8. Đề cương Cầu BTCT NC 2019

thuộc chiều dài hợp lý khi sử dụng công nghệ đúc trên đà giáo di động MSS - Tĩnh không nhỏ H = 6m - Bộ đà giáo di động là yếu tố chủ đạo của công nghệ thi công, đó là một tổ hợp đồng bộ

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP NÂNG CAO Bài tập 1: Cho một cầu dầm liên tục 3 nhịp, với Lmax = 50m, dự kiến nhịp chính được xây dựng

để vượt qua 1 tuyến đường cao tốc đang hoạt động, với chiều cao cầu 6m Hãy:

 Đề xuất Công nghệ phù hợp để thi công cầu dầm liên tục ở trên? Vì sao? (0.5đ)

 Xác định và lý do chọn: Chiều dài nhịp biên? Chiều cao dầm? Phân đoạn đốt đúc? (2đ)

 Trình bày trình tự thi công của công nghệ thi công đã đề xuất – Vẽ hình minh họa? (1đ)

 Nguyên tắc và bố trí cốt thép dự ứng lực theo phương ngang cầu và dọc cầu trong công nghệ thi công trên – Vẽ hình minh họa? (1.5đ)

Hướng dẫn:

a/ Đề suất: Công nghệ đúc trên đà giáo di động MSS

Lý do: Chiều dài cầu Lmax = 50 m  (35 – 60) m thuộc chiều dài hợp lý khi sử dụng công nghệ đúc trên đà giáo di động MSS

- Tĩnh không nhỏ H = 6(m)

- Bộ đà giáo di động là yếu tố chủ đạo của công nghệ thi công, đó là một tổ hợp đồng bộ bao gồm đà giáo ván khuôn và các thiết bị phụ trợ kèm theo đảm bảo cho thiết bị có thể tự hành

di chuyển mà không cần thiết bị máy móc ngoài hổ trợ

- Không chịu ảnh hưởng của địa hình, thủy văn, địa chất ở khu vực xây dựng

- Chiều cao dầm bằng hàm số => công tác ván khuôn dễ dàng

b/ Chiều dài nhịp biên: Lb = 0.8Lmax = 0.8.50 = 40 (m)

- Chiều cao dầm: MCN dầm có chiều cao không đổi

Tỷ lệ giữa chiều dài nhịp và chiều cao dầm: (L/H) = 25 ( với Lmax = 50m)

Hmax = 2(m) => Chọn Hd = 2m

- Phân đoạn đốt đúc: Chia thành 3 đốt

Đốt đầu tiên có chiều dài bằng đúng chiều dài 1 nhịp (nhịp biên + 0.2L)

c/ Công nghệ MSS: thuộc phương pháp thi công phân đoạn nhưng có chiều dài phân đốt đúng

bằng chiều dài một nhịp, sử dụng đà giáo có thể di chuyển từ nhịp này sang nhịp kia để thi công liền mạch các đốt trên suốt chiều dài cầu, áp dụng cho cầu dầm liên tục nhiều nhịp

-Trình tự thi công:

Bước 1: Hoàn thành nhịp biên

Bước 2: Lắp dựng đà giáo

Bước 3: Lắp dựng ván khuôn và cốt thép chuẩn bị đốt đúc Bước 4: Đúc hoàn thành đốt

giữa

d/ Nguyên tắc và bố trí cốt thép DƯL

Cốt thép ƯST trong dầm nối liên tục từ nhịp này sang nhịp kia, từng đốt được kéo căng và neo tại cuối đốt Các tao cáp trong mỗi bó được nối với nhau bằng một trong hai cách nối bằng tấm neo hình sao hoặc bằng cút nối tao đơn

Các bó cáp bố trí theo 2 dạng: Những bó kéo thẳng chạy dọc theo bản nắp và bản đáy, một số bó uốn xiên đi theo 2 bên sườn dầm tại mặt cắt gối các bó này chạy dọc theo khu vực nách dầm, ở khu vực giữa nhịp chạu dọc theo bản đáy

Hình: Bố trí cốt thép trong dầm đúc trên đà giáo di động

Bài tập 2: Cho 1 cầu dầm liên tục 3 nhịp thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng có

Lmax = 90m, khổ cầu 8 + 2x2m, làn xe phân cách bởi vạch sơn có bề rộng 20cm, bề rộng

 Xác định và giải thích sự thay đổi của h day , H max - H min ? (2đ)

 Chiều dày bản đáy:

 Tại gối b = 50 – 80 cm chọn b =70

 Tại giữa nhịp b = 25 –50 cm chọn b= 40

 Chiều cao dầm (H):

 Tại đỉnh trụ Hmax=(1/16 – 1/20)L =(4.5 – 5.625 )m chọn H = 5m

 tại giữa nhịp Hmin = (1/30 – 1/60)L = (1.5 - 3) chọn H =2.5 m

 Căn cứ xác định chiều dày bản nắp h nap và bề rộng sườn B suon ? (1đ)

 Vẽ sơ đồ bố trí cáp:

 Sơ đồ kết cấu nhịp:

Bài tập 3: Cho một cầu vòm ống thép nhồi bê tông, loại vòm cứng dầm mềm Lvòm = 90m,

+ Dạng cung tròn: Chế tạo thuận lợi, sử dụng vật liệu tốn kém

- Đường tên vòm:

f/l = 1/4 – 1/6

- Độ lệch tâm: là độ lệch tâm của lực đẩy ngang tại chân vòm tác dụng lên dầm

 gây ra hiệu ứng uốn ngược chiều với hiệu ứng uốn của dầm chủ do tải trọng

 Cấu tạo của dầm dọc chủ (loại vòm cứng dầm mềm) có gì khác với kết cấu

vòm mềm dầm cứng – vẽ hình minh họa? (1đ)

- Vai trò chịu tải trọng:

+ Dầm mềm không gánh chịu một phần nào nội lực cho vòm mà chỉ tham gia tạo liên kết và ổn định kết cấu Toàn bộ tải trọng cầu chỉ có vòm gánh chịu còn vòm mềm dầm cứng thì vòm mềm là những đoạn cong liên kết khớp với nhau chỉ chịu lực nén dọc trục và truyền tải trọng lên dầm cứng

+ Lực đẩy ngang từ vòm cứng sẽ truyền cho mố, trụ; lúc này mố trụ sẽ chịu lực đẩy ngang và sẽ không gây ra lực kéo lệch tâm trong dầm mềm

- Cấu tạo dầm dọc chủ loại vòm cứng dầm mềm:

+ Dầm dọc chủ có MCN hình hộp làm bằng BTCT thường được thi công sau khi

đã có dầm ngang, dầm dọc chủ được tính toán như 1 dầm liên tục kê trên các gối đàn hồi tại vị trí treo dây

+ Dầm thường có MCN chữ T hoặc bản rỗng

- Cấu tạo dầm dọc chủ loại vòm mềm dầm cứng

+ Dầm dọc chủ của vòm mềm dầm cứng được bố trí liên tục, có tiết diện đặc và lớn vì dầm dọc chủ của vòm mềm dầm cứng là tiết diện chịu lực chính

+ Dầm thường có dạng MCN chữ I hoặc hình chữ nhật

 Trình bày trình tự thi công của cầu vòm đã cho – vẽ hình minh họa? (1.5đ)

6 Nhồi bê tông mác 400-500 vào ống thép

7 Tháo các nêm của dầm BTCT

8 Hoàn thiện cầu và thử tải

(Hình vẽ thi công bên dưới là của dạng cầu vòm mềm - dầm cứng, không phải trong đề thi xem và tham khảo vẽ lại)

Bài tập 4: Cho 1 cầu dầm hộp, liên tục 3 nhịp với Lmax = 60m, dự kiến được thi công

theo 1 trong 3 công nghệ đúc đẩy, đúc hẫng, hoặc đúc trên đà giáo di động hãy:

 Lập bảng so sánh giữa 3 công nghệ trên về: Cấu tạo dầm, bố trí cốt thép dự ứng lực trong dầm – có vẽ hình minh họa? (2đ)

 Từ đó, đưa ra ý kiến cá nhân về việc nên lựa chọn công nghệ nào dựa trên 2 tiêu chí trên? (1đ)

 Phân chia đốt đúc, sơ đồ tính toán, tải trọng tác dụng, biểu đồ mô men tương ứng với công nghệ thi công vừa đề xuất ở trên? (2đ)

Hướng dẫn:

- Đúc đẩy:

Cấu tạo hình dáng và kích thước MCN:

+ Chiều cao mặt cắt không thay đổi

+ Hai dạng mặt cắt ngang hợp lí: Hình hộp (L>40m), và dạng chữ T kép (TT) + Chiều cao dầm h = (1/16-1/21)L

+ Số lượng hộp, sườn hộp theo B chọn như MCN cầu đúc hẫng

+ MCN dạng hộp:

Sườn hộp: e>= 0.4m  chịu cắt Bản nắp, đáy: e>=3,( - ống gaine) Vách ngăn trên gối: e = 0.6 – 1.2 m, thi công sau khi lao đẩy dầm + MCN dạng chữ T kép:

Chiều dày sườn: 0.5 – 1.2 m (B) Bản mặt: Xác định theo điều kiện uốn ngang Dầm ngang: e = 0.3 – 0.6 m

Bố trí cốt thép DƯL trong dầm:

- Trong quá trình đẩy: Đường trung bình các cáp DƯL nằm gần trọng tâm

KCN Các cáp DƯL đặt thẳng song song với thớ trung bình

- Có thể phân biệt:Bố trí khi kết thúc lao đẩy

+ Cáp DƯL thi công: đi thẳng nằm ở bản nắp và bản đáy KCN

*Cáp tạm thời: được tháo ra khi lao đẩy xong KCN

*Cáp vĩnh cửu: Giữ làm cốt khai thác

+ Cáp thêm vào:

*Cáp hình sin: kéo dài dọc theo KCN

*Cáp thẳng: bố trí trên trụ và giữa nhịp để chịu mô men

+ Sự liên tục của cáp được đảm bảo bởi bộ nối cáp hay các cáp giao nhau tại

ụ neo

- Đúc hẫng:

Mặt cắt ngang

Chiều dày sườn: a ≥  + 2( 20 +  đ +  l + 60) (mm)  công tác bê tông

a ≥ 3  Đủ diện tích neo cáp DƯL

Chiều dày bản nắp eo:

 Tiết kiệm vật liệu

 Giảm ứng suất cắt

 Ưu điểm về mặt mỹ thuật

+ Trong các cầu vượt, cầu thành phố có thể lấy h = H

+ Các kích thước cơ bản của dầm hộp được lấy như ở phần trước

+ Sườn dầm được bố trí nghiên với độ dốc là 4:1 đến 3:1 Sơ đồ cáp DƯL + Cáp đi theo sơ đồ cong để chịu mô men âm và mô men dương

+ Nối liên tục các cáp được đảm bảo bằng các bộ nối cáp (coupler)

b/ Theo ý kiến cá nhân sử dụng phương pháp đúc đẩy vì:

Đúc hẫng: Lnhịp = 60 -200m,sơ đồ kết cấu liên tục

Đúc đà giáo di động: Lnhịp = 35 – 60m, sơ đồ kết cấu: Giản đơn,liên tục dụng nhiều nhịp đều nhau, phức tạp

Đúc đẩy: Lnhịp = 35 – 60m, sơ đồ kết cấu: Liên tục,tận dụng ván khuôn có sẵn c/

- Chiều dài nhịp biên Lb = 0.8Lmax = với Lmax = 60m  Chọn Lb = 48m

- Chiều cao dầm

Theo kinh nghiệm:

Hd = (1/16-1/20)Lmax = (1/16-1/20)*60 = (3 – 3,75) m  Chọn Hd = 3 m

- Phân chia đốt đúc:

Theo kinh nghiệm: Lđđ = (0.3-0.4).Lmax  Lđđ = (0.3 – 0.4).60 = (18 – 24) m

+ Sơ đồ tính toán, biểu đồ mô men:

Bài tập 5: Dựa vào bản vẽ bố trí cốt thép dự ứng lực của một cầu dầm liên tục 3 nhịp thi

công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng

Hướng dẫn:

 Chỉ ra tên của các bó cáp chịu mô men dương, mô men âm, bó cáp dự phòng?

(1.5đ)

Cáp dự phòng nét đứt

 Trong các bó cáp này, bó cáp nào sẽ được căng kéo 2 đầu, bó cáp nào sẽ được

căng kéo 1 đầu? Giải thích lý do lại có sự căng kéo khác nhau này? (1.5đ)

Căng 1 đầu thì dễ khống chế áp lực đồng hồ và lực căng trong cáp hơn đồng thời đỡ tốn kém thiết bị căng kéo

Căng 2 đầu làm giảm ma sát trong lúc căng kéo hơn áp dụng cho đoạn cáp dài nhưng nhược điểm nó sẽ khó khống chế lực căng 2 bên và mất mát ứng suất do tụt đâu neo

sẽ lớn hơn

 Số lượng bó cáp trong dầm được xác định như thế nào? Vẽ hình giải thích? (2đ)

- Có 2 quan điểm tính toán bố trí cốt thép:

Quan điểm 1: Tính toán độc lập số lượng cốt thép trong các giai đoạn thi công và giai đoạn

khai thác

- Căn cứ vào yêu cầu cốt thép chịu lực trong quá trình khai thác để bố trí trước lượng cốt thép

- Căn cứ theo yêu cầu thi công để bố trí thêm các cốt thép phục vụ thi công

Ưu điểm: Tiết kiệm cốt thép

Nhược điểm: Khó bố trí, có thể phải bố trí thêm các cốt thép tạm thời phục vụ thi

công đoạn thi công

Quan điểm 2: Chủ yếu dựa vào điều kiện chịu lực của kết cấu trong giai

- Tính toán bố trí cốt thép cho từng bước thi công

- Lựa chọn giữ lại các bó cốt thép thi công để sử dụng ở quá trình khai thác

- Bố trí thêm các cốt thép chịu kéo ở vùng chịu mô men âm và mô men dương để đáp ứng yêu cầu chịu lực trong quá trình khai thác

Ưu điểm: Đơn giản và sát với yêu cầu công nghệ, an toàn

Nhược điểm: Tốn cốt thép do bố trí dư thừa nhiều cốt thép phục vụ thi công

Các cầu chủ yếu bố trí cốt thép theo quan điểm thứ 2

Bài tập 6: Cho một cầu dây văng liên tục 3 nhịp, với Lmax = 435m, hãy:

Hướng dẫn:

 Xác định chiều dài nhịp biên, góc nghiêng nhỏ nhất và chiều cao của tháp cầu? Giữa

góc nghiêng nhỏ nhất và chiều cao của tháp cầu có mối liên hệ như thế nào với nhau? (2đ)

- Góc nghiêng của dây văng: Góc nghiêng của dây văng có ảnh hưởng rất lớn đến độ cứng

của gối đàn hồi, chuyển vị đỉnh tháp và độ võng của dầm

+ Do yêu cầu cấu tạo có thể chọn góc nghiêng của dây văng từ  = 25-28 0 ; ta chọn

=26 0

+ Góc nghiêng dây tốt nhất của dây văng là 450, nhưng nếu chọn như vậy chiều cao tháp sẽ tăng lên, gây khó khăn cho quá trình thi công, không đảm bảo tính thẩm mỹ gây bất lợi cho quá trình khai thác và tăng chi phí

- Chọn chiều dài nhịp biên và chiều dài khoang dầm:

+ Chiều dài nhịp chính phụ thuộc vào chiều dài của nhịp thông thuyền, ngoài ra còn

phải lưu ý đến điều kiện địa chất và tỷ lệ giữa các nhịp, Lmax = Lg = 435m

+ Chiều dài khoang dầm phụ thuộc vào:

+ Trị số mô men uốn cục bộ trong phạm vi khoang

+ Trị số nội lực trong dây, mặt cắt dây và neo liên kết dây dầm

+ Công nghệ thi công

+ Chiều dài khoang dầm chọn trong khoảng:

+ Đối với hệ dây nhiều-khoang nhỏ: d = 3-6m (cầu đường sắt), d = 5-15m (cầu đường ô tô)

+ Đối với hệ dây ít-khoang lớn: d =3-6m (cầu đường sắt), d = 15-35m (cầu đường ô

tô)

 Ta chọn hệ dây nhiều-khoang nhỏ cho cầu đường ô tô, chọn d = 10m

+ Các khoang dầm nên lấy chiều dài bằng nhau để tiện cho chế tạo, tuy nhiên do

khoang giữa chịu kéo nên đối với dầm BTCT nên chọn nhỏ hơn dg = (0.5-0.8)d, ta chọn

dg = 0.7d = 7m

+ Khoang gần kề trụ tháp thường chịu mô men rất nhỏ nên thường lấy hơn các

khoang chuẩn dt = (1.1-1.2)d, ta chọn dt = 1.2d = 12m

+ Theo kinh nghiệm ta chọn Lb = (0.4-0.5)Lg = (174-217.5)m

Vậy ta chọn kết cấu nhịp biên gồm 18 khoang có chiều dài d = 10m

 Lbiên = 18x10 +12 = 192m

- Chọn mặt cắt ngang và chiều cao dầm chủ

+ Khi cầu có nhiều mặt phẳng dàn dây: Hd = (1/10-1/18)d = (0.56-1)m

Hd = (1/100-1/200)Lg = (2.175-4.35)m

+ Khi cầu có một mặt phẳng dàn dây: Hd = (1/50-100)Lg

+ Đối với các cầu có mặt cắt hình hộp H ≥ 1.5m để thuận tiện thi công trong lòng khối hộp

+ Chọn mặt cắt ngang là dạng chữ Pi, loại 2 mặt phẳng dàn dây

 Đảm bảo tương quan giữa tính thẩm mỹ và khả năng chịu lực của tháp

- Mối liên hệ giữa góc nghiêng nhỏ nhất và chiều cao của tháp cầu:

+ Chiều cao trụ tháp (Hp)  góc nghiêng dây ()  quyết định đến độ cứng và chỉ tiêu kỹ thuật - kinh tế của cầu

+ Hp tối ưu xác định xuất phát từ tổng giá thành của tháp, dầm và dây nhỏ nhất, đảm bảo độ bền và độ cứng của hệ

+ Chọn dây văng thoải có  = 22-250

 Xác định Hp

 Bố trí và so sánh 3 dạng sơ đồ bố trí dây trong cầu dây văng thông thường: song song,

đồng quy và nhài quạt? Đề xuất nên chọn loại bố trí dây nào? (2đ)

- Bố trí và so sánh 3 dạng sơ đồ bố trí dây trong cầu dây văng

- Sơ đồ đồng quy: Các dây văng đều tập trung tại một điểm ở đỉnh tháp và tỏa ra neo tại

các vị trí dọc theo dầm cứng

+ Ưu điểm: Các dây đều liên kết với dây neo, truyền lực vào mố trụ  độ cứng của

hệ lớn Góc nghiêng dây neo lớn  độ cứng gối đàn hồi lớn Không gây mô men uốn đối với thân trụ tháp

+ Nhược điểm: Cấu tạo liên kết dây tại tháp phức tạp do tập trung dây Áp dụng cho cầu có ít dây, khoang dầm lớn

- Sơ đồ song song: Các dây trong cùng một nhịp ở cùng trụ tháp bố trí song song nhau, neo

rải theo chiều cao tháp và dọc chiều dài nhịp

+ Ưu điểm: Hình dáng kiến trúc đẹp do nhìn từ các góc độ các dây không cắt nhau lộn xộn Liên kết dây vào tháp cầu đơn giản

+ Nhược điểm: Gây ra mô men uốn ở thân trụ tháp Góc nghiêng dây nhỏ, độ cứng của gối đàn hồi yếu

- Sơ đồ dây rẽ quạt: Cấu tạo phối hợp ưu điểm của 2 sơ đồ trên

Dùng phổ biến hiện nay cho các cầu nhịp lớn

+ Ưu điểm: có góc xiêng tương đối so với sơ đồ đồng quy, khắc phục được nhược điểm của sơ đồ dây song song bằng cách cho các vị trí liên kết dây dịch lại gần hơn

về phía đỉnh trụ tháp

+ Nhược điểm: Có một dây xiên không liên kết với dây neo và trong mố trụ điều này làm tăng biến dạng của mô men uốn trong dầm cứng

- Sơ đồ dây phối hợp:

+ Sơ đồ dây song song – đồng quy: dùng trong các sơ đồ cầu có các trụ neo ở nhịp biên, nhằm giảm chiều dài khoang cho nhịp giữa tạo điều kiện thuận lợi cho thi công

hẫng, sơ đồ song song – rẽ quạt có ý nghĩa tương tự

+ Sơ đồ đồng quy - rẽ quạt: Khi nhịp biên không lớn các dây neo nên tập trung vào gối là chỗ không biến dạng làm tăng độ cứng cho hệ

Đề xuất lựa chọn loại bố trí dây:

- Với trường hợp sử dụng cầu dây văng có chiều dài khoang nhỏ, nhiều dây:

+ Thì mô men cục bộ trong phạm vi dầm nhỏ, cấu tạo neo đơn giản, tiết diện cáp nhỏ, công nghệ lắp dây và dàn chủ đơn giản; nâng cao độ dự trữ an toàn, dễ dàng thay thế khi sữa chữa

+ Khi bố trí cầu dây văng nhiều dây thì coi mỗi dây là một gối đàn hồi, lúc này kết cấu thuộc kết cấu siêu tĩnh nhiều bậc

+ Nhưng ngược lại sơ đồ kết cấu dây văng nhiều dây thì khó khăn khi chịu ổn định của lực gió

+ Thích hợp với xu hướng xây dựng cầu mới

- Với trường hợp sử dụng cầu dây văng có chiều dài khoang lớn, ít dây:

+ Cầu dây văng ít dây thì việc lực gió gây ra ít ảnh hưởng tới kết cấu

+ Nhưng với cầu dây văng ít dây, thì kích thước ụ neo lớn do các dây chịu lực lớn; tiết diện cáp lớn gom nhiều bó lại, không tạo ra được độ dự trữ an toàn; nếu trong quá trình khai thác một dây xảy ra sự cố thì có thể gây ảnh hưởng xấu rất lớn tại kết cấu nhịp

+ Thường áp dụng cho các cầu tăng cường khả năng chịu lực

 Đưa ra quan điểm của mình, khi chủ đầu tư yêu cầu sử dụng dạng cầu ít dây –

khoang lớn? (1đ)

- Số lượng dây, chiều dài khoang, chiều dài nhịp

- Chiều dài khoang dầm chọn phụ thuộc vào:

+ Trị số mô men uốn cục bộ

+ Trị số nội lực trong dây cáp và hệ neo

+ Điều kiện thi công

- Dây ít khoang lớn:

+ Số dây 1 phía tháp từ 1-4, chiều dài khoang dầm 15-80m

+ Mô men uốn cục bộ trong dầm lớn  dầm phải có chiều cao đủ lớn  tăng tỉnh tải và