9.4.3.1. K h á i n iệ m về hệ s ố có hiện n i a tiết diẹn
Hệ số có hiệu (p ) của tiết diện chịu uốn dược (lịnh nghĩa như sau: I
p “ Avv' T rong đó; I - m ô m cn quấn tính tict diên;
A - d i ệ n lích tièì diện;
V , v ’ - kh oảng cách từ trục trung hoà tới mép trên và mép dưới tiết diện.
H ệ s ố c ó h i ệ u t hổ h i ệ n khả năng chịu u ố n c ủa tiết diên, trườn IỊ hợp lí t ư ở n g p = 1,0, tiết diện c h ữ n h ật p = 0,33, tiết diện hộp p - 0,60.
9 . 4 3 2 . D ạ n q tiết diện
Đ ặ c đ i ể m c ủ a c ầ u đ ầ m liên tục và k h u n « thi cònu liảne là chịu m ò m e n hai d ấ u trong thi c ô n g và k h a i t h á c , nê n tiết d iệ n hộ p là loai tiếl diện thích hợp hơn cả t r o n g q u á trình chịu lực và thi công . Sau đày là các ưu điem chính cứa tiết diện hộp:
- T r o n g thi c ô n g h ẫ n g , hệ chủ yếu c h ịu m ô men âm, có trị số lớn nhât ứ k h u vực trụ c ầu , t h ớ dưới c ủ a tiết d i ệ n c hịu nén. Tiết d i ệ n h ộ p có hàn đáy chịu nén, d ẻ d à n g thay đổi tiết d i ệ n đ ể t h í c h h ợ p với đ i ể u kiên chịu [ực và ốn định của biên chịu nén d o c ó đ ộ cứng ng ang lớn (chiều rộ ng bản đáy lớn).
- T i ế t d i ệ n h ộ p c ó hệ s ố có hiệu tương dối lớn p - 0,60 và trone t rang t há i giới hạn c ư ờ n g đ ộ, c á n h t a y đ ò n m ổ r n c n lớn ( k h o a n g c á c h ciữa trọim tâm cốt t h é p c h ị u kéo và bản bê tồng ch ịu nén) .
- Tiết diện hộp thích hợp với kết cấu lắp ghép phân khối ngang, ổ n đị n h tốt trong quá trình thi công và chịu lực tốt trong khai thác.
- Tiết diện hộp kín có m ô m en chống xoắn tốt hơn các tiết diện hở, là m g i ảm đ ộ xoay tiết diện ngang khi chịu lực lệch lâm, phân bố tải trọng giữa các vác h d ầ m tốt hơn. Tính c hố ng xoắn có thê cho phép c ấ u tạo tiết diện khô ng cần các giằng n g a n g .
- Tiết d iệ n hộp kín toàn cầu thuận tiện c h o việc lưu thông t r o n g lòn g h ộ p k h i c ă n g k é o các b ó cốt thép trong thi cô n g và dễ k i ểm tra, bảo qu ản, sửa c h ữ a tr o n g q u á trình khai thác.
- Tiết diệ n hộp có chiề u cao thay đổi, vách xiên, tạo vẻ m ỹ q u a n tốt h ơ n cá c hệ d ầ m thẳng.
9.4.3.3. Sỏ'lượng hộp trong tiết diện nganq
Trên quan điểm thi công, để giảm nhẹ công tác ván khuôn nên chọn tiết diện hộp một ngàn. Tuy nhiên tiết diện hộp một ngăn thường chỉ thích hợp với các cầu hẹp, ví dụ cầu cho hai, ba làn xe, trong đó khoảng cách giữa hai vách khoảng 5 4- 7m. Tiết diện hộp một ngãn có sô' lượng vách ít nhất (2 vách) nén giảm được khối lượng vật liệu vì mỗi vách cần có chiều dày tối thiểu để chịu lực cắt, đê’ chứa ống bọc cáp, cốt thép thường, chiều dày lớp bảo vệ và khoảng trống giữa các cốt thép đủ để thi công. Tiết diện hộp m ộ t ngăn, do có chiều dày vách lớn hơn nên có thê bô trí bó cáp xiên và neo trong vách để tăng cường khả nàng chịu cãt của tiêt diện, trong khi ờ tiết diện hộp nhiểu ngăn, d o vách k hô n g đủ dày, cốt thép và neo chỉ có thể bố trí trong bán và ụ neo ngoài vách.
Khoảng cách giữa các vách thường xác định iheo diéu kiện uố n n g a n g của bản mặt cầu chịu tĩnh và hoạt tải. Theo AASHTO, chiéu dàv tối thicu của bản là 175 m m , nếu xét đến lớp chố ng hao mò n thì chiều dày của bản khoảng 200 -ỉ- 2 5 0 m m , với chiều dày đó khoảng cách giữa các vách thay đổi từ 5000 -4- 7000mm . A A S H T O cũ ng q u y định nếu nhịp bản lớn hơn 45 0 0 m m thì cần bố trí cốt dự ứng lực ngang trong bản. Chiều dài bản hẫng cũng được chọn trên cơ sở cân bằng m ố m e n âm trên gối bản (vách d ầm ) do bản hẫng và bản trong gây ra để có thể bố trí lưới cốt thép chịu m ô m e n âm liên tục trên gối bản, đồng thời chiều dài bản hẫng cũng kh ông quá lớn, gây m ô m e n uố n cục bộ trong vách. Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều dài cánh hẫng không nên lấy lớn hơn B/2, trong dó B là khoảng cách giữa hai vách dầm (hình 9.17a).
Nh ư vậy tiết diện hộp một ngăn chỉ thích hợp cho các cầu có chi ều r ộng B = 9 -H 13m. Đối với các cầu rộng hơn (B = 13 -H 18m) thì có thể dùng hộp hai ng ãn bằ ng c ác h thêm một vách vào giữa hộp (hình 9.17b), hoặc bố trí hai hộp nhỏ (B = 18 -í- 2 5 m ) đứ ng song song nhau (hình 9.17c). Tiết diện hộp nhiều ngăn thường không k in h tế vì giá thành c h ế tạo tăng do cấu tạo ván khuôn phức tạp.
a) b) c)
/<13m 13m </< 13m 18m </< 25m
H ìn h 9.17. Các dạng íỉết diện tìqatiq cua cầu dám hộp thì cônq lìẩtii> a) Mộĩ nqãn; b) Hai ỉì^ăn; c) Hai hộp dứiỉí’ soiìẹ song
V á c h đứ ng bẽn ngoài có thể bố trí thắng đứng hoậc xiên (hình 9.18). V ác h xiên tạo dán g đẹp hơn và có thể giảm dược chiều rộng trụ và móng, giảm khối lượng bản biên chịu nén trong các dầ m có chiều cao thay đổi, nhưng cấu tạo ván khuôn phức tạp hơn.
H ình 9.18. Tiết diện hộp có vách xiên
16,60
Tiết diện hộp một ngăn có nhiều ưu điểm nhưng bị hạn c h ế về chiều r ộng cầu. Đ ể có thể áp dụng cho các cầu rộng mà không tăng chiều dày bản mặt cầu thì có thể b ố trí các sườn ng ang bên dưới, biến bản làm việc theo hai phương, như vậy có thể tăng chiều dài nhịp bản mà không tăng chiều dày (hình 9.19) và có thể không cần bố trí cốt thép dự ứng lực ngang trong bản.
Cuối cùng có thể dùng tiết diện hộp nhiều ngăn, trong đó các vách giữa hộp b ố trí thẳng đứng, hai vách ngoài xiên. Tiết diện loại này có độ cứng chống xoắn cao, và có hình dạng k h í động học tốt, tuy nhiên rất phức tạp khi chiều cao thay đổi vì vậy chúng thường có chiều cao không đổi và được sử dụng nhiều trong các cầu dây văng (hình 9.20).
H ình 9.20. Tiêì diện hộp Iiliiéii ngăn
a) Cầu Metro Marn la Vallee; b) Tiết diện ngaiìỊi cáu Saint - Cloud 9 .4 .3.4. C hiều d ày vách
Tr o n g tiết diện hộp, vách dầm làm nhiệm vụ chịu cắt, chứa cốt thép đai, chứa ống bọc cáp, làm lớp bảo vệ và đủ rộng đê có thể đổ bê tông, chiều dày vách cần thoả mãn các điều kiện sau:
a) Ở trạng thái giới hạn cường độ, chiều dày vách tại tiét diện trên trụ, nơi có lực cắt lớn nhất:
T < T - Lb “ Lh
Trong đó: Th - sức kháng cắt có hè số cúa hê tôns.
ứ n g s u ấ t cắt t r o n g v á c h d o hai t h à nh phần: lực cắt V ( Tị ) và m ó m e n x o ắ n M x ( I 9):
^ b = ^ l + ^ 2
_ vs
T' “ I(b-<Ị>j
s, I - m ô m e n tĩnh cắt và m ôm en quán tính cua tiết diện;
= M x
2 2 A ( b - ệ ) ệ - đ ư ờng kính ống bọc cáp;
A - diện tích tiết diện ngang trung bình; b - chiều dày vách.
Đối với tiết d iệ n hộp có chiểu cao thay đổi thì tiết diện nguy hiếm cắt thường nằm ở kh oản g m ột phần sáu nhịp.
Nếu d ù n g cốt thép kéo trước uốn xiên hoặc cốt đai dự ứng lực thì có thể g i ảm chiều dày vách b. Cốt đai dự ứng lực có thê dùng thép ihanh cường độ cao, hoặc tao cáp. Ô ng bọc được bơm vữa sau khi căng (hình 9.21) dể chòng gỉ trong cầu kéo sau, nếu d ùng kết cấu lắp g h ép kéo trước thì khôníỉ cần ống bọc c á p cho cốt dai.
b) Chiéu dày tối thiểu của vách theo điổu kiện thi cỏníĩ (hình 9.22).
Còt thép đai thưòno có đườno kính 10 - 16mm với chiều dày lớp b ảo vệ tối thiểu 20inm, k ho ảng rỗng đổ lọt bê tỏng dược quy định lớn hơn 1,5 kích thước to nhất của cốt liệu (giả thiết kích thước lớn nhất cúa cốt liệu là 40mm), vậy chiều d ày nh ỏ nhất của v á c h t h e o d i ề u kiệ n c h ế tạo là:
b > ệ + 2(20 + <Ị)C + ộ] + 60)mm Trong đó: (ị) - đườne kính ốníĩ bọc;
<Ị)C - đường kính cốt đai;
ộị - cỉườns kí nh cốt t h é p p h â n b ố dọc.
Đối với các tiết diện có chiều cao lớn, cốt thép dày đặc thì có thể lấy chiề u dày vách lớn hơn để dễ thi công. Theo 22TCN 272.01 chiều dày tối thiểu của vách phải không nhỏ hơn các trị số sau:
- Đối với vách dầm không có cốt thép căng sau theo phương dọc hoặc đai dự ứng lực căn g sau: 2 0 0 m m
- Vách d ầ m chỉ có cốt thép căng sau dọc cầu hoặc đai: 300mm
- Vách d ầ m có có ca cốt dự ứnạ lực theo phương dọc và đai: 3 7 5 m m
Chiều dày tối thiếu cúa vách dầm có sườn có thể lấy bằng 175mm.
Oeịịịị,
H ình 9.22. Chiền dày tối thiểu của vách theo chén kiện thi công
9.43.5. Chiều dày bản trên
9. 4.3 .5 .I. Bản kiểu d ầ m
Trong tiết diện hộp thi công hẫng, bản trên đồ n g thời cũng là bản m ặt cầu, chiề u dày được xác định theo điều kiện uốn ngang của bản có nhịp tương đối lớn ( 4 00 0 -r óOOOmm), ngoài ra bản trên còn là chỗ chứa cáp nên chiểu dày thường thay đổi tăng dần về phía vách, tạo t hành vút, nơi b ố trí các bó cáp d ự ứng lực. Thông thường có thể cấ u tạo hai vút: vút (1) đ ể đ ả m bảo liên kết chắc chắn bản với vách, vút (2) n h ằm tăng cường tiết diện chịu m ô m e n âm và m ở rộng diện tích để bố trí cá p d ự ứng lực và neo (hình 9.23).
Vết nứt
1 I I I
60°
b)
Ố
H ìn h 9.23. Chiểu dày bởII trên
a) Hiệu ứng vòm của bản; b) Tạo vút bản mặt cẩu
Chiều dày c ủ a bản h0 phụ thuộc vào chiều dài nhịp bản có thể lấy n h ư sau:
f L
h 0 =
36 + 100 m m
Trong đó: L - nhịp của bản lấy bằng k ho ản g cách tĩnh giữa hai vách.
Công thức này cho chiều dày hơi lớn vì k h ô n g kể đến hiệu ứng vò m c ủ a bản. Trên thực t ế có thể lấy chiều dày bản nhỏ hơn mộ t chút khi xét đến ảnh hưởng c ủ a hiệu ứng vòm. Đối với các nhịp lớn của bản mặt cầu (lớn hơn 7m) thì có thể áp d ụ n g bản c ó sườn n g ang (hình 9.19).
The o 2 2T C N 272.01, chiều dày củ a bản trên và dưới k h ôn g được n h ỏ hơn (1/30) ( A 5 . 14.2.3.10) kh oản g cách tĩnh giữa các vách dầm, nếư nhỏ hơn thì b ố trí th êm các sườn ngang với k ho ản g cách bằng k h oả ng cách tĩnh giữa hai vách hoặc vút d ầ m .
Ciiổu dày bản trôn không nhó hơn 2 2 5 m m nêu có neo cốt thép ng ang c ãn g sau và khôr.g nhỏ hơn 2 00 m m ngoài vùng neo đối với bản cãníz trước. Phải d ù n g cốt thép dự ứng iực ngang khi nhịp bản (khoảng cách tĩnh giữa hai vách hoặc vút) bằng hoặc lớn hơn 450Cinm. Có thể dùng tao cáp 12,7mm hoặc nhỏ hơn ch o bản c ă n g trước.
9 4.3.5.2. Bán hẫng
C.ncu dày bàn hẫnạ: chiều đàv đáu cánh hẫng thườns láv b ằn g chiều dày bản giữa h0, chiều dàv tụi vách lây bằng chiều dàv vút bản giữa nhịp.
9.4.3A Chiều dày bán đáy
Chiều dày bản đáy tại giữa nhip h ’ thường xác đinh theo yêu cầu bảo vệ các bó cốt thép chịu mổmen dương: Chiều dày nhỏ nhât thường là 2,5ệ, trong đó (Ị) là đường kính ống bọc cáp. Chiều đàv bản đáy còn có tác dụng làm biên dưới chịu nén nên thường có chiều dày t ă ng J ầ n từ giữa nhịp vào trụ và tại mỗi tiêt d iệ n c ầ n đủ dà y đê c hịu u ố n d o t r ọ n g ỉượng bản thân, đủ cứng đê đảm bảo ổn định của biên chịu nén, về khía cạnh này vách xiên làm tăng ổn đính cua bản đáy chịu nén. Chiều đàv bản đáy trên trụ trung gian được xác định theo khả Iiăníỉ chịu nén của bê tông dưới tác dụng của tải trọng khai thác tại trạng thái giới hạn cường độ. Tuv theo chieu dài nhịp, chiều dày bản đáy trên trụ có thể dày từ vài chục centimet đến hàng mét. Tai vị trí liên kết giữa bản đáy và vách thường bố trí vút, nếu vút có góc nhỏ hơn 45" thì nên mờ cửa sổ đế bò trí đầm dùi khi đổ hê tông (hình t).24).
D i lliuạii liệii t h o cong lác lạo giàn giáo, lắp láp các ilnẻí bi dơ đạc khi kiể m tra, bảo quản cáu. trons, giai (loan thiết k ế và thi c ô n g cần cấu tạo các lỗ c h ờ dưới bản đáy.
Ị 0,5 ộ hoăr;3cm _ - 1---ỉ---1 1 1 ' r r ~ ~ e j --- * • .* ■ ‘t’ e ’> 2,5ộ • 1--- ■■ 1 : q ộ 20,40
hình 9.24a. Chiều dày tối thiểu của bản đáy
30,86
■1
o xr
16* ví
T iết d iện ngang cấu B en de r
Ván khuôn trong
C ửa sổ
H ìn h 9.24b. Chiên dày bủn đáy
9.4.3.7. Chiêu cao dầm và Ỉtìỉỉlì dụỉìiỊ íỈKỜnạ biên (lưới
Cầu tiết diện hộp thi công hẫng thường dùng cho các nhịp lớn (> 60m). Dưới tác dụ ng của trọng lượng bản thân hệ làm việc theo sơ đồ dám hẩng nén m ò m e n âm tai tiết diện trên trụ thường lớn hơn nhiễu so với môm en đương giữa nhịp, do đó cầu thích hợp với các tiết diện có chiều cao thay đổi, trong dó chicu cao dám thường xác định theo điểu kiện chịu m ỏ m e n âm. Chiều cao tiết diện dầm trẽn trụ trung gian H thường lấy:
H = (0,06 + 0,07 )L Trong đó: L - chiều dài nhịp chính.
___ h|
Biên dưới dang parabốn
hr
Chiếu cao khôna đủ Đường cong dạng bâc ỉil
Giằng ngang
Biên dưới thảng
Tãng day trong chiẽư cao khòng ơố!
Tãnạ day ngoai :hiéu cao ban thay dổi
Chiều cao tiết diện giữa nhịp chỉ chịu mômen dương do tĩnh tải chất thê m và hoạt tải nén có thể lấy nhỏ hơn, nhưng tối thiểu phải đủ đổ thi công trong lòng hộp. Chiều cao nhỏ nhất của tiết diện giữa nhịp có thế lấv bằng 2000mm đổ có thể thi cô n g ván khuôn, căng cáp và kiểm tra, sửa chữa trong khai thác. Đối với các nhịp lớn trên 80 - lOOm, trị số môrnen dương tăng, cộng với nội lực phụ do từ biến co ngót và nhiệt độ chiều cao tiết diện giữa nhịp có thổ lấy 2500mm. Chiều cao của các tiết diên trung gian xác định theo sự thay đổi đường biên dưới, thường lấy theo dạng đường cong bậc hai. Biên dưới cong vừa thích hơp với điều kiện chịu lực vừa tạo vẻ mỹ quan. Một số trường hợp để đem giản ván khuôn thì có thể tạo đường biên dưới thẳng (hình 9.25) hoặc có chiều cao k h ô n g đổi khi trong lòng h ộp bố trí các ống dẫn nước, hơi hoặc đường xe điện.