Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
GIẢI PHÁP NHẰM HƯỚNG TỚI HẠ THẤP CHIỀU CAO
VÀ VƯƠN DÀI KHẨU ĐỘ CHO DẦM CẦU BTCT DƯL
Đặng Việt Đức
Trường Đại học Thủy lợi, email: dangvietduc@tlu.edu.com
1. GIỚI THIỆU CHUNG nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm như:
Chiều cao dầm I33m là tương đối lớn, kể cả
Kết cấu nhịp dầm cầu bê tông cốt thép dự
bản mặt cầu là 1.85m – so với 1.5 – 1.6(m)
ứng lực (BTCTDUL) dạng mặt cắt (MC) I và
của dầm T, ảnh hưởng đến tầm nhìn, mỹ
T được sử dụng rộng rãi nhất trên các dự án
quan và lượng đất đắp đầu cầu khi áp dụng
xây dựng cầu ở Việt Nam. Ưu điểm của dạng
trong điều kiện đô thị. Khi chuyển từ giai
kết cấu này là thi công đơn giản, tiến độ nhanh,
đoạn căng kéo DƯL trên bệ sang giai đoạn
độ tin cậy cao và giá thành thấp nhất trong các
chịu tải trọng bê tông tươi BMC, ứng suất
dạng kết cấu nhịp cầu. Tuy nhiên nhịp dầm
nén tích lũy trong dầm do DƯL cung cấp
BTCTDUL truyền thống còn một số hạn chế:
giảm đi đáng kể, làm suy giảm khả năng chịu
Chiều dài dầm phổ biến là 33m, lớn nhất hiện
lực của dạng kết cấu nhịp dầm I33m.
nay mới chỉ đạt 42m (dầm SUEPER T và dầm
Cấu tạo thêm diện tích bản thép vào khu
I); Khi yêu cầu khổ thông thuyền lớn > 45m thì
vực chịu nén của mặt cắt dầm là một giải
phải áp dụng giải pháp kết cấu nhịp với công
nghệ thi công khác; Dầm T33m trước đây có pháp có thể nâng cao các đặc trưng hình học
một số những ưu điểm như sau: chiều cao thấp của dầm. Tác dụng sẽ làm tăng diện tích quy
(1.5÷1.6 m), thuận lợi trong thi công, giá thành đổi, mô men quán tính và nâng cao hơn trục
hạ. Tuy vậy vẫn tồn tại một số nhược điểm: trung hòa - làm tăng cánh tay đòn làm việc
Hiệu quả liên kết giữa các dầm thấp; Lớp mui của hệ cáp DƯL dẫn đến tăng hiệu quả tác
luyện để tạo độ dốc ngang cầu bằng bê tông dụng lực của hệ thống ứng suất trước. Hệ
cường độ thấp nhanh xuống cấp khi khai thác; DƯL ngoài (N) cấu tạo sau khi hoàn thiện kết
Độ cứng ngang kém. cấu nhịp sẽ cung cấp một lượng ứng suất
Dầm BTCT DƯL mặt cắt chữ I đã được áp trước bù vào vào hệ nhịp dầm khôi phục mức
dụng rộng rãi ở Việt Nam từ những năm 90, ứng lực của dầm cầu đã hao hụt do tải trọng
có đủ tất cả ưu điểm điểm của dạng dầm T: bê tông tươi. Việc áp dụng đồng thời biện
hệ ván khuôn nhẹ, cấu tạo đơn giản, có thể pháp cấu tạo thêm thép bản và hệ DƯL N sẽ
được lao lắp bằng các phương pháp truyền làm giảm bớt chiều cao dầm I 33m hoặc tăng
thống, quen thuộc với các nhà thầu trong chiều dài vượt nhịp, có thể tới 40 đến 50(m),
nước. Nhịp dầm I33m được cấu tạo bởi 2 bộ mà không cần thiết phải thay đổi thông số
phận chính: dầm I BTCTDUL được sản xuất hình học của mặt cắt dầm I33 và 42(m) định
ở bãi đúc và phần bản mặt cầu (BMC) liên hình tương ứng.
hợp được đổ bê tông sau khi các phiến dầm
đã được lắp dựng lên nhịp. Dầm I có trọng 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
lượng không quá lớn (xấp xỉ 38 T), tạo thuận
lợi trong quá trình lao lắp dầm nếu so sánh Nghiên cứu này sẽ khảo sát trường hợp
với dầm T33m (~ 60T); BMC và hệ dầm dầm I33 m theo thiết kế phổ biến hiện nay với
ngang đổ tại chỗ nên độ cứng – độ liên kết chiều cao dầm 1.65m, chiều dày bản 20cm, 5
ngang rất tốt cho kết cấu nhịp dầm và độ dốc dầm chủ và khoảng cách giữa các dầm chủ 2.4
ngang mặt cầu đảm bảo như thiết kế; Tuy m. Để phù hợp với đặc điểm hình học và bố
66
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
trí cốt thép, mỗi dầm I được tăng cường tấm diện dầm cải thiện 21%, khoảng cách trục
bản thép có kích thước 400×70 (mm) với vị trí trung hòa đến thớ dưới tăng 15% và giá trị mô
được thể hiện trong Hình 1. Diện tích tiết diện men quán tính tăng 31-33%. Mức tăng này
và mô men quán tính là 2 thông số hình học giúp cải thiện khả năng tiếp nhận thêm DƯL,
quan trọng ảnh hưởng đến phân bố ứng suất giảm bớt nguy cơ bị nứt ở thớ trên do lực nén
trong dầm. Sự cải thiện các thông số về diện DƯL tác dụng lệch tâm giảm khoảng cách từ
tích tiết diện quy đổi, vị trí trục trung hòa và trục trung hòa đến thớ trên. Bên cạnh đó độ
giá trị mô men quán tính sẽ được phân tích. cứng của dầm được tăng lên đáng kể.
Trong giai đoạn 2 – lực tác dụng đến từ bê
tông tươi bản BMC: Giá trị mô men quán
tính của mặt cắt được tăng cường tăng
29-31% và khoảng cách từ trục trung hòa đến
thớ dưới tăng 15%. Với sự cải thiện độ cứng
này, mức độ suy giảm tích lũy ứng lực trong
dầm sẽ được giảm bớt so với trường hợp
không tăng cường tấm bản thép.
Hình 1. Mặt cắt tính toán được tăng cường
thêm bản thép
Khả năng chịu uốn của dầm BTCT DƯL
khảo sát được đánh giá thông qua sức kháng
uốn của mặt cắt và kiểm soát xuất hiện vết Hình 2. Phân bố ứng suất thớ trên
nứt thớ trên và dưới của dầm. Sức kháng uốn và dưới dầm cầu giai đoạn làm việc I
của dầm DƯL mặt cắt T được xác định theo
công thức 5.7.3.2.2-1 quy trình 22TCN 272- Giai đoạn 3 - Mặt cắt liên hợp gồm dầm I
05 [1]. Kiểm tra sự xuất hiện vết nứt là so và BMC được hình thành, với tải trọng đến từ
sánh phân bố ứng suất pháp thớ trên và dưới lan can, gờ chắn bánh, bê tông nhựa chất
với giá trị thiết kế chịu kéo hoặc nén lớn nhất thêm lên kết cấu nhịp và toàn bộ hoạt tải.
của vật liệu bê tông. So sánh 2 nội dung này, Trong giai đoạn này sự cải thiện về giá trị về
kiểm tra sự xuất hiện vết nứt là nội dung mô men quá tính và khoảng cách từ trục
kiểm toán chi phối trong thiết kế chịu uốn trung hòa đến thớ dưới là 4% . Như vậy khả
của dầm cầu. năng chịu lực với hoạt tải và tĩnh tải của hệ
Nội dung khác của nghiên cứu là khảo sát thống phụ trợ kết cấu nhịp không được cải
trường hợp áp dụng hệ DƯL N cho nhịp dầm thiện quá nhiều.
I BTCT DƯL với mặt cắt dầm như thiết kế
định hình I33m thông thường nhưng khẩu
nhịp tính toán lên tới 40m. Nghiên cứu mô tả,
phân tích kết nhịp bằng mô hình thuật toán
PP PTHH với áp dụng phần tử thanh và và
phần tử cable để mô tả hệ dầm dọc, ngang và
cáp DƯL ngoài [2].
Hình 3. Phân bố ứng suất thớ trên và dưới
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU dầm cầu giai đoạn làm việc II
Đối với dầm cải tiến, giai đoạn 1 – giai đoạn Hình 2 và 3 thể hiện phân bố ứng suất ở
căng kéo trên bệ, lực tác dụng lên dầm đến từ thớ trên và dưới của dầm I33m trường hợp
hệ thống DƯL và tải trọng bản thân dầm, mặt được và không được cấu tạo bản thép trong
cắt dầm vẫn còn các lỗ luồn cáp: diện tích tiết các giai đoạn làm việc 1 và 2. Các ký hiện
67
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
trong biểu đồ được giải thích như sau: TT Khảo sát với cấp bê tông thông thường
dầm không BT - Ứng suất thớ trên của dầm f’c = 40 Mpa, chiều cao dầm cải tiến I33m thấp
không cấu tạo bản thép; TD dầm ko BT - hơn so với chiều cao dầm định hình thông
Ứng suất thớ dưới của dầm không cấu tạo thường là 9cm. Kết quả khảo sát cho thấy khi
thép. Các ký hiệu khác được diễn giải tương tăng dần cấp chịu nén bê tông cho đến mức 60
tự. Kết quả cho thấy hệ thống DƯL phát huy Mpa, cứ tăng 1Mpa cấp chịu nén của bê tông
hiệu quả tốt hơn ở dầm cải tiến: tạo nên ứng dầm thì có thể hạ thấp 1cm chiều cao dầm.
suất nén lớn hơn ở phía có bố trí hệ cáp DƯL
so với trục trung hòa và tạo nên nhiều ứng
kéo hơn ở phía đối diện.
Biểu đồ ở Hình 3 cho thấy trong giai đoạn
2 dầm định hình có phân bố ứng suất thớ
dưới và thớ trên tương ứng tiến đến giới hạn
chịu kéo và nén của vật liệu nhanh hơn so với Hình 6. US thớ trên và dưới dầm I40m
trường hợp dầm có cấu tạo bản thép. Đối với Hình 6 thể hiện biểu đồ phân bố ứng suất
cả 2 trường hợp dầm được và không được thớ trên và dưới trong dầm I40m được cấu tạo
cấu tạo bản thép đều có mức suy giảm tích thêm bản thép và DƯLN khi hoàn thiện kết
lũy ứng lực trong dầm đáng kể khi chuyển từ cấu nhịp với thiết kế mặt cắt như dầm I33m
giai đoạn làm việc I sang giai đoạn II. định hình. Kết quả cho thấy dầm I làm việc an
toàn ứng với nội dung kiểm soát sự xuất hiện
vết nứt trong dầm. Khảo sát cũng cho thấy với
mặt cắt dầm I42m định hình, khi áp dụng bản
thép và DULN có thể tăng chiều dài dầm đến
50m mà vẫn đảm bảo chịu lực thiết kế.
Hình 4. Phân bố ứng suất thớ trên và dưới 4. KẾT LUẬN
dầm cầu giai đoạn làm việc II
Giải pháp cấu tạo bản thép vào dầm I BTCT
Phân bố ứng suất của dầm trong giai đoạn DƯL mang lại nhiều ưu điểm như tăng được
III được thể hiện ở Hình 4, đây là giai đoạn độ cứng của dầm, giảm mức phân bố ứng suất
bê tông BMC đạt cường độ, tĩnh tải 2 và hoạt dưới tác dụng của các dạng tải trọng như tĩnh
tải tác dụng lên mặt cắt liên hợp với cấp tải dầm, BMC, tĩnh tải II và HL93. Ngoài ra
cường độ vật liệu là 40 và 30 (Mpa) tương còn tăng được hiệu quả truyền lực từ hệ thống
ứng với phần dầm I và BMC. Kết quả thể DƯL. Cấu tạo bản thép có kích cỡ phù hợp với
hiện phân bố ứng suất ở thớ trên và dưới tiết diện và bố trí cốt thép của dầm cầu có thể
trong trường hợp dầm có cấu tạo bản thép giảm được chiều cao dầm so với chiều cao
đều xa giới hạn làm việc vật liệu hơn so với thiết kế phổ biến hiện nay.
trường hợp dầm không cấu tạo bản thép. Có Việc cấu tạo thêm bản thép trong dầm I và
thể thấy phân bố ứng suất trong dầm có cấu tăng cường thêm hệ DƯL N vào kết cấu nhịp
tạo bản thép nhỏ hơn so với dầm không cấu dầm ở giai đoạn khai thác giúp khẩu độ nhịp
tạo bản thép. dầm có thể tăng lên thành 40 và 50(m) mà
gần như không thay đổi tiết diện dầm, cấp vật
liệu và lượng DƯL trong của dầm được thiết
kế định hình tương ứng 33 và 42(m).
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Hình 5. Mô hình dầm I tăng cường bản thép [1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05.
và hệ DƯL ngoài vào dầm ngang [2] Midas IT - Midas/Civil User Manual.
68
nguon tai.lieu . vn
