CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.3. GIA CƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CĂNG CÁP DỰ ỨNG LỰC NGOÀI
1.3.6. Các hình thức cấu tạo bố trí cáp ngoài dọc cầu
* Mục đích việc đặt cáp ngoài dọc cầu.
Cáp ngoài bố trí dọc cầu nhằm bổ sung cho sự thiếu hụt về sức chịu lực đối với hiện tƣợng uốn. Khiếm khuyết này thể hiện các vết nứt ở miền chịu kéo, nhƣ sau:
- Thẳng đứng ở khoảng giữa dầm đối với dầm giản đơn còn ở dầm liên tục thì chủ yếu ở đoạn cách gối ở 0.2-0.3L tức là ở đoạn giữa hai vùng mômen bằng không, với dầm đƣợc thực hiện từng đợt một, liên tiếp thì những vết nứt phần lớn tập trung vào tiết diện mối nối ở đó sự liên tục liền khối của bê tông là yếu kém.
15
- Hơi xiên ở vùng các gối tựa, ở mép dầm các vết nứt đi thẳng một đoạn nhỏ, sau đó BT chịu tác động của lực cắt lên đi xiên cho đến cuối.
Các vết nứt này làm cho các cốt thép cấu tạo cũng nhƣ CT DUL có nguy cơ bị rỉ nhanh chóng. Ngoài ra khi biến thiên lực căng trong CT vƣợt qua giới hạn 100 MPa thì phát sinh hiện tƣợng mỏi của cốt thép. Khi các vết nứt phát triển nhiều thì nó làm thay đổi sức chịu lực chung của toàn công trình do đó giảm độ cứng dọc của dầm, độ võng tăng lên do mômen quán tính giảm sút.
Nguyên nhân phát sinh và phát triển các vết nứt này chủ yếu là do công trình tính toán không đủ sức chịu lực và trong khi thi công có thiếu sót về chất lƣợng vật liệu, bố trí cốt thép không đúng bản vẽ, thiếu hụt kích thước hoặc không điều chỉnh các khuyết tật ban đầu. Trong tính toán phổ biến là không đủ tĩnh tải và các tải trọng thường xuyên nhƣ lớp phủ mặt cầu xe chạy, cần phải bổ sung làm mới trang thiết bị trên cầu mà không dự kiến trước như giải phân cách, cột đèn, đường ống nước đi qua ... Ngoài ra cũng có những vết nứt phát sinh do những hiện tƣợng không nắm bắt và đánh giá đúng nhƣ: Sự lan toả của DUL, sự phân phối ứng suất của một lực tập trung, hiện tƣợng kéo theo làm nứt bê tông sau neo khi đặt neo ở lƣng chừng (không phải đầu kết cấu)
* Các bộ phận để neo cáp ngoài.
+ Neo đặt trực tiếp vào kết cấu chủ thể: Nếu có thể đƣợc, neo đặt trực tiếp thì sẽ có nhiều thuận tiện. Nơi đặt có thể là dầm ngang đầu dầm hoặc các dầm ngang trung gian cũng nhƣ bản ngăn, ở những bộ phận này cần khoan các lỗ cho cáp ngoài cùng ống dẫn của nó đi qua. Với các số liệu điều tra khảo sát đƣợc với các dầm ngang, bản ngăn là phải tính toán lại để nó đáp ứng yêu cầu cũa các lực tập trung truyền qua neo đồng thời phải kiểm toán sức chịu lực cắt ở dầm biên, nơi dầm ngang, bản ngăn liên kết với dầm.
Thông thường các dầm ngang, kể cả dầm ngang đầu dầm và các bản ngăn trong kết cấu chủ thể chỉ thiết kế để tăng cường độ cứng ngang và chống xoắn cho nên ít đáp ứng được với các tác động mới. Vì vậy trong nhiều trường hợp các bộ phận kết cấu này không chịu đƣợc mà phải gia cố cục bộ.
+ Neo đặt vào các kết cấu bổ sung.
Các bộ phận kết cấu đặt bổ sung thường dùng là: Khối hoặc dầm ngang đầu dầm đặt bổ sung; Đặt các gối tựa bổ sung tại các bản ngăn có sẵn; Vấu neo đặt ngoài;
Khối và vách ngăn bổ sung.
- Khối hoặc dầm ngang đầu dầm đặt bổ sung: Giải pháp này đƣợc áp dụng khi có điều kiện đúc đằng sau dầm ngang dầu dầm một khối BTCT DUL, cấu kiện này đảm bảo phân bố lực tập trung mà nó có nhiệm vụ truyền vào thành dầm hoặc thành và bản dầm.
Ưu điểm: Loại trừ đƣợc mọi lực tập trung cục bộ vào chủ thể công trình. Phù hợp với kết cấu mảnh và ít cốt thép cấu tạo.
16
Nhược điểm: Đòi hỏi phải loại bỏ tấm ngăn ở mố cũng nhƣ khe co dãn nằm trên đó với xây lắp lại, với giải pháp này cáp DUL ngoài phải có chiều dài lớn hơn. Tuy nhiên đây là giải pháp có độ tin cậy cao và khuyến cáo nên dùng.
Hình 1.10: Neo đặt vào khối dầm ngang đầu dầm
- Gối tựa bổ sung cho các bản ngăn: Đây là một trong các giải pháp neo trực tiếp vào kết cấu khi sức chịu của bản ngăn không đủ chịu lực, hoặc bản ngăn cùng liên kết nó với thành dầm không đủ chịu lực.
Trong trường hợp này ta gia cường bản ngăn bằng cách đúc hoặc lắp các khối BTCT làm các điểm tựa trung gian cho bản ngăn. Ngoài ra gia cường liên kết bản ngăn với thành dầm bằng cốt thép DUL để ép chặt các mặt liên kết.
Đôi khi có đế neo DUL ngoài vào các khung thép với cấu tạo làm sao cho DUL ngoài truyền trực tiếp vào dầm mà ít tác động đến bản ngăn.
- Vấu neo đặt ngoài: Khi vùng cần phải gia cường có chiều dài hạn chế như trường hợp chỉ yêu cầu gia cường cục bộ của một phần của nhịp hoặc khi không có khả năng kéo dài toàn bộ DUL đến tận đầu dầm như trường hợp đầu dầm hoặc dầm biên chịu nén quá mức hoặc do kết cấu buộc neo DUL ngoài ở phía trong nhịp nhƣ trường hợp có nhiều dầm độc lập kề nhau thì phải dùng biện pháp tạo các vấu ngoài bê tông tiết diện để đặt neo.
Ưu điểm: Phân bố tốt DUL ngoài vào dầm chủ bằng cách rải DUL cho truyền vào nhiều điểm trên chiều dài của nhịp, tuỳ theo yêu cầu bổ sung về DUL từng đoạn.
Nhược điểm: Làm cho kết cấu chủ thể chịu những lực cục bộ quan trọng mà bản thân nó không đƣợc dự kiến để cân bằng.
Để hạn chế những tác động ngẫu nhiên có hại, thường các vấu phải đặt ở các vùng chịu nén, ở gần các nách, quá độ hoặc chỗ liên kết thành và bản ở góc và tìm cách luôn bố trí các vấu đối xứng với trục trung bình ở đầu dầm. Nếu cần cũng phải đặt các cấu kiện gia cường cục bộ dầm để tránh các hư hại trong kết cấu chủ thể.
Chế tạo lắp đặt các vấu neo có nhiều đặc điểm về thiết kế và cấu tạo. Yêu cầu chịu lực là:
+ Bản thân chịu lực tập trung khá lớn do DUL ngoài tác động qua neo.
+ Liên kết của nó với kết cấu chủ thể là liên kết ngàm nghĩa là tiết diện liên kết không bị phá hoại và khi chịu lực thì không có chuyển vị ngang, thẳng đứng và góc xoay, không có hiện tƣợng trƣợt giữa vấu và kết cấu.
Cáp ngoài Khèi ®Çu dÇm
17
+ Sự chuyển lực qua vấu neo vào kết cấu phải làm sao để vùng điều hoà ban đầu chỉ xảy ra trong vấu neo, là cấu kiện đƣợc chủ động tính toán cấu tạo để chịu đƣợc sự phân bố điều hoà của lực tập trung, đến khi truyền đến kết cấu chủ thể là kết cấu không dự kiến chịu lực tập trung thì kết quả phân bố đã ở trạng thái chịu đựng đƣợc.
Sự liên kết vấu neo với kết cấu chủ thể đƣợc thực hiện bằng ma sát, phát huy đầy đủ bằng ép mặt do sử dụng DUL ngang. DUL ngang đó thực hiện bằng các thanh thép cường độ cao siết chặt tới mức độ tạo DUL cần thiết.
* Bộ phận kết cấu dùng để chuyển hướng cáp: Trong những trường hợp cáp ngoài đặt theo hình đa giác nghĩa là tuyến cáp có các đường gấp khúc thì ở những điểm này phải bố trí bộ phận cấu tạo gọi là điểm chuyển hướng cáp (gọi tắt là điểm chuyển hướng).
Yêu cầu của điểm chuyển hướng là định vị đỉnh của góc không cho chuyển vị, định hướng để giữ nguyên góc độ không cho sai lệch trong thi công, khai thác và chịu lực nghĩa là cân bằng lực phát huy trong cáp ở ngoài điểm đó. Đó là do lực ma sát ở đường cong nơi chuyển hướng, phát sinh khi căng DUL, các tao thép trượt tương đối so với ống dẫn. Nhƣng lực quan trọng gọi là lực đẩy không: Cáp DUL khi căng có xu thế trở lại vị trí trước tiên của nó xu thế đó bị cản lại do kết cấu chủ thể tại các điểm chuyển hướng, từ đó sinh ra lực đẩy không nghĩa là lực đẩy do DUL trong cáp sinh ra mà kết cấu chủ thể giữa thế cân bằng, ngoài ra không có lực nào khác tác động.
Bộ phận chuyển hướng có hai loại: Loại vấu chuyển hướng và loại bản ngăn.
+ Bộ phận chuyển hướng dạng vấu là những khối BTCT hoặc thép liên kết với kết cấu chủ thể bằng DUL (thanh thép hoặc bu lông cường độ cao). Chuyển hướng bằng thép có thể thiết kế có thể điều chỉnh được góc độ. Các chuyển hướng loại dạng vấu gọn nhẹ nhƣng truyền lực không tốt vì khả năng truyền lực rải đều có mức độ hạn chế.
+ Bộ phận chuyển hướng dạng bản ngăn là bộ phận BTCT đổ tại chỗ hoặc kết cấu thép. Loại này liên kết với kết cấu chủ thể hoặc bằng cốt thép cấy hoặc bằng cốt thép DUL. Loại này có ƣu điểm là phân bố tốt nội lực trong kết cấu chủ thể. Nhƣng nó đòi hỏi mở cửa sổ cho đổ bê tông và đầm rung tại các tấm bản ngang phía trên. Tại phía trên của gối trung gian thường bố trí các bản ngăn có thể dùng làm điểm chuyển hướng vào đó. Cũng có thể đúc các khối gắn liền với bản ngăn làm điểm chuyển hướng.
Trong các bộ phận chuyển hướng phải bố trí các ống thép (ống thông) chống rỉ và uốn theo góc độ chuyển hướng. Để tránh cho cáp DUL và ống dẫn của nó không tựa vào mép của ống thông và mép của bộ phận chuyển hướng, chúng ta phải dùng các ống thông có đường kính to hơn ống dẫn khoảng 20-30mm.
Bộ phận chuyển hướng bằng thép dạng yên ngựa: Trong một số trường hợp có thể thiết kế để có thể điều chỉnh đƣợc độ cong và dạng đặt cáp sau khi đã căng kéo cốt thép.
18
Ống dẫn bằng keo polyethylene tỷ trọng cao (PEHD) khi đi qua bộ phận chuyển hướng phải liền không mối nối trong đoạn đó để giảm ma sát và không vì nối mà giảm độ kín khít khi bơm vữa.
Bộ phận kết cấu để định vị cáp ngoài gắn chặt vào kết cấu:
Trong trường hợp cáp ngoài căng theo đường thẳng từ neo đến neo hoặc khoảng cách của nó giữa điểm chuyển hướng này đến điểm chuyển hướng khác (được coi như kết cấu định vị) đi thẳng theo một chiều dài quá lớn thì ở đoạn giữa của đoạn cáp thẳng đó phải bố trí bộ phận định vị liên kết cứng với kết cấu chủ thể.
Nhiệm vụ của chúng là ở điểm liên kết đó cáp và kết cấu cùng chuyển vị thẳng đứng nhƣ nhau theo chiều uốn của kết cấu để tránh cong vênh đi đến mất ổn định hình dạng do chiều dài tự do của cáp ngoài quá lớn khi căng DUL ngoài đến sức căng ban đầu.
* Bộ phận kết cấu định vị mềm chống rung cho cáp.
Cần phải bố trí bộ phận mềm chống rung cho cáp ngoài nhằm hạn chế nguy cơ tạo cộng hưởng cho cáp ngoài dưới tác động của dao động nhịp cầu khi xe chạy. Cần phải so sánh chu kỳ dao động cơ bản của cáp ngoài và của dầm để xác định khoảng cách đặt các cấu kiện này.
Các thanh đỡ để định vị cáp cũng đƣợc sử dụng trong thi công để tạm thời đặt các ống dẫn trước khi căng kéo, chúng cũng có tác dụng tránh cho cáp quật vào công nhân khi cáp bị đứt trong lúc căng kéo.