Chương 7 Thi công mố trụ bằng đá xây
11.3. Mũi dẫn , trụ tạm , hệ cột tháp- dây xiên
11.3.1. Các vấn đề liên quan đến thiết kế mũi dẫn
Mũi dẫn có thể làm bằng thép hoặc băng BTCT dự ứng lực, có thể được dùng
độc lập hoặc kết hợp với hệ cột tháp - dây treo xiên, hoặc kết hợp với hệ thống trụ tạm. Tuy nhiên rất nhiều cầu đã được thi công mà chỉ dùng mũi dẫn thép. Cách làm này có các ưu điểm sau đây :
- Chế tạo mũi dẫn tương đối đơn giản từ các kết cấu đà giáo, thép hoặc dầm thép phụ tạm sẵn có, cũng có thể làm riêng loại mũi dẫn để sử dụng cho nhiều cầu.
- Giá thành không cao, dễ tháo-lắp, vận chuyển đến công trường dù đường xÊu.
- Dễ dàng nối ghép với dầm BTCT dự ứng lực cần lao dọc, cũng dễ tháo dỡ chóng.
- Không cần bảo dưỡng mũi dẫn trong quá trình lao đẩy dọc.
11.3.1.1 - Chọn chiều dài hợp lý cho mũi dẫn
Xét về mặt chịu lực trong quá trình kích đẩy dầm cầu, nên lấy chiều dài mũi dẫn dài bằng ( 0,6 - 0,7 ) của trị số khẩu độ nhịp là thích hợp.
Chiều dài hợp lý của mũi dẫn nên chọn sao cho mômen âm cực đại phát sinh trong dầm khi kích đẩy ( tải trọng thời kỳ đầu) bằng mômen âm tại gối trong giai
đoạn khai thác cầu.
11.3.1.2. Chọn độ cứng của mũi dẫn
Phân tích về mặt chịu đựng của dầm: khi kích đẩy trong dầm xuất hiện hai lần mômen âm cực trị, cực trị lần đầu ( cực trị 1) xuất hiện khi mũi dầm tới sát trụ phía trước mà chưa đặt lên trụ, khi dầm dẫn đã gác lên trụ, mômen âm giảm hẳn, sau đó dầm càng tiến lên, mômen âm dần dần lại tăng lên cho tới một vị trí nào đó thì xuất hiện cực trị lần thứ hai ( cực trị 2).
Hình 4-10 : Sơ đồ mô men uốn lúc lao dọc
Độ cứng của dầm dẫn lớn thì cực trị 1 lớn, cực trị 2 nhỏ, ngược lại độ cứng dầm dẫn nhỏ thì cực trị 1 nhỏ, cực trị 2 lớn.
- Xét về mặt chịu lực, độ cứng của dầm dẫn phải chọn sao cho để cực trị giảm nhỏ, đồng thời cực trị 1 và cuqjc trị 2 gần bằng nhau. Căn cứ vào yêu cầu đó, tỷ lệ
độ cứng thích hợp là 1/9-1/15 so với độ cứng của dầm.
- Trên đây mới chỉ xét riêng về mặt chịu lực của dầm, còn mặt khác cần xét tới là độ võng của mũi dầm dẫn khi ở trạng thái hẫng. Độ cứng nhỏ một chút có lợi là giảm nhỏ được cực trị 1, nhưng nếu vì thế mà độ võng mũi dầm quá lớn thì không có lợi cho việc kích đẩy, hoặc cần phải bố trí điểm tạm đẻ nâng dầm. Như vậy độ cứng quá nhỏ cũng không tốt.
+ Căn cứ vào hai điều trên, tính toán và so sánh để quyết định lựa chọn tỷ lệ
độ cứng (kinh nghiệm của Trung Quốc là khoảng trên dưới 1/10 là tốt nhất).
Trong nhiều trường hợp người ta dùng mũi dẫn dạng dàn và dạng đặc bụng, hoặc kết hợp một dạng dàn với một đoạn dầm đặc bụng. Ví dụ như ở Trung Quốc
đã sử dụng dàn quân dụng T66 làm mũi dẫn. Thông dụng nhất là mũi dẫn kiểu dầm
đặc bụng có các sườn tăng cường đứng và sườn tăng cường ngang.
Vì đáy mũi dầm liên tục chịu lực tập trung rất lớn ở chỗ tiếp xúc với ụ trượt nên phải kiêm toán ổn định cục bộ bụng dầm và đắt sườn tăng cường. Đầu dưới của sườn tăng cường được hàn vào bản cách dưới hoặc tỳ qua bản đệm dày 16-20mm, rộng 30-40mm, bản đẹm này hàn vào sườn cứng đứng, không hàn vào bản cách dưới. Đáy dầm dẫn phải thật trơn chu, khống chế vị trí phía trước, phía sau, bên phải, bên trái, khống chế chênh lệch cao độ đáy dầm.
Ưng lực tính toán trong các dầm chủ của mũi dẫn được xác định có xét đến sự làm việc không đều của hai dầm chủ đó. Đấy là hậu quả của sự gồ ghề chênh lệch cao độ đáy hai thiết bị trượt gần nhau, sai số lắp ráp dầm hay mũi dẫn, chuyển vị quay của trụ hoặc lún không đều của trụ v.v... Đã có trường hợp phát hiện thấy ứng lực toàn bộ lên mũi dẫn thực tế chỉ do một dầm chủ của nó chịu.
Độ cứng chống xoắn của mặt cắt mũi dẫn tăng đột ngột ở chỗ có dầm ngang và lớn nhất ở cuối mũi dẫn sát đầu dầm BTCT. Hơn nữa, độ cứng chồng xoắn chung của đoạn đầu của hệ dầm đang lao dọc tăng dần theo mức độ trườn qua thiết bị trượt của mũi dẫn và mức độ tiến đến gần trụ của mặt cắt nối mũi dẫn với dầm BTCT lúc đó càng chiếm gần hết nhịp cầu.
Phải xét đến hệ số vượt tải khi tính toán các kết cấu phụ tạm phục vụ thi công. Đối với mũi dẫn có thể lấy hệ số vượt tải thay đổi theo chiều dài tương ứng với điều kiện làm việc của nó.
hình 4-11 : Cấu tạo mối nối mũi dẫn với dầm BTCT
1- Dầm chủ của mũi dẫn 2- Xà ngang thép tỳ vào bản nắp hộp dầm BTCT 3- U neo danh cho cốt thép dự ứng lực phía trên
4- Bó cốt thép dự ứng lực phía trên 5- Dầm BTCT được lao dọc 6- Bó cốt thép dự ứng phía dưới 7- Chi tiết thép chờ
8- Xà ngang tỳ vào bản đáy hộp
9- Bản thép nối ở mối nối bản bụng của mũi dẫn với đầu kết cấu BTCT 10- Mấu neo cốt thép dự ứng lực.
Bảng 4-1
Hệ số vượt tải để tính mũi dẫn Tác động tính
toán Đoạn của mũi dẫn Các nội dung tính toán
0 -
1/3 l 1/3l -
2/3l 2/3
l - l Phản lực thẳng
đứng 1,9 1,6 1,3 Tính toán ép dập mật và
uốn lên thành thẳng đứng và sườn cứng, tính về ổn
định cục bộ của thành dầm, tính cường độ các liên kết ngang, tính xoắn.
Lực cắt 1,9 1,6 1,3 Tính về ứng xuất chủ, ứng
suÊt tiÕp khi uèn, tÝnh vÒ cường độ mối hàn và
liên kết, cường độ mối nối ở nhà máy và ở công trường.
Mô men uốn 1,9 1,6 1,3 Tính toán ứng suốt chủ và
ứng suất pháp khi uốn đối với
độ bền mối hàn,
các kiên kết và các mối nối, tính ổn định dạng uốn phẳng, tính về cường độ
và độ ổn định hệ liên kết dọc và các liên kết của hệ đó.
Ghi chú: Trong mục tính về "lực cắt", để xét đến độ cứng lớn của chỗ nối mũi dẫn vào dầm BTCT, đối với tính toán bu lông liên kết bụng dầm chủ của mũi dẫn thì được phép lấy các trị số tiêu chuẩn của lực cắt.
Theo tính toán của các tác giả người Nga, khi chấp nhận các dung sai đã nêu trước đây thì chỉ cần xét hệ số vượt tải về sự làm việc không đều của hai dầm chủ của mũi dẫn bằng 1,3, giống như khi tính các kết cấu đang được kích nâng. Tuy nhiên các dung sai đã nêu ra là quá cứng nhắc. Nếu sai lệch của kết cấu ở chỗ tỳ lên thiết bị trượt tăng với +3mm, ví dụ tăng đến 10mm (số này lớn hơn thực tế) khi thi công các nhịp dầm dài 40-60m thì các hệ số vượt tải để tính toán mũi dẫn có thể lấy theo bảng 4-1
Để nối mũi dẫn vào dầm BTCT có thể dùng kiểu mối nối bê tông có các cốt thép dự ứng lực với một đầu neo vào mũi dẫn, còn đầu kia neo vào dầm BTCT.
Trị số dự ứng lực nén cần phải đảm bảo thắng được tác động mômen uốn ở mặt cắt ngàm mũi dẫn trên mọi giai đoạn thi công lao dọc, không cho xuất hiện các ứng suất kéo trong mối nối.
Đuôi mũi dẫn thép để nối vào dầm BTCT thường có dạng khung cứng thép (hình), bộ phận nằm ngang của khung cứng này là một xà ngang áp sát trực tiếp vào bề mặt bên của bản nắp hoặc bản đáy hộp dầm BTCT. Xà ngang này đồng thời
được dùng để neo các bó cốt thép dự ứng lực, vì vậy trong nó phải chứa các rãnh khe hở hình vuông hay hình chữ nhật.
Độ lớn của lực dính ở bề mặt tiếp xúc của mũi nối bê tông với bề mặt thép
đuôi mũi dẫn phụ thuộc nhiều vào trạng thái bề mặt thép và vì vậy không nên xét trong tính toán về sự truyền ứng lực cắt trượt ở mối nối. Bản bụng thẳng đứng của mũi dẫn được nối với dầm BTCT bằng các bản nối có bu lông thông thường. Mối nối này được tính toán chịu toàn bộ lực cắt xuất hiện trong quá trình lao dọc tại mối nèi mòi dÉn víi dÇm BTCT.
Các xà ngang phía trên và phía dưới dùng để neo giữ các bó cốt théo dự ứng lực được tính toán như dầm trên nền đàn hồi dưới tác động của các ứng lực nằm ngang trong các bó cốt thép dự ứng lực, cũng như chịu các ứng lực nằm ngang tập trung, được truyền từ các dầm chủ như của mũi dẫn lên các xà ngang.
Thiết bị để đón mũi dẫn tỳ lên trụ trong quá trình lao dọc dùng để kích nâng
đầu mũi dẫn và đưa nó tỳ vào thiết bị trượt. Nó được thiết kế theo độ võng công - xon lúc hẫng nhất. Thiết bị này có dạng công - xon ngắn được gắn chặt vào dầm chủ của mũi dẫn hoặc gắn vào dầm ngang cường nối đầu của hai dầm chủ của mũi dẫn với nhau. Bên dưới công - xon này có đặt kích vít với đế rộng có thể đặt tấm trượt. Chẳng hạn, ở một số cầu đã dùng kích vít loại 20T với độ duỗi của Pistông là 50cm.
Trên các hình vẽ từ đến giới thiệu sơ hoạ cấu tạo mũi dẫn đã sử dụng ở cầu MET (Lang-Sơn) và cầu HIÊN-LƯONG (Quảng Bình)
Hình 4-12 : Mũi dẫn thép dùng ở cầu Hiền-Lương