Xác định sự phân bố nội lực do ảnh hưởng của biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng

---^ ]---TRẦN VĂN GIÀU # ĐỀ TÀI :XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC DO ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BIẾN DẠNG THEO THỜI GIAN TRONG KẾT CẤU NHỊP LIÊN TỤC THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG.. Tên đề tài :

-^ ] -TRẦN VĂN GIÀU

# ĐỀ TÀI :XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC DO ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BIẾN DẠNG THEO THỜI GIAN TRONG KẾT CẤU NHỊP LIÊN TỤC THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG.

CHUYÊN NGÀNH :CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT

MÃ NGÀNH : 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh 05/2004

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-^ ] -

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS VŨ XUÂN HÒA

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 : ……… CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2 : ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2005

-oooooo -

-^ ] -Tp HCM ngày ………… tháng ………… năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên : TRẦN VĂN GIÀU - Phái : Nam - Mã số học viên : CAUĐ13.005 Ngày,tháng,năm sinh : 01 – 02 – 1972 - Nơi sinh : Đồng Tháp

Chuyên ngành :CẦU,TUYNEN & CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG

ÔTÔ & ĐƯỜNG SẮT

I Tên đề tài : Xác định sự phân bố nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian

trong kết cấu nhịp liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng.

II Nhiệm vụ và nội dung :

1 Nhiệm vụ : Xác định sự phân bố nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian

trong kết cấu nhịp liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng.

2 Nội dung :

Chương 1 : Mở đầu

Chương 2 : Tổng quan về công nghệ đúc hẫng trong thi công cầu bê tông cốt thép – dự ứng lực

liên tục

Chương 3 : Các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục và những ảnh hưởng của biến

dạng

Chương 4 : Nghiên cứu sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian

trong kết cấu nhịp liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng.

Chương 5 : Kết luận.

III Ngày giao nhiệm vụ : …… - …… - 2004

IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ : …… - …… - 2005

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS VŨ XUÂN HÒA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ BỘ MÔN QL CHUYÊN NGHÀNH

TS VŨ XUÂN HÒA

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày …… tháng …… năm 2005

TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

-^ ] -

Trong quá trình tham gia học tập khóa học, cao học nghành “Cầu, Tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt” tại trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Em thật sự xúc động và xin được nói lời cảm ơn chân thành vì sự nhiệt tình giảng dạy của thầy cô, đã giúp chúng

em nắm bắt được những kiến thức bổ ích Xin cảm

ơn các thầy cô Phòng Đào Tạo Sau Đại Học

Cảm ơn thầy tiến sĩ Vũ Xuân Hòa đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trong thời gian thực hiện luận văn này

Kính chúc quí thầy cô lời chúc sức khỏe và hạnh phúc

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 20/02/2005

TÓM TẮT NỘI DUNG

-^ ] -

Công tác thi công theo công nghệ đúc hẫng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực liên tục nhịp ngày càng phổ biến tại Việt Nam Cầu bê tông cốt thép liên tục nhịp có dáng vẽ thẫm mỹ cao, có nhịp lớn lên đến hơn 200m Một ưu điểm khác là, với sơ đồ kết cấu nhịp siêu tĩnh, sẽ tránh được khe biến dạng trên cầu, làm cho xe chạy trên cầu được êm thuận và cũng dể dàng cho công tác duy tu sửa chữa

Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến nội lực trong kết cấu nhịp liên tục được thi công theo công nghệ hẫng là các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp Một phương pháp để ước lượng các giá trị nội lực này là đo các phản lực gối của các cầu theo thời gian Tuy nhiên,

do tính phức tạp của hiện tượng nên kết quả của phương pháp này thường được xem là giá trị ước lượng Hơn nữa, phương pháp này được thực hiện khi cầu đã được xây dựng xong

Luận văn này trình bày phương pháp tính toán sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian đối với cụ thể một kết cấu nhịp cầu liên tục được thi công theo công nghệ đúc hẫng, xét trong điều kiện khí hậu khu vực Nam Bộ ở nước ta

Nội dung chủ yếu của phương pháp là tính toán lại sự phân bố nội lực theo các công thức gần đúng và tính trên phần mềm RM Từ đó có sự so sánh, đánh giá kết quả tìm được Các nội dung này sẽ được trình bày cụ thể trong các chương

-^ ] -

The execution work by the technology of elevation casting of span constant stressed concrete bridge is becoming popular in Vietnam The span constant bridge has high aesthetic style; its large span is up to 200m Another advantage is that with the structure of super satic span, the deformation of joint in bridge will be avoided and it makes the vehicle running on bridge smothly and its maintenance is also easy

One of factors that affect to the internal force of constant span structure executed by elevation technology is deformations by the time in span structure One method to estimate this value of internal force is to measure support reactive force of bridges by the time However, because

of the complication of phenomenon, the result of this method has usually been considered as estimated value Moreover, this method is implemented as the construction of the bridge is completed

This essay would present the caculation method of distribution of internal force by the impact of deformations by the time on one span structure particularly that is executed by technology of elevation casting in the weather condition of Nam Bo region in our contry

The main content of this method is to recalculate the distribution of internal force by approximate formular and it is caculated by the RM sostware Then, the results can be compared and assessed These contents will be presented in details in chapters here in

MỤC LỤC

-^ ] -

Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn Tóm tắt nội dung luận văn Mục lục Phần I : Nội dung luận văn Chương I : Mở đầu 2

I.1 Đặt vấn đề……….2

I.2 Phạm vi đề tài……… 3

Chương II : Tổng quan về công nghệ đúc hẫng trong thi công cầu bê tông cốt thép – dự ứng lực liên tục.……….………4

II.1 Giới thiệu chung về công nghệ hẫng……….4

II.1.1 Nguyên tắc chung ……… 4

II.1.2 Đánh giá những ưu nhược điểm của công nghệ hẫng……….6

II.2 Công nghệ thi công đúc hẫng & trình tự tính toán kết cấu nhịp………8

II.2.1 Công nghệ thi công đúc hẫng………8

II.2.1.1 Các kích thước cơ bản………8

II.2.1.2 Các trường hợp đúc hẫng………10

II.2.2 Khái quát trình tự thi công đúc hẫng 12

II.2.3 Tóm tắt trình tự tính nội lực trong giai đoạn thi công……….15

II.2.3.1 Xác định sự thay đổi của sơ đồ tĩnh học theo từng giai đoạn thi công…………15

II.2.3.2 Nội lực do từ biến ………….……….17

II.2.3.3 Nội lực do ảnh hưởng nhiệt độ……….17

II.2.3.4 Tính toán ổn định lật trong quá trình đúc hẫng……… 18

II.3 Một số vấn đề đặc thù trong công nghệ hẫng……….19

Chương III : Các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục và những ảnh hưởng của biến dạng………20

III.1 Các biến dạng theo thời gian……….20

III.1.1 Khái niệm về ảnh hưởng của co ngót và từ biến………20

III.1.2 Xác định hệ số từ biến ……….21

1 Hệ số từ biến được xác định (theo tiêu chuẩn kỹ thuật 22TCN 272-01)……….21

2 Hệ số từ biến xác định bằng cách tra bảng (Theo tài liệu của Viện Bê tông Dự ứng lực của Hoa Kỳ)……… 21

III.1.3 Tiêu chuẩn về xét ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ……….24

III.1.3.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ trong kết cấu nhịp cầu liên tục………… 24

III.1.3.2 Tiêu chuẩn về xét ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ……….25

III.1.3.3 Hiệu ứng gradien nhiệt trong kết cấu nhịp có mặt cắt ngang hình hộp…….26

III.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng do hiện tượng từ biến, co ngót……….28

1 Thời gian tác dụng của tải trọng 2 Cường độ của bê tông khi chất tải 3 Điều kiện về môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, … ) 4 Điều kiện về vật liệu (loại xi măng, loại cốt lệu cho bê tông) 5 Cấp phối bê tông 6 Kích thước cấu kiện bê tông III.3 Ảnh hưởng của hiện tượng co ngót và từ biến lên kết cấu nhịp cầu liên tục… 32

1 Mất mát ứng suất 2 Ảnh hưởng đến trị số độ võng kết cấu nhịp bê tông cốt thép 3 Phân bố lại nội lực giữa các mặt cắt và giữa các bộ phận trong kết cấu siêu tĩnh 4 Gây ra hiện tượng nứt bê tông III.4 Một số giải pháp đã áp dụng để giảm thiểu ảnh hưởng của co ngót và từ biến……….34

Chương IV : Nghiên cứu sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng ……….35

IV.1 Các tiêu chuẩn và phương pháp tính toán……….35

IV.1.1 Tiêu chuẩn …35

IV.1.2 Phương pháp tính toán 35

IV.2 Phân tích sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục bằng các phương pháp gần đúng ……….35

IV.2.1 Xác định hệ số từ biến trong điều kiện khí hậu khu vực Nam Bộ……….36

1 Một số đặc điểm của khí hậu khu vực Nam Bộ

2 Thu thập số liệu về khí hậu khu vực Nam Bộ

3 Kết quả tính toán hệ số từ biến trong điều kiện khí hậu khu vực Nam Bộ

IV.2.2 Phân tích sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời

gian trong kết cấu nhịp liên tục bằng các phương pháp gần đúng………38

IV.2.2.1 Sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của hiện tượng từ biến……….38

1 Nguyên tắc phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của từ biến………38

2 Phương pháp gần đúng xác định nội lực do ảnh hưởng của từ biến……….39

a Theo tài liệu của Viện Bê Tông Dự Ứng Lực và Viện Bê Tông Dự Ứng Lực Hậu Aùp Hoa Kỳ (Prestressed Concrete Institute and Post – Tensioning Institute) b Theo giáo sư Ing.Kurt Schafer (Đức) c Theo tài liệu của Bộ Giao Thông Pháp 3 Một số ví dụ tính toán……….44

IV.2.2.2 Sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của nhiệt độ………49

1 Phân tích tác động của nhiệt độ………49

2 Ví dụ tính toán……….53

Nhận xét……… 55

IV.3 Tính toán sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục bằng cách sử dụng phần mềm RM………55

IV.3.1 Cơ sở và số liệu tính toán……… 55

IV.3.1.1 Cơ sở tính toán……….55

IV.3.1.2 Số liệu tính toán………55

IV.3.2 Kết quả tính toán……… 55

Chương V : Kết luận 57

Tài liệu tham khảo……….58

Phần II : Phụ lục……… 59

Phụ lục 1 – Thông báo khí tượng thủy văn khu vực nam bộ………60

Phụ lục 2 – Các kết quả tính toán hệ số từ biến………61

Phụ lục 3 – Các kết quả tính toán nội lực do từ biến……….65

Phụ lục 4 – Các kết quả tính toán nội lực do ảnh hưởng của nhiệt độ………70 Phụ lục 5 – Các kết quả tính toán nội lực do ảnh hưởng của co ngót từ biến và nhiệt độ theo phần mềm RM……….71

Lý lịch trích ngang

PHẦN I NỘI DUNG LUẬN VĂN

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU

I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ :

Tình hình kinh tế xã hội của nước ta ngày càng phát triển, cho nên sẽ có những yêu cầu cao về cơ sở hạ tầng để phục vụ và kích thích công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Đặc biệt trong nghành giao thông vận tải, nó là cầu nối rất quan trọng cho sự tăng trưởng về mọi mặt của đất nước

Hiện nay trong lĩnh vực xây dựng có nhiều tiến bộ về kỹ thuật, công nghệ thi công cầu cũng nằm trong đà phát triển đó Những thành tựu này đã tạo động lực cho nghành cầu phát triển nhanh nhằm tạo ra những chiếc cầu vượt nhịp lớn với công nghệ thi công hiện đại có dáng vẽ thẫm mỹ cao Trên thế giới hiện nay có các công nghệ xây dựng cầu vượt nhịp lớn như :

• Phương pháp hẫng (đúc, lắp hẫng) : Kết cấu nhịp đúc hay lắp từ một trụ đối

xứng ra hai bên, đến giữa nhịp thì các mút thừa được nối lại với nhau bằng cách đổ bêtông tại chỗ ( dầm liên tục hay khung), hoặc lắp vào một đoạn dầm treo ( hẫng đeo ), hoặc lắp vào một khớp nối (cầu khung có khớp)

• Phương pháp thi công trên dàn giáo cố định : cổ điển, đảm bảo chất lượng,

an toàn thi công, sử dụng vật liệu hợp lí do kết cấu chịu lực theo 1 sơ đồ duy nhất Thích hợp cho các công trình không ảnh hưởng thông thuyền, trụ không quá cao và địa chất tốt

• Phương pháp thi công trên dàn giáo di động : gồm hệ dầm thép kê lên các

trụ và các đoạn dầm đã đúc và hệ cáp treo để treo ván khuôn Tiết kiệm trụ tạm, thích hợp với mọi sơ đồ kết cấu (với tiết diện hộp lẫn dầm có sườn ), cho các cầu có yêu cầu thông thuyền hay trụ cao Tuy nhiên, thiết bị có tính chuyên dùng nên đòi hỏi tái sử dụng và kỹ thuật tay nghề cao mới phát huy lợi thế

• Phương pháp đẩy : Kết cấu nhịp được đúc hay lắp từng đoạn liên tiếp ở hai

đường đầu cầu, sau đó dùng kích đẩy trên các bàn trượt đưa dầm vào vị trí Chất lượng đảm bảo, thi công an toàn, tổ chức và quản lí dễ, chu trình lặp

đi lặp lại Tuy nhiên kết cấu nhịp phải có chiều cao không đổi, sử dụng vật liệu chưa hợp lí và nhịp không dài (40-60m), phải bố trí thép thi công tạm và đòi hỏi kỹ thuật tay nghề cao

• Phương pháp quay : thích hợp cho loại cầu dây văng, nhịp không lớn lắm

Đúc hai nửa dầm cầu trên trụ ở hai bờ, liên kết tạm với trụ bằng khớp quay,

sau đó xoay dầm cầu ra giữa sông và tiến hành hợp long, điều chỉnh nội

lực Khớp quay phức tạp, tốn kém, công nghệ phức tạp

• Phương pháp chở nổi : kết cấu nhịp đúc sẵn trên bờ rồi dùng hệ chở nổi đưa

ra vị trí, hạ xuống trụ và dùng mối nối (ướt hoặc khô) liên kết lại Đòi hỏi

hệ phao đồ sộ cũng như các thiết bị phụ trên bờ nhiều, ảnh hưởng dòng chảy và lưu thông thủy rất lớn nên thi công rất phức tạp

Hiện nay ở nước ta thường sử dụng phương pháp đúc hẫng để thi công xây dựng các cầu có nhịp lớn với sơ đồ nhịp liên tục

I.2 PHẠM VI ĐỀ TÀI :

Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến nội lực trong kết cấu nhịp liên tục khi sử dụng phương pháp đúc hẫng là các biến dạng theo thời gian (biến dạng do

co ngót từ biến và do ảnh hưởng của nhiệt độ) trong kết cấu nhịp

Một trong những phương pháp xác định hiệu ứng do từ biến và nhiệt độ hiện nay là : đo các phản lực gối của các cầu phụ thuộc vào thời gian Tuy nhiên,

do tính phức tạp của hiện tượng nên phương pháp này thường cho kết quả có thể nói là giá trị ước lượng

Để có thể chính xác hơn đề tài này đi sâu nghiên cứu đến sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian (biến dạng do hiện tượng

co ngót từ biến và do nhiệt độ) trong kết cấu nhịp liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng

Vì những hạn chế về điều kiện thí nghiệm nên trong khuôn khổ luận án này, những vấn đề nêu ở mục I.1 được nghiên cứu thông qua mô phỏng bằng

phương pháp số Các vấn đề nghiên cứu như sau :

• Phân tích sự phân bố momen do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục theo các công thức gần đúng

• Tính toán với các sơ đồ nhịp liên tục theo các công thức các công thức gần đúng nêu trên và với phần mềm tính kết cấu RM

• So sánh, tổng hợp các kết qủa tính toán từ đó rút ra quy luật phân bố nội lực do ảnh hưởng của các biến dạng theo thời gian

• Đưa ra các nhận xét, kết luận và kiến nghị phương hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG TRONG THI CÔNG CẦU

BTCT – DỰ ỨNG LỰC LIÊN TỤC

II.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ HẪNG :

II.1.1 NGUYÊN TẮC CHUNG :

Kết cấu nhịp đúc hay lắp từ một trụ đối xứng ra hai bên, đến giữa nhịp thì các mút thừa được nối lại với nhau bằng cách đổ bêtông tại chỗ (dầm liên tục hay khung – hình 1a, 1b), hoặc lắp vào một khớp nối (cầu khung có khớp – hình 1c), hoặc lắp vào một đoạn dầm treo (hẫng đeo – hình 1d)

a/ Dạng dầm liên tục

b/ Dạng khung liên tục

c/ Dạng khung có khớp

d/ Dạng khung hẫng đeo

Hình 1 : Các sơ đồ cầu thích hợp cho phương pháp hẫng

Dạng dầm liên tục có chiều dài nhịp 40 đến 200m, các nhịp có thể dài bằng nhau hoặc khác nhau Khi bố trí chiều dài nhịp khác nhau, nhịp biên thường được lấy bằng 0,7 đến 0,8 chiều dài nhịp chính

Các dạng khung liên tục, khung có khớp, khung hẫng đeo (hình 1b,1c,1d) thường có chiều dài nhịp từ 60 đến 200m

Các dạng khung có khớp, khung hẫng đeo có khuyết điểm chung là có khe biến dạng vì thế xe chạy không được êm thuận và cũng khó khăn cho công tác duy tu sửa chữa.Hiện nay, hầu hết cầu xây dựng mới đều có sơ đồ siêu tĩnh liên tục nhiều nhịp

Kết cấu nhịp được phân ra từng đốt đổ tại chỗ bằng ván khuôn di động (xe treo) như hình 2c, có thể sử dụng đà giáo thép di động như hình 2a,thường các nhịp gần bờ hoặc địa hình cho phép có thể đúc trên đà giáo như hình 2b

a./ Đà giáo thép di động b./ Đà giáo di động c./ Thiết bị đúc di động

Hình 2 : Các sơ đồ điển hình đúc hẫng kết cấu nhịp BTCT

Đối với đốt dầm đầu tiên trên đỉnh trụ, đốt được liên kết với thân trụ bằng các thanh hoặc cáp dự ứng lực :

• Các sơ đồ cầu khung : các thanh hoặc cáp dự ứng lực liên kết cứng vào thân trụ như hình 3a

• Các sơ đồ cầu dầm : các thanh hoặc cáp dự ứng lực liên kết cứng tạm thời vào thân trụ như hình 3b Các thanh hoặc cáp dự ứng lực này sẽ được tháo bỏ khi thi công xong

3a/ 3b/

Hình 3 : Neo đốt dầm đầu tiên trên trụ

Khi thi công các đốt tiếp theo, kết cấu chịu lực theo sơ đồ mút thừa, tiết diện chỉ chịu moment âm nên cốt thép chịu lực bố trí ở trên, đúc hay lắp đến đâu căng cáp đến đó

Đốt nối giữa hai cánh hẫng kề nhau gọi là đốt hợp long Đốt hợp long được đúc trên ván khuôn treo giữa hai đầu mút thừa, thông thường đốt hợp long có chiều dài từ 1,5 đến 2m

Hình sau là hình ảnh minh họa cho phương pháp thi công hẫng

II.1.2 ĐÁNH GIÁ NHỮNG ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ HẪNG:

Gối tạm thờiđốt dầm trên trụ

cốt thép dự ứng lực

CT DUL neotạm thời

Công nghệ hẫng có ưu điểm là không phụ thuộc vào không gian dưới cầu

Do đó có thể thi công trong điều kiện sông sâu, việc giao thông bên dưới không

bị ảnh hưởng

Ngoài ra, giữa công nghệ lắp hẫng và đúc hẫng còn có các ưu nhược điểm riêng

1 Công nghệ lắp hẫng :

Công nghệ lắp hẫng có các ưu điểm sau :

• Vượt được khẩu độ lớn

• Tốc độ thi công nhanh

• Chất lượng khối đúc công xưỡng hóa cao

• Công tác ở hiện trường chỉ chiếm khoảng 20-50%, nên nhân lực lao động làm việc ngoài trời được giảm thiểu tối đa

• Hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng co ngót & từ biến bê tông (do hiện tượng này đã xảy ra 01 phần lớn trong quá trình hình thành cường độ cấu kiện đúc– Tuổi bê tông)

Ngược lại công nghệ lắp hẫng có một số nhược điểm sau :

• Nếu pha chế keo dán không đúng liều lượng và thi công không đúng thời gian thì chất lượng mối nối rất kém

• Toàn kết cấu không có tính chất liền khối cốt thép dọc, cốt thép cấu tạo bị đứt đoạn ở từng đoạn lắp hẫng

• Mối nối không chiều dày, cho phép sai số nhỏ, yêu cầu phải chính xác tuyệt đối

2 Công nghệ đúc hẫng :

Các ưu điểm của công nghệ đúc hẫng :

• Các đoạn dầm được đúc tại chỗ chủ yếu trên ván khuôn di động, vì vậy đảm bảo tính liền khối của bê tông Ván khuôn được dùng lại nhiều lần với cùng một thao tác, do đó làm giảm chi phí nhân công

• Toàn kết cấu có tính chất liên tục, cốt thép thường được hàn nối ở toàn bộ các mặt cắt 100% cốt thép dọc

• Điều chỉnh cao độ mặt cầu và đường tim dọc được thực hiện trực tiếp từng đoạn theo ý muốn

• Việc thay đổi chiều cao tiết diện cho phép sử dụng vật liệu kết cấu một cách hợp lý Do đó giảm được trọng lượng bản thân kết cấu và đạt được khẩu độ lớn

Tuy nhiên công nghệ đúc hẫng cũng có các nhược điểm :

• Tốc độ thi công chậm hơn lắp hẫng vì đòi hỏi có thời gian dưỡng hộ bê tông nhằm đạt cường độ để căng kéo thép cường độ cao

• Cấu kiện đúc tại hiện trường, nên phụ thuộc vào thời tiết: khí hậu, độ ẩm, nhiệt độ, bức xạ ngoài trời Do đó sẽ làm giảm chất lượng bê tông

• Bảo quản thép cường độ cao trong suốt quá trình thi công khó khăn

• Khối lượng thi công hiện trường chiếm trên 50%

Các công trình cầu ở miền Nam có kết cấu dầm hay khung liên tục như : Cầu Mỹ Thuận, cầu Nguyễn Tri Phương, cầu Chánh Hưng, cầu Kêng Tẻ, Cầu Bình Triệu… và rất nhiều cầu khác

Cầu Mỹ Thuận

Như đã nói ở mục I.1, nội dung đề tài này sẽ đề cập đến các kết cấu nhịp thi công theo công nghệ đúc hẫng

II.2 CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐÚC HẪNG & TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP :

II.2.1 CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐÚC HẪNG :

II.2.1.1 Các kích thước cơ bản :

Chiều dài nhịp thi công theo công nghệ đúc hẫng thông thường trong khoảng từ 60 đến 200m Nhiều cầu đã xây dựng có chiều dài nhịp lớn hơn Xét trên quan điểm phân bố hợp lý mômen trong kết cấu nhịp thường chọn chiều dài nhịp biên bằng 0,7 đến 0,8 chiều dài nhịp chính Trong điều kiện phải bố trí các nhịp có

chiều dài nhiều loại khác nhau, thì chiều dài nhịp chuyển tiếp giữa hai nhịp có chiều dài L1 và L2 thường được lấy bằng :

L = ½(L1+L2)Các mặt cắt ngang thường sử dụng chủ yếu là dạng mặt cắt ngang hình hộp Tùy theo chiều rộng mặt cắt ngang ta bố trí một hộp hay hai hộp

Theo tài liệu {5}, thông thường các kích thước mặt cắt ngang có thể theo các số liệu như sau :

B : Chiều rộng mặt cắt ngang

• B =< 13m : nên bố trí một hộp có hai sườn dầm

• 13 m < B =< 18m : nên bố trí một hộp có ba hay bốn sườn dầm

• B > 18m : nên bố trí hai hộp

H : Chiều cao mặt cắt dầm, chiều cao mặt cắt ngang có thể không đổi hoặc thay đổi trên chiều dài cầu, khi bố trí thay đổi, thường :

• H = (1/6 – 1/20) Lmax : tại trụ

• H = (1/30 – 1/40) Lmax : giữa nhịp

• H > 1,5m

dbmc : Chiều dầy bản mặt cầu

• dbmc= (1/20 – 1/22) chiều dài nhịp tính toán của bản

• Trường hợp nhịp bản quá lớn có thể bố trí sườn ngang

d : Chiều dầy sườn dầm, d = 35 – 45 cm

dbd : Chiều dầy bản đáy

• dbd > 20 cm

• dbd > 1/3 chiều dầy sườn dầm chính

Tuy nhiên, tùy theo yêu cầu về hình dáng, kết cấu, việc bố trí cáp trong hộp, điều kiện thi công mà mặt cắt ngang có thể được bố trí một cách phù hợp Sau đây là một số mặt cắt ngang điển hình (hình 4) :

B1

B<13m H1

d

d

13m<B<18m

B>18m

Hình 4 : Các dạng mặt cắt điển hình của cầu BTCT đúc hẫng

Thành hộp có thể bố trí thẳng đứng hay nghiêng Dạng nghiêng thường có

ưu điểm là có dáng vẽ đẹp hơn nhưng ngược lại ván khuôn cho dạng nghiêng phức tạp hơn dạng thẳng đứng

Việc lựa chọn mặt cắt ngang với các kích thước hợp lý, đảm bảo khả năng

chịu lực, có dáng vẽ đẹp và tiết kiệm vật liệu là một vấn đế cần căn nhắc Khi

chọn mặt cắt ngang nên đưa ra nhiều phương án trên điều kiện thực tế, rồi so sánh để đi đến quyết định sau cùng

II.2.1.2 Các trường hợp đúc hẫng :

a Đúc đối xứng từ trụ ra hai phía :

dbd

d H1

d

1/2B1 1/2B1

Trường hợp này có ưu điểm là lợi dụng được tính đối xứng, tự cân bằng ổn định, tốc độ thi công nhanh Tuy nhiên, trong quá trình thi công cần xét các tình huống mà tải trọng của hai cánh hẫng không cân bằng, khi :

• Đặt lệch thiết bị thi công

• Xảy ra sự cố ở một số đốt đang đúc của một bên cánh hẫng

• Tải trọng gió tác dụng chủ yếu vào phía dưới một bên cánh hẫng có thể gây ra các mômen uốn rất lớn bất lợi cho trụ

Trường hợp đúc từ trụ ra hai phía nhưng không đối xứng, ta dùng trụ tạm kiểu palê được bố trí dần theo cánh hẫng của kết cấu nhịp (hình 5) hoặc sử dụng đối trọng …

Hình 5 : Sử dụng các palê đỡ tạm thời

b Đúc hẫng kết cấu nhịp từ bờ ra :

Trong nhiều trường hợp, các nhịp gần bờ có thể dùng hệ đà giáo ván khuôn để đúc tại chỗ Khi đúc xong các nhịp này, chúng làm nhiệm vụ như là một đối trọng cho việc thi công đúc các nhịp tiếp theo (hình 6a)

Đối với cầu một nhịp, có thể bố trí sao cho khi đúc thì gối như là một đối trọng (hình 6b)

Có thể dùng hệ dây văng khi đúc hẫng từ bờ ra, trường hợp dùng dây văng có thể áp dụng cho cầu một hay nhiều nhịp liên tục (hình 6c)

Ngoài ra, có thể dùng trụ tạm kết hợp với việc sử dụng dây văng … (hình 6d,e)

6a/ Hai nhịp kề mố dùng hệ đà giáo ván khuôn đúc tại chỗ

và được sử dụng như một đối trọng cho các nhịp giữa

6b/ Cầu một nhịp – Xem gối như là một đối trọng khi đúc

6c/ Cầu một nhịp – Dùng dây văng khi đúc

6d/ Dầm liên tục nhiều nhịp - Đúc từ mố ra, dùng dây văng hổ trợ trụ tạm

6e/ Dầm liên tục nhiều nhịp - Đúc từ mố ra, dùng dây văng

đối xứng qua trụ hổ trợ trụ tạm

Hình 6 : Các trường hợp đúc hẫng dùng đối trọng, hệ dây văn, trụ tạm

II.2.2 KHÁI QUÁT TRÌNH TỰ THI CÔNG ĐÚC HẪNG :

Đốt dầm trên đỉnh trụ được liên kết cứng với thân trụ nhờ các thanh hoặc các cáp dự ứng lực đối với các sơ đồ cầu khung; liên kết cứng tạm thời đối với dạng sơ đồ cầu dầm, liên kết cứng tạm thời nhờ các gối tạm và các cáp thép dự ứng lực (xem hình 3)

Đốt trên đỉnh trụ được đỗ bê tông trên đà giáo nhằm tạo ra diện tích bề mặt cần thiết để lắp được bộ thiết bị di động lên đó Chiều dài đốt trên đỉnh trụ lấy tùy theo kích thước thiết bị di động và sơ đồ lắp đặt thiết bị này lên đỉnh trụ

Thông thường, hai bộ ván khuôn được lắp đặt đối xứng nhau và cùng tiến dần ra hai phía khi thi công các đốt tiếp theo.Trong trường hợp này chiều dài đốt trên đỉnh trụ lớn hơn hai lần chiều dài các đốt tiếp theo (hình 7a)

Ngược lại khi chiều dài đốt trên đỉnh trụ nhỏ hơn hai lần chiều dài các đốt tiếp theo thì hai bộ ván khuôn được nối ghép tạm thời với nhau (hình 7b) Khi thi công các đốt tiếp theo của kết cấu nhịp thì tháo dỡ mối nối ghép này và cùng tiến dần ra hai phía Một giải pháp khác là bộ ván khuôn thứ hai được đặt sau khi thi công xong đốt thứ nhất và đã di chuyển bộ ván khuôn thứ nhất lên vị trí đúc tiếp theo (hình 7c)

Trường hợp đốt trên đỉnh trụ có dạng không đối xứng, thì quá trình lắp thiết bị và đúc các đốt thể hiện như trên hình 7d

Chu kỳ đúc một đốt gồm các công tác chủ yếu như sau :

• Kéo căng cốt thép cho các đốt vừa đỗ bê tông xong (khoảng 3 ngày sau khi đỗ bê tông)

• Di chuyển hệ đà giáo ra vị trí đúc mới

• Neo cố định hệ đà giáo, ván khuôn vào đốt trước đó (đã được căng kéo cốt thép và có đủ khả năng chịu lực) Điều chỉnh lại ván khuôn

• Lắp đặt các bó cốt thép dự ứng lực tiếp theo vào các ống tạo lỗ đã đặt sẵn trước đó trong đốt bê tông đã đỗ Lắp đặt cốt thép thường cho đốt dầm mới này

• Đỗ bê tông cho đốt mới này

Trước khi đỗ bê tông đốt hợp long cần lưu ý kiểm tra cao độ và độ lệch tâm theo phương ngang tại hai đầu dầm

7a/ Bộ ván khuôn được lắp đối xứng 7b/ Bộ ván khuôn được ghép với nhau

7c/ Ván khuôn cho đốt thứ hai 7d/.Trường hợp đốt trên trụ không đối xứng

Hình 7 : Các sơ đồ lắp thiết bị đúc hẫng di động lên đỉnh trụ

Mặt cắt ngang dầm được thi công theo hai giai đoạn Giai đoạn một người ta đỗ bê tông bản đáy dầm hộp và thành hộp nhằm tạo ra mặt bằng để đặt cáp dự ứng lực Giai đoạn hai là đỗ bê tông bản nắp hộp sau khi kéo căng các cáp dự ứng lực (hình 8)

Giai đoạn hai có thể thi công chậm hơn khoảng ba đốt so với giai đoạn một,

do đó có thể thi công độc lập và không ảnh hưởng đến tiến độ chung Vì vậy thi công theo hai giai đoạn sẽ làm giảm được khối lượng đỗ bê tông bằng thiết bị di động và giảm được trọng lượng thiết bị thi công

Giai đoạn 2: đúc bản nắp hợp

Giai đoạn 1: đúc mặt cắt u

Hình 8 : Hai giai đoạn thi công mặt cầu ngang

II.2.3 TÓM TẮT TRÌNH TỰ TÍNH NỘI LỰC TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG :

II.2.3.1 Xác định sự thay đổi của sơ đồ tĩnh học theo từng giai đoạn thi công :

Trước khi thi công và trong suốt quá trình thi công phải thường xuyên theo dõi kiểm tra sự thay đổi của sơ đồ tính theo từng bước thi công Bảng sau thể hiện

sơ đồ các bước cho dầm liên tục có ba nhịp Theo tài liệu [8]

Giai đoạn thi công Sơ đồ tính Dạng đường cong nội lực (M)

Khi thi công hẫng

(M do trọng lượng bản thân)

Khi thi công hẫng

(M do lực căng trước)

Khi nối vào mố

(M do trọng lượng bản thân)

Khi nối vào mố

(M do lực căng cốt thép chịu

M dương ở nhịp biên)

Khi đúc đốt nối giữa

(M do trọng lượng bản thân)

Khi tháo khuôn đốt nối

Khi căng cốt thép chịu

momen dương ở nhịp giữa

( kể cả phản lực siêu tĩnh)

M do ảnh hưởng của từ biến

sau khi nối liên tục

M do ảnh hưởng sai lệch

nhiệt độ giữa thớ trên và thứ

• Bước sau khi thi công đoạn giáp mố : Sau khi tháo dàn giáo và tháo các gối tạm thời ở trụ thì kết cấu sẽ chịu lực theo sơ đồ dầm một nhịp có đầu thừa Tải trọng tác dụng trong giai đoạn này là trọng lượng bản thân, trọng lượng dàn giáo và cả trọng lượng bê tông đốt hợp long tác dụng lên đầu mút thừa

• Bước sau khi hợp long : Sau khi đúc xong đốt hợp long kết cấu nhịp trở thành dầm liên tục Khi đó nội lực được tính theo sơ đồ liên tục

• Bước sau khi thi công hoàn thiện, trải cán lớp mặt đường, đường bộ hành, lan can … : kết cấu làm việc theo sơ đồ dầm liên tục chịu tải trọng rải đều trên dầm

• Bước khi khai thác cầu : kết cấu làm việc theo sơ đồ liên tục, cộng thêm tải trọng do đoàn xe, người đi bộ Khi đó tính nội lực theo đường ảnh hưởng

II.2.3.2 Nội lực do từ biến : Theo tài liệu [8]

Từ biến của bê tông gây ra mất mát ứng suất, làm gia tăng độ võng và làm thay đổi trị số nội lực

• Khi dầm còn là một mút thừa thì từ biến gây ra độ võng ở đầu mút thừa làm cho tiết diện ởû đó có một góc xoay Nếu dầm không được nối liên tục thì mút thừa sẽ võng xuống một cách tự do cho đến hết quá trình từ biến và tương ứng với nó sẽ có tiết diện góc xoay là

2

ω nhưng đến thời điểm hợp long người ta nối các mút thừa thành liên tục và lúc đó góc xoay bằng (ω2-ω1) và có thể tính ra nội lực góc xoay bị cưỡng bức này gây ra trong dầm

• Cũng có thể quan niệm rằng sau khi từ biến kết cấu sẽ gần giống như đúc tại chỗ trên giàn giáo do đó nội lực do từ biến có thể tính một cách gần đúng là Sfe= ½(S2 – S1)

Trong đó: Sfe- nội lực do từ biến

S1 và S2 là nội lực do trọng lượng bản thân và do lực căng trước đó với giả thiết là :

S1 - nội lực theo các bước thi công thực tế

S2 -nội lực của kết cấu coi như được đúc trên giàn giáo Khi tính toán cần sử dụng các phương pháp chính xác hơn và tính trên máy tính bằng các phần mềm chuyên dụng

II.2.3.3 Nội lực do ảnh hưởng nhiệt độ : Theo tài liệu [8]

Do mặt nhựa hấp thu nhiệt độ mặt trời mạnh nên chênh lệch nhiệt độ mặt trên và mặt dưới dầm cầu rất lớn, làm biến dạng giữa thớ trên và thớ dưới khác nhau dẫn tới góc xoay và nội lực khác nhau Để đơn giản coi như sự chênh lệch nhiệt độ giống nhau trên toàn chiều dài và tuyến tính giữa thớ trên và thớ dưới

• Đối với 1 dầm đơn giản thì sự khác nhau về nhiệt độ này không gây ra sự thay đổi về nội lực và ứng suất mà chỉ có sự thay đổi về góc xoay

h ds

dω = −α∆θTrong đó: α - là hệ số giãn nở nhiệt của bêtông α = 10− 5 cho mỗi độ C

∆θ - sai lệch nhiệt độ giữa thớ trên và thớ dưới

h- Chiều cao tiết diện

Góc xoay ở đầu mút đoạn dầm sẽ là:

=

l

dx l

x h

0

'

) 1 ( θαω

= −∫ ∆ −

l

dx l

x h

0

''

) 1 ( θαω

• Trong một dầm liên tục vì có các gối giữa nên các góc xoay bị cản trở và gây ra nội lực Để tìm nội lực này có thể dùng phương trình 3

momen

II.2.3.4 Tính toán ổn định lật trong quá trình đúc hẫng :

Đối với cầu khung hay khung dầm, kết cấu nhịp liên kết cứng với mố trụ bằng cách đỗ bê tông liền khối dầm và mố trụ có cốt thép ứng suất trước hay cốt thép thường

Đối với kết cấu dầm kê liên tục kê lên gối, phải có biện pháp liên kết tạm thời (bố trí 2 gối tạm thời, trụ tạm, dây neo …) Với những biện pháp như vậy, trước khi thi công phải kiểm tra ổn định lật cánh mút thừa Khi kiểm tra phải xét các tải trọng tác động theo tổ hợp bất lợi nhất

- Trọng lượng bản thân hai cánh mút thừa có xét khả năng vượt tải một phía tăng, một phía giảm Xét theo từng bước thi công

- Tải trọng thay đổi khi thi công : thiết bị, cần trục, dàn giáo ván khuôn, người… Xét trường hợp bất lợi nhất

- Tải trọng tai biến : Xét dự phòng khi đúc có thể một đốt bị rơi

- Tải trọng gió : tác động vào đáy dầm, phương của lực gió được xem làm với đáy dầm một góc 10 độ tại vị trí mút thừa

Hình 9 – Sơ đồ tải trọng tính toán ổn định

II.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐẶC THÙ TRONG CÔNG NGHỆ HẪNG

• Các đoạn dầm được đúc tại chỗ chủ yếu trên ván khuôn di động, vì vậy đảm bảo tính liền khối của bê tông Đây là một yếu tố rất quan trọng đối với độ tin cậy và tuổi thọ của công trình

• Toàn kết cấu có tính chất liên tục, cốt thép thường được hàn nối ở toàn bộ các mặt cắt 100% cốt thép dọc, vì vậy có sự phù hợp lý tưởng giữa sơ đồ chịu lực trong giai đoạn thi công và khai thác

• Bố trí được nhiều bó thép trong thành đứng của dầm hộp tăng cường khả năng chịu uốn

• Điều chỉnh cao độ mặt cầu và đường tim dọc được thực hiện trực tiếp từng đoạn

• Cấu kiện đúc tại hiện trường, nên phụ thuộc vào thời tiết: khí hậu, độ ẩm, nhiệt độ, bức xạ ngoài trời Do đó chịu ảnh hưởng lớn đối với hiện tượng

co ngót và từ biến

• Phải bảo quản thép cường độ cao trong suốt quá trình thi công khó khăn

• Căng cáp khi bêtông còn non nên dễ gặp sự cố cũng như chịu ảnh hưởng lớn của co ngót và từ biến, khó quản lý độ vồng thi công

• Công nghệ đúc hẫng thích hợp cho nhiều loại sơ đồ kết cấu khác nhau, có khả năng thích ứng khi thi công dầm cầu thay đổi chiều cao và vượt được nhịp rất lớn Có thể sử dụng thi công cầu thẳng, cầu cong, cầu chéo Nói chung hiện nay, với nhịp trên 60m thường dùng phương pháp đúc hẫng

vật liệu + người 20 kg/m2

trọng luợng thiết bị

ván khuôn đốt đang đúc tlbt = 1,03*gl'

(tăng 3%)

tlbt = 0,98*gl (giảm 2%) lực gió = 125*sin10 = 22kg/cm2

tải trong tai biến

Chương III:

CÁC BIẾN DẠNG THEO THỜI GIAN TRONG KẾT CẤU NHỊP LIÊN

TỤC VÀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG.

III.1 CÁC BIẾN DẠNG THEO THỜI GIAN

Các biến dạng theo thời gian trong kết cấu nhịp liên tục được đề cập là các biến dạng do ảnh hưởng của co ngót từ biến và biến dạng do nhiệt độ

III.1.1 KHÁI NIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CO NGÓT VÀ TỪ BIẾN :

Đối với các cầu dầm giản đơn hay cầu có sơ đồ tĩ nh định từ biến thường chỉ ảnh hưởng đến trị số độ võng, ít ảnh hưởng đến trị số nội lực Nhưng đối với các cầu có kết cấu siêu tĩnh như dầm liên tục, khung liên tục … do liên kết dư nên trong quá trình thi công và khai thác luôn có sự phân bố lại nội lực

Từ biến là sự thay đổi theo thời gian của ứng suất và biến dạng trong bê tông.Từ biến xuất hiện dưới dạng các biến dạng không đàn hồi do ảnh hưởng của tải trọng tác động dài hạn Theo tài liệu [7] :

Trên cơ sở nghiên cứu nhiều mẫu thử, người ta nhận thấy rằng trong biến dạng từ biến có các thành phần chính : thành phần từ biến có phục hồi, thành phần từ biến dẽo, các thành phần này sẽ khác nhau theo thời gian

Có thể chia biến dạng thành các thành phần :

εc (t) = εce (t) + εcv (t) + εcf (t)+ εcs (t) + εt(t) trong đó : εc (t): biến dạng tổng cộng tại thời điểm t

εce (t):biến dạng đàn hồi tại thời điểm t

εcv (t):biến dạng từ biến có phục hồi tại thời điểm t

εcf (t) : biến dạng từ biến dẽo tại thời điểm t

εcs (t) : biến dạng do co ngót tại thời điểm t

εcs (t) : biến dạng do nhiệt độ tại thời điểm t

Thành phần từ biến có phục hồi ít chịu ảnh hưởng của tuổi bê tông, nó đạt giá trị cuối cùng rất nhanh

Thành phần từ biến dẽo phụ thuộc rất nhiều vào tuổi bê tông, phải qua thời gian dài nó mới đạt giá trị cuối cùng Biến dạng của từ biến được phân làm hai loại : từ biến tuyến tính và từ biến phi tuyến Trong các tính toán thực tế của cầu BTCT chủ yếu chỉ xét từ biến tuyến tính bởi vì hiện tượng từ biến phi tuyến của bê tông chỉ xuất hiện khi ứng suất cao quá một nửa cường độ Các ứng suất thực tế dưới tác dụng của tải trọng dài hạn luôn luôn thấp hơn giới hạn nói trên, vì vậy chúng ta sẽ chỉ xét từ biến tuyến tính

Để phân tích ảnh hưởng của từ biến, người ta thường đưa ra một đại lượng đặc trưng là hệ số từ biến ϕ, là tỷ số giữa biến dạng do từ biến và biến dạng đàn hồi :

ϕ = εcc (t)/εce (t) suy ra :

εcc (t) = σc x ϕ /Ec

trong đó :

ϕ : hệ số từ biến bê tông

Ec : môđun đàn hồi của bê tông

σc : ứng suất do tải trọng tác động dài hạn

εcc (t); εce (t) : biến dạng do từ biến và biến dạng đàn hồi của bê tông

III.1.2 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TỪ BIẾN :

Để xác định hệ số từ biến người ta thường dựa vào các quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cụ thể Các quy định này phù hợp riêng với từng triết lý thiết kế và những nghiên cứu của mỗi nước Sau đây giới thiệu hai phương pháp xác định hệ số từ biến :

1 Hệ số từ biến được xác định : (theo tiêu chuẩn kỹ thuật CTGT – 272-01)

ψ(t,ti) = [3,5kckf (1,58 – H/120) ti-0.118(t-ti)0,6] /[10,0+(t-ti) 0,6]

Trong đó :

kf = 62/(42+fc’)

H : Độ ẩm tương đối (%)

kc : Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng/bề mặt của bộ phận kết cấu thể hiện ở hình 17

kf : Hệ số xét đến ảnh hưởng của cường độ bê tông

t : Tuổi của bê tông (ngày)

ti : Tuổi của bê tông chịu lực đầu tiên (ngày)

fc’ : Cường độ chịu nén quy định ở 28 ngày tuổi (Mpa)

2 Hệ số từ biến xác định bằng cách tra bảng : (Theo tài liệu của Viện Bê tông

Dự ứng lực của Hoa Kỳ)

φ(t,t0) = φd∞ βd(t- t0) + φf∞ [βf(t)- βf(t0)]

φ(t,t0) : hệ số từ biến tại thời điểm t cho mẫu BT được đặt tải tại thời điểm t0

φd∞ : hệ số từ biến đàn hồi chậm tại ∞; φd∞ = 0,4

βd(t- t0) : hệ số chỉ ra sự thay đổi của φd theo thời gian; tra theo biểu đồ hình

10

Hình 10 – Sự thay đổi của βd theo thời gian

φf∞ : hệ số từ biến chảy tại ∞; φf∞ = βc1* βc2

βc1 : phụ thuộc độ ẩm môi trường và loại bê tông; tra bảng 2

Bảng 2 - Các giá trị βc1 và λ phụ thuộc độ ẩm và loại bê tông

βc2 : phụ thuộc kích thước mặt cắt bê tông; tra theo biểu đồ hình 11; với :

hth = 2λAc/ µ

Loại bê tông

BT cứng (độ sụt 13 –

19 mm)

BT dẽo (độ sụt 13 – 19mm)

BT mềm (độ sụt 13 – 19 mm)

Hệ số độ dày

Độ ẩm môi trường

xung quanh

Trong nước – 100% 0,600 0,800 1,000 30,0 Môi trường ẩm – 90% 0,975 1,300 1,625 5,0 Ngoài trời – 70% 1,500 2,000 2,500 1,5 Môi trường khô – 40% 2,250 3,000 3,750 1,0

Hình 11 – Sự phụ thuộc của βc2 theo kích thước mặt cắt trong đó : λ - hệ số dày lý thuyết; tra bảng 2

Ac – diện tích mặt cắt bê tông (cm2)

µ - chu vi mặt cắt bê tông tiếp xúc với không khí (cm)

βf(t)- βf(t0) : hệ số chỉ ra sự thay đổi của φf theo thời gian; tra theo biểu đồ hình

hth (cm)1cm =0,39in1,12

0

t0 : tuổi lý thuyết của bê tông tại lúc đặt tải (ngày)

t : thời gian lý thuyết sau khi đúc (ngày)

III.1.3 TIÊU CHUẨN VỀ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI NHIỆT

ĐỘ :

III.1.3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ TRONG KẾT CẤU

NHỊP CẦU LIÊN TỤC :

Những tác động của nhiệt độ lên một dầm cầu đúc sẵn tương tự nhiệt độ tác động lên cả kết cấu nhịp cầu theo chiều dọc Các thông số kỹ thuật theo tiêu chuẩn của Mỹ cho phép ứng suất tăng từ 25 đến 40 phần trăm do những ảnh hưởng của nhiệt độ và sự hao hụt trong bê tông Về mặt căn bản, khi giảm ảnh hưởng hao hụt do bêtông cứng trước khi thực hiện việc liên kết, ứng suất chấp nhận được tăng lên thường cao hơn tác động của nhiệt độ và sự hao hụt thực tế Hơn nữa, ứng suất nhiệt theo chiều dọc trước hết có liên quan đến khả năng rạng nứt do tải trọng tác động lên kết cấu nhịp

Những tác động của nhiệt độ theo chiều dọc khiến cho tổng chiều dài cấu trúc tăng lên hay giảm xuống, và những nơi có sự khác nhau về nhiệt độ giữa thớ trên và phần còn lại của hộp Sự thay đổi trong chiều dài của cấu trúc có thể được điều chỉnh bởi các mối nối giãn nở, các chi tiết chống đỡ giãn nở Tác động của nhiệt độ khác nhau giữa thớ trên và thớ dưới được hiểu cho nhịp cầu đơn giản và các loại cầu liên tục

Những tác động của nhiệt độ nói chung được cho rằng đáng kể theo hướng nằm ngang nơi mà ứng suất nhiệt độ có thể tác động cùng với ảnh hưởng của ứng suất ngang

Tại các phần gần gối, thớ trên tương đối mỏng có thể làm nguội nhanh hơn nhiều so với phần thớ dưới dày hơn Điều này sẽ gây ra các ứng suất căng xung quanh mặt ngoài của mặt cắt

Với bức xạ mặt trời mạnh và kéo dài lên bề mặt cầu, không khí bên trong phần dầm hộp có thể bị đốt nóng đến hơn 1000F (380C) Khi không khí bên ngoại lạnh vào buổi tối, sự khác biệt về nhiệt độ giữa không khí bên trong và bên ngoài sẽ phát sinh ra các mômen

Các yếu tố bêtông mỏng nằm bên ngoài dưới sự bức xạ mặt trời mạnh mẽ dễ

bị các ứng suất căng đáng kể khi các bề mặt ngoài lạnh do chân cầu hưởng ứng với phần bêtông bên trong dẫn đến việc thay đổi nhiệt độ

III.1.3.2 TIEÂU CHUAÅN VEÀ XEÙT AÛNH HệễÛNG CUÛA Sệẽ THAY ẹOÅI NHIEÄT ẹOÄ :

Theo tieõu chuaồn kyừ thuaọt CTGT 272 – 01, caực yeõu caàu veà xeựt aỷnh hửụỷng cuỷa sửù thay ủoồi nhieọt ủoọ ủửụùc xaực ủũnh nhử sau :

Nhiệt độ cao nhất và thấp nhất bình quân của cầu phải lấy như quy định trong bảng 3 Để tính toán hiệu lực lực biến dạng nhiệt phải lấy độ chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất bình quân của cầu với nhiệt độ thi công được giả thiết trong thiết kế

Biên độ nhiệt cho trong bảng 3 áp dụng cho sàn cầu cao tới 2m với lớp mặt dày 100mm đối với sàn cầu bê tông và 40mm đối với sàn cầu thép Khi dùng sàn cầu cao hơn hoặc chiều dày lớp mặt khác thì cần sửa lại biên độ nhiệt cho phù hợp

hơn mặt biển trên 700m nhiệt độ thấp nhất trong bảng phải trừ bớt 5 o C

Bảng 3- Biên độ nhiệt độ cầu

Nhiệt độ lắp đặt cầu hay bộ phận của cầu đựoc lấy theo trị số trung bình thực tế của nhiệt độ không khí trong 24 giờ ngay trước khi tiến hành lắp đặt

Các biên độ nhiệt độ của cầu quy định trong bảng 3 là dựa trên biên độ nhiệt độ không khí trong bóng râm 0o C dến 45oC ở phía bắc vĩ độ 16oB (đèo Hải Vân) và + 5oC đến 45oC ở phía nam vĩ độ 16oB Khi có số liệu về nhiệt độ của địa

điểm cụ thể, có thể dùng để xác định nhiệt độ không khí trong bóng râm cao nhất

và thấp nhất với chu kỳ 100 năm và nhiệt độ cầu trong bảng 3 có thể được sửa lại cho phù hợp

Các tác động của gradien nhiệt khác nhau trong kết cấu phần trên của cầu cần phải được lấy từ cả hai điều kiện chênh nhiệt dương (mặt trên nóng hơn) và chênh nhiệt âm (mặt trên lạnh hơn)

dầm hoặc hộp thép

Mặt cầu thép trên dầm hoặc hộp thép

Gradien nhiệt theo chiều thẳng đứng trong kết cấu nhịp bê tông hay thép

bê tông liên hợp có bản mặt cầu bằng bê tông có thể lấy như trong hình 3 Các giá trị T1, T2 và T3 trong hình 13 được cho trong bảng 4 cho cả hai trường hợp chênh nhiệt dương và âm Kích thước ″A″ trong hình 13 được lấy như sau:

1 300 mm cho kết cấu nhịp BTCT có chiều cao 400 mm hay lớn hơn

2 Đối với mặt cắt BTCT có chiều cao thấp hơn 400 mm thì lấy nhỏ hơn chiều cao thực tế 100 mm

Gradien nhiệt cho trong bảng 4 dùng cho mặt cầu có lớp phủ dày 100 mm Khi dùng chiều dày lớp phủ khác đi thì các giá trị cần sửa lại cho phù hợp

Hình 13 - Gradien nhiệt trong phương thẳng đứng trong kết cấu nhịp

Thông số Gradien nhiệt dương Gradien nhiệt âm

Bảng 4- Gradient nhiệt

III.1.3.3 HIEÄU ệÙNG GRADIEN NHIEÄT TRONG KEÁT CAÁU NHềP COÙ MAậT

CAẫT NGANG HèNH HOÄP :

chiều cao kết cấu phần trên

chỉ với kết cấu dầm thép

Do bức xạ mặt trời, phần mặt trên cầu sẽ hấp thụ nhiệt khiến cho nhiệt độ

ở bản nắp hộp tăng lên, tạo ra gradien nhiệt trong các mặt cắt của kết cấu nhịp (hình 15)

Sự phân bố nhiệt độ trên mặt cắt ngang hình hộp theo dạng đường cong chưa được xác định rõ ràng, nó tuân theo một quy luật phi tuyến phức tạp Để thuận tiện cho việc tính toán, người ta đơn giản hóa quy luật phi tuyến bằng một quy luật tuyến tính có hiệu ứng tổng cộng tương tự thực tế

Một giả thuyết nữa là chấp nhận rằng gradien nhiệt không đổi theo chiều dọc kết cấu nhịp

Ví dụ một nhịp cầu đối xứng hai đầu ngàm có biên dưới dạng parabol, được xác định theo các hằng số a, b, c (hình 16)

Hình 16 – Hiệu ứng của gradien nhiệt

Ta có :

)

(s

h ds

dω =α∆θ

Trong đó: α - là hệ số giãn nở nhiệt của bêtông α = 10− 5 cho mỗi độ C

∆θ - sai lệch nhiệt độ giữa thớ trên và thớ dưới

h(s)- Chiều cao tiết diện

Góc xoay ở đầu mút đoạn dầm sẽ là:

=

2 /

.

L

ds s h

θαω

Mômen uốn sẽ là :

b a

K ∆θ ds h(s)

L

−ω ω

a,b,c

III.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DO HIỆN TƯỢNG TỪ

BIẾN, CO NGÓT :

Hiện tượng từ biến chịu rất nhiều ảnh hưởng của các yếu tố như : thời gian, nguyên vật liệu, điều kiện môi trường … Tùy vào điều kiện tại các nước, các địa phương mà các số liệu sẽ khác nhau nhưng về bản chất thì không khác nhau

Tại Việt Nam chưa có điều kiện thí nghiệm về từ biến do mất nhiều thời gian và tốn kém Các số liệu sau được tham khảo ở các tài liệu nước ngoài :

1 Thời gian tác dụng của tải trọng

Theo tài liệu của Hội bê tông Mỹ, biến dạng do co ngót :

trong đó :

t : tính bằng ngày ;

t0 : tuổi ở thời điểm kết thúc bảo dưỡng ;

εsho : biến dạng co ngót cực đại Nó biến thiên trong khoảng từ 0,000415 đến 0,00107 với giá trị trung bình :

0,00073 ( bê tông bảo dưỡng bằng hơi nước ) ; 0,00080 ( bê tông bảo dưỡng bằng tưới nước )

a = 35 với bê tông bảo dưỡng tưới nước sau 7 ngày

a = 35 với bê tông bảo dưỡng bằng hơi nước sau từ 3 đến 7 ngày

Đối với điều kiện không tiêu chuẩn phải nhân với hệ số điều chỉnh Điều kiện tiêu chuẩn ở đây : độ ẩm môi trường =<40%, chiều dày mặt

cắt bằng 6 inc độ sụt < 4inc

2 Cường độ của bê tông khi chất tải (theo Tiêu chuẩn kỹ thuật CTGT 272 –

H : Độ ẩm tương đối (%)

kc : Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng/bề mặt của bộ phận kết cấu thể hiện ở hình 17

kf : Hệ số xét đến ảnh hưởng của cường độ bê tông

t : Tuổi của bê tông (ngày)

ti : Tuổi của bê tông chịu lực đầu tiên (ngày)

sho 0

0 0

sh

) (

) ( ) ,

ε

t t a

t t t

t

− +

−

=

fc’ : Cường độ chịu nén quy định ở 28 ngày tuổi (Mpa).

Hình 17 – Hệ số kc phụ thuộc tỷ lệ thể tích/diện tích bề mặt

Để xác định tuổi của bê tông tại thời điểm đặt tải đầu tiên ti , khi bảo dưỡng bê tông bằng hơi nước hoặc bức xạ nhiệt thì tuổi một ngày tính bằng tuổi 7 ngày khi bê tông được bảo dưỡng theo phương pháp thông thường

Diện tích bề mặt dùng để xác định tỷ lệ thể tích trên bề mặt chỉ tính các diện tích bề mặt tiếp xúc với khí quyển Đối với các mặt cắt hộp kín mà khả năng thông gió kém thì tính 50% diện tích bề mặt bên trong của hộp

3 Điều kiện về môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, … )

Điều kiện môi trường mà bê tông đặt trong đó và điều kiện bảo dưỡng (nhiệt độ, độ ẩm) ảnh hưởng đến tính chất của từ biến : từ biến tăng với sự giảm độ ẩm và tăng nhiệt độ Độ lớn của từ biến phụ thuộc lượng nước trong bê tông và sự mất nước do sự khô của bê tông trong quá trình chịu tải Từ biến tăng cùng với sự tăng tính mao dẫn của các lỗ rỗng, đồng thời giảm với sự giảm tỷ lệ nước trên xi măng Nếu cùng một loại mẩu thí nghiệm được bảo dưỡng ẩm trong môi trường có độ ẩm W=50% và 100%, sau 28 ngày so với mẫu bảo dưỡng trong môi trường thí nghiệm chuẩn W=75% từ biến sẽ khác nhau là 1,3 và 0,5 lần

Nhiệt độ tăng không những làm tăng tổng biến dạng từ biến mà còn làm tăng tốc độ từ biến Từ biến lớn nhất khi nhiệt độ vào khoảng 70oC Theo thí nghiệm của các nước, biến dạng từ biến có thể lấy khoảng 1,25% cho mỗi lần tăng 1oC (điều kiện chuẩn 15oC) Khi nhiệt độ môi trường dưới

100oC thì quan hệ biến dạng từ biến với tỉ số ứng suất / cường độ vẫn tuyến tính

(t-t 1 ) Thời gian chất tải (ngày)

Thể tích Diện tích

Đối với bê tông được bảo dưỡng ẩm, không có co ngót cốt liệu, ứng

biến do co ngót tại thời điểm t, có thể xác định như sau : (theo Tiêu chuẩn

kỹ thuật CTGT 272 – 01)

εsh=-kskh [t/(35+t)] 0,51x10-3

Trong đó :

t : Thời gian khô (ngày)

ks : Hệ số kích thước quy định ở hình 18

kh : Hệ số độ ẩm, nói chung phải lấy bằng 100 ở những vùng mà độ ẩm tương đối trung bình hằng năm bao quanh vượt quá 80% có thể lấy bằng 0,86

Nếu bê tông bảo dưỡng ẩm được để lộ ra ngoài trước 5 ngày bảo dưỡng trôi qua thì giá trị co ngót cần tăng lên 20%

Đối với bê tông được bảo dưỡng bằng hơi nước không có co ngót cốt liệu

εsh=-kskh [t/(55+t)] 0,56x10-3

Hình 18 – Hệ số ks phụ thuộc tỷ lệ thể tích/diện tích bề mặt

4 Điều kiện về vật liệu (loại xi măng, loại cốt lệu cho bê tông)

• Loại xi măng :

Tùy theo yêu cầu về cường độ của bê tông có thể sử dụng các loại xi măng khác nhau Với các loại xi măng khác nhau thì quá trình thủy hóa sẽ khác nhau Xi măng mác cao thì quá trình thủy hóa nhanh, bộ xương tinh thể keo xi măng sớm vững chắc hơn nên từ biến có thể nhỏ hơn

• Loại cốt liệu :

Bản thân cốt liệu nói chung không có từ biến, nhưng vì các loại cốt liệu khác nhau có môđuyn đàn hồi (Eđh) khác nhau do đó có ảnh hưởng nhất định đến biến dạng từ biến Nếu cốt liệu có môđuyn đàn hồi cao sẽ hạn chế từ biến của xi măng

Thời gian khô (ngày)

Thể tích Diện tích