Tài liệu Giáo trình thiết kế cầu bê tông cốt thép lê đình tâm

Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com CHÖÔNG 1 du .vn GIÔÙI THIEÄU CHUNG 1.1.ÑAËC ÑIEÅM CUÛA CAÀU BEÂ TOÂNG COÁT THEÙP : ca u du on g .e Beâ toâng coát theùp (BTCT) laø söï keát hôïp haøi hoøa giöõa hai loaïi vaät lieäu coù tính chaát khaùc nhau. Beâ toâng laø moät loaïi ñaù nhaân taïo coù tính chaát cuûa vaät lieä ñòa phöông deã kieám vaø reû tieàn, goàm caùt, ñaù, nöôùc vaø xi maêng coù theå tìm thaáy ôû moïi nôi. Sau khi ñoâng cöùng beâ toâng chòu neùn toát. Coát theùp laø moät saûn phaåm coâng nghieäp, chòu keùo vaø neùn ñeàu toát, nhöng laø vaät lieäu quyù, ñaét tieàn, ñaét tieàn, hônnöõa theùp bò aên moøn trong moâi tröôøng khoâng khí. Trong keát caáu, beâ toâng ñöôïc ñaët vaøo khu vöïc chòu neùn, theùp ñaët vaøo khu vöïc chòu keùo. Beâ toâng coøn coù taùc duïng bao boïc coát theùp, khoâng cho tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng taïo ñieàu kieän choáng gæ . Beâ toâng vaø theùp coù heä soá giaõn nôû nhieät gaàn nhö nhau, ñaëc ñieåm naøy laøm cho hai loïai vaät lieäu coù theå cuøng nhau toàn taïi vaø laøm vieäc coù hieäu quaû khi nhieät ñoä moâi tröôøng thay ñoåi, do ñoù : _ BTCT laø loaïi vaät lieäu raát phuø hôïp vôùi ngaønh xaây döïng caùc coâng trình xaây döïng daân duïng, giao thoâng vaø coâng nghieäp. _ Beâ toâng laø moät loaïi vaät lieäu xaây döïng ña daïng, coù theå ñöôïc taïo hình daïng thích hôïp cho haàu heát keát caáu. Caàu laøm baèng beâ toâng vaø beâ toâng döï öùng löïc coù theå laø loaïi keát caáu duy nhaát coù theå xaây döïng taïi hieän tröôøng hoaëc coù theå cheá taïo tröôùc thaønh töøng khoái daàm trong xöôûng ôû gaàn nôi xaây döïng. _ Caàu BTCT coù theå taïo moïi hình daïng moät caùch deã daøng, caàu thaúng, caàu cong, cong trong khoâng gian. _ Caàu daàm hoäp BTCT ñuùc taïi choã raát thích hôïp cho caàu cong vì coù tính choáng xoaén cao vaø coù theå taïo daùng thích hôïp vôùi moïi ñöôøng cong. _ Ñoái vôùi caùc caàu thaúng coù theå duøng caùc daàm ñuùc saün baèng BTCT thöôøng hoaëc beâ toâng döï öùng löïc. Ñoái vôùi caùc caàu nhieàu nhòp, coù theå duøng daàm lieân tuïc raát coù lôïi khi chòu hoaït taûi. _ BTCT coù theå thích hôïp vôùi vôùi nhieàu loaïi caàu, ñoái vôùi caùc caàu töông ñoái ngaén (nhoû hôn 12m), caàu baûn toû ra coù nhieàu öu ñieåm veà kinh teá, ñaëc bieät laø veà thi coâng. Daàm tieát dieän T coù theå duøng coù lôïi cho nhòp ñeán 20m, hoaëc coù theå daøi hôn neáu duøng heä lieân tuïc. _ Caàu daàm beâ toâng döï öùng löïc taïo khaû naêng choág nöùt, naâng cao tuoåi thoï cuûa keát caáu, coù theå söû duïng ñöôïc vaät lieäu cöôøng ñoä cao (theùp vaø beâ toâng) vaø coù theå ñaït ñöôïc caùc nhòp tôùi 250m. _ BTCT coù theå thích hôïp vôùi nhieàu loaïi keát caáu nhö daàm, voøm khung vaø treo, BTCT, beâ toâng döï öùng löïc coù theå caïnh tranh ñöôïc vôùi keát caáu theùp ñaëc bieät veà choáng aên moøn vaø tính kinh teá. _ Nhöôïc ñieåm cuûa beâ toâng laø tính doøn, khaû naêng chòu caét vaø keùo keùm neân thöôøng bò nöùt. Nöùt trong caàu BTCT laø noãi day döùt dai daúng vaø thöôøng xuyeân cho caùc nhaø khoa hoïc, quaûn lyù vaø thi coâng. Veát nöùt laø nguyeân nhaân thaám nhaäp nöôùc vaø khí, laøm aên moøn coát theùp vaø beâ toâng, giaûm tieát dieän chòu löïc. giaûm tuoåi thoï caàu. _ BTCT laø loaïi vaät lieäu cheá taïo taïi choã, trong ñoù chaát löôïng beâ toâng thöôøng keùm ñoàng nhaát, khoâng ñeàu vì phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá : + Loaïi xi maêng + Kích thöôùc, thaønh phaàn vaø phaåm chaát coát lieäu + Löôïng nöôùc, löôïng xi maêng vaø tæ leä N/X + Phöông phaùp baûo döôõng + Nhieät ñoä moâi tröôøng, tính co ngoùt vaø töø bieán. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com _ Beâ toâng laø loaïi vaät lieäu maø chaát löôïng chuû yeáu phuï thuoäc vaøo coâng vieäc cuûa taäp theå, töø thieát keá, choïn vaät lieäu, thi coâng, baûo döôõng, thí gnhieäm vaø kieåm tra. Taát caû caùc coâng taùc naøy caàn ñöôïc giaùm saùt quaûn lyù nghieâm ngaët thì beâ toâng môùi ñaït phaåm chaát mong muoán. 1.2.TOÙM TAÉT SÖÏ HÌNH THAØNH VAØ PHAÙT TRIEÅN CAÀU BEÂ TOÂNG COÁT THEÙP : ca u du on g .e Beâ toâng baét ñaàu ñöôïc söû duïng trong xaây döïng töø khi xi maêng pooclang ra ñôøi, khoaûng nhöõng naêm 20 cuûa theá kyû XIX. Thoaït ñaàu beâ toâng khoâng coát theùp ñöôïc söû duïng trong keát caáu chuû yeáu chòu neùn nhö moùng moá truï caàu, caàu voøm thay cho ñaù tröôùc ñaây. Daàn daàn phaùt sinh yù töôûng taêng cöôøng khaû naêng chòu uoán baèng caùch boá trí coát theùp vaøo caùc khu vöïc chòu keùo do uoán. Ngay töø khoaûng theá kyû XVI-XVII khi xaây döïng caùc nhaø thôø, laâu ñaøi vaø laêng taåm, ôû Chaâu aâu ñaõ bieát ñaët caùc thanh theùp chòu keùo vaøo caùc khoái ñaù xaây. Cuoái theá kyû XVIII ñaàu theá kyû XIX coát theùp ñaõ duøng trong keát caáu ñaù xaây vaøo nhieàu coâng trình xaây döïng nhö maùi nhaø, thaùp caàu treo vaø trong caùc ñaäp thuûy lôïi… ÖÙng duïng cuûa BTCT laø vaøo khoaûng nhöõng naêm 50 cuûa theá kyû XIX khi Anh, Myõ vaø Phaùp coâng boá caùc phaùt minh saùng cheá. Trong ñoù Monier moät kyõ sö ngöôøi Phaùp ñaõ duøng BTCT ñeå cheá taïo caùc bình chöùa nöôùc, baûn vaø cuoái cuøng laø caàu (1867-1873). Naêm 1875-1877, laàn ñaàu tieân Monier duøng BTCT trong xaây döïng caàu, ñoù laø chieác caàu voøm baûn nhòp 16m roäng 4m duøng cho ngöôøi ñi boä. Tuy ñaït ñöôïc keát quaû böôùc ñaàu, nhöng thôøi kyø naøy vaät lieäu theùp ñang thònh haønh trong xaây döïng caàu,BTCT coøn thieáu caùc keát quaû nghieân cöùu lyù thuyeát vaø thöïc nghieäm neân chöa ñöôïc aùp duïng roäng raõi maø chæ ñöôïc duøng cho caùc keát caáu khoái lôùn chuû yeáu chòu neùn nhö moùng, moá truï vaø thaùp caàu treo. Vaøo cuoái theá kyû XIX, hai giaùo sö Ba-u-chin-gô (Ñöùc) vaø Be-le-luùt-ski (Nga) (1886-1891) ñaõ nghieân cöùu tính chaát cô lyù cuûa BTCT, ñaõ tieán haønh nhieàu thí nghieäm cho caùc coâng trình baûn, daàm, voøm, bình chöùa, xiloâ chöùa nguõ coác vaø caàu voøm nhòp tôùi 17m. Sau khi ñaõ coø ñöôïc caùc soá lieäu nghieân cöùu lyù thuyeát, BTCT baét ñaàu ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong xaây döïng caàu vaø caùc coâng trình daân duïng khaùc. Caàu BTCT vaøo cuoái theá kæ XIX haàu heát döôùi daïng baûn nhòp nhoû hoaëc voøm vaø coáng, chuû yeáu laø caùc caàu voøm ñaëc theo daïng caùc caàu voøm ñaù cuõ neân chöa ñaït ñöôïc hieäu quaû kinh teá ñaùng keå do chöa taän duïng trieät ñeå coát theùp trong boä phaän chòu uoán. Lyù thuyeát vaø thöïc nghieäm veà BTCT chòu uoán ñöôïc Gen-ne-bik (ngöôøi Phaùp) vaø Me-lan (ngöôøi AÙo) phaùt trieån vaøo cuoái theá kæ XIX. Naêm 1882 laàn ñaàu tieân Gen-ne-bik aùp duïng BTCT vaøo khung nhaø vaø ñaõ söû duïng tính laøm vieäc khoâng gian cuûa BTCT. Ñieàu naøy cho pheùp trieät ñeå söû duïng cöôøng ñoä cuûa beâ toâng vaø coát theùp, chuyeån töø keát caáu baûn vaø voøm sang keát caáu khung daàm coù söôøn, giaûm troïng löôïng baûn thaân keát caáu, naâng cao hieäu quaû kinh teá vaø aùp duïng cho caùc nhòp lôùn hôn. Ñoàng thôøi vôùi keát caáu BTCT meàm heä Gen-ne-bik, cuõng baét ñaàu xuaát hieän caùc caàu giaøn BTCT cöùng, trong ñoù coát theùp laø moät giaøn theùp hình (do Me-lan ñeà xuaát). Coát theùp cöùng coù khaû naêng thay cho daøn giaùo ñôõ vaùn khuoân. Beâ toâng coát cöùng ñöôïc öùng duïng roäng raõi ôû Myõ. Sang ñaàu theá kæ XX, BTCT trôû thaønh loaïi vaät lieäu chính trong xaây döïng caàu vaø lyù thuyeát tính toaùn keát caáu BTCT theo öùng suaát cho pheùp cuõng ñaõ chính thöùc ñöôïc coâng boá maø hieän nay nhieàu nôi vaãn coøn söû duïng. Thaäp kæ ñaàu tieân cuûa theá kæ XX nhieàu caàu heä daàm vaø khung coù söôøn ñöôïc xaây döïng treân ñöôøng oâtoâ coù nhòp ñaït 20 – 25m. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ca u du on g .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com Naêm 1908 ôû Nga ñaõ xuaát hieän Tieâu chuaån thieát keá keát caáu BTCT. Naêm 1911 xuaát baûn giaùo trình Caàu Beâtoâng coát theùp. Nhöõng taøi lieäu goùp phaàn thuùc ñaåy quaù trình aùp duïng BTCT trong xaây döïng caàu. Naêm 1935 ñaõ xaây döïng chieác caàu voøm söôøn cho 4 ñöôøng xe löûa nhòp 116m qua soâng Maxcova. Naêm 1937 xaây chieác caàu voøm BTCT coù thanh keùo treân ñöôøng oâtoâ ôû Saint-Peterbourg. Khoaûng giöõa 2 cuoäc chieán tranh theá giôùi thöù nhaát vaø thöù hai, caàu BTCT phaùt trieån maïnh ôû Phaùp, Ñöùc, Myõ vaø caùc nöôùc Chaâu AÂu. ÔÛ Phaùp thôøi kyø naøy ñaõ xaây döïng thaønh coâng chieác caàu voøm ba nhòp ñöôøng xe chaïy treân, moãi nhòp 186m ôû Brest, caàu Stockhon nhòp 181m vaø caàu qua soâng Es-la ôû Taây Ban Nha nhòp tôùi 205m. Ngoaøi caùc caàu voøm daïng coå ñieån ñöôøng xe chaïy treân theo kieåu caàu voøm ñaù cuõng ñaõ xuaát hieän caàu voøm ñöôøng xe chaïy döôùi vaø ôû Phaùp ñaõ xuaát hieän caàu voøm ñöôøng xe chaïy giöõa qua soâng Sen nhòp tôùi 161m. ÔÛ Phaùp thôøi kyø naøy cuõng ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu thaønh töïu veà keát caáu daàm. Chieác caàu daàm haãng tieát dieän hoäp nhòp 78m ñaõ ñöôïc xaây döïng thaønh coâng qua soâng Sen ôû Vin-nhep vaø caàu daïng daøn haãng ôû I-vre nhòp 134m. Naêm 1920 Freysinet, moät chuyeân gia ngöôøi Phaùp saùng cheá ra beâtoâng döï öùng löïc. Töø ñoù vaø ñaëc bieät sau ñaïi chieán theá giôùi laàn 2, caàu beâtoâng döï öùng löïc phaùt trieån maïnh meõ ôû caùc nöôùc Phaùp, Ñöùc vaø caùc nöôùc chòu aûnh höôûng cuûa chieán tranh. Do nhu caàu khoâi phuïc giao thoâng sau chieán tranh, do söï aùp duïng roäng raõi beâtoâng döï öùng löïc vaøo heä daàm vaø khung vaø do tình hình kinh teá cuûa caùc nöôùc khaùc nhau neân phöông höôùng phaùt trieån caàu BTCT cuõng mang maøu saéc khaùc nhau ÔÛ Lieân Xoâ cuõ vaø caùc nöôùc trong phe XHCN (trong ñoù coù Vieät Nam), caàu BTCT nhòp nhoû vaø vöøa chuû yeáu phaùt trieån theo höôùng aùp duïng keát caáu laép gheùp toaøn phaàn, thöïc hieän coâng nghieäp hoaù cheá taïo, cô giôùi hoaù thi coâng, cöïc tieåu hoaù khích thöôùc tieát dieän, toái öu hoaù keát caáu. Veà maët thi coâng, giaûm ñeán toái thieåu caùc moái öôùt ñoå beâ toâng taïi hieän tröôøng, thöïc hieän caùch phaân khoái nhoû, giaûm thieåu kích thöôùc vaø troïng löôïng caùc khoái vaän chuyeån vaø caåu laép. Haàu heát caùc caàu baûn, caàu daàm treân ñöôøng oâtoâ nhòp döôùi 40m ñeàu ñöôïc xaây döïng theo moâ hình naøy. ÔÛ phöông Taây vaø Myõ, ñaëc bieät ôû Phaùp vaø Ñöùc keát caáu ñuùc taïi choã ñöôïc öa duøng hôn, keát caáu laép gheùp chæ ñöôïc thöïc hieän döôùi daïng lieân hôïp, trong ñoù daàm ñöôïc laép gheùp ñeå laøm ñaø giaùo ñôõ vaùn khuoân ñuùc taïi choã baûn maët caàu. Cuøng vôùi vieäc aùp duïng BTCT vaøo xaây döïng haøng loaït caùc caàu nhoû treân ñöôøng oâtoâ vaø ñöôøng saét, caùc caàu nhòp lôùn baèng BTCT vaø beâ toâng döï öùng löïc cuõng ñöôïc nghieân cöùu aùp duïng. Caàu voøm beâ toâng coát theùp ñöôïc nghieân cöùu döôùi daïng voøm söôøn hay voøm baûnñaëc.Ví duï veà caàu voøm söôøn xaây döïng vaøo thôøi sau chieán tranh coù theå keå nhö sau:caàu voøm nhieàu nhòp ôû Nga(hình1.6),caàu voøm nhòp 224m qua soâng Ñô-Nhieùp( 1952),caàu voøm qua soâng An-geû-man ôû Bæ nhòp 260m(1943) Vaøo thôøi kì naøy ôû caùc nöôùc phöông taây caàu voøm beâtoâng coát theùp cuõng giaûm kích thöôùc vaø taûi troïng baûn thaân,nhaèm ñaït caùc nhòp lôùn hôn.Theo thieát keá cuûa Freyssinet ôû Phapd vaø Chaâu Aâu ñaõ xay döïng caàu voøm coù nhòp tôùi 150 m.Hình1.7. Theå hieän moät caàu loaïi naøy,caàu coù nhòp 150m ñöôïc xay döïng qua soâng Vtalva ôû coäng hoøa Seùc. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com on g .e Cuoái theá kyû XX khi beâ toâng döï öùng luïc trôû thanhd vaät lieäu chinbhs trong xaây döïng caàu. Cuøng vôeùi söï tieán boä cuûa cô hoïc,cuûa lí thuyeát phaàn töû höõu haïn,söï phaùt trieån cuûa maùy tính ñieän töû,suï phaùt trieån cuûa caùc phöông phaùp thi coâng moùng saâu,moùng coïc,moùng coïc ñöôøng kính lôùn,caùc keát caáu tónh ñònh giaûm daàn,thay baêaøng caùc keát caáu khoâng gian,nhieàu tieáp ñaùt.Nhieàu keát caáu môùi ñöôïc phaùt minh,nhieà coâng ngheä thi coâng môùi ñöôïc aùp duïng,keát caáu laép gheùp,baùn laép gheùp,vaø ñoå toaøn khoái,thi coâng ñaåy,thi coâng haãng ñeàu ñoàng loaït phaùt trieån vaø ñaït ñöôïc nhieàu thaøn h töïu to lôùn maø chuùng ta coù theå toùm taét theo maáy höôùng chính nhö sau: -Ñoái vôùi caàu nhoû vaø vöøu (döôùi 50 m):Tieáp tuïc hoøn thieä heä daàm,laép gheùp baùn laép gheùp,ñoå toaøn khoái,thöïc hieän caùc heä lieân tuïc baùn lien tuïc,lien tuïc nhieät khung,giaûm thieåu moái noái vaø khe co giaõn,naâng coa phaåm chaát khai thaùc,giaûm ca u du toái ña coâng taùc baûo quaûn .söûa chöõa.Trieät ñeå söû duïng keát caáu toaøn khoái,baûn coù loã vaøo caàu cong,caùc nuùt gaio thoâng trong thaønh phoá. Ñieån hình cho vieäc laép ñaët daàm beâtoâng coát theùp laép gheùp laø vieä aùp duïng roäng raõi giaù laép ba chaân.(hình 1.8) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com -Ñoái vôùi caàu caïn,caàu vöôït ,caàu trong caùc nuùt giao,caàu cong,vaán ñeà thaåm myõ caàu ñaõ trôû thaønh nhu caàu thieát keá.Hình 1.9 theå hieän nuùt giao thoâng ñaàu caøu Oma ôû thaønh phoá Gorki thuoäc Lieân Xoâ cuõ vaø hình1.10 laø caùc daïng truï caàu caïn trong thaønh phoá ñöôïc aùp duïng. du on g Hình 1.9 Nuùt ñaàu caàu ôû thaønh phoá Gorki ca u -Ñoái vôùi caùc nhòp lôùn thì thöôøng aùp duïngdaàm vaø khung lieân tuïc tieát dieän ngang daïng hoäp,keát caáu giaøn vôùi coâng ngheä thi coâng haãng(laép haãng,ñuùc haãng),coâng ngheä ñaåy vaø ñuùc treân ñaø giaùo treo.Vôùi keát caáu vaø coâng ngheä thi coâng nhuû treân,caàu beâtoâng duï öùng löïc ñaõ aùp duïng cho nhòp töø 50-250m Hình 1.11 giôùi thieäu chieác caàu caïn qua thung luõng Bu-a-vrôû¬ Phaùp thi coâng theo coâng ngheä ñaåy naêm 1970. Hình 1.12 giôùi thieäu chieác caàu daàm lieân tuïc tieát dieän hoäp thicoâng haãng,nhòp chính 260m qua soâng Brisbane ôû Australia,xaây döïng naêm 1986. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com on g Hình 1.11. Sô ñoà caàu thi coâng theo phöông phaùp ñaåy ca u du Cuõng vôùi keát caáu daàm ñaëc tieát dieän hoäp,ôû Nga vaø Phaùp ñaõ phaùt trieån keát caáu giaøn roãng lieân tuïc.Treân hình 1.13alaø moät ví duï veà caàu loaïi naøy.Caàu ñöôïc xaây döïng treân soâng Vonga,coù sô ñoà nhòp [106+(3x166)+106] m vaø phaøn caàu daãn goàm 28 nhòp daàm beâ toâng döï öùng löïc nhòp 70 m.Hình 1.3b hteå hieän sô ñoà laép raùp ñoaïn giöõa nhòp baèng phao noåi. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ca u du on g .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com ca u du on g .e Hình 1.15 Caàu daây vaêng daàm cöùng baèng beâ toâng döï öùng löïc qua soâng Main ôû Ñöùc (1971) Ngoaøi caùc heä daàm khung,voøm,caùc heä lieân hôïp treo cuõng ñöôïc nghieân cöùu aùp duïng,chieác caàu daây vaâöng coù daøm cöùng beâ toâng coát theùp ñöôïc xay döïng ñaàu tieân naêm 1925 qua soâng Tem-Bun ôû Taây Ban Nha theo sô ñoà (20,1+60,3+20,1) m.Sau ñoù vaøo khoaûng nhöõng naêm 60 cuûa theá kyû XX,do aûnh höôûng cuûa caùc caàu daây vaêng ñöôïc xaây döïng ôû Ñöùc,daâmg cöùng beâtoâng coát theùp ñaõ ñöôïc aùp duïng ñeå tham gia chòu neùn \.Caàu daây vaêng haàu nhö ñaõ thieát keá thay theá cho caàu gaøin theùp treân ñöôøng oâtoâ.Haøng loaït caàu daây vaêng hieän ñaïi daàm cöùng beâ toâng coát theùp ñaõ ñöôïc xaây döïngNamö 1962 xaây döïng caàu Ma-ra-cai-boâ oæ­ Veâneâdueâla coù nhòp 235 m(hình 1.14) .Naêm 1971 xaây döïng caàu qua soâng Mian ôû Ñöùc coù nhòp chính 300m (hình 1.15)Caøu Brotone (Phaùp) 1977,nhòp 320m moät maët phaúng daây ,daàm chuû baèng bbeâtoâng coát theùp döï öùng löïc tieát dieän hoäp thi coâng theo phöông phaùp laép haãng;naêm 11991 caàu Scarsundet,ôû Nauy,nhòp chính 530 m,daøm cöùng beâ toâng döï öùng löïc tieát dieân hoäp.Hieä nay nöôùc ta ñang xaây döïng caàu baõi chaùy ôû Quaûng Ninh nhòp chính 435m,seõ laø kyû luïc veà chieøu daøi nhòpcaøu daây vaêng moät maët phaúng daây coù daàm cöùng beâ toâng coât theùp. Hình 1.16 Ngoaøi caàu daây vaêng thuaàn tuùy caùc nhaø thieát keá coøn aùp duïng daøm cöùng vaøo daàm treo,caàu beâ toâng coát theùp döï öùng löïc coù coât theùp ngaoøi,naâng cao treân thaùp (Extradose). Ôû Vieät nam caàu beâtoâng coát theùp daã baét ñaâu ñöôïc öùng duïng töø thôøi Phaùp thuoäc döôùi daïng caùc caøu nhoû (döôùi 15m)khoå heïp (4m) ,taûi troïng nhoû,heä tónh ñònh daïng muùt thöøa chuû yeáu ôû ñoàng baèng soâng cöûu long.Moät soá caàu lôùn ñöôïc xaây döïng döôùi daïng giaøn voømn nhòp 30m (caàu Taâb Thuaân).Caùc caàu naøy hieän nay khoâng ñuû khaû naêng chòu maät ñoä vaø taûi troïng hieän ñaïi neân ñaõ vaø ñang ñöôïc thay theá. Trong thôøi kìu chieán tranh,ôû khu vöïc mieàn nam daã aùp duuïng haøng loaït caùc caây caàu beâ toâng coát theùp ñöùc saün treân ñöôøng oâtoâ döôùi ba daïng keát caáu: -Daàm beâ toâng coât theùp döï öùng löïc ñöùc saün daïng buïng ù nhòp 12.5 ;15 m;18.6m -Daàm beâ toâng döï öùng löïc nhòp 25.4 m coù coát theùp caêng ngang. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ca u du on g .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com Ñaëc ñieåm cuûa caùc loaïi caàu naøy laø caàu phan thaønh nhieàu khoái,chieàu cao thaáp,troïng löôïng nhoû,vaän chuyeån vaø laép raùp nhanh vaø ñôn giaûn nhöng moái noái caùp caêng ngang nhanh bò ñöùt vaø laøm suy yeáu caàu. -Loaïi thöù ba laø keát caáu daàm beâtoâng döï öùng löïc tieát dieän I baùn laép gheùp nhòp 25.4 mvaø 33m.Rieâng loaïi daàm I 33m ñöôïc xaây döïng sau khi ñaát nöôùc ñöôïc hoaøn toaøn giaû phoùng(naêm 1975). Ôû mieàn baéc caàu beâ toâng coát theùp vaø beâ toâng döï öùng löïc thöïc söï ñöôïc phaùt trieån sau khgaùng chieùn choáng phaùp.Chieác caàu beâ toâng döï öùng löïc ñöôïc xaây döïng ñaàu tieân taïi Phuû loã naêm 1962.Haøng loaït caøu beâ toâng coát theùp ñuùc saün nhòp 24-25m,caùc caâud beâ toâng döï öùng löïc nhòp 33-42 mñöôïc xaây döïng treân haàu heát caùc tuyeán ñöôøng oâtoâ.Ñaëc ñieåm cuûa caùc caâut hôøi kì naøymang aûnh höôûng roõ reät cua tröôøng phaí Nga:caùc caàu daàm coù tieát Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ca u du on g .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com on g .e du .vn dieän T ñuùc saün toaøn phaàn ,moái noái khoâ haøn taïi daàm ngang,hoaëc moái noái öôùt taïi baûn maët caàu,keát caáu maûnh,khoâng daàm ngang. Ñeå thuaän tieän cho vieäc vaän chuyeån ñaõ aùp duïng phöông phaùp phaân khoái doïc vaø ngang.Ñaõ aùp aùp duïng tieát dieän hoäp vaøo keát caáu khung daøm nhòp töø 60-70 mnhö caøu Raøo,caøu Nieäm ,caàu An Döông…Ñaëc ñieåm caûu caùc keát caâu naøy laø ñeàu laø heä tónh ñònh. Caàu beâ toâng coát thep ôû nöôùc ta chæ thöïc söï phaùt trieån sau khi nöôc ta thöïc hieän chính saùch môû cöûa,hoøa nhaäo vaøo thaäp nieân cuoái cuøng cuûa theá kæ XX ñaàu XXI Sau chính saùch môû cöûa quan ñieåm thieát keá chuyeån theo höôùng môùi: -Ñaët muïc tieâu chaát löôïng khai thaác,chaát löôïng vaø an toaøn coâng trình leân haøng ñaàu thay cho toái öu kinh teá. -Naâng cao ñoä tin caïy coâng trình baèng caùc heä sieâu tónh nhieàu ñöôøng tieáp ñaát. - Aùp duïng caùc keát caáud môùi vaø coâng ngheä thi coâng thich hôïp (hinh veõ) Theo quan ñieåm treân,caàu caøu beâ toâng coát theùp ñaõ ñöôïc xaây döïng haøng laïot theo caùc höôùng sau: a/Ñoái vôùi caùc caàu nhoû vaø trung (nhòp döôùi 40 m):keát caáu laép gheùp tieát dieän T cho caùc nhoïp döôùi 40 m tieáp tuïc ñöôïc aùp duïng;caùc keát caáu baùn laéap gheùp tieát dieân I duøng cho caùc nhòp 20-30 m,ñeå söû duïng roâng raõi hôn;aùp dunbgj caùc keát caáu lien tuïc nhieät,baùn lien tuïc vaø lieân tuïc ñeå naâng cao chaát löôïng khai thaùc;giaûm coâng duy tu baûo quaûn.Baét ñaàu aùp duïng caùc caàu cong,caàu baûn,caøu daàm hoäp trong caùc caàu vöôït caùc nuùt giao.Treân hình 1.17 giôùi thieäu moät caàu daàm baùn laép gheùp thieát Iaùp duïng treân quoác loä I b/Ñoái vôùi caùc nhòp lôùn (60-130) mñaõ duøng keát caùu daàm, khung lieân tuïc beâ toâng döïï öùng löïc tieát dieân hoäp thi coâng haãng hoaëc ñaåy.Ñieån hình cho caùc loaïi caàu naøy coù theå keå caàu Phuù Löông,caøu Gianh,Caàu Hieàn Löông,caàu Phuø Ñoång,caàu Phaû Laïi,caàu Taân Ñeä… c/Caùc caàu ñaëc bieät lôùn coù theå keå : caàu Myõ Thuaän (Vónh Long )laø caàu daây vaêng daàm cöùn g beâ toâng coât theùp coù nhòp chính 350 m(hình 1.19) caàu Kieàn ôû haûi Phoøng(nhòp 200 m)vaø hieän ñang xaây döïng caàu baõi Chaïy nhòp chính daøi 435 m. 1.3.PHÖÔNG HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN CAÀU BTCT ca u du Trong caùc coâng trình giao thoâng treân ñöôøng oâtoâ thì caàu thuoäc loaïi coâng trình phöùc taïp nhaát vì coù theå söû duïng nhieàu phöông aùn keát caáu, nhieàu loaïi vaät lieäu, nhieàu coâng ngheä xaây döïng khaùc nhau do ñoù caàn luoân luoân xen xeùt nghieân cöùu ñöa khoa hoïc kyõ thuaät giaûi quyeát caùc vaán ñeà thöïc tieãn trong nghaønh ñaët ra. Nghieân cöùu söï hình thaønh vaø phaùt trieån caàu BTCT trong nhöõng naêm gaàn ñaây noåi baät maáy höôùng phaùt trieån sau: Höôùng phaùt trieån thöù nhaát nhaèm naâng cao chaát löôïng vaät lieäu (BTCT). Hieän nay ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc caùc loaïi BT coù cöôøng ñoä vaø phaåm chaát cao, cöôøng ñoä chòu neùn coù theå ñaït 200 MPa, coù tính chaét ñaëc choáng thaám, caùc loaïi beâtoâng Polime, beâtoâng coát sôïi coù cöôøng ñoä chòu keùo cao. Veà maët coát theùp, hieän nay ñoái vôùi coát theùp meàm (coù cöôøng ñoä chaûy 400 MPa) duøng cho BTCT, vaán ñeà chuû yeáu laø choáng aên moøn. Coù theå neâu moät soá bieän phaùp choáng aên moøn coát theùp hieän nay: -Taïo lôùp phuû maët ngoaøi coát theùp. Caùc lôùp phuû coù theå laø maï keõm, phuû epoácxy. Hieän nay Myõ ñaõ ñöa vaøo söû duïng roäng raõi caùc loaïi coát theùp phuû eâpoácxy. -Duøng theùp khoâng gæ. Vaán ñeà cheá taïo theùp khoâng gæ ñaõ ñöôïc nöôùc Myõ cheá taïo thaønh coâng vaø ñaõ ñöôïc cho pheùp söû duïng vaøo caàu theùp khoâng sôn trong moät soá moâi tröôøng nhaát ñònh. Theùp khoâng gæ ñang tieáp tuïc ñöôïc nghieân cöùu hoaøn thieän. Aùp duïng beâtoâng vaø coát theùp phaåm chaát cao (cöôøng ñoä vaø tính choáng thaám cao) laøm giaûm kích thöôùc tieát dieän ngang, giaûm chieàu daøy lôùp baûo veä, giaûm troïng löôïng baûn thaân keát caáu, taêng chieàu daøi nhòp, giaûm chi phí baûo quaûn söûa chöõa, taêng tuoåi thoï coâng trình. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) du on g .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com Trong luùc coâng ngheä cheá taïo beâtoâng phaåm chaát cao chöa ñöôïc phoå bieán roäng raõi vaø caùc tieâu chuaån kyõ thuaät chöa hoaøn thaønh, vôùi caùc vaät lieäu thoâng thöôøng (beâtoâng caáp 28-70 MPa, cuøng vôùi coát theùp khoaûng 1800 MPa) thì vieäc aùp duïng BT DÖL laø bieän phaùp hieäu quaû veà söû duïng theùp cöôøng ñoä cao, choáng nöùt, naâng cao phaåm chaát coâng trình vaø vöôn daøi nhòp. Aùp duïng keát caáu BTCT DÖL thöïc chaát laøduøng coát theùp cöôøng ñoä cao ñeå bieán beâtoâng töø moät vaät lieäu chæ chòu ñöôïc neùn trôû thaønh vaät lieäu coù khaû naêng chòu keùo vaø neùn ñeàu toát. Vaäy BT DÖL laø söï can thieäp cuûa con ngöôøi vaøo vieäc phaân boá noäi löïc troïng heä maø ta thöôøng goïi laø “ñieàu chænh noäi löïc”. Khi xaùc ñònh kích thöôùc tieát dieän cuûa keát caáu BT DÖL, baèng bieän phaùp thay ñoåi ñoä leäch taâm cuûa boù caùp thì coù theå khoâng caàn xeùt ñeán moâmen do taûi troïng baûn thaân, hay coøn noùi “trong BT DÖL tónh taûi ñöôïc cho khoâng”. Ví duï, sau khi dung noäi löïc do hoaït taûi, vôùi tieát dieän ñaõ choïn ta xaùc ñònh ñöôïc löïc caêng caàn thieát trong boù coát theùp laø Pp’ ñeå chòu theâm tính taûi ta chæ caàn boá trí them ñoä leäch taâm e vôùi ñoä lôùn e= Mt/Pp. Ñeå boá trí boù caùp vôùi ñoä leäch taâm e hoaøn toaøn laø bieän phaps khoâng toán keùm. Cuøng vôùi beâ toâng döï öùng löïc, naèm trong muïc tieâu chung cuûa ngaønh xaây döïng caàu hieän ñaïi laø naâng cao phaåm chaát khai thaùc, baûo ñaûm an toaøn giao thong treân caàu, chuù troïng tính thaåm myõ, lien hôïp veà keát caáu, lien hieäp veà vaät lieäu, coù chæ tieâu kinh teá kyõ thaät toát, vöôn nhòp daøi tieáp tuïc ñöôïc nghieân cöùu aùp duïng. Ví duï keát caáu lien hôïp daàm vaø daây trong caàu treo, caàu daây vaêng, nhöõng naêm gaàn ñaây ñöôïc phoå caäp roäng raõi vaø ñaõ haàu nhö hoaøn toaøn thay theá cho caàu giaøn theùp treân ñöôøng oâ toâ. Caùc keát caáu lien hôïp thöôøng laø heä sieâu tónh nhieàu baäc, taïo ñoä döõ tröõ an toaøn khi chòu taûi, taïo khaû naêng ñieàu chænh theo höôùng toái öu hoaù noäi löïc. Nguyeân taéc trong heä treo, moâ men jtrong daàm cöùng ñöôïc trieät tieâu, cuõng hieän thöïc trong caàu daây vaêng. Veà maët tieát dieän, chuù troïng aùp duïng caùc keát caáu khoâng gian, ñôn giaûn veà cheá taïo, hoaøn thieän veà chòu löïc. Moät trong caùc tieát dieän hieän ñaïi ñaùp öùng ñöôïc caùc phaåm chaát treân laø caùc tieát dieän hoäp. Tieát dieän hoäp laø tieát dieän chòu neùn uoán, xoaén ñeàu toát. Khaû naêng chòu löïc cuûa tieát dieän chòu uoán ñöôïc ñaëc tröng baèng heä soá phaåm chaát  =I/Av1v2 , trong ñoù I- moâ men quaùn tính, A- dieän tích tieát dieän vaø v1 v1 – khoaûng caùch töø troïng taân tieát dieän ñeán thôù chòu keùo vaø neùn xa nhaát. Tröôøng hôïp lyù töôûng  =1,0, ñoái vôùi tieát dieän chöõ nhaät  =0,33, tieát dieän hoäp  =0,6. Phöông höôùng cuoái cuøng trong söï nghieäp phaùt trieån caàu noùi chung vaø caàu BTCT noùi rieâng laø nghieân cöùu caùc coâng ngheä thi coâng thích hôïp. Söï phaùt trieån caàu BTCT gaén lieàn vôùi söï phaùt trieån coâng ngheä thi coâng caàu treân theá giôùi. Caùc phöông phaùp thi coâng beâtoâng taïi choã treân ñaø giaùo coá ñònh, daøn giaùo treo, caùc phöông phaùp thi coâng phaân ñoaïn nhö laép haãng, ñuùc haãng, ñuùc ñaåy ñaõ laàn löôït hình thaønh vaø goùp phaàn thöïc thi caùc keát caáu môùi ngaøy caøng hieän ñaïi hôn. 1.4.VAÄT LIEÄU XAÂY DÖÏNG CAÀU BEÂTOÂNG COÁT THEÙP : 1.4.1.Bêeâtoâng töôi ca u Beâtoâng laø moät loaïi ñaù nhaân taïo, laø hoãn hôïp cuûa nhieàu phaàn töû nhoû gaén keát vôùi nhau baèng vöõa ximaêng maø sau naøy seõ ñoâng cöùng vaø coù hình daïng theo khuoân ñuùc. Tyû leä cuûa coát lieäu lôùn, nhoû, ximaêng Pooclaêng vaø nöôùc trong hoãn hôïp aûnh tôùi tính chaát cuûa beâ toâng ñoâng cöùng. Caáp phoái ñeå xaùc ñònh caùc thaønh phaàn haït coù theå tìm trong caùc taøi lieäu veà vaät lieäu xaây döïng. Thoâng thöôøng ngöôøi kyõ sö caàn choïn caáp phoái cuaê beâ toâng theo moät loaït caùc caáp phoái ñònh tröôùc, treân cô sôû cuûa cöôøng ñoä chòu neùn sau 28 ngaøy fc’. Tieâu chuaån ñieån hình cho caùc caáp khaùc nhau cuûa beâ toâng trình baøy trong baûng 1.1. - Beâ toâng loaïi A thöôøng dung cho moïi keát caáu, ñaëc bieät beâ toâng trong nöôùc maën. - Beâ toâng loaïi B thöôøng dung cho moùng, beä coät, moá truï naëng vaø caùc töôøng troïng löïc. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Loaïi beâ toâng A Löôïng XM toái thieåu (kg/m3) 326 Tæ leä N/X lôùn nhaát (kg/kg) 0,94 326 0,45 B 307 0,58 B(AE) 307 0,55 C 390 390 0,45 P 334 0,49 6  1,5 334 Cöôøng ñoä chòu neùn 28 ngaøy (MPa) 28 25-4.75 28 50-25 17 25-4,75 17 12,5-4,75 28 7  1,5 12,5-4,75 28 Quy ñònh rieâng Quy ñònh trong hoà sô thaàu 25-4,75 hoaëc194,75 Quy ñònh rieâng 5  1,5 on g Beâ toâng nheï Kích thöôùc haït 25-4,75 0,49 C(AE) Löôïng khoâng khí (%) .e A(AE) du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com - Beâ toâng loaïi C dung cho caùc tieát dieän coù chieàu daøy nhoû hôn 100 mm, nhö lan can baèng beâ toâng coát theùp, vaø ñeå laép ñaày saøn löôùi theùp. - Beâ toâng loaïi P duøng khi cöôøng ñoä yeâu caàu lôùn hôn 28 MPa. Ñoái vôùi beâ toâng döï öùng löïc, caàn haïn cheá kích thöôùt coát lieäu danh ñònh döôùi 20 mm. Tyû leä caáp phoái vaø aûnh höôûng cuûa chuùng ñeán chaát löôïng beâ toâng coù theå tham khaûo baûng 1.1. Baûng 1.1. Caáp phoái – Tính chaát theo loaïi ca u du AASHTO LRFD Baûng C5.4.2.1.1 Beâ toâng boït (AE) naâng cao ñoä beàn vöõng khi chòu laïnh. Beâ toâng boït ñöôïc cheá taïo baèng caùch theâm vaøo hoãn hôïp moät phuï gia deûo ñeå taïo ra söï phaân boá ñeàu caùc loã roãng raát nhoû. Söï phaân boá ñeàu caùc loã roãng nhoû naøy trong beâ toâng traùnh hình thaønh caùc loã roãng lôùn vaø caét ñöùc ñöôøng mao daãn töø maët ngoaøi vaøo coát theùp. Tyû leä nöôùc treân xi maêng (N/X)theo troïng löôïng vaø haøm tham soá quan troïng nhaát aûnh höôûng ñeán cöôøng ñoä beâ toâng.. Tæ leä N/X caøng gaàn möùc toái thieåu, cöôøng ñoä caøng taêng. Roõ raøng laø naâng cao haøm löôïng xi maêng seõ naêng cao cöôøng ñoä vôùi moät löôïng nöôùc nhaát ñònh trong hoãn hôïp. Moãi loaïi beâ toâng ñeàu coù quy ñònh löôïng xi maêng toái thieåu theo kg/m3. Taêng löôïng xi maêng treân möùc toái thieåu coù theå taêng löôïng nöôùc vaø vaãn giöõ nguyeân tæ leä N/X. Vieäc taêng löôïng nöôùc coù theå khoâng toát vì löôïng nöôùc thöøa, khoâng caàn cho phaûn öùng hoùa hoïc vôùi xi maêng vaø laøm öôùt beà maët coát lieäu, taát nhieân seõ boác hôi gaây hieän töôïng co ngoùt vaø laøm beâ toâng keùm ñaëc. Vì vaäy AASHTO  A5.4.2.1 * cho döôùi haïn treân laø 475 kg/m3vôùi tæ leä N/X chuaån ñeå haïn cheá löôïng nöôùc trong hoãn hôïp. Ñeå coù ñöôïc beâ toâng toát, töùc laø cöôøng ñoä cao vaø chaéc ñaëc, caàn haïn cheá löôïng nöôùc, ngöôïc laïi nöôùc laøm cho beâ toâng deã gia coâng, ñaëc bieät laø deã ñuùc trong khuoân, coù theå taêng tính deã gia coâng cuûa beâ toâng, khoâng caàn taêng nöôùc baèng caùch theâm caùc chaát phuï da deûo. Tuy nhieân khi duøng phuï gia caàn Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com thaän troïng vì coù theå coù caùc taùc duïng phuï khoâng mong muoán nhö ñoâng cöùng nhanh. Vì vaäy tröôùc khi söû duïng caàn laøm thí nghieäm ñeå ñaûm baûo chaát löôïng cuûa beâ toâng öôùt laãn beâ toâng ñoâng cöùng. ca u du on g .e du .vn Trong vaøi naêm gaàn ñaây ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc beâ toâng cöôøng ñoä raát cao, co cöôøng ñoä chòu neùn tôùi 200MPa. Maáu choát cuûa vieäc ñaït cöôøng ñoä cao naøy, cuõng nhö ñoä chaéc ñaëc laø ñaûm baûo caáp phoái toát nhaát, sao cho taát caû caùc loã roãng ñöôïc laáp ñaày baèng caùc haït mòn ñeán khi khoâng coøn loã roãng nöõa. Tröôùc ñaây ngöôøi ta chi chuù yù ñeán caáp phoái toát nhaát cuûa ñaù vaø caùc coát lieäu nhoû sao cho khoaûng caùch giöõa caù haït lôùn ñöôïc cheøn baèng ñaù nhoû hôn, roài ñeán löôït khe hôû giöõa caùc ñaù nhoû laïi ñöôïc cheøn baèng coát lieäu nhoû hôn nhö caùt chaúng haïn. Vieäc laáp ñaày khe hôû giöõa caùc haït nhoû coù theå laø caùc haït ximaêng pooclaêng, maø sau naøy phaûn öùng vôùi nöôùc taïo löïc dính vaø gaén keát thaønh khoái. Trong beâ toâng cöôøng ñoä cao vaø raát cao, ngöôøi ta coøn tieán theâm moät böôùc nöõa laø cheøn theâm vaøo khe hôû giöõa caùc haït ximaêng pooclaêng. Caùc loaïi vaät lieäu mòn ñeå cheøn naøy coù theå laø ñaát puzolan haït nhoû, cho bay, haït muoäi silic. Chuùng coù theå thay theá moät phaàn cho ximaêng pooclaêng vaø vaãn giöõ löôïng ximaêng toái thieåu vaø vaãn giöõ nguyeân tæ leä N/X. 1.4.2.Tính chaát cuûa beâ toâng khoâ cöùng Cöôøng ñoä chòu neùn 28 ngaøy fc’ laø tham soá ñaàu tieân aûnh höôûng ñeán moät loaït caùc tính chaát khaùc cuûa beâ toâng khoâ cöùng nhö cöôøng ñoä chòu keùo, cöôøng ñoä chòu caét vaø moâdun ñaøn hoài. Cöôøng ñoä chòu neùn fc’ laø cöôøng ñoä cuûa moät maãu chuaån hình truï ñöôøng kính 150 mm, cao 300 mm ñaët leân maùy neùn vaø chaát taûi ñeán phaù hoaïi. Caàn löu yù raèng ñaây laø thí nghieäm chòu neùn khoâng kìm cheá. Khi naèm trong coät hoaëc daàm coù coát theùp doïc, giaèng vaø ñai, thì beâ toâng ôû trong traïng thaùi chòu öùng suaát ba chieàu hoaëc bò kieàm cheá. Traïng thaùi bò kieàm cheá cuûa beâ toâng laøm taêng cöôøng ñoä chòu neùn vaø bieán daïng so vôùi khoâng kieàm cheá. Caàn quan taâm ñeán ñoä taêng tieâu hao naêng löôïng hoaëc ñoä deûo dai naøy khi nghieân cöùu cöôøng ñoä cuûa tieát dieän ngang baèng beâ toâng coát theùp. 1.4.2.1.Tính chaát töùc thôøi cuûa beâ toâng Caùc tính chaát cuûa beâ toâng xaùc ñònh theo thi thí nghieäm theå hieän caùc öùng xöû ngaén haïn khi chòu taûi vì caùc thí nghieäm naøy thöôøng ñöôïc hoaøn thaønh trong voøng moät phuùt, khaùc vôùi tröôøng hôïp taûi troïng taùc duïng leân coâng trình keùo daøi haøng thaùng thaäm chí haøng naêm.Caùc tính chaát töùc thôøi naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå ñaùnh giaù phaåm chaát cuûa beâ toâng vaø caùc öùng xöû khi chòu taûi troïng ngaén haïn nhö hoaït taûi chaúng haïn. Tuy nhieân caùc tính chaát naøy caàn thay ñoåi khi öùng xöû vôùi taûi troïng tónh thöôøng xuyeân nhö taûi troïng baûn thaân keát caáu, baûn maët caàu vaø lan can. 1.4.2.1.1.Cöôøng ñoä chòu neùn cuûa beâ toâng vaø caùc tính chaát a) Cöôøng ñoä chòu neùn AASHTO LRFD [A5.4.2.1] quy ñònh, ñoái vôùi coâng trình, cöôøng ñoä chòu neùn 28 ngaøy toái thieåu neân duøng 16Mpa vaø cöôøng ñoä lôùn nhaát laø 70Mpa tröø tröôøng hôïp tieán haønh theâm caùc thí ngieäm trong phoøng. Baûn maët caàu coù cöôøng ñoä chòu neùn ít nhaát 28 Mpa. Khi noùi veà tính chaát cuûa beâ toâng chòu neùn caàn phaân bieät giöõa 3 traïng thaùi öùng suaát: moät truïc 2 truïc vaø 3 truïc. Treân hình 1.20 bieåu dieãn 3 traïng thaùi öùng suaát naøy. Traïng thaùi öùng suaát moät truïc treân hình 1.20a ñaïi dieän cho thí ngieäm neùn chuaån khoâng kieàm cheá ñöôïc duøng ñeå xaùc dònh cöôøng ñoä chòu neùn 28 ngaøy cuûa beâ toâng. Traïng thaùi öùng suaát hai truïc treân hình 1.20b xuaát hieän trong vaùch daàm coù coát theùp khi chòu caét, uoán, vaø löïc doïc truïc. Traïng thaùi öùng suaát ba truïc treân hình 1.20c xuaát hieän trong loõi cuûa moät coät coù coát ñai xoaén oác chòu taûi troïng doïc. Tính chaát cuûa beâ toâng chòu neùn moät truïc(hình 1.20a) coù theå moâ taû baèng quan heä giöõa öùng suaát phaùp vaø bieán daïng. Quan heä cuûa beâ toâng coù cöôøng ñoä döôùi 40Mpa theå hieän baèng döôøng parabol nhö sau: Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com       2  ' f c  f c 2 c'    c'      c    c   (1.1)       1, 5 f c' (1.2) du Ec  0,043 c on g Trong ñoù: fc- öùng suaát chòu neùn öùng vôùi bieán daïng neùn laø c; f’c – öùng suaát lôùn nhaát khi thí ngieäm maãu hình tru; ’c- bieán daïng töông öùng vôùi f’c. Quan heä naøy theå hieän treân hình 1.21, quy öôùc daáu cuûa bieán daïng vaø öùng suaát neùn laø aâm. b) Moâ ñun ñaøn hoài Moâdun ñaøn hoài theo 22 TCN 272.01[A5.4.2.4] laø ñoä nghieâng cuûa ñöôøng thaúng tính töø goác toaï ñoä tôùi ñieåm treân ñöôøng cong öùng suaát bieán daïng taïi 0,4f’c. Moâdun caùt tuyeán naøy tính baèng megapascal(MPa) nhö trình baøy treân hình 1.21 vaø bieåu dieãn baèng bieåu thöùc: Trong ñoù: c- khoái löôïng ñôn vò cuûa beâ toâng theo kilogam treân meùt khoái(kG/m3) vaø f’c laø trò soá tuyeät ñoái cuûa cöôøng ñoä chòu neùn cuûa beâ toâng theo Mpa. Vôùi c= 2300kG/m3 vaø f’c= 28Mpa. Ec  0,0432300 1, 5 f c'  4800 28  25GPa ca u Khi beâ toâng ôû traïng thaùi öùng suaát hai truïc, bieán daïng phöông naøy aûnh höôûng tôùi tính chaát cuûa phöông khaùc. Ví duï toaï ñoä cuar ñöôøng cong öùng suaát bieán daïng cho neùn chính f2 trong vaùch cuûa daàm coù coát theùp ñai(hình 1.20b) giaûm khi öùng suaát chính vuoâng goùc vôùi noù, f1 chòu keùo. Hieän töôïng naøy ñöôïc theå hieän baèng caùch thay ñoåi phöông trình (1.1) nhö sau:   f 2  f 2 max 2 2 '  c     2   '     c     2   (1.3)   Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com Trong ñoù: f2- öùng suaáùt chính neùn töông öùng vôùi 2 vaø f2max laø öùng suaát lôùn nhaát ñaõ giaûm xaùc ñònh theo: f c' f 2 max   f c' (1.4) 0,8  170 1 on g .e Trong ñoù:1- bieán daïng keùo chính trung bình cuûa beâ toâng nöùt. Quan heä naøy theå hieän treân hình 1.22. Khi beâ toâng trong daàm hay coät bò kieàm cheá trong traïng thaùi öùng sut61 ba truïc bôûi coát ngang hoaëc ñai xoaén oác (hình 1.20c), coát theùp ngaên caûn bieán daïng ra ngoaøi maët phaúng laøm taêng öùng suaát ñænh vaø bieán daïng ñænh lôùn hôn trò soá khoâng kieàm cheá. Ñoái vôùi beâ toâng kieàm cheá chòu neùn, bieán daïng cöïc haïn taêng ñoät ngoät sau 0,003 laø trò soá thöôøng duøng cho beâ toâng khoâng kieàm cheá. Bieá n daïng naøy taêng nhanh ôû nhaùnh ñi xuoáng cuûa ñöôøng cong öùng suaát - bieán daïng taêng them tính deûo dai vaø beàn bæ cho phaân töû, taïo cô caáu tieâu thuï naêng löôïng maø khoâng gaây hö hoûng. Keát quaû laø tính kieàm cheá cuûa beâ toâng ñöôïc bao boïc trong coát ñai xoaén oác dai xoaén oác daøy ñöôïc duøng chuû yeáu cho caùc boä phaän coâng trình naèm trong vuøng ñoäng ñaát nhaèm tieâu hao naêng löôïng, cho pheùp coù caùc bieán caàn thieát ñeå giaûm taûi troïng ñoäng ñaát. ca u du c)Heä soá daõn nôû nhieät heä soá daõn nôû nhieät ñöôïc xaùc ñònh trong phoøng theo beâ toâng coù caáp phoái khaùc nhau. Khi thieáu caùc soá lieäu chính xaùc, heä soá giaõn nôû nhieät coù theå laáy nhö sau: beâ toâng coù tæ troïng thoâng thöôøng: 10,8x10-6/0C beâ toâng coù tæ troïng thaáp: 9x 10-6/0C d)Heä soá poisson khi thieáu caùc soá lieäu thí nghieäm, heä soá poisson coù theå laáy baèng 0,2. Ñoái vôùi caùc boä phaän cho pheùp nöùt, coù theå khoâng xeùt ñeán hieäu öùng nôû ngang. 1.4.2.1.2.Beâ toâng cöôøng ñoä cao Beâ toâng ñöôïc goïi laø cöôøng doä cao neáu cöôøng ñoä chòu neùn truï vöôït quaù 41,4Mpa. Ñoái vôùi beâ toâng coù cöôøng ñoä chòu neùn töø 42-84Mpa, bieåu thöùc cuûa modun ñaøn hoài coù daïng: 1, 5      Ec  3,32 f c'   c   (Mpa)(1.5)  2320      Trong ñoù: f’c-cöôøng ñoä chòu neùn cuûa beâ toâng,MPa. c – khoái löôïng ñôn vò, kG/m3 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) du on g .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com Hieän nay coù theå deã daøng ñaït ñöôïc cöôøng ñoä beâ toâng tôùi 140 Mpa baèng caùch söû duïng ñaù côõ nhoû(9,5mm) vaø xi maêng puzzolan coù theâm tro silic. Cöôøng ñoä treân coù theå ñaït ñöôïc ngay taïi hieän tröôøng vôùi söï kieàm tra chaát löôïng nghieâm ngaët vaø moâi tröôøng ñaûm baûo. Ñoái vôùi caùc cöôøng ñoä 138-206 Mpa caàn teâm caùc coát lieäu khaùc nhö maït theùp hoaëc sôïi cacbon. Tröôøng hôïp naøy caàn thí nghieäm caáp phoái ñeå deã ñuùc. Maãu ñeå thí nghieäm cöôøng ñoä chòu neùn cuûa beâ toâng cöôøng ñoä cao laø maãu hình truï ñöôøng kính 101,6mm cao 103,12mm. 1.4.2.1.3.Cöôøng ñoä chòu neùn cuûa beâ toâng kieàm cheá vaø caùc tính chaát Hình 1.23 theå hieän so soùnh giöõa ñöôøng cong ñieån hình giöõa beâ toâng kieàm cheá ñöôïc theå hieâïn baèng voû ngoaøi cuûa coát theùp ngang, noù bò phaù vôõ khi bieán daïng neùn töông ñoái thaáp. Beâ toâng kieàm cheá theå hieän öùng suaát ñænh f’cc cao hôn vaø bieán daïng töông öùng cc lôùn hôn cöôøng ñoä khoâng kieàm cheá f’co vaø bieán daïng khoâng kieàm cheá töông öùng co’ Moâ hình deå theå hieän cöôøng ñoä cuûa beâ toâng kieàm cheá töông töï nhö tieâu chuaån phaù hoaïi caét Coulomb ñoái vôùi ñaù: f’cc = f’c o+k1fr(1.6) Trong ñoù : f’cc - öùng suaát ñænh cuûa beâ toâng kieàm cheá; f’c o – cöôøng doä cuûa beâ toâng khoâng kieàm cheá k1 – heä soá phuï thuoäc vaøo caá phoái cuûa beâ toâng vaø aùp löïc ngang fr - aùp löïc kieàm cheá ngang Töø thí nghieäm, ngöôøi ta ñaõ xaùc ñònh trò soá trung bình cuûa k1 = 4 vaø ñeà nghò coù theå duøng trò soá thaáp k1 =3 cho beâ toâng kieàm cheá coù cöôøng ñoä thaáp hôn 120Mpa. Richart (1928) cuõng kieán nghò moät quan heä ñôn giaûn giöõa bieán daïng cc töông öùng vôùi f’cc nhö sau:  f   c   co 1  k 2 r  (1.7)  f co    ca u Trong ñoù : cc – bieán daïng töông öùng vôùi f’cc; k2 =5. Cuõng vaäy, f’cc thöôøng laáy baèng 0,85f’c ñeå xeùt ñeán cöôøng ñoä thaáp hôn cuûa beâ toâng trong coät so vôùi cöôøng ñoä trong laêng truï kieåm tra. Baây giôø caàn xaùc ñònh aùp löc ngang kieàm cheá fr trong phöông trình (1.6) vaø (1.7) giaùn tieáp do coát theùp ngang gaây ra . Mander (1988) ñaõ tìm ñöôïc bieåu thöùc cuûa aùp löïc ngang coù hieäu f’r cho caû tröôøng hôïp coát ñai troøn vaø ñai chöõ nhaät . Ñaõ xem xeùt ñeán khoaûng caùch, cuûa coát theùp doïc quanh loõi. Coù theå duøng f’cc treân dieän tích loõi beâ toâng Acc ñöôïc bao theo troïng taâm coá ñai troøn. Tuy nhieân khoâng phaûi toaøn boä dieän tích naøy bò kieàm cheá, do ñoù phaûi hieäu chænh fr baèng heä soá kieàm cheá kc ñeå ñöôïc aùp löïc ngang kieàm cheá coù hieäu : f’r = kcfr Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com trong ñoù : kc = Ac/Acc trong ñoù :Ac – dieän tích coù hieäu cuûa beâ toâng kieàm cheá. Acc = Ac - Ast = Ac(1-pcc) trong ñoù :Ac – dieän tích loõi boïc bôûi tim coá ñai voøng troøn ; Ast – toång dòen tích coá theùp doïc vaø : Pcc = Ast/Ac Ví duï 1.1 Xaùc ñònh heä soá kieàm cheá coù hieäu kc cho 1 coät troøn coù ñai xoaén oác ñöôøng kính d s giöõa tim coát ñai. Neáu hieäu öùng voøm giöõa ñai xoaén oác vôùi khoaûng caùch tónh ñöùng s’ coù ñoä loõm s’/4 (hình 1.24). Dieän tích ñoaïn giöõa caùc coát ñai Ac coù trò soá nhoû nhaát khi ñöôøng kính ds – s’/4 nghóa laø : 2 2 2    2 s'   2 s'   s '  s'     d s 2 1    Ac   d s    d s 1    4d    4 4 4 4  2d s  4 d s   s     Boû qua caùc soá haïng baäc cao , nhoû hôn 1 ta ñöôïc :  2 s'  Ac  d s 1   2d   4  s   2 d s , phöông trình (1.9) vaø (1.10) cho ta : 4 1  ( s ' / 2d s ) kc   1,0 1  p cc (Nhôù raèng quan nieäm cuûa d s trong moâ hình naøy khaùc vôùi ñöôøng kính ngoaøi cuûa loõi d c thöôøng duøng khi choïn coát ñai xoaén oác). Neáu ta xeùt moät nöûa tieát dieän coù chieàu cao s treân hình 1.25 bò kieàm cheá bôûi coát ñai keùo chòu aùp löïc ngang phaân boá ñeàu fr (keùo kyù hieäu laø döông) leân loõi beâ toâng, söï caân baèng löïc yeâu caàu : 2Aspfyh + frsds = 0 Trong ñoù:Asp – dieän tích cuûa ñai xoaén oác; fyh – cöôøng ñoä chaûy cuûa ñai; s – khoaûng caùch töø tim ñeán tim ñai. ca u du on g .e Vaø vôùi Ac  Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) .e du .vn Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com on g Hình 1.24. Loõi kieàm cheá coù hieä cho coá ñai xoaén oác hình troøn Hình 1.25. Bieåu ñoà caét nöûa cuûa maët trong giöõa coát ñai vaø loõi beâ toâng. Giaûi phöông trình (1.13)cho aùp löïc ngang kieàm cheá:  2 Asp f yh fr   0.5 p s f yh (1.14) sd s du Trong ñoù: ps – tæ soá theå tích cuûa theùp ngang kieàm cheá treân theå tích cuûa loõi kieàm cheá, nghóa laø: Aspd s 4 Asp ps   (1.15)  2 sd s sd s 4 Ví duï 1.2 Xaùc ñònh ñænh öùng suaát kieàm cheá f’cc vaø bieán daïng töông öùng  cc cho 1 coät ñöôøng kính 500mm vôùi 10 thanh coát doïc N025 vaø coát ñai troøn N010 böôùc 50mm. Cöôøng ñoä vaät lieäu laø f’c = -28 mPa vaø fyh = 400 Mpa. Giaû thieát raèng  co = -0,002 vaø lôùp baûo veä laø 38mm. Duøng trò soá thaáp k 1 = 3 vaø ca u trò soá töông öùng k2 = 15. s = 50 mm, s’ = 50 – 11 = 39 mm ds = 500 – 2(38) – 2(1/2)(11) = 413 mm  2  Ac  d s  ( 413) 2  134000mm 2 4 4 A 10(500) pcc  st   0,0373 Ac 134000 4 Asp 4(100) ps    0,0194 d s s 50(423) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) Creat by Nguyen Ha Huanwebsite : http://hahuan.netfirms.com s' 39 1 1 2d s 2(413) kc    0,990 1  p cc 1  0.0373 du .vn f’r = -0,5kcpsfyh = -0,5(0,990)(0,0194)(400) = -3,8MPa = 3,8 – MPa, neùn f’cc = f’co + ktf’r = 0,85(-28) + 3(-3,8) = -35,2MPa = 35,2 – MPa, neùn  f'   3,8    cc   co 1  k 2 r   0,0021  15   0,0068  0,0068 , co ngaén   f ' co   23,8    Ghi chuù :daáu aâm chæ neùn. Caùc nhaø nghieân cöùu ñaõ phaùt trieån quan heä öùng suaát – bieán daïng cho öùng xöû cuûa beâ boâng kieàm cheá chòu neùn thích hôïp vôùi caùc soá lieäu thí nghieäm. Moâ hình öùng suaát – bieán daïng do Mander (1988) kieán nghò do taûi troïng neùn ñeàu cho ñeán khi ñai daàu tieân phaù hoaïi laø moät phöông trình ñôn, lieân quan ñeán öùng suaát neùn doïc truïc fc laø haøm soá cuûa bieán daïng neùn doïc töông öùng  c . f c ( x)  f ' cc rx (1.16) r  1  x' c (1.17)  cc Ec r (1.16) Ec  Esec vaø moâñun ñaøn hoài caùt tuyeán cuûa beâ toâng kieàm cheá taïi öùng suaát ñænh laø : f' Esec  cc  cc Ñöôøng cong naøy tieáp tuïc ñeán khi trò soá bieán daïng cuûa beâ toâng kieàm cheá ñaït trò soá  cu ñuû lôùn deå on g .e Trong ñoù: x  gaây phaù hoaïi ñai voøng hoaëc ñai xoaén oác ñaàu tieân. Döïa treân söï caân baèng naêng löôïng vaø keát quaû thí nghieäm, Mander (1988) ñöa ra moät phöông trình tích phaân coù theå giaûi baèng soá cho  cu . Ví duï 1.3 Xaùc ñònh caùc tham soá vaø bieåu ñoà ñöôøng cong öùng suaát – bieán daïng cho 1 coät baèng beâ toâng kieàm cheá vaø khoâng kieàm cheá coù tieát dieän ôû ví duï 1.2. Giaû thieát bieán daïng khi ñai ñaàu tieân bò phaù hoaïi laø  cu = 8  cc =8(-0,0068)= -0,0544. f c'  0,043(2300)1,5 28  25GPa du 1 Ec  0,043 c ,5 ' f cc  35,2   5,2GPa  cc  0,0068 Ec 25 r   1,26 Ec  Esec 25  5,2 ( c /  cc ) ' f c ( c )  1,26 f cc 0   c  8 cc 0,26  ( c /  cc )1, 26 ca u E scc  Bieåu thöùc cuoái cuøng naøy cho fc laø phöông trình (1.15) vaø ñöôïc duøng ñeå veõ ñöôøng cong treân hình 1.22 Do ñoù , tính chaát cuûa beâ toâng chòu neùn khaùc haún khi ñaët coát theùp doïc vaø voøng coát ñai so vôùi khi khoâng coù coát theùp. Keát quaû laø öùng xöû chòu keùo cuûa coát theùp choân trong beâ toâng khaùc haún vôùi öùng xöû cuûa thanh coát theùp traàn ñaët rieâng. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)