Giáo trình Cầu BTCT 27 3. Cầu bản Bê tông cốt thép 3.1. Đặc điểm Đặc điểm chính của cầu bản: Mặt cắt ngang (MCN) kết cấu nhịp có dạng tấm đặc hoặc rỗng. Cầu bản dùng cho những cầu nhịp ngắn, có những u, nhợc điểm sau: Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản, thi công dễ, có thể đúc tại chỗ hoặc lắp ghép, bán lắp ghép. + Bản lắp ghép có trọng lợng nhỏ ặ dễ lao lắp. + Chiều cao kiến trúc nhỏ ặ tiết kiệm đất đắp đầu cầu, sử dụng tốt cho cầu cạn. Nhợc điểm: + Chiều di nhịp không lớn vì khi nhịp lớn trọng lợng kết cấu nặng, sử dụng vật liệu không hợp lý do đó không kinh tế Phân loại: Phân loại: Theo biện pháp thi công: đổ tại chỗ, lắp ghép, bán lắp ghép. Theo tính chất chịu lực: BTCT, BTCTUST. Theo mặt cắt ngang: Bản đặc, bản rỗng .Theo tính chất lm việc: vợt suối, cầu cạn Theo sơ đồ kết cấu: Đơn giản, mút thừa, liên tục. 3.2. Các sơ đồ cầu bản Dạng cầu đơn giản có mố nặng (Hình 3-1. a): Loại mố rời, hiện nay ít đợc sử dụng do khối lợng vật liệu lm mố lớnặ không kinh tế. Cầu bản BTCT chiều di nhịp L=2-6m (8m). Chiều cao h=(1/12-1/18)l; 25 Cầu bản mố nhẹ kiểu Slavinxki (Hình 3-1. b): Đặc điểm: + Phía dới có các thanh chống cách nhau 4-5m. + Mố lm việc với kết cấu nhịp tạo thnh hệ khung bốn khớp. + Mố thờng lm bằng tấm hay tờng BTCT chiều dy bằng 1/6-1/7,5 chiều cao, khi khi chịu áp lực ngang của đất mố lm việc nh l dầm kê trên 2 gối, phía trên l kết cấu nhịp (liên kết với mố bằng chốt thép) phía dới có các thanh chống. Mố có thể lắp ghép, đổ bê tông tại chỗ hay xây đá. + Nên đặt gối lệch tâm một đoạn (e) để gây ra mô men ngợc chiều với mô men do áp lực đất tác dụng lên mố. Trình tự thi công phải theo thứ tự: + Móng, mố, thanh chống. + Lắp bản chốt vo mố. + Đắp đất đối xứng hai bên mố (để cân bằng áp lực ngang ở hai bên) đất phải đợc đầm chặt. Giáo trình Cầu BTCT 28 Kết cấu hợp lý, tiết kiệm vật liệu, hay dùng, có thiết kế định hình Hình 3-1. Sơ đồ cầu bản (a. đơn giản; b. Cầu bản kiểu Slavinxki; c. Mút thừa; d. liên tục; e. mặt cắt ngang lắp ghép, đổ tại chỗ) Cầu bản nhịp mút thừa v liên tục: Kết cấu nhịp bản sử dụng cho sơ đồ nhịp liên tục v mút thừa Hình 3-1. c, d: L 10m. Trong những trờng hợp riêng khi kết cấu l liên tục chiều di nhịp có thể đạt tới 20m. Chiều cao h=(1/12 ữ 1/18)l 26 ; Sơ đồ nhịp l dầm mút thừa thì nhịp giữa có thể lấy 8-10m, nhịp biên l k =(0,3 ữ 0,4)l; H=(1,3 ữ 1,4)h (Hình 3-1. c); Sơ đồ nhịp l dầm liên tục thì nhịp giữa có thể lấy 8-10m, nhịp biên l 1 =(0,7 ữ 0,9)l 2 (Hình 3-1. d); 3.3. Cấu tạo cầu bản đúc tại chỗ Tiết diện thờng l hình chữ nhật, khi bề rộng lớn có thể lm hình mui luyện hoặc bản dốc theo độ dốc ngang của mặt cầu Hình 3-1. e. Kết cấu nhịp bản của cầu cạn đổ tại chỗ, mặt cắt đặc, chiều cao không thay đổi đợc kê trên suốt chiều rộng của x mũ, trụ tờng hoặc trên các cột trụ 27 (Hình 3-2): Giáo trình Cầu BTCT 29 Hình 3-2. Kết cấu nhịp cầu bản đổ tại chỗ chiều cao không thay đổi + Nhịp giản đơn BTCTUST L=10 ữ 15m, h=(1/15 ữ 1/20)l; + Nhịp liên tục BTCTUST L=12 ữ 25m, h=(1/20 ữ 1/30)l. + Chiều rộng ton bộ của kết cấu bản < 15 ữ 20m để tránh biến dạng lớn theo phơng ngang do nhiệt độ. + Theo phơng ngang khoảng cách giữa các cột b=(8 ữ 12)h; công xon của bản c=(4 ữ 8)h; Đồng thời tuân theo tỷ số: b/l=(1/2 ữ 1/4) Kết cấu nhịp bản của cầu cạn đợc kê trên trụ tờng hay l trên các cột chống, theo phơng ngang trong nhiều trờng hợp MCN có thể thay đổi giật cấp (Hình 3-3. a), thay đổi đều (Hình 3-3. b, c), 28 . Chiều cao tại phần kê h/l=(1/14 ữ 1/25). Hình 3-3. Kết cấu cầu bản có chiều cao thay đổi Nếu chiều rộng ton bộ của kết cấu nhịp bản nhỏ hơn chiều di nhịp ví dụ B/L <0,3 ữ 0,5 tại vị trí giữa nhịp sự lm việc của kết cấu chịu lực gần với sự lm việc của dầm v nội lực trong phơng ngang của nhịp không lớn. Điều kiện để kết cấu nhịp lm việc nh tấm nếu B/h >8 ữ 10 v diện tích ton bộ của lỗ rỗng nhỏ hơn 1/2 diện tích ton bộ của MCN Giáo trình Cầu BTCT 30 Khi chiều di nhịp L=30 ữ 40m áp dụng chiều cao không thay đổi dọc theo chiều di nhịp l không hợp lý, trong trờng hợp ny lm chiều cao thay đổi đều (Hình 3-4). Trụ trong trờng hợp ny thờng l cột đợc ngm với kết nhịp v móng. Kết cấu nhịp nh vậy có dạng hình nấm 29 , khi ngm đờng kính cột (3 ữ 4)m theo phơng dọc cho phép giảm đáng kể chiều cao tại giữa nhịp đến h (1/30 ữ 1/50)l; H=(2 ữ 5)h. Những khe biến dạng không nên cách nhau lớn hơn 50 ữ 60m. việc bố trí cốt thép thờng trong kết cấu nhịp cầu bản chỉ kê trên các trụ dạng cột đợc thể hiện trên Hình 3-5 30 . Hình 3-4. Kết cấu nhịp bản chiều cao thay đổi theo cả hai phơng Hình 3-5. bố trí cốt thép thờng trong kết cấu nhịp cầu bản chỉ kê trên các trụ dạng cột Giáo trình Cầu BTCT 31 Đối với các cầu cong, do tính chất lm việc, nên cốt thép đợc bố trí phức tạp hơn so với cầu thẳng. Hình 3-6 thể hiện việc bố trí cốt thép thờng trong cầu bản cong đợc kê lên các trụ cột (H- lới dới; B- lới trên). Đối với cầu chéo tuỳ vo việc kê lên kết cấu gối v cấu tạo cụ thể có thể bố trí cốt thép nh sau: + Khi bản đợc kê liên tục tại hai đầu Hình 3-8.a. + Khi kê lên các cột đợc thể hiện trên Hình 3-8.b. + Khi cầu thẳng nhng các cột trụ bố trí không vuông góc với tim tuyến Hình 3-8.c. Tại Việt nam, trong dự án 5 cầu giai đoạn II-3 đã xây dựng cầu Cây Bứa (quốc lộ 1), với sơ đồ kết cấu nhịp liên tục 33,45+33+33,45 (m), tiết diện ngang l bản có lỗ chiều cao 1135mm, sử dụng cốt thép ứng suất trớc. Hình 3-6. Bố trí cốt thép thờng cầu bản cong Hình 3-7. Mặt cắt ngang cầu Cây Bứa Hình 3-8. Bố trí cốt thép trong cầu bản chéo (D. lới dới; T lới trên) Giáo trình Cầu BTCT 32 3.4. Cấu tạo cầu bản lắp ghép v bán lắp ghép 3.4.1. Cầu bản lắp ghép Kết cấu nhịp cầu bản lắp ghép thờng đợc chia thnh những khối theo chiều di nhịp (phân khối theo chiều dọc), trong nhiều trờng hợp cầu cạn nhịp lớn, khối lắp ghép còn đợc phân khối theo chiều ngang. Trong cầu cạn chiều cao của khối lắp ghép h=(1/18 ữ 1/25)l đối với nhịp giản đơn; h=(1/20 ữ 1/35)l đối với hệ thống liên tục hoặc khung. Chiều rộng của khối phụ thuộc vo thiết bị cẩu lắp. Với chiều di nhịp L 10 ữ 12m, có thể liên kết các khối bằng cốt thép thờng bao gồm những thanh riêng rẽ, tổ hợp hay l khung hn. L 12 ữ 20m, liên kết bằng thép UST. Khi sơ đồ l liên tục hoặc khung chiều di của nhịp có thể lớn hơn v lên tới 30 ữ 40m. Cốt thép cờng độ cao (bó hoặc sợi - căng trớc) đợc bố trí riêng biệt trong các khối lắp ghép, chúng đợc kéo thẳng để đơn giản trong việc chế tạo, cốt thép đợc bố trí cả ở biên dới v biên trên, cốt thép biên trên cơ bản để đảm bảo chịu kéo trong giai đoạn căng v lắp ghép kết cấu siêu tĩnh. 31 Để giảm trọng lợng của khối ặ tạo những lỗ hình tròn, ô van v dạng chữ I .(Hình 3-9) Các dạng tiết diện trên Hình 3-9 dùng cho các sơ đồ nhịp có chiều di khác nhau: Hình 3-9. a: L= 10 ữ 12m, Hình 3-9. b: L= 12 ữ 18m. Hình 3-9. c. d. e: L 40m. Trong mặt cắt ngang của kết cấu nhịp các phân tố lắp ghép đợc đặt liền kề hay cách nhau, khoảng cách của chúng phụ thuộc vo sự lm việc của kết cấu nhịp v phơng pháp liên kết chúng với nhau. Đối với kết cấu nhịp có chiều di đến 8m có thể lắp đặt trên trụ m không cần liên kết theo phơng ngang, đảm bảo sự lm việc đồng thời của chúng thông qua lớp áo đờng. Hình 3-9. Mặt cắt ngang của các khối trong kết cấu nhịp cầu bản lắp ghép Giáo trình Cầu BTCT 33 Hình 3-11 thể hiện khối lắp ghép v sơ đồ MCN của kết cấu nhịp bản có L=10m. Trọng lợng một khối =10T; h/l=1/19,2. Có 2 lỗ rỗng l hình tròn đờng kính 40cm. Cốt thép UST =3mm. Hình 3-12 thể hiện khối lắp ghép v sơ đồ MCN của kết cấu nhịp bản có lỗ rỗng hình ô van đối với cầu đờng ô tô v đờng thnh phố với các nhịp 6, 9, 12, 15, 18 chiều dy của tấm Hình 3-10. Phơng pháp liên kết ngang các khối của kết cấu nhịp lắp ghép (1. cấu kiện lắp ghép; 2.mối nối bằng BT đổ tại chỗ; 3.Cốt thép lò xo; 4.Mối nối bằng cốt thép chờ; 5. Bản BT; 6.Cốt thép UST theo phơng ngang; 7. Neo; 8. Liên kết ngang đổ tại chỗ trên trụ; 9.Cốt thép vòng; 10.Cốt thép dọc Hình 3-11. Mặt cắt ngang của cầu bản lắp ghép, cấu tạo khối lắp ghép Giáo trình Cầu BTCT 34 tơng ứng l 0,3 0,45, 0,6, 0,75 tơng ứng h/l=(1/19-1/24) chiều rộng tấm 1m. Đối với nhịp 6, 9m lỗ rỗng hình trụ tròn còn nhịp 12, 15, 18m lỗ rỗng hình ô van. Để đảm bảo sự lm việc đồng thời của các khối riêng rẽ có thể dùng cấu tạo khớp bằng bê tông có lò xo thép (Hình 3-10.b) hoặc liên kết bằng bản thép hn Liên kết khớp bê tông: Khớp có hình tròn, hình thang hay hình quạt, khe nối dùng bê tông cốt liệu nhỏ (B20-B25), liên kết ny truyền lực cắt tốt v dễ thi công Liên kết bằng thép hn: Dùng liên kết khớp bằng BT phải đổ BT tại chỗ v chờ cho đến khi đạt cờng độ mới khai thác đợc. Để khắc phục có thể dùng liên kết bằng bản thép hn bố trí cách nhau theo chiều dọc khoảng 80-150cm, ở giữa nhịp bố trí mau ở gối bố trí tha hơn Theo phơng dọc các khối đúc sẵn sau khi đặt lên lên gối cầu tại vị trí lm việc đợc nối với nhau bằng mối nối ớt (Hình 3-13.a), trờng hợp hợp ny ton bộ x mũ của trụ nằm bên dới, giải pháp ny thi công đơn giản nhng không thẩm mỹ đặc biệt l cho các cầu thnh phố. Để giảm chiều cao x mũ nằm bên dới cầu có thể đa một phần x mũ vo trong khoảng giữa hai đầu kết cấu nhịp, sử dụng bản liên tục nhiệt hoặc khe co dãn để nối hai đầu của chúng (Hình 3-13.e), khi x mũ cần có chiều cao lớn hơn nên đặt cao độ đỉnh của x mũ bằng cao độ đỉnh của kết cấu nhịp v đỉnh của x mũ l một phần của đờng xe chạy (Hình 3-13.d). Trong trờng hợp không muốn để lộ x mũ, có thể đa ton bộ chiều cao của x mũ trụ nằm trong chiều cao của dầm, các khối lắp ghép đợc nối vo hai phía của x mũ (Hình 3-13.b), hoặc sử dụng mối nối ớt để liên kết trụ v kết cấu nhịp (Hình 3-13.c) tạo thnh kết cấu khung dầm liên tục. Sử dụng cáp ứng suất trớc trên ton bộ chiều di kết cấu nhịp để nối các khối lắp ghép thể hiện trên Hình 3-13.f, g, trờng hợp thứ nhất các kết cấu nhịp đợc nối tại vị trí trụ (Hình 3-13.f), trờng hợp thứ hai mối nối bố trí trong nhịp (Hình 3-13. g). Ưu điểm của giải pháp ny l cáp ứng suất trớc đợc bố trên ton bộ kết cấu nhịp, nhng một trong những nhợc điểm l thi công khó khăn, có thể chọn phơng án sử dụng cáp ứng suất trớc cục bộ tại vị trí mối nối trong nhịp (Hình 3-13. h) hoặc sử dụng phơng án nh trên Hình 3-13. i, trong Hình 3-12. Mặt cắt ngang của cầu bản lắp ghép v khối lắp ghép có lỗ hình ô van Giáo trình Cầu BTCT 35 phơng án ny trớc tiên tiến hnh thi công khung T v căng cốt thép ứng suất trớc chịu mô men âm, sau đó đặt phần kết cấu nhịp bê tông ứng suất trớc đúc sẵn vo khấc kê trên đầu hẫng của cánh T v cuối cùng l thi công mối nối ớt liên kết giữa hai phần đúc sẵn. 3.4.2. Cầu bản bán lắp ghép Kết cấu bán lắp ghép l kết cấu m tiết diện của nó có một phần đợc đúc sẵn v một phần đợc đổ tại chỗ, đối với cầu bản các khối lắp ghép thờng bố trí ở phía dới tiết diện thể hiện trên Hình 3-14. 32 Hình 3-13. Sơ đồ bố trí kết cấu nhịp siêu tĩnh: sơ đồ khung v liên tục (1. phân tố lắp ghép; 2. bê tông đổ tại chỗ; 3. X mũ trụ; 4. mối nối (hoặc bản liên tục nhiệt); 5 cốt thép ứng suất trớc trên ton bộ chiều di nhịp; 6. Cốt thép ứng suất trớc tại mối nối Hình 3-14. MCN của phân tố đúc sẵn trong kết cấu nhịp bán lắp ghép (1. cốt thép ứng suất trớc; 2. cốt thép thờng; 3. thép chờ uốn vòng; 4. cốt thép chờ) Giáo trình Cầu BTCT 36 Sau khi đặt các khối đúc sẵn vo đúng vị trí, đổ bê tông cốt thép tại chỗ để liên kết các khối lại với nhau tạo thnh kết cấu nhịp có tiết diện bán lắp ghép v các kiểu mặt cắt ngang kết cấu nhịp đợc thể hiện trên Hình 3-15 Các khối đợc ghép lại với nhau với yêu cầu khe hở giữa các khối theo chiều ngang không lớn hơn (10 ữ 20mm). Mặt cắt ngang trên Hình 3-15. a 33 dùng cho kết cấu nhịp có chiều di L=6 ữ 10m, trên Hình 3-15.b dùng cho kết cấu nhịp có chiều di L=10 ữ 15m , để tăng sự lm việc không gian của kết cấu nhịp sử dụng lới cốt thép hoặc cốt thép chờ (Hình 3-15.c), mối nối vòng (Hình 3-15.d), sử dụng mối nối buộc hoặc hn để liên kết giữa cốt thép với nhau (Hình 3-15.e) Khi kết cấu nhịp lớn hơn nữa sử dụng khối lắp ghép có dạng bản rỗng, tiết diện T hoặc hộp v có thể chỉ đổ bê tông liên kết theo phơng ngang trên một phần chiều cao của tiết diện nhằm mục đích giảm trọng lợng của kết cấu phần trên, phần bê tông đổ tại chỗ ny bao phủ cốt thép thờng hoặc cốt thép ứng suất trớc tại những lỗ để sẵn trong sờn của phần tử lắp ghép. Phía trên của khối lắp ghép đặt những tấm bê tông cốt thép đúc sẵn lm cốp pha để đổ bê tông mặt đờng (Hình 3-15.c, e) hoặc rải trực tiếp lớp phủ của phần đờng xe chạy (Hình 3-15.g), do tấm bê tông cốt thép đúc sẵn lm ván khuôn nặng nề nên có thể thay thế bằng các tấm thép có dạng vòm (Hình 3-15.h). Khi có thể đặt những khối lắp ghép cách xa nhau, giữa các khối ny bố trí những tấm bê tông cốt thép phẳng hoặc đa giác lm cốp pha đặt ở vùng biên dới của kết cấu phần trên (Hình 3-15.i, k). Hình 3-15. Mặt cắt ngang của kết cấu nhịp bản bán lắp ghép (1. bê tông đổ tại chỗ; 2. lới cốt thép; 3. cốt thép chờ; 4. tấm BTCT đúc sẵn lm ván khuôn; 5. thanh cốt thép dọc; 6. liên kết hn cốt thép; 7. thanh cốt thép xuyên qua các khối đúc sẵn; 8. tấm lắp ghép; 9. lỗ ngang để luồn cốt thép; 10. ván khuôn thép; 11. cốt thép ứng suất trớc; 12. tấm bê tông cốt thép lm cốp pha) [...]...37 Giáo trình Cầu BTCT Cốt thép ứng suất trớc của mặt cắt ngang đợc đặt vo những rãnh ngang của phần tử lắp ghép v đợc kéo trớc hoặc kéo sau trớc khi bê tông đông cứng Đặc điểm tiết diện bán lắp ghép: Lm việc theo hai giai đoạn + Giai đoạn1: Khối lắp ghép lm việc độc lập, chịu trọng lợng bản thân của chính nó v trọng lợng của phần bê tông đổ tại chỗ + Giai đoạn 2: Cả kết cấu... ba lát Phần bên dới thu hẹp lại, nhng bản thân nó đủ khả năng ổn định chống lật v khả năng chịu xoắn do tải trọng thẳng đứng đặt lệch tâm, đủ khả năng chống xô ngang v có thể không cần có liên kết cứng liền khối với bản kê bên cạnh (Hai khối chỉ cần liên kết cứng nếu bản ny nằm trên đờng cong) Chiều cao của kết cấu nhịp h/l=(1/10ữ1/13) Khi vợt qua đờng xe điện h/l=(1/13ữ1/15) Hình 3-16 Cầu bản dùng cho... ton khối tốt hơn so với lắp ghép + Phần bê tông đổ tại chỗ ít so với lắp ghép + Không phải lm gin giáo so với đổ tại chỗ + Trọng lợng của khối lắp ghép nhẹ hơn so với lắp ghép Khuyết: + Tính ton khối kém hơn so với đổ tại chỗ + Thi công lâu hơn so với lắp ghép 3.5 Cầu đờng sắt Mặt cắt ngang cầu bản đờng sắt bằng BTCT thờng lắp ghép có thể giống dạng mặt cắt bản đúc tại chỗ, cũng có thể gồm hai khối . (1. bê tông đổ tại chỗ; 2. lới cốt thép; 3. cốt thép chờ; 4. tấm BTCT đúc sẵn lm ván khuôn; 5. thanh cốt thép dọc; 6. liên kết hn cốt thép; 7. thanh cốt thép. ngang để luồn cốt thép; 10. ván khuôn thép; 11. cốt thép ứng suất trớc; 12. tấm bê tông cốt thép lm cốp pha) Giáo trình Cầu BTCT 37 Cốt thép ứng suất