Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương I: Cầu giàn thép - Nguyễn Ngọc Tuyển (Phần 6)

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Chương I: Cầu giàn thép - Nguyễn Ngọc Tuyển (Phần 6)

1. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Website: Website: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU THÉP 2 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: Link dự phòng: ‐in‐ vietnamese/ cau‐thep‐2 Hà Nội, 11‐2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) • (2). Lắprápkếtcấunhịp theo p.pháp lắphẫng – Phương pháp lắphẫng thường đượcápdụng khi cầucótừ 2 nhịptrở lên và có điềukiện địa hình, sông nướckhókhăncho vấn đề thiếtlập giàn giáo sàn đạo liên tụcdướicầu. 96 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 1
2. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Mộtsố vấn đề phảigiải quyếtkhilắphẫng • Đảmbảosựổn định không bị lật • Đảmbảosự chịulựccủakếtcấu đặcbiệt là các thanh làm việckhác dấuso vớithiếtkế chịutảitrọng khai thác – Nếu đoạn đường đầucầucóthể cho phép lắphẫng sẵntrước mộtnhịp thì dùng ngay nhịp đólàmđốitrọng để lắphẫng nhịp chính thức. • Nhịp đốitrọng đượclắprápnhư thựchiệnlắp trên giàn giáo liên tục 97 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Trường hợp không thể lắpnhịp đốitrọng trên đoạn đường đầucầuthìcóthể làm một đoạn giàn giáo để lắprápmột phầnnhịplàmđốitrọng. • Đôi khi có thể chấtthêmtải để tăng đốitrọng bảo đảmsựổn định – Chiềudàiđoạnhẫng khi lắp ráp quyết định bởi điềukiện ổn định và điềukiệnchịulựccủakếtcấu 98 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 2
3. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Có thể áp dụng mộtsố giải pháp sau đây cho phương pháp lắp hẫng: • Dùng cộtvàdâycăng để: (1) Giải quyếtvấn đề ổn định; (2) Giảiquyết vấn đề chịulực; và (3) Điềuchỉnh cao độ đầu nút. • Gia cố các thanh để giải quyếtvấn đề chịulực • Kích điểmkêtrêntrụđểđầumútkếtcấucóthể gối đượclêntrụ chính Kích 99 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Thông thường chiềudàiđoạnhẫng khoảng (0.3‐0.5) L – Khi lắphẫng cầnphải đảmbảo các nguyên tắcsau: • Phầnkếtcấu đãlắprápphảilàtam giác khép kín để không thể biến hình (cả về giàn chủ và hệ liên kết, hệ dầmmặtcầu ). • Thanh lắptrước không cảntrở thao tác lắp thanh sau. • Mối liên kếttại các nút không đượcchậm quá 2 nút đốivới nút đang lắptạm • Trong trường hợpcầu nhiềunhịp và công tác lắphẫng tiếnhànhtừ 2 bờ vào giữathìhợplong sẽđòi hỏi độ chính xác rất cao. => Đôi khi để giảmbớtkhókhăn, khi thiếtkế có thể sử dụng giải pháp các lỗđinh củanửabản nút hợplong sẽ khoan tạicôngtrường vào công đoạnlắp ráp cuối cùng. 100 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 3
4. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) • (3). Phương pháp lao kéo kếtcấunhịpvàovị trí cầu – Phương pháp này có một ưu điểmlớn là rút ngắnthờigianthi công vì: • Song song vớiviệcxâydựng mố và trụ, công tác lắp ráp kếtcấunhịp đượctiếnhànhtạicôngtrường • Sau khi hoàn thành mố trụ sẽđakếtcấunhịp vào vị trí bằng phương pháp lao kéo 101 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Đường lao đượccấutạonhưđường lao đốivớicầudầm. Tuy nhiên điềukhácbiệtlàđường lao chỉđặttạivị trí các nút của giàn chủ 102 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 4
5. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Kếtcấunhịp đượclắpráptrênđường đầucầu, sau đósẽ lao ra vị trí theo đường tim cầu. => khi đóphương pháp lao gọilà lao kéo dọc. – Trường hợpthaykếtcấunhịpcầucũ thì kếtcấunhịpmớiphải lắprápở bên (song song vớituyếncũ) để vẫn đảmbảogiao thông. => kếtcấunhịp đượclaokéodọcrồi lao ngang vào vị trí. • Khi lao ngang vào vị trí thường thiếtlập đường lao ở vị trí trụ và mố. Nếucầnthiếtcóthể mở rộng để dễ dàng cho công việc thao tác. • Đường lao ngang thường đặtdướidầmngangđầunhịp 103 Thi công cầu giàn thép (t.theo) 104 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 5
6. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Khi lao dọckếtcấunhịpsẽ có thời điểm đầunhịplàmviệc hẫng => để đảmbảovấn đề ổn định và chịulựccủakếtcấu cầuphảitínhtoánvàápdụng các giải pháp tương tự như trong phương pháp lắphẫng. • Trong lao kéo dọccòncóthể sử dụng mũidẫn để có thể vươnmũidẫn xa mà không cầnthiếtcấutạo nhiềutrụ tạm(thậmchíkhôngcầnthiết lậptrụ tạmtrongmộtsố trường hợp). MMu~ũi iddâ~nẫn 105 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Về mặtnguyêntắc, nếuchỉ cần đảmbảovấn đề ổn định chống lậtthìcũng có thể sử dụng đuôi dầm làm nhiệmvụđốitrọng. – Trong phương pháp lao kéo dọccòncóthể sử dụng trụ nổi để đỡ kếtcấunhịp. Tuy nhiên, phương pháp này phứctạp ở giải pháp điềuchỉnh liên tụcsự cân bằng trong quá trình lao nhằm đảmbảoáplựclêncáccon lăntrênđường lao. 106 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 6
7. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) • (4). Phương pháp lao kếtcấunhịpbằng chở nổi – Lao cầubằng phương pháp chở nổirấtkinhtế khi phảilắp đặt nhiềunhịpvàkhiđiềukiệnsôngnước không cho phép thiết lập đường lao, trụ tạm để có thể lao kéo. – Áp dụng phương pháp chở nổithời gian thi công có thể rút ngắndo có thểđồng thờivừaxâydựng mố trụ cầuvừalắpráp các nhịp. – Nơilắprápkếtcấunhịpthường bố trí ở hạ lưuvị trí cầu để khi chở nổilênlắp đặtsẽ an toàn hơndo • Tốc độ chở nổisẽ bằng tốc độ tàu lai dắttrừđitốc độ dòng nước • Nếucósự cố thì không lo ngạivađậpvàotrụ cầukhimấtsựđiều khiển 107 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Kếtcấunhịpsaukhiđãlắp ráp hoàn chỉnh được lao ngang trên đường trượtrabến để phương tiệnchở nổivàođón, nâng lên và chở nổi đirađặtvàovị trí cầu. – Khi nâng cấtkếtcấunhịpbằng phao cầnkểđếnnhững độ võng củakếtcấunhịpkhicòngốitrênđường lao, khi đãgối lên phao, khi lắp đặttrêntrụ cầu – Xử lý vấn đề nâng hạ kếtcấucóthể giải quyếtbằng cách bơm hoặc hút nước trong khoang chứacủa phao chở nổi. – Để đảmbảoan toàn, tạivị trí bếnlấykếtcấu đivàvị trí lắp đặt kếtcấuvàotrụ cầunênsử dụng hệ thống tờivàneo để dễ dàng và chính xác hơnkhilaolắpkếtcấunhịp. Hệ thống tời phảibaogồmtờikéovàtờihãm. 108 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 7
8. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Thi công cầu giàn thép (t.theo) (2). Chở nổikếtcấunhịpcầu vòm thép dây treo dạng lưới (1). Lắpdựng kếtcấunhịpcầu vòm thép dây treo dạng lưới 109 1.8. Tính toán thi công cầu giàn thép • (1). Tính toán thi công cầugiànthéplắphẫng – Nguyên tắctínhtoántrongthicônglắphẫng • Kiểmtraổn định chống lật • Kiểmtrađiềukiệnchịulựccủa thanh giàn • Tính toán trụ phụ Tính toán theo điềukiệnchống lật – Gọi điểmO là điểmtựa để xét sựổn định – Trường hợpsử dụng trụ phụ thì điểmO nằmtrêngốikêtrên trụ của đoạnhẫng phải đảmbảo Trong đó: M giu • m Mgiu = mô men giữ cho kếtcấukhỏibị lật(=P.C) • M = mô men gây lật(=P.C + P .C ) M lat lat h h c c • m = hệ số an toàn (thường lấym = 1.3) 110 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 8
9. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) – Khi tính trọng lượng kếtcấu, cầncẩuvàcáctảitrọng khác cần đưavàocáchệ số tảitrọng theo quy phạm thi công. Ngoài ra, trong tính toán còn xét tổ hợptảitrọng có lựcgióthổigâymất ổn định trong phương ngang củakếtcấu. Tính toán theo điềukiệnchịulựccủa thanh giàn – Các thanh giàn đều phát sinh nộilực trong quá trình lắphẫng. Tuy nhiên, thường chỉ cầnkiểm tra các thanh giàn ở khoang có đoạnhẫng lớnnhất(tức là khoang giàn phía hẫng của điểm tựaO). – Nộilựctrongthanhbiêntínhnhư sau: Trong đó: M lat N • Mlat = mô men gây lật h • h = chiều cao giàn 111 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) – Nộilực trong thanh xiên tính như sau: PP Trong đó: D hc • P = trọng lượng phầnhẫng sin h • Pc = trọng lượng cầncẩu • α = góc nghiêng của thanh xiên – Chú ý: • Thông thường, kếtcấugiànthường có 2 giàn chủ nên lựcdọctính được cho thanh đứng (N) và thanh xiên (D) phảichia đôi (tức là nhân vớihệ số 0.5) • Tuy nhiên, có thể phảixéttớisự phân phối không đềugiữa2 giàn chủ nên có thể tính nộilựccủa thanh trong giàn chủđang xét bằng cách sử dụng hệ số 0.7 112 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 9
10. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) Tính trụ phụ – Để tính trụ phụ => cầnphảixácđịnh đượcáplựclêntrụ phụ. • Về nguyên tắc, áp lựctruyềnlêncácđiểmkêtínhtheosơđồgiàn liên tục(coilàdầm liên tục) hoặcgiànkêtrên2 gối để đơngiảnhóatính toán và thiên về an toàn. • Khi xem giàn là giàn kê trên 2 gốithìmộtgốilàtrụ tạm, gốithứ hai sẽ đượcchọnlàmộtgối ở phầngiữa đoạnlắptrênbờ. • Trường hợp có nhiềutrụ tạmthìcoikếtcấugiànkêtrên2 gối, mộtgối trên trụ tạmxanhấtvàmộtgối ở phầnlắpgiàntrênbờ • Kếtquả tính củatrụ phụ cầntínhvớicả tổ hợptảitrọng có lựcgió. 113 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) • (2). Tính toán thi công lao kéo – Trong thi công lao kéo thường phải tính: • Lựckéocầu • Đường lao • Chiềudàiđoạnhẫng tối đacủakếtcấu • Trụ tạm để đỡ phầnhẫng  Lựckéocầu đượcxácđịnh bằng biểuthức: Trong đó: f  P • T = lựckéocầnthiết T • P = trọng lượng kếtcấuvàcácthiếtbị phụcvụ cho việcthi r công đặt kèm cùng kếtcấu và cùng di chuyểnkhilaokếtcấu. • f = hệ số ma sát (nếusử dụng con lăncóthể lấyf=0.05‐0.07) • r = bán kính con lăn 114 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10
11. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo)  Tính đường lao • Đường lao tính toán vớiáplựctruyềntừ các con lăn • Lực cho phép đốivớimộtcon lănphụ thuộcvàođường kính con lănvà sốđiểmtiếpxúcvớiray đường trượt(cósố ray ít hơn) • Lực cho phép tạimột điểmtiếpxúcchoở bảng dưới đây: Đường kính con lăn (mm) Lực cho phép (T) 80 3 100 5 120 6 140 8 • Căncứ vào áp lựctừ kếtcấutruyềnxuống điểmkêđể thiếtkếđường lao và số lượng con lănmỗi điểmkê • Cầnchúý sự phân bố không đềucủaáplực điểmkêtương ứng vớicác trạng thái kếtcấu trong quá trình lao cầu. 115 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo)  Tính chiềudàiđoạnhẫng tối đa • Chiềudàiđoạnhẫng tối đakhilaokéodọckếtcấunhịpxácđịnh theo điềukiện ổn định và điềukiệnchịulựccủa các thanh giàn • Việckiểmtraổn định tiếnhànhtương tự như phương pháp lắphẫng: Trong đó: M giu • m Mgiu = mô men giữ cho kếtcấukhỏibị lật • M = mô men gây lật M lat lat • m = hệ số an toàn (thường lấym = 1.3) Có thể coi trọng lượng kếtcấu phân bố không đều theo chiều dài. Khi đómômen giữ và mô men lậtsẽ là: ql l 2 M h giu 2 Trong đó: • q = trọng lượng kếtcấuvàcácthiếtbị ql 2 phụcvụ cho công việc thi công lao kéo M h lat 2 116 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 11
12. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) • Kiểmtratheođiềukiệnchịulực các thanh dầm – Nộilực trong thanh biên: ql 2 N h 2h – Nộilực trong thanh xiên: ql D h sin – Căncứ vào các điềukiệnvềổn định và về chịulựccủa thanh giàn sẽ xác định đượcchiều dài hẫng lh. Chiều dài hẫng lh là trị số nhỏ hơn trong hai giá trị củalhxácđịnh theo hai điềukiện. – Trong trường hợpsử dụng mũidẫn thì nguyên tắctínhtoáncũng tương tự, nhưng cầnlưuý tảitrọng mũidẫnnhẹ hơn nhiềuso với kếtcấunhịp 117 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo)  Tính toán trụ tạm • Tính toán trụ tạm để phụ trợ cho thi công lao kéo dọckếtcấunhịpvề nguyên tắcgiống như khi tính trụ phụ trong thi công lắphẫng. • Tuy nhiên, ngoài áp lựcthẳng đứng truyềntừ kếtcấunhịpcầuphải tính thêm áp lực ngang do kếtcấutrượttrênđỉnh trụ. Áp lực đó được xác định như sau: H fQ Trong đó: • Q = áp lựctruyềntừ kếtcấulêntrụ (cầnphảitínhtoánvớisơđồsao cho Q đạt đượctrị số lớnnhất); • H = lực ngang do kếtcấulaodọctruyềnlêntrụ; • f = hệ số ma sát qua hệđường trượt. 118 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 12
13. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) • (3). Tính toán thi công chở nổi – Trong thi công phương pháp chở nổicần quan tâm tớitính toán các phương tiệnchở nổi là phao, xà lan – Để đảmbảoviệcvận chuyểncầnxácđịnh độ chìm và độ nghiêng lệch (độ ổn định) củacácphương tiệnchở nổi. – Độ chìm của phao xác định trong 2 trường hợp: • (1). Khi không có lực tác dụng ngang (ví dụ gió thổi) lên hệ chở nổivà lên kếtcấunhịp. • (2). Khi có lựcngangtácdụng 119 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) – (1). Khi không có lựctácdụng ngang, trọng lượng củakếtcấu nhịpQ1 và củahệ chở nổiQ2 bằng G đạttạitrọng tâm “g” làm cho phao chìm một độ chìm là “t”: G t  Ap Trong đó: • Ap = Diệntíchtiếtdiện phao tạimớnnước; • α = Hệ số kể tớihìnhdạng của phao; • f = hệ số ma sát qua hệđường trượt. • Hệ nổivàkếtcấunhịp cân bằng vớilực đẩynướcD tạitâmkhốinước choán chỗ “c” cùng nằmmớitrọng tâm “g” trên một đường thẳng đứng 120 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 13
14. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Tính toán thi công cầugiànthép(t.theo) – (2). Khi có lựcgióthổiW1 lên kếtcấunhịpvàW2 lên hệ chở nổi gây ra mô men quay quanh tâm “c” làm toàn bộ hệ thống nghiêng đi1 góc “Φ”. • NgẫulựccủaG và D giữ cho hệ thống cân bằng ở trạng thái mới, tứclà M o Ge W11 h W 2 h 2 Trong đó:  h1, h2 = Lầnlượtlàkhoảng cách từ các lựcW1, W2 đếntâm“c”;  e = Cánh tay đòn củangẫulựcG và D. ea sin   Φ = góc nghiêng củahệ thống do lựcgió  Điểm“m” đượcgọilàtâmảocủacả hệ thống, là giao điểmcủa đường thẳng đi qua tâm khốinước choán chỗ mới(saukhihệ thống bị nghiêng đi) và đường trụccủahệ thống. 121 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo)  ρ = khoảng cách từ tâm ảo“m” đến điểm“c”, gọi là bán kính ảo: I V  V = khốilượng nướcbị choán chỗ (bằng D);  I = mô men quán tính tiếtdiện phao (xà lan) tạimớnnước • Từ các biểuthứccủamômen do lựcgió, cánh tay đòn ngẫulựcvàbán kính ảo cho phép xác định được góc nghiêng Φ • Độ chìm của phao khi có lựcngangsẽ là: GB ttg   Ap 2 • Thường phải đảmbảomớnnước đếnmặttrêncủa phao không được nhỏ hơn0.5m. 122 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 14