CẦU BÊ TÔNG - CHƯƠNG 1 ppt

Đặc điểm của cầu bê tông cốt thép • Vật liệu 9 Cát, đá sẵn có ở hầu hết các địa phương 9 Xi măng là loại vật liệu xây dựng phổ biến 9 Thép cường độ cao, thép thường chiếm tỉ lệ nhỏ -> gi

Chương I

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ

CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

CẦU BÊ TÔNG – HỌC PHẦN 1

S 2

CHƯƠNG I

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

1 Khái niệm về kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép

2 Tổng quan về các dạng, các sơ đồ cầu bê tông

3 Ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng

4 Vật liệu sử dụng trong cầu bê tông

5 Lịch sử phát triển cầu bê tông

6 Xu hướng phát triển cầu bê tông hiện đại

Cầu bê tông – Chương I

S 3

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG

1 Đặc điểm của cầu bê tông cốt thép

• Vật liệu

9 Cát, đá sẵn có ở hầu hết các địa phương

9 Xi măng là loại vật liệu xây dựng phổ biến

9 Thép cường độ cao, thép thường chiếm tỉ lệ nhỏ -> giá thành thấp

• Độ bền và độ cứng

9 Đảm bảo mọi yêu cầu theo các tiêu chuẩn nếu thiết kế hợp lý

9 Có tuổi thọ cao, Ít phải duy tu bảo dưỡng do bê tông tương đối bền với môi trường

nếu thiết kế kết cấu và thành phần vật liệu bê tông hợp lý

9 Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp so với kết cấu thép

• Hình dáng và hệ thống

9 Dễ tạo mọi hình dáng do tính linh động của bê tông ướt

9 Tạo ra các kết cấu có hình dáng chịu lực hợp lý, có kiến trúc đẹp, có hình dáng phức

tạp do yêu cầu sử dụng (cầu cong, cầu chữ Y )

S 4

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU NHỊP CẦU BÊ TÔNG

1 Đặc điểm của cầu bê tông cốt thép

• Tính liền khối

9 Tính liền khối cao đối với các kết cấu đổ tại chỗ hay lắp ghép với các giải pháp kết cấu

và cấu tạo thích hợp

• Trọng lượng bản thân

9 Trọng lượng bản thân lớn, đến 60% tĩnh tải cho kết cấu phần trên

9 Ít rung, ồn, dao động trong quá trình khai thác -> Tiện nghi khai thác, sử dụng thường

xuyên trong các cầu thành phố

9 Trọng lượng lớn nên khẩu độ vượt không lớn như đối với nhịp cầu thép

9 Chi phí tăng do phải làm kết cấu nền móng lớn hơn so với nhịp cầu thép

• Vết nứt

9 Thường có các vết nứt trong quá trình chịu lực, kể cả kết cấu bê tông dự ứng lực

9 Thường phải thiết kế không cho phép nứt hoặc độ mở rộng vết nứt không quá 0.2mm

đối với kết cấu btct thường (tùy theo vùng khí hậu)

S 5

TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG, CÁC SƠ ĐỒ CẦU BÊ TÔNG

• Theo vị trí cầu

9 Cầu qua sông, qua suối

9 Cầu vượt đường

9 Cầu cạn

9 Cầu cao, vượt các thung lũng, hẻm núi

• Theo tải trọng qua cầu

9 Cầu đường ôtô

9 Cầu đường thành phố

9 Cầu đường sắt

9 Cầu đi bộ

9 Cầu đi chung giữa các loại trên

• Theo cao độ tương đối mặt xe chạy với kết cấu chịu lực chính

9 Cầu chạy trên, cầu chạy giữa, cầu chạy dưới

S 6

TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG, CÁC SƠ ĐỒ CẦU BÊ TÔNG

• Theo sơ đồ tĩnh học trong giai đoạn khai thác của kết cấu chịu lực

chính

9 Cầu dầm giản đơn, cầu dầm hẫng, cầu dầm liên tục

9 Cầu khung, dầm đeo kiểu kê, kiểu chốt, khung liên tục, khung chân xiên

9 Cầu dàn bê tông (ít được sử dụng)

9 Cầu vòm, cầu vòm kết hợp với dàn, dầm

9 Cầu dạng dây: Dây văng, extradose

• Theo hình dạng mặt cắt ngang của kết cấu nhịp

9 Kết cấu nhịp bản

9 Kết cấu nhịp dầm có sườn, dầm bản liên hợp

9 Dạng lòng máng liên hợp với bản, Kết cấu dạng hộp

• Theo phương pháp thi công kết cấu nhịp

9 Phương pháp đổ tại chỗ

S 7

TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG, CÁC SƠ ĐỒ CẦU BÊ TÔNG

• Theo phương pháp thi công kết cấu nhịp

9 Phương pháp đổ tại chỗ

9 Phương pháp lắp ghép toàn nhịp

9 Phương pháp bán lắp ghép

• Theo Công nghệ thi công đặc thù

9 Đúc tại chỗ trên đà giáo cố định

9 Đúc tại chỗ trên đà giáo di động

9 Đúc/ lắp ghép theo công nghệ hẫng

9 Đúc, lắp ghép theo công nghệ đẩy

9 Một số phương pháp đặc biệt khác

S 8

ƯU KHUYẾT ĐiỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

• Ưu điểm của cầu bê tông

9 Khả năng tạo hình tốt, tạo ra được nhiều kết cấu với hình dáng hình học hợp lý, tạo ra

được nhiều kết cấu với hình dáng hình học phức tạp thỏa mãn các yêu cầu sử dụng

9 Tính bền tương đối cao, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp

9 Có khả năng đảm bảo tất cả các yêu cầu thiết kế đề ra về

ƒ Tính an toàn

ƒ Khả năng khai thác: Tính bền, khả năng tự bảo vệ, Khả năng kiểm tra

ƒ Khả năng duy tu

ƒ Khả năng thông xe thuận tiện

ƒ Khả năng cung cấp các tiện ích công cộng khác

ƒ Thỏa mãn các yêu cầu về biến dạng

ƒ Khả năng mở rộng cầu trong tương lai

9 Khả năng thi công

9 Tính kinh tế và Tính mỹ quan

S 9

ƯU KHUYẾT ĐiỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

• Nhược điểm của cầu bê tông

9 Xuất phát từ những hạn chế của kết cấu bê tông và bê tông dự ứng lực

9 Khó khống chế tính nứt của kết cấu bê tông do có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính

nứt của bê tông

9 Các đặc tính của vật liệu bê tông không ổn định theo thời gian và các yếu tố khác của

khí hậu và môi trường

ƒ Tính từ biến và co ngót

9 Vấn đề về thi công kết cấu bê tông cũng có những nhược điểm

ƒ Thi công bê tông đổ tại chỗ có thể bị ảnh hưởng bởi thời tiết quá nóng hay khi có

mưa

ƒ Cần có các biện pháp thi công đặc thù cho kết cấu bê tông là bộ ván khuôn và

vấn đề đảm bảo ván khuôn cứng trong quá trình bê tông đông kết

9 Tính toán thiết kế phức tạp tùy theo đặc điểm chịu lực của các bộ phận khác nhau

cũng như công nghệ thi công khác nhau mà ứng sử của kết cấu trong quá trình khai

thác sẽ khác đi

S 10

ƯU KHUYẾT ĐiỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

• Phạm vi áp dụng

9 Tùy theo sơ đồ kết cấu được áp dụng, dạng kết cấu, dạng mặt cắt ngang,

loại vật liệu bê tông được sử dụng mà có phạm vi áp dụng khác nhau

9 Kết cấu nhịp dầm bản bê tông cốt thép đúc sẵn hay đổ tại chỗ

ƒ Các nhịp từ 3-> 6m cho cầu ôtô

ƒ Các nhịp từ 2-> 4m cho các cầu đường sắt

9 Các nhịp dầm giản đơn bê tông cốt thép thường

ƒ Từ 6->24m đối với cầu ôtô

ƒ Từ 4->15m đối với cầu đường sắt

9 Các nhịp giản đơn bê tông dự ứng lực: Áp dụng hiệu quả và hợp lý với các

khẩu độ đến 40m

9 Nhịp dầm hoặc khung liên tục bê tông dự ứng lực: Áp dụng phổ biến ở khẩu

độ đến 200m

S 11

ƯU KHUYẾT ĐiỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

• Phạm vi áp dụng

9 Cầu vòm bê tông cốt thép hay bê tông dự ứng lực: Được ưu tiên sử dụng tại

những khu vực vùng núi, cầu vượt qua thung lũng, có địa chất tốt Thường

sử dụng đến nhịp 15->30m cho cả đsắt và đường ôtô Hiện nay có thể sử

dụng đến nhịp 300m nhưng ít áp dụng vì thi công khó khăn

9 Cầu dạng extradose: Thông thường được sử dụng đến 250m, là một dạng

điển hình của kết cấu dự ứng lực ngoài, là dạng trung gian giữa cầu dầm và

cầu dây văng

9 Cầu dạng treo dây văng: Đã vượt khẩu độ đến ~900m tùy loại kết cấu dây

9 Cầu dạng treo dây võng: Hiện tại chưa được áp dụng do tính biến dạng lớn

S 12

VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CẦU BÊ TÔNG

• Bê tông

9 Thành phần chính là Cốt liệu mịn (cát, bột đá ), cốt liệu thô (Đá, sỏi, ) Chất kết dính

(xi măng), Phụ gia (Phụ gia tăng tính công tác, tăng thời gian ninh kết, giảm nước ),

Chất bổ sung mịn (đối với bê tông cường độ cao) Cần phải có thiết kế chi tiết và trộn

thử tại điều kiện thi công khi đưa bê tông vào công trình

9 Cường độ chịu nén: f’c – Là cường độ nén mẫu thử D=150mm, H=300mm ở tuổi 28

ngày trong điều kiện bảo dưỡng chuẩn Phạm vi áp dụng với các kết cấu cầu thông

thường từ 16MPa đến 70MPa

9 Đối với các kết cấu bê tông dự ứng lực và bản mặt cầu thường không sử dụng bê tông

có cường độ dưới 28MPa

9 Bê tông được chia thành từng cấp (A, A(AE), B, B(AE), C, C(AE), P,S) Mỗi cấp được

quy định hàm lượng X tối thiểu (kG/m3), N/X tối đa, Độ rỗng, Đường kính ngoài cốt

liệu thô, và cường độ tại 28 ngày tuổi Việc phân chia cấp bê tông nhằm mục đưa ra

các mục đích sử dụng khác nhau

9 Trong thực tế thi công, cường độ bê tông là cường độ yêu cầu với xác suất số mẫu

thử lớn hơn so với cường độ yêu cầu là 95% Do vậy, khi thiết kế cấp phối bê tông

cần phải lấy cường độ thực tế lớn hơn cường độ yêu cầu là 1.1->1.15f’c (bôlômây)

hay f’cr=f’c+1.3s (AASHTO) Cách lấy trị số bình quân cường độ các mẫu thử hiện nay

chưa được phù hợp vì sẽ gây ra xác suất phá hủy kết cấu lớn

S 13

VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CẦU BÊ TÔNG

• Các đặc tính của bê tông

9 Hệ số giãn nở nhiệt: 10.8x10-6 /oC đối với bê tông có trọng lượng thông thường

9 Từ biến và co ngót: Là hiện tượng bê tông thay đổi thể tích dưới các tác dụng của tải

trọng và các yếu tố môi trường khác Từ biến và co ngót phụ thuộc vào tải trọng tác

động, các yếu tố môi trường như độ ẩm, nhiệt độ Các yếu tố về kết cấu như tỉ suất mặt

thoáng, hàm lượng vật liệu trong thành phần bê tông đặc biệt là hàm lượng xi măng và

tỉ lệ nước/xi măng

9 Các yếu tố liên quan đến tính bền (bề mặt bao phủ, hàm lượng xi măng )

9 Mô đun đàn hồi:

9 Cường độ chịu kéo:

9 Các loại phụ gia được sử dụng phổ biến

E = 0.043y f

'

f = 0.63 f

Phụ gia hóa dẻo, chậm đông kết

D

Phụ gia siêu dẻo ,chậm đông kết G

Phụ gia đóng rắn nhanh

C

Phụ gia siêu dẻo, giảm nước lớn F

Phụ gia chậm đông kết

B

Phụ gia hóa dẻo, Đóng rắn nhanh E

Phụ gia hóa dẻo giảm nước

A

Tính năng Loại phụ gia

Tính năng

Loại phụ gia

S 14

VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CẦU BÊ TÔNG

• Cốt thép

9 Cốt thép được quy định theo giới hạn chảy fy là giới hạn đàn hồi của thép

9 Có 3 cấp thép chủ yếu là cấp Gr40, Gr60, Gr75 Các giới hạn chảy tương ứng

là 300, 420, 520 Mpa Thông thường không sử dụng thép thường với cường

độ lớn hơn 520 trường hợp thấp hơn 420 cần được sự chấp thuận đặc biệt

của chủ đầu tư

9 Các thông số của thép

520 420

300 Giới hạn chảy

690 620

500 Cường độ kéo đứt

Gr75 Gr60

Gr40 Cấp thép

• Mô đun đàn hồi Es=200,000 Mpa

• Các loại đường kính: 9.5; 12.7; 15.9; 19.1; 22.2; 25.4; 28.7; 32.3; 35.8; 43; 57.3

theo ASTM 615 (theo một số tiêu chuẩn khác, có thể đường kính tiêu chuẩn sẽ

khác đi)

• Các yêu cầu khác là đường kính uốn 1800(3.5d-> 5d) và độ dãn dài tối thiểu

(12->6%)

S 15

VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG CẦU BÊ TÔNG

• Thép cường độ cao

9 Thép cường độ cao là thép có khả năng tạo được lực nén lớn hơn tổng mất

mát ứng suất của kết cấu bê tông (>5400 kG/cm2)

9 Có ba loại chính là thép thanh, thép sợi tròn trơn và thép tao xoắn 7 sợi

9 Vật liệu có hai loại chính là thép cường độ cao thông thường và thép có độ

tự chùng thấp

80% fpu 1035

15-36

2 Thép gờ

85% fpu 1035

19-35

1 Thép trơn Thép thanh

1860 (Gr270)

1725 (Gr250) Cấp mác thép

90%fpu 1860

9.53-15.24

85% fpu 1725

6.35-15.24 Tao thép

Giới hạn chảy (Mpa)

Cường độ chịu kéo (Mpa)

Đường kính (mm) Vật liệu

• Mô đun đàn hồi Es=197,000 Mpa

• Loại phổ biến ở VN là 12.7 và 15.24mm, tự chùng thấp (Gr1860), Các thanh

Macaloy

S 16

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU BÊ TÔNG

• Lịch sử phát triển cầu bê tông phụ thuộc vào sự phát triển của công

nghệ vật liệu bê tông, thép, thép dự ứng lực và khả năng tính toán thiết

kế của con người

9 Dạng sơ khai đầu tiên là các dạng cầu vòm bê tông, gạch, đá xây với khẩu độ đến

30m Khoảng 1860s người ta bắt đầu nghiên cứu đưa cốt thép vào trong kết cấu bê

tông và đã xây dựng được cầu vòm với khẩu độ 55m tại Bỉ (năm 1905)

9 Năm 1930 tại Pháp đã xây dựng được cầu vòm với khẩu độ 178m, cungg thời gian đó

người ta bắt đầu nghiên cứu sử dụng thép dự ứng lực trong kết cấu bê tông

9 Năm 1926-1928, Freyssinet phát hiện ra phải sử dụng thép cường độ cao để vượt được

các mất mát dự ứng lực thì kết cấu bê tông dự ứng lực mới bắt đầu xuất hiện

9 Sau chiến tranh thế giới lần 2, do yêu cầu tái thiết gây ra sự thiếu hụt sắt thép làm

thúc đẩy việc sử dụng kết cấu bê tông, bê tông dự ứng lực nên cầu bê tông bắt đầu

phát triển mạnh mẽ

9 Ngày nay, kết cấu bê tông và bê tông dự ứng lực đã phát triển rất mạnh mẽ và là kết

cấu chủ yếu được lựa chọn cho các công trình

S 17

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CẦU BÊ TÔNG HiỆN ĐẠI

• Theo xu hướng phát triển về vật liệu

9 Bê tông cường độ cao, Bê tông cường độ cao kết hợp với một số vật liệu khác như ống

thép

• Theo xu hướng phát triển về khả năng tính toán

9 Khả năng xác định các hiệu ứng tải đúng mức và phù hợp

9 Khả năng phân tích kết cấu chính xác dưới các hiệu ứng tải để đánh giá sự làm việc

chính xác của kết cấu

• Theo xu hướng tăng tính mỹ quan của công trình

• Sử dụng các kết cấu có thể vượt được những khẩu độ lớn.

• Theo xu hướng mẫu hóa, định hình hóa đối với các cầu đơn giản, không có yêu

cầu mỹ quan.

S 18

CÂU HỎI

1 Trình bày đặc điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu nhịp cầu bê tông?

2 Trình bày về các loại kết cấu và vật liệu áp dụng trong cầu bê tông?