Giáo trinh Thiết kế cầu bê tông cốt thép - Phạm Văn Thái

282 trang hapham 1710

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trinh Thiết kế cầu bê tông cốt thép - Phạm Văn Thái", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_thiet_ke_cau_be_tong_cot_thep_pham_van_thai.pdf

Nội dung text: Giáo trinh Thiết kế cầu bê tông cốt thép - Phạm Văn Thái

Tr−ờng đại học xây dựng KHoa cầu đ−ờng - Bộ môn cầu hầm Phạm Văn Thái - Nguyễn Bình Hμ Thiết kế cầu bê tông cốt thép Hμ nội -10/ 2003
Giáo trình Cầu BTCT 1 Mục lục 1. khái niệm chung về cầu bê tông cốt thép 7 1.1. Sơ l−ợc lịch sử phát triển cầu BTCT 7 1.1.1. Việt Nam: 9 1.2. Ph−ơng h−ớng phát triển 11 1.3. Đặc điểm cơ bản của cầu BTCT 12 1.3.1. Vật liệu: 12 1.3.2. Ưu điểm: 12 1.3.3. Nh−ợc điểm 12 1.4. Phạm vi áp dụng 12 1.5. Các Tiêu chuẩn thiết kế 12 1.6. Hệ thống cầu dầm: 14 1.6.1. Cầu dầm, cầu bản nhịp giản đơn 14 1.6.2. Cầu dầm mút thừa: 14 1.6.3. Cầu dầm Liên tục: 16 1.7. Hệ thống cầu khung 17 1.8. Hệ thống cầu Vòm: 19 1.9. Hệ Liên hợp vμ cầu treo: 19 1.10. Hệ thống cầu dμn BTCT: 21 2. Vật liệu dùng trong cầu Bê tông cốt thép 22 2.1. Bê tông 22 2.1.1. Yêu cầu chung 22 2.1.2. Một số tính năng cơ lý của bê tông 22 2.1.2.1. C−ờng độ 22 2.1.2.2. Biến dạng của BT 23 2.1.2.3. Mô đuyn đμn hồi (nén) vμ mô đuyn cắt: 24 2.2. Cốt thép 25 2.2.1. Yêu cầu: 25 2.2.2. Một số tính năng cơ lý chủ yếu 25 2.2.3. Chế tạo cốt thép 26 3. Cầu bản Bê tông cốt thép 27 3.1. Đặc điểm 27 3.2. Các sơ đồ cầu bản 27 3.3. Cấu tạo cầu bản đúc tại chỗ 28 3.4. Cấu tạo cầu bản lắp ghép vμ bán lắp ghép 32 3.4.1. Cầu bản lắp ghép 32 3.4.2. Cầu bản bán lắp ghép 35 3.5. Cầu đ−ờng sắt 37 4. Cầu dầm giản đơn BTCT th−ờng vμ bê tông cốt thép ứng suất tr−ớc 38 4.1. Khái niệm về cầu dầm BTCT: 38 4.2. Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn toμn khối 38 4.2.1. Phần Bản 39 4.2.2. Dầm chủ 39 4.2.3. Dầm ngang 39 4.2.4. Dầm dọc phụ 40 4.2.5. Ví dụ 40 4.3. Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn lắp ghép 40
Giáo trình Cầu BTCT 2 4.3.1. Khái niệm: 40 4.3.2. Phân loại (Các sơ đồ mặt cắt ngang) 42 4.3.3. Các ph−ơng pháp phân khối trong kết cấu nhịp lắp ghép 42 4.3.4. Cấu tạo mối nối 43 4.3.5. Các kích th−ớc cơ bản 44 4.3.6. Cầu dầm giản đơn trên đ−ờng sắt 46 4.4. Kết cấu Bán lắp ghép 46 4.5. bố trí cốt thép 46 4.5.1. Cốt thép bản mặt cầu 46 4.5.2. Cốt chủ 47 4.5.3. Cốt thép chống co ngót: 48 4.5.4. Cốt xiên 49 4.5.5. Cốt đai: 49 4.5.6. Mối nối 50 4.5.7. Một số yêu cầu khác 50 4.6. Khái niệm về kết cấu bê tông cốt thép ứng suất tr−ớc (BTCTUST): 51 4.7. Các ph−ơng pháp tạo ứng suất tr−ớc trong bê tông 51 4.7.1. Ph−ơng pháp kéo cốt thép tr−ớc khi đổ bê tông (ph−ơng pháp căng tr−ớc - căng trên bệ) 51 4.7.2. Ph−ơng pháp kéo cốt thép sau khi đổ bê tông (ph−ơng pháp căng sau - căng trên bê tông) 52 4.8. Cấu tạo cốt thép ứng suất tr−ớc, neo vμ kích 53 4.8.1. Cốt thép c−ờng độ cao 53 4.8.2. Neo cốt thép UST 58 4.8.2.1. Neo ngầm 58 4.8.2.2. Neo cốc (Karovkin) 60 4.8.2.3. Neo hình côn (neo hình nón cụt) 60 4.9. Neo của VSL, OVM vμ một số hãng khác 61 4.9.1. Kích 69 4.10. Cấu tạo cầu dầm giản đơn BTCTUST 72 4.10.1. Đặc điểm chung: 72 4.10.2. Nguyên lý cấu tạo 72 4.10.3. Kích th−ớc cơ bản 81 4.10.4. Bố trí cốt thép ứng suất tr−ớc 82 4.10.4.1. Yêu cầu chung 83 4.10.4.2. Đối với dầm căng tr−ớc 84 4.10.4.3. Dầm nguyên khối có cốt thép căng sau 84 4.10.5. Cốt thép th−ờng trong dầm UST 90 4.11. Bản liên tục nhiệt 92 4.11.1. Cấu tạo sơ đồ kết cấu nhịp liên tục nhiệt 92 4.11.2. Kết cấu bản nối liên tục nhiệt 93 4.11.3. tính toán kết cấu nhịp liên tục nhiệt 95 4.12. Kết cấu nhịp bán liên tục (semi-continue) 97 5. Thiết kế vμ tính toán cầu dầm Bê tông cốt thép 102 5.1. Khái niệm về tính nội lực 102 5.2. Tính Nội lực trong bản mặt cầu 103 5.2.1. Tải trọng tác dụng: 103 5.2.2. Tính nội lực bản mút thừa: 103 5.2.2.1. Bản mút thừa trong kết cấu chỉ có mối nối tại dầm ngang 103 5.2.2.2. Bản mút thừa của dầm toμn khối 104 5.2.3. Tính bản kê hai cạnh có nhịp lμm việc lμm việc thẳng góc với ph−ơng xe chạy 106
Giáo trình Cầu BTCT 3 5.2.3.1. Xác định mô men uốn: 106 5.2.3.2. Xác định Lực cắt 109 5.2.3.3. Tính bản của dầm hộp 109 5.2.3.4. Tính bản mặt cầu của tiết diện T kép 110 5.2.4. Tính bản kê hai cạnh nhịp lμm việc song song với ph−ơng xe chạy 111 5.2.4.1. Mô men uốn 111 5.2.4.2. Lực cắt: 112 5.2.5. Bản kê bốn cạnh 112 5.2.5.1. Xác định mô men: 112 5.2.5.2. Xác định Lực cắt 113 5.2.6. Tính toán bản mặt cầu của kết cấu nhịp không có dầm ngang 114 5.2.6.1. Xác định nội lực do tải trọng cục bộ 114 5.2.6.2. Xác định nội lực do bản lμm việc không gian với kết cấu nhịp 114 5.2.6.3. Xác định nội lực tổng cộng: 116 5.3. Tính hệ số phân phối ngang 116 5.3.1. Ph−ơng pháp đòn bẩy 117 5.3.2. Ph−ơng pháp Nén lệch tâm: 117 5.3.3. Ph−ơng pháp coi dầm ngang lμ dầm liên tục kê lên gối đμn hồi 119 5.3.4. Cách tính hệ số phân phối ngang 121 5.3.4.1. Đối với tải trọng tập trung: 121 5.3.4.2. Tải trọng tập trung: bánh xe ô tô, xe đặc biệt 122 5.3.4.3. Đối với tải trọng phân bố 122 5.3.5. Sự biến đổi của hệ số phân phối ngang theo chiều dμi nhịp 123 5.4. Tính Nội lực trong dầm dọc của hệ mặt cầu (dầm dọc phụ) 124 5.4.1. Tĩnh tải: 124 5.4.2. Hệ số phân bố ngang 124 5.4.3. Xác định Mô men tính toán 125 5.4.3.1. Do hoạt tải: 125 5.4.3.2. Do tĩnh tải: 125 5.4.3.3. Công thức xác định mô men tính toán: 125 5.4.3.4. Xác định lực cắt tính toán 126 5.5. Tính Nội lực trong dầm ngang 127 5.5.1. Dầm ngang nhiều nhịp 127 5.5.2. Nội lực do tải trọng cục bộ 127 5.5.2.1. Nội lực do dầm ngang tham gia lμm việc cùng với kết cấu nhịp 130 5.5.3. Dầm ngang một nhịp 131 5.6. Xác định nội lực trong dầm chủ 132 5.6.1. Đ−ờng ảnh h−ởng nội lực 132 5.6.2. Nội lực đối với dầm 133 5.7. Tính toán tiết diện BTCT 135 5.7.1. Khái niệm chung 135 5.7.1.1. Các giai đoạn ứng suất vμ biến dạng trên tiết diện thẳng góc 135 5.7.2. tính toán dầm theo mô men uốn 136 5.7.2.1. Tính tiết diện chữ nhật 136 5.7.2.2. Tính tiết diện chữ T 138 5.7.2.3. Mặt cắt xiên với trục của dầm 140 5.7.3. Tính toán dầm theo lực cắt 142 5.7.3.1. Kiểm tra tiết diện bản mặt cầu d−ới tác dụng của lực cắt 142 5.7.3.2. Kiểm tra ứng suất kéo chính tại trục trung hoμ (TTGH 3) 142 5.7.3.3. Kiểm tra ứng suất tiếp tại chỗ tiếp giáp nách với bản cánh chụi nén 143 5.7.3.4. Kiểm tra c−ờng độ của tiết diện nghiêng theo lực cắt 144
Giáo trình Cầu BTCT 4 5.7.4. Kiểm tra ổn định chống nứt của dầm 146 5.7.5. Tính độ võng của dầm BTCT 148 5.8. Tính toán dầm BTCT UST 151 5.8.1. Trình tự tính toán tổng quát 151 5.8.2. Xác định đặc tr−ng hình học của tiết diện dầm 151 5.8.2.1. Tiết diện nguyên khối có cốt căng tr−ớc khi đổ bê tông 151 5.8.2.2. Tiết diện liên hợp có cốt căng tr−ớc khi đổ bê tông 152 5.8.2.3. Tiết diện nguyên khối có cốt căng sau khi đổ bê tông 153 5.8.2.4. Tiết diện liên hợp có cốt căng sau khi đổ bê tông 154 5.8.3. Sự hao ứng suất trong cốt thép 156 5.8.3.1. Xác định ứng suất hao σ5 do lực ma sát gây ra 157 5.8.3.2. Xác định ứng suất hao σ4 do Neo vμ bê tông d−ới neo biến dạng 158 5.8.3.3. Xác định phần giảm ứng suất (σ7) do nén đμn hồi 159 5.8.3.4. Xác định ứng suất hao σ6 do chênh lệch nhiệt độ cấu kiện BTCT vμ bệ 161 5.8.3.5. Xác định ứng suất hao σ3 do hiện t−ợng chùng ứng suất của cốt thép 161 5.8.3.6. Xác định ứng suất hao σ1 vμ σ2 do BT co ngót vμ từ biến 162 5.8.4. Xác định ứng suất trong bê tông do ứng lực tr−ớc gây ra 166 5.8.5. Tính toán c−ờng độ của tiết diện thẳng góc với trục dầm theo mô men tính toán trong giai đoạn sử dụng 167 5.8.5.1. Xác định vị trí trục trung hoμ: 168 5.8.5.2. Tr−ờng hợp trục TH đi qua cánh: 168 5.8.5.3. Tr−ờng hợp trục TH đi qua s−ờn 168 5.8.6. Tính toán ổn định chống nứt theo ứng suất pháp 171 5.8.6.1. Nội dung kiểm tra 1 172 5.8.6.2. Nội dung kiểm tra 2 173 5.8.6.3. Nội dung kiểm tra 3 175 5.8.6.4. Nội dung kiểm tra 4 176 5.8.6.5. Đặc điểm về tính toán ổn định chống nứt theo ứng suất pháp của kết cấu nhịp bản: 177 5.8.7. Tính c−ờng độ do tác dụng của ứng suất cắt vμ ứng suất nén chính 178 5.8.7.1. Công thức tính toán tổng quát 178 5.8.7.2. Tính c−ờng độ do tác dụng của ứng suất cắt τ 183 5.8.7.3. Tính c−ờng độ do tác dụng của ứng suất nén chính (khi không có σy) 183 5.8.8. Tính ổn định chống nứt do tác dụng của ứng suất kéo chính 184 5.8.9. Tính toán về tr−ợt trong các mối nối 186 5.8.9.1. Tính toán về tr−ợt trong các mối nối nằm ngang 186 5.8.9.2. Tính toán về tr−ợt trong các khe nối thẳng đứng 186 5.8.10. Tính ứng suất σy để xác định σnc, σkc 187 5.8.10.1. ứng suất do phản lực gối A 187 5.8.10.2. ứng suất do tác dụng của tải trọng tập trung P 189 5.8.10.3. ứng suất do tác dụng của tĩnh tải phân bố đều 189 5.8.11. Kiểm tra ứng suất cốt thép trong giai đoạn khai thác 190 5.8.12. Tính c−ờng độ của tiết diện nghiêng trong giai đoạn khai thác, tính cốt đai 191 5.8.12.1. Theo Mô men uốn: 191 5.8.12.2. Theo lực cắt 191 5.8.13. Tính c−ờng độ vμ ổn định của dầm trong giai đoạn căng cốt thép 192 5.8.13.1. Dầm chịu nén đúng tâm 192 5.8.13.2. Dầm chịu nén lệch tâm 193 5.8.13.3. Tính ảnh h−ởng độ võng của dầm 195
Giáo trình Cầu BTCT 5 5.8.13.4. Tính các trị số N vμ NT 196 5.8.14. độ võng của dầm bê tông cốt thép ứng suất tr−ớc nhịp giản đơn 199 5.8.14.1. Độ vồng tức thời 199 5.8.14.2. Độ võng do hoạt tải 199 5.8.14.3. Độ võng do tĩnh tải vμ lực căng của cáp ứng suất tr−ớc 199 5.8.14.4. Độ vồng cấu tạo 200 6. Gối cầu bê tông cốt thép 201 6.1. Khái niệm 201 6.2. Các dạng gối cầu 201 6.2.1. Gối tr−ợt 201 6.2.2. Gối tiếp tuyến 202 6.2.3. Gối con lăn di động vμ cố định đối xứng 203 6.2.4. Gối cao su (elastomeric bearing) 203 6.2.5. gối bán cố định (Lead rubber Bearing) 205 6.2.6. Gối cong, gối hình cầu 207 6.2.7. Gối chậu (Pot Bearing) 207 6.2.8. Gối đĩa 209 6.3. Bố trí vμ Tính toán gối cầu 209 6.3.1. Bố trí gối cầu 209 6.3.2. Tính gối thép vμ bê tông cốt thép 210 6.3.3. Tính gối cao su có tấm thép bên trong 212 6.3.3.1. Kiểm tra ứng suất nén trong cao su 212 6.3.3.2. Tính chiều dμy toμn bộ của phần cao su hc trong gối di động theo điều kiện chịu lực tr−ợt 212 6.3.3.3. Tính góc tr−ợt do phản lực ngang T (do lực hãm) 212 6.3.3.4. Kiểm tra độ lún (thẳng đứng) Δđ của gối 213 7. cầu dầm Bê tông cốt thép thi công bằng ph−ơng pháp phân đoạn 214 7.1. Khái niệm 214 7.2. Thi công trên giμn giáo di động (moveable scaffolding system - MSS) 217 7.2.1. Đμ giáo nằm phía d−ới cầu (Underslung – MSS) 217 7.2.2. Đμ giáo nằm phía trên cầu (Overhead – MSS) 218 7.2.3. Bố trí cáp ứng suất tr−ớc 219 7.3. Cầu dầm BTCTUST thi công bằng ph−ơng pháp hẫng cân bằng 220 7.3.1. Nguyên lý 220 7.3.2. trình tự thi công 220 7.3.3. Các kích th−ớc cơ bản 223 7.3.3.1. Tỷ lệ nhịp vμ tỷ số h/l 223 7.3.3.2. Đ−ờng biên d−ới của dầm: 223 7.3.3.3. Mặt cắt ngang: 223 7.3.4. Bố trí cáp ứng suất tr−ớc 228 7.3.4.1. Bố trí cáp ứng suất tr−ớc trong bản mặt cầu vμ s−ờn dầm 228 7.3.4.2. Bố trí cốt thép dầm chủ 229 7.3.5. Nguyên lý tính toán 234 7.3.6. Tính toán độ vồng vμ cao độ đổ bê tông 238 7.3.6.1. Độ vồng do xe đúc: 239 7.3.6.2. Độ vồng Δi 240 7.3.6.3. Tính độ võng trong quá trình thi công 241 7.4. Cầu dầm BTCTUST thi công bằng Ph−ơng pháp đúc đẩy 243 7.4.1. khái niệm 243
Giáo trình Cầu BTCT 6 7.4.2. Phạm vi áp dụng 244 7.4.3. Bố trí cốt thép ứng suất tr−ớc căng sau 244 7.4.4. Các biện pháp giảm mô men lao dầm 245 7.4.5. Ph−ơng pháp lao lắp vμ bệ đúc. 246 8. Cầu vòm bê tông cốt thép 247 8.1. Giới thiệu 247 8.2. Cấu tạo cơ bản 248 9. Phần phụ lục 250
Giáo trình Cầu BTCT 7 1. khái niệm chung về cầu bê tông cốt thép 1.1. Sơ l−ợc lịch sử phát triển cầu BTCT Cầu BTCT xuất hiện đầu tiên vμo những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi Xi măng đ−ợc phát minh vμo khoảng năm 1825, việc đặt thép vμo BT xuất hiện lẻ tẻ vμo những năm 1835-1850. Từ năm 1855 trở đi BTCT mới chính thức ra đời tại Pháp. Năm 1875 Joseph Monier đã xây dựng cầu BTCT đầu tiên dμi 50ft (15,24m) rộng 13ft (3,96m). Kỹ s− ng−ời Pháp Francois Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T, ông vμ những học trò của ông nh− kỹ s− ng−ời Thuỵ Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một vμi cầu vòm BTCT nổi tiếng, Những cầu BTCT của Maillart đ−ợc xem nh− lμ biểu t−ợng về thẩm mỹi Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu BTCT chủ yếu lμ cầu nhịp nhỏ - cầu bản, dầm, vòm. Năm 1896 ng−ời ta đã xây dựng cầu vòm nhịp 45m tại n−ớc Ngaii. Giai đoạn đầu thế kỷ XX cầu BTCT đã phát triển mạnh mẽ ngoμi dạng đơn giản, ng−ời ta đã bắt đầu lμm cầu liên tục, cầu khung, dầm công xon nhịp đến 30-40m. Trong giai đoạn nμy cầu th−ờng dùng ph−ơng pháp đổ bê tông liền khối vμ lμ BTCT th−ờng nên nhịp nhỏ Thời kỳ đầu trong lịch sử của BTCT, năm 1888 một ng−ời Mỹ tên lμ P.H Jackson ở San Francisco đã có ý t−ởng rất hay. Ông ta nghĩ rằng sợi thép mμ đã đ−ợc sử dụng trong BTCT nếu ngay từ đầu đ−ợc kéo căng thì kết quả kết cấu nμy sẽ khoẻ hơn nhiều so với kiểu BTCT. Những cuộc thí nghiệm của Jackson đã không bao giờ thμnh công vì hầu nh− chắc chắn lμ do những sợi thép ở thời kỳ đó không đủ chịu kéo. Năm 1930 Eugène Freyssinet – ng−ời Pháp bắt đầu sử dụng sợi thép c−ờng độ cao vμ đã mở ra một khái niệm mới khác trong ngμnh xây dựng – BTCT ứng suất tr−ớc. BTCTUST ra đời đầu tiên ở Pháp ngay từ những năm 30 của thế kỷ XX đến cuối những năm 1940 thì phát triển mạnh. Từ những năm 50 đã xây dựng những cầu dầm giản đơn BTCTUST nhịp 60-70m vμ từ những năm đầu thập kỷ 60 họ đã sử dụng công nghệ hẫng trong xây dựng cầu BTCT. Năm 1964 cầu Orleron dμi 2832m gồm 46 nhịp (nhịp chính dμi 79m) đ−ợc xây dựng bằng ph−ơng pháp lắp hẫng, cầu Calix dμi 1200m gồm 3 nhịp chính 113+156+113 ở hai bờ có cầu dẫn nhịp 70m Song song với công nghệ lắp hẫng, ở Pháp cũng phát triển nhiều công trình đúc hẫng (th−ờng dùng cho các nhịp 80-130m) ví dụ cầu dầm liên tục Gennevillies gồm phần cầu chính có 5 nhịp đối xứng, cầu treo dây văng Brontonne bắc qua sông Sein có nhịp chính dμi 320m dầm BTCTUST tiết diện hình hộp. Công nghệ nμy cũng đ−ợc sử dụng ở nhiều n−ớc ví dụ: Cầu Beldoif ở Đức có L=208m. ở Nhật Cầu Hikoshima Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp 240m. ở Mỹ có cầu Koror Babelthuap có nhịp giữa dμi 240,7m; Tại áo cầu SCHOTTWIEN nhịp giữa dμi 250m (77,75+162,5+250+142,25) xây dựng 1986-1989. Trong những năm 30-40 của thế kỷ XX cầu BTCT phát triển mạnh, đã xây dựng đ−ợc những cầu lớn, áp dụng kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng cầu. Trong thời kỳ nμy ở Nga đã xây dựng những cầu vòm nhịp đến 116, 120m (Cầu vòm qua kênh đμo Mátxkva nhịp 116m, 4 lμn đ−ờng sắt). Cầu vòm ở Thuỵ Điển nhịp 181m, Tây ban Nha 205m. Những năm 50 ở Liên Xô cũ đã xây dựng cầu nhịp 40-70m. Năm 1952 Xây dựng cầu vòm qua sông Dnhep nhịp tới 228m
Giáo trình Cầu BTCT 8 Năm 1961 cầu Abtozavodsi có 3 nhịp (36,4+148+36,4) lμ cầu khung dầm có khớp L=148m (lμ cầu khung có nhịp dμi thứ 2 sau cầu Medway ở Anh Nhịp 152m). BTCT UST hầu nh− đ−ợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở Châu Âu trong nửa đầu của thế kỷ 20, ở Mỹ bắt đầu chậm hơn. Cầu BTCTUST lớn đầu tiên đã đ−ợc xây dựng ở Mỹ lμ cầu Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania đ−ợc xây dựng năm 1956. Cầu đầu tiên thi công bằng công nghệ đúc đẩy lμ cầu Rio Caroni ở Venezuela do giáo s− Fritz Leonhardt đ−a vμoiii, kể từ đó cho đến nay đã có hμng trăm cầu đ−ợc thi công theo công nghệ nμy, ví dụ cầu Nuec dμi 246m (6x41) dầm cao 2,5m rộng 12,4, cầu cạn Oli dμi 615m (15x41) dầm cao 3,1m. D−ới đây giới thiệu danh sách những cầu BTCT vμ BTCTUST có nhịp chính lớn nhất trên thế giới Largest Concrete Arch Bridges (Cầu vòm BT) Bảng 1-1 Name Location Country Year Span Remarks 1 Wanxiang Yangzi River China 1996 420 2 Krk-1 (east span) Krk Island Croatia 1980 390 3 Jiangjiehe Wu River China 1995 330 4 Yongjiang Guangxi China 1996 312 5 Gladesville Sydney Australia 1964 305 6 Ponte da Amizade Parana River Brazil/Paraguay 1964 290 7 Bloukrans Bloukrans River South Africa 1983 272 8 Arrỏbida Oporto Portugal 1963 270 9 Sandử Kramfors Sweden 1943 264 10 Le Pont Chateaubriand La Rance France 1991 261 11 Shibenik Shibenic Bay Croatia 1966 246 12 Barelang Sumatra Indonesia 1998 245 13 Krk-2 (west span) Krk Island Croatia 1980 244 14 Jinshajiang-Yibin Sichuan China 1990 240 15 Beppo-Myouban Oita Japan 1989 235 16 Fiumarella Catenzaro Italy 1961 231 17 Zaporoze Dnepr River Ukraine 1952 228 18 El Rincon Viaduct Las Palmas Spain 1994 227 19 Novi Sad Danube River Yugoslavia 1961 211 20 Lingenau Bregentz Austria 1968 210 21 Usagawa Yamaguchi Japan 1983 204 Largest Concrete Prestressed Girder Bridges (dầm BTCTUST) Bảng 1-2 Name Location Country Year Span Remarks 1 Stolmasundet Austevoll Norway 1998 301 2 Raftsundet Lofoten Norway 1998 298 3 Humen Pearl River China 1998 279 4 Varodd Kristiansand Norway 1994 260 5 Double pier Gateway Brisbane Australia 1986 260 supports 6 Skye Skye Island Britain 1995 250
Giáo trình Cầu BTCT 9 Name Location Country Year Span Remarks 7 Double pier Schottwien Semmering Austria 1989 250 supports 8 Ponte de S. Joao Oporto Portugal 1991 250 9 Northumberland New Brunswick Canada 1997 250 10 Huangshi Hubei China 1996 245 11 Collapsed in Koror-Babelthuap Toagel Channel Palau 1977 241 1996 12 Hamana Imagiri-Guchi Japan 1976 240 13 Hikoshima Shimonoseki Japan 1975 236 14 Norddalsfjord Sogn-Fjordane Norway 1987 231 15 Urato Kochi Japan 1972 230 16 Houston Ship Channel Texas USA 1982 229 17 Double pier Puente International Fray Bentos Uruguay/Argentina 1976 220 supports 18 Ponte Tancredo Neves Iguacu River Brazil/Argentina 1985 220 19 Mooney Creek Mount White Australia 1986 220 20 Agi-Gawa Gifu Japan 1985 220 1.1.1. Việt Nam: ở Việt Nam cầu BTCT đ−ợc xây dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng nh− cầu bản, cầu dầm hoặc giμn đơn giản, cầu dầm hoặc giμn mút thừa đ−ợc thi công theo ph−ơng pháp đúc tại chỗ. Các kết cấu nμy th−ờng có hai dầm chủ hoặc giμn chủ, bản mặt cầu, dầm dọc, dầm ngang. Bề rộng đ−ờng ô tô khoảng 4-5m ví dụ cầu Ba Cμng - QL1 tỉnh Vĩnh Long sơ đồ cầu: 14,5+30+14,5m (Hình 1-1), vμ các cầu đ−ờng sắt đơn tuyến khổ đ−ờng 1m, các cầu nμy có chiều dμi nhỏ hơn 20-30(m). Một số dạng dầm liên tục với chiều dμi nhịp 30-40(m). Cho đến nay sau một thời gian dμi sử dụng hoặc do sự tμn phá qua các thời kỳ chiến tranh nhiều cầu bị phá huỷ hoặc h− hỏng, xuống cấp phải thay thế bằng những cầu mới, tuy nhiên hiện nay một số cầu đ−ợc xây dựng từ thời Pháp thuộc hiện vẫn còn đang đ−ợc sử dụng nh− cầu Đầu Sấu QL1 tỉnh Cần Thơ, Cái Xếp (Đồng Tháp), hoặc cầu mút thừa có dầm treo cầu Cái B−ờng - QL 80 Đồng Tháp sơ đồ cầu 10+13,6+10m (nhịp đeo dμi 8,7m, công xon dμi 2,4m) chiều rộng cầu 5,2m. Cầu vòm mút thừa Tân Lợi QL 80 Đồng Tháp. Hình 1-1. Cầu Ba cμng QL1 - Tỉnh Vĩnh Long Những năm sau kháng chiến chống Pháp ta đã xây dựng lại một số cầu với kết cấu dầm giản đơn lắp ghép tiết diện chữ T, đ−ợc liên kết ngang bằng mối nối hμn tại dầm ngang hoặc bằng bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ. Kết cấu BTCT sử dụng cho cầu nhịp nhỏ nh− cầu bản hay cầu dầm với nhịp d−ới 22m. Khi kết cấu BTCTUST phát triển chúng ta đã ứng dụng thiết kế xây dựng cầu Phủ Lỗ nhịp 18m. Đến những năm đầu thập kỷ 70 đã thiết kế vμ xây dựng các cầu BTCTUST nhịp 24m, 33m (nhịp dẫn cầu Thăng Long Hμ Nội)
Giáo trình Cầu BTCT 10 Tại miền nam tr−ớc 1975: xây dựng rất nhiều cầu BTCTUST sử dụng chủ yếu lμ kết cấu nhịp 24,7; 24,54 (bán lắp ghép); dầm bụng cá: 12,5m; 15,6m; 18,6m; 21,6m các kết cấu nhịp nμy chủ yếu đ−ợc chế tạo tại nhμ máy bê tông Châu Thới. Sau ngμy thống nhất đất n−ớc chúng ta đã xây dựng nhiều cầu nhịp trung bình vμ nhịp lớn. Ví dụ Cầu An D−ơng, Cầu Rμodạng cầu khung nhịp treo, nhịp dầm chính dμi 63m (cánh T dμi 39m dầm treo dμi 24m). Sau sự cố cầu Rμo, cầu Bo Thái Bình đã đ−ợc thi công bằng ph−ơng pháp đúc hẫng (cánh T dμi 28m, dầm treo dμi 33m) Đặc biệt trong những năm gần đây đã áp dụng những công nghệ tiên tiến trong việc thi công cầu BTCTUST ví dụ một số cầu xây dựng theo công nghệ đúc hẫng: + Cầu Phú L−ơng tại thị Xã Hải D−ơng, tỉnh Hải D−ơng nằm trên Quốc lộ 5 dμi 490,7m, sơ đồ cầu: 2x37,4+64,75+2x102+64,75+2x37,4. + Cầu Sông Gianh – Quốc lộ 1 – Tỉnh Quảng Bình dμi 746,4m (37,4+58+90,6+ 3x120+90,6+58+37,4). Hình 1-2. Cầu Sông Gianh – Quảng Bình + Cầu Phù Đổng (cầu Đuống mới) – Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hμ Nội Lạng Sơn – Huyện Gia Lâm – Hμ Nội dμi 929m sơ đồ cầu: 65+7x100+65 + 3x33 (m); gồm 9 nhịp liên tục thi công bằng ph−ơng pháp đúc hẫng vμ 3 nhịp giản đơn thi công bằng ph−ơng pháp bán lắp ghép (PCI). Chiều rộng toμn cầu 15m, phần cầu liên tục tiết diện hình hộp (2 s−ờn) chiều cao thay đổi từ 6m (trên trụ) vμ 2,5m (giữa nhịp). Mặt cầu sử dụng cốt thép UST. Gối cầu có sử dụng loại Semi-fixed (bán cố định) trên các trụ P3, P4, P5, P6. Hoμn thμnh tháng 12/2000. + Cầu Nh− Nguyệt (Đáp cầu) - Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hμ Nội Lạng Sơn –Thị Xã Bắc Ninh – Tỉnh Bắc Ninh dμi 428m, sơ đồ cầu: 4 x33 +65+100+65+2x33 (m); mặt cắt ngang t−ơng tự nh− Đuống. Hoμn thμnh tháng 12/2000. + Cầu Hoμng Long (Hμm Rồng)– QL 1, qua sông Mã - Tỉnh Thanh Hoá nhịp chính lμ cầu khung dầm liên tục 3 nhịp sơ đồ: 75 + 130 +75 (m) chiều cao dầm thay đổi từ 7,5m (trên trụ) đến 3,5m (tại giữa nhịp) vμ 2,75m (trên mố); chiều rộng toμn cầu 12,8m. Vμ một nhịp giản đơn dμi 49,4m, tiết diện hình hộp có chiều cao không thay đổi (2,75m).
Giáo trình Cầu BTCT 11 + Ngoμi ra còn có một số cầu lớn khác: Cầu Quán Hầu (Quảng Bình), sơ đồ cầu phần đúc hẫng 64,84+2x102+64,84 (m); Cầu Bắc Giang (Thị xã Bắc Giang – Tỉnh Bắc Giang), sơ đồ cầu: 45+55+90+45+55(m). Hình 1-3. Cầu Phù Đổng Hiện nay chúng ta đang thi công Cầu Kiền – Quốc lộ 10 – Hải phòng dạng cầu dây văng thi công bằng công nghệ lắp hẫng vμ chuẩn bị thi công cầu Cần Thơ qua sông Hậu có nhịp chính 550m, cầu Bãi Cháy lμ cầu dây văng 1 mặt phẳng dây, Công nghệ đúc đẩy: Cầu Mẹt Tuyến Hμ Nội Lạng Sơn, Cầu Hiền L−ơng v−ợt sông Bến Hải. nhịp dẫn cầu Quán Hầu (Quảng Bình) Ngoμi việc xây dựng các cầu v−ợt sông, một trong những vấn đề đang quan tâm hiện nay lμ thiết kế vμ thi công các cầu v−ợt trong các thμnh phố lớn. 1.2. Ph−ơng h−ớng phát triển 1. Nghiên cứu sử dụng vật liệu mới: Bê tông chất l−ợng cao (High Performance Concrete-HPC) vμ Thép chất l−ợng cao (High Performance Steel - HPS), fiber- reinforced polymer (FRP) 2. Kết cấu mới, kết cấu tối −u. 3. Nghiên cứu các ph−ơng pháp tính toán truyền thống để tính toán cho kết cấu mới vμ các ph−ơng pháp tính toán mới 4. áp dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin: Thiết kế tối −u, tự động hoá thiết kế 5. Nghiên cứu, áp dụng các công nghệ thi công tiên tiến. 6. Định hình hoá (Dầm, mố, trụ), công nghiệp hoá sản xuất vμ cơ giới hoá thi công.
Giáo trình Cầu BTCT 12 1.3. Đặc điểm cơ bản của cầu BTCT 1.3.1. Vật liệu: - Lμm bằng BTCT ặ Sử dụng vật liệu địa ph−ơng, cát, đá, XM lμ chủ yếu - Thép & BT cùng lμm việc: Thép chịu kéo lμ chủ yếu, cũng có khi chịu nén 1.3.2. Ưu điểm: 1. Sử dụng vật liệu rẻ tiền hơn so với khi sử dụng bằng thép 2. Độ bền cao: - Sử dụng đ−ợc lâu năm - C−ờng độ BT tăng theo thời gian - ít chịu ảnh h−ởng của môi tr−ờng, chịu lửa, không mục, không gỉ, ít bị ăn mòn. 3. Có độ cứng lớn, ít bị ảnh h−ởng của xung kích do hoạt tải, tiếng ồn nhỏ, dao động ít. 4. Có thể đúc kết cấu thμnh hình dáng bất kỳ thoả mãn yêu cầu kiến trúc, mỹ thuật. 5. Tính toμn khối (kết cấu nhịp đúc tại chỗ) tốt. 6. Chi phí duy tu bảo d−ỡng thấp 1.3.3. Nh−ợc điểm 1. Trọng l−ợng bản thân lớn, cấu tạo nặng nề, vận chuyển lao lắp khó khăn (không v−ợt đ−ợc những kỷ lục về nhịp của cầu thép) 2. Bê tông chịu kéo kém dễ bị nứt: Nhất lμ BTCT th−ờng hay bị nứt ặ gỉ cốt thép lμm hạn chế phạm vi sử dụngiv 3. Thi công phức tạp: Chất l−ợng bị ảnh h−ởng bởi ph−ơng pháp thi công, thời tiết; thêm vật liệu lμm ván khuôn. 4. Khó kiểm tra chất l−ợng công trình. 1.4. Phạm vi áp dụng Đ−ợc sử dụng rộng rãi đối với mọi loại kết cấu, đặc biệt lμ kết cấu chịu nén. Cầu BTCTUST có thể kinh tế đối với nhịp nhỏ vμ trung bình, vμ thậm chí những nhịp trong phạm vi 800ft (243,84m) đã từng đ−ợc xây dựng ở Nhật Bản. Ngμy nay cầu BTCTUST đã hầu nh− trở thμnh dạng đ−ợc −a chuộng đối với nhịp ngắn, nhịp trung bình hơn cả cầu thép. 1.5. Các Tiêu chuẩn thiết kế Trong phần giáo trình nμy phần nội dung sẽ tuân theo vμ tham khảo một số quy trình sau: + Tiêu chuẩn Việt Nam: Quy trình Quy phạm kỹ thuật trong công tác xây dựng cơ bản, tập II của Bộ giao thông Vận tải, số: 2057 QĐ/KT4 ngμy 19 tháng 9 năm 1979. + Tiêu chuẩn AASHTO LRFD (American Association of State Highway and Transportation Officials) 1998.
Giáo trình Cầu BTCT 13 + Tiêu chuẩn xây dựng Cầu vμ Cống CHuΠ 2.05.03-84. + Tiêu chuẩn của Pháp, của châu âu (Euro Code) Bảng chuyển đổi đơn vị (U.S. Customary vμ Metric) Bảng 1-1 Đại l−ợng Hệ Anh, Mỹ Hệ mét Chiều dμi 1 In 25,4mm 1 ft 0,3048m 1 ft = 12 In Tải trọng 10.000 Lb 44,48KN 20 tons 178KN 100 Lb/ft 1460 N/m 130 K/In 23,13 MN/m 6 psf 287,28 Pa 75 Lb/Sq.Ft 366 Kg/Sq.m ứng suất 1000 psi 6,895Mpa 1Mpa = 10,2 Kg/cm2 Trọng l−ợng trên đơn vị thể tích 100 Lb/Ft3 1.602 Kg/m3
Giáo trình Cầu BTCT 14 1.6. Hệ thống cầu dầm: Đặc điểm của kết cấu dầm lμ d−ới tác dụng của tải trọng thẳng đứng trên nhịp tại các gối tựa chỉ phát sinh thμnh phần phản lực thẳng đứng Các loại cầu dầm: Dầm giản đơn, dầm mút thừa, dầm liên tục. 1.6.1. Cầu dầm, cầu bản nhịp giản đơn Nhận xét: + Chịu mô men một dấu (+)ặ bố trí cốt thép ở biên d−ới chịu uốn lμ chính + Trên trụ theo ph−ơng dọc có 2 gối cầu. Ưu điểm: + Tính toán thiết kế đơn giản hơn so với kết cấu siêu tĩnh + Bố trí cốt thép đơn giản + Không phát sinh nội lực phụ khi có sự lún không đều của mố trụ vμ sự thay đổi nhiệt độ. + Dễ tiêu chuẩn hoá, có thể thi công bằng ph−ơng pháp đổ tại chỗ, lắp ghép, bán lắp ghép Nh−ợc: + Tốn vật liệu, + Không v−ợt đ−ợc nhịp lớn Phạm vi áp dụng: + Đ−ợc sử dụng rất rộng rãi, đặc biệt lμ với cầu nhiều nhịp + Cầu bản giản đơn BTCT th−ờng: Cầu ôtô: 3-6m; cầu Đ−ờng sắt: 2-3m + Cầu bản giản đơn BTCTUST nhịp đến 18m (ô tô) vμ có thể lớn hơn. + Cầu dầm giản đơn, BTCT th−ờng, BTCTUST Phạm vi áp dụng của cầu dầm giản đơn BTCT th−ờng BTCTUST Ô tô 7 - 20 (24)m 12 - 42m Đ−ờng sắt 1 – 15 m 12 – 30m + Hiện nay tại n−ớc ta đã xây dựng cầu dầm nhịp giản đơn tiết diện hình hộp dμi 49,4m 1.6.2. Cầu dầm mút thừa: Sơ đồ cầu không có mố, không dầm treo, phần mút thừa lμm đối trọng để giảm mô men d−ơng của nhịp giữa Hình 1-4 a, b, c) + Chiều dμi nhịp chính: L=10-45m (BTCTUST L lớn hơn) + Chiều dμi của nhịp biên – nhịp hẫng: Lk = (0,3 – 0,4)L (Hình 1-4, a, b ); Lk = (0,25 – 0,3)L (Hình 1-4, c ) + Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h = (1/12-1/20)L – BTCT; + Chiều cao dầm tại vị trí trụ: H = (1 – 1,5)h; riêng dạng trên Hình 1-4, c H≈2h; v
Giáo trình Cầu BTCT 15 a) Đối trọng 0 h b) h l k k = (0,3 - 0,4)L d) L K ho=(1-1,5)h k=(0,3-0,4)L Ln =(0,4-0,6)L 2 L 1 =(0,6-0,8)L 2 1 L 2 L h c) h e) H 0 h 0 = 2h h L K Ln =(0,4-0,6)L2 K=(0,25-0,3)L 0,3L11L = (0,8-0,9)L 2 L 2 g) L n =(0,5-0,6)L L 12 =(0,75-0,8)L L22L L22L h) K 2 K 21 = đến 2L K 1 L1 L 22 = 2K L1 K 1 K =(0,3-0,4)L 11 Hình 1-4. Sơ đồ kết cấu nhịp cầu dầm mút thừa Cầu dầm mút thừa có dầm treo (Hình 1-4 d, e, g): Chiều dμi nhịp đeo vμ nhịp biên: + Sơ đồ 3 nhịp: Lđ= (0,4-0,6)L2; L1=(0,6-0,8)L2 + Nhiều nhịp có dầm treo: Lđ = (0,5-0,6)L2; L1=(0,75-0,8)L2; Chiều cao dầm: + h = (1/12 – 1/20)L ữ (1/20 –1/30) L –BTCT; BTCTUST có thể (1/50 thậm chí 1/60)L + H= (1,5-1,8)h Ưu: + So với kết cấu nhịp giản đơn cùng nhịp thì M ở giữa nhịp nhỏ vì có M ở gối ặ v−ợt đ−ợc nhịp lớn hơn (60-100-150vim) + Có thể điều chỉnh nội lực một cách hợp lý hơn + Trên các trụ chỉ có một gối ặ chịu lực đúng tâm ặ trụ có thể nhỏ hơn + Hệ tĩnh định ặ không bị ảnh h−ởng do lún mố trụ Nh−ợc: + Kết cấu có mô men 2 dấu ặ bố trí cốt thép phức tạp hơn + Có cấu tạo khớp vμ mút thừa ặ đ−ờng đμn hồi gãy khúc ặ gây ra lực xung kíchặ xe chạy không đ−ợc êm thuận + Thi công phức tạp hơn (cấu tạo ván khuôn, lao lắp) Phạm vi áp dụng: (60-100)m – có thể lớn hơn nh−ng khi đó nhịp giản đơn sẽ không còn tính kinh tế nữa (Lđ > 42m). Hiện nay đ−ờng cao tốc rất ít sử dụng.
Giáo trình Cầu BTCT 16 1.6.3. Cầu dầm Liên tục: Tr−ờng hợp đổ tại chỗ theo quan điểm về phân bố mô men uốn trong kết cấu: vii + Cầu 3 nhịp: chiều dμi nhịp biên L2 = (0,75ữ0,8)L1 (Jacques Mathivat ), hoặc L2 = viii (0,8ữ0,9)L1 (Nazarenko ) + Cầu 5 nhịp: L3: L2: L1 = 0,65 : 0,9 : 1,00 (Nazarenko) Tr−ờng hợp cầu đ−ợc thi công theo công nghệ đúc hẫng với sơ đồ nhịp: - Đối với các nhịp biên có chiều cao không thay đổi: Hình 1-5. Cầu liên tục nhịp biên có chiều cao không thay đổi + L2 = 0,75L1=(L1+L3)/2; L3=2L2-L1 = 0,5L1; L4=(0,62-0,65)L3; + L1 – Chiều dμi nhịp chính (có thể có nhiều nhịp chính); + L2 chiều dμi nhịp chuyển tiếp; + L3 chiều dμi nhịp có chiều cao không đổi; + L4: Chiều dμi nhịp sát mố - Tất cả các nhịp có chiều cao thay đổi: Hình 1-6. Cầu liên tục có chiều cao thay đổi + L2 = (0,65-0,7)L1 Tỷ lệ chiều cao vμ chiều dμi nhịp: + Chiều cao trên trụ: H = (1/15-1/20)L1; Tốt nhất (1/17-1/18)L; + Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h =(1/30-1/40)L1; thậm chí theo Jacques Mathivat tỷ số ix nμy có thể giảm đến (1/60)L1 ; tốt nhất (1/36)L1; không đ−ợc nhỏ hơn 2m để đảm bảo việc thi công dễ dμng, thuận tiện cho công tác duy tu bảo d−ỡngx + Chiều cao dầm trên mố (1/22ữ1/33), tốt nhất 1/27 vμ ≥ 2m. + Đối với tiết diện có chiều cao không đổi thi công bằng: đúc đẩy H/L = (1/15-1/17)- tốt nhất 1/16; Đúc hẫng: H/L = (1/17-1/20); tốt nhất: 1/18 Các kích th−ớc khác xem phần 7.3.3 Ưu điểm: + Mô men nhỏ hơn so với dầm giản đơn cùng nhịp ặV−ợt đ−ợc nhịp lớn hơn.
Giáo trình Cầu BTCT 17 + Độ cứng lớn ặ độ võng nhỏ hơn, v−ợt đ−ợc nhịp lớn, ít trụ, thoát n−ớc tốt, phù hợp với sông có cấp thông thuyền lớn + Trên các trụ chỉ có một gối ặ trụ chịu lực đúng tâm ặ trụ nhỏ + ít khe biến dạng, trong phạm vi dầm liên tục đ−ờng đμn hồi không gãy khúc ặ xe chạy đ−ợc êm thuận hơn. Nh−ợc điểm: + Dễ có ứng suất phụ do lún trụ, mố không đều, do thay đổi nhiệt độ, do co ngót, từ biến của bê tông ặ ứng dụng nơi địa chất tốt. + Cấu tạo phức tạp + Thi công khó khăn hơn Phạm vi áp dụng: 60-150 (200m, 300m) 1.7. Hệ thống cầu khung Trong cầu khung, kết cấu nhịp vμ trụ liên kết cứng với nhau, vì vậy kết cấu nhịp vμ trụ cùng đồng thời lμm việc chịu uốn. Vì phát sinh mô men uốn trong mặt cắt ngang của trụ cầu lμm giảm độ lớn của mô men d−ơng trong kết cấu nhịp, nhờ vậy cầu khung so với cầu dầm giảm đ−ợc chiều cao xây dựng, giảm đ−ợc khối l−ợng của BT trong kết cấu nhịp. Trụ của cầu khung lμm việc chịu nén vμ chịu uốn ặ yêu cầu cốt thép chịu lực ặ việc xây dựng chúng lμ phức tạp so với trụ nặng vμ trụ BTCT của cầu dầm. Trong những cầu bằng BTCT trên đ−ờng ô tô, có thể áp dụng những dạng sau: (Hình 1-7) Đối với cầu khung trụ nhẹ (Hình 1-7. a, d, e) đặc tr−ng lμ chiều dμy trụ (dọc theo nhịp) không lớn do sự lμm việc hợp lý của chúng trong công trình, ở đây cần thiết đảm bảo hình dáng đẹpxi + Cầu 1 nhịp không khớp với trụ nhẹ (Hình 1-7. a): h/L =(1/15-1/20); chiều rộng của trụ theo mặt chính (1/10-1/15)h, Phạm vi áp dụng 30-40m; Khi liên kết giữa trụ vμ bệ móng lμ khớp: h/L =(1/15-1/20); chiều rộng của trụ theo mặt chính phía d−ới bằng (1/22)htrụ, phía trên bằng (1/10-1/15)htrụ; Phạm vi áp dụng 20-30m; + Cầu 1 nhịp kiểu cổng không khớp vμ có khớp (Hình 1-7. b, c): h/L =(1/20-1/22); xii chiều rộng của trụ theo mặt chính (1/5-1/10)htrụ ; Phạm vi áp dụng 10-25m; + Cầu nhiều nhịp không khớp với trụ nhẹ (Hình 1-7. d), chiều dμi của một liên không lớn hơn 50-70m. Hình 1-7. e thể hiện cầu khung trụ nhẹ liên kết khớp với bệ vμ có dầm treo. Theo Nazarenko đối với cầu không ứng suất tr−ớc thì h/L=(1/14-1/35) phụ thuộc vμo sơ đồ xiii tĩnh học, tải trọng, mác bê tông, vμ chiều rộng của trụ b =(1/10 – 1/15)ht ht- chiều cao của trụ. Phạm vi áp dụng L=10-30mxiv.
Giáo trình Cầu BTCT 18 a) b) c) Gối cầu Gối cầu Không lớn hơn 50-70m d) 2 e) 1 1 1 Hình 1-7 – Cầu khung bằng BTCT (1. Khớp; 2. Khe nối) d. Không lớn hơn 50m-70m Hình 1-8. Sơ đồ cầu khung liên kết bằng khớp – Khung T dầm treo (a. cầu khung công xon; b. khung T dầm treo; Cầu khung trụ nghiêng; 1. khớp) xv xvi xvii Cầu khung BTCTUST (Hình 1-8.b): h/L = (1/30-1/50) thậm chí (1/50-1/68) ; Lđ= (0,3- 0,4)Lxviii thậm chí (1/2-1/5)Lxix; L = (60-140)m; H=(1/15-1/20)L; Theo một số tμi liệu của các n−ớc công nghiệpxx cầu hệ khung khớp có chiều cao thay đổi thi công bằng ph−ơng pháp đúc hẫng (Hình 1-8. a ): Trên trụ Hp/L1=(1/15-1/20) tốt nhất (1/17);
Giáo trình Cầu BTCT 19 Trên mố: H/L=(1/27-1/35) tốt nhất 1/30 vμ ≥1,7m; Giữa nhịp h/L=(1/40-1/60) tốt nhất 1/49 (hoặc=(1/3)Hp)vμ ≥1,5m. Nhận xét: Ưu điểm: Cầu khung có độ cứng lớn ặ độ võng nhỏ ặ v−ợt đ−ợc nhịp lớn. Nh−ợc điểm: + Cấu tạo, thi công phức tạp. + Kết cấu siêu tĩnh ặ dễ phát sinh nội lực phụ do các ảnh h−ởng khác. 1.8. Hệ thống cầu Vòm: Hình 1-9. Sơ đồ hệ thống cầu vòm (đ−ờng xe chạy trên, giữa, d−ới; a. không khớp. b. hai khớp. c. ba khớp) Có đ−ờng xe chạy trên, giữa, d−ới; vòm cứng, vòm mềm Đặc điểm: + Phản lực có lực xô ngang (khi không có thanh căng), vòm chịu lực nén lμ chủ yếu + Có nhiều loại: không khớp, 2 khớp, 3 khớp Ưu điểm: + Hình thức đẹp ặ thoả mãn yêu cầu mỹ quan. + V−ợt đ−ợc nhịp lớn: 90 – 100m; đã xây cầu L=420m (năm 1996); khả năng 400- 500m Nh−ợc điểm: + Có lực xô ngang ặ mố trụ phức tạp + Thi công phức tạp, khó tiêu chuẩn hoá ặ ít dùng 1.9. Hệ Liên hợp vμ cầu treo: Nhóm 1: Đ−ợc tạo thμnh từ những hệ thống đơn giản:
Giáo trình Cầu BTCT 20 + Dầm vμ vòm: dầm cứng vμ vòm mềm (Hình 1-11.a, c), loại có lực đẩy ngang (Hình 1-11.c) hoặc không có lực đẩy ngang (Hình 1-11.a, b) + Dầm vμ hệ treo: Dầm đ−ợc treo bằng dây cáp mềm xiên hay đứng (Hình 1-11.d, f). f) Hình 1-10. Sơ đồ hệ thống cầu liên hợp nhóm 1 + Vòm vμ khung: dạng vòm công xon với đ−ờng xe chạy trên (Hình 1-11.e). Nhóm 2: Đ−ợc tạo thμnh từ những hệ thống đơn giản vμ có những bộ phận tăng c−ờng + Hệ thống vòm: Vòm cứng vμ thanh treo mềm thẳng đứng hoặc xiên - có lực xô ngang (Hình 1-11.d) hay không có lực xô ngang (Hình 1-11.a, b, c). + Hệ thống dầm mμ ở đó chúng đ−ợc tăng c−ờng thanh xiên cứng (Hình 1-11.e) hay lμ mềm –cầu treo dây văng (Hình 1-11. g, h) Cầu treo dây văng: + Đặc điểm: Dầm vừa chịu uốn vμ nén + Ưu: Có thể điều chỉnh trạng thái US, biến dạng trong quá trình lắp ráp & có thể ngay trong cả giai đoạn khai thác + Có độ cứng lớn hơn (So với cầu treo Parabol) vì không biến dạng hình học của dây + Thi công không cần giμn giáo + Phạm vi áp dụng: V−ợt nhịp 200 – 300m (hoặc lớn hơn) Hình 1-11. Sơ đồ kết cấu nhịp của hệ thống liên hợp nhóm 2
Giáo trình Cầu BTCT 21 1.10. Hệ thống cầu dμn BTCT: Ưu: Giảm trọng l−ợng bản thân & vμ giảm khối l−ợng vật liệu Nh−ợc: thanh chịu kéo ặ nứt ặ bất lợi. Thi công khó khăn, không cơ giới hoá đ−ợc Dμn có biên song song: h/L=1/8 – 1/10 Dạng gãy khúc hoặc cong: (1/7-1/8)L tại giữa nhịp Hiện nay hầu nh− không lμm, chỉ còn tồn tại một số cầu đ−ợc xây dựng từ thời Pháp thuộc tại đồng bằng sông cửu long Hình 1-12. Hệ thống cầu dμn có biên song song A Sóc Cần thơ Trăng A 30 16 20 75 A - A 8 Cọc BTCT kích th−ớc 30x30cm Hình 1-13. Cầu Đầu Sấu Km 2074+861 QL ! – Cần Thơ - Kết cấu nhịp dμn mút thừa BTCT
Giáo trình Cầu BTCT 22 2. Vật liệu dùng trong cầu Bê tông cốt thép 2.1. Bê tông 2.1.1. Yêu cầu chung • Lμ loại BT nặng γ=1.800-2500Kg/m3 • Mác BT21 >= 150, 200 – 600; Hiện nay ng−ời ta đã chế tạo đ−ợc các bê tông có c−ờng độ 20.000psi (≈1.400Kg/cm2) vμ đang nghiên cứu loại bê tông đạt tới c−ờng độ 26.000psi (≈1.800Kg/cm2)22 • Phải đảm bảo đúng mác bê tông, đáp ứng các điều kiện c−ờng độ vμ trong những tr−ờng hợp cần thiết bảo đảm chịu n−ớc ăn mòn, không thấm n−ớc, dùng loại xi măng ít co ngót, đông cứng nhanh, tự đầm • Bê tông chất l−ợng cao theo định nghĩa của Viện bê tông Mỹ (ACI) lμ: “loại bê tông mμ có hiệu suất đặc biệt vμ cùng đồng thời thoả mãn yêu cầu mμ không thể có đ−ợc bằng những thμnh phần thông th−ờng, những ph−ơng pháp trộn thông th−ờng vμ những cách thức bảo d−ỡng thông th−ờng”. Những yêu cầu về bê tông chất l−ợng cao có thể bao gồm những yếu tố nổi bật sau: ắ Dễ đổ vμ hoá cứng không ảnh h−ởng đến c−ờng độ. ắ Những tính chất cơ học dμi hạn. ắ Sớm đạt c−ờng độ cao. ắ Độ bền cao. ắ ổn định thể tích. ắ Tuổi thọ cao trong môi tr−ờng lμm việc. 2.1.2. Một số tính năng cơ lý của bê tông 2.1.2.1. C−ờng độ23 • Mác BT lμ c−ờng độ chịu nén của mẫu thử (15x15x15cm) • C−ờng độ chịu nén dọc trục (lăng trụ) Rnp (Rlt) • C−ờng độ chịu nén khi uốn Ru • C−ờng độ chịu kéo Rpn(Rk) • C−ờng độ chịu cắt khi uốn Rck theo QT 79 thì có 12 loại c−ờng độ của bê tông – xem Phụ lục 2 trang 251 Các yếu tố ảnh h−ởng đến c−ờng độ của BT 1. Thời gian, môi tr−ờng: C−ờng độ tăng lên theo thời gian, 28 ngμy đầu thì tăng nhanh v sau chậm dần (kéo dμi đến 20 năm lúc đó c−ờng độ tăng 2,5 - 3 lần); trong điều kiện thuận
Giáo trình Cầu BTCT 23 lợi (nhiệt độ d−ơng, độ ẩm lớn) c−ờng độ BT tăng trong nhiều năm; không thuận lợi (khô hanh hoặc nhiệt độ thấp) sự tăng c−ờng độ BT trong thời gian sau nμy lμ không đáng kể. lgt Công thức xác định c−ờng độ bê tông theo Thời gian: R = R ≅ 0,7R lgt t 28 lg28 28 2. Độ chặt khít của bê tông cμng lớn thì c−ờng độ của bê tông cμng cao. C−ờng độ của bê tông phụ thuộc thμnh phần cấp phối, tỷ lệ n−ớc/xi măng, đầm nén vμ bảo d−ỡng bê tông 2.1.2.2. Biến dạng của BT Bê tông lμ vật liệu đμn hồi – dẻo ặ có cả biến dạng đμn hồi (εđh) vμ biến dạng dẻo (εd), các biến dạng nμy phụ thuộc vμo tính chất vμ thời gian tác dụng của tải trọng (Hình 2-1). Biến dạng cực hạn của bê tông (εch) tại thời điểm mẫu bị phá hoại t−ơng ứng với c−ờng độ chịu nén lμ Rch. Khi gia tải đến một mức nμo đó (σb, εb) rồi giảm tải, biến dạng của BT không phục hồi hoμn toμn, đ−ờng cong giảm tải không trở về gốc, ta có εb = εđh + εd ; Biến dạng cực hạn: khi chịu nén trung tâm, đạt tới trị số (0,8ữ3)10-3, th−ờng lấy trung bình 2.10-3. Trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn đạt tới (2ữ4,5)10-3 trung bình 3,5.10-3 trị số nμy tăng khi chiều cao vùng nén giảm24. Khi chịu kéo chỉ bằng khoảng (1/20ữ1/10) so với chịu nén, trung bình 1,5.10-4. Hình 2-1. Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của BT Tính co ngót: Bê tông giảm thể tích khi đông cứng trong không khí. Sự co đó do đá xi măng gây ra. Khi đông cứng trong n−ớc thể tích tăng lên, mức độ nở bằng 1/5-1/2 mức độ co ngót ặ ảnh h−ởng đến kết cấu siêu tĩnh. Biến dạng tỷ đối về co ngót có thể đạt trị số trung bình 2ữ4ì10-4. Từ biến: Khi bê tông chịu tác động của tải trọng dμi hạn, biến dạng dẻo tăng lên tính chất đó gọi lμ từ biến; 3 - 6 tháng đầu tăng nhanh, 4-5 năm sau tăng nhỏ ặ không tăng nữa. Tác hại: tăng độ võng của kết cấu nhịp, gây nên sự phân bố lại nội lực; ví dụ tăng ứng suất trong cốt thép, giảm ứng suất trong bê tông nhất lμ trong kết cấu siêu tĩnh. Biến dạng nhiệt: Đây lμ loại biến dạng thể tích do nhiệt độ thay đổi. Giá trị trung bình của hệ số giãn nở vì nhiệt của bê tông vμo khoảng 1ì10-5/độ
Giáo trình Cầu BTCT 24 2.1.2.3. Mô đuyn đμn hồi (nén) vμ mô đuyn cắt: Mô đuyn đμn hồi của bê tông phụ thuộc vμo mác bê tông Mô đun đμn hồi ban đầu vμ mô đun cắt ban đầu của bê tông Bảng 2-1 Mô đun đμn hồi ban đầu vμ mô đun cắt ban đầu của bê tông (kg/cm 2 ) Dạng chịu lực Ký với những số hiệu bê tông của bê tông hiệu 150 200 250 300 400 500 600 Khi nén Eb 230000 265000 290000 315000 350000 380000 400000 Khi cắt Gb 92000 105000 115000 125000 140000 150000 160000
Giáo trình Cầu BTCT 25 2.2. Cốt thép 2.2.1. Yêu cầu: Bê tông vμ cốt thép phải lμm việc đồng thời với nhau lμ nhờ lμ nhờ lực dính bám giữa chúng, để tăng lực dính bám ng−ời ta dùng cốt thép có gờ, lμm neo, uốn móc khi dùng cốt trơn Phải lμm sạch rỉ cốt thép tr−ớc khi đổ bê tông Cốt thép cần đủ c−ờng độ, có tính dẻo cần thiết để dễ gia công vμ đảm bảo hμn đ−ợc Thi công đúng hình dạng, kích th−ớc vμ lớp bảo vệ của của cốt thép trong bê tông 2.2.2. Một số tính năng cơ lý chủ yếu Hình 2-2. Biểu đồ quan hệ US biến dạng của thép (1,2. Thép cán nóng CT3 vμ CT5; 3. cốt thép CT5 kéo nguội; 4. Thép hợp kim gia công nhiệt; 5,6. Sợi thép c−ờng độ cao kéo nguội) Dựa vμo biểu đồ ứng suất biến dạng phân chia cốt thép thμnh loại dẻo vμ rắn: Loại dẻo có biểu đồ nh− đ−ờng 1, 2, 3, 4 trên Hình 2-2. Chúng hoặc một thềm chảy rõ rμng hoặc một vùng biến dạng dẻo khá rộng, có biến dạng cực hạn khá lớn (10 đến 20%). Loại cốt thép rắn có giới hạn chảy không rõ rμng vμ gần nh− bằng giới hạn bền, có biến dạng cực hạn t−ơng đối bé (3- 4%), có biểu đồ nh− đ−ờng 5, 6 trên Hình 2-2. Đây th−ờng lμ các sợi thép c−ờng độ cao. Khi kéo thép trong giai đoạn đμn hồi rồi giảm tải thì biểu đồ sẽ trở về đ−ờng cũ, đến gốc. Nếu kéo thép đến phần có biến dạng dẻo rồi giảm tải thì biểu đồ không trở về theo đ−ờng cũ mμ theo một đ−ờng song song với đoạn thẳng biểu diễn giai đoạn đμn hồi, khi ứng suất giảm đến hết điểm B trên Hình 2-2. b vẫn còn lại một biến dạng d− εd. Nếu lại kéo thép một lần nữa thì đ−ờng σ-ε sẽ lμ đ−ờng thẳng BA. Ng−ời ta lợi dụng tính chất đó để gia công kéo nguội cốt thép nhằm tăng giới hạn đμn hồi của nó. Tất nhiên thép đã qua gia công nguội sẽ có độ giãn dμi khi đứt nhỏ hơn nhỏ hơn thép ban đầu. Về ứng suất th−ờng ng−ời ta qui định ba giới hạn sau: + Giới hạn bền σb lấy bằng giá trị ứng suất lớn nhất thép chịu đ−ợc tr−ớc khi bị kéo đứt. + Giới hạn đμn hồi σđh lấy bằng ứng suất ở cuối giai đoạn đμn hồi. Hình 2-3. Biểu đồ giới hạn đμn hồi vμ giới hạn chảy quy −ớc
Giáo trình Cầu BTCT 26 + Giới hạn chảy σch lấy bằng ứng suất ở đầu giai đoạn chảy. Đối với các loại thép không có giới hạn đμn hồi vμ giới hạn chảy rõ rμng ng−ời ta qui định các giới hạn qui −ớc. Giới hạn đμn hồi qui −ớc lμ giá trị ứng suất σđh ứng với biến dạng d− tỷ đối lμ 0,02% còn giới hạn chảy qui −ớc lμ giá trị ứng suất σch ứng với biến dạng d− tỷ đối lμ 0,2%. C−ờng độ của cốt thép th−ờng (cốt thép c−ờng độ cao: R >6000Kg/cm2 ), theo phân loại của quy trình chúng ta có 3 nhóm AI, AII, AIII C−ờng độ tính toán của cốt thép không căng tr−ớc khi tính về c−ờng độ. Bảng 2-2 C−ờng độ tính toán chịu kéo vμ chịu nén tính bằng kg/cm2 Loại cốt thép theo điều 5.8 Rn vμ Rac Loại A-I. Cán nóng, trơn, bằng thép số hiệu BMCT 3cn 1900 Loại A-II.Cán nóng có gờ bằng thép lò Máctanh số hiệu CT 5cn (đ−ờng kính đến 2400 40mm) vμ (đ−ờng kính từ 45 -90mm) Loại A-III.Cán nóng có gờ bằng thép số hiệu 25r 2Cvμ 5rC đ−ờng kính đến 40mm) vμ 18r 2C (đ−ờng kính 6 – 8mm) 3000 Mô đun đμn hồi cốt thép theo quy trình 1979 Bảng 2-3 Số TT Loại cốt thép Mô đun đμn hồi cốt thép (kg/cm 2 ) 1 Cốt thép cán nóng bằng thép cấp A-I vμ A-II 2, 1.10 6 2 Cốt thép cán nóng bằng thép cấp A-III 2, 1.10 6 3 Cốt thép cán nóng bằng thép cấp A-IV 2, 1.10 6 4 Thép sợi c−ờng độ cao, trơn vμ có gờ, bó thép sợi c−ờng độ cao, cốt 6 thép bện 7 sợi. 1, 8.10 2.2.3. Chế tạo cốt thép Th−ờng: Chế tạo bán thμnh phẩm: L−ới cốt thép, Khung cốt thép (chịu lực). Cốt thép c−ờng độ cao: Loại bó xoắn đ−ợc chế tạo thμnh từng cuộn. Loại thanh c−ờng độ cao đ−ợc chế tạo d−ới dạng thanh.
Giáo trình Cầu BTCT 27 3. Cầu bản Bê tông cốt thép 3.1. Đặc điểm Đặc điểm chính của cầu bản: Mặt cắt ngang (MCN) kết cấu nhịp có dạng tấm đặc hoặc rỗng. Cầu bản dùng cho những cầu nhịp ngắn, có những −u, nh−ợc điểm sau: Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản, thi công dễ, có thể đúc tại chỗ hoặc lắp ghép, bán lắp ghép. + Bản lắp ghép có trọng l−ợng nhỏ ặ dễ lao lắp. + Chiều cao kiến trúc nhỏ ặ tiết kiệm đất đắp đầu cầu, sử dụng tốt cho cầu cạn. Nh−ợc điểm: + Chiều dμi nhịp không lớn vì khi nhịp lớn trọng l−ợng kết cấu nặng, sử dụng vật liệu không hợp lý do đó không kinh tế Phân loại: Phân loại: Theo biện pháp thi công: đổ tại chỗ, lắp ghép, bán lắp ghép. Theo tính chất chịu lực: BTCT, BTCTUST. Theo mặt cắt ngang: Bản đặc, bản rỗng Theo tính chất lμm việc: v−ợt suối, cầu cạn Theo sơ đồ kết cấu: Đơn giản, mút thừa, liên tục. 3.2. Các sơ đồ cầu bản Dạng cầu đơn giản có mố nặng (Hình 3-1. a): Loại mố rời, hiện nay ít đ−ợc sử dụng do khối l−ợng vật liệu lμm mố lớnặ không kinh tế. Cầu bản BTCT chiều dμi nhịp L=2-6m (8m). Chiều cao h=(1/12-1/18)l; 25 Cầu bản mố nhẹ kiểu Slavinxki (Hình 3-1. b): Đặc điểm: + Phía d−ới có các thanh chống cách nhau 4-5m. + Mố lμm việc với kết cấu nhịp tạo thμnh hệ khung bốn khớp. + Mố th−ờng lμm bằng tấm hay t−ờng BTCT chiều dμy bằng 1/6-1/7,5 chiều cao, khi khi chịu áp lực ngang của đất mố lμm việc nh− lμ dầm kê trên 2 gối, phía trên lμ kết cấu nhịp (liên kết với mố bằng chốt thép) phía d−ới có các thanh chống. Mố có thể lắp ghép, đổ bê tông tại chỗ hay xây đá. + Nên đặt gối lệch tâm một đoạn (e) để gây ra mô men ng−ợc chiều với mô men do áp lực đất tác dụng lên mố. Trình tự thi công phải theo thứ tự: + Móng, mố, thanh chống. + Lắp bản chốt vμo mố. + Đắp đất đối xứng hai bên mố (để cân bằng áp lực ngang ở hai bên) đất phải đ−ợc đầm chặt.
Giáo trình Cầu BTCT 28 Kết cấu hợp lý, tiết kiệm vật liệu, hay dùng, có thiết kế định hình Hình 3-1. Sơ đồ cầu bản (a. đơn giản; b. Cầu bản kiểu Slavinxki; c. Mút thừa; d. liên tục; e. mặt cắt ngang lắp ghép, đổ tại chỗ) • Cầu bản nhịp mút thừa vμ liên tục: Kết cấu nhịp bản sử dụng cho sơ đồ nhịp liên tục vμ mút thừa Hình 3-1. c, d: L ≤10m. Trong những tr−ờng hợp riêng khi kết cấu lμ liên tục chiều dμi nhịp có thể đạt tới 20m. Chiều cao h=(1/12ữ1/18)l 26; Sơ đồ nhịp lμ dầm mút thừa thì nhịp giữa có thể lấy 8-10m, nhịp biên lk=(0,3ữ0,4)l; H=(1,3ữ1,4)h (Hình 3-1. c); Sơ đồ nhịp lμ dầm liên tục thì nhịp giữa có thể lấy 8-10m, nhịp biên l1=(0,7ữ0,9)l2 (Hình 3-1. d); 3.3. Cấu tạo cầu bản đúc tại chỗ Tiết diện th−ờng lμ hình chữ nhật, khi bề rộng lớn có thể lμm hình mui luyện hoặc bản dốc theo độ dốc ngang của mặt cầu Hình 3-1. e. Kết cấu nhịp bản của cầu cạn đổ tại chỗ, mặt cắt đặc, chiều cao không thay đổi đ−ợc kê trên suốt chiều rộng của xμ mũ, trụ t−ờng hoặc trên các cột trụ 27 (Hình 3-2):
Giáo trình Cầu BTCT 29 Hình 3-2. Kết cấu nhịp cầu bản đổ tại chỗ chiều cao không thay đổi + Nhịp giản đơn BTCTUST L=10ữ15m, h=(1/15ữ1/20)l; + Nhịp liên tục BTCTUST L=12ữ25m, h=(1/20ữ1/30)l. + Chiều rộng toμn bộ của kết cấu bản 8ữ10 vμ diện tích toμn bộ của lỗ rỗng nhỏ hơn 1/2 diện tích toμn bộ của MCN
Giáo trình Cầu BTCT 30 Hình 3-4. Kết cấu nhịp bản chiều cao thay đổi theo cả hai ph−ơng Khi chiều dμi nhịp L=30ữ40m áp dụng chiều cao không thay đổi dọc theo chiều dμi nhịp lμ không hợp lý, trong tr−ờng hợp nμy lμm chiều cao thay đổi đều (Hình 3-4). Trụ trong tr−ờng hợp nμy th−ờng lμ cột đ−ợc ngμm với kết nhịp vμ móng. Kết cấu nhịp nh− vậy có dạng hình nấm29, khi ngμm đ−ờng kính cột (3ữ4)m theo ph−ơng dọc cho phép giảm đáng kể chiều cao tại giữa nhịp đến h ≤(1/30ữ1/50)l; H=(2ữ5)h. Những khe biến dạng không nên cách nhau lớn hơn 50ữ60m. việc bố trí cốt thép th−ờng trong kết cấu nhịp cầu bản chỉ kê trên các trụ dạng cột đ−ợc thể hiện trên Hình 3-5 30. Hình 3-5. bố trí cốt thép th−ờng trong kết cấu nhịp cầu bản chỉ kê trên các trụ dạng cột
Giáo trình Cầu BTCT 31 Hình 3-6. Bố trí cốt thép th−ờng cầu bản cong Đối với các cầu cong, do tính chất lμm việc, nên cốt thép đ−ợc bố trí phức tạp hơn so với cầu thẳng. Hình 3-6 thể hiện việc bố trí cốt thép th−ờng trong cầu bản cong đ−ợc kê lên các trụ cột (H- l−ới d−ới; B- l−ới trên). Đối với cầu chéo tuỳ vμo việc kê lên kết cấu gối vμ cấu tạo cụ thể có thể bố trí cốt thép nh− sau: + Khi bản đ−ợc kê liên tục tại hai đầu Hình 3-8.a. + Khi kê lên các cột đ−ợc thể hiện trên Hình 3-8.b. + Khi cầu thẳng nh−ng các cột trụ bố trí không vuông góc với tim tuyến Hình 3-8.c. Hình 3-8. Bố trí cốt thép trong cầu bản chéo (D. l−ới d−ới; T l−ới trên) Tại Việt nam, trong dự án 5 cầu giai đoạn II-3 đã xây dựng cầu Cây Bứa (quốc lộ 1), với sơ đồ kết cấu nhịp liên tục 33,45+33+33,45 (m), tiết diện ngang lμ bản có lỗ chiều cao 1135mm, sử dụng cốt thép ứng suất tr−ớc. Hình 3-7. Mặt cắt ngang cầu Cây Bứa
Giáo trình Cầu BTCT 32 3.4. Cấu tạo cầu bản lắp ghép vμ bán lắp ghép 3.4.1. Cầu bản lắp ghép Hình 3-9. Mặt cắt ngang của các khối trong kết cấu nhịp cầu bản lắp ghép Kết cấu nhịp cầu bản lắp ghép th−ờng đ−ợc chia thμnh những khối theo chiều dμi nhịp (phân khối theo chiều dọc), trong nhiều tr−ờng hợp cầu cạn nhịp lớn, khối lắp ghép còn đ−ợc phân khối theo chiều ngang. Trong cầu cạn chiều cao của khối lắp ghép h=(1/18ữ1/25)l đối với nhịp giản đơn; h=(1/20 ữ 1/35)l đối với hệ thống liên tục hoặc khung. Chiều rộng của khối phụ thuộc vμo thiết bị cẩu lắp. Với chiều dμi nhịp L≤ 10ữ12m, có thể liên kết các khối bằng cốt thép th−ờng bao gồm những thanh riêng rẽ, tổ hợp hay lμ khung hμn. L≤ 12ữ20m, liên kết bằng thép UST. Khi sơ đồ lμ liên tục hoặc khung chiều dμi của nhịp có thể lớn hơn vμ lên tới 30ữ40m. Cốt thép c−ờng độ cao (bó hoặc sợi - căng tr−ớc) đ−ợc bố trí riêng biệt trong các khối lắp ghép, chúng đ−ợc kéo thẳng để đơn giản trong việc chế tạo, cốt thép đ−ợc bố trí cả ở biên d−ới vμ biên trên, cốt thép biên trên cơ bản để đảm bảo chịu kéo trong giai đoạn căng vμ lắp ghép kết cấu siêu tĩnh.31 Để giảm trọng l−ợng của khối ặ tạo những lỗ hình tròn, ô van vμ dạng chữ I (Hình 3-9) Các dạng tiết diện trên Hình 3-9 dùng cho các sơ đồ nhịp có chiều dμi khác nhau: Hình 3-9. a: L= 10 ữ12m, Hình 3-9. b: L= 12ữ18m. Hình 3-9. c. d. e: L ≤ 40m. Trong mặt cắt ngang của kết cấu nhịp các phân tố lắp ghép đ−ợc đặt liền kề hay cách nhau, khoảng cách của chúng phụ thuộc vμo sự lμm việc của kết cấu nhịp vμ ph−ơng pháp liên kết chúng với nhau. Đối với kết cấu nhịp có chiều dμi đến 8m có thể lắp đặt trên trụ mμ không cần liên kết theo ph−ơng ngang, đảm bảo sự lμm việc đồng thời của chúng thông qua lớp áo đ−ờng.
Giáo trình Cầu BTCT 33 Hình 3-10. Ph−ơng pháp liên kết ngang các khối của kết cấu nhịp lắp ghép (1. cấu kiện lắp ghép; 2.mối nối bằng BT đổ tại chỗ; 3.Cốt thép lò xo; 4.Mối nối bằng cốt thép chờ; 5. Bản BT; 6.Cốt thép UST theo ph−ơng ngang; 7. Neo; 8. Liên kết ngang đổ tại chỗ trên trụ; 9.Cốt thép vòng; 10.Cốt thép dọc Hình 3-11. Mặt cắt ngang của cầu bản lắp ghép, cấu tạo khối lắp ghép Hình 3-11 thể hiện khối lắp ghép vμ sơ đồ MCN của kết cấu nhịp bản có L=10m. Trọng l−ợng một khối =10T; h/l=1/19,2. Có 2 lỗ rỗng lμ hình tròn đ−ờng kính 40cm. Cốt thép UST Φ=3mm. Hình 3-12 thể hiện khối lắp ghép vμ sơ đồ MCN của kết cấu nhịp bản có lỗ rỗng hình ô van đối với cầu đ−ờng ô tô vμ đ−ờng thμnh phố với các nhịp 6, 9, 12, 15, 18 chiều dμy của tấm
Giáo trình Cầu BTCT 34 t−ơng ứng lμ 0,3 0,45, 0,6, 0,75 t−ơng ứng h/l=(1/19-1/24) chiều rộng tấm 1m. Đối với nhịp 6, 9m lỗ rỗng hình trụ tròn còn nhịp 12, 15, 18m lỗ rỗng hình ô van. Hình 3-12. Mặt cắt ngang của cầu bản lắp ghép vμ khối lắp ghép có lỗ hình ô van Để đảm bảo sự lμm việc đồng thời của các khối riêng rẽ có thể dùng cấu tạo khớp bằng bê tông có lò xo thép (Hình 3-10.b) hoặc liên kết bằng bản thép hμn Liên kết khớp bê tông: Khớp có hình tròn, hình thang hay hình quạt, khe nối dùng bê tông cốt liệu nhỏ (B20-B25), liên kết nμy truyền lực cắt tốt vμ dễ thi công Liên kết bằng thép hμn: Dùng liên kết khớp bằng BT phải đổ BT tại chỗ vμ chờ cho đến khi đạt c−ờng độ mới khai thác đ−ợc. Để khắc phục có thể dùng liên kết bằng bản thép hμn bố trí cách nhau theo chiều dọc khoảng 80-150cm, ở giữa nhịp bố trí mau ở gối bố trí th−a hơn Theo ph−ơng dọc các khối đúc sẵn sau khi đặt lên lên gối cầu tại vị trí lμm việc đ−ợc nối với nhau bằng mối nối −ớt (Hình 3-13.a), tr−ờng hợp hợp nμy toμn bộ xμ mũ của trụ nằm bên d−ới, giải pháp nμy thi công đơn giản nh−ng không thẩm mỹ đặc biệt lμ cho các cầu thμnh phố. Để giảm chiều cao xμ mũ nằm bên d−ới cầu có thể đ−a một phần xμ mũ vμo trong khoảng giữa hai đầu kết cấu nhịp, sử dụng bản liên tục nhiệt hoặc khe co dãn để nối hai đầu của chúng (Hình 3-13.e), khi xμ mũ cần có chiều cao lớn hơn nên đặt cao độ đỉnh của xμ mũ bằng cao độ đỉnh của kết cấu nhịp vμ đỉnh của xμ mũ lμ một phần của đ−ờng xe chạy (Hình 3-13.d). Trong tr−ờng hợp không muốn để lộ xμ mũ, có thể đ−a toμn bộ chiều cao của xμ mũ trụ nằm trong chiều cao của dầm, các khối lắp ghép đ−ợc nối vμo hai phía của xμ mũ (Hình 3-13.b), hoặc sử dụng mối nối −ớt để liên kết trụ vμ kết cấu nhịp (Hình 3-13.c) tạo thμnh kết cấu khung dầm liên tục. Sử dụng cáp ứng suất tr−ớc trên toμn bộ chiều dμi kết cấu nhịp để nối các khối lắp ghép thể hiện trên Hình 3-13.f, g, tr−ờng hợp thứ nhất các kết cấu nhịp đ−ợc nối tại vị trí trụ (Hình 3-13.f), tr−ờng hợp thứ hai mối nối bố trí trong nhịp (Hình 3-13. g). Ưu điểm của giải pháp nμy lμ cáp ứng suất tr−ớc đ−ợc bố trên toμn bộ kết cấu nhịp, nh−ng một trong những nh−ợc điểm lμ thi công khó khăn, có thể chọn ph−ơng án sử dụng cáp ứng suất tr−ớc cục bộ tại vị trí mối nối trong nhịp (Hình 3-13. h) hoặc sử dụng ph−ơng án nh− trên Hình 3-13. i, trong
Giáo trình Cầu BTCT 35 ph−ơng án nμy tr−ớc tiên tiến hμnh thi công khung T vμ căng cốt thép ứng suất tr−ớc chịu mô men âm, sau đó đặt phần kết cấu nhịp bê tông ứng suất tr−ớc đúc sẵn vμo khấc kê trên đầu hẫng của cánh T vμ cuối cùng lμ thi công mối nối −ớt liên kết giữa hai phần đúc sẵn. Hình 3-13. Sơ đồ bố trí kết cấu nhịp siêu tĩnh: sơ đồ khung vμ liên tục (1. phân tố lắp ghép; 2. bê tông đổ tại chỗ; 3. Xμ mũ trụ; 4. mối nối (hoặc bản liên tục nhiệt); 5 cốt thép ứng suất tr−ớc trên toμn bộ chiều dμi nhịp; 6. Cốt thép ứng suất tr−ớc tại mối nối 3.4.2. Cầu bản bán lắp ghép Kết cấu bán lắp ghép lμ kết cấu mμ tiết diện của nó có một phần đ−ợc đúc sẵn vμ một phần đ−ợc đổ tại chỗ, đối với cầu bản các khối lắp ghép th−ờng bố trí ở phía d−ới tiết diện thể hiện trên Hình 3-14.32 Hình 3-14. MCN của phân tố đúc sẵn trong kết cấu nhịp bán lắp ghép (1. cốt thép ứng suất tr−ớc; 2. cốt thép th−ờng; 3. thép chờ uốn vòng; 4. cốt thép chờ)
Giáo trình Cầu BTCT 36 Sau khi đặt các khối đúc sẵn vμo đúng vị trí, đổ bê tông cốt thép tại chỗ để liên kết các khối lại với nhau tạo thμnh kết cấu nhịp có tiết diện bán lắp ghép vμ các kiểu mặt cắt ngang kết cấu nhịp đ−ợc thể hiện trên Hình 3-15 Hình 3-15. Mặt cắt ngang của kết cấu nhịp bản bán lắp ghép (1. bê tông đổ tại chỗ; 2. l−ới cốt thép; 3. cốt thép chờ; 4. tấm BTCT đúc sẵn lμm ván khuôn; 5. thanh cốt thép dọc; 6. liên kết hμn cốt thép; 7. thanh cốt thép xuyên qua các khối đúc sẵn; 8. tấm lắp ghép; 9. lỗ ngang để luồn cốt thép; 10. ván khuôn thép; 11. cốt thép ứng suất tr−ớc; 12. tấm bê tông cốt thép lμm cốp pha) Các khối đ−ợc ghép lại với nhau với yêu cầu khe hở giữa các khối theo chiều ngang không lớn hơn (10ữ20mm). Mặt cắt ngang trên Hình 3-15. a33 dùng cho kết cấu nhịp có chiều dμi L=6ữ10m, trên Hình 3-15.b dùng cho kết cấu nhịp có chiều dμi L=10ữ15m , để tăng sự lμm việc không gian của kết cấu nhịp sử dụng l−ới cốt thép hoặc cốt thép chờ (Hình 3-15.c), mối nối vòng (Hình 3-15.d), sử dụng mối nối buộc hoặc hμn để liên kết giữa cốt thép với nhau (Hình 3-15.e) Khi kết cấu nhịp lớn hơn nữa sử dụng khối lắp ghép có dạng bản rỗng, tiết diện T hoặc hộp vμ có thể chỉ đổ bê tông liên kết theo ph−ơng ngang trên một phần chiều cao của tiết diện nhằm mục đích giảm trọng l−ợng của kết cấu phần trên, phần bê tông đổ tại chỗ nμy bao phủ cốt thép th−ờng hoặc cốt thép ứng suất tr−ớc tại những lỗ để sẵn trong s−ờn của phần tử lắp ghép. Phía trên của khối lắp ghép đặt những tấm bê tông cốt thép đúc sẵn lμm cốp pha để đổ bê tông mặt đ−ờng (Hình 3-15.c, e) hoặc rải trực tiếp lớp phủ của phần đ−ờng xe chạy (Hình 3-15.g), do tấm bê tông cốt thép đúc sẵn lμm ván khuôn nặng nề nên có thể thay thế bằng các tấm thép có dạng vòm (Hình 3-15.h). Khi có thể đặt những khối lắp ghép cách xa nhau, giữa các khối nμy bố trí những tấm bê tông cốt thép phẳng hoặc đa giác lμm cốp pha đặt ở vùng biên d−ới của kết cấu phần trên (Hình 3-15.i, k).
Giáo trình Cầu BTCT 37 Cốt thép ứng suất tr−ớc của mặt cắt ngang đ−ợc đặt vμo những rãnh ngang của phần tử lắp ghép vμ đ−ợc kéo tr−ớc hoặc kéo sau tr−ớc khi bê tông đông cứng Đặc điểm tiết diện bán lắp ghép: Lμm việc theo hai giai đoạn + Giai đoạn1: Khối lắp ghép lμm việc độc lập, chịu trọng l−ợng bản thân của chính nó vμ trọng l−ợng của phần bê tông đổ tại chỗ + Giai đoạn 2: Cả kết cấu nhịp cùng lμm việc, chịu tĩnh tải phần 2 (lớp mặt đ−ờng, lan can, bộ hμnh) vμ hoạt tải Ưu + Tính toμn khối tốt hơn so với lắp ghép + Phần bê tông đổ tại chỗ ít so với lắp ghép + Không phải lμm giμn giáo so với đổ tại chỗ + Trọng l−ợng của khối lắp ghép nhẹ hơn so với lắp ghép Khuyết: + Tính toμn khối kém hơn so với đổ tại chỗ + Thi công lâu hơn so với lắp ghép 3.5. Cầu đ−ờng sắt Mặt cắt ngang cầu bản đ−ờng sắt bằng BTCT th−ờng lắp ghép có thể giống dạng mặt cắt bản đúc tại chỗ, cũng có thể gồm hai khối đối xứng đ−ợc ghép với nhau qua khe nối dọc (Hình 3-16). Mỗi khối th−ờng có công xon tạo thμnh máng ba lát. Phần bên d−ới thu hẹp lại, nh−ng bản thân nó đủ khả năng ổn định chống lật vμ khả năng chịu xoắn do tải trọng thẳng đứng đặt lệch tâm, đủ khả năng chống xô ngang vμ có thể không cần có liên kết cứng liền khối với bản kê bên cạnh (Hai khối chỉ cần liên kết cứng nếu bản nμy nằm trên đ−ờng cong) Chiều cao của kết cấu nhịp h/l=(1/10ữ1/13) Khi v−ợt qua đ−ờng xe điện h/l=(1/13ữ1/15) Hình 3-16. Cầu bản dùng cho đ−ờng sắt
Giáo trình Cầu BTCT 38 4. Cầu dầm giản đơn BTCT th−ờng vμ bê tông cốt thép ứng suất tr−ớc 4.1. Khái niệm về cầu dầm BTCT: Đối với cầu bản khi chiều dμi nhịp tăng ặ Mô men do tĩnh tải tăng lên nhanh, trọng l−ợng bản thân tăng ặ không tiết kiệm đ−ợc vật liệu ặ không kinh tế ặ chuyển sang lμm cầu dầm Cầu dầm đ−ợc áp dụng do việc giảm chi phí của kết cấu tấm BTCT bằng việc loại bỏ phần bê tông trong vùng chịu kéo vμ tập trung cốt thép trong s−ờn dầm. Khi chịu uốn một phần s−ờn vμ bản mặt cầu chịu nén. Cốt thép tiếp nhận toμn bộ ứng suất kéo. Chiều rộng s−ờn dầm đ−ợc thu nhỏ đủ để bố trí cốt thép vμ chịu lực cắt vì vậy tiết diện chịu lực hợp lý tiết kiệm vật liệu. Nếu bố trí cốt thép không đủ có thể lμm bầu dầm Ưu điểm: + Chịu lực hợp lý hơn cầu bản ặ v−ợt đ−ợc nhịp lớn hơn + Chịu mô men một dấu bố trí cốt thép đơn giản + Dễ tiêu chuẩn hoá, định hình hoá cấu kiện + Thích hợp với kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép + Vận chuyển vμ lắp ráp t−ơng đối thuận tiện thích hợp với cầu nhiều nhịp Nh−ợc + Kích th−ớc tiết diện s−ờn nhỏ hẹp, cốt thép dầy đặc đổ bê tông khó khăn + Vận chuyển T & I kém ổn định (so với cầu bản) + Chiều cao kiến trúc lớn + V−ợt nhịp nhỏ, cầu nhiều trụ + Bê tông cốt thép th−ờng bị nứt lμm hạn chế khả năng sử dụng vμ giảm độ bền vững công trình 4.2. Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn toμn khối • Phạm vi sử dụng: + L ≤ (20ữ22)m (45-50m - tiết diện hình hộp) + ở nơi không có điều kiện lắp ghép • Ưu: Lμm việc không gian tốt Không cần thiết bị lao lắp • Nh−ợc: Phải lμm giμn giáo, ván khuôn, thi công tại chỗ ảnh h−ởng thông thuyền, cản trở dòng chảy, thời gian thi công lâu (thi công phải theo trình tự móng, mố trụ) ặ kém kinh tế.
Giáo trình Cầu BTCT 39 a) b) I I II II I - I 3 II - II 1 L 1 L 3 2 3 1 L 3 1 11 L 111 L L22L L2 c) d) Hình 4-1. Một số dạng MCN Kết cấu nhịp đổ tại chỗ 1 a-Dầm chủ, dầm ngang vμ dầm dọc; b- Dầm chủ, dầm ngang; c, d - Khi khổ cầu lớn 1- Dầm chủ; 2 Dầm dọc phụ; 3-Dầm ngang Trong cầu đổ tại chỗ có các dạng: + Dầm chủ vμ dầm ngang + Dầm chủ, dầm ngang vμ dầm dọc phụ 4.2.1. Phần Bản Chiều cao bản đ−ờng bộ hμnh lắp ghép ≥ 6cm, đổ tại chỗ: ≥ 8cm. Bản xe chạy: hb ≥ 10cm (nên chọn 15-20cm) Sự lμm việc của bản: L1/L2 ≥ 2: Bản kê 2 cạnh; điều kiện: hb > (1/25)L2 L1/L2 (1/30)L2 Trong đó: L1, L2 : kích th−ớc mặt bằng theo hai ph−ơng của bản 4.2.2. Dầm chủ Dầm chủ lμ bộ phận chịu lực chính, hai đầu dầm kê lên b các gối cầu ở trên các trụ, mố. Số l−ợng dầm chủ sẽ lμ ít h nhất (để hạn chế khối l−ợng ván khuôn), số l−ợng tuỳ thuộc vμo khổ cầu b Khi mặt cắt ngang gồm 2 dầm chủ, khoảng cách giữa h chúng bằng 0,55 - 0,6 chiều rộng toμn bộ cầu (khổ 7 hoặc khổ 8 khoảng cách lμ 5-6m) Chiều cao dầm chủ: h/l=(1/8-1/16)34 Hình 4-2. mặt cắt ngang dầm chủ Chiều rộng s−ờn dầm: b = (1/6 - 1/7)h đủ để bố trí cốt thép vμ chịu lực cắt 4.2.3. Dầm ngang Dầm ngang có nhiệm vụ liên kết các dầm chủ theo ph−ơng ngang cầu, tăng c−ờng lμm việc cho bản mặt cầu, tăng độ cứng vμ lμm nhiệm vụ phân phối tải trọng giữa các dầm chủ. Khoảng
Giáo trình Cầu BTCT 40 cách giữa các dầm ngang: 4-6m th−ờng có ít nhất một dầm ở giữa nhịp vμ hai dầm ngang ở vị trí gối cầu. Chiều cao dầm ngang: + Tại giữa nhịp: hng=(2/3)h + Tại gối: hng=h Chiều rộng dầm ngang: bng= 15ữ20cm + Nhận xét : Khi có dầm ngang ặ thi công phức tạp 4.2.4. Dầm dọc phụ Để đảm bảo chiều dμy kinh tế của bản mặt cầu khi chịu uốn theo một ph−ơng thì chiều dμi nhịp của bản trong khoảng 2-3m. Do đó khi khoảng cách giữa các dầm chủ lớn nên đặt các dầm dọc phụ. Chiều cao: hdp=(0,3ữ0,5)h Chiều rộng: bdp=15ữ20 (cm) 4.2.5. Ví dụ Kết cấu nhịp cầu BTCT đổ tại chỗ nhịp 12, 16, 20m t−ơng ứng bê tông lμ 39,9, 58,9, 77,5m3. Thép 160Kg/m3 bê tông. 4.3. Kết cấu nhịp cầu dầm giản đơn lắp ghép 4.3.1. Khái niệm: Kết cấu nhịp đ−ợc chia thμnh các khối, các khối nμy đ−ợc đúc tr−ớc trong nhμ máy hoặc trên bãi đúc trên công tr−ờng. Sau đó vận chuyển, lao lắp các cấu kiện vμ liên kết lại bằng các mối nối. • Ưu: + Có thể tập trung chế tạo ở nhμ máy, công x−ởng ặ áp dụng các biện pháp cơ giới hoá ặ chất l−ợng tốt, năng suất cao + Thi công nhanh, giảm khối l−ợng thi công trên công tr−ờng. + Tiết kiệm đ−ợc vật liệu lμm ván khuôn. + Không phải lμm giμn giáo.
Giáo trình Cầu BTCT 41 a) 700/2 d) 700/2 2 1 99 15 b) 99 700/2 140 99 c) 1200/2 e) 700/2 7 5 1 3 24 16 210 400 400/2 700/2 f) g) 8 2 1 1 18 250 Hình 4-3. Các sơ đồ MCN cầu BTCT lắp ghép 650 650 20 20 30 600 600 30 70 120 120 50 15 15 150 150 210 210 210 210 210 Hình 4-4. Mặt cắt ngang của cầu lắp ghép (a. chỉ có mối nối tại bản mặt cầu; b - mối nối tại bản mặt cầu vμ dầm ngang đổ tại chỗ) • Nh−ợc + Phải có ph−ơng tiện vận chuyển vμ lao lắp. + Nhiều mối nối cấu tạo thi công phức tạp, chịu lực bất lợi + Tính lμm việc không gian kém so với toμn khối • Phạm vi sử dụng: đ−ợc sử dụng rất rộng rãi cho nhịp nhỏ, nhịp trung bình
Giáo trình Cầu BTCT 42 4.3.2. Phân loại (Các sơ đồ mặt cắt ngang) Nhận xét dạng chữ Π (Hình 4-3 a,b,c): Ưu: + Có độ cứng chống xoắn tốt + ổn định khi lao lắp, vận chuyển Nh−ợc: + Chế tạo khó khăn vμ phức tạp (các góc, cạnh, cốt thép dμy) + Khi chiều dμi nhịp lớn ặ tốn vật liệu Nhận xét dạng chữ T (Hình 4-3.d, e, h, i, k, g): Đ−ợc sử dụng rộng rãi nhất Khi có dầm ngang: tăng c−ờng độ cứng theo ph−ơng ngang, tạo nên sự lμm việc không gian của kết cấu nhịp tốt, độ cứng chống xoắn tốt, tăng c−ờng chịu lực của bản mặt cầu Nh−ợc: Thi công phức tạp, khó chuẩn hoá. 4.3.3. Các ph−ơng pháp phân khối trong kết cấu nhịp lắp ghép + Phân khối theo chiều dọc + Phân khối theo chiều dọc vμ ngang + Các ph−ơng pháp phân khối khác Phân khối theo chiều dọc Kết cấu nhịp đ−ợc chia thμnh từng khối có chiều dμi bằng chiều dμi nhịp Ưu: + Dễ chuẩn hoá, mối nối bố trí vμo chỗ chịu lực nhỏ + Việc thi công mố nối đơn giản,đổ BT mối nối trên công tr−ờng ít. Nh−ợc: + Trọng l−ợng khối lắp ghép lớn. + Vận chuyển khó khăn hơn. Phân khối theo chiều dọc vμ ngang Theo chiều dọc cầu, chia khối thμnh nhiều đoạn nhỏ. Ưu: + Trọng l−ợng nhỏ, dễ vận chuyển Nh−ợc: + Mối nối đ−ợc bố trí vμo chỗ chịu lực lớn + Rất ít áp dụng cho dầm giản đơn, chỉ dùng với BTUST
Giáo trình Cầu BTCT 43 L=15m 4.50 6.00 4.50 L=18m 3.00 6.00 6.00 3.00 L=24m 3.00 6.00 6.00 6.00 3.00 L=33m 4.50 6.00 6.00 6.00 6.00 4.50 L=42m 3.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 3.00 Hình 4-5. Ví dụ phân khối theo chiều ngang cầu Ví dụ cầu HoμngThạch mặt cắt ngang gồm 5 dầm (3 cho đ−ờng xe chạy vμ 2 cho băng tải) đ−ợc phân khối theo cả chiều dọc vμ ngang cầu, theo ph−ơng ngang dầm 42m: đ−ợc chia thμnh 8 đốt; bố trí theo sơ đồ: 3 + 6 x 6 + 3 (m); Dầm 24 m: đ−ợc chia thμnh 6 đốt; bố trí theo sơ đồ: 3 + 3 x 6 + 3 (m); Các ph−ơng pháp phân khối khác: Ngoμi còn phân khối bằng cách tách bản mặt cầu, s−ờn dầm, dầm ngang thμnh các khối riêng sau đó liên kết chúng lại với nhau bằng các mối nối. 4.3.4. Cấu tạo mối nối Mối nối hμn - mối nối khô (Hình 4-6): tại vị trí tiếp giáp dầm ngang giữa hai khối ở phần bản vμ góc d−ới s−ờn dầm có đặt các bản thép từ lúc đổ bê tông, sau khi lắp đặt ng−ời ta dùng các bản thép hμn liên kết dầm ngang của hai khối lắp ghép lại với nhau. Mối nối nμy chỉ thực hiện tại dầm ngang nên bản mặt cầu lμm việc theo sơ đồ mút thừa. I I-I 70 70 16 15 6 4450x12 50x12 13 150 2 150 1 1 3 7 3 15 3 15 6 6 1 6 6 5 1 69.5 70 70 I Hình 4-6. Cấu tạo mối nối hμn tại dầm ngang (1. cốt thép neo; 2. khe hở; 3. bản thép hμn nối; 4. Bản thép chờ phía trên; 5. Bản thép chờ phía d−ới; 6. Đ−ờng hμn )
Giáo trình Cầu BTCT 44 Mối nối đổ bê tông tại bản - mối nối −ớt: khi chế tạo cánh dầm để cốt chờ sau khi lắp các dầm đặt thêm cốt dọc, ghép ván khuôn vμ đổ bê tông. Chiều rộng mối nối bản không nhỏ hơn 20- 30cm (Hình 4-7). Để giảm trọng l−ợng dầm chiều rộng mối nối bản có thể lấy đến 60-80cm. I-I I I-I 36 7 a) . c) 2 6 5 . 1 9 7 . 4.5 9 9 9 4.5 2 b) φ8 I 0 1 II II-II 0 II1 d) 0 1 0 1 0 1 II Hình 4-7. Cấu tạo mối nối −ớt tại bản mặt cầu vμ cấu tạo mối nối cốt thép chủ của dầm ngang (a. dùng bản thép; b. Nối trực tiếp) Mối nối đổ bê tông nối bản vμ nối dầm ngang. Ngoμi việc nối bản nh− trên, dầm ngang cũng đ−ợc đúc sẵn một phần vμ để cốt chờ sau đó hμn nối cốt thép vμ đổ bê tông (Hình 4-7. c, d) Ngoμi ra liên kết các dầm chủ có thể thực hiện bằng các dầm ngang đ−ợc đổ bê tông tại chỗ, tại vị trí dầm ngang có cốt chờ để liên kết dầm chủ với dầm ngang đ−ợc tốt hợp, các tr−ờng hợp nμy bản lμm việc theo sơ đồ bản kê hai cạnh hoặc bốn cạnh. 4.3.5. Các kích th−ớc cơ bản • Bản mặt cầu: + Nếu tiết diện không thay đổi hb=15ữ16cm; nếu thay đổi tại mép hb 8, tại s−ờn dầm hb 12. • Dầm chủ: + Chiều cao: h/l=(1/10ữ1/16) + Chiều rộng s−ờn dầm (yêu cầu đủ bố trí cốt thép vμ chịu lực cắt): b 10ữ15ữ20cm + Ví dụ: Một khung cốt thép: b=8ữ12cm; hai khung b=17ữ21cm; ba khung b=22ữ26cm + Khoảng cách giữa các dầm chủ: d=1,4ữ3m tiết diện T (Kinh nghiệm d=1,4ữ2,1m); • Dầm ngang + Chiều cao: hng ≥ (0,7ữ0,8)h + Khoảng cách: 2,5ữ4m (8m); + Chiều rộng s−ờn: bng=12ữ16cm (20cm) Một số kết cấu định hình Liên xô cũ Bảng 4-1 l0 10 12,5 15 h 0,8 0,85 1 (m) h/l 1/14 1/14,7 1/15 P 8,2 10,4 13,7 (T)
Giáo trình Cầu BTCT 45 Cốt thép 300Kg/m3 BT cho H30 • Cấu tạo vμ bố trí cốt thép trong dầm chủ, dầm ngang (Hình 4-8, Hình 4-9, Hình 4-13): Hình 4-8. Mặt cắt ngang, dọc vμ bố trí cốt thép th−ờng trong dầm chủ lắp ghép Hình 4-9. Mặt cắt dọc, ngang vμ bố trí cốt thép trong cầu đổ tại chỗ
Giáo trình Cầu BTCT 46 4.3.6. Cầu dầm giản đơn trên đ−ờng sắt Phổ biến gồm 2 dầm chủ cách nhau 1,8m (Hình 4-10). Chiều dμi nhịp L≤16,5m (9-16m)35 Kết cấu: Đổ tại chỗ hoặc lắp ghép Chiều cao dầm: h/l=1/10-1/12 Hình 4-10. MCN dầm BTCT trên đ−ờng sắt Định hình của Liên xô cũ Bảng 4-2 Số dầm L(m) Ltt H(cm) V P/1dầm (Tấn) 2 9,3 8,7 90 16,3 22,3 2 11,5 10,8 105 21,3 28,9 2 13,5 12,8 120 27,3 37,3 2 16,5 15,8 140 36,93 49,2 4.4. Kết cấu Bán lắp ghép Bản mặt cầu đổ tại chỗ Dầm đúc sẵn Dầm ngang đổ tại chỗ Hình 4-11. Mặt cắt ngang kết cấu nhịp bán lắp ghép (PCI) Kết cấu nμy gồm một phần lμ các khối lắp ghép vμ một phần đổ bê tông tại chỗ để liên kết các cấu kiện. Dạng cầu bán lắp ghép có các dạng sau: - Cấu kiện đúc sẵn lμ các dầm chữ T có cánh ngắn hoặc dầm chữ I, hay tiết diện chữ nhật, bản mặt cầu đổ tại chỗ (Bảng 4-12, Bảng 4-13, Hình 4-38, Hình 4-40). Có thể cánh trên của dầm tạo khấc đặt tấm đan bê tông cốt thép mỏng lμm ván khuôn đổ bê tông bản (Hình 4-11). - Phần đúc sẵn có dạng chữ U (super T) Hình 4-41, Hình 4-42, Hình 4-43. Ưu điểm: + Trọng l−ợng nhẹ thuận lợi cho việc vận chuyển lao lắp + Không phải lμm các mối nối, tính toμn khối tốt hơn kết cấu lắp ghép Nh−ợc điểm: + Phần đổ bê tông tại chỗ nhiều thi công lâu hơn 4.5. bố trí cốt thép 4.5.1. Cốt thép bản mặt cầu Đ−ờng kính cốt chịu lực: Đối với bản mặt cầu 10mm; Đối với đ−ờng bộ hμnh 6mm. Số l−ợng cốt thép trên một mét rộng: 5-14 thanh, khoảng cách giữa chúng không đ−ợc lớn hơn hai lần chiều dμy của bản
Giáo trình Cầu BTCT 47 Diện tích cốt phân bố của bản kiểu dầm, bản mút thừa 15-20% tiết diện cốt chịu lực, đ−ờng kính cốt phân bố 6mm, đ−ợc đặt tại tất cả các chỗ uốn của cốt chịu lực, trên đoạn thẳng bố trí không th−a quá 25cm. Khi bố trí cốt thép rời, nên uốn khoảng 30% các cốt thép từ d−ới lên tại hai hoặc ba chỗ cách s−ờn dầm 1/6 đến 1/4 nhịp. Góc uốn th−ờng lμ 450, nh−ng trong bản mỏng nên lấy 300. Khi bố trí bằng l−ới hμn thì không cần bố trí cốt xiên. Khi nối theo ph−ơng không chịu lực, mép l−ới phải xếp chồng lên nhau một đoạn 100mm. Đối với bản kê 4 cạnh, trong mỗi h−ớng chia lμm 3 phần, trong đó 2 phần ngoμi mỗi phần có chiều rộng lấy bằng 1/4 chiều dμi của cạnh ngắn. Trong các phần biên, cốt thép lấy với số l−ợng bằng một nửa so với số l−ợng tính toán nh−ng khoảng cách không lớn hơn 20cm vμ hai lần chiều dμy của bản. Nên bố trí cốt thép của ph−ơng chịu lực lớn nằm xa trục trung hoμ Trong kết cấu nhịp lắp ghép không có dầm ngang, các mối nối đ−ợc bố trí tại giữa nhịp bản. Để đảm bảo liên kết chắc chắn cũng nh− cho kết cấu nhịp lμm việc nh− một kết cấu không gian, nên bố trí hai loại cốt thép đối xứng (Ft=F’t). Cốt thép lμ loại có gờ đ−ợc chế tạo thμnh l−ới hμn, mối nối hình vòng khuyết, chiều rộng từ 30-35cm (chiều dμi phần thừa ra của cốt thép không nhỏ hơn 15 lần đ−ờng kính cốt thép khi bẻ móc thẳng ở đầu – 5.120 QT 79) 4.5.2. Cốt chủ Cốt thép chủ đ−ợc bố trí theo hai hình thức: kiểu khung hoặc kiểu rời. Khoảng cách tiêu chuẩn của chúng đ−ợc thể hiện trên Hình 4-12 a) b) t t d Thanh đệm d k H m m m m m Co d d C'o Hình 4-12. Khoảng cách tiêu chuẩn giữa các thanh cốt thép vμ chiều dμy lớp bê tông bảo vệ trong dầm BTCT th−ờng; a.bố trí cốt thép khung; b. bố trí cốt thép rời; c0≥2d vμ 5cm; c’0≥5cm; k≥d vμ 3cm; t≥1,5cm; 3cm≤m≤5cm Chiều cao của chồng cốt thép khung hμn (H): Những dầm có chiều cao 1m thì H 0,2h Những dầm có chiều cao > 1m thì H 0,15h Thanh đệm đ−ợc bố trí khi số thanh trong một chồng cốt thép khung hμn nhiều hơn 5, cách 3- 4 thanh (theo chiều cao) (QT 84 của Liên xô 3 hμng) bố trí một thanh đệm có đ−ờng kính đúng bằng đ−ờng kính cốt chủ vμ dμi ≥6d, Thanh đệm bố trí tại chỗ uốn nghiêng cốt chủ, chỗ khác cách nhau 3/4 chiều cao dầm (hoặc 1 m - Snhip 84).36 Căn cứ vμo biểu đồ bao mô men để tìm đ−ợc điểm cắt lý thuyết của cốt chủ từ đó xác định đ−ợc điểm cắt thực tế dựa vμo chiều dμi neo cốt thép yêu cầu vμ thực tế bố trí cốt thép. Trong các khung hμn, thanh chịu kéo điểm cắt thực tế phải kéo dμi quá điểm cắt lý thuyết 20d đối với cốt trơn, 15d đối với cốt gờ, thanh chịu nén t−ơng ứng lμ 15d vμ 10d; Trong các khung cốt thép buộc, th−ờng các thanh cốt thép đều uốn vμ cố định trong miền chịu nén.
Giáo trình Cầu BTCT 48 Trong các dầm có chiều cao nhỏ hơn 80cm, cốt xiên chôn vμo trong miền chịu nén cần phải có một đoạn thẳng song song với cốt dọc dμi 10d nếu lμ cốt vỏ trơn (đầu cốt thép sẽ uốn móc câu hoặc hình th−ớc thợ) vμ 15d nếu cốt có gờ (không cần uốn móc câu). Trong những dầm cao, có thể không cần lμm đoạn thẳng đó, nếu đoạn cốt xiên nằm trong miền chịu nén có chiều dμi 15d đối với cốt trơn có móc câu, hoặc 20d đối với cốt có gờ không móc câu. Tr−ờng hợp ngoại lệ cũng cho phép cắt đứt cả cốt thép thẳng chịu kéo hoặc ngμm cốt xiên trong miền chịu kéo. Khi đó cốt thép phải kéo qua một đoạn ít nhất lμ 30d đối với cốt trơn vμ 20d đối với cốt có gờ, so với tiết diện tại đó theo tính toán không cần bố trí nữa.Tr−ờng hợp nμy cốt xiên vỏ trơn phải bố trí móc câu nửa vòng tròn vμ cốt có gờ bố trí th−ớc câu hình th−ớc thợ Các cốt dọc có gờ chịu nén có thể không lμm móc câu, nếu chôn sâu trong bê tông quá điểm cắt lý thuyết một đoạn bằng 20d. khi bố trí các móc câu thẳng góc thì chiều dμi của thanh vỏ trơn vμ có gờ lấy bằng 10d. Các thanh cốt thép th−ờng uốn theo cung tròn, bán kính không nhỏ hơn 10d đối với cốt trơn vμ 12d đối với cốt có gờ. Không cho phép bố trí những thanh uốn ng−ợc tại các góc mở có α 2000 ở trong kết cấu ) trong miền chịu kéo của kết cấu. Tại các góc đó cần bố trí để các thanh cắt nhau. Các thanh nμy xuất phát từ các phần kề 2 bên góc. Chiều dμi ngμm ở đầu các thanh đó không đ−ợc nhỏ quá 20d. Ngoμi ra, góc mở trong phần chịu kéo của kết cấu cần có cốt thép ngang đủ đảm bảo chịu ít nhất 35% tổng hợp lực trong tất cả các cốt dọc chịu kéo.37 Bố trí cốt thép trong phần gối tựa: Các cốt thép dọc chịu kéo, bố trí ở 2 mặt bên của dầm vμ kéo dμi quá tiết diện gối, cần phải uốn lên 1 góc 900 vμ tiếp tục kéo dμi lên theo mặt đầu dầm. Các thanh nằm ở giữa của phần nμy có ngμm trong bê tông mμ không cần phải uốn lên. Trong phần đầu dầm, cốt thép đ−ợc uốn với các góc 45 vμ 900 theo 1 cung tròn có bán kính không nhỏ quá 3d. Các thanh thẳng vỏ trơn đi qua tiết diện gối, nếu không uốn lên thì phải kéo dμi một đoạn ít nhất 10d vμ uốn móc câu nửa vòng tròn ở đầu. Các thanh thẳng chịu kéo, có gờ, nếu đi qua tiết diện gối cũng phải có một đoạn thẳng dμi ít nhất 10d, nh−ng không cần bố trí móc câu. Số thanh cốt thép chịu kéo ở phía d−ới phải kéo dμi tới đầu dầm ít nhất lμ 1/3 tổng số thanh chịu lực đặt tại giữa nhịp vμ không đ−ợc ít quá hai thanh. 4.5.3. Cốt thép chống co ngót: Để chống lại sự mở rộng vμ hình thμnh đ−ờng nứt theo chiều cao s−ờn dầm ta bố trí các cốt dọc trong phạm vi từ cốt thép d−ới (cốt chủ) đến đáy bản (cánh trên). Trong khoảng 1/3 chiều cao của s−ờn vμ bầu dầm trong miền chịu kéo, sẽ bố trí cốt dọc, đ−ờng kính từ 8 đến 14 mm, cách nhau khoảng 10- 12 lần đ−ờng kính. Phần còn lại của s−ờn dầm có thể dùng cốt thép đ−ờng kính 6 – 10 mm bố trí th−a hơn. Theo số liệu thực tế diện tích tổng cộng của tiết diện cốt thép chống co ngót lấy gần = 0.3 – 0.4 %bh0 cốt thép nμy dùng loại có gờ. Theo Snhip 2.05.03.84 cốt dọc trong thμnh bụng của dầm không UST cần đặt: + Trong phạm vi 1/3 chiều cao thμnh bụng tính từ bề mặt chịu kéo của dầm, với b−ớc không lớn hơn 12d (d=8-12mm)
Giáo trình Cầu BTCT 49 + Trong phạm vi các phần còn lại của chiều cao thμnh bụng với b−ớc không lớn hơn 20d (d=8-10mm). 4.5.4. Cốt xiên Sau khi xác định đ−ợc điểm cắt thực tế của cốt chủ, từ vị trí đó đến đầu dầm có thể uốn cốt chủ để tạo thμnh cốt xiên. Góc nghiêng của cốt xiên với trục dầm th−ờng lấy lμ 450 (th−ờng 600 trong các dầm cao vμ ngắn; 300 trong các dầm có chiều cao không lớn) việc bố trí cốt xiên theo chiều dọc của dầm căn cứ vμo các yêu cầu cấu tạo sau: Cốt xiên phải bố trí theo chiều dọc của dầm sao cho bất kỳ một mặt phẳng nμo thẳng góc với trục dầm cũng phải cắt qua một cốt xiên. Nếu phân bố cốt xiên theo biểu đồ vật liệu mμ yêu cầu đó không đ−ợc thoả mãn thì dùng những cốt xiên phụ (th−ờng có đ−ờng kính nhỏ 16—18mm) hμn vμo cốt chủ chịu lực (Hình 4-13). Khi bố trí nh− vậy, mỗi đầu dầm không đ−ợc hμn quá hai cốt xiên phụ vμo mỗi thanh cốt thép chịu lực. Các cốt xiên vμ cốt phụ nên bố trí theo nguyên tắc đối xứng với trục dọc của tiết diện s−ờn dầm (ví dụ từng cặp một ). 4.5.5. Cốt đai: Theo QT 7938: Trên chiều dμi các đoạn dầm gần gối, bằng 1/4 chiều dμi nhịp vμ nếu có dầm ngang thì trong đoạn từ gối tới dầm ngang đầu tiên khoảng cách giữa các cốt đai không lớn hơn 30cm; còn trên các phần còn lại không lớn hơn 3/4 chiều cao dầm vμ 50cm. Trong các dầm có chiều cao ≤ 50cm khoảng cách giữa các cốt đai không lớn hơn 20cm. Khoảng cách giữa các cốt đai giữa các cốt chủ chịu nén không lớn quá 15 lần đ−ờng kính của thanh chịu lực. Tại đầu dầm đ−a vμo mặt cắt gối một khoảng bằng chiều dμi neo cốt thép chịu lực trong bê tông, các cốt thép đai phải có đ−ờng kính không nhỏ hơn 8mm vμ cách nhau không quá 10cm. Trong phần mở rộng của mạ chịu kéo của cấu kiện (bầu dầm) phải bố trí cốt thép kiểu lò xo hay thép đai khép kín đ−ờng kính không nhỏ hơn 8mm theo đ−ờng biên của mạ vμ liên kết với cốt thép dọc chủ. Khi số thanh cốt thép chủ quá 5 ở một hμng vμ trong tr−ờng hợp bề rộng của mạ hoặc bản trong đó có bố trí cốt thép quá 50cm thì các đai thép phải có ít nhất 4 nhánh. Cốt đai trong mạ không đ−ợc bố trí th−a hơn trong bản bụng (bụng dầm). Mỗi thép đai không bao quá 5 cốt thép chủ bị kéo vμ 3 cốt thép chủ bị nén trong một hμng. Những tr−ờng hợp khác xem thêm quy trình Theo Snhip 2.05.03.84 cốt đai bản bụng của dầm giản đơn cần đặt với b−ớc không nhỏ hơn39 + 10 cm – trong đoạn đầu dầm vμ d≥10mm + 15 cm – trong đoạn tính từ đoạn giáp giới với đoạn đầu dầm đến 1/4 L, vμ d≥8mm. + 20 cm - trong đoạn giữa của dầm có chiều dμi bằng 1/2L, vμ d≥8mm. Đoạn đầu dầm đ−ợc kéo dμi từ đầu dầm về phía nhịp với một đoạn bằng chiều cao dầm vμ đ−ợc tính: + Từ trục của gối, không phụ thuộc vμo có hoặc không có nách dầm ngang - đối với cầu đ−ờng ô tô.
Giáo trình Cầu BTCT 50 + Từ biên ngoμi của nách dầm ngang hoặc từ trục gối khi không có dầm ngang - đối với cầu đ−ờng sắt 4.5.6. Mối nối Mối nối giữa các thanh cốt thép tốt nhất lμ dùng mối hμn điện tiếp xúc bằng ph−ơng pháp nóng chảy, các mối nối lắp ghép thì dùng ph−ơng pháp hμn hồ quang. Cũng cho phép nối cốt thép bằng ph−ơng pháp hμn các cặp thanh ốp (bố trí mối hμn ở một bên vμ hai bên). Tổng chiều dμi của mối hμn không nhỏ quá 10 lần đ−ờng kính cốt thép. u u A v 1 v BC ln Chi tiết A Mối nối L2 ≥ 6d L1 ln 10d ln Chi tiết B Chi tiết C ≥ 6d 3d 3d Hình 4-13. Cấu tạo mối hμn cốt thép Tại những chỗ có nội lực tính toán lớn nhất, cũng nh− ở miền chịu kéo của cấu kiện các mối hμn cần đ−ợc phân bố với những khoảng cách 50cm. Có thể hμn các thanh có đ−ờng kính khác nhau nếu tỷ số diện tích của chúng 1,5. Chiều dμi mối hμn tại những vị trí liên kết cốt xiên lấy bằng 12d nếu hμn một bên, vμ 6d nếu hμn hai bên. Trong các khung cốt thép hμn, tại những chỗ uốn hoặc cắt cốt thép, cũng tại một số vị trí trung gian ở giữa những chỗ đó, cần bố trí thêm các mối hμn “liên kết”, cách nhau không xa quá 3h/4 (h - chiều cao của dầm). Chiều dμi cho mối hμn nμy lμ lấy bằng 6d nếu hμn một bên vμ bằng 3d nếu hμn cả hai bên. Chiều dμy tối thiểu của mối hμn nối vμ mối hμn “liên kết” lμ 4mm. 4.5.7. Một số yêu cầu khác Tất cả các thanh cốt thép vỏ trơn, chịu lực kéo, ở hai đầu phải có móc câu nửa vòng tròn với bán kính trong2,5 đ−ờng kính của thanh. Đoạn thẳng của móc câu không đ−ợc nhỏ quá 3d. Đầu tự do của cốt xiên vỏ trơn kéo thêm vμo trong miền chịu ép vμ đầu các thanh chịu ép nếu cắt đứt trong miền chịu kéo, thì chỉ cần bố trí móc câu hình th−ớc thợ. Trong phạm vi gối tựa, phải bố trí l−ới cốt thép đ−ờng kính 10-12mm. Kích th−ớc của mắt l−ới lμ 10-15cm. Các l−ới nμy đều bố trí theo chiều cao. ở đầu kết cấu nhịp mút thừa, tại vị trí kê dầm treo, khung cốt thép chính sẽ kết thúc bằng những cốt xiên; còn cốt thép của phần kê lμ các khung phụ (h 68b), gồm những thanh cốt thép nhỏ, có gờ cách nhau nhiều nhất lμ 10cm. Bán kính cong của các thanh ngang tại góc của vai kê không đ−ợc lấy nhỏ quá 2d. Các quy định khác xem Quy trình
Giáo trình Cầu BTCT 51 4.6. Khái niệm về kết cấu bê tông cốt thép ứng suất tr−ớc (BTCTUST): • Nh−ợc điểm của cầu bê tông cốt thép th−ờng • Bị nứt ặ gỉ cốt thép + Độ dãn dμi của bê tông khi chịu kéo: (0,1ữ0,15)mm/1m dμi 6 2 + ặ σa=εEa = (0,15/1000).2,1.10 = 315 Kg/cm . + Trong khi đó US cốt thép lấy: 1900-2400 Kg/cm2. ặ Sẽ nứt bê tông + Theo công thức tính nứt của BTCT: an =(Ψa. σa. Ln)/Ea ặ σa tăng ặ an tăng + Do vậy thép ch−a sử dụng hết c−ờng độ thì bê tông đã bị nứt • Nguyên lý lμm việc của BTCTUST: Tại những miền chịu kéo của cấu kiện do tải trọng sẽ gây ra, khi chế tạo ng−ời ta tạo ra một trạng thái ứng suất nén, ứng suất nμy sẽ lμm giảm hay triệt tiêu ứng suất kéo phát sinh trong quá trình sử dụng • −u khuyết vμ phạm vi sử dụng: + Sử dụng đ−ợc vật liệu có c−ờng độ cao, tăng c−ờng đ−ợc khả năng chịu lực vμ độ cứng, tiết kiệm đ−ợc vật liệu, giảm đ−ợc kích th−ớc của kết cấu ặ v−ợt đ−ợc nhịp lớn hơn BTCT th−ờng (bê tông ứng suất tr−ớc dùng mác 300ữ600) 40 + Cốt thép giảm đ−ợc từ 10 - 60% trung bình 30% + Khống chế đ−ợc nứt: Bảo vệ đ−ợc cốt thép, tăng tuổi thọ của công trình. + Độ cứng của kết cấu tăng, độ võng nhỏ ặ v−ợt đ−ợc nhịp lớn. + Chịu tác động của tải trọng trùng phục tốt hơn BTCT th−ờng. + Nh−ợc: Thi công phức tạp hơn, cần có thiết bị neo, căng kéo Đ−ợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu: L=12ữ42m (kết cấu nhịp giản đơn) 4.7. Các ph−ơng pháp tạo ứng suất tr−ớc trong bê tông 4.7.1. Ph−ơng pháp kéo cốt thép tr−ớc khi đổ bê tông (ph−ơng pháp căng tr−ớc - căng trên bệ) • Trình tự thi công: + Bố trí cốt thép ứng suất tr−ớc, neo vμ cốt thép th−ờng vμo bệ căng + Lắp ván khuôn + Dùng kích để kéo căng cốt thép ứng suất tr−ớc đến trị số tính toán. đổ bê tông dầm, bảo d−ỡng. + Khi bê tông đạt c−ờng độ, tiến hμnh nhả kích. + Vận chuyển đến nơi sử dụng. • Nguyên lý
Giáo trình Cầu BTCT 52 + Khi cốt thép bị kéo có độ dãn dμi, khi nhả kích thì cốt thép co lại, do lực dính bám với bê tông vμ do neo ngầm tạo ra ứng suất nén lâu dμi trong bê tông. Cốt thép ứng suất tr−ớc có thể lμ cốt sợi dây đμn, các tao thép, các bó thép hoặc các thanh thép ứng suất tr−ớc. • Ưu điểm: + Lực dính kết giữa cốt thép vμ BT tốt ặ sự phân bố lực nén ép lên BT đều hơn. + Có thể cùng kéo tất cả cốt thép ứng suất tr−ớc dẫn đến giảm bớt mất mát ứng suất . + Th−ờng lμm trong công x−ởng, Nhμ máy; có 2 loại bệ: cố định vμ di động, do đó có thể sản xuất hμng loạt chất l−ợng tốt. Nh−ợc điểm: + ảnh h−ởng do từ biến vμ co ngót lớn + Phải xây dựng bệ căng. + Trọng l−ợng của khối lớn ặ khó khăn trong việc vận chuyển đến công tr−ờng • Kết cấu nhịp đ−ợc căng trên bệ sử dụng tao thép có thể dùng cho nhịp từ 12-30m41 4.7.2. Ph−ơng pháp kéo cốt thép sau khi đổ bê tông (ph−ơng pháp căng sau - căng trên bê tông) • Nguyên tắc: + Chế tạo dầm bê tông, khi đổ bê tông dầm tạo tr−ớc trong dầm những lỗ, rãnh (thẳng, hoặc cong), tại những vị trí sẽ đặt cốt thép bằng cách: − Đặt vμo bên trong dầm các ống thép tròn có hình dạng vμ kích th−ớc của rãnh cốt thép, khi bê tông đang đông cứng tiến hμnh xoay ống, khi bê tông đã đông cứng rút ống thép ra − Dùng các ống cao su bơm căng hơi, hoặc cứng trong có lõi rỗng, khi bê tông đông cứng dùng tời kéo ra − Đặt sẵn các ống thép có gân (ống gen) để lại luôn trong bê tông. + Khi bê tông đủ c−ờng độ luồn các bó thép vμo các rãnh rỗng trong dầm. + Để truyền lực nén lên bê tông: Dùng kích thuỷ lực để kéo căng các bó thép (chân kích đặt trực tiếp lên dầu dầm) đến khi đạt yêu cầu tính toán ặ Tiến hμnh cố định các neo ngoμi, xả kích khi đó toμn bộ lực của cốt thép ứng suất tr−ớc sẽ truyền lên dầm thông qua các neo. + Dùng bơm cao áp bơm vữa vμo các rãnh để liên kết giữa cốt thép vμ bê tông dầm, các neo ngoμi cũng đ−ợc bơm lấp vữa bê tông để chống gỉ. • Ưu: + Không tốn vật liệu lμm bệ kéo, có thể lμm việc ở mọi nơi mọi chỗ không phải vận chuyển xa. + Giảm bớt ứng suất do từ biến • Nh−ợc: + Liên kết giữa thép vμ bê tông kém hơn so với ph−ơng pháp căng tr−ớc
Giáo trình Cầu BTCT 53 + Căng kéo có phần phức tạp hơn, chỉ kích một bó một hoặc hai bó một dẫn đến gây ra mất mát ứng suất trong cốt thép. • Đ−ợc sử dụng nhiều đặc biệt cho cầu nhịp lớn: liên tục, mút thừa vμ khung 4.8. Cấu tạo cốt thép ứng suất tr−ớc, neo vμ kích 4.8.1. Cốt thép c−ờng độ cao Sợi đơn Các sợi cốt thép c−ờng độ cao tròn nhẵn hoặc có gờ đ−ờng kính 3-5mm, đ−ợc phân bố đều trong kết cấu nhịp bản dự ứng lực. Cốt thép đ−ợc căng tr−ớc khi đổ bê tông. Cách bố trí nh− vậy gọi lμ cốt dây đμn. Truyền lực từ cốt thép vμo bê tông thông qua lực dính vμ neo. Hình 4-14. Cấu tạo bó thép có sợi song song Hình 4-15. Tiết diện của một số bó thép sợi song song Bó sợi song song Tr−ớc đây th−ờng dùng các loại bó có 20-24 sợi cốt thép tròn Φ5mm, Xếp thμnh 1 lớp bao quanh một lõi mềm kiểu lò xo đ−ợc chế tạo từ những sợi thép đ−ờng kính Φ1,5-2,5mm (Hình 4-14). B−ớc của lò xo 3cm trên đoạn thẳng vμ 1cm trên đoạn cong. Các sợi cốt thép đ−ợc buộc chặt, 1-2m buộc 1 đoạn dμi 10-20cm. Riêng đoạn gần neo 1m, cách 20 cm thì buộc 1 chỗ. Nhiệm vụ của lò xo lμ đảm bảo vị trí chính xác của các sợi trong bó, lỗ rỗng đảm bảo bơm vữa hoặc đổ BT lấp kín lòng ống chứa cốt thép UST khi số l−ợng cốt thép nhiều, có thể bố trí hai, ba lớp cốt thép (48Φ5 vμ 60Φ5) Hình 4-15. Bó xoắn: Bó cốt thép đ−ợc cấu tạo bởi các tao thép c−ờng độ cao. Mỗi tao gồm các sợi cốt thép đ−ợc xoắn lại với nhau, th−ờng một tao gồm 7 sợi hoặc nhiều hơn. Loại bó 7 sợi đ−ợc dùng rộng rãi, mỗi tao gồm có một sợi lõi thẳng ở giữa, các sợi ngoμi giống nhau xếp thμnh 1 hay 2 lớp. Đ−ờng kính sợi ngoμi bằng 1,5-5mm, riêng sợi lõi có đ−ờng kính lớn hơn 10%. B−ớc xoắn tối −u cho mỗi sợi ngoμi bằng 12-16 lần đ−ờng kính danh định của cả tao. Tao 7
Giáo trình Cầu BTCT 54 sợi có −u điểm lμ dính bám tốt với bê tông, dễ cuộn thμnh cuộn lớn ặ dễ vận chuyển vμ có chiều dμi lớn, đ−ợc chế tạo trong nhμ máy . Hiện nay những bó xoắn bẩy sợi bao gồm nhiều loại đ−ờng kính, đối với loại đ−ờng kính 0,5 in (bao gồm 12,7mm, 12,9mm thậm chí 12,4mm – Nhật Bản); Loại 0,6 in (bao gồm 15,2mm vμ 15,7mm ) Hình 4-16. bó xoắn 7 sợi vμ đầu neo Những cầu nhịp nhỏ nh− cầu bản, dầm nhịp ngắn, loại căng tr−ớc th−ờng dùng các tao riêng rẽ hoặc các cụm gồm 2-3 tao. Dầm nhịp lớn dùng các bó lớn mỗi bó gồm 7- hoặc nhiều tao. Khi căng ngoμi các tao đ−ợc chống gỉ nhờ mạ kẽm hoặc đ−ợc bọc bên ngoμi bằng pôlyêtylen. Thanh cốt thép c−ờng độ cao: Các thanh cốt thép c−ờng độ cao có thể trơn hoặc có gờ, Đ−ờng kính 0,625 đến 1,375 in (16mm - 36mm). Muốn kéo căng phải dùng các kích đặc biệt hoặc dùng ph−ơng pháp nhiệt điện. Có thể dùng các thanh nμy lμm cốt đai UST hoặc cốt thép UST ngang cầu để nối các khối dầm lắp ghép lại với nhau. Khi lμm cốt đai UST, các thanh th−ờng đ−ợc đặt thẳng đứng hoặc nghiêng một góc 750-800. Chúng đ−ợc đặt vμo trong ống gen, sau khi kết thúc căng kéo sẽ tiến hμnh bơm vữa (hoặc chúng đ−ợc phủ một lớp bi tum vμ quấn băng giấy ở ngoμi để không dính bám với BT rồi mới đặt vμo ván khuôn). Một đầu có thể lμm sẵn dạng mũ bu lông, đầu kia ren răng vμ bắt ê cu. Có thể dùng Hình 4-17. Cấu tạo thanh c−ờng độ loại kích riêng nhỏ đặc biệt để kéo căng. cao dùng lμm cốt đai của cầu Phù Đổng Tính chất của tao vμ thanh cốt thép c−ờng độ cao (AASHTO 1998 –5.4.4.1-1) Bảng 4-1 Đ−ờng kính C−ờng độ chịu kéo Giới hạn chảy f Vật liệu Cấp thép py (mm) fpu (MPa) (MPa) 1275 MPa (Mác 250) 6,35 đến 15,24 1725 85% của fpu ngoại trừ Tao cáp 90% của fpu với tao 1860 MPa (Mác 270) 9,53 đến 15,24 1860 cáp tự chùng thấp Loại 1, thép trơn 19 đến 35 1035 85% của f Thép thanh pu Loại 2, thép gờ 15 đến 36 1035 80% của fpu
Giáo trình Cầu BTCT 55 Mô đun đμn hồi (nếu không có số liệu chính xác hơn thì lấy theo AASHTO 1998- 5.4.4.2: Đối với tao thép: 197.000 MPa. Đối với thanh: 207.000 MPa. C−ờng độ tính toán chịu kéo của cốt thép căng tr−ớc khi tính về c−ờng độ (theo quy trình 1979) Bảng 4-3 C−ờng độ tính toán chịu kéo(kg/cm2) Đ−ờng C R H Khi tạo ứng suất tr−ớc Trong giai đoạn sử Loại cốt thép kính 2 (Kg/cm ) bảo quản, chuyên chở dụng(R ) (mm) H 2 vμ lắp ghép(R ) H1 3 19000 12400 11000 4 18000 11700 10400 1. Sợi thép trơn c−ờng độ cao 5 17000 11000 9800 6 16000 10400 9200 7 15000 9800 8600 8 14000 9100 800 3 18000 11700 10400 4 17000 11000 9800 2. Sợi thép có gờ c−ờng độ cao 5 16000 10400 9200 6 15000 9800 8600 7 14000 9100 8000 6 18000 11500 10300 7, 5 18000 11300 10200 3. Bó bện 7 sợi 9 17000 10700 9600 12 16000 10100 9100 15 15000 9500 8500 4. Thép cán nóng có gờ cấp A- IV 12-18 6000 5100 4600 Mô đuyn đμn hồi của thép sợi c−ờng độ cao, trơn vμ có gờ, bó thép sợi c−ờng độ cao, cốt thép bện 7 sợi: 1, 8.10 6 kg/cm2. Ví dụ về thép C−ờng độ cao dùng trong cầu Đuống mới - AASHTO (Loại Stress-Relieved strand) 2 Yield Strength- Giới hạn chảy fpy:16.000Kg/cm . 2 Tensile strength - C−ờng độ chịu kéo fpu-19.000 Kg/cm . Young’s modul (Mô đuyn đμn hồi): 1.950.000 Kg/cm2. 2 Initial prestressing (ứng suất ở thời điểm kích): 14.400 Kg/cm .(0,76fpu) 2 Just after prestressing (ứng suất ở thời điểm truyền lực): 13.280 Kg/cm . (≈0.7fpu) At service load (sử dụng) 12.800 Kg/cm2.(0.8*16.000) Trong đó: fpy=0,85fpu. Giới thiệu một số loại thép của các hãng trên thế giới 42
Giáo trình Cầu BTCT 56 Tính chất của tao cáp c−ờng độ cao (VSL) Bảng 4-2 13 mm (0.5") 15 mm (0.6") Kiểu tao cáp Đơn vị EN 138 or ASTM A416 EN 138 or ASTM A416 BS5896 Super Grade 270 BS5896 Super Grade 270 Đ−ờng kính danh định mm 12.9 12.7 15.7 15.2 Diện tích danh định mm2 100 98.7 150 140 Trọng l−ợng Kg/m 0.785 0.775 1.18 1.1 Giới hạn chẩy Mpa 1580 1670 1500 1670 C−ờng độ chịu kéo Mpa 1860 1860 1770 1860 Lực kéo đứt nhỏ nhất KN 186 183.7 265 260.7 Mô đun đμn hồi Kg/cm2 ≈ 1,95 106 Độ dãn dμi % max 2.5 Tính chất của bó cáp c−ờng độ cao - ống gen (VSL) Bảng 4-3 Kiểu tao cáp 13mm (0.5") Kiểu tao cáp 15 mm (0.6") Số ống gen ID/OD Lực kéo nhỏ nhất (KN) ống gen ID/OD Lực kéo nhỏ nhất (KN) Số l−ợng Bó cáp l−ợng Nominal Bó cáp Nominal Min (mm) 12.9 12.7 tao Min (mm) 15.7 15.2 tao (mm) (mm) 2 372 367 2 530 521 6-3. 36/39 36/39 5-4. 3 36/39 36/39 558 551 3 795 782 4 744 735 4 1060 1043 5 930 919 5 1325 1304 6-7. 55/62 65/72 5-7. 6 51/54 51/54 1116 1102 6 1590 1564 7 1302 1286 7 1855 1825 8 1488 1470 8 2120 2086 9 1674 1653 9 2385 2346 5-12. 60/67 65/72 6-12. 75/82 80/87 10 1860 1837 10 2650 2607 11 2046 2021 11 2915 2868 12 2232 2204 12 3180 3128 13 2418 2388 13 3445 3389 14 2604 2572 14 3710 3650 15 2790 2756 15 3975 3911 5-19. 16 75/82 80/87 2976 2939 6-19. 16 90/97 100/107 4240 4171 17 3162 3123 17 4505 4432 18 3348 3307 18 4770 4693 19 3534 3490 19 5035 4953 20 3720 3674 20 5300 5214 5-22. 21 80/87 95/102 3906 3858 6-22. 21 100/107 100/107 5565 5475 22 4092 4041 22 5830 5735 23 4278 4225 23 6095 5996 24 4464 4409 24 6360 6257 5-27. 25 95/102 100/107 4650 4593 6-27. 25 110/117 110/117 6625 6518 26 4836 4776 26 6890 6778 27 5022 4960 27 7155 7039
Giáo trình Cầu BTCT 57 Kiểu tao cáp 13mm (0.5") Kiểu tao cáp 15 mm (0.6") Số ống gen ID/OD Lực kéo nhỏ nhất (KN) ống gen ID/OD Lực kéo nhỏ nhất (KN) Số l−ợng Bó cáp l−ợng Nominal Bó cáp Nominal Min (mm) 12.9 12.7 tao Min (mm) 15.7 15.2 tao (mm) (mm) 28 5208 5144 28 7420 7300 29 5394 5327 29 7685 7560 5-31. 95/102 100/107 6-31. 120/127 120/127 30 5580 5511 30 7950 7821 31 5766 5695 31 8215 8082 32 5952 5878 32 8480 8342 33 6138 6062 33 8745 8603 34 6324 6246 34 9010 8864 5-37. 110/117 110/117 6-37. 130/137 130/137 35 6510 6430 35 9275 9125 36 6696 6613 36 9540 9385 37 6882 6779 37 9805 9646 38 7068 6981 38 10070 9907 39 7254 7164 39 10335 10167 5-42. 40 120/127 120/127 7440 7348 6-42. 40 135/142 135/142 10600 10428 41 7626 7532 41 10865 10689 42 7812 7715 42 11130 10949 43 7998 7899 43 11395 11210 44 8184 8083 44 11660 11471 45 8370 8267 45 11925 11732 5-48. 130/137 130/137 6-48. 150/160 160/170 46 8556 8450 46 12190 11992 47 8742 8634 47 12455 12253 48 8928 8818 48 12720 12514 49 9114 9001 49 12985 12774 50 9300 9185 50 13250 13035 51 9486 9369 51 13515 13296 5-55. 52 130/137 135/142 9672 9552 6-55. 52 160/170 170/180 13780 13556 53 9858 9736 53 14045 13817 54 10044 9920 54 14310 14078 55 10230 10104 55 14575 14339 Tính chất của bó cáp c−ờng độ cao - ống gen dùng cho bản mặt cầu (VSL) Bảng 4-4 Tính chất tao cáp Kích th−ớc ống gen - mm (cao x rộng) Số Lực kéo nhỏ nhất KN Bó cáp l−ợng ống gen phẳng ống gen phẳng ống gen bằng chất dẻo KIểu tao cáp tao BS 5896 ASTM A416 tiêu chuẩn có sóng PT-PLUS(TM) Super Grade 270 13 mm (0.5") 5-4. 4 744 735 20x75 25x80 35x86 5-2. 5 930 919 15 mm (0.6") 6-4. 4 1060 1143 25x90 25x90 Không có 6-5. 5 1325 1304
Giáo trình Cầu BTCT 58 4.8.2. Neo cốt thép UST Nhiệm vụ của neo lμ truyền lực từ đầu cốt thép ứng suất tr−ớc vμo bê tông để tạo ra ứng suất nén trong bê tông. Th−ờng mỗi loại neo phù hợp với từng kiểu cốt thép đ−ợc dùng. Hình 4-18. Neo thanh cốt thép c−ờng độ cao Khi kéo trên bệ (căng tr−ớc khi đổ bê tông) ng−ời ta chia ra hai loại neo cốt thép: + Tự neo, đảm bảo lực dính giữa bê tông vμ cốt thép ứng suất tr−ớc mμ không cần lμm thêm neo. + Neo bằng cách hμn thêm các đoạn thép, tấm thép, tạo mũ ở đầu thanh, cũng nh− kẹp một miếng thép – nếu đ−ợc phép hμn, còn nếu không thì phải tạo ren bắt bu lông (Hình 4-18.a, b,c, d) 4.8.2.1. Neo ngầm • Các loại neo ngầm đơn giản + Neo hình khuyên + Neo cμi (Hình 4-18.a, c, d) + Neo quả trám-bê tông (neo MIIT) (Hình 4-19): lμ một khối bê tông ở đầu của bó thép, gồm có đĩa thép (1), vμ sợi thép xoắn (2), lò xo (3), BT M500 (4), thép ứng suất tr−ớc (5). Loại nμy có nh−ợc điểm lμ khó đảm bảo chất l−ợng của bê tông do có nhiều hốc ở trong neo43. Hình 4-19. Neo quả trám – bê tông (neo MIIT)
Giáo trình Cầu BTCT 59 + Neo quả trám-thanh thép (neo MIIT) (Hình 4-20): đ−ợc sử dụng rộng rãi, những sợi thép đ−ợc phân bố xung quanh thanh thép trung tâm (4), thanh thép nμy đ−ợc hμn với tấm thép tròn (3) trên đó chia thμnh 4 rãnh để đảm bảo bê tông vμ thép dính kết tốt với nhau. Tại đầu neo có các “trụ đuôi”(1) để cố định vị trí của các bó thép. Loại neo nμy đảm bảo tin cậy trong thời gian khai thác vμ căng kéo. Hình 4-20. Cấu tạo neo quả trám (neo MIIT) Bảng ghi các thông số của một số loại neo quả trám - thép44 Bảng 4-5 Tham số Số l−ợng sợi Φ5mm Số l−ợng sợi của 1 bó 17-24 25-32 33-48 49-56 D 80 100 120 160 l 200 257 300 350 Lc 270 345 410 480 D 16 18 22 25 Đ−ờng kính thanh thép giữa Φc 14 16 20 25 A 56 60 80 120 Đ−ờng kính lỗ trên thanh giữa 5 5 5 7 Kích th−ớc của tấm trụ a 50 56 70 75 Kích th−ớc của tấm trụ b 10 15 15 15 Kích th−ớc của tấm trụ c 8 10 10 10
Giáo trình Cầu BTCT 60 4.8.2.2. Neo cốc (Karovkin) Đ−ợc chế tạo cùng với các ống thép, khi bơm dung dịch n−ớc thừa ở lại trong ống do vậy khi mùa đông lμm cho nứt dọc trong BT. Loại nμy chỉ nên áp dụng cho kết cấu có loại rãnh hở hoặc lμm thiết bị khi kéo trên bệ (Hình 4-21) 4.8.2.3. Neo hình côn (neo hình nón cụt) Đ−ợc dùng nh− những neo vĩnh cửu khi kéo trên bê tông vμ nh− neo tạm thời khi căng kéo những bó thép trên bệ. Lõi neo đ−ợc ấn vμo bằng kích, trong nêm có lỗ để bơm vữa xi măng. Giữa neo vμ bề mặt Hình 4-21. Neo cốc BT có bản đệm bằng thép (Hình 4-22). Karovkin Hình 4-22. Neo Hình côn (1. vỏ neo; 2. thép ứng suất tr−ớc; 3. lõi neo; 4. lỗ bơm vữa; 5. tấm thép) Vỏ neo bằng thép có khoét lỗ hình chóp cụt ở giữa. Lõi neo hình chóp cụt có ren răng phù hợp với kích th−ớc lỗ ở vỏ neo. Các sợi thép đ−ợc luồn qua vỏ neo, sau khi đã kéo căng bằng kích hai tác dụng thì đóng lõi neo để giữ đầu sợi thép cố định trong vỏ neo, vì bề mặt lõi neo có ren răng nên tác dụng nêm chặt tăng lên. Trong lõi có khoan lỗ dọc để bơm vữa lấp lòng ống. Giữa neo vμ bê tông có bản đệm bằng thép. Một số kích th−ớc định hình về neo loại nμy xem tμi liệu tham khảo45. Để tăng ma sát giữa bó cốt thép ứng suất tr−ớc vμ neo, trên bề mặt rãnh của lõi neo cấu tạo các răng c−a (Hình 4-23)
Giáo trình Cầu BTCT 61 Hình 4-23. Neo hình côn có ren răng 4.9. Neo của VSL, OVM vμ một số hãng khác Hình 4-24 thể hiện cấu tạo của neo bó cáp bẩy tao kéo sau của hãng OVM, bao gồm loa dẫn h−ớng bằng gang đúc hoặc tôn cuốn, loa nμy đặt trong ván khuôn kết cấu từ tr−ớc lúc đổ bê tông, kết hợp với cốt thép xoắn có tác dụng phân phối lực từ cáp UST một cách đều hơn vμo bê tông. ống nμy cho phép giữ đúng h−ớng của cáp UST trong ván khuôn vμ cho phép nối với đầu ống gen chứa cáp đó. Hình 4-24. Bộ neo cáp UST của hãng OVM (1. Tao cáp xoắn bẩy sợi; 2. Nêm; 3. đầu Neo; 4. Tấm thép; 5. Cốt thép lò xo; 6. ống gen; )
Giáo trình Cầu BTCT 62 Hình 4-25. Neo của hãng DYWIDAG Hình 4-26. Cấu tạo của neo cáp ứng suất tr−ớc của OVM (1. Nêm; 2.Đầu Neo; 3. cốt thép xoắn; 4. ống gen; Tao cáp; 7. Tấm thép); Grouting port – Lỗ bơm vữa; Fixing hole – lỗ cố định Tại đầu miệng loa có đầu neo hình trụ tròn với các lỗ khoan thủng hình chóp cụt mμ trong đó sẽ luồn các tao xoắn 7 sợi. Để giữ cố định vị trí các tao xoắn nμy tại mỗi lỗ khoan phải chèn vμo một nêm 2 mảnh (hoặc 3, 4 mảnh) sau khi đã kéo xong từng bó đó. 46 Tuỳ theo loại cáp sử dụng 0,5”(in) hoặc 0,6” (in), có các loại neo t−ơng ứng: ví dụ OVM lμ các neo OVM13 dùng cho loại 0,5”; OVM15 dùng cho loại 0,6”; Do vậy khi thiết kế phải căn cứ vμo đ−ờng kính của tao cáp mμ quyết định dùng loại neo đồng bộ với nó; D−ới đây giới thiệu một số loại neo cáp ứng suất tr−ớc của hãng VSL.
Giáo trình Cầu BTCT 63 Hình 4-27. Neo cáp ứng suất tr−ớc - VSL kiểu EC Kích th−ớc của neo cáp ứng suất tr−ớc VSL kiểu EC Bảng 4-6 Dimensions Tendon unit A B C D E F Ext.Dia G 5-4. 135 60 85 100 58 39 95 5-7. 165 60 110 100 85 54 125 5-12. 215 60 150 160 120 72 150 5-19. 265 70 180 210 145 87 200 5-22. 290 77 200 215 150 102 230 5-27. 315 92 220 300 175 107 250 5-31. 315 100 230 300 175 107 250 5-37. 370 107 250 320 200 117 305 Strand Type 13 mm (0.5") 5-42. 390 112 290 340 217 127 325 5-48. 430 122 290 340 235 137 365 5-55. 465 150 320 340 250 142 400 6-3. 135 60 90 100 58 39 95 6-4. 165 60 110 100 85 54 125 6-7. 215 60 150 160 120 72 150 6-12. 265 75 180 210 145 87 200 6-19. 315 92 220 300 175 107 250 6-22. 315 100 130 300 175 107 250 6-27. 370 112 250 320 200 117 305 6-31. 390 122 270 340 217 127 325 Strand Type 15 mm (0.6") 6-37. 430 142 330 340 235 137 365 6-42. 465 145 320 340 250 142 400
Giáo trình Cầu BTCT 64 Hình 4-28. Neo bó cáp ứng suất tr−ớc - VSL kiểu E Kích th−ớc của neo cáp ứng suất tr−ớc VSL kiểu E Bảng 4-7 Kích th−ớc Bó cáp A B C D E F (Đ. Kính ngoμi) 5-1. 70 15 45 45 70 36 5-3. 115 20 60 85 190 36 5-4. 130 20 60 85 190 39 5-7. 175 25 60 110 190 54 5-12. 230 35 60 150 370 72 5-19. 290 40 75 180 470 87 5-22. 315 45 82 200 480 102 5.27. 370 55 97 220 550 107 5.31. 370 55 105 230 550 107 Loại tao 13 mm (0.5") 5-37. 405 60 112 250 570 117 5-42. 500 70 117 290 680 127 5-48. 500 70 127 290 680 137 5-55. 500 70 155 320 680 142 6-1. 75 15 60 55 70 36 6-2. 110 15 60 90 190 36 6-3. 135 20 60 90 190 39 6-4. 160 25 60 120 190 54 6-7. 205 35 70 135 290 72 6-12. 270 40 78 180 460 87 6-19. 340 50 97 220 590 107 6-22. 370 55 107 230 690 107 6-27. 435 65 117 250 690 117 Loại tao 15 mm (0.6") 6-31. 435 65 127 270 690 127 6-37. 480 70 147 300 830 137 6-42. 580 90 147 320 950 160 6-48. 580 90 147 340 950 160 6-55. 580 90 187 360 950 170
Giáo trình Cầu BTCT 65 Hình 4-29. Neo cáp ứng suất tr−ớc VSL kiểu S dùng cho bản Kích th−ớc của neo cáp ứng suất tr−ớc VSL kiểu S – dùng cho bản Bảng 4-8 Kiểu A B C D E F X S 5-4 265 100 240 73 90 305 350 S 5-5 265 100 240 73 90 305 350 S 6-4 315 105 254 82 100 338 400 S 6-5 315 105 266 82 100 338 400 Ghi chú: X – khoảng cách giữa các neo
Giáo trình Cầu BTCT 66 Đầu neo cố định VSL kiểu H Hình 4-30. Đầu neo cố định VSL kiểu H loại bó Kích th−ớc của đầu neo cô định VSL kiểu H Strand type 13 mm (0.5") Strand type 15 mm (0.6") Alter- Tendon Alter- Tendon Type A B C D nativ Type A B C D unit native unit e 5-3. 1 I 230 70 930 - 6-3. 1 I 290 90 950 - 5-4. 1 I 310 70 930 - 6-4. 1 I 390 90 950 - 2 I 150 170 930 - 2 I 190 210 950 - 5-7. 1 II 370 70 1130 1280 6-7. 1 II 450 90 1150 1330 2 II 170 190 1130 1280 2 II 210 230 1150 1330 5-12. 1 II 350 190 1130 1280 6-12. 1 II 430 230 1150 1330 2 I 310 270 1130 - 2 I 390 330 1150 - 5-19. 1 II 470 190 1130 1280 6-19. 1 II 570 230 1150 1330 2 II 310 390 1130 1280 2 II 390 470 1150 1330 5-22. 1 II 570 190 1130 1280 6-22. 1 II 690 230 1150 1330 2 II 390 390 1130 1280 2 II 470 490 1150 1330 5-31. 1 II 670 310 1330 1480 6-31. 1 II 810 260 1550 1700 2 II 470 430 1330 1480 2 II 570 510 1550 1700 5-37. 1 II 770 310 1530 1680 6-37. 1 II 1050 370 1850 2000 2 II 470 550 1530 1680 2 II 690 510 1850 2000 5-42. 1 II 870 350 1530 1680 6-42. 1 II 1050 370 1850 2000 2 II 570 550 1530 1680 2 II 810 510 1850 2000 5-55. 1 II 1170 350 1830 1980 3 II 690 650 1850 2000 2 II 870 430 1830 1980 6-55. 1 II 1410 370 2150 2300 3 II 570 670 1830 1980 2 II 1050 510 2150 2300 3 II 690 790 2150 2300
Giáo trình Cầu BTCT 67 Đầu neo cố định VSL kiểu H vμ P dùng cho bản Hình 4-31. Đầu neo cố định kiểu H – bản mặt cầu Hình 4-32. Đầu neo cố định kiểu P – Bản mặt cầu Kích th−ớc của đầu neo cố định VSL kiểu H vμ P – bản Bảng 4-9 Kiểu A B C Kiểu A B C H5-4 310 70 750 P5-4 250 75 370 H5-5 390 70 750 P5-5 300 75 370 H6-4 390 90 950 P6-4 260 80 435 H6-5 490 90 950 P6-5 410 80 435