Tổng quan về cầu dầm BTCT DƯL
Sự phát triển của các thành tựu khoa học đã tác động rất lớn đến công nghệ thiết kế và thi công cầu. Đó là việc nghiên cứu, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến hiện đại, đồng bộ với việc cải tiến công nghệ cũ, lạc hậu và thường xuyên tổng kết kinh nghiệm cả về thiết kế và xây dựng góp phần đưa nghành xây dựng cầu của Việt Nam phát triển ngang tầm các nước trong khu vực. Với mục đích chế tạo một loại dầm mới có giá thành thấp hơn các dầm tiêu chuẩn, áp dụng cho miền chiều dài nhịp trung bình, có thể dễ dàng sản xuất và vận chuyển lắp đặt, Ban công trình cầu lớn của bang Victoria Úc đã nghiên cứu cải tiến loại dầm lòng máng hở kết hợp với đặc điểm chịu lực ưu việt của mặt cắt chữ T để cho ra đời loại dầm mới có tên gọi là dầm Super-T từ những năm 1990. Dầm Super-T được đưa vào áp dụng đầu tiên ở Việt Nam là cầu dẫn cầu Mỹ Thuận với chiều dài nhịp 40m (chiều dài dầm 38m). Sau đó dầm Super-T được nhân rộng và áp dụng cho các cầu: Tân Đệ, Quý Cao, Rạch Miễu, cầu Cần Thơ, Phú Mỹ và 1 loạt các công trình cầu khác trên toàn quốc và đã chứng minh được hiệu quả kinh tế kỹ thuật.
Bên cạnh các ưu điểm nổi bật về khả năng vượt nhịp, tính kinh tế - kỹ thuật, sau hơn 15 năm triển khai ứng dụng dầm Super-T thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO vào Việt Nam, qua quá trình sử dụng đã bộc lộ một số nhược điểm như:
- Xuất hiện nhiều vết nứt dầm tại các vị trí cắt khấc đầu dầm, các vết nứt này hiện nay vẫn chưa có giải pháp thiết kế triệt để để đảm bảo tuổi thọ khai thác cầu 100 năm đặc biệt đối với cầu nằm trong vùng xâm thực (mặc dù Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải đã có một số kết quả nghiên cứu cải tiến thiết kế cho vị trí cục bộ này. Do đó việc áp dụng dầm Super T cho các dự án vùng xâm thực là khó đảm bảo yêu cầu tuổi thọ thiết kế).
- Dao động của dầm khá lớn.
- Chi phí sản xuất dầm vẫn còn cao, chỉ phù hợp đối với các cầu sử dụng số lượng lớn dầm. Đối với cầu sử dụng ít dầm thì giải pháp dầm Super T không phù hợp do sử dụng bệ đúc dầm theo công nghệ căng trước.
Để khắc phục nhược điểm của dầm Super T, Ban nghiên cứu phát triển của Công ty CP Beton 6 cùng với Công ty TNHH Tư vấn và Xây dựng Đại học GTVT đã triển khai nghiên cứu thành công dầm U Bê tông DƯL căng trước có chiều dài 38m và đã được cấp chứng nhận TCCS số 01: 2016/ UDƯL để làm căn cứ triển khai rộng rãi trên toàn quốc và đã được Bộ GTVT đánh giá cho phép triển khai nghiên cứu ứng dụng tại các dự án xây dựng cầu ở Việt Nam.
Đặc điểm kỹ thuật của dầm U DƯL:
Dầm U DƯL (U Beam hay dầm U) được Sở giao thông vận tải bang Texas của Mỹ (TxDOT) bởi Robert L. Reed [3] bắt đầu phát triển vào những năm 80 của thế kỷ 20. Năm 1993, dầm U DƯL lần đầu tiên được sử dụng ở Houston. Hai loại mặt cắt cầu dầm U được phát triển là U40 (chiều dài 33m) và U54 (chiều dài 37m).
Hình 1: Ý tưởng thiết kế dầm U của Robert L. Reed
Hiện nay, dầm U đã được ứng dụng rất phổ biến tại Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, châu Âu, Canada, với những ưu điểm nổi bật sau:
(1). Tiết kiệm chi phí: Dầm U tiết kiệm chi phí xây dựng ngay cả so với dầm Super T cùng khẩu độ do giảm được số lượng dầm, giảm được chiều cao kiến trúc, thi công nhanh hơn.
(2). Hình dáng đẹp, an toàn trong thi công: Dầm có mặt đáy rộng dạng dầm hộp với ít góc cạnh, có khả năng chịu xoắn tốt, ổn định trong thi công
(3). Hiệu quả kết cấu: Dầm U có chiều cao kiến trúc thấp so với các dầm khác cùng khẩu độ nhịp do đó giảm được cao độ đường đỏ và giảm chiều dài cầu. Về mặt chịu lực, dầm U là 1 dạng dầm hộp kín bê tông – bê tông liên hợp theo 2 giai đoạn nên có khả năng chống uốn và chống xoắn rất tốt. Dầm U có chiều rộng bản đáy lớn, tận dụng được sự làm việc của vật liệu ở xa trục trung hòa nên có độ cứng chống uốn lớn hơn dầm Super T, dầm I. Khả năng chịu lực của dầm U lớn hơn nhiều so với dầm I và dầm Super T cùng khẩu độ, do đó có thể giảm số lượng dầm đáng kể trên mặt cắt ngang cầu. Khoảng cách giữa các dầm U lớn hơn các loại dầm giản đơn khác và có thể thiết kế từ 2.6m đến 5.0m. Trong khi đó khoảng cách giữa các dầm Super T thông thường từ 2.2m ~ 2.4m.
Ở Việt Nam, Liên danh tư vấn Công ty cổ phần Tư vấn Synectics (đơn vị thành viên của H&B) – Công ty TDV (Cộng hòa Áo) và Công ty TNHH Tư vấn và Xây dựng Đại học Giao thông Vận tải (UCTV) đã phối hợp với công ty Cổ phần Beton6 (đơn vị thành viên của H&B) – Viện công nghệ bê tông của trường đại học TU Graz (Cộng hòa Áo) nghiên cứu thiết kế và thí nghiệm cho kết quả tin cậy, đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật cạnh tranh với dầm Super T, khắc phục những nhược điểm hiện tại của dầm Super T. Kết quả thí nghiệm dầm U tại Nhà máy Beton 6 cũng đã Được Bộ giao thông vận tải kiểm tra đánh giá và khuyến cáo áp dụng cho các cầu trên đường ô tô thay thế dầm Super T cùng khẩu độ.
Đề xuất ứng dụng dầm U38m căng sau lắp ghép thay thế dầm Super T
- Chiều dài dầm: L=38.0m
- Chiều cao dầm: h=1600mm, chiều dày bản mặt cầu Hban min = 19cm
- Khoảng cách dầm 4.3m (lớn hơn nhiều so với dầm Super T cùng khẩu độ với khoảng cách dầm 2.2m ~ 2.4m)
- Bê tông: Bê tông dầm f’c = 60MPa, bê tông bản mặt cầu f’c = 35MPa
- Cáp dự ứng lực: kéo sau, sử dụng 04 bó cáp loại 19T15.
- Giữ nguyên kết cấu mố trụ như hồ sơ thiết kế dầm Super T
- Về sơ đồ nhịp: giữ nguyên như hồ sơ thiết kế dầm Super T.
