Tài liệu Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép

LỜI CAM ĐOAN Họ và tên học viên: Lê Đức Hạnh Lớp cao học: CH21C11 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn do tôi làm, những kết quả nghiên cứu tính toán trung thực. Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính cấp thiết của đề tài. Tôi không sao chép từ bất kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tôi xin chịu trách nhiệm trước Khoa và Nhà trường. Hà Nội, ngày tháng Học viên Lê Đức Hạnh i năm 2017 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ:“ Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong đề cương được phê duyệt. Trong quá trình thực hiện, nhờ sự giúp đỡ tận tình của các Giáo sư, Tiến sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi, các công ty tư vấn và đồng nghiệp, tác giả đã hoàn thành luận văn này. Tác giả chân thành cảm ơn TS Phạm Hồng Cường và PGS.TS. Vũ Hoàng Hưng đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, các thầy cô trong khoa Công trình đã tận tụy giảng dạy tác giả trong suốt quá trình học cao học tại trường. Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, luận văn này không thể tránh khỏi những tồn tại, tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, các anh chị em và bạn bè đồng nghiệp. Tác giả rất mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần ứng dụng những kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Học viên Lê Đức Hạnh ii năm 2017 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................vi MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG .............................................................. 3 1.1. Khái quát về cầu máng ...........................................................................................3 1.1.1. Khái niệm cầu máng và các bộ phận cầu máng .................................................... 3 1.1.2. Hình thức cầu máng thường dùng hiện nay ........................................................ 8 1.1.3. Các tải trọng tác dụng lên cầu máng .................................................................. 11 1.2. Tính toán ứng suất và chuyển vị cầu máng BTCT ..............................................12 1.2.1. Phương pháp truyền thống tính toán cầu máng .................................................. 12 1.2.2. Tính toán cầu máng theo bài toán không gian..................................................... 15 1.3. Những vấn đề đặt ra và hướng nghiên cứu.............................................................16 1.3.1. Nghiên cứu ứng dụng cầu máng BTCT-ƯST trên thế giới ................................. 16 1.3.2. Ứng dụng cầu máng BTCT tại Việt Nam............................................................ 17 1.3.3. Hướng nghiên cứu ............................................................................................... 21 1.4. Kết luận Chương 1..................................................................................................21 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CẦU MÁNG BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC BÁN LẮP GHÉP .............................................................................................................................23 2.1. Cấu kiện bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu uốn ..................................................23 2.1.1. Khái quát về kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép ............................................ 23 2.1.2. Đặc điểm chịu lực ................................................................................................ 24 2.1.3. Phân tích khả năng chịu lực................................................................................. 25 2.2. Cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước ..............................................................27 2.2.1. Khái quát về kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước ......................................... 27 iii 2.2.2. Phương pháp tạo ứng suất trước.......................................................................... 28 2.2.3. Các tổn thất ứng suất trước ................................................................................ 30 2.2.4. Lực căng trước giới hạn ...................................................................................... 34 2.3. Phân tích khả năng chịu lực .................................................................................. 35 2.3.1. Sự làm việc của cầu máng ................................................................................... 35 2.3.2. Tính toán cường độ trên mặt cắt vuông góc........................................................ 35 2.3.3. Tính toán cường độ trên mặt cắt nghiêng............................................................ 36 2.3.4. Tính toán độ võng .............................................................................................. 37 2.3.5. Trường hợp tính toán cụ thể ............................................................................... 41 2.4. Phần mềm SAP2000 ............................................................................................. 48 2.4.1. Khái quát về phần mềm SAP2000 ..................................................................... 48 2.4.2. Các bước tính toán kết cấu bằng SAP2000 ........................................................ 49 2.5. Tính toán kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép bằng SAP2000 . 49 2.5.1. Xử lí vấn đề ứng suất trước trong SAP2000 ...................................................... 49 2.5.2. Các phương pháp thực hiện ................................................................................ 50 2.5.2. Xử lí vấn đề bán lắp ghép trong SAP2000 ......................................................... 59 2.6. Kết luận Chương 2 ................................................................................................. 60 CHƯƠNG 3: TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC BÁN LẮP GHÉP QUA SÔNG KỲ CÙNG LẠNG SƠN ................................................................................................................... 61 3.1. Giới thiệu công trình ............................................................................................. 61 3.2. Nghiên cứu các phương án thiết kế cầu máng ...................................................... 61 3.2.1 Phương án cầu máng BTCT thường.................................................................... 61 3.2.2. Phương án ống thép liên tục ............................................................................... 62 3.2.3. Phương án ống thép được đỡ bằng giàn thép ..................................................... 62 3.2.4. Nghiên cứu đề xuất phương án .......................................................................... 63 3.3. Tính toán kết cấu cầu máng BTCT ứng suất trước bán lắp ghép .......................... 64 3.3.1. Số liệu tính toán.................................................................................................. 67 iv 3.3.2. Trường hợp tính toán .......................................................................................... 67 3.4. Phân tích kết cấu cầu máng theo bài toán không gian bằng SAP2000 .................67 3.4.1. Trình tự thi công cầu máng BTCT Ứng suất trước bán lắp ghép....................... 67 3.4.2. Mô hình tính toán cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước ứng từ các giai đoạn thi công và giai đoạn khai thác ............................................................................. 68 3.4.3. Phân tích ứng suất và chuyển vị trong từng giai đoạn: ...................................... 71 3.4.4. Kiểm tra điều kiện sử dụng cầu máng ứng suất trước ......................................... 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 88 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1. Sơ đồ mặt cắt dọc cầu máng ........................................................................... 3 Hình 1-2. Cửa vào, cửa ra của cầu máng ....................................................................... 4 Hình 1-3. Mặt cắt ngang thân máng ................................................................................ 4 Hình 1-4. Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có giằng ngang .............................. 5 Hình 1-5. Sơ đồ bố trí giá đỡ kiểu công xôn kép ............................................................ 5 Hình 1-6. Một cầu máng kiểu dầm công xôn kép ........................................................... 6 Hình 1-7. Giá đỡ cầu máng kiểu vòm (a) và kiểm vòm treo(b) ...................................... 6 Hình 1-8. Một vài cầu máng dạng vòm........................................................................... 7 Hình 1-9. Kết cấu gối đỡ ................................................................................................ 7 Hình 1-10. Các kiểu trụ đỡ .............................................................................................. 8 Hình 1-11. Mặt cắt ngang máng chữ nhật ....................................................................... 9 Hình 1-12. Mặt cắt ngang máng chữ U không thanh giằng và có thanh giằng............ 10 Hình 1-13. Máng chữ nhật và chữ U có thanh giằng ................................................... 10 Hình 1-14. Sơ đồ phân phối lực cắt không cân bằng .................................................... 13 Hình 1-15. Sơ đồ tính toán máng hình thang ................................................................ 14 Hình 1-16. Sơ đồ tính toán máng chữ U ....................................................................... 15 Hình 1-17. Cầu máng BTCT Phước Hòa (nguồn internet) ........................................... 19 Hình 1-18. Cầu máng BTCT Căm Xe (nguồn internet) ................................................ 19 Hình 1-19. Cầu máng BTCT sông Cầu Chày (nguồn internet) .................................... 20 Hình 1-20. Cầu máng BTCT sông Âm (nguồn internet) .............................................. 20 Hình 2-1. Dầm lắp ghép ................................................................................................ 24 Hình 2-2. So sánh tính năng dầm lắp ghép và dầm đổ toàn khối.................................. 24 Hình 2-3. Biểu đồ ứng suất và biến dạng của dầm lắp ghép dưới trạng thái giới hạn .. 26 Hình 2-4. Tác dụng của lực căng trước ......................................................................... 28 Hình 2-5. Phương pháp căng trước (căng trên bệ). ....................................................... 29 Hình 2-6. Phương pháp căng sau (căng trên bê tông). ................................................. 30 vi Hình 2-7. Biến đổi mặt cắt thực tế của cầu máng về mặt cắt tính toán ........................ 35 Hình 2-8. Sơ đồ tính tiết diện chữ T, cánh nằm trong vùng nén, trục trung hòa qua sườn ...............................................................................................................................35 Hình 2-9. Sơ đồ tính toán nội lực trên tiết diện nghiêng ............................................... 37 Hình 2-10. Mặt cắt thân máng cầu máng thành mỏng ứng suất trước (mm) ................ 41 Hình 2-11. Sơ đồ tính toán dầm bê tông ƯST ............................................................... 50 Hình 2-12. Sơ đồ mạng lưới phần tử Shell và cáp ƯST ............................................... 51 Hình 2-13. Nhập tọa độ các điểm đầu và giữa của cáp thẳng ....................................... 52 Hình 2-14. Sơ đồ tải trọng phân bố DL và cáp ƯST..................................................... 52 Hình 2-15. Biểu đồ ứng suất S11 của dầm ứng với TH1 .............................................. 53 Hình 2-16. Sơ đồ chuyển vị của dầm ứng với tổ hợp TH1 .......................................... 53 Hình 2-17. Nội lực tại mặt cắt giữa nhịp dầm .............................................................. 53 Hình 2-17. Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell ................................................ 53 Hình 2-18. Phổ mầu ứng suất do tổ hợp tải trọng TH1 ................................................. 54 Hình 2-19. Phổ mầu chuyển vị U3 do tổ hợp tải trọng TH1 ........................................ 54 Hình 2-20. Mạng lưới phần tử Solid của dầm và cáp ƯST ........................................... 55 Hình 2-21. Nhập tọa độ các điểm đầu và cuối của cáp thẳng ....................................... 56 Hình 2-22. Sơ đồ tải trọng phân bố DL, LL và cáp ƯST .............................................. 56 Hình 2-23. Biểu đồ ứng suất S11 của dầm ứng với TH1 .............................................. 57 Hình 2-24. Sơ đồ chuyển vị của dầm ứng với tổ hợp tải trọng TH1 ............................ 57 Hình 2-25. Nội lực tại mặt cắt giữa dầm ...................................................................... 57 Hình 2-26. Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Solid ............................................... 57 Hình 2-27. Biểu đồ ứng suất S11 của dầm ứng với TH1 .............................................. 58 Hình 2-28. Sơ đồ chuyển vị của dầm ứng với tổ hợp tải trọng TH1 ............................ 58 Hình 2-29. Nội lực tại mặt cắt giữa dầm ...................................................................... 58 Hình 3-1. Cầu máng BTCT nhịp đơn dài 18m .............................................................. 61 Hình 3-2. Cầu máng kiểu giàn liên tục 3 nhịp............................................................... 62 Hình 3-3. Mặt cắt ngang thân máng .............................................................................. 62 vii Hình 3-4. Mặt bằng cánh hạ giàn và ống dẫn nước ...................................................... 63 Hình 3-5. Giàn đỡ ống thép ........................................................................................... 63 Hình 3-6. Cầu máng BTCT ứng suất trước bán lắp ghép kết hợp trụ cầu giao thông .. 64 Hình 3-7. Mặt cắt ngang cầu và máng hình chữ nhật ................................................... 65 Hình 3-8. Mặt cắt ngang cầu và máng hình chữ U ....................................................... 65 Hình 3-9. Kết cấu cầu và máng hình chữ nhật ............................................................. 66 Hình 3-10. Kết cấu cầu và máng hình chữ U ............................................................... 66 Hình 3-11. Kích thước mặt cắt ngang cầu .................................................................... 67 Hình 3-12. Dầm dọc tiết diện chữ T.............................................................................. 69 Hình 3-13. Mạng lưới phần tử khối .............................................................................. 69 Hình 3-14. Mạng lưới phần tử khối của cầu máng ....................................................... 70 Hình 3-15. Sơ đồ áp lực nước và người đi tác dụng lên cầu máng ............................... 70 Hình 3-16. Phổ mầu ứng suất S22(DEAD) của dấm dọc ............................................. 71 Hình 1-17. Phổ mầu ứng suất S22(LNT*) của dấm dọc ............................................... 71 Hình 3-18. Chuyển vị tại giữa nhịp dầm do DEAD ...................................................... 72 Hình 3-19. Chuyển vị tại giữa nhịp dầm do LNT* ....................................................... 72 Hình 3-20. Mặt cắt ngang cầu tại vị trí dầm ngang....................................................... 72 Hình 3-21. Phổ mầu ứng suất S22(DEAD) của dấm dọc ............................................. 73 Hình 3-22. Phổ mầu ứng suất S22(LNT*) của dấm dọc .............................................. 73 Hình 3-23. Chuyển vị tại giữa nhịp dầm do DEAD ...................................................... 73 Hình 3-24. Chuyển vị tại giữa nhịp dầm do LNT^ ....................................................... 73 Hình 3-25. So đồ tải trọng M+ALN .............................................................................. 74 Hình 3-26. So đồ tải trọng người đi ND ....................................................................... 74 Hình 3-27. Sơ đồ áp lực gió phía gió đẩy W1............................................................... 75 Hình 3-28. Phổ mầu ứng suất S22 do TH2 ................................................................... 77 Hình 3-29. Phổ mầu ứng suất S22 do LNT* ................................................................. 77 Hình 3-30 . Phổ mầu ứng suất S22 do TH2A ............................................................... 78 viii Hình 3-31. Chuyển vị tại giữa nhịp dầm dọc do TH2A ................................................ 79 Hình 3-32. Phổ mầu ứng suất S22(TH2) của cầu.......................................................... 80 Hình 3-33. Phổ mầu ứng suất S22(TH2) của cầu và máng tại mặt cắt giữa nhịp ......... 80 Hình 3-34. Phổ mầu ứng suất S22(TH2) của máng ...................................................... 80 Hình 3-35. Chuyển vị U3(TH2) ở đáy dầm và đáy máng tại mặt cắt giữa nhịp ........... 81 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1. Biến dạng của thiết bị neo ∆L (mm) ............................................................ 31 Bảng 2-2. Các hệ số ma sát k và µ .............................................................................. 32 Bảng 2-3. Tổn thất ứng suất trước do co ngót và từ biến của bêtông (σh4 + σh5) (daN/cm2) ...................................................................................................................... 33 Bảng 2-4. Tổ hợp tổn thất ứng suất trước trong các giai đoạn ...................................... 34 Bảng 2-5. Tính toán xác định trọng tâm tiết diện ......................................................... 44 Bảng 2-6. Tính toán xác định mô men quán tính tiết diện (mm4) ................................ 44 Bảng 2-7. Chuyển vị và ứng suất S11 tại mặt cắt giữa dầm ......................................... 58 Bảng 2-8. Nội lực tại mặt cắt giữa dầm ....................................................................... 58 Bảng 3-1. Trọng lượng bản thân của hai dầm dọc ........................................................ 71 Bảng 3.2. Trọng lượng bản thân của cầu đỡ máng ....................................................... 73 Bảng 3.3. Trọng lượng máng và trọng lượng nước....................................................... 75 Bảng 3-4. Tải trọng người đi ......................................................................................... 76 Bảng 3-5. Tải trọng gió ................................................................................................. 76 Bảng 3-6. Chuyển vị tại giữa dầm do TH2, TH2A và TH3A ....................................... 79 Bảng 3-7. Chuyển vị tại giũa nhịp máng do LNT*, TH2 và TH2C.............................. 83 x MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cầu máng là công trình thường gặp trong công trình thủy lợi, dùng để dẫn nước khi vượt qua các sông, suối. Khi cần vượt qua các nhịp quá lớn cầu máng bê tông cốt thép thường không đáp ứng được, thì cần dùng giải pháp cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước. Tại những địa hình khó thi công tại chỗ, một trong các giải pháp hữu hiệu là dùng cầu máng bê tông cốt thép suất trước bán lắp ghép. Một trong những ưu điểm của kết cấu cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép là do được chia nhỏ thành 3 bộ phận nên giảm nhỏ trọng lượng cấu kiện cẩu lắp. Cấu kiện chịu lực chủ yếu nhất là dầm cầu bằng bê tông cốt thép ứng suất trước. Bản mặt cầu thi công tại chỗ. Máng dẫn nước hình chữ nhật hay chữ U thi công tại chỗ hay chế tạo ở xưởng và lắp ghép tại hiện trường. Kết cấu máng có thể cắt thành từng đoạn hay có chiều dài bằng chiều dài cầu đỡ máng Do đây là một loại hình kết cấu mới được tác giả nghiên cứu đề xuất và chưa từng được ứng dụng ở Việt Nam, vì vậy việc nghiên cứu trạng thái ứng suất và chuyển vị của cầu máng từ giai đoạn thi công đến giai đoạn khai thác là việc làm cần thiết khi tính toán thiết kế loại hình kết cấu mới này. 1.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của cầu máng bê tông cốt thép bán lắp ghép ứng suất trước, từ đó đưa ra phương án chọn chiều dài máng hợp lý ứng với mặt cắt ngang đã chọn trước. 1.3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt thép ứng suất trước và sử dụng chức năng tính toán dầm bê tông cốt thép ứng suất trong phần mềm SAP2000 để xác định trạng thái ứng suất và biến dạng của các bộ phận cầu máng bê tông cốt thép lắp ghép và áp dụng vào tính toán công trình cụ thể có xét tới điều kiện thi công. 1 1.4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC: - Xây dựng được mô hình tính toán kết cấu cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn có xét tới điệu kiện và thiết bị thi công, với giải pháp là dùng kết cấu cầu máng bê tông cốt thép bán lắp ghép. - Áp dụng tính toán cho một công trính cụ thể. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG 1.1. Khái quát về cầu máng [1] 1.1.1. Khái niệm cầu máng và các bộ phận cầu máng Cầu máng là kết cấu thường gặp trong công trình thủy lợi. Trong những trường hợp kênh dẫn phải vượt qua thung lũng, sông suối... có thể dùng cầu máng để đảm bảo việc dẫn nước trong kênh. Với cầu máng bê tông cốt thép thông thường nhịp cầu máng dạng dầm đơn chỉ vào khoảng từ 15m đến 20m. Để giảm được số lượng các gối đỡ, đặc biệt có hiệu quả khi cầu máng cần vượt qua các khe sâu không bố trí được các mố giữa, điều kiện thi công khó khăn đổ bê tông tại chổ các hạng mục cầu máng. Cần thiết kế cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp lớn bán lắp ghép. Cầu máng có các bộ phận chính: cửa vào, cửa ra, thân máng và gối đỡ (xem hình 1-1). Hình 1-1. Sơ đồ mặt cắt dọc cầu máng 1.Cửa vào; 2.Mố bên; 3.Thân máng; 4.Gối đỡ; 5.Khe co giãn; 6. Cửa ra; 7.Kênh 1.1.1.1. Kết cấu cửa vào, cửa ra Cửa vào và cửa ra của cầu máng là đoạn nối tiếp thân máng với kênh dẫn nước thượng, hạ lưu, có tác dụng làm cho dòng chảy vào máng thuận, giảm bớt tổn thất do thu hẹp gây ra và dòng nước ra không làm xói lở bờ và đáy kênh. Tường cánh của cửa vào và cửa ra thường làm theo hai kiểu: kiểu lượn cong và kiểu mở rộng hoặc thu hẹp dần. Cửa lượn cong nước chảy vào, chảy ra thuận, nhưng khi thi công khó khăn hơn. Góc mở rộng của tường cánh có ảnh hưởng đến dòng chảy vào và ra khỏi máng. Thường lấy tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài là 1 1 ÷ . Sơ bộ chiều dài 4 3 đoạn cửa vào, cửa ra lấy bằng 4 lần cột nước trong kênh. Sân phòng thấm thường làm 3 bằng đất sét, ở trên có lát đá để phòng xói cũng có khi ở dưới nền cửa vào, cửa ra làm chân khay hoặc đóng ván cừ. h z l2 l1 Hình 1-2. Cửa vào, cửa ra của cầu máng h: Chiều sâu nước trong kênh; L1: Chiều dài đoạn cửa vào; L2: Chiều dài đoạn cửa ra. 1.1.1.2. Kết cấu thân máng Thân máng làm nhiệm vụ chuyển nước, mặt cắt ngang dạng chữ nhật, bán nguyệt, parabol hoặc chữ U..., có cấu tạo kín hoặc hở. Vật liệu được dùng để xây dựng máng có thể là gỗ, gạch đá xây, bê tông cốt thép hoặc xi măng lưới thép. Tiết diện máng phải đủ chuyển nước, độ nhám nhỏ tránh tổn thất đầu nước, vật liệu thân máng phải bền và ít thấm nước. Chọn hình thức mặt cắt ngang thân máng phải dựa vào tính toán thủy lực, vật liệu làm thân máng, hình thức kết cấu trụ đỡ, đoạn nối tiếp cửa vào cửa ra. a) b) c) Hình 1-3. Mặt cắt ngang thân máng a. Hình chữ nhật; b. Hình thang; c. Hình chữ U Cầu máng vỏ trụ mỏng có khả năng chịu lực theo phương dọc lớn hơn theo phương ngang rất nhiều, để tăng độ cứng theo phương ngang, tăng độ ổn định tổng thể và cục bộ của thân máng, cần bố trí các thanh giằng ngang, các sườn gia cường dọc (còn gọi 4 là tai máng), tại hai đầu mỗi nhịp máng nên bố trí sườn ngang (hình 1-4). Với cầu máng có mặt cắt ngang nhỏ, để dễ dàng cho việc thi công có thể không bố trí các thanh giằng ngang, song nếu cần có thể tăng thêm chiều dày thành máng. Gi»ng ngang Gi»ng ngang S­ên däc S­ên däc S­ên ngang Hình 1-4. Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có giằng ngang Khi có nhu cầu đi lại trên mặt máng, có thể bố trí đường cho người đi, trường hợp này các cấu kiện cầu máng cần được kiểm tra thêm với tải trọng 250daN/m2. Với cầu máng lớn qua sông suối có thể kết hợp làm cầu giao thông trên đỉnh. 1.1.1.3. Kết cấu gối đỡ Cầu máng dựa vào giá đỡ theo nhiều hình thức, tuỳ theo tình hình cụ thể mà lựa chọn. Có thể chỉ kê hai đầu vào bờ theo hình thức gối tự do. Nếu cầu máng dài có thể đặt trên giá đỡ theo hình thức dầm liên tục hoặc dầm công xôn kép. Loại có dầm công l a xôn kép (hình 1-5) khi chọn chiều dài a của nhịp l và chiều dài của mút thừa a Hình 1-5. Sơ đồ bố trí giá đỡ kiểu công theo quan hệ l = 2,7a thì giá trị mômen xôn kép âm và dương lớn nhất xảy ra trong dầm sẽ bằng nhau, tiện cho bố trí cốt thép. 5 Hình 1-6. Một cầu máng kiểu dầm công xôn kép Máng có thể đặt trực tiếp trên giá đỡ (hình 1-7a) hoặc trên hệ thống dầm dọc (hình 17b). Trường hợp cầu máng vượt qua lòng sông sâu và không rộng, nước chảy lại khá xiết, nếu hai bờ tốt, vẫn có thể dùng hình thức dầm liên tục và các giá đỡ tựa trên một vòng vòm (hình 1-7a). Trường hợp địa chất hai bên bờ yếu, dùng hình thức vòm treo (hình 1-7b) để giảm lực truyền cho hai bờ. Lúc đó thành máng chịu kéo theo phương đứng. a) b) Hình 1-7. Giá đỡ cầu máng kiểu vòm (a) và kiểm vòm treo(b) Gối đỡ thân máng gồm có gối đỡ ở bên (mố bên) và gối đỡ ở giữa (trụ giữa). Mố bên thường dùng kiểu trọng lực (hình 1-9), còn trụ giữa khi chiều cao trụ không lớn cũng hay dùng kiểu trọng lực, khi chiều cao của trụ lớn thường dùng kiểu khung hoặc kiểu hỗn hợp. 6 Hình 1-8. Một vài cầu máng dạng vòm Hình 1-9. Kết cấu gối đỡ 1. Mố biên kiểu trọng lực; 2. Cửa vào; 3. Thân máng; 4. Phần đất đắp; 5. Thiết bị thoát nước; 6. Mặt đất tự nhiên; 7. Trụ giữa 7 Trụ giữa kiểu trọng lực có thể bằng gạch xây, bằng đá xây hoặc bê tông, thường dùng có các trụ có chiều cao dưới 10m, trọng lượng bản thân của trụ kiểu trọng lực thường rất lớn, do đó đòi hỏi nền phải có sức chịu tải cao (hình 1-10a). Trụ đỡ kiểu khung có hai loại: khung đơn và khung kép, khung đơn thường dùng cho các trụ cao dưới 15m (hình 1-10b), còn trụ kép thường dùng khi các trụ có chiều cao từ 15 đến 20m (hình 110c). Móng của mố và trụ có thể đặt trực tiếp lên nền tự nhiên, khi nền yếu có thể đặt trên nền cọc. a) b) c) Hình 1-10. Các kiểu trụ đỡ a. Trụ kiểu trọng lực; b. Trụ kiểu khung đơn; c. Trụ kiểu khung kép 1.1.2. Hình thức cầu máng thường dùng hiện nay [1] 1.1.2.1. Thân máng có mặt cắt hình chữ nhật a) Máng chữ nhật không có thanh giằng ngang (hình 1-11a) Thành bên của loại cầu máng này dưới tác dụng của áp lực nước sẽ chịu lực như một bản công xôn. Khi thành máng cao thì mômen uốn ở đáy vách máng sẽ lớn, do đó lượng thép dùng trong thân máng sẽ lớn. Nhưng loại máng này có kết cấu đơn giản, dễ thi công, nên vẫn được dùng trong các cầu máng loại nhỏ. b) Máng chữ nhật có thanh giằng ngang (hình 1-11b) Đối với cầu máng loại vừa và lớn cần bố trí thêm các thanh giằng ngang trên đỉnh máng để tăng khả năng chịu lực theo phương ngang của máng, khoảng cách giữa các thanh giằng ngang từ 1~3m. Sự có mặt của các thanh giằng ngang cải thiện được điều kiện chịu lực của thành bên và đáy máng theo phương ngang, do đó có thể giảm bớt được lượng cốt thép. 8 Hình 1-11. Mặt cắt ngang máng chữ nhật a. Không thanh giằng; b. Có thanh giằng; c) Kích thước mặt cắt ngang của cầu máng chữ nhật Chọn sơ bộ như sau: - Chiều cao thành máng: h= H + ∆H (m) (1-1) trong đó: H là chiều cao cột nước tính toán, ∆H = 0,1~0,2m là độ vượt cao an toàn để tránh nước trào ra khi có sóng gió, được chọn phụ thuộc vào cấp công trình. - Chiều rộng đáy máng thường chọn để bảo đảm điều kiện thủy lực: B = (1,5~1,7)H (1-2) - Mặt cắt thanh giằng có chiều cao hg = (10~20)cm, bề rộng bg = (8~15)cm, khoảng cách giữa các thanh giằng Lg = 1~3m. - Mặt cắt sườn ngang trong thân máng có chiều cao hs = 15~30cm, bề rộng bg= 12~20cm, sườn ngang tại gối chọn kích thước lớn hơn. 1.1.2.2. Thân máng có mặt cắt ngang hình chữ U Hình dạng máng chữ U thường dùng hiện nay có đáy là nửa trụ tròn, có thêm hai thành bên thẳng đứng (hình 1-12). Cũng tương tự như máng chữ nhật, để tăng độ cứng thân máng thường được gia cường bằng các sườn dọc (tai máng) theo phương ngang và bằng các các thanh giằng ngang theo phương dọc. Do đó máng chữ U cũng được phân thành hai loại: loại không có thanh giằng ngang (hình 1-12a) và loại có thanh giằng ngang (hình 1-12b). Chọn sơ bộ kích thước mặt cắt ngang thân máng hình chữ U theo các số liệu sau đây: - Chiều cao đoạn thẳng đứng của thành máng f=(0,1~0,3)D o (1-3) - Kích thước tai máng thường chọn như sau: a=(3,5~5,5)t, (1-4) 9 b=(0,4~0,5)a, (1-5) c=(0,2~0,4)a. (1-6) - Kích thước mặt cắt của thanh giằng có chiều cao h g = 10~20cm, bề rộng b g =8~15cm, khoảng cách giữa các thanh giằng L g =1~3m. D0 c hg h f f H R1 R0 R0 R R H R1 t0 s0 a b c b a b D0 b - Mặt cắt của các sườn ngang (đai) có chiều cao h s =(4~5)t, bề rộng b s =8~15cm. d0 s0 s0 a. t0 s0 d0 b. Hình 1-12. Mặt cắt ngang máng chữ U không thanh giằng và có thanh giằng Sườn ngang tại vị trí gối tựa có kích thước lớn hơn sườn ngang ở trong nhịp, đường viền ngoài thường có dạng đường gấp khúc tạo thành kết cấu gối tựa cho thân máng. Để thỏa mãn điều kiện chống nứt theo phương ngang, đoạn đáy máng thường làm dày hơn, kích thước phần này có thể lấy như sau: t 0 =(2,5~4,5)t, d 0 =(0,5~0,6)R o , S o =(0,3~0,4)R o (1-7) Ngoài ra còn phải thỏa mãn điều kiện chiều dày đáy máng tối thiểu để bố trí cáp khi thiết kế cầu máng ứng suất trước. Hình 1-13. Máng chữ nhật và chữ U có thanh giằng 10