CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH CẦU TRÊN ĐỊA PHẬN CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III
1.3. TỔNG QUAN GỐI CẦU
1.3.1. Khái niệm chung về gối cầu
Gối cầu là bộ phận trung gian giữa kết cấu phần trên và phần dưới của công trình cầu. Nhiệm vụ của gối là truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ cầu và cho phép kết cấu nhịp chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng và của nhiệt độ thay đổi (hình 1.15).
Hình 1.15. Sơ đồ làm việc của gối cầu
Để phù hợp với sơ đồ tĩnh học của kết cấu nhịp, gối cầu được cấu tạo thành hai loại là: gối cố định và gối di động. Cấu tạo gối di động phải thoả mãn các yêu cầu sau.
- Bảo đảm chuyển vị dọc tự do của đầu kết cấu nhịp khi có tác dụng của tải trọng
hay của sự thay đổi nhiệt độ.
- Bảo đảm chuyển vị tự do của mặt cắt đầu dầm.
- Cản trở chuyển vị ngang của kết cấu nhịp theo hướng ngang cầu. Yêu cầu về cấu tạo của gối cố định chỉ khác gối di động ở chỗ là phải cản trở chuyển vị dọc của đầu kết cấu nhịp. Kết cấu nhịp càng dài, tải trọng càng lớn thì phản lực gối càng lớn, các chuyển vị dài và chuyển vị góc cũng càng lớn. Do vậy cấu tạo gối càng phức tạp.
1.3.2. Cấu tạo gối cầu dầm bê tông cốt thép 1.3.2.1. Gối thép bản phẳng
Với cầu dầm giản đơn nhịp nhỏ và và kết cấu nhịp bản có chiều dài nhịp dưới 9m có thể dùng lớp đệm bằng a-mi-ăng, giấy dầu hoặc bao tải tẩm nhựa đường hay rải vữa xi măng thay cho gối cầu. Tuy nhiên vì kết cấu nhịp bản có trọng lượng nhỏ nên dễ bị trượt. Để chống trượt, ta phải đặt các thanh chốt thép thẳng đứng để liên kết kết cấu nhịp với mố trụ.
Các dầm giản đơn có sườn với chiều dài nhịp từ 9m đến 12m có thể dùng gối thép kiểu bản phẳng có cấu tạo trên hình 10.2. Gối gồm các bản thép dày từ 10 đến 20mm. Gối di động (hình 2.2a) gồm hai bản thép có thể trượt tương đối so với nhau, bề mặt tiếp xúc giữa chúng được mài nhẵn và bôi than chì. Bản thép dưới gọi là thớt dưới, được liên kết chặt với bệ kê gối ở mũ mố hoặc trụ nhờ các cốt thép neo. Gối cố định (hình 2.2b) chỉ có một bản thép phẳng và chốt thép thẳng đứng xuyên qua và ăn sâu vào đáy sườn dầm ở phía trên và mũ mố trụ ở phía dưới.
Hình 1.16. Cấu tạo gối thép kiểu bản phẳng dùng trong cầu bê tông cốt thép a) - Gối di động; b) - Gối cố định
1 - Dầm cầu; 2 - Bệ kê gối; 3 - Bản thép thớt trên; 4 - Bản thép thớt dưới 5 - Cốt thép neo; 6 - Bản thép thớt gối; 7 - Chốt thép
1.3.2.2. Gối thép tiếp tuyến
Loại gối này được sử dụng cho các cầu dầm có chiều dài nhịp từ 12 đến 18m.
Cấu tạo gối (hình 2.3) gối cố định và di động có cấu tạo gần giống nhau chỉ khác nhau ở chỗ gối cố định có chốt thẳng đứng ngăn cản chuyển dịch tương đối của hai thớt gối với nhau còn gối di động không có chốt thép mà có hai bản thép ốp bên ngoài được hàn với thớt dưới để chống xê dịch ngang. Thớt gối dưới bằng thép dày từ 40 đến 50mm có mặt cong lồi phía trên được mài nhẵn và bôi trơn. Thớt trên là bản thép phẳng dày 30 đến 40mm và được gắn chặt với đầu dầm.
Hình 1.17. Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng trong cầu bê tông cốt thép a) - Gối di động; b) - Gối cố định
1 - Bản thép thớt trên; 2 - Bản thép thớt dưới; 3 - Cốt thép neo 4 - Bản thép ốp ngoài chống xê dịch ngang; 5 - Chốt thép gối 1.3.2.3. Gối con lăn
Trường hợp kết cấu nhịp có chiều dài lớn hơn 18m. Gối cố định kiểu tiếp tuyến còn gối di động kiểu con lăn:
Hình 1.18. Cấu tạo gối con lăn thép và gối cao su dùng trong cầu bê tông cốt thép a) - Gối di động con lăn thép; b) - Gối cao su
1 - Bản thép thớt trên; 2 - Bản thép thớt dưới; 3 - Cốt thép neo; 4 - Con lăn thép 5 - Bản thép ốp ngoài chống xê dịch ngang; 6 - Thép bản dày 2mm
7 - Cao su dày 5mm
Gối con lăn (hình 2.4a) có con lăn bằng thép đúc đường kính từ 12 đến 20cm.
Khi kết cấu nhịp bên trên bị biến dạng thì cho phép đầu dầm chuyển vị dọc được nhờ con lăn xoay, chuyển vị xoay của đầu dầm có tâm quay tại điểm tiếp xúc giữa thớt trên và con lăn.
1.3.2.4. Gối cao su
Được sử dụng cho kết cấu nhịp có chiều dài nhỏ hơn 24m. Gối có cấu tạo trên hình 2.4b. Gối gồm một số tấm cao su mỏng bề dày từ 5 đến 25mm bằng cao su nguyên chất hoặc cao su tổng hợp đặt xen kẽ các thép tấm dày từ 1 đến 2mm. Lá thép trong tấm gối cao su sẽ chịu lực như các cốt thép, nó giữ không cho các lớp cao su nở hông, tăng độ cứng của gối và giảm độ ép cao su dưới tác dụng của lực thẳng góc với mặt phẳng của tấm gối.
Tính chất đàn hồi của cao su thoả mãn được chuyển vị dọc và xoay của điểm tựa đồng thời cũng làm cho gối chịu được lực ngang do hãm xe và do dộ dốc kết cấu nhịp sinh ra. Gối cao su không phân biệt rõ là gối cố định hay di động mà nó phụ thuộc vào vị trí lực tác dụng. Mặt khác do tính chất của cao su nên gối cao su có cho phép một độ biến dạng ngang nhỏ.
Hình 1.19. Cấu tạo gối cầu 1.3.3. Cấu tạo gối cầu dầm thép
1.3.3.1. Gối tiếp tuyến
Hình 1.20. Cấu tạo gối tiếp tuyến dùng trong cầu thép a) - Gối di động; b) - Gối cố định
1 - Thớt trên; 2 - Thớt dưới; 3 - Bu lông neo
4 - Bản thép ốp ngoài chống xê dịch ngang; 5 - Chốt thép gối
Gối tiếp tuyến thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài nhỏ hơn 25m. Gối có cấu tạo trên hình 2.6. Thớt trên và dưới đều bằng thép, thớt gối dưới có mặt cong lồi
phía trên được mài nhẵn và bôi trơn. Trong gối tiếp tuyến chuyển vị xoay nhờ thớt trên phẳng tựa trên mặt cong của thớt dưới, còn chuyển vị dọc thực hiện được nhờ sự trượt giữa mặt phẳng thớt trên và mặt cong của thớt dưới.
1.3.3.2. Gối con lăn:
Gối con lăn thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài từ 25 đến 30m. Cấu tạo gối (hình 2.7a) gối gồm có thớt trên, thớt dưới và một con lăn ở giữa. Con lăn có đường kính khoảng 220mm. Thớt trên liên kết với dầm thép bằng bulông, thớt dưới liên kết với đá kê gối bằng bulông neo. Giữa thân con lăn có khắc lõm theo đường cong bán kính 280mm để cho hai gờ nổi của thớt trên và thớt dưới ăn vào tránh cho con lăn và thớt trên di động theo phương ngang. Ở hai đầu con lăn có bố trí các bản thép nhỏ ăn vào và khắc lõm của thớt trên và dưới nhằm giữ cho con lăn không trượt ra ngoài.
Đối với gối con lăn chuyển vị dọc của dầm thép do con lăn xoay cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay có tâm quay tại điểm tiếp xúc giữa thớt trên và con lăn
Hình 1.21. Cấu tạo gối di động con lăn thép và gối con quay hình quạt dùng trong cầu thép
a) - Gối di động con lăn thép; b) - Gối di động con quay hình quạt 1 - Thớt trên; 2 - Thớt dưới; 3 - Bu lông neo; 4 - Con lăn thép
5 - Thép ốp chống xê dịch; 6 - Con quay trên; 7 - Con quay dưới hình quạt 8 - Khớp gối hình trụ
1.3.3.3. Gối con quay hình quạt
Gối con quay hình quạt thường dùng cho kết cấu nhịp có chiều dài trên 30m. Gối có cấu tạo (hình 2.7b) gối gồm có con quay trên, khớp hình trụ, con quay dưới hình quạt và thớt dưới liên kết với đá kê gối bằng bulông neo. Con quay trên có sườn và gờ ở mép để tăng độ cứng. Khớp của gối hình trụ hai đầu mở rộng ra thành hình mũ đinh
nhằm giữ cho con quay không xê dịch ngang. Để tránh cho con quay dưới bị xiên lệch hay trượt ngang, con quay được khắc lõm ăn sâu vào 22mm để ăn vào một gờ của thớt dưới. Gối con quay hình quạt khi con quay dưới xoay sẽ cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay của đầu dầm có tâm quay tại tâm của khớp gối.
1.3.3.4. Gối con quay có khớp
Gối con quay có khớp được dùng cho kết cấu nhịp khẩu độ vừa và lớn. Cấu tạo gối (hình 2.8) gối di động và cố định có cấu tạo gần giống nhau chỉ khác ở chỗ là gối cố định không bố trí các con lăn. Gối di động có các con lăn được liên kết với nhau bởi đoạn thép góc bắt vào đúng tâm của từng con lăn để giữ cự ly giữa các con lăn không thay đổi. Các con lăn có khắc lõm ở giữa thân và ăn vào gờ của con quay dưới để giữ cho con lăn không bị trượt ra ngoài. Khi con lăn xoay (gối di động) cho phép kết cấu nhịp có chuyển vị dọc, chuyển vị xoay có tâm quay tại tâm của khớp gối.
Hình 1.22. Cấu tạo gối con quay có khớp dùng trong cầu thép a) - Gối di động ; b) - Gối cố định