so sánh tiêu chuẩn TK cầu TCVN 11823-2017 và tiêu chuẩn 22 tcn 272-05 (Luận văn tính toán cầu dầm hộp liên tục BTCT)

Luận văn tính toán cầu dầm hộp liên tục BTCT: so sánh các tính toán KC nhịp cầu dầm hộp đúc hẫng giữa tiêu chuẩn cũ( TCN 272-05 ) với tiêu chuẩn mới (TCVN 11823-2017)...............................................................

độc lập của cá nhân tác giả, không sao chép Các số liệu, kết quả nghiên cứu,tính toán nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.

Tác giả luận văn

Lê Đình Quyền

người đã tận tình chỉ dẫn, động viên tôi hoàn thành luận văn trong suốt thờigian qua.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu

và Công trình ngầm, trường Đại học Xây Dựng đã dành thời gian góp ý, giúptôi hoàn thiện luận văn của mình

Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn bè đồng nghiệp và giađình tôi đã động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy giáo, côgiáo trong khoa Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Xây Dựng

Trong quá trình thực hiện không thể không tránh khỏi những thiếu sót.Rất mong được sự góp ý, chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồngnghiệp

Tác giả luận văn

Lê Đình Quyền

MỞ ĐẦU ……….1CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KẾT CẤU

NHỊP CẦU DẦM LIÊN TỤC– BTCT 31.1 Ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng cầu cầu dầm liên tục BTCT 31.1.1 Cầu dầm liên tục BTCT 3

1.1.1.1 Sự xuất hiện và phát triển của kết cấu nhịp cầu dầm liên tục BTCT 31.1.1.2 So sánh về phương diện kinh tế - kỹ thuật kết cấu nhịp liên tục

1.1.2 Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục BTCT 4

1.1.2.1 Tiết diện ngang của kết cấu nhịp liên tục BTCT 4

1.1.3 Ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng cầu dầm liên tục BTCT 5

1.1.3.1 Ưu điểm 5

1.1.3.2 Nhược điểm 6

1.1.3.3 Phạm vi áp dụng6

1.2 Thiết kế và thi công cầu dầm liên tục BTCT ở Việt Nam6

1.3 Tiêu chuẩn thiết kế 8

1.3.1 Tiêu chuẩn ngành 22TCN 18-79 8

1.3.2 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 9

1.3.2.1 Triết lý thiết kế trong Bộ tiêu chuẩn 22TCN272-05 10

1.3.2.2 Các trạng thái giới hạn 11

DẦM LIÊN TỤC BTCT 122.1 VẬT LIỆU12

2.1.1 Bê tông theo 272-05 12

2.1.2 Bê tông theo AASHTO 2007: 12

2.4 TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM LIÊN TỤC 22

2.4.1 Các giai đoạn hình thành nội lực 22

2.4.1.1 Giai đoạn 1: Giai đoạn đúc hẫng cân bằng từ trụ ra giữa nhịp 222.4.1.2 Giai đoạn 2: Tháo dỡ xe đúc 23

2.4.1.5 Giai đoạn 5: Tháo dỡ giàn giáo hợp long nhịp biên, tháo neo đỉnh trụ

242.4.1.6 Giai đoạn 6: Hợp long giữa 24

2.4.1.7 Giai đoạn 7: Tháo dỡ giàn giáo hợp long giữa 25

2.4.1.8 Giai đoạn 8: Cầu chịu tỉnh tải phần 2 25

2.4.1.9 Giai đoạn 9: Cầu chịu hoạt tải 25

2.4.1.10 Tải trọng làn thiết kế 25

2.4.2 Các tổ hợp tải trọng Trong quy trình 272-05 và Tiêu chuẩn AASHTO

200727

2.4.2.1 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn cường độ I 27

2.4.2.2 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn sử dụng 28

2.5 TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM CHỦ 28

2.5.1 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu 28

2.5.1.1 Bê tông có cường độ chịu nén f’c = 50 MPa 28

2.5.1.2 Thép cường độ cao 29

2.5.1.3 Thép thường 30

2.5.2 Sơ bộ xác định diện tích cốt thép ƯST 30

2.6 TÍNH TOÁN MẤT MÁT ỨNG SUẤT THEO 272-0.5 32

2.6.1 Mất mát do ma sát ΔfpF (tính theo công thức 5.9.5.2.2b-1) 322.6.2 Mất mát do thiết bị neo ΔfpA 33

2.7.2 Mất mát do thiết bị neo ΔfpA 39

2.7.3 Mất mát do co ngắn đàn hồi DfpES : 40

2.7.4 Mất mát theo thời gian 41

2.8 Công nghệ thi công 46

2.8.1 Trình tự thi công các khối của dầm hộp liên tục bằng xe đúc hẫng đối

xứng qua tim trụ 46

2.8.1.1 Thi công khối đỉnh trụ 46

2.8.1.2 Thi công các khối dầm hẫng 47

2.8.1.3 Thi công khối Hợp long 48

2.8.1.4 Thi công các đoạn dầm đúc trên đà giáo 48

2.9 Phân tích kết cấu bằng MIDAS CIVIL 48

2.9.1 Mô hình hóa 49

2007 523.1 Biểu đồ nội lực tính theo 272-05 52

3.1.1 Biểu đồ nội lực tính theo AASHTO 2007 61

-3.2 KIỂM TOÁN TIẾT DIỆN 71

3.2.1 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 71

-3.2.1.1 Kiểm tra ứng suất trong bê tông 71

3.2.1.2 Biểu đồ ứng suất 76

-3.2.2 Kiểm tra biến dạng 83

-3.2.3 Kiểm toán theo TTGHCĐ I 84

-KẾT LUẬN

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

2.2-1: Xe tải thiết kế……… 8

2.3-1: Mặt cắt ngang dầm hộp trên trụ và giữa nhịp ………22

2.3-2: Sơ đồ phân đốt nhịp chính………24

2.4-1: Sơ đồ cầu chính………24

2.4-2: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn thi công hẫng……….24

2.4-3: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men khi dỡ xe đúc………25

2.4-4: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 3………25

2.4-5: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 4……….25

2.4-6: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 5……….26

2.4-7: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 6………26

2.4-8: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 7………26

2.4-8: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 7………26

2.4-9: Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 8………27

2.6-1: Sơ đồ mất mát thiết bị neo……… 36

2.7-1: Sơ đồ mất mát thiết bị neo……… 42

2.9-1: Mô hình 3D toàn cầu……… 51

2.9-2: Mặt cắt trên trụ……….51

2.9-3: Mặt cắt sát trụ……… 51

2.9-4: Mặt cắt giưuã nhịp……… 52

3.2-1,16: Biểu đồ nội lực tính theo TCN272-05……… 55-623.2-17,32: Biểu đồ nội lực tính theo AASHTO2007………63-70

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCN272-05 do Bộ GTVT ban hành ngày 20 tháng

06 năm 2005 dựa trên phiên bản AASHTO 1998 Đến nay, AASHTO 2007,nhiều điều khoản trong đó đã được cập nhật, sửa đổi Việc tìm hiểu, nghiên cứuthiết kế, tính toán công trình cầu theo tiêu chuẩn AASHTO 2007 và so sánh vớitiêu chuẩn TCN272-05 là cần thiết

Do đó, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, tính toán kết cấu nhịp cầu dầm liên tục BTCT theo tiêu chuẩn AASHTO 2007 và so sánh với tiêu chuẩn TCN272-05”.

Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu phân tích so sánh những điểm giống và khác nhau của hai cáchkhi tính toán kết cấu nhịp cầu dầm liên tục BTCT theo hai tiêu chuẩn TCN272-

05 và tiêu chuẩn ASSHTO 2007

Mục tiêu nghiên cứu:

- Đánh giá sự thay đổi giữa hai cách tính toán, chỉ ra được cái ưu điểm củatiêu chuẩn mới

- Kết luận và kiến nghị sau khi có kết quả so sánh, tính toán kết cấu nhịpcầu dầm liên tục BTCT theo hai tiêu chuẩn TCN272-05 và tiêu chuẩn ASSHTO2007

Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:

- Kết cấu nhịp cầu dầm liên tục BTCT

Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Midas Civil phân tích, tính toán nội lực, độ võng kếtcấu nhịp cầu dầm liên tục BTCT Sử dụng tiêu chuẩn TCN 272-05 và tiêu chuẩnAASHTO 2007 để tính toán, kiểm toán kết cấu theo các trạng thái giới hạn.

Cơ sở khoa học và thực tiễn:

+ Tiêu chuẩn TCN272-05

+ Tiêu chuẩn AASHTO 2007

Cấu trúc luận văn:

Luận văn bao gồm:

+ Kết luận và kiến nghị

+ Danh mục các tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM LIÊN TỤC– BTCT.

1.1 Ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng cầu cầu dầm liên tục BTCT

1.1.1 Cầu dầm liên tục BTCT

1.1.1.1.Sự xuất hiện và phát triển của kết cấu nhịp cầu dầm liên tục BTCT

Kết cấu nhịp cầu dầm liên tục BTCT là một trong những dạng kết cấu cầuđược sử dụng khá phổ biến trên nhiều nước trong cầu ô tô và cả trong cầu xelửa

Đối với cầu bê tông dự ứng lực khẩu độ lớn, mặt cắt ngang có tiết diện hìnhhộp được coi là thích hợp về khả năng chịu lực (đặc biệt là khả năng chốngxoắn) và kiến trúc đẹp Dầm liên tục có mặt cắt ngang là 1 hộp thành xiên cóchiều cao thay đổi dần từ trụ ra giữa nhịp

Trong những năm gần đây ngành thi công cầu ở Việt Nam đã có nhữngchuyển biến đáng kể trong việc đầu tư vào công nghệ thi công, một trong nhữngcông nghệ đó là “Công nghệ thi công dầm hộp liên tục bê tông cốt thép dự ứnglực bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng” (gọi tắt là công nghệ đúc hẫng) ápdụng cho thi công kết cấu nhịp bằng BTCT DƯL của các cầu liên tục khẩu độlớn Lần đầu tiên công nghệ này được áp dụng tại công trình cầu Phú Lương(trên Quốc lộ 5), công ty Cầu 12 đã nhập và tiếp nhận chuyển giao hoàn chỉnh,trực tiếp công nghệ đúc hẫng cùng toàn bộ thiết bị xe đúc đi kèm từ hãng VSL(Thụy Sỹ) Công nghệ đúc hẫng này đã được cán bộ, công nhân, các kỹ sư củaCông ty cầu 12 tiếp nhận nghiêm túc và sử dụng thành thạo trên công trình cầuPhú Lương, sau đó lẫn lượt được áp dụng trên các công trình: cầu Tiên Cựu (Hảiphòng), cầu Lạc Quần (Nam Định), cầu Hoà Bình ( thành phố Hoà Bình), cầu

Bợ (Tuyên Quang), cầu An Dương II (Hải Phòng), cầu Bắc Giang, cầu Đuốngmới, cầu Quán Hàu (Quảng Bình) thành công tốt đẹp, được các cơ quan quản lý

nhà nước đánh giá rất cao về chất lượng của công trình và hiện nay đang thitriển khai thi công ở: cầu Tân Yên (Tuyên Quang), cầu Trần Phú (Nha trang),cầu Nguyễn Tri Phương và Chánh Hưng

Đặc biệt trong quá trình thi công, căn cứ vào công nghệ đúc hẫng đã có vàkinh nghiệm của chính mình, Các công ty cầu ở nước ta đã tự nghiên cứu, thiết

kế và chế tạo thành công xe đúc hẫng – một thiết bị chủ yếu, quan trọng củacông nghệ đúc hẫng Loại xe đúc này đã và đang tham gia vào thi công tại cáccầu: An Dương II, Lạc Quần, Hoà Bình, Tân Yên, Trần Phú … và đã chứng tỏtính năng không thua kém loại xe đúc đã nhập của VSL

Cầu Cẩm Lệ là một cầu lớn tại Km 0 + 715.15 tuyến Cẩm Lệ – Miếu Bôngnối QL I và QL 14B Cầu bắc qua sông cẩm Lệ thuộc địa phận huyện Hoà Vang,

TP Đà Nẵng Kết cấu nhịp bằng BTCT DƯL bố trí theo sơ đồ : 42m + 5 x 63m+ 42m = 399m Mặt cắt ngang dạng hộp thành xiên với chiều cao thay đổi từ 1.8đến 3.8m Độ xiên của thành hộp là 10/1

Căn cứ vào yêu cầu của tiến độ thi công, kế hoạch cân đối thiết bị củamình, Công ty Cầu 12 dự kiến sẽ đưa cả hai loại xe đúc của VSL và tự chế tạocủa mình vào tham gia thi công kết cấu nhịp cầu Cẩm Lệ

1.1.1.2.So sánh về phương diện kinh tế - kỹ thuật kết cấu nhịp liên tục BTCT.

Về phương diện kinh tế - kỹ thuật kết cấu nhịp BTCT liên tục có nhữngđiểm đáng quan tâm khi so sánh với akết cấu khác

Cần phải nói rằng khái niệm hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công trình cầu làđiều khá phức tạp Đề cập tới hiệu quả kinh tế kỹ thuật thông thường người tanghĩ tới giá thành tổng hợp cả công trình bao gồm cả phần chi phí khai thác,nhân công, thiết bị xây dựng và thời hạn thi công Bên cạnh đó cũng phải chú ýtới chất lượng khai thác và hình thành bề ngoài của công trình

1.1.2 Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục BTCT.

1.1.2.1.Tiết diện ngang của kết cấu nhịp liên tục BTCT.

Phần lớn các kết cấu nhịp BTCT liên hợp được xây dựng dưới dạng cầudầm hộp

Đối với loại kết cấu nhịp này, vấn đề chính trong cấu tạo là lựa chọn tiếtdiện và chiều cao số dầm chủ trong mặt cắt ngang cầu Cùng với sự tăng chiềudài nhịp thì việc tăng chiều cao dầm chủ chotương ứng và hợp lý

1.1.2 Sơ đồ phân đốt

1.1.3 Ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng cầu dầm liên tục BTCT.

1.1.3.1.Ưu điểm

- Kết cấu cầu chính thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng làphương pháp thi công quen thuộc với các nhà thầu trong nước.

- Đường đàn hồi liên tục, ít khe co giãn, xe chạy êm thuận

- Do hệ đà giáo phần lớn được treo trên dầm và luân chuyển nên giảm đượcđáng kể khối lượng ván khuôn đà giáo, cơ giới hóa thi công cho phép triển khaiđồng thời nhiều mũi thi công tăng năng suất lao động không cản trở giao thôngđường thủy, đường bộ phía dưới cầu trong thời gian thi công

- Cầu bằng BTCT nên chi phí cho công tác duy tu bảo dưỡng trong giaiđoạn khai thác thấp

1.1.3.2.Nhược điểm

- Quá trình thi công phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết

- Số lượng trụ nhiều ảnh hưởng đến lưu thông dòng chảy

- Kết cấu nặng nề

1.1.3.3.Phạm vi áp dụng

- Áp dụng cho mọi địa hình (từ miền núi, đồng bằng, vượt sông ngòi, vượtbiển )

- Áp dụng cho những cầu vượt nhịp lớn

1.2 Thiết kế và thi công cầu dầm liên tục BTCT ở Việt Nam

Thời kỳ trước Cách mạng Tháng 8 – 1945: Để phục vụ cho công cuộc khaithác thuộc địa, người Pháp đã xây dựng một mạng lưới đường giao thông khábài bản ở Việt Nam Cầu Long biên là một trong những niềm tự hào của ngànhgiao thông công chánh Pháp

Thời kỳ từ 1945 – 1975 và sau đó: Ngành cầu đường đã có những cố gắng

để vượt qua nhiều khó khăn - Thời kỳ từ sau 1992: đây là thời kỳ phát triển

thực sự cuả ngành cầu đường Việt Nam, chúng ta học tập được các công nghệxây dựng cầu tiên tiến cuả thế giới

Trong những năm gần đây ngành thi công cầu ở Việt Nam đã có nhữngchuyển biến đáng kể trong việc đầu tư vào công nghệ thi công, một trong nhữngcông nghệ đó là “Công nghệ thi công dầm hộp liên tục BTCT dự ứng lực bằngphương pháp đúc hẫng cân bằng” (gọi tắt là công nghệ đúc hẫng) áp dụng chothi công kết cấu nhịp bằng BTCT DƯL của các cầu liên tục khẩu độ lớn Lầnđầu tiên công nghệ này được áp dụng tại công trình cầu Phú Lương (trên Quốc

lộ 5), công ty Cầu 12 đã nhập và tiếp nhận chuyển giao hoàn chỉnh, trực tiếpcông nghệ đúc hẫng cùng toàn bộ thiết bị xe đúc đi kèm từ hãng VSL (Thụy Sỹ).Kết cấu cầu dầm liên tục BTCT khá phổ biến tại Việt Nam, các cầu tiêubiểu được xây dựng lên như Cầu Vĩnh Tuy, Cầu Thanh Trì, cầu Pá Uôn, cầuCửa Đại…

Hình 1.2 -1: Cầu Vĩnh Tuy Hà NộiPhương pháp lắp dựng dầm hộp đúc sẵn là công nghệ hàng đầu được ápdụng tại các nước có kĩ thuật xây dựng cầu phát triển trên thế giới Phương phápnày giúp rút ngắn thời gian thi công, quản lý chất lượng thi công tốt hơn, giảmchi phí đầu tư công trình ở VN, lần đầu tiên phương pháp lắp dựng dầm hộp

BTCT dự ứng lực (DƯL) đã được áp dụng ở công trình cầu Kiền (Hải Phòng)thành công Có hai phương pháp chính như sau:

Phương án Longline - toàn bộ các khối dầm được đúc trên một bệ đúc cóchiều dài bằng với chiều dài nhịp cầu cần đúc để tạo hình dạng đường cong thực

tế của cầu trên bãi đúc Sau khi đúc xong toàn bộ các khối được tách ra để vậnchuyển và lắp ráp vào vị trí. 

Phương pháp Shortline - bệ đúc chỉ đúc được 2 khối dầm liền kề Khối đúc

cũ là ván khuôn đầu dầm của khối đúc mới để tạo hình dạng đường cong thực tếcủa cầu Phương án này yêu cầu công nhân kĩ thuật có trình độ tay nghề cao,nhưng chỉ cần một bệ đúc ngắn, chi phí thấp

1.3 Tiêu chuẩn thiết kế

1.3.1 Tiêu chuẩn ngành 22TCN 18-79

Tiêu chuẩn ngành 22TCN 18-79 là tiêu chuẩn quy đinh các quy trình thiết

kế cầu cống theo trạng thái giới hạn ban hành theo quyết định số 2057 QĐ/KT4ngày 19/9/1979

- Bản quy trình này được ban hành để thiết kế cầu làm mới vĩnh cửu (trong

đó có cầu cạn, cầu vượt, cầu dẫn v.v…) và cống dưới nền đường trên các tuyếnđường sắt khổ 1000mm, 1435mm và tuyến đường ô tô, các đường thành phố vàđường qua thành phố

- Các loại cầu khôi phục, cải tạo nâng cấp theo quy trình riêng

*Một số điều quy định trong bản tiêu chuẩn 22TCN18-79.

- Khi thiết kế cầu đường sắt, đường ô tô và đường thành phố và cống dướinền đường thì ngoài quy phạm này, còn cần xét đến các yêu cầu tương ứng củanhững tiêu chuẩn và quy phạm thiết kế hiện hành về đường sắt và đường ô tôthuộc mạng lưới chung toàn quốc, cũng như về các phố, đường thành phố vàquảng trường, và phải xét đến các quy định cảu nhà nước về vệ sinh và phòng

cháy Các quy định thiết kế ở vùng có nguy cơ động đắt, trong điều kiện đất đặcbiệt (đất lún, đất có chất muối) và phải xét đến các tài liệu tiêu chuẩn khácchung của toàn quốc về thiết kế và xây dựng cũng như các yêu cầu đảm bảo antoàn vận chuyển, bảo hộ lao động cho công nhân trong thời kỳ xây dựng và sửdụng đường sắt, đường ô tô, đường qua thành phố và đường phố.

- Các quy trình kỹ thuật đặc biệt, các quy trình quy tắc dùng riêng chỉ thiết

kế những dạng đặc biệt về kết cấu và nền móng cầu cống đường sắt, đường ô tô

và đường thành phố đều phải thỏa mãn các yêu cầu của bản quy trình này

- Cầu cống được thiết kế trong suốt thời gian sử dụng phải đảm bảo antoàn, không gián đoạn và thuận lợi cho giao thông vận tải cũng như đảm bảo choviệc bảo dưỡng đơn giản và đỡ tốn công nhất trong quá trình khai thác, cầucống còn phải đảm bảo cho nước lũ và các vật nối (gỗ, cây…) thông qua antoàn; trong trường hợp là cầu vượt, cầu cạn, cầu dẫn phải đảm bảo cho vận tải

bộ lưu thông liên tục dưới cầu đó

- Ngoài ra cầu vượt qua các tuyến đường thủy phải thỏa mãn những quyđịnh cụ thể trong bản nhiệm vụ thiết kế về thông tàu thuyền và bè mảng

- Khi thiết kế của cầu cống phải dự kiến được giá thành xây dựng ít nhất,thời gian thi công ngắn nhất với chi phí tiết kiệm về vật iệu và lao động

- Bố trí chung, kích thước, kết cấu, vật liệu và hình dạng cầu cống phải phùhợp với công dụng của chúng cũng như các yêu cầu và điều kiện địa phương, cóxét tới tương lại phát triển giao thông vận tải, các đường giao thông ngầm dướiđất và trên mặt đất hiện có cũng dự kiến sẽ có…

- Trên đây là một số điều quy định cơ bản trong thiết kế cầu cống theo tiêuchuẩn 22TCN18-79 tuy nhiên sau này, bằng kinh nghiệm, tính toán người ta đưa

ra những chỉ dẫn, cách tính phù hợp hơn và tiêu chuẩn 22TCN18-79 dần đượcthay thế bằng tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

1.3.2 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05

Hiện nay ở nước ta áp dụng tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 do Bộtrưởng bộ giao thông vận tải ban hành ngày 20 tháng 6 năm 2005 để thiết kế,tính toán kết cấu cầu dầm liên tục BTCT

Các quy định của bộ tiêu chuẩn 22TCN272-05 nhằm dung cho công tácthiết kế, đánh giá và khôi phục các cầu cố định và cầu di động trên tuyến đường

bộ Tuy nhiên nó không bao hàm các khía cạnh anh toàn của cầu di động chocác loại xe cơ giới, xe điện, xe đặc biệt và người đi bộ Các quy định của Bộ tiêuchuẩn này không dung cho các cầu dành riêng cho đường sắt, đường sắt nội đô(rail-transit) hoặc công trình công cộng

Bộ tiêu chuẩn này chỉ đưa ra những yêu cầu tối thiểu cần cho an toàn côngcộng Chủ đầu tư có thể đòi hỏi sự linh hoạt của thiết kế hoặc chất lượng vật liệu

và thi công cao hơn các yêu cầu tối thiểu

Các quy định của Bộ tiêu chuẩn này dựa vào phương pháp luận Thiết kếtheo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD) Các hệ số được lấy từ lý thuyết

độ tin cậy dựa trên kiến thức thống kê hiện nay về tải trọng và tính năng của kếtcấu Những quan điểm an toàn thông qua tính dẻo, tính dư, bảo vệ chống xói lở

và va chạm được lưu ý nhấn mạnh

Bộ tiêu chuẩn này được biên sạn dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ sốtải trọng và hệ số sức kháng của AASHTO Xuất bản lần thứ hai (năm 1998).Bản in dùng hệ đơn vị quốc tế (SI) Phần giải thích của tiêu chuẩn thiết kế cầutheo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng của AASHTO, xuất bản lần thứ hai, bản

in dùng hệ đơn vị quốc tế (SI) Bao gồm những thông tin cơ bản và bổ sung, cáckhuyến nghị và tài liệu tham khảo khác, và có thể giúp ích cho việc sử dụng bộtiêu chuẩn này

1.3.2.1.Triết lý thiết kế trong Bộ tiêu chuẩn 22TCN272-05

Cầu phải được thiết kế theo các trạng thái giới hạn quy định để đạt đượccác mục tiêu thi công được, an toàn và sử dụng được, có xét đén các vấn đề: khảnăng dễ kiểm tra, tính kinh tế, mỹ quan, an toàn, tính bền vững…

Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì với mọi ứng lực và các

tổ hợp tải trọng phải luôn luôn thỏa mãn phương trình sau:

(1.1.5.1)Với:

(1.1.5.2)Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại của Yi:

(1.1.5.3)

Trong đó:

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

: Hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho sức khángdanh định

: Hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan tới tính dẻo, tính dư và tầmquan trọng trong khai thác

: Hệ số liên quan đến tính dẻo

: Hệ số liên quan đén tính dư

: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khi khai thác

Qi: Ứng lực

Rn: Sức kháng danh định

Rr: Sức kháng tính toán

1.3.2.2.Các trạng thái giới hạn

1.3.3 Tiêu chuẩn AASHTO 2007.

Triết lý tính toán của Bộ tiêu chuẩn AASHTO 2007 cơ bản giống như Bộtiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 Tuy nhiên đối với từng dạng kết cấu sẽ

có một số thay đổi, cập nhật mới được sử dụng trong bộ tiêu chuẩn này nhằm tối

ưu hóa cách tính toán đối với từng loại cấu kiện

Do vậy mục đích của đề tài: Tác giả muốn nghiên cứu phân tích so sánhnhững điểm giống và khác nhau của hai bộ tiêu chuẩn này khi tính toán kết cấunhịp cầu dầm liên tục BTCT

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM LIÊN TỤC BTCT

2.1 VẬT LIỆU

2.1.1 Bê tông theo 272-05

- Bê tông thường có tỷ trọng: c = 2400 kg/m3

- Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông tỷ trọng thường:

+ c: Tỷ trọng của bê tông (kg/m3)

+ f’c: Cường độ qui định của bê tông (MPa)

+ Cường độ chịu nén của bê tông dầm hộp, dầm cầu dẫn, quy định ởtuổi 28 ngày là f’c = 50MPa

+ Cường độ chịu nén của bê tông làm trụ dẫn, mố bản quá độ, cọckhoan nhồi sau 28 ngày f’c = 30MPa

2.1.2 Bê tông theo AASHTO 2007:

- Bê tông thường có tỷ trọng:

- Đối với các ứng suất tạm thời trước mất mát (5.9.4.1).

+ Giới hạn ứng suất nén của cấu kiện bê tông căng sau, bao gồm cáccầu xây dựng phân đoạn: 0.5f’ ci.

+ Giới hạn ứng suất kéo của bê tông:

Trong đó: f’ci: cường độ nén qui định của bê tông lúc bắt đầu đặt tảihoặc tạo ƯST (MPa)

- Đối với các ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng sau các mất mát(5.9.4.2)

+ Giới hạn ứng suất nén của bê tông UST ở TTGH sử dụng sau mấtmát: 0.45f’c (MPa)

+ Giới hạn ứng suất kéo của bê tông: (cầu xây dựng phânđoạn).

- Tỷ số giữa chiều cao vùng chịu nén có ứng suất phân bố đều tương đươngđược giả định ở TTGH cường độ trên chiều cao vùng nén thực (5.7.2.2) là:

Giới hạn bền

fu (MPa)Thanh tròn

- Hệ số ma sát của tao thép với ống bọc (ống thép mạ cứng):

- Hệ số ma sát lắc (trên mm của bó thép): K = 6.6x10-7 mm-1

- Chiều dài tụt neo, lấy trung bình: L = 6 mm

- Mô đun đàn hồi của tao thép Ep = 197000 MPa

Bảng 2.2 Thông số cáp DƯL

Các thông số Đơn vị Giá trị

Ngay trước khi đệm neo:

2.2 HOẠT TẢI THIẾT KẾ

- Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 sẽbao gồm các tổ hợp của:

+ Xe tải thiết kế kết hợp với tải trọng làn hoặc

+ Xe hai trục thiết kế kết hợp với tải trọng làn

Trừ trường hợp quy định trong điều (3.6.1.3.1), mỗi làn thiết kế được xemxét phải được bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục (Tandem) chồng với tảitrọng làn khi áp dụng được Tải trọng được giả thiết chiếm 3000mm theo chiềungang một làn thiết kế

2.2.1 Xe tải thiết kế.

- Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của tải thiết kế phải lấy

theo hình 3.1, lực xung kích lấy theo điều (3.6.2).

- Chiều dầy sườn phải đảm bảo hai yêu cầu: Đủ khả năng chịu lực và đảmbảo khả năng thi công.

- Tại các mặt cắt gần gối, lực cắt rất lớn, do vậy chiều dầy sườn phải lớn Tạicác mặt cắt giữa nhịp, lực cắt nhỏ, chiều dày sườn dầm có thể chọn nhỏ hơn tạigối Tuy nhiên để thuận tiện cho thi công, quyết định chọn bề dầy sườn dầmkhông đổi Tham khảo các sơ đồ cầu liên tục đã thiết kế, chọn chiều dầy sườndầm là 600 mm

+ Trọng lượng của các thiết bị, ván khuôn trong quá trình thi công.

- Để phù hợp với đặc điểm chịu lực, bản đáy hộp thường có bề dày thay đổi.+ Tại giữa nhịp: Chiều dày bản đáy hộp phụ thuộc vào yêu cầu về khoảngcách từ tim bó cáp dự ứng lực tới mép bê tông Do có bố trí cáp dự ứng lực,chọn chiều dầy bản đáy tại giữa nhịp bằng 350 mm

+ Tại khu vực gần trụ: Chiều dày bản tăng lên để chịu lực nén lớn do mômen uốn và lực cắt gây ra Tham khảo một số cầu đã xây dựng, ta chọn 1000mm

- Chiều dày bản đáy thay đổi từ chiều dày tại mép trụ là 100 cm đến chiềudày 35 cm trong phạm vi (0.4-0.6)Lhc, lấy phạm vi này là 21.25 m = 0.5Lhc.Phương trình thể hiện sự thay đổi chiều dày bản đáy như sau:

1 1

+ h1: Chiều dày bản tại giữa nhịp

+ hp: Chiều dày bản tại trụ

+ L1: Phạm vi thay đổi bề dày bản đáy

+ X: Khoảng cách từ mặt cắt tới trụ

2.3.4 Thiết kế đường cong biên dầm

- Ưu điểm của thiết kế dầm có chiều cao thay đổi

+ Tiết kiệm vật liệu, bê tông và thép dự ứng lực được bố trí phù hợp cảtrong thi công và khai thác

+ Giảm được ứng suất cắt

+ Kết cấu có hình dáng đẹp

- Để bố trí cốt thép chịu cắt phân bố đều, và bề rộng sườn dầm thay đổi đềutheo chiều dài dầm, ta chọn đường cong biên dầm có bậc từ 1.4 – 2 Trong tínhtoán đặc trưng hình học mặt cắt ngang dầm, lấy đường cong dạng bậc 2.

2 2

+ hP: Chiều cao dầm tại đỉnh trụ

+ hm: Chiều cao dầm tại giữa nhịp

+ L: Chiều dài phần cánh hẫng cong

+ Y: Chiều cao mặt cắt tại vị trí tính toán

+ X: Khoảng cách từ mặt cắt đến tiết diện giữa nhịp có chiều caohm

2.3.5 Xác định đặc trưng hình học các mặt cắt

- Để phục vụ cho việc tính toán trong chương trình MIDAS CIVIL cũng như

để xác định đường ảnh hưởng nội lực, ta cần xác định các đặc trưng mặt cắt củacác tiết diện Các đặc trưng của mặt cắt tại các tiết diện được phần mềm MIDASCIVIL tự động tính trên cơ sở mặt cắt đầu - cuối và quy luật dầm biến đổi màngười dùng định nghĩa được thể hiện trong bảng (phần phụ lục) Dưới đây thểhiện các mặt cắt tại tiết diện trên trụ, tiết diện giữa nhịp và sơ đồ phân đốt dầmcho nửa cầu

Đối với cầu bê tông dự ứng lực khẩu độ lớn, mặt cắt ngang có tiết diện hìnhhộp được coi là thích hợp về khả năng chịu lực (đặc biệt là khả năng chốngxoắn) và kiến trúc đẹp Dầm liên tục có mặt cắt ngang là 1 hộp thành xiên cóchiều cao thay đổi dần từ trụ ra giữa nhịp

+ Trên gối: H = (1/15 – 1/20)Lnhịp

+ Giữa nhịp: h = (1/30 – 1/ 45)Lnhịp, không nhỏ hơn 2m.

+ Chiều dài đoạn vút: Lv= (0.2-0.3)L1= 1.5m

+ Chiều dày bản mặt cầu ở cuối cánh vút phần hẫng: 35cm

+ Chiều dày bản mặt cầu giữa nhịp bản: 35cm

+ Chiều dày bản mặt cầu ở đầu cánh vút: 60cm

+ Chiều cao dầm biến thiên theo quy luật đường cong bậc 2 có phương trìnhlà:

Y = 2

ch

H - h

L X2 + h (m)Với Lch là chiều dài cánh hẫng cong, Lch = 42.5m Vậy ta có phương trìnhđường cong biên dưới đáy dầm hộp là:

Y = 2

5.5 2.5 42.5



(X-1)2 + 2.5 (m)

+ Chiều dày bản đáy thay đổi từ chiều dày tại mép trụ là 100cm đến chiều dày35cm Bề dày bản đáy tại vị trí bất kì cách giữa nhịp 1 đoạn Lx được tính theocông thức sau:

+ Chiều dày sườn dầm không đổi là 60cm.

+ Trên tiết diện ngang tại gối có bố trí một lối thông, trên gối nhịp chính bxh=1.0x1.8m, được tạo vát 20x20cm

Hình 2.3-1 1/2 Mặt cắt ngang dầm hộp trên trụ và giữa nhịp

Hình 2.3-2: Sơ đồ phân đốt thi công nhịp chính

+ Tính chiều cao mỗi đốt dầm hộp thay đổi theo đường cong bậc 2 có phươngtrình là: h = 2

5.5 2.5 42.5



(X-1.0)2 + 2.5 (m)

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp chiều cao tiết diện

2.4 TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM LIÊN TỤC

2.4.1 Các giai đoạn hình thành nội lực

- Trong công nghệ thi công đúc hẫng cân bằng, nội lưc của dầm chủ pháttriển dần theo các giai đoạn thi công Để xác định chính xác nội lực của dầm chủ

ta phải xây dựng được sơ đồ thi công và tính toán nội lực theo các giai đoạn thicông đó Sau đây là các giai đoạn thi công và cũng chính là các giai đoạn hìnhthành nội lực, trong đó giàn giáo cố định của nhịp biên (của phần dầm liên tục)

kê trực tiếp lên đất nền Kết cấu nhịp của dầm liên tục trình bày dưới đây đượchợp long từ nhịp biên vào nhịp giữa

Hình 2.4-1 Sơ đồ cầu chính

2.4.1.1 Giai đoạn 1: Giai đoạn đúc hẫng cân bằng từ trụ ra giữa nhịp

- Sau khi thi công xong khối K0 trên trụ và giàn giáo mở rộng trụ, tiến hànhthi công các đốt từ K1 cho đến đốt cuối cùng của cánh hẫng Sơ đồ tĩnh họctrong giai đoạn này là dầm công xôn chịu tác dụng của các tải trọng sau: Trọnglượng bản thân dầm, tải trọng do người và vật liệu thi công cũng như tải trọng

xe đúc + bê tông ướt trong quá trình thi công, lực căng cốt thép cường độ caochịu mômen âm

- Phần đúc trên đà giáo truyền tải trọng trực tiếp xuống đất nền

Hình 2.4-2 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn thi công hẫng

- Các tải trọng thi công chính bao gồm:

+ Xe đúc: 800 KN

+ Mômen do xe đúc: 1600 KNm

2.4.1.2 Giai đoạn 2: Tháo dỡ xe đúc

- Sau khi căng kéo cốt thép cường độ cao chịu mômen âm cho các đốt đúchẫng vừa thi công, ta tiến hành dỡ xe đúc, di chuyển ra đúc các đốt hẫng tiếp

theo và đốt hợp long Sơ đồ tính và biểu đồ mô men khi dỡ xe đúc như hình 3.5.

Hình 2.4-3 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men khi dỡ xe đúc

2.4.1.3 Giai đoạn 3: Hợp long nhịp biên

- Sau khi thi công hẫng trên các trụ và đổ bê tông trên giàn giáo các đoạn sátcác trụ P5 và P8 kết thúc tiến hành hợp long nhịp biên

- Sử dụng bộ giàn giáo để hợp long nhịp biên ,tải trọng tác dụng là trọnglượng của ván khuôn và bê tông đốt hợp long vậy ta có tải trọng tác dụng lêncánh hẫng là (Pvk+Phl)/2

Hình 2.4-4 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 3

2.4.1.4 Giai đoạn 4: Căng cáp dương, tháo dỡ giàn giáo nhịp biên

- Khi bêtông đã đạt cường độ, ta tiến hành căng cáp dương cho nhịp biên.Ngay sau khi căng cáp dương nhịp biên, bêtông đã bị tách ra khỏi hệ giàn giáo,toàn bộ trọng lượng của phần đúc trên đà giáo và đốt hợp long sẽ truyền lêncánh hẫng và gối

Hình 2.4-5 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 4

2.4.1.5 Giai đoạn 5: Tháo dỡ giàn giáo hợp long nhịp biên, tháo neo đỉnh trụ

- Sau khi căng cáp dương và dỡ giàn giáo nhịp biên, tiến hành tháo ngàmtrên trụ P6 và P7, dỡ giàn giáo hợp long nhịp biên

Hình 2.4-6 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 5

2.4.1.6 Giai đoạn 6: Hợp long giữa

- Lắp dựng giàn giáo treo và đổ bê tông hợp long nhịp giữa

Hình 2.4-7 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 6

2.4.1.7 Giai đoạn 7: Tháo dỡ giàn giáo hợp long giữa

Hình 2.4-8 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 7

2.4.1.8 Giai đoạn 8: Cầu chịu tỉnh tải phần 2

- Giai đoạn thi công tĩnh tải phần hai (bao gồm các lớp phủ, lan can, hệthống thoát nước, hệ thống chiếu sáng) Sơ đồ chịu lực như hình vẽ:

+ DW = 25.31 (KN/m)

+ DC2 = 22.02 (KN/m)

Hình 2.4-9 Sơ đồ tính và dạng biểu đồ mô men giai đoạn 8

2.4.1.9 Giai đoạn 9: Cầu chịu hoạt tải

- Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 sẽbao gồm một tổ hợp của: Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế, và tải trọng lànthiết kế

2.4.1.10 Tải trọng làn thiết kế

- Trừ trường hợp qui định trong điều (3.6.1.3.1), mỗi làn thiết kế được xemxét phải được bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục chồng với tải trọng lànkhi áp dụng được Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9.3 KN/m phân bố đềutheo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thiết phân bố đều trên chiều rộng3000mm Hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

- Xe hai trục gồm một cặp trục 110KN cách nhau 1.2m Khoảng cách theophương ngang của các bánh xe lấy bằng 1.8m Lực xung kích lấy theo điều3.6.2.

STT Theo Tiêu chuẩn TCN272-05 Theo Tiêu chuẩn AASHTO 2007 1

  Hệ số xung kích: IM=25% Hệ số xung kích: IM=33%

2.4.2 Các tổ hợp tải trọng Trong quy trình 272-05 và Tiêu chuẩn

AASHTO 2007

- có các tổ hợp tải trọng, mỗi tổ hợp xét đến các tải trọng với hệ số khácnhau, và yêu cầu kiểm toán cụ thể đối với từng tổ hợp tải trọng Trong phạm viluận văn chỉ xét đến hai tổ hợp tải trọng sau đây

2.4.2.1 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn cường độ I

- Tổ hợp Mômen theo trạng thái giới hạn cường độ I (Điều 3.4.1.1)

MU = (P.MDC + P.MPb +P.M DW +1.75MLL+IM)

- Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cường độ I (Điều 3.4.1.1)

VU = (P.VDC + P.VPb +P.V DW +1.75VLL+IM)Trong đó:

+ MU: Mô men tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ I

+ VU: Lực cắt tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ I

+ P: Hệ số xác định theo theo bảng 3.4.1-2

 Đối với DC1 và DC2: P max = 1.25, P min = 0.9

 Đối với DW: P max = 1.5, P min = 0.65+ : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư, và sự quan trọng trong khaithác xác định theo Điều 1.3.2

 = iDR  0.95

 Hệ số liên quan đến tính dẻo: D = 1

 Hệ số liên quan đến tính dư: R = 1

 Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác: Cầuquan trọng nên chọn  = 1.05

STT Theo Tiêu chuẩn TCN272-05 Theo Tiêu chuẩn AASHTO 2007 1

  Hệ số xung kích: IM=25% Hệ số xung kích: IM=33%

2.4.2.2 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn sử dụng

MU = M DC + M Pb + M DW +MLL+IM

VU = V DC + V Pb + V DW +VLL+IM Trong đó:

+ MDC , VDC , MPb , VPb: Mômen, lực cắt do tải trọng bản thân và nhữngthành phần phi kết cấu gắn vào (lan can, bộ hành vv…).

+ MDW, VDW: Mômen, lực cắt do tải trọng lớp phủ

+ MLL+IM, VLL+IM: Mômen, lực cắt do hoạt tải gây ra

2.5 TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM CHỦ

2.5.1 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu

2.5.1.1 Bê tông có cường độ chịu nén f’c = 50 MPa

Hệ số giãn nở nhiệt: α = 10.8x10-6/oC (5.4.2.2)

Trong đó:

+ γc: Tỷ trọng của bê tông (kg/m3)

+ f’c: Cường độ quy định của bê tông (MPa) Cường độ chịu nén của bêtông dầm hộp, quy định ở tuổi 28 ngày là 50MPa

- Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông tỷ trọng thường: