Cầu dầm bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp phân loại

cầu dầm Bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp phân đoạn Từ những năm 50 của thập kỷ nμy cầu BTCT UST ngμy cμng phát triển, kỹ thuật vμ công nghệ ngμy cμng hoμn thiện nên sơ đồ kết c

7 cầu dầm Bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp phân đoạn

Từ những năm 50 của thập kỷ nμy cầu BTCT UST ngμy cμng phát triển, kỹ thuật vμ công nghệ ngμy cμng hoμn thiện nên sơ đồ kết cấu ngμy cμng phong phú, chiều dμi nhịp ngμy cμng lớn, công trình ngμy cμng thanh thoát mỹ quan hơn Cho đến nay ở những nước phát triển đã xây

dựng những cầu có nhịp 200-300m, kỷ lục hiện nay lμ 301m (Stolmasundet-Norway –hoμn

thμnh năm 1998) xem Bảng 1-2, tương lai sẽ xuất hiện những nhịp có chiều dμi 400-500m Theo chiều dμi nhịp, cầu dầm BTCT nhịp lớn lμ những nhịp có chiều dμi lớn hơn 40-42mcxxxivCác sơ đồ chính của kết cấu nhịp cầu BTCT nhịp lớn:

+ Sơ đồ tĩnh định: dầm giản đơn, khung T dầm treo

+ Sơ đồ siêu tĩnh: cầu dầm liên tục, cầu khung dầm liên tục, cầu khung cứng liên tục, khung T có khớp, chiều cao tiết diện của các sơ đồ trên có thể thay đổi hoặc không thay đổi

được đưa vμo sử dụng tạo điều kiện cho việc thi công những công trình không bị ảnh hưởng của thông thương dưới cầu vμ kết cấu trụ không quá cao, điều kiện địa chất tốt Trong nhiều trường hợp do cấu tạo của kết cấu nhịp vμ điều kiện thực tế tiến hμnh thi công phân đoạn trên giμn giáo cố định, nội lực trong trường hợp nμy phụ thuộc vμo trình tự thi công (Hình 7-1)

+ Thi công trên giμn giáo di động (moveable scaffolding system - MSS): Để khai thác những ưu điểm của việc thi công trên giμn giáo vμ khắc phục việc xây dựng các trụ tạm rất tốn kém, người ta sử dụng các giμn giáo di động gồm một hệ dầm thép có chân kê trên các trụ chính vμ các phần dầm đã được xây dựng trước đó Trên các giμn giáo nμy có hệ thống các quang treo để treo ván khuôn đổ bê tông một đoạn dμi

có khi cả nhịp hoặc lớn hơn một nhịp Với công nghệ nμy có thể thi công bất kỳ sơ

đồ kết cấu nμo với tiết diện lμ hình hộp hoặc dầm có sườn Sau khi đoạn dầm vừa đúc

đạt cường độ người ta cho giμn giáo di chuyển ra phía trước để thi cồng những đoạn tiếp theo Nếu cầu cong thì trên giμn giáo bố trí những khớp quay để tạo độ cong Công nghệ nμy có đầy đủ các ưu điểm của công nghệ thi công trên giμn giáo cố định nhưng không phải lμm các vì chống nên có thể sử dụng cho các cầu rất cao vμ cầu qua sông thông thuyền Nhược điểm của công nghệ lμ thiết bị có tính chuyên dùng nên chỉ thích hợp cho nhiều cầu cùng sử dụng mới phát huy hết khả năng của giμn giáo, thi công trên cao, mặt bằng hạn chế do đó đòi hỏi đội ngũ kỹ sư vμ công nhân lμnh nghề Phải đặc biệt quan tâm đến an toμn khi thi công Phương pháp nμy có thể

phân lμm 2 dạng: đμ giáo nằm phía trên kết cấu nhịp (Overhead MMS) , đμ giáo nằm

phía dưới kết cấu nhịp (underslung-MSS) Hình 7-2, Hình 7-3

+ Thi công bằng phương pháp hẫng (PP hẫng cân bằng): Nguyên lý của phương pháp thi công hẫng lμ kết cấu nhịp được đúc hay được lắp từ một trụ đối xứng ra hai bên,

đến giữa nhịp các kết cấu nμy được nối lại với nhau bằng cách đổ bê tông tại chỗ (dầm liên tục hay khung), hoặc lắp vμo một đoạn dầm treo (khung dầm tĩnh định), hoặc lắp vμo một khớp nối (cầu khung dầm có khớp) Kết cấu nhịp được phân ra từng

đốt, có thể lμ đúc tại chỗ trên ván khuôn di động hặc lắp bằng những đốt đúc sẵn Khi thi công kết cấu nhịp chịu lực theo sơ đồ mút thừa nên trên tiết diện chỉ có mô men âm các cốt thép được bố trí ở phía trên vμ đúc hay lắp đến đâu căng cốt thép

đến đó Ưu điểm của phương pháp nμy lμ dùng ít giμn giáo, kết cấu nhịp có nhiều sơ

đồ với tiết diện có chiều cao thay đổi phù hợp với sơ đồ chịu lực khi thi công cũng như khi khai thác do đó có thể sử dụng vật liệu một cách hợp lý nên có thể xây dựng những nhịp rất dμi

48000

500 47500

55000

32500 14000

2000 25000

Bước 1: Thi công nhịp biên vμ căng cáp ứng suất trước trong sườn

Bước 2: Thi công cánh T vμ căng cáp ứng suất trước trong sườn

Bước 3: Thi công phần nhịp giữa vμ căng cáp ứng suất trước trong bản

Bước 4: Thi công cáp ứng suất trước căng ngoμi

Bước 5: Hoμn thμnh

Trụ khung

Hình 7-1 Nhịp cầu cong 48+2x55+48 (cầu Trμ Khúc) thi công phân đoạn trên giμn giáo cố định

+ Thi công bằng phương pháp đẩy: Nguyên lý của công nghệ nμy lμ kết cấu nhịp được

đúc hoặc lắp từng đoạn (thường lμ một nhịp) liên tiếp ở nền đường đầu cầu, sau đó dùng kích đẩy dầm trượt trên các bμn trượt để đưa dầm ra vị trí Công việc đúc (lắp)

vμ đẩy được tiến hμnh từng đợt liên tiếp nhau để đẩ cả những kết cấu nhịp có chiều dμi rất lớn Ưu điểm của phương pháp nμy lμ công việc thi công được tiến hμnh ở trên nền đường đầu cầu nên chất lượng đảm bảo vμ tương đối an toμn, việc tổ chức vμ quản lý dễ dμng vì quá trình đúc (lắp) vμ đẩy được lặp đi lặp lại theo những chu trình không thay đổi Nhược điểm lμ kết cấu nhịp phải có chiều cao không thay đổi, nên việc sử dụng vật liệu không hợp lý do đó chiều dμi nhịp không lớn (thông thường chỉ dùng trong phạm vi 40-80m vμ hiệu quả hơn cả lμ khi nhịp khoảng 40-60m) Trong quá trình thi công mô men thường xuyên đổi dấu, nội lực khi thi công rất khác so với khai thác do đó thường phải bố trí cốt thép UST tạm thời ặ tốn kém, việc thi công phải đảm bảo chính xác, các thiết bị phải hoạt động nhịp nhμng đòi hỏi kỹ sư vμ công nhân phải lμnh nghề

+ Thi công bằng chở nổi: Kết cấu nhịp được đúc trên bờ thμnh từng đoạn dμi sau đó

đưa lên hệ chở nổi bằng cách đẩy ngang hoặc dọc, dùng hệ thống trở nổi đưa ra vị trí

vμ hạ xuống mố trụ sau đó đổ bê tông hoặc dùng mối nối khô nối kết cấu lại rồi rút

hệ thống chở nổi ra khỏi vị trí cầu Phương pháp nμy phải dùng nhiều hệ thống phụ trên bờ vμ hệ thống chở nổi, khi thi công chịu ảnh hưởng của nước lên xuống, chịu

ảnh hưởng của nước chảy, sóng nên việc nối các đốt trở lên phức tạp vμ khó khăn Kết cấu bê tông nặng nên hệ thống phao đồ sộ (ở Liên xô cũ cầu qua sông Nêva các

đoạn kết cấu nhịp nặng 4800T phải dùng hai trụ nổi mỗi trụ gồm 90 phao KC) Phương pháp nμy thi công rất phức tạp vμ phải hết sức thận trọng để đảm bảo an toμn

đồng thời lại cản trở dòng sông ảnh hưởng thông thương đường thuỷ Vì có nhiều nhược điểm như vậy nên rấy ít được sử dụng

Đối với các kết cấu siêu tĩnh, nội lực tại các tiết diện được hình thμnh vμ liên quan chặt chẽ với quá trình thi công, do đó việc tính toán kết cấu cầu nhịp phải xem xét đến công nghệ thi công chúng

7.2 Thi công trên giμn giáo di động (moveable scaffolding system - MSS)

Sử dụng đμ giáo di động có thể thi công kết cấu phần trên theo phương pháp đổ tại chỗ hoặc lắp ghép, dưới đây trình bầy các bước thi công theo phương pháp đổ tại chỗ

7.2.1 Đμ giáo nằm phía dưới cầu (Underslung MSS)

2 Những mối nối ở giữa của hệ thống dầm

ngang được tháo ra, dμn chính được di

chuyển ngang đến vị trí nơi mμ dầm

ngang có thể di chuyển qua trụ

3 Đμ giáo sẵn sμng di chuyển Tiến hμnh di

chuyển đμ giáo đến vị trí mới Hai dμn

chính được di chuyển độc lập đến vị trí

nhịp tiếp theo

4 Khi tiến hμnh lao đμ giáo, giá treo được

di chuyển đến vị trí tiếp theo của nó

5 Di chuyển ngang hai dμn chính, nối hệ

thống dầm ngang tại vị trí giữa nhịp

của bản bên dưới vμ sườn, ván khuôn

phía xong sẽ được di chuyển đến vị trí

tiếp theo của nó

9 Khi thi công xong cốt thép vμ thép ứng

suất trước, giμn giáo sẵn sμng đổ bê tông nhịp tiếp theo của kết cấu

10 Trong khi đổ bê tông, tháo mở rộng trụ phía sau vμ lắp đặt lên trụ phía trước

Hình 7-2 MCN của đμ giáo di động phía dưới

(Underslung-MSS)

7.2.2 Đμ giáo nằm phía trên cầu (Overhead MSS)

1 Sau khi đổ bê tông, bảo dưỡng vμ căng

cáp, giá lao được hạ xuống gối trượt ở vị

trí trụ

2 Ván khuôn dưới của tiết diện hộp hoặc

ván khuôn trong của tiết diện T vμ phần

ván khuôn bên ngoμi được hạ xuống

bằng tời hoặc kích thuỷ lực (Hình 7-4.b)

3 Hệ giμn giáo được lao đến vị trí mới

(nhịp tiếp theo)

4 Các tấm ván khuôn sẽ được liên kết lại

(bằng tời hoặc kích)

5 Hệ giμn giáo sẽ được nâng lên bằng kích

6 Ván khuôn sẽ được điều chỉnh (nếu yêu

cầu) bằng việc điều chỉnh các thanh treo)

7 Đối với dầm hộp sau khi đặt cốt thép

thường vμ cường độ cao của bản biên

dưới vμ sườn, ván khuôn trong sẽ được di

chuyển tới vị trí tiếp theo của nó

8 Khi kết thúc việc đặt cốt thép vμ các bó

cáp tiến hμnh đổ bê tông

9 Trong khi đổ bê tông, gối phía sau được

chuyển lên để lắp đặt tại trụ phía trước

(trụ tiếp theo thứ 3)

Hình 7-3 Sơ đồ thi công kết cấu nhịp theo phương pháp đμ giáo di động phía dưới cầu

Hình 7-4 MCN của đμ giáo di động phía trên

(Overhead – MSS)

7.2.3 Bố trí cáp ứng suất trước

Thông thường trong hợp thi công đổ tại chỗ theo phương pháp phân đoạn, các dầm được đổ trên một đoạn có chiều dμi bằng (1,2ữ1,3) chiều dμi nhịp Sau khi bê tông đạt cường độ các cốt thép ứng suất trước được căng tại mặt nối, để phần kết cấu nhịp vừa đổ bê tông xong có thể

tự chịu trọng lượng bản thân vμ các tải trọng thi công Sử dụng bộ nối cáp để nối liên tục thép ứng suất trước của phần đổ trước vμ sau Tải trọng do trọng lượng bản thân dầm tác dụng trong các giai đoạn thi công được thể hiện trên Hình 7-6 Khi đổ bê tông đoạn sau cần liên kết chặt giμn giáo vμo đầu hẫng của phần kết cấu nhịp thi công trước, như vậy giμn giáo sẽ kê lên ba gối, hai gối tại phần mở rộng của trụ vμ một gối đμn hồi tại điểm liên kết với đầu hẫng của phần đổ trước Giá trị tải trọng P lμ tải trọng của phần bê tông tươi tác dụng lên gối đμn hồi

a=(0,2-0,3)l Khe nối Neo vμ bộ nối cáp

l

Hình 7-5 Sơ đồ bố trí thép ứng suất trước của dầm thi công theo phương pháp phân đoạn đổ tại chỗ

Hạ giμn giáo đoạn 4

Hạ giμn giáo đoạn 5

b

Hình 7-6 Sơ đồ thi công theo phương pháp phân đoạn đổ tại chỗ vμ tác

dụng của tải trọng bản thân kết cấu nhịp

7.3 Cầu dầm BTCTUST thi công bằng phương pháp hẫng cân bằng

Thi công phân đoạn hẫng cân bằng đối với cầu dầm hộp BTCT đã được công nhận từ lâu lμ một trong những phương pháp có hiệu quả nhất cho việc xây dựng cầu không cần giμn giáo Phương pháp nμy có nhiều ưu điểm lớn hơn so với các dạng thi công khác trong thμnh phố nơi

mμ những kết cấu chống tạm sẽ ảnh hưởng đến giao thông dưới cầu, đối với công trình vượt sông giμn giáo không chỉ tốn kém mμ còn lμ vật chướng ngại

Kết cấu nhịp thi công theo phương pháp phân đoạn đầu tiên có thể lμ cầu đổ tại chỗ tai Đức do Finsterwalder vμ những người khác, hoặc đúc sẵn bởi Eugène Freysinet vμ Jean Muller Sự phát triển của việc thi công theo phương pháp phân đoạn hiện đại gắn liền với sự phát triển của phương pháp hẫng cân bằng

Việc áp dụng phương pháp nμo (đúc hẫng, lắp hẫng) lμ phụ thuộc đặc trưng riêng biệt của các công trình

7.3.1 Nguyên lý

Bắt đầu xây dựng từ trụ cố định vμ tiến hμnh đúc (lắp) từng đốt đối xứng qua trụ theo sơ đồ mút thừa, thi công xong đốt nμo căng cốt thép đến đốt đó (gọi lμ cáp âm), vμ kết thúc đúc (lắp) hẫng bằng đốt hợp long nối cánh hẫng vμ phần đúc trên đμ giáo cố định (đối với nhịp biên), hoặc hai đầu cánh hẫng từ giữa hai trụ liền kề (đối với nhịp giữa) Khi bê tông đốt hợp long đạt cường độ tiến hμnh ngay việc căng cáp phía biên dưới kết cấu nhịp đó (cáp dương) Trong nhiều trường hợp sau khi thi công hoμn chỉnh kết cấu nhịp, căng cáp vừa chịu mô men âm vμ mô men dương (cáp nhịp)

Đối với cầu đúc tại chỗ trên giμn giáo di động thì tính toμn khối của kết cấu tốt, liên kết giữa các đốt đảm bảo bê tông liền khối vμ cốt thép thường được nối với nhau do đó chịu cắt tốt, nhưng việc thi công trên cao trong phạm vi chật hẹp sẽ khó khăn nên dễ ảnh hưởng đến chất lượng Việc căng cốt thép được tiến hμnh sớm khi bê tông còn non nên dễ gây ra sự cố vμ ảnh hưởng của từ biến vμ co ngót của bê tông khá lớn

Đối với cầu lắp ghép thì khắc phụ được những nhược điểm trên, nhưng nhược điểm của nó lμ mối nối lắp ghép giữa các đốt không bảo đảm tính liền khối vμ dễ có những sai số khi lắp ráp

Đối với cầu liên tục, để đảm bảo sự ổn định của cánh hẫng trong quá trình thi công do những nguyên nhân mất cân bằng (rơi xe đúc, gió ) cần liên kết kết cấu nhịp tạm thời vμo trụ Công nghệ đúc (lắp) hẫng cân bằng có thể áp dụng cho kết cấu nhịp liên tục hoặc khung (khung dầm liên tục, khung T dầm treo )

7.3.2 trình tự thi công

Đối với kết cấu thi công bằng công nghệ hẫng, có thể chia kết cấu nhịp thμnh 4 phần cơ bản: Phần trên trụ (khối K0) kết hợp với các biện pháp tăng cường khác - phần A, phần trên giμn giáo cố định - phần C, phần trên giμn giáo di động (sử dụng xe đúc hoặc xe lắp hẫng) – phần

B, vμ phần hợp long – phần D Hình 7-7 thể hiện các phần khác nhau trong kết cấu nhịp

Bước 1: thi công khối K0

Sau khi xây dựng xong trụ tiến hμnh lắp đặt đμ giáo mở rộng trụ như: đμ giáo hẫng, đμ giáo cố

định , đμ giáo nμy kết hợp với trụ phải có chiều dμi đủ để thi công đốt trên trụ (K0), chiều dμi cần thiết của đốt K0 nằm trong khoảng 10ữ15(m) mục đích để đủ chiều dμi bố trí được hai xe

đúc (lắp) Khi bê tông khối K0 đạt cường độ, tiến hμnh căng các bó cáp của khối K0 đến lực căng thiết kế vμ đóng neo Từ thời điểm nμy kết cấu nhịp (phần đốt K0) có thể tự chịu trọng lượng bản thân của nó

Để đảm bảo ổn định trong quá trình thi công những đốt tiếp theo Nếu dầm vμ trụ liên kết cứng tại vị trị đốt K0 (kết cấu khung dầm liên tục) thì bản thân liên kết ngμm tại đó có thể

đảm bảo ổn định cánh hẫng trong quá trình thi công Nếu lμ cầu dầm do kết cấu nhịp chỉ kê lên gối nên khi xây dựng phải giải quyết vấn đề ổn định để đảm bảo suốt quá trình thi công kết cấu nhịp không bị lật đổ Vấn đề nμy có thể giải quyết bằng các phương án như sau: + Lμm thêm một hoặc hai trụ tạm bên cạnh trụ chính để đặt thêm gối tạm (Hình 7-9) + Liên kết tạm đốt K0 với trụ bằng các thanh cường độ cao (Hình 7-8)

+

Hình 7-8 Neo tạm kết cấu nhịp vμo đỉnh trụ bằng các thanh cường độ cao

Hình 7-9 Tăng cường bằng hai trụ tạm

Bước 2: thi công hẫng các đốt tiếp theo

Các đốt tiếp theo được thi công đối xứng qua trụ từ đốt K1 cho đến đốt cuối cùng của mút thừa, theo một chu trình lặp đi lặp lại: lắp đặt (hoặc di chuyển) vμ điều chỉnh xe đúc, lắp đặt cốt thép thường vμ ống gen của cáp ứng suất trước, đổ vμ bảo dưỡng bê tông, luồn vμ căng kéo cáp ứng suất trước, thời gian trung bình để thi công một đốt lμ 7 ngμy Chiều dμi của khối đúc hẫng theo Gerard Sauvageot (Bridge Engineering Hanbook) có thể 3-6m (tại Việt Nam chúng

ta đã thi công những đốt có chiều dμi 2,5m), chiều dμi của khối đúc phụ thuộc vμo năng lực của xe đúc, chiều dμi ngắn khi gần trụ cầu, chiều dμi lớn hơn khi gần khoảng giữa nhịp Thi công xong một cặp đốt nμo căng cốt thép UST từ mút nμy sang mút kia Khi thi công phải theo dõi chặt chẽ độ võng, số lượng thép cần bảo đảm tại mỗi đốt ít nhất mỗi sườn có một bó được căng vμ neo ở cuối đốt Sau khi căng xong phải bơm vữa ngay

Bước 3: Xây dựng nhịp biên trên đμ giáo cố định

Thông thường đoạn nμy không dμi lắm vμ gần mố nên khoảng trống dưới cầu không cao do đó

có thể tận dụng giμn giáo để đúc (lắp) tại chỗ Bê tông đoạn nμy sau khi đạt cường độ sẽ được nối với cánh hẫng của nhịp biên bằng đốt hợp long, khi bê tông đốt hợp long đạt cường độ, căng cốt thép chịu mô men dương (sau khi căng xong phải bơm bê tông lấp đầy các lỗ rỗng), tháo bỏ giμn giáo, kê dầm vμo gối chính thức vμ tháo bỏ các liên kết tạm (nếu có), kết cấu trở thμnh dầm một nhịp có mút thừa nếu nhịp hợp long đầu tiên lμ nhịp biên (Hình 7-10.a)

Khi tại đó do chiều cao dưới cầu lớn, việc xây dựng giμn giáo kê trực tiếp trên đất nền gặp nhiều khó khăn vμ không kinh tế, nên sử dụng phương án đμ giáo treo, một đầu của đμ giáo

được treo vμo đầu của cánh hẫng đầu kia được kê lên phần mở rộng của mố hoặc trụ Trong trường hợp nμy có thể không cần đốt hợp long (Hình 7-10 b)

Nếu lμ cầu khung dầm tĩnh định thì đoạn nμy được thay bằng dầm treo nhịp giản đơn BTCT hoặc BTCTUST

Bước 4: Nối các cánh hẫng ở các nhịp giữa (hợp long nhịp giữa)

Lần lượt đúc các đốt nối giữa các cánh hẫng ở giữa nhịp (đốt hợp long) theo trình tự đã được thiết kế, các đốt nμy dμi khoảng 1,5-3m được đúc trên ván khuôn (xem thêm phần thi công khối hợp long) Sau khi các đốt nμy đạt cường độ tiến hμnh căng cốt thép ứng suất trước qua

đốt hợp long, chịu mô men dương ở phía đáy dầm hoặc mô men âm ở phía trên dầm Sau khi thực hiện xong tiến hμnh tháo bỏ ván khuôn treo, vμ có thể phải kích dầm để dỡ bỏ gối tạm vμ

7.3.3 Các kích thước cơ bản

7.3.3.1 Tỷ lệ nhịp vμ tỷ số h/l

Với kết cấu nhịp liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng thường có hai dạng vμ tỷ

lệ giữa các nhịp, tỷ số h/l trong các trường hợp đó theo quan điểm của Jacques Mathivat vμ Geratd Sauvageot (xem phần 1.6.3)

Theo quan điểm của Nhật Bản tỷ số giữa chiều cao dầm vμ chiều dμi nhịp được thể hiện trong Bảng 7-1

Tỷ lệ chiều cao vμ chiều dμi nhịp của hiêp hội FCC (Nhật Bản)

Bảng 7-1

Chiều cao dầm tại

Điều kiện áp dụng

Tiết diện trên trụ Tiết diện giữa nhịp

Cầu đường bộ (khung liên tục) (1/13 ữ 1/16)L (1/25 ữ 1/39)L

Trong đó: L – chiều dμi nhịp giữa lớn nhất

7.3.3.2 Đường biên dưới của dầm:

Theo phương dọc, chiều cao dầm được chia lμm 2

loại: chiều cao không đổi vμ chiều cao thay đổi

Dạng chiều cao thay đổi được áp dụng nhiều do sử

dụng hợp lý vật liệu, giảm được trọng lượng bản

thân của kết cấu nhịp vμ hình dáng kiến trúc đẹp

Biên dưới của dầm có thể lμ đường cong, đường

thẳng hoặc kết hợp cả đường thẳng vμ đường cong,

đây lμ dạng hay sử dụng nhất

Đường cong biên dưới dầm có mũ n=1,4ớ2 (thậm

chí mũ 3) Chiều cao dầm tại vị trí cách tiết diện có

chiều cao h1 một đoạn X lμ:

( p 1) n

X h

hp- chiều cao dầm tại đỉnh trụ

h1 – Chiều cao dầm tại mố (hm), tại giữa nhịp (hn)

L – Chiều dμi phần cánh hẫng cong

+ So sánh dạng tiết diện kín vμ hở có cùng chiều cao, thì cánh tay đòn nội ngẫu lực

của tiết diện hộp lớn hơn

Đường thẳng thay đổi

+ ổn định tĩnh vμ động của cầu với tiết diện hộp khi thi công theo phương pháp hẫng

cân bằng được bảo đảm tốt hơn do độ cứng chống xoắn của tiết diện hộp lớn hơn tiết diện hở

Số lượng sườn trong mặt cắt ngang cầu phụ thuộc vμo chiều rộng cầu, hoạt tải Nên chọn mặt cắt ngang có số lượng sườn ít nhất (2 sườn), nhưng khi chiều rộng cầu lớn, khoảng cách giữa hai sườn lớn hơn (5-7)m chiều dμy của bản mặt cầu sẽ lớn dẫn đến không kinh tế do vậy trong trường hợp nμy phải tăng số lượng sườn dầm Hình 7-12 thể hiện phạm vi áp dụng của một số mặt cắt ngang ứng với chiều rộng cầu khác nhau:

Sườn dầm có thể lμ sườn đứng hoặc sườn nghiêng, sườn đứng có cấu tạo vμ thi công đơn giản hơn Sườn nghiêng thoát gió tốt hơn, tính thẩm mỹ cao vμ giảm được chiều rộng của trụ, nhưng cấu tạo vμ thi công phức tạp hơn sườn đứng Độ xiên của sườn nằm trong khoảng

Lựa chọn các kích thước của mặt cắt ngang

Bản biên trên

Khoảng cách tim hai sườn hộp (L2 ): B

2

1 9 1

Chiều dμy bản tại giữa nhịp (t1) được chọn trên cơ sở: Đảm bảo chịu được hoạt tải xe đặt trực tiếp, có độ dμy để đủ bố trí thép vμ ngoμi ra cần xem xét khi bản trên lμ cánh chịu nén do mô men dương, vμ chịu kéo do mô men âm Giá trị đó được xác định theo công thức sau :

36

t = + , công thức nμy cho giá trị quá cao khi nhịp lớn hơn 4,5m

Chiều dμy bản tại mép ngoμi cánh hẫng (t3): t3 ≥ 200 mm Thông thường lấy bằng 200mm Khi

sử dụng dự ứng lực ngang trong bản mặt cầu t3 có thể tăng lên để đảm bảo có thể bố trí được

đầu neo

Chiều dμy bản tại điểm giao với sườn hộp (t2) =(2ớ3)t3, được chọn căn cứ vμo chiều dμy cánh hẫng (L1) vμ đặc biệt lμ đủ chiều dμy để đặt các bó cáp dự ứng lực vμ đầu neo Vát góc tại đó cho phép điều tiết việc phân bố ứng suất của cáp theo phương dọc tốt hơn, nhưng nhược điểm của nó lμ thi công phức tạp hơn do đó một số cầu chỉ lμm vát góc trong (Hình 7-15.a) hoặc không lμm vát góc (Hình 7-15.b)

Chiều dμi vút (Lv) được xác định theo công thức:

)1

Bản biên dưới

Chiều dμy bản biên dưới được chọn phụ thuộc vμo trọng lượng bản thân, lực nén do mô men uốn theo phương dọc cầu, tải trọng tác dụng cục bộ Chiều dμy bản biên dưới tại khu vực giữa nhịp khi không bố trí cốt thép cường độ cao thường lấy bằng 160mm, trường hợp đặc biệt có thể giảm đến 120mm (cầu Coblenz), tại vị trí trụ do mô men uốn tại đó lớn nên bản biên dưới phải lấy lớn hơn tại giữa nhịp vμ có thể lên đến 2m, thường nằm trong khoảng

Hình 7-15 Một số mặt cắt ngang của cầu dầm hộp được áp dụng tại Việt Nam

x h

h1 - Chiều dμy tại giữa nhịp

h2 - Chiều dμy bản tại trụ

Lh - Chiều dμi cánh hẫng,

Lx- khoảng cách từ điểm có chiều dμy lớn nhất đến điểm xác định chiều dμy của biên dưới Thông thường chiều dμi đoạn thay đổi chiều cao bản biên dưới nằm trong khoảng (0,4ữ0,6)Lhtính từ điểm có chiều dμy lớn nhất

Sườn dầm

Sườn dầm chủ yếu chịu lực cắt do hoạt tải vμ tĩnh tải, một phần của mô men uốn vμ mô men xoắn do tải trọng đặt lệch tâm Do vậy chiều dμy của sườn dầm phải đảm bảo: đủ khả năng chịu lực, đủ không gian bố trí cốt thép thường, cốt thép ứng suất trước, neo, vμ đổ bê tông

được thuận lợi

Chiều dμy sườn tại khu vực gối (500ữ600)mm, tại khu vực giữa nhịp (250ữ400)mm

Hình 7-16 Thay đổi chiều dμy bản biên dưới

H×nh 7-17 VÝ dô kÝch th−íc cña mÆt c¾t ngang t¹i c¸c tiÕt diÖn

Jorg Schlaich vμ Hartmut Scheef đưa ra các công thức kinh nghiệm như sau :

- Khối lượng bê tông cho 1m² mặt cầu :

100

45,035,

t m = + (m³/m²) L: chiều dμi nhịp (m)

- Khối lượng thép dự ứng lực = 4,5 + 0,5L(kg/m³)

- Thép thường: ≈110 kg/m³

7.3.4 Bố trí cáp ứng suất trước

7.3.4.1 Bố trí cáp ứng suất trước trong bản mặt cầu vμ sườn dầm

Khi nhịp của bản mặt cầu lớn, cần thiết bố trí cốt thép ứng suất trước trong bản mặt cầu, cốt thép ứng suất trước được neo tại hai mép của cánh công xon (1) Tại khoảng giữa hai sườn cốt thép được uốn xuống để chịu mô men dương (2), trong trường hợp số lượng sườn lớn hơn hai, các cốt thép có thể neo tại vút của sườn trong (Hình 7-18 a, b) Tại vị trí bản mặt cầu chéo cốt thép có thể được bố trí như trên Hình 7-18 e, f Thép ứng suất trước trong trường hợp nμy thường dùng loại bó được đặt trong ống gen dẹt, mỗi bó bao gồm 3ữ5 tao, các bó nμy có thể

được căng từ hai đầu hoặc một đầu căng một đầu cố định

Để tăng khả năng chịu lực của sườn dầm, có thể bố trí cốt thép ứng suất trước trong sườn dầm (4, 5) vμ đầu neo cố định đặt tại phía dưới của sườn (3) Hiện nay tại Việt Nam cốt thép ứng suất trước trong sườn dầm thường dùng lμ loại thanh ứng suất trước Φ32

Hình 7-18 Bố trí cáp UST trong bản mặt cầu vμ sườn dầm hộp

Cáp nhịp lμ những bó cáp được căng qua đốt hợp long sau khi bê tông đốt hợp long đạt cường

độ, cáp nhịp thường bố trí ở khu vực giữa nhịp dầm đa số các bó cáp nằm ở biên dưới (N1, N3), đôi khi do yêu cầu chúng cũng được bố trí ở biên trên để chịu mô men dương (N2), các

bó được neo tại các ụ neo bố trí phía trong dầm (N1, N2), hoặc neo ở biên trên (N3) Chiều dμi trung bình của cáp nhịp khoảng 0,5 chiều dμi nhịp chính

Cáp liên tục lμ những bó cáp được căng sau khi hoμn thμnh kết cấu nhịp, các bó cáp nμy chịu mô men dương trong phần nhịp vμ mô men âm ở khu vực gần gối, nó có thể liên tục trên toμn chiều dμi cầu (E1) hoặc được chia thμnh các đoạn vμ neo tại hai mặt dầm ngang trên trụ (E2) Các bó cáp nμy thường lμ cáp căng ngoμi, vì bó căng ngoμi có thể dμi hơn các bó căng trong

do giảm được mất mát do ma sát Các ụ chuyển hướng của bó căng ngoμi thường đặt ở trụ, một phần tư vμ giữa nhịp

Trên mặt bằng, các bó cáp có thể được kéo thẳng (đường nối hai neo vμ tim của tuyến cáp cùng nằm trên đường thẳng) hoặc đoạn thẳng kết hợp với các đoạn cong Phương án kéo thẳng

có ưu điểm lμ thi công dễ dμng, mất mát ứng suất ít nhưng nhược điểm lμ các bó cáp thường phải bố trí xa nhau vì phụ thuộc vμo kích thước neo, neo tại các mặt cắt nằm tại các toạ độ khác nhau vμ có thể bản mặt cầu phải dμy hơn Ngược lại phương án đoạn thẳng kết hợp với các đoạn cong thì vị trí neo thường bố trí gần điểm giao giữa bản biên vμ sườn, lμ vùng mμ

Hình 7-19 Bố trí cốt thép UST trong kết cấu nhịp dầm liên tục thi

công bằng phương pháp đúc hẫng