HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải Đề tài Thiết kế Cầu vòm ống thép nhồi bê tông đông trù Giới thiệu chung CNĐT: Nguyễn Trung Hồng Trần Quốc Bảo nhóm thiết kế TTTH Cầu Đông Trù v-ợt qua sông Đuống nằm tổng thể dự án Quốc lộ kéo dài Đây công trình có khối l-ợng lớn tập trung dự án, công trình cầu lớn Thủ đô Hà Nội Vì lý trên, việc nghiên cứu sơ đồ kết cấu đảm bảo khả chịu lực, có tiêu kinh tế - kü tht hỵp lý, øng dơng tiÕn bé KHKT tính thẩm mỹ kiến trúc cao Cầu Đông Trù bao gồm hạng mục công trình nh- sau: - Cầu có độ lớn, đảm bảo thông thuyền sông Đuống - Cầu dẫn v-ợt hai đê sông Đuống đê quốc gia, đảm bảo thoát n-ớc - T-ờng chắn hai đầu cầu - ph-ơng án thiết kế công trình 1.1 Nguyên tắc bố trí sơ đồ nhịp lựa chọn loại hình kết cấu Các nguyên tắc sở để so sánh ph-ơng án à à à à à à Kết cấu phải có tính thẩm mỹ cao, hài hoà với cảnh quan môi tr-ờng đô thị, ứng dụng công nghệ mới, đạt đ-ợc tiêu kinh tế hợp lý Thoả mÃn yêu cầu kỹ thuật tuyến cầu mặt trắc dọc, trắc ngang, tĩnh không Phù hợp với việc xây dựng tổ chức giao thông tuyến quốc lộ kéo dài theo quy hoạch Chiều cao t-ờng chắn hợp lý, đảm bảo đ-ờng đầu cầu không gây chia cắt mức cảnh quan khu đô thị Thuận tiện, đơn giản thi công tu bảo d-ỡng, rút ngắn thời gian thi công Tận dụng nhiều trang thiết bị thi công sẵn có n-ớc 1.2 Quy mô, tiêu chuẩn kỹ thuật - Quy mô : vĩnh cửu Hoạt tải thiết kế đ-ờng HL-93 Hoạt tải thiết kế đ-ờng sắt: đ-ờng sắt nhẹ đô thị, tải trọng trục T-14 Bề rộng mặt cầu 2x(0.25+2+3+2x0.5+3x3.75+2x0.5+4.5+0.5)=23.5m Tần suất lũ thiết kế cầu P=1% Cầu nằm vùng động đất cấp Nhóm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 1/19 Hiệp hội T- vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải 1.3 Phương án kết cấu Trong trình nghiên cứu thực thiết kế sở, Nhóm thiết kế đà đề xuất số ph-ơng án để so sánh, có ph-ơng án cầu dầm hộp BTCT DƯL đúc hẫng, cầu Extradosed, cầu vòm ống thép nhồi bê tông có căng Trên sở đề xuất TVTK, Chủ đầu t- UBND thành phố Hà Nội đà định chọn ph-ơng án vòm ống thép nhồi bê tông có căng để thực TKKT với thông số chủ yếu nh- sau: - - Sơ đồ nhịp: 5x50+5x50+80+120+80+3x50+4x50m Tổng chiều dài cầu đến đuôi hai mố 1140m Kết cấu nhịp cầu chính: Vòm ống thép nhồi bê tông (80+120+80)m chạy d-ới có sử dụng giằng Khoảng cách treo ~5m Chiều rộng cầu 2x26,8m Kết cấu nhịp cầu dẫn: Dầm hộp thi công chỗ đà giáo BTCT DƯL độ 50m, chiều cao dầm không đổi h = 2.75m Các bó cáp dự ứng lực ph-ơng dọc cầu nằm hoàn toàn bê tông Khổ cầu 2x23.5m Trụ cầu chính: trụ BTCT móng cọc khoan nhồi đ-ờng kính 2m, Trụ cầu dẫn: trụ BTCT móng cọc khoan nhồi đ-ờng kính 1.5m Trong kết cấu vòm ống thép nhồi bê tông kết cấu ứng dụng Việt Nam Ngoài ra, cầu dẫn dầm hộp BTCT DƯL có điểm khác biệt chiều rộng cầu lên tới 23,5m Trong trình thực thiết kế cầu Đông Trù, nhúm thiết kế nghiên cứu giải vấn đề đặc biệt sau: - Về qui mô: Nằm tuyến đường thị Hà Nội địi hỏi tính mỹ thuật cao có qui mơ mặt cắt ngang lớn ~ 55 m bao gồm hai cầu riêng biệt cầu xe giới, xe thô sơ, người bộ, tuyến đường sắt đô thị qua cầu với tải trọng thiết kế lớn - Về quy trình, quy phạm: chưa có Tiêu chuẩn thiết kế Tài liệu hướng dẫn thiết kế phù hợp cho cầu vòm thép nhồi bê tông - Về tải trọng: Đây kết cấu cầu đường kết hợp với đường sắt đòi hỏi giải nhiều chi tiết, cấu tạo đặc biệt - Về kết cấu: Cơng trình áp dụng kết cấu mới, phức tạp, cơng nghệ thi cơng địi hỏi khắt khe kỹ thuật, trình độ cơng nghệ Hệ thống chịu lực chủ yếu cầu ống vịm thép nhồi bê tơng cần có giải pháp kỹ thuật, công nghệ cho thiết kế thi công hợp lý - Về thiết kế: + Công tác điều chỉnh cáp dự ứng lực dọc cầu phải chia làm nhiều lần xác định từ bước thiết kế để kiểm toán phù hợp với giai đoạn thi cụng Nhóm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 2/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải + Kt cu ng thộp nhạy cảm với biến dạng, yêu cầu cao với ổn định tổng thể cục công trình kết cấu phần chủ yếu thép chủng loại kết cấu thường có độ mảnh lớn việc ổn định cơng trình phải xét tới hàng đầu + Cơng trình sử dụng nhiều phận thép cáp dự ứng lực ngoài, ống thép cần thiết phải thiết kế biện pháp bảo vệ chống gỉ phù hợp an toàn + Mặt cắt ngang dầm BTCT DƯL rộng tới 23,5m nên cần nghiên cứu cấu tạo tính tốn thiết kế theo phương ngang - Về phương án thi công: thi công phải đảm bảo thông thuyền sông Đuống không vi phạm vào khoảng không quản lý sân bay Gia Lâm ThiÕt kÕ cÇu chÝnh 1.4 Giới thiệu kết cấu ống thép nhồi bê tông 1.4.1 Các loại kết cấu ống thép nhồi bê tông Cột thép bê tông liên hợp định nghĩa kết cấu chịu nén thép bọc bê tông bê tông nhồi ống thép Tùy thuộc chủng loại hình dạng chia làm loại cột liên hợp thường dùng xây dựng sau - Loại 1: Thép kết cấu (cốt cứng) đựợc bọc bê tông ( a,b,c) - Loại 2: Bê tông nhồi hộp, ống thép.(f,g,i) - Loại 3: Hỗn hợp hai loại trên.(d, h) Hình Các dạng kết cấu ống thép nhồi bê t«ng Loại 1: Đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật phòng cháy, đơn giản cần tăng cường độ cách thêm cốt thép lớp bê tơng ngồi.Tuy nhiên việc kiểm tra sử lý kết cấu thép bên thực hiện.Chủng loại kết cấu phù hợp cho cơng trình chịu động đất lớn với tác tải trọng ngang lặp Loại 2: Ống thép nhồi bê tông sử dụng nhiều trụ cầu mà phải chịu tải trọng va xe, vành cầu vòm, cột nhà cao tầng khơng thiết có cốt thép bên Nhãm thiÕt kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 3/19 Hiệp hội T- vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vËn t¶i Loại 3: Có tính chống cháy cao có ưu điểm hai chủng loại kt cu trờn 1.4.2 Đặc điểm làm việc kết ống thép tròn nhồi bê tông chịu nén Hình Trạng thái ứng suất cấu kiện ống thép tròn nhồi bê tông chịu nén Trong phận kết cấu ống thép nhồi bê tông chịu lực dọc trục có thành phần ứng suất nh- sau: c - Trong bê tông: ứng suất nén dọc trục s cB áp lực ngang s r - Trong èng thÐp: øng st däc trơc s zs vµ ứng suất tiếp s qs Nguyên nhân xuất áp lực ngang s r lên bê tông ứng st tiÕp s qs èng thÐp lµ hƯ số nở ngang hai loại vật liệu khác nhau, hệ số nở ngang bê tông lớn thép giai đoạn làm việc áp lực ngang s r lên bê tông không cho phép bê tông tự phát triển biến dạng theo ph-ơng ngang tạo trạng thái ứng suất ba chiều bê tông trạng thái chịu lực ba chiều, khả chịu lực dọc trục bê tông tăng lên đáng kể Đây đặc điểm chÞu lùc quan träng nhÊt cđa kÕt cÊu èng thÐp nhồi bê tông 1.4.3 Ưu điểm kết cấu ống thép nhồi bê tông Kt cu ng thộp nhi bờ tơng có số điểm lợi vượt trội so với kết cấu thép bê tông cốt thép kết cấu bê tông cốt cứng Sự làm việc đồng thời ứng suất phân bố theo hướng mặt cắt đạt tới mức tối ưu Vỏ thép bên chịu kéo chịu uốn tốt, đồng thời độ cứng kết cấu ống thép nhồi bê tông tăng mô đun đàn hồi vỏ thép lớn bê tông nhiều, cường độ chịu nén bê tơng tăng đáng kể có hiệu ứng bó chống nở hông ống thép, bê tông bên làm giảm khả ổn định cục vỏ thép Hiệu ứng bó bê tơng tiết diện hình tròn lớn nhiều so với vỏ thép dạng hộp chữ nhật hình dạng trịn thơng thường hay áp dụng nhiều Nhãm thiÕt kÕ Cầu Đông Trù - TEDI Trang 4/19 Hiệp hội T- vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận t¶i Ống thép nhồi bê tơng tính tốn thiết kế kết cấu liên hợp gồm ống thép lõi bê tông làm việc Khi chịu ứng suất vật liệu bê tơng nhồi ống thép có ưu điểm sau: - Có cường độ chịu lực cao với kích thước nhỏ kinh tế Đơn giản liên kết với kết cấu khác Khả chịu biến dạng dẻo đảm bảo đặc tính dẻo kết cấu Giảm ổn định cục thường xẩy kết cấu thép Thuận lợi thi công chế tạo lắp đặt Kết cấu thép đựợc nghiên cứu tăng vào vị trí cần thiết Bê tơng ống chịu nén cao có ống thép bên Thường thiết kế chống cháy cho bê tông không cần đề cập tới nằm thép - Không cần ván khuôn, đà giáo thi công - Thông thường kết cấu thép nhồi bê tông có độ giảm chấn cao so với kêt cấu thép tốt cơng trình vùng động đất 1.4.4 øng dông kÕt cÊu èng thÐp nhồi bê tông Với -u điểm với đặc điểm chịu lực tốt kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu ống thép nhồi bê tông đà đ-ợc ứng dụng rộng rÃi xây dựng công trình xây dựng dân dụng công nghiệp, công trình cột đ-ợc dây tải điện Trong xây dựng công trình giao thông, kết cấu ống thép nhồi bê tông đ-ợc ứng dụng tr-ớc hết vào trụ cầu, đặc biệt cho cầu nằm vùng động đất, sau đ-ợc ứng dụng vào kết cấu cầu vòm kết cấu chủ yếu chịu nén dọc trục Cầu vòm sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông đà đ-ợc xây dựng Liên xô (cũ) từ năm 1930 với cầu độ 140m qua sông Ixet 101m qua sông Neva Trong thời gian từ 1990 đến nay, cầu vòm ống thép nhồi bê tông đ-ợc phát triển mạnh Trung Quốc với nhiều loại hình kết cấu nh- vòm chạy trên, chạy giữa, chạy d-ới, kết cấu có căng Tại Việt Nam đà xây dựng xong cầu vòm ống thép nhồi bê tông đ-ờng Nguyễn Văn Linh - thành Hå ChÝ Minh nh-ng ®Ịu t- vÊn n-íc thiết kế Các tổ chức T- vấn n-ớc có TEDI b-ớc đầu thực thiết kế loại hình kết cấu 1.5 Nghiên cứu thiết kế cầu Đông Trù 1.5.1 Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ kết cấu a Lựa chọn sơ đồ bố trí nhịp Cầu vịm thép nhồi bê tơng Đơng trù thiết kế giai đọan nghiên cứu khả thi với chủng loại cầu vòm chạy chạy giữa, nhiên điều kiện địa hình, thơng thuyền tư vấn thiết kế chọn phương án vòm chạy Nhóm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 5/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải Chng loi ging chõn vũm có hai phương án: thép hộp cáp dự ứng lực giằng chân vịm, cáp dự ứng lực có lợi thi công, điều chỉnh nội lực, kết hợp với trình độ cơng nghệ chống gỉ tư vấn thiết kế đề xuất chọn cáp dự ứng lực Về bố trí chung nghiên cứu khả thi dùng vòm 80+120+80 m riêng biệt nghĩa vịm khơng có liên hệ với nhịp giản đơn Tuy nhiên qua tính tốn phân tích thấy liên tục lại việc ổn định chịu lực toàn kết cấu nâng cao tư vấn thiết kế chọn phương án vòm liên tục b Lùa chọn ph-ơng trình đ-ờng tim vòm Vic la chn phng trình đường tim vịm có ý nghĩa lớn khai thác, thơng thường cầu vịm thép nhồi bê tơng cơng trình cầu vịm khác thường chọn đường cong tim vòm đường cong parabol bậc bậc đường cong dạng dây xích Các đường cong có đường cong áp lực trùng với đường cong tim vịm Phương trình đường cong dây xích thể qua công thức sau: y= h (cosh kx - 1) m Trong -x = x , L1 - k = ln(m + m - 1) - L1=1/2 chiều dài nhịp - Hệ số m lấy từ 1.2 đến 1.8 Cầu vịm Đơng trù sử dụng cơng thức parabol bậc với phương trình tim vòm sau: f y = x( L - x) L Trong f đường tên vịm, L=chiều dài nhịp, tỉ lệ f/L=1/4 1.5.2 Nghiªn cøu lùa chọn cấu tạo chủ yếu a Mặt cắt ngang vành vòm Cú nhiu chng lai mt vnh vũm, mt cắt hình chữ nhật, hình vng, hình tròn… Mỗi vành vòm bao gồm hai, ba, bốn nhiều ống thép nhồi bê tông Cầu Đông trù có độ khơng q lớn để đơn giản thi công chế tạo lắp đặt mặt cắt ngang vành vịm lựa chọn có dạng số 8, hai ống thép liên kết với thông qua bn thộp Nhóm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 6/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải Cu ụng Trự chọn chiều cao vành vòm H=3m cho vòm nhịp 120 m H=2.5m cho vòm biên nhịp 80m, mặt cắt có tỷ lệ: - Đối với nhịp 120 m H/L=3/120=1/40 - Đối với nhịp 80 m H/L =2.5/80 =1/32 Có khác chọn tỉ lệ nhịp nhịp biên ứng suất vành vịm nhịp 80m phía ngồi kết cấu liên tục Tỉ lệ đường kính ống thép (D) chiều cao vành vịm (H) D/H=1/2.11÷1/2.67, cầu Đơng Trù chọn đường kính ống thép 1200 mm cho vòm nhịp 120 m 1000mm cho vòm biên nhịp 80m, mặt cắt có tỷ lệ - Nhịp 120 m D/H=1.2/3.0=1/2.5 - Nhịp 80 m H/L =1/2.5 b Lùa chän chiỊu dµy èng thÐp Thép kết cấu dùng cho dự án phù hợp với tiêu chuẩn AASHTO M270M Grade 345W ASTM A709M grade 345W có giới hạn chảy tối thiểu fy=345 Mpa.Ống thép vành vòm nhịp 120 m yêu cầu tối thiểu t>17.8mm ống thép vành vòm nhịp 80m t>15mm Trong thiết kế sử dụng t=18mm cho hai loại kết cấu nhịp nêu v1 v1a 880 1000 1500 650 16 500 2500 906 18 s2 16 1047 1200 v5 1800 v2 800 16 600 3000 16 18 740 18 s5 18 880 1000 1200 1047 s1 s1a Mặt cắt ngang vành vòm nhịp 120m Mặt cắt ngang vành vòm nhịp 80m Hình Mặt cắt vành vòm cầu Đông Trù c Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ cáp treo H thng cáp treo thiết kế với hệ số an toàn cao nhiên hệ thống dầm ngang , dàm dọc mặt cầu liên kết với vịm chủ yếu thơng qua hệ thống cáp treo, hệ số an toàn cao cáp treo phải xem xét bố trí nhằm đáp ứng đầy đủ yêu cầu thi công khai thác, bảo dưỡng thay Trong cầu Đông Trù sử dụng hệ thống cáp treo kép nhằm đáp ứng yêu cầu thay cáp tổ hợp tính tốn đứt cáp, điểm khác biệt so với số công trình tương tự thi cơng khai thác Nhãm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 7/19 Hiệp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Héi thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải Bc cỏp treo phi c la chn vào kích thước vành vịm lựa chọn để bố trí đầu neo, khả cẩu lắp dầm ngang mặt cầu Bước cáp treo lựa chọn dài làm tăng kích thước cáp, trọng lượng kết cấu lắp ghép, khơng thể q ngắn làm tăng số lượng cáp treo Cầu Đơng Trù có mặt cắt ngang lớn nên giới hạn trọng lượng cẩu lắp dầm ngang khoảng 100T, phù hợp với khả thi công để từ lựa chọn bước cáp treo 5m d Nghiªn cøu lùa chän kÕt cÊu gi»ng ngang Vịm thép nhồi bê tơng riêng, vịm nói chung chịu nén cao việc tính tốn ổn định ngồi mặt phẳng vịm cần thiết bắt buộc vành vịm thép nhồi bê tơng có độ mảnh lớn, mặt cắt ngang vành vịm hình số có độ cứng mặt phẳng vịm lớn nhiều so với độ cứng ngoài mặt phẳng vịm thường hệ số ổn định ngồi mặt phẳng vịm khơng đạt u cầu, có hai cách để tăng hệ số ổn định tăng độ cứng cảu thân vành vòm, hai dùng giằng ngang nhằm giảm chiều dài tự vành vòm, thiết kế bổ sung giằng ngang vòm dạng chữ K, số lượng độ cứng giằng ngang liên kết hai vành vòm phụ thuộc độ ổn định tồn kết cấu vịm thi công khai thác Cấu tạo giằng ngang hệ giàn thép không nhồi bê tông 11500 11500 700 700 40 1100 40 33°2 7' 700 èng thÐp , t=8mm 3325 2725 2725 2725 2725 2725 2725 3325 Hình Cấu tạo liên kÕt ngang 1.5.3 Nghiªn cøu lùa chän vËt liƯu a ThÐp kÕt cÊu Thép kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709 grade 345W, tương đương phải phù hợp với tiêu chuẩn hàn AASHTO, ASTM tương đương thép kết cấu cầu hàn Mô đun đàn hồi 200 000 Mpa, hệ số dãn nở nhiệt 11.7 x 10-6 mm/mm/oC - Giới hạn bền Fu= 485 MPa - Giới hạn chảy Fy= 345 Mpa Thép kết cấu hàn theo tiêu chuẩn ANSI/AASHTO/AWS D1.5 Bridge Welding Code b Bê tông Cng chu nộn trụ tròn 28 ngày tuổi đối với: - BT nhồi vành vòm, chân vòm : f'c=50 MPa - Dầm ngang, dm dc : f'c=40MPa Nhóm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 8/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Héi th¶o øng dơng khoa häc công nghệ ngành giao thông vận tải - Bn mt cu : f'c=30MPa c Cáp treo cáp giằng chân vòm Cỏp treo dựng loi bú si song song cường độ cao F 7mm đựoc sử dụng làm bó cáp treo phù hợp tiêu chuần ASTM A421/ASTM A421M, “Standard Specification for uncoated Stress-Relieved Steel Wire for Prestressdd Concrete” - Giới hạn bền: f’s = 1655 MPa - Giới hạn chảy: f’y = 0.9*f’s (cáp có độ tự chùng thấp) - Mô đun đàn hồi: E=200 000 MPa ± 5% Tao cáp bọc Epoxy dùng cho cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A822/ASTM A822M - Giới hạn bền: f’s = 1860 MPa - Giới hạn chảy: f’y = 0.9*f’s (cáp có độ tự chùng thấp) - Mô đun đàn hồi: E=197 000 MPa ± 5% 1.5.4 Nghiên cứu hệ thống chông gỉ Vit nam nằm khu vực nhiệt đới gió mùa, mơi trường khắc nhiệt, nóng độ ẩm cao hệ thống chống gỉ cho kết cấu phải quan tâm hàng đầu a Chèng gØ cho thÐp kÕt cÊu Chống gỉ cho thép kết cấu Kết cấu chịu lực chủ đạo cầu kết cấu thép, cáp cường độ cao Biện pháp chống gỉ cho thép kết cấu nghiên cứu áp dụng vào cơng trình này: Các bề mặt thép vành vòm sau xử lý bảo vệ hệ thống sơn lớp có tổng chiều dày 200mm: - Lớp sơn dùng loại sơn Epoxy tổng hợp giàu kẽm (Epoxy Organic Zinc Rich – EPZ) dày 100mm - Lớp sơn dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50mm - Lớp sơn trang trí dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50mm Yêu cầu sơn lớp ngồi có tuổi thọ tối thiểu 25 đến 30 năm sau phải sơn lại với chu kỳ năm lần b Chống gỉ cho bó cáp treo cáp giằng Hệ thống chống gỉ cho bó cáp treo thực tai công xưởng chế tạo cáp neo bao gồm mạ kẽm sợi thép cường độ cao F7mm sau sợi cáp quấn chặt tạo thành bó cáp bọc hai lớp nhựa HDPE bảo vệ, từ mặt cầu lên cao 2.5 m bảo vệ chống tác động khác làm hỏng bó cáp treo Hệ thống bảo vệ cáp giằng chân vòm: tao cáp gồm sợi đường kính danh định 15.2mm duỗi phun bọc lớp keo epoxi sau bọc lớp nhựa HDPE chế tạo theo phương pháp ép đùn Các tao cáp tạo thành bó cáp tất đặt ống HDPE bảo vệ Về nguyên tắc có cấu tạo cáp dự ứng lực Nhãm thiÕt kÕ Cầu Đông Trù - TEDI Trang 9/19 Hiệp hội T- vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải 1.6 Nghiên cứu hệ thống quy trình tải trọng áp dụng 1.6.1 Quy trình - quy phạm thiÕt kÕ Hiện qui trình thiết kế riêng cho cầu vịm thép nhồi bê tơng chưa có, Tổng cơng ty TVTK GTVT soạn thảo đưa tiêu chuẩn thiết kế áp dụng riêng cho dự án này, mục đích tập tiêu chuẩn dùng để thiết lập chuẩn dùng tính tốn, phân tích thiết kế cầu Đông Trù thuộc dự án đường kéo dài phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế ngành 22 TCN 272 –01 có tham khảo tiêu chuẩn khác AASHTO LRFD, tiêu chuẩn châu Âu EC , số tiêu chuẩn, qui trình, qui phạm Trung Quốc Về tiêu chuẩn tuân thủ theo qui trình thiết kế cầu ban hành, có đưa thêm số điểm mà tiêu chuẩn ngành chưa rõ số thay đổi so với qui trình thiết kế cầu hành 1.6.2 T¶i träng a Tĩnh tải - Bê tông cốt thép thường lấy bằng: 2500 kg/m3 - Bê tơng ống thép vành vịm: 2400 kg/m3 b Tải trọng đường sắt đô thị Đây tải trọng chưa có qui trình sau xem xét số tải trọng Châu Âu, Nhật, Trung Quốc Tư vấn thiết kế dự kiến đưa tải trọng đồn tàu đường sắt thị gồm đến toa tàu với tải trọng sau: 2.36 10.4 2.20 14 T 14T 2.20 14 T 2.36 14T - Tốc độ lớn 80 km/h - Khổ đường 1435 mm c Hệ số xung kích Do khơng có tài liệu chun ngành tham khảo tính hệ số xung kích theo qui phạm 79 trang 242: Đối với vòm rỗng : 1+m = + 15(1+0.4 l/f)/(100+ l ) - l = chiều dài chất tải (m) - l = độ vòm - f = đường tên vòm Giả thiết chất tải 100 % chiều dài nhịp - Đối với vòm 120 m : 1+m= 1.18 - Đối với vòm 80 m : 1+m = 1.22 Nếu chất tải ½ nhịp - Đối với vịm 120 m : 1+m = 1.24 Nhóm thiết kế Cầu Đông Trï - TEDI Trang 10/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Héi th¶o øng dơng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải - Đối với vòm 80 m : 1+m = 1.28 Do kết cấu vịm đặc hệ số cịn nhỏ trường hợp lấy hệ số xung kích 1+m = 1.25 để tính toán với tổ hợp tải trọng loại trừ tổ hợp tính mỏi (1+m = 1.15) d Tải trọng động đất Thiết kế động đất cho cầu dựa thiết kế theo trạng thái tới hạn đặc biệt: - Hệ số gia tốc nền: Số liệu cơng trình khu vực Hà Nội cầu Vĩnh Tuy, Cầu Phù Đổng, Cầu Thanh Trì nằm vùng Động đất cấp có hệ số gia tốc A = 0.17g g gia tốc rơi tự do=9.81 m/s - Mức độ quan trọng cơng trình: Cơng trình cầu cầu thiết yếu - Chủng loại đất nền:Đất loại II hệ số S =1.2 Biểu đồ phổ tiêu chuẩn dùng tính tốn Response Spectrum 0.45 Spectral Data (m/s2) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 Period (s) e Tải trọng thay cáp treo Cần xét tới tổ hợp tải trọng cho phép thay dây cáp treo cầu với tổ hợp tải trọng cường độ sau: 1.2 DC+1.4 DW+1.5( LL*+IM) + Lực thay cáp * Xét tới tối thiểu xe qua cầu Hệ số triết giảm cường độ mặt cắt j=0.8 f Tải trọng đứt cáp treo Cần xét tới tổ hợp tải trọng đứt dây cáp treo cầu đảm bảo cầu có khả khai thác với tổ hợp hợp tải trọng đặc biệt: 1.2 DC+1.4 DW+0.75( LL*+IM) + Lực đứt cáp * Xét 100% hoạt tải xe Hệ số triết giảm cường độ mặt cắt j=0.9 g Vấn đề nhiệt độ Theo số tài liệu chuyên ngành cho thấy trường nhiệt độ ảnh hưởng nhiệt độ không khí bên ngồi nhiệt thủy hóa xi măng bên đồng theo dọc tim vòm, theo hướng vào tim mặt cắt phi tuyến Trong phân tích tính tốn nhiệt độ tuyến tính cầu vòm kết cấu khác, nhiên cần chon nhiệt độ hợp long nhiệt độ bình quân năm phải cần phải xác định cụ thể - Nhiệt độ hợp long: Đối với cầu vịm ống thép nhồi bê tơng khác với kết cấu thông thường chỗ độ cứng mặt cắt cường độ mặt Nhãm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 11/19 Hiệp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Héi thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải ct dn hỡnh thnh, cỏc ti liu nghiên cứu nước cho thấy nhiệt độ hợp long liên quan tới nhiệt độ hợp long ống thép rỗng, nhiệt độ bê ton tươi nhồi vào ống, đường kính ống thép, lượng xi măng dùng bê tơng, nhiệt độ bình qn tháng khơng khí thời điểm bắt đầu đổ bê tơng Có nhiều tác nhân ảnh hưởng tới tính tốn nhiệt độ hợp long, việc phân tích địi hỏi nhiều nghiên cứu tính tốn, Bởi chưa có đủ tư liệu nghiên cứu chuẩn xác số tài liệu nước kiến nghị: Tại tháng nhiệt độ thấp nên lấy nhiệt độ hợp long nhiệt độ bình quân tháng cộng thêm đến độ Đối với tháng có nhiệt độ cao chọn nhiệt độ bình quân tháng nhiệt độ hợp long - Nhiệt độ bình qn năm: Thơng thường cầu thép hay chọn nhiệt độ bình quân năm chọn làm biên nhiệt độ tính tốn, cầu vịm bê tơng chọn nhiệt độ bình qn tháng cao thấp Đối với cầu vòm ống thép nhồi bê tông không giống với kết cấu thép mà khơng giống với kết cấu vịm bê tơng khác kích thước nhỏ khơng thể dùng nhiệt độ bình quân năm nhiệt độ bình quân tháng mà theo khuyến nghị tài liệu nước nên lấy nhiệt độ bình quân ngày lớn nhỏ để tính tốn h Vấn đề co ngót từ biến bê tông ống thép Vấn đề co ngót bê tơng khơng khí theo số qui trình tính trực loạt cơng thức để tính nhanh bê tơng đúc tồn khối thay tính tốn công thức cần hạ thấp nhiệt độ bê tông 15 đến 20 độ C với hệ số dã nở nhiệt bê tơng 1x10-5 biến dạng tương đương 1.5 tới 2x10-4 Tuy nhiên bê tông ống thép hầu nhự lượng nước bê tông không bị bay môi trường bên ngồi Trong bê tơng tươi thường dùng phụ gia trương nở nhằm, máy bơm vữa áp lực cao nhằm làm giảm thiểu ảnh hưởng tượng không ép chặt bê tông vào thành vách thép Vấn đề từ biến bê tơng trườn hợp có ứng suất bê tông mặt cắt bị biến dạng ngoại lực xuất biến dạng từ biến thông thường biến dạng đến lần biến dạng tức thời ngoại lực Một số tài liệu nước đưa khuyến nghị sở thí nghiệm nghiên cứu từ biến không ảnh hưởng tới khả chịu lực mặt cắt, không ảnh hưởng tới ổn định cấu kiện chịu nén tâm, nội lực ổn định với độ lệch tâm có độ mảnh nhỏ nhỏ nh khụng phi xột ti t bin 1.7 Phương án thi c«ng Phương án thi cơng kết cấu ảnh hưởng trực tiếp đến q trình phân tích, tính tốn, quan trọng phải kể đến q trình căng kéo điều chỉnh cáp giằng Tồn q trình thi công chia thành 28 bước thi công, cáp giằng căng kéo 04 lần cho nhịp Sơ đồ bước thi công thể trờn hỡnh v di õy Nhóm thiết kế Cầu Đông Trï - TEDI Trang 12/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Héi th¶o øng dơng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải PIER CONSTRUCTION CONCRETE FILLED IN MIDLE TUBE ARCH RIB AND DIAPHRAGM CONSTRUCTION CONCRETE FILLED IN UPPER TUBE 1ST STAGE CONSTRUCTION OF STEEL TUBE 2ND STAGE COSNTRUCTION OF STEEL TUBE 10 13 14 REMOVE TEMPORARY PIER AND STRESSING CABLE STAGE - 120M SPAN Stressing 1st stage CONCRETE FILLED IN LOWER TUBE LONGITUDINAL GIRDER CASTING STAGE DESK SLAB INSTALLATION Stressing 4th stage 11 12 20 21 DIAPHRAGM INSTALLATION STAGE Stressing 2nd stage DIAPHRAGM INSTALLATION STAGE DIAPHRAGM INSTALLATION STAGE Stressing 3rd stage LONGITUDINAL GIRDER CASTING STAGE CONCRETE FILLED IN UPPER TUBE DIAPHRAGM INSTALLATION STAGE Stressing 2nd stage LONGITUDINAL GIRDER CASTING STAGE 3, CONCRETE COVER, ASPHALT 15 1ST STAGE CONSTRUCTION OF STEEL TUBE 22 16 2ND STAGE COSNTRUCTION OF STEEL TUBE 23 17 REMOVE TEMPORARY PIER AND STRESSING CABLE STAGE - 80M SPAN Stressing 1st stage 24 DIAPHRAGM INSTALLATION STAGE DIAPHRAGM INSTALLATION STAGE Stressing 3rd stage LONGITUDINAL GIRDER CASTING STAGE 18 CONCRETE FILLED IN LOWER TUBE 25 LONGITUDINAL GIRDER CASTING STAGE 19 CONCRETE FILLED IN MIDLE TUBE 26 DESK SLAB INSTALLATION Stressing 4th stage LONGITUDINAL GIRDER CASTING STAGE 3, CONCRETE COVER, ASPHALT Nhãm thiÕt kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 13/19 Hiệp hội T- vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải 1.8 Phân tích kết cấu Phnng phỏp phõn tích kết cấu dùng phần tử hữu hạn FEM với mặt cắt kết cấu phần tử thanh, dầm liên hợp không liên hợp Một số vị trí cục chân vịm, mặt cầu, vị trí neo dây treo dùng phần tử mỏng phần tử khối, biến dạng phi tuyến hình học xét tới mơ đun biến dạng lớn chương trình tính Co ngót từ biến bê tơng tự động xét tới chương trình 1.8.1 Mô hình tính toán 1.8.2 Phân tích tính toán thi công Mụ hỡnh tớnh toỏn Bc1: Xõy dựng móng Bước2: Lắp vịm đổ bê tơng vịm nhịp 120m Bước3: Lắp dầm mặt cầu Nhãm thiÕt kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 14/19 Hiệp hội T- vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vËn t¶i Bước4: Lắp vịm đổ bê tơng vịm Bước3: Lắp dầm mặt cầu – hoàn nhịp 80m thin cu 1.8.3 Phân tích tính toán giai đoạn khai thác Cht hot ti trờn ng nh hng – đường sắt Chất hoạt tải đường ảnh hưởng – tơ Mơ hình phổ động đất chuơng trỡnh 1.8.4 Phân tích tính toán ổn định Dng dao động tự tính động đất Dạng n nh nhp biờn Nhóm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Dạng ổn định nhịp Trang 15/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải 1.8.5 Kết tính toán nội lùc – øng suÊt Ứng suất Biểu đồ lực nén dọc trục Biểu đồ mô men Biểu đồ lực cắt 1.8.6 Ph©n tÝch cơc bé Phân tích tính tốn cục áp dụng để phân tích chân vịm, vị trí neo cáp… Ứng suất phương x-x Ứng suất cắt Mơ hình tính tốn chân vịm 1.9 Mét sè nghiªn cứu công nghệ chế tạo thi công 1.9.1 ChÕ t¹o èng thÐp Thường ống vịm thép chế tạo thép sau gia công máy uốn tiến hành hàn nối tạo thành đốt vịm Cơng nghệ hàn ống thép chủ yếu hàn thẳng, hàn xoắn ống không hàn ống thép nhỏ có sẵn thị trường Công nghệ chế tao gia công yêu cầu kỹ thuật ống thép ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành cơng trình an tồn thi công khai thác sau Hiện thường hay dùng công nghệ hàn thẳng để hàn tạo thành đốt ống a Cắt, hàn vật liệu ống thộp hn thng Nhóm thiết kế Cầu Đông Trù - TEDI Trang 16/19 HiƯp héi T- vÊn X©y dùng ViƯt Nam - VECAS Hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ ngành giao thông vận tải Cỏc iu kin bảo quản chứng vật liệu phải tuân thủ theo dẫn qui trình hành, sở vẽ thiết kế vẽ thiết kế thi công tiến hành cắt thép theo đánh số sơ đồ lắp ráp nhà máy, xưởng Phải tận dụng máy cắt dùng nhiệt cắt thép phải loại bỏ đến mm phạm vi ảnh hưởng nhiệt, tạo sẵn vát vóc cho qui cách đường hàn Hướng uốn ống thép phải thống với hướng kéo thép nhà máy Việc chống gỉ cho ống thép tiến hành trước sau uốn ống thép Công tác hàn kiểm tra chất lượng đường hàn tuân thủ theo qui định ASSHTO/AWS D1.5 Các yêu cầu chất lượng: - Sai số hướng dọc dD ≤ L/100