Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính toán, công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -YWXZ - NGUYỄN DUY DƯƠNG Đề tài luận văn thạc só : NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, TÍNH TOÁN, CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG Chuyên ngành :Cầu, tuynen công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt Mã số ngành : 2.15.10 (Khoá 14) LUẬN VĂN THẠC SĨ Hướng dẫn khoa học : TS LÊ THỊ BÍCH THUỶ PGS.TS NGUYỄN VIẾT TRUNG TP, HCM – THÁNG NĂM 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN DUY DƯƠNG Ngày tháng năm sinh : 23/2/1971 Chuyên ngành : Cầu, tuynen công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt Khoá: 14 Phái : Nam Nơi sinh : Thừa Thiên – Huế Mã số ngành: 2.15.10 Mã số học viên: 00103006 I TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, TÍNH TOÁN, CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN : Nhiệm vụ: Nghiên cứu đặc điểm kết cấu ống thép nhồi bê tông, cấu tạo cầu vòm có kéo, tính toán nội lực kết cấu, công nghệ thi công phận kết cấu cầu điều chỉnh lực kéo thi công kết cấu cầu vòm Nội dung luận văn: ™ PHẦN A : NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU : CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CẦU VÀ VẬT LIỆU CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NỘI LỰC CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO ™ PHẦN B : TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN VÀ TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC - Tiến độ thực Tóm tắt lý lịch khoa học III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20-1-2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH: 30-6-2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS LÊ THỊ BÍCH THUỶ V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: PGS.TS NGUYỄN VIẾT TRUNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS.Lê Thị Bích Thuỷ CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS.Lê Thị Bích Thuỷ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS.Nguyễn Viết Trung Nội dung đề cương luận văn hội đồng chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TP.HCM, ngày tháng năm 2005 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC TÓM TẮC LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 1.1 Sự phát triển công trình cầu vòm giới 1.2 Sự phát triển công trình cầu vòm ôû Vieät Nam 1.3 Tổng kết giai đoạn phát triển công nghệ xây dựng cầu vòm 1.4 Nhận xét .9 1.5 Vấn đề cần nghiên cứu 10 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ VẬT LIỆU CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG 2.1 Nghiên cứu sơ lược loại cầu vòm 11 2.1.1Kiểu dáng cầu vòm ống thép nhồi bê tông 11 2.1.2Phân loại cầu vòm dựa vào sơ đồ tónh học 12 2.1.3Phân loại cầu vòm dựa vào độ cứng vòm - dầm 13 2.1.4Kiểu dáng cầu vòm ống thép nhồi bê tông 14 2.2 Nghiên cứu yêu cầu vật liệu 14 2.3 Caáu tạo chi tiết cầu vòm ống thép nhồi bê toâng 15 2.4 Nhận xét kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông 21 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 3.1 Những tiền đề ứng dụng kết cấu ống thép nhồi bê toâng .22 3.2 Đặc điểm kết cấu ống thép nhồi bêtông 23 3.2.1.So sánh với kết cấu bêtông cốt thép có bề mặt tiếp xúc với môi trường bên 24 3.2.2.So sánh với kết cấu thép dạng oáng roãng 25 3.2.3.So sánh với kết cấu thép hình có mặt cắt hở 25 3.2.4.So sánh với kết cấu BTCT cốt cứng 25 3.3 Nghiên cứu làm việc ống thép nhồi bê tông 25 3.3.1.Khaùi quaùt 25 3.3.2.Kết cấu thép nhồi bêtông chịu tải dọc trục .27 3.4 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo tiêu chuẩn Trung Quốc - Hội tiêu chuẩn Trung Quốc CECS 28-90 33 3.5 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo tài liệu dẫn Nga .38 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NỘI LỰC CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG 4.1 Khái quát công trình cầu vòm với sườn vòm song song 42 4.2 Phaân tích kết cấu .43 4.2.1.Liên kết phận kết cấu cầu 43 4.2.2.Tải trọng tác dụng 45 4.2.3.Phaân bố hoạt tải kết cấu cầu vòm 45 4.2.4.Sơ đồ tính toán kết cấu 46 4.3 Tính toán nội lực cầu vòm theo học kết cấu 47 4.3.1.Tính nội lực vòm có kéo 48 4.3.2.Độ cứng dầm dọc ảnh hưởng đến nội lực vòm 50 4.3.3.Kiểm tra ổn định sườn vòm 51 4.4 Tính toán kết cấu theo phương pháp PTHH (Sap 2000) 52 4.4.1.Mô hình hoá kết cấu 52 4.4.2.Chuẩn bị liệu đầu vào 53 4.4.3.Các thông số vật liệu 54 4.4.4.Keát tính toán nhịp vòm L=97.6m 55 4.4.5.Kiểm toán mặt cắt sườn vòm 56 4.4.6.Kết tính toán nhịp voøm L=87.2m 58 4.4.7.Kết tính toán nhịp vòm L=76.8m 60 4.4.8.Kết tính toán nhịp vòm L=66.4m 62 4.4.9.Nhận xét 63 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG 5.1 Công tác chuẩn bị 65 5.2 Công nghệ nhồi bêtông vào ống 66 5.3 Lắp đặt chân voøm 68 5.4 Phương pháp cẩu lắp sườn vòm 69 5.5 Công tác bơm bêtông ống thép sườn vòm [13] 70 5.6 Trình tự bước thi công .71 5.7 Caùc vấn đề an toàn cần ý 73 5.8 Phân tích giai đoạn chịu tải tiết diện sườn vòm 74 5.9 Giới thiệu trình tự thi công lắp đặt căng kéo cáp kéo cầu vòm nhịp L=76.8m 73 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận .83 6.1.1 Một số kết đạt .83 6.1.2 Những hạn chế luận văn .84 6.2 Kiến nghị 85 TÀI LIỆU THAM KHAÛO 86 PHUÏ LUÏC .87 -ÍÍÍ - LỜI MỞ ĐẦU Từ xa xưa nhân loại biết xây dựng công trình giao thông nối vùng bị chia cắt địa hình tự nhiên (sông, suối, kênh, rạch …) với mục đích lại vùng trao đổi hàng hoá, giao lưu kinh tế, văn hoá, trị … Qua nhiều giai đoạn phát triển xã hội, tri thức loài người ngày bổ sung phong phú khoa học kỹ thuật giới phát triển đại với nhiều lónh vực khác Trong lónh vực giao thông, dễ dàng nhận thấy phát triển kỹ thuật xây dựng công trình cầu việc điểm qua công trình cầu giới Vật liệu xây dựng kết cấu công trình không ngừng cải tiến thay Đối với Việt Nam việc kiến thiết sở hạ tầng thật quan tâm mức từ sau ngày đất nước hoàn toàn thống Với sở hạ tầng ban đầu thiếu nhiều, lạc hậu kinh tế chậm phát triển Do thời kỳ đầu vấn đề đặt tăng số lượng công trình ưu tiên lên hàng đầu Sau 30 năm, đất nước có nhiều đổi thay Kinh tế phát triển, nhu cầu mặt phát triển Ngày việc thiết kế xây dựng công trình cầu nước ta việc tuân thủ qui trình, qui phạm hành phải quan tâm yếu tố mỹ quan công trình - Điều xu tất yếu phù hợp với qui luật phát triển giới Trong khoảng 10 năm gần đây, Việt Nam có nhiều cầu thi công với công nghệ đại: cầu dầm liên tục tiết diện hộp BTCT DƯL thi công đúc hẫng, đúc đẩy; cầu khung dầm BTCT DƯL; cầu treo có khớpï xoay trụ; cầu treo dây văng, dây võng; cầu vòm ống thép nhồi bêtông Với công nghệ thi công đại cho phép cầu vượt nhịp lớn tạo nhiều kiểu dáng đẹp phù hợp với môi trường tự nhiên vùng, tạo thành quần thể kiến trúc đẹp Cầu vòm kết cấu ống thép nhồi bêtông có khả vượt nhịp vừa, vẽ đẹp kiến trúc mảnh nhẹ nhàng Đối với Việt Nam loại kết cấu cầu Việc nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính toán kết cấu công nghệ thi công loại cầu vòm ống thép nhồi bê tông để bước tiếp cận làm chủ thiết kế thi công loại cầu thiết thực, phù hợp với phương hướng phát triển đất nước công hoà nhập với giới Trãi qua thời gian học tập làm luận văn trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn định hướng nội dung nghiên cứu TS Lê Thị Bích Thuỷ PGS.TS Nguyễn Viết Trung Trân trọng cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình đồng nghiệp đơn vị Tư Vấn Thiết Kế GTVT Miền Nam Phân Viện Khoa Học Công Nghệ GTVT Phía Nam Bên cạnh tác giả cảm ơn cổ vũ động viên từ phía gia đình bạn bè suốt trình học tập hoàn thành luận văn TP.HCM, ngày 30 tháng 60 năm 2005 Tác giả luận văn Nguyễn Duy Dương TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đầu kỷ 21, loại cầu vòm ống thép nhồi bê tông xe chạy lần xây dựng Việt Nam Với hợp tác thiết kế thi công chuyên gia Trung Quốc, cầu vòm ống thép nhồi bê tông nhịp tính toán 97.6m thiết kế tải trọng H30 đưa vào khai thác cuối năm 2003 Loại kết cấu tạo bước đột phá công nghệ chế tạo – thi công cầu, góp phần làm đa dạng hoá loại hình cầu nhịp lớn nâng cao hiệu kiến trúc công trình Công nghệ nhồi bê tông ống thép, tính toán thi công kết cấu cầu vòm xe chạy cần nghiên cứu để nắm vững công nghệ Trong phạm vi luận văn đề cập số vấn đề: chế làm việc ống thép nhồi bê tông; tính toán kết cấu cầu vòm; thi công cầu vòm; nhằm góp phần làm sáng tỏ loại cầu ngành cầu đường Việt Nam THE SUMMARY OF THE THESIS At the beginning of the twentieth century, the concrete filled- steel tubular arch bridge under where motors run first built in Vietnam With the co-operation of Chinese specialist in designing and executing , the concrete filled steel tubular arch bridge (span 97.6m,designed load H30) was put up to build at the end of 2003 This structure made a progress in producing – executing bridge procedure It contributed to make multiform long span bridge and raise the architectual project effect The procedure of filling concrete into steel tubular, the calculating and executing an arch bridge structure need to be studied to have though grasp of this new technology In the scope of the thesis, I would like to mention some problems: The working process of concrete filled- steel tubular, the calculating an arch bridge structure, the executing an arch bridge All aims to add more useful knowledge about this new kind of bridge to road- bridge trades in Vietnam Phần I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN - 73 - -Bước 28: Thử tải cầu 5.7 Các vấn đề an toàn cần ý Thiết bị cẩu cần tiến hành kiểm tra, đồng thời phải cho hoạt động thử, trước hết áp dụng cách dùng cẩu nâng thử cung vòm để thử nghiệm tính cẩu, chủ yếu thử thông số hãm, phanh, xoay chuyển góc ngắm chiều cao cẩu Sau bố trí xong điểm cẩu cho cung vòm, cẩu lên tốc độ chậm đồng thời ý quan sát có khả bị lật không, có vấn đề phải kịp thời dừng lại gỡ tải, điều chỉnh lại điểm cẩu Dây cáp giằng : cẩu lắp cung vòm phải bố trí dây cáp mềm giằng để khống chế cung vòm bị quay lắc lư không trình cẩu lắp Cẩu xà lan phải cố định vững chắc, với xà lan phải bố trí tời kéo, balăng điều khiển công nhân máy, để dùng neo di dời xà lan trình cẩu lắp Khi cẩu lắp, xà lan cẩu phải có người chuyên môn phụ trách, phải phối hợp thống nhất, nhịp nhàng đồng Sau cung vòm đặt vào vị trí, tuyệt đối không đựơc nới buông móc cẩu, cần phải chờ sau hai đầu cung vòm cố định đồng thời hàn liên kết lại nới móc cẩu Khi thực phải cho nới từ từ, trình nới móc phải ý quan sát tình hình biến động cung vòm, đặt biệt phải ý xem vòm có xu hướng lật hay không Nếu có biến động, nên cho khép chặc móc, đồng thời báo cho người phụ trách trường Trong trình cẩu lắp phải cử người chuyên phụ trách quan sát theo dõi mối hàn thép liên kết tạm chân vòm, có tượng xảy nứt nẻ phải báo cho người phụ trách trường Toàn nhân viên phải đội nón an toàn, người thao tác cao bắt buột phải thắt dây an toàn - 74 - 5.8 Phân tích giai đoạn chịu tải trọng tiết diện sườn vòm Dựa vào trình tự bước thi công bản, ta có giai đoạn làm việc khác tiết diện sườn vòm Tương ứng giai đoạn có sơ đồ tính toán tiết diện làm việc sườn vòm với tải trọng tác dụng lên hệ vòm khác nhau, sở tính toán nội lực sườn vòm chuyển vị ngang vị trí chân vòm Phạm vi chuyển vị ngang cho phép chân vòm xác định gối cầu Như vậy, việc phân chia tải trọng cho đợt thi công phải đảm bảo ổn định kết cấu công trình thi công, tức nội lực sườn vòm chuyển vị ngang chân vòm không lớn giới hạn cho phép chịu nén sườn vòm chuyển vị ngang gối cầu 5.8.1 Các giai đoạn làm việc tiết diện sườn vòm: gồm giai đoạn Giai đoạn I: từ bước 1-11 gồm tải trọng thân sườn vòm, kéo, treo, hệ giằng ngang, trọng lượng bêtông nhồi ống Tiết diện làm việc vòm tiết diện ống thép rỗng Giai đoạn II: từ bước 15-26 tải trọng gồm: toàn tải trọng giai đoạn I cộng thêm hệ mặt cầu, lớp mặt đường, lan can, đường người bộ, giải phân cách Tiết diện làm việc vòm tiết diện liên hợp vỏ ống thép lõi bêtông Giai đoạn III: bước 27 28, tải trọng tương tự giai đoạn II cộng thêm hoạt tải khai thác, gió, nhiệt độ Tiết diện làm việc vòm tiết diện liên hợp vỏ ống thép lõi bêtông 5.8.2 Điều kiện kiểm tra giai đoạn thi công cầu vòm Việc căng chỉnh kéo cầu vòm chia làm nhiều đợt, đợt phải thỏa mãn hai điều kiện sau: giới hạn cường độ chịu nén mặt cắt sườn vòm; giới hạn chuyển vị cho phép gối cầu 5.8.2.1 Dựa vào điều kiện giới hạn cường độ chịu nén mặt cắt sườn vòm, tương ứng với đợt thi công ta có sơ đồ tải trọng tác dụng lên sườn vòm - 75 - tiết diện làm việc sườn vòm Từ xác định nội lực phát sinh vòm kiểm tra bền cường độ chịu nén mặt cắt sườn vòm Giới hạn tải trọng đợt thi công xác định cách tính lặp nhiều lần cho thỏa điều kiện giới hạn cường độ chịu nén - Trong trường hợp tiết diện làm việc sườn vòm ống thép rỗng kiểm tra bền ống thép theo kết cấu thép ứng với cột thép chịu nén lệch tâm Điều kiện bền cột là: N M ± y ≤ Rγ A J (5-1) Trong đó: N, M: lực dọc mômen tải trọng sinh sườn vòm A: diện tích tiết diện ống thép sườn vòm J: mômen quán tính tiết diện R: cường độ tính toán vật liệu γ : hệ số điều kiện làm việc y: khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép ống - Trong trường hợp tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bê tông kiểm tra bền theo kết cấu ống thép nhồi bêtông ứng với cột chịu nén lệch tâm (trình bày chương 3) 5.8.2.2 Xác định giới hạn tải trọng đợt thi công từ mục 5.8.2.1 ta tính giới hạn chuyển vị chân vòm, ta dễ dàng chọn loại gối cầu có thông số chịu nén chuyển vị ngang phù hợp với kết cấu cầu Sau đợt gia tải phải căng kéo kéo với giá trị lực cần thiết để cân chuyển vị chân vòm vị trí ban đầu (vị trí 0); căng kéo tạo chuyển vị trước để cân chuyển vị chân vòm ứng với đợt gia tải Điều kiện chuyển vị là: Δl ≤ lo (5-2) - 76 - Trong đó: Δl : chuyển vị ngang chân vòm đợt gia tải lo : phạm vi chuyển vị ngang cho phép gối cầu (gối cao su thép) 5.9 Giới thiệu trình tự thi công lắp đặt căng cáp kéo cầu vòm nhịp L=76,8m: Cầu vòm nhịp 76,8m có mặt cắt ngang giới thiệu mục 4.1, gồm 13 cáp treo bó cáp kéo sườn vòm Cáp treo loại cáp gồm sợi cáp song song nhằm hạn chế biến dạng dọc, cáp kéo loại cáp gồm nhiều tao xoắn Khoảng cách treo 5,2m Sườn vòm ống thép đơn có đường kính 1,2m, bề dày vỏ ống 10mm 5.9.1 Thứ tự bước thi công Lắp dựng ống thép rỗng giằng gió đồng thời cho liên kết tạm thời chân vòm với trụ cầu Ỉ Căng kéo kéo lần 1Ỉ Đổ bê tông cho ống thép Ỉ Căng kéo kéo lần 2Ỉ Gỡ liên kết tạm thời phía gối di độngỈ Căng kéo kéo lần 3Ỉ Đổ bê tông giằng gió lao lắp dầm ngang thuộc nhóm thứ nhấtỈ Căng kéo kéo lần 4Ỉ Lao lắp dầm ngang thuộc nhóm thứ 2Ỉ Căng kéo kéo lần Ỉ Lắp đặt dầm hình T đợt 1Ỉ Căng kéo kéo lần 6Ỉ Lắp đặt dầm dọc biên Ỉ Căng kéo kéo lần 7Ỉ thi công dầm cùng, nắp chữ U để che cáp treo Ỉ Căng kéo kéo lần 8Ỉ Đổ bê tông mặt cầu Ỉ Căng kéo kéo lần 9Ỉ Thi công tường lan can mặt cầu, bê tông nhựa mặt cầ Căng kéo kéo lần 10 (điều chỉnh lực căng kéo) bịt neo 5.9.2 Các nhóm kéo Mỗi vòm gồm bó cáp kéo chia làm nhóm, nhóm có bó, ký hiệu nhóm đánh số từ I ÷ IV Để tạo lực căng tương đối cho sườn vòm, thường người ta sử dụng đội căng kéo để vành vòm - 77 - căng kéo đối xứng Việc căng kéo nhóm chia làm lần để hoàn thành, phân chia nhóm cụ thể xem hình vẽ đây: Sườn vòm IV-2 III-1 II-2 I-1 I-2 II-1 III-2 IV-1 Cáp Dầm ngang III-1 IV-2 I-1 II-2 II-1 I-2 IV-1 III-2 Chân Hình : số hiệu bó cáp 5.9.3 Lắp dựng cầu vòm căng kéo kéo: Lực căng chuyển vị ngang chân vòm bước thi công phải kiểm tra thoả theo điều kiện mục 5.8.2.1 5.8.2.2 ) Bước 1: Lắp dựng ống thép rỗng căng kéo kéo lần Trước gác dựng ống thép, đặt tim mốc chuẩn để quan sát chuyển vị chân vòm đỉnh vòm Giữa chân vòm trụ (mố)ï cầu chính, sử dụng thép tạm liên kết chân vòm vào trụ (mố) Sau lắp xong ống thép rỗng, cho lắp lên toàn kéo ngang đồng thời căng kéo kéo lần Trước hết căng kéo đối xứng với thuộc phân nhóm I-1 vành vòm, tiếp căng kéo hai phân nhóm I-2 đạt giá trị tính toán Trong trình căng kéo phải quan sát tình trạng cong lên vành vòm điểm tựa khung chống tạm, đảm bảo căng kéo xong điểm tựa hoàn toàn tách ly khỏi điểm tựa tạm thời, phải đảm bảo hai bên hông vành vòm xen khung chống - 78 - tạm thời, không cho tình trạng ổn định thời gian thi công Sau căng kéo xong phải đo đạc xác định vị trí chân vòm Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm ống thép rỗng, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép rỗng sườn vòm Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm ) Bước 2: Đổ bê tông ống thép sườn vòm căng kéo kéo đợt Sử dụng phương pháp bơm áp suất, đổ bê tông cho ống thép vòm, đổ lúc vành vòm điều kiện cho phép Sau bê tông đạt 90% cường độ thiết kế, bắt đầu căng kéo kéo lần Trước hết căng đối xứng phân nhóm I-1 hai vành vòm làm cho chân vòm phục hồi 50% chuyển vị, sau căng phân nhóm I-2 làm cho chân vòm phục hồi hoàn toàn chuyển vị, nghóa chuyển vị chân vòm Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm ống thép rỗng, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị chuyển vị ngang chân vòm bước ta xác định loại gối cầu sử dụng thoả điều kiện chịu nén chuyển vị ngang cho phép ) Bước 3: Gỡ phần liên kết tạm phía gối cầu di động căng kéo kéo lần Cắt bỏ thép liên kết trụ cầu với chân vòm phía gối cầu di động, đồng thời căng kéo kéo Trước hết căng đối xứng phân nhóm II-1 hai vành vòm làm cho chân vòm phục hồi 100% chuyển vị, sau căng phân nhóm II-2 làm cho chân vòm sau căng kéo xong phải thoả mản yêu cầu chân vòm rút lại Δl (giới hạn chuyển vị ngang gối cầu), dùng làm độ chờ chuyển vị trình tự công việc theo sau - 79 - ) Bước 4: Đổ bê tông giằng gió (giằng ngang), lao lắp dầm ngang thuộc nhóm thứ căng kéo kéo lần Tiến hành đổ bê tông giằng gió trước, sau bê tông đạt 90% cường độ thiết kế bắt đầu lao lắp dầm ngang Việc lao lắp dầm ngang tiến hành đối xứng hai chân vòm phía nhịp Việc đổ bê tông giằng gió lắp đặt dầm ngang bên đầu cầu (hai bên tổng cộng cây, dầm ngang đầu vòm dầm ngang giữa) cho công việc cẩu lắp dầm ngang nhóm thứ Chủ yếu lợi dụng trọng lượng bê tông giằng gió để cân độ vòm cong lên cao phần đỉnh vòm gây dầm ngang cẩu lắp lên trước từ hai đầu Sau hoàn thành việc cẩu lắp dầm ngang thuộc nhóm 1, tiến hành căng kéo kéo lần Đợt căng kéo lần la kéo nhóm bắt đầu cho căng kéo, cho căng trước III-1 đạt giá trị tính toán, sau căng III-2 đạt giá trị tính toán Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bêtông, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm, giằng dầm ngang đợt Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị lực xô ngang chân vòm bước ta tiến hành căng kéo cáp căng ) Bước 5: Cẩu lắp dầm ngang nhóm thứ hai căng kéo lần Sau cẩu lắp hoàn tất toàn dầm ngang lại (9 dầm ngang giữa), bắt đầu cho căng kéo kéo lần Đợt căng kéo bắt đầu căng kéo kéo thuộc nhóm Yêu cầu căng kéo xong, chân vòm hoàn toàn trả vị trí chuẩn chân vòm Thanh kéo phân nhóm VI-1 căng trước, hoàn thành 50% chuyển vị, sau căng kéo VI-2 để hoàn thành 50% chuyển vị lại - 80 - Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bêtông, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm, giằng toàn dầm ngang Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị lực xô ngang chân vòm bước ta tiến hành căng kéo cáp căng ) Bước 6: Lắp dầm chữ T đợt (tất nhịp cầu) căng kéo kéo lần Công tác lắp đặt dầm chia làm phần để lắp đặt Lắp nhịp 10 dầm (còn chừa lại dầm dầm biên nhịp), coi dầm nhóm Sau hoàn thành việc lắp đặt dầm hình T thuộc nhóm bắt đầu việc căng kéo kéo lần Căng kéo kéo thuộc nhóm I Trước hết căng phân nhóm I-1, hoàn thành 50% chuyển vị, sau căng phân nhóm I-2 để hoàn thành 50% lượng chuyển vị lại Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bêtông, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm, giằng, toàn dầm ngang dầm T đợt Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị lực xô ngang chân vòm bước ta tiến hành căng kéo cáp căng ) Bước 7: Lắp đặt dầm dọc biên, đổ bê tông đầu nối dầm dọc biên căng kéo kéo lần Lắp đặt đổ bê tông đầu nối dầm dọc biên với dầm ngang Sau cường độ bêtông mối nối đạt 95%, tiến hành căng kéo kéo lần Lần lượt cho căng kéo phân nhóm II-1 phân nhóm II-2 Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bêtông, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm, giằng, toàn dầm ngang, dầm - 81 - T đợt 1, dầm dọc biên Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị lực xô ngang chân vòm bước ta tiến hành căng kéo cáp căng ) Bước 8: Thi công công việc dầm biên, dầm T (đợt 2), nắp đậy cáp hình chữ , căng kéo kéo lần Công việc lắp đặt dầm đợt hiệu chỉnh sai số kích thước hình học cho hệ mặt cầu Sau lắp đặt xong dầm nắp đậy cáp, tiến hành căng kéo kéo lần thứ Lần lượt căng kéo nhóm kéo III-1, III-2 Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bêtông, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm, giằng, toàn dầm ngang, dầm bản, dầm dọc biên, nắp đậy cáp Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị lực xô ngang chân vòm bước ta tiến hành căng kéo cáp căng ) Bước 9: Đổ bê tông mặt cầu căng kéo kéo lần Nhằm đề cao tính ổn định tổng thể cầu vòm, cách tranh thủ sớm hoàn thành độ cứng tổng thể mặt cầu Vì thế, thực việc đổ bê tông cho mặt cầu sau hoàn thành việc lắp đặt dầm Sau bê tông mặt cầu đạt cường độ đạt 95% cường độ thiết kế, bắt đầu căng kéo kéo lần 9, căng kéo kéo nhóm Lần lượt căng kéo phân nhóm IV-1 đến phân nhóm IV-2 Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bêtông, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm, giằng, toàn dầm ngang, dầm bản, dầm dọc biên, nắp đậy cáp, mặt cầu Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị lực xô ngang chân vòm bước ta tiến hành căng kéo cáp căng - 82 - ) Bước 10: Thi công tường lan can mặt cầu, bê tông nhựa mặt cầu, căng kéo kéo lần 10 (điều chỉnh lực căng kéo) bịt neo Sau thi công tường lan can, bê tông nhựa mặt cầu, tiến hành căng kéo kéo lần thứ 10 Đợt căng kéo lần điều chỉnh lực kéo cuối Tính toán lực căng chuyển vị ngang chân vòm: tiết diện làm việc sườn vòm tiết diện liên hợp ống thép lõi bêtông, chịu tác dụng tải trọng thân ống thép nhồi bêtông sườn vòm, giằng, toàn dầm ngang, dầm bản, dầm dọc biên, nắp đậy cáp, mặt cầu, lan can lớp bêtông nhựa mặt cầu Ta tính chuyển vị ngang lực xô ngang chân vòm Căn vào giá trị lực xô ngang chân vòm bước 10 ta tiến hành căng kéo cáp căng ÌÌÌÌÌ - 83 - CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ™ Kết mong muốn: thông qua luận văn, tác giả nghiên cứu phân tích đặc điểm cấu tạo, tính toán thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông từ rút số lưu ý quan trọng cho công tác thiết kế loại công trình cầu Bên cạnh số vấn đề khác cần quan tâm luận văn chưa giải yếu tố khách quan chủ quan Cuối cùng, tác giả muốn đề xuất vài ý tưởng theo tác giả phát triển nghiên cứu cho chủ đề cầu vòm ống thép nhồi bê tông 6.1 Kết luận: 6.1.1 Một số kết đạt được: Thông qua nghiên cứu luận văn, tác giả nhận thấy công việc thiết kế sơ phương án cầu vòm ống thép nhồi bê tông cần lưu ý điểm sau: Loại cầu vòm ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy áp dụng cho độ cầu từ 60÷150m.[14] Cấu tạo sườn vòm: đường trục vòm thường cung tròn với chiều cao ⎛1 ⎝5 1⎞ 8⎠ đường tên phụ thuộc chiều dài nhịp f = ⎜ ÷ ⎟l [12] Tiết diện sườn vòm ống thép tròn hay tổ hợp từ nhiều ống thép tròn Tiết diện ống thép hợp lý phải đảm bảo tỷ lệ sau: D 8.E ≤ [16] t fy Trong đó: - D: đường kính vỏ ống thép; t : bề dày thành vỏ ống thép - E: môđun đàn hồi thép; fy: giới hạn chảy thép - 84 - Tỷ lệ diện tích bê tông thép cấu tạo sườn vòm tiết diện thường chọn phải đảm bảo tiêu gò chặc: f A θ= a a f c A c Điều kiện áp dụng: 0.3 < θ < [3] Độ cứng tiết diện sườn vòm xác định sau: -Độ cứng chống nén, kéo dọc trục : EA=EaAa + EcAc -Độ cứng chống uốn: EI=EaIa + EcIc [3] Dựa vào biểu đồ hình 4-11 chọn tiết diện sườn vòm (tiết diện dạng ống tròn đơn) tuỳ theo độ nhịp, phục vụ cho thiết kế sơ Sau chọn mặt cắt sườn vòm tiến hành kiểm toán khả chịu nén sườn vòm Tính toán kết cấu ống thép nhồi bê tông theo tài liệu Nga có độ tin cậy cao so với tài liệu Trung Quốc Tiết diện sườn vòm ống thép đơn cho phép vượt nhịp tối đa 76,8m Đường kính ống thép yếu tố định so với chiều dày vỏ ống thép khả vượt nhịp kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông 10 Việc tính duyệt mặt cắt sườn vòm theo cường độ áp dụng theo tiêu chuẩn Trung Quốc tài liệu hướng dẫn Nga (chương 3) 11 Trong trình thi công người ta tính toán lực căng kéo cho phù hợp với giai đoạn gia tải Mỗi đợt gia tải phải đảm bảo điều kiện bền sườn vòm điều kiện chuyển vị ngang gối cầu 12 Bê tông bơm ống thép sườn vòm bơm từ phía chân vòm với áp lực lớn Việc bơm bêtông phải liên tục không tạo vết dừng thi công lõi bêtông [13] 6.1.2 Những hạn chế luận văn: - 85 - Đề tài ống thép nhồi bê tông tương đối mẻ ngành xây dựng Việt Nam, việc tìm tài liệu nghiên cứu gặp nhiều khó khăn Mặc dù tác giả nổ lực để tìm tòi nghiên cứu với khả nhiều hạn chế, luận văn chưa thể nghiên cứu sâu sắc vấn đề Vẫn số vấn đề tính toán liên quan khả chịu lực khả ổn định sườn vòm mà luận văn chưa giải : - Tính toán khả chịu nén vòm có mặt cắt ghép (tổ hợp) - Tính toán ổn định vòm mặt phẳng không gian - Tính toán lực kéo bị mát kéo giai đoạn thi công để điều chỉnh lực kéo bó cáp 6.2 Kiến nghị Trong tương lai cầu vòm ống thép nhồi bê tông cần quan tâm nghiên cứu số lónh vực khác nhằm hoàn thiện phổ biến công nghệ nhồi bê tông: -Vật liệu thi công chế tạo cấu kiện cho cầu vòm: ống thép cường độ cao hàn liên kết nào; bêtông dùng để bơm có đặc điểm gì? - Các dạng cầu vòm có đường xe chạy xe chạy sử dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông - Dạng cầu vòm không khớp khớp sử dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông ÌÌÌÌÌ - 86 - TÀI LIỆU THAM KHAÛO [1] A I Kikin, R s Sanzharovski, V A Trull Kết cấu ống thép nhồi bêtông NXB Xây dựng Hà Nội 1999 (bản tiếng việt) [2] Bản vẽ SUPER-STRUCTURE OF ARCH BRIDGE, XOM CUI BRIDGE (bản tiếng Anh) [3] Lê Trường Giang Nghiên cứu ứng dụng kết cấu cột thép ống nhồi bê tông điều kiện việt nam, Luận văn thạc só Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội [4] Lều Thọ Trình Cơ học kết cấu, tập I & II NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật 2000 [5] Nghiên cứu dao động kết cấu cầu vòm liên hợp hệ treo tác dụng tải trọng khai thác, Luận văn thạc só – trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội [6] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long Cầu bê tông cốt thép, tập II NXB Giao Thông Vận Tải 2004 [7] Nguyễn Viết Trung, Vũ Văn Toản Hướng dẫn sử dụng chương trình sap2000 (Phân tích – tính toán kết cấu cầu) NXB Giao Thông Vận Tải 2001 [8] Nguyễn Viết Trung Các ví dụ phân tích kết cấu cầu chương trình sap2000 – NXB Giao Thông Vận Tải 2002 [9] Phùng Mạnh Tiến – Vũ Trí Thắng Bài báo “Cầu vòm ống thép nhồi bê tông” Tạp chí Giao Thông Vận Tải 6/2004 [10] Đặc san công nghiệp bêtông Việt Nam số 2, tháng 5/2003 [11] Hội tiêu chuẩn Trung Quốc CECS 28-90: Qui trình thiết kế thi công kết cấu ống thép nhồi bê tông NXB Kế hoạch Trung Quốc, 11/1990 (bản tiếng Trung) [12] Nguyễn Như Khải – Lê Đình Tâm Thiết kế cầu kim loại tập I, II NXB đại học trung học chuyên nghiệp 1986 [13] Trần Đại Minh Bài báo “Một số nhận xét tính Kinh tế – Kỹ thuật – Mỹ thuật loại nhịp vòm chạy Thép – Bêtông” Tạp chí giao thông vận tải [14] Ding Dajun, prof., Nanjing Institute of Technology, Nanjing, China Baøi baùo “Development of concrete filled tubular Arch bridges, China” Structural Engineering International 4/2001 [15] N.I.POLIVANOV Thiết kế cầu bê tông cốt thép cầu thép đường ôtô NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1979 [16] Brett C Gouley, Cenk Tort, Jerome F Hajjar, and Paul H Schiller Structural Engineering Report No ST-01-4 “A synopsis of studies of the monotonic and cyclic behavior of concrete-filled steel tube beam-colmns” Department of Civil Engineering Institute of Technology University of Minnesota December 2001 Chỉ số θ Cường độ nén tâm No Các đại lượng Đoạn I (nút đến nút 3) Đoạn II (nút đến nút 5) Đoạn III (nút đến nút 7) Đoạn IV (nút đến nút 9) Đoạn V (nút đến nút 11) Đoạn VI (nút 11 đến nút 13) Kiểm tra theo tài liệu Trung Quốc 66.4_1.4_0.010m 0.342 5908.254 M/N e/r ϕe lo=μ.l lo/d ϕl 0.13 0.18 0.75 6.88 4.91 0.89 0.12 0.18 0.75 5.37 3.84 1.00 0.10 0.15 0.79 5.22 3.73 1.00 0.13 0.19 0.74 5.22 3.73 1.00 0.06 0.09 0.85 5.37 3.84 1.00 0.07 0.10 0.84 6.88 4.91 0.89 N.ϕe.ϕl 3937.09 4446.13 4654.67 4358.85 5042.39 4437.17 Ntt 2071.76 1908.06 1817.46 1794.64 1860.85 2074.30 % 47.38 57.08 60.95 58.83 63.10 53.25 Chỉ số θ Cường độ nén tâm No Các đại lượng Đoạn I (nút đến nút 3) Đoạn II (nút đến nút 5) Đoạn III (nút đến nút 7) Đoạn IV (nút đến nút 9) Đoạn V (nút đến nút 11) Đoạn VI (nút 11 đến nút 13) Kiểm tra theo tài liệu Trung Quoác 66.4_1.2_0.010m 0.407 4583.773 M/N e/r ϕe lo=μ.l lo/d ϕl 0.13 0.22 0.71 6.88 5.73 0.85 0.13 0.22 0.71 5.37 4.48 0.92 0.10 0.16 0.77 5.22 4.35 0.93 0.13 0.22 0.71 5.22 4.35 0.93 0.07 0.11 0.83 5.37 4.48 0.92 0.07 0.12 0.82 6.88 5.73 0.85 N.ϕe.ϕl 2766.51 3007.60 3283.65 3037.14 3486.38 3184.52 Ntt 1991.00 1835.00 1747.00 1725.00 1787.00 1994.00 % 28.03 38.99 46.80 43.20 48.74 37.38 Chỉ số θ Cường độ nén tâm No Các đại lượng Đoạn I (nút đến nút 3) Đoạn II (nút đến nút 5) Đoạn III (nút đến nút 7) Đoạn IV (nút đến nút 9) Đoạn V (nút đến nút 11) Đoạn VI (nút 11 đến nút 13) Kiểm tra theo tài liệu Trung Quốc 66.4_1.0_0.010m 0.481 3432.533 M/N e/r ϕe lo=μ.l lo/d ϕl 0.13 0.27 0.66 6.88 6.88 0.81 0.14 0.28 0.66 5.37 5.37 0.87 0.09 0.19 0.74 5.22 5.22 0.87 0.13 0.26 0.67 5.22 5.22 0.87 0.07 0.14 0.79 5.37 5.37 0.87 0.07 0.15 0.79 6.88 6.88 0.81 N.ϕe.ϕl 1833.18 1967.48 2217.38 2014.24 2347.68 2170.80 Ntt 1920.00 1770.00 1685.00 1665.00 1722.00 1923.00 % -4.74 10.04 24.01 17.34 26.65 11.41 ... lực cầu vòm ống thép nhồi bê tông ) Nghiên cứu công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông ÌÌÌÌÌ - 11 - CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ VẬT LIỆU CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG ™ Mục tiêu nghiên. .. TẠO, TÍNH TOÁN, CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN : Nhiệm vụ: Nghiên cứu đặc điểm kết cấu ống thép nhồi bê tông, cấu tạo cầu vòm có kéo, tính toán... Nội dung nghiên cứu gồm : ) Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo vật liệu cầu vòm ống thép nhồi bê tông ) Nghiên cứu làm việc sở lý thuyết tính toán ống thép nhồi bê tông ) Nghiên cứu phương pháp tính toán