8. Đề cương Cầu BTCT NC 2019

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP NÂNG CAO Bài tập 1: Cho cầu dầm liên tục nhịp, với Lmax = 50m, dự kiến nhịp xây dựng để vượt qua tuyến đường cao tốc hoạt động, với chiều cao cầu 6m Hãy:  Đề xuất Công nghệ phù hợp để thi công cầu dầm liên tục trên? Vì sao? (0.5đ)  Xác định lý chọn: Chiều dài nhịp biên? Chiều cao dầm? Phân đoạn đốt đúc? (2đ)  Trình bày trình tự thi công công nghệ thi công đề xuất – Vẽ hình minh họa? (1đ)  Nguyên tắc bố trí cốt thép dự ứng lực theo phương ngang cầu dọc cầu công nghệ thi công – Vẽ hình minh họa? (1.5đ) Hướng dẫn: a/ Đề suất: Công nghệ đúc đà giáo di động MSS Lý do: Chiều dài cầu Lmax = 50 m  (35 – 60) m thuộc chiều dài hợp lý sử dụng công nghệ đúc đà giáo di động MSS - Tĩnh không nhỏ H = 6(m) - Bộ đà giáo di động yếu tố chủ đạo cơng nghệ thi cơng, tổ hợp đồng bao gồm đà giáo ván khuôn thiết bị phụ trợ kèm theo đảm bảo cho thiết bị tự hành di chuyển mà khơng cần thiết bị máy móc ngồi hổ trợ - Khơng chịu ảnh hưởng địa hình, thủy văn, địa chất khu vực xây dựng - Chiều cao dầm hàm số => công tác ván khuôn dễ dàng b/ Chiều dài nhịp biên: Lb = 0.8Lmax = 0.8.50 = 40 (m) - Chiều cao dầm: MCN dầm có chiều cao không đổi Tỷ lệ chiều dài nhịp chiều cao dầm: (L/H) = 25 ( với Lmax = 50m) Hmax = 2(m) => Chọn Hd = 2m - Phân đoạn đốt đúc: Chia thành đốt Đốt có chiều dài chiều dài nhịp (nhịp biên + 0.2L) c/ Công nghệ MSS: thuộc phương pháp thi cơng phân đoạn có chiều dài phân đốt chiều dài nhịp, sử dụng đà giáo di chuyển từ nhịp sang nhịp để thi công liền mạch đốt suốt chiều dài cầu, áp dụng cho cầu dầm liên tục nhiều nhịp -Trình tự thi cơng: Bước 1: Hồn thành nhịp biên Bước 2: Lắp dựng đà giáo Bước 3: Lắp dựng ván khuôn cốt thép chuẩn bị đốt đúc Bước 4: Đúc hoàn thành đốt d/ Nguyên tắc bố trí cốt thép DƯL Cốt thép ƯST dầm nối liên tục từ nhịp sang nhịp kia, đốt kéo căng neo cuối đốt Các tao cáp bó nối với hai cách nối neo hình cút nối tao đơn Các bó cáp bố trí theo dạng: Những bó kéo thẳng chạy dọc theo nắp đáy, số bó uốn xiên theo bên sườn dầm mặt cắt gối bó chạy dọc theo khu vực nách dầm, khu vực nhịp chạu dọc theo đáy Hình: Bố trí cốt thép dầm đúc đà giáo di động Bài tập 2: Cho cầu dầm liên tục nhịp thi công theo cơng nghệ đúc hẫng cân có Lmax = 90m, khổ cầu + 2x2m, xe phân cách vạch sơn có bề rộng 20cm, bề rộng lan can 50cm Hướng dẫn:  Xác định kích thước: Bcau, B1, B2 – vẽ hình minh họa? (2đ)  Bcau =8 +2x2 +2x0.5 = 13 m  Chiều rộng (B1): Xét đến điều kiện ổn định chịu lực ngang đồng thời phân phối hợp lý mô men nội lực mặt cầu theo phương ngang  B2 = ( 0.4 – 0.6 ) B = (5.2 - 7.8) chọn m  Xác định chiều rộng cánh B1  B1 = (13-7)/2 = m  Xác định giải thích thay đổi hday, Hmax - Hmin? (2đ)  Chiều dày đáy:  Tại gối b = 50 – 80 cm chọn b =70  Tại nhịp b = 25 –50 cm chọn b= 40  Chiều cao dầm (H):  Tại đỉnh trụ Hmax=(1/16 – 1/20)L =(4.5 – 5.625 )m chọn H = 5m  nhịp Hmin = (1/30 – 1/60)L = (1.5 - 3) chọn H =2.5 m  Căn xác định chiều dày nắp hnap bề rộng sườn Bsuon? (1đ)  Vẽ sơ đồ bố trí cáp:  Sơ đồ kết cấu nhịp: Bài tập 3: Cho cầu vịm ống thép nhồi bê tơng, loại vòm cứng dầm mềm Lvòm = 90m, hãy: Hướng dẫn:  Trình bày: hình dạng kích thước mặt cắt ngang có sườn vịm – vẽ hình? (1.5đ) - Hình dạng: Dầm chủ có mặt cắt ngang dạng chữ nhật đứng chữ I - Kích thước: Các ống thép thường dùng có đường kính ngồi từ 30-120cm, chiều dày thành ống từ 5-20cm, ống thép chế tạo từ thép trịn + Có cách tròn: tròn hàn dọc tròn dạng lò xo + Theo tài liệu Trung Quốc, ống vành vịm có kích thước D = 45150cm, vành vịm có cấu tạo ống D/L = 1/60-1/150 (L chiều dài nhịp vòm), vành vòm dạng tổ hợp có chiều cao vành vịm H=120-270cm H/L =1/30-1/60 lấy D/H=1/ 2.5; ống dày t = 8-16cm  Xác định đường tên vòm, đường cong vòm? (1đ) - Đường cong trục vòm: + Dạng đường cong Parabol: tải trọng phân bố toàn chiều dài nhịp, kết cấu bên nhẹ, phần tỉnh tải hệ mặt cầu chiếm phần lớn phân bố toàn chiều dài cầu đường trục vịm thiết kế theo parabol bậc coi hợp lí, khó khăn tiêu chuẩn hóa kích thước + Dạng cung tròn: Chế tạo thuận lợi, sử dụng vật liệu tốn - Đường tên vòm: f/l = 1/4 – 1/6 - Độ lệch tâm: độ lệch tâm lực đẩy ngang chân vòm tác dụng lên dầm  gây hiệu ứng uốn ngược chiều với hiệu ứng uốn dầm chủ tải trọng  Cấu tạo dầm dọc chủ (loại vòm cứng dầm mềm) có khác với kết cấu vịm mềm dầm cứng – vẽ hình minh họa? (1đ) - Vai trị chịu tải trọng: + Dầm mềm khơng gánh chịu phần nội lực cho vòm mà tham gia tạo liên kết ổn định kết cấu Toàn tải trọng cầu có vịm gánh chịu cịn vịm mềm dầm cứng vịm mềm đoạn cong liên kết khớp với chịu lực nén dọc trục truyền tải trọng lên dầm cứng + Lực đẩy ngang từ vòm cứng truyền cho mố, trụ; lúc mố trụ chịu lực đẩy ngang không gây lực kéo lệch tâm dầm mềm - Cấu tạo dầm dọc chủ loại vòm cứng dầm mềm: + Dầm dọc chủ có MCN hình hộp làm BTCT thường thi công sau có dầm ngang, dầm dọc chủ tính tốn dầm liên tục kê gối đàn hồi vị trí treo dây + Dầm thường có MCN chữ T rỗng - Cấu tạo dầm dọc chủ loại vòm mềm dầm cứng + Dầm dọc chủ vịm mềm dầm cứng bố trí liên tục, có tiết diện đặc lớn dầm dọc chủ vòm mềm dầm cứng tiết diện chịu lực + Dầm thường có dạng MCN chữ I hình chữ nhật  Trình bày trình tự thi cơng cầu vịm cho – vẽ hình minh họa? (1.5đ) Hình dùng cho câu - Dự kiến cầu thi công theo bước công nghệ sau: Thi công mố Làm dàn giáo tạm sông, dựng giá long môn đối xứng tim cầu để thi cơng vịm Gia cơng đoạn ống vịm thép lắp ráp vịm Lắp ráp dầm ngang Lắp hệ mặt cầu treo, điều chỉnh lực căng treo cao độ mặt cầu Nhồi bê tông mác 400-500 vào ống thép Tháo nêm dầm BTCT Hoàn thiện cầu thử tải (Hình vẽ thi cơng bên dạng cầu vịm mềm - dầm cứng, khơng phải đề thi xem tham khảo vẽ lại) + Khi cầu có mặt phẳng dàn dây: Hd = (1/50-100)Lg + Đối với cầu có mặt cắt hình hộp H ≥ 1.5m để thuận tiện thi cơng lịng khối hộp + Chọn mặt cắt ngang dạng chữ Pi, loại mặt phẳng dàn dây Hd = (1/100-1/200)Lg = (2.175-4.35)m, chọn Hd = 3m + Bề rộng cầu B = + 2x2 + 2x0.5 + 2x0.25 = 14.5m + Các dạng mặt cắt khác: Dạng dầm rỗng - Chọn chiều cao tháp cầu: Vì bố trí mặt phẳng dây nên Htháp = (1/3-1/7)Lmax = (62.1-145)m Htháp = (18x10 + 12).tag(260)= 93.6m Chọn chiều cao tháp Htháp = 95m  Đảm bảo tương quan tính thẩm mỹ khả chịu lực tháp - Mối liên hệ góc nghiêng nhỏ chiều cao tháp cầu: + Chiều cao trụ tháp (Hp)  góc nghiêng dây ()  định đến độ cứng tiêu kỹ thuật - kinh tế cầu + Hp tối ưu xác định xuất phát từ tổng giá thành tháp, dầm dây nhỏ nhất, đảm bảo độ bền độ cứng hệ + Chọn dây văng thoải có  = 22-250  Xác định Hp  Bố trí so sánh dạng sơ đồ bố trí dây cầu dây văng thơng thường: song song, đồng quy nhài quạt? Đề xuất nên chọn loại bố trí dây nào? (2đ) - Bố trí so sánh dạng sơ đồ bố trí dây cầu dây văng - Sơ đồ đồng quy: Các dây văng tập trung điểm đỉnh tháp tỏa neo vị trí dọc theo dầm cứng + Ưu điểm: Các dây liên kết với dây neo, truyền lực vào mố trụ  độ cứng hệ lớn Góc nghiêng dây neo lớn  độ cứng gối đàn hồi lớn Không gây mô men uốn thân trụ tháp + Nhược điểm: Cấu tạo liên kết dây tháp phức tạp tập trung dây Áp dụng cho cầu có dây, khoang dầm lớn - Sơ đồ song song: Các dây nhịp trụ tháp bố trí song song nhau, neo rải theo chiều cao tháp dọc chiều dài nhịp + Ưu điểm: Hình dáng kiến trúc đẹp nhìn từ góc độ dây không cắt lộn xộn Liên kết dây vào tháp cầu đơn giản + Nhược điểm: Gây mô men uốn thân trụ tháp Góc nghiêng dây nhỏ, độ cứng gối đàn hồi yếu - Sơ đồ dây rẽ quạt: Cấu tạo phối hợp ưu điểm sơ đồ Dùng phổ biến cho cầu nhịp lớn + Ưu điểm: có góc xiêng tương đối so với sơ đồ đồng quy, khắc phục nhược điểm sơ đồ dây song song cách cho vị trí liên kết dây dịch lại gần phía đỉnh trụ tháp + Nhược điểm: Có dây xiên không liên kết với dây neo mố trụ điều làm tăng biến dạng mô men uốn dầm cứng - Sơ đồ dây phối hợp: + Sơ đồ dây song song – đồng quy: dùng sơ đồ cầu có trụ neo nhịp biên, nhằm giảm chiều dài khoang cho nhịp tạo điều kiện thuận lợi cho thi công hẫng, sơ đồ song song – rẽ quạt có ý nghĩa tương tự + Sơ đồ đồng quy - rẽ quạt: Khi nhịp biên không lớn dây neo nên tập trung vào gối chỗ không biến dạng làm tăng độ cứng cho hệ Đề xuất lựa chọn loại bố trí dây: - Với trường hợp sử dụng cầu dây văng có chiều dài khoang nhỏ, nhiều dây: + Thì mơ men cục phạm vi dầm nhỏ, cấu tạo neo đơn giản, tiết diện cáp nhỏ, công nghệ lắp dây dàn chủ đơn giản; nâng cao độ dự trữ an toàn, dễ dàng thay sữa chữa + Khi bố trí cầu dây văng nhiều dây coi dây gối đàn hồi, lúc kết cấu thuộc kết cấu siêu tĩnh nhiều bậc + Nhưng ngược lại sơ đồ kết cấu dây văng nhiều dây khó khăn chịu ổn định lực gió + Thích hợp với xu hướng xây dựng cầu - Với trường hợp sử dụng cầu dây văng có chiều dài khoang lớn, dây: + Cầu dây văng dây việc lực gió gây ảnh hưởng tới kết cấu + Nhưng với cầu dây văng dây, kích thước ụ neo lớn dây chịu lực lớn; tiết diện cáp lớn gom nhiều bó lại, khơng tạo độ dự trữ an tồn; q trình khai thác dây xảy cố gây ảnh hưởng xấu lớn kết cấu nhịp + Thường áp dụng cho cầu tăng cường khả chịu lực  Đưa quan điểm mình, chủ đầu tư yêu cầu sử dụng dạng cầu dây – khoang lớn? (1đ) - Số lượng dây, chiều dài khoang, chiều dài nhịp - Chiều dài khoang dầm chọn phụ thuộc vào: + Trị số mô men uốn cục + Trị số nội lực dây cáp hệ neo + Điều kiện thi công - Dây khoang lớn: + Số dây phía tháp từ 1-4, chiều dài khoang dầm 15-80m + Mô men uốn cục dầm lớn  dầm phải có chiều cao đủ lớn  tăng tỉnh tải chiều cao kiến trúc + Khơng thích hợp với phương pháp thi công hẫng, thường phải kết hợp trụ tạm hay đà giáo để lắp đốt dầm + Cấu tạo neo phức tạp, tập trung ứng suất khu vực đặt neo lớn + Cấu tạo liên kết dây cáp – dầm phức tạp + Lắp đặt điều chỉnh ứng suất dây văng đơn giản - Dây nhiều khoang nhỏ: + Chiều dài khoang 3-15m, khoang dầm nhỏ, tải trọng nhẹ Thích hợp với cơng nghệ thi công đúc hẫng hay lắp hẫng dễ dàng + Mô men uốn cục dầm nhỏ giảm kích thước chiều cao dầm + Dây nhỏ, dễ lắp đặt, cấu tạo neo đơn giản, căng kéo dễ dàng + Nâng cao độ an tồn cơng trình dễ phát sữa chữa cố xảy dây hay neo + Lắp đặt dây nhiều lần, điều chỉnh nội lực dây phức tạp + Dây dày cản trở gió làm tăng tốc độ gió thổi qua cầu tăng biên độ dao động dây  đẩy nhanh tốc độ phá hoại mỏi + Mặt phẳng dây cản trở hay hạn chế tầm nhìn giao thơng cầu độ an toàn  Xu hướng thiên nhiều dây-khoang nhỏ để nâng cao mức Bài tập 7: Cho cầu dầm liên tục nhịp thi công theo công nghệ đúc đẩy, Lmax = 55m, hãy:  Xác định chiều dài nhịp biên, chiều cao dầm, phân chia đốt đúc – vẽ hình? (1đ)  Trình bày cấu tạo vai trị giải pháp nhằm đảm bảo ổn định, giảm độ võng giảm nội lực trình đẩy dầm – vẽ hình minh họa? (1.5đ)  Sơ đồ tính tốn, biểu đồ mơ men, ngun tắc bố trí cáp phục vụ thi cơng – vẽ hình? Nhận xét ưu, nhược điểm công nghệ đúc đẩy? (2.5đ) Hướng dẫn: a/ Xác định chiều dài nhịp biên, chiều cao dầm, phân chia đốt đúc – vẽ hình: - Chiều dài nhịp biên Lb = 0.8Lmax = với Lmax = 55m  Lb = 44m - Chiều cao dầm: Theo kinh nghiệm: Hd = (1/16-1/20)Lmax = (1/16-1/20)*55 = (2,75 – 3,44) m  Chọn Hd = m - Phân chia đốt đúc: Theo kinh nghiệm: Lđđ = (0.3-0.4).Lmax  Lđđ = (0.3 – 0.4).55 = (16.5 – 22) m b/ Cấu tạo vai trò giải pháp nhằm đảm bảo ổn định, giảm độ võng giảm nội lực trình đẩy dầm: - Mũi dẫn: + Vai trò: làm cho đầu hẫng dầm sớm tựa lên đường trượt dưới, giảm mô men âm trước kê lên trụ đỡ có trọng lượng thân nhỏ giảm độ võng dầm hẫng giai đoạn lao dọc đường trượt + Cấu tạo: - Chiều dài mũi dẫn La = (0.5 – 0.7) Lnhịp - Dầm chủ thép tiết diện chữ I tổ hợp hàn kết cấu dạng giàn hộp dầm bê tơng có chiều cao lớn Dầm chủ mũi dẫn có chiều cao thay đổi, vị trí liên kết với dầm chiều cao mũi dẫn với chiều cao hộp dầm bê tông - Kết cấu mũi dẫn gồm dầm chủ có vị trí thẳng hướng với vị trí đường trượt dưới, khoảng cách B hai dầm chủ, chiều rộng cánh dầm phải chọn dựa chiều rộng mặt trượt đường trượt dưới, chiều rộng chọn khoảng 30 – 40cm - Có thể xác định B sau: B = Bd – ( 40 + 2x20) (cm) Trong đó: Bd – Chiều rộng đáy hộp (cm) - Chiều rộng đáy dầm thép biên giàn lấy theo chiều rộng mặt trượt đường trượt - Kết cấu mũi dẫn dùng phổ biến đúc đẩy dầm đặc Độ cứng mũi dẫn so với độ cứng dầm bê tông 1/9 – 1/15 để phân phối mô men dương cho dầm thép mũi dẫn gác lên đường trượt nhỏ Hình: Cấu tạp mũi dẫn dạng dầm - Trụ tạm: + Trong trường hợp chiều dài nhịp > 50m, nội lực gây cho mũi dẫn lớn dẫn đến cấu tạo mũi dẫn mối nối với đầu dầm BT phức tạp cần phải giảm bớt độ hẫng đẩy dọc cách bố trí thêm trụ tạm trung gian giảm chiều dài nhịp giảm nội lực đẩy + Đặt vị trí ( 0.5 – 0.7)L tùy thuộc vào địa hình Khơng cần bố trí cốt thép thi công cần cốt thép khai thác đủ yêu cầu chịu lực dầm giai đoạn đúc đẩy c/ Sơ đồ tính tốn , biểu đồ mơ men, ngun tắc bố trí cáp phục vụ thi cơng: + Sơ đồ tính tốn, biểu đồ mơ men: + Nguyên tắc bố trí cáp phục vụ thi cơng: - Trong q trình thi cơng đẩy tiết diện chịu mơ men hai dấu trọng lượng thân Vậy nguyên tắc, cốt thép DƯL phải đặt biên biên để dầm chịu mơ men âm dương - Trong giai đoạn đẩy thể bố trí cốt thép thi cơng Cốt thép thi cơng thường bố trí thẳng bên bên Số lượng cốt thép xác định theo biểu đồ bao nội lực thi công - CT DƯL đặt thẳng nắp hộp đáy hộp dầm, đến ụ neo cốt thép uốn nghiên 1:7 mặt phẳng đứng để đến vị trí đặt kích kéo căng - Tại vị trí ụ neo cần đặt vài tầng lưới thép hàn để chịu ứng suất cục Bề mặt tì mấu neo lên ụ neo phải có thép dầy 20mm đúc gắn với bê tông hộp Bản khoét lỗ để luồn cáp DƯL qua - Các cốt thép phục vụ thi công đặt ống thẳng Ưu điểm, nhược điểm công nghệ đúc đẩy: + Ưu điểm: - Không cần đà giáo làm ảnh hưởng đến không gian cầu - Chất lượng dầm dọc đảm bảo điều kiện thi công tốt - Việc thi công dầm không chịu ảnh hưởng thời tiết, khí hậu… - Rút ngắn thời gian thi cơng nhờ đồng thời thi công KCN mố trụ - Công trường chiếm mặt bằng, khơng địi hỏi nhiều nhân công - Chỉ cần sử dụng thiết bị thi công nhẹ, khơng phụ thuộc vào nhịp MCN cơng trình tái sử dụng - Các thao tác thi cơng lặp lao đơn giản hóa thi cơng + Nhược điểm: - Cần bố trí bệ đúc đầu cầu đáp ứng yêu cầu đúc KCN - Có thể phải sử dụng cáp DƯL tạm thời gây tốn - Yêu cầu kiểm soát chặt chẽ trình lao đẩy KCN (cao độ KCN, biến dạng trụ, định hướng KCN, đo lực truyền…) ... ngang Lắp hệ mặt cầu treo, điều chỉnh lực căng treo cao độ mặt cầu Nhồi bê tông mác 400-500 vào ống thép Tháo nêm dầm BTCT Hoàn thiện cầu thử tải (Hình vẽ thi cơng bên dạng cầu vịm mềm - dầm... nhỏ: d = 3-6m (cầu đường sắt), d = 5-15m (cầu đường ô tơ) + Đối với hệ dây ít-khoang lớn: d =3-6m (cầu đường sắt), d = 15-35m (cầu đường ô tô)  Ta chọn hệ dây nhiều-khoang nhỏ cho cầu đường ô tô,...  Ưu điểm mặt mỹ thuật + Trong cầu vượt, cầu thành phố lấy h = H - Đúc đà giáo di động: Mặt cắt dọc cầu: + KCN có chiều cao thường khơng thay đổi Mặt cắt ngang cầu + Dạng MCN hình hộp chữ T kép