Khoa học công nghệ

Cầu qua Nhà biểu diễn đa năng- cầu vòm ứng dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông.

Wednesday, 18 November 2009 20:49 PDF  | Print |  E-mail
There are no translations available.

 

   1. Tổng quan về cầu qua nhà biểu diễn đa năng:
   Cầu Công viên qua nhà biểu diễn đa năng nằm trong khu vực quy hoạch tổng thể xây dựng Công viên Đông Nam Tượng đài thuộc phường Hòa Cường, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng. Cầu ở vị trí nối tiếp đường vào Công viên nước Đà Nẵng, vượt qua kênh nước nhân tạo rộng 90m để dẫn vào Nhà biểu diễn đa năng Thành phố. Cầu nằm trong khu vực công viên nên yêu cầu về kiến trúc cao, đảm bảo phù hợp với cảnh quan công viên, khu vui chơi giải trí bên bờ sông Hàn.
Trên cơ sở các yêu cầu trên, đơn vị Tư vấn thiết kế là Viện KHCN GTVT đã đề xuất và được chủ đầu tư là Sở Giao thông vận tải TP. Đà Nẵng quyết định chọn phương án kết cấu vòm ống thép nhồi bêtông có đường xe chạy giữa. Đây là loại kết cấu mới bước đầu được sử dụng tại Việt Nam.

   2. Giải pháp kết cấu chi tiết:
   a) Phần chính của cầu: Sử dụng kết cấu vòm để vừa tạo dáng về kiến trúc, vừa khai thác tối đa khả năng chịu lực nén của bê tông gồm 3 nhịp dạng vòm đường xe chạy giữa trong đó nhịp giữa dài 40m, 2 nhịp biên dài 15m tạo một tỷ lệ khá hài hòa, cân đối giữa chiều dài và chiều cao nhịp. Khoảng cách giữa tim 02 vòm chủ là 8,0m.
   Vòm chủ gồm 02 ống thép O450mm dày 10mm. Dạng đường cong của 02 ống thay đổi theo biểu đồ mô men của dầm vòm (tại giữa nhịp là 450mm, tại gối trụ là 1500mm và tại trụ biên là 450mm. Lòng ống được nhồi bê tông M500 có khả năng tự đầm và không sinh các lỗ rỗng trong ống thép.
   Hệ dầm mặt cầu bằng BTCT M400 DƯL gồm tấm bản mặt cầu, hệ dầm ngang (27 dầm) và 02 dầm dọc. Bản mặt cầu có chiều dày trung bình 23cm, được đổ trực tiếp trên các tấm BTCT M300 DƯL trước dày 6cm. Dầm ngang có kích thước (0,5x0,6x12,5)m, bố trí cách khoảng 2,5m. Tại nhịp chính, các dầm ngang được treo vào hệ dầm vòm bằng các thanh treo maccaloy Æ36mm (được bảo vệ bằng vỏ inox và keo epoxy). Tại nhịp biên, các dầm ngang được đặt trên các thanh chống hoặc liên kết trực tiếp vào dầm vòm bằng cáp DƯL. Dầm dọc có kích thước thay đổi từ (0,8x0,6x70,0)m tại vị trí đầu dầm đến (1,3x0,6x70,0)m tại vị trí giữa dầm. Khoảng cách giữa tim 02 dầm dọc là 8,0m.
   b) Kết cấu 02 nhịp dẫn: Kết cấu dầm tĩnh định dạng dầm bản BTCT M400 được DƯL theo phương pháp căng saudày trung bình 64cm. Cáp DƯL gồm 11 bó loại 7 tao Æ15,2mm.
   c) Mố cầu: Dạng mố chữ U bằng BTCT M300, đặt trên nền móng cọc đóng BTCT M300. Mỗi mố gồm 24 cọc BTCT kích thước (40x40)cm, chiều dài cọc dự kiến từ 18,0m - 29,0m.
   d/ Trụ cầu:
   - Trụ T1 & T4:
   + Xà mũ trụ bằng BTCT M400 được DƯL bằng 02 bó cáp loại 4 tao Æ12,5mm.
   + Thân trụ gồm 02 cột BTCT M300 Æ0,80m, cao 3,9m.
   + Bệ trụ kích thước (2,2x11,5x1,5)m bằng BTCT M300.
   + Hệ móng cọc bao gồm 14 cọc kích thước (40x40)cm, chiều dài dự kiến 18,0m - 29,0m.
   - Trụ T2 & T3:
   + Thân trụ dạng trụ đặc kích thước (3,9x9,5x0,6)m bằng BTCT M300. + Bệ trụ kích thước (4,9x11,9x2,0)m bằng BTCT M300.
   + Hệ móng cọc bao gồm 32 cọc kích thước (40x40)cm, chiều dài dự kiến 22,0m - 27,0m.
   3. Đánh giá giải pháp kết cấu vòm thép ống nhồi bê tông:
   Kết cấu ống thép nhồi bêtông có một số điểm lợi thế vượt trội so với kết cấu thép hoặc bê tông cốt thép và kết cấu bê tông cốt cứng. Sự làm việc đồng thời và ứng suất phân bố theo các hướng trong mặt cắt đạt tới mức tối ưu.
    Vỏ thép bên ngoài chịu sức kéo và chịu uốn tốt, đồng thời độ cứng của kết cấu ống thép nhồi bê tông cũng tăng do mô đun đàn hồi của vỏ thép lớn hơn bê tông nhiều, cường độ chịu nén của bê tông cũng tăng đáng kể do có hiệu ứng bó chống nở hông của ống thép, bê tông bên trong làm giảm khả năng mất ổn định cục bộ vỏ thép.
    Hiệu ứng bó bê tông của tiết diện hình tròn lớn hơn rất nhiều so với vỏ thép dạng hộp chữ nhật, chính vì vậy hình dạng tròn thông thườnghay được áp dụng.
   Khi so sánh với kết cấu bê tông có tiếp xúc với môi trường bên ngoài, bê tông trong ống thép có đặc điểm:
   - Độ bền lõi bê tông tăng khoảng 2 lần.
   - Bê tông không bị co ngót mà bị trương nở do không có sự trao đổi độ ẩm giữa bê tông và môi trường bên ngoài.
   - Khối lượng của các cấu kiện ống nhồi bê tông nhỏ hơn so với cấu kiện bê tông cốt thép.
   - Không cần copfa trong thi công bê tông.
   Khi so sánh với kết cấu thép dạng ống, kết cấu trên có nhiều ưu điểm:
   - Tăng khả năng chống biến dạng của kết cấu.
   - Độ bền chống gỉ và chống ăn mòn của mặt trong ống thép cao hơn.
   - Giảm độ mảnh của cấu kiện.
   Khi so sánh với cấu kiện sử dụng thép hình có mặt cắt hở:
   - Mặt ngoài của cấu kiện thép ống nhồi bê tông nhỏ hơn, do đó chi phí sơn phủ và bảo dường thấp
Bê tông nhồi ruột chịu nén và tham gia chịu uốn; bản bê tông và ống thép liên kết bằng các chốt chịu cắt. So với dầm thép thông dụng, dầm thép ống ít ồn và ít rung hơn, bê tông nhồi được chấn động kỹ vì lấy ngay ống thép làm khuôn.

4. Một số vấn đề cần lưu ý trong quá trình thiết kế và thi công:
   Phương pháp thi công lắp vòm ảnh hưởng rất nhiềuđến khai thác sau này. Cầu vòm thép nhồi bêtông vành vòm chịu lực nén là chính, do đặc tính kết cấu trên tồn tại vấn đề ổn định quá trình thi công cầu vòm thường được tiến hành lắp ghép ống thép, hợp long ống thép đổ bêtông trong lòng ống và vành vòm dần hình thành độ cứng. Khi bêtông trong ống chưa đủ độ cứng, vấn đề quan tâm hàng đầu là sự mất ổn định của ống thép.
Bởi vậy trong thiết kế, quan tâm hàng đầu vẫn là mất ổn định của ống thép vành vòm, bởi vậy vành vòm phải tính đủ để không bị mất ổn định trong quá trình thi công cũng như khai thác sau này.
Phương án thi công đưa ra là dùng hệ trụ tạm đỡ các vành vòm, lắp đặt hệ thống giằng ngang giữ ổn định, sau đó đổ bêtông nhồi trong các vành vòm. Sau khi bêtông đủ độ cứng, tiến hành lắp ráp các dầm ngang, dầm dọc bản mặt cầu, dầm dọc. Trong quá trình thi công hệ thống cáp dọc chân vòm được căng kéo nhằm khống chế chuyển vị của chân vòm. Thực chất đây là việc điều chỉnh nội lực trong vòm nhằm đạt hiệu quả tối ưu về chuyển vị và nội lực trong vòm.

 

   Đối với bê tông nhồi trong ống thép là bê tông M500 có khả năng tự đầm và không sinh các lỗ rỗng trong ống thép. Tiến thêm một bước nữa đã bắt đầu nghiên cứu dùng "vữa siêu nhẹ" nhồi ruột ống, để có thể giảm trọng lượng bản thân. Đây là loại vật liệu mới gồm "vữa xi măng" trộn với bọt không khí nên trọng lượng đơn vị chỉ cần 10kN/m3. Đã có nhiều mô hình để thử nghiệm các loại vật liệu nhồi, đối chiếu với vữa siêu nhẹ. Ống thép được nhồi với ba loại vữa siêu nhẹ, bê tông cốt liệu nhẹ và bê tông cốt liệu thường. Ống thép là loại đường kính 609,6mm, thành dày 7,9mm, thép là loại cường độ 360 Mpa. Ba loại vữa siêu nhẹ có tính năng lần lượt như sau: 1) loại Ai có thể tích không khí 73,3%, tỷ lệ nước/xi măng 93%, trọng lượng đơn vị 4.8 kN/m3; 2) loại A2 thể tích không khí 61,9%, tỷ lệ nước/xi măng 75,5% trọng lượng đơn vị 5,9 kN/m3; loại A3 thể tích không khí 37%, tỷ lệ nước/xi măng 57,1% trọng lượng đơn vị 10,9kN/m3. Sức bền nén của 3 loại vữa này lần lượt là: 0,43; 0,88; 5,65 Mpa, còn hai loại bê tông là 31,80; 44,93 Mpa.
   Mô hình thử nghiệm là dầm đơn giản khẩu độ 4,5 m, chịu hai tải trọng đặt ở hai điểm cách mút dầm 1,5 m, tất cả đều được gia tải với trạng thái bị hoàn toàn phá hủy.
   Phân tích một số dữ liệu đã cho biết một số kết quả: ống thép nhồi bê tông có sức bền uốn cao hơn 1,8 lần so với ống thép rỗng ống thép nhồi vữa siêu nhẹ sức bền dưới 1 Mpa không hơn gì ống thép rỗng, nhưng nếu nhồi vữa siêu nhẹ sức bền chừng 5 Mpa thì biến dạng cực hạn của thép tăng lên quá hai lần so với ống thép rỗng.
   Rõ ràng là tính năng cơ học của vật liệu nhồi ruột ống có ảnh hưởng rất đáng kể và có thể dùng vật liệu nhồi làm một căn cứ để thiết kế, tính toán, về đại thể, bê tông nhồi đảm bảo cho cường độ chống uốn của dầm tăng 1,8 lần, còn vữa siêu nhẹ sẽ có tác dụng tốt nếu sức bền nén cao hơn 5Mpa.
                                                                                                   Mai Khanh

 

 


CAC_BAI_VIET_KHAC

Sông hanEU  

Video clip