Tài liệu Nghiên cứu độ vồng chế tạo dầm pre beam và giải pháp liên tục hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------oOo-------- NGÔ HOÀNG NGHIÊN CỨU ĐỘ VỒNG CHẾ TẠO DẦM “PRE- BEAM” VÀ GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA Chuyên ngành : Xây dựng cầu, hầm Mã số: 605825 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : ..................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. 2. 3. 4. 5. .............................................................. .............................................................. .............................................................. .............................................................. .............................................................. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Ngô Hoàng MSHV: 12144612 Ngày, tháng, năm sinh: 19/09/1985 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm Mã số : 605825 I. TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu độ vồng chế tạo của dầm “Pre-beam” nhịp giản đơn và giải pháp liên tục hóa” II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Thông qua tính toán, phân tích một số cầu giản đơn có chiều dài nhịp thay đổi từ 25m đến 38m và có bề rộng cầu không đổi 12m, từ đó đề xuất mối quan hệ giữa độ vồng chế tạo dầm Pre-beam với chiều dài nhịp và giá trị lực kích dầm ban đầu hợp lý ; Nghiên cứu giải pháp liên tục hóa dầm. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/07/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Lê Thị Bích Thủy Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA….……… LỜI CÁM ƠN Xin trân trọng gởi lời cám ơn đến tất cả quý thầy cô, người thân, đồng nghiệp; những người đã khuyến khích, hỗ trợ, động viên và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua, để ngày hôm nay tôi có thể hoàn thành chương trình học. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa, Bộ Môn Cầu Đường – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức bổ ích và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường. Xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Lê Thị Bích Thủy, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin chân thành cám ơn! TÓM TẮT LUẬN VĂN Kết cấu cầu hiện hữu ở Việt Nam rất đa dạng, đặc biệt là kết cấu cầu thép liên hợp đang được ưu tiên sử dụng cho các cầu vượt nút giao thông trong thành phố… Bên cạnh vấn đề về khả năng chịu lực của kết cấu, độ thanh mảnh và chiều cao dầm của cầu cũng rất quan trọng nếu xét trên quan điểm kiến trúc. Kết cấu dầm “Prebeam” được phát triển có nhiều ưu điểm hơn về khả năng chịu lực, kinh tế và thẩm mỹ so với kết cấu cầu thép liên hợp . Đề tài “Nghiên cứu độ vồng chế tạo của dầm “Pre-beam” nhịp giản đơn và giải pháp liên tục hóa” mong muốn đưa ra các thông số đánh giá về độ vồng chế tạo và lực kích phù hợp làm tài liệu tham khảo trong quá trình thiết kế cũng như thi công. Luận văn gồm 4 chương : Chương 1: Tổng quan về đề tài; Chương 2: Công nghê thi công; Chương 3: Nghiên cứu, xác định độ vồng chế tạo của dầm “Pre-beam” nhịp giản đơn; Chương 4: Giải pháp liên tục hóa dầm “Pre-beam”. ABSTRACT Existing bridge structures are used plentiful in Vietnam. Specially, ConcreteSteel composite girder used preferentially for bridges that pass intersections in the city. Beside loading capacity, slender girder and girder depth are important element when they consider to the aesthetic point of view. Pre-beam is developed more advantage than Concrete- Steel composite girder about loading capacity, economic and landscape. The thesis “Research of fabrication rise of simple span Pre-beam and Prebeam continous solution” desired to show the basic evaluating parameters for resonable fabrication rise and bending force, to reference in the design process as well as construction. The Master Thesis includes 4 Chapters: Chapter 1: General; Chapter 2: Construction technology; Chapter 3: Research of fabrication rise of simple span Pre-beam; Chapter 4: Pre-beam continous solution. LỜI CAM ĐOAN Tôi tên: Ngô Hoàng, là học viên cao học chuyên ngành xây dựng Cầu, hầm khóa 2012 tại trường Đại học Bách Khoa TPHCM. Tôi cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Lê Thị Bích Thủy. Các kết quả đạt được trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp của mình. Học viên Ngô Hoàng MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................1 3. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................1 4. Phạm vị nghiên cứu .......................................................................................1 5. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................2 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ...................................................................3 1.1. Tổng quan về cầu dầm thép ...........................................................................3 1.1.1. Cầu dầm thép tiết diện hộp ....................................................................3 1.1.2. Cầu dầm thép tiết diện chữ I .................................................................4 1.1.3. Dầm thép liên hợp uốn trước (Preflex girder) .......................................5 1.2. Giới thiệu về cầu dầm “Pre- beam” ...............................................................6 1.3. Cấu tạo dầm “Pre- beam” ..............................................................................7 1.4. Liên kết bản bê tông và dầm thép ..................................................................8 1.5. Ưu, nhược điểm của cầu “Pre- beam” ...........................................................9 1.6. Triển vọng áp dụng ở Việt Nam ..................................................................10 1.7. Kết luận........................................................................................................11 CHƯƠNG 2:CÔNG NGHỆ THI CÔNG ..................................................................12 2.1. Vật liệu ........................................................................................................12 2.1.1. Vật liệu thép ........................................................................................12 2.1.2. Vật liệu bê tông ...................................................................................13 2.2. Các bước chế tạo dầm..................................................................................14 2.3. Thi công trong xưởng ..................................................................................15 2.4. Thi công ngoài hiện trường .........................................................................17 2.5. Thi công kích dầm đổ bê tông bản cánh dưới .............................................17 2.5.1. Thi công từng dầm ..............................................................................17 2.5.2. Thi công 2 dầm cùng lúc .....................................................................17 2.6. Kết luận........................................................................................................19 CHƯƠNG 3:NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH ĐỘ VỒNG CHẾ TẠO CỦA DẦM “PRE- BEAM” NHỊP GIẢN ĐƠN .....................................................21 3.1. Nguyên lý tính toán thiết kế ........................................................................21 3.2. Tính toán, kiểm toán dầm Pre- beam ..........................................................25 3.2.1. Lựa chọn số liệu tính toán: ..................................................................25 3.2.2. Tính toán các thông số cần thiết: .........................................................27 3.2.3. Tính toán nội lực và ứng suất ..............................................................28 3.2.4. Kiểm toán dầm ở TTGHCĐ ................................................................29 3.2.5. Kiểm toán độ võng của dầm ở TTGHSD ............................................34 3.3. Khảo sát ứng suất khi thay đổi kích thước bản cánh dầm thép ...................35 3.3.1. Thay đổi chiều rộng bản cánh trên ......................................................36 3.3.2. Thay đổi chiều rộng bản cánh dưới .....................................................38 3.3.3. Kết luận: ..............................................................................................40 3.4. Lực kích dầm ...............................................................................................41 3.4.1. Khảo sát lực kích dầm .........................................................................42 3.4.2. Kết luận ...............................................................................................49 3.5. Xác định độ vồng chế tạo trước...................................................................49 3.5.1. Thông số đầu vào, đặc trưng hình học ................................................50 3.5.2. Tính toán các momen, ứng suất do tải trọng gây ra. ...........................53 3.5.3. Kiểm toán dầm ở TTGHCĐ ................................................................54 3.5.4. Kiểm toán độ võng của dầm ở TTGHSD ............................................55 3.5.5. Xác định độ vồng chế tạo trước ..........................................................55 3.5.6. Nhận xét ..............................................................................................59 3.5.7. Kết luận ...............................................................................................60 CHƯƠNG 4:GIẢI PHÁP LIÊN TỤC HÓA DẦM “PRE- BEAM”.........................62 4.1. Mục đích thực hiện ......................................................................................62 4.2. Ưu điểm liên tục hóa dầm ...........................................................................62 4.3. Giải pháp thực hiện......................................................................................62 4.3.1. Thi công trong xưởng ..........................................................................63 4.3.2. Thi công ngoài công trường ................................................................67 4.4. Nguyên lý tính toán .....................................................................................68 4.5. Nhận xét:......................................................................................................69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................70 1. Kết luận........................................................................................................70 2. Kiến nghị .....................................................................................................70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................72 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước kéo theo mật độ lưu thông ngày càng cao, thường xuyên xảy ra tình trạng tắc nghẽn tại các nút giao trong giờ cao điểm ở các thành phố lớn của đất nước, đặt biệt là hai thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh. Để hạn chế việc ùn tắc, xây dựng các cầu vượt thép ngày càng nhiều và đã góp phần không nhỏ trong việc giải quyết ùn tắc giao thông tại các giao lộ “nóng” trên địa bàn. Ưu điểm của các công trình cầu vượt thép đang sử dụng là gọn nhẹ, thời gian thi công ngắn, tháo gỡ nhanh... Tuy nhiên cũng có 1 số khó khăn cần được xem xét đến như là: chi phí bảo dưỡng cầu định kì, chống gỉ, chống ồn và đặt biệt là mỹ quan đô thị tại vị trí xây dựng. Để giải quyết khó khăn trên và mang lại hiệu quả cao, việc nghiên cứu kết cấu dầm “Pre- beam” ứng dụng vào điều kiện thực tế ở Việt Nam là hết sức cần thiết nhằm khắc phục một số nhược điểm của kết cấu dầm thép liên hợp đã và đang sử dụng như: hạn chế tĩnh không, không gây tiếng ồn, giảm chi phí duy tu bảo dưỡng và đảm bảo mỹ quan đô thị. Ngoài ra, kết cấu cầu này có thể áp dụng rộng rãi trong các dự án đường sắt, bộ trên cao, đường vành đai trong tương lai. Đề tài tập trung nghiên cứu độ vồng chế tạo của dầm thép với chiều dài nhịp khác nhau nhằm đưa ra 1 tỷ lệ chung giữa chiều dài nhịp dầm và độ vồng chế tạo. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nội dung luận văn tập trung giải quyết ba mục tiêu chính sau: – Nghiên cứu biện pháp thi công; – Nghiên cứu kết cấu dầm Prebeam nhịp giản đơn về độ vồng chế tạo dầm thép (tấm thép); – Giải pháp liên tục hóa. 3. Đối tượng nghiên cứu Kết cấu cầu sử dụng dầm Pre- beam, bao gồm dầm thép chữ I được bọc bê tông bên ngoài. Dầm I được chế tạo từ các tấm thép có độ vồng trước, sau đó đổ bê bản cánh dưới và gây ứng lực thích hợp. Kết cấu dầm Prebeam làm việc tương tư như dầm thép liên hợp bê tông cốt thép. 4. Phạm vị nghiên cứu Bề rộng cầu: nghiên cứu kết cấu cầu Pre- beam vượt các nút giao thông trong đô thị có bề rộng cầu khoảng 12m, bao gồm 7 dầm chủ. 2 Chiều dài nhịp: – Cầu dầm giản đơn có chiều dài nhịp 25m, 30m, 33m, 38m. – Cầu dầm liên tục có chiều dài nhịp lớn hơn 30m. 5. Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp nghiên cứu chính sau: – Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu tham khảo có liên quan đến kết cấu dầm Pre- beam; – Phân tích lý thuyết tính toán, tính toán theo các giai đoạn thi công; – Lựa chọn một số trường hợp nghiên cứu, tiến hành xây dựng mô hình kết cấu; – Tổng hợp, phân tích, nhận xét kết quả đạt được qua việc thống kê và đồ thị. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Phần giới thiệu tổng quan nhằm mục đích trình bày những khái niệm, cấu tạo, ưu khuyết điểm, ứng dụng của kết cấu cầu thép liên hợp nói chung và cầu dầm Prebeam nói riêng trong thực tế và triển vọng áp dụng tại Việt Nam. Làm rõ hơn về phương diện cấu tạo, vật liệu giúp xác định được kích thước của các hạng mục kết cấu chính phục vụ cho đề tài nghiên cứu. 1.1. Tổng quan về cầu dầm thép Cầu thép ra đời và phát triển cùng với sự lớn mạnh của ngành công nghệ luyện kim trên thế giới. Sau khi bê tông cốt thép ra đời, việc nghiên cứu kết hợp hai loại vật liệu là thép và bê tông cốt thép để tăng cường độ cứng của thép và bê tông bảo vệ cốt thép khỏi ảnh hưởng của môi trường nhằm mục đích sử dụng hiệu quả hai loại vật liệu này. Kết cấu dầm thép liên hợp bản BTCT là một trong những dạng kết cấu cầu được sử dụng khá phổ biến trên thế giới trong cầu ô tô và cầu đường sắt. Đó là dạng kết cấu làm từ hai loại vật liệu là thép và bê tông cốt thép, được liên kết chặt chẽ với nhau để cùng tham gia chịu lực thông qua các hệ thống neo liên kết. Vật liệu thép ở đây thường là các loại thép hình, vật liệu BTCT có thể là BTCT thường hoặc BTCT dự ứng lực. Một số loại cầu dầm liên hợp đã được sử dụng: 1.1.1. Cầu dầm thép tiết diện hộp Thích hợp cho các nhịp dầm đơn giản nhịp từ 25m trở lên hoặc cầu dầm liên tục nhịp trên 36m, là kết cấu nhịp có dạng ống, trong đó bản đáy và vách được làm bằng thép tấm, bản mặt cầu bằng bê tông cốt thép. Dầm thép tiết diện hộp có thể là hộp đơn, hộp kép hoặc nhiều hộp. Cầu dầm thép tiết diện hộp có thể có hai hay nhiều tiết diện ngang kín riêng lẻ, bên trên có bản bê tông cốt thép. Vách có thể đứng hoặc xiên; vách xiên có ưu điểm là bản đáy hẹp hơn. Bản biên trên thường đủ rộng để đỡ bản bê tông và đủ để bố trí neo chống cắt cho tiết diện liên hợp. Trong cầu dầm thép tiết diện hộp liên hợp có trục thẳng đứng đối xứng, mỗi nữa của tiết diện hộp có thể được coi như tương đương với một tiết diện I ghép. Dầm thép hộp có các ưu, nhược điểm giống dầm thép I. Tuy nhiên có ưu điểm vượt trội hơn là độ cứng và cường độ chống xoắn cao do tiết diện ngang kín. 4 Hình 1.1. Mặt cắt ngang cầu dầm thép hộp liên hợp 1.1.2. Cầu dầm thép tiết diện chữ I Phổ biến cho các nhịp cầu nhỏ và vừa trên đường ô tô. Đối với các nhịp nhỏ (<30m) thông thường thép chủ làm bằng thép hình I cán đặt cách đều và song song với nhau. Đối với các nhịp lớn hơn thường dùng dầm thép tổ hợp, dầm này thường có chiều cao lớn hơn chiều cao lớn nhất của các dầm thép cán. Bên trên dầm thép thường là bản bê tông cốt thép vừa làm bản mặt cầu cho xe chạy vừa tạo độ cứng ngang cho các dầm dọc. 5 Hình 1.2. Mặt cắt ngang cầu dầm I liên hợp Loại cầu này được dùng phổ biến trên thế giới và cả Việt Nam. Ở Việt Nam đang được sử dụng cho các cầu vượt nút giao để giảm ùn tắc giao thông, chủ yếu ở 2 thành phố lớn: Hà Nội và Hồ Chí Minh. Dầm thép I liên hợp có nhiều ưu điểm như: tính đồng nhất cao, chịu nhiệt tốt, dễ gia công chế tạo, có thể cơ giới hoá triệt để và kết cấu thanh mảnh, nhẹ. Có thể dùng trong các công trình tạm cũng như vĩnh cửu. Tuy nhiên cũng có 1 số nhược điểm: hiện tượng gỉ làm ăn mòn kim loại, làm giảm tiết diện chịu lực, phá hoại các liên kết, do đó làm giảm tuổi thọ của công trình và chi phí duy tu bảo dưỡng cao. 1.1.3. Dầm thép liên hợp uốn trước (Preflex girder) 1.1.3.1. Dầm thép liên hợp uốn trước (loại 1): Công nghệ này được giới thiệu tại Bỉ vào năm 1951, sau đó được áp dụng rộng rải ở Nhật, Đức, Hàn Quốc,… Cấu tạo tương tự như dầm thép I liên hợp bản bê tông cốt thép. Tuy nhiên loại dầm này được thiết kế bê tông bọc bản cánh thép phía dưới và bản bê tông này được tạo ứng suất trước bằng cách uốn dầm thép bởi 2 lực kích đặt cách dầu dầm 1/3 hoặc 1/4 chiều dài nhịp, sau đó bổ bê tông bản cánh dưới và khi bê tông đạt cường độ thiết kế thì dỡ tải. Hình 1.3. Dầm thép liên hợp ứng suất trước (Preflex girder), [9] Công nghệ này được áp dụng đầu tiên cho kết cấu dân dụng như tòa nhà Southern Tower ở Bỉ có 144 dầm, tòa nhà Berlaymont Building có 319 dầm và sau đó được ứng dụng rộng rải trong các công trình cầu đường bộ, sắt. 6 1.1.3.2. Dầm thép liên hợp uốn trước (loại 2- Prebeam): Tương tự như loại 1, dầm thép được bao bọc toàn bộ bằng bê tông và cũng gây ứng suất trước cho bản bê tông cánh dưới dầm. Trong đề tài luận văn tập trung nghiên cứu loại kết cấu này. 1.2. Giới thiệu về cầu dầm “Pre- beam” Trước đây dầm thép và bê tông cùng làm việc với nhau chỉ mang tính chất liên hợp giữa hai loại vật liệu, chưa tạo dự ứng lực trong bê tông ngoại trừ các biện pháp điều chỉnh ứng suất sau khi chế tạo. Vì vậy không phát huy tối đa khả năng của bê tông trong cơ chế làm việc của kết cấu, với quan điểm đó bê tông bọc ngoài dầm thép và tạo dự ứng lực cho bê tông trong quá trình chế tạo đã được nghiên cứu. Kết cấu này phát triển chủ yếu ở Nhật Bản với tên gọi tắt là ’’Pre- beam’’, đã có nhiều công trình cầu và các công trình khác sử dụng. Hình 1.4. Cầu Makabi, [14] Bảng 1. Một số công trình cầu Pre-beam, [14] STT Tên cầu Vị trí Chiều dài cầu (m) Chiều rộng cầu (m) Khai thác 1 Makabi Okinawa- Japan 45+210+53 11,2 2006 2 New Itajima Aichi- Japan 21,4+3@28,5+21,9 12 2001 3 Dah Chih Taipie city- Taiwan 30+55@20 13,55 1996 4 Shichijunihou Toyama- Japan 17,2 4,2 1992 Cầu dầm Pre-Beam dùng làm cầu vượt qua các công trình giao thông quan trọng hoặc vượt địa hình yêu cầu về kiến trúc. Dầm Pre-beam có thể được hiểu là 7 dầm liên hợp thép và bê tông hay dầm bê tông cốt thép hình được dự ứng lực nhờ công nghệ gia tải lên thép hình có độ vồng sẵn. Sự tiếp xúc đơn giản giữa bê tông và thép có được khi đổ bê tông không đủ để đảm bảo một sự dính kết tốt nhất giữa hai loại vật liệu. Sự dính kết này phụ thuộc trạng thái bề mặt của thép và dường như không đủ để chống lại tác dụng mỏi. Hơn nữa sự co ngót theo chiều ngang của bê tông có xu hướng bóc bê tông ra khỏi các mặt thẳng đứng của sườn dầm thép. Khi mà điều này xảy ra thì sẽ không còn sự dính kết giữa bê tông và thép nữa. Vì vậy cần phải bố trí các cốt thép thường để liên kết hai vật liệu này và đảm bảo sự liên kết chắc chắn giữa bê tông và thép. Ngoài ra trên dầm thép cán còn bố trí các sườn tăng cường để tăng khả năng ổn định của dầm thép. Công nghệ dầm Pre-beam là một dạng của công nghệ tạo dự ứng lực dùng giải pháp uốn trước (Pre-flexion) dầm thép một cách hợp lý. Công nghệ này được thực hiện trong nhà máy, dầm thép được bao bọc hoàn toàn bởi bê tông, riêng phần bê tông bản cánh dưới được tạo ứng suất nén trước, phần bê tông bản mặt cầu và bê tông bản bụng được đổ tại chỗ ngoài công trường. Dầm thép và bản bê tông được liên hợp với nhau nhờ các đinh neo hay lưới cốt thép và trở thành dầm có các đặc tính nổi bật. 1.3. Cấu tạo dầm “Pre- beam” Hình 1.5. Cầu dầm Pre- beam Dầm Pre-Beam tương tự như dầm thép liên hợp bê tông cốt thép. Tuy nhiên ở đây dầm thép I được bọc bởi bê tông và cùng với bê tông bọc chịu tải trọng, lúc này liên kết giữa bê tông và dầm thép giống như dầm bê tông cốt thép mà dầm thép I đóng vai trò là cốt thép chủ (cốt cứng), bao gồm:. – Dầm thép là dầm I tổ hợp hàn các tấm thép được chế tạo có độ vồng trước. Vật liệu làm dầm thép theo AASHTO M270M cấp 345 (345W) ; 8 Hình 1.6. Gia công chế tạo dầm thép I – Dầm thép được bao bọc bằng bê tông. Lớp bê tông này được đổ theo từng phân đoạn trên từng vị trí của dầm thép: + Bản cánh dưới sử dụng bê tông cường độ cao f’c≥ 50Mpa; + Bản sườn, bản cánh trên, dầm ngang sử dụng bê tông có cường độ chịu nén f’c≥30Mpa. Hình 1.7. Bê tông bọc dầm thép – Đối với bản cánh dưới thiết kế các đinh neo (neo hộp) để liên hợp dầm thép với bê tông. – Đối với bản cánh trên được thiết kế các chốt đinh neo. – Ngoài ra, các thanh cốt đai được hàn vào dầm thép, có thể được xem như là các neo liên kết trong kết cấu dầm thép liên hợp BTCT. 1.4. Liên kết bản bê tông và dầm thép Để bê tông bọc quanh cùng làm việc với dầm thép tạo thành 1 kết cấu liên hợp. Vì vậy tính toán thiết kế, bố trí các đinh neo và thiết lập các cốt đai: – Neo chống cắt: bản cánh trên, cánh dưới của dầm thép phải bố trí neo đinh chống cắt ở mặt tiếp xúc giữa bản bê tông và thép để chịu lực cắt. Các neo chống cắt thiết kế cho phép khi đầm kỹ bê tông vẫn bảo đảm toàn bộ bề mặt của chúng được tiếp xúc với bê tông. Các neo phải có khả năng chống lại cả 9 hai chuyển vị thẳng đứng và ngang giữa bê tông và thép. Tỷ lệ của chiều cao với đường kính của neo đinh chịu cắt không được nhỏ hơn 4,0. – Cốt thép bố trí chống bóc: khi đổ bê tông bản bụng, bản đáy, để bê tông không bị bóc tách và không bị nứt, người ta bố trí vào cốt thép dọc trục và cốt đai. – Sườn gờ tăng cường ngang gồm có các tấm hoặc thép góc được hàn hoặc liên kết bằng bulông vào một hoặc cả hai bên của bản bụng. Các sườn tăng cường không sử dụng như là các tấm nối, phải lắp khít chặt vào bản cánh chịu nén, nhưng không cần phải ép vào mặt bản cánh chịu kéo. Neo chèng c¾t ThÐp chèng bãc t¸ch BT Hình 1.8. Bê tông bọc dầm thép 1.5. Ưu, nhược điểm của cầu “Pre- beam” Kết cấu dầm Pre-beam kết hợp bê tông và dầm thép, tăng khả năng chịu lực cho bê tông bản cánh dưới bằng cách tạo ứng lực nén trước, vì vậy làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu, tiết kiệm vật liệu. Một số ưu điểm vượt trội so với cầu thép liên hợp thông thường, có thể liệt kê sau đây: – Chiều cao dầm thấp: dầm Pre – beam có một ưu điểm lớn trong trường hợp yêu cầu khắt khe về chiều cao dầm bởi vì dầm có độ cứng cao cùng với việc tạo ứng lực trước cho bản bê tông chịu kéo làm tăng khả năng chịu tải của dầm. Chiều cao dầm Pre-beam thấp hơn khoảng 30% so với dầm bê tông cốt thép dự ứng lực đang được sử dụng với cùng chiều dài nhịp. Bảng 2. Thống kê so sánh chiều cao dầm Pre-beam Lnhịp (m) H dầm Pre-beam (m) H dầm BTCT DUL (m) Tỷ lệ Prebeam/ BTCT DUL 25 33 0.65 0.90 1.14 1.40 0.62 0.64 38 1.00 1.75 0.57 10 – Mỹ quan công trình: chiều cao kiến trúc thấp đảm bảo mỹ quan hơn cho các cầu vượt sử dụng trong thành phố; – Hạn chế tiếng ồn: dầm được bọc bằng bê tông, khi khai thác sẽ hạn chế tiếng ồn gây ra môi trường, đặc biệt là các cầu trong thành phố; – Chi phí duy tu bảo dưỡng thấp: dầm Pre – beam có thể dễ dàng được bảo dưỡng và không cần phải sơn chống gỉ định kỳ cho dầm thép ở bên trong. Tuy nhiên cũng có 1 số hạn chế: công nghệ thi công đòi hỏi phải sử dụng bê tông cường độ cao, thép cường độ cao, kích có lực ép lớn, trình độ thi công cao và quy trình giám sát thi công chặt chẽ. Những yếu tố này sẽ làm tăng giá thành xây dựng trong thời gian đầu khi mới bắt đầu áp dụng, nhưng sau khi làm chủ được công nghệ thi công, sản xuất thép, giá thành sẽ giảm. 1.6. Triển vọng áp dụng ở Việt Nam Dầm Prebeam được sử dụng rộng rãi đối với các cầu có chiều dài L = 25 ÷ 33m và có thể lên đến 60m. Loại kết cấu này được liên tục phát triển và tiến tới áp dụng cho cả cầu có nhiều nhịp liên tục để phát huy các tính ưu việt khác. Với tính năng chủ yếu là hạn chế được chiều cao dầm trong khi vẫn duy trì được khả năng vượt nhịp nên cầu dầm Pre-beam được áp dụng nhiều trong các cầu vượt đường bộ, đường sắt, các công trình cầu vượt sông có thông thuyền và các công trình kiến trúc đòi hỏi có tính mỹ quan cao. “Ở Việt Nam trong những năm gần đây dầm Prebeam đã được đưa vào sử dụng cho các công trình cầu trên tuyến Nội Bài – Bắc Ninh (gồm 6 cầu với 106 dầm nhịp L = 33 ÷ 38m) và trên tuyến đường 5 kéo dài”, [7]. Hình 1.9. Dầm Pre-beam thuộc tuyến Nội Bài – Bắc Ninh Các tuyến Đường sắt đô thị thành phố Hồ Chí Minh, hiện đang thiết kế sử dụng kết cấu dầm U-shape đường đôi (chiều dài nhịp L = 25 ÷ 30m) cho các đoạn 11 tuyến đi trên cao. Việc áp dụng dầm Pre- beam cho các tuyến này là rất khả thi, phù hợp các tiêu chuẩn của loại hình vận tải này. DÇm U-Shape DÇm Pre-beam Hình 1.10. Kết cấu dầm đang sử dụng cho các tuyến metro TPHCM Kết cấu dầm Pre-beam (đề xuất) 1.7. Kết luận Kết cấu dầm Pre-Beam là loại cầu liên hợp thép và bê tông cốt thép (bê tông bọc thép) dựa trên nguyên tắc áp dụng dự ứng lực để nâng cao khả năng chịu tải của hai loại vật liệu. Với loại dầm này, thép được bảo vệ tốt hơn, giảm chi phí duy tu vận hành, tính thẩm mỹ tương đối cao, chiều cao dầm thấp, có thể cơ giới hóa tại xưởng, thi công lắp dựng dễ dàng nên thời gian thi công tương đối nhanh. Như vậy đối với các cầu có yêu cầu đẩy nhanh tiến độ thi công thì loại kết cấu này phù hợp.