Luận văn Thạc sĩ - Dự án xây dựng cầu Bê tông cốt thép - Lê Quốc Đạt

Nội dung text: Luận văn Thạc sĩ - Dự án xây dựng cầu Bê tông cốt thép - Lê Quốc Đạt

1. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CẦU SỬ DỤNG BẢN LIÊN TỤC – NHIỆT TRÊN THẾ GIỚI & Ở VIỆT NAM 1.1 Giới thiệu chung : Quá trình tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đòi hỏi ngành Xây dựng Cầu Đường phải đi đầu nhằm từng bước xây dựng, hoàn thiện và phát triển hệ thống hạ tầng kỹ thuật làm tiền đề cho tất cả các ngành khác phát triển. Những cầu được xây dựng từ hàng nghìn năm nay. Theo dòng lịch sử, công nghệ xây dựng cầu đã không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu xây dựng các công trình cầu vượt được nhịp lớn, chịu được tải trọng lớn : như cầu dây văng, cầu dây võng, cầu khung T nhịp đeo . Tuy nhiên đối với những công trình không cần thiết phải xây dựng nhịp lớn như cầu vượt qua các đường ngang, các nút giao thông trong đô thị, cấp sông có khổ thông thuyền nhỏ, trong những trường hợp này sử dụng cầu BTCT nhịp giản đơn là hợp lý. Trong các dự án xây dựng cầu BTCT nhịp giản đơn người ta thường sử dụng rộng rải kết cấu nhịp có số lượng khe biến dạng càng ít càng tốt. Dầm giản đơn thường được áp dụng rất phổ biến trong xây dựng cầu ở nước ta bởi tính cơ giới hoá, tiêu chuẩn hoá, tính dễ lắp đặt, lao lắp phù hợp với trình độ các đơn vị thi công trong nước hiện nay. Việc tiếp tục phát triển công nghệ theo hướng này áp dụng cho các cầu không có nhu cầu thông thuyền và không có nhu cầu vượt khẩu độ lớn vẫn là giải pháp kinh tế nhất. Song thực tế các công trình cầu nhịp giản đơn, các khe co giãn thường bị bong bật làm giảm khả năng khai thác, tạo ra các xung kích lớn khi xe cộ chạy qua các vị trí này. Do đó để khai thác được tối đa loại hình giản đơn nhiều nhịp cần phải được nghiên cứu hoàn thiện hơn nữa. Với mục đích nâng cao các đòi hỏi về điều kiện xe chạy, tạo thuận lợi tối đa trong khai thác công trình cầu, cần giảm số lượng khe co giãn và chi phí bảo dưỡng khe co giãn trên cầu. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu giải pháp nối liên tục các dầm giản đơn thành hệ liên tục sao cho vẫn đảm bảo khai thác êm thuận, không gây khó khăn cho thi công và đảm bảo các mục đích nêu trên. Để giải quyết những yêu cầu nêu trên, bản liên tục – nhiệt là giải pháp hợp lý được lựa chọn. Bản liên tục – nhiệt dùng cho xây dựng cầu trên đường ôtô và thành phố bằng bêtông cốt thép và bêtông cốt thép kết hợp thép là kết cấu được tạo ra bằng các chuỗi kết cấu nhịp dầm hoặc dầm bản giản đơn nối với nhau ở mức bản mặt cầu sao cho dưới tác dụng của lực dọc và nhiệt độ thì cầu làm việc như hệ dầm liên tục, còn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng vẫn làm việc như hệ dầm giản đơn. Kết cấu nối phải đảm bảo tính liên tục của lớp áo mặt cầu và tiếp nhận nội lực sinh ra trong một chuỗi của kết cấu nhịp mà không cản trở đến sự quay của đầu dầm [5]. HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 3
2. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ 1.2 Tổng quan cầu sử dụng bản liên tục-nhiệt trên thế giới và ở Việt Nam : Tại Mỹ, Alampalli và Yannotti đã khảo sát 105 cầu sử dụng kết cấu bản liên tục trong đó 72 cầu dầm bêtông và 33 cầu dầm thép đã cho thấy các cầu đều đảm bảo điều kiện khai thác theo các yêu cầu thiết kế trừ một số nứt nhỏ trên bản mặt cầu. Mặc dù Alampalli và Yannotti đã đề xuất nghiên cứu kỹ hơn nhằm hoàn thiện việc tính toán thiết kế và thi công bản liên tục, nhưng cũng đã kết luận rằng xét một cách tổng thể nhóm các cầu sử dụng bản liên tục - nhiệt có tình trạng làm việc tốt hơn nhóm các cầu dùng khe co giãn [12]. Caner và Zia (1998) đã tiến hành các nghiên cứu, phân tích thực nghiệm đối với sự làm việc của bản mặt cầu liên tục – nhiệt và đề xuất phương pháp tính toán cho loại kết cấu bản liên tục này. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy bản liên tục này chịu biến dạng uốn dưới tác dụng của tải trọng nhiều hơn là biến dạng dọc. Các vết nứt đã được phát hiện ở phía trên của bản dưới tác dụng của mômen âm trong điều khai thác. Đối với các nhịp dầm thép độ mở rộng vết nứt lớn nhất đo được là 0,305mm tương ứng với 40% tải trọng cực hạn và 0,672mm ứng với 67% tải trọng này. Điều đó cho thấy trên kết cấu xuất hiện các ứng suất kéo phụ thêm do tác động của co ngót từ biến và nhiệt độ. Vì vậy bề rộng vết nứt của bản liên tục – nhiệt phải được tính toán khống chế hết sức cẩn thận [12]. Tại Michigan, cầu vượt qua đường Interstate 94 ở Ypsilanti đã xây dựng xong và đưa vào khai thác. Tuy nhiên sự làm việc không tốt mối nối giữa 2 nhịp, làm cho nước thấm xuống có khả năng gây hư hỏng nghiêm trọng cho kết cấu bên dưới nếu không kịp thời sửa chữa [14]. Hình 1.1 : Mối nối giữa hai nhịp giản Hình 1.2 : Kết cấu bên dưới của cầu bị đơn của cầu bị hư hỏng hư hỏng HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 4
3. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ Để khắc phục nhược điểm này vào tháng 7/2005, với sự đồng ý của lãnh đạo trong ngành giao thông ở Michigan, khoa giao thông vận tải đã kết hợp với nhà thầu cầu Trung Đông và Công ty bêtông Clawson đã cho phá vỡ toàn bộ bản mặt cầu và xây lại bản mặt cầu mới trong đó mối nối giữa hai nhịp giản đơn người ta dùng bản nối liên tục – nhiệt. Bêtông dùng cho bản nối liên tục - nhiệt là bêtông cốt sợi cường độ cao (ECC), thời gian thi công cho công tác sửa chữa này khoảng 4 tháng. Một số hình ảnh về quá trình thi công thay thế bản mặt cầu liên tục nhiệt của cầu vượt qua đường Interstate 94 ở Michigan [14]. Hình 1.3 : Ban gạt mặt bêtông asphal trước Hình 1.4 : Dùng xe cẩu để phá vở mặt khi phá vỡ bản mặt cầu cầu bêtông cốt thép Hình 1.5 : Phá vở xong bản mặt cầu Hình 1.6: Lắp đặt ván khuôn bản mặt cầu Hình 1.7 : Lắp đặt cốt thép bản mặt cầu để Hình 1.8 : Đổ bêtông xong bản mặt cầu đổ bêtông phần không liên tục nhiệt HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 5
4. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ Hình 1.9 : Đổ bêtông mặt cầu phần bản nối Hình 1.10 : Hoàn thiện công tác đổ liên tục nhiệt bêtông phần bản nối liên tục nhiệt Hình 1.11 : Sửa chữa lại kết cấu bên dưới Hình 1.12 : Hoàn thiện bản mặt cầu và của cầu cho xe lưu thông Tại Mỹ, kết cấu bản liên tục nhiệt được sử dụng không chỉ cho các cầu xây mới mà còn áp dụng để thay thế các khe co giãn đã bị hư hỏng của các cầu hiện hữu có yêu cầu cải tạo, nâng cấp. Theo như hiệp hội đường bộ Mỹ, vào năm 2010 sẽ có tới 42% số cầu trên đường ôtô của Mỹ cần được nâng cấp cải tạo với chi phí ước tính lên đến 50tỷ đô la (Ashley, 1996) [12]. Hình 1.13 : Cầu vượt qua đường AT&SF ở Mỹ sử dụng bản liên tục nhiệt HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 6
5. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ Về loại hình nối liên tục kết cấu nhịp, hiện nay có rất nhiều phương pháp và loại hình nối liên tục kết cấu nhịp từ các nhịp cầu giản đơn tùy theo dạng dầm (dầm chữ T, chữ I, dầm super T ) [10]. Các quốc gia trên thế giới cũng có kiểu nối khác nhau : Ở Úc tồn tại hai dạng nối liên tục nhiệt. Một là dùng giải pháp nối bản mặt cầu giống giải pháp đã thực hiện ở cầu Mỹ Thuận. Hai là, nối liên tục trên dầm ngang [10]. Việc sử dụng bản liên tục nhiệt ở đây được dùng rất phổ biến và đã chứng tỏ được những ưu điểm trong suốt quá trình sử dụng lâu dài [5]. Ở Đức và Nga : giải pháp đặt ra chủ yếu là nối bản liên tục – nhiệt và chỉ có kết cấu bản mặt cầu chịu toàn bộ nội lực phát sinh do hoạt tải và tĩnh tải giai đoạn hai cùng tác động khác như co ngót, từ biến, thay đổi nhiệt độ [10]. Hình 1.14 : Cấu tạo bản liên tục nhiệt cầu Mỹ Hình 1.15 : Cấu tạo bản liên tục nhiệt Thuận (Theo dạng của Úc) cầu Thăng Long (Theo dạng của Nga) Tại Việt Nam kết cấu nhịp liên tục – nhiệt được áp dụng đầu tiên cho mặt cầu dẫn đường ôtô cầu Thăng Long dưới sự trợ giúp kỹ thuật của các chuyên gia Liên Xô trước đây. Cầu gồm 4 làn xe theo sơ đồ : 32,546+21x32,7+11 ở bờ Bắc và 32,546+20x31,7+11 ở bờ Nam. Các nhịp 2 – 8 trên mặt bằng được đặt theo hình cong đưa tuyến đường ôtô lệch khỏi đường tim cầu chính một góc 21,540. Cầu dẫn bờ Bắc dài 729,7m, bờ Nam dài 697m, cộng chiều dài hai bờ 1426,7m, nếu kể cả phần cầu chính thì tổng chiều dài đường ôtô trên cầu là 3114,7m. Đặc điểm của cầu dẫn đường ôtô là mặt cầu liên tục (BTCT) với một khe co giãn trên trụ 6. Các nhịp được liên kết thành một hệ thống liên tục nhiệt bằng cách đổ bêtông nối liền mặt cầu của hai nhịp kề nhau [7], [10]. Chiều dài của chuỗi liên tục nhiệt : - Chiều dài chuỗi dẫn bờ Bắc là 522,37m; - Chiều dài chuỗi dẫn bờ Nam là 489,67m; - Chuỗi ngắn bờ Bắc và bờ Nam bằng 194,96m. HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 7
6. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ Hình 1.16 : Các nhịp giản đơn được liên tục của Cầu Thăng Long Cầu Mỹ Thuận : dài 1535m, gồm cầu chính 660m theo kiểu cầu cáp dây văng với hai trụ tháp chính hình chữ H cao 123,5m, mỗi trụ cách nhau 350m và cách bìa biên của cầu mỗi bên 150m, với ba nhịp mà nhịp giữa là nhịp thông tàu bè, hai nhịp hai bên có chiều dài 150m/mỗi nhịp. Các nhịp cầu dẫn, dùng dầm giản đơn super Tee, chiều dài mỗi nhịp 40m được liên tục hoá bởi các bản mặt cầu đổ tại chổ do đó loại bỏ được các khe co giãn trong các nhịp giản đơn và tạo sư êm thuận cho xe chạy, chiều dài liên tục nhiệt 440m (11nhịp) là điểm đặc biệt của kết cấu cầu dẫn. Tuy nhiên các ảnh hưởng do từ biến, co ngót và thay đổi nhiệt độ lại gây bất lợi đặc biệt cho các trụ cứng hoặc nằm xa tâm chuỗi. Do đó cần phải nghiên cứu để khống chế các ảnh hưởng này [5]. Hình 1.17 : Nhịp chính và các nhịp dẫn được liên tục cầu Mỹ Thuận. HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 8
7. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ Một số cầu nằm trên quốc lộ 18 như cầu Cầm, cầu cạn nhà ga sân bay Quốc tế Nội Bài, cầu Gián Khẩu, cầu Mai Pha, Chi Lăng trên quốc lộ 1A, cầu Tân Đệ trên Quốc lộ 10 bắc qua Sông Hồng nối giữa hai tỉnh Nam Định và Thái Bình, cầu Quý Cao đều sử dụng bản liên tục nhiệt. Hình 1.18 : Các nhịp giản đơn của cầu Hình 1.19: Bản mặt cầu Tân Đệ được liên Quý Cao được liên tục. tục. Một số cầu ở Thành phố Hồ Chí Minh như Cầu Long Kiểng nằm trên Hương lộ 34 huyện Nhà Bè, dài 280m, gồm 3 chuỗi liên tục nhiệt : 2 chuỗi 4 nhịp 24,54m, và 1 chuỗi gồm 2nhịp 24,54m +1nhịp 33m và một số cầu nằm trên Quốc lộ 1A như cầu An Lập (liên tục 2nhịp 24,54 + 1nhịp 33m), cầu Bình Thuận đều sử dụng bản liên tục nhiệt, chiều dài chuỗi liên tục của các cầu này từ 4 nhịp trở lại. Hình 1.20 : Kết cấu nhịp giản đơn của cầu Hình 1.21 : Kết cấu nhịp giản đơn của An Lập được liên tục nhiệt. cầu Bình Thuận được liên tục nhiệt. Ngoài những cầu bêtông cốt thép sử dụng bản liên tục nhiệt, một số công trình cầu giàn thép cũng sử dụng bản liên tục nhiệt như cầu Chương Dương bắc qua Sông Hồng ở Hà Nội, cầu dài 1230m gồm 21nhịp : 11nhịp thép và 10nhịp HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 9
8. Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : Ts. Lê Thị Bích Thuỷ bêtông, cầu Bến Thuỷ bắc qua sông Lam dài 650m nối hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh. Phần bản bêtông liên hợp với dầm dọc hệ mặt cầu cũng được nghiên cứu nối liên tục trong từng liên dầm. Hình 1.22 : Cầu Chương Dương có bản Hình 1.23 : Cầu Bến Thuỷ có bản bêtông bêtông cốt thép liên hợp được liên tục nhiệt cốt thép liên hợp được liên tục nhiệt Tổng kết các cầu đã sử dụng bằng bản liên tục nhiệt cho đến nay chất lượng rất tốt, nổi bật nhất như ở phần nhịp dẫn cầu Thăng Long [5]. HVTH : Lê Quốc Đạt Trang 10