Ứng dụng kết cấu vòm ống thép nhồi bêtông cho cầu Đồng Trù

Trên cơ sở đề xuất của Tư vấn thiết kế là Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT, Chủ đầu tư là UBND TP Hà Nội đã quyết định chọn phương án kết cấu vòm ống thép nhồi bêtông có thanh căng cho xây dựng cầu Đông Trù.

Đây là loại kết cấu mới bước đầu được sử dụng tại Việt Nam.

Cầu Đông Trù vượt sông Đuống, nằm trong tổng thể dự án QL5 kéo dài là công trình cầu lớn của Thủ đô Hà Nội.

Ngoài việc nghiên cứu sơ đồ kết cấu đảm bảo khả năng chịu lực cho giao thông đường sắt và đường bộ đi chung, có các chỉ tiêu kinh tế-kĩ thuật hợp lý, cầu chính còn phải có khẩu độ nhịp lớn đảm bảo khả năng thông thuyền cho giao thông thuỷ trên sông Đuống, và kết cấu phải có tính thẩm mĩ cao, hài hoà với cảnh quan môi trường đô thị.

Trên cơ sở đề xuất của Tư vấn thiết kế là Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI), chủ đầu tư là UBND TP Hà Nội đã quyết định chọn phương án kết cấu vòm ống thép nhồi bêtông có thanh căng cho cầu Đông Trù. Đây là loại kết cấu mới bước đầu được sử dụng tại Việt Nam.

Kết cấu ống thép nhồi bêtông có một số điểm lợi thế vượt trội so với kết cấu thép hoặc bêtông cốt thép và kết cấu bêtông 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 bêtông cũng tăng do môđun đàn hồi của vỏ thép lớn hơn bêtông nhiều, cường độ chịu nén của bêtông cũng tăng đáng kể do có hiệu ứng bó chống nở hông của ống thép, bêtông bên trong làmgiảm khả năng mất ổn định cục bộ vỏ thép.

Hiệu ứng bó bêtông 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.

Hiện nay quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thép nhồi bêtông chưa có. TEDI đã soạn thảo và đưa ra một tiêu chuẩn thiết kế áp dụng riêng cho công trình cầu Đông Trù.

Mục đích của tập tiêu chuẩn dùng để thiết lập các chuẩn dùng trong tính toán, phân tích thiết kế cầu Đông Trù phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế ngành 22TCN 272-01 có tham khảo các tiêu chuẩn khác như AASHTO LRFD, tiêu chuẩn châu Âu EC và một số tiêu chuẩn quy trình quy phạm của Trung Quốc.

Sơ đồ nhịp của cầu vòm thép nhồi bêtông Đông Trù được Tư vấn lựa chọn phương án vòm chạy dưới với 3 vòm liên tục để phù hợp với điều kiện địa hình, thông thuyền, tăng tính chịu lực và ổn định của toàn bộ kết cấu. Chủng loại thanh giằng chân vòm được đề xuất và chọn cáp dự ứng lực-do cáp dự ứng lực có lợi thế trong thi công và phù hợp với trình độ thi công hiện nay ở VN.

Hệ thống cáp treo được thiết kế với hệ số an toàn cao. Trong cầu Đông Trù đã sử dụng hệ thống cáp treo kép nhằm đáp ứng các yêu cầu về thay cáp và tổ hợp tính toán đứt cáp, đây là điểm khác biệt so với một số công trình tương tự đã thi công và khai thác. Bước cáp treo cầu Đông Trù được lựa chọn là 5m, phù hợp với mặt cắt ngang lớn và khả năng thi công hiện nay.

Phương pháp thi công lắp vòm ảnh hưởng rất nhiều đến 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.

Cầu vòm Đông Trù nằm ở vị trí đặc biệt, khống chế bên dưới bởi khổ thông thuyền, bên trên bởi tĩnh không của sân bay.

Bởi vậy 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.

Nguồn: GTVT