Chương 6 : CẦU DẦM VÀ KHUNG LIÊN pdf

Chương 6 : CẦU DẦM VÀ KHUNG LIÊN
TỤC
6.1. Các sơ đồ tónh học của cầu dầm liên tục :
Trong các dầm giản đơn, biểu đồ mômen do tải trọng
thẳng đứng chỉ có một dấu dương. Nếu thay cho việc dùng
hệ thống hai nhòp dầm giản đơn, mà dùng hệ thống dầm
liên tục hai nhòp như hình 6.1 thì biểu đồ mômen có
một đoạn mang dấu âm ở gần gối giữa, ngoài ra các trò số
tung độ dương lớn nhất của hình bao mômen cũng giảm đi.
Do đó, có thể làm kết cấu nhòp dầm liên tục với chiều cao
thấp hơn, ít cốt thép hơn, nghóa là tiết kiệm vật liệu hơn
so với phương án hệ thống dầm giản đơn nhiều nhòp.
Trong hệ thống dầm liên tục, trên mỗi trụ chỉ cần đặt
một gối di động hoặc một gối cố đònh nên trụ cầu có thể
làm nhỏ hơn, tiết kiệm vật liệu hơn.

Hình 6.1 So sánh các sơ đồ của hệ thống dầm giản đơn, hệ dầm liên tục,
hệ dầm hẫng hai đầu, hệ dầm hẫng có dầm đeo, hệ khung T- dầm đeo
a, b) Hệ thống hai nhòp; c, d, e, g, h, i, k) Hệ thống ba nhòp

Áp lực gối thẳng đứng từ kết cấu nhòp dầm liên tục
truyền xuống trụ hầu như đúng tâm hoặc nén lệch tâm ít
và gây ra ứng suất nén phân bố gần như đều trong
mặt cắt thân trụ và đáy móng trụ. Đây là ưu điểm so với
hệ thống dầm giản đơn nhiều nhòp.
Tuy nhiên, trong hệ thống dầm liên tục thì lực hãm
xe do hai nhòp liên tục truyền lên một gối cố đònh đặt ở
mố hoặc ở trụ sẽ lớn hơn lực hãm trong phương án hệ
thống hai nhòp dầm giản đơn. Như vậy riêng trụ hoặc mố
đó sẽ tốn vật liệu hơn.

Ngoài ra, tính chất liên tục của bề mặt xe chạy
trên các nhòp dầm liên tục cũng đảm bảo tốt cho xe chạy
êm thuận với tốc độ cao qua cầu vì trắc dọc trên cầu sẽ
là một đường cong đều đặn, không có điểm gẫy góc.
Độ võng của dầm liên tục nhỏ hơn so với độ võng
của dầm giản đơn cùng khẩu độ.
Nhìn chung, việc áp dụng hệ thống dầm liên tục
là hợp lý ngay cả khi chiều dài mỗi nhòp chỉ là 12÷ 15m.
Qua thực tế khai thác cầu này tỏ ra làm việc tốt.

Trước kia, thường xây dựng các cầu dầm liên tục
chỉ có 2÷ 3 nhòp. Gần đây, để nâng cao chất lượng
khai thác cầu và nhờ các tiến bộ công nghệ, đã xây dựng
các dầm liên tục có nhiều nhòp hơn. Khi chiều dài kết
cấu nhòp liên tục càng dài thì các chuyển vò dọc do nhiệt
độ thay đổi càng lớn và đòi hỏi phải làm các khe biến
dạng có cấu tạo phức tạp hơn ở các đầu kết cấu nhòp.
Ngoài ra, các lực hãm, truyền lên gối cố đònh sẽ càng lớn
và càng ảnh hưởng nhiều hơn đến việc thiết kế mố trụ
cầu đó.
Khi điều kiện không khống chế vò trí đặt mố trụ thì
việc chọn chiều dài các nhòp dầm liên tục nên được thực
hiện sao cho mômen uốn ở giữa các nhòp gần bằng nhau.
Các đoạn kết cấu có thể có mặt cắt ngang giống nhau,
cách đặt cốt thép giống nhau, thuận tiện cho việc thi
công đúc các đốt kết cấu nhòp. Tỷ số chiều dài các nhòp
biên so với nhòp giữa nên là 0,8 đối với dầm liên tục ba
nhòp, và nên là 0,7 đối với dầm liên tục nhiều nhòp hơn.

Hệ thống dầm liên tục là hệ kết cấu siêu tónh. Số bậc

siêu tónh của nó bằng số mố trụ trừ đi 2. Khi các mố trụ
lún không đều thì trong dầm liên tục xuất hiện các ứng lực
phụ bất lợi. Do đó loại cầu dầm liên tục nên dùng ở nơi có
đòa chất tốt, móng, mố trụ cầu nên đặt trên nền đất
không lún hoặc bệ cọc cứng.
Trong xây dựng cầu hiện nay đang áp dụng rộng rãi
và linh hoạt nhiều phương pháp đúc bêtông tại chỗ hoặc
lắp ghép để thi công các kết cấu nhòp cầu dầm liên
tục, cầu dầm hẫng, cầu khung bằng BTCT mà chủ yếu là
BTCT DƯL có cốt thép được kéo căng trên bêtông.
Các cầu dầm giản đơn có sơ đồ nội lực không thay đổi
hoặc chỉ thay đổi chút ít từ giai đoạn thi công đến
giai đoạn khai thác cầu. Ngược lại, các cầu dầm liên tục,
cầu dầm hẫng và cầu khung thường có sơ đồ nội lực
thay đổi liên tiếp trong quá trình thi công cho đến lúc
thi công xong và bắt đầu thông xe qua cầu, cấu tạo
mặt cắt ngang và cách bố trí cốt thép chủ chòu lực (cốt
thép DƯL) luôn phụ thuộc vào 5 phương pháp thi công
chủ yếu sau :

1. Đặt vào nhòp các khối dầm hay khối bản chế sẵn dài
L ≤ 33m. Sau đó thi công mối nối kết cấu nhòp bên
trên trụ để biến hệ dầm giản đơn thành hệ dầm liên tục.
Phương pháp này cũng thường áp dụng khi lắp ghép các
kết cấu nhòp thuộc hệ liên tục - nhiệt độ.
2. Lắp ghép hoặc đổ bêtông tại chỗ kết cấu nhòp liên tục
từ những phân đoạn sao cho có đủ chiều dài tổng cộng
24÷ 63 m trên các đà giáo tháo lắp được hoặc trên đà
giáo di động vạn năng.
3. Lao - đẩy dọc hoặc đúc - đẩy dọc kết cấu nhòp dầm

liên tục gồm nhiều phân đoạn nối tiếp nhau nhô dần ra
từ đường đầu cầu vươn đến các trụ và mố phía trước.
4. Lắp hẫng hoặc đúc bêtông hẫng các kết cấu nhòp dầm
liên tục, dầm hẫng hay cầu khung với các nhòp L ≥ 42 m.

5. Chở nổi các phần kết cấu nhòp có kích thước rất lớn
trên các trụ nổi từ bờ ra rồi đặt vào vò trí nhòp.
Phương pháp này dùng hợp lý cho các nhòp dài L ≥ 84
m, phần chở nổi có trường hợp đã đạt đến 5000 tấn.

6.2. Các dạng mặt cắt ngang cầu dầm và cầu khung :
Sau khi quyết đònh chọn sơ đồ tónh học của cầu và các
kích thước cơ bản, người thiết kế cần lựa chọn dạng
mặt cắt của kết cấu nhòp và phân chia kết cấu nhòp thành
các khối lắp ghép hoặc thành các phân đoạn đúc bêtông.
Trò số của mômen âm trên đoạn kết cấu nhòp gần trụ
thường lớn hơn nhiều so với trò số của mômen dương ở
đoạn giữa nhòp. Mômen âm đó gây ra ứng suất kéo ở
phần trên của mặt cắt và ứng suất nén ở phần dưới của
mặt cắt.
Dưới tác dụng của mômen dương, phần chòu nén của
mặt cắt bao gồm cả bản mặt cầu xe chạy nên khá rộng,
do đó đủ chòu mômen dương. Nhưng trên đoạn gần trụ
có mômen âm rất lớn do đó cần phải dùng dạng mặt
cắt hình hộp để bản đáy hộp có kích thước đủ chòu nén.
Trong các cầu lớn đều phải dùng dạng mặt cắt
hình hộp. Ưu điểm của dạng này là có độ cứng
chống xoắn cao hơn các dạng mặt cắt hở đến vài chục
lần. Do đó đủ khả năng chòu các lực gây ra bởi hoạt tải
đặt lệch tâm ngay cả ở những cầu nhòp lớn và có mặt cầu

rộng


Hỡnh 6.2a Vớ duù kớch thửụực maởt caột ngang hỡnh hoọp

Hỡnh 6.2b Vớ duù kớch thửụực maởt caột ngang hỡnh hoọp

Lựa chọn mặt cắt ngang cũng liên quan chặt chẽ
với phương pháp thi công. Các hệ thống cầu với nhòp
dài cỡ trung bình ( L ≤ 42m ) có thể dùng các dạng mặt
cắt chữ T, chữ I, bản chữ nhật tương tự như ở cầu dầm
giản đơn. Dạng mặt cắt chữ T còn được dùng ở
những nhòp dài hơn nữa khi thi công theo phương pháp
có dùng đà giáo di động dỡ bên dưới kết cấu nhòp.
\
Mặt cắt hộp có rất nhiều kiểu khác nhau. Đối với
nhòp cầu ôtô mà phần xe chạy rộng đến 15÷ 20m có thể
dùng mặt cắt dạng một hộp với các bản cánh hẫng lớn
(H.6.2), thành hộp có thể thẳng đứng hoặc nghiêng
để giảm kích thước mũ trụ và tăng vẻ đẹp kiến trúc.

Nếu cầu quá rộng hoặc do khả năng hạn chế của
phương tiện thi công mà cần thu nhỏ bề rộng của các
khối lắp ghép hay của các phân đoạn đúc hẫng, thì có
thể làm hai hay ba hộp trong mặt cắt ngang kết cấu nhòp.
Khi đó thường bố trí mối nối dọc ở đầu mũi các bản
hẫng của các hộp đặt cạnh nhau.

Hình 6.3 Cấu tạo mặt cắt ngang có nhiều hộp kín
Nếu có điều kiện, có thể làm một hộp rộng với vài thành

thẳng đứng ngăn thành nhiều hộp nhỏ (H.6.3) để giảm
chiều dài nhòp của bản xe chạy dọc theo hướng ngang cầu.
Khi đó ứng suất trong bản cũng được phân bố đều hơn.

Do trò số mômen rất lớn, đặc biệt là khi thi công
đúc hẫng hay lắp hẫng, nên dưới tác dụng của tónh
tải bản thân kết cấu nhòp thì thường không xuất hiện
mômen dương trong các kết cấu nhòp dầm liên tục,
khung liên tục. Mặt khác ở đoạn gần trụ có lực cắt rất
lớn. Do đó phải có các biện pháp cấu tạo hợp lý
để tăng cường khả năng chòu mômen âm và lực
cắt của các đoạn kết cấu nhòp gần các
trụ.
\
Có thể tăng cường các mặt cắt gần trụ bằng cách
tăng chiều dày thành hộp để vừa đồng thời giảm ứng
suất kéo chủ vừa tăng được diện tích vùng bêtông chòu
nén. Bản đáy hộp cũng được làm dầy lên.
Nếu dùng sơ đồ dầm có chiều cao mặt cắt cố đònh
thì việc tăng chiều dày thành hộp và bản đáy hộp
lại càng cần thiết. Đặc biệt là khi thi công theo
phương pháp đúc - đẩy hoặc lắp - đẩy. Kết cấu nhòp
với chiều cao không đổi có ưu điểm lớn là sử dụng
được ván khuôn ngoài đònh hình chung toàn kết cấu nhòp
và có vẻ đẹp kiến trúc riêng.

Hình 6.4 Ví dụ cấu tạo mặt cắt ngang cầu thành phố
hệ dầm liên tục và hệ khung

Hình 6.5 Ví dụ cấu tạo mặt cắt ngang cầu thành phố

hệ dầm liên tục và hệ khung

6.3. Sơ đồ tónh học của cầu dầm hẫng có nhòp đeo :

6.4. Caực sụ ủo túnh hoùc cuỷa cau khung :



Chương 7 : GỐI CẦU
7.1. GỐI TIẾP TUYẾN :
Loại gối tiếp tuyến này thích hợp với các cầu dầm
có nhòp L = 12÷ 18m. Cấu tạo gối di động và gối cố đònh
của loại này gần giống nhau, chỉ khác nhau ở chỗ gối cố
đònh có một chốt thẳng đứng ngăn cản chuyển dòch tương
đối giữa bản thớt gối trên so với bản thớt gối dưới. Bản
thớt gối dưới bằng thép thường dày 40÷ 50mm, có mặt
cong lồi ở phía trên được mài nhẵn và bôi trơn bằng
graphit (H.7.1).
7.2 GỐI CON LĂN :
Khi nhòp dầm dài hơn 18m nên dùng loại gối di động
có con lăn và loại gối cố đònh kiểu gối tiếp tuyến. Con lăn
thép có nhiều kiểu khác nhau, ví dụ loại con lăn đã vẽ
ở hình 7.2 có thể thích hợp với trò số phản lực gối lớn
đến 200tấn và hơn nữa. Loại con lăn thép tròn (H.7.2e) có
ưu điểm là chiều cao thấp, có số con lăn tuỳ theo độ
lớn của phản lực gối và đường kính con lăn.


Hỡnh 7.1
Goỏi tieỏp tuyeỏn

baống theựp
a) Goỏi di ủoọng;
b) Goỏi coỏ ủũnh


Hình 7.2 Goái con laên theùp

•
Để tiết kiệm thép người ta có thể dùng con lăn BTCT
như đã vẽ ở hình 7.3a. Nó gồm hai tấm thép ở phía trên
và phía dưới với các mặt cong đã được mài nhẵn,
giữa hai tấm thép đó là khối BTCT với bêtông mác 400.
Cốt thép trong con lăn này được liên kết thành khung
không gian đủ khoẻ để chòu ứng lực tập trung rất lớn và
được hàn vào tấm thép trên và tấm thép dưới. Nhờ vậy
mà khối lượng thép giảm được một nửa so với gối
con lăn bằng thép cùng loại.
•
Các gối con lăn ở hình 7.2 và hình 7.3a thường được
dùng cho nhòp dầm dài L = 20÷ 40m cầu dầm giản đơn
và cho các nhòp dài hơn nữa của cầu dầm hẫng, dầm liên
tục.
•
Ưu điểm chung của loại con lăn bằng BTCT là con lăn
cao nên giảm được khối lượng mố trụ dưới nó đồng thời
có thể được dùng cả trong những đòa phương hoặc những
hoàn cảnh không tiện cung cấp gối thép đúc được.
Tuy vậy, gối con lăn càng cao, càng dễ mất ổn đònh vò
trí.

Hình 7.3a Goái con laên BTCT
Hình 7.3b

7.3 GỐI DI ĐỘNG CÓ CON LĂN BTCT
CHÔN TRONG TRỤ :
•
Loại gối hình 7.3b có thể được dùng ở trường hợp cần
đảm bảo chuyển vò dọc lớn của các đầu dầm, phản lực
gối lớn mà lại cần giảm nhỏ khoảng cách thẳng đứng
từ đáy sườn dầm đến mặt đỉnh mố, trụ. Do chiều cao
lớn của con lăn mà khi nó chỉ quay một góc nhỏ cũng đủ
đảm bảo một chuyển vò dọc tự do lớn của đầu dầm.
Toàn bộ con lăn được chôn trong phần thân trên của trụ.
Phía trên của khe hở giữa mép phía trên của con lăn và
hốc lõm chứa con lăn ở đỉnh trụ được đệm chèn bằng các
miếng đệm làm bằng vật liệu có tính đàn hồi tốt và
chống thấm tốt. Trong lòng bêtông mác 400÷ 500 có các
cốt thép được đặt thành nhiều lưới, với các ô lưới 8×8cm
đến 12×12cm và các thanh cốt thép có gờ. Chiều rộng
con lăn thường rộng gấp 2÷ 3 lần cạnh rộng nhất của
thớt gối thép và chiều cao gấp 1,5÷ 2 lần chiều rộng của
nó để đảm bảo chòu lực tốt. Chiều dài con lăn đo theo
chiều ngang cầu lấy bằng chiều rộng của sườn dầm.

•
Kiểu gối này không dùng cho dầm giản đơn mà có thể
dùng cho dầm liên tục hay dầm hẫng với phản lực gối
đến 600tấn. Khi dùng nó thì các gối cố đònh vẫn dùng
loại gối tiếp tuyến. Ngày nay các cầu mới xây dựng

không dùng loại gối này.
7.4 GỐI CAO SU THÉP :
•
Trong nhiều trường hợp người ta đã dùng các loại gối
cao su - thép nhiều lớp gồm các tấm cao su dán xen kẽ
giữa các tấm thép thành một chồng có chiều dày
cần thiết.
•
Lực nén thẳng đứng mà các tấm cao su phải chòu sẽ được
giảm nhiều do ứng suất tiếp xuất hiện ở chỗ tiếp xúc
giữa các tấm cao su và các tấm thép và các tấm thép
phải chòu thêm lực kéo theo phương ngang ngoài việc
phải chòu nén theo phương thẳng đứng. Chiều dày một
tấm thép khoảng 0,8÷ 2mm, mỗi tấm cao su dày
5÷ 25mm.


Hình 7.4 Vai kiểu gối cao su - thép dùng cho cầu BTCT
a) Gối cao su - thép nhiều lớp; b) Gối BTCT có đệm cao su;
c) Gối cao su trong hộp thép
1- Cao su;
2- Bản thép;
3- Phần BTCT;
4- Vỏ hộp thép;
5- Bản thớt gối thép;
6- Vòng thép bao