PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Trong những năm gần đây, công nghệ xây dựng cầu nói chung và công nghệ cầu BTCT dự ứng lực nói riêng tiếp tục có những bước phát triển mạnh mẽ. Một số công trình lớn đã được xây dựng, mang lại dáng vẻ kiến trúc đẹp, hiện đại và vượt được khẩu độ lớn.
Bên cạnh đó, cầu dầm giản đơn truyền thống vẫn đang được áp dụng rộng rãi ở những nơi không có yêu cầu về thông thuyền hoặc vượt khẩu độ lớn, do có những ưu điểm như tính cơ giới hóa, tiêu chuẩn hóa, dễ lao lắp, dễ vận chuyển, giá thành thấp, rất phù hợp với trình độ công nghệ và điều kiện kinh tế xã hội nước ta hiện nay. Trong số các loại dầm giản đơn có thể kể đến một số loại dầm như: dầm I, T, Super-T, với số lượng các công trình đã và đang thi công chiếm đa số trên các dự án lớn ở nước ta như: cầu Cổ Chiên, Cầu mỹ lợi đều có phần cầu dẫn sử dung dầm Super –T. Cầu sài gòn, cầu Đồng Điền phần cầu dẫn sử dụng dầm I. Bên cạnh những ưu điểm, các cầu dầm BTCT DƯL giản đơn sử dụng dầm I, T, Super – T…còn tồn tại một số nhược điểm như: Đối với dầm T sử dụng mối nối ướt ở bản cánh nên cầu thường có độ rung lớn khi đưa vào khai thác sử dụng, độ cứng tổng thể của toàn bộ kết cấu nhịp nhỏ.
Đối với dầm I thì khả năng vượt nhịp chưa cao, độ cứng theo phương ngang của dầm thấp nên khó khăn trong công tác lao kéo cẩu lắp. Còn dầm super – T có chiều dày thành dầm mỏng, độ cứng tổng thể của kết cấu nhỏ, khó kiểm soát độ vồng ở công trường. Trên thực tế dầm Super – T thường bị nứt tại nách dầm (phần giao giữa phần đầu dầm và bụng dầm), các vết nứt này hiện vẫn chưa có giải pháp thiết kế triệt để chống nứt cho dầm. Để khắc phục những nhược điểm trên thì Dầm U với nhiều ưu điềm như tiết kiệm chi phí, an toàn trong thi công, hình dáng đẹp, hiệu quả về kết cấu, ổn định… đã được sở giao thông vận tải bang Texas0 của Mỹ bắt đầu phát triển vào những năm 80 của thế kỷ 20 và hiện nay đã được ứng dụng rất phổ biến tại Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, châu Âu, Canada… Tại Việt Nam , dầm U đang được 1 trường Đại Học Giao Thông Vận Tải kết hợp cùng công ty Cổ Phần Beton 6 nghiên cứu và đề xuất đưa vào sử dụng.
Từ trước đến nay, dầm giản đơn dự ứng lực thường sử dụng bê tông có cường độ chịu nén 40-50 MPa. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật về vật liệu, cường độ chịu nén của bê tông đã được nghiên cứu cải tiến và sử dụng lên đến 70-80 Mpa. Nhiều nhà nghiên cứu đã tìm cách áp dụng các Tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện thời cho bê tông cường độ cao. Theo đề xuất của một số nhà nghiên cứu Mỹ trong nchrp_rpt_5950, bằng việc sửa đổi một số hệ số, có thể áp dụng các Tiêu chuẩn hiện thời để thiết kế kết cấu bê tông cường độ cao.Quan điểm tương tự cũng được sử dụng ở châu Âu.
Tiêu chuẩn DIN 10450 của Đức cũng như Euro Code được phép áp dụng cho bê tông có cấp cường độ đến C100/115; Việc sử dụng cường độ bê tông bao nhiêu có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của dầm. Hiện tại, chưa có đề tài nào nghiên cứu đánh giá cường độ bê tông nào là phù hợp, nâng cao hiệu quả sử dụng, Vì vậy đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ U” là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Đối tượng nghiên cứu. Dầm chữ U bê tông dự ứng lực 3.
Phạm vi nghiên cứu. Cầu dầm giản đơn trên đường ôtô, khổ cầu 4 làn xe, chiều dài nhịp 30m, 35m, 40m, cường độ bê tông cho dầm trong khoảng từ 45-80Mpa. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Góp phần nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến hiệu quả kinh tế - kĩ thuật của dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ U, từ đó đề xuất áp dụng cường độ bê tông hợp lý khi lựa chọn các thông số kỹ thuật của cầu dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ U nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng, nâng cao hiệu quả sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích, đánh giá kết cấu kết cấu nhịp dầm U. Phương pháp thống kê và vẽ biểu đồ để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuât. Kết cấu của luận văn.
Chương 1: Tổng quan tình hình sử dụng cường độ bê tông cho dầm dự ứng lực nhịp giản đơn Chương 2: Cơ sở phương pháp luận phân tích kết cấu và đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật Chương 3: Áp dụng phân tính đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cho một số kết cấu nhịp dầm U khi sử dụng cường độ bê tông khác nhau 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG CHO DẦM DỰ ỨNG LỰC NHỊP GIẢN ĐƠN 1. Tình hình sử dụng cường độ bê tông cho dầm giản đơn BTCT DƯL tại Việt Nam. Các cầu bê tông cốt thép được xây dựng trong thời gian trước năm 1954 tại Việt Nam chủ yếu do pháp xây dựng.
Đến nay còn lại chủ yếu ở các tỉnh phía nam. Các dầm bê tông cốt thép trong thời kỳ này chủ yếu sử dụng bê tông có cường độ còn thấp, chủ yếu nhỏ hơn 30 Mpa. Trong những năm 1954 đến nay kết cấu nhịp bê tông cốt thép được thiết kế theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ hoặc tiêu chuẩn ngành Việt Nam. Trong thời kỳ này cường độ bê tông làm dầm cũng chưa có nhiều thay đổi, chủ yếu sử dụng bê tông có cường độ nhỏ hơn 30 Mpa.
Bước sang thời kỳ 1970 đến nay công nghệ sản xuất bê tông dầm cũng như công nghệ thi công dầm đã có sự phát triển.Cầu bê tông dự ứng lực đã có khẩu độ vượt nhịp lớn, chiều dài nhịp thay đổi từ 24 đến 33m. Cá biệt có trường hợp vượt nhịp tới 42m như cầu bắc mục tỉnh Tuyên Quang, cầu Thiệu Hóa ở tỉnh Thanh Hóa. Song song với sự phát triển về khẩu độ vượt nhịp thì công nghệ sản xuất bê tông dầm cũng có sự phát triển rõ rệt. Trong thời kỳ này bê tông dự ứng lực dùng để sản xuất dầm đã được sử dụng cường độ đến 42 Mpa.
Các cầu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thời gian từ năm 1990 trở lại đây ở nước ta thường sử dụng bê tông có cường độ khá cao từ 40 Mpa đến 50 Mpa. Các cầu dầm giản đơn BTCT DƯL chủ yếu sử dụng bê tông có cường độ 42 Mpa. Đặc biệt với sự phát triển của khoa học công nghệ về vật liệu thời gian gần đây ở Việt Nam cường độ bê tông sử dụng cho dầm bê tông cốt thép dự ứng lực lên đến 50 Mpa như dầm Super – T cầu Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh, cầu Mỹ Lợi tỉnh Tiền Giang, cầu Bình Lợi ở tp. Hồ Chí Minh.
Tình nghiên cứu ứng dụng dầm bê tông dự ứng lực mặt cắt chữ U. Lịch sử ra đời của dầm U 1. Lịch sử ra đời và phát triển dầm U-Bean U-Beam là loại dầm có mặt cắt ngang dạng chữ U đã được Cục Đường Bộ Bang Texas (TxDOT) bắt đầu phát triển vào những năm 80 của thế kỉ 20.Năm 1993,dầm U beam lần đầu tiên được sử dụng ở Houston.Hai loại mặt cắt dầm cầu U Beam dự ứng lực căng trước được phát triển là bởi TxDOT là: U40 và U45,sử dụng cho các nhịp giản đơn.Trong khi đó Cục Đường Bộ Bang Florida (FDOT) phát triển 4 loại dầm U Beam là U48,U54,U63,U72.Một số dự án ở Bang Colorado sử dụng dầm U84 căng sau,thi công nối liên tục tại các mặt cắt gần trụ cầu. Về mặt chịu lực,dầm U-Beam là một dạng dầm hộp bê tông-bê tông liên hợp theo 2 giai đoạn: − Giai đoạn 1: thi công dầm hộp hở và cẩu lắp tại hiện trường − Giai đoạn 2: ghép ván khuôn và thi công bản mặt cầu Dầm U-Beam có dạng dầm hộp nên độ cứng của dầm lớn,khă năng chịu cắt xoắn đồng thời rất tốt do đó số lượng dầm sẽ ít hơn nhiều so với các dầm khác cùng khẩu độ như dầm I,dầm T.Dầm U-Beam đã được ứng dụng phổ biến tại mỹ,Nhật Bản,Hàn Quốc,Châu Âu,Canada… Tại Việt Nam , dầm U đang được trường Đại Học Giao Thông Vận Tải kết hợp cùng công ty Cổ Phần Beton 6 nghiên cứu và đề xuất đưa vào sử dụng.
Đặc điểm kết cấu dầm U-Beam của TxDOT Chiều dày bản cánh 150mm, Chiều dày sườn dầm 127mm, Chiều dày bản đáy 210mm Dầm được tạo DUL bằng cốt thép căng trước trên bệ.Cáp dự ứng lực sử dụng tao đơn 12,7 mm hoặc 15,2 mm được đặt thẳng,một số bó được cách ly không dính bám với bê tông đầu dầm để giảm ứng suất kéo ở thớ trên tại đầu dầm .Không cần bố trí các neo trong dầm. 5 Các vách ngang dày 150mm được bố trí khoảng cách 12 m để tăng độ ổn định của sườn dầm và của dầm trong quá trình cẩu lắp và khai thác. Đặc điểm kết cấu dầm U-Beam của FDOT Chiều dày bản cánh 178 mm, chiều dày sườn dầm 140 mm, chiều dày bản đáy dầm 254 mm; Bê tông dầm thường dùng loại có f’c từ 40 MPa đến 60 MPa. Giống như các dầm U40 và U54 của TxDOT ,các loiaj dầm U của FDOT cũng sử dụng công nghệ căng trước với các tao cáp có đường kính 12,7 mm hoặc 15,2 mm đặt thẳng,1 số bó cách ly không dính bám với bê tông đầu dầm.
Theo chiều dài dầm bố trí 3 vách ngang dày 300 mm để tăng độ ổn địnhcủa sườn dầm và của dầm trong quá trình cẩu lắp và khai thác. Tình hình sử dụng cường độ bê tông trong và ngoài nước hiện nay. Trên thế giới: các thống kê cho thấy, bê tông cường độ cao đã được sử dụng cho các công trình cầu ở rất nhiều nước từ gần 40 năm qua.Với cường độ đến khoảng 80 MPa, bê tông cường độ cao vẫnđược sử dụng trong các dạng kết cấu thông thường. Hầu hết các kết cấu cầu bê tông bê tông cao ở Bắc Mỹ đều ở dạng này.
Ở đây, việc tăng cường độ bê tông cho phép làm giảm chiều cao kiến trúc, tăng chiều dài nhịp cũng như giảm bớt số lượng dầm trong các công trình cầu và qua đó, giảm chi phí và thời gian thi công.