Nghiên cứu ứng xử của cầu có mố dầm liên tục dưới tác dụng nhiệt độ và so sánh với cầu dầm giản đơn cùng khẩu độ

Tác giả: ThS. NGUYỄN DANH HUY
              TS. NGÔ CHÂU PHƯƠNG
              Trường Đại học Giao thông vận tải

Mối quan hệ giữa chuyển vị tường và áp lực đất

Với cầu dầm giản đơn thông thường, gối cầu và khe co giãn tại mố được cấu tạo đảm bảo chuyển vị xoay, tịnh tiến theo phương dọc và có thể cả phương ngang cầu. Trong khi đó, liên kết cứng đầu dầm tại cầu có mố dầm liên tục tạo ra kết cấu khung, các chuyển vị kết cấu phần trên truyền trực tiếp xuống kết cấu phần dưới. Sự khác biệt ứng xử của cầu có mố dầm liên tục so với cầu dầm giản đơn thông thường bao gồm một số điểm chính sau:

- Cầu có mố dầm liên tục hình thành khung liên kết cứng giữa tường mố và dầm, hạn chế biến dạng tự do của dầm. Liên kết cứng này ngoài ra sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố ngang của tải trọng đối với kết cấu phần trên.

- Với cầu dầm giản đơn thông thường, chuyển vị tịnh tiến và xoay của kết cấu phần trên tách biệt với kết cấu phần dưới, ảnh hưởng của chuyển vị ngang của mố đến ứng xử nền đất không đáng kể. Đối với cầu có mố dầm liên tục, tương tác đất nền - kết cấu do chuyển vị tường mố và cọc ảnh hưởng đến áp lực đất lên cọc và tường mố.

Dưới tác dụng của các tải trọng, đặc biệt tải trọng nhiệt độ, tường thân mố và cọc móng có xu hướng dịch chuyển vào nền đất, dịch chuyển này dẫn đến tăng áp lực bị động tác dụng lên tường thân mố và cọc. Khi áp lực bị động này tăng lên ở chiều hướng ngược lại sẽ hạn chế biến dạng dầm, hay nói cách khác biến dạng kết cấu chịu ảnh hưởng trực tiếp của tương tác đất nền - cọc.

Thông thường khi tính toán mố cầu, tường chắn, tác dụng của đất lên kết cấu được mô hình xem đất như tải trọng, trong đó độ lớn áp lực đất xem xét ở trạng thái bị động và chủ động, không xét đến độ cứng của đất. Khi dịch chuyển của nền đất chưa đủ lớn để huy động các giá trị trên, áp lực đất lên kết cấu có giá trị trung gian. Hệ số áp lực đất được cân nhắc, xem xét theo biểu đồ Hình 1.2 [4,6,7].

Đối với cầu có mố dầm liên tục, độ lớn áp lực ngang của đất phụ thuộc vào biến dạng của nền đất, trong khi biến dạng nền phụ thuộc vào dịch chuyển của kết cấu, chính vì vậy, biến dạng của kết cấu phần trên phụ thuộc cả độ cứng nền. Khi nhiệt độ tăng, kết cấu có xu hướng giãn ra đẩy tường mố dịch chuyển về phía nền đất, khi đó áp lực đất bị động được huy động. Vị trí có chuyển vị lớn nhất trên đỉnh mố có giá trị áp lực đất lớn, nếu so sánh với cầu dầm giản đơn thông thường thì áp lực ngang của đất lên tường mố cầu trong cầu có mố dầm liên tục sẽ lớn hơn.

Chính vì vậy, với một số kết cấu có mố dầm liên tục có chiều dài nhịp ngắn, chiều cao mố thấp, nền đất tốt, biên độ biến dạng của kết cấu không lớn thì việc mô hình xem đất như tải trọng với giá trị áp lực giới hạn được xem là hợp lý. Tuy nhiên, với các cầu có mố dầm liên tục với chiều dài nhịp lớn, phân tích kết cấu xét đến độ cứng nền cần được nghiên cứu, tương tác đất nền - kết cấu cần được đánh giá để tính toán chính xác ứng xử tổng thể hệ kết cấu.

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây