Luận án khoa học kỷ thuật

Từ những loại hình dầm BTCT ƯST lắpghép của Liên Xô trớc đây đến các loại cầu dầm BTCT ƯST bán lắp ghép mặt cắtchữ I của Nhật Bản đã đợc ứng dụng cho dự án cải tạo các cầu trên QL5,QL1..

Ngoài các kết cấu cầu hiện đại, loại hình kết cấu nhịp giản đơn đợc coi là ứngdụng có hiệu quả nhất, phổ biến nhất Từ những loại hình dầm BTCT ƯST lắpghép của Liên Xô trớc đây đến các loại cầu dầm BTCT ƯST bán lắp ghép mặt cắtchữ I của Nhật Bản đã đợc ứng dụng cho dự án cải tạo các cầu trên QL5,QL1 và gần đây chúng ta đang ứng dụng loại hình kết cấu dầm Super-T mới của

úc cho phần nhịp dẫn cầu Mỹ Thuận, cầu Tân Đệ

Để chọn một loại hình kết cấu thích hợp, đảm bảo đầy đủ mọi chỉ tiêu về kinh tế,

kỹ thuật và mỹ quan cần có sự phân tích và chọn lọc Trong luận văn này đặt vấn

đề nghiên cứu, phân tích  Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của dầm Super-T .

Để giải quyết vấn đề này, trong phạm vi nhất định có đề cập đến các yếu tố vềkinh tế, kỹ thuật, mỹ quan của các loại dầm BTCT ƯST dạng chữ T, I và dầm hộpgiản đơn

Vì thời gian và khả năng có hạn, luận án này còn nhiều chỗ thiếu sót và cha đầy

đủ, tôi xin chân thành cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của quý vị độc giả để bảnluận án này đợc hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Thầy giáo hớng dẫn TS Trần

Đức Nhiệm, TS Nguyễn Ngọc Long, PGS-TS Nguyễn Viết Trung, các thầy côgiáo trờng Đại học Giao thông vận tải, trờng Đại học Xây dựng, các bạn đồngnghiệp và sự giúp đỡ về thời gian của Công ty t vấn thiết kế Đờng bộ - Tổng công

ty t vấn thiết kế giao thông vận tải đã giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận án này

Phần 3: Thiết kế dầm Super T 11

3.3.2 ứng suất khi truyền lực căng và trong giai đoạn sử dụng

14

3.3.5 Tính toán độ vồng trong quá trình thi công 17 3.3.6 ảnh hởng thứ cấp của từ biến co ngót của dầm đối

Chơng 3 : Phân tích và so sánh chỉ tiêu về kinh, kỹ thuật của dầm SuperT

Phần 1: Công nghệ thi công các loại dầm thông thờng và dầm hộp 29

Chơng 6 : Phân tích u nhợc điểm của dầm Super Tee và kết luận 41

Phần 1: Các u nhợc điểm của dầm Super Tee 41

Chơng 7 : Phụ lục tính toán và sách tham khảo 46

Chơng itổng quan về sự phát triển các dạng kết cấu nhịp giản đơn

Trong lịch sử phát triển và xây dựng cầu ở Việt nam, cùng với sự phát triểncác ngành khoa học, kinh tế, xã hội, quốc phòng Sự phát triển của ngành khoahọc cầu đờng gắn liền với sự tăng trởng về kinh tế, văn hoá Với mỗi một quốcgia, mạng lới giao thông đợc coi nh mạch máu nối liền các trung tâm kinh tế,chính trị, văn hoá và quốc phòng, nối liền giao thông trong nớc với các nớc lánggiềng Những thành tựu của nghành khoa học cầu đờng gắn liền với các mốc sonphát triển của đất nớc

Trong thời kỳ chiến tranh, giao thông là một trong các yếu tố trọng yếu quyết

định những thắng lợi này đến thắng lợi khác Khi đất nớc hòa bình, công cuộckhôi phục và xây dựng đất nớc giàu mạnh đã đẩy nhanh sự phát triển của nghànhxây dựng cầu đờng Sự phát triển đa dạng và thành tựu của các ngành khoa họcnói chung đã tác động rất lớn đến tính đa dạng và thành tựu của công nghệ thiết

kế và thi công cầu Đó là việc nghiên cứu, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuậttiên tiến hiện đại, đồng bộ với việc cải tiến cái cũ và thờng xuyên tổng kết kinhnghiệm cả về thiết kế và xây dựng, có thể nói công nghệ xây dựng cầu đờng pháttriển mạnh, góp phần đa nghành khoa học cầu đờng phát triển ngang tầm các nớctrong khu vực Thời kỳ đất nớc tăng cờng mở rộng hợp tác về mọi mặt với cácquốc gia khác trên thế giới, sự đầu t lớn về nhiều mặt của các nớc bạn, nhất làtrong lĩnh vực giao thông đã tạo nên sự phát triển nhanh trong công tác t vấn,thiết kế và xây dựng cầu

Do đặc thù của sự phát triển đất nớc qua từng thời kỳ đã nảy sinh mối tơng quan

trong thời kỳ đầu tới thập niên những năm 1990, tiêu chuẩn thiết kế cầu của Việtnam dựa trên nền tảng tiêu chuẩn thiết kế và các thiết kế điển hình của Liên Xô

cũ Đối với các dạng kết cấu nhịp phổ biến, nhất là các cầu có nhịp giản đơn bằng

bê tông cốt thép (BTCT) hoặc bê tông cốt thép ứng suất trớc (BTCT ƯST) thờng

đợc sử dụng dầm có tiết diện kiểu chữ  T , kể cả dầm đợc sản xuất tại Nhàmáy bê tông Châu Thới theo tiêu chuẩn AASHTO cũng phần lớn là dầm có tiếtdiện kiểu chữ  T , Với loại dầm này bằng BTCT ƯST có thể chia làm 2 loại:Kéo trớc và kéo sau; Loại kéo trớc thực hiện phổ biến ở nhà máy, loại kéo sau cóthể thực hiện tại nhà máy hoặc tại công trờng tuỳ thuộc vào đặc thù vị trí xâydựng cầu, trong loại hình kéo sau có thể đúc dầm toàn khối hoặc đúc phân đoạn.Các đồ án thiết kế điển hình đợc tiêu chuẩn hoá theo từng loại khẩu độ, cấp đờng

và cấp tải trọng

Loại hình dầm giản đơn có mặt cắt dạng hộp cũng thờng đợc sử dụng, nhất làtrong các nhịp dẫn của các cầu dầm hộp liên tục, dầm khung T, vừa đảm bảo đợctính mỹ quan cao của công trình và đạt yêu cầu vợt đợc khẩu độ tơng đối lớn Ví

dụ nh đã sử dụng cho cầu Trần Phú, cầu Phú Lơng, cầu Lạch Tray II,cầu Đáp Cầu và gần đây sử dụng cho cầu Xuân Sơn thuộc dự án đờng Hồ Chí Minh

Thời kỳ khoảng từ năm 1995 tới nay, sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật cùng vớiviệc áp dụng các thành tựu và công nghệ mới, tiêu chuẩn mới (tiêu chuẩnAASHTO, tiêu chuẩn úc, Nhật), cộng với sự đầu t cho vay, tài trợ vốn của Ngânhàng thế giới (WB), Ngân hàng phát triển Châu á (ADB), Quỹ tài trợ Nhật bản(ODA), thông qua các Công ty t vấn Quốc tế nh là PCI, Nippon Koei co., ltd.Louis Berger and Cather Delew, Hider, SNW.v.v các dự án cầu nói riêng đợctriển khai nhiều nhng có sự chọn lọc Trong các dự án lớn nh dự án cải tạo nângcấp QL5, QL18, cải tạo và khôi phục các cầu trên QL1A đã đồng loạt sử dụngloại dầm BTCT ƯST có tiết diện kiểu chữ  I  kéo sau, chiều dài dầm thay đổi

từ 15m~33m

Gần đây Cục đờng bộ Bang Victoria của úc đã nghiên cứu một loại hình dầmmới và đã đa vào áp dụng - đó là dầm Super - T Sự phát triển của dầm Super-T kếthừa những u điểm có sẵn của dầm BTCT ƯST đúc sẵn nh tính trờng tồn tuyệtvời, Những u điểm của dầm Super-T đợc thống kê qua việc sử dụng ở Autralian Trong dự án xây dựng cầu Mỹ Thuận ở Việt nam, đợc sự giúp đỡ về kỹ thuật củacác chuyên gia, kỹ s của úc cùng với sự chuyển giao công nghệ mới, cầu MỹThuận đã đợc thiết kế và đang đợc thi công, hiện đang chuẩn bị đa vào khai thác.Các nhịp chính đợc thiết kế theo kiểu cầu dây văng, kết cấu nhịp của các nhịp

cầu dẫn đợc áp dụng loại hình kết cấu mới - đó là nhịp giản đơn bằng BTCT ƯST,mặt cắt ngang dầm chủ kiểu chữ  V  hay còn gọi là dầm Super-T,

Về tổng quát, trong kết cấu cầu đợc phân thành 2 bộ phận chính, đó là kếtcấu phần trên và kết cấu phần dới Một giải pháp thiết kế cầu nói chung cần phải

đợc phân tích, chọn lựa các hình dạng kết cấu phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế,

điều kiện khu vực xây dựng dự án cầu Mục đích cuối cùng để đa ra đợc các chỉtiêu hợp lý nhất về kinh tế, kỹ thuât, mỹ thuật cùng với sự trờng tồn của côngtrình với thời gian Nói chung, giữa 2 phần kết cấu chính này của cầu có ảnh hởnglẫn nhau, nhng sự ảnh hởng trực tiếp của kết cấu phần trên lên kết cấu phần dới làrất lớn, ảnh hởng này quyết định một phần lớn việc lựa chọn loại hình kết cấuphần dới cũng nh giá thành, tiến độ xây dựng công trình Do vậy việc nghiên cứulựa chọn loại hình kết cấu nhịp phù hợp cho việc thiết kế ảnh hởng rất lớn đến cácchỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và mỹ quan của công trình

Việc phân tích, đánh giá và so sánh để chọn giải pháp xây dựng cầu tối u là cảmột vấn đề rất lớn, trong phạm vi luận án này, phân tích đánh giá chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật, mỹ quan của dầm Super-T đối với các loại hình dầm giản đơn, phổ biến

nh đã nêu ở trên

Chơng iigiới thiệu dầm super-t

Tees là dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực kéo trớc hoàn chỉnh, nó kết hợp các tínhnăng kết cấu của dầm hộp với dạng ván khuôn vĩnh cửu đối với bản.

Với mong muốn chế tạo một loại dầm mới có giá thành thấp hơn các dầm tiêuchuẩn, áp dụng cho miền chiều dài nhịp trung bình, có thể dễ dàng sản xuất vàvận chuyển, và chỉ sử dụng một bộ khuôn đúc cho các chiều dài nhịp, Ban CôngTrình Cầu Lớn thuộc cục đờng bộ bang Victoria đã nghiên cứu cải tiến loại dầmmáng hở tiêu chuẩn và kết hợp với đặc điểm của dầm T để cho ra đời loại dầm cótiết diện dạng hộp và đổ bê tông tại chỗ cho bản mặt cầu - gọi là dầm Super-T Dầm đợc định hình hoá với các chiều cao từ 750mm đến 1750mm cho các nhịp từ

20 đến 36m Sau khi các kỹ s t vấn lẫn kỹ s của Vic.Road chấp nhận, Chiếc dầm

đầu tiên đã đợc đúc trong vòng 6 tháng và chiếc cầu đầu tiên đợc hoàn thànhtrong vòng 12 tháng

Dầm Super Tees có bốn dạng chiều dày tiêu chuẩn của dầm tơng ứng với chiềudài dầm, điều này tơng tự nh đối với các dầm bê tông ứng suất trớc Sơ đồ trìnhbày ở bảng 1 và hình 1

ở Việt nam, lần đầu tiên dầm Super-T đợc đa vào áp dụng cho cho phần cầu dẫncủa dự án cầu Mỹ Thuận là một trong các dự án cầu hiện đại nhất nớc ta Chiềudài của dầm Super-T đợc phát triển thành L=40m và đặc biệt là đầu dầm cắt khấc

để che phần nhô ra của xà mũ trụ, tạo mỹ quan đẹp cho tổng thể toàn bộ côngtrình Hơn nữa, nhịp chính của cầu Mỹ Thuận là dạng kết cấu hiện đại, khẩu độlớn nên sự lựa chọn dầm Super-T cho phần cầu dẫn là hoàn toàn hợp lý (Sơ đồcầu Mỹ Thuận xem hình 3, mặt cắt ngang cầu xem hình 2) Trong dự án cải tạo

Đờng 10 hiện nay đang đợc xây dựng, dầm Super-T đợc áp dụng cho các cầu Tân

Đệ, Quý Cao là một trong các cầu lớn của nớc ta (Sơ đồ cầu Tân Đệ xem hình 5,mặt cắt ngang cầu xem hình 4)

Dầm Super-T kế thữa những u đIểm sẵn có của dầm bê tông d ứng lực đúc sẵn,

nh tính trờng tồn tuyệt vời Những u điểm của dầm Super Tees đợc thống kê quaviệc sử dụng cầu ở úc Dầm Super-T có nhiều u điểm trong việc chế tạo và thicông đồng thời có khả năng cạnh tranh với các loại dầm khác nh dầm T, I khi đ-

ợc sử dụng rộng rãi Nó cũng đang đợc sự chú ý của các nhà sản suất và đang đợcnghiên cứu phát triển Đến nay, dầm Super-T đang đợc ứng dụng rất thành công ởbang Victoria và đã chứng minh đợc hiệu quả kinh tế kỹ thuật

(sơ đồ cầu mỹ thuận)

(sơ đồ cầu tân đệ)

Phần II: Cấu tạo dầm Super Tees

II.1 Đặc điểm:

Đặc điểm của dầm Super T, minh hoạ ở hình ., có thể tổng kết nh sau:

-Chiểu rộng bản cách có thể thay đổi từ 1120mm đến 2500mm để phù hợp

chiều rộng cầu và chiều cong tuyến Chiều rộng này có thể lên tới

-Chiều dày bản cánh dày tối thiểu là 75mm.

-Chiều dáy sờn tối thiểu là 90mm

-Sợi cáp thẳng

-Dầm đợc đặt theo dốc ngang của bản mặt cầu

-Gối cầu đợc chuyển vị ngang theo 2 phơng

-Chiều dày bản phía trên có kích thớc tối thiểu là 140mm với 2 lớp cốtthép

-Không cần các dầm ngang Có các dầm ngang tại đầu dầm khi bố trí cáckhe co giãn để giảm chiều dày của bản xuống dới 140mm

-Bản mặt cầu có thể liên tục tại trụ để bỏ qua khe co giãn Dầm liên tục

đ-ợc hoàn thành phía trên trụ theo cách tơng tự nh đối với các dầm khác

Phần III: Thiết kế dầm Super Tees

3.1 Các nguyên lý cơ bản

Dầm bê tông cốt thép dự ứng lực dựa trên nguyên lý bê tông đợc nén trớc khi chịutải trọng bên ngoài, do vậy ứng suất kéo trong bê tông đợc giảm bớt hoặc triệttiêu Kết cấu bê tông dự ứng lực thể hiện những u điểm sau:

 Cải thiện điều kiện làm việc: Giảm độ võng khi chịu tải, tăng mô men khángnứt

 Sử dụng hiệu quả vật liệu cờng độ cao

 Tăng cờng độ chống cắt và xoắn

 Tăng khả năng chịu mỏi và phục hồi độ võng sau khi nứt

Do tăng đợc giới hạn khi sử dụng, kết cấu BTCT dự ứng lực thờng thanh mảnhhơn kết cấu bê tông cốt thép thờng và đặc biệt phù hợp với kết cấu có tỉ lệ (trọnglợng bản thân/tải trọng tác dụng) lớn Dầm Super-T sử dụng phơng pháp căng tr-

ớc, thép cờng độ cao đợc căng trớc khi đổ bê tông và lực căng truyền vào bê tôngqua sự dính bám

3.2 Đặc điểm cấu tạo

Dầm super-T có các tao cáp dự ứng lực chạy thẳng với một số bó cáp đợc cách lyvới bê tông ở 2 đầu dầm nhằm giảm bớt sự tập trung ứng suất kéo ở thớ trên khi

dự ứng lực Tuỳ thuộc vào ý đồ thiết kế, yêu cầu cảnh quan khu vực xây dựng cầu

mà 2 đầu dầm đợc khấc và kê lên xà mũ dạng chữ T ngợc để tạo nên tổng thểkiến trúc hài hòa Các vách ngang dầy 150mm bố trí với khoảng cách khoảng12m để tăng độ ổn định trong quá trình cẩu lắp Phần trên dầm để hở sẽ đợc đậylại bằng các bản bê tông đúc sẵn khi bắt đầu thi công bản mặt cầu Toàn bộ cácnhịp đợc liên tục hoá thông qua bản mặt cầu thay thế cho việc sử dụng khe cogiãn thông thờng đồng thời đảm bảo xe chạy êm thuận trong suốt quá trình khaithác

3.3 Các vấn đề trong thiết kế

3.3.1 Tính toán nội lực trong sơ đồ mạng: (ví dụ tính toán dầm cầu dẫn cầu

Mỹ Thuận)

Việc tính toán nội lực dựa vào chơng trình phân tích kết cấu chuyên dụngACES với u điểm là mô hình hoá nhanh và tính năng chất tải tự động Do đặc

điểm cấu tạo nên khi mô hình hoá kết cấu, cần chú ý những điểm sau:

 Đặc trng hình học của dầm chủ là của tiết diện liên hợp giữa bê tông dầm chủ(fc=50MPa) và bê tông bản mặt cầu (fc=32MPa) Bề rộng tính toán của bảntham gia chiu lực cùng dầm bằng khoảng cách giữa 2 dầm chủ Có thể coi gần

Với hoạt tải, ngời sử dụng chỉ cần khai báo loại xe, hớng và độ dịch chuyển của

xe trong phạm vi nghiên cứu, chơng trình sẽ phân tích tất cả các trờng hợp tảitrọng ứng với mỗi vị trí xe chạy để có biểu đồ bao nội lực

Hình dới đây cho kết quả biểu đồ bao nội lực trong dầm biên với hoạt tải trên 1/2 cầu

Mô men tại giữa nhịp trong giai đoạn sử dụng

Trong xu thế tin học hoá sản xuất, sử dụng chơng trình làm giảm thời gian tínhtoán, khi cần có thể thay đổi nhanh để lựa chọn phơng án tối u, tuy nhiên các kếtquả của chơng trình cần đợc kiểm tra bằng một phơng pháp độc lập nh dùng cáccông thức trong quy trình để đảm bảo kết quả đa ra là hợp lý và chính xác

3.3.2 ứng suất khi truyền lực căng và trong giai đoan sử dụng.

Đối với dầm bê tông cốt thép dự ứng lực , một số giai đoạn quan trọng cần kiểmtra ứng suất trong bê tông là sau khi truyền lực căng và trong giai đoạn sử dụng.Quy trình AUSTROADS 1 quy định giới hạn ứng suất kéo do uốn ở mức 0.5fc(khoảng 3MPa với cờng độ bê tông khi truyền lực căng 35 MPa, bê tông dầm đợc

1 AU I STROADS - Quy trình thiết kế cầu Australia

thiết kế với cờng độ 50MPa) ứng suất nén lớn nhất lúc truyền lực căng khoảng0.6fc hay 21MPa Giới hạn biên độ tăng ứng suất trong cáp nhỏ hơn 200MPa.Giá trị tăng ứng suất thực tế đối với dầm super-T dới tải trọng sử dụng là 80MPa.Nói chung, cờng độ bê tông lúc truyền lực căng nên giới hạn ở mức 35MPa trong

điều kiện bảo dỡng thông thờng và việc khống chế ứng suất trong thiết kế khôngthích hợp có thể kéo dài thời gian thi công và gây tổn phí cho nhà thầu Kiểm traứng suất khi truyền lực căng, cần khống chế chiều dài nhịp tính toán sao cho mômen uốn do tải trọng bản thân dầm làm giảm bớt ứng suất kéo trong bê tông ở thớ

đỉnh, đồng thời ứng suất phải đợc kiểm tra tại một số điểm dọc theo chiều dàinhịp để đảm bảo tiêu chuẩn về ứng suất cho phép, đặc biệt là ứng suất gần vị trígối vì tại đó ứng suất do tải trọng bản thân (để cân bằng với ứng suất do dự ứnglực) bị giảm Một trong những phơng pháp để giảm bớt sự tập trung ứng suất kéotại đầu dầm là thiết kế các đoạn cáp không liên kết (không dính bám với bê tông)

Số lợng cáp có thể tới 30% đợc ngăn không dính bám trong khoảng gần gối (bằngcách bọc cáp trong ống plastic) Các cáp đợc ngăn không dính bám với bê tôngcần đối xứng với tim dầm và chuyển tiếp trong 3 đến 4 đoạn ví dụ 1.5m, 3m, và4.5m Quy trình AASHTO quy định số lợng cáp có đoạn không dính bám khôngnên vợt quá 25% Trong dầm Super-T cầu Mỹ thuận, số lợng tao cáp đợc ngăndính bám là 10 trên tổng số 38 tao cáp Dự ứng lực trong cáp đợc phát triển vớichiều dài khoảng 90 lần đờng kính cáp (theo AS 3600) Để an toàn, có thể lấy giátrị chiều dài này là 0.5m, ví dụ, với cáp đợc ngăn không dính bám tại cự ly 1.5m

có thể phát triển đầy đủ lực căng tại cự ly 2m

Biểu đồ dới đây cho thấy ứng suất ở thớ đỉnh và đáy bê tông dầm nằm trong phạm

vi cho phép, ứng suất vùng đầu dầm đã đợc giảm bớt

lực căng trung bình trong cáp

200.0 180 166 145 133

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0

Lực căng tr ong cáp -kN

ứng suất trong bê tông tại mặt cắt giữa nhịp

Tại thớ trên Tại thớ dới

Dới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải T44 16.7 -2.7Dới tác dụng của tĩnh và hoạt tải HLP200

3.3.3 Mất mát ứng suất.

Các tao cáp thờng đợc gây ứng suất từ 75% đến 80% cờng độ giới hạn (CĐGH)

Đối với tao đờng kính 15.2mm, lực căng có thể từ 185 đến 200KN với cờng độgiới hạn khoảng 250kN Mất mát do chùng ứng suất và do co ngắn đàn hồi làmgiảm lực căng trong các tao cáp khi truyền lực căng còn khoảng 70%CĐGH.Trong tính toán mất mát do chùng ứng suất, cần xem xét khoảng thời gian giữakhi kích tạo ứng suất trớc và khi truyền lực căng (khoảng 16 đến 36 giờ, phụthuộc vào điều kiện bảo dỡng bê tông) và ảnh hởng của nhiệt độ Trong giai đoạn

với việc bảo dỡng thông thờng và lực căng đạt 75% CĐGH, mất mát sẽ vàokhoảng 3% Mất mát do co ngắn đàn hồi có thể lên tới 7 đến 8% Mất mát theothời gian do co ngót, từ biến vào khoảng 15% lực căng Tổng mất mát ứng suất

đối với các kết cấu căng trớc thờng trong khoảng 25-30%

3.3.4 Cờng độ cực hạn của tiết diện:

Thông thờng, với quy trình AUSTROADS, dầm thiết kế đã thoả mãn tiêu chuẩntải trọng sử dụng (hay ứng suất cho phép) cũng thoả mãn tiêu chuẩn thiết kế theo

hệ số tải trọng

Khảo sát mối quan hệ đờng cong mô men cho thấy sự thay đổi độ cứng của tiếtdiện trong các giai đoạn chất tải Mối quan hệ giữa độ cứng EI và độ cong (1/R)trong phơng trình:

EI = M / (1/R)

Với E - Mô đun đàn hồi của vật liệu

I - Mô men quán tính của tiết diện

M - Nội lực của tiết diện

(1/R) - Độ cong

BIểU Đồ QUAN Hệ ĐƯờNG CONG MÔ MEN

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Sau khi truyền lực căng

Độ vồng còn

d cuối cùng

Sự thay đổi độ dốc của đờng cong cho thấy sự thay đổi độ cứng của tiết diện (tiếtdiện bị nứt) Mối quan hệ tuyến tính phát triển tới điểm chẩy của hàng cáp dớicùng, sau đó, độ cong tăng rất nhanh đến khi phá hoại

Cờng độ chịu uốn của tiết diện khoảng 14000 kN.m hoàn toàn thoả mãn tiêuchuẩn về hệ số tải trọng

3.3.5 Tính toán độ vồng trong quá trình thi công.

Kiểm soát độ vồng của dầm dự ứng lực là nhiệm vụ tơng đối quan trọng trongviệc thiết kế bởi nó ảnh hởng trực tiếp đến bề dầy bản bê tông đổ sau, và để tạo đ-ờng cong mặt cầu trơn tru Độ vồng ban đầu của dầm phát triển theo thời gian do

ảnh hởng của từ biến Từ biến của dầm phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố nh tuổicủa dầm khi truyền lực căng, điều kiện môi trờng, kích thớc cấu kiện Việc tínhtoán độ vồng liên quan đến một số giả thiết với mức độ chính xác khác nhau Một

số nhân tố có thể đợc ớc tính d hoặc thiếu Các kết quả tính độ vồng tại giữa nhịp

nh hình vẽ cho thấy với độ vồng còn d 50mm, bề dầy bản bê tông mặt cầu sẽ là150mm tại giữa nhịp và 200mm tại vị trí gối

Kết quả thống kê ở 60 dầm Super-T của cầu Mỹ Thuận cho thấy sự phân bố của

số liệu thống kê khá sát với giá trị tính toán

3.3.6 ảnh hởng thứ cấp từ biến, co ngót của dầm đối với thiết kế trụ.

Các nhịp dầm giản đơn Super-T đợc liên tục hóa bằng các bản mặt cầu đổ tại chỗ,

do đó loại bỏ đợc các khe co giãn trong các nhịp giản đơn và tạo sự êm thuận cho

xe chạy Chiều dài liên tục hoá tới 440m (11 nhịp 40m) là điểm đặc biệt của kếtcấu cầu dẫn Tuy nhiên các ảnh hởng từ biến, co ngót và nhiệt độ lại gây bất lợi

đặc biệt cho các trụ cứng hoặc nằm xa tâm chuỗi Tính toán cho thấy biến dạngcòn d do từ biến co ngót trong dầm khoảng 38x10-5 và khi xét tới từ biến trongtrụ, ảnh hởng này đối với trụ giảm còn khoảng 20x10-5 Đối với việc phân tíchtrạng thái giới hạn theo cờng độ, cũng cần nghiên cứu sự thay đổi độ cứng trongtrụ khi tiết diện bị nứt

Khi khảo sát các trụ, cho thấy tâm chuỗi (điểm có chuyển vị bằng 0) xuất hiệnlân cận giữa trụ số 3 và 4 Trụ số 1 cứng nhất (và ngắn nhất) nên tiếp nhận phầnlớn tải trọng, các trụ số 8,9,10 do có độ mảnh lớn nên nội lực không tăng

3.3.7 Thiết kế bản liên tục nhiệt.

Bản liên tục nhiệt là giải pháp nối các nhịp dầm giản đơn bằng bản mặt cầu đổ tạichỗ Trớc đây, kỹ thuật này đã đợc ứng dụng lần đầu tiên ở công trình cầu ThăngLong (những năm 1985) Từ đó đến nay có 1 số cầu ở Việt nam đợc áp dụng loạihình kết cấu này, ví dụ nh cầu Cầm trên QL18, cầu cạn nhà ga sân bay Quốc tếNội Bài, cầu Gián Khẩu trên QL 1A, cầu Mai Pha, Chi Lăng trên QL1A và 1 sốcầu khác

Các bản liên tục nhiệt đợc tính toán theo cả 2 sơ đồ chịu lực cục bộ và tham giacùng làm việc vơí kết cấu chịu tải trọng bản thân, tĩnh tải phần 2 và hoạt tải Tổngkết các cầu đã sử dụng khe co dãn bằng bản liên tục nhiệt cho đến nay chất l ợngrất tốt (nổi bật nh ở phần dầm dẫn cầu Thăng Long) Điều đó chứng minh u điểmcủa khe co dãn bằng bản liên tục nhiệt đối với vấn đề khai thác và chất lợng côngtrình Hiện nay khe co dãn bằng bản liên tục nhiệt đợc ứng dụng ở cầu MỹThuận, cầu Tân Đệ, Quý Cao và 1 số cầu khác ở Australia, bản liên tục nhiệt đ-

ợc dùng phổ biến và đã chứng tỏ đợc những u điểm trong suốt quá trình sử dụnglâu dài

Hình 3: Cấu Tạo Bản Liên Tục NhiệtTrên đỉnh trụ bản đợc ngăn không dính bám bằng vật liệu polystyrene khoảng1.7m Việc đổ bê tông bản liên tục nhiệt diễn ra sau khi đổ bản mặt cầu và cầnchú ý tránh tạo bản quá dầy

Tính toán bản liên tục nhiệt có thể dựa trên 2 phơng pháp cơ bản:

 Phơng pháp giải tích: Dựa trên phơng trình cân bằng góc xoay giữa đầu dầm

và đầu bản Dới tác dụng của tĩnh tải phần 2 và hoạt tải, xác định đợc gócxoay của đầu dầm giản đơn áp dụng chuyển vị cỡng bức đó cho bản ngàm 2

đầu, xác định đợc mô men uốn trong bản

 Phơng pháp phần tử hữu hạn: Mô hình hoá kết cấu dầm-bản liên tục nhiệt có

áp dụng cho bất kỳ loại dầm, kiểu liên kết và có thể tính toán nội lực (mômen, lực dọc) trong bản liên tục nhiệt.

Chơng iiiPhân tích và so sánh chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật của dầm

super-t với các loại dầm  t ,  I  và dầm hộp

Phần I: Tổng quan về dầm  T ,  I  và dầm hộp

Dầm T:

Dầm T phổ biến tại miền Bắc trớc năm 1975 và trong cả nớc trong thập kỷ 70 &

80 Dầm T có dầm ngang là phổ biến nhất Nếu mối nối thực hiện ở các dầmngang thì bản mặt cầu sẽ chịu lực giống nh bản hẵng, chiều dày bản sẽ tham giachịu lực từ chỗ sát nách dầm đến đầu nút hẫng Nách dầm có thể có vút hoặckhông Chiều dày bản từ 10~15 (cm), sờn dày 20cm Khoảng cách dầm có thể từ

90 đến 170cm

Dầm T không có dầm ngang cũng có các kích thớc tơng tự trên Tuy nhiêncấu tạo mối nối ở bản từ 15~20cm, điều này dẫn đến mômen quán tính của bảnnhỏ, khiến cho độ cứng ngang của dầm nhỏ

Hiện nay loại dầm T không có dầm ngang rất ít dùng, nhợc điểm là độcứng theo phơng ngang nhỏ, phân tích hoạt tải cho các dầm không đều khi cầu cókhổ từ hai làn xe trở lên, hơn nữa trong quá trình khai thác cầu bị rung mạnh gâycảm giác không êm thuận và dễ gây các vết nứt trên bê tông

Dầm T cải tiến đợc bố ttrí thêm các dầm ngang, số lợng dầm ngang thay

đổi từ 3 đến 5 dầm tuý thuộc vào chiều dài kết cấu nhịp Khổ cầu có thể thay đổi

từ khổ 7, khổ 9, khổ 12 hoặc lơn hơn tuỳ thuộc cấp đờng

Vật liệu thờng dùng trong kết cấu dầm T:

- Thép thờng: Cốt thép dùng loại CT5 hoặc CT3 (theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ),hoặc các loại cốt thép thờng theo tiêu chuẩn AASHTO

- Thép cờng độ cao: Trớc đây phổ biến dùng loại thép cờng độ cao 24 sợi 5(theo tiêu chuẩn Nga) với lực kéo khoảng 50T Gần đây dùng loại bó 7 sợi12.7mm hoặc 15.2mm gồm 7 tao hoặc 12 tao của VSL, OVM hoặc Freyssinet vớilực kéo từ 98 đến 165 T Loại cáp này tiện lợi trong quá trình thi công và độ ántoàn cao trong quá trình căng kéo và sử dụng

- Bê tông: Bê tông dùng trong dầm BTCT ƯST thờng sử dụng bê tông M400 hoặccao hơn

- Tải trọng thiết kế: Với các loại tải trọng từ H13, X60; H30, XB80 (theo tiêuchuẩn Nga) hoặc tải trọng tiêu chuẩn của AASHTO

* Phân tích u nhợc điểm:

+ Ưu điểm :

- Rất tiện lợi cho các loại nhịp với kích thớc từ 18 đến 33m (phổ biến)

- Ván khuôn đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp

- Có thể đúc ngoài công trờng

- Với những dầm có độ lệch tâm giữa trọng tâm dầm và trọng tâm các bócáp lớn, mặt cắt T rất kinh tế khi bố trí cốt thép

+ Nhợc điểm :

- Đối với các loại dầm khác nhau, phải có nhiều bộ ván khuôn

- Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm dầm và trọng tam các bó cáp nhỏ, mặtcắt T sẽ không hiệu quả và kinh tế khi bố trí cốt thép, trọng tâm của cốt thép khicăng kéo sẽ nằm phía dới, nó gây lên ứng suất kéo lớn tại bản cánh.

- Cầu rung mạnh khi chịu hoạt tải

- Có thể xuất hiện vết nứt dọc tại mối nối dọc của bản mặt cầu

Dầm I :

Dầm BTCT ƯST có tiết diện kiểu chữ I hiện là loại dầm đợc dùng phổbiến trên các công trình cầu khắp cả nớc, trên QL1, QL5, QL18 Hiện nay, cácdầm loại I đợc thiết kế định hình theo tiêu chuẩn AASHTO do T vấn nớc ngoài

nh Asia Pacific Consultant International (APECO), PCI, Louis Berger và TổngCông ty TVTKGTVT (TEDI) thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế dầm I : AASHTO, JICA, Quy trình 79

- Tải trọng thiết kế : H30, XB80 hoặc 1,25 HS20-44

- Khổ cầu : Tuỳ thuộc cấp đờng

- Chiều dài nhịp : 20, 25, 30 và 33m

- Bêtông : Có cờng độ 40 Mpa, cờng độ khi căng kéo là 36 MPa

- Cốt thép : Cốt thép cờng độ cao theo tiêu chuẩn ASTM bó sợi 12,7 (hoặc15,2) gồm 7 tao hoặc 12 tao

Cờng độ của bó cáp 1860 MPa

Cờng độ khi căng kéo 1440 Ma

Hiện nay, sau khi tổng kết các loại dầm I hiện đã và đang đợc thi công trên cáctuyến đờng QL1 và QL5 (trong đó đặc biệt là các dầm trên QL1), đa ra đợc cáckích thớc và chỉ tiêu cơ bản sau :

Chiều rộng bụng dầm (giữa nhịp) 0,2 0,2 0,2 02,

- Rất thuận tiện với các loại nhịp từ 20 ~ 33 (m)

- Ván khuôn đơn giản dễ chế tạo và lắp ráp, có thể sử dụng ván khuôn chonhiều loại dầm

- Mặt cắt I có trọng tâm mặt cắt gần với trọng tâm cốt thép CĐC, do vậyhiệu quả khi phân phối lực, cả trong khi căng kéo và giai đoạn sử dụng

- Độ cứng ngang lơn nên hoạt tải phân bố tơng đối đều cho các dầm , ítrung trong quá trình khai thác

- Bản mặt cầu đổ bê tông tại chỗ cùng với dầm ngang, liên hợp với dầmchủ qua cốt thép chờ, do vậy khắc phục triệt để vết nứt dọc so với mối nối dầm T.+ Nhợc điểm :

- Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm bó cáp và mặt cắt lớn, xuất hiện vết nứttại thớ trên dầm

- Tĩnh tải dầm lớn, khối lợng bê tông và thép nhiều

- Bản ván khuôn dày 8 cm gây thêm phần tĩnh tải và tốn kém

Dầm hộp:

- Dầm hộp hiện đang là loại mặt cắt ngang của cầu đợc phát triển thiết kế

và thi công trong vài năm trở lại đây Ưu nhợc điểm của loại dầm hộp này sẽ xem

dài từ 30  45m Các nhịp dầm hộp giản đơn đã thi công, đang thi công hoặctrong giai đoạn thiết kế bao gồm dầm 37,5m (cầu Phú Lơng); dầm 30m (cầu TrầnPhú và Xuân Sơn ); dầm 33m cho cầu Đáp Cầu.

- Đặc điểm cấu tạo của loại dầm hộp :

- Quy trình thiết kế :

+ Quy phạm thiết kế cầu hiện hành của Việt Nam dựa trên các kết quảnghiên cứu cũng nh kinh nghiệm khai thác cầu ở Liên Xô cũ những năm 1960.Cho nên nhiều qui định đặc tính cơ học của vật liệu kể cả các quy định về co ngót

và từ biến không còn phù hợp Trong quy phạm Việt Nam hiện nay cha có quy

định về Građient nhiệt độ Chính vì thế trong khi chờ đợi quy trình mới chínhthức, khi thiết kế các cầu có nhịp dầm này, ngời thiết kế cần tham khảo các quyphạm tiêu chuẩn của nhiều quốc gia (Nga, Mỹ, úc, Anh, Pháp, Nhật )

Một ví dụ rõ ràng nhất về sự tham khảo các quy trình thiết kế là khi thiết

kế cầu Phú Lợng (nhịp 37,5m); Thiết kế gồm TEDI (Công ty TVTK Cầu Hầm) và các chuyên gia cùng với sự chuyển giao công nghệ của hãng VSL đãthiết kế theo các quy phạm sau :

lớn-+ Tải trọng tiêu chuẩn của qui phạm thiết kế cầu của Pháp

+ Đặc trng cơ học vật liệu, các quy định về co ngót và từ biến theo tiêuchuẩn CEB-FIP Model code (Hội đồng bê tông châu Âu và liên đoàn ƯST Quốctế)

+ Quy định về Gradient nhiệt độ theo quy phạm Anh BS5400 lý do để lựachọn từng phần qui phạm để áp dụng là tuỳ thuộc vào mức độ qui phạm đợc cậpnhật các kết quả nghiên cứu mới và vận dụng thành thạo của ngời thiết kế

Một trờng hợp khác ở nớc ngoài cũng phải giải quyết tơng tự, khi thi côngcầu Gateway (úc) ngoài việc sử dụng quy phạm úc còn sử dụng quy phạm Thuỵ

- Đòi hỏi phải có thiết bị thi công và công nghệ cao

- Yêu cầu công nhân có trình độ cao

Chỉ tiêu về vật liệu trên 1 m2 kết cấu nhịp:

Tổng kết các công trình cầu đã thiết kế, đã xây dựng và đang xây dựng, các đồ án

điển hình trớc đây nh định hình dầm bê tông dự ứng lực cắt khúc kéo sau 384/8của Liên xô cũ, định hình dầm BTCT DƯL Châu Thới theo tiêu chuẩn Mỹ Vấn

đề so sánh về chỉ tiêu vật liệu sẽ là tơng đối trên cơ sở các cầu có cùng khẩu độnhịp, khổ cầu tơng đơng, cùng loại tải trọng hoặc cấp tải trọng tơng đơng

Đối với loại cầu BTCT DƯL giản đơn dùng loại dầm mặt cắt chữ T, chỉ tiêu vềvật liệu đợc tổng kết từ các cầu nh cầu Gián Khẩu, phần cầu dẫn cầu Thăng Long,Bến Thuỷ, cầu Yên Bái, Thái Bình, Phong Châu, cầu Bình, cầu Đò Quan, cầuThiệu Hoá, Đông Hà, v.v và tổng kết trong định hình 384/8 Chiều dài loại hìnhdầm T bằng BTCT DƯL từ 18m đến 42m, phổ biến nhất là loại 33m Cự ly dầmchủ từ 2.1m đến 2.5m

Đối với loại cầu BTCT DƯL giản đơn dùng loại dầm mặt cắt chữ I, chỉ tiêu về vậtliệu đợc tổng kết từ các cầu trên QL5, QL1A (khoảng 41 cầu), đờng 18, v.v ,chiều dài dầm từ 20m đến 33m, chiều cao thay đổi từ 1.2m đến 1.65m, cự ly dầm

từ 2.1m đến 2.5m

Đối với loại cầu BTCT DƯL giản đơn dùng loại dầm mặt cắt dạng hình hộp, chỉtiêu về vật liệu đợc tổng kết từ các cầu nh cầu Phú Lơng, cầu Trần Phú, Đáp Cầu,Xuân Sơn

Riêng với dầm Super-T, chỉ tiêu về vật liệu đợc tổng kết từ đồ án thiết kế thi côngcủa cầu Mỹ Thuận, Tân Đệ, cầu Quý Cao và tham khảo các cầu đã đợc xây dựngtại úc

Tuy nhiên, việc tổng kết là chỉ để so sánh một cách tơng đối, bởi vì với mỗi loạikết cấu có qui định về cờng độ vật liệu khác nhau, dây chuyền sản xuất và nhữngqui định khác cũng không phải giống nhau (những tổng kết xem bảng sau)