Bài giảng Thi công cầu: Chương 1 - GV. Phạm Hương Huyền

Bài giảng Thi công cầu: Chương 1 - GV. Phạm Hương Huyền trình bày các nội dung chính sau: Kết cấu phụ trợ và công tác đo đạc trong xây dựng cầu, công tác đo đạc trong xây dựng cầu, kết cấu phụ trợ trong thi công cầu. Mời các bạn cùng tham khảo.

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ II PHẠM HƯƠNG HUYỀN BÀI GIẢNG THI CÔNG CẦU PHẦN I KẾT CẤU PHỤ TRỢ VÀ CÔNG TÁC ĐO ĐẠC TRONG XÂY DỰNG CẦU Chương MỞ ĐẦU 1.1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CỦA MÔN HỌC 1.1.1 MỤC ĐÍCH Mơn học Xây dựng Cầu nhằm giới thiệu kiến thức phương pháp thi công, công nghệ xây dựng phương pháp tính tốn thiết bị kết cấu phụ trợ dùng thi công Cầu 1.1.2 YÊU CẦU Qua môn học này, sinh viên cần nắm: - Các phương pháp trình tự thi cơng cơng trình Cầu - Tính tốn lựa chọn kết cấu phụ trợ thiết bị thi công Cầu - Lập lựa chọn phương án xây dựng cầu hợp lý - Lập kế hoạch tổ chức thi công Cầu 1.1.3 NỘI DUNG CHỦ YẾU CỦA MƠN HỌC Nội dung mơn học bao gồm: - Những vấn đề chung công tác xây dựng cầu : Đo đạc, tổ chức thi công quản lý xây dựng… - Những phương pháp, công nghệ cụ thể xây dựng mố trụ, xây dựng kết cấu nhịp cầu thép, cầu BTCT… Môn học gồm phần : + Phần I : Kết cấu phụ trợ công tác đo đạc xây dựng cầu + Phần II : Xây dựng kết cấu mố trụ cầu + Phần III : Xây dựng kết cấu nhịp cầu BTCT + Phần IV : Xây dựng nhịp cầu thép thép liên hợp BTCT + Phần V : Xây dựng cầu dây, cầu treo + Phần VI : Tổ chức quản lý xây dựng cầu Để học tốt môn học, yêu cầu sinh viên việc học tập lớp, đọc giáo trình, cịn phải tham khảo thêm : - Các quy trình thi cơng kiểm định - Các quy định khai thác quản lý cầu - Các thiết kế thi công cầu - Các báo cáo thử nghiệm cầu - Các thiết kế sửa chữa, tăng cường cầu 1.2 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CẦU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH XÂY DỰNG CẦU TRÊN THẾ GIỚI Cầu cơng trình nhân tạo nên lịch sử phát triển gắn liền với lịch sử phát triển xã hội lồi người, cơng trình cầu có từ cổ xưa Cùng với phát triển xã hội loài người, kỹ thuật xây dựng cầu hồn thiện qua q trình lao động sáng tạo người từ trước Hình I.1.1 Hình ảnh Hình I.1.2 Hình ảnh cầu cầu phao sơ khai (minh hoạ) cầu dầm thời sơ khai Thời kỳ trước công nguyên, cầu làm vật liệu gỗ, đá chủ yếu Hình I.1.3 Cầu StoneBridge (Yemen) Hình I.1.4 Cầu Gard (Pháp) kỷ 13 TCN Thời kỳ chiếm hữu nô lệ, cầu gỗ đá chủ yếu vượt nhịp lớn Thời kỳ La Mã cổ đại, chủ yếu cầu gỗ có dạng dầm, vịm Sau với nhiều kinh nghiệm hơn, người ta xây dựng cơng trình đá vượt nhịp lớn cung điện, đền đài, Đến thời kỳ La Mã, giao thông phát triển có nhiều cầu đá, đặc biệt loại cầu có hình vịm bán nguyệt Hình I.1.5 Cầu Kintaikyo (Nhật) Hình I.1.6 Cầu An Tế (Trung Quốc) năm 605 Hình I.1.7 Các cầu Florene (Italia) Thời kỳ phong kiến, tính chất kinh tế tự cung tự cấp với cản trở tôn giáo nên ngành giao thơng có cơng trình cầu khơng phát triển Đến giai đoạn cuối chế độ phong kiến có bn bán trao đổi hàng hố chiến tranh nên cơng trình cầu xây dựng nhiều Nói chung kết cấu cầu thời kỳ đặc điểm tương tự kiểu cầu thời kỳ La Mã nhịp ngắn, trụ lớn Hình I.1.8 Cầu Busy Turin (Italia) Thời kỳ thủ công nghiệp tư chủ nghĩa phát triển từ kỷ 16 dẫn đến biến đổi lớn khoa học kỹ thuật Trong cơng trình đặc sắc phải kể đến cơng trình anh em nhà Gubenman (Thụy Sỹ) làm năm 1757 có nhịp dài 29m qua sơng Limat, cầu qua sơng Rhin có nhịp 59m sơng Limat có cầu với nhịp 119m Đó cầu dài từ trước tới thời điểm Cầu đá có tiến kích thước giảm xuống, bề rộng lớn Kết cầu vòm xây dựng dạng hình elip cầu Pont neuf Hình I.1.9 Cầu Pon neuf dạng vòm ngắn (Pháp) Cuối kỷ 18, đại công nghiệp tư chủ nghĩa phát triển mạnh với ngành luyện kim, chế tạo máy móc, khoa học kỹ thuật, phương tiện giao thông đời đường sắt, đường thủy Với phương pháp thí nghiệm mới, lý luận sức bền vật liệu, học kết cấu, nhiều hệ thống cầu xuất với nhịp lớn chịu tải trọng lớn nhiều Ở thời kỳ xuất cầu kim loại, cầu vòm sắt xây dựng Anh từ năm 1776 đến 1779, cầu Ironbridge Năm 1755-1799 Pháp có thiết kế cầu vòm gang Cầu Neva xây dựng từ năm 1842-1850 có nhịp, nhịp dài 45-47m Hình I.1.10 Cầu IronBridge - cầu kim loại 1776-1779 (Anh) Đồng thời với đời cầu vòm gang, cầu treo thép bắt đầu phát triển, nước Anh, Pháp, Mỹ Một số cầu treo lớn như: cầu qua vịnh Menai (Mỹ) xây dựng năm 1826 nhịp 177m, cầu Freiburg (Pháp) năm 1834 nhịp 265m, cầu qua sông Kiev (Ukrania) năm 1847-1853 dài 710m, nhịp 134m Hình I.1.11 Cầu qua vịnh Menai năm 1826 dài nhịp 177m (Mỹ) Trong thời kỳ đầu cầu vịm gang, cầu treo có ý nghĩa lớn chưa giải tồn lớn như: độ võng lớn, nhịp chưa dài, không chịu tải trọng lớn lý luận tính tốn cịn hạn chế, chất lượng khơng cao Do dẫn đến nhiều đáng tiếc xảy Hình I.1.12 Cầu Tacoma sụp đổ Khi vật liệu thép đời, cầu dàn thép phát triển nhiều Nước Nga nước áp dụng lý thuyết vào tính tốn cầu Đến nửa kỷ 19, giai đoạn phát triển nhanh khoa học lý thuyết, thúc đẩy ngành xây dựng cầu phát triển Thời kỳ thiên lý luận, cầu có dạng biên cong, gãy khúc, phức tạp mặt chế tạo thi cơng Hình I.1.13 Cầu Firth of Ford nhịp 521 m Tóm lại, kỷ 19 có tiến rõ rệt mặt lý luận, cấu tạo, vật liệu phương pháp xây dựng tạo điều kiện cho phát triển vượt bậc kỹ thuật làm cầu cho kỷ 20 Đến kỷ 20 với bước tiến lớn lĩnh vực khoa học kỹ thuật, công nghiệp phát triển làm cho ngành xây dựng cầu không ngừng phát triển đạt thành tựu lớn Năm 1917 xây dựng cầu mút thừa nhịp dài giới 549m Canada Năm 1932 cầu Sydney Harbor (Úc) cầu vịm thép nhịp 503m, đặt vị trí nhạy cảm đẹp so với cầu lớn khác trở thành biểu tượng nước úc Hình I.1.14 Cầu Quebec dàn mút thừa, nhịp 549m (Canada) Hình I.1.15 Cầu Sydney biểu tượng Úc Hình I.1.16 Cầu Golden Gate nhịp 1280m, xây dựng năm 1937 Hình I.1.17 Cầu Brooklyn (NewYork) Khi kết cấu bê tông ứng suất trước đời tạo khả cho phát triển cầu bê tông nhiều nước giới với lý thuyết ngày hoàn chỉnh phát triển không ngừng Do vậy, ngành xây dựng cầu đạt bước tiến khổng lồ Hình I.1.19 Cầu Gateway 1986 Hình I.1.20 Cầu Stormasunset 1998 Cùng với phát triển kết cấu bê tông, kết cấu thép sử dụng mạnh mẽ nhờ ưu điểm Hình I.1.21 Cầu Verezano nhịp 1289m năm 1964, lớn Mỹ Hình I.1.22 Cầu dây văng Tatara, nhịp 890 m lớn giới, năm 1998 Trong năm gần đây, nhiều dự án lớn cầu hồn thành Điển hình, cầu treo lớn giới Gefyra xây dựng bắc qua vịnh Corinh nối tây bắc Hy Lạp với Antirion Pelponnesia, dự án khổng lồ tưởng chừng thực khởi cơng năm 1998 có tổng chi phí đầu tư 800 triệu Euro hoàn thành năm 2004 Cầu Millau cầu dây văng cao giới với chiều dài 2.5km tháp cao 340m hồn thành năm 2004 Pháp Hình I.1.23 Cầu dây văng Gerfyra khánh thành vào Olympic Athen 2004 6) Lực tác động sóng Theo thực nghiệm chiều sâu ảnh hưởng sóng 10 lần chiều cao sóng Cường độ sóng tính theo cơng thức sau: qs  10 hs 11 (I.3.8) hs  0.07310 K D. 0.4 D K 1 e 10 ; 14  19.e 10 qs hs 10: tốc độ gió cao độ +10m so với mặt sông (m/s) D: chiều dài sóng (km) 10hs MNTC Hình I.3.3 Biểu đồ cường độ sóng lên cơng trình 7) Tải trọng thẳng đứng kết cấu cầu thi công vật liệu xây dựng, hay vật thể khác xác định theo bảng thống kê vật liệu  Trọng lượng kết cấu xây dựng truyền xuống công trình phụ trợ cho phép tính phân bố theo chiều dài chênh lệch thực tế không vượt 10%  Khi đặt số (nhiều hai dầm dọc, hàng chồng nề lắp ráp, …) Theo phương ngang tải trọng kết cấu xây dựng lấy phân bố theo phương ngang độ cứng chống xoắn chúng lớn độ cứng chống xoắn cơng trình phụ trợ  Trọng lượng phận vật nặng điều chỉnh đặt cần cẩu lên cơng trình phụ trợ tính với hệ số xung kích 1.1  Giá búa lấy hệ số xung kích 1.1 ; búa lấy 1.2 8) Tải trọng người, dụng cụ, thiết bị nhỏ  Tác dụng thẳng đứng, phân bố với cường độ 250kg/m2 tính ván khn, ván lát sàn đà giáo thi công, lối đi, đường hành phận trực tiếp chống đỡ chúng  Tác dụng thẳng đứng phân bố với cường độ 200kg/m2 tính đà giáo thi cơng trụ tạm, cầu tạm có chiều dài phần đặt tải bé 60m, cường độ 100kg/m2 chiều dài phần đặt tải lớn hay 60m  Tác dụng thẳng đứng phân bố với cường độ 75 kg/m2 chất tải kết cấu nhịp lắp ghép khơng có đường hành (khi định lực trụ tạm)  Tác dụng nằm ngang tập trung 70kg/m2 đặt điểm cột lan can đặt vào cột lan can  Những ván khuôn ván sàn đà giáo, bậc cầu thang kết cấu trực tiếp chống đỡ chúng chưa nêu kiểm tra với tải trọng tập trung 130kg Khi bề rộng ván nhỏ 15cm phải phân tải trọng cho hai ván kề (với điều kiện chúng ghép với ngang)  Tải trọng tính móc treo thang 200kg, sàn treo thi công dùng cho người 120kg, dùng cho hai người 250kg 9) Trị số lực ma sát dịch chuyển kết cấu nhịp theo mặt phẳng nằm ngang  Khi di chuyển theo đường ray, lót BT đất cứng, gỗ N = f1 P  Khi di chuyển theo đường ray lăn N= K f2 P R1 P (f2.K+f3.R) R2 P  Khi di chuyển theo đường ray lăn có ổ trục bi: N= (f2.K + f4.R) R2  Khi di chuyển theo đường ray lăn có ổ trục bạc N=  Khi di chuyển thiết bị trượt cấu tạo polymer N =f5.P.K Trong P: tải trọng tiêu chuẩn kết cấu di chuyển (T) f1: hệ số ma sát trượt lấy theo Bảng I.3-3 f2: hệ số ma sát lăn, tra Bảng I.3-4 f3: hệ số ma sát trượt ổ trượt bạc, có giá trị từ 0,05 đến 0,1 f4: hệ số ma sát lăn ổ trục, f4 = 0,02 cm f5: hệ số ma sát trượt mặt trượt polymer, tra Bảng I.3-5 R1: bán kính lăn (cm) R2: bán kính bánh xe (cm) K: hệ số xét đến ảnh hưởng lồi lõm cục đường ray, … K=2 trượt chất dẻo, K=1,5 trượt vật liệu khác R: bán kính trục bánh xe Bảng I.3-3 Vật liệu f1 theo trạng thái bề mặt Khô Ướt Bôi dầu 0.20 0.45 0.15  Thép với thép (không gia công)  Gỗ với gỗ + Khi thớ song song với + Khi thớ vng góc với + Trượt dầu  Gỗ với thép  Gỗ với gang  Gỗ với BT  BT với đất sét  BT với đất sét cát  BT với cát  BT với sỏi cuội  BT với khối đá  BT với BT  Thép với BTN  Thép với bề mặt BT sần sùi  Thép với mặt BT nhẵn 0.60 0.55 0.45 0.50 0.50.6 0.40 0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 0.60 0.35 0.45 0.35 0.70 0.71 0.15 0.20 0.65 0.10.75 0.20 0.10 0.25 0.25 0.40 0.25 0.20 Bảng I.3-4 Đường kính lăn, bánh xe 200300 400500 600700 800 9001000 (mm) F2 (cm) 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Bảng I.3-5 Hệ số ma sát trượt f5 thiết bị trượt polymer ứng với nhiệt Áp lực Vật liệu tiếp xúc (Kg/cm2) độ + 100 0.09 0.06 100 0.10 0.06 Tấm đánh bóng + kim loại dẻo chứa 100 100 0.12 0.06 10) Lực quán tính ngang theo phương dọc đường di chuyển cần cẩu, giá búa, … lấy 0,08 trọng lượng thân phận cẩu đặt trọng tâm phận  Lực ngang tiêu chuẩn theo phương ngang đường di chuyển cẩu hãm xe treo lấy 0.05 tổng trọng lượng vật nâng xe treo, cáp palăng nâng tải  Lực quán tính ngang phát sinh ngừng cấu mâm quay cẩu tính bằng: + Khi khơng nâng hàng: T   Gc g (I.3.9) + Khi có nâng hàng: T  2 Gh g (I.3.10) Trong đó: Gc: trọng lượng thân cần đưa đỉnh cần Gh: tổng trọng lượng hàng cáp nâng 2. n.l = (m/s) 60.t n: tốc độ quay cẩu (vòng/phút) l: độ vươn cần nâng hàng (m) t: thời gian dừng cẩu, tra Bảng I.3-6 Bảng I.3-6 30 10 L(m) 7.5 10 15 20 25 T(s) 1.5 2.5 11) Tải trọng đổ dầm hỗn hợp bê tông  Tải trọng thẳng đứng: Do dầm chấn động lấy 200 kg/m2 tác dụng lên bề mặt nằm ngang ván khuôn  Tải trọng ngang: Áp lực ngang bê tông đổ tác dụng vào thành ván khuôn (chi tiết phần tính tốn ván khn mố, trụ cầu)  Tải trọng chấn động theo phương ngang đổ vữa bê tông vào ván khuôn Bảng I.3-7 Phương pháp đổ bê tông vào ván Tải tọng ngang tác dụng vào ván khn khn  Đổ máy, ống vịi voi từ ống 400 máy bơm bê tông  Đổ trực tiếp từ thùng chứa có dung tích: 200 + V 0.2 m3 3 400 + V= 0.2 m  0.8 m 600 + V 0.8 m  Tải trọng đầm bê tơng tính 400kg/m2 bề mặt thẳng đứng ván khuôn 12) Lực xô ngang (H) cong vênh, lệnh lăn, xê dịch ngang kết cấu lao lắp không song song đường lăn xác định theo:  Khi lao cầu tạm có chạy, đầu kết cầu nhịp có giá kê di động: H= 0.015 P  Như có thiết bị tựa cố định hai đầu hai đầu kết cấu nhịp: H = 0.15 P  Khi lao dọc lăn: H = 0.03 P  Khi lao thiết bị trượt polymer: H = 0.015 P Trong đó: P: tải trọng tiêu chuẩn kết cấu lao lắp Lực H tính áp dụng tính kết cấu chống đỡ, chi tiết liên kết chúng dầm dọc đường lăn, trụ đỡ đường lăn có chiều cao nhỏ 1m Khi tính trụ đường lăn có chiều cao lớn 1m chúng, lực bên lấy 50% giá trị tính theo cơng thức tính H 13) Tải trọng gió tiêu chuẩn (kg /m2) thẳng góc với bề mặt tính tốn cơng trình phụ trợ, thiết bị lắp ráp, kết cấu tính theo cơng thức: q = qo.K.C Trong đó: qo: áp suất gió động ( kg/m2 ) lấy sau:  Vùng đồng gồm tỉnh châu thổ sông hồng sông cửu long 120kg/m2  Vùng duyên hải miền trung bao gồm dải đất ven biển rộng 40 km lấy q o= 100kg/m3  Vùng trung du bao gồm tỉnh dải đất cách biển 4080 km lấy qo = 80kg/m2  Vùng núi: qo = 50 kg/m2  Ninh Bình: 100kg/m2, Tam Đảo, Sa Pa 100kg/m2, hải đảo: 140 kg/m2 C: hệ số khí động lấy theo Bảng I.3-8 K: hệ số xét đến chiều cao (được tính riêng cho phận cơng trình ứng với chiều cao nó), lấy theo Bảng I.3-9 Bảng I.3-8 Tên phận Hệ số C  Ván khuôn phận tương tự, hợp thành mặt phẳng +0.8; -0.6 ngang 1.4  Những cấu kiện đặc có tiết diện chắn gió chữ nhật 1.2  Nhựng phận có tiết diện trịn kết cấu dàn 1.1  Hệ dây treo dây thẳng 1.4(Ngang)  Tàu kéo, sà lan tàu thuỷ 1.8(Dọc) 1.4  Hệ phao -0.4  Nhựng bề mặt nằm ngang (vùng hút gió ra) Bảng I.3-9 Chiều cao cơng trình kể từ mặt nước mùa cạn (m) 10 20 40 100 Hệ số k tính đến thay đổi áp lực gió theo chiều A 1.25 1.55 2.1 cao phân vùng khác B 0.65 0.9 1.2 1.8 Ghi chú: Vùng A: Bãi hoang, hồ Vùng B: Các vùng cịn lại có chiều cao cản gió >10m Khi phải hạn chế tốc độ gió lúc thi cơng để bảo đảm an tồn áp suất gió lấy sau: v< 10m/s lấy kg/m2, v < 13m/s lấy 18 kg/m2 Diện tích chắn gió diện tích hình chiếu phận cơng trình lên mặt phẳng vng góc với hướng gió Đối với phận kiểu dàn diện tích tính tốn diện tích thẳng góc nhân với hệ số  sau: - Dàn thứ hướng gió  = 0.2 - Dàn thứ hai sau  = 0.15 - Tháp dàn hình lưới tay vươn cần cẩu  = 0.8 - Kết cấu vạn UYKM có hai mặt phẳng dàn =0,6 có bốn mặt phẳng dàn  =1 Lực gió dọc cầu (nằm ngang) tác dụng lên dàn, lấy 60% lực gió dọc tác dụng lên dầm lấy 20% lực gió tiêu chuẩn theo hướng ngang cầu 14) Tải trọng đập tàu thuyền hệ tác dụng lên cơng trình phụ trợ kết cấu bảo vệ chúng a) Hệ phục vụ thi cơng va chạm cơng trình phát sinh lực đẩy ngang dọc theo phương dọc Hy ngang tim cầu Hx Hx tính theo cơng thức: 0,7 Hx Dv  e k 2.g (I.3.11) Trong đó: D: Trọng lượng phần nước tàu chiếm chỗ (T) v: thành phần thẳng góc vận tốc tàu, lấy 0.2m/s e: hệ số xét đến hấp thụ động tàu k: hệ số độ cứng cơng trình Lấy k=200T/m Hy tính theo cơng thức: Hy  f Hx f: hệ số ma sát, lấy theo Bảng I.3-3 b) Gỗ, trôi va chạm vào cơng trình: Một gỗ trơi: H=1.5V2 (tấn); Nếu gỗ bị ùn tắc gây va đập lực tác động:P=B.L.104.(I.3.5V2+q) Trong đó: L,B chiều dài rộng ùn tắc (m) V: Lưu tốc dòng chảy (m/s) q: Cường độ gió tính cơng thức mục m (kg/m2) Tải trọng va đập tàu thuyền coi đặt chiều dài hay chiều rộng cơng trình cao độ mực nước thi cơng, trừ trường hợp có phần nhô cao độ thấp hay mực nước thi cơng tải trọng va đập đặt 15) Tải trọng va đập ơtơ Khi bố trí trụ đà giáo phạm vi đường xe chạy lực ngang va chạm ơtơ lấy 20 với điều kiện hạn chế tốc độ xe chạy 25km/h đặt chiều cao m mặt đường xe chạy 16) Tải trọng hãm xe ô tô vận chuyển vật tư, cẩu tính tốc độ di chuyển khơng lớn 30km lấy 0.2 trọng lượng ôtô cẩu hay 0.3 trọng lượng cẩu bánh xích Khi tốc độ