hợp thép-BTCT
Trọng lợng thép gồm trọng lợng dầm mặt cầu, dầm đờng ngời đI, trọng lợng giàn hoặc dầm chính và trọng lợng các hệ liên kết.
Trọng lợng khung dầm mặt cầu (nếu nó có) trên 1m2 mặt cầu tính giữa các tim giàn
lấy nh sau:
- Nếu chỉ có dầm ngang lấy bằng 40 - 60kg/m2. - Có dầm ngang và dầm dọc lấy bằng 80 - 120kg/m2. - Trọng lợng thép cho lề ngời đI lấy bằng 30 - 50kg/m2.
Trọng lợng thép của hệliên kết thờng xem là hàm số của trọng lợng giàn chủ hay dầm chủ:
glk = δ.gg trong đó δ lấy bằng 0,1 - 0,12.
Trọng lợng thép dàn hay dầm chủ có thể xác định theo công thức của N.X. Xtơreletxki:
gg = l(1,4. a. k0 + 1,2 b.gmc. )/ [R/ γ - 1,2.b.l.(1 + δ )]. Trong đó :
gg : trọng lợng thép trên 1 m dài giàn hay dầm. l : nhịp tính tốn của giàn hay dầm.m
1,4 và 1,2 : các hệ số vựơt tải ( hoạt tảI và tĩnh tảI ) trong đó đối với tĩnh lấy trị số trung bình là 1,2 cho mọi tảI trọng cố định.
γ trọng lợng riêng của thép 8750kG/m3
gmc : trọng lợng mặt cầu và đờng ngời đI trên 1 m dàI giàn hay dầm.
k0 : tải trọng tơng đơng của tất cả các loại hoạt tải (ô tơ + ngời đI bộ) có xét hệ số phân bố ngang, hệ số làn xe, hệ số xung kích :
k0 = (1 + à).k0,25.βo.η0 + 0,4ηn.
η0 ,ηn: các hệ số phân bố ngang của ôtô và ngời. βo: hệ số làn xe.
k0,25: tải trọng tơng đơng của một làn ô tô với đờng ảnh hởng tam giác có đỉnh ở l/4 nhịp.
0,4 : tải trọng của đoàn ngời trên 1 m2 lề ngời đi (T).
a, b : đặc trng trọng lợng tuỳ theo các loại kết cấu nhịp khác nhau (xem bảng 8 - 10).
So sánh các phơng án kết cấu
Khi so sánh các phơng án kết cấu và chọn phơng án hợp lý nhất, ngời ta xét các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác nhau nh: giá thành dự toán (vốn đầu t), nhân lực, thời hạn thi cơng, phí tổn khai thác, khối lợng bê tông và thép cho kết cấu chính và phụ.
Khi chọn phơng án kết cấu cầu thành phố và ngoại ô cũng nh cầu trên tuyến đờng trục lớn thì ngồi những chỉ tiêu trên hình dáng bên ngồi của cơng trình cũng có một ý nghĩa quan trọng
ảnh hởng đến việc chọn phơng án cịn có thể do có sẵn hay khơng các thiết bị vận
chuyển và lắp ráp chuyên dụng và những máy xây dựng khác: kích để căng kéo cốt thép, đà giáo vạn năng, cần cẩu, búa chấn động, giá đóng cọc xiên v.v...Trong các trờng hợp đó dù phơng án có hợp lý nhất về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thì nó cũng không thể chấp nhận nhận đợc nếu đơn vị thi cơng khơng có đủ các phơng tiện vận chuyển và thiết bị thi công cần thiết đáp ứng yêu cầu đề ra.
1/. So sánh các phơng án theo giá thành dự toán.
Trờng hợp đơn giản nhất là khi kết cấu nhịp, mố trụ và nền móng thuộc cùng một loại và các phơng án chỉ khác nhau về kích thớc hoặc tổ hợp các nhịp (hình 29, 30), lúc đó ta chỉ cần so sánh giá thành dự tốn. Khi đó đã giả thiết rằng các phơng pháp và thời hạn thi công theo mỗi phơng án là nh nhau hoặc khác nhau rất ít.
Các trị số gần đúng của giá thành dự tốn có thể tính theo khối lợng của các hạng mục cơng tác riêng biệt (xem bài 5) và theo đơn giá tổng hợp (xem phụ lục 12).
2/. So sánh các phơng án theo giá thành quy đổi
Khi so sánh các phơng án khác nhau về sơ đồ kết cấu, về vật liệu đợc sử dụng hay khác nhau nhiều về thời hạn thi cơng, thì việc đánh giá chúng về tính kinh tế trở nên rất phức tạp. Vì khi chọn phơng án hợp lý nhất cần chú ý khơng chỉ giá thành dự tốn mà cịn phảI lu tâm đến các mặt ảnh hởng tới vốn đầu t, do những nhân tố khác nhau nh: chi phí lao động, thời hạn thi cơng, chi phí khai thác theo từng phơng án đem so sánh. Để xét ảnh hởng các yếu tố đó, ta có thể xác định giá thành gọi là giá thành quy đổi của từng phơng án và đem so sánh chúng.
Giá thành quy đổi xác định theo công thức:
Kquy đổi = Ki + (∋i/ EH) - Pi - HI (5) Trong đó:
Ki : vốn đầu t (giá thành dự tốn) của phơng án thứ i.
∋i: kinh phí khai thác hàng năm, lấy theo tỉ số phần trăm của giá thành kết cấu nhịp,
đối với nhịp BTCT lấy gần đúng ∋i = 0,3%, đối với kết cấu nhịp thép lấy ∋i = 0,8%. EH : hệ số hiệu quả tiêu chuẩn của vốn đầu t lấy bằng 0,1
Pi : hiệu quả kinh tế cần phảI xét nếu các phơng án đem so sánh có thời hạn thi cơng khác nhau (nhng số lợng công nhân nh nhau).
Pi = Pi' + Pi" (6) Trong đó :
Pi' : hiệu quả kinh tế do thời hạn đa cầu vào khai thác khác nhau. Pi = Ki.EH(Tcơ bản - Ti)0,5. (7)
Tcơ bản và Ti: thời gian thi cơng cầu (tính bằng năm) của phơng án lấy làm mốc và của phơng án đem so sánh.
0,5 : hệ số xét sự giảm hiệu quả kinh tế do cần phải chi phí vốn đầu t Ki sớm hơn (Tcơ
bản - Ti ) năm.
Pi" tiền tiết kiệm tính theo chi phí ghi trong hố đơn (các chi phí này coi nh cố định) khi giảm bớt thời gian thi công
Pi" = 0,083. Ki.(Tcơ bản - Ti)/ Tcơ bản. (8) Dĩ nhiên Ti có thể dơng hay âm tuỳ theo Tcơ bản hay Ti lớn hơn
Hi = số tiền tiết kiệm đợc do giảm bớt chi phí theo hố đơn. Chi phí này phụ thuộc vào số nhân cơng và quỹ lơng. Số tiền tiết kiệm đó xác định theo tỉ lệ đối với phơng án cơ sở (gốc) có kinh phí dự tốn Kcơ bản :
Hi = 0,084. Kcơ bản.(Ncơ bản - Ni)/ Ncơ bản. (9) Trong đó:
Ncơ bản và Ni = khối lợng lao động của phơng án cơ sở và phơng án đem so sánh tính bằng ngày cơng.
Hi : có thể dơng hay âm tuỳ theo Ncơ bản hay Ni lớn hơn.
Tuy nhiên cần thấy rằng, khi thiết kế sơ bộ, tính tốn nhân lực cho các số hạng trong cơng thức (9) địi hỏi mất nhiều thời gian, bởi vì chi phí nhân lực trong xây dựng cầu cha tổng hợp đợc dới dạng chỉ tiêu tổng quát (xem phụ lục 12).
3/. So sánh các phơng án về khối lợng vật liệu xây dựng chủ yếu.
Ngoài cách so sánh các phơng án về giá thành khi lựa chọn giải pháp tối u, ngời ta còn xét khối lợng tổng quát các vật liệu xây dựng chủ yếu (BT, BTCT, thép).
Trong thời gian khan hiếm thép tạm thời của nớc ta, khối lợng thép có thể ảnh hởng quyết định việc chọn phơng án.Nếu một trong các phơng án có khối lợng thép nhỏ nhất nh- ng giá thành quy đổi của nó lại khơng nhỏ nhất thì tuỳ thuộc vào điều kiện chung về cung ứng và tổ chức thi công mà lựa chọn phơng án.
Trọng lợng thép của các kết cấu phụ sử dụng trong khi thi công là một trong các chỉ tiêu quan trọng để lựa chọn sơ đồ cầu và biện pháp thi công hợp lý. Để dựng đà giáo và các cơng trình phụ tạm khác trớc đây ngời ta thờng dùng kết cấu vạn năng YUKM của Liên bang Nga. Ngày nay các Công ty xây dựng cầu của nứơc ta đều tự chế tạo bộ đà giáo vạn năng riêng của mình... Tuy nhiên thực tế thi công cho thấy không thể tránh khỏi phải dùng thêm một lợng thép không chế tạo sẵn (30%).
Khi so sánh các phơng án, ngời ta xét trọng lợng thép gọi là trọng lợng quy đổi đã đ- ợc tính đổi ra thép CT3. Muốn thế trọng lợng thép có mác khác nhau phải đợc nhân với hệ số quy đổi bằng tỷ số đơn giá của chúng với đơn giá của thép CT3 (bảng 12).
Nh vậy khi đánh giá các phơng án theo khối lợng vật liệu ngời ta so sánh:
- Khối lợng BT và BTCT
- Trọng lợng của các loại thép khác nhau (thanh cờng độ cao, cáp dự ứng lực, thép hợp kim thấp...).
-Trọng lợng quy đổi của thép dùng cho kết cấu chính,
Ngồi ra nếu có thể tính đợc trọng lợng các kết cấu phụ thì cịn so sánh các phơng án theo: -Khối lợng thép phụ đã chế tạo sẵn.
-Theo trọng lợng quy đổi của tất cả các loạI thép tiêu thụ (gồm cả 30% thép phụ không chế tạo sẵn).
Bảng 12
Mác thép Hệ số quy đổi Mác thép Hệ số quy đổi
CT3 1.0 CTM16C 1.15
CT5(có gờ) 1.05 Thép sợi cờng độ cao 2.16
CT3 cầu 1.15 Cáp thép 4.0
Xác định trọng thép lợng quy đổi địi hỏi tính tốn tỉ mỉ liên quan tới thiết kế tổ chức thi cơng theo từng phơng án. Vì vậy, khi thiết kế sơ bộ các phơng án, ngời ta chỉ so sánh các phơng án về khối lợng vật liệu tổng quát của bản thân cơng trình đó mà thơi.
4/. So sánh các phơng án theo điều kiện chế tạo và thi công.
Khi chọn phơng án cầu, để giảm chi phí lao động và rút ngắn thời hạn thi công, trớc tiên ngời ta xét xem kết cấu có đảm bảo chế tạo và thi cơng đơn giản hay khơng. Vì vậy những vấn đề có ý nghĩa quan trọng nhất lúc đó là: tiêu chuẩn hoá các cấu kiện, sử dụng đ- ợc rộng rãi kết cấu lắp ghép, sử dụng những hệ cầu không cần đà giáo hay trụ tạm khi thi công, sử dụng những hệ thống có kết cấu nền móng đơn giản v.v....
Có thể đơn giản hố và đẩy nhanh tiến độ thi công ở công trờng khi tất cả các cấu kiện: kết cấu nhịp BTCT và thép cũng nh mố trụ đợc tiêu chuẩn hố tối đa. Vì vậy ngời ta thờng chọn các phơng án kết cấu bảo đảm tiêu chuẩn hoá nhiều nhất các cấu kiện ngay cả khi những phơng án này tổn kém vật liệu hơn một chút.
Kết cấu nhịp thép xét về thực chất cũng đợc coi là kết cấu lắp ghép.
Khi lựa chọn kết cấu, thờng u tiên các phơng án thi cơng cần ít nhất kết cấu phụ tạm nh: đà giáo, trụ tạm, cầu tạm, v.v...
Trong các cầu qua sông không lớn lắm cũng nh cầu qua đờng và các nhịp ở phần bãi sơng của cầu lớn thì tốt nhất nên sử dụng kết cấu nhịp BTCT định hình dài dới 40m ,lắp ráp bằng cần trục chủ yếu di chuyển trên mặt đất hoặc trên cầu tạm loạI nhỏ bắc qua phần lịng sơng có mực nớc nơng nh: cần trục cổng, cần cẩu mũi tên tự hành trên các bánh lốp hoặc các bánh xích. Các cần trục đó cịn đợc sử dụng trong thi cơng mố trụ.
Nếu chiều dài cầu tạm ở phạm vi lịng sơng mà lớn, giá thành cần trục di chuyển bên dới thấp nh vậy sẽ khá đắt, Vì vậy, hợp lý nhất là sử dụng giá lao hẫng di chuyển trên cao. Các giá lao này đợc đa ra nhịp bằng cách lao kéo dọc mà không cần trụ tạm hay cầu tạm, trong thời gian lắp dầm giá lao sẽ tựa lên trên các trụ của nhịp đang lắp.
- Để thi cơng trụ trong trờng hợp đó ta phải dùng loại cần trục khác: cần trục tự hành hoặc cần cẩu nổi. Xung quanh trụ ở giữa sông ngời ta dựng đà giáo để làm sàn thi cơng cho các máy móc. Các khối ghép và BT đổ tại chỗ của trụ đợc chuyển ra nhờ hệ nổi hay cầu công tác loại nhỏ.
Khi xây dựng cầu BTCT kiểu khung dầm hay hẫng có nhịp 60m hoặc lớn hơn, các trụ trong phần bãi sông thi công bằng cần trục tự hành hay cần trục cổng, còn các trụ phần lịng sơng thì sử dụng đà giáo để cho máy móc thi cơng. Kết cấu nhịp thờng đợc thi cơng bằng phơng pháp lắp hẫng hay đúc hẫng.
Trong cầu vịm BTCT lắp ghép, mố trụ đều là đổ tại chỗ và phải chịu lực ngang lớn. Những vịm có nhịp nhỏ hơn 60m - 80m thờng lắp ghép từng nửa vòm bằng cần trục cổng di chuyển trên cầu tạm bắc qua phần lịng sơng. Vịm có nhịp lớn 100m hoặc hơn thờng đ- ợc lắp ghép từng khối ngắn trên giá vòm thép một nhịp tựa vào các trụ chính của cầu. Trong thực tế xây dựng, các khối này đợc vận chuyển bằng cần cẩu cáp và cần cẩu nổi để lắp ghép. Khi thi công cầu qua sông E - Nhi Xây ở thành phố Kraxnaiarxcơ, nửa nhịp vòm BTCT nặng 1.600T đợc vận chuyển và đặt vào vị trí nhờ các trụ nổi.
Kết cấu nhịp thép để vợt qua các nhịp thông thuyền cũng đợc thi công bằng các ph- ơng pháp mà sử dụng kết cấu phụ tạm ít nhất. Khi xây dựng, thờng áp dụng rộng rãi phơng pháp lắp hẫng hoặc lắp trên bờ rồi lao kéo dọc trên trụ tạm hay trụ nổi v.v...
Khi phần lớn lịng sơng sâu, giải pháp hợp lý nhất có thể là sử dụng kết cấu nhiều nhịp có chiều dàI nh nhau (BTCT hay thép) đợc lắp trên bờ và lao dọc ra vị trí nhờ trụ nổi hay trụ tạm. Với cầu nhiều nhịp, do trụ nổi đợc sử dụng nhiều lần nên giá thành của trụ đắt lạI đợc bù trừ bớt.
Trong các điều kiện địa phơng khác nhau, cũng có thể xuất hiện những yêu cầu và dự kiến thi công khác, ảnh hởng quyết định đến việc lựa chọn phơng án chính. Khi thiết kế sơ bộ, ngời ta chỉ so sánh các phơng án theo những đặc điểm thi công căn cứ vào những dự kiến tổng quát. Khi nghiên cứu thiết kế chi tiết, cịn có thể phải tiến hành so sánh về mặt định lợng các phơng án, kể cả giá thành và khối lợng thép của kết cấu phụ, hệ số lắp ghép, phí tổn chung về nhân công và thời hạn thi công.
5/. So sánh các phơng án và điều kiện khai thác :
Trong tất cả các loại cầu, trừ cầu gỗ, chi phí khai thác thờng khơng lớn lắm và hầu nh khơng có ảnh hởng quyết định đến việc chọn phơng án kết cấu. Khi so sánh các phơng án theo giá thành, thơng thờng ngời ta gộp cả chi phí khai thác vào trong giá thành quy đổi (xem công thức 5).
Khi đánh giá các phơng án trên phơng diện khai thác, một vài đặc điểm cấu tạo của chúng cũng có thể có ý nghĩa.
Nếu các vực sâu di chyển theo mặt cắt ngang sơng thì phơng án có nhịp thơng thuyền lớn hơn so với qui định sẽ bảo đảm tốt hơn về điều kiện thơng thuyền..
Khi so sánh các phơng án có hay khơng có các khe nối và chốt cũng có thể có ý nghĩa nhất định, bởi vì đó là vị trí yếu nhất của kết cấu nhịp, địi hỏi phải đợc bảo dỡng thật kỹ lỡng trong quá trình khai thác và sửa chữa thờng xuyên...Vì thế các sơ đồ cầu liên tục khơng có chốt và mối nối dọc trên suốt chiều dài nhịp có u điểm hơn so với cầu hẫng đứng trên phơng diện khai thác.
Cũng cần chú ý rằng, vấn đề khai thác cầu BTCT đợc thi công với chất lợng tốt sẽ đơn giản hơn nhiều so với cầu thép, vì cầu thép trong quá trình khi khai thác phải theo dõi thờng xuyên trạng thái liên kết đinh tán và thay thế định kỳ.
Những đặc điểm cấu tạo trên đây thờng có ý nghĩa quyết định khi lựa chọn các phơng án chính của cầu có xét tới điều kiện khai thác.
Hình dáng bên ngồi của cầu (cầu cao, cầu cạn, cầu qua đờng) là những cơng trình có chiều dài lớn, nằm lộ bên ngồi nên thờng đợc bố trí cao trên các chớng ngại vật. Vì thế hình dáng bên ngồi có thể ảnh hởng quyết định đến phong cảnh xung quanh, đến kiến trúc của tuyến đờng và thành phố. Vì thế hiện nay khi thiết kế các cơng trình cầu đờng bộ và đ- ờng thành phố cần chú ý nhiều đến việc lựa chọn dáng kiến trúc và cấu tạo của chúng. Tuy vậy trong những cầu hiện đại, ngời ta tránh mọi biện pháp trang trí để tơ điểm tạo dáng kiến trúc cho cơng trình. Hiệu quả của kiến trúc là ở chỗ biết sử dụng hợp lý cách tổ hợp tồn bộ cơng trình trong quần thể nh: lựa chọn hệ thống cầu và đờng nét kiến trúc của nó (cầu vịm, khung dầm, hay cầu dầm có chiều cao thay đổi) chọn tỷ lệ chiều dài các nhịp cũng nh tỷlệ các kích thớc của kết cấu nhịp và trụ, đa ra những quan điểm cấu tạo rõ ràng,