Thiết kế và xây dựng cầu thép 2 - Thi công cầu giàn thép

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website:  Bộmôn Cầu và Công trình ngầm Website:  THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG  CẦU THÉP 2 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học:  Link dự phòng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/ cau‐thep‐2 Hà Nội, 11‐2014 96 Thi công cầu giàn thép (t.theo) • (2). Lắp ráp kết cấu nhịp theo p.pháp lắp hẫng – Phương pháp lắp hẫng thường được áp dụng khi cầu có từ 2  nhịp trở lên và có điều kiện địa hình, sông nước khó khăn cho vấn đề thiết lập giàn giáo sàn đạo liên tục dưới cầu. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 2 97 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Một số vấn đề phải giải quyết khi lắp hẫng • Đảm bảo sự ổn định không bị lật • Đảm bảo sự chịu lực của kết cấu đặc biệt là các thanh làm việc khác dấu so với thiết kế chịu tải trọng khai thác – Nếu đoạn đường đầu cầu có thể cho phép lắp hẫng sẵn trước một nhịp thì dùng ngay nhịp đó làm đối trọng để lắp hẫng nhịp chính thức.  • Nhịp đối trọng được lắp ráp như thực hiện lắp trên giàn giáo liên tục 98 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Trường hợp không thể lắp nhịp đối trọng trên đoạn đường đầu cầu thì có thể làm một đoạn giàn giáo để lắp ráp một phần nhịp làm đối trọng.  • Đôi khi có thể chất thêm tải để tăng đối trọng bảo đảm sự ổn định – Chiều dài đoạn hẫng khi lắp ráp quyết định bởi điều kiện ổn định và điều kiện chịu lực của kết cấu Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 3 99 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Có thể áp dụng một số giải pháp sau đây cho phương pháp lắp hẫng: • Dùng cột và dây căng để: (1) Giải quyết vấn đề ổn định; (2) Giải quyết vấn đề chịu lực; và (3) Điều chỉnh cao độ đầu nút. • Gia cố các thanh để giải quyết vấn đề chịu lực • Kích điểm kê trên trụ để đầu mút kết cấu có thể gối được lên trụ chính Kích 100 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Thông thường chiều dài đoạn hẫng khoảng (0.3‐0.5) L – Khi lắp hẫng cần phải đảm bảo các nguyên tắc sau: • Phần kết cấu đã lắp ráp phải là tam giác khép kín để không thể biến hình (cả về giàn chủ và hệ liên kết, hệ dầmmặt cầu). • Thanh lắp trước không cản trở thao tác lắp thanh sau. • Mối liên kết tại các nút không được chậm quá 2 nút đối với nút đang lắp tạm • Trong trường hợp cầu nhiều nhịp và công tác lắp hẫng tiến hành từ 2  bờ vào giữa thì hợp long sẽ đòi hỏi độ chính xác rất cao. => Đôi khi để giảm bớt khó khăn, khi thiết kế có thể sử dụng giải pháp các lỗ đinh của nửa bản nút hợp long sẽ khoan tại công trường vào công đoạn lắp ráp cuối cùng. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 4 101 Thi công cầu giàn thép (t.theo) • (3). Phương pháp lao kéo kết cấu nhịp vào vị trí cầu – Phương pháp này có một ưu điểm lớn là rút ngắn thời gian thi công vì: • Song song với việc xây dựng mố và trụ, công tác lắp ráp kết cấu nhịp được tiến hành tại công trường • Sau khi hoàn thành mố trụ sẽ đa kết cấu nhịp vào vị trí bằng phương pháp lao kéo 102 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Đường lao được cấu tạo như đường lao đối với cầu dầm. Tuy nhiên điều khác biệt là đường lao chỉ đặt tại vị trí các nút của giàn chủ Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 5 103 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Kết cấu nhịp được lắp ráp trên đường đầu cầu, sau đó sẽ lao ra vị trí theo đường tim cầu. => khi đó phương pháp lao gọi là lao kéo dọc. – Trường hợp thay kết cấu nhịp cầu cũ thì kết cấu nhịp mới phải lắp ráp ở bên (song song với tuyến cũ) để vẫn đảm bảo giao thông. => kết cấu nhịp được lao kéo dọc rồi lao ngang vào vị trí. • Khi lao ngang vào vị trí thường thiết lập đường lao ở vị trí trụ và mố.  Nếu cần thiết có thểmở rộng để dễ dàng cho công việc thao tác. • Đường lao ngang thường đặt dưới dầm ngang đầu nhịp 104 Thi công cầu giàn thép (t.theo) Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 6 105 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Khi lao dọc kết cấu nhịp sẽ có thời điểm đầu nhịp làm việc hẫng => để đảm bảo vấn đề ổn định và chịu lực của kết cấu cầu phải tính toán và áp dụng các giải pháp tương tự như trong phương pháp lắp hẫng. • Trong lao kéo dọc còn có thể sử dụng mũi dẫn để có thể vươn mũi dẫn xa mà không cần thiết cấu tạo nhiều trụ tạm (thậm chí không cần thiết lập trụ tạm trong một số trường hợp). Mu~i dâ~nMũi dẫn 106 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Vềmặt nguyên tắc, nếu chỉ cần đảm bảo vấn đề ổn định chống lật thì cũng có thể sử dụng đuôi dầm làm nhiệm vụ đối trọng. – Trong phương pháp lao kéo dọc còn có thể sử dụng trụ nổi để đỡ kết cấu nhịp. Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp ở giải pháp điều chỉnh liên tục sự cân bằng trong quá trình lao nhằm đảm bảo áp lực lên các con lăn trên đường lao. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 7 107 Thi công cầu giàn thép (t.theo) • (4). Phương pháp lao kết cấu nhịp bằng chở nổi – Lao cầu bằng phương pháp chở nổi rất kinh tế khi phải lắp đặt nhiều nhịp và khi điều kiện sông nước không cho phép thiết lập đường lao, trụ tạm để có thể lao kéo. – Áp dụng phương pháp chở nổi thời gian thi công có thể rút ngắn do có thể đồng thời vừa xây dựng mố trụ cầu vừa lắp ráp các nhịp. – Nơi lắp ráp kết cấu nhịp thường bố trí ở hạ lưu vị trí cầu để khi chở nổi lên lắp đặt sẽ an toàn hơn do • Tốc độ chở nổi sẽ bằng tốc độ tàu lai dắt trừ đi tốc độ dòng nước • Nếu có sự cố thì không lo ngại va đập vào trụ cầu khi mất sự điều khiển 108 Thi công cầu giàn thép (t.theo) – Kết cấu nhịp sau khi đã lắp ráp hoàn chỉnh được lao ngang trên đường trượt ra bến để phương tiện chở nổi vào đón,  nâng lên và chở nổi đi ra đặt vào vị trí cầu. – Khi nâng cất kết cấu nhịp bằng phao cần kể đến những độ võng của kết cấu nhịp khi còn gối trên đường lao, khi đã gối lên phao, khi lắp đặt trên trụ cầu – Xử lý vấn đề nâng hạ kết cấu có thể giải quyết bằng cách bơm hoặc hút nước trong khoang chứa của phao chở nổi. – Để đảm bảo an toàn, tại vị trí bến lấy kết cấu đi và vị trí lắp đặt kết cấu vào trụ cầu nên sử dụng hệ thống tời và neo để dễ dàng và chính xác hơn khi lao lắp kết cấu nhịp. Hệ thống tời phải bao gồm tời kéo và tời hãm. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 8 109 Thi công cầu giàn thép (t.theo) (1). Lắp dựng kết cấu nhịp cầu vòm thép dây treo dạng lưới (2). Chở nổi kết cấu nhịp cầu vòm thép dây treo dạng lưới 110 1.8. Tính toán thi công cầu giàn thép • (1). Tính toán thi công cầu giàn thép lắp hẫng – Nguyên tắc tính toán trong thi công lắp hẫng • Kiểm tra ổn định chống lật • Kiểm tra điều kiện chịu lực của thanh giàn • Tính toán trụ phụ Tính toán theo điều kiện chống lật – Gọi điểm O là điểm tựa để xét sự ổn định – Trường hợp sử dụng trụ phụ thì điểm O nằm trên gối kê trên trụ của đoạn hẫng phải đảm bảo giu lat M m M  Trong đó: • Mgiu = mô men giữ cho kết cấu khỏi bị lật (=P.C) • Mlat = mô men gây lật (=Ph.Ch + Pc.Cc) • m = hệ số an toàn (thường lấy m = 1.3) Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 9 111 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) – Khi tính trọng lượng kết cấu, cần cẩu và các tải trọng khác cần đưa vào các hệ số tải trọng theo quy phạm thi công. Ngoài ra,  trong tính toán còn xét tổ hợp tải trọng có lực gió thổi gây mất ổn định trong phương ngang của kết cấu. Tính toán theo điều kiện chịu lực của thanh giàn – Các thanh giàn đều phát sinh nội lực trong quá trình lắp hẫng.  Tuy nhiên, thường chỉ cần kiểm tra các thanh giàn ở khoang có đoạn hẫng lớn nhất (tức là khoang giàn phía hẫng của điểm tựa O). – Nội lực trong thanh biên tính như sau: latMN h  Trong đó:• Mlat = mô men gây lật • h = chiều cao giàn 112 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) – Nội lực trong thanh xiên tính như sau: – Chú ý: • Thông thường, kết cấu giàn thường có 2 giàn chủ nên lực dọc tính được cho thanh đứng (N) và thanh xiên (D) phải chia đôi (tức là nhân với hệ số 0.5) • Tuy nhiên, có thể phải xét tới sự phân phối không đều giữa 2 giàn chủ nên có thể tính nội lực của thanh trong giàn chủ đang xét bằng cách sử dụng hệ số 0.7 sin h cP PD   Trong đó:• Ph = trọng lượng phần hẫng • Pc = trọng lượng cần cẩu • α = góc nghiêng của thanh xiên Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10 113 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) Tính trụ phụ – Để tính trụ phụ => cần phải xác định được áp lực lên trụ phụ. • Về nguyên tắc, áp lực truyền lên các điểm kê tính theo sơ đồ giàn liên tục (coi là dầm liên tục) hoặc giàn kê trên 2 gối để đơn giản hóa tính toán và thiên về an toàn. • Khi xem giàn là giàn kê trên 2 gối thì một gối là trụ tạm, gối thứ hai sẽ được chọn là một gối ở phần giữa đoạn lắp trên bờ. • Trường hợp có nhiều trụ tạm thì coi kết cấu giàn kê trên 2 gối, một gối trên trụ tạm xa nhất và một gối ở phần lắp giàn trên bờ • Kết quả tính của trụ phụ cần tính với cả tổ hợp tải trọng có lực gió. 114 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) • (2). Tính toán thi công lao kéo – Trong thi công lao kéo thường phải tính: • Lực kéo cầu • Đường lao • Chiều dài đoạn hẫng tối đa của kết cấu • Trụ tạm để đỡ phần hẫng  Lực kéo cầu được xác định bằng biểu thức: f PT r  Trong đó: • T = lực kéo cần thiết • P = trọng lượng kết cấu và các thiết bị phục vụ cho việc thi công đặt kèm cùng kết cấu và cùng di chuyển khi lao kết cấu. • f = hệ sốma sát (nếu sử dụng con lăn có thể lấy f=0.05‐0.07) • r = bán kính con lăn Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 11 115 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo)  Tính đường lao • Đường lao tính toán với áp lực truyền từ các con lăn • Lực cho phép đối với một con lăn phụ thuộc vào đường kính con lăn và số điểm tiếp xúc với ray đường trượt (có số ray ít hơn) • Lực cho phép tại một điểm tiếp xúc cho ở bảng dưới đây: • Căn cứ vào áp lực từ kết cấu truyền xuống điểm kê để thiết kế đường lao và số lượng con lăn mỗi điểm kê • Cần chú ý sự phân bố không đều của áp lực điểm kê tương ứng với các trạng thái kết cấu trong quá trình lao cầu. Đường kính con lăn (mm) Lực cho phép (T) 80 3 100 5 120 6 140 8 116 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo)  Tính chiều dài đoạn hẫng tối đa • Chiều dài đoạn hẫng tối đa khi lao kéo dọc kết cấu nhịp xác định theo điều kiện ổn định và điều kiện chịu lực của các thanh giàn • Việc kiểm tra ổn định tiến hành tương tự như phương pháp lắp hẫng: Có thể coi trọng lượng kết cấu phân bố không đều theo chiều dài. Khi đó mô men giữ và mô men lật sẽ là: giu lat M m M  Trong đó: • Mgiu = mô men giữ cho kết cấu khỏi bị lật • Mlat = mô men gây lật • m = hệ số an toàn (thường lấy m = 1.3)  2 2 h giu q l l M  2 2 h lat qlM  Trong đó: • q = trọng lượng kết cấu và các thiết bị phục vụ cho công việc thi công lao kéo Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 12 117 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) • Kiểm tra theo điều kiện chịu lực các thanh dầm – Nội lực trong thanh biên: – Nội lực trong thanh xiên: – Căn cứ vào các điều kiện về ổn định và về chịu lực của thanh giàn sẽ xác định được chiều dài hẫng lh. Chiều dài hẫng lh là trị số nhỏ hơn trong hai giá trị của lh xác định theo hai điều kiện.  – Trong trường hợp sử dụng mũi dẫn thì nguyên tắc tính toán cũng tương tự, nhưng cần lưu ý tải trọng mũi dẫn nhẹ hơn nhiều so với kết cấu nhịp sin hq lD   2 2 hqlN h  118 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo)  Tính toán trụ tạm • Tính toán trụ tạm để phụ trợ cho thi công lao kéo dọc kết cấu nhịp về nguyên tắc giống như khi tính trụ phụ trong thi công lắp hẫng. • Tuy nhiên, ngoài áp lực thẳng đứng truyền từ kết cấu nhịp cầu phải tính thêm áp lực ngang do kết cấu trượt trên đỉnh trụ. Áp lực đó được xác định như sau: H f Q  Trong đó: • Q = áp lực truyền từ kết cấu lên trụ (cần phải tính toán với sơ đồ sao cho Q  đạt được trị số lớn nhất); • H = lực ngang do kết cấu lao dọc truyền lên trụ; • f = hệ sốma sát qua hệ đường trượt. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 13 119 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) • (3). Tính toán thi công chở nổi – Trong thi công phương pháp chở nổi cần quan tâm tới tính toán các phương tiện chở nổi là phao, xà lan – Để đảm bảo việc vận chuyển cần xác định độ chìm và độ nghiêng lệch (độ ổn định) của các phương tiện chở nổi. – Độ chìm của phao xác định trong 2 trường hợp: • (1). Khi không có lực tác dụng ngang (ví dụ gió thổi) lên hệ chở nổi và lên kết cấu nhịp. • (2). Khi có lực ngang tác dụng 120 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) – (1). Khi không có lực tác dụng ngang, trọng lượng của kết cấu nhịp Q1 và của hệ chở nổi Q2 bằng G đạt tại trọng tâm “g” làm cho phao chìm một độ chìm là “t”: • Hệ nổi và kết cấu nhịp cân bằng với lực đẩy nước D tại tâm khối nước choán chỗ “c” cùng nằmmới trọng tâm “g” trên một đường thẳng đứng p Gt A  Trong đó: • Ap = Diện tích tiết diện phao tại mớn nước; • α = Hệ số kể tới hình dạng của phao; • f = hệ sốma sát qua hệ đường trượt. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 11/20/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 14 121 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) – (2). Khi có lực gió thổi W1 lên kết cấu nhịp và W2 lên hệ chở nổi gây ra mô men quay quanh tâm “c” làm toàn bộ hệ thống nghiêng đi 1 góc “Φ”.  • Ngẫu lực của G và D giữ cho hệ thống cân bằng ở trạng thái mới, tức là 1 1 2 2oM Ge W h W h   Trong đó:  h1, h2 = Lần lượt là khoảng cách từ các lực W1, W2 đến tâm “c”;  e = Cánh tay đòn của ngẫu lực G và D.  Φ = góc nghiêng của hệ thống do lực gió  Điểm “m” được gọi là tâm ảo của cả hệ thống, là giao điểm của đường thẳng đi qua tâm khối nước choán chỗmới (sau khi hệ thống bị nghiêng đi) và đường trục của hệ thống.  sine a   122 Tính toán thi công cầu giàn thép (t.theo) • Từ các biểu thức của mô men do lực gió, cánh tay đòn ngẫu lực và bán kính ảo cho phép xác định được góc nghiêngΦ • Độ chìm của phao khi có lực ngang sẽ là: • Thường phải đảm bảo mớn nước đến mặt trên của phao không được nhỏ hơn 0.5m.  ρ = khoảng cách từ tâm ảo “m” đến điểm “c”, gọi là bán kính ảo:  V = khối lượng nước bị choán chỗ (bằng D);  I = mô men  quán tính tiết diện phao (xà lan) tại mớn nước I V   2p G Bt tg A  