dinhkhanh1111
04-01-2010, 04:54 PM
Lắp đặt mặt cầu bê tông trên dầm cầu thép, một công nghệ mới hữu hiệu để gia cố dầm cầu thép, không cần phải thay mới, trên ĐS khổ 1 mm.
http://i898.photobucket.com/albums/ac184/dinhkhanh_dsvn/cau.jpg
Liên kết dần cầu thép với mặt cầu bê tông. Các cầu hiện có thường dùng tà vẹt đặt trực tiếp trên dầm thép.
Kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Kỹ thuật ĐS Nhật Bản
Nhật Bản, có khoảng 50.000 cầu dầm thép, chủ yếu là trên mạng đường truyền thống khổ 1.067 mm. Theo số liệu khảo sát năm 1986, một số lớn cầu này cần được gia cố sửa chữa. Hơn nửa số cầu này đã quá thời hạn thiết kế là 60 năm. Nhiều cầu cần phải thay mới do mòn rỉ phải hạ cấp tải trọng. Nhưng thay mới, không những chi phí lớn, mà quan trọng hơn là ảnh hưởng lớn tới vận tải khi phải ngừng chạy tàu trong nhiều giờ.
Viện Nghiên cứu Kỹ thuật ĐS Nhật Bản (NCKTĐSNB) đã thử nghiệm gia cố các cầu hiện có bằng cách liên kết dầm thép với mặt cầu bê tông (H.1). Phương pháp này làm thay đổi kết cầu dầm thép, trở thành một dầm liên hợp, nâng cao được năng lực chịu tải. Sử dụng mặt cầu bê tông còn làm giảm tích tụ những hư hỏng do mỏi, giảm ứng suất trên dầm, đồng thời làm giảm tiếng ồn do kết cấu rung động.
Giảm cường độ
Nhiều cầu thép trên ĐS Nhật, tà vẹt được đặt trực tiếp trên dầm. Hiện tượng mòn rỉ phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa tà vẹt và bản đế trên của dầm, làm mỏng chiều dầy bản đế, làm giảm khả năng chịu lực của dầm.
Việc tính toán được thực hiện trên một mặt cầu bê tông thử nghiệm, kết quả như ở H.2. Lấy một cầu điển hình trên ĐS hiện có, với dầm đơn giản khẩu độ 10 m, tính toán ứng suất tại mặt cắt giữa dầm, trước và sau khi lắp đặt mặt cầu bê tông. Kết quả cho thấy, mặt cầu bê tông liên kết hoàn toàn với dầm. Sau khi lắp đặt, ứng suất ở bản đế trên giảm khoảng 80% và bản đế dưới giảm khoảng 20%.
Việc giảm ứng suất dẫn tới việc tăng khả năng chịu uốn của dầm. Việc lắp đặt mặt cầu bê tông còn tránh được mòn rỉ bản đế trên, do đó giảm được công duy tu bảo dưỡng.
Tăng tải trọng tĩnh
Khi lắp đặt mặt cầu bê tông trên cầu hiện có, tải trọng tĩnh của mặt cầu bê tông tác động trực tiếp xuống các gối đỡ của cầu. Người ta cũng đã tính toán được ứng suất ở điểm tựa (bearing stress) trước và sau khi lắp đặt mặt cầu bê tông trên các môđen khẩu độ đơn trên tuyến đường đơn.
Với cầu có khẩu độ trên 40m, ứng suất ở điểm tựa của bê tông trên các gối đỡ vượt quá mức cho phép, do đó, chỉ nên áp dụng kỹ thuật này trên cầu khẩu độ dưới 40m vì không cần phải tăng cường hoặc bố trí lại các điểm tựa.
Lắp đặt mặt cầu
Người ta đã đề xuất ra ba phương pháp để lắp đặt mặt cầu bê tông trên dầm thép. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và khuyết điểm.
Phương pháp đúc trước mặt cầu có lợi là thời gian lắp đặt ngắn.
Phương pháp đúc tại chỗ và dùng bu lông lắp đặt trên bản đế của dầm để thay cho các đinh tán hiện có. Bê tông mặt cầu được đúc trên mặt trên của bản đế và các đầu bu lông tạo ra liên kết chống trượt giữa dầm và mặt cầu.
Phương pháp đúc tại chỗ, bê tông bao toàn bộ bản đế trên của dầm làm tăng độ cứng chống uốn, khả năng chịu tải cao hơn hai phương pháp trên.
Thời gian lắp đặt cần được tính toán cụ thể để ít ảnh hưởng đến chạy tàu.
Khi lắp đặt, cao độ ray sẽ không có gì thay đổi vì bất kỳ một sự thay đổi nào đều ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử trên các đoạn đường kế bên cầu.
Do đó mà chiều cao mặt cầu bê tông không được vượt quá chiều cao tà vẹt hiện có là 200 mm. Chiều cao mũ đinh tán cộng với chiều cao bản đệm ray, cả hai, cần khoảng 50 mm, cho nên chiều cao cho phép của mặt cầu bê tông là vào khoảng 150 mm.
Điều quan trọng là phải xác định xem với chiều cao đó mặt cầu đã đủ cường độ chịu lực chưa.
Người ta đã sử dụng các tính toán thiết kế để xem xét năng lực chịu tải và ứng suất trên mặt cầu.
Khoảng cách tiêu chuẩn giữa các dầm trên cầu hiện có là 1.700 mm, lớn hơn khoảng cách giữa hai ray là 1.067 mm. Mặt cầu bê tông còn chịu lực uốn do tải trọng tác dụng trên ray.
Người ta đã thử nghiệm với ba loại hình mặt cầu: bê tông gia cường, bê tông kéo sau, bê tông kéo trước, với kiểu bố trí cốt thép và loại cốt thép (thanh, dây đàn) khác nhau, sử dụng mặt cầu bê tông có khẩu độ 1.700 mm và rộng 750 mm và có xét đến khu vực chịu ảnh hưởng của tải trọng trục đoàn tàu. Người ta thừa nhận tải trọng 124 kN là đại diện của tải trọng trục và tải trọng tác động. Kết quả cho thấy là mặt cầu bê tông dự ứng lực kéo sau (post-tensioned pre-tressed concrete) phù hợp với chiều cao yêu cầu. Nếu chiều cao mặt cầu lớn hơn, hoặc khoảng cách các dầm chủ ngắn hơn kích thước đã được thừa nhận, mặt cầu là bê tông gia cường hoặc bê tông dự ứng lực kéo trước đều có thể đáp ứng được.
Liên kết dầm-mặt cầu
Khi sử dụng phương pháp mặt cầu đúc trước, cần đảm bảo độ bền liên kết giữa dầm và mặt cầu. Việc đó không dễ dàng, vì mặt bản đế dầm có những chỗ không bằng phẳng do đầu đinh tán, do có các bản thép phủ.
Để giải quyết những chỗ không bằng phẳng, tạo liên kết bền chặt giữa dầm và mặt cầu, người ta đã thử nghiệm sử dụng một hệ thống phối kiện nối giữ bằng thép và vữa làm đầy (filler mortar).
Một vấn đề nẩy sinh tại chỗ liên kết là vữa làm đầy chịu tác động của lực hướng lên trên và làm tan rã vữa, một vấn đề khác là các lực ngang cũng có thể tác động lên chỗ liên kết, do đó người ta kiến nghị nên dùng nối giữ đứng và nối giữ ngang. Nối giữ đứng đặt phía ngoài dầm để chống lực hướng lên và nối giữ ngang đặt phía trong dầm để chống lực ngang.
Người ta đã thử tải trọng để xác định sức bền của hệ thống nối giữ, sử dụng đoạn mặt cầu dài 1 m, đại diện cho khu vực có một trục đơn tác động, không dùng vữa làm đầy, để đánh giá khả năng liên kết của riêng các phối kiện nối giữ. Kết quả cho thấy dưới tác động của một trục, lực hướng lên trên là 54 kN và lực ngang là 90 kN, chứng tỏ riêng liên kết bằng phối kiện nối giữ cũng đã đủ đáp ứng.
Với mặt bản đế có đinh tán, lực chống trượt giữa dầm thép và mặt cầu bê tông còn lớn hơn nhiều so với mặt bản đế không có đinh tán. Lực chống trượt còn tăng cao khi làm nhám mặt dầm bằng phun bi.
Người ta còn ước tính, lực động (live force) tác động trên hệ thống liên kết là 97 kN, chứng tỏ liên kết dùng vữa lấp đầy cũng đủ sức bền chống trượt. Tuy vậy, ở hai đầu dầm, liên kết còn chịu lực trượt không những do tải trọng mà còn do chênh lệch nhiệt độ giữa dầm và mặt cầu, do đó cần tăng khả năng chống trượt.
Viện NCKTĐSNB tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật này để mặt cầu bê tông có thể được lắp đặt trên các kết cấu hiện đang khai thác chạy tàu.
Thanh Xuân
(Lược dịch bài viết của Ông Masamichi Saito, Viện NCKTĐSNB - Tạp chí RGI 12-2009)
http://i898.photobucket.com/albums/ac184/dinhkhanh_dsvn/cau.jpg
Liên kết dần cầu thép với mặt cầu bê tông. Các cầu hiện có thường dùng tà vẹt đặt trực tiếp trên dầm thép.
Kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Kỹ thuật ĐS Nhật Bản
Nhật Bản, có khoảng 50.000 cầu dầm thép, chủ yếu là trên mạng đường truyền thống khổ 1.067 mm. Theo số liệu khảo sát năm 1986, một số lớn cầu này cần được gia cố sửa chữa. Hơn nửa số cầu này đã quá thời hạn thiết kế là 60 năm. Nhiều cầu cần phải thay mới do mòn rỉ phải hạ cấp tải trọng. Nhưng thay mới, không những chi phí lớn, mà quan trọng hơn là ảnh hưởng lớn tới vận tải khi phải ngừng chạy tàu trong nhiều giờ.
Viện Nghiên cứu Kỹ thuật ĐS Nhật Bản (NCKTĐSNB) đã thử nghiệm gia cố các cầu hiện có bằng cách liên kết dầm thép với mặt cầu bê tông (H.1). Phương pháp này làm thay đổi kết cầu dầm thép, trở thành một dầm liên hợp, nâng cao được năng lực chịu tải. Sử dụng mặt cầu bê tông còn làm giảm tích tụ những hư hỏng do mỏi, giảm ứng suất trên dầm, đồng thời làm giảm tiếng ồn do kết cấu rung động.
Giảm cường độ
Nhiều cầu thép trên ĐS Nhật, tà vẹt được đặt trực tiếp trên dầm. Hiện tượng mòn rỉ phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa tà vẹt và bản đế trên của dầm, làm mỏng chiều dầy bản đế, làm giảm khả năng chịu lực của dầm.
Việc tính toán được thực hiện trên một mặt cầu bê tông thử nghiệm, kết quả như ở H.2. Lấy một cầu điển hình trên ĐS hiện có, với dầm đơn giản khẩu độ 10 m, tính toán ứng suất tại mặt cắt giữa dầm, trước và sau khi lắp đặt mặt cầu bê tông. Kết quả cho thấy, mặt cầu bê tông liên kết hoàn toàn với dầm. Sau khi lắp đặt, ứng suất ở bản đế trên giảm khoảng 80% và bản đế dưới giảm khoảng 20%.
Việc giảm ứng suất dẫn tới việc tăng khả năng chịu uốn của dầm. Việc lắp đặt mặt cầu bê tông còn tránh được mòn rỉ bản đế trên, do đó giảm được công duy tu bảo dưỡng.
Tăng tải trọng tĩnh
Khi lắp đặt mặt cầu bê tông trên cầu hiện có, tải trọng tĩnh của mặt cầu bê tông tác động trực tiếp xuống các gối đỡ của cầu. Người ta cũng đã tính toán được ứng suất ở điểm tựa (bearing stress) trước và sau khi lắp đặt mặt cầu bê tông trên các môđen khẩu độ đơn trên tuyến đường đơn.
Với cầu có khẩu độ trên 40m, ứng suất ở điểm tựa của bê tông trên các gối đỡ vượt quá mức cho phép, do đó, chỉ nên áp dụng kỹ thuật này trên cầu khẩu độ dưới 40m vì không cần phải tăng cường hoặc bố trí lại các điểm tựa.
Lắp đặt mặt cầu
Người ta đã đề xuất ra ba phương pháp để lắp đặt mặt cầu bê tông trên dầm thép. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và khuyết điểm.
Phương pháp đúc trước mặt cầu có lợi là thời gian lắp đặt ngắn.
Phương pháp đúc tại chỗ và dùng bu lông lắp đặt trên bản đế của dầm để thay cho các đinh tán hiện có. Bê tông mặt cầu được đúc trên mặt trên của bản đế và các đầu bu lông tạo ra liên kết chống trượt giữa dầm và mặt cầu.
Phương pháp đúc tại chỗ, bê tông bao toàn bộ bản đế trên của dầm làm tăng độ cứng chống uốn, khả năng chịu tải cao hơn hai phương pháp trên.
Thời gian lắp đặt cần được tính toán cụ thể để ít ảnh hưởng đến chạy tàu.
Khi lắp đặt, cao độ ray sẽ không có gì thay đổi vì bất kỳ một sự thay đổi nào đều ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử trên các đoạn đường kế bên cầu.
Do đó mà chiều cao mặt cầu bê tông không được vượt quá chiều cao tà vẹt hiện có là 200 mm. Chiều cao mũ đinh tán cộng với chiều cao bản đệm ray, cả hai, cần khoảng 50 mm, cho nên chiều cao cho phép của mặt cầu bê tông là vào khoảng 150 mm.
Điều quan trọng là phải xác định xem với chiều cao đó mặt cầu đã đủ cường độ chịu lực chưa.
Người ta đã sử dụng các tính toán thiết kế để xem xét năng lực chịu tải và ứng suất trên mặt cầu.
Khoảng cách tiêu chuẩn giữa các dầm trên cầu hiện có là 1.700 mm, lớn hơn khoảng cách giữa hai ray là 1.067 mm. Mặt cầu bê tông còn chịu lực uốn do tải trọng tác dụng trên ray.
Người ta đã thử nghiệm với ba loại hình mặt cầu: bê tông gia cường, bê tông kéo sau, bê tông kéo trước, với kiểu bố trí cốt thép và loại cốt thép (thanh, dây đàn) khác nhau, sử dụng mặt cầu bê tông có khẩu độ 1.700 mm và rộng 750 mm và có xét đến khu vực chịu ảnh hưởng của tải trọng trục đoàn tàu. Người ta thừa nhận tải trọng 124 kN là đại diện của tải trọng trục và tải trọng tác động. Kết quả cho thấy là mặt cầu bê tông dự ứng lực kéo sau (post-tensioned pre-tressed concrete) phù hợp với chiều cao yêu cầu. Nếu chiều cao mặt cầu lớn hơn, hoặc khoảng cách các dầm chủ ngắn hơn kích thước đã được thừa nhận, mặt cầu là bê tông gia cường hoặc bê tông dự ứng lực kéo trước đều có thể đáp ứng được.
Liên kết dầm-mặt cầu
Khi sử dụng phương pháp mặt cầu đúc trước, cần đảm bảo độ bền liên kết giữa dầm và mặt cầu. Việc đó không dễ dàng, vì mặt bản đế dầm có những chỗ không bằng phẳng do đầu đinh tán, do có các bản thép phủ.
Để giải quyết những chỗ không bằng phẳng, tạo liên kết bền chặt giữa dầm và mặt cầu, người ta đã thử nghiệm sử dụng một hệ thống phối kiện nối giữ bằng thép và vữa làm đầy (filler mortar).
Một vấn đề nẩy sinh tại chỗ liên kết là vữa làm đầy chịu tác động của lực hướng lên trên và làm tan rã vữa, một vấn đề khác là các lực ngang cũng có thể tác động lên chỗ liên kết, do đó người ta kiến nghị nên dùng nối giữ đứng và nối giữ ngang. Nối giữ đứng đặt phía ngoài dầm để chống lực hướng lên và nối giữ ngang đặt phía trong dầm để chống lực ngang.
Người ta đã thử tải trọng để xác định sức bền của hệ thống nối giữ, sử dụng đoạn mặt cầu dài 1 m, đại diện cho khu vực có một trục đơn tác động, không dùng vữa làm đầy, để đánh giá khả năng liên kết của riêng các phối kiện nối giữ. Kết quả cho thấy dưới tác động của một trục, lực hướng lên trên là 54 kN và lực ngang là 90 kN, chứng tỏ riêng liên kết bằng phối kiện nối giữ cũng đã đủ đáp ứng.
Với mặt bản đế có đinh tán, lực chống trượt giữa dầm thép và mặt cầu bê tông còn lớn hơn nhiều so với mặt bản đế không có đinh tán. Lực chống trượt còn tăng cao khi làm nhám mặt dầm bằng phun bi.
Người ta còn ước tính, lực động (live force) tác động trên hệ thống liên kết là 97 kN, chứng tỏ liên kết dùng vữa lấp đầy cũng đủ sức bền chống trượt. Tuy vậy, ở hai đầu dầm, liên kết còn chịu lực trượt không những do tải trọng mà còn do chênh lệch nhiệt độ giữa dầm và mặt cầu, do đó cần tăng khả năng chống trượt.
Viện NCKTĐSNB tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật này để mặt cầu bê tông có thể được lắp đặt trên các kết cấu hiện đang khai thác chạy tàu.
Thanh Xuân
(Lược dịch bài viết của Ông Masamichi Saito, Viện NCKTĐSNB - Tạp chí RGI 12-2009)