Bài giảng Thi công cầu: Chương 4 - GV. Phạm Hương Huyền

Bài giảng Thi công cầu: Chương 4 - GV. Phạm Hương Huyền trình bày các nội dung chính sau: Xây dựng cầu thép và cầu thép liên hợp với bản bê tông công cốt thép, chế tạo cầu thép, lắp ráp kết cấu nhịp cầu thép. Mời các bạn cùng tham khảo.

PHẦN IV

XÂY DỰNG CẦU THÉP

VÀ CẦU THÉP LIÊN HỢP VỚI BẢN BÊ TÔNG CÔNG

CỐT THÉP

Các thành phẩm công nghiệp xây dựng của các nhà máy cán thép thường chế tạo các dạng thép cơ bản sau đây:

1 Thép tấm có chiều dài từ 3.1 – 8 m, rộng từ 1.5 – 2.2m với độ tăng chiều rộng

từ 0.1 – 0.2m Chiều dày thép tấm có thể tới 60mm Trong đó thép dài thường có chiều dày lớn hơn để tránh biến dạng quá lớn khi vận chuyển và xếp kho

2 Thép tấm rộng vạn năng, chiều dài 5 – 18m, rộng từ 1.5 – 2.2m, với độ thay đổi chiều rộng 10 – 30mm Chiều dày của thép bản vạn năng cũng có thể tới 60mm

3 Các loại thép hình như thép góc đều cạnh hoặc cánh lệch, các loại chữ C hoặc chữ I

4 Các loại thép tròn để chế tạo đinh tán, bu lông và con lăn

Quá trình chế tạo trong nhà máy bắt đầu từ việc bốc dỡ hàng hóa đến chế tạo các

bộ phận, các chi tiết và cuối cùng là các thành phẩm, tức là toàn bộ kết cấu nhịp cầu hoặc là bộ phận của cầu Việc chế tạo toàn bộ kết cấu nhịp trong nhà máy chỉ thực hiện trong các trường hợp rất đặc biệt, với điều kiện kết cấu nhịp có thể đặt vừa lên các phương tiện vận chuyển

Trước khi gia công, thép cần được rửa, cạo gỉ và phân loại theo hình dạng, theo số liệu, theo kích thước… Nếu thép bị cong vênh cần hiệu chỉnh các biến dạng và xếp kho

Tiếp theo là quá trình gia công các bộ phận chi tiết bao gồm từ việc lấy dấu, đánh dấu đường bao, tâm lỗ và các đường cắt trên các tấm thép, thép góc

Theo các đường đánh dấu đột và tâm lỗ tiến hành cắt uốn, khoan hoặc đột lỗ bulông và đinh tán, gia công đầu và mép bằng máy bào hoặc máy phay Các chi tiết đã chuẩn bị và đánh dấu được chuyển sang khâu lắp ráp để ghép thành từng thanh, từng đoạn dầm, hoặc từng bộ phận kết cấu cầu Trong giai đoạn này các chi tiết được liên kết với nhau bằng đinh tán trong xưởng hoặc bằng hàn điện tự động Trước khi hàn hoặc tán, để đảm bảo độ chính xác, các chi tiết thường được gá tạm bằng các mối hàn đính hoặc bằng các bulông gá lắp Khi các thanh hoặc các bộ phận của cầu đã chế tạo xong, cần kiểm tra lại kích thước rồi mới chuyển sang bước tạo lỗ cho các mối nối lắp ráp tại công trường Bước cuối cùng là sơn và đánh dấu

Để thực hiện quá trình sản xuất như trên, nhà máy chế tạo kết cấu cầu phải có các phân xưởng chính sau đây:

1 Xưởng thu nhận cạo gỉ, phân loại điều chỉnh cong vênh và xếp kho

2 Xưởng lấy dấu, chế tạo và gia công các chi tiết

3 Xưởng lắp ráp các chi tiết bằng hàn điện

4 Xưởng lắp ráp chi tiết bằng đinh tán

4 Xưởng kiểm tra tổng thể và lắp thử

6 Xưởng sơn và xếp kho

Ngoài ra còn cần các công xưởng phụ như xưởng chế tạo đinh tán và bulông, xưởng rèn, xưởng làm công cụ và sửa chữa, xưởng gia công nhiệt, trạm ôxy, trạm khí nén, xưởng chế tạo các khuôn mẫu…

Mặt bằng xưởng được bố trí trên nguyên tắc dây chuyền Kết cấu cầu sẽ di chuyển

từ đầu xưởng đến cuối xưởng theo từng công đoạn sẽ do từng phân xưởng đảm trách

Hình IV.1.1 Bố trí mặt bằng nhà máy chế tạo cầu thép

Ngoài ra hiện nay tùy theo tính chất công trình và khối lượng thi công mà có thể

bố trí xưởng chế tạo tại công trường, tuy nhiên các xưởng này không đủ thiết bị lớn, công nghệ lớn, nên chỉ gia công các cấu kiện nhỏ, đơn giản như các thanh giằng, dầm ngang, dầm dọc

1.2 TIẾP NHẬN VÀ CHUẨN BỊ THÉP

1.2.1 TIẾP NHẬN THÉP

Thép do các nhà máy chế tạo hoặc nhập từ nước ngoài về do đó khi xuất xưởng phải có dấu kiểm tra của nhà máy, chứng chỉ thí nghiệm kiểm tra chất lượng thép và dấu ký hiệu xuất xứ của thép Trong chứng chỉ của thép có ghi rõ thành phân hoá học và tính chất cơ lý của nó Do đó khi tiếp nhận thép để gia công

I: Phân xưởng chuẩn bị thép II: Phân xưởng gia công thép III: Kho chứa các chi tiết đã gia công IV: Phân xưởng lắp ráp và tán định V: Phân xưởng lắp ráp và hàn VI: Phân xưởng lắp ráp tổng thể VII: Phân xưởng sơn

cần phải xem xét mã hiệu và chất lượng của chúng mà dễ nhìn thấy nhất là gỉ sét và cong vênh

Sau khi tiếp nhận thép và lấy hồ sơ cần đánh dấu bằng cách dùng sơn trắng ghi

số hiệu hồ sơ tiếp nhận lên đầu của thép

1.2.2 NẮN THÉP

Trong quá trình vận chuyển, thép có thể bị cong vênh, hoặc quá trình nguội lạnh không đều sau khi cán, do đó cần phải nắn thép trở lại hình dạng ban đầu trước khi gia công

Có hai dạng nắn thép là nắn nóng và nắn nguội; thông thường thì thép được nắn nguội trừ trường hợp thép bị cong vênh quá lớn mới nắn bằng nắn nóng

Uốn nắn thép ở trạng thái nguội thì thực chất là bắt thép làm việc trong giai đoạn chảy dẻo do đó làm giảm tính dẻo và phẩm chất thép Vì vậy mà biến dạng dọc tương đối cho phép của thép khi uốn, sửa phải nhỏ hơn 1%, tức là mới chiếm 1 phần nhỏ trong toàn bộ biến dạng khi chịu tải Cần phải khống chế bán kính cong tối thiểu min và độ võng cực đại cho phép fmax khi uốn, trị số này phụ thuộc vào kích thước tiết diện ngang và chiều dài đoạn có biến dạng L

Bảng IV.1.1

Thép tấm

x-x y-y

50h 90b

x-x y-y

50h 50b

L2/400h

L2/400b

Nếu khi nắn nguội mà biến dạng của thép vượt quá trị số cho phép thì phải nắn nóng Nhiệt độ khi nắn nóng phải từ 900-1100oC và phải kết thúc việc uốn, nắn thép ở nhiệt độ <700oC

Khi nắn thép trên máy nắn thì bản thép được di chuyển qua hệ thống con lăn bố trí xen kẽ nhau tạo cho thép có biến dạng hình sin Khe hở giữa hai con lăn nhỏ hơn chiều dày bản thép một ít để chỉ có thớ ngoài cùng của thép bị biến dạng dẻo mà thôi Để giảm chiều dày cũng như độ cong và độ uốn không được vượt quá trị số cho phép ghi trên bảng IV.1.1 Để đảm bảo uốn nắn thật thẳng, thép tấm được di chuyển qua hệ thống con lăn vài lần

Phía trước và sau máy có bố trí hai chiếc bàn, trên bàn có bố trí các con lăn cố định Thép tấm trước và sau khi nắn đều lăn trên các bàn lăn này Mặt trên của bàn lăn có cùng cao độ với mặt trên của các con lăn làm việc ở thớt dưới

Sơ đồ làm việc của máy nắn thép góc cũng giống như nắn thép tấm, nhưng con lăn có hình như thép góc và được bố trí hẫng

Hình IV.1.3: Sơ đồ máy nắn thép hình

Hình IV.1.4: Sơ đồ máy ép dập để nắn thép

2 Nắn nóng

Nắn thép bằng cách nung nóng chủ yếu để khử độ cong vênh của các loại thép hình lớn, tức là nhằm khắc phục biến dạng trong mặt phẳng có độ cứng lớn nhất

Thép được nung nóng tại mép lõi bằng ngọn lửa ôxi axêtilen (ngoài axêtilen có thể dùng các khí cháy khác) Sau khi đốt nóng đến trạng thái chảy dẻo thì dừng lại Trong quá trình nguội lạnh, thép nóng chảy co lại nhưng không co được tự

do, do phần thép không bị nung nóng cản trở Kết quả sẽ gây lực kéo S (hình IV.1.5), lực này gây mômen lệch tâm M đối với trục trọng tâm tiết diện Mômen uốn này sẽ điều chỉnh cong vênh của thép ngay cả trong mặt phẳng có

độ cứng lớn

Kết quả nắn nóng là làm cho thớ cong lõm (đối diện với thớ bị đốt nóng) bị kéo

và xảy ra biến dạng, như vậy về bản chất thì nắn nóng không khác gì nắn nguội

do đó cũng cần phải giới hạn độ cong và độ võng như bảng IV.1.1

Nhiệt độ đốt nóng khi nắn khoảng 850-950oC và số lượng điểm nung nóng phụ thuộc vào độ cong vênh cần điều chỉnh và sơ bộ có thể tính như sau: 100mm chiều dài bị đốt nóng thép sẽ co lại khoảng 1mm

Hình IV.1.5: Sơ đồ nắn thép bằng nhiệt

a) Sự hình thành lực kéo và moment uốn b) Đốt nóng cục bộ hình nêm và thành vệt khi nắn thép hình

c) Nắn thép I bị cong trong mặt phẳng cánh d) Nắn thép I bị cong trong mặt phẳng sườn

1 Miền thép bị nóng chảy, 2 Nêm, 3 Vệt

Có thể dùng phương pháp nắn bằng nhiệt thay cho phương pháp dùng máy nắn dập khi cần uốn nắn thép C và I Khi nắn các loại này cần phối hợp cả nung nóng cục bộ hình nêm và đốt nóng thành vệt Nêm bố trí trong mặt phẳng uốn, còn vệt trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng uốn Trong đó có thể sơ bộ tính như sau: Vật nung nóng sẽ cho biến dạng dọc từ mép này sang mép kia khoảng 0.5 – 1mm Chiều rộng của vệt có thể lấy bằng 0.8 – 2 lần chiều dày thép, trong đó số lớn ứng với tốc độ nung chậm, tức là sử dụng các loại khí cháy có nhiệt lượng nhỏ hơn

1.3 CÔNG TÁC LẤY DẤU VÀ GIA CÔNG THÉP

1.3.1 LẤY DẤU

Để chế tạo các thanh hoặc bộ phận cầu thép, trước khi gia công cần vẽ hình

dạng thanh lên thép hoặc định vị tâm của lỗ đinh Công tác trên gọi là lấy dấu

Có hai hình thức lấy dấu: lấy dấu trực tiếp và gián tiếp

* Lấy dấu trực tiếp tức là căn cứ vào hình vẽ chế tạo và vẽ hình bao cắt và

vị trí tim lỗ đinh lên phôi thép theo tỷ lệ 1:1

* Lấy dấu gián tiếp là thực hiện việc xác định kích thức qua bản mẫu (khi chế tạo bản mẫu cũng phải lấy dấu trực tiếp trên bản mẫu) Lấy dấu trực tiếp đòi hỏi phải có tay nghề cao, độ chính xác lớn còn lấy mẫu gián tiếp không yêu cầu tay nghề cao, năng suất lớn nhưng lại tốn vật liệu làm bản mẫu và hiệu suất càng cao khi bản mẫu được sử dụng nhiều lần

Vật liệu làm bản mẫu có thể là bìa cứng, gỗ dán hoặc thép Khi lấy dấu trên thép cần chú ý hao hụt do co ngót khi hàn và do bào gọt các cạnh

* Hao hụt do co ngót lấy như sau:

- Với 1m chiều dài mối hàn góc: co ngót chiều dài 0.05-1mm

- Với mối hàn đối đầu: co ngót chiều dài 1mm

- Với mỗi cặp sườn tăng cường: co ngót chiều dài 0.5-1mm

* Hao hụt do bào phẳng cạnh, mép: phụ thuộc vào phương pháp cắt thép do vậy có thể lấy :

- Đột nguội để đột các lỗ hằn vào thép dọc theo đường bao cần cắt thép, và

để định vị lỗ khoan khi lấy dấu trực tiếp

- Đột trung tâm dùng để định vị lỗ khi lấy dấu qua bản mẫu Khi đó đường kính d của đột phải ứng với lỗ của bản mẫu

- Đột kiểm tra dùng để đóng hẳn vào thép thành một vòng tròn có đường kính lớn hơn đường kính lỗ tiêu chuẩn khoảng 1-2mm để kiểm tra mức độ chính xác của lỗ sau khi khoan

- Bộ vạch chỉ để vạch các đường tim lỗ đinh lên thép góc và lên các loại thép hình khác

- Thước đo góc và thước kẹp để tạo hình

- Thước thép cuộn hoặc thước thẳng để đo chiều dài

1.3.2 CÔNG TÁC GIA CÔNG THÉP

Công tác gia công thép chủ yếu là cắt thép và gia công mép

1 Cắt thép

Có hai nguyên lý cắt thép: cắt theo nguyên lý cơ (cưa và máy xén) và cắt theo nguyên lý nhiệt (dùng ngọn lửa mảnh đốt chảy thép theo đường vạch) Chú ý khi cắt phải chừa lại phần có mã hiệu để xác định được mã hiệu thép ở những lần dùng sau

Hình IV.1.6: Dụng cụ đo và lấy dấu trên thép

h) Thước vuông

Hình IV.1.7: Sơ đồ cắt thép bằng dao

Khi cắt lưỡi dao trên ép lên tấm thép làm cho thép bị cắt đứt hoàn toàn Theo chiều ngang, hai lưỡi dao đặt gần sát nhau để khi cắt mặt cắt thẳng và ít biến dạng Theo chiều dọc lưỡi dao có cấu tạo xiên, tạo với tấm thép một góc nghiêng khoảng 2-5o, như vậy tấm thép sẽ không bị cắt ngang trên toàn tiết diện, hiện tượng cắt sẽ xảy ra cục bộ rồi lan dần như hiện tượng cắt bằng kéo Phương pháp cắt cục bộ lan dần làm giảm lực cắt và lực cắt càng giảm khi góc nghiêng càng lớn Tuy nhiên khi góc nghiêng lớn tại vị trí cắt thép bị biến dạng nhiều

Khi cần cắt các thanh thép kích thước nhỏ thường dùng lưỡi dao có chiều dài nhỏ hơn (từ 0.25-0.5m) và có góc nghiêng lớn hơn Còn khi cắt thép góc, thép hình thì thường dùng lưỡi dao có dạng góc Cắt thép góc khác với cắt thép bản

ở chỗ cần cắt trên toàn tiết diện

b Cắt bằng hơi đốt

Dùng ngọn lửa của hỗn hợp ôxy và axêtilen đốt thép đến nhiệt độ nóng chảy

1050o, dưới tác dụng của nhiệt độ và áp lực của dòng khí phun ra tử mỏ cắt thép

bị chảy và xỉ thép bị thổi ra Tùy từng chiều dày của thép mà bề rộng vết cắt có thể từ 2 đến 15mm

Tuỳ theo hình thức di chuyển và cung cấp khí đốt người ta chia làm 3 loại: cắt thủ công, tự động và bán tự động

- Máy cắt thủ công thì có vòi phun do người cầm tay và điều khiển

- Máy cắt tự động bao gồm nhiều mũi cắt do máy vi tính điều khiển theo lập trình và mẫu cắt định trước, có thể chuyển động dọc, ngang, theo đường cong

- Máy cắt bán tự độ là loại có vòi phun di chuyển trên bề mặt thép theo thanh dẫn hướng

a) Cách lắp đặt dao b) Lưỡi dao

1 Tấm thép cần cắt

2 Đầu ép

3 Lưỡi dao trên

4 Lưỡi dao dưới

a) Cắt thép tự động b) Cắt bán tự động c) Cắt thủ công

1 Mũi cắt

2 Tay với

ma sát làm nóng chảy thép ở vết cắt

Phương pháp cưa thép có thể cắt được thép rất dày nhưng tốc độ chậm và thiếu chính xác vì thép phải di chuyển dần vào cưa Phương pháp này chỉ cùng để cắt ngang các loại thép hình, thép tròn có đường kính lớn làm con lăn gối cầu

2 Công tác gia công mép (bào, phay)

Công tác gia công mép cần được tiến hành trong các trường hợp sau:

- Sau khi cắt thép bằng dao cắt cơ học, nếu sau đó không dùng liên kết hàn theo đường cắt thì mép bị cắt phải được bào gọt sâu 2 – 3mm để khử bỏ lớp thép đã bị hóa cứng

- Sau khi dùng máy cắt hơi, nếu độ lồi lõm của vết cắt lớn hơn 3mm thì mép thép phải được bào nhẵn

- Các mép bản thép yêu cầu có độ chính xác cao (mép của thanh đứng dầm I tán đinh, bản ngang của tiết diện H), cần được bào nhẵn để đảm bảo kích thước chính xác

Việc bào mép thép bản là công việc phức tạp, tốn thời gian, năng suất thấp Vì vậy giảm khối lượng gia công mép là một vấn đề quan trọng, nó liên quan trực tiếp đến việc tăng độ chính xác khi cắt bằng hơi hoặc dùng liên kết hàn

1.3.3 CÔNG TÁC TẠO LỖ ĐINH

Để tạo lỗ trên thép có thể dùng phương pháp khoan hay phương pháp đột

1 Phương pháp tạo lỗ bằng khoan

Khoan có thể dùng phương pháp khoan tay hoặc khoan máy Khoan máy cho năng suất cao hơn nhưng có nhược điểm là chỉ bố trí được trong xưởng nên khi

ra công trường vẫn phải dùng khoan tay Tùy theo đặc điểm liên kết mà có thể khoan lỗ nhỏ hơn, bằng hoặc rộng hơn (doa) thiết kế

Khi khoan có thể có thể khoan trực tiếp vào tâm điểm lỗ khoan đã lấy dấu Để tăng năng suất và đạt độ chính xác cao có thể khoan qua lỗ ở bản mẫu Bản mẫu được chế tạo chính xác bằng thép, dày từ 10-12mm, bắt chặt vào phôi thép bằng

lỗ khoan định vị Khi khoan, mũi khoan xuyên qua lỗ ở bản mẫu để khoan

Để sử dụng được nhiều lần bản mẫu (mũi khoan không phá hỏng thành lỗ khoan ở bản mẫu do lệch tâm) thì người ta chế tạo lỗ khoan trên bản mẫu lớn hơn lỗ khoan cần khoan sau đó đệm vào một vòng đệm làm bằng thép hợp kim

có đường kính lỗ bằng đường kính lỗ cần khoan

Khi khoan theo lỗ thiết kế ta dùng mũi khoan 2 răng (hình IV.1.10a) Trong đó mặt cắt thép tạo với đỉnh một góc khoảng 110-130o Phần hình trụ của mũi khoan làm khuôn của lỗ khi khoan theo lỗ thiết kế

Khi khoan mở rộng thì dùng khoan 3 răng (hình IV.1.10b) Đặc điểm của mũi khoan này là các mép răng tạo với đỉnh một góc 25-30o Với đầu nhọn như vậy,

ta có thể dễ dàng đưa sâu mũi khoan vào lỗ đã có sẵn để khoan mở rộng dần thành lỗ lớn bằng cách gọt dần vách lỗ khoan

Hình IV.1.10 Cấu tạo mũi khoan

2 Phương pháp tạo lỗ bằng dập (đột)

Phương pháp dập cho phép tạo lỗ nhanh nhưng chỉ áp dụng đối với thép có chiều dày < 25mm Khi dập, dưới áp lực của mũi đột và có lỗ ở dưới làm khuôn làm thép bị biến dạng và cắt theo đường kính của khuôn lỗ Lỗ khuôn có đường kính dk phải lớn hơn đường kính của đột dđ một ít, thường có thể lấy:

Hình IV.1.11: Máy đột lỗ

1.4 CÔNG TÁC LẮP GHÉP TẠO HÌNH CÁC SẢN PHẨM

Sau khi gia công, các chi tiết được nối ghép lại với nhau thành cấu kiện của cầu

như dầm dọc, dầm ngang, thanh dàn chữ H, thanh dàn hình hộp

Nối ghép có thể thực hiện bằng hàn hoặc đinh tán được xác định theo hồ sơ thiết kế Liên kết hàn chỉ dùng liên kết các loại thép hàn được với nhau còn thép than thấp (CT3) thì khi hàn dễ bị dòn và gây ra nứt, do đó chỉ dùng hàn với loại thép hợp kim thấp

Trước khi hàn phải gá lắp tạm các chi tiết lại với nhau, ở bước này dùng mối hàn đính mỏng và ngắn dài từ 4-50mm cách nhau 0.5-1m theo chiều dài và thực hiện bằng tay Các mối hàn đính này nên để ở vị trí mối hàn chính để sau này hàn lại chúng cho đảm bảo chất lượng hơn Khi gá lắp phải có khuôn gá lắp để kẹp chặt các các chi tiết đúng vị trí khi hàn đính

Phương pháp gá lắp thứ 2 là dùng con lói định vị và con lói được lắp ghép đóng vào các lỗ liên kết để cố định các chi tiết với nhau Con lói là những chốt thép hình côn đóng vào các lỗ trống đinh Trước hết doa các lỗ trống để đóng con lói và lắp bulông lắp ráp

1.4.1 CÔNG TÁC HÀN LIÊN KẾT

Hiện nay có thể phân ra làm ba loại hàn theo phương pháp hàn: Hàn thủ công, hàn bán tự động và hàn tự động Hàn tự động là phương pháp hàn có năng suất cao nhất, chất lượng đảm bảo nhất nhưng lại chỉ thích hợp với những mối hàn thẳng, dài như mối hàn ghép các thanh dàn, dầm dọc, dầm ngang có chiều dài trên 3m Que hàn tự động là sợi dây thép quấn trên trục máy hàn Thuốc hàn là hỗn hợp MgCO3 và một số chất vô cơ khác nghiền nhỏ, thuốc hàn được đựng trong phễu gần đầu máy và rắc liên tục phủ lên đường hàn

Để đảm bảo mối hàn ngấu sâu trên chiều dày thép liên kết thì đồng thời tránh lật thép trong quá trình hàn và chỉ hàn một phía Vì vậy với thép dày <10mm thì

1 Máy đột lỗ

2 Mũi đột

3 Khuôn

không cần vát mép còn các loại khác phải vát mép hàn dạng chữ V để que hàn

có thể thấm sâu trên toàn tiết diện ngang cần hàn Để máy hàn có thể di chuyển được khi hàn thì khi thiết kế phải chú ý đến kích thước tối đa và tối thiểu đủ để

bố trí đường đi cho máy

Máy hàn bán tự động có nguyên lý như máy hàn tự động nhưng phễu đựng thuốc có que hàn gắn liền với tay cầm do người điều khiển

Hàn tự động và hàn bán tự động có nhược điểm là không hàn được các mối hàn khó như hàn đứng, ngửa Hàn tay chỉ dùng hàn đính và hàn những mối hàn mà máy hàn tự động và bán tự động không thể hàn được Que hàn tay là thanh thép tròn đường kính 3-4mm, dài khoảng 40cm được bọc thuốc hàn Hàn tay dùng dòng điện nhỏ 200-300A vì thế nhiệt lượng nhỏ và lượng thép chảy ra ít nên độ thấm sâu và kích thước mối hàn nhỏ

Hình IV.1.12: Xe hàn tự động

Hình IV.1.13: Máy hàn bán tự động và cấu tạo ống dẫn que hàn

Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào chế độ hàn (cường độ dòng điện, điện thế, tốc độ hàn), loại vật liệu hàn (que hàn và thuốc hàn) Khi định chế độ hàn cần phải căn cứ vào loại liên kết, nhiệt độ ban đầu của thép và chiều dày tấm thép Sau khi hàn xong cần kiểm tra chất lượng mối hàn nhằm xác minh chất lượng mối hàn và khuyết tật Các khuyết tật khi hàn có thể là nứt mối hàn, ngậm xỉ, có bọt khí và hàn không ngấu Để xác định được các khuyết tật trong mối hàn cần phải có các biện pháp và thiết bị đặc biệt, có thể dùng máy siêu âm hay máy chiếu tia X (tia rơngghen) hoặc tia gama Trong các loại khuyết tật thì nứt là hiện tượng nguy hiểm nhất, làm cho mối hàn không còn an toàn khi chịu lực Khi phát hiện vết nứt cần phải dùng ngọn lửa ôxi-axêtilen cắt bỏ đi sau đó hàn lại Các mối hàn không ngấu cũng phải làm như trên còn các khuyết tật khác thì

tùy theo số lượng và kích thước có vượt quá trị số cho phép không thì cũng xử

lý như trên

Tốc độ nguội của mối hàn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hàn và chất lượng thép Khi nhiệt độ hàn ít, chiều dày thép lớn và nhiệt độ ban đầu của thép thấp thì tốc độ nguội của thép càng nhanh gây ra hiện tượng tôi già của thép nhất là làm cho thép bị hiện tượng nứt do mỏi

Khi mối hàn nguội lạnh thép bị co ngót gây ra lực kéo căng một thớ làm cho thép bị cong vênh, đây là nhược điểm căn bản nhất của hàn Nó gây ra sai lệch kích thước, hình dạng gây khó khăn khi thi công vì vậy cần phải khống chế các biến dạng này trong phạm vi cho phép quy trình

Hiện nay có hai phương pháp không chế biến dạng hàn Phương pháp thứ nhất

là tạo ra các biến dạng ngược với biến dạng hàn trước khi hàn, trị số biến dạng trước được chọn sao cho sau khi hàn các thanh sẽ ở vị trí gần như móng muốn Phương pháp thứ hai là nắn cơ học hay uốn bằng nhiệt sau khi hàn để khắc phục biến dạng này

1.4.2 TÁN ĐINH LIÊN KẾT

Trong quá trình tán thân đinh chùn lại lấp đầy lỗ đinh sau đó nguội đi và co lại

ép chặt các tập bản thép lại với nhau Đinh tán được chế tạo bằng thép tròn, một đầu được gia công sẵn thành mũ đinh có dạng nửa hình cầu Chiều dài thân đinh phải đủ để khi tán phình ra lấp đầy lỗ đinh và tạo mũ định thứ 2

Chiều dài này lấy bằng

Trong đó:

h: chiều dày tập bản thép cần liên kết

d: đường kính thân đinh

Đinh tán phải bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật sau đây:

- Kích thước, hình dạng, trục của mũ đinh không được sai số quá trị số cho phép ghi trong qui trình

- Đầu đinh tán không được thiếu, nứt do nung quá non (chưa đủ nhiệt độ cần thiết)

- Đầu đinh phải áp chặt vào tấm bảng trên toàn bề mặt

- Đinh tán phải chặt, thân đinh lắp đầy lỗ đinh

- Không có ba via ở mép đầu đinh chỗ tiếp xúc với bản thép

Đường kính thân đinh thường nhỏ hơn lỗ đinh 1mm với sai số +0.4mm và 0.3mm để có thể đút lọt đinh vào lỗ đinh có dung sai +0.5mm và -0.2mm

Khi chiều dày tập bản thép >3.5 đường kính lỗ đinh thì người ta phải làm đinh tán hình côn, đầu mũ đinh được chế sẵn lồi hơn một ít để lượng thép thừa lấp đầy lỗ đinh và thân đinh

Trước khi tán đinh phải kiểm tra các lỗ đinh, nếu lỗ có ba via thì phải doa lại và làm Sạch lỗ đinh và xiết chặt các bu lông tạm để các tấm ép xít vào nhau sau khi xiết lại phải dùng búa gõ kiểm tra bu lông không bị rung là được

Sau khi tán xong phải kiểm tra, các đinh không đảm bảo chất lượng phải được thay thế bằng đinh mới Khi bỏ đinh hỏng không được làm hỏng kim loại của tấm bản hoặc các đinh xung quanh Thường loại bỏ đinh hỏng bằng cắt hơi với

mỏ cắt đặc biệt hoặc bằng khoan, không được dùng chạm và búa đục đinh hỏng nếu không khoan trước mũ đinh Kiểm tra chất lượng đinh bán bằng cách sau

- Khi đầu đinh tán không úp chặt vào bản thép có thể quan sát bằng mắt hoặc dùng lá thép mỏng có bề dày bằng 0,2mm để đưa vào khe

- Kiểm tra đinh có chặt không dùng búa có khối lượng 0,3 kg gõ lên đầu đinh tán theo nhiều hướng khác nhau nếu đầu đinh bị rung dịch chuyển hoặc phát ra tiếng kêu không thanh là đinh không chặt

- Kiểm tra kích thước mũ đinh dùng mẫu

- Kiểm tra vết nứt, rạn đầu đinh bằng mắt

Trong nhà máy thường dùng máy ép đinh tán với lực ép khoảng 50-80 tấn và việc ép đinh phải kết thúc khi nhiệt độ khoảng 500-600oC, như vậy phải nung đinh đến nhiệt độ 650-700oC Máy tán đinh có bộ phận cố định để đỡ mũ đinh

và bộ phận di động để ép đinh tạo mũ và máy có thể treo trên xà di động ngang, dọc của phân xưởng để việc tán

đinh được dễ dàng

Hình IV.1.14 Các thiết bị và sơ đồ máy tán ép đinh tán trong nhà máy

a) Máy tán ép; b) Sơ đồ ép đinh; c) Khuôn mũ đinh; d) Phương pháp tán đinh ở cánh

dầm I liên hợp có chiều cao lớn; 1 Cần cẩu hẫng; 2: Bản đệm tạm

Khi tán đinh ngoài công trường hay các bộ phận không tán được bằng máy thì phải dùng búa tay Búa tán tay chạy bằng khí nén có cối đỡ bên dưới cũng theo dạng mũ đinh

Hình IV.1.15 Sơ đồ tán tay

Khi tập bản thép dày hơn 3.5 đường kính đinh hoặc đinh tán có đường kính

>25mm thì cần phải tán bằng hai búa từ hai đầu trở lại để thân đinh lấp được đầy lỗ đinh Thời gian tán đinh bằng búa tay lâu hơn máy do đó nhiệt độ nung đinh tán phải lên đến 1000-1100oC; chú ý không được nung đinh đến nhiệt độ sáng trắng (1200oC) để tránh đinh bị cháy, thân đinh bị vỡ và mất đi tính dẻo Các đinh tán sau khi tán cần phải ép chặt tập bản thép lại, không làm tập bản thép bị phồng, đinh phải không được có khuyết tật và sau khi tán không được lỏng, mũ đinh không bị lệch, không khuyết, không bị nứt, bị bè chân đinh Nếu không đảm bảo chất lượng thì phải chặt đinh ra và tán lại và khi tán búa không được bập vào tập bản thép

1.4.3 LẮP VÀ XIẾT BULÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

Trước khi xiết bu lông phải làm sạch bề mặt và tạo nhám Bulông cường độ cao làm việc theo nguyên lý ma sát nên làm sạch và tạo nhám bề mặt tiếp xúc rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số ma sát Có thể làm sạch bề mặt bằng bàn chải sắt, phun cát, phun hạt gang hoặc bằng lửa Mỗi phương pháp cho một hệ số ma sát khác nhau do vậy phương pháp làm sạch bề mặt là do thiết kế qui định Tốt nhất là nên dùng phun cát hoặc phun gang Phương pháp phun cát gây ô nhiễm môi trường nên ở các nước tiên tiến hiện nay ít dùng Thời hạn bảo quản mặt tiếp xúc từ sau khi làm sạch đến lúc lắp bulông cường

độ cao có ý nghĩa quan trọng Quy phạm của các nước đều qui định thời hạn này Thí dụ Pháp qui định 5 giờ, Đức 24 giờ còn ở Nga là 3 ngày đêm Trong thời gian bảo quản tuyệt đối không để mặt tiếp xúc chịu mưa hoặc sương hoặc các chất bẩn nước bắn vào

Bulông cường độ cao cũng gồm bu lông, đai ốc và đệm Bulông phải có chiều dài toàn bộ lớn hơn chiều dày các tấm bản 4cm Đường kính lỗ lớn hơn đường kính bu lông thường là 2mm, sai số lỗ đinh -0.2mm và + 0.5mm

Trình tự lắp ráp bu lông cường độ cao như sau: Đầu tiên dùng con lói, số con lói xác định theo tính toán và không ít hơn 10% tổng số lỗ bu lông của mối nối Sau đó lắp một số bu lông cường độ theo yêu cầu ép xít các tấm bản lại với nhau, thường lấy bằng 10% tổng số lỗ đinh của mối nối Đến khi lắp toàn bộ,

1 Đường dẫn hơi ép

2 Giá đỡ

3 Đầu tán

4 Búa tán tay

đầu tiên lắp hết các chỗ trống, sau đó lắp các lỗ có con lói, lắp đến đâu tháo con lói đến đó

Với mỗi bu lông (kể cả 10% lắp theo yêu cầu ép chặt các tấm bản) có thể lắp theo trình tự: Lau sạch dầu mỡ ở bu lông, đai ốc, vòng nệm, vặn thử đai ốc trên suốt chiều dài răng của thân bu lông - giai đoạn đầu dùng cờ lê hơi ép vặn các

bu lông đến khoảng 90% lực kéo cần thiết - cuối cùng dùng cờ lê lực xiết đến trị

số thiết kế Trình tự xiết các đinh theo thiết kế, thường ở mỗi bản nút xiết theo thứ tự từ giữa ra ngoài mép

Hình IV.1.16: Cấu tạo cờ lê lực

1 Tay đòn, 2 Pittong, 3 Buồng đầu, 4 Lực kế, 4 Tay cầm

Để bu lông đạt được lực kéo như thiết kế cần phải dùng cờ lê để xiết ở giai đoạn cuối cùng Mô men xoắn hay moment xiết do cờ lê lực sinh ra cần phải xác định trước và khống chế khi xiết Có thể xác định mômen đó theo công thức sau: M= K.N.D

Trong đó : M - Mômen xiết (Tm)

bộ số bu lông còn lại của mối nối Đánh dấu số bu lông không đạt để tránh bỏ sót khi xiết lại và đánh dấu số bu lông đã kiểm tra Góc nghiêng của cờ lê lực khi kiểm tra không lớn hơn 10 đến 15o

Một số chú ý về xiết bu lông cường độ cao trong tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm GTVT

- Phương pháp làm sạch bề mặt phải theo đúng chỉ dẫn trong thiết kế, nếu không chỉ dẫn thì dùng phun cát

- Thời gian bảo quản mặt tiếp xúc tối đa là 3 ngày đêm

- Độ ẩm của cát phun không được lớn hơn 2%, cát phun dùng cát thạch anh khô, sạch nên dùng cỡ hạt 0,6 đến 2mm, hạt lớn nhất phải nhỏ hơn 2,5mm, lượng hạt nhỏ hơn hay bằng 0,5mm không vượt quá 6%

- Khi xiết lắp bu lông vào lỗ còn trống và xiết ngay đến lực căng tiêu chuẩn Khi thay vào vị trí con nói, sau khi rút con lói, lắp bu lông và xiết ngay đến lực căng tiêu chuẩn Trong mọi trường hợp khi xiết bu lông không được để bu lông quay

- Lực căng trong bu lông bất kỳ trường hợp nào cũng phải đạt yêu cầu Khi kiểm tra (sau 10 đến 15 ngày) mômen xoắn có thể đạt đến 120% mô men xoắn thiết kế

- Đối với con lói tính toán như đinh tán (chịu cắt và ép mặt là chủ yếu)

- Mỗi bu lông phải có đủ hai vòng đệm ở phía đuôi và phía đầu bu lông

- Đặt vòng đệm phải đúng chiều theo quy định của nhà chế tạo

- Bulông đã xiết tới lực căng thiết kế không cho phép dùng lại cho một liên kết

bu lông cường độ cao khác

- Phải thay thế tất cả các bu lông, đai ốc, vòng đệm có vết nứt, khuyết tật, cong vênh, hỏng ren Sau khi xiết đủ lực đường ren còn phải thừa ra ngoài đai ốc ít nhất một vòng rèn và không nên quá 3 ren

1.5 LẮP THỬ, ĐÁNH DẤU VÀ SƠN BẢO VỆ

Sau khi các cấu kiện được chế tạo xong phải được đem lắp thử trên bãi của xưởng

để phát hiện kịp thời các sai sót và khắc phục kịp thời

Trình tự lắp ráp ở bãi trên chồng nề cũng giống như lắp ráp tại chỗ nhịp cầu thép

Để lắp ráp các các cấu kiện ta dùng con lói và bu lông liên kết, lắp với tổng số 30% lỗ đinh liên kết Khi kiểm tra dùng con lói kiểm tra, con lói này có đường kính nhỏ hơn đường kính con lói chuẩn 0.5mm Lói kiểm tra phải qua được tất cả các lỗ đinh, nếu có

lỗ nào sai lệch thì cần phải doa lại cho thẳng thành lỗ

Sau khi lắp hoàn chỉnh kết cấu trên bãi cần phải đánh dấu số thanh, đầu thanh và bản tiếp điểm bằng đinh thép khắc chìm vào bề mặt thép

Sau khi đánh dấu xong, tiến hành tháo rời ra và sơn bảo vệ sau đó lưu giữ hoặc chuyển ra ngoài công trường

Chương 2

LẮP RÁP KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP

Xây dựng kết cấu nhịp của một cầu thép gồm các quá trình chính như sau:

1 Sản xuất các cấu kiện của kết cấu thép trong công xưởng

2 Lắp thử, sơn và đánh dấu các cấu kiện

3 Tháo rời và vận chuyển các chi tiết đến hiện trường

4 Lắp đặt kết cấu nhịp vào vị trí

5 Làm mặt cầu

6 Sơn và hoàn thiện

Có thể thực hiện quá trình này theo một trong hai phương pháp: lắp đặt ngay tại

vị trí và lắp đặt ở ngoài rồi chuyển vào vị trí

+ Lắp đặt tại chỗ

Theo phương pháp này sau khi lắp đặt kết cấu nhịp đã ở đúng vị trí trên các thiết bị kê kích, sau đó hạ xuống gối Có thể thực hiện cách lắp đặt này theo một trong các biện pháp sau:

- Lắp đặt trên đà giáo

+ Lắp đặt ở ngoài vị trí cầu sau đó lao lắp vào vị trí

Có thể lắp ghép kết cấu nhịp ở trên nền đường cầu hoặc lên bãi rồi chuyển vào

và lao, lắp theo các cách sau:

- Quy hoạch tổng thể mặt bằng công trường trong đó bao gồm các đường

di chuyển của cần cầu, các công trình tạm như kho tàng, nhà cửa, các thiết bị nâng hạ, trạm khí nén, hệ cung cấp điện

- Tiến độ thi công lắp ráp, tiến độ và thời gian sử dụng các công cụ, thiết

bị và cần cẩu

- Sơ đồ kho tàng và phương pháp xếp kho

- Sơ đồ chi tiết lắp ráp kết cấu nhịp và trình tự lắp ráp

- Các bản vẽ thi công của các công trình phụ như giàn giáo, bến sông, các thiết bị gá lắp thanh

- Đặc điểm của cần cẩu lắp ráp và các thiết bị khác

- Các chỉ dẫn quá trình liên kết thanh

- Bản thuyết minh trong đó phải có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của phương pháp lắp ráp đã chọn, bản tính về đảm bảo độ bền và độ ổn định của kết cấu được lắp dựng và các công trình hỗ trợ

2.2 LẮP RÁP KCN THÉP TRÊN MẶT BẰNG

Để đưa KCN thép lên nhịp bằng biện pháp lao dọc trên đường trượt thì trước hết các nhịp dàn phải được lắp ráp hoàn chỉnh ở trên nền đắp đầu cầu, trừ mặt cầu là chưa lắp sẽ hoàn thiện khi dàn thép đã được lắp trên nhịp

Chọn một phía nền đắp đầu cầu và xây dựng thành bãi lắp, phía bờ này là mặt bằng chính của công trường

Cao độ bãi lắp đắp đến cao độ của mũ mố

Chiều rộng bãi lắp căn cứ theo thiết kế mặt bằng thi công và cố gắng để tận dụng được chiều rộng nền đắp, nếu thiếu phải có kế hoạch đắp mở rộng nền ngay từ khi bắt đầu đắp nền đường

Chiều rộng tối thiểu có thể tính theo công thức sau:

Bbãi = Bdàn + 3.1(m)

Chiều dài bãi lắp căn cứ vào biện pháp thi công lao dọc và tính bằng:

Lbãi = L1 + La + 10(m)

L1 – Chiều dài đoạn dàn lắp và lao ra nhịp đợt 1

La – Chiều dài mũi dẫn

Để phục vụ cho lắp ráp dàn thép cần có nhiều công đoạn, công đoạn chính là lắp ráp dàn bố trí trên bãi lắp và phải nằm trên đoạn thẳng Các công đoạn khác bố trí ở những vị trí khác trên mặt bằng thi công và không nhất thiết phải nằm trên đường thẳng

Nền phải được đầm kỹ đến độ chặt thiết kế của nền đường Mặt bãi lắp nên rải đá dăm và tạo dốc để thoát nước

Công tác lắp ráp

1 Lắp tuần tự (Lắp theo tầng):

Kết cấu nhịp chia thành hai tầng: Tầng dưới gồm các hệ liên kết dọc dưới, các thanh biên dưới và hệ dầm mặt cầu Tầng trên gồm: các thanh xiên, thanh đứng, các thanh biên trên và liên kết dọc trên

Trước hết lắp toàn bộ các thanh biên dưới, theo thứ tự từ khoang này sang khoang khác và từ đầu dàn đến cuối dàn Sau đó lập hệ liên kết dọc dưới rồi dầm ngang, dầm dọc của hệ mặt cầu, cuối cùng lắp các thanh đứngvà thanh xiên rồi các thanh biên trên

Cần cẩu di chuyển trên mặt bằng lắp ráp dọc theo chiều dài bãi lắp, song song với dàn thép và nên sử dụng cần cẩu chạy trên đường ray Cấu kiện được chở trên xe goòng đi theo sau cung cấp cho cần cẩu

Hình IV.2.11 Sơ đồ lắp tuần tự

Trình tự công nghệ:

a Xác định vị trí tim và vị trí các nút dàn

- Đường tim dàn thẳng với tim các gối cầu trên mố và các trụ Dùng máy kinh vĩ để ngắm hướng Đảm bảo tim của hai mặt phẳng dàn song song nhau

- Lấy mép tường đỉnh làm mốc, đo dọc theo hai tim dàn về phía sau để đánh dấu các vị trí tiếp điểm của mũi dẫn và của dàn chủ Đầu mũi dẫn cách mép tường 2m

- Dùng cọc gỗ đóng, đánh dấu các điểm đo

b Kê chồng nề, tà vẹt tại nút, mỗi nút hai chồng nề theo sơ đồ như hình vẽ Chồng nề kê tại mỗi đầu thanh biên và đầu dầm ngang, chiều cao chồng nề 70cm, nền đá dăm 30cm

Hình IV.2.2 Sơ đồ kê chồng nề tại nút

c Lắp các thanh tầng 1, liên kết tạm bằng lói hình trụ và bulông thi công Số lượng con lói và bulông thi công theo quy phạm thi công Lắp cho đến hết chiều dài nhịp dàn

d Lắp các thanh tầng 2, thứ tự lắp ráp theo nguyên tắc: Dưới trước, trên sau, lắp các thanh trong trước, lắp các thanh ngoai sau, lắp khép kín từng tam giác

cơ bản để kết cấu ổn định không biến hình Lắp được hai khoang dàn chủ thì lắp

hệ liên kết dọc trên, cần cẩu đứng ở một vị trí và lắp cho hệ liên kết của cả hai khoang Liên kết tạm bằng lói và bulông thi công

e Đo và dựng trắc dọc, bình đồ của hai mặt phẳng dàn theo tỉ lệ cao = 10 tỉ lệ dài Căn cứ vào mức độ lệch của các nút so với đường chuẩn, dùng kích điều chỉnh để tạo độ vồng thiết kế đều ở hai bên mặt phẳng dàn và chỉnh cho tim dàn theo đường thẳng

Hình IV.2.3 Đo vẽ đường biên và kiểm tra độ vồng của dàn

f Thay thế liên kết tạm tại các nút bằng liên kết chính thức

Lắp tuần tự đảm bảo độ chính xác cao, nhưng tốc độ chậm

2 Lắp phân đoạn (Lắp cuốn chiếu):

Kết cấu nhịp được lắp ráp hoàn chỉnh lần lượt từng khoang theo trình tự: hệ liên kết dọc dưới, hệ dầm mặt cầu, các thanh trong mặt phẳng dàn và hệ liên kết dọc trên

Cần cẩu di chuyển trên đường ray đặt dọc theo tim của kết cấu nhịp

Hình IV.2.4 Sơ đồ lắp phân đoạn

Trình tự công nghệ

a Xác định vị trí tim và vị trí các nút dàn

b Kê chồng nề tà vẹt tại nút như trên

c Lắp các thanh theo sơ đồ như hình vẽ

Hình IV.2.5 Trình tự lắp các thanh theo sơ đồ lắp phân đoạn

Chữ số La Mã chỉ vị trí đứng của cần cẩu

Chữ số Ả Rập chỉ thứ tự lắp các thanh tại mỗi vị trí đứng của cần cẩu

Các thanh trong từng khoang lắp đến đâu, điều chỉnh độ vồng đến đó và thay liên kết tạm bằng liên kết chính thức

d Đo kiểm tra và dựng biểu đồ độ vồng của dàn ở vị trí kê trên các chồng nề

3 Lắp hỗn hợp (Lắp song song):

Phương pháp này thuờng dùng hai cần cẩu, một cần cầu làm nhiệm vụ lắp phần dưới, một cần cẩu lắp phần trên, lắp xong khoang này hay đoạn nào điều chỉnh chính xác và tiến hành tán đinh hoặc bắt bulong cường độ cao ngay, vì vậy lắp theo phương pháp hỗn hợp có năng suất cao

2.3.1 XÂY DỰNG ĐÀ GIÁO

Đà giáo bao gồm móng, trụ và kết cấu nhịp, trường hợp đặc biệt có thể dùng đà giáo không có kết cấu nhịp, khi đó các trụ bố trí ngay dưới các tiết điểm và cần cẩu để lắp ráp đi ngay trên biên trên của dàn đang lắp

1 Móng

Vì đà giáo là công trình tạm nên tùy theo tình hình địa chất và thủy văn mà chọn loại móng đơn giản dễ thi công, ví dụ nếu địa chất cho phép thì dùng móng cọc, trong đó có thể dùng cọc gỗ, cọc bê tông cốt thép, cọc thép hoặc cọc ống, các loại cọc làm móng nên chọn cùng loại với cọc của móng cầu chính

Số lượng cọc và chiều sâu đóng cọc được xác định bắng tính toán, tuy vậy chiều sâu đóng cọc không dưới 3m Trong trường hợp không đóng được cọc sâu hơn 3m thì phải đóng thêm cọc xiên hoặc làm thêm khung vây trong bỏ đá để bảo đảm điều kiện ổn định Sau khi thi công xong cầu các cọc được nhổ lên vì vậy không nên đóng cọc quá sâu

Đối với sông không đóng được cọc thì có thể làm các loại móng tạm như móng

rọ đá, cũi đá…gọi là móng kê Khi làm móng kê diện tích cản nước sẽ lớn do vậy cần phải bảo đảm thoát nước tốt

Loại thứ hai là dùng các thanh vạn năng MIK Thanh MIK cơ bản là các cột ống đứng tiết diện 203 x 9 mm, dài 2 và 4 mét, các thanh chống, thanh đứng và thanh xiên là các ống tiết diện 159 x 5 mm và 96 x 5 mm Ở đầu các thanh hàn sẵn các bản nối có lỗ liên kết bằng bulông 24

Các trụ của đà giáo nên bố trí dưới các tiết điểm của dàn để cho dầm dọc của kết cấu nhịp của đà giáo không chịu uốn cho trọng lượng dàn Theo chiều dọc cầu đỉnh trụ phải đủ rộng để kê chồng nề đở các đầu thanh ở hai bên bản tiết điểm

3 Kết cấu nhịp của đà giáo

Kết cấu nhịp cũng có thể bằng gỗ hoặc bằng thép

- Kết cấu nhịp bằng gỗ Trên xà mũ của trụ bố trí các dầm dọc, các dầm dọc nên

bố trí ngay trên đầu các cọc để tránh cho xà mũ khỏi chịu uốn Các dầm ngang

ở dưới chồng nề có khoảng cách không nên vượt quá 0,4m, còn ở chổ khác khoảng cách dầm ngang thường từ 0.7m đến 1m Nếu không dùng dầm ngang thì vẫn lát đặt ngay trên dầm dọc, khi đó ván lát phải có chiều dày lớn hơn Ván lát thường có chiều dày 3cm đến 5cm, lát trên toàn bộ bề rộng đà giáo để làm việc thuận tiện và đảm bảo an toàn khi lắp cầu Hiện nay phương án đà giáo bằng gỗ hầu như không được sử dụng do giá thành gỗ đắt, cường độ gỗ nhỏ không đáp ứng được yêu cầu tải trọng lớn trong khi đó độ bền lại kém

- Kết cấu nhịp bằng thép thường được chế tạo từ thép hình hoặc các thanh vạn năng Khi khẩu độ kết cấu nhịp của đà giáo từ 10m đến 12m thì thường sử dụng thép hình chữ I [; khi khẩu độ từ 20m đến 22m hoặc lớn hơn thì dùng dàn thép chế tạo từ các thanh vạn năng hoặc các loại cầu quân dụng

Trên đà giáo tại các tiết điểm của dàn có xếp các chồng nề Chồng nề có chiều cao khoảng 0.6m đến 0.8m và phải cao hơn đỉnh gối cầu từ 5 đến 7cm Chiều cao đỉnh các chồng nề được bố trí sao cho phù hợp với độ vồng xây dựng của dàn Trên đỉnh chồng nề thường đặt nêm để điều chỉnh cao độ cho chính xác

Hình IV.2.6 Đà giáo bằng các thanh YIKM

Hình IV.2.7 Cấu tạo giáo bằng các thanh MIK

- Nắn nguội bằng vam và kích thường được sử dụng khi các thanh bị cong vênh

ít Nắn nóng khi thanh, dầm bị cong vênh nhiều hơn mà nếu nắn nguội sẽ phát sinh vết nứt

- Làm sạch các thanh như cạo rỉ, tẩy ba via ở các lỗ đinh nếu có Khi liên kết bằng bulông đường bộ cao thì làm sạch bề mặt bằng phun cát, phun cát gang, nhưng chỉ tiến hành làm sạch ngay trước khi lắp để rỉ chưa kịp phát triển

- Đánh số các thanh, sắp xếp các thanh theo trình tự lắp ráp, nếu cần thì ghép gộp các thanh lắp liên tiếp nhau để tận dụng khả năng của cần cẩu và nâng cao tốc độ cẩu lắp

2 Chuẩn bị mặt bằng, các thiết bị để lắp cầu

- Vạch các dấu trên mặt bằng như tim cầu, tim các dầm chủ, tim các thanh biên dưới… công tác này được tiến hành nhờ máy kinh vĩ

- Chuẩn bị các thiết bị lắp như cần cẩu, các phương tiện vận chuyển, thiết bị tán đinh, v.v… có thể lắp dàn, dầm bằng giá long môn (portique) hoặc bằng cần trục Nên dùng cần cẩu ô tô hoặc cần cẩu xích vì dùng cần cẩu cổng phải làm dàn giáo rộng để bố trí đường đi

- Thu dọn các chướng ngại vật để có mặt bằng rộng rãi bảo đảm cho việc lắp ráp thuận lợi và nhanh chóng

3 Công tác lắp ráp

Có thể áp dụng một trong các cách như lắp trên bãi

Hình IV.2.8 Lắp ráp kết cấu nhịp trên đà giáo

2.3.3 HẠ KẾT CẤU NHỊP XUỐNG GỐI

Hạ kết cấu nhịp xuống gối thường tiến hành bằng các kích ở hai dầm ngang đầu Trên mỗi dầm ngang thường đặt hai kích, sức nâng của các kích phải bằng 1,5 lần trọng lượng kết cấu nhịp Khi hạ xuống gối phải hạ thành nhiều đợt theo thiết kế Trong khi hạ dưới nút dàn ở trên trụ phải đặt chồng nề và nêm để bảo

vệ tránh sự cố tụt kích, khoảng cách giữa nêm và nút dàn không vượt quá 2cm đến 3cm

Hạ kết cấu nhịp xuống gối cố định trước, sau đó hạ xuống gối di động Vị trí và

độ nghiêng của con lăn phải xác định theo nhiệt độ lúc hạ cầu để ở trạng thái nhiệt độ trung bình hàng năm và con lăn ở vị trí thẳng đứng Sau khi kết cấu nhịp đã hạ xuống cả hai gối, kiểm tra cẩn thận mới tháo kích và chồng nề bảo hiểm

Thiết bị hạ kết cấu nhịp có thể là dùng cần cẩu nâng lên sau đó hạ xuống gối; dùng hộp cát để hạ hoặc hiện nay thông dụng nhất là dùng kích thủy lực

2.3.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP LẮP TRÊN ĐÀ GIÁO

- Khi cầu không quá cao, sông không sâu và không thông thuyền

- Lắp kết cấu nhịp ở trên đà giáo của nhịp gần bờ sau đó lao ra vị trí, như vậy đà giáo được dùng lại nhiều lần

- Lắp một nhịp trên đà giáo rồi dùng nhịp này làm đối trọng để lắp hẫng hoặc bán hẫng nhịp tiếp theo

- Lắp kết cấu nhịp có liên kết hàn ngoài công trường Để có thể hàn nối kết cấu nhịp thì vị trí mối nối buộc phải nằm trên đà giáo hoặc trụ tạm để bảo đảm mối hàn hoàn toàn không làm việc trong quá trình thực hiện liên kết

2.3.5 TÍNH TOÁN ĐÀ GIÁO LẮP CẦU

1 Tải trọng

Tải trọng tác dụng lên dàn giáo có: trọng lượng bản thân, trọng lượng kết cấu nhịp cẩu lắp, trọng lượng các thiết bị cần lắp ,vận chuyển, tải trọng người và các thiết bị nhỏ, tải trọng gió, tải trọng va xô

2 Tính ván cầu công tác

Ván cầu công tác coi như dầm giản đơn kê tự do trên hai dầm ngang với khẩu

độ tính toán là khoảng cách giữa 2 dầm ngang, chịu tải trọng của người và dụng

cụ nhỏ là 250 kg/m2 Nên nếu bề rộng tấm ván là b thì tải trọng phân bố theo chiều dài q= 250*b kg/m2; sau đó kiểm tra với một tải trọng tập trung đặt ở giữa tấm P=130kg nếu b >15cm, P=65kg nếu b<15cm

Khi tính toán độ bền, lấy hệ số vượt tải của tỉnh tải bản thân ván là 1,2; hệ số vượt tải của tải trọng người đi và thiết bị nhỏ là 1,3

Khi kiểm tra biến dạng, fv < lv/150; fv tính với tải trọng tiêu chuẩn

3 Tính dầm ngang

Hình IV.2.10 Sơ đồ tính dầm ngang

Dầm ngang là dầm mút thừa có gối là các dầm dọc và nhịp là khoảng cách giữa hai dầm dọc Nếu chỉ có hai dầm dọc thì dầm ngang là tĩnh định, nếu lớn hơn hai dầm dọc thì dầm ngang là siêu tĩnh, tuy vậy có thể đơn giản có thể tính như dầm giản đơn hoặc dầm có một đầu thừa

Tải trọng tác dụng gồm trọng lượng bản thân và trọng lượng ván (hệ số vượt tải

n = 1,2), trọng lượng người và thiết bị nhỏ 250 kG/m2, trọng lượng đường vận chuyển và xe chở hàng có tải nếu đặt đường vận chuyển lên mặt cầu tạm Trọng lượng của chồng nề và lực kích nếu có (n lấy theo quy định của quy trình tính toán các kết cấu phụ trợ thi công cầu) Kiểm tra độ bền và độ cứng của dầm ngang tương tự như ván cầu công tác

Hình IV.2.9 Sơ đồ tính ván

cầu công tác

4 Tính dầm dọc

a Sơ đồ tính

Dầm dọc xem như dầm giản đơn tựa trên các trụ với giả thiết lực ngang hoàn toàn truyền vào mố, trụ chính còn trụ của dàn giáo chỉ chịu lực thẳng đứng Do vậy lực tác dụng lên dầm dọc chỉ có lực thẳng đứng

b Tải trọng tác dụng

Tải trọng phân bố đều: trọng lượng ván mặt, dầm ngang, dầm dọc, trọng lượng người và thiết bị nhỏ, trọng lượng đường để cần cẩu, xe chở hàng đi lại (nếu có)

Tải trọng tập trung: tải trọng này gồm có:

Lực truyền qua các chồng nề và kích, đó là toàn bộ các tải trọng mà kích phải chịu trọng lượng kết cấu nhịp, trọng lượng các thiết bị ở trên kết cấu nhịp và cả hàng nếu có v.v…

Nếu cần cẩu chạy trực tiếp trên đà giáo để làm việc thì luôn luôn phải kể đến

áp lực truyền qua bánh xe của cần cẩu khi đang làm việc với tải trọng cẩu gây

ra bất lợi nhất

Áp lực gió tác dụng lên kết cấu nhịp và cả các thiết bị đặt lên kết cấu nhịp như cần cẩu (nếu có) truyền qua chồng nề và kích xuống đà giáo Nếu cần cẩu đỡ trực tiếp trên đà giáo thì áp lực gió lên cần cẩu sẽ truyền qua bánh xe của cần cẩu xuống đà giáo

Hình IV.2.11 Sơ đồ tính dầm dọc và trụ đà giáo

Giả thiết rằng dàn chủ nối khớp tại nút dàn, bố trí xe bất lợi nhất như sơ đồ và tính được Py như sau:

yi: tung độ đường ảnh hưởng tương ứng với Pi

q1: tải trọng phân bố của kết cấu và đường vận chuyển (khoảng 3KN/m), của dàn giáo (khoảng 1KN/m), của người đi lại và thiết bị nhỏ 250kg/m2

d: chiều dài khoang

 : diện tích đường ảnh hưởng Py

Giá trị momen trong dầm dọc:

   

 Py Z (p q)

Trong đó:

Zi: tung độ đường ảnh hưởng moment dầm dọc tương ứng với Pyi

 : diện tích đường ảnh hưởng moment uốn của dầm dọc

Ngoài ra khi có gió ngang cầu tác dụng thì các thanh phần lực Pyi phải được cộng thêm một lượng lực tác dụng quy về nút dàn do gió như sau:

BL

d h W

Py w  i i

Trong đó:

W1: toàn bộ áp lực gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp

L: chiều dài tính toán của kết cấu nhịp

2.3.6 TÍNH TOÁN THÂN TRỤ CỦA ĐÀ GIÁO

Trong đó:

Zi*: tung độ đường ảnh hưởng phản lực tác dụng lên trụ đà giáo tương ứng với Pyi

*: diện tích đường ảnh hưởng phản lực tác dụng lênt rụ đá giáo

- Lực gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp của cầu chính đã lắp (W1)

- Lực gió ngang tác dụng lên cần cẩu (W2)

- Lực gió ngang tác dụng lên hệ dầm mặt cầu của cầu tạm (W3)

- Lực gió tác dụng lên trụ đà giáo (W4)

2 Nội dung tính toán trụ của đà giáo:

- Kiểm tra ổn định chống lật theo phương ngang cầu

- Kiểm tra độ bền của trụ

- Kiểm tra khả năng chịu lực của nền móng

Độ ổn định về lật đổ theo phương ngang được đặc trưng bằng độ lệch tâm (e) của tổng hợp lực của tất cả các lực đứng, và ngang so với trọng tâm của thiết diện trụ quy ước

l: Khoảng cách từ trọng tâm C đến tâm lật O của tiết diện

m: Hệ số điều kiện làm việc, m=0.75

Khi kiểm tra ổn định vị trí của trụ theo công thức trên phải tính với tải trọng tính toán, khi đó những tải trọng gây nguy hiểm được nhân với hể số vượt tải n

lớn hơn đơn vị, còn những tải trọng giữ ổn định được nhân với hệ số vượt tải khi bé hơn đơn vị

Nếu thân trụ làm bằng các thanh vạn năng như trên Hình IV.2.10 thì còn thêm kiểm tra thân trụ gồm tính toán xà mũ trên, dưới, thân trụ Xà mũ trên chịu tác dụng của các dầm dọc, xà mũ dưới chịu phản lực đầu cọc, đó là một khung chịu uốn và để tính đơn giản có thể coi đó là dầm chịu uốn như sơ đồ sau:

Thân trụ lắp bằng các thanh vạn năng thường là một hệ siêu tĩnh trong bậc cao

Để đơn giản tính toán và thiên về an toàn có thể tính như hệ tỉnh định, chẳng hạn ta xem như các thanh đứng chịu toàn bộ lực thẳng đứng còn các thanh xiên chỉ có tác dụng như các thanh lên kết và để giảm chiều dài tự do của thanh nén Khi tính lực ngang ta giả thiết thân trụ là một khung, trên chiều cao đó có điểm mômen uốn bằng (M=0) Vị trí khớp (điểm có M=0) phụ thuộc vào độ cứng của

hệ giằng trên và dưới, nếu hai hệ này như nhau có thể xem như khớp nằm ở giữa chiều cao của khung Tuy nhiên hiện nay công nghệ máy tính hiện đại có thể tính với sơ đồ không gian chính xác như Staad III, Sap 2000, MicroFeap…

Tính gần đúng như sơ đồ trên ta có:

2

W H

l

W h V

2

.





Phản lực VA, VB xem như phân bố đều cho các thanh đứng, các lực ngang HA,

HB xem như phân bố đều cho các thanh ngang, với các thanh đứng còn cộng thêm lực thẳng đứng sinh ra, từ đó tính được nội lực từng thanh để kiểm tra được độ bền của các thanh ở thân trụ

Hình IV.2.12 Sơ đồ tính trụ tạm ghép bằng thanh vạn năng

2.3.7 TÍNH TOÁN MÓNG CỦA TRỤ ĐÀ GIÁO

Móng cọc được tính như móng bệ cao, trong đó bệ được xem như tuyệt đối cứng, các đầu trên cọc được liên kết khớp với bệ, còn đầu dưới cọc được ngàm trong đất ở độ sâu từ 5-7 lần đường kính cọc tính từ mặt đất sau khi sói lở (do giả thiết trên cọc của trụ tạm cũng phải đóng đủ sâu)

Lực tác dụng lên mỗi cọc bất lợi nhất:

P N

Momen uốn tại tiết diện ngàm của cọc:

m i l n

lm: Khoảng cách từ đầu cọc đến điểm ngàm của cọc Lm=(5 7).D

Căn cứ vào các nội lực N, M để kiểm tra được độ bền của cọc theo công thức:

W

M F

Ngh: là khả năng chịu lực của cọc tính đối với đất nền

Hình IV.2.13 Sơ đồ tính cọc đứng cọc xiên trong móng trụ tạm

2.3.8 TÍNH ĐỘ CAO PHÒNG LÚN CỦA ĐÀ GIÁO

Để đảm bảo sau khi tháo gỡ đà giáo ván khuôn, đáy chủ dầm chủ đúng với cao

độ thiết kế, thì ban đầu trước lúc đổ bê tông, ván khuôn đáy dầm trên đà giáo phải cao hơn cao độ thiết kế của đáy dầm để sau khi đổ bê tông dưới tác dụng tải trọng đà giáo bị lún, biến dạng đến đúng cao độ thiết kế yêu cầu Độ cao hơn

đó gọi là võng dự trữ của đà giáo Độ võng này được xác định do các yếu tố sau:

1 Biến dạng đàn tính của cọc hay cột đà giáo

L - chiều dài cột ( từ đáy xà mũ tới mặt đất)

E - môđun đàn hồi của vật liệu

2 Biến dạng của dầm dọc hay dàn gối giản đơn trên đà giáo (tính cho điểm giữa nhịp)

5 4

2

o

EJ ql

5 4

2

m

EJ ql

q - Lực rải đều trên dầm hay trên dàn (kG/m)

l - Khẩu độ tính toán của dầm hay dàn (m)

E - mô đun đàn hồi của vật liệu

Jm : Mômen quán tính lớn nhất của tiết diện dầm hay dàn ở giữa nhịp

Jo : Mômen quán tính lớn nhất ở mặt cắt đầu dầm

 - Hệ số xét tới sự tăng độ võng do các thanh của dàn Đối với dàn có hai biên song song phụ thuộc vào tỷ số chiều cao h và khẩu độ l

4 Biến dạng của thiết bị hạ đà giáo

Khi sử dụng thiết bị hạ đà giáo là những con nêm thì lấy bằng 3 và hạ bằng thùng cát thì 4 = 0.5cm

4 Độ lún của nền

- Khi cột đà giáo được kê trên đất thì 5 = 1 cm,

- Khi cọc đà giáo đóng đạt đến độ chối theo thiết kế thì 5 = 0

6 Độ võng do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp

Lấy theo số liệu thiết kế

1 Nội dung cơ bản

Hẫng là biện pháp được sử dụng phổ biến trong thi công kết cấu nhịp cầu vì nó

có đặc điểm là dùng phần nhịp đã thi công chịu lực làm việc như một công xon treo hẫng các thiết bị và phần nhịp phải thi công tiếp Như vậy đạt được nhiều mục đích: giảm chi phí kết cấu phụ trợ, tiến độ thi công nhanh, ít chiếm dụng không gian và mặt bằng thi công Trong biện pháp hẫng có biện pháp thi công hẫng cân bằng tức là nhịp được thi công đối xứng về hai phía, tải trọng thi công

tự cânbằng nhau, đảm bảo điều kiện ổn định chống lật cho nhịp trong lúc thi công và diện thi công được mở rộng, tiến độ thi công đẩy nhanh gấp đôi

Biện pháp thi công hẫng không cân bằng là thi công hẫng về một phía còn gọi

là biện pháp bán hẫng Biện pháp này không tận dụng được yếu tố cân bằng của biện pháp đối xứng nên phải bổ sung các kết cấu phụ trợ để giữ ổn định chống lật cho nhịp

2 Phạm vi áp dụng

- Khi sông sâu, cầu cao, sông có thông thuyền thì việc làm trụ tạm để thi công theo phương pháp lắp tại chỗ hoặc bán hẫng sẽ rất tốn kém chi phí nhân công, vật tư và thời gian thi công

- Số thanh phải tăng cường để bảo đảm cho các ứng suất và biến dạng không vượt quá trị số cho phép không quá nhiều đồng thời việc tăng cường khả thi hơn

3 Các phương án lắp hẫng

- Lắp từ đầu nhịp này sang đầu nhịp kia: Cách lắp này tránh được khó khăn

khi phải lắp ghép nối hai bộ phận lại nhưng thường gây ra nội lực và biến dạng rất lớn trong các thanh do vậy phải gia cố thanh và đôi khi việc gia cố các thanh lại trở nên không khả thi Để khắc phục tình trạng này có thể làm giảm chiều dài hẫng bằng cách mở rộng trụ nhưng số lượng thanh phải tăng cường vẫn lớn

và việc mở rộgn trụ cũng không thể làm quá lớn và nhiều

- Lắp từ các trụ ra hai phía rồi hợp long ở giữa nhịp: Cách lắp này cùng gọi

là lắp hẫng cân bằng và thường bắt đầu lắp từ hai trụ chính Ta có thể mở rộng

trụ hoặc làm thêm trụ tạm để đỡ được khoảng hai khoang dàn đầu tiên ở hai bên trụ, sau đó lắp từ trụ ra hai bên rồi hợp long ở giữa; trong quá trình lắp phải lắp đồng thời hai bên để giữ ỗn định và cân bằng Việc hợp long ở giữa thường rất phức tạp và để hợp long được bản tiết điểm tại giữa chỉ được khoan lỗ mở rộng

do các sai số của trụ, sai số lắp ráp, biến dạng nhiệt v.v… Do việc hợp long thường rất khó khăn nên cách lắp này ít dùng Theo phương pháp cân bằng, các nhịp giữa thì đều phải hợp long ở giữa giống nhau; còn nhịp biên thì lắp cho đến mố Nhịp biên có thể không lắp hẫng cả nhịp nếu kết hợp tụ tạm đỡ phụ gần

mố khi đó ta lắp một đoạn gần mố trước trên trụ tạm và cho hợp long gần mố Ngoài ra có thể chọn sơ đồ lắp từ 1 trụ giữa lắp dần dần ra 2 phía qua các trụ để tránh phải hợp long nhiều lần

a) Lắp hẫng từ bên này sang bên kia, sử dụng đối trọng là 1 nhịp trên đường vào cầu

b) Lắp hẫng từ trụ ra, hợp long ở giữa - lắp hẫng cân bằng

c) Lắp hẫng từ 1 trụ giữa ra 2 bờ

Hình IV.2.14 Các sơ đồ lắp hẫng

2.4.2 PHƯƠNG PHÁP LẮP BÁN HẪNG

1 Nội dung cơ bản

Trong quá trình lắp hẫng dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và thiết bị kết cấu có thể bị lật hoặc gây ra ứng suất, độ võng ở một số bộ phận vượt quá cho phép cần phải làm thêm các trụ tạm để khắc phục tình trạng trên, phương pháp lắp như vậy được gọi là bán hẫng

2 Phạm vi áp dụng

Phương pháp lắp bán hẫng được dùng cho các trường hợp sau:

- Kết cấu nhịp không cho phép lắp hẫng, tức là nếu lắp hẫng thì không đảm bảo

ổn định về lật hoặc có những bộ phận có ứng suất độ võng vượt quá quy định

- Khi lắp nhịp đầu tiên để làm đối trọng cho các nhịp sau Do chưa có đối trọng nên nhịp đằu tiên phải lắp bán hẫng trong đó một số khoang đầu lắp trên đà giáo

- Để lắp cầu một nhịp hay nhiều nhịp mà việc làm các trụ tạm không làm giá thành xây dựng đắt hơn so với các phương pháp khác

đó nhịp đã lắp làm đối trọng để lắp các nhịp kết tiếp và kiểm tra nếu cần thiết thì ở nhịp sau có thể bố trí thêm trụ tạm

- Nếu địa hình cho phép ta lắp trước một đoạn trên nền đường làm đối trọng như vậy sẽ không phải làm đà giáo: Các thanh dùng để lắp đoạn đối trọng thường là thanh của nhịp thứ hai Sau khi lắp xong nhịp thứ nhất, đoạn nối trong được tháo dỡ để lắp tiếp Đến nhịp thứ hai lại dùng các thanh nối để tạo thành

hệ liên tục như cách lắp trên Ở cả hai cách lắp nếu chiều dài nhịp bằng nhau thì sau nhịp thứ nhất việc làm các trụ tạm không phải do yêu cầu chống lật để mà giảm nội lực và biến dạng trong thi công Khi đó các thanh biên trên và dưới tại gối của dàn hẫng thường nguy hiểm nhất vì với dàn giản đơn các thanh này thường có nội lực nhỏ

a) Lắp bán hẫng bằng đà giáo