Chứng nhận Nhóm xây dựng cầu và đường theo tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10268:2014

   Lời nói đầu

TCVN 10268:2014 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ Công bố.

GỐI CẦU KIỂU CHẬU - YÊU CẦU KỸ THUẬT

Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu của gối cầu kiểu chậu với lực đẩy ngang lớn nhất bằng 10% của lực nén thẳng đứng, áp dụng cho việc kiểm tra, đánh giá chất tượng gối cầu kiểu chậu dùng trong xây dựng cầu đường bộ.

Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 10269:2014, Gối cầu kiểu chậu - Phương pháp thử

ASTM A 240, Standard Specification for Chromium and Chromium - Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm dày, tấm mỏng, băng và thanh cán chịu áp lực của thép không gỉ crôm-nikel và thép không gỉ chịu nhiệt crôm).

ASTM A 709, Standard Specification for Structural Steel for Bridges (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho cacbon và thép kết cấu định hình, tấm và thanh cường độ cao có hàm lượng hợp kim thấp và các tấm thép kết cấu hợp kim đã được tôi và nhiệt luyện cho cầu).

ASTM B 36, Standard Specification for Brass Plate, Sheet, Strip, And Rolled Bar (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm dày, tấm mỏng, băng và thanh cán của đồng thau).

ASTM B 121, Standard Specification for Leaded Brass Plate, Sheet, Strip, and Rolled Bar (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm dày, tấm mỏng, băng và thanh cán của đồng thau được mạ chì)

ASTM D 395, Standard Test Methods for Rubber Property - Compression Set (Tiêu chuẩn thí nghiệm cho đặc tính của cao su - Nén dư)

ASTM D 412, Standard Test Methods for Vulcanized. Rubber and Thermoplastic Elastomers - Tension (Tiêu chuẩn thí nghiệm cho cao su lưu hóa và cao su nhiệt dẻo và chất đàn hồi nhiệt dẻo - Thử kéo)

ASTM D 518, Standard Test Method for Rubber Deterioration Surface Cracking (Tiêu chuẩn thí nghiệm cho cao su phong hóa - Nứt bề mặt)

ASTM D 573, Standard Test Method for Rubber - Deterioration in an Air Oven (Tiêu chuẩn thí nghiệm cho cao su - Phong hóa trong tủ sấy)

ASTM D 638, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics (Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định đặc tính chịu kéo của chất dẻo)

ASTM D 746, Standard Test Method for Brittleness Temperature of Plastics and Elastomers by Impact (Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định nhiệt độ dòn của chất dẻo và cao su bằng phương pháp va đập)

ASTM D 792, Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement (Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định tỷ trọng (tỷ trọng tương đối) và khối lượng thể tích của chất dẻo bằng phương pháp chiếm chỗ)

ASTM D 1149, Standard Test Methods for Rubber Deterioration-Cracking in an Ozone Controlled Environment (Tiêu chuẩn thí nghiệm cho cao su phong hóa - Sức kháng ozone trong buồng)

ASTM D 2240, Standard Test Method for Rubber Property - Durometer Hardness (Tiêu chuẩn thí nghiệm cho đặc tính của cao su - Độ cứng)

ASTM D 2256, Standard Test Method for Tensile Properties of Yams by the Single-Strand Method (Tiêu chuẩn thí nghiệm cho đặc tính chịu kéo của sợi theo phương pháp một tao)

ASTM D 5977, Standard Specification for High Load Rotational Spherical Bearings for Bridges and Structures (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho gối cầu kiểu cầu chịu tải trọng lớn cho cầu và kết cấu)

ASTM D 4014, Standard Specification for Plain and Steel-Laminated Elastomeric Bearings for Bridges (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho gối cao su và gối cao su cốt bản thép cho cầu)

ASTM D 4894, Standard Specification for Polytetrafluoroethylene (PTFE) Granular Molding and Ram Extrusion Materials - Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm PTFE ép khuôn vả vật liệu đúc

ASTM D 4895, Standard Specification for Polytetrafluoroethylene (PTFE) Resin Produced From Dispersion (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho nhựa PTFE được sản xuất từ sự phân tán)

AASHTO M 270M, Standard Specification for structural Steel for Bridges (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép kết cấu và cầu)

AASHTO M 251, Standard Specification for Plain and Laminated Elastomeric Bridge Bearings (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho gối cầu thông thường và gối cầu cao su đàn hồi có bản thép gia cường)

AWS D.1.5, Bridge Welding Code (Quy tắc hàn cầu - AASHTO/AWS hàn thép không gỉ)

MIL - S - 8660, Military specification: Silicone Compound (Tiêu chuẩn kỹ thuật quân đội, Hợp chất silicone)

Thuật ngữ, định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau

+ Gối cầu (Bearing)

Cơ cấu làm nhiệm vụ truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ và đảm bảo cho đầu kết cấu nhịp có thể chuyển dịch quay hoặc chuyển dịch thẳng tự do dưới tác dụng của hoạt tải và nhiệt độ thay đổi tùy theo dự kiến thiết kế.

+ Gối cầu kiểu chậu (Pot bearing)

Gối cầu chịu tải trọng thẳng đứng nhờ hiệu ứng nén một đĩa cao su được giữ trong một chậu thép và tạo ra chuyển dịch quay hay/ và chuyển dịch thẳng do sự biến dạng của đĩa cao su. (sau đây gọi là gối chậu).

+ Gối chậu cố định (Fixed pot bearing)

Gối chậu chỉ cho phép đầu kết cấu nhịp có chuyển dịch quay và truyền áp lực qua một điểm cố định.

+ Gối chậu di động (Sliding pot bearing)

Gối chậu cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch đơn hướng hoặc đa hướng.

+ Gối chậu di động đơn hướng (Uni-Directional Sliding pot bearing)

Gối chậu cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch theo một hướng nhất định.

+ Gối chậu di động đa hướng (Multi-Directional Sliding pot bearing)

Gối chậu cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch theo tất cả các hướng.

+ Tấm PTFE (Polytetrafluorethylene)

Tấm chất dẻo tạo điều kiện gây ra chuyển dịch trượt trong gối chậu di động với hệ số ma sát rất nhỏ.

Phân loại

+ Căn cứ vào tính chất làm việc, các gối chậu được chia ra làm hai loại như sau:

Gối chậu cố định

Gối chậu di động

Gối chậu di động đơn hướng.

Gối chậu di động đa hướng.

+ Căn cứ vào vật liệu đàn hồi được dùng để sản xuất đĩa cao su bên trong gối chậu, gối chậu được chia ra làm hai loại như sau:

Loại CR: là gối chậu sử dụng cao su Polychloroprene (neoprene) để sản xuất đĩa cao su bên trong gối chậu.

Loại NR: là gối chậu sử dụng cao su thiên nhiên (Polyisoprene natural rubber) để sản xuất đĩa cao su bên trong gối chậu.

Cấu tạo

+ Gối chậu

Gối chậu bao gồm ba bộ phận chính: piston, chậu và đĩa cao su. Đĩa cao su được đặt trong chậu thép, dưới tác dụng của tải trọng, đĩa cao su bị biến dạng trong thể tích của chậu do đó nó có thể chịu được lực tác dụng cũng như xoay quanh mặt phẳng ngang do kết cấu nhịp sinh ra. Piston và chậu đóng vai trò là bộ phận kết nối giữa các kết cấu. Ngoài ra gối chậu còn có thể được thiết kế thêm bộ phận thứ tư là thanh dẫn hướng để hạn chế hoặc cho phép chuyển dịch do kết cấu sinh ra 

+ Gối chậu cố định

Gối chậu cố định bao gồm một đĩa cao su được đặt trong chậu thép và dưới piston thép. Để tạo điều kiện thuận lợi cho cấu kiện xoay đàn hồi, trên bề mặt và đáy của đĩa cao su được gắn các tấm PTFE, hoặc cấu kiện được bôi trơn bằng vật liệu thích hợp với vật liệu đàn hồi.

+ Gối chậu di động đơn hướng

Gối chậu bao gồm một đĩa cao su được đặt trong chậu thép và dưới piston thép. Để tạo điều kiện cho chuyển dịch theo một hướng nhất định, bề mặt trên của piston thép được phủ một tấm PTFE đỡ tấm thép trượt ở mặt trên của gối. Bề mặt tấm thép trượt được phủ một lớp thép không gỉ. Để hạn chế chuyển dịch theo các hướng còn lại, có thể sử dụng thanh dẫn hướng hoặc hệ thống khóa. Khi sử dụng hệ thống khóa, hệ thống phải được chế tạo để ngăn cản chuyển dịch theo hướng cần khóa.

+ Gối chậu di động đa hướng

Gối chậu bao gồm một đĩa cao su được đặt trong chậu thép và dưới piston thép. Để tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển dịch theo tất cả các hướng, bề mặt trên của piston thép được phủ một tấm PTFE đỡ tấm thép trượt của gối. Bề mặt tấm thép trượt được phủ một lớp thép không gỉ nhẵn bóng.

Quy định kỹ thuật

+ Yêu cầu vật liệu

Thép

Thép được được dùng để chế tạo tấm đế hoặc xi lanh, piston và tấm bên trên phải thỏa mãn các yêu cầu của Tiêu chuẩn AASHTO M270M hoặc ASTM A 709M, cấp 250, cấp 345 hoặc cấp 345W.

Thép không gỉ

Thép không gỉ được sử dụng để chế tạo bề mặt trượt cho tấm PTFE phải thỏa mãn Tiêu chuẩn ASTM A240, loại 304, độ bóng của các mặt tiếp xúc với đĩa cao su không được nhẵn hơn 1,5μm. Thép không gỉ tiếp xúc với tấm PTFE phải có độ bóng ≥ 0,5 μm.

Đồng thau

Đồng thau được sử dụng để chế tạo các vành đệm phải thỏa mãn các yêu cầu của Tiêu chuẩn ASTM B36, loại nửa cứng, hợp kim 260 hoặc ASTM B121.

Tấm PTFE

Tấm PTFE phải được sản xuất từ nhựa PTFE mới, nguyên chất, phải thỏa mãn Tiêu chuẩn ASTM D4894 hoặc ASTM D4895, được chế tạo thành các tấm không độn, tấm độn, hay được dệt thành vải từ các sợi PTFE hay các sợi khác.

Các tấm không độn phải được làm từ nhựa PTFE nguyên chất. Các tấm độn phải được làm bằng nhựa PTFE có trộn đều với 15% sợi thủy tinh hoặc 25% sợi các bon.

Tấm và dải PTFE phải chịu được mọi chất axit, kiềm và các sản phẩm dầu mỡ, ổn định ở nhiệt độ từ -218°C đến 260°C; không dễ cháy và không hút nước. Tấm PTFE phải tuân theo các yêu cầu cơ lý quy định tại Bảng 1.

Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của tấm PTFE

Cao su

Bao gồm cao su là cao su thiên nhiên nguyên chất 100% hoặc polychloroprene nguyên chất 100% phù hợp với Tiêu chuẩn AASHTO M251 hoặc ASTM D4014. Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên, polychloroprene này phải thỏa mãn yêu cầu quy định tại Bảng 2.

Bảng 2. Các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của cao su dùng cho gối chậu

+ Yêu cầu thiết kế

Các bộ phận bằng thép

Chậu: bao gồm vành chậu và tấm đế. Chậu phải được chế tạo bằng cách gia công cơ khí từ một khối thép.

CHÚ THÍCH 1: Các phương pháp sản xuất khác có thể được sử dụng miễn là thiết kế được chứng minh bằng các tính toán và các tài liệu khác.

Chậu phải được thiết kế với chiều cao phù hợp để cho phép các vành đệm và vành của piston đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn với mặt thẳng đứng của vành chậu và không cản trở chuyển vị quay.

Đường kính bên trong của chậu phải bằng đường kính bên ngoài của tấm đĩa cao su.

Chiều dày của chậu phải được thiết kế để chịu được áp lực thủy tĩnh bên trong gây ra do đĩa cao su được xem như một chất lỏng, và lực tác dụng ngang khi không có tấm đế bên dưới.

Chiều dày của đế dưới gối tựa trực tiếp lên bê tông hay vữa tối thiểu phải bằng 0,06 lần đường kính trong của chậu nhưng không có trường hợp nào nhỏ hơn 19mm.

Chiều dày của đế dưới gối tựa trực tiếp lên dầm thép hoặc bản phân bố tải trọng tối thiểu phải bằng 0,04 lần đường kính trong của chậu nhưng không có trường hợp nào nhỏ hơn 12,5mm.

Piston: được gia công từ một khối thép. Chiều dày piston phải thích hợp để chịu được các tải trọng đặt lên nó, nhưng không được nhỏ hơn 6,0% đường kính trong của chậu, trừ ở vành.

Chu vi của piston phải có một vành tiếp xúc qua đó các tải trọng nằm ngang có thể được truyền tới. Trong các chậu hình tròn, bề mặt của nó có thể là hình trụ hoặc hình cầu. Thân của piston ở trên vành phải được làm giật vào hoặc vuốt thon để ngăn ngừa bị kẹt. Chiều cao, w, của vành piston phải đủ lớn để truyền các lực nằm ngang tính toán giữa chậu và piston.

Các gối chậu chịu các tải trọng ngang phải được tính toán sao cho thỏa mãn công thức 

Các gối chậu truyền tải trọng thông qua piston phải thỏa mãn công thức

Trong đó:

H_s là tải trọng sử dụng nằm ngang tác dụng lên gối (N);

q_s là góc quay sử dụng tối đa do tổng tải trọng (RAD);

F_g là cường độ chảy dẻo của thép (MPa);

D_p là đường kính trong của chậu gối (mm);

w là chiều cao của vành piston (mm);

t_w là chiều dày của vách chậu (mm).

Đường kính của vành piston là đường kính trong của chậu trừ đi một khoảng cách tịnh, c. Khoảng cách tịnh, c, phải càng nhỏ càng tốt để ngăn ngừa sự bật ra của chất dẻo, nhưng không nhỏ hơn 0,5mm. Nếu bề mặt của vành piston là hình trụ, khoảng cách tính phải thỏa mãn công thức 

D_p là đường kính trong của chậu gối (mm);

w là chiều cao của vành piston (mm);

q_U là góc xoay thiết kế (RAD).

Mặt trượt bằng thép không gỉ

Chiều dày của tấm thép không gỉ tối thiểu là 1,5 mm.

Cố định tấm thép không gỉ: tấm thép không gỉ phải được gắn với tấm trượt bằng mối hàn liên tục dọc theo các cạnh. Điều này là cần thiết để tấm thép không gỉ duy trì sự tiếp xúc với tấm trượt suốt thời gian làm việc của nó và không thể xảy ra ăn mòn bề mặt tiếp xúc. Sự gắn kết của thép không gỉ và tấm trượt phải có khả năng chống lại lực ma sát hình thành trong gối cầu trong một giai đoạn. Quy cách hàn phải tuân theo Tiêu chuẩn AWS D.1.5.

Tấm trượt phải được mở rộng ra ngoài các cạnh của tấm thép không gỉ để hàn và mối hàn không được lồi lên trên bề mặt tấm thép không gỉ.

Bề mặt trượt của tấm thép không gỉ phải được bao phủ hoàn toàn bề mặt tấm PTFE ở tất cả các vị trí làm việc công thêm 25,4 mm theo tất cả các hướng của chuyển động, ngoại trừ hướng ngang của gối đơn hướng.

Các vành đệm

Các vành đệm thường làm bằng đồng thau phù hợp theo Tiêu chuẩn ASTM B36 nửa cứng cho các vành đệm có mặt cắt ngang hình chữ nhật và Tiêu chuẩn ASTM B121 cho các vành đệm có mặt cắt ngang hình tròn.

Các vành đệm có mặt cắt ngang hình chữ nhật: phải sử dụng ba vành đệm hình tròn. Mỗi vành đệm phải được cắt theo phương thẳng đứng tạo thành hai mặt phẳng cắt song song với nhau và tạo với phương tiếp tuyến của vành đệm tại vị trí cắt một góc 45°, khe hở lớn nhất giữa hai mặt phẳng cắt song song với nhau không vượt quá 1,27 mm. Các vành đệm phải được định vị để các chỗ cắt trên mỗi vành đệm trong ba vành đệm cách đều theo chu vi của chậu. Chiều rộng của mỗi vành đệm phải không nhỏ hơn 0,02 lần đường kính trong của chậu hoặc 6mm, và phải không vượt quá 19mm. Chiều cao của mỗi vành đệm không được nhỏ hơn 0,2 lần chiều rộng của nó.

Các vành đệm có mặt cắt ngang hình tròn: phải sử dụng một vành đệm hình tròn với đường kính ngoài bằng đường kính trong của chậu, nó phải có một đường kính của mặt cắt ngang không nhỏ hơn 0,0175 lần đường kính trong của chậu hoặc 8mm.

Mặt trượt PTFE

Tấm PTFE phải được xẻ rãnh và dính kết với tấm đế. Gờ của rãnh phải được gia công vuông thành sắc cạnh. Sau khi hoàn thiện quá trình dính kết, bề mặt tấm PTFE phải được làm nhẵn và loại bỏ các vết phồng và bọt.

Tấm PTFE phải có Chiều dày tối thiểu là 3,17 mm và phải được tạo rãnh tối thiểu 1/2 chiều dày của tấm.

Áp lực gối trượt cho phép với tấm PTFE nguyên chất phải tuân theo quy định tại Bảng 3.

Bảng 3. Áp lực gối trượt cho phép với tấm PTFE

+ Đĩa cao su

Các đĩa cao su có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 1219 mm phải được chế tạo từ khuôn riêng hoặc cắt từ một tấm. Các đĩa cao su có đường kính lớn hơn 1219 mm có thể được cắt từ bốn khuôn riêng biệt hoặc hoặc từ máy cắt phân đoạn lớn nhất. Các đĩa cao su không được phép phân lớp hoặc có nếp nhăn. Các đường khía, rãnh, hoặc khấc do cắt máy hoặc cắt bằng lửa là không phù hợp và phải loại bỏ.

Khe bịt phải được đúc hoàn toàn hoặc gia công cắt, bề mặt trên có hình chữ nhật và tương tự kích thước danh nghĩa của xi lanh. Không cho phép cắt góc bên trong của khe.

Chiều dày đĩa cao su phải được thiết kế để giới hạn biến dạng sinh ra ở vòng ngoài của đĩa đến 15% chiều dày đĩa dưới góc xoay lớn nhất và phải thỏa mãn công thức sau:

h_r ≥ 3,33D_pq_u                             (4)

Trong đó:

h_r là chiều dày đĩa cao su;

D_p là đường kính trong của chậu gối (mm);

q_u là góc xoay thiết kế (RAD).

Diện tích của đĩa cao su phải được thiết kế cho ứng suất làm việc lớn nhất là 24,1 MPa, cộng với 5% tĩnh tài, tải động và tải va chạm của kết cấu.

Đĩa cao su phải được bôi trơn bằng hỗn hợp silicone tuân theo yêu cầu của Tiêu chuẩn MIL-S-8660 hoặc tương đương. Các đĩa cao su làm giảm sự dịch chuyển của tấm PTFE sẽ không được sử dụng.

Thanh dẫn hướng

Thanh dẫn hướng phải được sản xuất từ một khối thép.

Bề mặt đối diện với thanh dẫn hướng phải được sản xuất từ thép không gỉ và tấm PTFE. Mặt thép của thanh dẫn hướng không được tiếp xúc với mặt thép của bề mặt đối diện. Tấm PTFE phải được dính chặt. Tổng khe hở lớn nhất cho phép giữa các bề mặt dẫn hướng là 3,17 mm.

Thanh dẫn hướng và các bộ phận kết nối của nó với tấm đế phải được thiết kế để chịu được lực ngang trên gối cầu nhưng không vượt quá 10% của lực thẳng đứng của gối cầu.

Bố trí thanh dẫn hướng phải được thiết kế sao cho các cấu kiện dẫn hướng được giữ song song và luôn luôn trong phạm vi dẫn hướng tại tất cả các điểm dịch chuyển và xoay của gối. Khi góc xoay ngang được đặt trước, hướng dịch chuyển ngược lại để cố định hoặc bất kì sự mở rộng nào của nó phải được ngăn chặn.

+ Độ bằng phẳng

Tất cả bề mặt chịu tải của gối khi tiếp xúc với bề mặt khác phải được làm phẳng. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương không vượt quá 0,13 mm trên 305 mm tính từ điểm ti trước.

+ Yêu cầu kỹ thuật

+ Nén thẳng đứng

Áp dụng cho tất cả các loại gối chậu (gối chậu cố định, gối chậu di động đơn hướng và gối chậu di động đa hướng).

Biến dạng đo được sau khi thử nghiệm nén thẳng đứng theo TCVN 10269: 2014 không được vượt quá 5% chiều dày gối.

+ Góc xoay

Áp dụng cho tất cả các loại gối chậu (gối chậu cố định, gối chậu di động đơn hướng và gối chậu di động đa hướng).

Sau khi thử nghiệm góc xoay theo TCVN 10269: 2014, không có sự phồng lên hoặc phân tách giữa các tấm hoặc giữa các tấm và tấm PTFE hoặc đĩa cao su.

+ Hệ số ma sát

Chỉ áp dụng cho gối chậu di động (gối chậu di động đơn hướng và gối chậu di động đa hướng).

Hệ số ma sát đo được sau khi thử nghiệm hệ số ma sát theo TCVN 10269: 2014 không được vượt quá giới hạn quy định tại Bảng 4.

Bảng 4. Hệ số ma sát lớn nhất cho phép

+ Lực đẩy ngang

Chỉ áp dụng cho gối chậu cố định và gối chậu di động đơn hướng.

Sau khi thử nghiệm lực đẩy ngang theo TCVN 10269: 2014, không có vết nứt hoặc biến dạng cố định của tấm PTFE, thép không gỉ hoặc các bộ phận khác hoặc mối hàn.

+ Các chỉ tiêu cơ lý của đĩa cao su

Áp dụng cho tất cả các loại gối chậu (gối chậu cố định, gối chậu di động đơn hướng và gối chậu di động đa hướng).

Các chỉ tiêu cơ lý của đĩa cao su phải nằm trong giới hạn như đưa ra trong Bảng 2.

+ Các chỉ tiêu cơ lý của tấm PTFE

Chỉ áp dụng cho gối cầu di động (gối chậu di động đơn hướng và gối chậu di động đa hướng).

Các chỉ tiêu cơ lý của tấm PTFE phải nằm trong giới hạn đưa ra trong Bảng 1.

+ Yêu cầu chung sau khi thử nghiệm

Không có vết nứt hoặc biến dạng cố định của tấm PTFE, thép không gỉ hoặc các bộ phận khác hoặc mối hàn.

Không có hiện tượng đùn ra hoặc chảy nguội của đĩa cao su hay tấm PTFE.

Ghi nhãn

+ Mọi gối chậu phải được ghi nhãn bằng tấm tôn dập trừ khi có quy định khác của hợp đồng hoặc khách hàng, nhãn phải được ghi trên mặt cạnh có thể nhìn thấy sau khi lắp đặt vào cầu.

+ Nhãn cần có các thông tin về sản phẩm, tối thiểu bao gồm:

Tên thương phẩm;

Ngày, tháng, năm sản xuất;

Loại gối chậu;

Các thông số kỹ thuật của gối chậu theo Điều 6.3;

Hướng dẫn chi tiết lắp đặt.

+ Để thiết lập chính xác bố trí của gối chậu di động, hướng trượt phải được ghi dấu trên một cạnh có thể nhìn thấy sau khi lắp đặt, thang chia đưa ra giới hạn chuyển động của thiết kế trên cạnh đối diện. Sự ăn khớp của đường tim cũng được Khắc trên phần dưới của gối chậu.

GỐI CẦU CAO SU CỐT BẢN THÉP KHÔNG CÓ TẤM TRƯỢT TRONG CẦU ĐƯỜNG BỘ - YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ

Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này được áp dụng cho chế tạo và nghiệm thu gối cầu cao su cốt bản thép không có tấm trượt dùng trong công trình cầu cấp lll và cấp lV trên đường bộ, có thể tham khảo áp dụng cho cầu đường sắt.

Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 1765:1975, Thép cacbon - Kết cấu thông thường - Mác thép và yêu cầu kỹ thuật;

TCVN 4509:2006, Cao su, lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định các tính chất ứng suất - giãn dài khi kéo;

TCVN 4867:1989, Cao su lưu hóa - Xác định độ bám dính với kim loại - Phương pháp một tấm;

TCVN 1595-1:2007, Cao su, lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định độ cứng ấn lõm - Phần 1: Phương pháp sử dụng thiết bị đo độ cứng (độ cứng Shore);

TCVN 2229:2007, Cao su, lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Phép thử già hóa nhanh và độ chịu nhiệt;

AASHTO M270M, Standard Specification for Structural Steel for Bridges (Tiêu chuẩn kỹ thuật thép kết cấu cầu);

ASTM A 240M, Standard Specification for Heat - Resisting Chromium and Chromium - Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Presure Vessels (Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với thép tấm, thép lá và thép dải pha crôm chịu nhiệt và thép không gỉ cho các bình chịu áp suất);

ASTM D395 - 03(2008), Standard Test Methods for Rubber Property - Compression Set (Phương pháp thử tiêu chuẩn đặc tính của cao su - Biến dạng nén dư);

ASTM A 709 M, Standard Specification for Structural Steel for Bridges (Tiêu chuẩn kỹ thuật thép kết cấu cầu);

ISO 1431-1:2012, Rubber, vulcanized or thermoplastic - Resistance to ozone cracking (Cao su, lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Sức kháng nứt ozon).

Thuật ngữ và định nghĩa

+ Gối cầu

Gối cầu là kết cấu nối từ dầm cầu xuống mố, trụ có các tác dụng:

Truyền toàn bộ lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân của dầm và tải trọng khai thác;

Truyền toàn bộ hoặc một phần lực nằm ngang do ảnh hưởng của nhiệt độ, từ biến, co ngót, do tác động của các tải trọng gió, động đất… hay tải trọng khai thác (lực hãm, lực ly tâm);

Truyền chuyển động quay của phần dầm do tác động của tải trọng khai thác hoặc do hệ quả của những biến dạng khác của kết cấu;

Tiếp nhận cả những chuyển động khác của mố trụ cầu với mức độ hạn chế.

+ Mô đuyn trượt

Mô đuyn trượt là hằng số quan hệ giữa góc trượt và ứng suất tiếp khi các lớp vật liệu đàn hồi bị trượt.

+ Nhiệt độ lắp đặt

Nhiệt độ lắp đặt là nhiệt độ tại thời điểm tiến hành thi công lắp đặt ngoài hiện trường.

+ Bệ kê dưới

Bệ kê dưới là phần nhô lên ở mặt đỉnh mố trụ trên đó đặt gối cầu.

+ Bệ kê trên

Bệ kê trên là phần nhô lên ở mặt đáy dầm tiếp xúc với mặt trên gối cầu.

+ Vùng gối

Vùng gối là những bộ phận công trình tiếp xúc trực tiếp với gối cầu hoặc vùng phụ cận của gối cầu.

+ Biến dạng nén dư

Biến dạng nén dư là biến dạng nén nằm ngoài giới hạn đàn hồi và không thể phục hồi sau khi dỡ tải trọng tức thời hoặc là biến dạng nén do từ biến (biến dạng tăng trong khi tải trọng không đổi). Nếu như biến dạng này lớn sẽ làm ảnh hưởng đến độ bằng phẳng của mặt cầu.

+ Thí nghiệm lão hóa nhiệt

Thí nghiệm lão hóa nhiệt là thí nghiệm kiểm tra tính năng gối sau khi sử dụng một thời gian dài, rút ngắn thời gian bằng cách đặt vật liệu cao su ở trạng thái nhiệt độ cao trong một thời gian nhất định.

+ Thí nghiệm lão hóa Ozon

Thí nghiệm lão hóa Ozon là thí nghiệm kiểm chứng tính kháng Ozon của vật liệu cao su, để kiểm tra có sự xuất hiện của các vết nứt dưới điều kiện thúc đẩy sự lão hóa.

+ Độ bền kéo bóc

Độ bền kéo bóc là cường độ dính bám giữa hai vật liệu bản thép và cao su.

+ Độ cứng Shore A

Độ cứng Shore A là đơn vị đo độ bền của vật liệu chống lại lực ấn từ các mũi thử. Độ cứng shore A sử dụng thang đo shore A dành cho các loại vật liệu đàn hồi và dẻo.

Quy định chung

+ Gối cầu cao su cốt bản thép không có tấm trượt trong cầu đường bộ là gối đàn hồi, dùng trong các nhịp dầm giản đơn trong cầu đường bộ có độ chuyển vị phù hợp quy định của tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.

+ Ở các vùng có cấp động đất từ cấp Vll (thang MSK-64) trở lên cũng được phép dùng gối cầu cao su cốt bản thép không có tấm trượt trong cầu đường bộ nhưng phải có chốt thép chịu được lực cắt do lực động đất gây ra.

Quy cách và yêu cầu kỹ thuật

+ Gối cầu cao su cốt bản thép không có tấm trượt trong cầu đường bộ gồm nhiều lớp cao su dày và nhiều tấm bản thép đặt xen kẽ gắn chặt vào nhau (Cấu tạo gối cầu cao su cốt bản thép xem Hình 1).

Tải trọng tác động (theo kN) và chiều cao gối cầu (theo mm) được chọn là các đặc trưng cơ bản của gối cầu cao su cốt bản thép. Các kích thước cơ bản của một số loại gối cầu cao su cốt bản thép có thể tham khảo ở Phụ lục A.

+ Gối cầu cao su cốt bản thép được chế tạo từ cao su thiên nhiên hay cao su tổng hợp. Cao su dùng để chế tạo gối cầu phải có đủ các đặc tính cơ lý quy định trong Bảng 1.

+ Các tấm bản thép dùng trong gối cầu cao su cốt bản thép phải làm bằng thép không gỉ (theo ASTM A 240 M) hoặc là thép cacbon thường mác CT 38 (TCVN 1765:1975) hoặc tương đương hoặc bằng thép kết cấu theo AASHTO M270M (ASTM A 709M) cấp 250, 345, 345W. Mặt ngoài của các tấm bản thép phải phẳng, sạch, không có các vết gỉ, vết ăn mòn của axit hoặc muối, không được có các chất dung môi hòa tan cao su.

+ Chỉ được phép dùng trong các nhịp cầu trên đường bộ các loại gối cầu cao su cốt bản thép thỏa mãn được các yêu cầu sau:

Đối với kích thước gối trên mặt bằng, giá trị dung sai nhỏ hơn ± 1 %;

Đối với chiều cao gối, trường hợp nhỏ hơn hoặc bằng 74 mm, dung sai là 0,8 mm, trường hợp lớn hơn hoặc bằng 75 mm, dung sai là ± 1,2 % chiều cao gối;

Đối với chiều dày lớp cao su bảo vệ, dung sai là dưới 50 % kích thước C (thể hiện trong Hình 1);

Các đặc tính cơ lý của cao su và gối cầu cao su thỏa mãn yêu cầu của Bảng 1;

Các đặc tính cơ lý của cốt bản thép thỏa mãn yêu cầu trong TCVN 1765:1975 hoặc Bảng 2.

Bảng 1 - Tính chất cơ lý của vật liệu cao su và gối cầu cao su

Bảng 2 - Các đặc tính cơ học tối thiểu của thép kết cấu theo hình dáng, cường độ và chiều dày

Phương pháp thử

+ Các tính chất cơ lý của cao su cần tiến hành xác định chất lượng theo các quy định trong Bảng 1.

+ Biến dạng nén dư được xác định theo ASTM D395 -03(2008) hoặc Phụ lục B của tiêu chuẩn này.

+ Mô đuyn trượt của cao su được thí nghiệm theo Hình 2 với trình tự như sau:

Mẫu thử là tấm cao su có kích thước (5x25x100) mm, mẫu cao su được dính kết vào bản thép.

Sử dụng thiết bị thí nghiệm sao cho có thể đặt được thiết bị đo lực chuyển vị, bộ phận định vị tấm thép kẹp mẫu thí nghiệm phải có cấu tạo sao cho có thể truyền được đầy đủ tải trọng và chuyển vị vào tấm thép mà không gây ra sự trượt tương đối của tấm thép.

Trước tiên kéo tấm thép bằng lực N để tạo ra chuyển vị ngang bằng 4,5 mm nhằm khử các biến dạng ban đầu;

Hạ dần lực N cho tới khi bằng 0 (N=0), gắn các thiết bị đo đạc chuyển vị vào mẫu thử;

Tăng dần lực N theo từng cấp (N=0) mỗi cấp không lớn hơn 500 N, ở mỗi cấp giữ nguyên trị số lực ít nhất là 30 giây;

Đọc các trị số chuyển vị tương ứng với các thời điểm ngừng tăng lực và thời điểm 30 giây sau khi nghỉ. Lực tăng phải từ từ. Tốc độ tăng lực không nên nhanh hơn 5000 N/phút. Mô đuyn trượt của cao su lấy trong phạm vi cao su có chuyển vị từ 1,5 mm đến 3,5 mm. Trị số N, là lực gây ra chuyển vị 1,5 mm và trị số N₂, gây ra chuyển vị 3,5 mm;

Trị số mô đuyn trượt của cao su xác định theo công thức:

Trong đó công thức (1) và (2) áp dụng với vật liệu cao su có độ cứng Shore A tương ứng là 50 và 60 (xem Bảng 1).

Trong phiếu kết quả thí nghiệm cần ghi rõ các điểm sau:

Trị số mô đuyn trượt của cao su;

Nhiệt độ môi trường khi thí nghiệm;

Ngày lưu hóa mẫu thử;

Ngày làm thí nghiệm mô đuyn trượt.

+ Mô đuyn trượt của cao su cốt bản thép được thí nghiệm theo Hình 3.

Để xác định mô đuyn trượt của cao su cốt bản thép, có 2 phương pháp được đưa ra:

Phương pháp thí nghiệm cắt kép, như Hình 3-(a) (Phương pháp dùng 2 gối cao su cốt bản thép);

Phương pháp thí nghiệm cắt đơn, như Hình 3-(b) (Phương pháp dùng 1 gối cao su cốt bản thép).

Dựa vào thiết bị thí nghiệm, có thể dùng bất cứ phương pháp nào.

Trình tự của phương pháp thí nghiệm cắt kép (Hình 3-(a)) như miêu tả dưới đây. Trường hợp cắt đơn (Hình 3-(b)) trình tự thí nghiệm tương tự như phương pháp thí nghiệm cắt kép nhưng tải trọng N ở công thức (3) và (4) được tăng 2 lần.

CHÚ DẪN:

Hình 3 - Thí nghiệm mô đuyn trượt của gối cầu cao su cốt bản thép

Dùng hai chiếc gối cầu cao su cốt bản thép và 3 tấm thép bản dày ít nhất 20 mm xếp chồng nhau theo Hình 3-(a);

Tác dụng vào các bản thép (7) lực nén không đổi (R bằng hằng số) đủ để gây ra trong gối cầu cao su cốt bản thép ứng suất bản nén 800 N/cm²;

Tác dụng lực đẩy trượt N vào các tấm bản thép để tạo ra chuyển vị ngang bằng 0,9 lần tổng chiều dày các lớp cao su trong gối cầu (D1 = 0,9H_cs). Trong đó H_cs là tổng chiều dày cao su (H_cs = );

Sau khi đã ổn định đưa lực nằm ngang trở về vị trí số không (N=0);

 Điều chỉnh lại các thiết bị đo đạc chính xác. Tăng dần lực N theo nhiều cấp. Tốc độ tăng lực không nên nhanh hơn 5000 N/phút. Tại mỗi cấp giữ nguyên trị số lực ít nhất 30 giây. Đọc các trị số chuyển vị và nội lực ở các thời điểm ngừng tăng lực và thời điểm 30 giây sau khi nghỉ. Mô đuyn trượt của gối cầu cao su cốt bản thép xác định trong phạm vi chuyển vị tương ứng bằng 0,3H_cs và 0,7H_cs. Đọc các trị số lực N₁ và N₂ tạo ra các chuyển vị ngang tương ứng bằng 0,3H_cs và 0,7H_cs­;

Mô đuyn trượt của gối cầu cao su cốt bản thép tính theo công thức:

Trong đó công thức (3) và (4) áp dụng với vật liệu cao su có độ cứng Shore A tương ứng là 50 và 60 (xem Bảng 1).

Trong đó: a và b là kích thước của gối cầu cao su cốt bản thép (xem Hình 1).

Trong phiếu ghi kết quả thí nghiệm phải ghi rõ các điểm sau:

Trị số mô đuyn trượt của gối cầu;

Nhiệt độ môi trường khi thí nghiệm;

Ngày chế tạo gối cầu cao su cốt bản thép;

Ngày làm thí nghiệm gối cầu cao su cốt bản thép.

+ Xác định đặc tính chịu nén của gối cầu cao su cốt bản thép

Có hai phương pháp xác định đặc tính chịu nén của gối cầu cao su cốt bản thép:

Phương pháp kiểm tra bằng thí nghiệm tải trọng:

Lắp đặt 1 gối cầu cao su giống như Hình 4;

Gia tải nén lớn nhất bằng tải trọng thiết kế lên gối cầu;

Sau khi ổn định, dỡ tải, điều chỉnh tải trọng nén về "0", đồng thời hiệu chỉnh cẩn thận thiết bị đo;

Mở máy đo chuyển vị nén và tải trọng nén, từng bước tăng dần tải trọng nén, sau khi đạt tới tải trọng nén lớn nhất theo thiết kế, lặp lại một lần nữa, dỡ tải, hạ tải về chạm mức tải trọng "0". Lúc này, tốc độ đặt tải thấp nhất cũng phải là 0,001 Hz (1 vòng trong 1000 giây). Ngoài ra, trong trường hợp khó khăn trong việc kiểm soát thiết bị thí nghiệm hay điều chỉnh tải trọng cẩn thận về "0", có thể coi giá trị ứng suất nén nhỏ nhất (có thể lấy 50 N/cm²) là giá trị nhỏ nhất;

Tiến hành gia tải tổng cộng 3 lần, đọc giá trị lượng chuyển vị trong khoảng từ thời điểm tải trọng tĩnh (P₁) ~ tải trọng hoạt tải (P₂). Trong trường hợp điều kiện tải trọng không rõ ràng, có thể đọc giá trị lượng chuyển vị từ 1/2 tải trọng nén lớn nhất ~ tải trọng nén lớn nhất;

Lượng chuyển vị nén thu được (Y₂ - Y₁) phải không vượt quá 5 % tổng chiều dày của lớp cao su.

CHÚ DẪN:

Hình 4 - Thí nghiệm xác định đặc tính chịu nén của gối cầu cao su cốt bản thép

Phương pháp tính toán (Trong trường hợp kiểm tra sơ bộ):

Trị số ép lún thẳng đứng được xác định theo công thức:

Trong đó:

R là tải trọng thẳng đứng hướng vuông góc với mặt trên gối;

a và b là kích thước các cạnh của gối cầu cao su cốt bản thép;

E_i là mô đuyn giả định của gối cầu cao su cốt bản thép, có thể tham khảo Bảng 3.

Trị số ép lún thẳng đứng tính toán của gối cầu cao su cốt bản thép không được lớn hơn 5 % tổng bề dày các lớp cao su ().

Bảng 3 - Trị số E_i (Giá trị tham khảo, không bắt buộc)

+ Trong xưởng chế tạo gối, cần phải tổ chức nghiệm thu bằng cách: chọn loại gối cầu có kích thước cơ bản giống nhau, tính chất cơ lý của vật liệu cao su giống nhau, cùng loại keo dán, cùng điều kiện lưu hóa cao su và quy trình công nghệ, xếp thành từng lô không quá 30 gối.

Trong một lô cần chọn ra 5 gối để tiến hành kiểm tra theo các nội dung sau:

a) Tính chất vật lý, hóa học, cơ học của vật liệu cao su và gối cầu cao su theo Bảng 1;

b) Các kích thước cơ bản của gối cầu theo Hình 1, bề dày lớp cao su bảo vệ (C).

Trong 5 gối nếu có một gối không đạt yêu cầu, phải chọn tiếp 5 gối khác để nghiệm thu. Trong 5 gối mới, nếu có một gối không đạt yêu cầu thì lô gối cầu đó phải nghiệm thu từng chiếc một.

Khi đặt gối cầu, nếu phát hiện có một gối không đạt chất lượng, phải ngừng lại để nghiệm thu từng gối cầu rồi mới được sử dụng tiếp.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Kích thước cơ bản của một số gối cầu

Bảng A1 - Kích thước cơ bản của gối cầu cao su đang sử dụng ở Việt Nam

Bảng A1-1

Bảng A1-2

Bảng A1-3

Phụ lục B

(Quy định)

+ Xác định biến dạng nén dư ở nhiệt độ phòng và ở các nhiệt độ cao hơn

Tiến hành thử cao su theo phương pháp này nhằm xác định biến dạng nén dư (nén không đổi trong một thời gian dài) ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ cao hơn. Nhờ các phép thử này có thể đánh giá các tính chất nhớt - đàn hồi của các lớp lèn chặt, các lớp phủ, các vật giảm chấn. Ngoài ra có thể sử dụng các phép thử này để đánh giá mức độ lưu hóa.

Để thử lấy 2 kiểu mẫu tiêu chuẩn có các kích thước khác nhau, nếu không có những chỉ dẫn gì đặc biệt thì cần áp dụng mẫu tiêu chuẩn A.

Mẫu tiêu chuẩn A là khối trụ có đường kính (13±0,5) mm và cao (6,3±0,3) mm được lưu hóa trong khuôn hoặc được cắt ra từ vật liệu thành phần. Mẫu tiêu chuẩn B tương tự nhưng có đường kính (29±0,5) mm và cao (12,5±0,5) mm.

Các mẫu cùng có thể được cắt ra từ các sản phẩm đã hoàn chỉnh hoặc thử nguyên cả các sản phẩm này đồng thời chú ý rằng hướng chất tải khi thử và khi sử dụng phải là một và phải thử tối thiểu 3 mẫu.

Thời gian bắt đầu thử mẫu không sớm hơn trước 16 giờ (trong các trường hợp đặc biệt không sớm hơn 72 giờ) sau khi lưu hóa. Ít nhất trong 3 giờ cuối cùng cần giữ mẫu ở nhiệt độ (23±2)⁰C. Đo độ cao của mẫu với độ chính xác đến 0,01 mm và xác định lực với độ chính xác đến 0,5 N.

Dụng cụ để tạo nên các biến dạng không đổi (Hình B1) gồm tối thiểu hai tấm thép không gỉ được đánh bóng, giữa chúng là các mẫu thử được kẹp chặt.

CHÚ DẪN

1) Mẫu thử

2) Vật đệm

3) Bề mặt được đánh bóng

Hình B1 - Dụng cụ để xác định biến dạng nén dư

Các vật đệm giữa các tấm thép làm cho chúng có một khe hở cho trước h₁. Khi độ cứng của cao su dưới 80 Shore A, dùng các mẫu A thì chiều cao của vật đệm là (4,72±0,01) mm, dùng các mẫu thử B thì chiều cao các vật đệm là (9,38±0,01) mm.

Trước khi thử đo chiều cao của mẫu h₀ ở nhiệt độ (23±2) ⁰C với độ chính xác 0,01 mm. Đặt các mẫu trên các tấm thép của dụng cụ và ép đến chiều cao h₁. Nếu cần làm giảm ma sát trên các bề mặt đỡ thì xoa các mặt này bằng bột tale hoặc dùng chất bôi trơn lỏng không tác dụng lên cao su như dầu silicon. Các kết quả các mẫu như thế khác với kết quả thử các mẫu không dùng chất bôi trơn.

Sau khi giữ đủ nhiệt độ và thời gian cần thiết các mẫu dưới tải trọng nhanh chóng tháo mẫu ra, để lên tấm bằng vật liệu có độ dẫn điện không lớn và giữ suốt (30±3) phút ở (23±2) ⁰C sau đó đo h₂.

Tiến hành thử ở (23±2) ⁰C trong suốt (72-2) giờ hoặc ở (70±2) ⁰C trong suốt (24-2) giờ. Nếu cần xác định ảnh hưởng của nhiệt độ thì thử mẫu trong suốt (24-2) giờ ở các nhiệt độ (85±2) ⁰C; (100±2)⁰C và (150±2) ⁰C.

Biến dạng nén dư xác định theo công thức sau:

Trong đó:

B_nd là biến dạng nén dư;

h₀ là chiều cao ban đầu của mẫu ở nhiệt độ (23±2) ⁰C;

h₁ là chiều cao của mẫu sau khi ép;

h₂ là chiều cao của mẫu sau khi tháo khỏi thiết bị ép giữ suốt (30±3) phút ở (23±2) ⁰C.