α c d
4.11. Bản liên tục nhiệt
Trong kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn nhiều nhịp, dù khe co dãn đ−ợc chế tạo rất cẩn thận vμ đạt chất l−ợng tốt thì xe chạy vẫn không đ−ợc êm thuận do đ−ờng đμn hồi không liên tục. Bản liên tục nhiệt đ−ợc đ−a vμo nhằm mục đích tạo cho đ−ờng đμn hồi liên tục, nh−ng kết cấu chính vẫn lμm việc theo sơ đồ dầm giản đơn ặ tính toán thiết kế, cấu tạo cốt thép đơn giản... Kết cấu nhịp liên tục nhiệt lμ kết cấu đ−ợc tạo ra bằng cách nối liên tục53 kết cấu nhịp dầm hoặc bản giản đơn với nhau ở mức bản mặt cầu, sao cho d−ới tác dụng của lực nằm ngang vμ nhiệt độ cầu lμm việc nh− hệ dầm liên tục, còn d−ới tác dụng của tải trọng thẳng đứng thì lμm việc nh− dầm giản đơn. Kết cấu liên tục nhiệt còn dùng nối dầm treo với phần hẫng của dầm mút thừa.
Kết cấu của bản liên tục nhiệt phải đảm bảo tính liên tục của mặt cầu vμ tiếp nhận mọi nội lực sinh ra trong một liên kết cấu nhịp mμ không cản trở đến sự quay đầu dầm (liên lμ một nhóm dầm giản đơn nối với nhau).
Dùng kết cấu nhịp liên tục nhiệt hợp lý hơn cả lμ dùng với các dầm giản đơn có khẩu độ d−ới 33m.
Việc dùng kết cấu nhịp liên tục nhiệt đặc biệt có hiệu quả ở vùng động đất cũng nh− móng trụ đặt trong vùng đất lún.
4.11.1.Cấu tạo sơ đồ kết cấu nhịp liên tục nhiệt
Kết cấu nhịp liên tục nhiệt có thể dùng cho các kết cấu dầm hoặc bản có chiều dμi nhịp bất kỳ vμ có nhiều hình thức cấu tạo trên mặt cắt dọc cũng nh− trên mặt bằng.
Quy định chiều dμi vμ sơ đồ của liên xuất phát từ những điều kiện của sơ đồ cầu, đặc tính của kết cấu vμ điều kiện khí hậu của vùng xây dựng. Cấu tạo liên một cách hợp lý lμ bằng cách để cho chuyển vị do nhiệt độ xảy ra ở cả 2 phía từ tâm liên, sao cho có thể sử dụng tối đa khả năng của kết cấu khe biến dạng.
Kết cấu nhịp có sử dụng bản liên tục nhiệt có thể dùng toμn gối di động hoặc đặt các gối cố định trên một trong các trụ của nó, đ−ợc phép chỉ dùng gối di động khi trên chiều dμi của liên đều dùng gối cao su.
Gối cố định một cách hợp lý lμ đặt ở giữa liên (Hình 4-56.a), khi khẩu độ khác thì đặt ở nhịp có khẩu độ lớn (Hình 4-56.b).
Khi chiều dμi liên đặt trên độ dốc dọc lớn, hợp lý hơn cả lμ đặt gối cố định ở phía d−ới dốc (Hình 4-56.-d) để bản liên tục nhiệt chịu lực nén.
Trong vùng đất lún d−ới một đầu của một nhịp cần thiết phải đặt gối cố định (mỗi nhịp 1 gối cố định 1 di động).
Kết cấu nhịp liên tục nhiệt dùng cho vùng động đất nếu thiết kế chỉ dùng gối di động (Hình 4-56.c).
Trong hệ dầm mút thừa nối dầm treo với dầm hẫng thì ở cả 2 đầu dầm treo (dầm treo) phải bố trí gối di động. Khi có bản liên tục nhiệt phải lμm sao cho d−ới tác dụng của nhiệt độ cầu vẫn giữ đ−ợc sơ đồ tĩnh định.
Khi đặt kết cấu nhịp trên trụ mềm, trên mỗi trụ đều phải đặt gối cố định vμ gối di động (Hình 4-56.e). Việc sử dụng gối cao su không đòi hỏi biện pháp để trụ tham gia lμm việc theo chuyển vị dọc cầu.
Gối di động có thể dùng loại gối con lăn, trục lăn, gối cao su. Khi chuyển vị lớn có thể dùng gối liên hợp (gối bê tông, gối thép), khi chuyển vị nhỏ dùng gối tiếp tuyến. Ưu việt hơn cả lμ dùng gối cao su. Không cho phép gối dầu dầm lên lớp đệm các tông.
Dùng gối tiếp tuyến lμm gối cố định thì phải xét đến gối chịu lực ngang phát sinh trong liên kết cấu nhịp.
4.11.2.Kết cấu bản nối liên tục nhiệt
Tuỳ thuộc vμo kết cấu nhịp, việc nối thμnh kết cấu nhịp liên tục nhiệt có thể có những ph−ơng pháp khác nhau. Đối với dầm cứng nối ở trên toμn bộ bản mặt cầu (Hình 4-57) hoặc trên phần bản nh−ng chỉ ở khu vực của mối nối −ớt dọc cầu. Đối với dầm bản dùng bản nối, hoặc theo mối nối then dọc vμ một phần chiều dμy của bản....
Nối theo bản mặt cầu hoặc một phần chiều dμy của bản đảm bảo điều kiện xe chạy tốt nhất vμ sự vững chắc của kết cấu, chúng đ−ợc coi lμ dạng cơ bản của mối nối trong kết cấu nhịp liên tục nhiệt.
i
Hình 4-56. Cấu tạo một liên của kết cấu nhịp (a, b – có gối cố định; c – dùng gối cao su; d – bố trí
cầu trên đ−ờng có độ dốc dọc; e – cầu trên trụ mềm; Δ - Gối cố định; ο - Gối di động; - Gối cao
Trong mọi tr−ờng hợp ngoμi chỗ nối theo mối nối −ớt dọc, các bản nối của các kết cấu nhịp kề nhau (bản cánh phần xe chạy, lớp đệm vμ san bằng, lớp phủ bê tông xi măng) phải cách ly với kết cấu nằm phía d−ới. Chiều dμi đoạn cách ly nμy đ−ợc xác định bằng tính toán. Tốt nhất chiều dμi đó lớn hơn hoặc bằng khoảng cách giữa hai gối ở hai đầu kết cấu nhịp kề nhau.
Đối với kết cấu nhịp lắp ghép đ−ợc nối theo bản mặt cầu thì khi chế tạo dầm đầu bản cánh phải để cốt thép chờ nằm ngang chiều dμi phần bản cánh để chừa lại bằng a/2 +15d; a=Ln- Ld (Ld-khoảng cách 2 đầu dầm; d đ−ờng kính cốt thép), tại đây không bố trí thép thò từ dầm lên để liên kết với bản.
Khi khoảng cách giữa 2 đầu dầm kề nhau t−ơng đối lớn ng−ời ta dùng sơ đồ (Hình 4-57.e, g). Tốt nhất vẫn dùng dầm có phần bản cánh để chừa lại (nh− phần trên). Cho phép nối tựa lên xμ ngang đầu trụ thông qua bản đệm đμn hồi có chiều dμy không nhỏ hơn 0,5cm không kể tr−ờng hợp dầm đặt trên gối cao su. Việc nối một phần chiều dμy của bản thực hiện t−ơng tự nh− nối bản mặt cầu (bản cánh dầm). Nối theo mối nối −ớt dọc áp dụng ở kết cấu nhịp có chiều rộng mối nối không nhỏ hơn 30cm (Hình 4-58), phần 1 (gạch chéo) lμ phạm vi bản nối −ớt, phần 2 phạm vi cốt thép tính toán. Để lớp áo mặt cầu phủ liên tục qua khoảng hở giữa hai đầu dầm kề nhau phải đặt ván gỗ (hoặc các tấm xốp) bịt kín.
Tr−ờng hợp nối kết cấu nhịp theo mối nối −ớt dọc mμ đầu trụ có xμ ngang mặt cắt chữ T thì phần bản mặt cầu nằm trên xμ ngang đ−ợc đổ bê tông đồng thời với mối nối −ớt dọc vμ toμn bộ mặt phẳng của bản tựa lên lớp đệm đμn hồi, để không lμm cản trở chuyển vị dọc. Cách nối nμy áp dụng cho chiều dμi liên không lớn hơn 50m vμ gối đỡ có dạng bất kỳ không kể khi dùng gối cao su.
ở cầu xiên sơ đồ nối cũng giống nh− cầu thẳng, dầm xiên đ−ợc thiết kế đặc biệt có phần cánh chừa lại hoặc dùng dầm xiên định hình. Khi dùng dầm định hình54 thì cần cắt bỏ cốt thép thò từ cuống dầm trong phạm vi bản nối tới mức mép d−ới bản cánh vμ đổ bê tông xong cuống dầm tr−ớc. Khi đó không cần đặt
δ
Hình 4-57. Sơ đồ nối theo bản mặt cầu (a-Dầm
ch−a đổ bản cánh; b-Nối khi trụ có dạng bình
th−ờng; c, d- Nối khi mặt cắt ngang xμ mũ hình
chữ T; e- Nối khi tỳ lên xμ ngang; g- Khi xμ ngang
cao bằng dầm; 1-Cốt thép chờ; 2- lớp đệm đμn
hồi; Ln- chiều dμi bản nối; hn – Chiều cao bản nối
II I I III I - I II - II III - III I III Hình 4-58. Bản liên tục nhiệt
dầm ngang đầu dầm đã đ−ợc xét trong thiết kế định hình dầm xiên. ở cầu dầm xiên cũng có thể nối theo mối nối −ớt dọc.55
Kết cấu nhịp của cầu trên mặt bằng lμ đoạn cong thì đ−ợc nối theo bản mặt cầu. Mặt bằng bản nối có dạng hình thang.
Khi nối kết cấu nhịp theo bản mặt cầu thì mác bê tông bản phải dùng mác bê tông của kết cấu nhịp. Bố trí cốt thép nên dùng cốt thép loại AI-AIII cũng có thể dùng cốt thép ứng suất tr−ớc để nối.
Cốt thép tính toán của bản nối đ−ợc bố trí trong phạm vi chiều rộng của dầm vμ mối nối −ớt dọc. Cốt thép ở mối nối −ớt dọc, biện pháp hợp lý lμ đặt liên tục từ nhịp nμy sang nhịp khác, khi chiều dμi cốt thép không đủ thì đặt trong mối nối −ớt dọc cốt thép ngắn có chiều dμi bằng chiều dμi cốt thép của bản nối (khi nối kết cấu nhịp ở bản cánh dầm). Khi nối kết cấu nhịp theo mối nối −ớt dọc cốt thép tính toán bố trí trên chiều dμi 200-250 cm với kết cấu nhịp ở cầu thẳng vμ trên chiều dμi (bcđs + bmn)cotgα +(80-100cm) với kết cấu nhịp ở cầu xiên; bcđs – chiều rộng của cánh chỉ có phần đúc sẵn, bmn – chiều rộng mối nối −ớt56.
Khi nối kết cấu nhịp theo bản mặt cầu nếu chiều dμy lớp đệm lớn quá 8-10cm, để giảm bớt độ cứng của chỗ nối, bên trên mặt cắt ngμm của bản nối một cách hợp lý thì quãng hở nhét đầy mattít, hoặc đặt một tấm gỗ (hình 12). Khi nối kết cấu nhịp theo mối nối −ớt dọc chiều dμi lớp bê tông đệm trong phạm vi 100-120cm phải cách ly đối với dầm bằng lớp đμn hồi vμ đ−ợc bố trí cốt thép. Trong tất cả các sơ đồ nối kết cấu nhịp, lớp phòng n−ớc đặt tại chỗ nối không đ−ợc dính vμo lớp bê tông. Nh− vậy trên chiều dμi bản nối cộng 25cm về mỗi bên, lớp phòng n−ớc cần thiết phải cách ly với lớp bê tông đệm vμ lớp bảo vệ (lớp phủ bê tông xi măng) bằng lớp giấy dầu, giấy sáp, vải Pôlyetilen.v..v.
Lớp đμn hồi lμm bằng một số lớp giấy dầu, dán bằng nhựa đ−ờng chiều dμy lớp đμn hồi lấy bằng 0,5-1,0cm
Tại chỗ liên kết chốt của kết cấu nhịp cần bố trí cốt thép phụ thêm trong lớp bảo vệ. Khi nối theo mối nối dọc thì đặt trong lớp bê tông đệm, dùng l−ới cốt thép hμn hoặc buộc loại thép AI đ−ờng kính 6mm với mắt l−ới không lớn hơn 10x10cm.
4.11.3.tính toán kết cấu nhịp liên tục nhiệt
Thiết kế kết cấu bản liên tục nhiệt bắt đầu từ việc tạo liên (gồm bao nhiêu nhịp?), chiều dμi liên đ−ợc chọn bằng việc so sánh các ph−ơng án sử dụng các loại gối cầu vμ kết cấu khe biến dạng khác nhau. Tiêu chuẩn hợp lý của chiều dμi liên lμ sử dụng tối đa khả năng của các loại gối cầu vμ khe biến dạng đảm bảo đ−ợc chuyển vị dọc của cầu.
Sau khi xác định chiều dμi liên, loại hình gối vμ kết cấu khe biến dạng, ng−ời ta chọn kiểu nối liên tục nhiệt của kết cấu nhịp vμ tiến hμnh tính toán.
Chuyển vị dọc trong liên của kết cấu nhịp ở mức gối cầu vμ khe biến dạng đối với mặt cắt cố định của liên đ−ợc xác định do tác dụng của nhiệt độ, co ngót vμ từ biến có xét đến tuổi của bê tông dầm lúc đặt dầm vμo trụ vμ nối thμnh liên.
Biên độ chuyển vị dọc của kết cấu nhịp ΔT do tác dụng của nhiệt độ tính theo l−ợng chênh lệch nhiệt độ: bằng hiệu số nhiệt độ tính toán d−ơng vμ âm ở địa điểm xây dựng. Theo quy định của Snhip - A.6-72 . Nhiệt độ tính toán d−ơng lμ nhiệt độ lớn nhất của không khí tmax trong suốt thời gian quan sát, nhiệt độ tính toán âm lμ nhiệt độ bình quân ngμy đêm của ngμy lạnh nhất trong thới gian quan sát tmin.
ΔT = α (tmax - tmin ) L (4-2)
Trong đó :
L : khoảng cách từ mặt cắt cố định của liên đến mặt cắt cần xác định chuyển vị.
Ngoμi biên độ chuyển vị do nhiệt độ còn xác định khoảng chuyển vị (co vμ dãn) trong liên đối với vị trí của nó trong thời điểm nối. Nhiệt độ tính toán khi nối lμ nhiệt độ thực tế bình quân ngμy đêm lúc nối dầm. Nếu nhiệt độ thực tế còn ch−a rõ, để tiến hμnh tính toán có thể lấy nhiệt độ khi nối không thấp hơn 10 0C. Khi đặt kết cấu nhịp lên gối cao su, xác định chuyển vị theo chiều dμi của liên ở mức gối, cần xét đến chuyển vị đã có tại chỗ của kết cấu nhịp tr−ớc khi nối chúng thμnh liên.
Chuyển vị do co ngót vμ từ biến của bê tông xác định ở mức đáy vμ đỉnh dầm (kết cấu nhịp) theo cách tính trình bμy trong CH-365-67. Trị số chuyển vị do co ngót vμ từ biến đối với kết cấu nhịp thiết kế định hình có thể chọn trong bảng tra.
Sơ đồ cơ bản để tính toán bản nối lμ dầm bản ngμm hai đầu có khẩu độ tính toán lμ ln chính lμ bằng chiều dμi bản cách ly khỏi kết cấu phần d−ới.
Tính toán bản nối trong giai đoạn lμm việc đμn hồi d−ới tác dụng của nội lực phát sinh trong bản.
+ Do chuyển vị góc vμ chuyển vị thẳng đứng ở mặt cắt ngμm của bản gây ra bởi hoạt tải vμ tĩnh tải phần II tác dụng trên kết cấu nhịp đã đ−ợc nối (tĩnh tải phần II lμ tải trọng của lớp mặt cầu đặt lên sau khi bê tông bản nối đã đạt c−ờng độ, kể cả phần đ−ờng ng−ời đi nếu đ−ợc lắp đặt sau khi đã nối kết cấu nhịp thμnh liên).
+ D−ới tác dụng của hoạt tải vμ tĩnh tải trực tiếp trên bản nối. + D−ới tác dụng của lực hãm.
+ Do phản lực ở gối khi chuyển vị do nhiệt độ thay đổi. + Do đặt trên độ dốc.
Góc quay vμ chuyển vị thẳng đứng tại mặt cắt ngμm của bản nối xác định theo tải trọng tiêu chuẩn, còn các tác dụng khác tính theo tải trọng tính toán.
Khi tính toán bản nối không xét tác dụng co ngót vμ từ biến của bê tông dầm vμo trạng thái ứng suất của nó, vì tuổi của bê tông dầm vμ bản chênh lệch nhau nhiều.
Nội lực tính toán của bản nối có thể lμ nội lực bất kỳ do các nhân tố kể trên gây ra hoặc tổ hợp các của các nội lực (Bảng 4-14). Khi đó tổ hợp nội lực do lực hãm hoặc do biến đổi nhiệt độ với các nội lực khác lấy lμm tổ hợp chính.
Nội lực trong bản nối có chuyển vị góc vμ chuyển vị thẳng đứng ở mặt cắt ngμm bản xác định theo công thức sức bền vật liệu, Nội lực do tĩnh tải phần II xét tác dụng trên cả hai nhịp kề nhau, còn hoạt tải chỉ xét tác dụng trên một nhịp. Khi nối các khẩu độ khác nhau thì tiến hμnh chất tải lần l−ợt từng khẩu độ vμ tính bản với nội lực lớn nhất.
Tổ hợp nội lực tính toán bản liên tục nhiệt
Bảng 4-14
TT Tên Nội Lực Nội Lực xét đ−a vμo tổ hợp
1 Mômen uốn vμ Lực cắt do chuyển vị góc vμ thẳng đứng ở mặt cắt ngμm bản
do tác dụng của hoạt tải trên kết cấu nhịp Không cùng với 3
2 Nh− trên, do tác dụng của tĩnh tải phần II trên kết cấu nhịp Với tất cả
3 Nh− trên, do tác dụng của hoạt tải trên bản nối Không cùng 1 vμ 5
4 Nh− trên, do tác dụng của tĩnh tải trên bản nối Với tất cả
5 Nội lực nằm ngang do lực hãm Không cùng với 3,6(*)
6 Nội lực nằm ngang do tác dụng của ma sát hoặc lực chống cắt ở gối do nhiệt
độ biến đổi
TT Tên Nội Lực Nội Lực xét đ−a vμo tổ hợp
7 Nội lực nằm ngang do trọng l−ợng bản thân của kết cấu nhịp khi cần đặt trên
độ dốc dọc Với tất cả
Ghi chú : (*) Nội lực nằm ngang do lực hãm vμ do tác dụng của biến đổi nhiệt độ (5, 6) xét
tính đồng thời chỉ khi kết cấu nhịp kê trên gối cao su. Khi đó khoảng biến đổi nhiệt độ lấy từ nhiệt độ khi nối thμnh liên đến nhiệt độ bình quân của cả thời kỳ mùa hè vμ mùa đông.
4.12. Kết cấu nhịp bán liên tục (semi-continue)
Thông th−ờng kết cấu nhịp đ−ợc chế tạo thμnh từng nhịp (phân khối theo chiều dọc) vμ đ−ợc