CẦU BẢN VÀ CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC LẮP GHÉP

Chơng 3Cầu bản và cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực lắp ghép 3.1 Các phơng pháp tạo dự ứng lực trong bê tông + Nói chung dự ứng lực là tìm cách nào đó tạo ra ứng suất kéo trong cốt th

Chơng 3

Cầu bản và cầu dầm bê tông cốt thép

dự ứng lực lắp ghép

3.1 Các phơng pháp tạo dự ứng lực trong bê tông

+ Nói chung dự ứng lực là tìm cách nào đó tạo ra ứng suất kéo trong cốt thép c-ờng độ cao rồi sau đó lợi dụng tính dính bám của cốt thép đó với bê tông hoặc dùng mấu neo để truyền lực kéo trong cốt thép vào bê tông tạo thành lực nén trớc trong bê tông

+ Để đạt đợc mục đích trên thì ngời ta có các phơng pháp tạo dự ứng lực nh sau

* Phơng pháp căng trớc (Tiền áp)

* Phơng pháp căng sau

* Phơng pháp dự ứng lực ngoài

3.1.1 Phơng pháp căng trớc (kéo căng trên bệ)

+ Theo phơng pháp này thì các cốt thép dự ứng lực đợc kéo căng trớc khi đổ bê tông

Bệ căng

Bê tông đổ sau khi căng cáp

ụ chuyển h ớng Neo ngầm

+ Sau khi kéo căng cốt thép cờng độ cao thì liên kết chúng chặt chẽ vào các bệ

cố định và các neo tạm thời sau đó lắp đặt cốt thép thờng, ván khuôn và đổ bê tông dầm

+ Khi bê tông dầm đạt cờng độ yêu cầu thì tháo bỏ neo tạm, khi này lực căng trong cốt thép sẽ truyền vào bê tông nhờ các neo ngầm và lực dính bám giữa

bê tông và cốt thép

+ Các đoạn cốt thép dự ứng lực thừa nhô ra ngoài đầu dầm sẽ đợc cắt bỏ

+ Bệ căng có thể bằng thép, BTCT xây trên mặt đất hoặc cũng có thể đợc đặt trên

xe di động

* u điểm, nhợc điểm của phơng pháp

u điểm:

- Bê tông dầm đảm bảo chất lợng cao khi sản xuất trong nhà máy

- Khả năng dính bám giữa bê tông và cốt thép dự ứng lực là rất tốt

- Khi kéo ta có thể dễ dàng quan sát đợc sợi thép do đó có thể kiểm soát và phát hiện đợc sự cố do: vật liệu không đồng chất, khuyết tật

củ cốt thép…

Nhợc điểm:

- Yêu cầu nhiều thiết bị, không gian hai bên cấu kiện phải đủ lớn

- Chỉ kéo căng cốt thép đợc theo sơ đồ thẳng hay sơ đồ gãy khúc

3.1.2 Phơng pháp căng sau

+ Theo phơng pháp này thì các cốt thép dự ứng lực đợc căng kéo sau khi bê tông dầm đã đạt cờng độ yêu cầu

+ Để làm đợc điều đó thì khi bố trí cốt thép thờng ngời ta đã đồng thời bố trí hệ thống ống ghen (ống để sau này luồn cáp) theo dạng đờng cong hay thẳng đã

định (theo thiết kế) sau khi bê tông đã đạt cờng độ yêu cầu thì ngời ta luồn cốt thép cờng độ cao vào ống ghen và sau đó kéo căng cốt thép thông thờng là dùng kích

+ Chân kích đợc tỳ trực tiếp lên bê tông đầu dầm để kéo căng cáp, đóng neo ngoài, tháo kích, cắt cáp thừa và tiến hành bơm vữa bê tông vào ống ghen Neo ngoài đợc đổ bê tông bịt kín chống rỉ

Giá treo kích

Bê tông đổ tr ớc khi căng cáp

Cáp dự ứng lực ống ghen đặt tr ớc khi đổ bê tông

Kích căng cáp DƯL

* u điểm, nhợc điểm

u điểm:

- Không cần bệ căng cố định và các neo tạm thời

- Thép cờng độ cao có thể đặt thẳng hoặc theo bất kỳ đờng cong nào Nhợc điểm:

- Sự dính bám giữa bê tông và cốt thép dự ứng lực không tốt bằng biện pháp căng trớc

- Khó đảm bảo và khó kiểm tra vữa lấp ống ghen 3.1.3 Phơng pháp tạo dự ứng lực ngoài

+ Các bó cốt thép dự ứng lực đợc bố trí bên ngoài tiết diện

+ Lực kéo ở thép dự ứng lực đợc truyền vào bê tông thông qua ụ truyền lực + Nếu bố trí cáp dự ứng lực theo đờng gãy khúc thì phải thêm các ụ chuyển hớng

áp dụng khi:

- Cốt thép dự ứng lực trong tiết diện quá dày

- Cốt thép dự ứng lực chỉ để phục vụ thi công

- Khi cần sữa chữa các cầu cũ VD: Cầu tân đệ

3.2 Các sơ đồ tạo dự ứng lực

+ Với kết cấu nhịp giản đơn thì có

hai loại ứng suất kéo mà chúng ta

cần triệt tiêu là σx (vị trí có Mmax ,

Mmin) và σkc vị trí có M và Q cùng

lớn

+ Các sơ đồ tạo dự ứng lực

Sơ đồ thẳng

Sơ đồ cong

Sơ đồ thẳng, cong kết hợp

Sơ đồ xiên

Đ ờng ứng suất nén

Đ ờng ứng suất kéo

3.2.1 Cốt thép dự ứng lực đặt theo sơ đồ thẳng

N d

N d TTH

σ x σ x

σkc

σkc

+ Nội lực xuất hiện ở mặt cắt ngang do dự ứng lực

N = Nd

M =Nd ex

+ Nội lực do tĩnh tải và hoạt tải Mmax , Mmin : ta phải xét cả Mmax , Mmin để xét hết tất cả các trờng hợp bất lợi xảy ra

Ví dụ: khi triệt tiêu đợc ứng suất kéo ở mặt cắt này nhng lại có thể gây bất lợi cho mặt cắt khác hoặc tại thớ khác trong mặt cắt

+ ứng suất do dự ứng lực

σdtrên = d d y t

I

M F

N

.

− = d d y t

I

e N F

N

.

.

−

σddới = d d y d

I

M F

N

.

+ = d d y d

I

e N F

N

.

.

+

Trờng hợp 1:

Xét khi Mmax khả năng

bất lợi là xuất hiện ứng

suất kéo thớ dới

ứng suất do Mmax gây ra

σ0dới = - y d

I

M

.

σ0trên = y t

I

M

.

⇒ Điều kiện σ0dới +

σddới≥ 0

Trờng hợp 2:

Xét khi Mmin khả

năng bất lợi là thớ

trên bị kéo do dự

ứng lực gây ra

ứng suất do Mmin

gây ra

σ0dới = - y d

I

M

.

TTH

N d d

N

ex

t

y

d

y

M max

N d d

M = N d e x

_

+

σtrênd

d ới d

trên 0

σ

+

_

d

d trên

σ

d ới

σ

+ + σ 0trên

σ d ới 0 +

d

x

e

d

N

= d

min

M

d y t y TTH

N d

x

e

N d

II

II

I

I

σ0trên = y t

I

M

.

Với mặt cắt giữa nhịp

_

+

d

σd ới

+

+

_

σd ới

0

0

=

d ới

σ +

σd ới 0

+

d

Mặt cắt I - I

Với mặt cắt gần đầu dầm

Mặt cắt II - II

+

d + σd ới0

0

d +

trên

σ

σd ới

= 0

0 trên

σ

d ới

+

+

d ới

trên d

σ +

⇒ Điều kiện σ0trên + σdtrên≥ 0

+ Nh vậy khi chỉ có cốt thép dự ứng lực đặt thẳng ở phía dới dầm thì không thể tránh khỏi việc xuất hiện ứng suất kéo tại các thớ trên cùng của các mặt cắt dầm sát gối Để khắc phục hiện tợng này thì ngời ta thờng kết hợp với việc đặt cốt thép dự ứng lực thớ trên cỡ (15% ữ 20%)Fd

+ Khi đặt thẳng ta thấy σkc↓ nhng không hoàn toàn

σkc = ) 2 2

2

(

σ

+

− +

+ y x y

x

u điểm:

- Đơn giản cho việc chế tạo

- Không phát sinh hiện tợng xuất hiện vùng nén cục bộ do cáp cong

- Mất mát ứng suất ít hơn sơ đồ cong Nhợc điểm

- Không giải quyết triệt để (tối u) đợc ứng suất kéo 3.2.2 Cốt thép dự ứng lực đặt theo sơ đồ cong

α

+ Nội lực trong mặt cắt do dự ứng lực

Ndt = Nd cosα

Qd = Nd sinα

Md = Ndt e

Ta thấy

σkc giảm vì τ =

b J

s Q

.

).

⇒ nh vậy đặt cốt thép dự ứng lực theo sơ đồ cong có u việt hơn rất nhiều so với sơ đồ thẳng

Nhợc điểm:

- Công nghệ chế tạo phức tạp hơn

- Sinh ra ứng suất cục bộ trong bê tông tại khu vực gần chỗ gãy khúc hay uốn cong của cốt thép

- Mất mát dự ứng lực lớn

*Thông thờng ngời ta kết hợp cả hai sơ đồ thẳng và cong để bố trí cốt thép dự ứng lực, các bó bố trí thẳng khoảng 30% ( ≥ 2 bó )

3.3 Cầu bản bê tông cốt thép dự ứng lực

3.3.1 Kết cấu nhịp bản giản đơn bê tông cốt thép dự ứng lực kéo trớc

+ Các phiến dầm bản đợc chế tạo trớc và tạo dự ứng lực theo phơng pháp căng tr-ớc

+ Cáp dự ứng lực là các sợi đơn hoặc các tao đơn căng từng sợi, tao nh dạng dây

đàn

+ áp dụng cho các nhịp từ 9,0m đến 20,0m thi công theo phơng pháp lắp ghép

và bán lắp ghép

+ Dạng mặt cắt ngang

Cốt thép lò xo Vữa xi măng 98cm

2cm

1cm

25

1 20

1 ữ

=

l h

Với mặt cắt ngang đặc nh trên (bản đặc) thì trọng lợng bản thân lớn nên khả năng vợt nhịp hạn chế ( lnhịp = 9m ữ 12m ) nhng có u điểm là chế tạo đơn giản

⇒ Khi cần tăng chiều dài nhịp có thể tăng chiều dầy bản khi đó để giảm trọng lợng bản thì ngời ta tiến hành khoét lỗ rỗng

98cm 1cm

Vữa xi măng Cốt thép lò xo

2cm

98cm 1cm

2cm

Cốt thép lò xo Vữa xi măng

Khi chiều dầy bản lớn thì cáp dự ứng lực ngời ta có thể dùng bó gồm các tao xoắn

+ Dạng bản bán lắp ghép

Phần bê tông đổ tr ớc

Loại mặt cắt này áp dụng nhịp từ 10m ữ 15m, u điểm của loại này là trọng l-ợng lắp ráp giảm và phần đổ trớc là ván khuôn để đổ bê tông tại chỗ phần còn lại tuy nhiên nó có nhợc điểm là lợng bê tông đỗ tại chỗ lớn và chờ bê tông khô mới thông xe, tính lion khối của kết cấu không cao

3.3.2 Kết cấu hịp bản kéo sau

+ Khi công trình yêu cầu vợt nhịp lớn mà chiều cao kiến trúc nhỏ khi đó ngời ta dùng kết cấu nhịp là bản dự ứng lực

Nhịp giản dơn l = 22m

Nhịp liên tục l = 15 ữ 30m

+ Lắp ván khuôn, đà giáo đổ bê tông tại chỗ sau đó kéo căng cáp dự ứng lực Dạng mặt cắt ngang

B(m)

B/3(m)

Cáp DƯL kéo sau

3.4 Cầu dầm giản đơn bê tông cốt thép dự ứng lực