Vai trò và chức năng của gối cầu
Trong hệ thống kết cấu tổng thể của công trình cầu, gối cầu là thiết bị liên kết giữa phần kết cấu phía trên (như dầm, bản mặt cầu…) và phần kết cấu phía dưới (như mố, trụ cầu), có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc truyền tải và chuyển động linh hoạt, giúp duy trì sự ổn định và khả năng làm việc của kết cấu cầu trong suốt quá trình khai thác sử dụng. Gối cầu có các chức năng nổi bật gồm:
– Truyền và phân phối tải trọng: Gối cầu có nhiệm vụ chịu và phân phối các lực tác động từ trọng lượng của cầu và tải trọng do phương tiện giao thông gây ra lên kết cấu trụ, mố cầu.
– Dẫn hướng chuyển động và giảm chấn: Dưới tác động của nhiệt độ, gió, hoặc các chuyển động khác (như rung động từ phương tiện giao thông), cầu có thể bị co giãn hoặc bị nghiêng. Gối cầu có thể di chuyển hoặc thay đổi hình dạng một cách linh hoạt mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của kết cấu, đồng thời cho phép kết cấu phần trên (dầm, bản mặt cầu) di chuyển nhẹ nhàng mà không gây tác hại đến kết cấu phần dưới. Chức năng này đặc biệt quan trọng trong các khu vực có sự thay đổi nhiệt độ lớn trong ngày và/hoặc giữa các mùa trong năm, với các cây cầu có nhịp lớn hoặc cầu có kết cấu phức tạp mà sự chuyển động của các bộ phận cầu cần được kiểm soát một cách chính xác.
– Hấp thụ và/hoặc tiêu tán năng lượng dao động: Nhờ dạng cấu tạo đặc biệt và các tính chất của vật liệu cấu thành, gối cầu còn có khả năng hấp thụ một phần rung động do hoạt động khai thác công trình, giảm các tác động có hại đến các bộ phận kết cấu chính.
Nguyên lý hoạt động của gối cầu
Gối cầu cao su: Khi chịu tác động, lớp cao su sẽ biến dạng đàn hồi giúp giảm dao động truyền tới kết cấu. Các lớp thép giúp giảm biến dạng ngang, duy trì hình dạng và cấu trúc của gối. Vật liệu cao su có khả năng biến dạng tốt khi chịu cắt, do đó khi có các chuyển vị dọc trục dầm (do giãn nở nhiệt, khai thác), gối cao su có khả năng biến dạng linh hoạt, cho phép loại bỏ sự gia tăng ứng suất trong kết cấu, từ đó bảo vệ an toàn cho công trình.
Gối chỏm cầu: Nhờ dạng cấu tạo đặc biệt và khả năng biến dạng của các vật liệu cấu thành, gối chỏm cầu có khả năng dịch chuyển (tịnh tiến và xoay) nhẹ nhàng theo sự thay đổi nhiệt độ và tác động của tải trọng, giúp cho các bộ phận kết cấu có thể di chuyển tự do mà không gây tác hại đối với kết cấu.
Gối chậu: Khi chịu tải trọng thẳng đứng từ kết cấu phần trên, lực này truyền qua pistong xuống tấm đệm cao su và xuống chậu thép. Tấm đệm cao su bị nén trong chậu, có khả năng chuyển vị xoay theo mọi hướng, đáp ứng các yêu cầu về biến dạng góc của kết cấu. Khi chịu các tác động ngang (do giãn nở nhiệt và tác động bên ngoài), gối chậu di động có các tấm trượt cho phép gối dịch chuyển theo phương ngang, giúp giảm ứng suất trong kết cấu.
Gối đĩa: Tải trọng từ kết cấu phần trên truyền qua tấm thép trên, quan đĩa đàn hồi, xuống tấm dưới và kết cấu phần dưới. Khi chịu tác tác động ngang (tải trọng và biến dạng do nhiệt độ), đĩa đàn hồi biến dạng cắt, tạo ra chuyển động quay quanh gối cầu. Trường hợp có các lớp trượt, kết cấu phía trên có thể dịch chuyển linh hoạt theo phương ngang giúp giảm ứng suất trong kết cấu.
Gối cầu chống động đất: Khi chịu tác dụng của tải trọng khai thác, nguyên lý hoạt động của gối chống động đất tương tự như gối cầu thông thường. Khi chịu tác dụng của tải trọng động đất, gối cầu loại này cung cấp khả năng biến dạng ngang lớn, làm mềm hóa kết cấu và kéo dài chu kỳ dao động cơ bản của công trình giúp tránh xa dải tần số tập trung năng lượng của sóng động đất. Ngoài ra, khả năng tiêu tán năng lượng ấn tượng được tích hợp trong gối cầu chống động đất cho phép thiết bị này giảm đáng kể năng lượng dao động của hệ kết cấu, giúp công trình được bảo vệ an toàn.
Quy trình bảo dưỡng gối cầu
– Kiểm tra định kỳ: Đánh giá tình trạng và sự hoạt động của gối cầu. Kiểm tra các dấu hiệu lão hóa các hư hỏng cơ học hoặc ăn mòn, tra các vết nứt hoặc rò rỉ dầu đối với các gối thủy lực, sự thay đổi độ đàn hồi của gối.
– Kiểm tra chức năng: Đánh giá tình trạng hoạt động của gối, kiểm tra khả năng chuyển động của gối và khả năng co giãn do sự thay đổi nhiệt độ.
– Các yêu cầu về vệ sinh và bảo trì: Định kỳ thực hiện các hoạt động vệ sinh để loại bỏ bụi bẩn và các tạp chất có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của gối cầu. Ngoài ra, việc bôi trơn (đối với gối cầu có cơ cấu chuyển động) và thay thế dầu bôi trơn cũng được yêu cầu.
– Sửa chữa và thay thế: Nếu trong quá trình kiểm tra phát hiện gối cầu có dấu hiệu hư hỏng nghiêm trọng (nứt vỡ, mài mòn quá mức, ăn mòn) hoặc không còn đủ khả năng chịu tải và/hoặc hết thời gian khai thác sử dụng, cần phải thực hiện việc sửa chữa hoặc thay thế gối cầu để đảm bảo cầu vẫn hoạt động an toàn.
