Gỗ là loại vật liệu xây dựng tự nhiên được dùng rất rộng rãi và lâu đời. Gỗ dùng trong công trình xây dựng có các ưu điểm và nhược điểm sau:
Ưu điểm:
- Khối lượng riêng nhỏ.
- Dễ chế tạo và dễ thi công.
Nhược điểm:
- Hay bị hư hỏng do mục, mọt, hà và dễ bị cháy.
- Gỗ là vật liệu có tính cơ học không đồng nhất và không đẳng hướng nên việc sử dụng phải có chọn lọc thích hợp.
Để khắc phục những sự cố trên của gỗ thiên nhiên người ta đã áp dụng các biện pháp để bảo quản sử lý gỗ như phòng chống mục, mọt…
Gỗ sử dụng trong kết cấu chịu lực chính của cầu như cọc, dầm cầu…thường dùng các loại gỗ có tính cơ học cao như đinh, lim, sến, táu, nghiến, trai, kiền kiền…
Gỗ làm cầu cần phải lựa chọn loại cây có thân thẳng và đều (giữa gốc và ngọn không chênh lệch quá 1%) càng ít cành nhánh càng tốt, độ đàn hồi và độ dẻo dai tốt.
Trong điều kiện tự nhiên bản thân cây gỗ đã chịu nén chịu uốn dọc và uốn ngang do đoá gỗ có thể làm dầm chịu uốn làm vì giá cọc chịu nén rất phù hợp ,đó là các bộ phận cơ bản của cầu gỗ.
bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu như :dầm ,cọc nên dùng gỗ tròn tự nhiên vì nếu cưa thì mất đi một phần gỗ chịu lực đáng kể,nên bóc vỏ và phòng mục bên ngoài
3.2 VẬT LIỆU THÉP LÀM CẦU
Thép là một loại vật liệu xây dựng lý tưởng, cường độ cao, làm việc đẳng hướng (kéo, nén đều tốt). Thép xây dựng chính là một thành tựu to lớn của ngành công nghiệp luyện kim, đã tạo ra khối lượng thép lớn có tính chất cơ học và tính công nghệ đảm bảo các yêu cầu đặt ra và do vậy không ngừng mở rộng phạm vi sử dụng kim loại trong ngành xây dựng cầu trên thế giới.
Những đặc trưng cơ học chủ yếu của thép là: giới hạn cường độ, giới hạn chảy, độ dãn dài tương đối khi thí nghiệm theo kéo và độ dai va chạm. Trong kết cấu cầu, phổ biến nhất là loại thép ít cacbon số hiệu CT3 cầu và M16C.
Thép làm cầu chủ yếu là hai loại chính:
+ Thép than (cacbon): R0 = 1900kG/cm2, Ru = 2000kG/cm2, + Thép hợp kim thấp: R0 = 2000kG/cm2, Ru = 2800kG/cm2,
Thành phần thép làm kết cấu cầu:
Số hiệu thép CT3 cầu M16C
Các bon 0.14÷0.22 0.12÷0.2
Măng gan 0.40÷0.65 0.4÷0.7
Silic 0.15÷0.30 0.12÷0.25
Lưu huỳnh ≤ 0.05 ≤ 0.045
Phốtpho ≤ 0.045 ≤ 0.040
Các loại thép này có cường độ và độ dẻo khá cao, chịu gia công cơ khí và hàn tốt. Những đặc trưng cơ học chủ yếu của chúng như sau:
Thông số trạng thái CT3 cầu M16C
Giới hạn cường độ σb
(Mpa)
≥ 380 ≥ 380
Giới hạn chảy σc (Mpa) ≥ 240 ≥ 240
Độ dãn dài tương đối (%)
22 22
Độ dai va chạm ở 20oC 70÷100 35÷50 Môđun đàn hồi 2.1×105 Mpa
Khi hàm lượng Cacbon tăng lên thì cường độ và giới hạn chảy đều tăng theo nhưng lại giảm đột ngột tính dẻo và độ dai va chạm, đó là những tính chất rất quan trọng của kết cấu cầu. Khi cho thêm vào thành phần của thép một lượng nhỏ các chất phụ gia hợp kim đặc biệt và có lựa chọn như Silic, Mănggan, Niken, Crôm, Vonfram, Vadani, Titan, đồng sẽ cho phép thay đổi trong một thời gian khá rộng những tính chất cơ học và công nghệ chủ yếu của thép và có được những loại thép mới có giá trị tốt hơn.
Việc sử dụng thép cường độ cao sẽ giảm nhẹ trọng lượng bản thân của kết cấu cầu và do đó tiết kiệm được nhiều trong vận chuyển và lắp ráp. Giảm nhẹ trọng lượng bản thân kết cấu nhịp sẽ làm cho việc xây dựng mố trụ nhẹ hơn, điều này hết sức quan trọng khi điều kiện địa chất khó khăn.
Trong vật liệu thép làm cầu có thể chia làm thép kết cấu và thép liên kết:
+ Vật liệu thép làm kết cấu là các loại thép hợp kim thấp như: 15XCHД, 10XCHД, 12г2MφT, 25Л, 10г2Д.
+ Vật liệu thép liên kết : - Thép đinh tán: CT0 ÷ CT2
- Thép bu lông cường độ cao: CT45, 40X
Thép xây dựng sản xuất trong nhà máy dưới dạng thép cán có các loại mặt cắt khác nhau:
thép tấm, thép góc, thép hình các loại ( chữ I,L, T,O, [). Tuy nhiên loại thép tấm là có giá trị nhất.
3.3 VẬT LIỆU BTCT LÀM CẦU, VẬT LIỆU CÁCH NƯỚC
Các vật liệu chủ yếu làm cầu BTCT là bê tông, cốt thép thường, cốt thép dự ứng lực (cốt thép cường độ cao) và một số loại thép hình, thép bản.
1. Bê tông
Trong QT 79 các mác bê tông theo cường độ chịu nén được dùng cho kết cấu cầu là:150, 200, 250, 400, 450. Tuy nhiên trong thực tế đã dùng cả những mác khác. Ví dụ dầm dự ứng lực của cầu Thăng Long trên phần dành cho xe thô sơ đã có mác bê tông 450. Đối với mỗi mác bê tông nói trên QT 79 quy định cụ thể các trị số của cường độ tính toán chịu nén đúng tâm Rn, chịu nén khi uốn Ru, chịu cắt trượt Rc, môđun đàn hồi…
Những trị số này sẽ dược tra trong bảng phụ lục của QT.
Các mác bê tông cấp 250 – 300 thường dùng cho các kết cấu lắp ghép bằng BTCT thường. Bê tông mác 400 – 450 được dùng cho kết cấu BTCT dự ứng lực.
Trong các kết cấu nhịp, đặc biệt trong các kết cấu nhịp dự ứng lực, để đạt được bê tông mác cao có thể áp dụng các biện pháp sau:
- Dùng loại xi măng mác cao. Ví dụ PC40 thay cho loại PC30.
- Tăng hàm lượng xi măng. Đây là biện pháp không kinh tế. Nếu tăng quá nhiều xi măng sẽ có nguy cơ xuất hiện nhiều vết nứt co ngót và vết nứt do chênh lệch nhiệt độ toả ra không nhiều do quá trình thuỷ hoá xi măng ảnh hưởng xấu của từ biến cũng sẽ tăng theo.
- Giảm tỷ lệ nước/ximăng. Đây là biện pháp tốt nhưng có thể làm giảm tính dễ đổ của bê tông vì hỗn hợp bê tông có thể khô quá. Khi đó nên dùng các phụ gia hoá dẻo hoặc phụ gia siêu dẻo. Cũng cần dùng các loại đầm rung hiệu quả cao để đầm hỗn hợp bê tông.
- Tăng cường cốt liệu, chọn loại đá cứng, cát vàng tốt và sạch không lẫn sét, bụi.
- Thiết kế cấp phối hợp lý cho hôn hợp bê tông.
Các công trình cầu ở vùng ven biển và vùng môi trường ăn mòn cần loại bê tông đặc chắc, ít lỗ rỗng, nên dùng loại xi măng đặc biệt bền sun phát hoặc dùng các phụ gia siêu hoá dẻo đặc biệt. Ngoài ra còn cần dùng các tạo lớp bảo vệ bề mặt chống thNm thấu và ăn mòn.
Hiện nay hầu hết trên các công trường đều sử dụng phụ gia siêu dẻo để tạo cho bê tông đạt cường độ sớm. Ví dụ đối với dầm dự ứng lực cần có R cường độ tuổi 3 ngày bằng 80%
mác thiết kế (R3 = 80% R28) để tạo dự ứng lực sớm.
Trong quá trình thi công việc bảo dưỡng bê tông trong giai đoạn hoá cứng đầu tiên là rất quan trọng. Nó sẽ giảm các biến dạng do co ngót, từ biến, hạn chế được các vết nứt ban đầu trên bề mặt kết cấu.
2. Cốt thép thường
Hiện nay có rất nhiều các loại thép cũng như các nhà sản xuất thép khác nhau. Các loại thép này không những đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật theo Quy trình 79 mà còn đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật của một số Tiêu chuNn nước ngoài như ASTM của Mỹ, BS của Anh…
Do vậy trong thực tế thiết kế và thi công, cần phải quan tâm đến các đặc trưng cơ lý của cốt thép do đó công tác thí nghiệm cốt thép cần phải luôn được coi trọng.
Cốt thép tròn trơn thuộc nhóm A-I có đường kính từ 6÷40mm. Các cốt thép có gờ loại thép than thuộc nhóm A-II cũng có đường kính danh định tương tự. Cốt thép có gờ loại hợp kim thấp thuộc nhóm A-III.
Đặc tính quan trọng nhất của cốt thép mà có ảnh hưởng đến độ bền chung của kết cấu BTCT là giới hạn chảy của thép:
- Đối với nhóm thép A-I thì σc = 2400 kG/cm2 - Đối với nhóm thép A-II thì σc = 3000 kG/cm2 - Đối với nhóm thép A-III thì σc = 4000 kG/cm2
Môđun đàn hồi của cốt thép thanh vào khoảng 2.1×106 kG/cm2. Khả năng biến dạng dẻo của cốt thép được thể hiện qua trị số biến dạng dãn dài tương đối ở thời điểm bị kéo đứt. Ví dụ cốt thép có gờ nhóm A-II có độ dãn kéo đứt là 18%. Tính chất này có liên quan chặt chẽ đến khả năng chịu va đập, chịu uốn gập và khả năng phân bố đều ứng suất trong các nhóm ghép nhiều thanh cốt thép. Để kiểm tra tính chất này thường căn cứ vào thí nghiệm uốn gập thanh cốt thép trong trạng thái nguội.
3. Cốt thép D.U.L
Các loại cốt thép thanh hay sợi có cường độ cao hơn 6000 kG/cm2 được quy ước là thép cường độ cao. Chúng chỉ được dùng làm cốt thép dự ứng lực. Ngày nay các công ty xây dựng lớn quốc tế đều dùng đồng bộ các hệ thống dự ứng lực do các công ty chuyên cung cấp thép trên thế gới như hãng VSL, OVM, HVM… bao gồm: cốt thép cường độ cao, mấu neo, kích…Do đó trong mỗi trường hợp cụ thể khi thiết kế phải chú ý đến cốt thép cường độ cao.
Các sợi thép có thể được bện sẵn thành bó sợi xoắn gồm 3 sợi ( kí hiệu K-3), hay 7 sợi (kí hiệu K-7) , hay 19 sợi ( kí hiệu K-19). Các sợi thép có đường kinh từ 3 – 5 mm. Khi cần
thiết có thể bện nhiều bó sợi xoắn với nhau . Ví dụ kí hiệu K- 2×7 là bện 2 bó sợi K-7 với nhau.
Ví dụ cốt thép D.U.L bó xoắn 7sợi 12.7mm của hãng VSL lấy theo Tiêu chuNn ASTM A416 - cấp 270 ( chùng dão thấp):
- Giới hạn chảy : 1670 Mpa.
- Giới hạn bền: 1860 Mpa.
- Môđun đàn hồi: 195000 Mpa.
- Diện tích 1 tao: 98.7 mm2. - Lực kích : 418 kN cho mỗi bó.
- Mô đuyn đàn hồi quy ước: Es =197000Mpa - Hệ số ma sỏt : à = 0.2
- Hệ số ma sát lắc trên 1mm bó cáp: K = 6.6×10-7 (mm-1) 4. Vật liệu cách nước
Vật liệu cách nước dùng trong cầu BTCT để làm lớp phòng nước, không cho nước thấm vào kết cấu BTCT. Vật liệu được dùng chủ yếu như vải tNm bi tum hoặc vật liệu làm từ sợi Amiăng.
Phần thứ hai