CHƯƠNG 1: TONG QUAN 1. Đặt van dé Nam trong xu thé chung cua tién trinh phat trién manh mé vé khoa hoc cong nghé, các công nghệ xây dựng về công trình giao thông, trong đó có ngành xây dựng cau, đã có những sự phát triển không ngừng không những trên thế giới mà ở Việt Nam cũng có những bước tiến đáng kẻ. Ngày nay cầu thép vẫn chiếm một số lượng lớn trong tổng số công trình cầu trên toàn thế giới. Sự gia tăng về nhu cầu cũng như lưu lượng giao thông đòi hỏi sự đáp ứng về cơ sở hạ tầng giao thông, mà trong đó cầu chính là khớp nối cho hệ thống giao thông.
Sự thiếu sót các công trình cầu làm cho gián đoạn giao thông là điều không thể chấp nhận cho sự phát triển của một địa phương, một quốc gia. 60 50 nhdxđ%cưaựâợmuyg 8 1950 1955 1960 1965 1370 1975 Nam xav dưng 1980 1985 Hình 1.1 Lich sử phát triển cầu thép được thống kê ở Mỹ (Trích [1]) 1390 1995 2000 Trang 2 Cùng với tiễn trình hội nhập với thế giới và sự phát triển của công nghệ thi công cầu ở Việt Nam, nhiều cầu thép đã được xây dựng trong nước, đáp ứng các yêu cầu mỹ quan và đòi hỏi việc vượt nhịp khá lớn như cầu Hàm Rồng có thiết kế đẹp đáp ứng day đủ các yêu cầu về mỹ quan, cầu Bình Lợi với vòm cầu Nielsen được xem là vòm cầu lớn nhất Việt Nam với kích thước vòm cao 35m, rộng 25m và dai 150m, cầu vượt nút giao Deawon chuẩn bị được khởi công xây dựng tại Hà Nội ở Việt Nam và các cầu vượt ở Tp. HCM đáp ứng được việc thi công nhanh chóng, không tốn nhiều thời gian và chi phí dam bảo giao thông.đã giải quyết tốt van dé nhức nhối ngày nay là van dé lưu thông tai các tỉnh thành.3 Cầu Hàm Rồng ở Đà Nẵng ~ Hình 1.4 Cầu Bình Lợi mới Trang 4 Hầu hết các công trình cầu hiện nay đều có sử dụng các phương pháp gây tạo, điều chỉnh ứng suất suất để tăng cường khả năng chịu lực của cầu. Cầu thép cũng là 1 trong số các công trình sử dụng nhiều nhất các phương pháp gây tạo, điều chỉnh ứng suất suất vì trọng lượng lượng nhẹ, khả năng chịu lực của thép tốt và dé thi công các biện pháp điều chỉnh.
Mục đích của việc gây tạo và điều chỉnh ứng suất trong kết cấu thép bêtông cốt thép liên hợp là nhằm tận dụng sự làm việc của bêtông cốt thép, giảm bớt sự làm việc của phân thép và do đó tiết kiệm thép hơn. Đặc điểm chung của cầu thép: Đặc trưng gia công của thép bao gồm ứng xử nhiệt và quá trình sản xuất. Kết cau thép được sản xuất với 0.25 phần trăm cac-bon dé đạt được sự kết hợp cải tiễn về sức mạnh và độ dẻo.70 Stres _— 0,85 — 11%c ‘Strain Hình 1.6 Đồ thị thé hiện ảnh hưởng hàm lượng cacbon đối với su ứng xử của thép. Chất lượng của thép và sản xuất các kết cầu thép ngày càng được nâng cao và giảm dị tật, khiếm khuyết đến mức thấp nhất.
Tuy nhiên kết cau thép cũng còn một số hạn chế cần khắc phục. Ưu điểm: e Tính chịu lực cao với các loại ứng suất: kéo, nén, uốn, cắt. e Có thể dùng để chế tạo tất cả các dạng cầu khác nhau: dầm, dàn, vòm, treo. và các hệ liên hợp.
e Thép có trọng lượng riêng lớn, độ bên cao - trọng lượng bản thân nhẹ - xây dựng được những cầu nhịp rất lớn. e Thép có cường độ cao và mô đun dan hồi lớn - độ cứng lớn, đảm bảo ôn định dưới tác dụng của tải trong gid và các loại tải trọng có chu kỳ. e Su phá hoại dẻo - phá hoại kèm theo biến dạng lớn - gây phân bố lại nội lực và ứng suất - chịu tải trọng xung kích và ứng suất tập trung tốt. e Tính đồng nhất cao, chịu nhiệt tốt, dễ gia công chế tạo - có thể cơ giới hoá triệt dé.
e Các liên kết là dạng liên kết chắc chắn, chịu lực cao, dễ tháo lắp. Có thể dùng trong các công trình tạm cũng như vĩnh cửu. Nhược điểm : e _ Hiện tượng gi do tác động của môi trường: gi làm ăn mòn kim loại, làm giảm tiết diện chịu lực, phá hoại các liên kết và đo đó làm giảm tuôi thọ của công trình. Trang 6 e _ Thép có khuynh hướng bị ăn mòn cao.
Trong môi trường nông thôn thì tỷ lệ bị ăn mòn của thép là 0.05mm bê dày mỗi năm. Tỷ lệ này giữa khoảng 0.1mm bề dày trong môi trường công nghiệp. e Viéc sơn mạ chống gi chỉ có tác dụng trong một thời gian nhất định - công trình can thường xuyên kiểm tra, bảo quan, cạo gi và sơn lại. e Chi phí duy tu bảo dưỡng khá cao so với các loại vật liệu khác.
Ngày này vật liệu thép được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau và cho nhu câu của đời sống hăng ngày. Việc sử dụng thép cần phải được xem xét cho phù hợp với nhu câu chung. Đối với các công trình câu thì tình hình sử dụng vật liệu thép thường được sử dụng làm các câu kiện bê tông cốt thép như dầm, mồ, tru, cọc. hoặc dùng dé phục vụ cho các công tác thi công như thi công cọc ván thép, chế tạo khung định vị dùng để đóng cọc, sàn công tác.
Đôi với câu thép thì vật liệu thép chủ yếu trong câu là các dam thép với các kết câu nhịp lớn hoặc câu đường sat. Câu thép thường được ứng dụng nhiêu trong các loại câu tạm, cau quân sự bởi vì ưu điểm tháo dỡ nhanh, vận chuyền dé dang. Trong xu hướng nghiên cứu hiện nay, các nhà nghiên cứu dang phát triển van dé áp dụng vật liệu thép trong các công trình theo 2 hướng là giảm khối lượng thép của bản thân công trình tới mức tôi thiểu và chi phí chế tạo, xây dựng câu. Tiếp theo đó, việc nghiên cứu kết câu nhịp thép — BTCT liên hop được tiếp tục phát triển theo các xu hướng là tăng ti lệ phân kết cầu BTCT trong tiết điện liên hợp nhăm mục đích tiết kiệm thép, hoàn chỉnh phân mặt câu băng cách dùng mặt câu BTCT (có độ bên, tudi tho cao, chất lượng tốt, bảo vệ được bộ phận thép phía dưới) và toàn bộ phan bản được liên kết với dầm thép tao thành một hệ liên hợp và kết cau nhịp trở thành một kết cau không gian thông nhât toàn khối cùng làm việc.
Ngày nay khi chọn tiết diện dâm thép cho câu thì được nghiên cứu theo hướng làm tăng tiết điện biên dưới dâm thép và giảm tiết diện biên trên dẫn đến trường hợp tiết diện thường không đối xứng vi hau hết biên dưới sẽ chịu kéo và biên trên chịu nén nên bô trí như vậy sẽ phù hợp. Trang 7 + | | Hình! 7 Biểu đồ ứng suất trong dam liên hợp thép — BTCT 1. Tác dụng của bản bê tông cốt thép trong câu liên hop: Bản mặt cầu là 1 bộ phận thuộc kết cầu phan trên của cầu cùng tham gia làm việc với dầm. Bản mặt cầu thường được sử dụng là bản bê tông cốt thép, ta có thể điều chỉnh hoặc gây ứng suất trước ngược dấu với ứng suất do tải trọng trong dầm gây ra => làm tăng khả năng chịu lực của bản thân dầm thép.
Đối với cầu thép thì bản mặt cầu còn liên hợp với dầm thép, cả 2 cùng làm việc chung dẫn đến kết quả là làm giảm độ võng và tăng thêm khả năng chịu lực cho dầm thép. Khi sử dụng bản bê tông cốt thép trong cầu liên hợp sẽ có ưu điểm là giảm khối lượng thép một cách rõ rệt và trong quá trình phục vụ của cầu hoàn toàn đảm bảo. Loại cầu liên hợp nay đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước. Hiện nay phương pháp thông dụng và thường xuyên được sử dụng nhất khi thi công cầu thép — bản BTCT liên hợp là lắp ghép dầm thép, hệ liên kết ngang và sau đó sẽ thi công đồ bản mặt cầu BTCT.
Trong quá trình thi công thì dầm thép sẽ làm việc theo 2 giai đoạn: e Giai đoạn 1 : riêng dầm thép chịu trọng lượng bản thân nó va trọng lượng phân bản BTCT (khi bê tông chưa đông cứng) G/d I; G/d I++. Các tinh tải trong giai đoạn này được gọi là “Tinh tải thường xuyên không hợp” e Giai đoạn 2 : Tiết diện liên hợp dầm thép — bản BTCT làm việc như một kết cau thống nhất chịu các loại tải trọng còn lai: tĩnh tải phần hai (Tinh tải thường xuyên liên hợp). hoạt tai và các loại tải trọng theo thời gian. Trang 8 —— : rcs Sea —————<C=7SS Ữn Hình 1.8 Bồ trí chung tong quát của một cau dâm thép liên hợp (Trích [4]).
Liên kết giữa kết cầu thép và bản mặt cầu được tạo bởi một hệ liên kết chịu cắt. Ta tao ra liên kết này bằng các phương pháp như hàn, đỉnh tán hay bulong neo cường độ cao như hình 1. Trang 9 stud weiding rs Ty «site fixed .9 Các loại liên kết chịu cat (Trích [2]) 1. Tính kinh tế của kết cấu nhịp thép — BTCT liên hop: Khi sử dụng kết cau nhịp thép — BTCT liên hợp thì ta nên chú ý phát huy tối đa cac ưu điểm mà kết cau nay mang lại và hạn chế tối tối thiểu các nhược điểm của kết cau.
Ưu điểm: e _ Tiết kiệm thép: 15 — 20% e D6 cứng kết cấu tăng cả phương đứng và ngang. e _ Giảm chi phí sửa chữa, bảo quản vệ sinh so với các loại mặt cầu 26, thép. e - Giảm tiếng Ôn và giảm tác động xung kích khi xe đi trên cau. Nhược điểm : e Ton thép hơn 1,5 đến 3 lần so với kết cầu cầu BTCT.
e Nhip cảng lớn => chênh lệch về khối lượng thép sử dung so với kết cấu không liên hợp càng giảm, do tĩnh tải trọng lượng bản thân tăng lên rất nhiều. e Can chú ý vẫn đề chống rỉ cho phan thép. sử dụng kết cấu cầu thép — BTCT liên hợp rất phù hop cho kết cấu cầu dầm giản đơn, liên tục khi có kết hợp với các biện pháp gây tạo và điều chỉnh ứng suất. Ngày nay, khái niệm về gây tạo hoặc điều chỉnh ứng suất khá gần gũi với người kỹ sư.
Khái niệm nay khi áp dụng vào xây dựng cau thì thường phố biến nhất là sử dụng các loại thép cường độ cao để tạo ứng suất trước theo chiều hướng có lợi cho khả năng chịu lực của kết cau.
