Cầu vòm bê tông cốt thép

Giáo trình Cầu BTCT 247 8. Cầu vòm bê tông cốt thép 8.1. Giới thiệu Hệ thống cầu vòm có thể vợt đợc những nhịp rất lớn xem Bảng 1-1 trang 8 v hệ thống cầu vòm đơn giản có thể phân loại: không khớp, 2 khớp, ba khớp; theo vị trí đờng xe chạy: trên, giữa, dới. Giá thnh của ván khuôn v gin giáo đối với cầu vòm l cao so với cầu dầm thông thờng thi công bằng phơng pháp đổ tại chỗ, do đó cầu vòm chỉ kinh tế trong phạm vi giới hạn phụ thuộc vo điều kiện địa hình v địa chất. Cầu vòm có thể vợt qua sông, thung lũng, khe núi sâu, khi một nhịp di đợc yêu cầu cho nhịp chính còn các nhịp ngắn hơn đợc sử dụng cho nhịp dẫn. Phạm vi kinh tế của nhịp vòm bê tông cốt thép từ 50 200 (m). Do cầu vòm có hình dáng đẹp nên mặc dù giá thnh xây dựng lớn nhng cầu vòm vẫn đợc xây dựng bởi khi đó yếu tố thẩm mỹ quyết định. Kết cấu chịu lực cơ bản của cầu vòm l vòm cong, các chân đợc gắn chặt vo mố (trụ) m không đợc chuyển vị tự do theo phơng ngang. Khi tác dụng vo vòm những tải trọng thẳng đứng, ở gối xuất hiện phản lực nghiêng còn mặt cắt ngang của vòm chịu nén. Khi chịu tác dụng của các lực không cân bằng xuất hiện mô men uốn trong vòm. Tuy nhiên đặc điểm của vòm l chịu nén l chính. Để đạt đợc điều ny lựa Hình 8-1. Cầu vòm Cowlitz River, nhịp 159m, mũi tên võng 45m Hình 8-2. Cầu vòm nhiều nhịp có tỷ lệ f/l nhỏ 248 chọn đờng cong vòm gần với đờng cong áp lực do tải trọng tĩnh. ứ ng suất kéo xuất hiện sẽ do cốt thép trong kết cấu BTCT của vòm chịu. Do sử dụng đợc khả năng chịu nén của bê tông kết cấu cầu vòm kinh tế đặc biệt cho các cầu nhịp lớn, v có thể sử dụng đợc những vật liệu cờng độ cao nên có thể giảm trọng lợng của kết cấu. 8.2. Cấu tạo cơ bản Tham số cơ bản của cầu vòm l chiều di nhịp (l) v mũi tên võng (f) cũng nh tỷ số của f/l. Đối với cầu vòm BTCT ữ= 16 1 ; 14 1 6 1 l f cũng có thể áp dụng f/l=1; theo Christian Menn tỷ số ny trong khoảng ; ữ= 10 1 2 1 l f tức l ữ= 1 10 1 2 f l Sự nhạy cảm của vòm do từ biến, co ngót, thay đổi nhiệt độ v chuyển vị của gối tăng theo giá trị l/f. ứ ng suất v biến dạng do những tác động đó thông thờng l nhỏ khi tỷ số l/f nhỏ hơn 4:1. Đa số cầu vòm có phần đờng xe chạy đợc đỡ bằng vòm ở phía dới (Hình 8-3.a), tuy nhiên nó cũng có thể treo đờng xe chạy từ hai vòm cứng đợc đặt ở phía trên đờng xe chạy (Hình 8-3.b). Các dầm cũng đợc thiết kế để chịu thnh phần phản lực ngang của vòm. Việc treo đờng xe chạy lm giảm chiều cao kiến trúc v mố cầu không phải chịu lực ngang do phản lực chân vòm, tính kinh tế v vẻ đẹp của nó khó đạt đợc khi dạng cầu ny đợc xây dựng bằng bê tông cốt thép v bê tông cốt thép cờng độ cao. Cầu vòm với đờng xe chạy đợc treo có thể thiết kế hợp lý hơn bằng kết cấu thép. Vị trí của mố phụ thuộc lớn vo điều kiện địa hình, địa chất v phơng pháp xây dựng. Yêu cầu về tính thẩm mỹ thì vị trí hai mố nằm trên đờng thẳng song song với trục của đờng xe chạy. Đỉnh vòm có thể đợc thiết kế bằng cách liên kết vòm v dầm cùng với nhau hoặc tách rời, trong phơng án đầu lực ngang theo phơng dọc có thể truyền trực tiếp vo vòm v sau đó truyền xuống mố. Để thoả mãn về mỹ thuật có thể đạt đợc bằng cách thiết kế mặt dới của dầm v vòm có chiều rộng bằng nhau v khi đó trục của vòm l tiếp tuyến với đờng mặt d ới của dầm. Chiều cao của dầm nên không nên thay đổi trên ton chiều di của cầu, nhịp dẫn không nên có chiều di quá khác biệt so vớu nhịp của dầm phía trên vòm. Tỷ số ữ= 15 1 12 1 l h lấy giống nh của nhịp cầu dẫn. Mặt cắt ngang của dầm phải đợc chọn trong sự tơng tác của dầm v vòm, đối với vòm cứng hoặc gần cứng, mô men uốn trong dầm chỉ phụ thuộc vo chiều di nhịp bên trong. Dầm T kép v bản đặc có thể đợc lựa chọn bất luận chiều di của nhịp vòm, khi nhịp của của dầm lớn có thể chọn tiết diện hình hộp. Hình 8-3. Cầu vòm; a. đờng xe chạy trên; b. chạy dới Hình 8-4. Chiều di nhịp v mũi tên võng của vòm Hình 8-5. Bố trí mố theo độ nghiêng của đờng xe chạy 249 Mặt cắt của vòm phụ thuộc chủ yếu vo chiều di nhịp của vòm v tỷ số độ cứng của vòm v của dầm, vòm bản cứng có thể đợc xây dựng nh những bản mỏng, chiều dy của nó thông thờng bị khống chế bởi khả năng chịu uốn dọc của vòm giữa các cột, giới hạn ny có thể thoả mãn bằng cách lm nhiều cột. Tiết diện bản, hoặc hai sờn hoặc hộp rỗng có thể đợc sử dụng cho vòm, việc lựa chọn mặt cắt phụ thuộc chính vo chiều di nhịp. Xác định nội lực trong các bộ phận của vòm có thể thực hiện theo các phơng pháp trong cơ học kết cấu, Tuỳ vo các bộ phận v nội lực cụ thể có thể tính toán v bố trí diện tích cốt thép thờng để tham gia chịu nén, uốn nhỏ hoặc cả hai. Cốt thép cờng độ cao thờng đợc bố trí trong phần dầm. Hình 8-6. Liên kết đỉnh vòm v đờng xe chạy Giáo trình Cầu BTCT 250 9. Phần phụ lục Phụ lục 1 Hệ số điều kiện lm việc Điều 5.53 - QT79: Trong các công thức tính về cờng độ tiết diện của các cấu kiện BTCT chịu uốn (khi 0,3 < < 0,55) chịu nén v chịu kéo lệch tâm khi ( > 0,3) cũng nh cấu kiện BTCT chịu nén lệch tâm đều phải đề cập đến hệ số điều kiện lm việc m 2 xác định theo công thức: m 2 = 1,7 - 0,7(0,8 + A); m 2 = 1 - 0,2 N . Trong đó: 0,8 m 2 (m 2 ) 1 m 2 - Hệ số lm việc của BT v cốt thép khi tính về cờng độ các cấu kiện BTCT chịu uốn, nén v kéo lệch tâm m 2 - Hệ số lm việc của BT khi tính về cờng độ các cấu kiện BT v BTCT chịu nén (kéo) lệch tâm = x/h 0 - Chiều cao tơng đối (ton bộ) của vùng BT chịu nén N = x N /h 0 - Chiều cao tơng đối vùng BT chịu nén ứng với ngoại lực N A = 0,00015 R 0 0,75 R 0 = 0,8R c T - T1 : Đối với cốt thép căng trớc loại sợi bó thẳng v bó bện T1 - ứng suất căng trớc đã ổn định (tức l UST có kể đến mất mát) 0,8R c T - Giới hạn chảy giả định (quy ớc) của thép R c T - Cờng độ tiêu chuẩn của thép căng trớc xác định theo PL15 QT79 Đối với cấu kiện chịu uốn đặt cốt thép thanh không căng trớc (khi R ct 4000Kg/cm 2 ) v căng trớc (R 0 =R c T - T1 ) 4 000Kg/cm 2 , m 2 =1 Giáo trình Cầu BTCT 251 Phụ lục 2 Cờng độ tính toán của bê tông khi tính cờng độ v ổn định chống nứt Cờng độ tính toán của bê tông tính bằng kg/cm 2 khi số hiệu thiết kế của bê tông theo cơng độ chịu nén l: STT Loại cờng độ Ký hiệu điều kiện sản xuất bê tông 150 200 250 300 400 500 600 a - đối với bê tông cốt thép loại thờng v loại ứng suất trớc. 1 Nén dọc trục np R A - - 78 72 100 95 125 115 165 150 205 190 245 225 2 Nén khi uốn R u A - - 97 90 125 115 150 140 205 190 255 240 305 280 b - đối với bê tông cốt thép ứng suất trớc 3 Nén dọc trục (khi tính độ chịu nứt theo vết nứt dọc) T nP R A - - - - - - 135 125 190 175 245 225 295 275 4 Nén khi uốn (tính độ chịu nứt theo vết nứt dọc) T u R A - - - - - - 165 155 235 215 310 285 365 335 5 ứng suất nén chủ R r.c.n A - - - 105 100 140 130 175 160 210 190 6 ứng suất kéo chủ npr R A v - - - 20 24 27 28, 5 7 Kéo Pn R A - - - - 135 16 18 19 8 Cắt khi uốn R ck A - - 32 38 44 53 65 70 c - đối với bê tông cốt thép loại thờng: 9 ứng suất kéo chủ quy ớc kc R A v - 24 28 32 37 42 46 10 Kéo dọc trục 0 k R A v - 6, 5 8, 0 9, 5 11 12, 5 13, 5 d - đối với các kết cấu bê tông: 11 Nén dọc trục nP R 55 65 - 105 135 - - 12 Nén khi uốn R u 65 80 - 125 170 - - Phụ lục 3 Cờng độ tính toán của cốt thép không căng trớc khi tính về cờng độ. Loại cốt thép Cờng độ tính toán chịu kéo v chịu nén tính bằng kg/cm 2 R n v R ac Loại A-I. Cán nóng, trơn, bằng thép số hiệu BMC T 3cn 1900 Loại A-II.Cán nóng có gờ bằng thép lò Máctanh số hiệu CT 5cn (đờng kính đến 40mm) v (đờng kính từ 45 -90mm) 2400 Loại A-III.Cán nóng có gờ bằng thép số hiệu 25r 2Cv 5rC đờng kính đến 40mm) v 18r 2C (đờng kính 6 8mm) 3000 Giáo trình Cầu BTCT 252 Phụ lục 4 Cờng độ tính toán chịu kéo của cốt thép căng trớc khi tính về cờng độ Cờng độ tính toán chịu kéo(kg/cm 2 ) Loại cốt thép (theo điều 5.9 QT 79) Đờng kính (mm) Khi tạo ứng suất trớc bảo quản, chuyên chở v lắp ghép(R 1 H ) Trong giai đoạn sử dụng(R 2 H ) 3 12400 11000 4 11700 10400 5 11000 9800 6 10400 9200 7 9800 8600 1. Sợi thép trơn cờng độ cao 8 9100 800 3 11700 10400 4 11000 9800 5 10400 9200 6 9800 8600 2. Sợi thép có gờ cờng độ cao 7 9100 8000 6 11500 10300 7, 5 11300 10200 9 10700 9600 12 10100 9100 3. Bó bện 7 sợi 15 9500 8500 4. Thép cán nóng có gờ cấp A- IV 12-18 5100 4600 253 Phụ lục 5 Chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đon xe ô tô tiêu chuẩn. Tải trọng tiêu chuẩn H- 30 H-13 H-10 STT Tên tiêu chuẩn kỹ thuật Đơn vị Xe Xe nặng Xe thờng Xe nặng Xe thờng Loại xe T 30 16,9 13 13 10 1 Trọng lợng 1 xe T 30 16,9 13 13 10 2 Số xe trong đon xe Chiếc Không hạn chế 1 Không hạn chế 1 Không hạn chế 3 Trọng lợng trục sau T 2x12 12,35 9,1 9,5 7,0 4 Trọng lợng trục trớc T 6,0 4,55 3,9 3,5 3,0 5 Bề rộng bánh sau m 0,6 0,6 0,4 0,4 0,3 6 Bề rộng bánh trớc m 0,3 0,25 0,2 0,2 0,15 7 Chiều di tiếp xúc dọc cầu của bánh m 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 8 Khoảng cách tim trục xe m 0,6 +1,6 4,0 4,0 4,0 4,0 9 Bề rộng thùng xe m 2,9 2,7 2,7 2,7 2,7 10 Khoảng cách tim bánh xe m 1,9 1,7 1,7 1,7 1,7 Phụ lục 6 Chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của tải trọng xe bánh v xe xích. STT Tên chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị XB80 X60 1 Loại tải trọng T 80 60 2 Trọng lợng một xe T 80 60 3 áp lực của một trục bánh xe T 20 - 4 áp lực trên 1m di bánh xỉnh T - 6,0 5 Chiều di xích tiếp xúc với đất m - 5,0 6 Chiều rộng của bánh hay đai xích m 0,8 0,7 7 Chiều di tiếp xúc với mặt đờng theo chiều xe chạy m 0,2 - 8 Khoảng cách trục theo chiều xe chạy m 1,2 - 9 Khoảng cách tim bánh hay tim của 2 đai xích m 2,7 2,6 254 Phụ lục 7 Tải trọng tơng đơng của một đon xe H30 v H10 đối với đờng ảnh hởng hình tam giác (tính bằng T/m ) Vị trí đỉnh của đờng ảnh hởng ở giữa (L/2) ở một phần t (1L/4) ở đầu Chiều di đặt tải (m) H-30 H-10 H-30 H-10 H-30 H-10 4 7,2 4,75 8,80 4,75 9,60 4,75 5 6,53 3,80 7,55 3,80 8,06 4,08 6 5,87 3,17 6,58 3,30 6,93 3,56 7 5,29 2,71 5,81 2,95 6,07 3,14 8 4,80 2,38 5,20 2,67 5,47 2,81 9 4,39 2,27 4,70 2,43 5,07 2,65 10 4,03 2,16 4,29 2,23 4,70 2,54 11 3,73 2,05 4,03 2,05 4,38 2,42 12 3,47 1,94 3,80 1,99 4,10 2,31 13 3,31 1,85 3,59 1,93 3,85 2,20 14 3,16 1,76 3,40 1,86 3,62 2,08 15 3,02 1,67 3,23 1,79 3.42 2,00 16 2,89 1,59 3,08 1,73 3,24 1,91 17 2,66 1,54 2,80 1,65 2,90 1,78 20 2,45 1,48 2,57 1,57 2,87 1,67 22 2,27 1,41 2,37 1,49 2,82 1,62 24 2,13 1,35 2,22 1,44 2,75 1,57 26 2,03 1,33 2,16 1,38 2,67 1,51 28 1,93 1,30 2,13 1,34 2,60 1,45 30 1,84 1,26 2,09 1,32 2,54 1,41 32 1,76 1,23 2,06 1,29 2,46 1,37 36 1,76 1,19 1,98 1,22 2,37 1,32 40 1,76 1,15 1,90 1,16 2,29 1,27 50 1,76 1,09 1,79 1,09 2,17 1,19 60 1,76 1,05 1,75 1,05 2,08 1,13 70 1,74 1,01 1,74 1,02 2,02 1,08 80 1,74 0,99 1,74 1,00 2,00 1,05 90 1,74 0,97 1,74 0,97 1,97 1,03 100 1,72 0,96 1,74 0,96 1,93 1,01 120 1,72 - 1,72 - 1,90 - 140 1,70 - 1,71 - 1,86 - 160 1,70 - 1,71 - - - 255 Phụ lục 8 Tải trọng tơng đơng của một xe bánh HK80 v xe xích X 60 đối với đờng ảnh hởng hình tam giác Vị trí đỉnh của đờng ảnh hởng Vị trí đỉnh của đờng ảnh hởng XB 80 X 60 XB 80 X 60 Chiều di đặt tải (m) ở L/2 v L/4 ở đầu ở điểm bất kỳ Chiều di đặt tải (m) ở L/2 v L/4 ở đầu ở điểm bất kỳ 4 18,00 22,00 12,00 20 7,04 7,28 5,25 5 16,64 12,00 12,00 22 6,48 6,67 4,83 6 16,00 18,67 11,67 24 6,00 6,17 4,48 7 15,02 16,97 11,02 26 5,58 5,73 4,17 8 14,00 15,50 10,31 28 5,22 5,33 3,90 9 13,04 14,22 9,63 30 4,91 5,01 3,67 10 12,15 13,12 9,00 32 4,62 4,71 3,46 11 11,37 12,15 8,43 36 4,15 4,22 3,10 12 10,67 11,33 7,92 40 3,76 3,82 2,81 13 10,03 10,60 7,45 50 3,05 3,08 2,28 14 9,95 9,95 7,04 60 2,56 2,59 1,92 15 9,38 9,38 6,67 70 2,21 2,22 1,65 16 8,67 8,67 6,33 80 1,94 1,95 1,45 18 8,00 8,00 5,74 256 Phụ lục 9 Tải trọng tơng đơng của một đon xe ô tô H-10 không có xe nặng trong đon xe đối với đờng ảnh hởng hình tam giác (tính bằng T/m) Vị trí điểm đỉnh của đờng ảnh hởng Vị trí điểm đỉnh của đờng ảnh hởng Chiều di đặt tải (m) ở giữa (L/2) ở một phần t (L/4) ở đầu Chiều di đặt tải (m) ở giữa (L/2) ở một phần t (1l/4) ở đầu 4 3,50 3,50 3,50 20 0,94 1,07 1,28 5 2,80 2,80 3,04 24 0,89 1,00 1,18 6 2,33 2,44 2,66 32 0,89 0,88 1,10 7 2,00 2,20 2,37 36 0,89 0,88 1,06 8 1,75 2,00 2,13 40 0,87 0,87 1,04 9 1,63 1,82 1,92 50 0,84 0,85 0,99 10 1,52 1,68 1,76 60 0,83 0,83 0,97 12 1,33 1,44 1,50 70 0,83 0,83 0,91 16 1,06 1,12 1,37 Chú thích: 1. Trị số tải trọng rải đều tơng đơng của các điểm ở giữa các khoảng ghi trong bảng thì xác định theo phơng pháp nội suy. 2. Trị số tải trọng rải đều tơng đơng của đon ô tô tiêu chuẩn H-13, bằng trị số tải trọng tơng đơng của đon ô tô tiêu chuẩn H-10 nhân với hệ số 1,3. [...]... chiều dy (mm) 2450 ứng suất nén cho phép (Mpa) 72 87 102 117 132 500 Chuyển vị ngang cho phép (mm) 12.5 Khả năng chịu lực (KN) 38.0 46.0 54.0 62.0 70.0 Bảng đờng kính gối v chiều cao chóp cầu Đờng kính gối Chiều cao chóp cầu 100ữ150 200ữ350 400ữ450 500 4 6 8 10 S chiều dy của lớp PTFE, s=2 v 3mm 277 Phụ lục 17 Kích thớc của gối chậu cố định (OVM) Ký hiệu GPZ1000GD GPZ1250GD GPZ1500GD GPZ2000GD GPZ2500GD... 126,145,164,183 6300 700 x 1000 123,142,161,180 126,145,164,183 7000 46.5,54.0,61.5,69.0 800 x 950 123,142,161,180 126,145,164,183 7600 46.5,54.0,61.5,69.0 (*) Trên bề mặt của gối có phủ lớp PTFE 272 Giáo trình Cầu BTCT Phụ lục 15 Tiêu chuẩn kỹ thuật của gối cao su hình tròn GJZ v GJZF4 (OVM) Chiều dy (mm) GJZ GJZF4 150 21,28,35,42 23,30,37,44 Khả năng chịu lực (kN) 221 200 28,35,42,49,56,33,44,55 30,37,44,51,58,35,46,57... 44.0,51.5,59.0,66.5,74.0,44.0,5 3.0, 62.0,71.0,80.0 44.0,53.0,62.0,71.0,80.0 44.0,53.0,62.0,71.0,80.0,89.0 53.0,62.0,71.0,80.0,89.0 53.0,62.0,71.0,80.0,89.0,98.0 274 Phụ lục 16 Tiêu chuẩn của gối cao su hình tròn có chóp cầu (OVM) đờng kính D (mm) Khả năng chịu lực (KN) 100 79 150 177 314 200 393 490 250 614 300 705 Tổng chiều dy (mm) 14 21 28 21 28 35 42 28 35 42 45 56 31 42 53 28 35 42 49 56 42 53 64 28 35 42 49 56 ứng... 0,065 0,059 0,052 0,045 0,037 1,400 0,132 0,115 0,099 0,085 0,072 0,060 0,060 0,056 0,050 0,045 0,039 0,032 1,600 0,117 0,102 0,088 0,076 0,065 0,053 0,053 0,049 0,044 0,039 0,034 0,028 269 Giáo trình Cầu BTCT b1: la khi la : lb = 1.8 v tơng ứng a1:la bằng 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 khi lb : la = 1.8 v tơng ứng a1:la bằng 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0,000 - 0,275 0,209 0,166 0,137 0,112 - 0,284 0,218 0,174 0,144 . dạng cầu ny đợc xây dựng bằng bê tông cốt thép v bê tông cốt thép cờng độ cao. Cầu vòm với đờng xe chạy đợc treo có thể thiết kế hợp lý hơn bằng kết cấu thép. . trình Cầu BTCT 247 8. Cầu vòm bê tông cốt thép 8.1. Giới thiệu Hệ thống cầu vòm có thể vợt đợc những nhịp rất lớn xem Bảng 1-1 trang 8 v hệ thống cầu vòm