Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chương 04

Hình 4-2 : Cầu vòm chạy giữa Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy dưới thường dùng thanh kéo mềm vμ thanh treo mềm, chủ yếu lμ dùng thanh chống ngang để liên kết hai sườn thμnh toμn khối

Trang 1

Đề tμi Nghiên cứu Khoa học : Xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông - 157 -

- Tμi liệu dịch -

chương thứ tư

Cấu tạo vμ kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông

Tiết thứ nhất Các loại hình chủ yếu của cầu vòm

ống thép nhồi bê tông(1)-(3)

Từ sự phân tích ở chương 3 cho thấy, từ thập niên 30, hai cầu vòm ống thép nhồi bê tông đã được xây dựng ở Liên Xô cũ, cho tới năm 1990 ở Trung Quốc mới xây dựng cầu Uông Mãng, trong khoảng giữa năm 50, 60 hầu như ở vμo trạng thái

đình đốn ở Trung Quốc thực chất phát triển lμ từ thập niên 90 Qua 10 năm phát triển, đã xây dựng vμ đang xây dựng được hơn 80 cầu vòm ống thép nhồi bê tông

Nó được coi lμ loại vật liệu mới, hầu như đã áp dụng trong các dạng cầu vòm Để thuận tiện cho việc phân loại, có thể phân theo các hình thức khác nhau

Như tiết 2 chương 3 đã nêu, căn cứ vμo tác dụng chủ yếu của ống thép trong các giai đoạn sử dụng kết cấu vμ giai đoạn thi công để phân loại, có thể phân ra cầu vòm ống thép nhồi bê tông vμ cầu vòm cốt cứng ống thép nhồi bê tông hay cầu vòm ống thép nhồi bê tông bên trong vμ cầu vòm ống thép nhồi bê tông bên trong, bên ngoμi bọc Cầu vòm cốt cứng ống thép nhồi bê tông, có lúc còn gọi lμ cầu vòm

bê tông cốt thép Cuốn sách nμy dùng nghĩa rộng của phạm vi cầu vòm ống thép nhồi bê tông, trình bμy về loại cầu vòm nμy, chủ yếu đối với bộ phận cốt cứng ống thép nhồi bê tông

Vμnh vòm chủ của cầu vòm ống thép nhồi bê tông, chủ yếu có các hình thức sườn đặc vμ dμn hoa Sườn đặc còn có thể chia ra một ống, hai ống hình số 8 Kiểu dμn hoa còn có thể phân ra dμn hoa hình số 8 nằm ngang, dμn hoa nhiều nhánh, dμn hoa hỗn hợp vμ bó ống tập trung Cầu vòm bê tông cốt thép cốt cứng ống thép nhồi bê tông sườn vòm chủ có các dạng sườn hộp, vòm hộp vμ vòm bản

Cầu vòm ống thép nhồi bê tông về hình thức chịu tải có vòm chạy trên, vòm chạy giữa vμ vòm chạy dưới Cần chỉ ra rằng cầu vòm chạy giữa vμ chạy dưới trước kia thường xuất hiện cầu vòm thép, cầu vòm bê tông cốt thép do bị hạn chế bởi năng lực thanh treo, nên áp dụng kết cấu chạy giữa vμ chạy dưới tương đối ít áp dụng ống thép nhồi bê tông, lμm cho trọng lượng treo giảm nhẹ rất nhiều, cho nên hình thức chạy giữa, chạy dưới sử dụng tương đối nhiều Trong số hơn 80 cầu đã

vμ đang xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông, có rất ít cầu vòm chạy trên mμ phần lớn lμ chạy giữa vμ chạy dưới

Trang 2

Cầu vòm chạy trên có chiều cao kiến trúc lớn, yêu cầu về nền móng cao thích hợp với cầu ở các khe núi Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy trên có sườn vòm đặc, vòm dμn hoa, vòm hộp, cầu vòm khung vμ vòm khung dμn hoa Sườn vòm đặc chạy trên thường dùng hình thức nhiều sườn vòm (nhiều hơn 2 sườn) để tiết kiệm vật liệu, thi công dễ dμng Cấu tạo của vòm chạy trên, liên kết hướng ngang dễ, hệ mặt cầu kê trên cột đứng, tính toμn khối, tính ổn định ngang vμ tính chống rung đều rất tốt Tiết 3 chương 3 cầu Hoμng Bá Hμ Tam Hiệp Hồ Bắc vμ cầu Hạ Lao Câu lμ cầu vòm chạy trên

Cầu vòm chạy dưới nói chung đều có thanh kéo (cầu vòm dầm mềm) lμ kết cấu không có lực đẩy hay lực đẩy rất nhỏ Nó chủ yếu dùng khi chiều cao kiến trúc

bị hạn chế, yêu cầu thông thuyền cao vμ khi tình hình nền móng yếu ở vùng đồng bằng vμ cầu vượt dùng nhiều Mặt cắt cầu vòm chạy dưới chỉ có thể lμ sườn vòm, nếu khẩu độ vòm nhỏ, có thể dùng một ống thép Khoảng 100m thì dùng mặt cắt hình số 8, khẩu độ lớn hơn nữa thì dùng sườn dμn hay sườn hộp

Hình 4-1 : Cầu vòm cứng dầm mềm chạy dưới

Theo phương thức quan hệ kết cấu, phần trên vμ dưới, cầu vòm có thanh kéo còn có thể phân thμnh hai loại Một loại lμ bộ phận trên vμ dưới liên kết cứng, thanh kéo không cùng với hệ mặt cầu tham gia chịu lực, chỉ đơn thuần chịu kéo, gọi lμ cầu vòm khung dầm mềm Xem hình 4-1a Một loại khác lμ kết cấu phần trên kê giản đơn trên mố trụ cầu (hình 4-1b) Thông thường thanh kéo lμ dầm dọc,

lμ kết cấu kéo uốn, cho nên đó lμ hệ dầm vòm tổ hợp ở trường hợp thứ nhất, do vòm vμ trụ cầu ngμm cứng, giống như lμ vòm không chốt cố định, dùng phương pháp thi công không có giá vòm, tính ổn định ngang rất tốt, nhưng lμ kết cấu siêu tĩnh bậc cao, nội lực do hoạt tải vμ nội lực thứ cấp có ảnh hưởng lớn đến kết cấu phần dưới áp dụng loại nμy tương đối nhiều như cầu Uông Mãng, cầu Thiện Hưng Kha, cầu Nam Hải Phật Trần

Trang 3

Kiểu thứ hai kết cấu chịu lực rõ rμng, lμ kết cấu nội siêu tĩnh ngoại tĩnh

định, kết cấu phần dưới giống như cầu dầm, nhưng xử lý tiết điểm vμ điều chỉnh kéo căng thanh kéo có khó khăn Cấu tạo gối cầu phức tạp, thi công phải dùng một

số dμn giáo hay chở nổi cả cầu Chủ yếu áp dụng ở vùng Giang Nam có sông ngòi chằng chịt Như cầu Tân An Bắc Vô Tích Giang Tô, cầu Hoμng Viên Nghĩa đảo Triết Giang

Cầu vòm chạy dưới thường dùng lμ cầu một nhịp Khi phải lμm nhiều nhịp, các nhịp biên nói chung dùng cầu kiểu dμn, kết cấu cầu vòm nhiều nhịp sử lý cấu tạo vμ thanh kéo có nhiều khó khăn Cầu Giải Phóng ở Quảng Châu lμ cầu vòm ống thép nhồi bê tông Cầu khung dầm vòm nhiều nhịp chạy dưới có khẩu độ khác nhau Cầu bố trí theo sơ đồ (55m + 86.3m + 55m)

Hình 4-2 : Cầu vòm chạy giữa

Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy dưới thường dùng thanh kéo mềm vμ thanh treo mềm, chủ yếu lμ dùng thanh chống ngang để liên kết hai sườn thμnh toμn khối cho nên có thanh chống ngang nhiều, độ cứng lớn, thậm chí còn dùng một loạt thanh chống kiểu chữ K, như cầu Phật Trần Nam Hải Nếu muốn bỏ thanh chống gió thì phải đổi dùng dầm cứng hay tăng độ cứng của sườn vòm Cầu Hoμng Viên Ninh Ba vμ cầu Giải Phóng ở Quảng Châu đều lμ cầu vòm chạy dưới không

có thanh chống gió, cầu thứ nhất lμ kết cấu tổ hợp dầm cứng vòm cứng Cầu thứ hai dạng dầm cứng vòm mềm

Về cấu tạo cầu vòm chạy giữa lμ trung gian cầu vòm chạy trên vμ cầu vòm chạy dưới, về kiến trúc tạo hình rất đẹp, cầu thμnh phố thường được ca ngợi, nhưng trước kia kiến tạo bằng bê tông cốt thép thì quá thô kệch Cầu vòm ống thép nhồi

bê tông chạy giữa, mấy năm gần đây được dùng nhiều cho cầu thμnh phố, đã vμ

đang xây dựng tới hơn 10 cầu Tμi liệu(3) giới thiệu một số cầu thμnh phố dùng kết cấu ống thép nhồi bê tông đều lμ cầu vòm chạy giữa

Trang 4

Cầu vòm chạy giữa thường ở nhịp chính dùng khẩu độ lớn, các nhịp biên phối hợp với vòm chạy trên dùng khẩu độ nhỏ, nói chung không dùng dầm mềm, thường thông qua nhịp biên khẩu độ nhỏ dùng tỷ lệ đường tên nhỏ vμ tỷ lệ tập trung tĩnh tải lớn (như cầu vòm bản, cầu vòm sườn, cầu vòm khung bê tông cốt thép) Để giải quyết vấn đề khẩu độ không cân bằng, xem hình 4-2a Xử lý như vậy tương đối kinh tế, mμ về tạo hình tổng thể thì nhịp chính chạy giữa ở sông rộng nhìn được bao quát, không tạo ra cảm giác lẫn với kiến trúc chen chúc ở bờ sông,

vμ do có nhịp biên bổ trợ lμm cho có vẻ hùng tráng, khi xe ra vμo cầu có cảm giác qua cổng chμo, luôn trở thμnh biểu tượng của cầu thμnh phố Có trường hợp do hạn chế bởi chiều cao kiến trúc hay các nguyên nhân khác, nhịp biên cũng dùng vòm chạy giữa, xem hình 4-2b, như cầu Vọng Giang Tân An Giang Triết Giang vμ cầu Lam Câu Tiên Du Phúc Kiến, do tỷ lệ chiều dμi nhịp bố trí thích hợp, cho nên mặt

đứng đẹp, nhưng hướng ngang cầu khó xử lý, rất dễ gây ra cảm giác hỗn loạn

Cầu vòm chạy giữa để giảm bớt lực đẩy nằm ngang lμm ảnh hưởng bất lợi cho mố trụ cầu, có thể thiết kế dầm mềm cân bằng lực đẩy nằm ngang, vòm không

có lực đẩy ngang có nửa nhịp hẫng (căn cứ vμo hình dạng còn gọi lμ cầu ngỗng bay hay cầu nhạn bay) Nó giống như cầu vòm chạy dưới có khả năng lμ cầu vòm cứng dầm mềm có nhịp hẫng (xem hình 4-3a) vμ cầu vòm dầm tổ hợp liên tục (xem hình 4-3b) Cầu vòm ống thép nhồi bê tông trong sử dụng đều lμ vòm cứng dầm mềm có

đem nhịp hẫng, như cầu Tam Sơn Tây Quảng Đông, cầu Liên Thao Tam Hiệp Hồ Bắc, công trình cải tạo Kim Cương Hμ Thiên Tân hơn thế còn có xu hướng ngμy một nhiều

Hình 4-3 : Cầu vòm chạy giữa không có lực đẩy ngang

Khẩu độ cầu cũng không ngừng tăng (xem tiết 3 của chương nμy)

Cầu vòm chạy giữa có một bộ phận kết cấu chủ yếu ở phía trên hệ mặt cầu, cho nên hình thức mặt cắt cầu vòm chính về cơ bản giống như cầu vòm chạy dưới, thường có dạng sườn vμ dạng dμn hoa Khẩu độ cầu tới 120m có thể dùng mặt cắt hình số 8, to hơn có thể dùng dμn hoa, cũng có thể dùng sườn hộp

Đối với sườn vòm chạy giữa, chạy dưới, căn cứ vμo tình hình hệ liên kết ngang lại có thể chia thμnh hai loại có thanh chống gió vμ không có thanh chống

Trang 5

gió Kết cấu không có thanh chống gió, cần phải tăng cường độ cứng hướng ngang của một sườn Có thanh chống gió lại có thể phân thμnh cầu vòm có sườn song song vμ vòm sườn nghiêng Đối với cầu vòm có tỷ lệ chiều dμi chiều rộng lớn, để tăng cường tính ổn định ngang, nghiêng hai sườn vòm vμo phía trong hình thμnh vòm sườn nghiêng

Căn cứ vμo quan hệ sườn vòm chủ vμ kết cấu trên vòm, ngoμi một số cầu vòm nói chung, kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông còn dùng cầu vòm dμn hoa

ống thép nhồi bê tông áp dụng vμo cầu vòm khung chỉ có một thí dụ lμ cầu Thái Bạch Giang Tây, chi tiết xem tiết 4 chương ba đã giới thiệu

Trang 6

tiết thứ 2 cấu tạo sườn vòm chủ

I Sườn vòm một ống thép nhồi bê tông

Cầu vòm ống thép nhồi bê tông, sườn vòm đặc số lượng dùng nhiều nhất, khẩu độ cầu không quá lớn, sườn vòm có thể dùng một ống thép Mặt cắt một ống thép có hình tròn, hình ê líp (hình 4-5)

a Cầu Quần ích Phúc An Phúc Châu b Cầu Hoμng Viên Nghĩa

Gia công ống thép tròn đơn giản, tính chống xoắn tốt, do có tác dụng của lực

bó chặt nên tính năng chịu lực hướng trục thể hiện tính ưu việt, nhưng chống uốn kém, chủ yếu dùng cho nhịp cầu vòm có khẩu độ không lớn (80m trở xuống) trong cầu thμnh phố vμ cầu người đi, tường ống thép dầy hμm lượng thép trên mặt cắt cao, nói chung có thể tới 8%

Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chỉ dùng một ống tròn có cầu Tân An Bắc Vô Tích Giang Tô, cầu Quần ích Phúc An, cầu Dẫn Giang Hμ Tần Châu Giang Tô Trong đó cầu Dẫn Giang Hμ Tần Châu Giang Tô có khẩu độ lớn nhất (80m)

Trang 7

ở nước ngoμi cũng đã xây dựng cầu vòm ống thép một ống tròn Khẩu độ không nhỏ như cầu ở Pháp, cầu chạy dưới khẩu độ 220m, không có thanh chống gió sườn vòm, nhịp chính dùng hai ống thép đường kính Φ2000mm, tổ hợp thμnh mặt cắt hình số 8 hướng ngang Cầu Tùng Đảo ở Nhật Bản lμ cầu vòm ống chạy trên khẩu độ 126m, đường kính ống Φ1800mm Qua đó cho thấy cầu vòm ống thép nhồi bê tông mặt cắt một ống tròn khẩu độ còn có thể tăng cao, nhưng phải dùng cầu dầm vòm tổ hợp để giảm nhỏ trị số mô men uốn cho sườn vòm

Sườn vòm một ống ngoμi việc thường dùng ống tròn, ở vùng Triết Giang phần nhiều dùng mặt cắt đầu tròn Mặt cắt đầu tròn có mô men quán tính hướng ngang lớn, chủ yếu dùng cho cầu vòm không có thanh chống gió

Cầu Hoμng Viên, Nghĩa Đảo Triết Giang có khẩu độ tĩnh 80m, cầu rộng 29m, mặt cắt sườn vòm lμ hai nửa hình tròn mép trên dưới tiếp tuyến, xem hình 4-5b ở Triết Giang còn một cầu vòm ống thép nhồi bê tông mặt cắt đầu tròn Cầu Tân Đường Hμng Châu, đầu tròn lμ một đoạn cung tròn, mμ phía trên dưới không phải lμ đường tiếp tuyến, hình 4-5c Cũng còn có đầu tròn đặt đứng thμnh sườn vòm, như cầu Tây Thi, Chủ Y Triết Giang, hình 4-5d

Mặt cắt đầu tròn cần tăng cường độ cứng chống uốn theo phương của đầu tròn, thi công đơn giản, đồng thời còn tạo hình sườn vòm thêm thay đổi, nhưng lực

bó lõi bê tông của ống thép so với ống thép nhồi bê tông nhỏ đi rất nhiều Trước mắt thiết kế loại kết cấu nμy thường không xét tác dụng lực bó chặt của ống thép

đối với bê tông, mμ chỉ coi lμ kết cấu bê tông cốt thép để tính toán thiết kế, cho nên hμm lượng thép tương đối cao Chỉ dùng cho cầu thμnh phố khẩu độ nhỏ

Năm 1995, xây dựng cầu Trung Sơn Nhị ở Quảng Đông lμ cầu vòm ống thép nhồi bê tông có thanh kéo chạy giữa bố trí theo sơ đồ 41 + 125 + 41, không có thanh chống gió Sườn vòm chủ lμ hộp 3 ngăn (xem hình 4-6) Hai hộp bên nhồi bê tông M30 Hai hộp bên nhồi đầy bê tông chủ yếu để tăng cường độ cứng của sườn vòm vμ tính ổn định của thμnh hộp, thực chất có thể coi lμ kết cấu ống thép nhồi bê tông hình vuông(4)

Hình 4-6 : Mặt cắt sườn vòm ống thép nhồi bê tông hình vuông

Trang 8

II Sườn vòm ống thép nhồi bê tông hình số 8 :

Sườn cầu vòm đại đa số đều dùng mặt cắt hình số 8 (xem hình 4-8) ở tiết 3 chương 3 đã nêu thí dụ cầu Uông Mãng, cầu Tân An Giang vμ cả cầu Hoμng Bá Hμ trên đường ô tô ở ngoμi đập Tam Hiệp v.v đều dùng loại mặt cắt nμy Khẩu độ cầu từ mấy chục mét tới 160m, nhiều nhất lμ khoảng 100m Từ bảng 3-4 ta thấy sườn vòm ống thép nhồi bê tông mặt cắt hình số 8, đường kính ống thép thường từ 45cm đến 150cm, nhiều nhất lμ từ 75cm đến 90cm lμ nhiều nhất (D/L khoảng 1/60

~ 1/150) (D lμ đường kính ống, L lμ khẩu độ tĩnh) Chiều cao H từ 120cm đến 270cm phần nhiều từ 180cm đến 200cm H/L = 1/30 ~ 1/60 ; D/H = 1/2.11 đến 1/2.67 D/H = 1/2.5 lμ nhiều Bề dầy bản thép từ 8mm đến 16mm, dùng nhiều nhất

lμ 10mm (16mm dùng cho mặt cắt thay đổi ở chân vòm) D/L vμ H/L nói chung giảm dần khi khẩu độ tăng

Trang 9

Đối với mặt cắt hình số 8, thí nghiệm mô hình có nhồi bê tông vμo bản bụng cho thấy, khi không nhồi bê tông vμo bản bụng dưới tác dụng của tải trọng bằng nhau thì chuyển vị của sườn vòm về cơ bản thống nhất với biến vị của sườn vòm có nhồi

bê tông vμo bản bụng, nhưng bản kẹp chịu cắt thì có nhồi bê tông tăng gấp đôi(6)

Bê tông ở trong bản kẹp chủ yếu chống mất ổn định cục bộ của bản thép kẹp vμ lμm tăng năng lực chống cắt cho mặt cắt

Hình 4-8 : Mặt cắt hình số 8 Hình 4-9 : Mặt cắt vμnh vòm cầu

Ngõa Đô Giang Tây

Trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông, khẩu độ vòm chạy trên lớn nhất lμ cầu Hoμng Bá Hòa trên đường bộ, ngoμi vùng đập Tam Hiệp vμ cầu Hạ Lao Câu (xem thí dụ tiết 3 chương 3) Khẩu độ vòm chạy giữa lớn nhất lμ cầu Ngõa Đô thị trấn Đức Cảnh Giang Tô(7) Khẩu độ vòm chạy dưới lớn nhất lμ cầu ảnh Hồng Thiên Tân

Cầu Ngõa Đô Cảnh Đức Giang Tây toμn dμi 260m, lμn xe cơ giới 14m, lμn người đi 2x2m, bề rộng toμn cầu 21m (bao gồm cả mặt phẳng vμnh vòm)

Nhịp chính lμ cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy giữa, khẩu độ tĩnh 150m

Tỷ lệ đường tên 1/5 Cầu Ngõa Đô có hai sườn vòm Mỗi sườn vòm có hai ống thép đường kính Φ1000mm, dầy 14mm vμ bản hẹp tổ thμnh mặt cắt hình số 8 cao 2,5m (xem hình 4-9) Tỷ lệ chiều cao vμ khẩu độ chỉ có 1/60 Các cầu vòm ống

Trang 10

Hình 4-10 : Cầu ảnh Hồng Thiên Tân

Đặc trưng của mặt cắt hình số 8 lμ do hai ống thép ghép thμnh, bản bụng mảnh, hai ống tròn nối chung xếp theo chiều thẳng đứng gần giống như sườn vòm chữ I Nhưng cầu Tân Vương, Nghĩa Đảo Triết Giang, vμnh vòm do hai ống thép ghép lại, nhưng mặt ngoμi lại lμ hình dầm tròn Hai ống thép xếp nằm ngang Chiều cao của vμnh vòm lμ đường kính ống hai thép cộng với bề dầy hai bản ghép (hình 4-11) Cầu nμy có cầu chính dμi 202m, khẩu độ cầu tương tự cầu Giải Phóng Quảng Châu lμ 55m + 80m + 55m Cầu vòm ống thép nhồi bê tông có thanh kéo 3 nhịp cầu vòm chạy dưới, mặt cầu rộng 32,7m ống thép chỉ dùng một sườn, đặt ở giải phân cách giữa các lμn xe cơ giới Hướng ngang có hai thanh treo luồn qua hai ống thép

Hình 4-11 : Mặt cắt sườn vòm cầu Tân Vương Triết Giang (đơn vị : mm)

Trang 11

III ống thép nhồi bê tông kiểu vòm dμn hoa

Sườn vòm kiểu dμn hoa có thể dùng ống thép đường kính nhỏ đạt được độ cứng chống uốn lớn theo cả hai chiều ngang vμ dọc, hơn nữa với cấu kiện chịu lực dọc trục lμ chính lại có thể phát huy được đặc tính vật liệu Đối với cầu vòm ống thép nhồi bê tông có khẩu độ lớn hơn 100m thì vμnh vòm kiểu dμn lμ dạng mặt cắt tương đối thích hợp Vμnh vòm kiểu dμn hoa thường gọi lμ vòm dμn ở chương 1

đã nêu vμo thập kỷ 30 tại Liên Xô cũ người ta đã xây dựng cầu vòm đường sắt NceTb, lμ cầu vòm dμn hai chốt mặt cắt thay đổi

c Cầu Thạch Trạch Câu Phúc Kiến kiểu 4 nhánh

d Cầu Đắc Đơn Giang Y Lan kiểu dμn 2 nhánh

Hình 4-12 : Mặt cắt vμnh vòm kiểu dμn hoa ống thép nhồi bê tông

Cầu vòm dμn xuất hiện sớm nhất ở Trung Quốc có mặt cắt, hướng ngang dμn lμ hình số 8 Trên vμ dưới hướng ngang lμ hai hình số 8 Thanh bụng lμ dầm ống thép, cầu Tam Sơn Tây Nam Hải Quảng Đông, cầu Điều Giang Cao Cốc Tứ Xuyên Loại dμn vòm nμy xem hình 4-12a Đối với loại mặt cắt đó, bê tông trong bản bẹp của hình số 8 nằm ngang so với mặt cắt hình số 8 ở trên có tác dụng đối với độ cứng chống uốn tương đối lớn, nhưng loại mặt cắt nμy đặc tính chịu lực của thép - bê tông bản bụng hướng ngang so với ống thép nhồi bê tông khác nhau rất nhiều, đồng thời tồn tại vấn đề tính toán thiết kế không được dùng lý luận bó chặt Cho nên về sau lại phát triển thêm mặt cắt kiểu dμn hỗn hợp Đối với loại mặt cắt nμy, mạ trên dùng hình số 8 nằm ngang, mạ dưới hai ống thép được liên kết bằng ống thép trong mặt phẳng Mạ trên vì để rút ngắn chiều dμi bản kẹp, bề rộng nhỏ hơn mạ dưới hình thμnh mặt cắt hình thang Cầu vượt Văn Phong An Dương Hồ Nam, cầu Điền Giang, Cao Cốc Tứ Xuyên, cầu Đại Độ Hμ đều dùng loại hình nμy Dạng mặt cắt xem hình 4-12b Những năm gần đây vμnh vòm ống thép nhồi

Trang 12

bê tông trực tiếp dùng mặt cắt kiểu dμn nhiều nhánh (có xu hướng sử dụng ngμy một nhiều Loại vμnh vòm nμy thanh mạ dùng vật liệu ống thép nhồi bê tông, thanh bụng dμn vμ thanh liên kết phẳng dùng ống thép Trong mặt cắt kiểu dμn nhiều nhánh thì 4 nhánh lμ nhiều hơn cả Tỷ lệ chiều cao với chiều rộng trong khoảng 2 : 1 lμ hợp lý, để bảo đảm ổn định ngoμi mặt phẳng của sườn vòm chủ yếu thông qua hệ liên kết ngang Trong tiết 3 chương 3 giới thiệu cầu Thạch Trạch Câu, Trùng Thanh Phúc Kiến đã sử dụng mặt cắt dμn 4 nhánh (xem hình 4-12c), ngoμi ra mặt cắt dμn 4 nhánh còn được dùng ở cầu Trường Thanh Quân Hμ Thẩm Dương (cầu chạy giữa khẩu độ tĩnh 140m), cầu Điều Giang Cao Cổ Tứ Xuyên (cầu chạy giữa khẩu độ tĩnh 150m), cầu Ung Giang Tam An Quảng Tây (cầu chạy giữa khẩu độ tĩnh 270m)

Cầu Đắc Đơn Giang Y Lan Hắc Long Giang, dùng mặt cắt dμn ba nhánh (xem ví dụ ở tiết 3 chương 3) Từ phương diện thiết kế kết cấu nên coi lμ hai nhánh cộng một nhánh, thêm một nhánh lμ để tăng độ cứng chống uốn hướng ngang cho sườn vòm, để bỏ thanh chống gió ở phía trên mặt cầu Còn có thiết kế sườn vòm, các thanh mạ trên, mạ dưới đều lμ 3 ống thép tạo thμnh mặt cắt 6 nhánh (xem hình 4-13) Nói chung trên phương diện chịu lực của kết cấu hay phương diện thi công 6 nhánh đều không đơn giản vμ không hợp lý như bốn nhánh

Hình 4-13 : Mặt cắt dμn 6 nhánh

Mặt cắt kiểu dμn nhiều nhánh ống thép nhồi bê tông so với mặt cắt kiểu dμn hình số 8 nằm ngang, do bỏ được bản kẹp nằm ngang nối các ống thép vμ bê tông nhồi giữa bản kẹp mμ dùng các thanh giằng, nên tiết kiệm được thép vμ bê tông, giảm được trọng lượng bản thân, lμm cho cầu vòm ống thép nhồi bê tông cμng có khả năng vượt khẩu độ lớn Đồng thời do các nhánh đều chịu lực dọc trục lμ chính, cμng dễ dμng dùng lý luận ống thép nhồi bê tông để tiến hμnh tính toán Về phương diện chịu lực chung có thể tham khảo phương pháp tính toán cột khung Thanh bụng của dμn vòm thường lμm thanh chịu kéo để tránh cho các thanh chịu nén mất ổn định cục bộ Do chịu lực không lớn nên các thanh bụng dùng ống thép rỗng đường kính nhỏ, như Φ200 x 10mm đến Φ350 x 10mm Bố trí các thanh bụng cũng có hai hình thức Một kiểu lμ vuông góc, nghĩa lμ vuông góc với tim vòm (xem hình 4-14a)

Trang 13

a Kiểu vuông góc b Kiểu song song

Hình 4-14 : Cấu tạo các khoang dμn vòm

Cự ly các thanh bụng thẳng nói chung lμm cho thanh xiên có góc từ 30o đến

60o thường lμ khoảng 45o ở vòm dμn có chiều cao bằng nhau Các thanh đứng vμ thanh xiên có quy cách giống nhau thì gia công dễ, nhưng sử lý nó với các thanh treo thì khó khăn phức tạp, cho nên với kiểu nμy bố trí mặt cắt dμn hoa chỉ xuất hiện khi dùng cốt cứng Trong cầu vòm dμn ống thép nhồi bê tông chưa thấy xuất hiện, chủ yếu lμ bố trí thanh treo có khó khăn Một kiểu khác lμ kiểu song song có nghĩa lμ thanh đứng vuông góc với đường nằm ngang (xem hình 4014b) Thanh treo vμ thanh đứng trùng nhau, dễ sử lý kết cấu Thanh bụng thẳng về cự ly ngoμi việc phải xét đến cự ly thanh bụng xiên còn phải xét tổng hợp với cự ly thanh treo, nhưng kiểu bố trí nμy kích thước của các thanh đứng vμ thanh xiên không giống nhau Góc nghiêng của thanh bụng xiên cũng thay đổi, lμm cho việc gia công sườn vòm có khó khăn

IV Sườn vòm dạng chữ I vμ sườn hộp cốt cứng ống thép nhồi bê tông

Cầu vòm chạy giữa vμ chạy dưới, cùng với sự tăng của khẩu độ, vấn đề ổn

định ngang của sườn vòm nổi bật lên, cho nên cầu vòm bê tông cốt thép thường dùng mặt cắt hình hộp cho vμnh vòm, như cầu Khả Giang Nội Giang Tứ Xuyên (3x100m + 3x52m), cầu Ngọc Băng Sơn Nam Bình Phúc Kiến (nhịp chính 100m) Nhưng trọng lượng lắp ráp vμnh vòm bê tông cốt thép mặt cắt hình hộp rất nặng, lấy cầu Ngọc Băng Sơn Nam Lĩnh Phúc Kiến, vμnh vòm chính mặt cắt hộp có kích thước 100cm x 200cm, chia lμm 5 đoạn, hợp long một sườn, trọng lượng lắp ráp nặng nhất 59,1 tấn cho nên việc phát triển vμnh vòm mặt cắt hình hộp bị hạn chế, nếu dùng ống thép nhồi bê tông lμm cốt cứng, thì lắp ghép chỉ cần cẩu nhấc ống thép rỗng, cho nên trọng lượng lắp ghép nhẹ đi rất nhiều Cầu vòm sườn hộp đã xây dựng có nhịp chính 117,8m, đó lμ cầu vượt Tân Long Âu Nội Giang Tứ Xuyên

Trang 14

(mặt cắt vòm chủ xem hình 4-15a) Cầu Kim Sa Giang, cầu Chi Hoa Bảo Quả nhịp chính 160m vμ cầu Ung Giang, Ung Ninh Quảng Tây, nhịp chính 312m Sườn vòm hộp cốt cứng có lúc một bộ phận dùng ống thép nhồi bê tông, một bộ phận dùng thép hình, như cầu Bạch Miễu Hiệp (L = 105m), mặt cắt xem hình 4-15b

a Mặt cắt cầu Tân Long

Âu Nội Giang

b Mặt cắt cầu Bạch Miễu Hiệp

Hình 4-15 : Mặt cắt sườn vòm hộp (đơn vị : mm) Hình 4-16: Mặt cắt sườn

vòm chữ I

Đối với cầu vòm chạy trên, có thể dùng mặt cắt chữ T, có thể đặt dầm dầy

để đảm bảo tính toμn khối của kết cấu vμ tính ổn định hướng ngang cầu như cầu Nha Long Giang Kim Hμ Thịnh Nguyên Tứ Xuyên khẩu độ tĩnh 170m, thanh mạ trên, mạ dưới dùng ống thép Φ700 x 12mm, thanh bụng Φ200 x 8mm cốt cứng

đúc bê tông tại chỗ, thμnh sườn vòm mặt cắt chữ I (xem hình 4-16)

V Vòm hộp cốt cứng ống thép nhồi bê tông

Vμnh vòm hình hộp có tính năng chống uốn chống xoắn tốt, lμ hình thức chủ yếu của cầu vòm bê tông cốt thép khẩu độ lớn Dùng ống thép nhồi bê tông lμm cốt cứng thi công lμ con đường đột phá khẩu độ lớn có hiệu quả Tháng 10 năm 1997 xây dựng xong cầu Trường Giang, huyện Vạn Tứ Xuyên khẩu độ nhịp chính 420m, tỷ lệ đường tên 1/5, kích thước mặt cắt xem hình 3-51

Cầu nμy lμ cầu đầu tiên dùng ống thép nhồi bê tông lμm cốt cứng để xây dựng cầu vòm sườn hộp bê tông cốt thép Cũng lμ cầu vòm bê tông cốt thép có khẩu độ lớn nhất thế giới (chi tiết xem tiết 4 chương 3)

Hình 4-17 : Thi công cầu vòm đá cốt cứng ống thép nhồi bê tông (đơn vị: mm)

Trang 15

Ngoμi ra, kết cấu ống thép nhồi bê tông, vòm dùng cầu vòm bản, dùng đơn thuần lμm cốt cứng để thi công Cầu An Hải, Liên Giang, Phúc Kiến, khẩu độ tĩnh 70m, cầu vòm đá, khi thi công lμm giá vòm có khó khăn, dùng cần trục lắp ống thép 4Φ550x10mm trong nhồi bê tông, tại đỉnh vòm vμ hai điểm L/4 lμm dμn giáo

đơn giản để đỡ cốt cứng, đúc bê tông dầy 55cm Sau đó phía trên xây đá xô bồ dầy 100cm lμm vòm chủ, mặt cắt xem hình 4-17

y/f = 0.9 (2x/L)2 + 0.1(2x/L)4 (4-1)

Trong đó :

L : lμ khẩu độ vòm

f : lμ đường tên vòm

x : trục hoμnh (hướng phải)

y : trục tung (hướng xuống dưới), điểm gốc toạ độ lμ đỉnh vòm

Tính toán thiết kế cầu nμy cho thấy, sườn vòm theo đường cong parabôn bậc

4 dưới tác dụng tĩnh tải sau có nén đμn hồi thì sự lệch nhau giữa đường cong áp lực với đường tim vòm nhỏ hơn đường cong parabôn bậc hai, lμm cho mô men uốn do tĩnh tải nhỏ

Trang 16

tiết thứ ba Cầu vòm không có lực đẩy ngang(8)~(10)

Do điều kiện hạn chế của Trung Quốc, nên cầu vòm bê tông cốt thép vμ cầu vòm đá một thời gian dμi chiếm đa số các cầu vòm ở Trung Quốc Đối với khẩu độ không lớn, ở vùng núi có điều kiện địa chất tốt thì cầu vòm đá vμ cầu vòm bê tông cốt thép có tính kinh tế rất tốt Tuy nhiên trọng lượng bản thân lớn, lực đẩy nằm ngang cũng lớn nên ở vùng đất nền yếu thì xây dựng không thích hợp Tuy nhiên, những người lμm cầu ở Trung Quốc đã nỗ lực không biết mệt mỏi đối với việc giảm nhẹ trọng lượng bản thân cầu vòm Thí dụng cầu vòm hai chiều, cầu vòm khung, cầu vòm dμn nhưng vấn đề nμy vẫn chưa được giải quyết tốt Mặt khác, cầu vòm chạy trên ở vùng đồng bằng chịu ảnh hưởng thông thuyền vμ đường dẫn hai đầu cầu thì đại bộ phận không cạnh tranh được với cầu kiểu dầm Đối với cầu vòm bê tông cốt thép cũng đã lμm thμnh cầu vòm chạy giữa, chạy dưới không có lực đẩy ngang, nhưng do trọng lượng bản thân lớn, giá thμnh thanh kéo cũng vẫn rất lớn, nên ít được xây dựng vμ khẩu độ cũng không lớn Khi đẩy mạnh áp dụng ở vùng đồng bằng thì cầu vòm không có lực đẩy ngang xuất hiện Hơn nữa cầu vòm ống thép nhồi bê tông có năng lực biểu hiện rất mạnh về kết cấu, lμm cho cầu vòm không có lực đẩy ngang có nhiều dạng phong phú mμ còn xuất hiện nhiều kết cấu mới Tại tiết 1 chương nμy đã giới thiệu khái quát về cầu vòm ống thép nhồi bê tông không có lực đẩy ngang, ở tiết nμy giới thiệu thêm đặc điểm chịu lực của cầu vòm có lực đẩy ngang vμ các đặc điểm cấu tạo sẽ giới thiệu ở các tiết sau với cầu vòm đá vμ cầu vòm bê tông cốt thép có nhiều điểm giống nhau nên không tách ra

Hình 4-18 : Kết cấu hệ dầm vòm tổ hợp

Trang 17

EdJd

EvJv

< 1/80 cho rằng khả năng chịu uốn của vòm nhỏ hơn dầm nhiều lần, không tham gia chịu uốn mμ chỉ chịu nén đúng tâm, được gọi lμ vòm mềm dầm cứng Xem hình 4-18b

Nó cũng có thể được coi lμ dùng vòm để tăng cường khả năng chịu uốn của dầm Khi

EdJd

EvJv

ở trong phạm vi từ 1/80 đến 80, thì dầm vμ vòm đều có độ cứng nhất

định, chúng cùng tham gia chịu tải dầm lμ cấu kiện kéo uốn còn vòm lμ cấu kiện nén uốn, loại kết cấu nμy gọi lμ dầm cứng vòm cứng, xem hình 4-18c

Trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông không có lực đẩy ngang, thường dùng dầm cứng vòm cứng, chủ yếu xuất hiện ở vùng Giang Tô Triết Giang như cầu Xiên Cảng ở Tô Châu Giang Tô (khẩu độ 100,5m), cầu Quận Sơn (khẩu độ 80,5m), cầu Hoμng Viên, Nghĩa Đảo Triết Giang (khẩu độ 80m), cầu dẫn Giang Hμ, Tần Giang, Giang Tô (khẩu độ 80m) Cầu Hải Thụy Thường Thục (khẩu độ 44m) Phần dưới lấy cầu Xiên Cảng Tô Châu lμm thí dụ để giới thiệu cấu tạo loại cầu nμy

Cầu Xiên Cảng ở trên đường vμnh đai Đông Nam thμnh phố Tô Châu tỉnh Giang Tô, vượt qua sông Tô Châu ở thượng lưu Xiên Cảng, dùng khẩu độ tính toán 100,5m, dùng một nhịp cầu vòm chạy dưới dầm cứng vòm cứng Cầu rộng 18m lμn

xe cơ giới + 2 x 1,0m bề dầy sườn vòm Toμn cầu rộng 20m Tải trọng thiết kế :

H-20 ; XB-100, do tĩnh tải về cơ bản lμ tải trọng rải đều, chọn đường cong tim vòm lμ

đường parabôn bậc 2 Tỷ lệ đường tên f/L = 1/7

Vμnh vòm dùng ống thép nhồi bê tông mặt cắt đầu tròn đứng Sườn vòm rộng vμ cao lμ 90cm x 200cm, tỷ lệ chiều cao sườn vòm với khẩu độ lμ 1/50 Bề dầy ống thép 10mm để đảm bảo cho đầu tròn không biến dạng, phía trong có gia

cố bản thép Toμn cầu có hai sườn vòm, cự ly tim sườn vòm 19,40m Giữa hai vòm

có 5 thanh chống ngang kiểu chữ nhật, dầm tăng cường có bản hẫng (lề cầu người

đi) lμ dầm bê tông cốt thép dự ứng lực hình hộp, có kích thước bxh=90cmx180cm, chiều cao vμ tỷ lệ dầm 1/56, thμnh dầy 20cm Mỗi dầm có 24 bó 7Φ15,2 tao thép cường độ cao tự chùng thấp tập trung neo ở đầu dầm Các thanh treo dùng thanh treo mềm lμ 4Φ32 cốt thép hợp kim thấp có gờ, phía ngoμi có vỏ ống thép Φ150mm nhồi vữa xi măng chống gỉ Cự ly các thanh treo 6,7m Dầm ngang của mặt cầu dùng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực mặt cắt chữ I, cũng với bản mặt cầu

đúc sẵn, đầu bản đúc tại chỗ thμnh dầm tổ hợp mặt cắt chữ T Dầm ngang cao

Trang 18

178cm, dùng 8 bó thép 7Φ15,2 tao thép cường độ cao Bản mặt cầu lμ bản rỗng cao 30cm Trên đỉnh dầm ngang bố trí cốt thép đúc bê tông tại chỗ lμm thμnh bản liên tục mặt cầu

Cùng với yêu cầu mỹ quan của cầu thμnh phố phải nâng cao, mấy năm gần

đây xuất hiện một loạt cầu có cấu tạo hình thức mới Cầu vòm lệch lμ một trong số

đó Cầu vòm lệch vμnh vòm có dạng đường parabôn bậc hai, lệch Thanh treo song song với đường tim đứng (trục nghiêng) lμ thanh treo xiên mμ kết cấu chịu lực về cơ bản giống như cầu vòm chính Sườn vòm lệch dùng cho vòm chạy dưới lμm cho mọi người cảm thấy đẹp tự nhiên Dùng dầm để cân bằng lực đẩy ngang (chuyển thμnh lực kéo ở dầm) Loại cầu vòm lệch nμy trước kia đều dùng cho kết cấu bê tông cốt thép Các cầu đã xây dựng có cầu Đông Phong, thị trấn An Dương, cầu vườn động vật số 1 vμ cầu Bảo Thμnh ở Cáp Nhĩ Tân Còn có cuốn sách chuyên đề

về cầu vòm lệch(11) ống thép nhồi bê tông dùng cho cầu vòm lệch có cầu Trường Thịnh Phúc Thanh, Phúc Kiến, cầu Tân Khai Hμ Thẩm Dương v.v Cầu Trường Thịnh Phúc Thanh cầu vòm nghịch ở Tây Môn thμnh phố Phúc Thanh, bờ phía

Đông vị trí cầu lμ dẫy công viên của thμnh phố, bờ trái lμ nhμ đấu bóng Bảo Linh vượt qua kênh đμo rộng 25m Dùng cầu vòm lệch ống thép nhồi bê tông rất thích hợp với môi trường xung quanh, xem hình 4-19

Hình 4-19 : Cầu vòm lệch Trường Thịnh Phúc Thanh, Phúc Kiến

Cầu vòm lệch Trường Thịnh Phúc Thanh có khẩu độ tính toán 25m, mặt cầu rộng 7m, sườn vòm lμ một ống thép tròn Φ610mm, dầy 10mm trong nhồi bê tông M40 Thanh treo xiên lμ ống thép tròn đường kính Φ40mm, dầm dọc (thanh kéo) bằng bê tông cốt thép, mặt cắt hình chữ nhật HxB = 120cmx75cm Đầu nối dầm dọc vμ sườn vòm dùng cấu tạo hộp thép Mặt cầu lμ dầm ngang vμ bản mặt cầu đúc tại chỗ Cầu lμm xong tháng 5 năm 1998

Trang 19

Hệ cầu dầm vòm tổ hợp ngoμi dạng một nhịp chạy dưới, còn có cầu dầm vòm tổ hợp chạy giữa, chạy dưới nhiều nhịp liên tục(8) Cầu dầm vòm tổ hợp nhiều nhịp liên tục chủ yếu có các dạng kết cấu như hình 4-20 Nhưng cầu vòm ống thép nhồi bê tông liên tục nhiều nhịp hệ dầm vòm tổ hợp dùng rất ít Phần nhiều lμ một nhịp kê giản đơn như trên

Hình 4-20 : Cầu dầm vòm tổ hợp nhiều nhịp liên tục

II Cầu khung dầm vòm tổ hợp

Cầu khung vòm dầm lμ cầu vòm ống thép nhồi bê tông được áp dụng ở Trung Quốc ở Trung Quốc đã xây dựng một cầu vòm ống thép nhồi bê tông - cầu

Đông Hμ Uông Mãng Tứ Xuyên áp dụng cầu khung dầm vòm

Hình 4-21 : Cấu tạo tiết điểm vòm trụ cầu Lam Câu An Câu Phúc Kiến

Trang 20

Cầu khung dầm vòm tổ hợp lμ kết cấu siêu tĩnh Kết cấu phần trên, kết cấu phần dưới, kết cấu móng vμ cả nền đất liền thμnh một khối Kết cấu có nhiều bậc siêu tĩnh, chịu lực phức tạp

Hình 4-22 : ảnh tiết điểm liên kết vòm trụ cầu Giải Phóng Quảng Châu

Do độ cứng của dầm chịu kéo (thanh kéo) của hệ thống tổ hợp dầm vòm thì

độ cứng tương đối của thanh kéo nhỏ rất nhiều, đặc biệt lμ đối với cầu có khẩu độ lớn, lực kéo trong thanh kéo tăng lên sẽ sinh ra biến dạng lớn, mμ sườn vòm, thanh kéo vμ trụ cầu gắn kết thμnh một khối, căn cứ vμo điều kiện giữa dịch vị vμ biến dạng Lực đẩy nằm ngang tăng lên sẽ do trụ cầu vμ trọng lượng bản thân vμnh vòm chịu, do đó sau khi thanh kéo biến dạng thì nó lμ kết cấu có lực đẩy ngang Tác dụng của thanh kéo lμ tạo dự ứng lực vμo vòm để triệt tiêu được phần lớn lực đẩy ngang (chủ yếu lμ lực đẩy ngang do tải trọng tĩnh), cho nên coi thanh kéo lμ nhân

tố dự ứng lực ngoμi, sau khi trừ đi phần lực đẩy nằm ngang do thanh kéo chịu thì lực đẩy nằm ngang của vòm còn lại không lớn, có thể thông qua kéo vượt thì cũng

có thể giảm nhỏ được nhiều, cho nên cuốn sách nμy vẫn quy về cầu vòm không có lực đẩy nằm ngang để trình bμy Cầu khung dầm vòm tổ hợp do có thanh kéo tồn tại nên giảm nhỏ yêu cầu đối với kết cấu phần dưới vμ nền móng, để phát huy tác dụng của thanh kéo nên hạ thấp một cách thích đáng độ cứng của trụ cầu vμ nền móng Loại kết cấu nμy tuy chân vòm vμ trụ cầu liên kết cứng, nhưng độ cứng chống lực đẩy ngang của trụ cầu nhỏ, cho nên tồn tại góc quay chân vòm Căn cứ

Trang 21

vμo đặc trưng chịu lực của vòm, biến vị của chân vòm ảnh hưởng đối với chịu lực của vòm dịch vị nằm ngang rất lớn, rồi đến góc xoay, dịch vị ngang dịch ra ngoμi bất lợi, chủ yếu thông qua thanh kéo để giữ lại, cho nên khi phân tích gần đúng, có thể xét cho vòm cố định để tính toán, nhưng phải tính toán dịch vị nằm ngang của vòm gây ra nội lực

a Cầu khung dầm vòm

chạy dưới một nhịp

b Cầu khung dầm vòm chạy dưới nhiều nhịp

c Cầu khung dầm vòm chạy giữa có đoạn hẫng

Hình 4-23 : Cầu khung dầm vòm tổ hợp

Cầu khung dầm vòm tổ hợp điểm liên kết cố định giữa vòm vμ trụ cầu tương

đối phức tạp, đặc biệt đối với cầu vòm chạy dưới, sườn vòm, trụ vòm, xμ mũ đều hội tụ ở đây, lμ bộ phận không có quy cách Hình 4-21 lμ cấu tạo của nút ngμm cứng giữa vòm với trụ ở cầu Lam Câu, An Câu Phúc Kiến(12) Hình 4-22 lμ ảnh nút ngμm cứng giữa vòm trụ của cầu Giải Phóng Quảng Châu

Cầu khung dầm vòm tổ hợp nút ngμm cứng vòm với trụ chịu lực rất phức tạp, lực ở các hướng đều tập trung ở điểm nμy Hơn nữa thanh kéo có lực tập trung lớn tác dụng, rất dễ sinh ra nứt ở hướng có ứng lực kéo chủ, cho nên phải được đặc biệt lưu ý Đối với vấn đề nμy cầu Bắc Trạm Tham Quyến đã được phân tích tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn vμ thí nghiệm quang đμn hồi(13) Cầu vượt ở quảng trường Thμnh Long Thμnh Đô Tứ Xuyên cũng tiến hμnh mô hình hóa bê tông ở nút tiết điểm đầu vμ phân tích phần tử hữu hạn(14)(15)

Cầu khung dầm vòm tổ hợp, dưới tác dụng của thanh kéo dự ứng lực tại tiết

điểm ngμm vòm với trụ sẽ gây ra ứng lực kéo chủ vuông góc với hướng của thanh kéo, tại thân trụ ở phía lưng, nhịp chính cũng có khả năng sinh ra ứng suất kéo rất lớn Cho nên thường bố trí bó thép dự ứng lực thẳng đứng, đầu dưới tự neo vμo bệ cọc hay bệ móng, đầu trên neo vμo mũ trụ Đường cong bó thép nên tận lượng theo hướng ứng suất kéo chủ

Cầu khung dầm vòm tổ hợp có thể thi công giống như cầu vòm cố định thi công không cần giá vòm nên khả năng vượt của cầu cũng rát lớn Cũng có khả năng phát huy tính ưu việt của cầu vòm ống thép nhồi bê tông về thi công thuận tiện cho nên loại kết cấu nμy sau khi xuất hiện được áp dụng rộng rãi

Trang 22

Cũng giống như cầu dầm vòm tổ hợp, cầu khung dầm vòm cũng có một nhịp

vμ nhiều hơn hai nhịp liên tục, xem hình 4-23 Cầu khung dầm vòm ống thép nhồi

bê tông một nhịp (xem hình 4-23a) Các cầu đã xây xong ngoμi cầu Uông Mãng còn có cầu Thiện Hưng Hμ Triết Giang (92m), cầu Phật Trần Phật Sơn Quảng

Đông (112,8m), cầu Tạ Dương Hμ (68,5m), cầu vượt Vân Phong, An Dương Hμ Nam (135m), cầu Đại Độ Hμ, Nga Biên Tứ Xuyên (140m) Trong đó cầu Uông Mãng, cầu vượt Vân Phong An Dương đã giới thiệu ở tiết 3 chương 3, cho nên ở

đây không trình bầy Các cầu đang xây dựng có cầu Bắc Trạm, thâm Quyết khẩu

độ đạt 150m vμ cầu Hán Giang Tam Vũ Hán Hồ Bắc khẩu độ đạt 280m v.v

Cầu khung dầm vòm tổ hợp liên tục nhiều nhịp chạy dưới (xem hình 4-23b), cũng có cầu chạy giữa, hai đầu có nhịp hẫng (xem hình 4-23c)

Cầu Giải Phóng Quảng Châu lμ cầu khung dầm vòm ống thép nhồi bê tông

ba nhịp liên tục, thanh kéo của mỗi nhịp đều phân biệt neo vμ trụ cầu

Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy giữa có hai nhịp hẫng đã xây dựng cầu Tam Sơn Tây Nam Hải Quảng Đông (nhịp chính 200m), cầu Kim Cương Hải Hμ Thiên Tân lμ cầu cải tạo (nhịp chính 110m), cầu Liên Tha Tam Hiệp (nhịp chính 114m) vμ cả cầu Trung Sơn Nhị Phật Sơn Quảng Đông dùng ống thép hình vuông (nhịp chính 125m)v.v Năm 1998 bắt đầu xây dựng cầu Y Phả Xa khẩu độ chính

đạt 360m, sau khi xong với kết cấu nμy, đây lμ cầu có khẩu độ lớn nhất Đó lμ cầu vòm chạy giữa sườn vòm kiểu dμn có 6 nhánh ống thép nhồi bê tông, kế hoạch dùng thi công theo phương pháp xoay Sau khi xây xong cầu thì đây lμ cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy giữa có khẩu độ lớn nhất vμ cũng lμ cầu thi công theo phương pháp xoay có khẩu độ lớn nhất

Hình 4-24 : Bố trí chung cầu Y Phả Xa Quảng Châu (đơn vị : cm)

Trang 23

Cầu Y Phả Xa bắc qua sông Châu Giang Cầu có 6 lμn xe cơ giới, toμn cầu rộng 32,4m (cả dải phân cách) Tải trọng thiết kế H-20 siêu cấp, XB-120 Mức nước thông thuyền cao nhất 7,00m Bề rộng thông thuyền 34m Động đất cấp 8 (thang MKS-64) Cầu chính bố trí theo sơ đồ 76m + 300m + 76m, cầu khung dầm vòm có nhịp hẫng chạy giữa Bố trí chung xem hình 4-24

Cầu Y Phả Xa có hai sườn vòm, tim vòm theo đường cong dây xích, khẩu độ tính toán nhịp giữa 344m, chiều cao tính toán đường tên, tỷ lệ đường tên 1/4,5 Hệ

số tim vòm m = 2,0 Mỗi phiến sườn vòm có 6 ống thép đường kính Φ750mm, phía trên vμ dưới có bản liên kết, thanh bụng lμ ống thép liên kết thμnh dμn ống thép nhồi bê tông Trong ống thép vμ bản bụng nhồi bê tông M60 Sườn vòm có bề rộng không đổi vμ chiều cao thay đổi, rộng 3,45m Cự ly tim ống thép trên vμ dưới

ở chân vòm 8.039m ở đỉnh vòm 4,0m Loại mặt cắt có thể coi lμ dμn đặc biệt, mặt cắt hình số 8 nằm ngang

Cự ly tim hai sườn vòm 35,95m Có 7 thanh chống ngang kiểu chữ Trong

đó thanh thẳng ống thép đường kính Φ500x16mm lμm mạ trên mạ dưới Bản bụng dùng ống thép đường kính Φ299x8mm Thanh trên ở mạ trên, mạ dưới ống thép

đường kính Φ450x14mm vμ thanh bụng dμn dùng ống thép đường kính Φ299 x 8mm

Nhịp biên dùng nửa vòm sườn hộp bê tông cốt thép, tỷ lệ đường tên khoảng 1/5,2, hệ số tim vòm m = 2,0, mỗi phiến sườn vòm cao 4,5m, rộng 3,45m Mặt cắt một hộp cốt cứng ống thép nhồi bê tông Hai sườn vòm có 6 dầm chống ngang bằng bê tông cốt thép vμ 4 thanh liên kết ngμm cứng với sườn vòm (kể cả dầm ngang ở đầu) Như thế đã tạo thμnh hệ kết cấu dầm không gian

Trang 24

Tiết thứ tư

Cấu tạo vμ kết cấu hướng ngang sườn vòm

Trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông, kiểu sườn vòm được dùng nhiều nhất Mọi người đều biết cầu vòm đặc biệt lμ cầu vòm khẩu độ lớn, thì vấn đề ổn định ngang lμ vấn đề nổi bật Cho nên, chọn kết cấu hướng ngang hợp lý lμ một khâu quan trọng Đối với cầu vòm chạy giữa vμ chạy dưới, có lúc để tăng cường ổn định hướng ngang hai mặt đều nghiêng vμo trong thμnh vòm mạng lưới Tương ứng, vμnh vòm đều lμm song song Đương nhiên khẩu độ không quá lớn của cầu thμnh phố, hay thuộc về phải xét tới cảnh quan, cũng lμm thμnh không có thanh chống ngang Cuốn sách nμy chia cấu tạo liên kết ngang thμnh vòm mạng lưới vμ vòm không có thanh chống ngang để giới thiệu về kết cấu vμ cấu tạo

I Cấu tạo liên kết ngang

Tiết 1 ở chương nμy đã chỉ ra sườn vòm của cầu chạy trên có thể dùng kết cấu nhiều sườn (nhiều hơn 2 sườn), hệ liên kết ngang cũng dễ bố trí Thông thường

bố trí thanh chống ngang có cự ly bằng nhau (hay hệ dầm ngang), ổn định hướng ngang chủ yếu dựa vμo tỷ lệ bề rộng vμ khẩu độ cầu Đối với cầu vòm chạy giữa vμ chạy dưới, bố trí liên kết ngang bị hạn chế bởi khổ tĩnh không thông xe Cho nên khoang 1 của mặt cầu cự ly chống ngang tương đối lớn, ở đỉnh vòm có thể đặt dầy Cách bố trí cự ly khác nhau đối với tỷ lệ đường tên với khẩu độ nhỏ lμ vấn đề nổi bật Đồng thời, khi thanh chống ngang bố trí quá dầy, tĩnh không thông xe có cảm giác bị bóp hẹp tăng lên

Hình 4-25: Bố trí chống ngang chân vòm chạy giữa kiểu chữ K

Vấn đề nμy ở nước ngoμi đối với cầu vòm thép khẩu độ lớn lμ rất nổi bật Cho nên, bố trí liên hệ ngang vừa phải thoả mãn yêu cầu về ổn định ngang, lại phải

đơn giản vμ đẹp Tất nhiên đơn giản vμ mỹ quan thường nói lên kinh tế Tuy vậy trong tình hình nói chung cầu vòm ống thép nhồi bê tông hệ liên kết ngang không

bố trí nhiều cấu kiện như cầu vòm thép, cấu tạo phức tạp, cũng không bố trí như kết cấu bê tông cốt thép nặng nề vμ thô kệch Từ hiệu quả sử dụng cho thấy hệ liên

Trang 25

Dầm ngang cố định vừa phải chịu tải trọng mặt cầu gây ra mô men uốn hướng đứng, lại vừa phải có tác dụng của thanh chống khi sườn vòm mất ổn định nằm ngang gây ra mô men uốn hướng ngang, khi tiếp xúc với sườn vòm thì sườn vòm lμ đường cong, nếu ở giữa cũng dùng thanh chống chữ K thì trạng thái hình học vμ cấu tạo rất phức tạp Cũng có thể tại chỗ tiếp xúc mặt cầu với sườn vòm chỉ lμm thanh chống mμ không lμm dầm ngang Khi đó một đầu hướng dọc của bản mặt cầu đặt vμo cột đứng trên dầm ngang có thanh treo Lμm như vậy để cấu tạo của thanh chống ngang nμy cũng như các thanh chống ngang khác, không phức tạp như dầm ngang cố định, mặt khác cũng có thể chia khoảng cách dầm ngang dễ dμng Nếu không hai thanh dầm ngang cố định tiếp xúc với sườn vòm, cự ly thường không phải lμ một số chẵn, phân chia vụn nhỏ, hay lμ chọn cự ly không bằng nhau

Trang 26

thì cũng có thể bố trí ở nút không có thanh treo Thanh chống có thể bố trí theo hướng đường kính vuông góc với tim vòm hay bố trí theo đường thẳng đứng song song (vuông góc với mặt phẳng nằm ngang) còn có thể bố trí theo hướng tiếp tuyến (gần song song với đường tim vòm) Nghiên cứu thấy rằng, ở gần vùng đỉnh vòm dầm ngang bố trí theo hướng đường kính (ở đỉnh vòm hướng dọc cũng thẳng

đứng) ở các chỗ khác bố trí hướng tiếp tuyến hiệu quả tương đối tốt (16) Đó lμ vì khi sườn vòm mất ổn định hướng ngang thì thanh chống ở đỉnh vòm chủ yếu chịu biến dạng xoắn của sườn vòm (thanh chống chịu mô men uốn hướng thẳng đứng như hình 4-26) Dùng thanh chống ngang bố trí thẳng đứng có thể tăng cường chống biến dạng xoắn ở vùng đỉnh sườn vòm, có thể nâng cao tính ổn định ngoμi mặt phẳng của vòm ở gần vùng L/4 khi sườn vòm bị nghiêng thì thanh chống ngang chịu số lệch tương đối của sườn vòm, thanh chống ngang chịu mô men uốn hướng ngang, cho nên bố trí hướng tiếp tuyến ( như thanh chống K ), ( hình 4-27 )

đối với việc chống xô lệch tương đối của sườn vòm có tác dụng tốt, có thể nâng cao hệ số ổn định Từ hiệu quả mĩ học, bố trí thanh chống chữ K, ở hai bên để thoả mãn tiền đề tĩnh không thông xe, rút ngắn chiều dμi khoang sườn vòm ở gần chân vòm( hay mặt cầu), khi thông xe lại có cảm giác lμ khung cổng, hiệu quả tầm nhìn tốt

Hình 4-28 : ở vùng gần l/4 bố trí thanh chống chữ K

Xem hình 4-28 biểu thị sườn vòm hình số 8 thì thanh chống ngang dùng một ống thép liên kết hμn vμo giữa hai sườn vòm, đường kính ống thép lμm thanh chống có thể lμm bằng ống thép hình số 8 hay có thể to hơn một chút)

Hình 4-29 sườn vòm hình số 8 thanh

chống ngang dùng một ống thép

Hình 4-30 sườn vòm hình số 8- thanh chống ngang dùng kiểu dμn thẳng đứng

Để tăng cường độ cứng cho liên kết có một số liên kết cần tăng cường cục bộ(xem hình 4-29) thanh chống ngang của sườn vòm mặt cắt hình số 8 cũng dùng hai ống thép, nhưng hai ống thép trên vμ dưới không dùng bản thép để liên kết kín,

Trang 27

mμ dùng thanh bụng, thông thường cũng lμ ống thép Khi hai ống thép thanh mạ có chiều cao nhỏ, chỉ cần dùng thanh bụng thẳng như hình 4-30 Khi chiều cao lớn mới dùng thanh bụng xiên Đường kính ống thép thanh mạ của dμn chống ngang nhỏ hơn đường kính ống thép sườn vòm chủ, đường kính ống thép của thanh bụng ngμy cμng nhỏ Thanh dμn phẳng chống ngang nμy có thể tăng cường độ cứng chống uốn trong mặt phẳng thẳng đứng hướng ngang cầu Đặc biệt lμ ở đỉnh vòm, như đã trình bμy ở trên đối với tăng cường ổn định ngang của vòm có tác dụng lớn

Đối với mặt cắt kiểu dμn ( bao gồm cả dμn nhiều nhánh, dμn có hình số 8 nằm ngang vμ dμn hỗn hợp) thanh chống ngang của sườn vòm cũng lμ dμn hoa, có thể lμ một dμn đơn, cũng có thể lμ dμn không gian (hình 4-31 vμ 4-32) tuỳ theo tình hình thực tế của cầu (chủ yếu lμ bề rộng cầu) mμ xác định Đường kính thanh mạ của dμn chống ngang nói chung nhỏ hơn đường kính thanh mạ của sườn vòm chủ.Thanh bụng tương ứng lại cμng nhỏ, cũng có thể bằng nhau Cấu tạo thanh chống kiểu dμn cần đơn giản, đặc biệt lμ thanh chống ngang dùng dμn không gian

Hình 4-31 : Một mảnh dμn chống ngang của cầu Thạch trạch Câu Phúc kiến

Hình 4-32 : Thanh chống ngang dμn không gian cầu Tam Sơn Tây

Nam Hải Quảng Đông

Trang 28

Cần tránh rối loạn sườn vòm chạy dưới theo yêu cầu tĩnh không thông xe ở

đoạn chân vòm, không thể bố trí thanh chống chữ K hay chữ X, đó lμ nhân tố bất lợi của vấn đề ổn định ngang của sườn vòm chạy dưới thường không có lực đẩy ngang Nó lại có thể chia thμnh hệ cầu dầm vòm tổ hợp vμ cầu khung dầm vòm ( thanh kéo ), các loại kết cấu khác nhau ảnh hưởng đến ổn định ngang của sườn vòm cũng khác nhau Sẽ trình bμy ở dưới

Hệ dầm vòm tổ hợp liên kết với trụ cầu bằng gối cầu, cho nên ở chân vòm không giống như vòm không chốt có độ ngμm rất mạnh, đối với ổn định ngang lμ bất lợi Cho nên phải tăng thêm độ cứng của dầm ngang đầu, để tăng sức chống biến dạng hướng ngang ở chân vòm Đối với cầu dầm cứng vòm cứng vμ cầu dầm cứng vòm mềm còn có thể thông qua việc áp dụng thanh treo cứng để liên kết sườn vòm với dầm , lợi dụng độ cứng của dầm lμm tăng khả năng chống ổn định ngang Giữa các dầm còn có thể thông qua dầm ngang lớn mạnh vμ thanh chống hình thμnh khung kín ( xem hình 4-33 ) Để phát huy tác dụng độ cứng thanh treo thì độ cứng hướng của cầu nên to một chút, còn độ cứng hướng dọc nhỏ một chút, dưới tác dụng của tắc họng thẳng đứng giảm bớt ảnh hưởng chịu uốn, lμm cho nó ở vμo trạng thái chịu kéo lμ chính

được nâng cao, xem hình 4-34

Trang 29

Cầu khung dầm vòm có chân vòm vμ trụ cầu ngμm cứng, cho nên cầu ở

điểm đó nó cũng tương tự như vòm không chốt Cầu khung dầm vòm, nói chung không có dầm dọc to (chủ yếu lμ dùng thanh kéo) cho nên thanh treo đều dùng thanh treo mềm Nó cũng tồn tại không giữ được hiệu ứng hướng lực, nhưng hiệu quả không giữ được hiệu ứng hướng lực thì phải xem độ cứng hướng ngang của mặt cầu để định Khi hệ mặt cầu chỉ dựa vμo bản mặt cầu lμm liên kết hướng dọc

vμ lμ nguồn gốc của độ cứng hướng ngang, độ cứng hướng ngang hệ mặt cầu yếu, khi sườn vòm có dịch ngang thì hệ mặt cầu cũng dịch ngang theo, không giữ được hướng lực thì tương đối nhỏ Cho nên khi dùng hệ mặt cầu bồng bềnh đó, tác dụng tăng cường của dầm dọc không dễ thấy Để lμm cho hệ kết cấu chịu lực phù hợp với giả định của thiết kế, thì độ cứng chống uốn hướng dọc của dầm dọc tăng cường nên nhỏ, độ khống chế hướng dọc cũng yếu (có khi tại chân vòm lμ hẫng)

mμ độ cứng hướng ngang nên lớn, nó cũng tương tự như thanh treo cứng Đối với thanh chống ngang ống thép nhồi bê tông, đặc biệt lμ ống tròn trong nhồi bê tông,

độ cứng được nâng cao nhưng tĩnh tải lμm tăng mô men uốn đối với ổn định hướng ngang không lợi Nói chung với cầu rộng không nên nhồi bê tông, còn đối với cầu hẹp, chiều dμi thanh chống ngang nhỏ, độ cứng của ống thép rỗng nói chung đã đủ Cho nên đại bộ phận thanh chống ngang đều dùng ống thép rỗng

Bố trí thanh chống ngang ảnh hưởng tới độ ổn định hướng ngang của kết cấu vượt qua ảnh hưởng độ cứng bản thân của sườn vòm vμ thanh chống, về vấn đề nμy

sẽ phân tích trong tiết 4 chương 5

II Vòm sườn nghiêng

Vòm bản mặt cắt thay đổi, hình thức biến đổi của mặt cắt có hai kiểu, một kiểu lμ thay đổi chiều cao, một kiểu lμ thay đổi bề rộng Kiểu thứ nhất lμ để tăng cường năng lực chống uốn ở chân vòm Kiểu thứ hai chủ yếu lμ để tăng cường tính

ổn định hướng ngang của vòm Nhưng đối với vòm bản siêu tĩnh thì bất kể lμ thay

đổi chiều cao hay thay đổi bề rộng, độ cứng thay đổi đều lμm biến đổi nội lực ở chỗ có độ cứng lớn thì nội lực cũng lớn, cho nên khi thay đổi mặt cắt vòm để nâng cao năng lực chịu tải của mặt cắt, đồng thời cũng nâng cao trị số nội lực ở chỗ đó (đương nhiên biên độ nâng cao của cái sau nhỏ hơn cái trước, nếu không việc thay

đổi mặt cắt mất ý nghĩa của nó)

Trang 30

a Cầu chạy trên

b Cầu chạy dưới

c Cầu chạy giữa

Hình 4-35 : Các dạng cầu vòmm sườn nghiêng

Đối với sườn vòm, thay đổi chiều cao thì quy luật biến đổi nội lực giống như vòm bản, nhưng cự ly sườn vòm lμ dạng sườn vòm chữ X thì nội lực tăng lên so với vòm bản nhỏ nhiều Do sườn vòm kiểu chữ X có độ cứng ngang tăng cao, chủ yếu dựa vμo cự ly hai sườn vòm thay đổi mμ không phải lμ độ cứng hướng ngang của bản thân sườn vòm Trong quá trình nâng cao độ cứng, trọng lượng bản thân vμ vật liệu cho sườn vòm không tăng lên rõ rệt, nên có tính kinh tế lớn

Trang 31

Sườn vòm chữ X về tính năng ổn định ngang ưu việt hơn sườn vòm song song, cho nên trong cầu vòm khẩu độ lớn, đặc biệt lμ cầu có bề rộng hẹp, mμ chiều dμi cầu vòm lớn, thì có ưu thế rõ rệt Đổi sườn vòm chữ X dùng cho cầu chạy dưới

vμ chạy giữa, nói chung theo hình dáng gọi lμ cầu vòm quai sách (vòm sườn nghiêng)

Đối với sườn vòm, ở đây nhận thấy hệ liên kết ngang của sườn vòm trước khi mất ổn định chung không phát sinh mất ổn định cục bộ, cho nên ở đây chỉ bμn

về vấn đề mất ổn định chung hướng ngang Tỷ lệ bề rộng đối với khẩu độ của cầu vòm lμ nhân tố ảnh hưởng quan trọng đối với ổn định ngang của cầu Bề rộng trong

tỷ lệ bề rộng với khẩu độ lμ bề rộng kết cấu chứ không phải bề rộng mặt cầu Đối với cầu vòm song song, tỷ số bề rộng đối với khẩu độ lμ chỉ bề rộng của bản sườn vòm hay cự ly mép ngoμi của sườn vòm chia cho khẩu độ tĩnh

Sau khi dùng vòm kiểu chữ X (vòm sườn nghiêng) thì bề rộng của vòm thay

đổi Giả định bề rộng vòm song song lμ Bo, bề rộng ở đỉnh vòm kiểu chữ X lμ Bd,

ở chân vòm lμ Bj thì đối với vòm chạy trên, vòm chạy dưới, vòm chạy giữa có bề rộng vòm quan hệ với bề rộng của vòm song song nói chung như biểu thị ở hình 4-

35 Trong sườn vòm kiểu chữ X chọn Bd hay Bj lμm bề rộng trong chỉ tiêu tỷ lệ bề rộng với khẩu độ, so với tính năng ổn định của vòm song song để tiến hμnh phân tích so sánh kết quả có ảnh hưởng rất lớn Nếu lấy bề rộng chân vòm lμm bề rộng chuẩn thì tỷ lệ bề rộng khẩu độ của vòm chữ X so với vòm song song nhỏ đi rất nhiều, cho nên nói chung với vòm chữ X thì tỷ lệ bề rộng khẩu độ được định nghĩa

lμ bề rộng ở đỉnh vòm Bd với khẩu độ tĩnh, cho rằng với vòm kiểu chữ X có thể dùng tỷ lệ bề rộng khẩu độ rất nhỏ

Tuy nhiên, tỷ lệ bề rộng khẩu độ không phải chỉ lμ quan hệ bề rộng mặt cầu (khổ cầu thông xe) với khẩu độ cầu, nhưng nó có liên hệ mật thiết

Cầu vòm kiểu chữ X dùng bề rộng ở đỉnh vòm lμm tỷ lệ bề rộng khẩu độ thì tham số bề rộng đã lμm mơ hồ quan hệ nμy, lμm cho việc so sánh với tỷ lệ bề rộng khẩu độ của cầu song song mất đi ý nghĩa ở đây tác giả chỉ ra, chỉ cần giữa sườn vòm có đủ liên kết ngang nên lấy điểm gặp nhau giữa cột đứng với mặt cầu hay cự

ly mặt ngoμi của thanh treo lμm bề rộng tiêu biểu của tỷ lệ bề rộng khẩu độ của cầu vòm Như vậy tiện cho việc so sánh phân tích giữa cầu vòm kiểu chữ X vμ cầu vòm song song, cũng giải quyết được vấn đề bề rộng sườn vòm kiểu chữ X chạy trên, chạy giữa vμ chạy dưới thay đổi khác nhau, cũng có thể phản ảnh tương đối chính xác khái niệm độ cứng hướng ngang của cầu vòm

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	1,3 MB