Bài giảng Nhập môn cầu chương 3: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P3)

12/3/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website: http://www.nuce.edu.vn

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Website: http://bomoncau.tk/

NHẬP MÔN CẦU

TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: http://nhapmoncau.tk/ Link dự phòng: https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/nhap‐mon‐cau

Hà Nội, 10‐2013

3.4. Phòng nước và thoát nước

• Tại sao phải phòng nước và thoát nước?

– Nước tích tụ trên mặt cầu có thể ngấm xuống kết cấu qua

những chỗ hỏng hoặc thi công kém chất lượng của lớp phòng nước:

• Các bộ phận bằng thép của kết cấu bị gỉ, ăn mòn dẫn đến không đảm bảo tuổi thọ công trình.

– Nước tích tụ trên mặt cầu có thể gây nguy hiểm cho phương tiện qua lại

229

 Do vậy cần phải phòng nước và thoát nước!

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

• Một số yêu cầu cấu tạo

• Ít hư hại nhất đối với cầu nhưng lại đảm bảo an toàn tối đa cho xe cộ

qua lại.

– Mặt cầu và đường đầu cầu cần phải được thiết kế để đảm bảo thoát nước mặt cầu một cách an toàn và hữu hiệu

– Mặt cầu (gồm đường xe chạy, đường xe đạp và bộ hành) phải được cấu tạo độ dốc ngang hoặc siêu cao đủ để thoát nước tốt theo hướng ngang.

230

– Ngoài ra, cần phải cấu tạo độ dốc dọc cầu cùng với các ống thu nước và ống thoát nước để nước thoát đi nhanh.

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

Cấu tạo siêu cao tại cho mặt cầu trong trường hợp cầu nằm trên đường cong bán kính R.

231

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

• độ dốc ngang cầu ở phần đường xe chạy từ 1.5‐2% theo hướng từ tim

cầu ra 2 bên và

• độ dốc ngang cầu ở phần đường bộ hành từ 1‐1.5% theo hường từ

ngoài vào phía trong cầu.

Mặt cắt ngang cầu của một trong các phương án thiết kế sơ bộ cầu Phùng (TEDI)

232

– Với cầu thẳng, trong mọi trường hợp cần phải cấu tạo

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

233

– Độ dốc dọc cầu ô tô tùy từng trường hợp có thể lấy trong phạm vi 0.5‐3%, cá biệt có thể lấy tới 4%.

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

– Với các cầu rộng (mỗi hướng có trên 3 làn xe) có thể phải thiết kế đặc biệt cho thoát nước mặt cầu và/hoặc có thể phải dùng mặt đường nhám đặc biệt để giảm khả năng xe bị quay, trượt do mất ma sát

– Nước chảy xuống rãnh thu nước cần được khống chế không cho chảy vào cầu. Rãnh thoát nước ở đầu cầu cần phải có đủ khả năng thoát toàn bộ nước được gom lại

234

– Trong những trường hợp rất nhạy cảm về môi trường mà không thể xả nước trực tiếp từ mặt cầu xuống sông ở phía dưới cầu cần cấu tạo ống thoát nước gắn dọc theo kết cấu nhịp cầu và xả ở nơi phù hợp trên mặt đất tự nhiên đầu cầu. – Lớp phòng nước cấu tạo ở phần bản mặt cầu sẽ bảo vệ cho các bộ phận bằng thép của kết cấu nhịp không bị han gỉ, ăn mòn.

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

1. Làm sạch mặt cầu

2. Rải lớp nhựa dính bám (tack coat)

c ớ ư n g n ò h p p ớ

t ặ đ p ắ

3. Chuẩn bị lò nấu chảy vật liệu chống thấm (nhựa đường)

g n ô c

4. Rải lớp cao su butyl tại vị trí nứt ngang hoặc khe nối thi công trước khi tưới nhựa đường

h t

c ớ ư b c á C

235

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

5. Tưới nhựa đường nóng chảy

6. Rải lớp bảo vệ sau khi tưới nhựa đường nóng chảy

) o e h t . t (

c ớ ư n g n ò h p p ớ

t ặ đ p ắ

8. Hoàn thành việc lắp đặt lớp phòng nước.

7. Các tấm bảo vệ được đặt ngay trên bề mặt nhựa đường nóng chảy.

g n ô c

h t

c ớ ư b c á C

236

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

• Ống thoát nước

– Ống thoát nước không chỉ để thoát nước mặt mà còn để thu nhận cả nước xâm nhập chảy trên bề mặt lớp phòng nước.

– Cần tuân thủ quy định như sau: cứ 1m2 bề mặt cầu hứng nước mưa thì cần có ít nhất 1cm2 diện tích lỗ thoát nước đối với mặt cầu ô tô và 4cm2 đối với mặt cầu đường sắt.

– Đường kính ống thoát nước tối thiểu lấy bằng 15cm.

237

– Tim ống thoát nước cách mép đá vỉa từ 20‐40cm. Vật liệu làm ống có thể là kim loại, sành, sứ hoặc nhựa…

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

– Có thể xác định khoảng cách giữa các ống thoát nước theo các nguyên tắc sau:

• Khoảng cách giữa các ống xa nhất là amax = 15m

• Khoảng cách giữa các ống a = 6‐8m nếu độ dốc dọc i ≤ 1%

• Khoảng cách giữa các ống a = 12‐15m nếu:

 Độ dốc dọc 1% ≤ i ≤ 2%, chiều dài cầu ≤ 50m, hoặc  Độ dốc dọc i > 2%, chiều dài cầu > 50m

238

• Trường hợp độ dốc dọc i > 2% chiều dài cầu ≤ 50m thì không cần bố trí ống thoát nước.

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

u ầ c n ê r t

c ớ ư n t á o h t g n ố o ạ t u ấ C

≥10cm

239

12/3/2013

Phòng nước và thoát nước (t.theo)

u ầ c

) e g a n a r D k c e D e g d i r

t ặ m c ớ ư n t á o h T

(

240

3.5. Nối tiếp giữa đường và cầu

• Mục đích của kết cấu nối tiếp giữa đường và cầu

– Đảm bảo xe chạy êm thuận

– Giảm hiện tượng xung kích khi xe ra vào cầu

241

– Tránh sụt lún khu vực đường đầu cầu

12/3/2013

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)

• (A). Đối với cầu nhỏ, nhịp ngắn (sử dụng mố kê)

• => Có thể đưa thẳng dầm vào phần đất đắp nhưng cần quét một lớp

nhựa đường để giữ cho nước không thấm vào đầu dầm nằm trong nền đất đắp.

Phía dưới lớp phủ mặt đường phải cấu tạo một lớp đệm bằng sỏi cát dầy ít nhất là 0.7m và dài 2m để tránh xảy ra lún ở khu vực đầu cầu.

242

– Kết cấu nhịp kê trên trụ đỡ thông qua bản đệm mà không cần cấu tạo gối, khi đó hầu như không có chuyển vị tương đối giữa kết cấu nhịp và trụ đỡ.

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)

• (B). Đối với cầu có cấu tạo mố

• Tác dụng của bản quá độ: Làm tăng dần độ cứng nền đường khi vào

cầu.

243

– Sử dụng bản quá độ:

12/3/2013

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)

‐ Bản quá độ được làm bằng BTCT, chiều dày từ 14‐30cm, dài 1.5‐2.5m (có

trường hợp tới 6m) và đặt nghiêng với độ dốc khoảng 10%.

‐ Một đầu của bản quá độ được chốt trên vai kê trên mố hoặc vai kê trên đầu

dầm mút thừa, đầu còn lại gối lên dầm kê bằng BTCT

‐ Bản quá độ thường được thi công lắp ghép với chiều rộng các tấm từ 0.8‐1m

4 0 0 0

C h i tiÕ t 1

1 0

5 0

2 0 @ 1 3 5

6 @ 1 0 0

D 1 6 @ 2 0 0

L í p p h ñ 5 0 m m

B itu m d Ç y 2 0 m m

D 1 0

D 1 6 @ 1 0 0 1 0 %

0 5

0 8 3

0 0 5

L í p p h ñ 5 0 m m

0 7

D 1 0

L í p p h ñ 7 5 m m

D 1 0 @ 1 0 0

B ª t« n g ® Ö m M 1 0 0 d μ y 7 5 m m

244

Cấu tạo bản quá độ:

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)

• Rãnh dốc từ tim đường ra 2 bên và ở cao độ trên MNCN ít nhất là

25cm.

245

– Sử dụng lớp đệm dốc bằng đất á cát hoặc cát: • Phần đỉnh mố phải có cấu tạo lớp phòng nước • Sau mố phải có một lớp đất sét nện chặt dày 20cm, độ dốc 10% kéo qua mép ngoài của bệ mố khoảng 1m và kết thúc là một rãnh ngầm bằng đá hộc xếp khan (bố trí theo phương ngang cầu)

12/3/2013

Nối tiếp giữa đường và cầu (t.theo)

• (C). Đối với cầu dầm mút thừa (không có mố) – Cần cấu tạo vai kê ở đầu dầm để đỡ bản quá độ – Đất đắp và thoát nước cũng tương tự như các trường hợp cầu

246

có mố.

3.6. Gối cầu

• Chức năng của gối cầu

– Trực tiếp nhận tải trọng từ kết cấu nhịp và truyền xuống mố và trụ cầu

Trụ

Mố

247

– Cho phép chuyển vị hoặc cản trở chuyển vị của kết cấu nhịp theo đúng thiết kế

12/3/2013

Gối cầu (t.theo)

• Phân loại gối cầu

– Theo tính chất làm việc:

• Gối cố định và gối di động

– Theo vật liệu làm gối: • Gối bằng thép • Gối bằng cao su …

– Theo vật liệu làm kết cấu nhịp:

248

• Gối cho cầu thép • Gối cho cầu bê tông …

3.6‐1. Gối bằng thép

3.6‐1.A. Gối trượt

‐ Gối trượt được cấu tạo bằng hai bản thép có thể trượt trên nhau để tạo ra chuyển vị tịnh tiến => chỉ áp dụng cho cầu nhịp nhỏ

(L < 15m)

3.6‐1.B. Gối tiếp tuyến

‐ Gối tiếp tuyến được cấu tạo bởi hai bản thép: bản phía trên phẳng, bản

phía dưới có dạng mặt trụ. => có thể tạo được chuyển vị xoay và chuyển vị tịnh tiến (L < 18m)

249

12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)

Cấu tạo gối tiếp tuyến di động

250

Gối bằng thép (t.theo)

Cấu tạo gối tiếp tuyến cố định

251

12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)

3.6‐1.C. Gối con lăn

‐ Được sử dụng cho kết cấu nhịp (L > 18m). Số lượng con lăn tùy thuộc vào

độ lớn của áp lực thẳng đứng

Gối con lăn cắt vát cạnh

252

Gối bằng thép (t.theo)

‐ Gối con lăn tròn thường được dùng cho các nhịp từ 20‐40m với đường kính

con lăn từ 12‐20cm.

Gối con lăn tròn

253

12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)

Gối con lăn (t.theo)

254

Gối bằng thép (t.theo)

Gối con lăn (t.theo)

‐ Để tiết kiệm thép (hoặc trong điều kiện không có nguồn cung gối thép đúc)

có thể sử dụng gối con lăn bê tông cốt thép (BTCT)

Gối con lăn BTCT

255

12/3/2013

Gối bằng thép (t.theo)

3.6‐1.D. Gối bản lề (gối chốt – pin bearing)

‐ Gối bản lề là một loại gối cố định chỉ cho phép các

chuyển vị xoay

‐ Chủ yếu dùng trong cầu thép

256

Gối bằng thép (t.theo)

3.6‐1.E. Gối con lắc (rocker bearing)

‐ Gối con lắc là một loại gối di động cho phép các chuyển vị xoay và tịnh tiến

‐ Chủ yếu dùng trong cầu thép

257

12/3/2013

3.6‐2. Gối cao su

‐ Gối cao su là loại gối được làm từ cao su (tự nhiên hoặc nhân tạo) ‐ Gối cao su cho phép chuyển vị thẳng và xoay ‐ Gối cao su còn có thể cho phép chuyển vị nhiều phương nhờ tấm cao su có

‐

biến dạng cắt Khi chịu nén, cao su giãn nở ngang => để có thể chịu tải trọng lớn mà không gây biến dạng quá nhiều thì lớp cao su cần được cấu tạo để hạn chế hiện tượng nở ngang

258

3.6‐2.A. Gối cao su cốt bản thép

(Elastomeric Bearing)

‐ Được áp dụng rộng rãi cho các cầu ô tô có chiều dài nhịp dưới 40m khi các

chuyển vị không lớn (khoảng từ 0.5‐2.5cm)

‐ Gối được cấu tạo các bản thép dày 5mm nằm giữa các lớp cao su

‐ Các bản thép có tác dụng như các cốt thép làm ngăn cản cao su giãn nở ngang và do đó tăng độ cứng của gối khi chịu lực thẳng đứng.

‐ Gối cho phép các chuyển

vị trượt và xoay

‐ Gối có thể chịu được tải trọng ngang do hãm xe

‐ Gối có thể chịu được tải trọng đứng từ 15‐200 tấn

259

12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

Cấu tạo gối cao su cốt bản thép

260

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

261

12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

Chuyển vị

262

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

263

12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

264

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

265

12/3/2013

Gối cao su cốt bản thép (t.theo)

266

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều

 Hệ số giãn nở nhiệt của BT:  Mô đun cắt:  Diện tích mặt bằng gối:  Chiều cao gối:

α = 1.08×10‐5 / 1oC G = 1000 KPa Ab = 0.158 m2 hrt = 0.078 m

Gối cao su di động

Gối cao su cố định

L = 32.2m



32.2 0.00522

T    

L  







• Ví dụ, cho dầm có nhịp tính toán L = 32.2m sử dụng gối cao su cốt bản thép một đầu cố định một đầu di động. Giả sử nhiệt độ giảm so với thời điểm lắp dầm là ∆T = 15oC.

Chiều dài dầm sẽ bị co ngắn lại một đoạn là ∆u  1.08 10 

5

267

12/3/2013

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều

u  

610

0.158 0.00522



10600

10.6



 0.078

G A  b h rt

Gối cao su di động

Gối cao su cố định

Gối cao su di động chịu biến dạng cắt khi dầm bị co ngắn do nhiệt độ giảm đều

268

Lực gây biến dạng cắt trong gối di động chính là lực tác dụng lên mố theo phương dọc cầu được tính như sau:

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều

Gối cao su trước khi biến dạng

∆u

u  

10.6



G A  b h rt

hrt

Gối cao su sau khi biến dạng do dầm bị co ngắn lại một đoạn bằng ∆u

Biến dạng cắt của gối cao su di động khi dầm bị co ngắn lại một đoạn ∆u

269

12/3/2013

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều

Cấu tạo gối cao su cốt bản thép có thêm bu lông neo (gối cố định)

270

Tác động của thay đổi nhiệt độ đều

• Trường hợp kết cấu nhịp sử dụng gối bán cố định ở hai đầu

Gối cao su bán cố định

271

(gối cao su cốt bản thép không cấu tạo chốt neo). Khi đó mỗi gối chỉ chịu chuyển vị cưỡng bức là ½∆u. Giá trị biến dạng cắt chỉ bằng một nửa so với biến dạng cắt của trường hợp cấu tạo gối “di động – cố định”. => lực ngang tại gối sẽ giảm đi một nửa: H = 5.3 kN