Chương 7 Thi công mố trụ bằng đá xây
11.12. Cầu TSARITSA ở VONGAGRAD (nước Nga)
12.3.4. Nối các phần công xôn đã đúc hẫng
Sau khi đã được đúc hẫng vươn ra hướng về nhau, hai đầu công xôn trong cùng một nhịp
được nối với nhau. Có nhiều cách để nối chúng như sau:
- Nối bằng chốt xoay hoặc chốt trượt, tạo ra hệ cầu có chốt.
- Nối bằng một nhịp dầm đeo gối giản đơn lên 2 công xôn, tạo ra hệ cầu có dầm đeo.
- Nối cứng 2 công xôn, tạo ra hệ cầu liên tục.
12.3.4.1. Hệ thống kết cấu nhịp có chốt ở chỗ nối hai đầu công xôn với nhau
Giải pháp đơn giản nhất là làm kết cấu nhịp có các công xôn dài bằng nhau và nối các
đầu công xôn với nhau bằng chốt xoay.
Các chốt này có nhiệm vụ truyền lực cắt (trường hợp có hoạt tải đặt chỉ ở trên một công xôn) và bảo đảm chuyển vị dọc tự do của kết cấu nhịp khi hai đầu công xôn trượt dọc tương đối so với nhau.
Đối với những cầu nhiều nhịp, nếu có chốt tại mọi nhịp thì mọi trụ đều phải đủ cứng khỏe để giữ được ổn định của kết cấu nhịp chịu các lực tác dụng không đối xứng.
Trong các công trình này chiều dài nhịp biên có thể:
- Bằng xấp xỉ 1/2 chiều dài các nhịp vượt sông chính, mà các nhịp này dài như nhau.
- Bằng chiều dài các nhịp chính, khi đó đầu nhịp biên được nối cứng với mố.
Các công trình này không phức tạp lắm vì chúng có dạng kết cấu tĩnh định dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và của dự ứng lực. Chúng chỉ trở thành kết cấu siêu tĩnh khi có các tĩnh tải bổ sung và hoạt tải tác dụng sau khi đã thi công chốt xong. Số bậc siêu tĩnh của công trình bằng số chốt, các ẩn lực thừa chính là các phản lực thẳng đứng truyền qua các chốt.
Ngoài ra, vì tĩnh tải lớn hơn nhiều so với hoạt tải nên mômen uốn trong kết cấu nhịp chỉ mang dấu âm, như vậy thuận tiện và đơn giản cho việc đặt các cáp dự ứng lực.
Những nhược điểm của dạng kết cấu này là:
- Có độ bền phá hoại kém hơn so với dạng kết cấu liên tục, mỗi chốt giống như một chốt dẻo mà ở đó mômen uốn bằng 0.
- Khó thiết kế và thi công chốt với chất lượng cao, khó duy tu, sửa chữa chốt.
- Phải làm nhiều khe biến dạng trên kết cấu nhịp.
- Có nguy cơ võng thấp xuống dần dần ở các đầu công xôn sau vài năm khai thác cầu vì ảnh hưởng của các biến dạng trễ do co ngót, từ biến bê tông và tự chùng của cáp dự ứng lực. Như vậy xe chạy qua cầu kém êm thuận. Có thể cải thiện tình hình phần nào nếu
ước tính chính xác được độ võng đó và tìm cách tạo ra độ vồng thi công tương ứng ngay từ lúc thi công.
Lúc mới làm xong cầu có thể nhận thấy độ vồng này bằng mắt thường nhưng chỉ sau 3 năm khai thác cầu sẽ không thấy độ vồng này nữa.
Kiểu chốt xoay nói trên có thể được thay thế bằng kiểu chốt trượt, cho phép có biến dạng dọc tự do của kết cấu nhịp nhưng bảo đảm tính liên tục hơn
Trên cầu Escaut Oriental (Pháp) đã đặt chốt kiểu trượt ở đầu các công xôn dưới dạng các kích thủy lực nằm ngang. Kích này có xylanh chứa đầy dầu (được gắn chặt vào đầu của một công xôn) và pistông (được gắn chặt vào đầu công xôn kia).
Các kích thủy lực nằm ngang này cho phép xảy ra các chuyển vị nằm ngang tự do tuỳ theo biến dạng thẳng của kết cấu nhịp, chúng cũng chịu được các chuyển vị nhanh do lực va trôi của tàu thuyền hoặc do lực hãm xe trên cầu.
Ưu điểm thể hiện rõ hơn khi xảy ra động đất. Tuy vậy giá thành kiểu chốt này khá cao.
Trong một số cầu với sơ đồ tĩnh học là vòm chốt tĩnh định, kết cấu nhịp gắn liền với mố và phải chịu cả lực đẩy ngang từ đất đắp đường. Ví dụ như cầu Grande-Côte (Pháp).
12.3.4.2. Hệ thống có dầm đeo, tựa lên hai đầu của hai công xôn
Sơ đồ hệ thống công xôn có nhịp đeo được vẽ trên hình 2.20. Dầm đeo là dầm giản đơn.
Các gối của dầm đeo có thể là gối kiểu chốt xoay, gối cao su-thép.
DÇm ®eo
DÇm ®eo
DÇm ®eo
Hình 12.27: Sơ đồ kết cấu khung T có dầm đeo và cấu tạo gối tựa đầu công xôn Hệ thống này có một số ưu điểm so với hệ thống công xôn có chốt ở giữa nhịp như sau:
- Giảm được khoảng 1/2 trị số góc gãy trên trắc dọc mặt xe chạy. Nhờ có nhịp đeo mà các chênh lệch cao độ của hai đầu công xôn ít ảnh hưởng đến độ êm thuận thông xe.
- Giảm mômen uốn trong đoạn kết cấu nhịp trên trụ vì trọng lượng dầm đeo nhỏ hơn trọng lượng phần công xôn mà nó thay thế vị trí.
Tỷ số L'/ L của chiều dài nhịp đeo so với chiều dài toàn nhịp có thể thay đổi trong phạm vi khá rộng:
- ở cầu Rio Ulua: L'/L = 36/120 = 0,30 - ở cầu Rio Parana: L'/L = 45/109 = 0,41 - ở cầu Saint-Jean-de-Maurienne: L' / L = 49,7/55,3 = 0,9
Ví dụ sơ đồ của cầu Saint - jean - de - Maurienne có các nhịp biên rất ngắn, chỉ bằng khoảng 1/3 chiều dài nhịp chính.
Nhịp dầm đeo thường có mặt cắt ngang hình chữ T ghép với các sườn bố trí trùng với vị trí các sườn của mặt cắt hình hộp của các công xôn trên hình chiếu mặt cắt ngang nhịp.
Hệ thống này cũng có những yếu điểm tương tự cưa hệ thống công xôn có chốt là có nhiều khe biến dạng. Hơn nữa khi thi công phải dùng hai loại thiết bị khác nhau: một loại cho thi công phần công xôn và một loại khác cho thi công nhịp đeo.
12.3.4.3. Hệ thống có các công xôn được nối cứng với nhau thành hệ liên tục
Các công xôn của hệ thống này sau khi thi công hẫng xong thì được đổ bê tông tại chỗ nối hoặc lắp thêm một đốt ở đó gọi là đốt hợp long. Tại đây phải đặt các cáp dự ứng lực để bảo
đảm nối cứng các công xôn thành một hệ liên tục thống nhất vững chắc. Do ưu điểm vững chắc mà từ năm 1961 đa số các cầu mới đúc hẫng ở châu Âu đều thuộc hệ thống liên tục này.
Các biến dạng thẳng đứng của hệ liên tục rất nhỏ so với của hệ thống có chốt và hệ thống có dầm đeo. Nhờ vậy xe chạy qua cầu êm thuận hơn.
Có nhiều phương pháp để thi công đốt hợp long nối các đầu công xôn với nhau như trên h×nh 12.28:
- Nếu hai đầu công xôn được đổ bê tông đồng thời thì nối hai thiết bị đúc hẫng di động lại để thi công đốt hợp long (hình 12.28a).
- Nếu hai đầu công xôn được thi công không cùng lúc thì sẽ đặt thiết bị đúc hẫng di
động lên đầu mút của công xôn thi công sau (hình 12.28b). Cũng có thể sẽ làm một đốt nối dài từ vài chục centimét đến khoảng hai mét tùy theo kích thước của loại kích thủy lực dùng để kéo căng các cáp dự ứng lực của đốt nối này.
a)
b)
c)
d)
Hình 12.28: Các cách nối các công xôn
a- đổ bê tông đốt hợp long sau khi nối cứng 2 thiết bị đúc hẫng b- đổ bê tông đốt hợp long khi chỉ dùng 1 thiết bị đúc hẫng c- đổ bê tông đốt hợp long trong bộ ván khuôn đặc biệt d- đổ bê tông đốt hợp long của kết cấu nhịp lắp hẫng
Tính chất liên tục của kết cấu nhịp được bảo đảm nhờ các cáp dự ứng lực kéo căng sau khi bê tông của đốt hợp long đã hóa cứng đủ cường độ. Các cáp này đặt trong bản đáy hộp sẽ gây ra những phản lực bổ sung trong kết cấu siêu tĩnh mà cần phải xét kỹ trong lúc tính toán kết cấu nhịp. Các mômen uốn bổ sung do sự biến đổi nhiệt độ, do từ biến có thể khá
lớn nếu trong lúc thi công đốt hợp long có sự chênh lệch nhiều giữa nhiệt độ của phần bản nắp hộp và của phần bản đáy hộp ở đầu mút công xôn. Trong suốt quá trình hóa cứng của bê tông đốt hợp long thì đốt này phải được giữ chặt trong khung đặc biệt.
Hệ thống này là siêu tĩnh dưới tác động của trọng lượng bản thân kết cấu công xôn và của dự ứng lực. Độ siêu tĩnh của nó cao hơn của hệ thống có chốt. Kết cấu liên tục đòi hỏi phải bố trí gối sao cho bảo đảm các chuyển vị dọc tự do của kết cấu nhịp mà không gây ra các mômen uốn lớn trong các trụ. Muốn vậy cần lợi dụng độ mảnh sẵn có của các trụ hoặc nhờ dùng các gối kiểu cao su-thép hoặc gối trượt.
Đối với cầu lớn có nhiều nhịp nên làm vài nhịp theo sơ đồ có chốt hoặc có dầm đeo để bảo đảm các chuyển vị nằm ngang tự do của cả hệ thống. Các khe biến dạng thường đặt cách nhau 300 - 600m. Không nên đặt khe biến dạng ở giữa nhịp mà nên đặt chúng ở các
điểm có mômen uốn bằng 0 (nghĩa là ở khoảng 1/4 nhịp để giảm độ biến dạng).
Các tính toán của cầu Oleron (Pháp) cho thấy dưới tải trọng thường xuyên thì các biến dạng thẳng đứng giảm theo tỷ lệ từ 3 đến 1, các chuyển vị góc giảm từ 15 đến 1. Các tỷ số tương tự đối với hoạt tải là 2,2 đến 1 và 3,3 đến 1.