Nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng từ biến đổi với kết cấu dầm liên tục bằng bêtông dự ứng lựcthi công theo phương pháp đúc hẫng trong điều kiện khí hậu việt nam

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------

NGUYỄN DUY LIÊM

Đề tài:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯNG TỪ BIẾN ĐỐI VỚI KẾT
CẤU DẦØM LIÊN TỤC BẰNG BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC THI CÔNG THEO
PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

CHUYÊN NGÀNH:
MÃ SỐ NGÀNH :

CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT
2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2003


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

Cán bộ chấm nhận xét 1

:

Cán bộ chấm nhận xét 2

:

TS. Vũ Xuân Hòa

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày

tháng

năm


Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN DUY LIÊM

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 10/7/1974

Nơi sinh: Sài Gòn

Chuyên ngành: Cầu, tuynen và các công trình

Mã số ngành: 2.15.10

xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt
Khóa: 12 (năm 2001-2003)

Mã số học viên: CA12-008

I- TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng từ biến đối với kết cấu dầm liên tục bằng bê tông
dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng trong điều kiện khí hậu Việt Nam.

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ:
Phân tích nội lực của kết cấu dầm liên tục bằng bê tông dự ứng lực thi công theo
phương pháp đúc hẫng có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng từ biến để từ đó có
những giải pháp điều chỉnh ứng suất - biến dạng của dầm một cách thích hợp trong
quá trình thi công và khai thác.
2. Nội dụng luận án:
Chương I

: Mở đầu.

Chương II

: Tổng quan về cầu liên tục xây dựng theo phương pháp đúc hẫng và
ảnh hưởng của hiện tượng từ biến.

Chương III : Khái niệm về từ biến.
Chương IV : Nghiên cứu sự phân bố lại nội lực do ảnh hưởng của hiện tượng từ
biến trong kết cầu dầm liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng
cân bằng.
Chương V

: Kết luận.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 15/3/2003

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VUÏ

:


V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: TS. VŨ XUÂN HÒA

VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :
VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2 :
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CÁN BỘ NHẬN XÉT 1

CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

TS . VŨ XUÂN HÒA

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày
TRƯỞNG PHÒNG QLKH - SAU ĐẠI HỌC

tháng

năm

CHỦ NHIỆM NGÀNH

TS. Lê Văn Nam


LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã tham gia giảng dạy chương trình cao
học ngành Cầu, tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt ,
cảm ơn các thầy cô Phòng Quản Lý Khoa Học-Khoa Sau Đại Học và đặc biệt thầy
Tiến só Vũ Xuân Hòa đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực
hiện luận văn này.
Kính gửi đến Quý Thầy Cô lời chúc sức khỏe và hạnh phúc.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27/11/2003
Học viên cao học

Nguyễn Duy Liêm


SUMMARY OF THESIS
TITLE:
“Redistribution of moments due to creep in the cantilever bridges”.
ABSTRACT:

In the late 1940’s, and in the 1950’s, many innovative construction methods are
developed in Europe for replacement of war damaged bridges. These construction
methods primarily related to the use of prestressed concrete. In particular, the castin-place cantilever method of segmental bridge construction developed in Germany
opened the way to construction of concrete bridge spans in excess of 240m (at
Hamana, Japan). Nowaday, this technology of construction spreads to many
countries throughout the world, including Vietnam in recent years.
One problem of bridge type built by cantilever method is creep concrete. In the static
structures, effect of creep concrete on structure is only deformation, not bending
moments. But in the hyperstatic structures, redistribution of moments caused by
concrete creep happens either during the building phase or when the bridge is in
service and its effect should be attached importance. Analysis of creep, generally
speaking, is complicated because it depends on lots of factors.
In the world and in Vietnam today, the matter of creep is studied by different ways.
The major parts of these studies are not specific yet. This thesis presents some
calculation methods and the synthesis of calculation results of many real projects.
Some conclusions of the law of redistribution bending moments due to creep can be
found in the final chapter.


TÓM TẮT LÝ LỊCH

Họ và tên

: NGUYỄN DUY LIÊM

Ngày sinh

: 10-7-1974

Nơi sinh

: SÀI GÒN

Địa chỉ liên lạc

: 188 Nguyễn Chế Nghóa, phường 12, quận 8, Tp.HCM.
ĐT 9502299

Nơi công tác

: Công ty Tư Vấn Thiết Kế GTVT phía Nam (TEDI South) –
thuộc Bộ Giao Thông Vận Tải.
Đ/c 92 Nam Kỳ Khởi Nghóa, Quận 1, Tp. HCM. ĐT 8215057

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1992-1997

: Sinh viên Trường Đại Học Bách Khoa, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng.

2001-2003

: Học viên cao học Trường Đại Học Bách Khoa, ngành Cầu– Tuynen
và Các Công Trình Khác Xây Dựng Trên Đường Ôtô và Đường Sắt.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC
1997 – đến nay: Công tác tại Công ty Tư Vấn Thiết Kế GTVT phía Nam (TEDI
South) – thuộc Bộ Giao Thông Vận Tải.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. "Precast Segmental Box Girder Bridge Manual" - Post - Tensioning Institute and
Prestressed Concrete Institute, USA.
[2]. CEB - FIP Model Code 1990.
[3]. The 1998 American Association of State Highway and Transportation Officials
AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.
[4]. Nghieân cứu và bước đầu đề xuất các thông số co ngót và từ biến của bê tông
trong điều kiện Việt Nam” của GS.TS Lê Văn Thưởng.
[5]. "The cantilever construction of prestressed concrete bridge" – Jacques Mathivat,
Professeur au Centre des Hautes Etudes de la Construction, Professeur aø l’Ecole
Nationale des Ponts et Chausseùes, Paris, France.
[6]. "Concrete box-girder bridge" – Professor –Ing. Kurt SchaŠfer, University of
Stuttgart, German.
[7]. "Prestress concrete" – Dr. Edward G.Nawy, P.E – Prentice Hall
[8]. Cầu bê tông cốt thép – PGS.TS Nguyễn Viết Trung - Nhà xuất bản GTVT 2000.
[9]. "Prestress concrete" – Dr. Edward G.Nawy, P.E – Prentice Hall
[10]. "Design of highway bridge" – Richard M. Barker-Professor of Civil Engineer,
Virginia Tech, Blacksburg, Virginia and Jay A. Puckett-Professor of Civil Engineer,
University of Wyoming, Laramie, Wyoming.


MỤC LỤC
----oOo---Nhiệm vụ luận văn thạc só
Lời cảm ơn
Tóm tắt luận văn thạc só
Mục lục
Nội dung luận văn
CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------- I-1
1

ĐẶT VẤN ĐỀ ---------------------------------------------------------------- I-1

2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI --------------------- I-2

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ CẦU LIÊN TỤC XÂY DỰNG THEO PHƯƠNG
PHÁP ĐÚC HẪNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯNG TỪ BIẾN --- II-1
1

CÔNG NGHỆ THI CÔNG DẦM LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG ------------ II-1

1.1

Nguyên lý của phương pháp đúc hẫng ----------------------------------- II-1

1.2

Các ưu điểm của công nghệ đúc hẫng ------------------------------------ II-2

1.3

Sơ đồ kết cấu thích hợp với công nghệ đúc hẫng ----------------------- II-2

1.4

Các dạng đúc hẫng chủ yếu ------------------------------------------------ II-5

1.4.1 Đúc hẫng thông thường ------------------------------------------------------ II-5

1.4.2 Đúc hẫng dùng trụ tạm ------------------------------------------------------ II-5
1.4.3 Đúc hẫng có hệ dây văng hổ trợ ------------------------------------------- II-5
1.5

Các công đoạn chủ yếu của đúc hẫng và phạm vi ứng dụng --------- II-6

1.5.1 Các công đoạn chủ yếu ------------------------------------------------------ II-6
1.5.2 Phạm vi ứng dụng ------------------------------------------------------------ II-7
1.6

Một số công trình tiêu biểu ở Việt Nam --------------------------------- II-8

2

ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT
CẤU ---------------------------------------------------------------------------- II-9


CHƯƠNG III
KHÁI NIỆM VỀ TỪ BIẾN ------------------------------------------------------- III-1
1

BẢN CHẤT CỦA HIỆN TƯNG TỪ BIẾN --------------------------- III-1

1.1

Khái niệm chung ----------------------------------------------------------- III-1

1.1.1 Bản chất cơ lý của hiện tượng từ biến ------------------------------------ III-1
1.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng từ biến ------------------------ III-2

2

MÔ HÌNH TÍNH TOÁN --------------------------------------------------- III-5

2.1

Tiêu chuẩn CEB-FIP 1990 (MC-90) ------------------------------------- III-5

2.1.1 Từ biến dưới ứng suất không vượt quá 40% cường độ chịu nén
danh nghóa -------------------------------------------------------------------- III-6
2.1.2 Từ biến dưới ứng suất cao -------------------------------------------------- III-7
2.2

Xác định hệ số từ biến trong điều kiện khí hậu Nam bộ -------------- III-7

2.2.1 Điều kiện khí hậu ở Nam bộ ----------------------------------------------- III-7
2.2.2 Xác định hệ số từ biến -----------------------------------------------------III-10
CHƯƠNG IV
NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ LẠI NỘI LỰC DO ẢNH HƯỞNG CỦA
HIỆN TƯNG TỪ BIẾN TRONG KẾT CẦU DẦM LIÊN TỤC THI
CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG ----------------- IV-1
1
PHÂN TÍCH SỰ PHÂN BỐ LẠI NỘI LỰC THEO CÁC
PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG --------------------------------------------------- IV-1
1.1

Giới thiệu chung ------------------------------------------------------------- IV-1

1.2

Tính toán Mcr theo viện Bê Tông Dự Ứng Lực Prestressed
Concrete Institute) và viện Dự Ứng Lực Hậu Áp (Post-Tensioning
Institute) của Hoa Kỳ ------------------------------------------------------- IV-2

1.2.1 Ảnh hưởng của từ biến lên mô men do tónh tải kết cấu nhịp ---------- IV-5
1.2.2 Ảnh hưởng của từ biến lên mô men do dự ứng lực ---------------------- IV-9
1.2.3 Ảnh hưởng của từ biến lên mô men do tónh tải và dự ứng lực -------- IV-14
1.3

Tính toán Mcr theo giáo sư –Ing. Kurt Schafer, Đức ----------------- IV-15

1.4

Tính toán Mcr theo theo thông tư của Bộ Giao Thông Pháp -------- IV-16


2

TÍNH TOÁN TỪ BIẾN VỚI MỘT SỐ SƠ ĐỒ NHỊP LIÊN TỤC - IV-17

2.1

Khái quát các nội dung tính toán --------------------------------------- IV-17

2.2

Cơ sở tính toán ------------------------------------------------------------- IV-17

2.3

Kết quả tính toán ---------------------------------------------------------- IV-18

2.3.1 Trường hợp chỉ xét tónh tải, không xét đến dự ứng lực ---------------- IV-19
2.3.2 Trường hợp chỉ xét đến dự ứng lực, không xét tónh tải ---------------- IV-24
2.3.3 Trường hợp xét tónh tải và dự ứng lực đồng thời ----------------------- IV-30
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN ---------------------------------------------------------- V-1

Phần phụ lục
Tài liệu tham khảo
Tóm tắt lý lịch


Luận Văn Thạc Só

Chương I

CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Từ những năm của thập niên 50 thế kỷ trước cho đến nay, cầu BTCT ứng suất trước
ngày càng phát triển, mở ra một kỷ nguyên mới dùng BTCT thay cho kết cấu thép.
Kỹ thuật và công nghệ xây dựng ngày càng hoàn thiện nên sơ đồ kết cấu ngày càng
phong phú, chiều dài nhịp ngày càng lớn, công trình ngày càng thanh thoát mỹ quan
hơn. Hiện nay trên thế giới song song tồn tại những công nghệ xây dựng cầu nhịp lớn
như sau: phương pháp thi công trên đà giáo (cố định hay di động), phương pháp hẫng
(đúc hẫng hay lắp hẫng), phương pháp đẩy (đúc đẩy hay lắp đẩy), phương pháp quay,
phương pháp chở nổi….Phương pháp thi công các cầu nhịp lớn phổ biến nhất ở Việt

Nam hiện nay là công nghệ đúc hẫng với sơ đồ nhịp liên tục. Khẩu độ nhịp được thi
công theo phương pháp này do các kỹ sư Việt Nam tự thiết kế và thi công đã đạt tới
130m và trong tương lai chắc chắn sẽ xuất hiện các khẩu độ lớn hơn.
Để xây dựng được những công trình lớn như vậy, việc nghiên cứu lý luận tính toán
và các giải pháp cấu tạo trở thành vấn đề đáng được quan tâm. Một trong những yếu
tố ảnh hưởng đến nội lực và biến dạng của dầm khi thi công theo phương pháp nàøy
là từ biến của bê tông. Đối với kết cấu siêu tónh thi công trong nhiều giai đoạn, nó
ảnh hưởng rất lớn đến sự phân bố lại mô men trên các tiết diện.
Trên thế giới và trong nước hiện nay, việc nghiên cứu ảnh hưởng từ biến đang được
triển khai theo những hướng khác nhau, theo những thông tin nhận được có thể nêu
ra những kết quả sau:
-

Đề tài cấp nhà nước mang mã số KC10-09 “Nghiên cứu và bước đầu đề xuất các
thông số co ngót và từ biến của BT trong điều kiện Việt Nam” của GS.PTS Lê
Văn Thưởng. Trong tài liệu này đã cung cấp những khái niệm cơ bản về từ biến
và co ngót, cách xác định các biến dạng này và cách tính các ảnh hưởng của
chúng đến nội lực và chuyển vị của kết cấu.

-

Các tiêu chuẩn tính toán từ biến và co ngót: CEB-FIF 1990 (MC-90),
EUROCODE 2 -1991 (EC2-91), ACI 209. Các tiêu chuẩn này cung cấp các công
thức để xác định các hệ số co ngót, từ biến theo thời gian.

-

Các tài liệu có đề cập đến Ảnh hưởng của nội lực theo thời gian gồm có:
“Precast Segmental Box Girder Bridge Manual” do viện Bê Tông Dự Ứng
Lực Prestressed Concrete Institute) và viện Dự Ứng Lực Hậu Áp (PostTensioning Institute) của Hoa Kỳ thực hiện, “Concrete Box-girder Bridge”

của giáo sư –Ing. Kurt Schafer, University of Stuttgart, Đức, “The Cantilever
Construction of Prestressed Concrete Bridges” của giáo sö Jacques Mathivat,
Trang I- 1


Luận Văn Thạc Só

Chương I

Professeur au Centre des Hautes Etudes de la Construction, Professeur à l’Ecole
Nationale des Ponts et Chaussées, Paris, Pháp.
Tại Việt nam, việc nghiên cứu ảnh hưởng của từ biến cho riêng loại kết cấu nhịp liên
tục bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng trên xe treo chưa được rõ ràng và cụ thể vì
vậy cần thiết nghiên cứu mức độ ảnh hưởng bằng định lượng cũng như định tính để
đưa ra kiến nghị cho việc tính toán loại sơ đồ kết cấu này.
2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Cơ sở khoa học để đạt được mục tiêu nghiên cứu là các lý thuyết và phương pháp
tính toán hiện đại đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới, thêm vào đó là các quy
trình, quy phạm hiện hành của nước ta. Trong điều kiện ở Việt Nam thiếu thốn các
thiết bị thí nghiệm, chưa có các số liệu thí nghiệm đối với các loại bê tông khác
nhau, các kết quả tính toán trong luận án đã sử dụng các tiêu chuẩn và quy phạm
một số nước để tham khảo.
Do thời gian thực hiện đề tài ngắn không đủ để đi sâu hơn về nhiều loại sơ đồ kết
cấu và các phương pháp thi công khác. Vì vậy luận văn này chỉ đề cập đến kết cấu
cầu dầm liên tục 3 nhịp, tiết diện hình hộp thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân
bằng (xem cụ thể mục 2.1 Chương IV).
Các nội dung chính sẽ tiến hành trong đề tài này gồm có:

- Phân tích sự phân bố lại mô men do ảnh hưởng của hiện tượng từ biến theo các
công thức gần đúng.
- Tính toán với nhiều sơ đồ nhịp liên tục theo các công thức gần đúng và theo phần
mềm chuyên dụng RM.
- Tổng hợp các kết quả tính toán để tìm ra quy luật phân bố lại mô men do ảnh
hưởng của hiện tượng từ biến.

Trang I- 2


Luận Văn Thạc Só

Chương II

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ CẦU LIÊN TỤC XÂY DỰNG THEO
PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN
TƯNG TỪ BIẾN
1

CÔNG NGHỆ THI CÔNG DẦM LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG

Hiện nay trên thế giới song song tồn tại những công nghệ xây dựng cầu nhịp lớn như
sau: thi công trên đà giáo cố định, thi công trên đà giáo di động, phương pháp thi
công hẫng, phương pháp thi công đẩy, thi công bằng phương pháp quay, thi công
bằng phương pháp chở nổi. Trong đó công nghệ xây dựng theo phương pháp hẫng
đặc biệt là đúc hẫng đang được sử dụng ở nước ta khá phổ biến.
1.1

Nguyên lý của phương pháp đúc hẫng

Thi công đúc hẫng là xây dựng kết cấu nhịp từng đốt đối xứng qua trụ hay trong
trường hợp cá biệt có thể xây dựng dần từ mố ra. Các đốt dầm được đúc theo sơ đồ
mút thừa, làm xong đốt nào căng cốt thép đến đốt ấy. Cốt thép các đốt được nối với
nhau và đổ bê tông tại chỗ trên giàn giáo di động nên bảo đảm tính toàn khối của
kết cấu.

Hình 2.1 : Hình ảnh minh họa phương pháp thi công hẫng cầu dầm liên tục.

Trang II- 1


Luận Văn Thạc Só

1.2

Chương II

Các ưu điểm của công nghệ đúc hẫng

-

Về mặt chịu lực của kết cấu thì phương pháp đúc hẫng đem lại sự phù hợp khá
lý tưởng giữa sơ đồ trong giai đoạn thi công và giai đoạn khai thác sử dụng. Các
bó cáp dự ứng lực được căng kéo sau mỗi chu kỳ đúc đối xứng vừa làm nhiệm
vụ chịu trọng lượng bản thân và thiết bị thi công, đồng thời việc tăng dần số
lượng bó cáp dự ứng lực khi cánh hẫng vươn dài ra cũng phù hợp với số lượng bó
cáp cần bố trí khi chịu tải trọng khai thác.

-

Ưu điểm nổi bật là tiết kiệm được đà giáo và ván khuôn vì mỗi chu kỳ đúc chỉ
tiến hành cho một đoạn ngắn của kết cấu nhịp. Ngay trong việc thi công cho 1
công trình thì đà giáo ván khuôn cũng đã được sử dụng lại rất nhiều lần. Không
những thế hệ thống đà giáo ván khuôn này còn được sử dụng tiếp tục cho các
công trình khác. Như vậy đà giáo ván khuôn tức là xe đúc đã trở thành sản phẩm
công nghiệp. Do vậy việc đầu tư ban đầu có lớn một ít nhưng là đầu tư chiều sâu.

-

Các công việc lập đi lập lại theo chu kỳ giống nhau dù cho công trình có qui mô
đến đâu do đó việc đào tạo công nhân chuyên ngành này mang tính hiệu quả
cao, giảm bớt được nhân lực và nâng cao năng suất lao động. Việc kiểm tra chất
lượng của các thao tác, công đoạn cũng như vật liệu được tiến hành dễ dàng và
tại chỗ.

-

Quá trình thi công kết cấu nhịp hầu như không ảnh hưởng đến công địa bên dưới
cầu, do đó thích hợp cho việc xây dựng cầu ở vùng sông sâu, thung lũng có dốc
cao, kể cả ở những nut giao thông lập thể đòi hỏi không được ngừng trệ giao
thông ở phía dưới (nếu khoảng không từ đáy ván khuôn treo đến mặt đường còn
dư đủ để xe lưu thông).

-

Ngoài ra công nghệ thi công hẫng cho phép thiết kế kết cấu nhịp có chiều cao
thay đổi với sơ đồ rất đa dạng (cầu dầm liên tục, cầu dầm mút thừa, cầu khung,
cầu khung dầm, cầu treo dây văng…). Tiết diện có thể là hình hộp, bản chữ nhật,
dầm có sườn.

1.3
-

Sơ đồ kết cấu thích hợp với công nghệ đúc hẫng
Cầu khung dầm: từ những năm 50 công nghệ đúc hẫng được sử dụng đầu tiên để
thi công cầu khung dầm vì loại kết cấu này có dầm và trụ liên kết cứng với nhau
nên khi thi công đúc hẫng các mút thừa được bảo đảm ổn định. Sơ dồ khung dầm
đầu tiên là loại có khớp giữa, 1 số cầu thay đoạn giữa bằng 1 nhịp đeo. Quá trình
phân bố lại nội lực do hiện tượng từ biến sẽ không xảy ra đối với trường hợp nối
khớp, như vậy sơ đồ chịu lực ở giai đoạn thi công và khai thác phù hợp với nhau
hơn. Tuy vậy các khớp này chạy không êm thuận trong khai thác, biến dạng do
từ biến trong đúc hẫng khá lớn sẽ dẫn đến hiện tượng bẻ gập ở các khớp nối là
một điều khó tránh khỏi. Mặt khác khớp nối cũng chính là khe biến dạng nên
Trang II- 2


Luận Văn Thạc Só

Chương II

việc cấu tạo cũng phức tạp và tốn kém, khi chịu hoạt tải, biến thiên nhiệt
độ….khớp sẽ có chuyển vị xoay làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của lớp ngăn cách
và phòng nước.

Hình 2.2a : Cầu Gò Dầu thuộc tỉnh Tây Ninh có kết cấu khung T – dầm đeo.
-

Cầu dầm liên tục: là sơ đồ được sử dụng nhiều nhất hiện nay vì cũng thích hợp
với công nghệ đúc hẫng, có thể làm những nhịp dài mà xe chạy êm thuận. Khi

thi công vì dầm kê lên gối không đảm bảo ổn định nên phải mở rộng trụ hay làm
thêm trụ tạm…

Hình 2.2b : Cầu Yichang ở Hubei, China có kết cấu dầm liên tục.
Trang II- 3


Luận Văn Thạc Só

-

Chương II

Cầu khung liên tục: là sơ đồ rất thích hợp với công nghệ đúc hẫng nhưng khi trụ
thấp thì kết cấu trụ chịu mô nen rất lớn. Để khắc phục những nhược điểm này
người ta đã đưa vào sử dụng nhiều giải pháp giảm độ mảnh của trụ như làm thân
trụ gồm 2 tấm mỏng ngàm vào dầm….. Kết cấu này có ưu điểm là có thể thi công
hẫng như dầm liên tục và do trụ liên kết cứng với dầm nên giảm được số lượng
gối cầu là bộ phận đắt tiền. Cầu dầm hay khung liên tục khắc phục được các
nhược điểm của cầu khung hẫng, dầm hẫng có nhịp đeo trong giai đoạn khai
thác.

Hình 2.2c : Cầu Cầu Kalkkinen ở Asikkala, Filand có kết cấu khung liên tục.

Hình 2.2d : Cầu Yuanling ở Hunan, China có kết cấu khung liên tục
-

Cầu treo dây văng có dầm cứng bằng bê tông: Là kết cấu siêu tónh gồm dầm
cứng, tháp cầu và dây văng. Nguyên tắc chịu lực của cầu này là dầm cầu chịu tải
trực tiếp và được đỡ bởi dây cáp bắt vào trụ chính cầu. Loại kết cấu này có hình

dáng kiến trúc đẹp, thanh mảnh và có khả năng vượt được nhịp rất lớn. Cấu tạo
hợp lý nên phát huy được tối đa khả năng chịu lực được các loại vật liệu : dầm
cầu chịu nén uốn, dây cáp chịu kéo. Dầm cầu có thể được đúc hẫng từ trụ ra 2
Trang II- 4


Luận Văn Thạc Só

Chương II

phía hoặc 1 phía, thi công đến đâu lắp dây văng đến đó. Khó khăn lớn nhất khi
thi công cầu treo dây văng là việc điều chỉnh nội lực trong hệ dây.

Hình 2.2e : Cầu Mỹ Thuận có kết cấu dây văng - dầm bê tông
1.4

Các dạng đúc hẫng chủ yếu

1.4.1 Đúc hẫng thông thường

Thông thường được áp dụng chủ yếu cho dầm nhiều nhịp kiểu khung T có nối khớp
ở giữa. Nếu áp dụng cho dầm liên tục thì phải bố trí thêm trụ tạm hay gối tạm 2 bên
để giữ cân bằng cho đoạn đúc đầu tiên. Trong những trường hợp này sẽ tiến hành
đúc hẫng đối xứng qua trụ. Cũng có thể đúc từ mố nhưng phải có đối trọng hoặc neo
vào mố. Nhịp kề mố còn có thể dùng hệ đà giáo ván khuôn riêng đúc tại chỗ và trở
thành đối trọng cho các nhịp giữa.
1.4.2 Đúc hẫng dùng trụ tạm

Trụ tạm cần được sử dụng nói chung trên nguyên tắc nếu như mô men gối ở giai
đoạn thi công vượt quá trị số mô men gối ở giai đoạn khai thác, mặt khác do việc

tạo đối trọng hoặc bố trí neo gối khó thực hiện hoặc không kinh tế.
1.4.3 Đúc hẫng có hệ dây văng hổ trợ

Dây văng hổ trợ cũng đóng vai trò như trụ tạm được sử dụng khi có sự khác biệt
giữa nội lực ở giai đoạn thi công và khai thác. Việc sử dụng hệ day văng hổ trợ có
thể áp dụng cho trường hợp cầu là hệ dầm liên tục cũng như hệ khung nhiều nhịp.

Trang II- 5


Luận Văn Thạc Só

1.5

Chương II

Các công đoạn chủ yếu của đúc hẫng và phạm vi ứng dụng

1.5.1 Các công đoạn chủ yếu

Dầm hẫng thường được đúc từng đoạn ngắn lần lượt từ trụ và đối xứng qua trụ. Các
đoạn đúc này thường có chiều dài từ 3m-5m. quá trình công tác cho một chu kỳ đúc
có thể kéo dài từ 7-12 ngày và bao gồm các công đoạn chủ yếu sau:
-

Căng kéo cáp dự ứng lực cho các đoạn vừa đổ bê tông xong, thường là 3-4 ngày
sau khi đổ bê tông (có phụ gia).

-

Di chuyển hệ đà giáo của xe đúc ra vị trí công tác mới.

-

Neo cố định hệ đà giáo và ván khuôn vào phần bê tông đã được căng kéo coat
thép có đủ khả năng chịu lực. Lắp đặt và điều chỉnh lại ván khuôn.

-

Luồn các bó cáp dự ứng lực tiếp theo vào các ống tạo lỗ đã đặt sẵn trước đó
trong phần bê tông đã đổ. Lắp dựng cốt thép thường cho đoạn dầm mới này.

-

Đổ bê tông cho đoạn mới này.

Hình 2.3 thể hiện trình tự thi công điển hình cho cầu khung liên tục hay dầm liên tục
3 nhịp thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng.

Trang II- 6


Luận Văn Thạc Só

Chương II

T3

T4

T5

T6

T3

T4

T5

T6

T3

T4

T5

T6

T3

T4

T5

T6

T3

T4

T5

T6

T3

T4

T5

T6

T3

T4

T5

T6

Hình 2.3: Trình tự thi công điển hình cho cầu khung liên tục hay dầm liên tục 3 nhịp
1.5.2 Phạm vi ứng dụng

Với đúc hẫng không phụ thuộc vào chiều cao mặt cầu, điều kiện lòng sông vì vậy
nó thích hợp và có hiệu quả kinh tế khi cần vượt nhịp từ 70m trở lên; đối với các cầu
nhịp nhỏ sẽ không kinh tế vì việc đúc khối đầu tiên trên trụ đòi hỏi chi phí cao hơn
so với các đốt tiếp theo. Đúc hẫng thường được sử dụng cho các cầu cần vượt nhịp
từ 80m-130m.

Trang II- 7


Luận Văn Thạc Só

1.6

Chương II

Một số công trình tiêu biểu ở Việt Nam

Trong 10 năm trở lại đây, việc áp dụng công nghệ thi công đúc hẫng cho các công
trình cầu có sơ đồ dầm hay khung liên tục ở nước ta đã có bước phát triển vượt bậc,
không những tăng về số lượng mà cả về tính chất phức tạp của kết cấu như khẩu độ
nhịp dài hơn (hiện nay đạt 120m), số nhịp liên tục nhiều lên (9 nhịp liên tục). Sau
đây là một số công trình có kết cấu dầm hay khung liên tục tiêu biểu ở nước ta đã
được xây dựng và đưa vào khai thác:
-

Cầu Tân Đệ (QL10): gồm 5 nhịp khung-dầm liên tục 70m+3x120m+70m, khổ
cầu 16.6m, 2 trụ chính ở giữa là khung.

-

Cầu Phú Lương (QL5): gồm 4 nhịp khung-dầm liên tục 64.8m+2x102m+64.8m,
khổ cầu 2x11m, 1 trụ chính ở giữa là khung.

-

Cầu Đuống Mới (QL1): gồm 9 nhịp dầm liên tục 65m+7x100m+65m, khổ cầu
15m.

Tại TP. Hồ Chí Minh, một số cầu đã và đang thi công có thể kể đến:
-

Cầu Nguyễn Tri Phương: gồm 3 nhịp liên tục 30m+46m+30m, khổ cầu 13m.

-

Cầu Ông Lãnh: gồm 3 nhịp liên tục 30m+46m+30m, khổ cầu 2x9.75m.

-

Cầu Chánh Hưng: gồm 3 nhịp liên tục 48m+72m+48m, khổ cầu 13m.

-

Cầu Kênh Tẻ: gồm 3 nhịp liên tục 48m+72m+48m, khổ cầu 14.5m

-

Cầu Bình Triệu 2: gồm 3 nhịp liên tục 48.8m+61m+48.8m, khổ cầu 12.25m.

Ngoài ra hàng loạt các công trình đang được chuẩn bị xây dựng cho thấy tính phổ
biến của công nghệ rất cao.

Hình 2.4 : Cầu Kênh Tẻ đang thi coâng
Trang II- 8

Luận Văn Thạc Só

2

Chương II

ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU

Như đã giới thiệu ở trên, công nghệ thi công đúc hẫng các cầu dầm hay khung liên
tục được phân ra nhiều giai đoạn. Tại mỗi giai đoạn cầu có một sơ đồ kết cấu chịu tải
trọng dài hạn là tónh tải và lực căng cáp khác nhau. Do đó ứng suất tại các tiết diện
kết cấu do tải trọng dài hạn biến đổi liên tục sau mỗi giai đoạn xây dựng. Quá trình
từ biến của bê tông diễn ra dần dần theo thời gian với tốc độ thay đổi, lớn nhất ở thời
điểm bắt đầu chịu tải, sau đó giảm dần. Đối với cầu liên tục thi công hẫng trong giai
đoạn thi công trước khi hợp long sơ đồ kết cấu là tónh định từ biến chỉ ảnh hưởng đến
độ võng. Để có thể có cao độ đúng như thiết kế, không bị chênh cao độ trước khi nối
hợp long hai cánh hẫng thì cần tính chính xác độ võng do từ biến để tạo độ vồng
trước cho hai cánh hẫng. Việc này là rất quan trọng để tránh phải dùng biện pháp
điều chỉnh cưỡng bức gây ra ứng lực phụ khác với tính toán thiết kế. Mặt khác sau
khi biến đổi từ kết cấu tónh định thành kết cấu siêu tónh biến dạng do từ biến sẽ gây
ra nội lực thứ cấp trong kết cấu do các liên kết thừa kiềm chế các biến dạng của
chúng gây ra sự phân phối lại nội lực. Biến dạng từ biến phụ thuộc ứng suất tác dụng
và thời điểm đặt tải. Do đó để tính chính xác được nội lực trong kết cấu ở thời điểm
bất kỳ thì ngoài sơ đồ kết cấu cầu cần phải xét đến lịch sử quá trình thi công cầu.
Các chương sau sẽ phân tích và đưa ra cách tính toán ảnh hưởng của từ biế n tới biến
dạng và nội lực của kết cấu theo thời gian.

Trang II- 9

Luận Văn Thạc Só

Chương III

CHƯƠNG III
KHÁI NIỆM VỀ TỪ BIẾN
1

BẢN CHẤT CỦA HIỆN TƯNG TỪ BIẾN

1.1

Khái niệm chung

Biến dạng do từ biến là loại biến dạng của vật liệu đàn dẻo theo thời gian. Khi chịu
tải kết cấu bê tông xuất hiện biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Biến dạng đàn
hồi là biến dạng tức thời do tải trọng tác dụng, đồng thời biến dạng lâu dài cũng
xuất hiện và tăng theo thời gian.
Biến dạng theo thời gian có thể độc lập với ứng suất hoặc phụ thuộc vào ứng suất.
Biến dạng từ biến được xác định như sự tăng biến dạng theo thời gian của một mẫu
chịu tải trọng ngoài không đổi. Thực tế từ biến là hiện tượng tương quan bên trong
của kết cấu bê tông do quá trình biến đổi cơ – lý.
1.1.1 Bản chất cơ lý của hiện tượng từ biến

Khi tác dụng lên bê tông trạng thái ứng suất lâu dài, biến dạng trong bê tông sẽ tiế p
tục phát triển ngoài biến dạng đàn hồi ban đầu xuất hiện ngay lúc đặt tải, ngườ i ta
gọi đó là hiện tượng từ biến của bê tông.
Theo tài liệu của GSTS Lê Văn Thưởng [4], nguyên nhân gây ra từ biến và co ngót
phát sinh từ vữa xi măng, nhưng cho đến nay sự hiểu biết này còn rất ít nên việc giải

thích chính xác còn bị hạn chế. Có thể suy luận một cách hết sức trực quan là vữa xi
măng gồm có một phần xi măng đã được thủy hóa thành keo, được kết tinh và liên
kết với nhau thành những chuỗi tinh thể dính kết các cốt liệu với nhau tạo nên
cường độ của bê tông. Giữa các chuỗi tinh thể keo tồn tại những lỗ rỗng chứa nước
có kích thước khoảng 10-6mm và chiếm khoảng 28% thể tích keo xi măng. Nước
trong vữa xi măng tích tụ trong các lỗ rỗng sẽ có một phần được xi măng tiếp tục
hấp thụ để thủy hóa, một phần sẽ theo các ống mao dẫn ra bề mặt bê tông và bốc
hơi. Nước trong các ống mao dẫn và trong các lỗ rỗng có lực căng bề mặt kéo các
vách co lại tạo nên biến dạng co ngót. Khi các lỗ rỗng và ống mao dẫn luôn luôn
đầy nước thì không có hiện tượng co ngót; hoặc khi các chuỗi tinh thể hoàn toàn
cứng rắn, lực căng bề mặt không làm cho nó biến dạng được thì cũng kết thú c hiện
tượng co ngót. Khi bê tông chịu tải, thành phần nước bị ép thấm sâu vào kết cấu và
ống mao dẫn, nếu các chuỗi tinh thể chưa vững chắc lắm thì cũng sẽ bị biến dạng
dần tạo nên từ biến. Khi nước bị hấp thụ hết, hoặc bốc hơi hết, hoặc các tinh thể đã
rất vững chắc thì quá trình từ biến sẽ kết thúc. Khi chất tải sớm nước còn nhiều, caùc

Trang III- 1


Luận Văn Thạc Só

Chương III

chuỗi tinh thể chưa vững chắc thì từ biến lớn; khi chất tải muộn, nước ít đi, các chuỗi
tinh thể đã vững chắc thì từ biến nhỏ.
Khi kết cấu chịu lực thì ở thời điểm chất tải trong kết cấu sẽ phát sinh biến dạng tức
thời (đàn hồi) 0 = b/E0. Tải trọng tiếp tục được duy trì thì biến dạng sẽ tăng thêm
c biến dạng từ biến, đến thời điểm t1 dỡ tải ra khỏi kết cấu thì biến dạng đàn hồi sẽ
hồi phục ngay và biến dạng từ biến sẽ có một bộ phận được hồi phục theo thời gian
d (thông thường gọi là biến dạng đàn hồi chậm) còn một bộ phận sẽ không có khả

năng hồi phục gọi là biến dạng từ biến dẻo f, vậy biến dạng từ biến tổng cộng sẽ
là: c = d + f
1.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng từ biến (theo [4])



Thời gian tác dụng của tải trọng:

Biến dạng từ biến tăng nhanh ở thời gian đầu, khi thời gian chất tải tăng lên từ biến
tăng chậm và tiệm cận tại một giá trị, thường từ biến được coi là tắt trong vòng 3
đến 5 năm. Theo Dischigu, sự phát triển này có thể biểu thị theo quan hệ:
t

c(t) = c(∞).(1-e- )
Trong đó:
c(t): Biến dạng từ biến tại thời điểm t.
c(∞): Biến dạng từ biến cuối cùng.
: hệ số biểu thị tốc độ phát triển từ biến.
Theo R.H.Evans và F.K.Kong thì ảnh hưởng của thời hạ n chịu tải có thể tóm lược
trong bảng sau:
Thời hạn chịu tải
28 ngày
6 tháng
1 năm
5 năm
10 năm
30 năm


Tỉ lệ % biến dạng từ biến

40 %
60 %
75 %
90 %
95 %
100 %

Cường độ của bê tông khi chất tải (tuổi bê tông khi chất tải):

Cường độ của bê tông phụ thuộc vào tuổi (tính từ khi đổ bê tông). Từ biến lại tỉ lệ
nghịch với cường độ, vì vậy khi chất tải sớm thì từ biến sẽ lớn. Sự biến thiên cường
độ chịu nén của bê tông có thể lấy nhö sau:
Trang III- 2


Luận Văn Thạc Só

Chương III

Đối với bê tông có fc28  40 Mpa

f cj 

j
f c 28
4.76  0.8 j

Đối với bê tông có fc28 > 40 Mpa

f cj 



j
f c 28
1.40  0.95 j

Điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm):

Điều kiện môi trường mà bê tông đặt trong đó và điều kiện bảo dưỡng (nhiệt độ, độ
ẩm) ảnh hưởng đến tính chất của từ biến: từ biến tăng với sự giảm độ ẩm và tăng
nhiệt độ. Nó phụ thuộc vào trạng thái độ ẩm của bê tông và sự thay đổi của nó trong
quá trình chịu tải. Độ lớn của từ biến phụ thuộc lượng nước trong bê tông và sự mất
nước do sự khô của bê tông trong quá trình chịu tải. Từ biến tăng cùng với sự tăng
tính mao dẫn của các lỗ rỗng, đồng thời giảm với sự giảm tỷ lệ nước trên xi măng.
Nếu cùng 1 loại mẩu thí nghiệm được bảo dưỡng ẩm trong môi trường có độ ẩm
W=50% và 100%, sau 28 ngày so với mẫu bảo dưỡng trong môi trường thí nghiệm
chuẩn W=75% từ biến sẽ khác nhau là 1.3 và 0.5 lần.
Nhiệt độ tăng không những làm tăng tổng biến dạng từ biến mà còn làm tăng tốc độ
từ biến. Từ biến lớn nhất khi nhiệt độ vào khoảng 70oC. Theo thí nghiệm của các
nước, biến dạng từ biến có thể lấy khoảng 1.25% cho mỗi lần tăng 1 oC (điều kiện
chuẩn 15oC). khi nhiệt độ môi trường dưới 100oC thì quan hệ biến dạng từ biến với tỉ
số ứng suất / cường độ vẫn tuyến tính.


Loại xi măng:

Trong xây dựng, tùy theo yêu cầu về cường độ của bê tông có thể sử dụng cá c loại
xi măng khác nhau. Với các loại xi măng khác nhau thì quá trình thủy hóa sẽ khác
nhau. Xi măng mác cao thì quá trình thủy hóa nhanh, bộ xương tinh thể keo xi măng
sớm vững chắc hơn nên từ biến có thể nhỏ hơn.



Loại cốt liệu:

Bản thân cốt liệu nói chung không có từ biến, nhưng vì các loại cốt liệu khác nhau
có môđuyn đàn hồi (h) khác nhau do đó có ảnh hưởng nhất định đến biến dạng từ
biến. Nếu cốt liệu có môđuyn đàn hồi cao sẽ hạn chế từ biến của xi măng.
Hình 3.0 dưới đây là kết quả thí nghiệm của các mẫu thử với thành phần cấp phối
giống nhau, điều kiện môi trường như nhau nhưng cốt liệu dùng các loại đá khác
nhau: sa thạch có h=20kN/mm2, granit có h=80kN/mm2, quartg có
h=75kN/mm2, đá vôi có h=90kN/mm2.

Trang III- 3