Phần 3 bài giảng Nhập môn cầu - Chương 3: Một số cấu tạo chung của cầu cung cấp cho người đọc các kiến thức: Phòng nước và thoát nước, nối tiếp giữa đường và cầu, gối cầu, gối cầu bằng thép,... Mời các bạn cùng tham khảo.
12/3/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ mơn Cầu Cơng trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ NHẬP MƠN CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://nhapmoncau.tk/ Link dự phòng: https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/nhap‐mon‐cau Hà Nội, 10‐2013 3.4. Phòng nước nước • Tại phải phòng nước nước? – Nước tích tụ mặt cầu ngấm xuống kết cấu qua chỗ hỏng thi công chất lượng lớp phòng nước: • Các phận thép kết cấu bị gỉ, ăn mòn dẫn đến khơng đảm bảo tuổi thọ cơng trình – Nước tích tụ mặt cầu gây nguy hiểm cho phương tiện qua lại Do vậy cần phải phòng nước nước! 229 12/3/2013 Phòng nước nước (t.theo) • Một số yêu cầu cấu tạo – Mặt cầu đường đầu cầu cần phải thiết kế để đảm bảo thoát nước mặt cầu cách an tồn hữu hiệu • Ít hư hại cầu lại đảm bảo an toàn tối đa cho xe cộ qua lại – Mặt cầu (gồm đường xe chạy, đường xe đạp hành) phải cấu tạo độ dốc ngang siêu cao đủ để nước tốt theo hướng ngang – Ngồi ra, cần phải cấu tạo độ dốc dọc cầu với ống thu nước ống thoát nước để nước thoát nhanh 230 Phòng nước nước (t.theo) Cấu tạo siêu cao cho mặt cầu trường hợp cầu nằm đường cong bán kính R 231 12/3/2013 Phòng nước nước (t.theo) – Với cầu thẳng, trong trường hợp cần phải cấu tạo • độ dốc ngang cầu ở phần đường xe chạy từ 1.5‐2% theo hướng từ tim cầu 2 bên • độ dốc ngang cầu ở phần đường hành từ 1‐1.5% theo hường từ vào phía cầu Mặt cắt ngang cầu phương án thiết kế sơ cầu Phùng (TEDI) 232 Phòng nước nước (t.theo) – Độ dốc dọc cầu ơ tơ tùy trường hợp lấy phạm vi 0.5‐3%, cá biệt lấy tới 4% 233 12/3/2013 Phòng nước nước (t.theo) – Với cầu rộng (mỗi hướng có 3 làn xe) có thể phải thiết kế đặc biệt cho thoát nước mặt cầu và/hoặc phải dùng mặt đường nhám đặc biệt để giảm khả xe bị quay, trượt do mất ma sát – Nước chảy xuống rãnh thu nước cần khống chế khơng cho chảy vào cầu. Rãnh nước ở đầu cầu cần phải có đủ khả tồn nước gom lại – Trong trường hợp nhạy cảm môi trường mà xả nước trực tiếp từ mặt cầu xuống sơng ở phía cầu cần cấu tạo ống thoát nước gắn dọc theo kết cấu nhịp cầu xả ở nơi phù hợp mặt đất tự nhiên đầu cầu – Lớp phòng nước cấu tạo ở phần mặt cầu bảo vệ cho phận thép kết cấu nhịp không bị han gỉ, ăn mòn 234 Các bước thi cơng lắp đặt lớp phòng nước Phòng nước nước (t.theo) 1. Làm mặt cầu 2. Rải lớp nhựa dính bám (tack coat) 3. Chuẩn bị lò nấu chảy vật liệu chống thấm (nhựa đường) 4. Rải lớp cao su butyl tại vị trí nứt ngang khe nối thi công trước tưới nhựa đường 235 12/3/2013 Các bước thi cơng lắp đặt lớp phòng nước (t.theo) Phòng nước nước (t.theo) 5. Tưới nhựa đường nóng chảy 6. Rải lớp bảo vệ sau tưới nhựa đường nóng chảy 7. Các bảo vệ đặt bề mặt nhựa đường nóng chảy 8. Hồn thành việc lắp đặt lớp phòng nước 236 Phòng nước nước (t.theo) • Ống nước – Ống nước khơng để nước mặt mà để thu nhận nước xâm nhập chảy bề mặt lớp phòng nước – Cần tuân thủ quy định sau: cứ 1m2 bề mặt cầu hứng nước mưa cần có 1cm2 diện tích lỗ nước mặt cầu ô tô 4cm2 mặt cầu đường sắt – Đường kính ống nước tối thiểu lấy 15cm – Tim ống thoát nước cách mép đá vỉa từ 20‐40cm. Vật liệu làm ống kim loại, sành, sứ nhựa… 237 12/3/2013 Phòng nước nước (t.theo) – Có thể xác định khoảng cách ống nước theo ngun tắc sau: • Khoảng cách ống xa amax = 15m • Khoảng cách ống a = 6‐8m nếu độ dốc dọc i ≤ 1% • Khoảng cách ống a = 12‐15m nếu: Độ dốc dọc 1% ≤ i ≤ 2%, chiều dài cầu ≤ 50m, hoặc Độ dốc dọc i > 2%, chiều dài cầu > 50m • Trường hợp độ dốc dọc i > 2% chiều dài cầu ≤ 50m thì khơng cần bố trí ống nước 238 Cấu tạo ống nước cầu Phòng nước thoát nước (t.theo) ≥10cm 239 12/3/2013 Thoát nước mặt cầu (Bridge Deck Drainage) Phòng nước nước (t.theo) 240 3.5. Nối tiếp đường cầu • Mục đích kết cấu nối tiếp đường cầu – Đảm bảo xe chạy êm thuận – Giảm tượng xung kích xe vào cầu – Tránh sụt lún khu vực đường đầu cầu 241 12/3/2013 Nối tiếp đường cầu (t.theo) • (A). Đối với cầu nhỏ, nhịp ngắn (sử dụng mố kê) – Kết cấu nhịp kê trụ đỡ thông qua bản đệm mà khơng cần cấu tạo gối, khi khơng có chuyển vị tương đối kết cấu nhịp trụ đỡ • => Có thể đưa thẳng dầm vào phần đất đắp cần quét lớp nhựa đường để giữ cho nước không thấm vào đầu dầm nằm đất đắp Phía lớp phủ mặt đường phải cấu tạo lớp đệm sỏi cát dầy 0.7m dài 2m để tránh xảy lún ở khu vực đầu cầu 242 Nối tiếp đường cầu (t.theo) • (B). Đối với cầu có cấu tạo mố – Sử dụng độ: • Tác dụng độ: Làm tăng dần độ cứng đường vào cầu 243 12/3/2013 Nối tiếp đường cầu (t.theo) Cấu tạo độ: ‐ ‐ ‐ Bản độ làm BTCT, chiều dày từ 14‐30cm, dài 1.5‐2.5m (có trường hợp tới 6m) và đặt nghiêng với độ dốc khoảng 10% Một đầu độ chốt vai kê mố vai kê đầu dầm mút thừa, đầu lại gối lên dầm kê BTCT Bản độ thường thi công lắp ghép với chiều rộng từ 0.8‐1m 4000 50 6@ 100 01 20@ 135 C h i tiÕ t 6@ 100 D 16@ 200 Líp phđ 50m m D 16@ 100 10% B itu m d Ç y m m 380 70 500 50 D10 Líp phđ 75m m D10 D 10@ 100 Líp phđ 50m m D 10@ 100 B ê tô n g đ Ö m M 0 d μ y m m 244 Nối tiếp đường cầu (t.theo) – Sử dụng lớp đệm dốc đất á cát cát: • Phần đỉnh mố phải có cấu tạo lớp phòng nước • Sau mố phải có lớp đất sét nện chặt dày 20cm, độ dốc 10% kéo qua mép bệ mố khoảng 1m và kết thúc rãnh ngầm đá hộc xếp khan (bố trí theo phương ngang cầu) • Rãnh dốc từ tim đường 2 bên ở cao độ MNCN ít 25cm 245 12/3/2013 Nối tiếp đường cầu (t.theo) • (C). Đối với cầu dầm mút thừa (khơng có mố) – Cần cấu tạo vai kê ở đầu dầm để đỡ độ – Đất đắp thoát nước tương tự trường hợp cầu có mố 246 3.6. Gối cầu • Chức gối cầu – Trực tiếp nhận tải trọng từ kết cấu nhịp truyền xuống mố trụ cầu – Cho phép chuyển vị cản trở chuyển vị kết cấu nhịp theo thiết kế Mố Trụ Trụ Mố 247 10 12/3/2013 Gối cầu (t.theo) • Phân loại gối cầu – Theo tính chất làm việc: • Gối cố định gối di động – Theo vật liệu làm gối: • Gối thép • Gối cao su … – Theo vật liệu làm kết cấu nhịp: • Gối cho cầu thép • Gối cho cầu bê tơng … 248 3.6‐1. Gối thép 3.6‐1.A. Gối trượt ‐ Gối trượt cấu tạo hai thép trượt để tạo chuyển vị tịnh tiến => chỉ áp dụng cho cầu nhịp nhỏ (L có thể tạo chuyển vị xoay chuyển vị tịnh tiến (L 18m). Số lượng con lăn tùy thuộc vào độ lớn áp lực thẳng đứng Gối con lăn cắt vát cạnh 252 Gối thép (t.theo) ‐ Gối con lăn tròn thường dùng cho nhịp từ 20‐40m với đường kính con lăn từ 12‐20cm Gối con lăn tròn 253 13 12/3/2013 Gối thép (t.theo) Gối con lăn (t.theo) 254 Gối thép (t.theo) Gối con lăn (t.theo) ‐ Để tiết kiệm thép (hoặc điều kiện khơng có nguồn cung gối thép đúc) sử dụng gối con lăn bê tơng cốt thép (BTCT) Gối con lăn BTCT 255 14 12/3/2013 Gối thép (t.theo) 3.6‐1.D. Gối lề (gối chốt – pin bearing) ‐ Gối lề loại gối cố định cho phép chuyển vị xoay ‐ Chủ yếu dùng cầu thép 256 Gối thép (t.theo) 3.6‐1.E. Gối con lắc (rocker bearing) ‐ Gối con lắc loại gối di động cho phép chuyển vị xoay tịnh tiến ‐ Chủ yếu dùng cầu thép 257 15 12/3/2013 3.6‐2. Gối cao su ‐ ‐ ‐ ‐ Gối cao su loại gối làm từ cao su (tự nhiên nhân tạo) Gối cao su cho phép chuyển vị thẳng xoay Gối cao su cho phép chuyển vị nhiều phương nhờ cao su có biến dạng cắt Khi chịu nén, cao su giãn nở ngang => để chịu tải trọng lớn mà không gây biến dạng nhiều lớp cao su cần cấu tạo để hạn chế tượng nở ngang 258 3.6‐2.A. Gối cao su cốt thép (Elastomeric Bearing) ‐ Được áp dụng rộng rãi cho cầu ơ tơ có chiều dài nhịp 40m khi chuyển vị không lớn (khoảng từ 0.5‐2.5cm) ‐ Gối cấu tạo thép dày 5mm nằm lớp cao su ‐ Các thép có tác dụng cốt thép làm ngăn cản cao su giãn nở ngang do đó tăng độ cứng gối chịu lực thẳng đứng. ‐ Gối cho phép chuyển vị trượt xoay ‐ Gối chịu tải trọng ngang do hãm xe ‐ Gối chịu tải trọng đứng từ 15‐200 tấn 259 16 12/3/2013 Gối cao su cốt thép (t.theo) Cấu tạo gối cao su cốt thép 260 Gối cao su cốt thép (t.theo) 261 17 12/3/2013 Gối cao su cốt thép (t.theo) Chuyển vị 262 Gối cao su cốt thép (t.theo) 263 18 12/3/2013 Gối cao su cốt thép (t.theo) 264 Gối cao su cốt thép (t.theo) 265 19 12/3/2013 Gối cao su cốt thép (t.theo) 266 Tác động thay đổi nhiệt độ • Ví dụ, cho dầm có nhịp tính tốn L = 32.2m sử dụng gối cao su cốt thép đầu cố định đầu di động. Giả sử nhiệt độ giảm so với thời điểm lắp dầm ∆T = 15oC Hệ số giãn nở nhiệt BT: Mô đun cắt: Diện tích mặt gối: Chiều cao gối: α = 1.08×10‐5 / 1oC G = 1000 KPa Ab = 0.158 m2 hrt = 0.078 m Gối cao su di động Gối cao su cố định L = 32.2m Chiều dài dầm bị co ngắn lại đoạn ∆u u T L 15 1.08 105 32.2 0.00522m 267 20 12/3/2013 Tác động thay đổi nhiệt độ Lực gây biến dạng cắt gối di động lực tác dụng lên mố theo phương dọc cầu tính sau: H G Ab u 106 0.158 0.00522 10600 N 10.6kN 0.078 hrt Gối cao su di động Gối cao su cố định Gối cao su di động chịu biến dạng cắt dầm bị co ngắn do nhiệt độ giảm 268 Tác động thay đổi nhiệt độ Gối cao su trước biến dạng H G Ab u 10.6kN hrt ∆u H Gối cao su sau biến dạng do dầm bị co ngắn lại đoạn ∆u hrt H Biến dạng cắt gối cao su di động dầm bị co ngắn lại đoạn ∆u 269 21 12/3/2013 Tác động thay đổi nhiệt độ Cấu tạo gối cao su cốt thép có thêm bu lơng neo (gối cố định) 270 Tác động thay đổi nhiệt độ • Trường hợp kết cấu nhịp sử dụng gối bán cố định ở hai đầu (gối cao su cốt thép không cấu tạo chốt neo) Khi gối chịu chuyển vị cưỡng ½∆u. Giá trị biến dạng cắt nửa so với biến dạng cắt trường hợp cấu tạo gối “di động – cố định” => lực ngang gối giảm nửa: H = 5.3 kN Gối cao su bán cố định Gối cao su bán cố định 271 22 ... Phùng (TEDI) 232 Phòng nước nước (t.theo) – Độ dốc dọc cầu ơ tơ tùy trường hợp lấy phạm vi 0.5 3% , cá biệt lấy tới 4% 233 12 /3/ 20 13 Phòng nước nước (t.theo) – Với cầu rộng (mỗi hướng có 3 làn xe) có... khơng cần bố trí ống nước 238 Cấu tạo ống nước cầu Phòng nước thoát nước (t.theo) ≥10cm 239 12 /3/ 20 13 Thoát nước mặt cầu (Bridge Deck Drainage) Phòng nước nước (t.theo) 240 3. 5. Nối tiếp đường cầu... tiến (L