thời gian Từ vấn đề nghiên cứu sâu phương pháp tính tốn khoa học chặt chẽ ngày hợp lý đến tối ưu phương pháp tính tốn Trong lĩnh vực thiết kế cầu cho nhiều bảng tính biểu đồ tối ưu hố kết hợp với cơng nghệ tin học tốn phức tạp giải dễ dàng cho kết đáng tin cậy, thoả mãn yêu cầu đặt cơng trình d Về cơng nghệ xây dựng cầu (Constructibility) Những năm trước (những năm 80 kỷ XX trở trước), khoa học công nghệ chưa phát triển manh điều kiện kinh tế nước ta cịn khó khăn, nên trang thiết bị cơng nghệ xây dựng cầu cịn hạn chế, nhiều cơng tác xây dựng cịn làm 11 thủ công theo sở kinh nghiệm xây dựng cầu chưa đại, chất lượng xây dựng cơng trình chưa cao Trong lĩnh vực năm gần sử dụng tiếp nhận nhiều công nghệ xây dựng cầu đại nước phát triển Nhiều phương pháp xây dựng trang thiết bị công nghệ xây dựng nước, tiếp cận học hỏi kinh nghiệm, quy trình xây dựng đưa vào áp dụng Việt Nam thành công Mặc dù nước ta phải nghiên cứu phát triển lĩnh vực mang tính chất đặc thù ngành xây dựng cầu Việt Nam có yếu tố linh hoạt sáng tạo Chính mà nhiều đơn vị xây dựng cầu tập trung đầu tư, đổi trang bị xây dựng cầu đại, đáp ứng kịp thời cơng trình có áp dụng kết cấu mới, đại, địi hỏi chất lượng cao theo thơng lệ quốc tế nghiêm ngặt Tóm lại lĩnh vực công nghệ xây dựng cầu, phải tiếp tục nghiên cứu, áp dụng phát triển cơng nghệ ngày hồn thiện hơn, phương pháp thi công phải phù hợp với yêu cầu chủ yếu là: chế tạo nhanh, chất lượng cao, giá thành hạ, có khả sử dụng triệt đề máy móc có phải bảo đảm giữ gìn mơi trường khu vực xây dựng cầu, an tồn lao động sức khoẻ cơng nhân xây dựng cầu CÂU HỎI ÔN TẬP Nếu tác dụng phận cơng trình cầu, ký hiệu, tên gọi kích thước cơng trình cầu Nêu nội dung phương pháp phân loại cầu Trình bày yêu cầu cơng trình cầu phương hướng chủ yếu phát triển ngành cầu Việt Nam 12 N' h N" h N' h N' n N" n N' n Nh Th en en l1 l2 eh eng Hw l2 W H l1 N0 N0 i i N ng N" n N0 i i a) i b) i c) Hình 9.14 Sơ đồ đặt tải trọng tính trụ đặc cầu dầm giản đơn a) - Khi tính trụ tổ hợp tải trọng b) - Khi tính trụ tổ hợp tải trọng phụ theo phương dọc cầu c) - Khi tính trụ tổ hợp tải trọng phụ theo phương ngang cầu 2) - Xác định ứng lực tác dụng lên trụ tổ hợp tải trọng phụ Xét trường hợp tổ hợp gây áp lực nằm ngang lớn nhất, tổ hợp ta phải xét hai trường hợp bất lợi xảy theo hướng dọc cầu theo hướng ngang cầu - Theo hướng dọc cầu (hình 9.14b) Tải trọng tác dụng lên trụ bao gồm: + Trọng lượng thân trụ N0 có kể tới áp lực thuỷ tĩnh + Trọng lượng thân hai nhịp l1 l2 là: N’n N”n + Do hoạt tải đặt nhịp lớn l1 là: N’h + Do lực hãm Th xác định phụ thuộc vào hoạt tải tiêu chuẩn loại gối cầu nêu chương Khi tính trụ coi điểm đặt lực hãm tác dụng đỉnh trụ Khi khơng tính lực hãm thay lực va xơ tàu bè theo hướng dọc cầu, có điểm đặt lấy cao độ mực nước thơng thuyền Khi tính tốn tải trọng trường hợp hoạt tải thẳng đứng lấy hệ số biến đổi tải trọng 0,8nh Hệ số biến đổi tải trọng tĩnh tải phải lấy hai trường hợp nt > nt = 0,9 Ứng lực tổng cộng tác dụng lên trụ mặt cắt I - I là: N  N  N  N  N  T  T  T  C  M  N  N   N .e ' n " n ' h (9.4) h  Th H Trong đó: H - Chiều cao trụ tính từ đỉnh trụ đến mặt móng ' n " n ' h (9.3) n (9.5) T - Tổng lực ngang Các ký hiệu khác nêu - Theo hướng ngang cầu (hình 9.14c) Tải trọng tác dụng lên trụ bao gồm: + Trọng lượng thân trụ N0 có kể tới áp lực thuỷ tĩnh + Trọng lượng thân hai nhịp l1 l2 là: N’n N”n 154 + Do hoạt tải đặt hai nhịp là: Nh đặt lệch bên + Tải trọng người bố trí bên lề người là: Nng + Lực gió tác dụng theo hướng ngang cầu W Khi khơng tính lực gió thay lực lắc ngang hoạt tải S có điểm đặt lấy cao độ mặt xe chạy lực va xô tàu bè C tác dụng theo hướng ngang cầu có điểm đặt lấy cao độ mực nước thông thuyền Khi tính tốn tải trọng trường hợp hoạt tải thẳng đứng lực va xô tàu bè C lấy hệ số biến đổi tải trọng 0,8nh Hệ số biến đổi tải trọng tĩnh tải phải lấy hai trường hợp nt > nt = 0,9 Ứng lực tổng cộng tác dụng lên trụ mặt cắt I - I là: N  N  N  N  N  N  N  T  W  T  S  C  M  N  N .e  n N  W.H hc  M  N  N .e  n N  S.h ' n " n ' h " h ' h ' h ng h ng " h h " h (9.7) w ng ng (9.6) ng s  C.h c (9.8) Trong đó: trụ) Nh = N’h + N”h - Áp lực hoạt tải đặt hai nhịp eh - Độ lệch tâm hoạt tải (hình 9.14c) Nng - Áp lực hoạt tải trọng người đặt lề người eng - Độ lệch tâm tải trọng người (khoảng cáh tính từ trọng tâm lề người đến tim W hw - Lực gió tác dụng lên kết cấu nhịp trụ cầu theo phương ngang cầu cánh tay địn tính mơmen lực gió (khoảng cách tính từ trọng tâm diện tích chắn gió đến đỉnh móng) S hs - Lực lắc ngang hoạt tải cánh tay đòn tính mơmen lực lắc ngang (khoảng cách tính từ mặt cầu xe chạy đến đỉnh móng) C hc - Lực va xô tàu bè vào trụ cầu theo phương ngang cầu cánh tay đòn tính mơmen lực va xơ tàu bè (khoảng cách tính từ mực nước thơng thuyền đến đỉnh móng) b Tính tốn kiểm tra tiết diện trụ Sau xác định ứng lực tác dụng bất lợi phải tính tốn kiểm tra tiết diện trụ cầu với tổ hợp tải trọng riêng biệt Với tổ hợp tải trọng thứ nhất, kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ cường độ vật liệu, với tải trọng tính tốn hệ số biến đổi tải trọng tĩnh tải nt > Với tổ hợp tải trọng thứ hai kiểm tra trên, kể tới áp lực thuỷ tĩnh nhỏ Mặt khác phải kiểm tra ổn định vị trí lật trượt với tải trọng tính toán, hệ số biến đổi tải trọng hoạt tải 0,8nh, hệ số biến đổi tải trọng tĩnh tải nt = 0,9 áp lực thuỷ tĩnh lớn Ngồi phải kiểm tra vị trí hợp lực chủ động tiêu chuẩn có kể tới áp lực thuỷ tĩnh lớn Tính tốn cường độ theo tiết diện trụ, người ta tính theo cấu kiện chịu nén tâm hay lệch tâm 1) - Tính tốn kiểm tra tiết diện trụ cường độ theo cấu kiện chịu nén tâm (hình 9.15a) Điều kiện kiểm tốn: 155 N  R .F (9.9) b Trong đó: F - Diện tích tiết diện tính tốn  - Hệ số giảm khả chịu tải nén có uốn dọc, theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22 TCN 18 - 79, hệ số xác định bảng tĩnh sẵn phụ thuộc vào hệ số đặc trưng độ mảnh  hay  Với trụ bê tông bê tông đá hộc: Với trụ đá xây: β β l0 l0 λ  b r 0,8l0 0,8l0 λ  b r b - Kích thước nhỏ tiết diện r I - Bán kính quán tính nhỏ tiết diện mặt cắt ngang F l0 - Chiều dài tự cấu kiện Đối với trụ cầu toàn khối xác định hệ số uốn dọc, người ta xem có đầu đỉnh móng liên kết ngàm cịn đầu liên kết khớp đỉnh trụ Khi chiều dài tự l0 = 0,7H với H chiều cao từ mũ trụ đến đỉnh móng 2) - Tính tốn kiểm tra tiết diện trụ cường độ theo cấu kiện chịu nén lệch tâm (hình 9.15b) Khi tính tốn cường độ cịn phụ thuộc vào trị số độ lệch tâm tương đối lớn hay nhỏ Sn e  0,8 , tiết diện chữ nhật:  0,45 S0 y Sn e  0,8 , tiết diện chữ nhật:  0,45 - Khi độ lệch tâm lớn tỷ số: S0 y - Khi độ lệch tâm nhỏ tỷ số: Trong đó: Sn = Fnyn - Là mơmen tĩnh tiết diện vùng nén Fn cạnh tiết diện có ứng suất nhỏ Fn - Diện tích vùng chịu nén tiết diện yn - Khoảng cách từ trọng tâm vùng diện tích chịu nén đến cạnh tiết diện có ứng suất nhỏ Xác định diện tích vùng chịu nén từ điều kiện trọng tâm vùng chịu nén trùng với điểm đặt hợp lực N e0  M N - Là độ lệch tâm ứng lực N trọng tâm tiết diện tính tốn tồn S0 = Fy1 - Là mơmen tĩnh toàn tiết diện F cạnh tiết diện có ứng suất nhỏ 156 a) b) N e0 N c) e0 N d) e0 F N Fn yn h y1 y1 y yn y Hình 9.15 Sơ đồ tính tốn ứng suất tiết diện thân trụ a) - Khi trụ chịu nén tâm; b) - Sơ đồ tổng quát trụ chịu nén lệch tâm c) - Khi độ lệch tâm nhỏ; d) - Khi độ lệch tâm lớn - Kiểm toán trụ chịu nén lệch tâm nhỏ (hình 9.15c) Điều kiện kiểm tốn:  N.e  R .S0 (9.10) b Nếu tiết diện hình chữ nhật điều kiện kiểm tốn theo cơng thức:  N 1  2e     Rb h  .F  (9.11) Trong đó: h - kích thước lớn tiết diện chữ nhật e = yn - Khoảng cách từ điểm đặt lực N cạnh tiết diện có ứng suất nhỏ, cịn ký hiệu khác cách xác định - Kiểm toán trụ chịu nén lệch tâm lớn (hình 9.15d) Điều kiện kiểm tốn: N  R u Fn u (9.12) Trong đó: u =  - Nếu trụ làm bê tông hay bê tông đá hộc u    n - Nếu trụ làm đá xây n - Hệ số giảm khả chịu tải diện tích Fn phụ thuộc vào trị số β h' h' λ  an rn an rn - Là chiều cao bán kính quán tính diện tích vùng nén Fn h’ - Chiều cao phần cấu kiện có biểu đồ mơmen uốn dấu 3) - Tính tốn ổn định vị trí - Ổn định chống lật Điều kiện ổn định chống lật: Ml m M gh (9.13) 157 Trong đó: Ml - Mơmen lật tính tốn xác định: Ml = Ne0 Mgh - Mômen lật giới hạn xác định: Mgh = yN Như điều kiện chống lật (9.13 ) viết dạng khác: Ml  Ne0  e0  m  (9.14) M gh y N y Với m = 0,8 - hệ số điều kiện làm việc - Ổn định chống trượt Điều kiện ổn định chống trượt: Ttr T  m  (9.15) Tgh ψ N Trong đó: Ttr - Lực trượt tính tốn xác định tổng lực ngang Tgh - Lực trượt giới hạn lực ma sát gữa khối xây  = 0,6 - hệ số ma sát khối xây m = 0,8 hệ số điều kiện làm việc - Kiểm tra vị trí hợp lực chủ động tiêu chuẩn Điều kiện vị trí hợp lực chủ động tiêu chuẩn: e0 m (9.16) y Trong đó:  M tc - Độ lệch tâm hợp lực N tải trọng tiêu chuẩn e0   N tc m - Hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc vào dạng tổ hợp tải trọng Nếu trụ bê tơng, bê tơng đá hộc đá xây thì: + Khi tính với tổ hợp tải trọng : m = 0,5 + Khi tính với tổ hợp tải trọng phụ : m = 0,6 + Khi tính với tổ hợp tải trọng đặc biệt: m = 0,7 Đối với trụ bê tông cốt thép, mà hàm lượng thép bố trí khơng nhỏ 0,05% diện tích tiết diện tính tốn, hệ số điều kiện làm việc tăng lên 10% Kiểm tra điều kiện hạn chế độ mở rộng vết nứt vùng kéo giới hạn cho phép Nếu trụ toàn khối có tiết diện ngang thay đổi (thân trụ làm thành bậc) phải kiểm tốn điều kiện tiết diện với tổ hợp tải trọng CÂU HỎI ƠN TẬP 69 Tại cầu có mố trụ dẻo cần phải phân chia thành “liên” Chiều dài liên chiều dài nhịp hợp lý? 158 70 Phân biệt khác trụ nhiệt độ trụ neo cầu có mố trụ dẻo Chiều cao trụ dẻo phạm vi hợp lý Tại sao? 71 Trình bày cấu tạo điều kiện sử dụng, ưu nhược điểm loại trụ dẻo 72 Trình bày cấu tạo điều kiện sử dụng, ưu nhược điểm loại trụ cứng đổ bê tông chỗ 73 Trình bày cấu tạo điều kiện sử dụng, ưu nhược điểm loại trụ cầu nửa lắp ghép 74 Trình bày cấu tạo điều kiện sử dụng, ưu nhược điểm loại trụ cầu lắp ghép 75 Trình bày cấu tạo điều kiện sử dụng, ưu nhược điểm loại mố cầu dùng cho cầu dầm 76 Trình bày nội dung xác định ứng lực tính tốn tác dụng lên trụ tổ hợp tải trọng tính tốn trụ đặc cầu dầm giản đơn 77 Nội dung kiểm tra tính duyệt cường độ trụ đặc cầu dầm giản đơn 78 Nội dung kiểm tra tính duyệt ổn định vị trí trụ đặc cầu dầm giản đơn 159 Chương 10 GỐI CẦU (BEARINGS) 10.1 Giới thiệu chung Gối cầu phận trung gian kết cấu phần phần cơng trình cầu Nhiệm vụ gối truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ cầu cho phép kết cấu nhịp chuyển vị tác dụng tải trọng nhiệt độ thay đổi (hình 10.1) f Để phù hợp với sơ đồ tĩnh học kết cấu  nhịp, gối cầu cấu tạo thành hai loại là: gối  cố định gối di động Cấu tạo gối di động phải thoả mãn yêu cầu sau - Bảo đảm chuyển vị dọc tự đầu l kết cấu nhịp có tác dụng tải trọng hay thay đổi nhiệt độ - Bảo đảm chuyển vị tự mặt cắt Hình 10.1 Sơ đồ làm việc gối cầu đầu dầm - Cản trở chuyển vị ngang kết cấu nhịp theo hướng ngang cầu Yêu cầu cấu tạo gối cố định khác gối di động chỗ phải cản trở chuyển vị dọc đầu kết cấu nhịp Kết cấu nhịp dài, tải trọng lớn phản lực gối lớn, chuyển vị dài chuyển vị góc lớn Do cấu tạo gối phức tạp 10.2 Cấu tạo gối cầu dầm bê tông cốt thép 10.2.1 Gối thép phẳng Với cầu dầm giản đơn nhịp nhỏ và kết cấu nhịp có chiều dài nhịp 9m dùng lớp đệm a-mi-ăng, giấy dầu bao tải tẩm nhựa đường hay rải vữa xi măng thay cho gối cầu Tuy nhiên kết cấu nhịp có trọng lượng nhỏ nên dễ bị trượt Để chống trượt, ta phải đặt chốt thép thẳng đứng để liên kết kết cấu nhịp với mố trụ Các dầm giản đơn có sườn với chiều dài nhịp từ 9m đến 12m dùng gối thép kiểu phẳng có cấu tạo hình 10.2 Gối gồm thép dày từ 10 đến 20mm Gối di động (hình 10.2a) gồm hai thép trượt tương đối so với nhau, bề mặt tiếp xúc chúng mài nhẵn bơi than chì Bản thép gọi thớt dưới, liên kết chặt với bệ kê gối mũ mố trụ nhờ cốt thép neo Gối cố định (hình 10.2b) có thép phẳng chốt thép thẳng đứng xuyên qua ăn sâu vào đáy sườn dầm phía mũ mố trụ phía 160 Khi kết cấu nhịp bên bị biến dạng gối cố định cho phép đầu dầm chuyển vị xoay có tâm quay tim thép gối (chỗ có chốt thép xuyên qua) Đối với gối di động cho phép đầu dầm chuyển vị dọc nhờ thép thớt trượt lên thép thớt dưới, chuyển vị xoay đầu dầm có tâm quay tim thớt gối A mỈt chÝnh A-A B mỈt chÝnh a B-B 1 b a A b B a) b) Hình 10.2 Cấu tạo gối thép kiểu phẳng dùng cầu bê tông cốt thép a) - Gối di động; b) - Gối cố định - Dầm cầu; - Bệ kê gối; - Bản thép thớt trên; - Bản thép thớt - Cốt thép neo; - Bản thép thớt gối; - Chốt thép 10.2.2 Gối tiếp tuyến Loại gối sử dụng cho cầu dầm có chiều dài nhịp từ 12 đến 18m Cấu tạo gối (hình 10.3) gối cố định di động có cấu tạo gần giống khác chỗ gối cố định có chốt thẳng đứng ngăn cản chuyển dịch tương đối hai thớt gối với gối di động khơng có chốt thép mà có hai thép ốp bên hàn với thớt để chống xê dịch ngang Thớt gối thép dày từ 40 đến 50mm có mặt cong lồi phía mài nhẵn bôi trơn Thớt thép phẳng dày 30 đến 40mm gắn chặt vi u dm A mặt Dầm cầu a A-A B mặt Dầm cầu b a B-B b BÖ kª gèi B BƯ kª gèi A a) b) Hình 10.3 Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng cầu bê tông cốt thép a) - Gối di động; b) - Gối cố định - Bản thép thớt trên; - Bản thép thớt dưới; - Cốt thép neo - Bản thép ốp chống xê dịch ngang; - Chốt thép gối Khi kết cấu nhịp bên bị biến dạng gối cố định cho phép đầu dầm chuyển vị xoay có tâm quay điểm tiếp xúc thớt thớt Đối với gối di động cho phép 161 đầu dầm chuyển vị dọc nhờ thép thớt trượt mặt cong thép thớt dưới, chuyển vị xoay đầu dầm có tâm quay tim thớt gối (vị trí tiếp xúc hai thớt gối) 10.2.3 Gối lăn Trường hợp kết cấu nhịp có chiều dài lớn 18m Gối cố định kiểu tiếp tuyến gối di ng kiu ln A mặt Dầm cầu A-A B mặt B-B Dầm cầu a a BƯ kª gèi A b b BƯ kª gèi B a) b) Hình 10.4 Cấu tạo gối lăn thép gối cao su dùng cầu bê tông cốt thép a) - Gối di động lăn thép; b) - Gối cao su - Bản thép thớt trên; - Bản thép thớt dưới; - Cốt thép neo; - Con lăn thép - Bản thép ốp chống xê dịch ngang; - Thép dày 2mm - Cao su dày 5mm Gối lăn (hình 10.4a) có lăn thép đúc đường kính từ 12 đến 20cm Khi phản lực gối chuyển vị lớn gối dùng lăn vát cạnh (trụ lắc) thép bê tơng cốt thép (hình 10.5) Khi kết cấu nhịp bên bị biến dạng cho phép đầu dầm chuyển vị dọc nhờ lăn xoay, chuyển vị xoay đầu dầm có tâm quay điểm tiếp xúc thớt lăn 10.2.4 Gối cao su Được sử dụng cho kết cấu nhịp có chiều dài nhỏ 24m Gối có cấu tạo hình 10.4b Gối gồm số cao su mỏng bề dày từ đến 25mm cao su nguyên chất cao su tổng hợp đặt xen kẽ thép dày từ đến 2mm Lá thép gối cao su chịu lực cốt thép, giữ khơng cho lớp cao su nở hông, tăng độ cứng gối giảm độ ép cao su tác dụng lực thẳng góc với mặt phẳng gối Tính chất đàn hồi cao su thoả mãn chuyển vị dọc xoay điểm tựa đồng thời làm cho gối chịu lực ngang hãm xe dộ dốc kết cấu nhịp sinh Gối cao su không phân biệt rõ gối cố định hay di động mà phụ thuộc vào vị trí lực tác dụng Mặt khác tính chất cao su nên gối cao su có cho phép độ biến dạng ngang nhỏ 162 A mỈt chÝnh A-A Dầm cầu B mặt B-B Dầm cầu 5 5 a b BƯ kª gèi A a b BƯ kª gèi B b) a) Hình 10.5 Cấu tạo gối di động kiểu trụ lắc dùng cầu bê tông cốt thép a) - Gối di động trụ lắc thép; b) - Gối di động trụ lắc BTCT - Bản thép thớt trên; - Bản thép thớt dưới; - Cốt thép neo; - Trụ lắc thép - Bản thép ốp chống xê dịch ngang; - Trụ lắc BTCT; - Đệm phòng nước 10.3 Cấu tạo gối cầu dầm thép 10.3.1 Gối tiếp tuyến A mỈt chÝnh A-A B mỈt chÝnh 1 a BƯ kª gèi A B-B b a b BƯ kª gèi B a) b) Hình 10.6 Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng cầu thép a) - Gối di động; b) - Gối cố định - Thớt trên; - Thớt dưới; - Bu lông neo - Bản thép ốp chống xê dịch ngang; - Chốt thép gối Gối tiếp tuyến thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài nhỏ 25m Gối có cấu tạo hình 10.6 Thớt thép, thớt gối có mặt cong lồi phía mài nhẵn bôi trơn Trong gối tiếp tuyến chuyển vị xoay nhờ thớt phẳng tựa 163 mặt cong thớt dưới, chuyển vị dọc thực nhờ trượt mặt phẳng thớt mặt cong thớt 10.3.2 Gối lăn Gối lăn thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài từ 25 đến 30m Cấu tạo gối (hình 10.7a) gối gồm có thớt trên, thớt lăn Con lăn có đường kính khoảng 220mm Thớt liên kết với dầm thép bulông, thớt liên kết với đá kê gối bulông neo Giữa thân lăn có khắc lõm theo đường cong bán kính 280mm hai gờ thớt thớt ăn vào tránh cho lăn thớt di động theo phương ngang Ở hai đầu lăn có bố trí thép nhỏ ăn vào khắc lõm thớt nhằm giữ cho lăn khơng trượt ngồi Đối với gối lăn chuyển vị dọc dầm thép lăn xoay cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay có tâm quay điểm tiếp xúc thớt lăn A mỈt chÝnh A-A B mỈt chÝnh B-B a b a BÖ kª gèi A b BƯ kª gèi B a) b) Hình 10.7 Cấu tạo gối di động lăn thép gối quay hình quạt dùng cầu thép a) - Gối di động lăn thép; b) - Gối di động quay hình quạt - Thớt trên; - Thớt dưới; - Bu lông neo; - Con lăn thép - Thép ốp chống xê dịch; - Con quay trên; - Con quay hình quạt - Khớp gối hình trụ 10.3.3 Gối quay hình quạt Gối quay hình quạt thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài 30m Gối có cấu tạo (hình 10.7b) gối gồm có quay trên, khớp hình trụ, quay hình quạt thớt liên kết với đá kê gối bulơng neo Con quay có sườn gờ mép để tăng độ cứng Khớp gối hình trụ hai đầu mở rộng thành hình mũ đinh nhằm giữ cho quay không xê dịch ngang Để tránh cho quay bị xiên lệch hay trượt ngang, quay khắc lõm ăn sâu vào 22mm để ăn vào gờ thớt Gối quay hình quạt quay xoay cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay đầu dầm có tâm quay tâm khớp gối 10.3.4 Gối quay có khớp 164 Gối quay có khớp dùng cho kết cấu nhịp độ vừa lớn Cấu tạo gối (hình 10.8) gối di động cố định có cấu tạo gần giống khác chỗ gối cố định khơng bố trí lăn Gối di động có lăn liên kết với đoạn thép góc bắt vào tâm lăn để giữ cự ly lăn khơng thay đổi Các lăn có khắc lõm thân ăn vào gờ quay để giữ cho lăn khơng bị trượt ngồi Khi lăn xoay (gối di động) cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay có tâm quay tâm khớp gối A mỈt chÝnh A-A B mỈt chÝnh B-B 1 3 a BƯ kª gèi A a b b BƯ kª gèi B a) b) Hình 10.8 Cấu tạo gối quay có khớp dùng cầu thép a) - Gối di động ; b) - Gối cố định - Con quay trên; - Con quay dưới; - Khớp gối hình trụ; - Thớt - Bu lông neo; - Con lăn; - Thép góc liên kết đầu lăn 10.4 Tính tốn gối cầu Như giới thiệu trên, gối cầu có nhiều loại, cấu tạo phụ thuộc vào chiều dài nhịp loại kết cấu nhịp bên Việc tính tốn gối cầu nhịp lớn phức tạp Nên chúng tơi giới thiệu phương pháp tính tốn gối khả chịu lực cho gối thép bê tông cốt thép dùng cầu dầm bê tông cốt thép Gối cầu tính tốn với phản lực gối A tải trọng tính tốn, tức kể hệ số vượt tải xung kích Thơng thường chiều rộng b sườn dầm vị trí kê gối biết trước, kích thước a thớt gối dọc theo nhịp xác định a A bR em (10.1) 165 s Trong đó: Rem - Cường độ tính tốn chịu ép mặt bê tông, xác định theo công thức: Rem = Rb (10.2) Rb - Cường độ tính tốn chịu nén dọc trục bê tông (Bảng - 1)  - Là hệ số chuyển đổi xác định theo công thức tính tốn sau: F (10.3) Fem - Diện tích chịu ép mặt (phần diện tích gạch chéo hai chiều thớt gối hình 10.9) F - Diện tích tính tốn chịu tải trọng, trọng tâm trùng với trọng tâm diện tích chịu ép mặt Fem (phần diện tích gạch chéo // đệm gối hình 10.9) Tuy nhiên cấu tạo a không nhỏ 18cm đến 20cm Bán kính lăn xác định từ tính tốn chịu ép (quy ước) tiết diện cắt qua đường kính Ta có hệ thức tính toán: A = Rc2rb1 c1 F Fem F em c1 γ3 c c Hình 10.9 Sơ đồ tính tốn gối cầu (10.4) Trong đó: b1 - Chiều dài tiếp xúc lăn Rc = 0,04R0 - với R0 cường độ tính tốn chịu lực dọc trục thép làm lăn (với thép CT3 cầu R0 = 2000kG/cm2), 0,04 hệ số chuyển đổi từ khả chịu lực dọc trục thép sang cường độ chịu ép theo đường kính lăn tiếp xúc tự Nếu đường kính lăn tính theo cơng thức (10.4) lớn 20cm đến 25cm, ta dùng lăn vát cạnh thép bê tông cốt thép Chiều rộng lăn vát lấy a  r Các thớt gối cầu để tuyền phản lực phải kiểm tra uốn Chiều dày  thớt gối thường từ đến 5cm Vì phản lực gối A phân bố mặt phẳng tiếp xúc nên mơmen tính theo đường tim thớt gối coi đầu ngàm tim thớt đầu tự do: M M 6M A a a Aa   R0  σ  W bδ a (10.5) Nếu gối lăn bê tông cốt thép, cường độ bê tông tiết diện gối cần phải kiểm tra: (10.6) A  RbFb + RtFt Trong đó: Fb - Diện tích tiết diện bê tông Ft - Tiết diện cốt thép thẳng đứng, khung cốt thép thớt thớt bố trí bê tơng Khi kiểm tra điều kiện nén cục bê tông thớt gối, người ta tính cốt thép gián tiếp bố trí dạng lưới theo công thức: A  RbFem + kRtF’b (10.7) Trong đó: Rb Rt - Cường độ tính tốn bê tơng cốt thép lưới 166 F’b - Diện tích bê tơng bên chu vi lưới cốt thép, tính theo viền ngồi (xung quanh) lưới θ  43 Fem - Là hệ số xét tới ảnh hưởng lõi bê tông (2    3,5) F Fem F - Diện tích chịu ép mặt diện tích tính tốn nêu k - Hệ số thể tích cốt thép phụ xác định công thức: μk  n1f1l1  n 2f 2l2 l1l2s (10.8) Trong đó: n1, f1 l1 - Là số lượng cốt thép, diện tích tiết diện chiều dài lưới cốt thép tính theo hướng n2, f2 l2 - Cũng tính theo hướng khác s - Là khoảng cách lưới (hình 10.9) 79 80 81 82 83 84 CÂU HỎI ÔN TẬP Nhiệm vụ gối cầu gì? Trình bày yêu cầu cấu tạo gối cầu Trình bày trường hợp sử dụng, cấu tạo phân tích hoạt động chuyển vị loại gối cầu dùng cầu dầm bê tơng cốt thép Trình bày trường hợp sử dụng, cấu tạo phân tích hoạt động chuyển vị loại gối cầu dùng cầu dầm thép Tại tên gọi gối tiếp tuyến gối lăn, cấu tạo có chỗ giống khác dùng cho cầu dầm bê tông cốt thép cầu dầm thép Tại cầu dầm thép không dùng gối kiểu trụ lắc gối cao su Trình bày nội dung tính tốn gối cầu TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình “Thiết kế cầu” - Bộ môn cầu - Trường trung học giao thông vận tải khu vực I - 1977 Chu Viết Bình - Nguyễn Quốc Hùng - Hồng Quang Luận Nguyễn Văn Nhậm - Nguyễn Minh Nghĩa - Nguyễn Viết Trung Cơng trình nhân tạo đường - Tập 1, Tập Trường Đại học Giao thông vận tải - Hà Nội 1991 Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thơng đường - Tập II Khảo sát thiết kế - Nhà xuất giao thông vận tải - Năm 1996 Tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình giao thông - Tập VIII Tiêu chuẩn thiết kế cầu - Nhà xuất giao thông vận tải - Năm 2005 167 Một số hồ sơ thiết kế Năm 1995 xí nghiệp khảo sát thiết kế cầu lớn hầm Công ty khảo sát thiết kế Bộ giao thông vận tải Một số hồ sơ thiết kế Năm 1995 - 2005 Công ty tư vấn khảo sát thiết kế xây dựng - Tổng công ty xây dựng Trường Sơn Tổng công ty thiết kế giao thông (TEDI) - Bộ giao thông vận tải Một số tài liệu, tạp chí thơng tin khoa học cơng nghệ GTVT phục vụ cho cán nghiên cứu - Từ tháng 6/2000 đến N.I.Polivanov ; Người dịch: Nguyễn Trâm - Nguyễn Như Khải Thiết kế cầu bê tông cốt thép cầu thép đường ô tô Nhà xuất khoa học kỹ thuật - Hà Nội 1979 168 ... yêu cầu cơng trình cầu phương hướng phát triển ngành cầu 1.4.1 Những yêu cầu cơng trình cầu Cũng cơng trình xây dựng nói chung, cơng trình cầu mặt thiết kế, xây dựng khai thác phải đạt yêu cầu. .. tính tốn thiết kế vật liệu kết cấu mới, công nghệ thi công tiên tiến áp dụng vào thực tiễn xây dựng cơng trình cầu Việt Nam Cuốn giáo trình "Thiết kế cầu" nhà trường xuất năm 2001 giúp cho giáo viên,... vật liệu xây dựng cầu có lập ln thiết kế kỹ thuật - thi cơng cho phù hợp, sau có nhiệm vụ thiết kế xây dựng - Các cầu trung cầu lớn làm cần theo trình tự xây dựng Nhà nước quy định Các cầu nhỏ,