Nghiên Cứu ứng Dụng Kết Cấu Nhịp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. Đònh nghóa bê tông cốt cứng, ưu khuyết điểm của loại hình này :
Các loại hình kết cấu đã và đang được áp dụng :
-

Kết cấu gạch, đá : là loại hình kết cấu chòu nén tốt , áp dụng cho việc
vượt khoảng không bằng dạng khung vòm.

-

Kết cấu bê tông : tương tự như kết cấu gạch, đá.

-

Kết cấu gỗ : chòu uốn, kéo , nén tốt, tỉ trọng nhỏ, vượt được nhòp xa.

-

Kết cấu thép : tương tự kết cấu gỗ.

-

Kết cấu bê tông có cốt : cốt của bê tông có thể là chất hữu cơ (tre ,
nứa , gỗ . . . ) hoặc chất vô cơ (sắt , thép . . . ). Khi đó, bê tông sẽ chòu
nén và vật liệu sử dụng làm cốt sẽ chòu kéo (vì khả năng chòu kéo của
bê tông rất thấp).

Loại hình kết cấu bê tông cốt cứng :
-

Đònh nghóa : là một dạng của bê tông có cốt , trong kết cấu này, gần như
toàn bộ tải trọng là do dầm thép chòu, bê tông chỉ có tác dụng như một
loại vật liệu bảo vệ cho dầm thép hình, bê tông chỉ chòu một phần lực
nén và làm tăng khả năng ổn đònh động lực học của toàn bộ kết cấu,
giảm độ mảnh cho kết cấu dưới tác dụng của lực nén.

-

Ưu khuyết điểm của loại hình kết cấu này :

+ Ưu điểm : chiều cao kiến trúc thấp (có thể áp dụng cho các cầu trong vượt
trong thành phố), có thể đảm bảo chất lượng của phần bê tông cường độ cao
Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
do được thi công trong nhà xưởng, có thể tận dụng các dầm thép đã được
bọc một phần để làm đà giáo. Tiến độ thi công cũng theo đó được rút ngắn.
+ Khuyết điểm : sử dụng kết cấu yêu cầu mác bê tông,mác thép đều cao ,
cần phải sử dụng kích có lực ép lớn, thiết bò phức tạp.

1.2. Giới thiệc các công trình đã được áp dụng trước đây, dự kiến áp
dụng cho các kết cấu nhòp :
Các công trình đã được áp dụng : gần đây , tại Việt Nam đang được thi công
một chiếc cầu có công nghệ tương tự là cầu trên đường cao tốc Nội Bài – Bắc
Ninh , do các chuyên gia Trung Quốc tiến hành.
Dự kiến nhòp áp dụng có khẩu độ nhỏ hơn 50m là có lợi nhất.

1.3. Mục đích yêu cầu của đề tài: nhằm giới thiệu một loại hình kết cấu
mới cho ngành giao thông vận tải, đánh giá loại hình này, phạm vi áp dụng
Loại hình kết cấu mới này có thể nhận được ưu điểm của cả 02 loại hình kết
cấu thép và BTCT dự ứng lực. Lý do : nó có khả năng vượt được nhòp xa vì
tónh tải nhỏ và có sử dụng dự ứng lực.
Sử dụng các ưu điểm của mình nên kết cấu này được áp dụng vào các cầu
vượt trong thành phố , thò trấn … (chiều cao kiến trúc thấp , thi công nhanh ,
vượt nhòp lớn …)

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……

Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
CHƯƠNG 2

CẤU TẠO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT CẤU
(NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN)
2.1. Vật liệu
2.1.1.

Bê tông :

Vì cần đảm bảo điều kiện chòu nén tốt tại thớ dưới của dầm, kết cấu yêu
cầu mác bê tông tại phần trên của mặt cắt ngang phải lớn. Cụ thể, trong trường
hợp này, bê tông có thể phải sử dụng đến mác M600. Cường độ chòu nén khi
uốn của bê tông là 520kg/cm2.

Cường độ tiêu chuẩn của BT (kg/cm2) ứng với
Loại cường độ

Ký

mác thiết kế theo cường độ chòu nén

hiệu
150

200

250

300

400

500

600

Hệ số đồng nhất của BT (Kb)
ứng với mác thiết kế của BT
theo cường độ chòu nén
200
250 - 600
A
B
A
B

- Nén dọc trục
(cường độ của lăng

RTtr

115

145

180

210

280

350

420

0,6

0,55

0,65

0,6

RTu

140

180

220

260

350

440

520

0,6

0,55

0,65

0,6

R

13

16

18

21

25

28

30

0,45

0,45

0,5

0,5

trụ)

- Nén khi :
+ Uốn
+ Kéo

T
k

Bê tông cường độ cao mác 600 được chế tạo theo tiêu chuẩn chế tạo bê
tông cường độ cao với mẫu thử lập phương 15x15x15cm, tuổi 28 ngày, có sử
dụng phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng và cốt liệu truyền thống.

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
- Xi măng :
Dùng xi măng poóc lăng PC40 trở lên phù hợp với TCN 2682-91. Thành
phần hoá học và độ mòn của xi măng phải phù hợp với tiêu chuẩn TCVN268289 (hoặc ASTM C150).
Cần yêu cầu nhà máy xi măng cung cấp chứng chỉ kiểm tra xi măng trong

xi-lô trong vòng 6-12 tháng trước khi sử dụng. Điều này không chỉ cung cấp
chỉ số về các đặc tính cường độ mà quan trọng hơn, nó còn cung cấp chỉ số về
độ đồng đều của xi măng theo tiêu chuẩn Việt Nam phù hợp.
Mặc dù các số liệu thử nghiệm mẫu thử do nhà sản xuất cung cấp có thể
cho chỉ số tốt về cường độ, nhưng vẫn cần các kiểm tra được tiến hành trên các
mẻ trộn thử nghiệm . Các thử nghiệm này chỉ dùng những vật liệu dược sử
dụng cho bê tông sau này với cường độ được xác đònh sau 7 , 28 ngày và 56, 91
ngày nếu cần thiết.
Hàm lượng xi măng cao trong bê tông cường độ cao có thể dẫn đến nhiệt độ
cao trong khối bê tông. Vì vậy , cần thử nghiệm cả tính tỏa nhiệt và có những
chỉ dẫn cần thiết về độ tỏa nhiệt của xi măng.

- Cốt liệu :
Cốt liệu nhỏ (cát) :
Cốt liệu nhỏ với hình dáng hạt tròn và bề mặt nhẵn cần ít nước trộn trong bê
tông và vì lý do này nó được ưu tiên sử dụng. Sự phân loại tối ưu của cốt liệu
mòn đối với bê tông cường độ cao được quyết đònh bởi ảnh hưởng của nó lên
nhu cầu về nước. Cát với mô đun độ lớn nhỏ hơn 2,5 không được phép sử dụng
. Cát với mô đun độ lớn khoảng 3,0 cho độ sụt và cường độ nén tốt nhất . Cốt
Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
liệu nhỏ là cát sông sạch, loại to có mô đun độ lớn nằm trong khoảng 2,5 – 3,2
và có cấp phối tốt, không có phản ứng kiềm với xi măng . các tính chất của cát
phải đạt các yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 1770 – 86.

Cốt liệu thô (đá) :
Bê tông có cường độ nén lớn hơn 750daN/cm 2 (mẫu lập phương) với hàm
lượng xi măng cao và tỉ lệ nước / xi măng thấp thì kích thước tối đa của cốt
liệu thô nên giữ ở mức tối thiểu ½” (12,7mm) hoặc 3/8” (9,5mm). Các kích
thước tối đa ¾” (19,0mm) và 1” (25,4mm) được sử dụng khi cường độ bê tông
từ 600-750daN/cm2 (mẫu lập phương).
Cốt liệu lý tưởng cho bê tông cường độ cao là cốt liệu sạch, dạng khối , có
góc cạnh, 100% đã được nghiền và có ít nhất các hạt dẹt và dài.
Các khoáng chất thuộc nhóm Silic có khả năng liên kết tốt với xi măng
poóc lăng .
Cốt liệu lớn dùng cho bê tông cường độ cao là đá dăm được sản suất từ đá
gốc là đá phún xuất và biến chất có cường độ ở trạng thái bão hòa nước lớn
hơn hoặc bằng 02 lần cường độ bê tông. Khi dùng đá trầm tích có cường độ
thấp hơn yêu cầu đó, phải thí nghiệm cường độ bê tông với đá này để chứng
minh rằng loại đá này có thể cho cường độ bê tông mong muốn. Nên dùng đá
dăm có kích thươc (Dmax) từ 10 đến 20mm theo tiêu chuẩn Việt Nam (hoặc từ
9,5 – 25mm theo tiêu chuẩn Mỹ) có cấp phối liên tục và thành phần hạt được
qui đònh trong ASTM C 33 hoặc TCVN 1771 – 87. Các tính chất của đá dăm
được thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 1772-87

- Nước :
Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Các yêu cầu về chất lượng nước đối với bê tông cường độ cao không đòi hỏi

phải nghiêm ngặt hơn nước dùng cho bê tông thường . Nước sinh hoạt có thể
dùng để chế tạo bê tông cường độ cao.
Nước trộn bê tông phải phù hợp vơi TCVN 4506-87 hoặc AASHTO-26.

2.1.2.

Thép :

Cường độ thép phải đảm bảo các yêu cầu về cường độ , các tiêu chuẩn theo
quy trình AASHTO hoặc ASTM như sau :

Thép kết cấu

Thép hợp kim thấp cường
độ cao

Ký hiệu AASHTO

Ký hiệu ASTM
tương đương
Chiều dày của các
bản
Thép hình

Thép hợp kim
thấp tôi và
ram

Thép hợp kim tôi và ram,
cường độ chảy dẻo cao

M270M cấp M270M cấp M270M cấp M270M cấp

M270M Các cấp

250
345
345W
485W
A 709M cấp A 709M cấp A 709M cấp A 709M cấp

690/690W
A 709M Các cấp

250

345

345W

485W

Tới 100

Tới 100

Tới 100

Tới 100

Tất cả các

Tất cả các

Tất cả các

Không áp

nhóm

nhóm

nhóm

dụng

dụng

dụng

400

450

485

620

760

690

250

345

345

485

690

620

Cường độ chòu kéo
nhỏ nhất, Fu, Mpa
Điểm chảy nhỏ nhất
hoặc cường độ chảy

690/690W
Trên 65 đến
Tới 100
100
Không áp Không áp

nhỏ nhất, Fy, Mpa

Yêu cầu về thép và qui cách thép:
Cấu tạo dầm thép:
Thép phù hợp với các tiêu chuẩn đã nêu được đưa đến công trình.

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Thông thường, các loại thép hiện có trên thò trường đa số là loại thép nhập
(thép tấm) có chiều dày là bội số của 12mm, chiều dài tối đa đến 12m.
Ta thiết kế với tình hình thực tế như vậy nên khi chọn lựa các kích thước
cần phải lấy sao cho phù hợp.
Cụ thể, ta chọn bề dày tấm bản bụng là 24mm, các cánh có bề rộng bằng
nhau và dày 60mm. Cho chiều dài dầm là 48m.
(Hình vẽ xem trang sau)

2.1.3.

Sự liên kết thép - bê tông :

Là biểu thò liên kết và thiết lập các cốt đai.
Các thanh cốt đai nằm trên dầm thép được hàn vào mặt trên dầm, đây có
thể được xem như là các neo trên dầm chủ trong kết cấu dầm thép liên hợp
bản BTCT. Các thanh thép đai nằm trên suốt chiều dài bụng dầm và bản cánh
dưới cũng được tính toán tương tự.
Như vậy, sự liên kết thép – bê tông được thay thế bằng liên kết giữa thép
râu (neo) và bê tông. Tính toán neo như trong trường hợp tính neo của dầm
thép liên hợp bản BTCT.
- Lực trượt trên một đơn vò chiều dài dầm khi dầm chòu uốn dưới tác dụng

của tải trọng thẳng đứng :
T t II + ThII =

QtII + QhII
.S b (trang 439, TK cầu thép và cầu BTCT trên đường Ôtô)
n1 I td

2.2. Kết cấu
2.2.1.

Áp dụng cho chiều dài nhòp L=48m

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Chiều dài nhòp : dự kiến tính toán cho nhòp dài L=48,0m. Khoảng cách giữa
02 dầm là 2,5m (khổ cầu B=7m có lề 2x1,5m chỉ cần 04 dầm trên mặt cắt
ngang).
Chiều dài nhòp L=48,0m , phải tổ hợp của các dầm I có chiều dài tối đa
12,0m. ta đưa ra lựa chọn sau :
B

hb

12+6+12+6+12 = 48m, vì như

hv

vậy thì các mối nối không nằm
tại các vò trí nguy hiểm.

Ho
H

Dầm thép hình có thể phải

bv

δ3

dùng tổ hợp của các tấm thép.

δb

50

Các tấm thép trên thò trường có
hb-d

chiều dài tối đa là 12,0m ; bề

30

dày của tấm thép là bội số của

b2

Bd

12mm. Tại vò trí giữa nhòp ta
chọn được bề dày bản cánh là 60mm (2x24mm + 1x12mm), chiều dày bản
bụng là 24mm. Tại các vò trí khác trên chiều dài của dầm, ta có thể tiến hành
cắt cánh để có chiều dày, bề rộng phù hợp.
Dạng mặt cắt ngang : mặt cắt ngang dầm thép bọc có dạng chữ T, sử
dụng dầm thép hình có dạng chữ I. Chiều cao dầm thép là 1450mm, dầm bọc
cao 1800mm.
Việc tính toán kết cấu hoàn toàn dựa trên chương trình tính đã được lập sẵn
trên nền Exel.
Các điều kiện được đưa ra từ đầu, việc nhập các số liệu chỉ cần phù hợp với
các điều kiện đã nêu.
Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Ta chỉ kiểm tra xem một số điều kiện sau đâ có phù hợp không :
Ứng suất kéo tại tim dầm thép khi chòu hoạt tải có nhỏ hơn ứng suất kéo cho
phép của thép hay không.
Ứng suất nén tại vùng bê tông chòu nén (sau khi dỡ bỏ kích và neo ngoài)
có nhỏ hơn khả năng chòu nén của BT thớ dưới không.
Ứng suất tại thớ trên dầm prebeam có nhỏ hơn khả năng chòu nén của bê
tông mác 300 không.
Ứng suất cắt tại đầu dầm có nhơ hơn khả năng chòu cắt của dầm không ( có
thể chỉ cho bản bụng dầm thép chòu).

NGUYÊN LÝ TÍNH, LẬP CHƯƠNG TRÌNH
Các trình tự và các công thức tính toán để lập nên chương trình tính và
duyệt khi thiết kế dầm Prebeam:
Bước 1: Nhập số liệu:
Trong bước này, ta nhập tất cả các thông số cần thiết trước, các thông số
còn lại có thể tính toán sẽ tự động thay đổi khi bạn nhập các giá trò mới ở phần
trên vào.
Bước 2: Tính toán các thông số cần thiết:
Tính hệ số phân bố ngang, đây là hệ số rất quan trọng trong việc thiết kế
dầm cầu.
Ta có thể sử dụng cách tính bất kỳ để xác đònh được hệ số phân bố ngang
(có thể là tối đa).
Bước 3: Tính toán các momen, ứng suất do tất cả các ngoại lực gây ra.
Tính tóan :

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Hệ số phân bố ngang tính cho xe tải thiết kế (xe hai trục thiết kế có hệ số
tương tự) :

THEO HƯỚNG DỌC CẦU
35KN

145KN

4300mm

145KN

4300mm đến 9000mm

THEO CHIỀU NGANG CẦU
7250N

7250N

1800mm

Bố trí xe tải thiết kế (hoặc xe hai trục thiết kế trên mặt cắt ngang) :
Dầm dọc bất lợi nhất là dầm biên, hệ số phân bố ngang :
η = 1,071/2 = 0,5355

5x1400 = 7000

700

1
7250N
1,071

2

1800

3

4

700

5

6

7250N
7250N

1800

7250N

600

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm

Hệ số phân bố ngang tính cho làn xe thiết kế :
Hệ số phân bố ngang của dầm giữa :

ηg = 0,075 + (S/2900)0,6(S/L)0,2(Kg/Lt3s)0,1

Kg : Tham số độ cứng dọc (mm4) = n(I+Ae2g) = 6,1528E+11 mm4
n = EB / ED =1,2698413

A : diện tích của dầm dọc phụ, dầm hoặc dầm tổ hợp (mm 2)
=1181000mm2

I : Mô men quán tính của dầm (mm4) = 4,755E+11mm4 = 0,47554m4
eg : Khoảng cách giữa các trọng tâm của dầm cơ bản và bản mặt (mm)
eg = 87,236749mm

==> ηg = 0,571668

Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phòng ngừa sự cố khi thi
cơng tầng hầm nhà cao tầng

Hệ số phân bố ngang của dầm

biên, ηb = e. ηg = 0,695393
Với e = 0,77 + de/2800 =1,216429

Tổng hợp hệ số phân bố ngang lớn nhất :

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

==> η = 0,695393

trang ……

Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
TÍNH MÔ MEN KHI CHỊU TẢI CỦA DẦM :
a. Tónh Tải
Tải trọng rãi đều bản thân dầm, qd = 3,8593192 T/m
Tải trọng lớp phủ mặt cầu,hệ số vượt tải n=1,1, trọng lượng riêng γ = 2,3T/m3,
dày d1 = 0,05 m
q1 = n.d1.γ = 0,31625 T/m
Tải trọng lan can, tay vòn, hệ số vượt tải n=1,1, qtc=0,025T/m
q2= n.qtc = 0,0275 T/m
==> Tổng tónh tải, q = qd + q1 + q2 = 4,2030692 T/m
b. Hoạt tải do xe tải thiết kế gây ra :
TRƯỜNG HP CHÂÁT TẢI 1
3,5T

14,5T

14,5T

5,7

7,85

4300

3,5T

2,5

10

4300

14,5T

14,5T

0,35

15000

4300

L = 40000

TRƯỜNG HP CHÂÁT TẢI 2
3,5T

14,5T

3,35

4300

14,5T

5,5

3,5T

2,5

10

9000

14,5T

15000

14,5T

0,35

4300

Trường hợp chất tải 1 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 4300mm :

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Mô men tại giữa nhòp do xe tải thiết kế gây ra là, MTK1= 399,4 Tm

Trường hợp chất tải 2 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 9000mm :
Mô men tại giữa nhòp do xe tải thiết kế gây ra là, MTK2= 351,3 Tm

Trường hợp chất tải bất lợi nhất cho mặt cắt giữa nhòp là :
MTKmax = 399,4 Tm

c. Hoạt tải do xe hai trục thiết kế gây ra :
TRƯỜNG HP CHÂÁT TẢI 1
2x11T
1,3

2x11T
9,4

1,9

2x11T
2,5

10

15000

1,9

15000

1200

1200

1200

L = 40000

TRƯỜNG HP CHÂÁT TẢI 2
2x11T

2x11T
5,65

6,25

7500
1200

5.65

6,25

10

7500
1200

Trường hợp chất tải 1 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 4300mm :

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Mô men tại giữa nhòp do xe tải thiết kế gây ra là, M2T1=

429,0 Tm

Trường hợp chất tải 2 : khoảng cách giữa hai trục nặng là 9000mm :
Mô men tại giữa nhòp do xe tải thiết kế gây ra là, M2T2= 353,1 Tm
Trường hợp chất tải bất lợi nhất cho mặt cắt giữa nhòp là :
M2Tmax = 429,0 Tm

d. Hoạt tải do làn xe thiết kế gây ra :

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
LÀN THIẾT KẾ
q = 0,93T/m

10
(ω = 200m2)

L = 40000

Mô men tại giữa nhòp do tải trọng làn thiết kế gây ra là, M q= 267,84 Tm
Mô men tại giữa nhòp do tónh tải gây ra là, Mtónh = 1210,48393 Tm

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Mô men bất lợi nhất gây ra do Tải trọng làn thiết kế kết hợp với xe hai trục
thiết kế :
M = η x (1,35xM2Tmax + 1,35xMq ) + Mtónh = 1864,66 Tm

ỨNG SUẤT KÉO LỚN NHẤT GÂY RA TẠI TÂM BẢN DƯỚI DẦM
THÉP :

σ = M/(Fa.Ho) = 31,01569642 kg/mm2 = 3101,569642 kg/cm2

Ứng suất nén lớn nhất gây ra tại mép trên dầm :

σtr = 1,606429689 kg/mm2 = 160,6429689 kg/cm2
Mô men lớn nhất mà dầm thép có thể chòu được :

Mmax.dầm = Rk.Fa.H0 = 270540000 kg.cm = 2705,4 T.m

Áp dụng mô hình uốn thuần túy, xác đònh các lực và khoảng cách các lực để
tạo ra ứng suất cần thiết :
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……

Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
P

P

L1

L2

L1

M

y1

y2

y1

Các số liệu ban đầu :
Tỉ lệ L/L1 = 2,571428571 lần
+ Khoảng cách từ điểm đặt lực đến đầu dầm : L1 = 19 m
+ Khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực : L2 = 10,66666667 m
Tìm Pmin với L1, L2 tương ứng :
Ứng suất cần thiết, σ = 3101,569642 kg/cm2
Mômen cần đạt khi tạo vồng : M = (σ.Fa.H0thép)

= 158552240,1kg.cm
= 1585,522401T.m

P = M/L1 = 84,93870005 T

Độ vồng chế tạo : f = (5/384).(ptc.l4/Et.I) =(5/384).(8.Mtc.l2/(Et.I)) = 0,45869 m

So sánh với thiết kế của công trình nghiên cứu khác :

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Dầm dài 38m, cao 1,2m, khoảng cách giữa 02 dầm là 1,33m, độ vồng chế tạo
0,402m, lực tạo vồng 700kN.
Nếu tăng chiều cao dầm, độ vồng chế tạo sẽ giảm nhưng lực tạo vồng sẽ lớn.
Độ võng dầm bọc :
f = (5/384).(ptc.l4/Eb.I) =(5/384).(8.Mtc.l2/(Eb.Ib)) = 0,04481 m
Để tính toán độ vồng chế tạo của dầm thép, ta tính độ võng của dầm thép
tương ứng khi chòu tác dụng của tải trọng tương đương gây ra để dầm thép bọc
chòu hết khả năng của mình. Phương trình độ vồng của dầm thép là : f = ax 2 + c
Với :
a = c/(l2/4) = 0,000796 m
c = y1 = 0,45869 m

khi x =

6m

y2 =

khi x =

18m

0,200675m

(x : được tính từ tim dầm ra 02 bên)

2.2.2.

Các dạng mặt cắt ngang (nhòp)

2.3. Nguyên lý tính toán (tính duyệt mặt cắt):

Tính duyệt mặt cắt theo các điều kiện sau :
Khi tính toán kết cấu loại này, ta chỉ việc lựa chọn mặt cắt ngang cho dầm
thông qua các số liệu phải nhập vào trong bảng tính Excel sao cho mô men
gây ra tối đa không vượt qua khả năng chòu đựng của dầm.
Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông

Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Việc cuối cùng phải làm là tính duyệt lại các mặt cắt theo các tiêu chuẩn về
cường độ, ứng suất, độ võng, xuất hiện vết nứt.

2.3.1.

Về trạng thái ứng suất, cường độ

Nằm trong phương pháp tính toán về trạng thái giới hạn thứ nhất (về khả
năng chòu lực). Cấu kiện được tính toán phải thỏa mãn điều kiện đảm bảo ứng
suất lớn nhất xuất hiện tại bất cứ điểm nào trên cấu kiện phải nhỏ hơn khả
năng chòu tải cho phép của vật liệu cấu tạo nên cấu kiện tại vò trí đó.
Ứùng suất kéo tại vò trí đáy dầm phải nhỏ hơn khả năng chòu kéo của cốt
thép thớ dưới trong dầm. Ứng suất chòu nén của thớ trên dầm phải nhỏ hơn khả
năng chòu nén của bê tông cánh trên dầm (mác BT M600).
Ta cần phải tính toán và kiểm tra các điều kiện đảm bảo cường độ chòu lực
của toàn bộ hoặc một phần của cấu kiện. Song song đó , ta cũng phải kiểm tra
sức chòu tải của các phần của cấu kiện trong suốt quá trình thi công.
a. Kiểm tra khả năng chòu tải của dầm thép chòu lực nén khi tạo vồng (giai
đoạn thi công):
Dựa vào bản tính , ta so sánh ứng suất gây ra tại thớ trên và dưới của
dầm thép khi chòu lực uốn tạo vồng với ứng suất cho phép của vật liệu.
Xét về khả năng ổn đònh cục bộ và ổn đònh tổng thể, ta cho bố trí các
sườn tăng cường đứng suốt dọc dầm , cách khoảng 2m/ dầm.

b. Kiểm tra khả năng chòu nén của phần bê tông thớ dưới sau khi tháo neo
(giai đoạn thi công):
Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Trong bản tính thể hiện đầy đủ ứng suất gây ra tại phần bê tông bản
cánh dưới khi tháo neo sau giai đoạn đổ bê tông phần bên dưới.
ng suất tạo ra sau khi đúc bản cánh dưới và gỡ bỏ gông neo,
Tổng lực nén lên phần bê tông là : 1.140 Tấn.
Diện tích phần bê tông chòu nén là : 0,396m2.
ng suất gây ra là :  = 29Mpa (< [ ]=52Mpa).

c. Kiểm tra khả năng chòu nén của phần bê tông thớ trên của dầm thép bọc
và khả năng chòu kéo của bản thép cánh dưới trong giai đoạn chòu tải
trọng bất lợi nhất (giai đoạn khai thác):
Mô men lớn nhất gây ra tại giữa nhòp do tải trọng bất lợi nhất là :
M=1904Tm.
Từ đó ta tính được ứng suất kéo và nén lớn nhất gây ra tại mép dưới và
trên dầm.
nénmax = 180 kg/cm2 < [] = 260 kg/cm2
kéomax = 3170 kg/cm2 < [] = 4850 kg/cm2.

ng suất cắt lớn nhất gây ra cho dầm (tính cho bản thép bụng chòu)
Lực cắt lớn nhất do tải trọng bất lợi gây ra là Qmax = 150 Tấn.
 τmax = 459 kg/cm2 < [τ] = 485 kg/cm2.
Về cường độ :
Nằm trong phương pháp tính toán về trạng thái giới hạn thứ nhất (về khả
năng chòu lực). Tải trọng tác dụng lên kết cấu phải thỏa mãn điều kiện đảm

Đề tài :

Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
bảo nhỏ hơn cường độ chòu tải cho phép tại bất kỳ điểm nào trên chiều dài của
cấu kiện.
Mô men (lực cắt, lực nén) gây ra tại bất kỳ điểm nào trên cấu kiện phải
nhỏ hơn mô men (lực cắt, lực nén) lớn nhất mà cấu kiện có thể chòu được.

2.3.2.

Về xuất hiện vết nứt

Đây là cấu kiện chòu uốn, kết cấu sử dụng dự ứng lực vì vậy không cho
phép xuất hiện vết nứt trên bề mặt cấu kiện.

2.3.3.

Về độ võng

Kết cấu là kết cấu bê tông cốt thép. Tuy nhiên, kết cấu chòu lực chính vẫn
là thanh thép hình chữ I. Độ võng cho phép được quy đònh theo dầm dự ứng
lực. [f]1/400.
2.3.4.

Tính toán mất mát ứng suất :

Kết cấu chòu lực chính của dầm là thanh thép hình chữ I, khi dự ứng lực cho
dầm sẽ gây mất mát ứng suất. Tuy nhiên, ở đây chỉ tính mất mát ứng suất do
sự co ngót của bê tông. Các mất mát khác không được tính trong khi phân tích
kết cấu.
CHƯƠNG 3

CÔNG NGHỆ THI CÔNG
3.1. Bê tông
THÀNH PHẦN BÊ TÔNG :

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
Cường độ yêu cầu :
Thành phần bê tông được xác đònh trên cơ sở kinh nghiệm ngoài thực tế
hoặc thông qua các mẻ trộn thử trong phòng thí nghiệm. để đáp ứng các yêu
cầu về cường độ qui đònh, bê tông phải được xác đònh thành phần theo một
cách nào đó mà các kết qủa cường độ nén trung bình phải lớn hơn cường độ
nén thiết kế quy đònh (Rb) một giá trò đủ cao để xác suất của giá trò cường độ
thấp là nhỏ nhất. Khi chọn phương pháp xác đònh thành phần bê tông cường độ
cao trên cơ sở kinh nghiệm thực tế, có thể khuyến cáo rằng cường độ yêu cầu
(Ryc) được sử dụng làm cơ sở cho việc chọn thành phần bê tông.
Tỉ lệ nước / xi măng trong bê tông cường độ 600 :
Hàm lượng xi măng cao và hàm lượng nước thấp sẽ tạo ra cường độ cao
hơn. Tuy nhiên, khi dùng khối lượng lớn xi măng trong hỗn hợp bê tông cũng

có nghóa làm tăng nhu cầu nước của hỗn hợp. Sự tăng xi măng tới một điểm
nào đó sẽ không phải luôn luôn làm tăng cường độ nén. Khi vật liệu phụ gia
khoáng theo trọng lượng cần được đùng để thay thế cho tỉ lệ nước / xi măng
theo truyền thống. lượng xi măng và phụ gia khoáng được qui đònh là lượng
chất dính kết.

Tổng lượng nước được xác đònh theo độ sụt của bê tông. Bê tông không
được làm dẻo ngoài hiện trường có độ sụt đo được trung bình là 12 cm.
Bê tông sử dụng chất phụ gia siêu dẻo có tỉ lệ nước – vật liệu kết dính thấp
và độ sụt cao từ 14 đến 20 cm.
Tỉ lệ nước / chất kết dính về trọng lượng đối với bê tông mác 600-800 phổ
biến nằm trong phạm vi từ 0,27-0,40. Khối lượng của chất phụ gia siêu dẻo đôi
Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
khi được tính vào tỉ lệ nước – vật liệu kết dính. Tỉ lệ N/CDK được xác đònh
nằm trong khoảng 0,27-0,40 tuỳ theo cường độ bê tông và mác xi măng và D
max của cốt liệu lớn.
Xác đònh lượng nược trộn và hàm lượng không khí:
Khối lượng nước trên một đơn vò thể tích bê tông xác đònh phụ thuộc vào
kích thước tối đa, hình dáng và cấp, loại của đá, lượng xi măng và loại phụ gia
làm giảm nước được sử dụng. Nếu chất PGSD được sử dụng thì hàm lượng
nước trong hỗn hợp này được tính toán như là một phần của N/(X+K). Bảng
3.1 đưa ra cách ước tính lượng nước trộn cần thiết cho việc sản xuất bê tông
cường độ cao với các loại đá có kích thước tối đa từ 9,5 đến 25mm trước khi

cho thêm bất kỳ một phụ gia hoá học nào.

Dự tính lượng nước trộn cần thiết và hàm lwowjnn không khí của bê tông
tươi trên cơ sở sử dụng cát có độ rỗng 35%

Độ sụt, cm

Lượng nước trộn , lít/m3
Kích thước tối đa của đá, mm
12,7
19
174
168

2,5 đến 5cm

9,5
183

5 đến 7,5cm

189

183

174

171

7,5 đến 10cm

Hàm lượng

195
3

189
2,5

180
2

177
1,5

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

25
165

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
không khí lọt

(2,5)+

vào*, %

(2,0)+

(1,5)+

(1,0)+

Ghi chú: Các giá trò trong bảng đã cho phải được điều chỉnh đối với cát có lỗ
rỗng khác 35%theo công thức sau:
Hỗn hợp có sử dụng chất PGSD.
Bảng trên còn cho các giá trò tương ứng đối với hàm lượng không khí lẫn
vào hỗn hợp bê tông Khối lượng nước trộn này là tối đa đối với các loại đá có
gocù cạnh, sạch, hình dạng phù hợp và được phân loại tốt nằm trong giới hạn
của tiêu chuẩn ASTM C33 và TCVN 1771-86 .
Lựa chọn tỉ lệ N/(X+K):
Trong hỗn hợp bê tông cường độ cao, sử dụng các vật liệu khác như muội
silic (MS) hoặc tro bay (TB) , được gọi chung là các chất khoáng (K). Tỉ lệ
nước so với xi măng và khoáng được tính bằng cách chia trọng lượng của nước
trộn cho trọng lượng kết hợp của xi măng và khoáng: N/(X+K)
Cụ thể là: N/(X+MS) hoặc N/(X+TB).
Trong bảng 3.2 và cho các giá trò tối đa của N/(X+K)
Giá trò tối đa N/(X+K) khyuên dùng đối với bê tông được sản xuất có PGSD
Cường độ 28 ngày ngoài
thực đòa Rycc,Mpa
Rlập phương /Rtrụ

Tỉ lệ M/(X+K)
Kích thước tối đa của cốt liệu thô, tính bằng
mm

58

28 ngày

9,5
0,50

48,3
66

56 ngày
28 ngày

0,55
0,44

0,52
0,42

0,48
0,40

0,46
0,38

55

56 ngày

0,48

0,45

0,42

0,40

Đề tài :
Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

12,7
0,48

19
0,45

25
0,43

trang ……


Luận n Thạc Sỹ Khoa Học Kỹ Thuật --–ngành : Xây Dựng CT Giao Thông
Thực hiện : Phạm Đăng Khảm
75

28 ngày

0,38

0,36

0,35

0,34

62,5
83

56 ngày
28 ngày

0,42
0,33

0,39
0,36

0,37
0,35

0,36
0,34

69
91

56 ngày
28 ngày

0,42
0,33

0,39
0,32

0,37
0,31

0,36
0,30

76
100

56 ngày
28 ngày

0,37
0,27

0,35
0,26

0,33
0,25

0,32
0,25

83

56 ngày

0,30

0,28

0,27

0,26

Rycc = Rb + 9,65 Mpa (mẫu hình trụ)
Rycc = Rb + 11,6 Mpa (mẫu hình lập phương)
Căn cứ vào Rycc và dmax của đá có thể xác đònh được tỷ lệ N : (X+K)

Tính toán hàm lượng vật liệu kết dính
Trọng lượng của vật liệu kết dính cần thiết trên m3 bê tông có thể xác đònh
được bằng cách chia lượng nước cho N/(X+K). Tuy nhiên, nếu có những yêu
cầu đặc biệt như lượng xi măng tối thiểu hoặc tối đa hoặc qui đònh về loại phụ
gia khoáng thì các yêu cầu đó cũng phải được thoã mãn.
CDK=N:N/(X+K)
Từ hàm lượng chất kết dính xác đònh lượng xi măng tối ưu dùng cho bê tông
cường độ cao.
Khối lượng xi măng hợp lý được dùng ở các hỗn hợp cường độ cao được xác
đònh thông qua các mẻ trộn thử nghiệm.
Đối với bất kỳ một tổ hợp vật liệu nạp đó được sử dụng trong một hỗn hợp
bê tông, cần có một hàm lượng xi măng để tạo ra cường độ bê tông là lớn

Đề tài :

Nghiên Cứu ng Dụng Kết Cấu Nhòp Cầu Bê Tông Cốt Cứng

trang ……