MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông không ngừng lớn mạnh cả về quy mô, kỹ thuật thiết kế và công nghệ xây dựng. Các nghiên cứu không chỉ đưa ra những giải pháp kết cấu vượt được nhịp lớn hơn nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của tĩnh không thông thuyền cũng như vượt những chướng ngại vật có khẩu độ lớn như các eo biển, thung lũng. các công nghệ thi công hiện đại cũng luôn được chú trọng nghiên cứu nhằm cải thiện điều kiện thi công, đẩy nhanh tiến độ phát huy hiệu quả vốn đầu tư.
Trong những năm vừa qua, công nghệ thi công không ngừng được cải tiến, từ việc thi công đúc trên đà giáo ảnh hưởng đến điều kiện thông xe, thông thuyền thì công nghệ thi công đúc hẫng, lắp hẫng cũng được áp dụng rộng rãi. Việc áp dụng công nghệ lắp ghép và lắp ghép phân đoạn cho phép đẩy nhanh được tiến độ thi công vì công tác đúc các đốt dầm được tiến hành song song cùng công tác thi công mố, trụ và các hạng mục khác do đó rút ngắn được tiến độ thi công công trình. Công nghệ lắp ghép phân đoạn đặt biệt phát huy ưu thế khi thi công công trình cầu khu vực đô thị, mặt bằng thi công chật hẹp, khi đó các đốt dầm được đúc ở khu vực xa đô thị sau đó vận chuyển vào lắp ghép hoàn thiện. Những khái niệm đầu tiên về cấu kiện phân đốt bê tông đúc sẵn lắp ghép đã bắt đầu hình thành trong những năm đầu của thập niên 30 của thế kỷ trước.
Người đặt nền móng là Eugene Freyssinet, cho đến năm 1946 mới có thiết kế và thi công công trình cầu lắp ghép đầu tiên trên thế giới - cầu Luzancy bắc qua sông Marne. Đây là cây cầu vòm bê tông cốt thép dự ứng lực đầu tiên trên thế giới theo đó các phân đốt dầm được lắp ghép trên hệ cột chống đà giáo tạm thời và sử dụng vật liệu vữa bê tông làm chất chèn khe tại vị trí mối nối. Không lâu sau đó 2 đã có thêm 5 cây cầu vòm bê tông cốt thép khẩu độ nhịp 74m bắc qua sông Marne. Cầu Luzancy bắc qua sông Marnc.
Tiếp sau đó, vào năm 1962, Muller đã thiết kế và áp dụng thành công công nghệ lắp ghép các phân đoạn dầm hộp bê tông liên kết bằng mối nối keo Epoxy. Kết cấu dạng hộp bê tông dự ứng lực có nhũng đặc điểm mang tính lợi thế hơn so với dạng chữ I do khả năng chống xoắn tốt và bảo đảm tính toàn khối liên tục giữa các phân đốt, cũng như đạt được các tiêu chí về hình dáng kiến trúc đẹp, hài hòa với môi trường xung quanh. Từ những công trình thử nghiệm ban đầu này, các nước trên thế giới đã tiếp tục xây dựng nhiều dạng cầu bê tông dự ứng lực lắp ghép có quy mô lớn với những giải pháp công nghệ ngày càng hiện đại và mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế. Tuy nhiên, với dạng kết cấu nhịp cầu lắp ghép phân đoạn việc tồn tại các mối nối sẽ làm cho cơ chế chịu lực nói chung và cơ chế chịu cắt, xoắn nói riêng sẽ có sự khác biệt, do dó năm 1959 Franz [3] đã nghiên cứu đối với mô hình mối nối vữa xi măng phẳng, răng cưa không có cốt thép, tiếp đến là các nghiên cứu của Jones năm 1959[3], Buyukozturk, Bakhoum, Beattie năm 1990[25] với mối nối khô và keo epoxy phẳng và có một khóa chống cắt không có cốt thép… Trong những năm trở lại đây các hướng nghiên cứu chính của đề tài liên 3 quan là nhằm làm rõ khả năng chịu cắt của khóa chống cắt cũng như của mối nối và đặc biệt là chịu xoắn của mối nối đối với dầm hộp đúc phân đoạn lắp ghép nhằm đưa ra những chỉ dẫn, tiêu chuẩn cho việc thiết kế mối nối.
Cùng với xu thế đổi mới phát triển của đất nước, Ngành giao thông vận tải Việt Nam trong những năm qua đã đạt được nhiều thành tích trong lĩnh vực xây dựng các công trình hạ tầng giao thông vận tải từ cấp truyền thống đến hiện đại, nắm bắt được những giải pháp, công nghệ thi công tiên tiến trên thế giới cho phép chúng ta có thể xây dựng các công trình cầu có khẩu độ nhịp lớn, tiến độ thi công nhanh đáp ứng được yêu cầu khai thác. Ở nước ta công nghệ lắp ghép được Ngành giao thông vận tải tập trung nghiên cứu bắt đầu từ giữa năm 2000, tập trung cho nhịp trung từ 40-60m, các dạng mặt cắt ngang thường là mặt cắt chữ T, mặt cắt hộp…các công trình này đã được thi công xây dựng, mặc dù còn nhiều tồn tại tuy nhiên cơ bản đáp ứng được yêu cầu khai thác. Trong những năm gần đây, một số dự án lớn, đòi hỏi tiến độ thi công nhanh như dự án tuyến Metro Bến Thành – Suối Tiên tại thành phố Hồ Chí Minh [7]. Dự án có chiều dài 19,7km trong đó có 2,6km đi ngầm và 17,1km đi trên cao với đoạn cầu cạn dài 14,5km, trong đó có 12km được thi công bằng công nghệ lắp ghép phân đoạn, mặt cắt ngang dầm hình chữ U, mối nối sử dụng khoá chống cắt kết hợp keo epoxy.
Dự án Tân Vũ – Lạch Huyện, thành phố Hải Phòng [6], điểm đầu của dự án Km0 (nút giao Tân Vũ) giao với đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng thuộc địa phận quận Hải An, thành phố Hải Phòng; Điểm cuối Km15+629,94 (cổng cảng Lạch Huyện) thuộc địa phận huyện Cát Hải - Thành phố Hải Phòng, dự án có tổng chiều dài 15,63km, chiều dài phần cầu 4433,7m. Mặt cắt ngang 01 dầm hộp BTCT DƯL f’c = 50Mpa cao 3,2m, rộng 16m). Cầu gồm 2 đơn nguyên, thi công theo công nghệ lắp ghép Span By Span (SBS), cầu nằm trên đường thẳng, mối nối sử dụng khoá chống cắt kết hợp keo epoxy. Hình ảnh thi công dự án Tân Vũ – Lạch Huyện và Metro Bến Thành – Suối Tiên.
Trong quá trình khai thác vị trí mối nối sẽ là điểm xuất hiện điều kiện làm việc bất lợi khi mối nối tham gia chịu cắt, xoắn. Nội dung của đề tài tập trung nghiên cứu khả năng chịu cắt và xoắn tại vị trí mối nối nhằm đề ra giải pháp góp phần kiểm soát và hoàn thiện hơn về thiết kế, thi công và dự báo khả năng phá hoại tại vị trí mối nối khi chịu tác động của các tải trọng khai thác. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu kết cấu nhịp cầu thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn, liên hệ với công tác thiết kế, thi công ở một số dự án thực tiễn đã đang và chuẩn bị triển khai trên thế giới và ở Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu khả năng chịu cắt của khóa chống cắt, đánh giá ảnh hưởng của xoắn đến khả năng chịu cắt của mối nối thông qua xét đến tải trọng lệch tâm.
Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm kết hợp với mô phỏng số. Tiến hành thu thập, nghiên cứu các tài liệu (tiêu chuẩn, sách, bài báo, hồ sơ thiết kế,.) trong và ngoài nước. Tiến hành phân tích, tổng hợp, đánh giá các nội dung đã nghiên cứu đối với khóa chống cắt và ảnh hưởng của xoắn đến mối nối. Thực nghiệm xác định khả năng chịu cắt của khóa chống cắt, phân tích mô phỏng kiểm chứng thí nghiệm.
Tiến hành mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của 5 xoắn đến khả năng chịu cắt của mối nối. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu nhằm chỉ ra các yếu tố cũng như phương pháp xác định khả năng chịu cắt của khóa chống cắt, đánh giá ảnh hưởng của xoắn thông qua mô phỏng số kết cấu chịu tải trọng lệch tâm. Với các khóa chống cắt đã nghiên cứu, tiến hành đề xuất dạng khóa chống cắt phù hợp. Kiến nghị đơn vị thiết kế, thẩm tra đánh giá cũng như quản lý bảo trì khai thác công trình về khả năng chịu tải cũng như dạng phá hoại khóa khi chịu lực cực hạn 6.
Kết cấu của luận văn Mở đầu Chƣơng 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Phân tích và đánh giá sức kháng của mối nối có khóa chống cắt trong cầu lắp ghép phân đoạn. Nghiên cứu thực nghiệm và phân tích mô phỏng số đánh giá khả năng chịu cắt của khóa chống cắt.
Ảnh hưởng của xoắn đến khả năng chịu cắt của mối nối với khóa chống cắt Kết luận và kiến nghị 6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về công nghệ cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn 1. Công nghệ xây dựng cầu dầm lắp ghép phân đoạn 1. Công nghệ lắp ghép trên hệ đà giáo cố định Công nghệ lắp ghép phân đoạn trên hệ đà giáo cố định lần đầu tiên được áp dụng để thi công cầu Luzancy.
Hệ đà giáo chống đỡ chịu lực phục vụ công tác lắp ghép. Sau khi thi công xong trong 1 nhịp đà giáo sẽ được di chuyển đến nhịp tiếp theo để chống đỡ phần trọng lượng phân đốt lắp ghép như đã làm đối với các nhịp trước. Trong một số trường hợp có thể đặt hệ thống đà giáo chống đỡ trong phạm vi cho một nhịp, một số nhịp, thậm chí cả cầu. 1 Sơ đồ minh họa cơ chế lắp ghép phân đốt trên đà giáo cố định Công nghệ lắp ghép trên hệ đà giáo cố định có những đăc điểm mang tính lợi thế như: Cơ chế vận hành công nghệ đơn giản, đà giáo được sử dụng lặp lại nhiều lần nâng cao hiệu quả kinh tế, có thể triển khai trên nhiều mũi thi công để đầy nhanh tiến độ thi công.
Tuy nhiên những hạn chế sau đây cần được chú ý như: Phải sử dụng một khối lượng lớn đà giáo bằng thép, đối với các công trình trụ cao > 10m và nền đất yếu sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế và an toàn công trình, chỉ thích hợp với cầu cạn, không thể vận dụng để thi công cầu vượt sông. Công nghệ lắp hẫng tịnh tiến (Progressive Placement Method) Công nghệ lắp hẫng tịnh tiến lần đầu tiên được áp dụng ở Pháp để thi công các cầu bê tông dự ứng lực như: Rombas, cầu St.Cloud qua sông Seine, 7 cầu St.Audré de Cubzac qua sông Dordogne, đường cao tốc trên cao B3 South (gần Paris) và 3 cầu đường sắt. Ở Mỹ năm 1984, lần đầu tiên cầu cạn Linn Cove phía Bắc Carolina được áp dụng công nghệ lắp hẫng tịnh tiến để thi công. 2 Sơ đồ minh họa cơ chế vận hành công nghệ lắp ghép hẫng tịnh tiến Hình 1.
