Ebook Cầu bê tông cốt thép (TCVN 118232017)

TS MAI LỰU (Chủ biên) ThS LÊ HỒNG LAM cầu bê tông cốt thép NH XUT BN GIAO THễNG VẬN TẢI My Thuan Bridge-Vietnam LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu biên soạn theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823:2017 Nội dung tài liệu gồm có chương, trình bày từ tổng quan cấu tạo phận kết cấu nhịp cầu quy định tiêu chuẩn chung, đến phân tích chi tiết thiết kế tính tốn nội lực cho phận kết cấu, kiểm toán cần thiết cho kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép thường dự ứng lực Tài liệu phù hợp cho sinh viên ngành xây dựng Cầu đường, xây dựng Cầu hầm tất hệ đào tạo Cao đẳng, Đại học tài liệu tham khảo phù hợp cho kỹ sư thuộc chuyên ngành Tuy nhiên, tài liệu nêu trường hợp tổng quát, hay gặp cho cơng trình thực tế Sẽ có số trường hợp tính tốn khơng gặp tài liệu Sách gồm chương phân công biên soạn sau: ThS Lê Hồng Lam biên soạn chương 1, 2, 3, 5; TS Mai Lựu biên soạn chương 6, 7, Mặc dù có nhiều cố gắng khó tránh khỏi sai sót Nhóm tác giả mong nhận phê bình góp ý bạn đọc để hồn thiện lần tái sau Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về: Bộ mơn Cầu hầm – Khoa Cơng Trình Giao Thông – Trường Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM Số 2D3 Văn Thánh Bắc – Quận Bình Thạnh – TP.HCM Email: mluuqn@gmail.com MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU A DANH MỤC HÌNH ẢNH C BẢNG VIẾT TẮT I Chương GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Khái niệm cơng trình cầu bê tông cốt thép (BTCT): 1.1.1 Công trình cầu gì? 1.1.2 Kết cấu nhịp cầu BTCT: 1.2 Đặc điểm cầu BTCT: 1.3 Phân loại cầu BTCT: 1.3.1 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học kết cấu chịu lực chính: 1.3.2 Phân loại theo mục đích sử dụng: 1.4 Ưu, nhược điểm cầu bê tông cốt thép: 1.4.1 Ưu điểm: 1.4.2 Nhược điểm: 1.5 Một số tiết diện dầm bê tông cốt thép phổ biến đường ô tô: 1.5.1 Tiết diện dầm chữ I, T: 1.5.2 Tiết diện dầm rỗng lắp ghép, T-ngược: 1.5.3 Tiết diện super-T: 1.5.4 Tiết diện dầm hộp: 1.6 Xu hướng phát triển lĩnh vực cầu BTCT đại: Chương THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 11 2.1 Vật liệu bê tông: 11 2.1.1 Cường độ chịu nén bê tông: 11 2.1.2 Cường độ chịu kéo bê tông: 11 2.1.3 Cường độ bê tông theo thời gian: 12 2.1.4 Mô đun đàn hồi bê tông: 12 2.1.5 Co ngót bê tông: 13 2.1.6 Từ biến bê tông: 15 2.2 Cốt thép thường: 16 2.2.1 Chỉ tiêu lý cốt thép: 16 2.2.2 Cách bố trí cấu tạo cốt thép: 16 2.3 Nguyên lý thiết kế bê tông cốt thép: 19 2.3.1 Nguyên lý thiết kế theo hệ số sức kháng hệ số tải trọng (LRFD - Load Resistance Factor Design): 19 2.3.2 Tải trọng thiết kế: 19 2.3.3 Các trạng thái giới hạn (TTGH) hệ số tải trọng: 26 2.3.4 Xác định số xe tối đa thiết kế: 30 2.3.5 Diện tích tiếp xúc vệt bánh xe: 30 2.4 Thiết kế kết cấu bê tông theo AASHTO: 30 2.4.1 Giả thiết bản: 30 2.4.2 Các giai đoạn làm việc dầm BTCT thường: 31 I 2.4.3 Tính tốn cường độ chịu uốn cho tiết diện chữ nhật: 32 2.4.4 Bài toán cốt thép đơn cho tiết diện hình chữ nhật: 37 2.4.5 Tính toán cốt thép đơn cho tiết diện chữ T: 39 2.4.6 Thiết kế theo TTGH sử dụng (khống chế vết nứt biến dạng): 41 2.5 Ví dụ: .44 Chương THIẾT KẾ LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH 49 3.1 Khái niệm chung: 49 3.2 Cấu tạo lan can lề hành: 49 3.3 Sơ đồ tính cấu kiện lan can lề hành: 49 3.3.1 Thanh lan can: 49 3.3.2 Cột lan can: 50 3.3.3 Lề hành: 50 3.4 Lan can đường xe đạp: 51 3.4.1 Quy định chung: .51 3.4.2 Tải trọng tác dụng: 51 3.5 Lan can đường ôtô: 52 3.5.1 Quy định chung: .52 3.5.2 Sức kháng lan can dạng tường: .54 3.5.3 Sức kháng lan can loại cột kết hợp: 56 3.5.4 Sức kháng lan can loại tường, loại cột kết hợp:60 3.6 Ví dụ: .62 Chương THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU .70 4.1 Khái niệm chung: 70 4.2 Cấu tạo mặt cầu: .70 4.3 Xác định nội lực mặt cầu: .70 4.3.1 Xác định chiều dài nhịp tính tốn mặt cầu: 70 4.3.2 Tính tốn: .70 4.3.3 Xác định nội lực hẫng: 71 4.3.4 Xác định nội lực dầm: 73 4.4 Ví dụ: .76 Chương THIẾT KẾ DẦM NGANG 86 5.1 Khái niệm chung: 86 5.2 Cấu tạo dầm ngang: .86 5.2.1 Mối nối khô: 87 5.2.2 Mối nối ướt: 87 5.3 Xác định nội lực dầm ngang: .88 5.3.1 Dầm ngang nhiều nhịp: 88 5.3.2 Nội lực dầm ngang nhịp: 94 5.4 Ví dụ: .96 Chương THIẾT KẾ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC NHỊP GIẢN ĐƠN 104 II 6.1 Khái niệm chung: 104 6.1.1 Tác dụng dự ứng lực: 104 6.1.2 Các phương pháp tạo dự ứng lực cho dầm bê tơng cốt thép:104 6.1.3 Bố trí cốt thép dự ứng lực dầm giản đơn: 106 6.2 Vật tư thiết bị cho dầm dự ứng lực: 110 6.2.1 Các loại cốt thép dự ứng lực: 110 6.2.2 Một số loại neo: 111 6.3 Xác định hệ số phân bố ngang: 113 6.3.1 Phương pháp dầm đơn 113 6.3.2 Phương pháp đòn bẩy: 116 6.3.3 Phương pháp nén lệch tâm: 118 6.3.4 Phương pháp gối tựa đàn hồi: 121 6.3.5 Phương pháp lực cho cầu dầm dạng panel lắp ghép: 123 6.4 Đặc trưng hình học: 126 6.4.1 Bề rộng có hiệu mặt cầu: 126 6.4.2 Dầm nguyên khối căng trước (dầm điển hình T căng trước):127 6.4.3 Dầm liên hợp căng trước (dầm điển hình I căng trước): 128 6.4.4 Dầm nguyên khối căng sau (dầm điển hình dầm T căng sau): 129 6.4.5 Dầm liên hợp căng sau (dầm điển hình dầm chữ I căng sau): 130 6.5 Tính tốn mát ứng: 131 6.5.1 Các loại mát ứng suất: 131 6.5.2 Các mát tức thời: 131 6.5.3 Tính mát ứng suất theo thời gian phương pháp xấp xỉ: 137 6.5.4 Tính mát ứng suất theo thời gian phương pháp tính chi tiết phần: 138 6.6 Kiểm tra dầm giai đoạn truyền lực: 148 6.6.1 Các giới hạn ứng suất (5.9.4.1.1): 148 6.6.2 Các tải trọng tác dụng: 148 6.6.3 Tính tốn ứng suất tải trọng gây ra: 149 6.7 Kiểm tra dầm TTGH sử dụng: 149 6.7.1 Các giới hạn ứng suất: 149 6.7.2 Các tải trọng tác dụng: 150 6.7.3 Tính tốn ứng suất tải trọng gây ra: 150 6.8 Kiểm tra dầm TTGH cường độ: 151 6.8.1 Điều kiện giới hạn: 151 6.8.2 Các tải trọng tác dụng: 152 6.8.3 Tính tốn ứng suất tải trọng gây ra: 152 6.9 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: 153 6.9.1 Điều kiện kiểm tra: 153 6.9.2 Xác định mô men gây nứt Mcr theo momen phụ thêm M: 154 III 6.10 Kiểm tra dầm trạng thái giới hạn mỏi: 155 6.11 Kiểm tra độ vồng độ võng: 156 6.11.1 Độ vồng: .156 6.11.2 Độ võng hoạt tải: .157 6.12 Thiết kế lực cắt theo trường nén cải tiến: 159 6.12.1 Lý thuyết tính tốn: 159 6.12.2 Thiết kế cốt đai chịu lực cắt: 163 6.13 Tính lực cắt theo mơ hình giằng chống (mơ hình giàn ảo): 165 6.13.1 Tổng qt: 165 6.13.2 Vùng không liên tục vùng liên tục 166 6.13.3 Xây dựng hệ giàn giằng chống 168 6.13.4 Các phương pháp xây dựng hệ giàn ảo 172 6.13.5 Trình tự thiết kế mơ hình giằng chống 177 6.14 Ví dụ: .182 Chương LIÊN TỤC HÓA CÁC DẦM GIẢN ĐƠN .213 7.1 Mục đích liên tục hóa: 213 7.2 Các biện pháp liên tục: 213 7.2.1 Liên tục nhiệt: 213 7.2.2 Liên tục hóa: .213 7.3 Bản liên tục nhiệt: 214 7.3.1 Giải pháp cấu tạo: 214 7.3.2 Sơ đồ tính liên tục nhiệt: .215 7.3.3 Tải trọng nội lực liên tục nhiệt: .215 Xếp tải trọng làn: 219 7.4 Liên tục hoá cáp dự ứng lực: 225 7.4.1 Giải pháp cấu tạo: 225 7.4.2 Sơ đồ tính: 226 7.4.3 Tải trọng nội lực: .227 7.4.4 Các kiểm toán cho kết cấu nhịp: 233 Chương THIẾT KẾ CẦU THEO CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG 234 8.1 Giới thiệu công nghệ: 234 8.2 Cấu tạo kết cấu nhịp: 234 8.3 Các nội dung thiết kế: 235 8.3.1 Tính đặc trưng hình học tiết diện theo giai đoạn thi cơng:235 8.3.2 Tính giá trị nội lực giai đoạn thi cơng: 239 8.3.3 Kiểm tốn giai đoạn thi công: 240 8.3.4 Sự phân phối lại nội lực từ biến: .242 8.3.5 Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng: 246 8.3.6 Kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ: .248 8.3.7 Biến dạng giai đoạn đúc hẫng: 248 IV Chương GIỚI THIỆU CẦU VỊM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG VÀ CẦU TREO DÂY VĂNG 258 9.1 Giới thiệu chung cầu vòm ống thép nhồi bê tông: 258 9.1.1 Giới thiệu chung: 258 9.1.2 Các loại kết cấu ống thép nhồi bê tông: 258 9.1.3 Đặc điểm làm việc kết cấu ống thép tròn nhồi bê tông chịu nén: 259 9.1.4 Giới thiệu khái qt cơng trình cụ thể cầu vòm ống thép nhồi bê tông: 261 9.1.5 Tính tốn sườn vòm ống thép nhồi bê tơng: 265 9.1.6 Tính tốn nội lực vòm cầu sơ đồ học kết cấu: 268 9.1.7 Nghiên cứu làm việc ống thép nhồi bê tông: 273 9.1.8 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo CECS28-90: 274 9.1.9 Khả chịu tải cột tổ hợp: 278 9.1.10 Tính tốn ổn định kết cấu vành vòm: 280 9.1.11 Kiểm toán treo: 283 9.2 Giới thiệu cầu treo dây văng dầm cứng: 283 9.2.1 Khái niệm chung: 283 9.2.2 Các sơ đồ cầu dây văng: 286 9.2.3 Cấu tạo phận cầu treo dây văng: 287 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 292 PHỤ LỤC 1: 294 PHỤ LỤC 2: 297 V f pES A ps f pj[Ig  (d ps  y tg ) A g ]  (d ps  y tg )M DC1A g   E ci A ps [Ig  (d ps  y tg ) A g ]  A g Ig E ps 3158,7.1395[5,56.1010  380,52.3,8.105 ]  380,5.710,16.106.3,8.105  3,11.104 3158,7.[5,56.1010  380,52.3,8.105 ]  3,8.105.5,56.1010 197000  104,064Mpa Xác định mát ứng suất dài hạn theo phương pháp phần: Giả sử tuổi bê tông dầm bắt đầu chịu tải t=1 ngày thi công mặt cầu t=56 ngày, độ ẩm mơi trường nơi cơng trình H=75%, tỉ lệ V/S=127,6mm Biến dạng co ngót dầm từ lúc truyền lực cáp dự ứng lực lên dầm đến thi công mặt cầu xác định sau: bid  k s k hs k f k td 0, 48 103 Trong đó: k td  56   0,585  100  0,58  38  12    56   0,145  38  20  ks  1,45  0,0051V / S  1,45  0,0051.127,6  0,799 kf  35 35   0,778 '  f ci  38 khs=2,00-0,0143H=2,00-0,0143.75=0,927 Thế hệ số k vào công thức trên, biến dạng co ngót:  bid  k s k hs k f k td 0, 48 103   0,799  0,927  0,778  0,58  0, 48 10 3  162 10 6 Tương tự, biến dạng co ngót dầm mặt cầu tính từ lúc thi cơng mặt cầu cuối thời kỳ khai thác: bdf =114×10-6 ddf =436×10-6 Hệ số từ biến dầm từ lúc căng cáp đến thi công mặt cầu: 191  b  t d , t i    bid  1,9k s k hc k f k td t i0,118   1,9  0,799  0,96  0,778  0,585  10.118  0,664 Trong đó: ti=1 ngày ks  1,45  0,0051V / S  1,45  0,0051127,6  0,799 khc=1,56-0,008H=1,56-0,008x75=0,96 Tương tự, hệ số từ biến dầm tính từ lúc truyền lực cuối thời kỳ khai thác: b(tf,ti)=bif =1,134; tính từ lúc thi công mặt cầu cuối thời kỳ khai thác: b(tf,td)=bdf =0,705; hệ số từ biến mặt cầu tính đến cuối thời kỳ khai thác: d(tf,td)=ddf =1,788 Mất mát ứng suất co ngót xảy giai đoạn (fpSR): K id   E ps A ps  A g (d ps  y tg )  1 1   1  0.7 b  t f , t i    E ci A g  Ig   19700 3158  3,8  105  380,52  1 1   1  0,7  1,133 3,11 104 3,8  105  5,56  1010    0,842 f pSR  bid E ps Kid  162 106 197000  0,842  26,88Mpa Mất mát ứng suất từ biến xảy giai đoạn (fpCR) Lực cáp sau chiết giảm mát ứng suất tức thời: Pi=fpiAps=(fpj-fpES)Aps=(1395-104,06)3158,7=4077.103N f cgp  P Pi d ps  y tg  i  Ag Ig     M DC1 d ps  y tg  Ig 4077  106 4077  106  380,52 710,16.106    380,5  3,8.105 5,56.1010 5,56.1010  16, 46Mpa f pCR  E ps E ci f cgp  b  t d , t i  K id  19700 16, 46  0,664  0,842  3,11 104  58,17Mpa Mất mát ứng suất chùng nhão giai đoạn (fpR1) 192 Δf pR1 =  1395  1395 f pj  f pj  -0,55   -0,55   13,17Mpa    K L  f py 30  1674   Mất mát ứng suất co ngót xảy tiết diện liên hợp (giai đoạn 2) (fpSD) K df   E A    p ps 1   1  0,7 b  t f , t i   E ci A c  Ic   A cec2  19700 3158  6, 46  105  6842  1 1   1  0,7  1,134 31166 6, 46  105  1, 41  1011    0,852 f pSD  bdf E ps K df  114 106 197000  0,85  19, 26Mpa Mất mát ứng suất từ biến xảy tiết diện liên hợp (giai đoạn 2) (fpCD) fcd   MDC2 M  MDW (d ps  y tg )  DC3 (d ps  y tc )  Ig Ic 684.106 179,94.106  247.106 380,5  684,12  8,36Mpa 5,56.1010 1,14.1011 f pCD  E ps E ci E ps f cgp   b  t f , t i    b  t d , t i   K df  f cd  b  t f , t d  K df E ci 19700 19700 16, 46 1,134  0,664 0,852  8,36  0,705  0,852  31166 31166  9,91Mpa  Mất mát ứng suất chùng nhão xảy tiết diện liên hợp (giai đoạn 2) (fpR2) fpR2  fpR1  13,17Mpa Ứng suất gia tăng cáp dự ứng lực co ngót mặt cầu (fpSS) Độ thay đổi ứng suất bê tông trọng tâm cáp dự ứng lực co ngót mặt cầu fcdf là: 193 f cdf   epced  ddf A d E cd    Ic  1  0,7 d  t f , t d    A c 436.106  315000  27691  684  434      11  6, 46.10 1,14.10 1  0,7 1,788    0,93Mpa f cdf  f pSS  19700 0,93  0,852 1  0,7  0,705  7, 495Mpa 31166 Tổng mát ứng suất theo thời gian:  f pLT  f pSR  f pCR  f pR1 id   f pSD  f pCD  f pR  f pSS df   26,88  58,17  13,17   19, 26  9,91  13,17  7, 49    133,08Mpa Xác định mát ứng suất dài hạn theo phương pháp xấp xỉ: f pLT  10 f pjA ps Ag  h  st  83 h  st  f pR Trong đó: Hệ số hiệu chỉnh xét tới độ ẩm tương đối môi trường  h  1,7  0,01H  1,7  0,01 75  0,95 ; Hệ số xét ảnh hưởng cường độ bê tông truyền lực 35 35  st    0,778 ;  f 'ci  38 Mất mát ứng suất chùng nhão fpR lấy 17MPa tao cáp có độ chùng thấp Do đó, tổng mát ứng suất theo thời gian xác định cách xấp xỉ sau: f pLT  10 f pjA ps Ag  h  st  83 h  st  f pR  1395  3158,7 0,95  0,778  83  0,95  0,778  17 3,8.105  163,8Mpa  10 Kết cho thấy phương pháp xấp xỉ cho mát ứng suất dài hạn lớn khoảng 18% so với phương pháp tính chi tiết phần Trong ví dụ này, giá trị fpLT=133,08Mpa từ phương pháp phần sử dụng kiểm toán 194   ft  M DC1 Pi Pi  d ps  y tg   y tg   y tg  Ag Ig Ig ft  4,07.106 4,07.106  380,50 710,16.106   47,80   647,80 3,80.105 5,56.1010 5,56.1010  0, 918 Mpa Giá trị ứng suất âm có nghĩa thớ xét chịu nén nên so sánh với ứng suất nén cho phép Như tính, ứng suất nén cho phép 22,8Mpa thỏa điều kiện ứng suất cho phép - Ứng suất thớ dưới: fb    M DC1  Pi Pi  d ps  y tg   y bg   y bg Ag Ig Ig 4,07.106 4,07.106  380,50    495,19 + 3,80.105 5,56.1010 710,16.106   495,19  18,197 Mpa 5,56.1010 Ứng suất nén cho phép 22,8Mpa Thoả điều kiện giai đoạn truyền lực thớ Mặt cắt gối: - Ứng suất cáp giai đoạn truyền lực là: f pi  f pj  f pES  1395  104,06  1290, Mpa - Lực cáp: Pi  f pi  Aips cos i  1290,9  3155,  4,07.106 N - Ứng suất thớ trên: ft    M DC1  Pi Pi  d ps  y tg   y tg   y tg Ag Ig Ig 4,07.106 4,07.106  218,69   609,3 5,19.105 5,85.1010   609,3  1, 437Mpa 5,85.1010  Trị số ứng suất dương có nghĩa thớ xét chịu kéo nên so 196 sánh với ứng suất kéo cho phép Như tính, ứng suất kéo cho phép 1,38Mpa nên khơng thỏa điều kiện ứng suất cho phép Tuy nhiên, độ chênh lệch bé khoảng 3% nên kết chấp nhận - Ứng suất thớ dưới: fb    M DC1 Pi Pi  d ps  y tg   y bg   y bg Ag Ig Ig 4,07.106 4,07.106  218,69    533,69 5,19.105 5,85.1010 =  533,69  15,97Mpa 5,85.1010 Ứng suất nén cho phép 22,8Mpa Thoả điều kiện giai đoạn truyền lực thớ Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng: - Ứng suất kéo cho phép bê tông: f ct   0,5  f 'c  0,5  42  3, 24Mpa - Ứng suất nén cho phép bê tông: fcc   0,6  f 'c  18,9Mpa Mặt cắt nhịp: - Ứng suất cáp giai đoạn truyền lực là: f pf  f pj  f pT  1395  327,15  1157, Mpa - Lực cáp: Pf  f pf  Aips cos i  1157,8  3158,  3,65.106 N - Ứng suất thớ trên: ft      M DC1  M DC2  Pf Pf  d ps  y tg   y tg   y tg Ag Ig Ig  ft   M DC3  M DW  M LL Ic  y tc  3,65.106 3,65.106  380,50   647,80 3,80.105 5,56.1010 197  M u 0,5N u  Vu    0,5Vs  Vp  cot g  f d v   v   8, 2.108  1167.103   0,5.486.103  344.103  cot g22,3  2489.103 N 1050  0,9  Vậy: VP  VP  2489.103 N  VT  A psf ps  7921.103 N Thỏa điều kiện lực kéo thép dọc Ví dụ 4: Hình 6.51: Đầu dầm có mặt cắt khấc Khảo sát tốn dầm bê tơng cốt thép với cường độ bê tơng fc’=40MPa có kích thước khu vực đầu dầm Hình 6.51 Chiều rộng trung bình sườn dầm khu vực đầu dầm 810 mm Sau tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn cường độ, phản lực gối dầm P1=1560 KN Các tải trọng trục, tải trọng trọng lượng thân quy đổi thành lực tập trung P2=267KN P3=44,7KN Hệ giằng chống thiết lập Hình 6.52 nội lực Bảng 6.4 Bảng 6.4: Nội lực hệ giàn Nhóm Thanh giằng Tên giàn Lực dọc (KN) Góc nghiêng (độ) BC 792,33 90 EF 440,78 90 203 Nhóm Thanh chống Tên giàn Lực dọc (KN) Góc nghiêng (độ) CF 428,65 AD 370,55 HF 1138,47 45 AH -1603,40 81 CD -900,85 62 DE -557,42 62 BE -968,43 BD -366,25 56 HB -1397,12 29 B E H A D C F Hình 6.52: Thiết lập mơ hình giằng chống Dựa kết nội lực Bảng 6.4, diện tích thép giằng xác định sau: Thanh giằng HF Với fy=420 MPa =0,9, diện tích thép yêu cầu: Diện tích thép yêu cầu: Ast  204 Fu 1138470   3011,8mm f y 0,9  420 Chương LIÊN TỤC HÓA CÁC DẦM GIẢN ĐƠN 7.1 Mục đích liên tục hóa: Ưu điểm kết cấu nhịp giản đơn: - Dễ dàng giới hóa tiêu chuẩn hóa dẫn đến giảm giá thành - Lao lắp vận chuyển dễ dàng phù hợp trình độ đơn vị thi cơng Nhược điểm kết cấu nhịp giản đơn: - Khe co dãn thường bị bong bật tạo xung kích lớn cho xe tu bảo dưỡng - Phân phối nội lực không - Khó có khả vượt độ lớn Mục đích việc liên tục hóa: Sử dụng phương pháp liên tục hoá để tận dụng ưu điểm q trình thi cơng kết cấu nhịp giản đơn, sau liên tục hố kết cấu làm việc tốt kết cấu giản đơn 7.2 Các biện pháp liên tục: 7.2.1 Liên tục nhiệt: Được tạo từ chuỗi kết cấu nhịp dầm dầm giản đơn nối với mức mặt cầu, sau tác dụng lực dọc nhiệt độ cầu làm việc hệ dầm liên tục, tác dụng thẳng đứng hệ làm việc hệ dầm giản đơn (tức tính dầm tính dầm khơng có tác dụng mặt cầu, tính liên tục có tham gia dầm) Bảo đảm liên tục lớp áo đường, tạo êm thuận lưu thông Khơng gây cản trở biến dạng vốn có dầm giản đơn Thi công dễ dàng 7.2.2 Liên tục hóa: Là kết cấu dầm nối liên tục từ dầm giản đơn thành dầm liên tục túy tác dụng nối, lực dọc, nhiệt độ, tĩnh tải giai đoạn 2, hoạt tải, tải trọng thứ cấp cầu làm việc dầm liên tục Khai thác ưu điểm dầm liên tục đưa vào khai thác Cho phép giảm từ 5-15% cốt thép dự ứng lực so với thiết kế dầm giản đơn 213 7.3 Bản liên tục nhiệt: 7.3.1 Giải pháp cấu tạo: Chỗ nối kết cấu nhịp gọi liên kết chốt Phần để nối kết cấu nhịp gọi nối Chiều dài nối gọi chiều dài liên tục nhiệt Một nhóm dầm giản đơn nối lại với gọi chuỗi, chiều dài dầm giản đơn nối với gọi chiều dài chuỗi Bản liên tục nhiệt thường sử dụng dầm có tiết diện liên hợp 7.3.1.1 Cấu tạo chuỗi hợp lý: Chuyển vị nhiệt độ xảy tính phía kể từ tâm chuỗi Sử dụng tối đa khả kết cấu khe biến dạng Bố trí gối tựa cho dầm giản đơn chuỗi Chuo?i trái Chuỗi trái Chuo?i phải i% L2 i% Chuỗi phải L2>L3 L3 Hình 7.1: Cấu tạo chuỗi liên tục nhiệt Bố trí cầu chủ yếu làm nhịp lẻ nên đặt liên tục nhiệt ta cần đặt mặt cắt cố định đủ i% Mặt cắt không chuyển vò i% Gối cao su Hình 7.2: Liên tục nhiệt cầu dốc phía i% i% i% Gối cao su Hình 7.3: Liên tục nhiệt cầu dốc phía 7.3.1.2 Cấu tạo liên tục nhiệt dầm có tiết diện liên hợp: Chiều dài liên tục nhiệt Ln thông thường từ 1,8  2,2m Chiều dài mặt cầu với chiều dài liên tục nhiệt tối thiểu Ln+30d 214 Chương THIẾT KẾ CẦU THEO CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG 8.1 Giới thiệu công nghệ: Phương pháp thi cơng hẫng nói chung phương pháp thi cơng đúc hẫng cân nói riêng thường dùng để thi công loại cầu dầm liên tục, cầu khung… Trong phương pháp đúc hẫng cân bằng, kết cấu nhịp chia thành nhiều đốt đối xứng qua mặt cắt đỉnh trụ Đốt đỉnh trụ đúc đà giáo mở rộng trụ dùng để làm mặt lắp thiết kế bị đúc (xe đúc hay ván khuôn treo) Sau có xe đúc đốt đúc xe đúc phía đỉnh trụ đúc hẫng đối xứng Dù sơ đồ tĩnh học cầu có dạng q trình đúc hẫng cân ln ln làm việc cơng son (có mơ men âm mặt cắt đỉnh trụ) Trọng lượng đốt dầm thi công tiếp theo, kể ván khuôn đà giáo đỡ đốt dầm trước Từng đốt dầm liên kết với phần thi công trước bó cáp ứng suất trước thân đốt dầm đủ cường độ theo dự kiến thiết kế Cầu đúc hẫng nói chung cầu đúc hẫng cân nói riêng có đặc điểm hệ đà giáo phần lớn treo dầm luân chuyển nên tạo ưu điểm sau: giảm đáng kể khối lượng ván khn đà giáo, giới hóa thi cơng, cho phép triển khai đồng thời nhiều mũi thi công, tăng suất lao động, không cản trở giao thông đường thủy, đường phía cầu thời gian thi cơng Kết cấu thích hợp phải xây dựng trụ cao vượt qua thung lũng sâu 8.2 Cấu tạo kết cấu nhịp: Có ba dạng bản: nhịp liên tục, cầu khung khung dầm liên tục Dầm liên tục: Dầm nhịp liên tục so với dạng có khớp nhịp khơng tạo gãy góc nhịp, mặt cầu êm thuận, biến dạng thẳng đứng nhịp co ngót từ biến nhỏ Dầm có khả co giãn theo phương dọc tác dụng biến thiên nhiệt độ, co ngót, từ biến Nói chung chiều cao trụ mố thấp Cơng tác tu bảo dưỡng gối so với cầu khung phức tạp Cầu khung: Dạng kết cấu thích hợp trụ cao, giảm chiều cao dầm so với phương án dầm liên tục, khơng gãy góc nhịp giữa, mặt cầu êm thuận, dễ tu bảo dưỡng Phát sinh nội lực siêu tĩnh chịu tác dụng biến thiên nhiệt độ, co ngót, từ biến Tuy nhiên dầm ngàm vào trụ khả chịu lực ngang động đất tốt, đồng thời khơng có gối phí xây dựng giảm so với dầm liên tục Điều đặc biệt quan trọng có phần kết cấu đạt đến trạng thái chảy có phân bố lực chưa dẫn đến phá hoại cơng trình 234 Dạng kết cấu khung dầm liên tục giải pháp kết cấu trung gian hai dạng kết cấu nêu (có số trụ ngàm, số trụ đặt gối) có số ưu điểm hai loại kết cấu 8.3 Các nội dung thiết kế: 8.3.1 Tính đặc trưng hình học tiết diện theo giai đoạn thi công: Đường cong đáy dầm thường xác định theo phương trình bậc hai: y=ax2+bx+c Thơng qua tọa độ điểm mặt cắt đỉnh trụ mặt cắt nhịp, lấy điểm mặt cắt nhịp làm đỉnh parabol, bỏ qua đoạn hợp long đoạn nằm ngang Đường cong đáy dầm hộp xác định tương tự từ tọa độ điểm thuộc đáy mặt cắt đỉnh trụ mặt cắt nhịp, lấy điểm mặt cắt nhịp làm đỉnh parabol, bỏ qua đoạn hợp long đoạn nằm ngang 8.3.1.1 Cơng thức xác định đặc trưng hình học tiết diện nguyên: Giả sử có tiết diện dầm sau: y 26 25 27 28 24 23 18 17 22 19 29 20 21 12 11 16 15 14 13 x 10 Hình 8.1: Tiết diện dầm điển hình đánh số điểm Diện tích mặt cắt ngang: 10 A    x i1  x i  yi  yi1  i1 28    x i1  x i  yi  yi1  i21 (8.1) Mô men tĩnh dầm trục x-x: 235 Sx   10  x i1  x i  yi  yi1.yi  yi21  i1   28 2   x i1  x i  yi  yi1.yi  yi21 i21 (8.2)  Mô men quán tính trục x-x: Ix   10  x i1  x i  yi3  yi21.yi  yi1.yi  yi31  12 i1  28 2   x i1  x i  yi  yi21.yi  yi 1.yi  yi31 i21   (8.3) Trong đó: i, i+1… điểm gấp khúc tạo nên dầm hộp Nhận xét: Cách đánh số thuận tiện cho việc lập trình tính tốn tự động tính đặc trưng hình học tiết diện, đơn giản cho kết xác cách chia nhỏ để tính 8.3.1.2 Đặc trưng hình học tiết diện ngun có xét đến giảm yếu: Vì q trình thi cơng cầu đúc hẫng bao gồm nhiều giai đoạn nên đặc trưng hình học bị thay đổi liên tục giai đoạn thi cơng, thời điểm căng cáp đặc trưng hình học lại thay đổi đặc trưng hình học lại bị giảm yếu ống gen cáp dự ứng lực Diện tích tiết diện mặt cắt (i-i) có xét đến giảm yếu: capam capHLB capHLG Aii  A   Agen   Agen   Agen (8.4) Trong đó: Ai-i : Diện tích tiết diện nguyên có xét đến giảm yếu ống gen mặt cắt xét (i-i); A : Diện tích tiết diện nguyên mặt cắt xét (i-i); : Diện tích ống gen cáp dự ứng lực chịu mô men âm Acapam gen mặt cắt xét (i-i); : Diện tích ống gen cáp dự ứng lực hợp long biên(HLB) AcapHLB gen mặt cắt xét (i-i); 236 công thức sau tổng quát cách lấy tích phân phạm vi đốt: j  mj    Mi pj.Mi1kj E ci Ii i 1 li ds (8.35) Mpj q K0 K1 K2 Km Kj K0 K1 K2 Pk=1 K0 a) K1 l1 K2 l2 Km lm Km Kj Km lm Kj lj Mki Kj lj K0 b) K1 l1 K2 l2 Hình 8.15: Tải trọng thân mơ men đốt đúc a) Tải trọng thân; b) Biểu đồ mơ men Trong đó: Mipj: Biểu đồ mơ men tải trọng thân khối Kj tác dụng đoạn đốt Ki ; Mi1kj : Biểu đồ mô men đơn vị tải trọng P = đơn vị đặt đầu đốt Km phạm vi đốt Ki ; Eci : Mô đun đàn hồi đốt Ki vào thời điểm tải trọng khối Kj tác dụng Ii: Mơ men qn tính trung bình đoạn đốt Ki vào thời điểm tải trọng khối K j tác dụng; li: Chiều dài đốt Ki Biến dạng từ biến tải trọng thân đốt đúc hẫng: Tải trọng thân đốt đúc hẫng gây biến dạng từ biến đốt khác Gọi icr biến dạng từ biến mặt cắt đầu đốt Ki vào thời điểm bắt đầu căng cáp cho đốt hợp long biên cr cr cr icr   ijcr  i1cr  i2   i8  i9 j1 (8.36) Trong đó: ijcr : Biến dạng từ biến đầu đốt Ki tải trọng thân đốt Kj tác dụng ijcr  ij    t, t i  251 Chương GIỚI THIỆU CẦU VỊM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG VÀ CẦU TREO DÂY VĂNG 9.1 Giới thiệu chung cầu vòm ống thép nhồi bê tơng: 9.1.1 Giới thiệu chung: Cầu vòm ống thép nhồi bê tơng xây dựng Liên Xô từ năm 1930 với cầu độ 140m qua sông Ixet 101m qua sông Neva Trong thời gian từ năm 1990 đến nay, cầu vòm ống thép nhồi bê tơng phát triển mạnh mẽ Trung Quốc, với nhiều loại hình kết cấu nhịp vòm chạy trên, chạy dưới, chạy giữa, kết cấu có khơng có căng Với tiết diện tổ hợp từ ống thép trở lên, cầu vòm ống thép nhồi bê tơng vượt nhịp lên tới 360m Hiện nay, nước khác giới sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông lĩnh vực xây dựng Nga, Pháp, Mỹ, Cannada, nhiều nước khác quan tâm đến kết cấu Tại Việt Nam xây dựng xong cầu vòm ống thép nhồi đường Nguyễn Văn Linh – thành phố Hồ Chí Minh tư vấn nước ngồi thiết kế Ở phía Bắc có số cầu thiết kế cầu Hàn, cầu Đông Trù … chuyên gia kỹ sư Việt Nam chủ trì 9.1.2 Các loại kết cấu ống thép nhồi bê tông: Cột thép bê tông liên hợp định nghĩa kết cấu chịu nén thép bọc bê tơng bê tông nhồi ống thép Tùy thuộc chủng loại hình dạng chia làm loại cột liên hợp thường dùng xây dựng sau: a) b) c) f) g) h) d) e) i) Hình 9.1: Các dạng kết cấu ống thép nhồi bê tông Loại 1: Thép kết cấu (cốt cứng) bọc bê tơng (hình a, b, c) Đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật phòng cháy, đơn giản cần tăng cường độ cách thêm cốt thép lớp bê tơng ngồi Tuy nhiên việc kiểm tra xử lý kết cấu thép bên thực Chủng loại 258 ... Hình 1.6: Cầu bê tơng cốt thép cho xe ô tô Hình 1.7: Cầu bê tơng cốt thép dùng cho đường sắt Hình 1.8: Cầu bê tông cốt thép cho người Hình 1.9: Cầu bê tơng cốt thép cho ô tô... triển lĩnh vực cầu BTCT đại: Chương THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 11 2.1 Vật liệu bê tông: 11 2.1.1 Cường độ chịu nén bê tông: 11 2.1.2 Cường độ chịu kéo bê tông: 11... 11 2.1.3 Cường độ bê tông theo thời gian: 12 2.1.4 Mô đun đàn hồi bê tông: 12 2.1.5 Co ngót bê tông: 13 2.1.6 Từ biến bê tông: 15 2.2 Cốt thép thường: