Phân tích hiên trạng và đánh giá một số đặc trưng kết cấu thích hợp (chiều dài tối đa chuỗi dầm, loại gối cao su ) cho hệ dầm super t trên tuyến cao tốc sài gòn trung lương,luận văn thạc sỹ xây dựng cầu hầm

Kết cấu nhịp liên tục nhiệt là kết cấu kết nối các nhịp dầm giản đơn lại với nhau ở mức bản mặt cầu gọi là bản mặt cầu liên tục nhiệt, nhờ vậy đảm bảo tính liên tục của lớp áo mặt cầu, t

- -

NGUYỄN XUÂN NGUYÊN

PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG KẾT CẤU THÍCH HỢP (CHIỀU DÀI TỐI ĐA CHUỖI DẦM, LOẠI GỐI CAO SU )

CHO HỆ DẦM SUPER-T TRÊN TUYẾN CAO TỐC SÀI GÒN – TRUNG LƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM

MÃ SỐ : 60.58.25

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN ĐỨC NHIỆM

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2012

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, các em và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới:

Phòng đào tạo sau đại học, Bộ môn Cầu Hầm trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

PGS.TS Trần Đức Nhiệm – Bộ môn Cầu Hầm, thầy đã hết lòng hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

PGS.TS Nguyễn Ngọc Long – Trưởng bộ môn Cầu Hầm, thầy đã hỗ trợ

và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Xin gửi lới cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong những lúc tôi gặp khó khăn

Xin chân thành cảm ơn Ba Mẹ, anh chị em trong gia đình đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi quá trình học tập làm việc và hoàn thành luận văn

Mặc dù đã rất nỗ lực và cố gắng nhưng với thời gian và tầm nhận thức còn hạn chế, những vấn đề đặt trong khuôn khổ luận án này có thể còn chưa được giải quyết triệt để Xin chân thành cảm ơn và tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của quý Thầy, Cô giáo, các bạn Học viên và các Đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

Nguyễn Xuân Nguyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ

từ Giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Trần Đức Nhiệm Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác, và cũng được thể hiện trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình

Tác giả

Nguyễn Xuân Nguyên

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC BẢNG 6

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục tiêu nghiên cứu 9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

4 Phương pháp nghiên cứu 10

5 Nội dung nghiên cứu 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 11

1.1 Giới thiệu chung 11

1.2 Tình hình sử dụng dầm Super-T và bản mặt cầu liên tục nhiệt 12

1.3 Sơ lược về tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương 14

1.3.1 Quy mô Dự án 15

1.3.2 Trắc dọc, trắc ngang trích đoạn một chuỗi kết cấu nhịp liên tục nhiệt 18

1.4 Tình hình khai thác trên tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương 18

1.5 Kết luận chương 1 19

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP LIÊN TỤC NHIỆT 21

2.1 Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục nhiệt 21

2.1.1 Khái niệm chung 21

2.1.2 Các sơ đồ cấu tạo kết cấu nhịp liên tục nhiệt 21

2.1.3 Các phương pháp nối liên tục nhiệt 23

2.2 Tính toán kết cấu bản mặt cầu liên tục nhiệt 29

2.2.2 Tính toán nội lực trong bản nối 32

2.2.3 Kiểm toán bản nối liên tục nhiệt 43

2.3 Kết luận chương 2 46

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CẦU CẠN TUYẾN CAO TỐC SÀI GÒN – TRUNG LƯƠNG VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CHIỀU DÀI CHUỖI HỢP LÝ CHO HỆ DẦM SUPER-T 47

3.1 Đánh giá hiện trạng hệ thống cầu cạn tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương 47

3.1.1 Đặc điểm kết cấu hệ thống cầu cạn 47

3.1.2 Đánh giá hiện trạng hệ thống cầu cạn trên tuyến 48

3.2 Nghiên cứu đề xuất chiều dài chuỗi hợp lý cho hệ dầm super-T 38.2m 51

3.2.1 Trình tự các bước tính toán 51

3.2.2 Số liệu tính toán 52

3.3 Tính toán chuỗi gồm 7 nhịp dầm Super-T 38.2m 54

3.3.1 Sơ đồ chuỗi kết cấu nhịp liên tục nhiệt 54

3.3.2 Tính toán nội lực cưỡng bức 54

3.3.3 Tính toán nội lực cục bộ 58

3.3.4 Tính toán chuyển vị do thay đổi nhiệt độ, co ngót và từ biến 62

3.3.5 Kích thước gối và khe co giãn 63

3.3.6 Tính lực dọc trục 63

3.3.7 Tổ hợp nội lực 65

3.3.8 Bố trí cốt thép bản mặt cầu liên tục nhiệt 66

3.3.9 Kiểm toán bản mặt cầu liên tục nhiệt 66

3.4 Tính toán chuỗi gồm 8, 9, 11, 13 nhịp dầm Super-T 38.2m 72

3.4.1 Nội lực cưỡng bức 72

3.4.2 Nội lực cục bộ 73

3.4.3 Chuyển vị do thay đổi nhiệt độ, co ngót và từ biến 74

3.4.4 Kích thước gối và khe co giãn 75

3.4.5 Tính lực dọc 76

3.4.6 Tổ hợp nội lực 77

3.4.7 Bố trí cốt thép bản mặt cầu liên tục nhiệt 78

3.4.8 Kiểm toán bản mặt cầu liên tục nhiệt 78

3.5 Kết luận chương 3 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

1 Kết luận 83

2 Kiến nghị 84

3 Những hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo 84

Phụ lục tính toán chuyển vị do thay đổi nhiệt độ, co ngót và từ biến của chuỗi liên tục nhiệt gồm 7 nhịp dầm super-T 38.2m 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Dầm super-T 11

Hình 1.2 Cầu giản đơn được liên tục hóa 12

Hình 1.3 Cầu cạn nhịp dầm super-T sử dụng bản mặt cầu liên tục nhiệt tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương 14

Hình 1.4 Bản đồ tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương 14

Hình 1.5 Cao tốc Sài Gòn – Trung Lương đoạn tiếp giáp giữa phần đường và phần cầu cạn 15

Hình 1.6 Trắc dọc chuỗi 6 nhịp liên tục nhiệt từ trụ T217 đến trụ T223 18

Hình 1.7 Mặt cắt ngang giữa nhịp 18

Hình 1.8 Mặt cắt ngang đầu nhịp 18

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo chuỗi 22

Hình 2.2 Sơ đồ nối theo bản mặt cầu 23

Hình 2.3 Sơ đồ nối theo mối nối ướt dọc cầu 24

Hình 2.4 Sơ đồ nối theo mối nối dạng bản cá dọc cầu 24

Hình 2.5 Sơ đồ nối theo mối nối then dọc và một phần chiều dày bản 24

Hình 2.6 Sơ đồ nối kết cấu nhịp theo lớp phủ bê tông xi măng 25

Hình 2.7 Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục nhiệt theo sơ đồ nối bản mặt cầu 26

Hình 2.8 Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục-nhiệt có chốt trên đỉnh trụ 27

Hình 2.9 Cấu tạo bản liên tục nhiệt cho hệ dầm super-T tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương 28

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán bản nối dưới tác dụng của chuyển vị tại mặt cắt ngàm 32

Hình 2.11 Sơ đồ tính toán kết cấu nhịp liên tục nhiệt dùng gối cao su phân lớp trên trụ dẻo 39

Hình 3.1 Hiện trạng dầm super-T trên tuyến 48

Hình 3.2 Lớp phủ mặt cầu bằng bê tông nhựa Novachip 48

Hình 3.3 Khe co giãn tại vị trí trụ 309 49

Hình 3.4 Gối cầu được bọc bảo vệ xung quanh 49

Hình 3.5 Mố cầu tại Km 37+526 50

Hình 3.6 Trụ cầu tại Km 18+660 50

Hình 3.7 Cấu tạo bản mặt cầu liên tục nhiệt 52

Hình 3.8 Sơ đồ tính bản mặt cầu liên tục nhiệt 52

Hình 3.9 Sơ đồ chuỗi 54

Hình 3.10 Xếp tải lên đường ảnh hưởng M1/2 55

Hình 3.11 Nội lực trong bản nối 57

Hình 3.12 Biểu đồ chuyển vị gối 1 75

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Biên độ chuyển vị của một số kết cấu khe biến dạng 21

Bảng 2.2 Chuyển vị do co ngót và từ biến 30

Bảng 2.3 Nội lực xét đưa vào tổ hợp 34

Bảng 2.4 Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng 42

Bảng 2.5 Hệ số tải trọng cho tĩnh tải thường xuyên, γp 42

Bảng 3.1 Nội lực cưỡng bức do tĩnh tải phần II 55

Bảng 3.2 Kết quả tính toán 57

Bảng 3.3 Nội lực cưỡng bức do hoạt tải tính cho 1m dài chiều rộng bản 57

Bảng 3.4 Kết quả tính toán 59

Bảng 3.5 Kết quả tính toán 60

Bảng 3.6 Nội lực cục bộ do tải trọng xe thiết kế 60

Bảng 3.7 Nội lực cục bộ do tải trọng làn 61

Bảng 3.8 Nội lực cục bộ do tĩnh tải 62

Bảng 3.9 Tổng hợp chuyển vị lớn nhất tại các gối 63

Bảng 3.10 Tổ hợp nội lực 65

Bảng 3.11 Bố trí cốt thép bản mặt cầu liên tục nhiệt 66

Bảng 3.12 Kết quả tính toán Mn 67

Bảng 3.13 Kết quả kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ 1 68

Bảng 3.14 Kết quả kiểm tra lượng cốt thép tối đa 68

Bảng 3.15 Kết quả kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu 69

Bảng 3.16 Kết quả kiểm toán nứt 69

Bảng 3.17 Kết quả kiểm toán chịu cắt của ngàm 71

Bảng 3.18 Nội lực cưỡng bức do tĩnh tải phần II 72

Bảng 3.19 Nội lực cưỡng bức do hoạt tải 72

Bảng 3.20 Nội lực cục bộ do tải trọng xe thiết kế 73

Bảng 3.21 Nội lực cục bộ do tải trọng làn thiết kế 73

Bảng 3.22 Nội lực cục bộ do tĩnh tải 73

Bảng 3.23 Chuyển vị do thay đổi nhiệt độ, co ngót và từ biến 74

Bảng 3.24 Biên độ chuyển vị khe co giãn 75

Bảng 3.25 Kích thước gối cao su 76

Bảng 3.26 Lực dọc do chuyển vị 76

Bảng 3.27 Tổ hợp nội lực 77

Bảng 3.28 Bố trí cốt thép bản mặt cầu liên tục nhiệt 78

Bảng 3.29 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ 1 78

Bảng 3.30 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ 1 79

Bảng 3.31 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa 79

Bảng 3.32 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu 80

Bảng 3.33 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 80

Bảng 3.34 Kiểm tra khả năng chịu cắt của ngàm 81

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đòi hỏi ngành Xây dựng Cầu Đường phải đi đầu nhằm từng bước xây dựng, hoàn thiện và phát triển hệ thống hạ tầng

kỹ thuật làm tiền đề cho tất cả các ngành khác phát triển Trong đó mạng lưới đường bộ cao tốc được ví là “mạch máu” phát triển kinh tế xã hội Mạng lưới đường bộ cao tốc đạt tiêu chuẩn sẽ làm giảm thời gian giao thông, tiết kiệm chi phí cho các phương tiện vận tải đường bộ, hiệu quả kinh tế sẽ tăng lên đáng kể Mạng lưới đường bộ cao tốc còn đặc biệt

có ý nghĩa xã hội to lớn vì góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông, động lực phát triển kinh tế các vùng sâu, vùng xa, xóa dần khoảng cách giữa nông thôn và thành thị

Hiện nay, nhà nước đang đầu tư phát triển mạng lưới đường bộ cao tốc quốc gia hoàn chỉnh, hợp lý, đáp ứng yêu cầu phát triển lâu dài của đất nước để nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 Mục tiêu nhanh chóng hình thành mạng đường

bộ cao tốc quốc gia, bảo đảm kết nối các trung tâm kinh tế trọng điểm, các cửa khẩu chính, các đầu mối giao thông quan trọng có nhu cầu vận tải lớn, tốc độ cao Trong đó, tập trung xây dựng tuyến đường bộ cao tốc Bắc Nam, ưu tiên các tuyến đường cao tốc nối các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng…

Trong sự phát triển đó, tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương (hay còn gọi tuyến cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương) đóng vai trò là một trong những tuyến đường cao tốc đầu tiên của Việt Nam, đi qua địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, Long An

và Tiền Giang, đã được thông xe và đưa vào sử dụng đầu năm 2010, là một bộ phận của tuyến cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Cần Thơ nối liền trung tâm kinh tế lớn nhất nước là Thành phố Hồ Chí Minh với vùng trọng điểm nông nghiệp và thủy sản Đồng bằng sông Cửu Long

Tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương là tuyến đường ô tô cao tốc hoàn chỉnh đầu tiên tại Việt Nam, có ý nghĩa chiến lược, đem lại lợi ích to lớn về phát triển kinh tế – xã hội, an ninh quốc phòng, tạo động lực quan trọng để thúc đẩy nhanh sự phát triển kinh tế – xã hội của khu vực và là tiền đề để tiếp tục phát triển mạng lưới đường cao tốc trong cả nước

Vì là một trong những tuyến đường cao tốc đầu tiên, tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương đóng vai trò là sự khởi đầu cho việc phát triển đường cao tốc ở Việt Nam Cho nên, cần những nghiên cứu mang tính khoa học, những phân tích – đánh giá, đặc biệt là đánh giá về mặt kỹ thuật kết cấu công trình, nhằm đưa ra những giải pháp kết cấu hợp lý, thích hợp trong việc xây dựng, đồng thời cũng đáp ứng tốt những yêu cầu trong quá trình khai thác công trình Các kết quả phân tích – đánh giá này là kinh nghiệm cho sự phát triển đường cao tốc trong thời gian sắp tới

Một trong những vấn đề về mặt kết cấu cho đường cao tốc nói riêng và các công trình cầu nói chung, đó là vấn đề về xử lý kết cấu bản mặt cầu liên tục nhiệt Kết cấu nhịp liên tục nhiệt là kết cấu kết nối các nhịp dầm giản đơn lại với nhau ở mức bản mặt cầu (gọi là bản mặt cầu liên tục nhiệt), nhờ vậy đảm bảo tính liên tục của lớp áo mặt cầu, tạo

ra sự êm thuận xe chạy trong quá trình khai thác

Luận văn này mong muốn được góp phần nhỏ vào những nghiên cứu về kết cấu nhịp liên tục nhiệt Trong đề tài luận văn tốt nghiệp cao học, tác giả chọn nghiên cứu đánh giá một số đặc trưng kết cấu thích hợp (chiều dài tối đa chuỗi dầm, loại gối cao su, loại khe co giãn…) cho hệ dầm super-T trên đoạn tuyến cầu cạn của tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá hiện trạng hệ thống cầu cạn trên tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương và nghiên cứu đề xuất một số đặc trưng kết cấu thích hợp như : chiều dài chuỗi hợp lý, loại gối cao su, loại khe co giãn… sử dụng cho hệ dầm super-T

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là chiều dài nối chuỗi, kết cấu bản mặt cầu liên tục nhiệt, loại gối cầu và loại khe co giãn sử dụng cho hệ dầm super-T, trên tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung lương

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là phương pháp lý thuyết về tính toán kết cấu, kết hợp với kinh nghiệm thực tế nhằm đánh giá hiện trạng và lựa chọn một số đặc trưng kết cấu thích hợp (chiều dài tối đa chuỗi dầm, loại gối cao su, loại khe co giãn…) cho hệ dầm super-T

5 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận văn được trình bày theo cấu trúc như sau :

Phần Mở đầu

Chương 1 – Tổng quan

Chương 2 – Cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu nhịp liên tục nhiệt

Chương 3 – Đánh giá hiện trạng hệ thống cầu cạn tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung

Lương và nghiên cứu đề xuất chiều dài chuỗi hợp lý cho hệ dầm super-T Phần Kết luận và Kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung

Cầu cạn trên tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương là cầu nhịp giản đơn, sử dụng dầm super-T dài 38.2m Tổng chiều dài cầu cạn lên đến 15.7 km Số nhịp trong chuỗi nối liên tục tối đa trên tuyến là 6 nhịp, mỗi nhịp 40m Để nghiên cứu về chuỗi kết cấu nhịp liên tục nhiệt, trước hết tìm hiểu về kết cấu dầm super-T, bản mặt cầu liên tục nhiệt và tình hình sử dụng các kết cấu này trong các công trình cầu hiện nay trong cả nước

Dầm Super-T được nghiên cứu đầu tiên ở bang Victoria của Australia Sự phát triển dầm Super-T kế thừa những ưu điểm sẵn có của dầm bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn Ngoài ra, nó còn nhiều ưu điểm trong việc chế tạo, thi công và ngày càng chứng minh được những hiệu quả kinh tế kỹ thuật nổi bật Dầm Super-T ra đời dựa trên nguyên lý của kết cấu “bản T”, dầm máng hở tiêu chuẩn cũng như những tính năng khác của kết cấu dầm T, I bê tông cốt thép dự ứng lực Dầm có khả năng vượt nhịp lớn hơn các loại dầm khác có cùng chiều cao Dầm Super-T có thể dễ dàng sản xuất và vận chuyển Dầm được chế tạo tại nhà máy, công xưởng nên đạt chất lượng cao Khi sử dụng kết cấu dầm Super-

T thì hệ ván khuôn mặt cầu lúc thi công tại chỗ được đơn giản rất nhiều

Hình 1.1 Dầm super-T

Dầm Super-T thường dùng làm nhịp cầu dẫn cho các cầu lớn hoặc làm cầu cạn cho đường cao tốc Vì là nhịp dầm giản đơn nên sẽ có rất nhiều khe co giãn, các khe co giãn thường bị bong bật làm giảm khả năng khai thác, tạo ra các xung kích lớn khi xe cộ chạy qua các vị trí này Với mục đích nâng cao các đòi hỏi về điều kiện chạy xe, tạo thuận lợi

tối đa trong quá trình khai thác cầu, cần giảm khe co giãn và chi phí bảo dưỡng khe co giãn trên cầu Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu giải pháp nối liên tục các dầm giản đơn thành hệ liên tục sao cho vẫn đảm bảo khai thác êm thuận, không gây khó khăn cho thi công và đảm bảo các mục đích nêu trên

Hình 1.2 Cầu giản đơn được liên tục hóa

Để giải quyết những yêu cầu đó, sử dụng kết cấu nhịp liên tục nhiệt là giải pháp hợp

lý được lựa chọn Kết cấu nhịp này sử dụng bản mặt cầu liên tục nhiệt (gọi tắt là bản liên tục nhiệt) dùng cho xây dựng cầu trên đường ôtô và thành phố bằng bê tông cốt thép và

bê tông cốt thép kết hợp thép; là kết cấu được tạo ra bằng các chuỗi kết cấu nhịp dầm hoặc dầm bản giản đơn nối với nhau ở mức bản mặt cầu sao cho dưới tác dụng của lực dọc và nhiệt độ thì cầu làm việc như hệ dầm liên tục, còn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng vẫn làm việc như hệ dầm giản đơn Kết cấu nối phải đảm bảo tính liên tục của lớp áo mặt cầu và tiếp nhận nội lực sinh ra trong một chuỗi của kết cấu nhịp mà không cản trở đến sự quay của đầu dầm

1.2 Tình hình sử dụng dầm Super-T và bản mặt cầu liên tục nhiệt

Ở Việt Nam, dầm Super-T được ứng dụng đầu tiên cho các nhịp cầu dẫn của dự án cầu Mỹ Thuận thông qua sự giúp đỡ và chuyển giao công nghệ của chính phủ Australia

Chiều dài dầm Super-T được phát triển lên 40m và đặc biệt đầu dầm làm khấc để che phần nhô ra của xà mũ trụ, tạo mỹ quan cho công trình, và phù hợp với kết cấu cầu dây văng nhịp lớn của cầu chính

Hiện nay, dầm Super-T đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong hàng loạt dự án lớn trên khắp mọi miền nước ta Miền Bắc với những dự án cầu Tân Đệ, cầu Quý Cao trên Quốc lộ 10, cầu Yên Lệnh trên quốc lộ 39, cầu vượt đồi A1 Điện Biên, cầu đường vành đai 3 thành phố Hà Nội,… Miền Trung với cầu Chợ Dinh, cầu Thuận An ở Huế, cầu Nam Ô thành phố Đà Nẵng, cầu Rộ trên đường Hồ Chí Minh về quê Bác…Miền Nam với cầu Mỹ Thuận, cầu Rạch Miễu, cầu Hóa An… và đặc biệt là dự án đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương với hàng ngàn phiến dầm

Về phần kết cấu bản liên tục nhiệt, được áp dụng đầu tiên cho mặt cầu dẫn đường ôtô cầu Thăng Long dưới sự trợ giúp kỹ thuật của các chuyên gia Liên Xô trước đây Các nhịp được liên kết thành một hệ thống liên tục nhiệt bằng cách đổ bê tông nối liền mặt cầu của hai nhịp kề nhau Ở công trình cầu Mỹ Thuận, các nhịp cầu dẫn bằng dầm giản đơn super-T, chiều dài mỗi nhịp 40m được liên tục hóa bởi các bản mặt cầu đổ tại chổ do

đó loại bỏ được các khe co giãn trong các nhịp giản đơn và tạo sư êm thuận cho xe chạy, chiều dài liên tục nhiệt 440m (11nhịp) là điểm đặc biệt của kết cấu cầu dẫn Tại công trình cầu Hóa An, để tạo êm thuận giữa các nhịp được nối với nhau bằng bản bê tông cốt thép mặt cầu với chuỗi liên tục từ 4 nhịp đến 5 nhịp, mỗi nhịp dài 40m bằng dầm super-T 38m… Đặc biệt tại công trình đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương, vì là đường cao tốc nên yêu cầu về sự êm thuận xe chạy là rất cao Với chiều dài cầu cạn lên đến 13.2km, dùng bản nối liên tục nhiệt sẽ giảm đáng kể số khe biến dạng Số nhịp tối đa được nối liên tục nhiệt là 6 nhịp, mỗi nhịp dài 40m, dầm super-T 38.2m

Ưu điểm vượt trội của bản liên tục nhiệt là tạo sự liên tục của kết cấu áo đường, nhờ

đó sẽ nâng cao độ êm thuận cho xe chạy trong quá trình khai thác Ngoài ra, việc sử dụng bản liên tục nhiệt sẽ không tốn kém trong việc duy tu bảo dưỡng so với khi sử dụng kết cấu khe co giãn So với việc thi công khe co giãn thì thi công bản nối liên tục nhiệt phức tạp hơn Tuy nhiên, nhờ vào những ưu điểm trên mà bản liên tục nhiệt được sử rộng rãi hiện nay Đối với cầu cạn đường cao tốc có chiều dài lớn mà không cần khẩu độ vượt nhịp lớn, kết cấu nhịp liên tục nhiệt rõ ràng ưu điểm hơn so với kết cấu dầm liên tục

Hình 1.3 Cầu cạn nhịp dầm super-T sử dụng bản mặt cầu liên tục nhiệt

tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

1.3 Sơ lược về tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

Đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương là công trình được xây dựng qua địa phận Thành phố Hồ Chí Minh, Long An, Tiền Giang là một phần của dự án đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Cần Thơ nhằm kết nối Thành phố Hồ Chí Minh với các tỉnh miền Tây Nam Bộ Dự án bắt đầu từ khu vực Chợ Đệm – huyện Bình Chánh – Thành phố Hồ Chí Minh và kết thúc tại khu vực Thân Cửu Nghĩa – huyện Châu Thành – tỉnh Tiền Giang

Hình 1.4 Bản đồ tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

Hình 1.5 Cao tốc Sài Gòn – Trung Lương đoạn tiếp giáp giữa phần đường và phần cầu cạn

Đường ô tô cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương là dự án xây dựng đường ô tô cao tốc hoàn chỉnh đầu tiên tại Việt Nam, có ý nghĩa chiến lược, đem lại lợi ích to lớn về phát triển kinh tế – xã hội, an ninh quốc phòng, tạo động lực quan trọng để thúc đẩy nhanh sự phát triển kinh tế – xã hội của khu vực và là tiền đề để tiếp tục phát triển mạng đường cao tốc trong vùng

1.3.1 Quy mô Dự án

1.3.1.1 Phạm vi dự án

a Tuyến đường cao tốc

 Điểm đầu : Nút giao Chợ Đệm, huyện Bình Chánh – Thành phố Hồ Chí Minh

 Điểm cuối : Nút giao Thân Cửu Nghĩa, huyện Châu Thành - Tiền Giang

 Tổng chiều dài tuyến đường cao tốc : 39.8 km

b Các tuyến đường nối

 Đường nối Tân Tạo tới Chợ Đệm dài 9.6 km

 Đường nối Bình Thuận tới Chợ Đệm dài 3.7 km

 Đường nối nút giao Thân Cửu Nghĩa với Trung Lương : tổng chiều dài 8.8 km

 Tổng chiều dài các tuyến đường nối : 22.1 km

 Tuyến đường nối Bình Thuận - Chợ Đệm, Tân Tạo - Chợ Đệm : đường cấp I đồng bằng, cấp 80 ứng với Vtk=80km/h theo TCVN 4054-98; mặt cắt ngang quy hoạch 6 làn cơ giới và 2 làn xe thô sơ (6x3.50m+2x2.80m), Bnền=29m; giai đoạn

1 xây dựng ở giữa 4 làn cơ giới và 2 làn xe hỗn hợp (4x3.50m+2x2.8m),

Bnền=22.2m; phần mặt cắt ngang còn lại trồng cây xanh giữ đất

 Tuyến đường nối Thân Cửu Nghĩa – Trung Lương: đường cấp II đồng bằng, cấp

80 ứng với Vtk=80km/h theo TCVN 4054-98; mặt cắt ngang 4 làn cơ giới và 2 làn xe hỗn hợp (4x3.50m+2x2.5m), Bnền=21.6 m

 Đường gom: đường cấp V đồng bằng, cấp 40 ứng với Vtk=40 km/h theo TCVN 4054-98; mặt cắt ngang 2 làn x 3.0m, Bnền= 7.0 m

b Phần cầu

 Quy mô vĩnh cửu bằng bê tông cốt thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực, tải trọng thiết kế : hoạt tải HL93 theo tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 – 01

 Bề rộng cầu rộng bằng bề rộng nền đường, ngoại trừ phần cầu cạn và các đoạn vuốt nối giữa cầu cạn bố trí ở giữa và cầu cạn bố trí ở hai bên để phù hợp với việc bố trí cầu Bến Lức và Tân An Cụ thể :

+ Cầu cạn: bề rộng cầu B = 24.5m; 4 đoạn tổng chiều dài 1.6km vuốt nối từ cầu cạn bố trí 2 bên và bố trí ở giữa, bề rộng thay đổi từ 24.5m ÷ 41.8m đối với đoạn vuốt nối vào cầu Bến Lức, và thay đổi từ 24.5 ÷ 42m đối với đoạn vuốt nối vào cầu Tân An

+ Cầu Bến Lức: Phần hạ bộ xây dựng hoàn chỉnh đáp ứng khổ cầu 41.8m; phần thượng bộ phân kỳ bố trí 2 bên, bề rộng 2x12.25m;

+ Cầu Tân An: Phần hạ bộ xây dựng hoàn chỉnh đáp ứng khổ cầu 42m; phần thượng bộ phân kỳ bố trí 2 bên, bề rộng 2x12.25m;

c Khối lượng xây dựng chủ yếu

 Cầu vượt dân sinh : 5 cầu/750md

1.3.2 Trắc dọc, trắc ngang trích đoạn một chuỗi kết cấu nhịp liên tục nhiệt

Hình 1.6 Trắc dọc chuỗi 6 nhịp liên tục nhiệt từ trụ T217 đến trụ T223

Hình 1.7 Mặt cắt ngang giữa nhịp

Hình 1.8 Mặt cắt ngang đầu nhịp

1.4 Tình hình khai thác trên tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

Ngày 16/12/2004, dự án đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương (giai đoạn 1) được khởi công xây dựng Sau hơn 5 năm thi công, tuyến đường được đưa vào khai thác thử

nghiệm vào ngày 3/2/2010 Ngày 18/2/2011, Hội đồng Nghiệm thu Nhà nước đã thông qua việc nghiệm thu và cho phép đưa đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương vào khai thác chính thức Theo đánh giá của Hội đồng Nghiệm thu Nhà nước, chất lượng của đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương đã đảm bảo được yêu cầu để đưa vào khai thác lâu dài Tuy nhiên, Hội đồng nghiệm thu Nhà nước cũng lưu ý một số hạng mục của đường cao tốc vẫn cần phải theo dõi, hoàn thiện

Việc đưa tuyến đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương vào khai thác đã góp phần giảm ách tắc giao thông trên tuyến Quốc lộ 1A từ Thành phố Hồ Chí Minh – Tiền Giang, rút ngắn thời gian đi từ Trung Lương về Thành phố Hồ Chí Minh và ngược lại từ 2 giờ xuống còn 30 phút Lượng xe lưu thông qua đoạn đường này được dự báo vào khoảng 43.885 xe/ngày đêm Thế nhưng hiện nay, lượng xe qua lại vào khoảng 60.800 xe/ngày đêm, riêng những dịp cao điểm như ngày lễ, tết vào khoảng 72.000 xe/ngày đêm Tuyến đường đã góp phần quan trọng trong việc chống ùn tắc giao thông từ Thành phố Hồ Chí Minh đi các tỉnh miền Tây Nam Bộ và thúc đẩy phát triển kinh tế – xã hội trong khu vực

1.5 Kết luận chương 1

Điểm qua tình hình sử dụng dầm super-T và bản mặt cầu liên tục nhiệt, có thể nhận thấy hiện nay chúng được sử dụng rất phổ biến, nhờ một số ưu điểm sau :

Ưu điểm dầm super-T :

- Dầm super-T là loại dầm bê tông cốt thép dự ứng lực, nó thừa kế những ưu điểm của dầm bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn, cấu tạo đơn giản, tính công nghiệp cao nhờ việc tiêu chuẩn hóa chi tiết dầm và cốt thép bản mặt cầu Tốc

độ xây dựng công trình nhanh

- Vượt được khẩu độ lớn

- Độ ổn định cao, khả năng chống xoắn tốt

- An toàn trong thi công bản mặt cầu

- Có hình dáng đẹp

Ưu điểm bản mặt cầu liên tục nhiệt :

- Giảm được số lượng khe co giãn, đảm bảo tính liên tục của kết cấu áo đường,

từ đó tạo độ êm thuận cho xe chạy

- Chống được việc nước thâm nhập từ mặt cầu xuống gối, nâng cao tuổi thọ công trình

- Thi công đơn giản

- Không cản trở đến các biến dạng vốn có của dầm giản đơn

Từ những ưu điểm nêu trên mà kết cấu chuỗi liên tục nhiệt trên hệ dầm super-T được áp dụng cho toàn bộ chiều dài cầu cạn của tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương Vấn đề đặt ra hiện nay là sau hơn 3 năm đưa vào khai thác, hiện trạng của các kết cấu chuỗi liên tục nhiệt này như thế nào Để giảm số lượng khe co giãn trên cầu, nâng cao độ

êm thuận cho xe chạy chúng ta có thể tăng chiều dài chuỗi được hay không, nếu tăng thì tăng lên bao nhiêu nhịp là hợp lý, lựa chọn một số đặc trưng kết cấu thích hợp (loại gối cao su, loại khe co giãn…) cho chuỗi liên tục nhiệt mới này

Giải quyết những vấn đề đặt ra nêu trên cũng là nội dung được tác giả trình bày trong luận văn này

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP LIÊN TỤC NHIỆT 2.1 Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục nhiệt

2.1.1 Khái niệm chung

Kết cấu nhịp liên tục nhiệt là kết cấu được tạo ra bằng cách nối kết cấu nhịp dầm hoặc bản giản đơn với nhau ở mức bản mặt cầu, sao cho dưới tác dụng của lực nằm ngang và nhiệt độ cầu làm việc như hệ dầm liên tục còn dưới tác dụng của trọng tải thẳng đứng thì làm việc như dầm giản đơn Chỗ nối kết cấu nhịp gọi là liên kết chốt, phần bản

để nối kết cấu nhịp gọi là bản nối hay bản liên tục nhiệt

Kết cấu của liên kết chốt phải đảm bảo tính liên tục của áo mặt cầu và tiếp nhận mọi nội lực sinh ra trong một chuỗi kết cấu nhịp (chuỗi dầm), mà không cản trở tới sự quay ở đầu dầm Do đó để đảm bảo cho dầm xoay tự do quanh gối tựa mà không gây nội lực quá lớn, trước khi thi công bản liên tục nhiệt phải lót trước lên dầm một tấm cách (ví dụ giấy dầu) để tách rời bản khỏi dầm

2.1.2 Các sơ đồ cấu tạo kết cấu nhịp liên tục nhiệt

Kết cấu liên tục nhiệt có thể dùng cho các dầm có khẩu độ bất kỳ với tổ hợp và bố trí bất kỳ trên mặt cắt dọc cũng như trên mặt bằng Qui định chiều dài và sơ đồ của chuỗi xuất phát từ điều kiện bố trí cầu, đặc tính của kết cấu và điều kiện khí hậu của vùng xây dựng Cấu tạo của chuỗi hợp lý bằng cách để cho chuyển vị do nhiệt độ xảy ra ở cả hai phía tính từ tâm chuỗi và khi đó sử dụng tối đa khả năng của kết cấu khe biến dạng

Bảng 2.1 Biên độ chuyển vị của một số kết cấu khe biến dạng

chuyển vị (mm)

- Liên tục kín bằng lớp phủ bê tông asphalt có lưới thép 15

- Máng thép co giãn nhồi đầy ma tít không có gờ cứng 15-20

- Máng thép co giãn nhồi đầy ma tít mép khe có gờ cứng 20

Kết cấu nhịp liên tục nhiệt có thể chỉ dùng toàn gối di động, hoặc đặt các gối cố định trên một trong các trụ của nó, được phép chỉ dùng gối di động khi trên chiều dài của chuỗi đều dùng gối cao su phân lớp

Gối cố định một cách hợp lý là đặt ở giữa chuỗi (Hình 2.1a), khi có khẩu độ nhịp khác nhau thì đặt ở nhịp có khẩu độ lớn (Hình 2.1b) Kết cấu liên tục nhiệt dùng trong vùng động đất nên thiết kế chỉ dùng gối di động (Hình 2.1c) Khi chiều dài chuỗi đặt trên độ dốc dọc lớn, hợp lý hơn cả là đặt gối cố định ở phía dưới dốc (Hình 2.1d) điều đó làm cho các liên kết chốt chịu lực nén Khi đặt kết cấu nhịp trên trụ mềm, mỗi trụ đều phải đặt gối cố định và di động (Hình 2.1e) Việc sử dụng gối cao su phân lớp không đòi hỏi biện pháp phụ để trụ tham gia làm việc theo chuyển vị dọc cầu

a) Có gối cố định :

b) Có gối cố định :

c) Không có gối cố định :

d) Cầu nằm trên độ dốc dọc :

e) Cầu trên trụ mềm, dùng cho vùng đất lún, động đất :

□ Gối cao su phân lớp Δ Gối cố định

O Gối di động ω Khe biến dạng

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo chuỗi

2.1.3 Các phương pháp nối liên tục nhiệt

2.1.3.1 Dầm tiết diện chữ T nối ở bản mặt cầu và theo mối nối ướt dọc cầu

a Trường hợp nối ở bản mặt cầu

- Nối theo bản mặt cầu, hoặc một phần chiều dày của bản, phải đảo bảm điều kiện

xe chạy tốt nhất và sự vững chắc của kết cấu và được coi là dạng cơ bản của mỗi nối trong kết cấu nhịp liên tục nhiệt

- Khi nối kết cấu nhịp lắp ghép theo bản mặt cầu thì khi chế tạo dầm đầu bản cánh cần để cốt thép thò nằm ngang, chiều dài phần bản cánh để chừa lại lấy bằng một nửa chiều dài bản nối đã trừ đi khoảng cách đầu dầm kề nhau và cộng với 30 lần đường kính cốt thép nối bản cánh, không cần để cốt thép chờ từ cuống dầm trong phạm vi nối bản cánh (Hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ nối theo bản mặt cầu

b Trường hợp nối một phần chiều dày của bản thực hiện tương tự như nối bản mặt cầu (bản cánh dầm)

- Nối thép mối nối ướt dọc (Hình 2.3) áp dụng ở kết cấu nhịp có chiều rộng mối nối nhỏ hơn 30cm Để lớp áo mặt cầu phủ liên tục qua khoang hở giữa 2 đầu kề nhau phải đặt ván gỗ dán bịt kín

cèt thÐp tÝnh to¸n Vïng ph©n bè

Tim dÇm

Tim dÇm

cèt thÐp tÝnh to¸n Vïng ph©n bè

1-1 1

1

Hình 2.3 Sơ đồ nối theo mối nối ướt dọc cầu 2.1.3.2 Đối với kết cấu dầm bản : dùng bản nối hoặc theo mối nối then dọc và một phần

chiều dày của bản

Khi kết cấu nhịp là dầm bản nối bằng các bản cá đặt ở đầu bản, thì khi chế tạo dầm bản, người ta đặt những cấu kiện chôn sẵn và khi lắp ráp hàn vào đó bản nối hoặc thanh nối khi đó phải đảm bảo chiều rộng khe hở giữa hai đầu bản có chiều dài tự do 10-15cm

Hình 2.4 Sơ đồ nối theo mối nối

II II

Cèt thÐp

MÆt c¾t I-I

MÆt c¾t II-II I

I II II

cẩn thận để đảm bảo dớnh kết với mặt hụng của bản và để tạo thành then nối Chiều dày

bờ tụng giữa hai đầu dầm bản kế nhau khụng lớn quỏ 6-8cm

2.1.3.3 Nối kết cấu nhịp theo lớp phủ bờtụng xi măng

Khi nối kết cấu nhịp theo lớp đệm bờ tụng xi măng, mỏc bờ tụng khụng được nhỏ hơn 300 và chiều dày khụng nhỏ hơn 60mm

Hỡnh 2.6 Sơ đồ nối kết cấu nhịp theo lớp phủ bờ tụng xi măng

a) Nối theo lớp đệm bờ tụng đệm b) Nối theo lớp phủ bờ tụng cốt thộp nhưng khụng cú thộp neo

Trong mọi trường hợp ngoài chỗ nối theo mối nối dọc, cỏc bản nối kết cấu nhịp kề nhau (bản cỏnh phần xe chạy, lớp đệm và san bằng, lớp phủ bờ tụng xi măng) phải cỏch

ly với kết cấu kề phớa dưới Chiều dài đoạn cỏch ly xỏc định bằng tớnh toỏn, tốt nhất chiều dài đú lớn hơn hoặc tối thiểu bằng khoảng cỏch giữa hai gối ở đầu kết cấu nhịp kề nhau

2.1.3.4 Nối ở lớp san bằng trong cầu khụng dựng lớp phũng nước

Trong cầu khụng dựng lớp phũng nước, ngoài phạm vi tấm đệm đàn hồi, lớp san bằng phải liờn kết vững chắc với dầm bằng cốt thộp chờ từ mối nối ướt dọc Nối theo lớp san bằng chỉ cho phộp khi chiều dài thỏa món điều kiện : khoảng cỏch từ mặt cắt cố định đến đầu chuỗi khụng được vượt quỏ 100m Liờn kết chốt của kết cấu nhịp theo bản cỏnh của dầm theo lớp đệm và lớp san bằng được thực hiện trờn toàn bộ chiều rộng của kết cấu nhịp, hoặc chỉ trờn chiều rộng của xe chạy

La 30d 30d

La Ln

30d 30d

La

La Ln

G ỗ ván khuôn Lớp đệm đàn hồi

b)

G ỗ ván khuôn Lớp đệm đàn hồi

a)

2.1.3.5 Các dạng khác

Trường hợp nối kết cấu nhịp theo mối nối ướt dọc cầu mà đầu trụ có xà ngang mặt cắt T thì phần bản mặt cầu nằm trên xà ngang được đổ bê tông đồng thời với mối nối ướt dọc và toàn bộ mặt phẳng của bản dựa lên lớp đệm đàn hồi để không làm cản trở chuyển

vị dọc Cách nối này áp dụng cho chiều dài chuỗi không lớn hơn 50m và gối đỡ có dạng bất kỳ không kể khi dùng gối cao su phân lớp

Ở cầu xiên sơ đồ nối cứng giống như cầu thẳng, dầm xiên được thiết kế đặc biệt có phần cánh để chừa lại hoặc dùng dầm xiên định hình Khi dùng dầm định hình thì cần cắt

bỏ cốt thép từ cuống dầm trong phạm vi bản nối từ mép bản dưới cánh và đổ bêtông xong cuống dầm trước Khi đó không cần đặt dầm ngang đầu dầm đã được xét trong thiết kế định hình dầm xiên, ở cầu xiên cũng có thể nối theo mối nối ướt dọc

Kết cấu nhịp của cầu trên mặt bằng là đoạn cong thì được nối theo bản mặt cầu Mặt bằng bản nối có dạng hình thang Khi bán kính cong nhỏ, bản nối phía bụng và lưng đường cong khác nhau nhiều thì bản nối ở phía bụng đường cong có thể tạo nên kết cấu nửa chốt

Nếu kết cấu nhịp đặt trên trụ có chiều cao thay đổi có độ mảnh lớn, toàn bộ phần bản liên tục nhiệt được liên chốt trên đỉnh trụ, liên kết chốt này vẫn cho phép chuyển vị xoay giữa kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới nhưng tham gia truyền toàn bộ lực ngang do hãm xe, động đất cũng như các lực phụ khác do co ngót, từ biến và nhiệt độ thay đổi xuống kết cấu phần dưới Kết cấu gối cầu dùng gối cao su phân lớp cho các nhịp giữa, riêng hai nhịp biên tiếp giáp với mố dùng gối chậu có tấm trượt để đảm bảo chuyển

Khi sử dụng kết cấu dạng liờn tục nhiệt này, cần lựa chọn số lượng nhịp được nối liờn tục, kớch thước và hàm lượng thộp hợp lý trong kết cấu thõn trụ trong tổng thể bố trớ chung kết cấu phải đỏp ứng yờu cầu sao cho kinh tế nhất

Hỡnh 2.8 Cấu tạo kết cấu nhịp liờn tục-nhiệt cú chốt trờn đỉnh trụ 2.1.3.6 Một số yờu cầu chung về cấu tạo và bố trớ cốt thộp

Khi nối kết cấu nhịp theo bản mặt cầu, thỡ mỏc bờ tụng phải cựng mỏc với bờ tụng của kết cấu nhịp Bố trớ cốt thộp nờn dựng cốt thộp loại AI-AIII cũng cú thể dựng cốt thộp ứng suất trước để nối

Cốt thộp tớnh toỏn của bản nối được bố trớ trong phạm vi chiều rộng của dầm và mối nối ướt dọc Cốt thộp ở mối nối ướt dọc biện phỏp hợp lý là đặt liờn tục trờn trụ từ nhịp này sang nhịp kia Khi chiều dài cốt thộp khụng đủ thỡ đặt trong mối nối ướt dọc cốt thộp ngắn cú chiều dài bằng chiều dài cốt thộp bản nối khi nối kết cấu nhịp theo bản cỏnh dầm

Khi nối kết cấu nhịp theo mối nối ướt dọc, cốt thộp tớnh toỏn bố trớ trờn chiều dài

200 - 250 cm, với kết cấu nhịp ở cầu thẳng, và trờn chiều dài (bd+bn).cotg+(80–100cm) với kết cấu nhịp ở cầu xiờn

Khi nối kết cấu nhịp theo bản mặt cầu, nếu chiều dầy lớp đệm lớn quỏ 8-10 cm để giảm bớt độ cứng của chỗ nối, bờn trờn mặt cắt ngàm của bản nối một cỏch hợp lý là đặt quóng hở nhột đầy ma tớt, hoặc đặt một tấm gỗ Khi nối kết cấu nhịp theo mối nối ướt dọc, chiều dài lớp bờ tụng đệm trong phạm vi 100-120 cm phải cỏch ly đối với dầm bằng lớp đàn hồi và được bố trớ cốt thộp Trong tất cả cỏc sơ đồ nối kết cấu nhịp, lớp phũng nước đặt tại chổ nối khụng được dớnh vào lớp bờ tụng như vậy trờn chiều dài bản nối

G ối cao su

B ê tông át phan

600

2000 2000

5%

đậy bằng cao su

C hốt thép có nắp Lớp đệm đàn hồi

dày 20m m

cộng với 25 cm về mỗi bên, lớp phòng nước cần thiết phải cách ly với lớp bê tông đệm

và lớp bảo vệ (lớp bê tông xi măng) bằng lớp giấy dầu, giấy sáp, vải polietylen

Lớp đàn hồi làm bằng một số lớp giấy dầu, dán bằng nhựa đường chiều dầy lớp đàn hồi lấy bằng 0.5-1.0 cm

Tại chỗ “liên kết chốt” của kết cấu nhịp cần bố trí thêm cốt thép phụ thêm trong lớp bảo vệ, khi nối theo mối nối ướt dọc thì đặt trong lớp bê tông đệm, dùng lưới thép hàn hoặc buộc loại thép AI, đường kính 6mm với mắt lưới không lớn hơn 10x10 cm

2.1.3.7 Cấu tạo bản liên tục nhiệt trên tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

Cấp bê tông bản liên tục nhiệt là C35 (35Mpa), chiều dày bản Hb = 0.22m, chiều dài bản Lb = 3.6m, bố trí lớp đệm đàn hồi (cách ly kết cấu bản với kết cấu dầm và trụ) trên dọc suốt chiều dài của bản

Hình 2.9 Cấu tạo bản liên tục nhiệt cho hệ dầm super-T

tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương

2.2 Tính toán kết cấu bản mặt cầu liên tục nhiệt

Việc thiết kế kết cấu liên tục nhiệt bao gồm những nội dung chính sau :

1 Lựa chọn kết cấu, chiều dài tạo chuỗi Chiều dài chuỗi được chọn bằng việc so sánh các phương án sử dụng các loại gối cầu và kết cấu khe biến dạng khác nhau Tiêu chuẩn hợp lý của chiều dài chuỗi là sử dụng khả năng tối đa của các loại gối cầu và khe biến dạng đảm bảo được chuyển vị dọc của cầu

2 Tính toán chuyển vị dọc của các đầu dầm Chuyển vị dọc trong chuỗi của kết cấu nhịp ở mức gối cầu và khe biến dạng đối với mặt cắt cố định của chuỗi được xác định do tác dụng của nhiệt độ và co ngót, từ biến có xét đến tuổi của

bê tông dầm lúc đặt dầm vào trụ và nối thành chuỗi

3 Tính nội lực do các tác động sinh ra trong bản nối, thiết kế bản nối và tính duyệt các mặt cắt bản nối

2.2.1 Xác định các chuyển vị dọc trục

2.2.1.1 Chuyển vị do thay đổi nhiệt độ

Nhiệt độ biến thiên, co ngót và từ biến của bê tông sẽ gây ra các chuyển vị dọc trong chuỗi Cần xác định trị số các chuyển vị này tại gối và khe biến dạng so với mặt cắt

cố định của chuỗi Khi tính toán cần xét đến tuổi của bêtông lúc đặt dầm vào trụ và lúc nối chúng thành chuỗi

Biên độ chuyển vị dọc của kết cấu nhịp t do tác dụng của nhiệt độ tính theo lượng chênh lệch nhiệt độ, bằng hiệu số nhiệt độ tính toán dương và âm ở địa điểm xây dựng Nhiệt độ tính toán dương là nhiệt độ lớn nhất của không khí tmax trong suốt thời gian quan sát, nhiệt độ tính toán âm là nhiệt độ bình quân ngày đêm của ngày lạnh nhất trong thời gian quan sát tmin

Trong đó :

α - Hệ số dãn dài của vật liệu kết cấu nhịp

tmax - Nhiệt độ lớn nhất của không khí trong suốt thời gian quan sát

tmin - Nhiệt độ bình quân ngày đêm của ngày lạnh nhất trong thời gian quan sát

L - Khoảng cách từ mặt cắt cố định của chuỗi đến mặt cắt cần xác định chuyển vị

2.2.1.2 Chuyển vị do co ngót, từ biến

Ngoài biên độ chuyển vị do nhiệt độ cần xác định khoảng chuyển vị (co và giãn) trong chuỗi đối với vị trí của nó trong thời điểm nối Chuyển vị do co ngót và từ biến của bêtông xác định ở mức đáy và đỉnh dầm Trị số chuyển vị do co ngót và từ biến đối với các kết cấu nhịp thiết kế định hình ghi trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Chuyển vị do co ngót và từ biến

Chiều dài

kết cấu nhịp

Tuổi nối chuỗi (tháng)

Giá trị chuyển vị

Mức khe biến dạng

Mức đỉnh trụ

Mức khe biến dạng

Mức đỉnh trụ

2,00 3,10 2,35 7,16 9,04

1,60 2,02 2,42 3,23 4,43

1,60 2,02 2,42 3,28 4,43

1,48 2,30 1,74 5,30 6,67

1,51 1,89 2,27 3,02 4,15

1,51 1,89 2,27 3,02 4,15

0,79 1,23 0,93 2,84 3,58

1,34 1,68 2,02 2,69 3,70

1,34 1,68 2,02 2,69 3,70

0,26 0,41 0,31 0,95 1,19

1,00 1,20 1,52 2,02 2,77

1,00 1,20 1,52 2,02 2,77

- Tính hệ số từ biến theo công thức

kc – Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng/bề mặt của bộ phận kết cấu

77.18.1

*45

26 0.0142(A/P) 0.0213(A/P)

c

e t

t

t e

t k

γc – Trọng lượng riêng của bê tông dầm,

fcd’ – Cường độ bê tông dầm

- Tính hệ số co ngót theo công thức

Trong đó :

kh – Hệ số độ ẩm,

310

*51.0

*35

sh



Với : Ld – Chiều dài dầm

2.2.2 Tính toán nội lực trong bản nối

Sơ đồ cơ bản để tính toán bản nối liên tục nhiệt là dầm bản ngàm 2 đầu có khẩu độ tính toán lb, bằng chiều dài của bản cách ly khỏi kết cấu nằm phía dưới

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán bản nối dưới tác dụng của chuyển vị tại mặt cắt ngàm

Tính toán bản nối trong giai đoạn làm việc đàn hồi dưới tác dụng của nội lực phát sinh trong bản bao gồm :

1 Do chuyển vị góc và chuyển vị thẳng đứng ở mặt cắt ngàm của bản, gây ra bởi hoạt tải và tĩnh tải phần II, tác dụng trên kết cấu nhịp được nối

2 Dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải trực tiếp trên bản nối

3 Dưới tác dụng của lực hãm

4 Do phản lực gối khi chuyển vị do nhiệt độ thay đổi

Ln Ln

26 0 0142 ( / ) A P

t t e t

Góc quay và chuyển vị thẳng đứng tại mặt cắt ngàm của bản nối xác định theo tải trọng tiêu chuẩn, còn các tác dụng khác tính theo tải trọng tính toán

2.2.2.1 Tính toán nội lực cưỡng bức

Nội lực tính toán của bản nối có thể là nội lực bất kỳ do các nhân tố kể trên gây ra hoặc tổ hợp các nhân tố đó Khi đó tổ hợp nội lực do lực hãm hoặc do biến đổi nhiệt độ với các nội lực khác làm tổ hợp chính

Nội lực trong bản nối do chuyển vị góc và chuyển vị thẳng đứng ở mặt cắt ngàm của bản xác định theo công thức sức bền vật liệu Nội lực do tĩnh tải phần II và hoạt tải, xét tác dụng trên cả 2 nhịp kề nhau Khi nối những khẩu độ khác nhau, thì tiến hành chất tải lần lượt từng khẩu độ và tính toán bản với nội lực lớn nhất

Trị số mô men uốn và lực dọc phát sinh ở mặt cắt ngàm của bản nối khi có tác dụng của chuyển vị xác định theo công thức sau :

p - Góc quay trái và phải tại mặt cắt ngàm của bản nối

Góc quay lấy trị số “+” khi quay theo hướng quay của đầu dầm do tải trọng trên nhịp gây ra, tức là tại đầu phía trái của bản nối quay ngược chiều kim đồng hồ, tại đầu phía phải theo chiều kim đồng hồ Trong công tức thành phần chứa yt và yp có dấu phía trên ứng với sơ đồ mà mặt cắt ngàm của bản nối nằm ngoài mặt cắt gối của kết cấu nhịp; dấu phía dưới ứng với sơ đồ mà mặt cắt ngàm của bản nối nằm giữa mặt cắt gối của dầm và đầu dầm

Bảng 2.3 Nội lực xét đưa vào tổ hợp

tổ hợp

1

Mômen uốn và lực cắt do chuyển vị góc và thẳng đứng ở mặt cắt ngàm bản do tác dụng của hoạt tải trên kết cấu nhịp

4 Như trên do tác dụng của tĩnh tải trên bản nối Với tất cả

3 và 6(*)

6 Nội lực nằm ngang do tác dụng của lực ma sát

hoặc lực chống cắt ở gối do nhiệt độ biến đổi

Không cùng với

5 và (*)

7 Nội lực nằm ngang do trọng lượng bản thân của

kết cấu nhịp khi cầu đặt trên độ dốc dọc Với tất cả Nội lực nằm ngang do lực hãm và do tác dụng của biến đổi nhiệt độ xét tính đồng thời chỉ khi kết cấu nhịp kê trên gối cao su phân lớp Khi đó khoảng biến đổi nhiệt độ lấy

từ nhiệt độ khi nối chuỗi đến nhiệt độ bình quân của cả thời kỳ mùa hè và mùa đông Trị số nội lực trong bản nối ở nhịp bằng nhau do tĩnh tải phần II Xác định theo công thức sau :

Trong đó : φ – Góc quay của mặt cắt ngàm bản do tĩnh tải phần II gây ra Trị số góc quay của mặt cắt ngàm bản nối lấy bằng trị số góc quay tại mặt cắt gối cầu được nối có xét sự làm việc không gian nhưng không xét ảnh hưởng của bản nối đối với kết cấu nhịp

Khi tính toán góc quay, độ cứng của dầm có xét tất cả các lớp bê tông của áo mặt cầu đã đặt sau khi nối dầm Khi tính mô men quán tính của mỗi lớp áo, ta phải dựa vào

mô đun đàn hồi để tính chiều rộng tương đương của lớp :

Trong đó:

bc, − Lần lượt là chiều rộng tính đổi của lớp bê tông áo mặt cầu và chiều rộng

của bản cánh dầm

Ec, Ed – Mô đun đàn hồi bê tông của lớp áo mặt cầu và của dầm

Khi lớp bê tông của lớp áo mặt cầu nằm trên lớp phòng nước, tính như đối với mặt cắt tổ hợp Tùy thuộc phương pháp nối kết cấu nhịp, khi tính toán tác dụng của hoạt tải

và tĩnh tải phần II, độ cứng của dầm có thể khác nhau

Góc quay ở mặt cắt nối dầm xác định theo công thức :

q - Tải trọng phân bố đều

Ld - Khẩu độ tính toán của dầm

Trong đó : MH- Mô men uốn ở giữa nhịp dầm đang xét do tải trọng gây ra

Chuyển vị thẳng đứng tại mặt cắt ngàm của bản nối gây ra do góc quay tại mặt cắt nối dầm xác định theo công thức:

Trong đó : c – Khoảng cách giữa hai tim gối của hai nhịp kề nhau

2.2.2.2 Tính toán nội lực cục bộ

a Nội lực cục bộ do hoạt tải

Nội lực do hoạt tải tác dụng trực tiếp lên bản liên tục nhiệt được xác định :

- Đối với mặt cắt ngàm của bản nối :

P – Tải trọng của trục xe nằm trong bản nối (KN)

d – Chiều dài phân bố tải trọng dọc theo bản nối (m)

- Đối với mặt cắt giữa nhịp của bản :

Nếu như các gối di động là lý tưởng, tức là dầm hoàn toàn tự do chuyển vị dọc thì

sẽ không phát sinh lực dọc do nhiệt độ thay đổi hay co ngót và từ biến của bêtông Tuy vậy trên thực tế khi dùng các gối con lăn thì giữa đáy dầm và gối sẽ phát sinh ma sát chống lại sự co hoặc giãn của dầm, còn khi dùng gối cao su phân lớp thì lực này chính là lực cắt ở gối Nếu dầm nằm trên độ dốc thì sẽ phát sinh lực dọc nén nếu bố trí gối cố định

ở cuối dốc và ngược lại Do đó dưới tác dụng của nhiệt độ thay đổi và ảnh hưởng của từ biến, co ngót trong các mối nối kiểu liên tục nhiệt đều phát sinh lực dọc trục

Các nhân tố quyết định trị số lực dọc trục :

- Mức độ biến thiên nhiệt độ

- Mức độ co ngót và từ biến

- Biến dạng của trụ (trụ cứng hoặc trụ mềm)

- Vị trí gối cố định, số lượng và loại gối di động

- Vị trí của mối nối liên tục nhiệt

Trong chuỗi có khẩu độ nhịp khác nhau và các loại gối khác nhau, mặt cắt cố định xác định như trọng tâm của các thành phần phản lực gối nằm ngang lấy giá trị tuyệt đối

do tĩnh tải gây ra