Bài giảng Thiết kế cầu bê tông cốt thép: Phần 2 - Trường ĐH Vinh

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Thiết kế cầu bê tông cốt thép: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Nguyên lý cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép; thiết kế, tính toán cầu dầm bê tông cốt thép; cầu dầm thi công phân đoạn và cầu vòm bê tông cốt thép. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Thiết kế cầu bê tông cốt thép: Phần 2 - Trường ĐH Vinh Chương 5 – Cầu dầm nhịp giản đơn bê tông cốt thép CHƯƠNG 5 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP * Mục tiêu: - Hiểu biết cơ bản để phân biệt được kết cấu cầu dầm so với các loại kết cấu khác. - Phân tích được cấu tạo của cầu dầm BTCT thường và BTCT dự ứng lực. - Vận dụng các bước phân tích, các yêu cầu tính toán trong việc thiết kế một dầm cầu BTCT. - Phân tích các vấn đề chính trong thiết kế, tính toán cầu dầm BTCT, có thể vận dụng sáng tạo trong công việc thực tế. * Nội dung: 5.1. Khái niệm về cầu dầm BTCT: Đối với cầu bản khi chiều dài nhịp tăng thì mô men do tĩnh tải tăng lên nhanh chóng, trọng lượng bản thân tăng dẫn đến không tiết kiệm được vật liệu, không kinh tế nên người ta chuyển sang làm cầu dầm. Cầu dầm được áp dụng do việc giảm chi phí của kết cấu bản BTCT bằng việc loại bỏ phần bê tông trong vùng chịu kéo và tập trung cốt thép trong sườn dầm. Khi chịu uốn một phần sườn và bản mặt cầu chịu nén. Cốt thép tiếp nhận toàn bộ ứng suất kéo, chiều rộng sườn dầm được thu nhỏ đủ để bố trí cốt thép và chịu lực cắt vì vậy tiết diện chịu lực hợp lý hơn về mặt vật liệu. Nếu bố trí cốt thép không đủ có thể làm bầu dầm. Đặc điểm của cầu dầm BTCT có thể thấy rõ những điểm sau: - Ưu điểm:  Chịu lực hợp lý hơn cầu bản do đó vượt được nhịp lớn hơn.  Chịu mô men một dấu bố trí cốt thép đơn giản.  Dễ tiêu chuẩn hoá, định hình hoá cấu kiện.  Thích hợp với kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép.  Vận chuyển và lắp ráp tương đối thuận tiện thích hợp với cầu nhiều nhịp. - Nhược điểm:  Kích thước tiết diện sườn nhỏ hẹp, cốt thép dầy đặc đổ bê tông khó khăn.  Vận chuyển dầm cầu dạng chữ T & I kém ổn định (so với cầu bản).  Chiều cao kiến trúc lớn.  Vượt nhịp nhỏ, cầu nhiều trụ.  Bê tông cốt thép thường bị nứt làm hạn chế khả năng sử dụng và giảm độ bền vững công trình. Đặng Huy Khánh_VUNI 60 Chương 5 – Nguyên lý cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép 5.2. Cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép đổ tại chỗ: 5.2.1. Tổng thể: Cầu dầm bê tông cốt thép đổ tại chỗ có các bộ phận chính trong tiết diện ngang gồm 2 dạng:  Bản mặt cầu, dầm chủ và dầm ngang.  Bản mặt cầu, dầm chủ, dầm ngang và dầm dọc phụ. Hình 5.1- Mặt cắt ngang cầu dầm đổ tại chỗ a. MCN có dầm dọc phụ; b. MCN không có dầm dọc phụ; c,d. MCN khổ cầu lớn 1. Dầm chủ; 2. Dầm dọc phụ; 3. Dầm ngang Nguyên tắc cấu tạo tiết diện ngang cầu dầm đường xe chạy trên là triệt để sử dụng cường độ vật liệu cấu thành tiết diện. Trong cầu dầm đơn giản, bản mặt cầu bố trí bên trên để làm mặt đường xe chạy, thường làm việc cục bộ theo phương ngang, đồng thời theo phương dọc có tác dụng như biên trên chịu nén của dầm, thớ dưới dầm chịu kéo do toàn bộ cốt thép chịu. Cốt thép dọc chịu kéo được bố trí gọn trong vách hoặc trong bầu dầm. Sử dụng bản bê tông chịu nén càng nhiều, vách dầm càng mỏng thì kết cấu sườn dầm càng tỏ ra kinh tế. Do đó vách dầm có khuynh hướng làm càng mỏng càng tốt, chiều dày nhỏ nhất của vách được xác định từ điều kiện bê tông đủ dày để chịu ứng suất chính nén, ứng suất cắt, bố trí cốt đai bảo vệ cốt thép, và không cản trở chế tạo. Theo kinh nghiệm, để tạo điều kiện thuận lợi khi đổ bê tông, chiều dày vách dầm không nên nhỏ hơn 200mm. Loại kết cấu này thường sử dụng cho những cầu có chiều dài nhịp nhỏ hơn 22m và chỉ áp dụng ở nơi không có điều kiện thi công nào khác như miền núi chẳng hạn. Ưu điểm của loại kết cấu này là đơn giản, dễ thì công, không yêu cầu thiết bị đặc chủng. Tuy nhiên, sử dụng Đặng Huy Khánh_VUNI 61 Chương 5 – Nguyên lý cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép nhiều đà giáo, ván khuôn, cản trở dòng chảy hoặc thông thuyền, tiến độ thi công chậm. Do đó, loại kết cấu này ít được sử dụng ngày nay. 5.2.2. Bản mặt cầu: Bản mặt cầu được thiết kế để phục vụ việc khai thác công trình cầu, chiều rộng bản mặt cầu tối thiểu 3600mm cho một làn xe, khi thiết kế 2 làn xe cần bố trí tối thiểu 6000mm đến 9000mm, chiều rộng lớn hơn cho các trường hợp nhiều làn xe thiết kế. Tùy số lượng dầm chủ thiết kế, nếu khoảng cách hai dầm chủ 2-3m thì không cần thiết kế dầm dọc phụ, trong trường hợp khoảng cách từ 5-6m thì nhất thiết phải thiết kế dầm dọc phụ, khi đó bản mặt cầu được tính toán theo các sơ đồ cụ thể như sau: Nếu L1/L2 ≥ 2 sử dụng sơ đồ bản kê hai cạnh với chiều dày bản hb ≥ 1/25L2 Nếu L1/L2 < 2 sử dụng sơ đồ bản kê bốn cạnh với chiều dày bản hb ≥ 1/30L2 Tuy nhiên, trong mọi trường hợp hb tối thiểu dày 175mm (mục 7.1.1, phần 9, TCVN). L1 và L2 là kích thước mặt cầu tương ứng theo phương dọc và ngang cầu (xem hình 5.1) 5.2.3. Dầm chủ: Dầm chủ là bộ phận chịu lực chính, hai đầu dầm kê lên các gối cầu ở trên các trụ, mố. Số lượng dầm chủ thiết kế ít nhất (để hạn chế khối lượng ván khuôn đổ tại chỗ), số lượng tuỳ thuộc vào khổ cầu. Khi mặt cắt ngang gồm 2 dầm chủ, khoảng cách giữa chúng bằng 0,55 - 0,6 chiều rộng toàn bộ cầu (khổ 7 hoặc khổ 8 khoảng cách sẽ là 5-6m). Chiều cao dầm chủ: h = (1/8 - 1/16)L Chiều rộng sườn dầm: b = (1/6 - 1/7)h đủ để bố trí cốt thép và chịu lực cắt. 5.2.4. Dầm ngang: Dầm ngang có nhiệm vụ liên kết các dầm chủ theo phương ngang cầu, tăng cường làm việc cho bản mặt cầu, tăng độ cứng và làm nhiệm vụ phân phối tải trọng giữa các dầm chủ. Khoảng cách giữa các dầm ngang: 4-6m thường có ít nhất một dầm ở giữa nhịp và hai dầm ngang ở vị trí gối cầu. Chiều cao dầm ngang:  Tại giữa nhịp: ...