Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1: Chương 9 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: 

Website:  />
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG 
CẦU BTCT 1
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học:  />Link dự phòng: 
/>vietnamese/cau‐btct‐1

Hà Nội, 1‐2014

CHƯƠNG IX
Một số vấn đề khác

682

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

1


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

9.1. Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn
– Với các cầu dầm I hoặc T thông thường bản mặt cầu có nhịp
làm việc vuông góc với hướng xe chạy và nói chung chiều dài
nhịp bản S < 4600mm.
– Các cầu dầm liên tục tiết diện hộp cũng có bản mặt cầu nhịp
làm việc vuông góc với hướng xe chạy nhưng bản thường có
chiều dài nhịp S > 4600mm và cánh hẫng Lh > 1800mm.
S

Lh

Lh

hb

hh

h

683

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
– Như vậy, bản mặt cầu cho dầm hộp đơn có thể được tính gần
đúng sử dụng phương pháp dải bản ngang. Tuy nhiên, do nhịp
bản > 4600mm và nhịp bản hẫng > 1800mm nên khi tính hoạt
tải phải kể đến “tải trọng làn thiết kế”.
– Sơ đồ tính của bản gồm phần bản hẫng và phần bản ngàm 2 
cạnh như hình vẽ.

SƠ ĐỒ MẶT CẮT NGANG
Lh

hh

S

SƠ ĐỒ TÍNH

Lh

hb

Lh
h

Bản hẫng

S

Bản ngàm
2 cạnh

Lh

Bản hẫng

684

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

2


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
A. Tính nội lực cho bản hẫng (bản mút thừa) 
Nội lực được tính cho một đơn vị chiều rộng làm việc của bản.
– (1). Nội lực do tĩnh tải:
Pb

Mô men

WDW

Ws

Lực cắt

M b  Pb Llc

Vlb  Pb
LDW

M s  Ws

Llc

L2h
2

M DW  WDW

Vs  Ws Lh

Lh

L2DW
2

VDW  WDW LDW
685

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
LqL

– (2). Nội lực do hoạt tải:
Lo
1800

Mô men
L 
L
MW  W  W 1  W 2 
1
2
Sw

Sw


W

W

qL = 3.1 kN/m2
Bc

300

LW2

Lực cắt
1 
 1
VW  W 


 Sw1 Sw2 

LW1

M qL  qL  Lo  LqL

Lh

VqL  qL  Lo

trong đó:  Lo = chiều dài có tải trọng phân bố làn; 
Sw1 = chiều rộng làm việc của bản với lực W1 (mm) 
(Sw1 = 1440 + 0.833xLw1)
Sw2 = chiều rộng làm việc của bản với lực W2  (mm)
686

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

3


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
B. Tính nội lực cho bản ngàm 2 cạnh
– Trước tiên cần tính nội lực trong dầm đơn giản có nhịp tính
toán L bằng chiều dài nhịp bản (L = S)
– Mô men trong bản ngàm bằng mô men giữa nhịp đơn giản
nhân với hệ số ngàm để kể đến tính chất ngàm
• Hệ số ngàm một cách gần đúng lấy theo tương quan độ
cứng giữa bản mặt cầu và sườn đỡ bản.
– Lực cắt trong bản ngàm lấy như trong nhịp dầm giản đơn
tương ứng
687

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
– (1). Nội lực do tĩnh
tải trong dầm đơn

giản tương ứng:

WDW
Ws

L

dah M

• Có thể tính nội
lực dùng đ.a.h
hoặc công thức
trong cơ kết cấu

M so  Ws

L2
8

o
M DW
 WDW

L
4

dah V
1

Vso  Ws

L2
8

L
2

o
VDW
 WDW

L
2
688

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

4


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
1800

– (2). Nội lực do
hoạt tải trong
dầm đơn giản
tương ứng:

W

1200

W

1800

W

W

q L = 3.1 kN/m2
dah M
y1

y2 = L4

y4

y3

L/2
1800

W

1200

W

1800

W

W
q L = 3.1 kN/m2

dah V
y1v = 1

y2v

y3v

yv4

M Wo  W  y1  y2  y3  y4 

VWo  W  y1V  y2V  y3V  y4V 

o
M qL
 q L  L

VqLo  qL  LV
689

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)

– Mô men trong bản ngàm được tính như sau:
Mô men ở mặt cắt ngàm

Mô men dương ở giữa nhịp

ng
o
M Ws
 kng M Ws

gi
o
M Ws
 k gi M Ws

ng
o
M DW
 kng M DW

gi
o
M DW
 k gi M DW

M Wo
Sw
o
 kng M qL

M Wo
Sw
o
 k gi M qL

M Wng  kng

M Wgi  k gi

ng
M qL

gi
M qL

trong đó: kng và kgi là các hệ số kể đến tính ngàm của dầm
• Nếu hb/h ≤ ¼ thì kng = 0.7 và kgi = 0.5
• hb = chiều cao trung bình bản mặt cầu; 
• h = chiều cao dầm đỡ bản (= chiều cao sườn dầm hộp).
690

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

5


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
– Lực cắt lớn nhất trong bản tại vị trí ngàm (được tính giống như
lực cắt trong dầm đơn giản có cùng chiều dài nhịp):
VWsng  VWso
ng
o
VDW
 VDW

VWo
Sw
 VqLo

VWng 
VqLng

691

Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo)
C. Tổ hợp nội lực trong bản theo các TTGH
– Nội lực tại ngàm hẫng
M u _ h     D C  M b  M

s

   DW M DW

  L L 1 .2 5  M W  M

qL



V u _ h     D C V b  V s    D W V D W   L L 1 .2 5  VW  V q L  

– Nội lực tại ngàm trong
M u _ n g     D C M

ng
Ws

  DW M

ng
DW

  L L 1 .2 5  M

ng
W

M

ng
qL



V u _ n g     D C V Wn gs   D W V DnWg   L L 1 .2 5  V Wn g  V qnLg  

– Nội lực tại giữa nhịp
M u _ g i     D C M

gi
Ws

  DW M

gi
DW

  L L 1 .2 5  M

gi
W

M

gi
qL

 
692

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

6


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Tổng kết cách tính nội lực trong bản mặt cầu
• Đối với bản mặt cầu kê hoặc ngàm 2 cạnh có nhịp là Ls
– Bản có phương làm việc thẳng góc với hướng xe chạy
• Nếu Ls < 4600 mm => dùng phương pháp dải bản ngang; hoạt tải chỉ
xét các trục xe (truck hoặc tandem) không xét tải trọng làn thiết kế.
• Nếu Ls > 4600 mm => dùng phương pháp dải bản ngang; hoạt tải xét
đồng thời các trục xe (truck hoặc tandem) và tải trọng làn thiết kế.

– Bản có phương làm việc song song với hướng xe chạy
• Nếu Ls < 4600 mm => dùng phương pháp dải bản dọc; hoạt tải chỉ xét
các trục xe (truck hoặc tandem) không xét tải trọng làn thiết kế.
• Nếu Ls > 4600 mm => áp dụng cách tính như đối với cầu bản.

• Đối với bản mặt cầu kê hoặc ngàm 4 cạnh
• Tính theo lý thuyết bản kê 4 cạnh
693

9.2. Neo và cáp dự ứng lực VSL
Ống kiểm tra vữa
lấp lòng ống ghen

Đầu neo chủ động

Đầu neo chết
(neo bị động)

Ống bơm vữa

(Ống ghen)
(Đầu neo)

Tấm đệm neo
(bằng thép đúc)

(Nêm neo)
(Tao cáp DƯL)

694

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

7


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Kích thước hình học và các đặc trưng của cáp

Ví dụ: Với tao cáp 7 sợi đường kính danh định 12.7mm có các thông số như sau:
• Diện tích danh định: 
Astr = 98.7 mm2
• Trọng lượng danh định: 
Wstr = 0.775 kg/m
• Cường độ chảy dẻo: 
Fpy = 1670 MPa
• Giới hạn bền: 

Fpu = 1860 MPa
• Lực kéo đứt tối thiểu:
Pmin = 183.7 kN
• Độ chùng:
Relaxation = 2.5%
695

Neo và cáp dự ứng lực VSL (t.theo)
Số tao cáp

Đường kính danh định của
ống ghen (trong/ngoài)

696

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

8


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Neo và cáp dự ứng lực VSL (t.theo)

Lực kéo đứt tối thiểu

697

Quá trình lắp và căng cáp DƯL 
(1) Luồn cáp DƯL và lắp đầu neo

(2) Lắp nêm neo công tác “A” và kích
A
B
(3) Lắp nêm neo công cụ “B” → căng

(4) Xả kích đồng thời đóng nêm neo “A”

698

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

9


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Kích thước cụm đầu neo Type EC (tao 12.7mm)

699

Kích thước cụm đầu neo Type EC (tao 15.2mm)

700

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

10


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Kích thước cụm đầu neo Type E (tao 12.7mm)

701

Kích thước cụm đầu neo Type E (tao 15.2mm)

702

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

11


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Cấu tạo cụm đầu neo Type E
Lực DƯL được truyền sang bê tông thông qua tấm đệm neo. Nếu cần thiết, 
có thể đặt thêm thép cuộn lò xo để gia cường cho bê tông chịu nén đầu neo.

Tấm đệm neo

Ống bơm vữa

(bằng thép đúc)
(Ống ghen)
(Đầu neo / Bát neo)
(Ống măng sông)
(Tao cáp DƯL)
(Nêm neo)

703

Kích thước và yêu cầu khi bố trí cụm đầu neo
– Khi bố trí cụm đầu neo cần lưu ý những điểm sau
• Khoảng cách giữa hai mép của các bản đệm neo liền kề không
nhỏ hơn 10mm;
• Khoảng cách từ mép đệm neo đến mép dầm không nhỏ hơn giá
trị E, với E phụ thuộc số lượng tao trong bó cáp theo bảng sau:

704

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

12


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Lưu ý khi uốn các bó cáp DƯL  
– Khi uốn các bó cáp dự ứng lực cần đảm bảo các yêu cầu sau:
• Bán kính uốn không được nhỏ hơn giá trị Rmin
• Phải bố trí bó cáp trên đường thẳng tối thiểu là Lmin sau mặt đệm
neo. 

705

Khoảng không cần thiết cho kích
– Cần đảm bảo không gian bố trí kích theo quy định ở bảng sau:

706

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

13


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

9.3. Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet
Ví dụ xét “Neo và cáp kiểu C”

707

Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo)

708

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

14


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo)

709

Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo)

710

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

15


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo)

711

9.4. Lưu ý khi tính Mn của tiết diện bán lắp ghép
– Xét tiết diện dầm BTCT‐DƯL bán lắp ghép
• d1, d2, và d3 lần lượt là khoảng cách từ thớ trên của bản tới trọng tâm
thép dọc trong bản, trọng tâm thép DƯL trên và dưới của dầm đúc sẵn
• hb = chiều dày bản mặt cầu
• c = khoảng cách từ thớ trên của bản tới trục trung hòa
(Thép bản mặt cầu)

(Bê tông đổ tại chỗ)
hb
c

(Thép DƯL trên)

(Bê tông DƯL)

(Thép DƯL dưới)

712

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

16


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Lưu ý khi tính Mn tiết diện bán lắp ghép (t.theo)
– Bản mặt cầu đổ tại chỗ là BTCT thường nên có cường độ nén
28 ngày f’c1 thấp hơn so với cường độ nén 28 ngày của bê tông
dầm DƯL đúc sẵn f’c2
• Do vậy, khi tính sức kháng uốn danh định Mn của tiết diện cần lấy độ
lớn của khối ứng suất nén quy ước trong bê tông bản và dầm lần lượt
là 0.85 f’c1 và 0.85 f’c2

713

Lưu ý khi tính Mn tiết diện bán lắp ghép (t.theo)
– Xét biểu đồ biến dạng của tiết diện dầm trước thời điểm phá
hoại do cường độ:
• Biến dạng ε1, là biến dạng nén trong cốt thép bản => ứng suất trong
thép fs1 là ứng suất nén. Biến dạng ε2 là biến dạng kéo còn lại trong
thép DƯL trên => ứng suất trong thép DƯL trên fs2 là ứng suất kéo. Ứng
suất trong thép DƯL dưới fs3 là ứng suất kéo do ε3 là biến dạng kéo.

714

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

17


Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

4/14/2014

Lưu ý khi tính Mn tiết diện bán lắp ghép (t.theo)

– Từ biểu đồ ứng suất có thể tính ra các lực tác dụng trên tiết
diện như sau:
•
•
•
•
•

Lực nén trong bê tông bản: C1 = Ac1 x 0.85f’c1
Lực nén trong bê tông dầm: C2 = Ac2 x 0.85f’c2
Lực nén cốt thép bản: Cs1 = As1 x fs1
Lực kéo trong thép DƯL trên: Ts2 = As2 x fs2
Lực kéo trong thép DƯL dưới: Ts3 = As3 x fs3



M



n

 d3  Ts 3  d 2  Ts 3  d1  Cs1


hb
 C1  dC 2  C2
2

C1

c

Cs1

hb

Ts2
Mn

C2

Ts3
715

Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD

18