CẦU ĐÁ, CẦU BÊ TÔNG, CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Chương 3: MỘT SỐ LOẠI CẦU BTCT KHÁC
3.1. CẤU TẠO CẦU VÒM BTCT
I. Đặc điểm và các sơ đồ cầu vòm BTCT 1. Đặc điểm
+ Kết cấu chịu lực chính trong vòm là kết cấu vòm.
+ Vành vòm có cấu tạo rất đa dạng nhưng chủ yếu là các bản cong hoặc thanh cong mà hai đầu được liên kết chốt hoặc liên kết ngàm với mố trụ cầu để chúng không thể chuyển vị theo hướng nằm ngang được. Do đó tác động tĩnh tải và hoạt tải thẳng đứng lên kết cấu nhịp sẽ gây ra trong trụ mố các lực đNy ngang và gây ra trong vòm các lực nén, mômen uốn, lực cắt. Khi lựa chọn dạng đường trục vòm hợp lý cho trùng với đường cong áp lực của nó thì hầu như có thể tránh được mômen uốn vòm dưới bất kỳ tĩnh tải nào. Tuy nhiên vì trên cầu có xe chạy qua nên không thể tránh được xuất hiện mômen uốn vòm do hoạt tải. Kết quả là mặt cắt vòm luốn chịu nén đúng tâm phù hợp với tính chất vật liệu bê tông chị nén tốt. Khi thiết kế một cách hợp lý thì mômen uốn vòm không lớn kết cấu nhịp vòm tiết kiệm vật liệu hơn kết cấu nhịp dầm có cùng trị số khNu độ và tải trọng.
+ Các lực đNy ngang ở chân vòm truyền lên mố trụ khá lớn, do đó phải tăng kích thước nền móng và tăng khối lượng vật liệu làm mố trụ.
+ Xây dựng tốn vật liệu, công lao động và thời gian để làm đà giáo giá vòm cũng như các công trình phụ tạm khác phục vụ thi công vòm
2. Các sơ đồ cầu vòm + Cầu vòm không chốt
Cấu tạo đơn giản nhất và tiết kiệm nhất. Tuy nhiên, đấy là sơ đồ kết cấu siêu tĩnh bậc 3 nên có xuất hiện các lực phụ do co ngót, từ biến bê tông, do thay đổi nhiệt độ, đặc biệt là do lún mố trụ khi nền đất không đủ vững chắc.
+ Cầu vòm 2 chốt
Có 1 bậc siêu tĩnh nên các nội lực phụ cũng nhỏ hơn. Khi mố trụ bị lún thẳng đứng thì trong vòm không xuất hiện mômen phụ.
+ Cầu vòm 3 chốt
Đây là kết cấu tĩnh định nên không có các nội lực phụ nói trên. Việc thi công lắp ghép cầu vòm 3 chốt từ các nửa vòm đối xứng tương đối ít phức tạp hơn. sơ đồ cầu vòm 3 chốt không đòi hỏi điều kiện địa chất vững chắc. Nếu mố trụ bị lún cũng không xuất hiện nội lực phụ trong vòm.
Ngoài ra, căn cứ vào cao độ mặt đường xe chạy so với cao độ đỉnh vòm có thể phân loại ra: Cầu vòm chạy trên, cầu vòm chạy giữa, cầu vòm chạy dưới. Nói chung, cầu vòm chạy trên là tiết kiệm vật liệu nhất và khoảng cách giữa các sườn vòm có thể lấy nhỏ hơn so với bề rộng mặt cầu, khích thước mố trụ cũng lấy nhỏ hơn, cấu tạo mặt cầu đơn giản hơn, cao độ đỉnh trụ được hạ thấp xuống. Kết cấu nhịp vòm chạy dưới chỉ hợp lý nếu điều kiện tổng thể cầu đòi hỏi chiều cao kiến trúc thấp và cần làm vòm có thanh căng để tạo vẻ đẹp kiến trúc.
II. Các bộ phận và kích thước cơ bản
Tham số quan trọng nhất của sơ đồ cầu vòm là tỷ số giữa đường tên vòm f với nhịp vòm L. Tỷ số này càng nhỏ tức là vòm càng thoải thì lực đNy ngang càng lớn và ngược lại. Trong thực tế nên dùng tỷ lệ f/L = 1/4÷1/6. Cá biệt có cầu vòm tỷ số f/L = 1/10÷1/16.
Kết cấu vòm chịu lực chính trong cầu vòm thường có dạng các sườn vòm hoặc các cuốn vòm bản. Mỗi sườn vòm được liên kết ngang với nhau. Mỗi cuốn vòm bản thường đủ rộng nên cũng có đủ ổn định ngang. Mỗi nhịp cầu vòm có thể chỉ có 1 cuốn vòm bản với mặt cắt chữ nhật đặc.
1. Sườn vòm
l l l
l a)
b)
c)
d)
e)
Hình 3.1. Các sơ đồ cầu vòm
Mặt cắt ngang sườn vòm có thể là hình chữ nhật đặt đứng, hình chữ , hình hộp. Nếu nhịp vòm lớn nên dùng loại mặt cắt hoặc mặt cắt hình hộp để chịu mômen tốt. Chiều cao sườn vòm có thể lấy sơ bộ trong khoảng (1/30÷1/60) L nếu mặt cắt chữ nhật và trong khoảng (1/25÷1/40) L nếu dùng mặt cắt chữ hoặc mặt cắt hình hộp.
Nếu cầu vòm thi công theo phương pháp lắp ghép thì có thểdùng mặt cắt hình hộp ở các chiều dài nhịp 100÷150m.
Để đảm bảo đủ độ cứng ngang, chiều rộng các cuốn vòm bản hoặc khoảng cách giữa các sườn vòm biên phải được chọn không nhỏ hơn L /20 và không nhỏ hơn (1/5÷1/6) f.
2.2. Bản mặt cầu
bản mặt cầu làm việc theo hướng ngang chỉ nên có chiều dài nhip tính toán khoảng 2.5÷3m. Do đó nếu cự ly các sườn vòm lớn hơn trị số nói trên thì nên bố trí dầm ngang, dầm dọc phụ trong hệ thống dầm mặt cầu.
Hệ dầm và bản mặt cầu kết hợp với hệ cột chống thành hệ khung không gian của kết cấu trên vòm. ở khu vực gần đỉnh vòm phải đặt khe co giãn để tách biệt phần đỉnh vòm với phần kết cấu trên vòm. Khoảng cách các cột trên vòm có thể lấy bằng (1/10÷1/13) L và tuỳ thuộc kích thước khối lắp ghép sao cho dễ dàng vận chuyển và cNu lắp.
III. Bố trí cốt thép trong cầu vòm
Do vành vòm chính chịu nén lệch tâm và lực nén lệch tâm có thể đổi vị trí tuỳ theo vị trí đặt hoạt tải nên phải bố trí cốt thép kép. Do vành vòm chủ yếu chịu nén nên không cần đặt cốt thép dự ứng lực, mà chỉ cần đặt cốt thép đối xứng.
Cốt thép chủ thường φ24÷φ32, cốt thép đai φ10 và không vòng quá 3 cốt thép chủ.
3.2. CẤU TẠO CẦU KHUNG BTCT
I. Đặc điểm và các sơ đồ cầu khung BTCT 1. Đặc điểm
- Kết cấu nhịp liên kết cứng với mố trụ, mố trụ của loại cầu này chịu uốn - Phản lực gối ngoài thành phần thẳng đứng còn có thành phần nằm ngang - Các trụ cột bố trí cốt thép nên khích thước nhỏ
- Cột có thể thẳng hoặc xiên
- Loại cầu này thường áp dụng cho cầu vượt đường, cầu dẫn.
2. Các sơ đồ cầu khung BTCT Sơ đồ hệ khung T dầm đeo
Đây là sơ đồ hệ kết cấu tĩnh định, do đó thi công đơn giản và đủ khả năng vượt nhịp từ 80÷100m.
Sơ đồ cầu khung T có chốt
Là sơ đồ hệ kết cấu siêu tĩnh. Các chốt giữa nhịp khung cho phép có các chuyển vị dọc tương đối giữa các đầu mút hẫng của hai khung T cạnh nhau. Việc thi công giống như thi công cầu khung T dầm đeo. Do đó phần lớn cốt thép chủ chịu kéo cũng được đặt ở phần trên của các mặt cắt. Tuy nhiên có thêm chốt nên dưới tác dụng của hoạt tải có thể xuất hiện mômen dương trên đoạn kết cấu gần chốt. Tại đoạn này cần có cốt thép chủ được đặt dưới mặt cắt để chịu mômen dương.
Sơ đồ cầu khung liên tục
Là sơ đồ siêu tĩnh. Đoạn giữa nhịp sẽ có mômen dương do đó cần đặt cốt thép chủ chịu kéo ở phần dưới của các mặt cắt trong đoạn đó. Tuy nhiên, đây là hệ cầu có độ cứng lớn, kiến trúc đựp nên thường làm cầu vượt
II. Bố trí cốt thép trong cầu khung
- Cốt thép thường có thể được đặt rời từng thanh hoặc ghép thành các khung cốt thép hàn.
- Cốt thép dự ứng lực được đặt phần lớn ở vùng chịu kéo của mặt cắt. Bởi vì trong hệ ầm cầu khung có những đoạn kết cấu nhịp chịu cả mômen âm và dương nên phải đặt cốt thép chủ cả ở phần trên và phần dưới của mặt cắt theo kết quả tính toán.
Phần thứ n ăm