Thiết kế cầu bê tông cốt thép

Trong các công thức (5-249)(5-254): ắ ' TKTK σσ , - ứng suất tr−ớc tính toán (ứng suất kiểm tra khi kết thúc việc căng cốt thép) trong cốt thép FT nằm trong vùng bị nén nhiều vμ cốt thép F ' T trong vùng chịu nén ít (hoặc chịu kéo) ắ ', hh σσ - Mất mát ứng suất tính toán trong cốt thép FT vμ F’T đã xấy ra khi kết thúc việc ép bê tông ắ fT vμ f ’ T - diện tích tiết diện các nhóm cốt thép đ−ợc gây ứng suất tr−ớc trong đợt kéo về sau, thuộc các cốt thép FT vμ F ' T ắ gTσ - độ giảm tính toán của ứng suất tr−ớc do nén bê tông gây ra, lấy nh− sau:130 + Nếu căng cốt thép tr−ớc khi đổ bê tông: 2 2 1 /2700 cmKG F F gT =σ (5-255) F1 vμ F2 - diện tích nhỏ nhất vμ lớn nhất của tiết diện dầm; khi tiết diện không đổi F1: F2 = 1 + Nếu căng đồng thời tất cả cốt thép sau khi đổ bê tông: 0=gTσ ; (5-256) + Nếu căng từng nhóm cốt thép sau khi đổ bê tông: 2/1000 cmKGgT =σ ; (5-257) Khi mặt cắt cấu kiện chịu ép thay đổi cần nhân trị số σgT với tỷ số F1/F2. Giáo trình cầu BTCT 198 Đối với nhóm cốt thép vùng bị nén đ−ợc căng sau cùng σgT =0; Giáo trình Cầu BTCT 199 5.8.14. độ võng của dầm bê tông cốt thép ứng suất tr−ớc nhịp giản đơn 5.8.14.1. Độ vồng tức thời T−ơng phản với độ võng, độ vồng th−ờng xem xét với chiều ng−ợc với độ võng vμ lμ nguyên nhân của UST. Đánh giá cẩn thận độ vồng vμ độ võng đối với kết cầu BTCTUST lμ cần thiết để thoả mãn yêu cầu khai thác. Những công thức sau đây trình bμy ph−ơng pháp mô men diện tích có thể đ−ợc sử dụng để l−ợng định độ vồng tức thời giữa nhịp đối với nhịp giản đơn nh− trong Hình 4-46 Đối với cáp thẳng e tdb 2 M IE8 L=Δ (5-258) Đối với cáp có một điểm uốn (Hình 4-46. b) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=Δ ec tdb 2 M 3 2M IE8 L (5-259) Đối với cáp có hai điểm uốn (Hình 4-46. c) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−+=Δ 2 e ec tdb 2 L a2 3 MMM IE8 L (5-260) Đối với cáp parabol (Hình 4-46. d) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=Δ ce tdb 2 M 6 5M IE8 L (5-261) Trong đó: Me – Mô men chính tại đầu = Pjeđầu. Mc – Mô men chính tại giữa nhịp = Pjegiữa. Những đặc tr−ng của toμn bộ mặt cắt không nứt th−ờng đ−ợc sử dụng để tính toán độ vồng. 5.8.14.2. Độ võng do hoạt tải độ võng do hoạt tải đ−ợc xác định theo công thức sau: ; 85.0 . 384 5 4 tdb c td h IE lpf = (5-262) Trong đó: c tdp - tải trọng t−ơng đ−ơng tiêu chuẩn đối với đ−ờng ảnh h−ởng parabôn có xét cả hệ số phân bố ngang; tdb1 IE850B ..,= - độ cứng của rầm. bE -mô đun đμn hồi của bêtông. tdI -mômen của tiết diện t−ơng đ−ơng của rầm. 5.8.14.3. Độ võng do tĩnh tải vμ lực căng của cáp ứng suất tr−ớc 200 Độ võng do biến dạng lâu dμi đ−ợc xác định gần đúng theo công thức sau: ;)( cvtld Δ−Δ=Δ ặ cIE808 leN IE850 lg 384 5 tdb 2 01T tdb 4c t ld ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ì−ì=Δ ,, (5-263) trong đó tΔ - độ võng ban đầu do tĩnh tải gây ra; vΔ - độ võng ng−ợc (độ vồng) do ứng lực tr−ớc (có kể tất cả các loại ứng suất mất mát); c - hệ số xét đến sự tăng biến dạng do ảnh h−ởng của từ biến. Trong môi tr−ờng: khô ;3=c bình th−ờng ;2=c ẩm −ớt .,51c = Độ cứng để tính tΔ vμ vΔ lấy lần l−ợt bằng: .8.0 ,85.0 tdbv tdbt IEB IEB = = tdI - ở tr−ờng hợp có ứng suất tr−ớc đều qui −ớc lấy bằng mômen quán tính của tiết diện t−ơng đ−ơng, có xét cả cốt thép vμ không có ứng suất tr−ớc. 1TN - ứng lực tr−ớc có tính tất cả các mất mát ; 0e - độ lệch tâm của lực 1TN đối với trọng tâm của tiết diện qui đổi. Số hạng thứ hai trong dấu ngoặc của công thức (5-263) lμ độ vồng ng−ợc do lực căng của cáp ứng suất tr−ớc sinh ra trong tr−ờng hợp bố trí thẳng, nếu cốt thép ứng suất tr−ớc bố trí theo các dạng khác thì độ vồng có thể tính theo các công thức từ (5-259) đến (5-261). 5.8.14.4. Độ vồng cấu tạo Xác định độ võng do các biến dạng lâu dμi với mục đích lμ để dựng các độ vồng cấu tạo. Ta sẽ tạo cho kết cấu nhịp giản đơn có một độ vồng cấu tạo theo đ−ờng parabôn hoặc theo cung tròn. Khi độ vồng cấu tạo có hình parabôn, đ−ờng tên sẽ lấy bằng tổng độ võng đo biến dạng lâu dμi cộng với một nửa độ võng do hoạt tải tiêu chuẩn gây ra. Nếu độ vồng cấu tạo có hình cung tròn, đ−ờng tên bằng tổng độ võng do biến dạng lâu dμi cộng với 0,8 độ võng do hoạt tải tiêu chuẩn gây ra. Theo một số tμi liệu của Mỹ131 thì độ vồng cuối cùng giả thiết bằng 3 lần độ vồng lớn nhất tức thời khi xét tác dụng lâu dμi của từ biến co ngót. Giáo trình Cầu BTCT 201 6. Gối cầu bê tông cốt thép 6.1. Khái niệm Gối cầu lμ bộ phận (hệ thống cơ học) nối giữa kết cấu phần trên vμ kết cấu phần d−ới (trụ, mố), với chức năng chính của chúng nh− sau : 1. Truyền tải trọng từ kết cấu phần trên tới kết cấu phần d−ới. 2. Đảm bảo những chuyển vị t−ơng đối (thẳng, xoay) giữa kết cấu phần trên vμ kết cấu phần d−ới. Những lực chính tác dụng lên gối cầu bao gồm : trọng l−ợng bản thân của kết cấu phần trên, tải trọng xe, tải trọng gió vμ tải trọng động đất. Chuyển vị của gối bao gồm thẳng vμ xoay. Từ biến, co ngót vμ hiệu ứng của nhiệt độ lμ những nguyên nhân chính gây ra chuyển vị thẳng mμ có thể xảy ra ở cả hai h−ớng dọc vμ ngang. Tải trọng xe, sai số thi công vμ sự lún không đều của nền móng lμ nguyên nhân chính gây ra quay. Thông th−ờng gối cầu đ−ợc nối với kết cấu phần trên thông qua tấm thép của dầm vμ đặt lên tấm thép của đá tảng. Tấm thép của dầm phân bố phản lực tập trung tới kết cấu phần trên. Đá tảng phân bố phản lực xuống kết cấu phần d−ới.Việc nối tấm thép trên với dầm có thể bằng bu lông hoặc hμn đối với dầm thép còn đối với bê tông thì có thể gắn chặt vμo bê tông bằng cốt thépTấm thép của đá tảng thông th−ờng đ−ợc nối bằng bu lông. 6.2. Các dạng gối cầu Gối cầu có thể chia lμm 2 loại chính : Cố định vμ di động. Gối cố định chỉ cho phép chuyển vị xoay, ngăn cản chuyển vị thẳng, gối di động cho phép cả chuyển vị thẳng vμ xoay. Sau đây lμ các loại gối th−ờng đ−ợc sử dụng 6.2.1. Gối tr−ợt Gối tr−ợt đ−ợc cấu tạo bằng cách cho một tấm thép tr−ợt trên một tấm thép khác để đảm bảo chuyển vị dọc. Gối tr−ợt gây ra lực ma sát tác dụng vμo kết cấu phần trên, phần d−ới cũng nh− vμo chính bản thân nó. Để giảm lực ma sát nμy lớp phủ PTFE (Polytetrafluoroethylene) th−ờng xuyên đ−ợc sử dụng (vì lμ vật liệu có hệ số ma sát thấp). PTFE đôi khi đ−ợc nhắc đến nh− lμ Teflon, hoặc TFE trong tiêu chuẩn AASHTO vμ những tiêu chuẩn khác. Thông th−ờng nó bao gồm một tấm thép đ−ợc phủ PTFE tr−ợt trên một tấm thép khác mμ th−ờng lμ thép không gỉ. Gối tr−ợt có thể sử dụng một mình hoặc nhiều khi sử dụng nh− lμ thμnh phần của dạng gối cầu khác. Gối tr−ợt thuần tuý có thể chỉ đ−ợc sử dụng khi chuyển vị quay có thể bỏ qua. Theo AASHTO loại gối nμy có thể sử dụng cho nhịp có chiều dμi tối đa 15m. Hệ thống dẫn h−ớng có thể đ−ợc thêm vμo để kiểm soát h−ớng chuyển động. Nó có thể lμ gối cố định bằng cách đặt những cái chốt qua các tấm thép. 202 Loại gối tr−ợt trên Hình 6-1 lμ kiểu đơn giản nhất, đ−ợc chế tạo từ những thép tấm dμy 20mm, áp dụng cho kết cấu nhịp 10m đến 12m.132 6.2.2. Gối tiếp tuyến Gối tiếp tuyến bao gồm thớt trên phẳng tựa trên mặt trụ tròn của thớt d−ới. Vì thớt d−ới có mặt trụ do đó có thể thực hiện đ−ợc chuyển vị xoay, chuyển vị thẳng nhờ sự tr−ợt của thớt trên đối với thớt d−ới. Chúng đ−ợc chế tạo từ các thép tấm dμy 30-50mm. Gối di động: + Các kích th−ớc cơ bản: a=100-160mm; b=100-180mm; h=60-80mm; + Phạm vi áp dụng: Kết cấu nhịp giản đơn. liên tục, công xon nhịp từ l=9-18m; nhịp treo l ≤ 12m; + Trọng l−ợng của gối t−ơng ứng với phản lực thẳng đứng 10, 20, 30, 50 (T) lμ: 8,5; 14,5; 17; 28 (kg) Gối cố định: + Các kích th−ớc cơ bản của gối tiếp tuyến cố định a=110-300mm; b=100-600mm; h=60-160mm; + Phạm vi áp dụng: Chiều dμi kết cấu nhịp đến 60m vμ lớn hơn; + Trọng l−ợng của gối t−ơng ứng với phản lực thẳng đứng 10, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200, 300 (T) lμ: 9,7; 15,6; 18,5; 30; 60; 100; 150; 205; 370 (kg) Hình 6-1. Gối bản thép của Liên Xô cũ (a- cố định; b – di động) Hình 6-2. Cấu tạo gối tiếp tuyến (a. cố định; b. di động) Giáo trình Cầu BTCT 203 6.2.3. Gối con lăn di động vμ cố định đối xứng Giữa thớt trên vμ thớt d−ới có đặt con lăn tròn hoặc vát cạnh. Hình 6-3 thể hiện cấu tạo của gối Các kích th−ớc cơ bản a=200-300mm; b=500-700mm; h=350-500mm; Phạm vi áp dụng: Chiều dμi kết cấu nhịp đến 30-70m; Trọng l−ợng của gối t−ơng ứng với phản lực thẳng đứng 70, 100, 150, 200, 300, 400, 500(T) lμ: 310; 460; 600; 780; 1100; 1320; 1560 (kg). Khi chiều dμi nhịp lớn áp lực truyền lên gối lớn, gối di động một con lăn có thể sẽ trở lên rất cao vì đ−ờng kính con lăn yêu cầu phải khá lớn. Khi đó có thể sử gối cầu gồm nhiều con lăn. + Các kích th−ớc cơ bản a=300-500mm; b=600-1000mm; h=500-800mm (di động) 400-500(cố định); + Phạm vi áp dụng: Hệ thống dầm liên tục vμ mút thừa, chiều dμi kết cấu nhịp đến 80- 140m; + Trọng l−ợng của gối di động t−ơng ứng với phản lực thẳng đứng 200, 300, 400, 500(T) lμ: 590, 890, 1060, 1250 (kg); Khi sử dụng loại gối di động nhiều con lăn Hình 6-4, t−ơng ứng có thể sử dụng loại gối cố định sau: Hình 6-5. Gối cố định đối xứng + Trọng l−ợng của gối cố định t−ơng ứng với phản lực thẳng đứng 300, 400, 500(T); 360, 450, 590, 740 (kg). 6.2.4. Gối cao su (elastomeric bearing) Gối cao su đ−ợc chế tạo từ những vật liệu đμn hồi (cao su tự nhiên hoặc nhân tạo). Nó đảm bảo cả chuyển vị thẳng vμ xoay nhờ biến dạng của vật liệu đμn hồi. Hình 6-3. Gối một con lăn di động Hình 6-4. Gối di động nhiều sử dụng nhiều con lăn 204 Do tính chất đμn hồi lμ mềm khi tr−ợt nh−ng rất cứng chống lại sự thay đổi thể tích. D−ới tác dụng của tải trọng nén gối bị nở hông. Để chịu đ−ợc tải trọng lớn mμ không bị biến dạng quá mức, cốt thép đ−ợc sử dụng để ngăn cản sự nở hông. Từ định h−ớng nμy đã phát triển một vμi kiểu tấm gối phẳng cao su đơn giản, có cốt sợi thuỷ tinh, cốt vải cotton vμ gối cao su có thép tăng c−ờng. Gối cao su đơn giản lμ yếu vμ mềm nhất bởi vì chúng chỉ ngăn cản sự phình ra bởi lực ma sát. Chúng th−ờng xuyên đ−ợc sử dụng cho cầu nhịp ngắn vμ trung bình, nơi mμ ứng suất gối nhỏ. Gối cao su đ−ợc tăng c−ờng sợi thuỷ tinh bao gồm nhiều lớp sợi thuỷ tinh tăng c−ờng vμ chất dẻo xen kẽ nhau. Sợi thuỷ tinh ngăn cản biến dạng hông của tấm d−ới tải trọng nén để có thể chịu đ−ợc tải trọng lớn hơn. Tấm đ−ợc tăng c−ờng sợi cotton bao gồm các lớp vải cotton rất gần nhau, chúng có c−ờng độ vμ độ cứng chịu nén cao nh−ng rất hạn chế khả năng xoay. Những lớp mỏng cũng dẫn tới độ cứng tr−ợt cao kết cấu nhịp không chuyển vị tr−ợt đ−ợc tự do, dẫn đến những lực lớn trong cầu133. Vì thế đôi khi chúng đ−ợc kết hợp với PTFE ở phía trên của tấm cao su để đảm bảo chuyển vị tr−ợt (xem Hình 6-7). Tấm cao su tăng c−ờng thép đ−ợc chế tạo bằng việc l−u hoá cao su cùng với các tấm thép mỏng. Chúng có khả năng chịu tải trọng lớn nhất trong các kiểu gối cao su, mμ chỉ bị giới hạn bởi năng lực của nhμ chế tạo trong việc l−u hoá thể tích của tấm cao su đồng nhất lớn. Tất cả những tấm cao su nói trên ngoại trừ tấm tăng c−ờng thép có thể đ−ợc sản xuất thμnh những tấm lớn vμ cắt theo kích th−ớc phụ thuộc vμo các ứng dụng riêng biệt, tuy nhiên tấm tăng c−ờng thép phải đ−ợc chế tạo theo đơn đặt hμng cho mỗi một ứng dụng vì yêu cầu chiều dμy bảo vệ của thép tránh bị ăn mòn. Tấm cao su thép rất đắt trong khi giá thμnh của tấm cao su đơn giản lμ thấp nhất Gối cao su lμ dạng thích hợp cho gối cầu vì giá thμnh của chúng thấp vμ hầu nh− không phải duy tu bảo d−ỡng. Thêm nữa gối cao su có thể chấp nhận tải trọng vμ chuyển vị v−ợt qua giá trị thiết kế lớn. Sự h− hỏng của gối cao su có thể do những yếu tố sau: + Chế tạo kém + Không đủ cốt tăng c−ờng + Không đủ kích th−ớc + Sự lμm tròn các mép cạnh + Tác động của môi tr−ờng Lực nén Tr−ợt ngang Tr−ợt ngang Lực ngang Tr−ợt ngang Mô men Hình 6-6. Biến dạng của gối cao su khi chịu nén, tr−ợt vμ quay Hình 6-7. Cấu tạo gối cao su có tấm thép tăng c−ờng vμ cấu tạo gối cầu bằng cao su Hình 6-8. Gối cao su có mặt nghiêng 205 + H− hỏng liên kết giữa tấm đμn hồi vμ tấm tăng c−ờng + Sự thay đổi của tính chất vật liệu theo thời gian + Tình trạng tải trọng v−ợt quá nhiều Khi đặt kết cấu nhịp trên độ dốc để giảm biến dạng vμ tiện lợi cho việc xây dựng, có thể sử dụng gối cầu có mặt nghiêng 1%ữ4% để bề mặt của gối vμ tải trọng khít với nhau. Độ nghiêng của gối có thể đạt tới 6%ữ8% theo những yêu cầu riêng. Loại nμy lμm việc tốt đối với biến dạng lớn của loại thông th−ờng do lực tr−ợt tác dụng vμo Trong tr−ờng hợp cầu trên đ−ờng cong có thể sử dụng gối cao su phía trên có hình cầu bởi vì nó có tính chất lμm việc theo các h−ớng nh− nhau, có thể thích hợp với tải trọng tác dụng vμo. Loại gối nμy không chỉ sử dụng cho dầm thông th−ờng mμ còn cho các loại cầu v−ợt vμ cầu cạn lớn có sơ đồ phức tạp. Có thể sử dụng lớp PTFE để giảm ma sát. Khả năng chịu tải trọng thẳng đứng có thể từ (150ữ7000)KN. Di chuyển dọc lớn nhất (4ữ69)mm 6.2.5. gối bán cố định (Lead rubber Bearing) Cấu tạo của nó bao gồm những tấm thép, cao su mỏng vμ lõi hình trụ (lead cylinder) th−ờng đặt ở trọng tâm của gối (Hình 6-10) hoặc có 4 trụ chính Hình 6-11, lõi trụ nμy đ−ợc kéo dμi trên suốt chiều cao của gối, Nhiệm vụ của phần cao su-thép lμ chịu tải trọng của kết cấu vμ dự phòng sau biến dạng đμn hồi (post-yield elasticity). Lõi hình trụ đ−ợc thiết kế cho biến dạng dẻo do đó lμm nhiệm vụ tiêu hao năng l−ợng chấn động. Nó có hiệu quả thay đổi độ cứng của cấu trúc (gối cầu) vμ tính chất chống rung. Gối bán cố định lμm việc trong vùng chịu tác động của động đất do đặc tính của nó d−ới tác dụng của động đất gối bán cố định lμm việc tốt hơn so với gối cao su truyền thống do việc giảm chuyển vị t−ơng ứng vμ số chu kỳ ở thời điểm xảy ra động đất lớn nhất. D−ới tác dụng của tải trọng thông th−ờng lõi hình trụ ngăn cản tải trọng ngang, tuy nhiên khi động đất xảy ra cũng nh− tải các trọng động lõi hình trụ vμ vật liệu đμn hồi sẽ cùng lμm việc để chịu tải trong động Hình 6-9. Gối cao su có mặt trên hình cầu Hình 6-10. Gối bán cố định tiết diện tròn bao gồm một lõi hình trụ 206 Hình 6-11. Gối bán cố định tiết diện hình chữ nhật bao gồm nhiều lõi hình trụ Hình 6-12. Tổng thể gối cao su 207 6.2.6. Gối cong, gối hình cầu Gối cong bao gồm hai tấm cong vừa khít với nhau, với một tấm tr−ợt trên một tấm khác để thoả mãn chuyển vị xoay. Bề mặt cong có thể lμ hình trụ tròn mμ cho phép quay chỉ theo một h−ớng hoặc hình cầu mμ cho phép gối quay theo một h−ớng bất kỳ. Những chuyển vị ngang bị ngăn cản do dạng cong vμ tải trọng. Để đảm bảo đ−ợc chuyển vị ngang phủ lớp PTFE vμo gối cầu. Tấm giữ th−ờng xuyên đ−ợc sử dụng để giữ kết cấu phần trên di chuyển theo một h−ớng. Gối cong có thể dùng cho tải trọng vμ chuyển vị xoay lớn. Khả năng chịu tải thẳng đứng lớn chỉ bị giới hạn bởi kích th−ớc của nó mμ phụ thuộc rất lớn vμ năng lực gia công cơ khí. T−ơng tự khả năng xoay phụ bị giới hạn bởi độ hở giữa các thμnh phần. Hình thể hiện dạng của gối cong di động. Tấm thép cong lồi phía d−ới lμ thép không gỉ đ−ợc liên kết với đá tảng. Tấm cong lõm bên trên với việc phủ lớp tr−ợt PTFE đặt trên tấm lồi phía d−ới để xoay. Giữa tấm thép đế vμ mặt trên của tấm lõm có phủ lớp tr−ợt PTFE phẳng để đảm bảo chuyển vị ngang. 6.2.7. Gối chậu (Pot Bearing) Pot bearing có thể chịu đ−ợc tải trọng ngang vμ đứng lớn. Nó bao gồm Xilanh bằng thép nông (hoặc chậu) với đĩa bằng cao su (elastomeric) mỏng hơn so với hình trụ đ−ợc đặt vừa khít bên trong. Tải trọng thẳng đứng đ−ợc truyền qua Piston thép, Piston đ−ợc chế tạo vừa khít với xilanh. Những vòng phẳng th−ờng đ−ợc sử dụng để gắn cao su giữa Piston vμ Xilanh, Cao su lμm việc nh− chất lỏng nhớt trong khi gối xoay hoặc nghiêng (t−ơng tự nh− chất lỏng chứa trong xilanh thuỷ lực). Bởi vì tấm cao su bị giữ chặt trong chậu có thể chịu tải trọng lớn hơn nhiều so với gối cao su thông th−ờng. Hình 6-13. Cấu tạo gối cong vμ hình cầu Hình 6-14. Cấu tạo tổng quát gối chậu 208 Chuyển vị thẳng bị ngăn cản bởi gối chậu thuần tuý (gối cố định), vμ tải trọng ngang đ−ợc truyền qua piston thép tỳ trên thμnh chậu. Nếu lμ gối di động tức lμ phải đảm bảo chuyển vị ngang ng−ời ta sử dụng mặt tr−ợt PTFE (Teflon) thép không gỉ hoặc những vật liệu khác. Tấm giữ (keeper plates) th−ờng xuyên đ−ợc sử dụng để giữ cho kết cấu bên trên chuyển vị theo một h−ớng. Hình 6-15. Cấu tạo gối chậu cố định Hình 6-16. Cấu tạo gối chậu di động một chiều 209 6.2.8. Gối đĩa Gối đĩa nh− trên Hình 6-18 sử dụng tấm loại chất nhựa tổng hợp cứng (polyether urethane) để chịu tải trọng thẳng đứng vμ khoá thép (chốt thép) ở tâm của gối để ngăn cản tải trọng ngang. Chuyển vị quay đ−ợc đảm bảo qua biến dạng của tấm nhựa tổng hợp. Để đảm bảo chuyển vị ngang, lớp tr−ợt PTFE đ−ợc sử dụng. Trong dạng nμy của gối đĩa polyether urethane phải đủ cứng để chịu tải trọng thẳng đứng lớn mμ không v−ợt quá độ biến dạng vμ đủ mềm để xoay đ−ợc dễ dμng 6.3. Bố trí vμ Tính toán gối cầu 6.3.1. Bố trí gối cầu Căn cứ vμo vị trí, chức năng của gối để chọn loại gối cầu phù hợp: gối di động, gối cố định. Trong di động thì chọn loại gối cho phép di chuyển theo một ph−ơng, hay hai ph−ơng. Đối với gối cố định thì chọn loại cố định hoμn toμn hay lμ bán cố định ví dụ đối với cầu chéo (Hình 6-19.a) sử dụng 3 loại gối: cố định, di động theo một ph−ơng, di động theo hai ph−ơng. Tr−ờng hợp cầu cong đơn tuyến (Hình 6-19.b), bố trí gối cố định, vμ các gối di động với đặc điểm lμ sẽ có một ph−ơng di chuyển đ−ợc đặt sao cho nằm trên đ−ờng thẳng nối gối cố định vμ tim gối đó. Việc bố trí gối tại điểm giao nhau của cầu cong đ−ợc thể hiện trên (Hình 6-19.b). Hình 6-17. Cấu tạo gối chậu di động 2 chiều Hình 6-18. Cấu tạo gối đĩa 210 Hiện nay các gối cầu đ−ợc chế tạo sẵn tại các nhμ máy, do đó ng−ời thiết kế hầu nh− không phải tính toán chi tiết về khả năng chịu lực của gối cầu, công việc chính lμ phải đ−a ra các thông số kỹ thuật yêu cầu đối với gối cầu ví dụ: khả năng chịu tải trọng thẳng đứng, khả năng di chuyển ngang vμ căn cứ vμo các mẫu có sẵn về gối cầu để chọn loại t−ơng ứng. 6.3.2. Tính gối thép vμ bê tông cốt thép Tấm thớt gối thép tính bằng công thức emaR Ab = (6-1) Trong đó: A lμ phản lực gối do tải trọng tính toán (tính cả hệ số v−ợt tải vμ hệ số xung kích) b, a - kích th−ớc bản gối theo ph−ơng dọc vμ ngang cầu Rem – C−ờng độ chịu ép mặt tính toán của bê tông, ltem RR γ= Rlt - C−ờng độ chịu nén dọc trục của bê tông dầm cầu. Fem – Diện tích ép mặt, Fem= a xb. F – Diện tích tính toán chịu tải trọng, trọng tâm của nó trùng với trọng tâm diện tích Fem, Fem=a(b+2c) xem Hình 6-20. Theo cấu tạo a vμ b không nhỏ hơn 18ữ20cm. Thông th−ờng a lấy bằng chiều dμy s−ờn dầm Chiều dμy thớt gối lấy δ=3ữ5 (cm). Kiểm tra chịu uốn coi nh− ngμm tại đ−ờng tim vμ chịu tải trọng phân bố đều. Hình 6-19. Bố trí gối cầu trên mặt bằng (1. trụ cột; 2. mố cầu; 3. gối cố định ; 4. Gối chậu) b a b c c FFem Hình 6-20. Xác định F vμ Fem 211 4 b 2 b b AM ìì= (6-2) uRW M ≤=σ (6-3) Trong đó: Ru – C−ờng độ chịu uốn của thép (CT3 cầu Ru=2000kg/cm 2) W – Mô men kháng uốn của tiết diện, 6 aW 2δ= Con lăn đ−ợc tính chịu ép (quy −ớc) của tiết diện cắt qua đ−ờng kính: A=Rc2ra1. Trong đó: Rc=0,04R0 – C−ờng độ tính toán. R0 C−ờng độ dọc trục vμ 0,04 lμ hệ số quy đổi chịu ép theo đ−ờng kính khi tiếp xúc tự do. r – bán kính con lăn, a1: chiều dμi tiếp xúc của con lăn với thớt gối,. Nếu r ≥ 20ữ25 cm ặ để tiết kiệm nên dùng con lăn vát b=r - Con lăn bê tông cốt thép đ−ợc kiểm tra theo công thức: A ≤ RltFb + RtFt (6-4) Trong đó: Fb – Diện tích tiết diện bê tông Ft – Tiết diện cốt thép thẳng đứng của khung cốt thép hμn Tại vị trí kê gối cầu lên đá tảng, cần phải kiểm tra điều kiện: A ≤ θ Rlt Fcb + μk Ra Fl , (6-5) trong đó: A – Lực nén (ép mặt) do tải trọng tính toán gây ra ở đây lμ phản lực gối tính toán; Rlt, Ra - c−ờng độ tính toán (lăng trụ) của bê tông vμ của cốt thép; Fcb - diện tích chịu ép mặt (phạm vi bản đế gối áp lên đá tảng); Fl - diện tích của phần bê tông nằm trong đ−ờng viền của l−ới cốt thép tính đến mép thanh cốt thép; θ - hệ số, kể đến sự tăng khả năng chịu lực của bê tông do ép mặt trên diện tích nhỏ hơn diện tích chịu lực, đ−ợc xác định nh− sau: F Fcb34 −=θ đồng thời 2 ≤ θ ≤ 3,5 ; δ b A Hình 6-21. Xác định chiều dμy thớt gối b 2r Hình 6-22. Con lăn vát cạnh l 1l 2 b S A Hình 6-23. Để kiểm tra ép mặt đá tảng 212 F - diện tích lμm việc của đá tảng, có trọng tâm trùng với trọng tâm của Fem, tính tại mặt phẳng l−ới cốt thép tăng c−ờng d−ới cùng, do phản lực A phân bố xuống d−ới một góc 45° (trên Hình 6-23, b lμ bề rộng ứng với một cạnh của F). μk - hμm l−ợng cốt thép l−ới tính theo thể tích bê tông bọc l−ới: Sll lfnlfn aa k 21 222111 +=μ (6-6) n1 , fa1 , l1 , n2 , fa2 , l2 - số l−ợng, diện tích vμ chiều dμi thanh cốt thép trong một l−ới theo hai ph−ơng; S - khoảng cách giữa các l−ới thép. 6.3.3. Tính gối cao su có tấm thép bên trong 6.3.3.1. Kiểm tra ứng suất nén trong cao su cscscs mRF A ≤=σ (6-7) Trong đó: F – diện tích mặt bằng của gối Rcs – C−ờng độ tính toán trung bình của cao su, với gối có lá thép lấy bằng 100kg/cm 2, với gối cao su đặt trong ổ thép: 250kg/cm2. mcs – hệ số trung bình lấy mcs=0,75. csσ không đ−ợc lớn hơn c−ờng độ chịu ép mặt của bê tông 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 γtgh n c Δ= (6-8) Trong đó: Δn – chuyển vị lớn nhất của đầu kết cấu nhịp do thay đổi nhiệt độ. Nếu hai gối ở hai đầu dầm nh− nhau thì Δn bằng nửa chuyển vị của dầm do nhiệt độ lớn nhất gây ra. tgγ -tang của góc tr−ợt cho phép trong cao su khi có biến dạng nhiệt phụ thuộc vμo vùng khí hậu (trong khoảng 0,2ữ0,35 theo số liệu của n−ớc Nga). 6.3.3.3. Tính góc tr−ợt do phản lực ngang T (do lực hãm) FG Ttg t =γ (6-9) Trong đó: G – mô đun đμn hồi tr−ợt của gối cao su với nhiệt độ d−ơng G=7ữ14 kg/cm2, nhiệt độ âm G tăng lên 2ữ3 lần. 213 ( ) 60tg t ,≤+ γγ vμ chiều dμy của các lớp cao su xen kẽ quy định bằng 55 1 25 1 ữ kích th−ớc nhỏ nhất theo mặt bằng. 6.3.3.4. Kiểm tra độ lún (thẳng đứng) Δđ của gối Độ lún không đ−ợc lớn quá 5% chiều dμy của cao su của gối c i d h050GF3 hA ,≤=Δ ∑μ (6-10) Trong đó μ - hệ số do ảnh h−ởng của tấm lá thép, nó phụ thuộc vμo hệ số hình dạng Φ của tiết diện ( ) ihba2 ab +=Φ (6-11) Trong đó: a, b – kích th−ớc mặt bằng (cm) hi –chiều dμy các lớp cao su. Gần đúng có thể lấy Φ=5,10 vμ 15 thì μ t−ơng ứng lμ 60,200 vμ 400. Chiều dμy các lớp cao su xen kẽ không đ−ợc nhỏ hơn 10 ữ 15 (mm) Kiểm tra ổn định tr−ợt của gối cầu Lực ngang T không đ−ợc lớn hơn lực ma sát giữa gối vμ bê tông T ≤ f.A (6-12) Trong đó: f – hệ số ma sát bằng 0,2 ữ 0,3 Trong dầm giản đơn có thể lμm hai gối đơn giản ở hai đầu lμ di động hoặc 1 đầu lμ cố định, đầu kia lμ di động. Ph−ơng án đầu chuyển vị ngang Δn vμ phản lực ngang phân bố cho cả hai gối, ph−ơng án thứ hai Δn cho gối di động, lực T cho gối cố định. 214 7. cầu dầm Bê tông cốt thép thi công bằng ph−ơng pháp phân đoạn 7.1. Khái niệm Từ những năm 50 của thập kỷ nμy cầu BTCT UST ngμy cμng phát triển, kỹ thuật vμ công nghệ ngμy cμng hoμn thiện nên sơ đồ kết cấu ngμy cμng phong phú, chiều dμi nhịp ngμy cμng lớn, công trình ngμy cμng thanh thoát mỹ quan hơn. Cho đến nay ở những n−ớc phát triển đã xây dựng những cầu có nhịp 200-300m, kỷ lục hiện nay lμ 301m (Stolmasundet-Norway –hoμn thμnh năm 1998) xem Bảng 1-2, t−ơng lai sẽ xuất hiện những nhịp có chiều dμi 400-500m Theo chiều dμi nhịp, cầu dầm BTCT nhịp lớn lμ những nhịp có chiều dμi lớn hơn 40-42mcxxxiv Các sơ đồ chính của kết cấu nhịp cầu BTCT nhịp lớn: + Sơ đồ tĩnh định: dầm giản đơn, khung T dầm treo + Sơ đồ siêu tĩnh: cầu dầm liên tục, cầu khung dầm liên tục, cầu khung cứng liên tục, khung T có khớp, chiều cao tiết diện của các sơ đồ trên có thể thay đổi hoặc không thay đổi. Các ph−ơng pháp thi công chính: + Thi công trên giμn giáo cố định: Đây lμ công nghệ cổ điển nhất đ−ợc sử dụng từ những ngμy đầu tiên xây dựng cầu BTCT, hiện nay ở các n−ớc phát triển trong những điều kiện thích hợp nhiều công trình vẫn đ−ợc xây dựng trên giμn giáo cố định bởi vì việc xây dựng đảm bảo chất l−ợng tốt, thi công an toμn, kết cấu nhịp chịu lực theo một sơ đồ duy nhất, nên sử dụng vật liệu hợp lý. Đặc biệt trong những năm gần đây nhiều loại giμn giáo vạn năng với kết cấu đa dạng, dễ tháo lắp, trọng l−ợng nhẹ đã đ−ợc đ−a vμo sử dụng tạo điều kiện cho việc thi công những công trình không bị ảnh h−ởng của thông th−ơng d−ới cầu vμ kết cấu trụ không quá cao, điều kiện địa chất tốt. Trong nhiều tr−ờng hợp do cấu tạo của kết cấu nhịp vμ điều kiện thực tế tiến hμnh thi công phân đoạn trên giμn giáo cố định, nội lực trong tr−ờng hợp nμy phụ thuộc vμo trình tự thi công (Hình 7-1). + Thi công trên giμn giáo di động (moveable scaff