Bai Giang Co So Cong Trinh Cau - T

MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:................................................................................................................8

KHÁI NIỆM VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG..................8

1.1. CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG:........................................8

1.1.1. Cầu:.......................................................................................................................8

1.1.2. Các công trình thoát nước nhỏ:.............................................................................8

1.1.3. Tường chắn:.........................................................................................................10

1.1.4. Hầm:....................................................................................................................10

1.2. CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU:............................13

1.2.1. Các bộ phận của công trình cầu:..........................................................................13

1.2.2. Các kích thước cơ bản của cầu:...........................................................................13

1.3. PHÂN LOẠI CẦU:....................................................................................................15

1.3.1. Phân loại theo mục đích sử dụng:........................................................................15

1.3.2. Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp:.............................................................15

1.3.3. Phân loại theo chướng ngại vật:..........................................................................15

1.3.4. Phân loại theo cao độ đường xe chạy:.................................................................19

1.3.5. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học:.............................................................................20

1.3.6. Phân loại theo sơ đồ cấu tạo:...............................................................................21

1.4. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI CẦU:...............................................................24

1.4.1. Yêu cầu về mặt xây dựng và khai thác:...............................................................24

1.4.2. Yêu cầu về mặt kinh tế:.......................................................................................25

1.4.3. Yêu cầu về mặt mỹ quan:....................................................................................25

1.4.4. Yêu cầu về mặt an ninh quốc phòng:..................................................................25

1.5. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGÀNH XD CẦU:............25

1.5.1. Sơ lược lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu:..................................................25

1.5.1.1. Cầu gỗ:.........................................................................................................25

1.5.1.2. Cầu đá:.........................................................................................................25

1.5.1.3. Cầu thép:......................................................................................................26

1.5.1.4. Cầu bêtông cốt thép:.....................................................................................26

1.5.2. Một số xu hướng phát triển khoa học kỹ thuật trong ngành xây dựng cầu:........29

1.5.2.1. Về vật liệu:...................................................................................................29

1.5.2.2. Về kết cấu:....................................................................................................29

1.5.2.3. Về công nghệ thi công:................................................................................29

1.5.2.4. Về tính toán:.................................................................................................29

BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II1


CHƯƠNG 2:..............................................................................................................30

CÁC CĂN CỨ CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ CẦU..........................30

2.1. CÁC GIAI ĐOẠN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ:...............30

2.1.1. Các giai đoạn đầu tư xây dựng:...........................................................................30

2.1.1.1. Chuẩn bị đầu tư:...........................................................................................30

2.1.1.2. Thực hiện đầu tư:.........................................................................................32

2.1.1.3. Kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai thác sử dụng:...........................33

2.1.2. Các bước thiết kế:................................................................................................33

2.2. TRIẾT LÝ THIẾT KẾ:...............................................................................................34

2.2.1. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép: (ASD)........................................35

2.2.2. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: (LFD)...............................................35

2.2.3. Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn (LSD):........................................36

2.2.4. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD):......................37

2.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU HIỆN HÀNH:..............................................38

CHƯƠNG 3:..............................................................................................................39

THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU.....................................................................39

3.1. CÁC CĂN CỨ LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU:................................................................39

3.1.1. Khái niệm chung:................................................................................................39

3.1.2. Phân tích các tài liệu khi thiết kế các phương án cầu:.........................................39

3.1.2.1. Chọn vị trí cầu:.............................................................................................39

3.1.2.2. Mặt cắt dọc tim cầu:.....................................................................................40

3.1.2.3. Mặt cắt địa chất dọc tim cầu:.......................................................................40

3.1.2.4. Các số liệu thủy văn:....................................................................................40

3.1.2.5. Khẩu độ thoát nước:.....................................................................................40

3.1.3. Khổ giới hạn và khổ thông thuyền:.....................................................................41

3.1.3.1. Khổ giới hạn:................................................................................................41

3.1.3.2. Khổ thông thuyền:........................................................................................41

3.2. THÀNH LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU:.................................................................42

3.2.1. Xác định tổng chiều dài kết cấu nhịp:.................................................................42

3.2.2. Chọn và bố trí các nhịp cầu:................................................................................42

3.2.2.1. Xác định vị trí và khẩu độ nhịp chủ:............................................................42

3.2.2.2. Chọn dạng và phân chia kết cấu nhịp:.........................................................43

3.2.3. Xây dựng đường mặt cầu:...................................................................................44

3.2.4. Xây dựng đường đáy kết cấu nhịp:.....................................................................44



3.2.5. Áp kết cấu nhịp vào mặt cắt sông:.......................................................................44

3.2.6. Xác định chiều cao mố, trụ:.................................................................................44

3.3. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TRÌNH VÀ TỔNG MỨC ĐẦU TƯ:...............45

3.4. THIẾT KẾ THẨM MỸ VÀ CẢNH QUAN:.............................................................45

3.5. SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN:....................................................................45

CHƯƠNG 4:..............................................................................................................46

MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI.......................................................................46

4.1. CẤU TẠO MẶT CẦU:..............................................................................................46

4.1.1. Mặt cầu ôtô:.........................................................................................................46

4.1.1.1. Mặt cầu bằng bêtông Atphalt:......................................................................46

4.1.1.2. Mặt cầu bằng bêtông ximăng:......................................................................47

4.1.1.3. Mặt cầu bằng thép:.......................................................................................48

4.1.2. Mặt cầu đường sắt:..............................................................................................50

4.1.2.1. Mặt cầu có máng đá balát:...........................................................................50

4.1.2.2. Mặt cầu trần (tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm):..................................................51

4.1.2.3. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu:..............................................52

4.2. PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRÊN CẦU:..................................................53

4.2.1. Độ dốc phòng nước trên cầu:..............................................................................53

4.2.1.1. Độ dốc dọc cầu:............................................................................................53

4.2.1.2. Độ dốc ngang cầu:........................................................................................54

4.2.2. Ống thoát nước trên cầu:.....................................................................................55

4.2.2.1. Yêu cầu:.......................................................................................................55

4.2.2.2. Cấu tạo ống thoát nước:...............................................................................55

4.2.2.3. Nguyên tắc bố trí ống thoát nước:................................................................57

4.3. KHE CO GIÃN TRÊN CẦU:.....................................................................................58

4.3.1. Vai trò của khe co giãn:.......................................................................................58

4.3.2. Yêu cầu đối với khe co giãn:...............................................................................59

4.3.3. Các loại khe co giãn:...........................................................................................59

4.3.3.1. Khe co giãn hở:............................................................................................59

4.3.3.2. Khe co giãn kín:...........................................................................................60

4.3.3.3. Khe co giãn cao su chịu nén:........................................................................60

4.3.3.4. Khe co giãn cao su bản thép:........................................................................61

4.3.3.5. Khe co giãn bản thép trượt:..........................................................................61

4.3.3.6. Khe co giãn răng lược, răng cưa:.................................................................62

4.3.3.7. Khe co giãn môđun:.....................................................................................63



4.4. MẶT CẦU LIÊN TỤC NHIỆT ĐỘ:..........................................................................64

4.4.1. Sự cần thiết bố trí mặt cầu liên tục nhiệt độ:.......................................................64

4.4.2. Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ:.......................................................................64

4.4.3. Đặc điểm làm việc:..............................................................................................65

4.4.4. Ưu, nhược điểm:..................................................................................................65

4.5. LỀ NGƯỜI ĐI VÀ LAN CAN:..................................................................................65

4.5.1. Lề người đi:.........................................................................................................65

4.5.2. Lan can:...............................................................................................................66

4.6. NỐI TIẾP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẦU:........................................................................68

4.6.1. Yêu cầu nối tiếp từ đường vào cầu:.....................................................................68

4.6.2. Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường ôtô:........................................................68

4.6.3. Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường sắt:........................................................70

CHƯƠNG 5:..............................................................................................................71

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU.............................................................71

5.1. KHÁI NIỆM CHUNG:...............................................................................................71

5.1.1. Đặc điểm chung:..................................................................................................71

5.1.2. Mố cầu:................................................................................................................71

5.1.3. Trụ cầu:................................................................................................................71

5.2. PHÂN LOẠI MỐ TRỤ CẦU:....................................................................................72

5.2.1. Theo sơ đồ tĩnh học:............................................................................................72

5.2.2. Theo độ cứng dọc cầu:........................................................................................73

5.2.3. Theo vật liệu:.......................................................................................................73

5.2.4. Theo phương pháp xây dựng:..............................................................................73

5.2.5. Theo hình thức cấu tạo:.......................................................................................73

5.3. NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CB CỦA MỐ TRỤ CẦU:........73

5.3.1. Vị trí của mố trụ:.................................................................................................73

5.3.2. Cao độ đỉnh móng:..............................................................................................74

5.3.3. Cao độ đỉnh xà mũ mố trụ:..................................................................................74

5.3.3.1. Cao độ đỉnh xà mũ trụ:.................................................................................74

5.3.3.2. Cao độ đỉnh xà mũ mố:................................................................................75

5.3.4. Kích thước xà mũ mố trụ trên mặt bằng:.............................................................75

CHƯƠNG 6:..............................................................................................................77

CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM.............................................................................77

6.1. CẤU TẠO MỐ CẦU DẦM:......................................................................................77



6.1.1. Vai trò và nhiệm vụ của mố cầu:.........................................................................77

6.1.1.1. Vai trò của mố cầu:......................................................................................77

6.1.1.2. Nhiệm vụ các bộ phận của mố cầu:.............................................................77

6.1.2. Sự phát triển của các loại mố cầu dầm:...............................................................78

6.1.2.1. Mố chữ nhật - quan niệm ban đầu về mố cầu:.............................................78

6.1.2.2. Mố kê - một dạng hợp lý hơn của mố chữ nhật:..........................................78

6.1.2.3. Mố chữ U - khoét bỏ vật liệu trong lòng mố:..............................................79

6.1.2.4. Mố có tường cánh ngang, tường cánh xiên - xoay tường cánh mố chữ U:..80

6.1.2.5. Mố chữ T, chữ thập - khoét bỏ vật liệu hai bên:..........................................81

6.1.2.6. Mố rỗng vòm dọc, vòm ngang - khoét rỗng ruột của mố:...........................81

6.1.2.7. Mố vùi - tường trước và tường cánh có cấu tạo thích hợp khi chôn vào trong đất:.............................................................................................................................82

6.1.2.8. Các dạng mố cầu có sơ đồ chịu lực thay đổi:...............................................84

6.1.3. Cấu tạo mố cầu dầm toàn khối trên đường ôtô:..................................................85

6.1.3.1. Mố chữ U:....................................................................................................85

6.1.3.2. Mố vùi:.........................................................................................................90

6.2. CẤU TẠO TRỤ CẦU DẦM:.....................................................................................92

6.2.1. Các bộ phận của trụ cầu:.....................................................................................92

6.2.1.1. Xà mũ trụ:....................................................................................................93

6.2.1.2. Thân trụ:.......................................................................................................93

6.2.1.3. Móng trụ:......................................................................................................94

6.2.2. Các loại trụ cầu:...................................................................................................94

6.2.2.1. Phân loại theo phương pháp thi công:..........................................................94

6.2.2.2. Phân loại theo hình thức cấu tạo:.................................................................97

6.3. CÁC DẠNG KẾT CẤU MỐ TRỤ KHÁC:.............................................................101

CHƯƠNG 7:............................................................................................................102

CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU..................................................................102

7.1. KHÁI NIỆM VỀ ỨNG XỬ TẢI TRỌNG:..............................................................102

7.2. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG:...............................................................................102

7.2.1. Theo 22TCN18-79:...........................................................................................102

7.2.1.1. Các trạng thái giới hạn:..............................................................................102

7.2.1.2. Tải trọng:....................................................................................................102

7.2.1.3. Tổ hợp tải trọng:.........................................................................................104

7.2.2. Theo 22TCN272-05:.........................................................................................105

7.2.2.1. Các trạng thái giới hạn:..............................................................................105



7.2.2.2. Tải trọng và tổ hợp tải trọng:.....................................................................105

7.3. CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU:.....................................................109

7.3.1. Nguyên tắc chung:.............................................................................................109

7.3.2. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình không gian:...............................109

7.3.3. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình phẳng:........................................110

7.4. MÔ HÌNH BÀI TOÁN PHẲNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG:................................................................................................111

7.4.1. Nguyên tắc tính toán:........................................................................................111

7.4.2. Các nhóm phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng:...............................111

7.4.2.1. Nhóm 1: Phương pháp dầm + mạng dầm:.................................................111

7.4.2.2. Nhóm 2: Phương pháp thanh thành mỏng:................................................112

7.4.2.3. Nhóm 3: Phương pháp bản:.......................................................................112

7.4.2.4. Nhóm 4: Phương pháp phần tử hữu hạn:...................................................112

7.4.3. Phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng theo 22TCN272-05:................112

7.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỚI TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU:..................112

CHƯƠNG 8:............................................................................................................113

TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM.......................................................................113

8.1. CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ TRỤ CẦU:................................113

8.1.1. Tải trọng thường xuyên:....................................................................................113

8.1.2. Tải trọng tức thời:..............................................................................................113

8.1.3. Tính toán một số loại tải trọng:.........................................................................113

8.1.3.1. Áp lực ngang của đất (EH) và áp lực đất do hoạt tải (LS):........................113

8.1.3.2. Lực ma sát âm (DD):..................................................................................117

8.1.3.3. Hoạt tải xe ôtô (LL):..................................................................................117

8.1.3.4. Lực hãm xe (BR):.......................................................................................118

8.1.3.5. Lực ma sát gối cầu (FR):............................................................................118

8.2. CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ CẦU DẦM:.....................................................................................................................118

8.2.1. Các mặt cắt kiểm toán:......................................................................................118

8.2.2. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu dầm:........................................................119

8.3. CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ CẦU DẦM:.....................................................................................................................120

8.3.1. Các mặt cắt kiểm toán:......................................................................................120

8.3.2. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mố cầu dầm:.......................................................120

8.3.2.1. Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng:.......................................................120



8.3.2.2. Tổ hợp tải trọng I: Bất lợi ra sông..............................................................121

8.3.2.3. Tổ hợp tải trọng II: Bất lợi vào bờ.............................................................121

8.4. TÍNH DUYỆT MỐ TRỤ CẦU DẦM:.....................................................................121

8.4.1. Tính duyệt theo TTGH cường độ:.....................................................................121

8.4.1.1. Tính duyệt khả năng chịu uốn:...................................................................121

8.4.1.2. Tính duyệt khả năng chịu cắt:....................................................................123

8.4.1.3. Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:......................................................123

8.4.1.4. Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:..........................................................123

8.4.1.5. Cự ly tối đa của cốt thép ngang:.................................................................124

8.4.2. Tính duyệt theo TTGH sử dụng:.......................................................................124

CHƯƠNG 9:............................................................................................................125

GỐI CẦU..................................................................................................................125

9.1. KHÁI NIỆM CHUNG:.............................................................................................125

9.1.1. Vai trò của gối cầu:...........................................................................................125

9.1.2. Nguyên tắc bố trí gối cầu:.................................................................................125

9.1.2.1. Bố trí trên mặt chính:.................................................................................125

9.1.2.2. Bố trí trên mặt bằng:..................................................................................126

9.2. CẤU TẠO GỐI CẦU:..............................................................................................127

9.2.1. Gối cầu dầm BTCT:..........................................................................................127

9.2.1.1. Gối tiếp tuyến:............................................................................................127

9.2.1.2. Gối con lăn:................................................................................................128

9.2.1.3. Gối chậu:....................................................................................................129

9.2.1.4. Gối cao su bản thép:...................................................................................129

9.2.2. Gối cầu dầm và dàn thép:..................................................................................130


CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 1:

KHÁI NIỆM VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG

1.1. CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG:

- Khái niệm: Là một kết cấu do con người xây dựng trên đường cho phép vượt qua các

chướng ngại vật để đảm bảo giao thông.

- Công trình nhân tạo trên đường bao gồm:

+ Công trình vượt sông, suối, thung lũng,…: Cầu, hầm.

+ Công trình chắn đất: Tường chắn.

+ Công trình thoát nước nhỏ: Cống, đường tràn, cầu tràn.

1.1.1. Cầu:

Cầu là công trình để vượt qua dòng nước, qua thung lũng, qua đường, qua các khu vực

sản xuất, các khu thương mại hoặc qua khu dân cư. Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 thì cầu

là một kết cấu bất kỳ vượt khẩu độ không dưới 6m tạo thành một phần của một con đường.

Hình 1.1a: Mô hình công trình cầu.

Hình 1.1b: Cầu Bixby (Hoa kỳ). Hình 1.1c: Cầu Nanpu (Trung Quốc)

1.1.2. Các công trình thoát nước nhỏ:

- Đường tràn là công trình có mặt đường nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa mưa nước

chảy tràn qua mặt đường nhưng xe cộ vẫn đi lại được. Có thể đặt cống bên dưới để thoát

nước. Áp dụng: Cho các dòng chảy có lưu lượng nhỏ, và có lũ xảy ra trong thời gian ngắn.

Hình 1.2a: Mô hình đường tràn.



Hình 1.2b: Công trình đường tràn trong thực tế.

- Cầu tràn là công trình được thiết kế dành một lối thoát nước dưới đường, đủ để dòng

chảy thông qua với một lưu lượng nhất định. Khi vượt quá lưu lượng này, nước sẽ tràn qua

đường. Áp dụng: Cho những dòng chảy có lưu lượng nhỏ và trung bình tương đối kéo dài

trong năm.

Hình 1.3a: Mô hình cầu tràn.

Hình 1.3b: Công trình cầu tràn trong thực tế.

- Cống là công trình thoát nước chủ yếu qua các dòng nước nhỏ, có lưu lượng nhỏ (Q 40 50 m3/s). Quy định: Chiều dày lớp đất đắp trên đỉnh cống ≥ 0.5m để phân bố áp lực

bánh xe và giảm lực xung kích.

Hình 1.4a: Mô hình cống thoát nước qua đường.



Hình 1.4b: Công trình cống trong thực tế.

1.1.3. Tường chắn:

Tường chắn là công trình chắn đất, được xây dựng nhằm đảm bảo ổn định của độ dốc

taluy nền đường.

Hình 1.5: Công trình tường chắn.

1.1.4. Hầm:

Hầm là công trình có cao độ tuyến đường thấp hơn nhiều so với mặt đất tự nhiên. Tùy

theo mục đích sử dụng có các công trình hầm sau:

- Hầm vượt núi: Là hầm được xây dựng xuyên qua núi, có cao độ tuyến đường thấp

hơn nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên.

Hình 1.6a: Mô hình hầm vượt núi.



Hình 1.6b: Hầm Hải Vân (Việt Nam).

- Hầm vượt sông, eo biển: Khi vượt qua các sông lớn, các eo biển sâu, việc xây dựng

trụ cầu khó khăn hoặc cầu quá cao, khi đó ta có thể làm hầm.

Hình 1.7: Hầm Thủ Thiêm (Việt Nam).

- Hầm giao thông trong lòng đất: Trong các thành phố đông dân cư để đảm bảo giao

thông nhanh chóng, có thể xây dựng các hầm cho người, xe cộ hoặc tàu điện đi qua.

Hình 1.8a: Mô hình hầm giao thông trong lòng đất.



Hình 1.8b: Công trình hầm giao thông trong lòng đất.

Hình 1.8c: Mô hình xây dựng tàu điện ngầm ở Hà Nội trong tương lai.

- Hầm vượt đường (hầm chui): Tại các nút giao ta có thể xây dựng hầm chui.

Hình 1.9: Công trình hầm vượt đường.



1.2. CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU:

1.2.1. Các bộ phận của công trình cầu:

- Công trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn vào cầu, các công trình điều chỉnh dòng chảy

và gia cố bờ sông.

- Cầu bao gồm: Kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới.

+ Kết cấu phần trên: Kết cấu nhịp.

Tác dụng: Tạo ra bề mặt cho xe chạy và cho người đi bộ trên cầu, đảm bảo xe chạy

êm thuận và an toàn trong quá trình chuyển động.

+ Kết cấu phần dưới: Mố cầu, trụ cầu, nền móng.

Tác dụng: Đỡ kết cấu phần trên và truyền tải trọng từ kết cấu phần trên xuống đất

nền. Kết cấu phần dưới thường chiếm (4060)% tổng giá thành xây dựng công trình.

Hình 1.10: Các bộ phận của cầu.

- Ngoài ra còn có các kết cấu phụ trợ khác như: Lớp phủ mặt cầu, lan can, hệ thống thoát

nước, gối cầu, khe co giãn, …

1.2.2. Các kích thước cơ bản của cầu:

Lo

Lnh Lnh

Ltt1

Ltt2

Ltt1

Lcau

MNCN MNTTMNTN

H H1

Hkt

Hình 1.11: Các kích thước cơ bản của cầu.

- Các chiều dài cầu:

+ Khẩu độ thoát nước dưới cầu (L0): Là khoảng cách tính từ mép trong mố bên này

đến mép trong của mố bên kia. Khẩu độ thoát nước dưới cầu được xác định trên cơ sở tính

toán thủy văn dưới cầu theo tần suất thiết kế P%, đảm bảo sau khi xây dựng cầu không phát

sinh ra hiện tượng xói chung và xói cục bộ quá lớn hoặc không tạo nên mực nước dềnh quá

lớn trước cầu.

+ Chiều dài nhịp (Lnh): Là khoảng cách tính từ đầu dầm bên này đến đầu dầm bên kia.



+ Chiều dài nhịp tính toán (Ltt): Là chiều dài đoạn dầm mà tại đó biểu đồ mômen

không đổi dấu.

+ Chiều dài toàn cầu (Lcau): Là chiều dài tính từ đuôi mố bên này đến đuôi mố bên kia.

Trong đó:

Lnh: Là chiều dài của một nhịp.

a: Khe hở giữa các đầu dầm.

Lmo: Chiều dài của mố cầu.

- Các chiều cao thiết kế cầu:

+ Chiều cao tự do dưới cầu (H): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNCN.

+ Chiều cao kiến trúc của cầu (Hkt): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến mặt đường

xe chạy.

+ Chiều cao của cầu (H1): Là khoảng cách tính từ mặt đường xe chạy đến MNTN (đối

với cầu vượt qua dòng nước) và đến mặt đất tự nhiên (đối với cầu cạn).

- Các mực nước thiết kế:

+ Mực nước cao nhất (MNCN): Là mực nước lớn nhất xuất hiện trên sông ứng với tần

suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNCN để xác định khẩu độ cầu tính toán và cao độ đáy dầm.

+ Mực nước thấp nhất (MNTN): Là mực nước thấp nhất xuất hiện trên sông ứng với

tần suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNTN để biết vị trí chỗ lòng sông nước sâu trong mùa

cạn, căn cứ vào đó để xác định vị trí các nhịp thông thuyền. Ngoài ra còn xác định cao độ

đỉnh bệ móng của trụ giữa sông.

Mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất được xác định theo các số liệu quan trắc

thủy văn về mực nước lũ, được tính toán theo tần suất P% quy định đối với các cầu và

đường khác nhau.

+ Mực nước thông thuyền (MNTT): Là mực nước cao nhất cho phép tàu bè đi lại dưới

cầu an toàn. Dựa vào MNTT và chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm.

Theo Tiêu chuẩn 22TCN18-79, tần suất thiết kế để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa,

cầu lớn là 1%, MNTT là 5%. Hiện nay theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05 không quy định.

Xác định cao độ đáy dầm:

+ Đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN 0.5m đối với sông đồng bằng và

1.0m đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi (đường ôtô).

+ Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm tại mọi vị

trí phải cao hơn mặt đất tự nhiên 1.0m.

+ Cao độ đáy dầm phải cao hơn hoặc bằng MNTT cộng với chiều cao thông thuyền.

+ Đỉnh xà mũ của mố trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m.



1.3. PHÂN LOẠI CẦU:

1.3.1. Phân loại theo mục đích sử dụng:

Tùy theo mục đích sử dụng, có thể phân thành các loại cầu:

- Cầu ôtô: Là công trình cầu cho tất cả các phương tiện giao thông trên đường ôtô như: xe

tải, xe gắn máy, xe thô sơ và đoàn người bộ hành, ...

- Cầu đường sắt: Được xây dựng dành riêng cho tàu hỏa.

- Cầu đi bộ: Phục vụ dành riêng cho người đi bộ.

- Cầu thành phố: Là cầu cho ô tô, tàu điện, người đi bộ, ...

- Cầu chạy chung: Là cầu cho cả ô tô, xe lửa, người đi bộ, ...

- Cầu đặc biệt: Là các cầu phục vụ cho các ống dẫn nước, ống dẫn khí, ...

1.3.2. Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp:

- Cầu gỗ.

- Cầu đá.

- Cầu bê tông.

- Cầu bê tông cốt thép.

- Cầu thép.

1.3.3. Phân loại theo chướng ngại vật:

- Cầu thông thường (vượt sông): Là các công trình cầu được xây dựng vượt qua các dòng

nước như: sông, suối, khe sâu, ...

Hình 1.12a: Mô hình cầu thông thường.

Hình 1.12b: Công trình cầu thông thường.



- Cầu vượt (cầu qua đường): Là các công trình cầu được thiết kế cho các nút giao nhau

khác mức trên đường ôtô hoặc đường sắt.

Hình 1.13a: Mô hình cầu vượt đường.

Hình 1.13b: Công trình cầu vượt đường.

- Cầu cạn: Là các công trình cầu được xây dựng ngay trên mặt đất để làm cầu dẫn vào

cầu chính hoặc nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian bên dưới.

Hình 1.14a: Mô hình cầu cạn.

Hình 1.14b: Công trình cầu cạn.

- Cầu cao: Là các công trình cầu bắc qua thung lũng khe sâu, các trụ cầu có chiều cao >

20 25 m, thậm chí đến hàng trăm mét.



Hình 1.15a: Mô hình cầu cao.

Hình 1.15b: Công trình cầu cao.

- Cầu phao: Là các công trình cầu được xây dựng bằng hệ nổi nhằm phục vụ cho mục

đích quân sự hoặc phục vụ giao thông trong một thời gian ngắn.

Hình 1.16a: Mô hình cầu phao.

Hình 1.16b: Công trình cầu phao.

- Cầu mở: Cầu mở là cầu có 1 hoặc 2 nhịp sẽ được di động khỏi vị trí để tàu bè qua lại

trong khoảng thời gian nhất định. Có các loại cầu mở sau:



+ Cầu cất: KCN có thể mở về 1 phía hoặc 2 phía theo góc 700 800 so với phương

nằm ngang.

Hình 1.17a: Mô hình cầu cất.

Hình 1.17b: Công trình cầu cất.

+ Cầu nâng: KCN được nâng hạ theo phương thẳng đứng.

Hình 1.18a: Mô hình cầu nâng.

Hình 1.18b: Công trình cầu nâng.



+ Cầu quay: KCN quay trên mặt bằng một góc 900.

Hình 1.19a: Mô hình cầu quay.

Hình 1.19b: Công trình cầu quay.

1.3.4. Phân loại theo cao độ đường xe chạy:

Tùy theo việc bố trí cao độ đường xe chạy, có thể phân thành:

- Cầu có đường xe chạy trên: Khi đường xe chạy đặt trên đỉnh kết cấu nhịp.

Hình 1.20: Cầu có đường xe chạy trên.

- Cầu có đường xe chạy dưới: Khi đường xe chạy bố trí dọc theo biên dưới KCN.

Hình 1.21: Cầu có đường xe chạy dưới.



- Cầu có đường xe chạy giữa: Khi đường xe chạy bố trí giữa phạm vi của KCN.

Hình 1.22: Cầu có đường xe chạy giữa.

1.3.5. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học:

- Sơ đồ dầm giản đơn:

+ Phân bố nội lực: Biểu đồ momen chỉ

có dấu (+) và giá trị lớn nhất tại giữa nhịp.

+ Phân bố vật liệu: Vật liệu tập trung

chủ yếu ở khu vực giữa nhịp do đó nội lực do

tĩnh tải lớn, dự trữ khả năng chịu hoạt tải kém

nên khả năng vượt nhịp thấp.

Hình 1.23. Sơ đồ dầm giản đơn.

+ Khả năng vượt nhịp:

KCN cầu dầm: L ≤ 40m

KCN cầu dàn: L ≤ 60m

- Sơ đồ dầm mút thừa:

Hình 1.24. Sơ đồ dầm mút thừa.

+ Phân bố nội lực: Biểu đồ momen xuất hiện M(-) tại mặt cắt gối và M(+) tại mặt cắt

giữa nhịp.

+ Phân bố vật liệu: Vật liệu tập trung chủ yếu ở mặt cắt gối do đó KCN nhỏ nên khả

năng vượt nhịp tốt hơn so với KCN giản đơn.

- Sơ đồ dầm hẫng - nhịp đeo:

Hình 1.25. Sơ đồ dầm hẫng nhịp đeo.

+ KCN có dầm đeo thường khai thác không êm thuận, lực xung kích lớn, khe co giãn

phải cấu tạo phức tạp do đó hiện nay ít dùng.



- Sơ đồ dầm liên tục:

Hình 1.26. Sơ đồ dầm liên tục.

+ Giá trị M(-) tại mặt cắt gối lớn hơn M(+) ở mặt cắt giữa nhịp do đó phát huy được

hết khả năng làm việc của vật liệu.

+ Kết cấu liên tục còn giảm được số lượng khe co giãn trên cầu, do đó đảm bảo êm

thuận cho xe chạy.

+ Khả năng vượt nhịp:

KCN dầm thép: L ≤ 90m.

KCN dàn thép: L ≤ 120m.

KCN dầm BTCT DƯL: L ≤ 150m.

KCN cầu treo, cầu dây văng: L≈ 150 ÷ 450m.

1.3.6. Phân loại theo sơ đồ cấu tạo:

- Cầu dầm:

+ Bộ phận chịu lực chủ yếu là dầm, làm việc chịu uốn.

+ Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tại gối chỉ phát sinh phản lực thẳng đứng V.

VV

Hình 1.27a. Mô hình KCN cầu dầm.

Hình 1.27b. Công trình cầu dầm.

- Cầu vòm:

+ Bộ phận chịu lực chủ yếu là vòm, vòm làm việc chịu nén và chịu uốn.

+ Phản lực gối ở vòm (trong vòm không chốt) gồm có lực thẳng đứng V, momen uốn

M và lực đẩy ngang H.



+ Nếu có thanh giằng để chịu lực đẩy ngang H thì phản lực gối của vòm sẽ chỉ gồm

phản lực thẳng đứng V giống như cầu dầm. Khi đó ta có hệ thống cầu dầm - vòm tổ hợp.

V

V

H

V

H

Hình 1.28a. Mô hình KCN cầu vòm.

Hình 1.28b. Công trình cầu vòm.

- Cầu dàn:

+ Kết cấu chịu lực chính của kết cấu nhịp cầu dàn là các mặt phẳng dàn, với các thanh

dàn chỉ chịu lực dọc trục (kéo hoặc nén). Chiều cao dàn lớn nên khả năng chịu lực và vượt

nhịp của kết cấu nhịp cầu dàn lớn hơn so với kết cấu nhịp cầu dầm. Nhược điểm chính của

kết cấu nhịp cầu dàn là cấu tạo và thi công phức tạp.

+ KCN cầu dàn thường áp dụng cho các cầu chịu tải trọng lớn như cầu đường sắt.

Hình 1.29a: Mô hình KCN cầu dàn.

Hình 1.29b: Công trình cầu dàn.



- Cầu khung:

+ Trụ và dầm được liên kết cứng với

nhau để chịu lực.

+ Phản lực gối gồm có phản lực thẳng

đứng V và lực đẩy ngang H, nếu chân khung

liên kết khớp thì sẽ không có momen M.V

H

V

H

Hình 1.30a. Mô hình KCN cầu khung.

Hình 1.30b. Công trình cầu khung.

- Cầu treo:

+ Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu (dầm

hoặc dàn). Do đó trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm

(hoặc dàn).

+ Có thể phân cầu treo thành 2 loại:

Cầu treo dây võng (gọi tắt là cầu treo).

Cầu treo dây xiên (cầu dây văng).

Cầu treo dây xiên (cầu dây văng): Đây là kết cấu dầm cứng tựa trên các gối cứng

là các gối cầu trên mố - trụ và trên các gối đàn hồi là các dây văng. Dây văng neo vào dầm

cứng biến thành một hệ không có lực đẩy ngang.

Hình 1.31a: Mô hình KCN cầu dây văng.



Hình 1.31b: Công trình cầu dây văng.

Cầu treo dây võng (cầu treo): Trong cầu treo, dây làm việc chủ yếu chịu kéo và

tại chỗ neo cáp có phản lực thẳng đứng (lực nhổ) và phản lực ngang rất lớn do đó trong kết

cấu nhịp cầu treo tại vị trí mố ta phải cấu tạo hố neo rất lớn và rất phức tạp.

H

V

H

V

Hình 1.32a: Mô hình KCN cầu treo dây võng.

Hình 1.32b: Công trình cầu treo dây võng.

1.4. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI CẦU:

1.4.1. Yêu cầu về mặt xây dựng và khai thác:

- Đảm bảo xe chạy thuận tiện, an toàn và không bị giảm tốc độ trên tuyến đường.

- Chiều rộng đường xe chạy phải phù hợp với lưu lượng và loại xe tính toán. Mặt cầu tốt,

bằng phẳng, đủ độ nhám và thoát nước nhanh chóng.

- Sơ đồ cầu, chiều dài nhịp và chiều dài cầu phải đảm bảo khẩu độ thoát nước yêu cầu,

tàu bè đi lại dưới sông thuận lợi và an toàn.

- Kết cấu cầu phải đảm bảo khả năng thi công, phù hợp với các công nghệ thi công. Cầu

phải có kết cấu hiện đại, đảm bảo tính công nghiệp hóa trong chế tạo và xây dựng. Đồng

thời kết cấu phải có đủ độ bền, độ cứng, độ ổn định của toàn cầu và của từng bộ phận.



1.4.2. Yêu cầu về mặt kinh tế:

- Đảm bảo chi phí thiết bị, vật liệu rẻ nhất, giảm sức lao động, giảm giá thành xây dựng

đến mức tối đa.

- Khi tính giá thành của công trình cầu, phải xét đến giá thành duy tu, sửa chữa; đồng thới

phải tính đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân khi lựa chọn các phương án cầu.

1.4.3. Yêu cầu về mặt mỹ quan:

Cầu phải có hình dáng đẹp, phù hợp với quang cảnh địa phương đặc biệt là các công trình

nằm trong thành phố hoặc các khu danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử.

1.4.4. Yêu cầu về mặt an ninh quốc phòng:

Ngoài mục đích giao thông còn phải xét đến tính thiết thực cho các hoạt động an ninh

quốc phòng. Khi có chiến tranh bất chợt xảy ra thì các cây cầu có thể chuyển sang phục vụ

cho các loại xe đặc chủng của quân đội.

1.5. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGÀNH XÂY DỰNG CẦU:

1.5.1. Sơ lược lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu:

1.5.1.1. Cầu gỗ:

- Cầu gỗ là loại cầu được xây dựng lâu đời nhất.

- Gỗ là loại vật liệu tự nhiên tương đối tốt, tuy nhiên khi dùng trong xây dựng cầu thì

phải chọn loại gỗ tốt như lim, gụ, sến, táu… và phải có biện pháp phòng mục.

- Cầu gỗ có thới gian sử dụng ngắn, khả năng vượt nhịp không lớn lắm (L≈ 30÷50m).

- Hiện nay chỉ còn sử dụng ở miền rừng, đường lâm nghiệp và các cầu tạm hoặc đà giáo

phục vụ thi công.

Hình 1.33: Cầu gỗ.

1.5.1.2. Cầu đá:

- Được xây dựng từ hàng ngàn năm về trước, đến ngày nay vẫn tồn tại và sử dụng được.

- Hầu hết cầu đá được xây dựng theo dạng cầu vòm để phù hợp với tính chất chịu nén của

đá.

- Cầu vòm đá có thể vượt khẩu độ nhịp đến 100m.



- Cầu đá xây dựng khó khăn nên ít có khả năng xây dựng công nghiệp hoá.

- Hiện nay chỉ áp dụng ở các vùng miền núi, nơi có thể khai thác đá trực tiếp tại chỗ hoặc

để làm các công trình kiến trúc nghệ thuật ở những danh lam thắng cảnh.

Hình 1.34: Cầu đá.

1.5.1.3. Cầu thép:

- Cầu thép xuất hiện vào nửa cuối của thế kỷ 19.

- Cầu kim loại đầu tiên được làm bằng gang, tiếp đến là sự ra đời của cầu treo dây xích.

- Để vượt qua các sông rất lớn với nhịp rất lớn, người ta dùng cầu thép.

- Ưu điểm nổi bật của cầu thép là hoàn toàn công nghiệp hoá chế tạo và lắp ráp, dễ dàng

lắp ráp bằng phương pháp hẫng do đó dễ xây dựng qua sông sâu, thung lũng sâu và qua

sông có nhiều tàu bè đi lại.

- Nhược điểm của cầu thép là gỉ, do đó tốn công bảo dưỡng.

- Sự ra đời và phát triển của cầu vòm và cầu dây văng đang là bước tiến mới của cầu

thép.

Hình 1.35: Cầu thép.

1.5.1.4. Cầu bêtông cốt thép:

- Cuối thế kỷ 19, trong xây dựng cầu đã sử dụng một loại vật liệu mới là BTCT.

- Trong giai đoạn đầu, các cầu BTCT thường có dạng cầu bản, dầm và vòm có khẩu độ

nhỏ hơn 30m.



- Đến những năm 30 của thế kỷ 20, sau khi kỹ sư Freyssinet nghiên cứu thành công

BTCT ứng suất trước thì cầu BTCT bắt đầu phát triển mạnh mẽ.

- Sau đại chiến thế giới lần thứ 2, các kết cấu nhịp lắp ghép, kết cấu bán lắp ghép bằng

BTCT DƯL được sử dụng hàng loạt.

- Hiện nay, cầu BTCT ngày càng được phát triển mở ra kỷ nguyên mới trong việc sử

dụng KCN BTCT thay thế cho KCN cầu thép. Cầu BTCT đã vượt được khẩu độ đến

200÷300m và sự hình thành các kết cấu liên hợp như dàn - dây, dầm - dây, … chắc chắn sẽ

xuất hiện những cây cầu có khẩu độ nhịp lớn hơn 400÷500m.

Hình 1.36: Cầu bêtông cốt thép.

Lịch sử phát triển ngành cầu Việt Nam:

- So với các nước trên thế giới, ngành xây dựng cầu Việt Nam vẫn còn non trẻ. Trước

cách mạng tháng 8, trên các tuyến đường ôtô chủ yếu có các cầu BTCT nhịp nhỏ từ 3 - 20m,

khổ hẹp, một làn xe, tải trọng nhỏ thuộc các hệ thống cầu bản, dầm giản đơn, dầm hẫng,

khung. Thời kỳ này cũng có một số cầu thép lớn vượt qua các sông lớn như cầu Đuống, cầu

Ninh Bình, cầu Lai Vu, cầu Long Biên cho đường sắt và ôtô đi chung, …, trong đó cầu

Long Biên có nhịp lớn nhất gần 130m, chiều dài toàn cầu gần 3km. Trong thời kỳ kháng

chiến chống thực dân Pháp phần lớn các cầu đã bị phá hoại. Từ sau hòa bình lập lại (1954),

một loạt các cầu mới trên đường sắt và ôtô đã được xây dựng. Cầu thép có: Cầu Hàm Rồng

(Thanh Hóa), cầu Làng Giàng, cầu Việt Trì; cầu BTCT thường có: Cầu Đoan Vĩ, cầu Bùng,

cầu Giẽ; cầu BTCTDUL có: Cầu Phủ Lỗ, cầu Cửa Tiền, … nhưng các cầu này đến năm

1964 - 1972 lại bị đế quốc Mỹ ném bom phá hoại.

- Từ năm 1975 đến nay chúng ta đã xây dựng

hàng loạt các cầu mới trên tuyến đường sắt và ôtô.

Sau đây là một số cầu điển hình:

+ Cầu Thăng Long qua sông Hồng cho

đường sắt và ôtô được xây dựng xong năm 1982,

các nhịp chính là dàn thép liên tục, nhịp lớn nhất

112m, cầu dẫn là các nhịp dầm giản đơn

BTCTDUL nhịp 33m, chiều dài toàn cầu 1680m. Hình 1.37: Cầu Thăng Long (Hà Nội).



+ Cầu Chương Dương qua sông Hồng (1985), có các nhịp chính là dàn thép, nhịp

lớn nhất 97.6m, chiều dài toàn cầu 1211m.

+ Cầu Đò Quan (Nam Định), năm 1994, nhịp chính là dầm thép liên hợp bản

BTCT, liên tục, có sơ đồ 42 + 63 + 42 (m).

Hình 1.38: Cầu Chương Dương (Hà Nội). Hình 1.39: Cầu Đò Quan (Nam Định).

+ Cầu Phú Lương (Hải Dương), năm 1996, cầu khung dầm BTCTDUL, thi công

bằng phương pháp đúc hẫng, nhịp lớn nhất 102m.

+ Cầu Sông Gianh (Quảng Bình), năm 1998, dầm liên tục BTCTDUL có nhịp lớn

nhất 120m.

Hình 1.40: Cầu Phú Lương (Hải Dương). Hình 1.41: Cầu Sông Gianh (Quảng Bình).

Hình 1.42: Cầu Hiền Lương (Quảng Trị). Hình 1.43: Cầu Bính (Hải Phòng).



+ Cầu Hoàng Long (Thanh Hóa), cầu khung dầm BTCTDUL có nhịp lớn nhất

130m.

+ Cầu Hiền Lương (Quảng Trị), năm 1999, sơ đồ 30.75 + (4x42) + 30.75 (m).

+ Hàng loạt các cầu dây văng đã được xây dựng như: Cầu Đakrông (Quảng Trị),

cầu quay Sông Hàn (Đà Nẵng), cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long), cầu Bính (Hải Phòng), cầu Bãi

Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ, …

1.5.2. Một số xu hướng phát triển khoa học kỹ thuật trong ngành xây dựng cầu:

1.5.2.1. Về vật liệu:

- Các loại vật liệu có cường độ cao sẽ sớm được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu: Bê

tông mác cao, bê tông siêu dẻo có cường độ sớm, thép cường độ cao, thép hợp kim thấp.

- Để giảm trọng lượng bản thân kết cấu, đẩy mạnh nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu

nhẹ, hợp kim nhôm, bê tông cốt thép hoặc sợi thuỷ tinh, …

1.5.2.2. Về kết cấu:

Các kết cấu hợp lý sẽ được áp dụng chủ yếu trong xây dựng cầu như:

- Kết cấu thép - BTCT liên hợp, BTCT DƯL, …

- Kết cấu có sử dụng bản trực hướng, tiết diện hình hộp, …

- Cầu dây văng và cầu khung dầm liên tục BTCT DƯL, …

1.5.2.3. Về công nghệ thi công:

- Sử dụng các phương tiện vận chuyển và lao lắp có năng lực lớn.

- Áp dụng nhanh chóng các công nghệ thi công tiên tiến như: Đúc đẩy, đúc hẫng, lắp

hẫng, đúc trên đà giáo di động, …

1.5.2.4. Về tính toán:

- Hoàn thiện lý thuyết tính toán với sự giúp đỡ của công nghệ tin học thông qua phần

mềm tính toán chuyên ngành như: Midas Civil 2010; RM V8.i 2008; Sap 2000 V15, ...

- Đẩy mạnh nghiên cứu tính toán chính xác kết cấu có xét đầy đủ các yếu tố phi tuyến,

không gian, …

- Nghiên cứu các tác động của môi trường đến kết cấu cầu như: Nhiệt độ, gió, bão, động

đất, …

- Tiến hành thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm ngoài hiện trường để so sánh và đánh

giá sự hoàn chỉnh của lý thuyết.


CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 2:

CÁC CĂN CỨ CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ CẦU

2.1. CÁC GIAI ĐOẠN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ:

Tham khảo Nghị định số 12/2009/NĐ-CP ngày 10/02/2009 của Chính phủ.

2.1.1. Các giai đoạn đầu tư xây dựng:

Khái niệm dự án đầu tư (DAĐT): Là một tập hợp các đề xuất về khả năng, tài chính, kinh

tế và xã hội, làm sơ sở cho việc quyết định bỏ vốn xây dựng công trình.

Ở nước ta, phân loại theo quy mô và tính chất thì DAĐT xây dựng công trình được chia

thành các nhóm sau: Dự án quan trọng quốc gia do Quốc hội xem xét quyết định về chủ

trương đầu tư, các dự án còn lại được chia thành 3 nhóm A, B, C (Đối với công trình xây

dựng cầu đường có tổng mức đầu tư lớn hơn 1500 tỷ đồng thuộc nhóm A, từ 75 tỷ đồng đến

1500 tỷ đồng thuộc nhóm B, dưới 75 tỷ đồng thuộc nhóm C).

Để có một công trình xây dựng nói chung và công trình cầu đường nói riêng cần trải qua

3 giai đoạn: Chuẩn bị đầu tư, thực hiện đầu tư và kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai

thác sử dụng.

2.1.1.1. Chuẩn bị đầu tư:

Nội dung công tác chuẩn bị đầu tư gồm:

- Lập báo cáo đầu tư xây dựng công trình và xin phép đầu tư (chỉ áp dụng đối với các

dự án quan trọng quốc gia do Quốc hội thông qua chủ trương và cho phép đầu tư).

- Lập dự án đầu tư xây dựng công trình (đối với công trình có tổng mức đầu tư xây

dựng dưới 15 tỷ đồng thì không cần qua bước lập dự án đầu tư, chỉ cần lập báo cáo kinh tế -

kỹ thuật xây dựng công trình để trình người quyết định đầu tư phê duyệt).

- Thẩm định dự án để quyết định đầu tư.

a. Nội dung của báo cáo đầu tư xây dựng công trình (báo cáo nghiên cứu tiền khả thi)

bao gồm:

- Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình, các điều kiện thuận lợi và khó khăn;

chế độ khai thác và sử dụng tài nguyên quốc gia nếu có.

- Dự kiến quy mô đầu tư: Công suất, diện tích xây dựng; các hạng mục công trình

thuộc dự án; dự kiến về địa điểm xây dựng công trình và nhu cầu sử dụng đất.

- Phân tích, lựa chọn sơ bộ về công nghệ, thông số kỹ thuật; các điều kiện cung cấp vật

tư thiết bị, nguyên liệu, năng lượng, dịch vụ, hạ tầng kỹ thuật; phương án giải phóng mặt bằng, tái

định cư nếu có; các ảnh hưởng của dự án đối với môi trường sinh thái, phòng chống cháy nổ, an

ninh quốc phòng.



- Hình thức đầu tư, xác định sơ bộ tổng mức đầu tư, thời hạn thực hiện dự án, phương

án huy động vốn theo tiến độ và hiệu quả kinh tế - xã hội của dự án và phân kỳ đầu tư nếu

có.

b. Xin phép đầu tư xây dựng công trình:

- Chủ đầu tư có trách nhiệm gửi báo cáo đầu tư xây dựng công trình tới Bộ quản lý

ngành. Bộ quản lý ngành là cơ quan đầu mối giúp thủ tướng chính phủ lấy ý kiến của Bộ,

ngành, địa phương liên quan, tổng hợp và đề xuất ý kiến trình thủ tướng chính phủ.

- Thời hạn lấy ý kiến được quy định như sau: Trong vòng 5 ngày làm việc kể từ ngày

nhận được báo cáo đầu tư xây dựng công trình, Bộ quản lý ngành phải gửi văn bản lấy ý

kiến đến các Bộ ngành, địa phương có liên quan. Trong vòng 30 ngày làm việc kể từ khi

nhận được đề nghị, các cơ quan được hỏi ý kiến phải có văn bản trả lời về những nội dung

thuộc phạm vi quản lý của mình. Trong vòng 7 ngày sau khi nhận được văn bản trả lời theo

thời hạn trên, Bộ quản lý ngành phải lập báo cáo để trình thủ tướng chính phủ.

c. Nội dung dự án đầu tư xây dựng công trình (báo cáo nghiên cứu khả thi) bao gồm:

Dự án đầu tư cần phải bao gồm 2 phần: Phần thuyết minh dự án và phần thiết kế cơ sở.

- Nội dung phần thuyết minh của dự án:

+ Sự cần thiết và mục tiêu đầu tư; đánh giá nhu cầu thị trường, tiêu thụ sản phẩm đối với

dự án sản xuất, kinh doanh; tính cạnh tranh của sản phẩm; tác động xã hội đối với địa phương,

khu vực (nếu có); hình thức đầu tư xây dựng công trình; địa điểm xây dựng, nhu cầu sử dụng

đất; điều kiện cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu và các yếu tố đầu vào khác.

+ Mô tả về quy mô và diện tích xây dựng công trình, các hạng mục công trình thuộc dự án;

phân tích lựa chọn phương án kỹ thuật, công nghệ và công suất.

+ Các giải pháp thực hiện bao gồm:

Phương án chung về giải phóng mặt bằng, tái định cư và phương án hỗ trợ xây

dựng hạ tầng kỹ thuật nếu có.

Các phương án thiết kế kiến trúc đối với công trình trong đô thị và công trình có

yêu cầu kiến trúc.

Phương án khai thác dự án và sử dụng lao động.

Phân đoạn thực hiện, tiến độ thực hiện và hình thức quản lý dự án.

+ Đánh giá tác động môi trường, các giải pháp phòng cháy, chữa cháy và các yêu cầu

về an ninh, quốc phòng.

+ Tổng mức đầu tư của dự án; khả năng thu xếp vốn, nguồn vốn và khả năng cấp vốn

theo tiến độ; phương án hoàn trả vốn đối với dự án có yêu cầu thu hồi vốn và phân tích đánh

giá hiệu quả kinh tế - tài chính, hiệu quả xã hội của dự án.

- Nội dung phần thiết kế cơ sở:



+ Thiết kế cơ sở là thiết kế được thực hiện trong giai đoạn lập Dự án đầu tư xây dựng

công trình trên cơ sở phương án thiết kế được lựa chọn, bảo đảm thể hiện được các thông số

kỹ thuật chủ yếu phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng, là căn cứ để triển

khai các bước thiết kế tiếp theo.

Nội dung thiết kế cơ sở bao gồm phần thuyết minh và phần bản vẽ.

+ Phần thuyết minh thiết kế cơ sở bao gồm các nội dung:

Giới thiệu tóm tắt địa điểm xây dựng, phương án thiết kế; tổng mặt bằng công

trình, hoặc phương án tuyến công trình đối với công trình xây dựng theo tuyến; vị trí, quy mô

xây dựng các hạng mục công trình; việc kết nối giữa các hạng mục công trình thuộc dự án và

với hạ tầng kỹ thuật của khu vực.

Phương án công nghệ, dây chuyền công nghệ đối với công trình có yêu cầu công

nghệ.

Phương án kiến trúc đối với công trình có yêu cầu kiến trúc.

Phương án kết cấu chính, hệ thống kỹ thuật, hạ tầng kỹ thuật chủ yếu của công

trình.

Phương án bảo vệ môi trường, phòng cháy, chữa cháy theo quy định của pháp

luật.

Danh mục các quy chuẩn, tiêu chuẩn chủ yếu được áp dụng.

+ Phần bản vẽ thiết kế cơ sở bao gồm:

Bản vẽ tổng mặt bằng công trình hoặc bản vẽ bình đồ phương án tuyến công

trình đối với công trình xây dựng theo tuyến.

Sơ đồ công nghệ, bản vẽ dây chuyền công nghệ đối với công trình có yêu cầu

công nghệ.

Bản vẽ phương án kiến trúc đối với công trình có yêu cầu kiến trúc.

Bản vẽ phương án kết cấu chính, hệ thống kỹ thuật, hạ tầng kỹ thuật chủ yếu của

công trình, kết nối với hạ tầng kỹ thuật của khu vực.

d. Nội dung báo cáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình bao gồm:

- Phần thuyết minh của báo cáo: Tương tự như phần thuyết minh của lập dự án đầu tư

nhưng rõ ràng chi tiết hơn, đủ cơ sở để lập dự toán chi tiết cho công trình.

- Phần thiết kế bản vẽ thi công: Bao gồm tất cả các bản vẽ tổng thể và cấu tạo chi tiết

của công trình, đủ cơ sở để thống kê khối lượng nhằm lặp dự toán chi tiết cho công trình.

Đồng thời phần thiết kế bản vẽ thi công phải rõ ràng để làm căn cứ cho việc thi công và

hoàn chỉnh công trình.

e. Thẩm định dự án để quyết định đầu tư:

Các báo cáo trên đều phải được thẩm định, sau đó sẽ được cấp có thẩm quyền cấp

quyết định và giấy phép đầu tư.



2.1.1.2. Thực hiện đầu tư:

- Giao nhận đất, chuẩn bị mặt bằng xây dựng.

- Tuyển chọn tư vấn xây dựng để khảo sát, thiết kế, giám định khả năng và chất lượng

công trình.

- Thiết kế công trình:

+ Đối với các công trình có yêu cầu kỹ thuật cao, có nền móng địa chất thủy văn phức

tạp thì phải thực hiện thiết kế theo 2 bước: thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công.

+ Đối với các công trình kỹ thuật đơn giản hoặc đã có thiết kế mẫu, xử lý nền móng

không phức tạp thì thực hiện 1 bước: thiết kế kỹ thuật thi công.

- Thẩm định, duyệt thiết kế kỹ thuật và tổng dự toán.

- Tổ chức đấu thầu về mua sắm thiết bị và thi công xây lắp.

- Xin giấy phép xây dựng.

- Ký kết hợp đồng với nhà thầu để thực hiện dự án.

- Thi công xây lắp công trình.

- Theo dõi kiểm tra việc thực hiện các hợp đồng.

- Quyết toán vốn đầu tư xây dựng sau khi hoàn thành xây lắp đưa dự án vào khai thác.

2.1.1.3. Kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai thác sử dụng:

Nội dung công việc bao gồm:

- Kết thúc xây dựng.

- Bàn giao công trình.

- Bảo hành công trình.

- Vận hành dự án.

2.1.2. Các bước thiết kế:

- Thiết kế xây dựng công trình bao gồm các bước: Thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật, thiết

kế bản vẽ thi công và các bước thiết kế khác theo thông lệ quốc tế do người quyết định đầu

tư quyết định khi phê duyệt dự án.

+ Thiết kế cơ sở là thiết kế được thực hiện trong giai đoạn lập dự án đầu tư xây dựng

công trình trên cơ sở phương án thiết kế được lựa chọn, bảo đảm thể hiện được các thông số

kỹ thuật chủ yếu phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng, là căn cứ để triển

khai các bước thiết kế tiếp theo.

+ Thiết kế kỹ thuật là thiết kế được thực hiện trên cơ sở thiết kế cơ sở trong dự án đầu tư

xây dựng công trình được phê duyệt, bảo đảm thể hiện được đầy đủ các thông số kỹ thuật và vật

liệu sử dụng phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng, là căn cứ để triển khai bước

thiết kế bản vẽ thi công.



+ Thiết kế bản vẽ thi công là thiết kế bảo đảm thể hiện được đầy đủ các thông số kỹ

thuật, vật liệu sử dụng và chi tiết cấu tạo phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp

dụng, đảm bảo đủ điều kiện để triển khai thi công xây dựng công trình.

- Dự án đầu tư xây dựng công trình có thể gồm một hoặc nhiều loại công trình với một

hoặc nhiều cấp công trình khác nhau. Tùy theo quy mô, tính chất của công trình cụ thể, việc

thiết kế xây dựng công trình được thực hiện một bước, hai bước hoặc ba bước như sau:

+ Thiết kế một bước là thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình chỉ lập

Báo cáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình. Trường hợp này, bước thiết kế cơ sở, bước

thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản vẽ thi công được gộp thành một bước và gọi là thiết kế

bản vẽ thi công.

Đối với trường hợp thiết kế một bước, có thể sử dụng thiết kế mẫu, thiết kế điển hình

do cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành để triển khai thiết kế bản vẽ thi công.

+ Thiết kế hai bước bao gồm bước thiết kế cơ sở và bước thiết kế bản vẽ thi công được

áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án trừ các công trình được quy định thiết kế

một bước, ba bước. Trường hợp này, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản vẽ thi công

được gộp thành một bước và gọi là bước thiết kế bản vẽ thi công.

+ Thiết kế ba bước bao gồm bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết

kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án. Tùy theo mức

độ phức tạp của công trình, việc thực hiện thiết kế ba bước do người quyết định đầu tư

quyết định.

Trường hợp thực hiện thiết kế hai bước hoặc ba bước thì thiết kế bước tiếp theo phải

phù hợp với thiết kế bước trước đã được phê duyệt.

- Chủ đầu tư có trách nhiệm tổ chức lập thiết kế xây dựng công trình, trường hợp chủ đầu

tư có đủ năng lực thì được tự thiết kế, trường hợp chủ đầu tư không có đủ năng lực thì thuê

tổ chức tư vấn thiết kế. Riêng đối với trường hợp thiết kế ba bước thì nhà thầu thi công có

thể được giao lập thiết kế bản vẽ thi công khi có đủ điều kiện năng lực theo quy định.

2.2. TRIẾT LÝ THIẾT KẾ:

- Trong thiết kế, các kỹ sư phải kiểm tra độ an toàn và ổn định của phương án đã được

chọn. Công tác thiết kế bao gồm việc tính toán nhằm chứng minh mọi tiêu chuẩn tính toán

và cấu tạo đều được thỏa mãn.

- Triết lý tính toán thiết kế là các quan niệm về ứng xử của kết cấu và sự làm việc an toàn

của nó. Đồng thời xác lập điều kiện, phương thức để đảm bảo điều kiện an toàn cho kết cấu

trong quá trình khai thác.

- Nguyên tắc chung: Khi có tải trọng tác động vào kết cấu, nó sẽ gây ra một hiệu ứng trong kết cấu và hiệu ứng đó không được lớn hơn khả năng chịu lực của kết cấu.



TÁC ĐỘNG TRÊN KẾT CẤU KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU

DO TẢI TRỌNG GÂY RA DO BẢN THÂN VẬT LIỆU

VÀ CẤU TẠO CỦA KẾT CẤU

- Quan hệ của bất đẳng thức này phải được xét trên mọi bộ phận và vật liệu của kết cấu.

2.2.1. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép: (ASD - Allowance stress design)

- Phương trình cơ bản: Trong phương pháp này, người ta nhìn nhận ứng xử của kết cấu

thông qua ứng suất của một điểm đại diện:

với

Trong đó:

+ max: Ứng suất tiêu chuẩn (không hệ số) lớn nhất trong bộ phận kết cấu do tải trọng

gây ra.

+ []: Ứng suất lớn nhất cho phép xuất hiện trong bộ phận kết cấu.

+ gh: Cường độ của vật liệu.

+ k: Hệ số an toàn (k>1).

- Đặc điểm của phương pháp:

+ Ưu điểm:

Tính toán đơn giản, cho phép tính toán nhanh chóng và tiện dụng.

Đảm bảo an toàn chịu lực cho các bộ phận kết cấu.

+ Nhược điểm:

Không áp dụng được cho vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi, do đó không

tận dụng được hết khả năng chịu lực của các bộ phận kết cấu và gây lãng phí vật liệu.

Không xét đến tính làm việc thực tế của kết cấu.

Việc xác định hệ số an toàn thiếu sự phân tích cụ thể.

2.2.2. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: (LFD - Load factor design)

- Phương trình cơ bản: Trong phương pháp này, sự làm việc của kết cấu được đánh giá

thông qua một mặt cắt đại diện:

với

Trong đó:

+ Smax: Nội lực lớn nhất do tải trọng gây ra tại mặt cắt bất lợi.

+ [S]: Khả năng chịu lực lớn nhất cho phép của mặt cắt bất lợi.

+Sgh: Khả năng chịu lực lớn nhất của mặt cắt.

+ k: Hệ số an toàn (k>1).


+ Ưu điểm:

Có tính trực quan, rõ ràng.



Ngoài ra LFD còn tiến bộ hơn ASD do đã xét đến sự làm việc chung của toàn bộ

mặt cắt.

+ Nhược điểm:

Chưa xét tới sự làm việc chung của các bộ phận kết cấu.

Việc xác định hệ số an toàn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm.

2.2.3. Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn (LSD - Limit state design):

- Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái mà ở đó công trình bị hỏng hoàn toàn hoặc

không thể sử dụng bình thường được nữa.

- Quy trình thiết kế cầu cống của Liên Xô (cũ) CH200-62, ban hành năm 1962, sau này

Bộ Giao thông vận tải nước ta dựa trên quy trình này để biên soạn Quy trình thiết kế cầu

cống theo TTGH ký hiệu 22TCN18-79 như sau:

+ Phương trình cơ bản:

Trong đó:

ni: Hệ số tải trọng.

Ni: Nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra.

: Hàm số xác định mỗi TTGH của kết cấu.

m: Hệ số điều kiện làm việc.

k1, k2,…: Hệ số đồng nhất vật liệu.

R1tc, R2

tc,…: Cường độ tiêu chuẩn của vật liệu.

F0: Đặc trưng hình học của kết cấu.

+ Các TTGH:

TTGH thứ nhất: Là TTGH mà kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực hoặc xuất

hiện các biến dạng dẻo lớn, nhằm đảm bảo về mặt chịu lực cho công trình (về cường độ, ổn

định và độ chịu mỏi).

TTGH thứ hai: Là TTGH mà kết cấu bị phát sinh các biến dạng dư quá lớn như

dao động, chuyển vị, lún, … gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường.

TTGH thứ ba: Là TTGH mà tiết diện kết cấu bị xuất hiện các vết nứt lớn gây khó

khăn cho việc sử dụng bình thường.

+ Khi tính toán theo các TTGH trong 22TCN18-79, để thay thế cho hệ số an toàn duy

nhất trong phương pháp ứng suất cho phép, đã dùng các hệ số tính toán sau:

Hệ số tải trọng (n): Xét đến những sai lệch có thể xảy ra theo chiều hướng bất lợi

so với các trị số tiêu chuẩn của chúng trong các tổ hợp tải trọng và tác động khác nhau.

Hệ số đồng nhất (k): Xét khả năng giảm thấp cường độ của vật liệu và đất so với

trị số tiêu chuẩn do những thay đổi về tính chất cơ học và tính không đồng nhất của chúng.



Hệ số điều kiện làm việc (m): Phản ánh sự chưa phù hợp của tính toán lý thuyết

với điều kiện làm việc thực tế của kết cấu.

2.2.4. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD - Load and

resistance factor design):

- Phương trình cơ bản: Trong thiết kế, để đảm bảo an toàn công trình thì khả năng chịu

lực của vật liệu và tiết diện (sức kháng) phải lớn hơn nội lực gây ra do tải trọng:

Trong đó:

+ ηi: Hệ số điều chỉnh tải trọng liên quan đến tính dẻo và tính dư cũng như tầm quan

trọng trong khai thác.

+ γi: Hệ số tải trọng.

+ Qi: Ứng lực do tải trọng.

+ Rn: Sức kháng danh định.

+ Rr : Sức kháng tính toán.

+ : Hệ số sức kháng.

- Hệ số sức kháng : Đối với một TTGH nào đó thì hệ số sức kháng được sử dụng để xét

đến tính thất thường trong tính chất của kết cấu, của vật liệu và độ chính xác của các

phương trình thiết kế đánh giá khả năng chịu tải, tình huống hư hỏng của công trình.

- Hệ số tải trọng γi: Áp dụng đối với các loại tải trọng, để xét đến tính thất thường của các

tải trọng và hiệu ứng tải như độ lớn của tải trọng, vị trí tải, tổ hợp tải trọng.

- Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi:

+ ηi = ηD.ηR.ηI 0.95 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimax.

+ ηi = 1.0 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimin.

Trong đó:

+ ηD: Độ dẻo: Độ dẻo của vật liệu rất quan trọng cho độ an toàn của cầu. Nếu vật liệu

dẻo, khi một bộ phận chịu lực quá tải nó sẽ phân bố nội lực sang bộ phận khác.

1. ηD 1.05 cho các cấu kiện và liên kết không dẻo.

2. ηD =1.0 cho các thiết kế thông thường, theo đúng yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế.

3. ηD 0.95 cho các cấu kiện có dùng các biện pháp để tăng thêm tính dẻo.

+ ηR: Độ dư thừa: Độ dư thừa có ý nghĩa đối với giới hạn an toàn của cầu. Một số kết

cấu siêu tĩnh được coi là dư thừa vì nó có nhiều liên kết hơn so với yêu cầu cân bằng tĩnh

định. Hệ cầu có một đường tiếp đất được coi là không dư thừa (không nên dùng loại này).

Trong trạng thái giới hạn cường độ (TTGH cường độ).

1. ηR 1.05 cho các bộ phận không dư thừa.



2. ηR=1.0 cho các mức dư thừa thông thường.

3. ηR 0.95 cho các mức dư thừa đặc biệt.

+ ηI: Độ quan trọng:

Dùng trong các TTGH cường độ và TTGH đặc biệt.

1. ηI 1.05 cho các cầu quan trọng.

2. ηI=1.0 cho các cầu điển hình.

3. ηI 0.95 cho các cầu tương đối ít quan trọng.


+ Ưu điểm:

Đã xét đến sự khác nhau giữa tải trọng và sức kháng.

Đạt được mức độ an toàn tương đối đồng đều đối với các TTGH khác nhau và

các loại cầu mà không cần đến phân tích thống kê hoặc xác suất phức tạp.

Là một phương pháp thiết kế thích hợp và ổn định.

+ Nhược điểm:

Thay đổi tư duy thiết kế (so với AASHTO cũ).

Yêu cầu hiểu biết cơ bản về lý thuyết xác suất và thống kê.

Yêu cầu có các số liệu thống kê đầy đủ và các thuật toán thiết kế xác suất để có

thể chỉnh lý hệ số sức kháng trong từng trường hợp riêng.

2.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU HIỆN HÀNH:

Mỗi một dự án đều phải tuân thủ theo các quy trình thiết kế, hiện nay nước ta tồn tại song

hành hai quy trình thiết kế:

+ Quy trình tính toán thiết kế cầu cống theo các trạng thái giới hạn do Bộ GTVT ban

hành năm 1979:

22TCN 18 - 79

+ Quy trình theo hệ số tải trọng và sức kháng (Quy trình AASHTO 98):

22TCN 272 - 05


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU

3.1. CÁC CĂN CỨ LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU:

3.1.1. Khái niệm chung:

Việc thiết kế và lựa chọn phương án cầu là một bài toán tổng thể nhiều mặt: Kỹ thuật

công nghệ, quy hoạch, môi trường, kinh tế. Các phương án cầu nêu ra phải thỏa mãn yêu

cầu kỹ thuật, kinh tế, công nghệ thi công, điều kiện khai thác duy tu bảo dưỡng, ý nghĩa

quốc phòng và yêu cầu mỹ quan.

Trong thiết kế, người ta phải thành lập nhiều phương án, sau đó tính toán cụ thể từng

phương án và đánh giá chúng để từ đó lựa chọn ra phương án tối ưu nhất.

3.1.2. Phân tích các tài liệu khi thiết kế các phương án cầu:

3.1.2.1. Chọn vị trí cầu:

- Cầu nhỏ (L<25m): Vị trí cầu phụ thuộc vào tuyến đường. Do đó việc khảo sát và xây

dựng tuyến là hết sức quan trọng, xây dựng tuyến kết hợp với việc xây dựng cầu.

- Cầu lớn (L>100m): Tuyến đường phụ thuộc vào cầu. Như vậy việc khảo sát, lựa chọn

vị trí cầu là rất quan trọng nhằm chọn được vị trí xây dựng cầu hợp lý nhất sau đó có thể nắn

tuyến theo vị trí cầu đã chọn.

- Cầu trung (L=25÷100m): Phải xem xét cả hai khả năng cầu theo tuyến hoặc tuyến theo

cầu, sau đó so sánh phân tích xem phương án nào có lợi hơn thì lựa chọn và triển khai xây

dựng.

Trong thực tế, khi thành lập phương án cầu thì ta phải đưa ra rất nhiều các phương án vị

trí cầu khác nhau sau đó so sánh các phương án trên nhiều phương diện:

- Về mặt kỹ thuật: So sánh theo các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thi công và

bố trí công trường, …

Vị trí cầu nên tránh đặt tại các vị trí sau:

+ Cầu đi qua địa hình thấp, địa chất hai đầu cầu yếu dẫn đến việc xử lý lún phức tạp

và gặp rất nhiều khó khăn.

+ Không đặt cầu gần các căn cứ quân sự, sân bay hoặc những nơi yêu cầu phải đảm

bảo an ninh đặc biệt.

+ Không nên đặt cầu chéo với dòng chảy.

- Về mặt quy hoạch: Phải so sánh về việc phát triển các vùng lân cận trong tương lai,

vị trí cầu theo quan điểm bố trí kiến trúc tổng thể của khu vực và theo quan điểm quốc

phòng.

- Về mặt kinh tế: Phải so sánh theo giá thành (thi công và khai thác), so sánh về giá

thành vận doanh các phương án tuyến do các vị trí cầu khác nhau gây nên.



Vị trí cầu có liên quan chặt chẽ đến việc chọn phương án kết cấu nên sau khi phân

tích chọn được phương án cầu tốt nhất mới tiến hành thiết kế các phương án kết cấu ứng với

vị trí cầu đó một cách cụ thể.

3.1.2.2. Mặt cắt dọc tim cầu:

Dựa vào mặt cắt dọc tim cầu cho phép xác định vị trí của mố trụ, tránh đặt trụ vào chỗ

sâu nhất, phân bố các nhịp thông thuyền, xác định độ dốc dọc cầu (một chiều hay hai chiều).

3.1.2.3. Mặt cắt địa chất dọc tim cầu:

Căn cứ vào tình hình địa chất dọc đường tim cầu, sơ bộ xác định các loại móng cầu, đồng

thời xác định các phương án kết cấu nhịp (tĩnh định hay siêu tĩnh).

- Nếu trụ cao, địa chất xấu, tình hình thi công phức tạp, giá thành trụ sẽ đắt, khi đó nên

làm các kết cấu nhịp dài.

- Nếu địa chất tốt, tầng đất cứng nằm không sâu, điều kiện thi công dễ dàng thì có thể

dùng các kết cấu nhịp siêu tĩnh, các loại kết cấu nhịp có lực đẩy ngang.

3.1.2.4. Các số liệu thủy văn:

- Mực nước thấp nhất (MNTN):

+ Cho biết vị trí sâu nhất của lòng sông trong mùa cạn. Căn cứ vào những vị trí đó để

bố trí các nhịp thông thuyền theo bề rộng của sông. Tuy nhiên, ở những con sông dễ bị xói

lở cần tính đến khả năng di chuyển các khu vực sâu theo thời gian và như vậy luồng lạch để

tàu bè qua lại cũng phải dịch chuyển theo bề rộng ngang sông.

+ Xác định cao độ đỉnh bệ móng của trụ đặt trong nước: Có thể đặt bệ móng sát với

mặt đất hoặc cũng có thể đặt bệ móng nổi trên mặt đất. Trong trường hợp đặt bệ móng nổi

lên trên mặt đất, thì cao độ đỉnh bệ móng thông thường lấy thấp hơn MNTN tối thiểu là

0.5m. Vị trí đỉnh móng như vậy sẽ làm giảm khối lượng xây và giảm thu hẹp dòng chảy,

đồng thời còn đảm bảo vấn đề mỹ quan cho công trình cầu.

- Căn cứ vào MNCN để xác định chiều dài tính toán của khẩu độ thoát nước, đồng thời

xác định cao độ đỉnh xà mũ mố, trụ và cao độ đáy KCN:

+ Đỉnh xà mũ mố, trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m.

+ Đáy dầm không được vị phạm tĩnh không thông thuyền hoặc thông xe dưới cầu và

đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.5m đối với sông đồng bằng và 1m

đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi (đường ôtô).

+ Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm phải cao

hơn mặt đất tự nhiên ≥1m.

- Căn cứ vào MNTT và chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy KCN.

3.1.2.5. Khẩu độ thoát nước:

Từ khẩu độ thoát nước (L0) sẽ định ra chiều dài toàn bộ cầu.



3.1.3. Khổ giới hạn và khổ thông thuyền:

3.1.3.1. Khổ giới hạn:

- Khổ giới hạn thông xe trên cầu (thường gọi tắt là khổ giới hạn) là khoảng không gian

được giành riêng cho giao thông trên cầu mà không một kết cấu hay bộ phận kết cấu nào

được vi phạm khoảng không gian đó để đảm bảo an toàn giao thông.

- Khổ giới hạn trên cầu đường ôtô: Đối với cầu đường ôtô thì khổ giới hạn lấy theo các

tiêu chuẩn thiết kế đường tương ứng do Bộ Giao thông vận tải ban hành. Nói chung chiều

rộng mặt cầu thường gồm các phần sau:

+ Phần xe chạy có thể là: 4, 6, 7, 8, 9, 10.5, …(m).

+ Phần lề người đi bộ có thể là: 0.5, 1, 1.5, 2, … (m).

+ Phần lan can, dãy bảo vệ, dãy phân cách.

- Khổ giới hạn trên cầu đường sắt: Lấy theo kích thước như hình vẽ đối với khổ ray

1000mm và khổ ray 1435mm. (mục 2.3.3.4 trong 22TCN272-05).

Hình 3.1a: Trên đường sắt khổ 1000mm Hình 3.1b: Trên đường sắt khổ 1435mm

Trong đó:

+ Đương nét liền ____: Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo hơi

nước và điêzen.

+ Đường nét đứt -------: Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo

điện xoay chiều.

+ Số trong ngoặc đơn dùng khi có khó khăn về chiều cao.

3.1.3.2. Khổ thông thuyền:

- Khổ thông thuyền là khoảng không gian được dành cho giao thông đường thủy dưới

gầm cầu mà không một kết cấu hay bộ phận kết cấu nào được vi phạm vào khoảng không

gian đó để đảm bảo an toàn cho giao thông đường thủy.

- Khổ thông thuyền có dạng hình chữ nhật với kích thước Btt x Htt



Hình 3.2: Khổ thông thuyền.

- Khổ thông thuyền cần theo những quy định của nhiệm vụ thiết kế và quy định riêng tùy

thuộc vào cấp kỹ thuật đường thủy nội địa, tức là căn cứ vào cấp thông thuyền của sông.

Phù hợp với quy định thiết kế khổ giới hạn dưới cầu trên sông thông thuyền và những yêu

cầu chủ yếu về vị trí cầu.

Bảng: Khổ thông thuyền (bảng 2.3.3.1.1 trong 22TCN272-05).

Cấp

sông

Khẩu độ Btt Tĩnh không

Htt (m)

Tĩnh không

dây điệnSông Kênh

I 80 50 10 12

II 60 40 9 11

III 50 30 7 9

IV 40 25 6 (5) 8

V 25 20 3.5 8

VI 15 10 2.5 8

3.2. THÀNH LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU:

Căn cứ vào các số liệu khảo sát, ta đã dựng được mặt cắt sông tại vị trí xây dựng cầu.

Trên mặt cắt ngang có đầy đủ các số liệu thiết kế: các mực nước thiết kế, các lỗ khoan địa

chất, khẩu độ thoát nước (nếu có).

3.2.1. Xác định tổng chiều dài kết cấu nhịp:

- Trường hợp có khẩu độ thoát nước L0 (trên cơ sở tính toán thủy văn):

+ Dựng khẩu độ thoát nước trên mặt cắt sông.

+ Xác định vị trí đặt mố dự kiến: Vị trí hai mố cần đặt sao cho không được phép vi

phạm vào khẩu độ thoát nước dưới cầu L0.

+ Tổng chiều dài kết cấu nhịp được tính từ mép mố này đến mép mố bên kia.

- Trường hợp không có khẩu độ thoát nước L0: Đối với sông nhỏ thuộc vùng trung du và

miền núi, dòng chảy hẹp và rõ rệt, bờ dốc đứng: dùng phương án nước ngập đến đâu thì làm

cầu đến đó, vị trí hai mố cần đặt sao cho không được phép vi phạm vào mép của MNCN.

Tổng chiều dài kết cấu nhịp cũng được tính từ mép mố này đến mép mố bên kia.

3.2.2. Chọn và bố trí các nhịp cầu:

3.2.2.1. Xác định vị trí và khẩu độ nhịp chủ:

- Nhịp chủ là nhịp thông thuyền hoặc là nhịp có khẩu độ lớn nhất.



- Nhịp chủ được đặt tại vị trí chổ lòng sông nước sâu nhất trong mùa cạn (được xác định

căn cứ vào MNTN).

- Dựng khổ thông thuyền vào vị trí nhịp chủ ta sẽ xác định được khẩu độ nhịp chủ. Khẩu

độ nhịp chủ không được vi phạm vào bề rộng thông thuyền.

- Trong sơ đồ cầu phải bố trí ít nhất một nhịp thông thuyền (đối với sông thông thuyền).

Đối với trường hợp lòng sông có địa chất không ổn định có thể dịch chuyển lòng sông theo

mặt cắt ngang sông thì phải bố trí các nhịp thông thuyền dự phòng.

3.2.2.2. Chọn dạng và phân chia kết cấu nhịp:

- Căn cứ vào khẩu độ nhịp chủ cần thiết đã xác định ở trên để chọn dạng KCN chính sử

dụng:

+ KCN giản đơn: Cầu dầm BTCT, liên hợp thép - BTCT, dàn thép hoặc cầu vòm.

+ KCN liên tục: Cầu dầm liên tục liên hợp thép - BTCT, cầu dầm BTCT thi công theo

phương pháp đúc đẩy, đúc hẫng, cầu treo dây văng hoặc dây võng, …

- Sau đó ta lựa chọn dạng KCN dẫn (nếu có) sao cho phù hợp với KCN chính: Thường sử

dụng KCN dầm giản đơn có chiều dài bằng nhau đã được thiết kế định hình bằng thép hoặc

BTCT.

- Căn cứ vào dạng KCN nhịp chính, KCN dẫn, vị trí hai mố và căn cứ vào đặc điểm của

mặt cắt sông để tiến hành phân chia nhịp:

+ Đối với KCN giản đơn thì lựa chọn chiều dài KCN sau đó tính được số nhịp cần

thiết. Thông thường ta chọn số nhịp lẻ để tránh việc đặt trụ ở vị trí giữa sông và giữa khổ

thông thuyền.

+ Đối với KCN liên tục thì tùy dạng KCN sử dụng mà ta chọn sơ đồ nhịp và tỉ lệ phân

chia nhịp khác nhau (thường dùng làm KCN chính).

Các chiều dài nhịp tham khảo:

Đối với các KCN cầu nhỏ hoặc cầu dẫn thì nên dùng các KCN giản đơn định hình:

- Cầu BTCT thường: L=9, 12, 15, 18m.

- Cầu BTCT DƯL:

+ Cầu dầm I, T: L=21, 24.54, 28, 30, 33m.

+ Cầu dầm Super T: L=38, 40m.

- Cầu dầm thép liên hợp bản BTCT: L=21, 24, 28, 30, 33m.

- Cầu dầm thép ứng suất trước Prebeam L=38÷42m.

Đối với các KCN cầu trung và cầu lớn thì chiều dài nhịp phụ thuộc nhiều vào loại kết cấu

và công nghệ thi công:

- Cầu dầm thép liên hợp bản BTCT: L≤90m.

- Cầu dầm BTCT DƯL thi công theo phương pháp đúc hẫng: L≤150m.



- Cầu dàn thép: L≤150m.

- Cầu treo: L=150÷450m.

3.2.3. Xây dựng đường mặt cầu:

- Căn cứ vào các cấp thiết kế của tuyến đường ta xác định các yếu tố đặc trưng hình học

cơ bản của tuyến như: độ dốc dọc id, bán kính đường cong đứng, …

+ Độ dốc dọc:

Đối với cầu có 1 nhịp giản đơn có thể lấy id=0%.

Đối với cầu nhỏ nhịp giản đơn có thể lấy id=1÷2%.

Đối với cầu trung và lớn (dầm liên tục và nhịp dẫn giản đơn) có thể lấy id≤5%.

Hai nhịp kề nhau độ dốc không được chênh qua 2% để xe chạy êm thuận.

+ Thông thường đặt toàn bộ cầu hoặc một phần của cầu nằm trên đường cong đứng có

bán kính R=3000÷12000m. Thông thường lấy R=5000÷6000m.

- Căn cứ vào tổng chiều dài KCN tính từ mép mố bên này đến mép mố bên kia đã xác

định ở trên thì ta có thể xác định được đường mặt cầu có thể bao gồm cả phần đoạn thẳng và

đoạn cong tròn hoặc có thể chỉ có phần đường cong tròn.

- Thông thường với KCN giản đơn, thì ta đặt KCN trên đường thẳng mà không cần bố trí

trên đường cong tròn để đơn giản trong thi công. Nếu số nhịp chẵn thì ta có thể bố trí cầu có

độ dốc về hai phía từ đỉnh trụ giữa, còn nếu số nhịp lẻ thì ta có thể đặt nhịp giữa có độ dốc

dọc id=0% và các nhịp biên có độ dốc dọc id=1÷2% về hai phía.

3.2.4. Xây dựng đường đáy kết cấu nhịp:

- Căn cứ vào dạng KCN và chiều dài nhịp để lựa chọn, xác định sơ bộ chiều cao dầm

theo công thức kinh nghiệm hoặc theo KCN đã định hình sẳn.

- Dựng đường đáy KCN theo chiều cao dầm sơ bộ đã lựa chọn.

3.2.5. Áp kết cấu nhịp vào mặt cắt sông:

Di chuyển KCN đã dựng xuống mặt cắt sông theo phương thẳng đứng sao cho đảm bảo

đồng thời các yêu cầu:

- Đáy KCN tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN tối thiểu 0.5m đối với sông đồng bằng và

1.0m đối với sông miền núi có đá lăn, cây trôi (đường ôtô).

- Cao độ đỉnh xà mũ mố trụ phải lớn hơn MNCN tối thiểu là 0.25m. Khi đó cao độ đáy

KCN được xác định thông qua cao độ đỉnh xà mũ mố trụ, chiều cao gối và đá kê gối.

- KCN ở nhịp thông thuyền không được phép vi phạm khổ thông thuyền.

3.2.6. Xác định chiều cao mố, trụ:

- Xác định chiều cao mố: Căn cứ vào cao độ của đáy KCN tại vị trí mố cầu ta xác định lại

chính xác loại mố, chiều cao và các kích thước của mố để đảm bảo mố có thể đỡ được KCN

mà vẫn thỏa mãn được các yêu cầu đối với vị trí của mố.

- Xác định chiều cao trụ:



+ Căn cứ vào đáy KCN, chiều cao gối và đá kê gối ta xác định được cao độ của đỉnh

xà mũ trụ. Đồng thời cao độ đỉnh xà mũ trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m.

+ Căn cứ vào MNTN, xác định cao độ đỉnh bệ trụ (đã trình bày ở trên).

+ Từ đó ta xác định được chiều cao trụ.

3.3. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TRÌNH VÀ TỔNG MỨC ĐẦU TƯ:

3.4. THIẾT KẾ THẨM MỸ VÀ CẢNH QUAN:

3.5. SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN:

- Phân tích tổng mức đầu tư của mỗi phương án có xét đến các yếu tố:

+ Thời gian hoàn vốn.

+ Chi phí duy tu, bảo dưỡng.

+ Vốn đầu tư ban đầu xây dựng công trình.

- Thống kê toàn bộ khối lượng vật liệu:

+ Cát, đá, sỏi, …

+ Xi măng, cốt thép…

+ Đà giáo, ván khuôn và các thiết bị phục vụ thi công khác, …

- So sánh các phương án về mặt công nghệ chế tạo và thi công:

+ Nên chọn những phương án có biện pháp đã được kiểm chứng và có thể tiến hành

thực hiện thành thạo.

+ Ưu tiên những phương án thi công hiện có trong nước.

+ Ưu tiên những phương án có công nghệ thi công mới cho dạng kết cấu mới.

- So sánh các phương án về mỹ quan, kiến trúc và đảm bảo yêu cầu về an ninh, quốc

phòng.

- So sánh các phương án về công tác duy tu, bảo dưỡng và thay thế khi cần thiết.


CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 4:

MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI

4.1. CẤU TẠO MẶT CẦU:

4.1.1. Mặt cầu ôtô:

Mặt cầu ôtô là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với bánh xe của hoạt tải nên phải đáp ứng các

yêu cầu như:

- Đảm bảo cường độ.

- Ít bị mài mòn, bằng phẳng để xe chạy êm thuận, không gây xung kích.

- Thoát nước nhanh.

- Trọng lượng bản thân nhẹ để giảm tĩnh tải.

Lí p phñ mÆt cÇu

2% 2%

Hình 4.1: Mặt cầu ôtô.

4.1.1.1. Mặt cầu bằng bêtông Atphalt:

a. Cấu tạo:

2%

50

10

30

l í p bª t « ng asphal t dµy 5c m

l í p bª t « ng b¶o vÖ dµy 3c ml í p phßng n í c dµy 1c m

l í p mui l uyÖn dµy 9c m (t ¹ i t im c Çu)

Hình 4.2: Mặt cầu bêtông atphalt.

- Lớp mui luyện (lớp vữa đệm):

+ Làm bằng vữa xi măng cấp fc’=18÷24Mpa (mác 150÷200 theo 22TCN18-79).

+ Chiều dày =1÷1.5cm (tại vị trí sát gờ chắn lan can) rồi tăng dần theo độ dốc ngang

về phía trục đối xứng giữa mặt cắt ngang nhịp.

+ Tác dụng: Tạo độ bằng phẳng hoặc độ dốc ngang cầu.

- Lớp phòng nước:



+ Gồm một lớp nhựa đường nóng, một lớp vải thô tẩm nhựa và trên cùng phủ tiếp một

lớp nhựa nóng.

+ Chiều dày =1÷1.5cm.

+ Tác dụng: Bảo vệ bản mặt cầu khỏi bị ngấm nước.

- Lớp bêtông bảo vệ:

+ Làm bằng bêtông cấp fc’≥24Mpa (mác≥200 theo 22TCN18-79). Để tăng tác dụng

của lớp bảo vệ và độ bền của lớp này, thường đặt lưới cốt thép có =3÷4mm với ô lưới

5x5cm hoặc 10x10cm.

+ Chiều dày =3÷4cm.

+ Tác dụng: Chịu áp lực cục bộ từ bánh xe truyền xuống và phân đều xuống bản mặt

cầu.

- Lớp bêtông asphalt:

+ Làm từ hỗn hợp bêông nhựa rải nóng hoặc rải ấm.


+ Tác dụng: Tạo ra mặt đường êm thuận cho xe chạy, hạn chế lực xung kích truyền

xuống bản mặt cầu.

b. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng:

- Mặt cầu bằng bêtông Atphalt có khả năng chống thấm tốt, thi công nhanh.

- Tạo ra mặt đường êm thuận cho xe chạy, hạn chế lực xung kích truyền xuống bản

bêtông mặt cầu và hạn chế tiếng ồn.

- Giá thành rẻ hơn mặt cầu bằng bêtông xi măng.

- Tuổi thọ thấp khoảng 1020 năm và nhanh bị hao mòn do đó tăng chi phí duy tu bảo

dưỡng.

- Hiện nay mặt cầu bằng bêtông atphalt đang được áp dụng phổ biến.

4.1.1.2. Mặt cầu bằng bêtông ximăng:

a. Cấu tạo:

l í p bª t « ng xi m¨ ng m¸ c 300 dµy 8c m ®Æt

l í i c è t t hÐp d6, b í c c è t t hÐp 10x10c ml í p phßng n í c dµy 1c m

l í p mui l uyÖn dµy 9c m (t ¹ i t im c Çu)

1080

2%

Hình 4.3: Mặt cầu bêtông ximăng.



- Lớp mui luyện (lớp vữa đệm): Giống trên.

- Lớp phòng nước: Giống trên.

- Lớp bêtông cốt thép:

+ Cấu tạo bằng bêtông cấp fc’30Mpa (mác≥300 theo 22TCN18-79).


+ Lưới cốt thép =6÷8mm, bước 10x10cm.

+ Tác dụng: Chịu áp lực cục bộ từ bánh xe truyền xuống và phân đều xuống bản

bêtông mặt cầu. Đồng thời tạo ra mặt đường cho xe chạy.


- Mặt cầu bêtông ximăng có tuổi thọ khoảng 50÷60 năm (cao hơn mặt cầu bằng bêtông

Atphalt) và ít bị hao mòn do đó giảm chi phí duy tu bảo dưỡng.

- Mặt cầu bằng BTXM có khả năng chống thấm tốt.

- Mặt đường không êm thuận cho xe chạy, gây ra lực xung kích và tiếng ồn lớn khi có xe

chạy qua cầu.

- Giá thành đắt hơn mặt cầu bằng bêtông Atphalt.

- Hiện nay mặt cầu bằng BTXM ít được áp dụng.

4.1.1.3. Mặt cầu bằng thép:

Trong cầu thép, để giảm tĩnh tải mặt cầu có thể cấu tạo mặt cầu bằng thép.

a. Mặt cầu bằng thép bản trực hướng:

Cấu tạo:

Hình 4.4: Mặt cầu bản thép trực hướng.

- Bản thép:

+ Chiều dày =12÷24mm.

- Sườn tăng cường dọc và ngang:

+ Làm từ các dải thép bản hành đính vào mặt dưới của tấm thép.

+ Các sườn tăng cường bố trí đứng hoặc nghiêng.



+ Tại chỗ giao nhau giữa sườn dọc và ngang thì sườn ngang thường được khoét lỗ

để cho sườn dọc được liên tục.

Cấu tạo sườn dọc:

+ Khoảng cách giữa các sườn dọc thường từ 30÷50cm.

+ Dạng mặt cắt hở: Cấu tạo từ thép bản, thép hình I, L, [ hoặc T ngược. Dạng

mặt cắt hở có cấu tạo đơn giản, tuy nhiên khả năng tăng cường độ cứng chống xoắn cho bản

thép mặt cầu kém.

Hình 4.5: Dạng sườn dọc có mặt cắt hở.

+ Dạng mặt cắt kín: Cấu tạo từ thép bản được hàn thành các tiết diện chữ V, U

hoặc hình bán nguyệt. Loại mặt cắt này có khả năng tăng cường độ cứng chống xoắn và

chịu uốn cho bản thép tốt hơn so với mặt cắt hở.

Hình 4.6: Dạng sườn dọc có mặt cắt kín.

Cấu tạo sườn ngang:

+ Có tác dụng liên kết các dầm chủ hoặc các mặt phẳng dàn chủ, đồng thời đỡ hệ

thống sườn dọc và bản mặt cầu.

+ Sườn ngang thường được cấu tạo từ các dầm định hình hoặc dầm tổ hợp có

dạng mặt cắt chữ I hoặc [.

+ Khoảng cách giữa các sườn ngang thường từ 2÷4m.

- Lưới cốt thép:

+ Làm từ các thanh cốt thép đường kính 6mm với bước cốt thép 10÷15cm.

+ Tác dụng: Để cho lớp bêtông asphalt hoặc bêtông ximăng dính kết tốt với tấm

thép mặt cầu.



- Lớp phủ bêtông asphalt hoặc bêtông ximăng:


Ưu, nhược điểm:

- Kết cấu mặt cầu kiểu này tham gia chịu lực cùng dầm chủ như là một bộ phận của

dầm chủ.

- Không cần cấu tạo lớp phòng nước vì các tấm thép dùng làm mặt cầu là loại thép

không gỉ.

- Loại mặt cầu này đáp ứng tốt yêu cầu về sử dụng như độ bằng phẳng, độ nhám, đồng

thời không cần thiết đến hệ thống thoát nước.

- Cầu bản trực hướng có trọng lượng bản thân nhẹ nên nó đặc biệt thích hợp với các

nhịp dài khi tỉ số momen do tĩnh tải và hoạt tải lớn.

- Giá thành loại mặt cầu này cao hơn so với các loại mặt cầu khác.

- Kết cấu bản trực hướng có thể áp dụng cho bản mặt cầu hoặc cho cả dầm chủ trong

trường hợp dầm hộp.

b. Mặt cầu bằng thép dạng sàn mắt cáo:

Ngoài ra, còn có kiểu mặt cầu bằng thép làm dưới dạng sàn mắt cáo rỗng có trọng lượng

rất nhẹ. Loại mặt cầu này đáp ứng tốt các yêu cầu về sử dụng như độ bằng phẳng, độ nhám

đồng thời lại không cần thiết đến hệ thống thoát nước nhưng có nhược điểm là đắt tiền.

4.1.2. Mặt cầu đường sắt:

Mặt cầu đường sắt có 3 loại chính: Mặt cầu có máng đá dăm (balát), mặt cầu có tà vẹt đặt

trực tiếp lên dầm và mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu (không có tà vẹt và đá

balát).

4.1.2.1. Mặt cầu có máng đá balát:

a. Cấu tạo:

200 200

1435

3500

M¸ng ® d¨m§ ¸ bal t

Tµ vÑt gç

Ray chÝnhRay phô

400

200

Hình 4.7: Mặt cầu đường sắt có máng đá balát.



- Ray đặt trên tà vẹt, dưới tà vẹt là đá balát.

- Bản mặt cầu BTCT thường có dạng lòng máng để chứa đá dăm.

- Chiều rộng lòng máng lớn hơn 3400mm với khổ đường ray 1435 và lớn hơn 2600mm

với khổ đường ray 1000.

- Khoảng cách giữa ray chính và ray phụ a=20÷24cm.

- Chiều dày lớp đá balát dưới tà vẹt h≥20cm.

b. Ưu, nhược điểm:

- Loại mặt cầu có máng đá dăm tạo ra sự đồng nhất về độ cứng giữa đường và cầu nên

đảm bảo tàu chạy êm thuận, hạn chế tối đa lực xung kích.

- Trong trường hợp cầu đặt trên đường cong bằng thì loại mặt cầu này cho phép tạo được

siêu cao bằng cách thay đổi chiều dày của lớp đá dăm.

- Nhược đỉểm chính của loại mặt cầu này là làm tăng tĩnh tải mặt cầu và tăng chiều cao

kiến trúc của cầu nên hiện nay ít sử dụng (đặc biệt là trong cầu dàn thép).

4.1.2.2. Mặt cầu trần (tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm):

a. Cấu tạo:

300

200

200300 200

1435

Tµ vÑt gç

Gç gê200x160

Ray chÝnhRay phô

Hình 4.8a: Mô hình mặt cầu trần có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm.

- Tà vẹt:

+ Dài L=3m.

+ Có tiết diện ngang ít nhất là 20x24cm (cho khổ 1435) và 20x22cm (cho khổ 1000).

+ Khoảng cách giữa các tà vẹt là 10÷15cm.

- Thanh gỗ dọc (gỗ gờ):

+ Tiết diện 20x16cm.

+ Gỗ gờ khắc sâu 2cm tại những chỗ áp vào tà vẹt và liên kết với tà vẹt bằng bulông.

+ Khoảng cách giữa mép ray chính và gỗ gờ vào khoàng 30÷40cm.

+ Tác dụng: Giữ cho các tà vẹt không bị xô lệch đi, đồng thời cũng có tính chất như

một ray bảo vệ đặt ở phía bên ngoài.

- Ray phụ:

+ Khoảng cách giữa mép trong của ray chính và ray phụ là 20÷24cm.

+ Ray phụ thường có cùng số hiệu với ray chính hoặc có số hiệu nhỏ hơn.



+ Ray phụ được bố trí trong phạm vi trên cầu và đoạn đường đầu cầu có chiều dài L

10 và được uốn nối chập lại với nhau nhằm mục đích dẫn hướng cho bánh xe đi vào lòng

giữa ray chính và ray phụ.

+ Tác dụng: Đề phòng trường hợp xảy ra trượt bánh thì bánh xe không lăn đi quá xa

đường ray.


- Mặt cầu loại này có cấu tạo đơn giản, giảm được tĩnh tải mặt cầu và chiều cao kiến trúc

của cầu nên được áp dụng khá phổ biến.

- Nhược điểm chính là khó đảm bảo sự đồng nhất về độ cứng giữa đường trên cầu và

ngoài cầu nên thường gây ra lực xung kích và tiếng ồn lớn khi có tàu.

- Khó tạo được siêu cao khi cầu đặt trên đường cong bằng.

Hình 4.8b: Mặt cầu trần có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm.

4.1.2.3. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu:

a. Cấu tạo:

B¶n thÐp 10mm

§ Öm gç

B¶n bªt«ng mÆt cÇu B¶n thÐp 30mm

Bul«ng

R«ng ®enB¶n ®Öm

§ Öm cao su

ThÐp gãc

§ Öm thÐp

Hình 4.9a: Mô hình mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu.

- Ray được liên kết trực tiếp với bản bêtông mặt cầu.

- Dưới ray có bản đệm cao su và bản đệm thép, dùng bulông hoặc cóc để liên kết ray, có

thể dùng thép góc để thay ray phụ.

- Tốc độ tàu chạy càng cao, cấp tải trọng càng lớn thì cấu tạo của liên kết này càng phức

tạp.



Hình 4.9b: Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu.


- Do không có máng đá dăm và tà vẹt nên kiểu mặt cầu này giảm chiều cao kiến trúc và

tĩnh tải của kết cấu nhịp, tiết kiệm vật liệu và chi phí duy tu sửa chữa máng đá dăm tà vẹt.

- Hình dáng dầm cầu bêtông đơn giản, dễ thi công vì bỏ được gờ máng đá dăm.

- Nhược điểm là cấu tạo liên kết ray càng phức tạp khi tốc độ chạy tàu càng nhanh.

- Độ êm thuận khi tàu ra vào cầu kém hơn so với mặt cầu có máng đá dăm.

- Đối với cầu có đường sắt và ôtô đi chung thì kiểu mặt cầu này khá thích hợp.

4.2. PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRÊN CẦU:

4.2.1. Độ dốc phòng nước trên cầu:

4.2.1.1. Độ dốc dọc cầu:

a. Vai trò:

- Nhằm đảm bảo thoát nước theo phương dọc cầu.

- Giảm chiều dài toàn cầu và chiều cao nền đường đắp đầu cầu, từ đó giảm giá thành xây

dựng.

- Tạo hình dáng kiến trúc.

b. Chỉ dẫn thiết kế độ dốc dọc:

- Độ dốc dọc được chọn căn cứ vào cấp thiết kế của tuyến đường (Tiêu chuẩn thiết kế

đường ôtô TCVN4054-2005). Độ dốc dọc càng lớn, thoát nước càng nhanh tuy vậy độ dốc

dọc quá lớn sẽ có thể làm thay đổi sự làm việc của công trình và gây ra những khó khăn cho

xe chạy.

- Thông thường để đảm bảo êm thuận cho xe chạy và tránh gây phức tạp trong quá trình

thi công kết cấu nhịp, người ta bố trí độ dốc dọc của cầu id=1÷5%.



Cấp thiết kế đường

(đồng bằng)Vận tốc thiết kế (Km/h) idmax(%) Rdmin(m)

VI 30 9 400

V 40 7 700

IV 60 6 2500

III 80 5 4000

II 100 4 6000

I 120 3 11000

c. Cách tạo độ dốc dọc:

- Đối với cầu nhỏ và trung (L≤100m) thì độ dốc dọc được tạo bằng cách thay đổi cao độ

đỉnh trụ hoặc thay đổi chiều cao đá kê gối. Cũng có thể làm độ dốc dọc một chiều hoặc độ

dốc dọc bằng không.3300033000330006000 33000 33000

2% 2% 0% 0% 2%

6000

2%

Hình 4.10a: Độ dốc dọc cầu đối xứng về hai phía.

2%2%2%

Hình 4.10b: Độ dốc dọc cầu về một phía.

- Đối với cầu lớn (L>100m) thì ta có thể bố trí toàn bộ cầu hoặc hoặc một phần chiều dài

cầu nằm trên đường cong đứng có bán kính Rd=3000÷12000m ứng với cấp đường.

4.2.1.2. Độ dốc ngang cầu:

a. Vai trò:

- Nhằm đảm bảo thoát nước theo phương ngang cầu.

b. Chỉ dẫn thiết kế về độ dốc ngang:

- Độ dốc ngang được lựa chọn căn cứ vào cấp thiết kế của tuyến đường.

- Thông thường để đảm bảo thoát nước thì ta chỉ cần bố trí độ dốc ngang in=1.5÷2%.

- Trong trường hợp cầu nằm trên đường cong bằng thì tạo siêu cao ta có thể bố trí cầu có

độ dốc ngang in=5÷6%.

- Đường người đi trên cầu thường làm dốc ngang in=1÷1.5% về phía tim cầu.



Hình 4.11a: Tạo dốc ngang cầu.

c. Cách tạo độ dốc ngang:

- Độ dốc ngang được tạo bằng cách thay đổi chiều dày lớp vữa đệm (lớp mui luyện) hoặc

thay đổi chiều cao đá kê gối theo phương ngang cầu.

- Đối với mặt cầu bằng BTCT đổ tại chỗ thì độ dốc ngang được tạo ngay trong quá trình

đổ bêtông.

2%2%

Hình 4.11b: Độ dốc ngang được tạo ngay trong quá trình thi công.

4.2.2. Ống thoát nước trên cầu:

4.2.2.1. Yêu cầu:

- Cần bố trí ống thoát nước sao cho mưa thoát nhanh và không thấm vào mặt ngoài của

cầu hoặc chảy lên nền đường chui dưới cầu.

- Ống thoát nước phải đảm bảo thoát hết nước đọng trên mặt cầu và dễ thay thế, dọn dẹp

khi cần thiết.

- Nếu thiết kế không hợp lý và thi công sai sót sẽ dẫn đến giảm tuổi thọ của cầu do vùng

BTCT ở lân cận ống thoát nước bị hư hỏng.

4.2.2.2. Cấu tạo ống thoát nước:

- Các ống thoát nước có thể cấu tạo bằng gang đúc, nhựa PVC hoặc tôn uốn thành dạng

ống tròn.

- Đường kính ống ≥15cm.

- Miệng ống phải có nắp đậy chắn rác.

- Đầu dưới phải nhô ra khỏi bề mặt bêtông bản mặt cầu a≥10cm để tránh nước không

chảy tạt vào bản bêtông.



è ng tho¸t n í cè ng tho¸t n í c

Tim è ng t ho ¸ t n í c

Bª t « ng c ¸ nh dÇm

Bª t « ng h¹ t nhá M400

n¾p c h¾n r ¸ c

è ng t ho ¸ t n í c

Hình 4.12a: Cấu tạo ống thoát nước bằng gang đúc.

1/2 mÆt c ¾t t ¹ i gè i 1/2 mÆt c ¾t g i÷a nhÞp12000

500 11000 500



è ng nè i

l ç t h¸ o n í cn¾p c h¾n r ¸ c

250

10152001515

10

300

250

15

1015

10

198

212

250

140

7

216

202

77

250

1515

3015

20

60230022082700

575 250

10

15

2525

8.9

226

18023 23

276

2330

2030

2020

3030

2030

176

196

Hình 4.12b: Cấu tạo ống thoát nước PVC.

4.2.2.3. Nguyên tắc bố trí ống thoát nước:

- Diện tích ống:

+ Trên cầu đường ôtô: Cứ 1m2 bề mặt hứng mưa của cầu phải bố trí 1cm2 diện tích lỗ

thoát nước.

+ Trên cầu đường sắt: Cứ 1m2 bề mặt hứng mưa của cầu phải bố trí 4cm2 diện tích lỗ

thoát nước.

- Khoảng cách giữa các ống:

+ Khoảng cách giữa các ống d≤15m.

+ Nếu độ dốc dọc cầu id<2% thì cứ 6÷8m phải bố trí 2 ống thoát nước sát lề đi bộ, đối

diện và so le nhau.

+ Nếu cầu có L<50m và độ dốc dọc cầu id≥2% thì có thể không cần bố trí ống thoát

nước nhưng phải có biện pháp thoát nước sau mố.

+ Nếu cầu có L≥50m và độ dốc dọc cầu id≥2% thì cứ 10÷15m phải bố trí 1ống thoát

nước.



+ Khoảng cách từ tim ống đến mép đá vỉa (mép chân lan can) từ 20÷40cm.

è ng t ho ¸ t n í c

Hình 4.13: Bố trí ống thoát nước.

- Trong những trường hợp nhạy cảm về môi trường, không thể xả nước trực tiếp từ mặt

đường xuống sông ở phía dưới cần xem xét giải pháp dẫn nước theo đường ống dọc gắn ở

phía dưới kết cấu nhịp và xả vào nơi phù hợp trên mặt đất tự nhiên.

Hình 4.14: Giải pháp dẫn ống thoát nước cầu.

4.3. KHE CO GIÃN TRÊN CẦU:

4.3.1. Vai trò của khe co giãn:

- Công trình cầu chịu ảnh hưởng dài lâu của hoàn cảnh tự nhiên như: gió thổi, mặt trời

chiếu vào, chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm. Đặc biệt là kết cấu nhịp dưới tác động của

nóng lạnh sinh ra nội lực của biến dạng co ngót, từ biến do đó phát sinh ra các biến dạng.

Khi sự co giãn không đều và lặp đi lặp lại lâu ngày khiến cho kết cấu bị nứt.



- Ngoài ra dưới tác động của các lực ngang theo phương dọc cầu thì kết cấu nhịp có sự

chuyển vị: chuyển vị xoay và chuyển vị tịnh tiến. Nếu không đảm bảo cho đầu kết cấu nhịp

có được các chuyển vị này thì cũng sẽ dẫn đến hiện tượng nứt và xuất hiện nội lực phụ trong

dầm.

=> cần thiết phải bố trí khe co giãn trên cầu nhằm mục đích: Đảm bảo cho đầu kết cấu

nhịp có thể chuyển vị tự do dưới tác dụng của hoạt tải, thay đổi nhiệt độ, từ biến và co ngót

của bêtông.

4.3.2. Yêu cầu đối với khe co giãn:

- Đảm bảo đủ độ bền, có tuổi thọ tương đối cao để hạn chế chi phí duy tu bảo dưỡng và

thay thế.

- Đảm bảo cho xe chạy êm thuận, hạn chế lực xung kích và tiếng ồn khi có xe chạy.

- Đảm bảo kín và thoát nước tốt, chống rò rỉ nước và các mảnh vụn gạch đá của lòng

đường.

- Khe co giãn phải có cấu tạo đơn giản, dễ thi công, dễ kiểm tra và thay thế, sửa chữa khi

cần thiết.

4.3.3. Các loại khe co giãn:

4.3.3.1. Khe co giãn hở:

a. Phạm vi sử dụng:

Đối với các cầu có chiều dài nhịp nhỏ L≤15m với các chuyển vị nhỏ =1÷2cm thì ta có

thể sử dụng khe co giãn hở.

b. Cấu tạo:

- Khe co giãn chỉ gồm các thanh thép góc tại đầu dầm để tăng cường độ cứng cho đầu

dầm và đảm bảo cho nước không thấm vào bêtông dầm.

- Phía dưới bố trí máng hứng nước bằng cao su để nước không chảy xuống gối cầu và xà

mũ mố, trụ.

Hình 4.15: Khe co giãn hở.

c. Ưu, nhược điểm:

Khe co giãn loại này có cấu tạo rất đơn giản, thực chất là các chi tiết được bố trí chỉ để

đảm bảo thoát nước. Nhược điểm chính là không kín nước, rất dễ bị đọng rác làm tắc khe co

giãn. Đồng thời gây ra tiếng ồn khi có xe chạy.



4.3.3.2. Khe co giãn kín:


Áp dụng cho các chuyển vị = 2 3cm.

b. Cấu tạo:

- Có tầng phòng nước liên tục còn tầng bêtông bảo hộ gián đoạn qua khe.

- Khe có bộ phận co giãn bằng đồng thau hoặc tôn tráng kẽm.

- Lớp nhựa matít nhựa: Tăng độ đàn hồi để 2 đầu dầm dãn ra một cách tự do.

Hình 4.16: Khe co giãn kín.


- Xe chạy êm thuận.

- Chế tạo phức tạp hơn khe co giãn hở.

4.3.3.3. Khe co giãn cao su chịu nén:


Khe co giãn loại này cũng chỉ nên áp dụng cho các chuyển vị nhỏ = 1 2cm với chiều

dài nhịp L 15m.

b. Cấu tạo:

- Nhược điểm chính của khe co giãn hở là không kín nước đồng thời gây ra tiếng ồn lớn

khi có xe chạy. Để khắc phục nhược điểm trên thì ta sử dụng tấm cao su chịu nén được đặt

ép chặt vào khe hở giữa hai đầu dầm.

- Bề mặt cao su được đặt thấp hơn 5mm so với mặt cầu để tránh hư hỏng do xe cộ.

Hình 4.17: Khe co giãn cao su chịu nén.




Tấm cao su vừa có tác dụng tạo ra sự co giãn đàn hồi cho đầu dầm, chống thấm nước vừa

hạn chế được lực xung kích cũng như tiếng ồn khi có xe chạy.

4.3.3.4. Khe co giãn cao su bản thép:


Được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay. Áp dụng cho các chuyển vị =1.5÷2cm với

các nhịp nhịp cầu L=15÷30m.

b. Cấu tạo:

- Khe co giãn gồm 1 khối cao su có cách rãnh dọc để tăng độ biến dạng, các bản thép có

chiều dày 6÷8mm nằm trong tấm cao su có tác dụng làm tăng độ cứng chịu nén và chịu uốn

của tấm.

- Các tấm cao su được ghép nối dài bằng keo. Các tấm này được đặt qua khe hở giữa hai

đầu dầm và neo vào bản bêtông mặt cầu bằng các bulông neo đặt chìm.

- Các bulông neo được liên kết hàn với các thanh cốt thép chờ đặt sẵn trong kết cấu nhịp.

Cèt thÐp ®Þnh vÞ 16Cèt thÐp chê 20

V÷a kh«ng co ngãt

TÊm cao su

Bu l«ng neo 20


Hình 4.18: Khe co giãn cao su bản thép.


Khe co giãn cao su bản thép đảm bảo xe chạy êm thuận, hạn chế được lực xung kích và

tiếng ồn. Có tuổi thọ cao, dễ thi công và dễ thay thế, sửa chữa khi cần thiết.

4.3.3.5. Khe co giãn bản thép trượt:


Loại khe co giãn này có thể dùng cho các kết cấu nhịp cầu trung có chiều dài nhịp L = 30

50m chuyển vị lớn lên tới = 4 5cm.

b. Cấu tạo:

- Khe co giãn bản thép trượt gồm một tấm thép dày d = 10 20mm phủ trên khe hở giữa

hai đầu dầm, một đầu tấm thép được hàn vào một thép góc và đầu kia trượt tự do trên mặt

thép góc đối diện. Các thép góc được neo vào đầu dầm nhờ các thép neo.

- Để tránh nước rò rỉ xuống gối cầu, dưới khe đặt máng thoát nước bằng cao su hoặc thép

hình.



Hình 4.19: Khe co giãn bản thép trượt.


Mặt cầu xe chạy không bằng phẳng và gây tiếng ồn lớn khi xe qua lại trên các mặt tiếp

xúc của thép do các bản thép va đập vào nhau, vì vậy trong các cầu hiện đại, loại này được

áp dụng một cách hạn chế.

4.3.3.6. Khe co giãn răng lược, răng cưa:


Loại khe co giãn này có thể dùng cho các kết cấu nhịp cầu có chiều dài nhịp L = 30

100m chuyển vị lớn lên tới = 10 15cm.

b. Cấu tạo:

- Khe co giãn kiểu răng lược hoặc răng cưa gồm các bản thép được xen kẽ với nhau theo

dạng răng lược hoặc răng cưa trên mặt cầu. Các bản thép này được hàn cố định vào đầu các

dầm chuyển vị qua các thép góc.

- Loại khe co giãn này thường được bố trí kèm với rãnh thoát nước bên dưới là một máng

cao su thông với hệ thống thoát nước, có thể được gắn vào đầu dầm bằng hàn và bulông qua

các bản thép mỏng.

Hình 4.20: Khe co giãn răng lược, răng cưa.


- Đảm bảo được chức năng của một khe co giãn cho sự chuyển tiếp các nhịp dài.



- Giá thành rẻ hơn các loại khe co giãn khác cùng khả năng.

- Mặt cầu chạy không bằng phẳng do chiều dày bản thép trượt và gây tiếng ồn lớn khi xe

qua lại trên các mặt tiếp xúc của thép do các bản thép va đập vào nhau.

- Dễ bị đọng rác, cát vào máng cao su.

4.3.3.7. Khe co giãn môđun:


Áp dụng cho các cầu lớn có chiều dài nhịp L > 100m và có chuyển vị lớn = 10 120cm.

b. Cấu tạo:

- Khe gồm các bộ phận chính như dầm đỡ (1), dầm dọc hình ray (2), gối trượt (3), lò xo

trượt (4), lò xo kiểm tra (5) và các dải cao su kín nước (6).

Hình 4.21a: Khe co giãn môđun.

Hình 4.21b: Cấu tạo và thi công khe co giãn môđun.

- Các dầm đỡ được đặt trong các hốc chừa sẵn, vượt qua chiều rộng khe. Các dầm đỡ có

thể trượt hai đầu trên gối, trượt theo phương chuyển động của kết cấu nhịp. Trên dầm đỡ có

bản hàn sẵn để đặt dầm dọc hình ray (dọc theo khe), tạo thành mạng dầm. Mỗi dầm dọc

được hàn với một dầm đỡ đã được định sẵn. Lò xo kiểm tra được đặt giữa các dầm đỡ để

khống chế khoảng cách bên trong của các dầm dọc như nhau và đảm bảo chiều rộng toàn bộ



khe. Đầu dầm dọc có tạo các ngàm để móc các dải cao su kín nước. Các khe hở giữa các

dầm dọc có chiều rộng giới hạn là 80mm.


- Công nghệ hiện đại áp dụng cho các cầu nhịp lớn.

- Cấu tạo phức tạp, đòi hỏi trình độ thi công nên giá thành cao hơn các loại khe co giãn

cùng khả năng.

4.4. MẶT CẦU LIÊN TỤC NHIỆT ĐỘ:

4.4.1. Sự cần thiết bố trí mặt cầu liên tục nhiệt độ:

- Sau một thời gian sử dụng các khe co giãn thường hay bị hư hỏng: các phần bằng thép

có thể bị gỉ, khe có thể bị kẹt bị rác bụi và không hoạt động, phần cao su có thể bị mài mòn,

lão hóa, phần bêtông tiếp giáp với khe có thể bị bong, …

- Để giảm số lượng khe co giãn trên cầu, xe chạy êm thuận hơn, giảm chi phí duy tu sửa

chữa cầu.

4.4.2. Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ:

- Trường hợp xà mũ có cấu tạo bình thường:

Hình 4.22a: Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ.

- Trường hợp xà mũ có dạng chữ T hoặc xà mũ ẩn.

Hình 4.22b: Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ.



4.4.3. Đặc điểm làm việc:

- Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng thì kết cấu nhịp vẫn làm việc như dầm giản đơn.

- Dưới tác dụng nhiệt độ, co ngót, từ biến của bêtông và lực dọc cầu thì kết cấu nhịp làm

việc giống như kết cấu nhịp liên tục.

- Bản liên tục nhiệt chịu tác dụng của momen uốn và lực dọc phát sinh do:

+ Góc xoay và chuyển vị thẳng đứng của tiết diện gối dầm do tĩnh tải phần hai và hoạt

tải tác dụng lên kết cấu nhịp liên tục.

+ Tác dụng của tĩnh tải phần hai và hoạt tải đặt trực tiếp trên bản.

+ Kết cấu nhịp chuyển vị do thay đổi nhiệt độ.

+ Tác dụng của lực hãm.

4.4.4. Ưu, nhược điểm:

- Giảm được số lượng khe co giãn trên cầu, do đó đảm bảo cho xe chạy êm thuận và hạn

chế lực xung kích nên tăng tuổi thọ công trình cầu.

- Giảm bớt chi phí duy tu bảo dưỡng cầu, đặc biệt là công tác duy tu, sửa chữa khe co

giãn trên cầu.

- Gây phức tạp cho quá trình chế tạo dầm vì khi đổ bêtông dầm phải chừa lại phần bản

mặt cầu ở đầu dầm và để cốt thép chờ để sau này thực hiện mối nối bản.

- Dùng kết cấu nhịp liên tục nhiệt hợp lý hơn cả là dùng với các dầm giản đơn có khẩu độ

dưới 33m. Do đó kết cấu bản mặt cầu liên tục nhiệt được áp dụng khá phổ biến cho cầu dẫn

của các kết cấu nhịp cầu lớn nhằm đảm bảo sự êm thuận và liên tục cho xe chạy. Ngoài ra

kết cấu nhịp liên tục nhiệt còn dùng để nối dầm đeo với phần hẫng của dầm mút thừa.

- Việc dùng kết cấu nhịp liên tục nhiệt đặc biệt hiệu quả ở vùng động đất cũng như nơi

móng mố, trụ nằm trong vùng đất lún.

4.5. LỀ NGƯỜI ĐI VÀ LAN CAN:

4.5.1. Lề người đi:

- Lề người đi được bố trí trên cầu tạo ra phần đường giành riêng cho người đi bộ nhằm

đảm bảo an toàn cho người đi bộ trên cầu.

- Lề người đi cùng mức:

+ Được bố trí cùng cao độ với mặt đường xe chạy. Việc bố trí như vậy sẽ không gây

thu hẹp mặt cầu, đồng thời có thể mở rộng bề rộng xe chạy khi cần thiết.

+ Đối với lề người đi cùng mức thì ta có thể bố trí có gờ chắn bánh để đảm bảo an toàn

cho người đi bộ hoặc có thể chỉ cần dùng dải sơn phân cách rộng khoảng 10 20cm. Việc

cấu tạo chỉ dùng dải sơn phân cách sẽ cho phép xe có thể đi vào phần lề người đi do đó khi

xếp tải trong tính toán hệ số phân bố ngang cho các dầm chủ phải chú ý vấn đề này.



Gê ch¾n b nh VÖt s¬n ph©n c ch

Hình 4.23: Cấu tạo lề người đi cùng mức.

- Lề người đi khác mức: Được bố trí cao hơn mặt đường xe chạy khoảng 20 40cm. Việc

bố trí như vậy sẽ đảm bảo an toàn cho người đi bộ trên cầu, tuy nhiên lại gây thu hẹp bề

rộng xe chạy và không thể mở rộng bề rộng xe chạy khi cần thiết.

C t ®Öm

B¶n bªt«ng

C t ®Öm

Hình 4.24: Cấu tạo lề người đi khác mức.

4.5.2. Lan can:

- Lan can được bố trí nhằm dẫn hướng cho xe chạy, người đi và đảm bảo cho xe, người đi

bộ không bị rớt ra khỏi cầu khi xảy ra sự cố trong quá trình di chuyển trên cầu. Đồng thời

lan can cũng là bộ phận tạo nên tính thẩm mỹ cho công trình cầu.

- Phân loại lan can:

+ Lan can cứng: Được cấu tạo từ các khối bêtông lắp ghép hoặc đổ tại chỗ, phía trên

có các dải thép để tạo ra tay vịn. Lan can cứng làm việc theo nguyên lý va chạm cứng nên

mức độ hư hỏng khi xe va chạm là rất cao, nhưng đảm bảo được an toàn cho xe khi xảy ra

tai nạn.

+ Lan can mềm: Được cấu tạo từ các dải thép gắn trên các cột đỡ bằng bêtông hoặc

bằng thép. Lan can mềm làm việc theo nguyên lý va chạm mềm nên hạn chế được hư hỏng

cho xe, tuy nhiên lại không đảm bảo được an toàn cho xe khi xảy ra tai nạn trên cầu đặc biệt

là các xe chạy với tốc độ cao.



- Cấu tạo lan can:

Bu l«ng U 22

A A

B B

A - AB - B

2% 2%


ThÐp ph©n bè 12

èng trßn 120

ThÐp vu«ng 50x20mm

ThÐp vu«ng 60x80mm


ThÐp ph©n bè 12

Hình 4.25: Cấu tạo chi tiết lan can.

- Quy định về các loại lan can:

+ Lan can đường người đi: Chiều cao tối thiểu 1060mm tính từ mặt đường người đi

bộ.

+ Lan can xe đạp: Chiều cao tối thiểu 1370mm tính từ mặt đường xe đạp.

+ Lan can ôtô: Khi va chạm xe không thể vượt qua lan can hoặc bật lại, xâm phạm vào

luồng giao thông đang hoạt động. Phải có đủ cường độ chịu lực.

Hình 4.26: Lan can bằng thép.



4.6. NỐI TIẾP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẦU:

4.6.1. Yêu cầu nối tiếp từ đường vào cầu:

- Khi đi từ đường vào cầu do độ cứng của nền đường nhỏ hơn độ cứng của cầu, nên sự

thay đổi độ cứng một cách đổi đột ngột như vậy làm cho phần tiếp xúc giữa nền đường và

cầu rất dễ bị lún tạo thành ổ gà. Do đó ta phải cấu tạo nối tiếp giữa đường và cầu nhằm đảm

bảo sự êm thuận cho xe chạy.

- Nối tiếp giữa đường và cầu phải được cấu tạo theo nguyên tắc tăng dần độ cứng từ

đường vào cầu.

4.6.2. Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường ôtô:

- Các yêu cầu về cấu tạo:

+ Chiều rộng nền đường đắp đầu cầu phải rộng hơn chiều rộng giữa mép hai chân lan

can về mỗi bên là 0.5m trên một đoạn L1 10m và vuốt nối vào nền đường bình thường trên

đoạn có chiều dài L2=15 20m.

§o¹n më réng§o¹n vuèt nèiNÒn ® êng b×nh th êng

Hình 4.27: Mở rộng nền đường vào cầu.

+ Phần bêtông của mố tiếp xúc trực tiếp với nền đường phải được quét nhựa đường để

chống ăn mòn bêtông và cốt thép mố.

+ Đất đắp sau mố phải dùng loại đất cát hoặc á cát, đảm bảo thoát nước tốt và phải

được đầm với độ chặt k = 0.95 0.98.

- Để tăng dần độ cứng từ đường vào cầu thì ta thường bố trí thêm bản quá độ. Bản quá độ

có thể được đổ bêtông tại chỗ hoặc lắp ghép và được đặt với độ dốc i = 10% 15% về phía

nền đường. Một đầu bản kê lên gờ kê tại tường đỉnh mố và một đầu được kê trên dầm kê tại

nền đường sau mố.

- Tác dụng của bản quá độ:

+ Bản quá độ được bố trí nhằm tăng dần độ cứng từ đường vào cầu do đó đảm bảo êm

thuận cho xe chạy.

+ Khi có hoạt tải trên bản, áp lực của bản sẽ truyền xuống 2 gối tự do như một dầm

giản đơn. Phần đất dưới đáy bản do lún và yếu nên coi như không dính vào đáy bản. Do đó



việc cấu tạo và bố trí bản quá độ hợp lý không những làm giảm mà còn có thể triệt tiêu hoàn

toàn áp lực đất do hoạt tải tác dụng lên tường mố.

Hình 4.28: Bản quá độ sau mố.

- Kích thước của bản quá độ:

+ Bqd: Bề rộng bản quá độ theo phương ngang cầu, phụ thuộc vào bề rộng của lòng

mố, bề rộng cầu, thường Bqd = 10 12m.

+ Lqd: Chiều dài bản quá độ phụ thuộc vào chiều cao mố và góc nội ma sát đất đắp sau

mố, thường Lqd = 2 6m.

+ δqd: Chiều dày bản quá độ, δqd= 16 25cm.

- Nếu nền đất đầu cầu là đất yếu ta có thể bố trí sàn giảm tải:

Hình 4.29: Sàn giảm tải sau mố.



4.6.3. Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường sắt:

- Khi trên cầu dùng máng balát thì nền đường đầu cầu mỗi bên cũng phải dùng máng

balát trên một đoạn có chiều dài L≥10m, bất kể trên nền đường, trên tuyến dùng loại đá

balát nào.

- Thông thường trong phạm vi 30m ở hai đầu cầu có đá balát dày 40÷50cm, còn trong

khu gian có đá balát dày 30÷40cm. Để chuyển tiếp giữa 2 đoạn đường có chiều dày nền

đường khác nhau thì nên vuốt nối 1% hoặc phải tiến hành đánh cấp.

- Tiếp giáp giữa đường và cầu trên đường sắt phải dùng mố nặng bằng đá xây hoặc bằng

BTCT có kích thước lớn.


CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 5:

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU

5.1. KHÁI NIỆM CHUNG:

5.1.1. Đặc điểm chung:

kÕt cÊu nhÞp

trô

mãng

mè

Hình 5.1: Bố trí chung công trình cầu.

- Mố trụ cầu là một bộ phận quan trọng trong công trình cầu thuộc kết cấu bên dưới, có

chức năng đỡ kết cấu nhịp và truyền tải trọng thẳng đứng và ngang xuống đất nền.

- Mố trụ cầu thuộc kết cấu bên dưới nằm trực tiếp trong vùng ẩm ướt, dễ bị xâm thực, xói

lở, bào mòn nên việc xây dựng, sửa chữa gặp rất nhiều khó khăn. Do đó khi thiết kế cần

phải chú ý sao cho vị trí đặt mố trụ phải phù hợp với địa hình, địa chất, các điều kiện kỹ

thuật khác và dự đoán trước sự phát triển của tải trọng.

- Về kinh tế, mố trụ chiếm khoảng (40 60)% tổng giá thành xây dựng công trình cầu và

công tác thi công mố trụ còn có tính quyết định đến tiến độ thi công của toàn bộ công trình

cầu.

5.1.2. Mố cầu:

- Là bộ phận chuyển tiếp và đảm bảo cho xe chạy êm thuận từ đường vào cầu. Đồng thời

mố cầu còn có tác dụng giữ ổn định cho taluy nền đường đầu cầu, dẫn hướng và điều chỉnh

dòng chảy chống xói lở bờ sông.

- Mố cầu thường chỉ chịu áp lực bất lợi theo phương dọc cầu nên khi tính toán thiết kế

mố trụ thì ta chỉ cần tính mố theo phương dọc cầu.

- Mố cầu có hình dạng đối xứng theo phương dọc cầu.

5.1.3. Trụ cầu:

- Trụ cầu có vai trò phân chia nhịp cầu và đỡ kết cấu nhịp, truyền tải trọng từ kết cấu nhịp

xuống đất nền.

- Trụ cầu được xây dựng trong phạm vi dòng chảy nên tiết diện ngang phải có cấu tạo

hợp lý để đảm bảo thoát nước tốt. Bên ngoài trụ phải có vỏ bọc để chống xâm thực.

- Hình dạng trụ trong kết cấu nhịp cầu vượt còn phải đảm bảo mỹ quan và không cản trở

đi lại cũng như tầm nhìn dưới cầu.

- Trụ cầu chịu lực bất lợi theo cả hai phương dọc và ngang cầu nên khi tính toán thiết kế

ta phải tính trụ theo cả hai phương.



- Trụ cầu có hình dạng đối xứng theo hai phương dọc cầu và ngang cầu.

5.2. PHÂN LOẠI MỐ TRỤ CẦU:

5.2.1. Theo sơ đồ tĩnh học:

- Mố trụ cầu dầm (cầu bản, dầm giản đơn, liên tục, mút thừa): Dưới tác dụng của tải trọng

thẳng đứng chỉ có phản lực gối thẳng đứng V.

Hình 5.2: Mố trụ cầu dầm.

- Mố trụ cầu khung: Mố vẫn giống cầu dầm nhưng trụ liên kết ngàm với kết cấu nhịp.

Như vậy trụ chịu mômen rất lớn nên có thể bố trí cả cốt thép thường và cốt thép dự ứng lực.

Hình 5.3: Mố trụ cầu khung.

- Mố trụ cầu treo: Mố phải có kích thước đủ lớn để chịu lực thẳng đứng V và lực ngang H

nên có cấu tạo phức tạp.

Hình 5.4: Mố trụ cầu treo.

- Mố trụ cầu dây văng: Mố chịu lực nhổ, tại mố bố trí gối chịu lực nhổ và mố phải đủ

nặng để chịu lực nhổ. Trụ tháp cầu chịu lực chủ yếu, các dây neo truyền tải trọng vào trụ

tháp rồi từ đó truyền xuống móng nên trụ tháp phải đủ cứng để chịu được lực tác dụng của

các tải trọng.



Hình 5.5: Mố trụ cầu dây văng.

5.2.2. Theo độ cứng dọc cầu:

- Mố trụ cứng: Kích thước lớn, trọng lượng lớn. Khi chịu lực biến dạng của mố trụ tương

đối nhỏ có thể bỏ qua. Mỗi mố trụ có khả năng chịu toàn bộ tải trọng ngang theo phương

dọc cầu từ kết cấu nhịp truyền đến và tải trọng ngang do áp lực đất gây ra.

- Mố trụ dẻo: Kích thước nhỏ, độ cứng nhỏ. Khi chịu lực ngang theo phương dọc cầu,

toàn bộ kết cấu nhịp và trụ sẽ làm việc như một khung và tải trọng ngang sẽ truyền cho các

trụ theo tỷ lệ độ cứng của chúng. Như vậy kích thước trụ sẽ giảm đi rất nhiều. Trụ dẻo

thường có dạng trụ cột, trụ cọc hoặc tường mỏng. Áp dụng trụ dẻo hợp lý đối với cầu nhịp

nhỏ và có chiều cao không lớn lắm.

5.2.3. Theo vật liệu:

- Đá xây.

- Bêtông.

- Bêtông cốt thép.

- Thép.

5.2.4. Theo phương pháp xây dựng:

- Toàn khối (đổ tại chổ).

- Bán lắp ghép.

- Lắp ghép.

5.2.5. Theo hình thức cấu tạo:

- Mố trụ nặng: Bao gồm các loại có kích thước lớn, kết cấu nặng nề. Mố trụ nặng thường

áp dụng cho các nhịp lớn. Loại này thường được xây dựng bằng đá, bêtông hoặc bêtông đá

hộc, có thể thi công lắp ghép, bán lắp ghép hoặc đổ tại chổ.

- Mố trụ nhẹ: Có kích thước thanh mãnh hơn, có thể gồm các hàng cột, hàng cọc hoặc

tường mỏng. Loại này thường được xây dựng bằng BTCT.

5.3. NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA MỐ TRỤ CẦU:

5.3.1. Vị trí của mố trụ:

- Vị trí của mố trụ được xác định phụ thuộc vào tuyến thiết kế và sơ đồ cấu tạo cũng như

tỉ lệ phân chia kết cấu nhịp. Tuy nhiên trước khi xây dựng phương án kết cấu nhịp thì cần

phải tiến hành công tác khoan thăm dò địa chất xem có thể đặt được mố trụ hay không.

Trong trường hợp địa chất quá bất lợi không thể đặt mố trụ thì phải thay đổi phương án

tuyến cho phù hợp.

- Mố trụ cầu nên tránh đặt ở những nơi có địa hình quá dốc, tại nơi có hiện tượng xói

chung và xói cục bộ lớn. Tại vị trí nền đất tốt hoặc tầng đá gốc đặt lộ thiên thì có thể đặt mố

trụ trực tiếp trên nền thiên nhiên còn tại những nơi có địa chất yếu thì phải đặt mố trụ trên

kết cấu móng cọc đóng, móng cọc khoan nhồi hoặc móng giếng chìm, ...



5.3.2. Cao độ đỉnh móng:

- Cao độ đỉnh móng được quyết định xuất phát từ điều kiện đảm bảo cho sự làm việc tốt

của mố trụ trong quá trình khai thác và đảm bảo công tác thi công mố trụ được tiến hành

thuận lợi không gặp phải các khó khăn lớn.

- Đối với mố trụ nằm trong phần khô cạn, phần bãi sông, cầu vượt và cầu cạn thì cao độ

đỉnh móng mố trụ nên đặt bằng với cao độ mặt đất tự nhiên (hoặc thấp hơn không quá

0.5m). Không nên đặt bệ móng nổi trên mặt đất vì khi đó sẽ không đảm bảo vấn đề mỹ quan

đồng thời khả năng ổn định chống lật, chống trượt của mố trụ kém. Tuy nhiên cũng không

nên đặt bệ móng mố trụ quá sâu trong đất vì sẽ gây khó khăn và phức tạp trong quá trình thi

công bệ móng.

Hình 5.6: Mố trụ đặt sát mặt đất.

- Đối với mố trụ đặt trong nước thì có thể đặt

bệ móng sát với mặt đất hoặc cũng có thể đặt bệ

móng nổi trên mặt đất. Trong trường hợp đặt nổi

trên mặt đất thì cao độ đỉnh móng thường được

đặt thấp hơn MNTN tối thiểu là 0.5m. Vị trí đỉnh

móng như vậy sẽ làm hình dạng móng đơn giản

hơn, giảm khối lượng xây và giảm thu hẹp dòng

chảy đồng thời còn đảm bảo vấn đề mỹ quan cho

công trình cầu.

Hình 5.7: Bệ trụ đặt trong nước.

5.3.3. Cao độ đỉnh xà mũ mố trụ:

5.3.3.1. Cao độ đỉnh xà mũ trụ:

Ta có thể xác định cao độ đỉnh xà mũ trụ dựa vào MNCN và MNTT như sau:

- Mực nước cao nhất (MNCN):

+ Đỉnh xà mũ trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m, đối với sông không có thông

thuyền.

CĐĐT = MNCN + 0.25m (1)

+ Xác định thông qua cao độ đáy dầm (CĐĐD) từ MNCN, đối với sông không có

thông thuyền.

CĐĐD = MNCN + h (2)

BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II

MNTN

75


Đối với sông không có cây trôi đá lăn: h = hmin = 0.5m

Đối với sông có cây trôi đá lăn (đường ôtô): h = hmin = 1m

Đối với sông có cây trôi đá lăn (đường sắt): h = hmin = 1.5m

Do đó CĐĐT được xác định như sau: CĐĐT = CĐĐD – hđá kê – hgối

- Mực nước thông thuyền (MNTT): Xác định thông qua cao độ đáy dầm (CĐĐD), đối

với sông có thông thuyền.

CĐĐT = CĐĐD – hđá kê – hgối (3)

CĐĐD = MNTT + hTT

Từ đó xác định được CĐĐT max ((1), (2), (3))

5.3.3.2. Cao độ đỉnh xà mũ mố:

- Được xác định thông qua cao độ mặt đường xe chạy:

CĐMM = CĐMĐ – hgối – hđá kê gối – hKCN

- Được xác định thông qua mặt đất tự nhiên hoặc MNCN: Cao độ mũ mố phải cao hơn

mặt đất tự nhiên hoặc MNCN một khoảng tối thiểu là 0.25m.

5.3.4. Kích thước xà mũ mố trụ trên mặt bằng:

Chiều rộng (theo phương dọc cầu) và chiều dài (theo phương ngang cầu) của mũ mố trụ

được xác định như sau:

b015-20 b1

b3

b'2 b2

a015-20

a1 a2

b2b3

b0

15-20

b1

Hình 5.8: Các thông số xác định kích thước xà mũ mố trụ.

- Đối với trụ:

bt = b3 + b2 + b’2 + b0 + 2(15 20) + 2b1 (cm)

at = (n-1)a2 + a0 + 2(15 20) + 2a1 (cm)

- Đối với mố:

bm = b3 + b2 + b0/2 + (15 20) + b1 (cm)

am = at (cm)



Trong đó:

bt, at, bm, am: Chiều rộng và chiều dài mũ trụ, mố.

n: Số lượng dầm chủ.

b0, a0: Kích thước gối.

(15 20) cm: Khoảng cách nhỏ nhất từ mép gối đến mép đá kê gối.

b2, b’2: Khoảng cách từ tim gối đến đầu dầm của các nhịp bên phải và bên trái.

b3: Khoảng cách giữa 2 đầu dầm cạnh nhau hoặc đầu dầm và tường đỉnh mố, với gối

cố định không nhỏ hơn 5cm, với gối di dộng: b3 = tl + 5cm.

Với: : Hệ số dãn nở do nhiệt độ của dầm.

t: Hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ trung bình.

l: Chiều dài nhịp dầm.

b1, a1: Khoảng cách nhỏ nhất từ mép đá kê gối đến mép mũ trụ theo phương dọc và

ngang cầu.

a2: Khoảng cách giữa tim các dầm kề nhau theo phương ngang cầu.

Trị số b1 lấy tùy thuộc chiều dài nhịp:

l nhịp (m) 15 - 20 30 - 100 > 100

b1 (cm) 15 25 35

Trị số a1 lấy tùy thuộc loại KCN:

- Kết cấu nhịp bản a1 = 20cm.

- Đối với mọi KCN khác, với gối cao su bản thép và gối tiếp tuyến a1 = 30cm.

- Đối với mọi KCN khác, với gối con lăn và con quay a1 = 50cm.


CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 6:

CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM

6.1. CẤU TẠO MỐ CẦU DẦM:

6.1.1. Vai trò và nhiệm vụ của mố cầu:

6.1.1.1. Vai trò của mố cầu:

- Trong công trình cầu, mố thuộc kết cấu phần dưới, được chôn trong đất, nằm trong

vùng ẩm ướt chịu xâm thực xói lở.

- Mố có các chức năng cơ bản: Đỡ kết cấu nhịp, chịu tải trọng thẳng đứng và nằm ngang

từ kết cấu nhịp truyền xuống.

- Mố cầu là bộ phận chuyển tiếp và đảm bảo cho xe chạy êm thuận từ đường vào cầu.

- Mố còn làm nhiệm vụ của một tường chắn, chịu áp lực ngang của đất đắp, đảm bảo ổn

định của nền đường đầu cầu.

- Ngoài ra, mố còn là một công trình điều chỉnh dòng chảy, đảm bảo chống xói lở bờ

sông.

6.1.1.2. Nhiệm vụ các bộ phận của mố cầu:

- Cấu tạo: Mố gồm 4 bộ phận: Tường đỉnh, tường thân, bệ móng mố và tường cánh.

Hình 6.1: Các bộ phận của mố cầu.

- Tường đỉnh có tác dụng chắn đất để bảo vệ đầu dầm không tiếp xúc trực tiếp với đất

nền do đó tránh được hiện tượng rỉ cốt thép và ăn mòn bêtông.

- Tường thân có tác dụng đỡ tường đỉnh và xà mũ, đồng thời chịu áp lực từ kết cấu nhịp

sau đó truyền xuống bệ móng và truyền xuống đất nền. Ngoài ra tường thân mố còn chịu áp

lực đẩy ngang do đất tĩnh và do hoạt tải đứng trên lăng thể trượt.

- Tường cánh có tác dụng chắn đất phía nền đường chống sụt lở nền đường theo phương

ngang cầu, đồng thời còn tạo ra phần đối trọng về phía nền đường làm tăng khả năng chống

trượt và chống lật của mố.

- Bệ móng mố là bộ phận đỡ tường thân, tường cánh và truyền tải trọng xuống đất nền.

Bệ móng mố có thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nếu lớp đất tốt, có thể đặt được bệ



móng nằm ở độ sâu 3m so với mặt đất tự nhiên. Trong trường hợp lớp đất tốt nằm sâu

>3m, ta phải đặt bệ móng trên kết cấu móng cọc đóng, móng cọc khoan nhồi hoặc móng

giếng chìm.

- Đất đắp nón mố là công trình chống xói lở, lún sụt taluy nền đường tại vị trí đầu cầu,

đồng thời còn có tác dụng như một công trình dẫn hướng dòng chảy. Tùy theo độ dốc của

taluy, vận tốc dòng nước mà nón mố có thể là đất đắp gia cố bằng biện pháp trồng cỏ, gia cố

bằng đá hộc hoặc làm dưới dạng tường chắn.

- Các bộ phận cơ bản của mố sau khi lắp ghép lại với nhau phải thỏa mãn yêu cầu tổng

thể của mố. Tuy nhiên trong quá trình hình thành và phát triển, tùy theo đặc điểm của từng

loại mố mà một số bộ phận nói trên không tồn tại hoặc cần phải bổ xung thêm một số bộ

phận khác nhằm cải thiện điều kiện làm việc hoặc nâng cao chất lượng công trình.

6.1.2. Sự phát triển của các loại mố cầu dầm:

6.1.2.1. Mố chữ nhật - quan niệm ban đầu về mố cầu:

- Cấu tạo: Mố chỉ gồm hai bộ phận là thân mố và bệ móng mố, đều có cấu tạo dạng tiết

diện chữ nhật nên cấu tạo rất đơn giản. Toàn bộ thân và móng mố đều được chôn trong đất.

Hình 6.2: Mố chữ nhật.

- Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng:

+ Mố có cấu tạo đơn giản, được đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nên công tác thi công

thực hiện đơn giản.

+ Tốn vật liệu.

+ Không ổn định được đất đắp nền đường đầu cầu.

+ Mố được chôn hoàn toàn trong nền đường nên phần đầu dầm bị chôn sâu trong đất

dẫn đến dể bị hư hỏng.

+ Tiếp giáp giữa cầu và đường không êm thuận.

+ Mố chữ nhật được dùng cho các kết cấu nhịp cầu vượt qua các dòng nước nhỏ, nền

đắp thấp. Móng mố được đặt trực tiếp trên tầng địa chất tốt hoặc tầng đá gốc nằm lộ thiên.

6.1.2.2. Mố kê - một dạng hợp lý hơn của mố chữ nhật:

- Cấu tạo: Là một dạng mố chữ nhật, chiều cao nhỏ, thân và mũ mố không biệt với nhau,

mố được kê trực tiếp lên nền đất tự nhiên.



Hình 6.3: Mố kê.


+ Mố có cấu tạo đơn giản, được đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nên công tác thi công

thực hiện đơn giản.

+ Mố kê đã khắc phục được những nhược điểm của mố chữ nhật: Tách riêng được

dầm khỏi vùi vào đất bằng tường trước và tường tai (nếu có), ổn định được ta luy nền đường

đầu cầu bằng tường trước và tường cánh, có tường cánh làm đối trọng với áp lực đất sau

mố.

+ Mố kê có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khá tốt, áp dụng đối với cầu có chiều cao đất

đắp thấp và địa chất tốt.

6.1.2.3. Mố chữ U - khoét bỏ vật liệu trong lòng mố:

- Cấu tạo: Mố chữ U so với mố chữ nhật được khoét rỗng lòng tạo ra hệ thống gồm 4

phần: tường đỉnh, thân mố, bệ móng mố và tường cánh. Phần đuôi tường cánh hẫng để tiết

kiệm vật liệu.

Hình 6.4: Mố chữ U.


+ Nhờ có tường cánh dọc tạo ra một đối trọng cho mố, đảm bảo ổn định tổng thể

chống lật và chống trượt cho mố dưới tác dụng của áp lực đất đẩy ngang.

+ Nhờ có tường cánh ngàm vào móng, việc chắn giữ đất đắp trong lòng mố có hiệu

quả, có khả năng ngăn ngừa các hiện tượng lún sụt và tạo ra độ nén chặt cho khối đất đắp ở

đằng sau tường trước, đảm bảo xe chạy êm thuận khi ra vào cầu.

+ Thường áp dụng khi chiều cao đất đắp H≤6m.



6.1.2.4. Mố có tường cánh ngang, tường cánh xiên - xoay tường cánh mố chữ U:

- Đặc điểm cấu tạo: Trong nổ lực cải tiến mố chữ U với tiêu chí cụ thể là giảm khối lượng

tường cánh vốn chiếm khối lượng lớn trong mố chữ U bằng cách giảm áp lực đất do hoạt tải

tác dụng lên tường cánh khi xoay mở rộng góc α giữa tường cánh và tường thân ta có mố

tường cánh xiên, lúc này áp lực đất tác dụng lên tường cánh giảm đi đáng kể. Khi α=1800 ta

có mố tường cánh ngang, lúc này áp lực đất do hoạt tải tác dụng lên tường cánh mố không

còn, tường cánh mố chỉ chịu áp lực đất do tĩnh tải.


+ Giảm khối lượng tường cánh.

+ Tường cánh không tạo được mômen ngược chống áp lực đất đẩy mố ra sông nên

dạng mố này kém ổn định hơn so với mố chữ U tường cánh dọc.

+ Thường được áp dụng cho các mố đặt trên nền đường đào, khi đó kết cấu nền đường

sau mố khá ổn định nên không cần phải cấu tạo tường cánh dọc để giữ ổn định cho nền

đường, đồng thời khi cần phải cấu tạo tường cánh giống như kè dẫn hướng dòng chảy.

+ Mố có tường cánh xiên thường được áp dụng trong các cầu vượt đường hoặc trong

kết cấu nhịp cầu bản mố nhẹ làm việc theo sơ đồ 4 khớp (Mố Xlôvinski). Khi đó độ ổn định

chống trượt của mố được đảm bảo nhờ các thanh chống vào móng đặt ngầm dưới đáy sông,

còn dầm được nối chốt với mố để đảm bảo chống lật.

Hình 6.5: Mố có tường cánh ngang, xiên.

Hình 6.6: Áp lực đất lên tường cánh mố.



6.1.2.5. Mố chữ T, chữ thập - khoét bỏ vật liệu hai bên:

- Đặc điểm cấu tạo:

+ Trong các cầu có khổ hẹp như cầu đường sắt thì việc cấu tạo mố chữ U là không hợp

lý vì chiều dày của các tường cánh có thể lớn hơn bề rộng của mố. Trong trường hợp này ta

có thể gộp 2 tường cánh mố thành một tường dọc trong khi phần trước của mố vẫn mở rộng

để đặt gối của kết cấu nhịp khi đó ta có mố chữ T.

+ Mố chữ T chỉ có một tường dọc nên không chịu áp lực đất mà chỉ làm nhiệm vụ tăng

độ cứng và khả năng ổn định chống lật, chống trượt cho mố.

+ Nếu chiều cao của mố chữ T lớn thì ta có thể cấu tạo thêm một tường chống phía

trước khi đó mố chữ T được cải tiến thành mố chữ thập.

1:1 - 1:1,25

1:1 - 1:1,25

Hình 6.7: Mố chữ T và mố chữ thập.

- Phạm vi áp dụng: Mố chữ T và mố chữ thập được áp dụng phổ biến trong các cầu

đường sắt khổ hẹp và có chiều cao lớn.

6.1.2.6. Mố rỗng vòm dọc, vòm ngang - khoét rỗng ruột của mố:

a. Mố rỗng vòm dọc:

- Cấu tạo: Mố được khoét rỗng hình vòm theo phương dọc mố (ngang cầu).

Hình 6.8: Mố rỗng vòm dọc.

- Chịu lực:

+ Tường trước có thể hoàn toàn không chịu áp lực đất.

+ Áp lực ngang tác dụng lên lưng mố cũng nhỏ.

+ Chỉ còn lại áp lực lên hai tường cánh.



b. Mố rỗng vòm ngang:

- Cấu tạo: Mố được khoét rỗng hình vòm theo phương ngang mố (dọc cầu).

Hình 6.9: Mố rỗng vòm ngang.

- Chịu lực:

+ Tường sau mố hoàn toàn kín nên áp lực đất tác dụng lên mố không đổi so với mố

chữ nhật.

+ Tường trước chịu tải trọng từ kết cấu nhịp truyền xuống như một trụ cầu thông

thường.

6.1.2.7. Mố vùi - tường trước và tường cánh có cấu tạo thích hợp khi chôn vào trong đất:

Trong trường hợp chiều cao nền đắp lớn thì ta có thể chôn toàn bộ phần tường thân của

mố vào trong nền đắp khi đó ta có mố vùi.

a. Mố vùi thân tường ngang:


+ Tường trước được chôn hoàn toàn vào trong đất.

+ Nón đất được đắp lấn ra sông.

+ Do có phần áp lực đất bị động phía trước mố nên tường cánh có thể cấu tạo có kích

thước nhỏ hơn.

+ Chân có thể choãi ra phía sông.

1

2

4 7

6

31 BÖ mãng

2 Th©n mè

3 T êng ®Ønh

4 T êng c nh

5 §Êt ®¾p tr í c mè

6

7 KÕt cÊu nhÞp

MNCN

5NÒn ® êng ®Çu cÇu

TÇng ® gèc6

8 TÇng ® gèc

2

3

1

Hình 6.10: Mố vùi thân tường ngang.

- Đặc điểm chịu lực:

+ Cấu tạo chân mố choãi ra sông để hợp lực tác dụng về phía sau móng nên tăng độ ổn

định chống lật cho mố.

+ Áp lực ngang của đất trước mố ngược chiều với áp lực ngang của đất sau mố nên

làm giảm một phần áp lực đất sau mố.



- Ưu nhược điểm:

+ Giảm được đáng kể khối lượng tường cánh.

+ Nón đắp lấn ra sông nên dể bị sạt lở và phải lùi mố vào trong để tránh thu hẹp dòng

chảy dẫn đến việc kéo dài cầu.

b. Mố vùi thân tường dọc:


+ Do tường thân của mố đặt hoàn toàn trong đất nên không có tác dụng chắn đất khi

đó để tiết kiệm vật liệu thì ta có thể cấu tạo tường thân thành các tường mỏng đặt dọc để đỡ

xà mũ mố, tường đỉnh và tường cánh, khi đó ta có mố vùi tường dọc.

+ Số lượng tường dọc phụ thuộc vào bề rộng cầu.

+ Khoảng cách giữa hai tường nên bằng khoảng cách giữa hai tim dầm chủ hoặc trong

khoảng 2÷4m.

1

2

47

6

31 BÖ mãng

2 Th©n mè

3 T êng ®Ønh

4 T êng c nh


6

7 KÕt cÊu nhÞp

MNCN

1:1,55

NÒn ® êng ®Çu cÇu

TÇng ® gèc6

8 TÇng ® gèc

3

1

2

Hình 6.11: Mố vùi thân tường dọc.

- Ưu điểm:

+ Giảm khối lượng vật liệu.

+ Giảm áp lực ngang của đất, cải thiện điều kiện chống lật do diện tích chắn đất của

tường thân nhỏ.

c. Mố chân dê, mố cọc:

- Cấu tạo mố chân dê: Lấy mố vùi thân tường dọc khoét đi phần giữa của tường dọc sẽ

tạo ra 2 hàng cọc: 1 hàng cọc đứng và 1 hàng cọc xiên, ta được mố chân dê.

2

1

2

47

6

31 BÖ mãng

2 Ch©n cäc

3 T êng ®Ønh

4 T êng c nh


6

7 KÕt cÊu nhÞp

MNCN

1:1,55


TÇng ® gèc6

8 TÇng ® gèc

3

1

Hình 6.12: Mố chân dê.



- Cấu tạo mố cọc: Lấy mố chân dê bỏ đi phần bệ móng ta được mố cọc.


+ Tiết kiệm một lượng lớn vật liệu.

+ Cấu tạo đơn giản nên thi công nhanh, có thể áp dụng biện pháp thi công lắp ghép.

+ Taluy đất lắp dể bị xói lở, lún sụt làm hỏng phần đường vào cầu.

+ Cọc chân dê dể bị gãy.

6.1.2.8. Các dạng mố cầu có sơ đồ chịu lực thay đổi:

a. Mố có bản giảm tải - giảm áp lực đất tác dụng lên tường trước:

- Cấu tạo: Cấu tạo thêm bản giảm tải ngàm vào tường trước mố, bản giảm tải này làm

việc như một công xon chịu mômen uốn và lực cắt do tải trọng thẳng đứng.

- Tác dụng của bản giảm tải:

+ Ngăn áp lực đất thành từng phần và do đó phân áp lực ngang tĩnh tải của đất thành

các biểu đồ hình tam giác nhỏ với chiều cao bằng khoảng cách giữa các bản.

+ Hứng các áp lực ngang của đất do hoạt tải tác dụng lên tường trước mố, chuyển áp

lực này thành áp lực thẳng đứng tác dụng lên bản.

+ Áp lực thẳng đứng của tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên mặt bản tạo thành mômen

ngược dấu với áp lực đất làm tăng ổn định chống lật và giảm bớt kích thước tường trước.

b. Mố neo - thêm liên kết:

- Cấu tạo:

+ Đối với tường cánh dọc: có thể được neo với nhau.

+ Với tường trước: Một đầu liên kết neo vào tường trước, một đầu neo vào đất đắp nền

đường hoặc vào móng thông qua các dây neo và thanh neo.

+ Dây neo: Chủ yếu chịu kéo nên thường làm bằng thép (chống gỉ), bêtông cốt thép

ứng suất trước.

+ Đầu neo vào nền đường: Có thể là bản BTCT neo sâu vào nền đường hoặc là một

nhóm cọ đóng sâu.

- Áp dụng:

+ Cầu lớn nhiều nhịp hoặc cầu treo.

+ Có thể sử dụng khi sữa chữa một số cầu cũ.

c. Mố cầu 4 khớp (Xlôvinski) - thay đổi hẳn sơ đồ chịu lực của mố:

- Cấu tạo:

+ Hai mố có cấu tạo là 2 tường mỏng.

+ Kết cấu nhịp ngàm chặt vào mố bởi các chốt neo.

+ Phía dưới chân mố có thanh chống.



- Đặc điểm chịu lực:

+ Sơ đồ tính của mố dưới tác dụng của áp lực đất là dầm giản đơn kê trên 2 gối là kết

cấu nhịp và thanh chống.

+ Áp lực đất từ mố bên này truyền qua kết cấu nhịp, thanh chống qua mố bên kia và bị

triệt tiêu.

- Áp dụng: Cầu bản nhỏ, 1 nhịp.

6.1.3. Cấu tạo mố cầu dầm toàn khối trên đường ôtô:

6.1.3.1. Mố chữ U:

a. Mố chữ U bằng bêtông hoặc đá xây:


1

2

3

4

5

6

1:1 -

1:1,25

7

8

50 50 752

5

(0,35-0,4)H 30-50 30-50

H

1- T êng ®Ønh; 2- Mò mè; 3- T êng th©n; 4- Mãng mè5- T êng c¸nh däc; 6- TÊm kª gèi; 7- Nãn mè; 8- § ¸ d¨m vµ ®Êt tho¸t n í c.

B/2

4

5

1

6

3

2

A A1/2 A - A

Hình 6.13: Cấu tạo mố chữ U bằng bêtông hoặc đá xây.

+ Mố gồm các bộ phận: Tường trước, tường đỉnh, tường cánh dọc, mũ mố và móng.

+ Tường trước của mố thường có chiều dày thay đổi theo chiều cao, lớn dần về phía

dưới, chiều dày chân tường khoảng (0.35-0.4)H, trong đó H - chiều cao đất đắp. Mặt trước

và sau của tường có thể cấu tạo thẳng đứng hoặc hơi nghiêng một chút, độ nghiêng khoảng

10:1.

+ Hai tường cánh dọc được xây dựng thẳng góc và liền khối với tường trước. Tường

cánh có chiều dày thay đổi, chiều dày chân tường khoảng (0.35-0.4)H. Đuôi tường cánh ăn

sâu vào nền đường một đoạn s để nối tiếp cầu và đường được chắc chắn và đỉnh khối nón

khỏi bị tụt xuống.

Chiều dài l của tường cánh (tính từ mép ngoài tường thân) có thể xác định theo công

thức sau: l = nH + s

Trong đó:

n - Độ dốc ta luy nón mố.

H - Chiều cao đất đắp.



s - Chiều dài phần đuôi tường cánh ăn sâu vào nền đường.

s 0.65m nếu H 6m

s 1m nếu H > 6m

+ Chiều rộng của mố có thể lấy bằng chiều rộng của cầu. Để giảm bớt khối lượng vật

liệu xây mố và bệ móng có thể thu hẹp chiều rộng của mố bằng chiều rộng phần xe chạy,

khi đó, lề người đi trên mố sẽ bố trí trên bản công xon BTCT ở trên tường cánh dọc.

+ Móng của mố thường có mặt bằng hình chữ nhật. Nếu mố rộng và thấp, móng có thể

theo dạng chữ U như tiết diện phần trên.

+ Cấu tạo rãnh thoát nước:

Lớp 1: Đắp bằng loại đất dính kết, không thấm nước (đất sét) và được đầm lèn

cẩn thận, dày 30cm, dốc về phía nền dường để nước chảy tới rãnh thoát nước ngầm đặt nằm

ngang thân nền đường sau mố.

Lớp 2: Trên lớp đất sét, rải một lớp đá hộc dày 35cm, trên đó là lớp đá dăm hoặc

sỏi dày 30cm.

Lớp 3: Trên cùng là lớp đất thoát nước.

Rãnh thoát nước được đặt nghiêng về phía nền đường và cao hơn MNCN ít nhất

0.5m.

Cửa rãnh ngang thoát nước đặt ở phía hạ lưu, cao hơn MNCN 0.2m.

+ Phần tiếp xúc giữa thân với đất đắp phải quét nhựa đường phòng nước, nếu là mố

BT thì quét 2 lớp nhựa đường, nếu là mố đá hộc thì trát một lớp vữa xi măng mác 50-75 rồi

quét 2 lớp nhựa đường.

+ Nón mố được đắp bằng đất thoát nước, đầm lèn chặt. Độ dốc ta luy nón mố xác định

như sau: trên chiều cao 6m kể từ vai đường trở xuống không được dốc quá 1:1, từ đoạn tiếp

theo 6m xuống dưới nữa không được dốc quá 1:1.25.

+ Ta luy nón mố phải gia cố suốt chiều cao bằng xây đá hộc hoặc bản BT. Chân nón

mố có thể được gia cố bằng rọ đá hoặc bằng bêtông dày 25 50cm gọi là chân khay. Mái

dốc nón mố của cầu ô tô trong phạm vi không bị ngập nước có độ dốc không quá 1:1.5,

chiều cao không quá 6m thì có thể gia cố bằng lát cỏ.

- Ưu điểm:

+ Nhờ có tường cánh dọc tạo ra một đối trọng cho mố, đảm bảo ổn định tổng thể

chống lật và chống trượt cho công trình dưới tác dụng của áp lực đất đẩy ngang.

+ Tường cánh dọc và tường trước tạo thành một tiết diện chữ U cùng chịu nén lệch

tâm.

+ Nhờ có tường cánh ngàm vào móng, việc chắn giữ đất đắp trong lòng mố có hiệu

quả, có khả năng ngăn ngừa tốt các hiện tượng lún sụt và tạo ra độ nén chặt dần dần cho

khối đất đắp ở đằng sau tường trước, đảm bảo xe chạy êm thuận khi ra vào cầu.



- Nhược điểm: Tốn vật liệu.

- PVAD: Mố chữ U bằng đá xây được dùng cho các kết cấu nhịp cầu có tải trọng lớn như

cầu đường sắt với chiều cao đất đắp H 6m.

b. Mố chữ U bêtông cốt thép:


MÆt ®øng mè

1/2 MÆt c¾t C-C1:1 - 1:1,25

A B

C

BA

C

1

2

4

5

3

8

9

1/2 MÆt c¾t A-A 1/2 MÆt c¾t B-B

1/2 S¬ ®å bè trÝ cäc

2

3

1

6

7

1 BÖ mãng

2 Th©n mè

3 T êng ®Ønh

4 T êng c nh

5 Xµ mò mè

6 §¸ kª gèi

7 Gèi cÇu

8 NÒn ® êng ®Çu cÇu

4

9 Ch©n khay nãn mè

Hình 6.14: Cấu tạo mố chữ U bằng BTCT.

+ Chính nhờ cốt thép trong bêtông mà các tường mố chịu lực tốt hơn, bởi vậy độ dày

của tường mố giảm đi giúp cho mố chữ U bằng BTCT tiết liệm vật liệu hơn rất nhiều so với

mố chữ U bêtông, đá xây.

+ Mố gồm 4 bộ phận: Tường đỉnh, tường thân, tường cánh, mũ mố và bệ móng mố

được cấu tạo bằng BTCT.

+ Tường cánh phía trên có phần hẫng để giảm khối lượng tường cánh và móng mố.

+ Móng mố thường có chiều dày ≥2m. Trị số phần hẫng của móng mố về phía nhịp

được tính toán thỏa mãn các điều kiện chống lật, thường lấy bằng 1/5 - 1/3 chiều dài phần

bản móng mố phía sau.

+ Cốt thép: Các bộ phận của mố BTCT thường đặt lưới cốt thép =(8÷16)mm, mắt

lưới (10x10)÷(20x20)mm.



+ Trong mố chữ U BTCT thường có cấu tạo bản quá độ được đổ bêtông tại chỗ hoặc

lắp ghép, đặt với độ dốc i = 10% 15% về phía nền đường. Một đầu bản kê lên gờ kê tại

tường đỉnh mố và một đầu được kê trên dầm kê tại nền đường sau mố.

Hình 6.15: Cấu tạo bản quá độ.

+ Cấu tạo tứ nón:

Nón mố được đắp bằng đất

thoát nước, đầm lèn chặt. Độ dốc ta luy

nón mố xác định như sau: trên chiều

cao 6m kể từ vai đường trở xuống

không được dốc quá 1:1, từ đoạn tiếp

theo 6m xuống dưới nữa không được

dốc quá 1:1.25.

Ta luy nón mố phải gia cố

suốt chiều cao bằng xây đá hộc hoặc

bản BT. Chân nón mố có thể được gia

cố bằng rọ đá hoặc bằng bêtông dày 25

50cm gọi là chân khay. Mái dốc nón

mố của cầu ô tô trong phạm vi không

bị ngập nước có độ dốc không quá

1:1.5, chiều cao không quá 6m thì có

thể gia cố bằng lát cỏ.

Hình 6.16: Cấu tạo tứ nón mố.

- Cách xác định các kích thước cơ bản:

+ Tường đỉnh:

Chiều dày: d = 40 50cm

Chiều cao: htd = hd + hg + hdk + hlp

Trong đó:

+ hlp: Chiều cao lớp phủ.

+ hd: Chiều cao dầm.


1:1 - 1:1,25

Lí p ® d m ®Öm h = 10cm

V÷a x©y ® héc h = 30cm

Ch©n khay nãn mè

Tø nãn mè

Ch©n khay nãn mè

89


+ hg: Chiều cao gối cầu, phụ thuộc vào loại gối ứng với loại kết cấu nhịp.

+ hdk: Chiều cao của đá kê gối.

+ Tường thân:

Chiều dày: Tường thân thường được cấu tạo có chiều dày không đổi 150cm.

Chiều cao tường thân phụ thuộc vào chiều cao mố:

htt = H - (htd + hxm)

+ Tường cánh:

Chiều dày của tường cánh khoảng 40 50cm để đảm bảo bố trí các lớp cốt thép

chịu lực.

Chiều dài tường cánh (tính đến mép ngoài tường thân) được xác định theo công

thức:

Trong đó:

+ n: Độ dốc của taluy nón mố.

1. Có gia cố bằng đá xây hoặc bản bêtông: 1: n = 1: 1

2. Không gia cố (trồng cỏ): 1: n = 1: 1.25

3. Phần taluy ngập nước: 1: n = 1: 1.5

+ H: Chiều cao mố: H 6m.

+ S: Chiều dài phần đuôi tường cánh ăn sâu vào nền đường.

1. Nếu H 6m thì lấy S 0.65m

2. Nếu H >6m thì lấy S 1.0m


+ Mố có kích thước nhỏ hơn mố đá xây nên tiết kiệm vật liệu hơn tuy nhiên vẫn đảm

bảo khả năng ổn định chống lật và chống trượt cho mố dưới tác dụng của các lực đẩy ngang.

+ Tường cánh được cấu tạo ngàm với tường thân nên việc chắn giữ đất đắp ở trong

lòng mố có hiệu quả, ngăn ngừa tốt các hiện tượng lún sụt và tạo ra độ nén chặt dần dần cho

khối đất ở phía sau mố do đó tăng dần độ cứng từ đường vào cầu đảm bảo cho xe chạy êm

thuận khi ra vào cầu.

+ Mố được cấu tạo bằng BTCT nên tiết diện mố có khả năng chịu nén và uốn đồng

thời do đó tránh được hiện tượng bị nứt và phá hoại mố.

+ Nhược điểm của mố chữ U bằng BTCT là cấu tạo và thi công khá phức tạp, đặc biệt

là quá trình lắp dựng cốt thép chịu lực.

+ PVAD: Mố chữ U bằng đá xây được dùng cho các kết cấu nhịp cầu trung và cấu lớn

với chiều cao đất đắp H 6m.



6.1.3.2. Mố vùi:

a. Mố vùi thân tường ngang:

1:1 - 1:1,25

1

2

46

31 BÖ mãng

2 Th©n mè

3 T êng ®Ønh

4 T êng c nh


6

7 Ch©n khay

MNCN

1:1,55


TÇng ® gèc8

8 TÇng ® gèc

3:1 - 2:1

12:1 - 5:1

7

1/2 MÆt c¾t A-A 1/2 MÆt c¾t B-B

2

3

1

4

Bè trÝ chung mè cÇu

A B

BA

Hình 6.17: Cấu tạo mố vùi thân tường ngang.

- Mố gồm 4 bộ phận: Tường đỉnh, thân mố, mũ mố, bệ móng mố và tường cánh được cấu

tạo bằng BTCT.

- Tường đỉnh: Có tác dụng chắn đất cho đầu dầm.

+ Chiều dày: d = 40 50cm.

+ Chiều cao : htd = hd + hg + hdk + hlp

Trong đó:

+ hlp: Chiều cao lớp phủ.

+ hd: Chiều cao dầm.

+ hg: Chiều cao gối cầu, phụ thuộc vào loại gối ứng với loại kết cấu nhịp.

+ hdk: Chiều cao của đá kê gối: hdk 20cm.

- Tường thân:

+ Chiều cao tường thân phụ thuộc vào chiều cao mố :

htt = H - (htd + hxm)

+ Chiều dày: Tường thân mố được cấu tạo có chiều dày thay đổi theo chiều cao, lớn

dần về phía dưới với chiều dày chân tường khoảng (0.4 0.5)H. Ngoài ra để tăng độ ổn định

chống lật và chống trượt cho mố, ta có thể bố trí tường thân có chân choãi ra phía sông với

độ nghiêng 3:1 2:1 để đưa điểm đặt của hợp lực về phía sau móng.

- Tường cánh được đổ bêtông thẳng góc và liền khối với tường thân, chiều dày của tường

cánh khoảng 40 50cm để đảm bảo bố trí các lớp cốt thép chịu lực. Trong mố vùi do có

phần áp lực đất bị động phía trước mố nên tường cánh có thể cấu tạo có kích thước nhỏ hơn

Chiều dài tường cánh được xác định theo công thức:

Trong đó:



+ 1: n: Độ dốc của taluy nón mố

1. Có gia cố bằng đá xây hoặc bản bêtông: 1: n = 1: 1

2. Không gia cố (trồng cỏ): 1: n = 1: 1.25

3. Phần nón mố ngập nước: 1: n = 1: 1.5

+ H: Chiều cao mố: H (9 20)m.

+ hn: Chiều cao từ mặt bệ móng đến mực nước cao nhất (MNCN).

+ 0.5m: Khoảng cách tối thiểu từ điểm giao giữa nón mố với MNCN.

+ S: Chiều dài phần đuôi tường cánh ăn sâu vào nền đường.

1. Nếu H 6m thì lấy S 0.65m

2. Nếu H >6m thì lấy S 1.0m

b. Mố vùi thân tường dọc:

- Theo phương dọc cầu tường thân của mố đặt hoàn toàn trong đất nên không có tác dụng

chắn đất khi đó để tiết kiệm vật liệu thì ta có thể cấu tạo tường thân thành các tường mỏng

đặt dọc để đỡ xà mũ mố, khi đó ta có mố vùi tường dọc. Việc cấu tạo mố vùi tường dọc còn

làm giảm áp lực đất đẩy ngang tác dụng lên mố. Số lượng tường dọc phụ thuộc vào chiều

rộng cầu B và chiều cao mố H. Nếu B: H 1.25 thì nên chọn 4 tường và nếu B: H 1 thì

nên chọn 2 tường. Để mũ mố không chịu uốn nên chọn khoảng cách giữa 2 tường bằng

khoảng cách 2 tim dầm.

1

2

47

6

31 BÖ mãng

2 Th©n mè

3 T êng ®Ønh

4 T êng c nh


6

7 KÕt cÊu nhÞp

MNCN

1:1,55


TÇng ® gèc6

8 TÇng ® gèc

3

1

2

Hình 6.18: Mố vùi tường dọc.

c. Mố chân dê:

- Theo phương ngang cầu thì tường thân mố cũng không có tác dụng chắn đất nên để tiếp

tục tiết kiệm vật liệu thì ta có thể cấu tạo tường thân từ các dạng tường dọc thành các cột

vuông hoặc tròn, khi đó ta có mố vùi chân dê. So với mố vùi tường ngang và mố vùi tường

dọc thì mố chân dê giảm được khối lượng vật liệu rất lớn, tạo điều kiện thi công lắp ghép.

Đặc biệt nếu địa chất cho phép thì các chân dê có thể cấu tạo thành các cọc đóng trực tiếp

xuống đất. Tuy nhiên mố chân dê chỉ có thể cấu tạo bằng BTCT còn mố vùi có thể cấu tạo

bằng BTCT hoặc đá xây.



2

1

2

47

6

31 BÖ mãng

2 Ch©n cäc

3 T êng ®Ønh

4 T êng c nh


6

7 KÕt cÊu nhÞp

MNCN

1:1,55


TÇng ® gèc6

8 TÇng ® gèc

3

1

Hình 6.19: Mố chân dê.

- Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của mố vùi:

+ Mố vùi giảm được khối lượng vật liệu lớn hơn rất nhiều so với mố chữ U hoặc mố

chữ nhật do phần tường cánh và tường thân được cấu tạo với kích thước nhỏ hơn.

+ Mố vùi ảnh hưởng rất ít đến môi trường và dòng xe cộ dưới cầu trong cầu vượt

đường, nón đất phía trước mố còn cho phép trong tương lai có thể mở rộng được hoặc dòng

chảy dưới cầu bằng cách chọn độ dốc thích hợp hoặc xây tường chắn.

+ Mố vùi có cấu tạo và thi công khá phức tạp vì mố được chôn sâu trong đất. Nhưng

nếu thân mố nằm trên mặt đất thì việc thi công dễ dàng hơn. Đồng thời mố có phần đất đắp

lấn ra sông nên thường chỉ được áp dụng cho các sông cho phép thu hẹp dòng chảy hoặc

dùng trong cầu cạn hoặc cầu vượt.

+ Mố vùi thường được áp dụng trong trường hợp nền được đắp có chiều cao lớn H

6m. Đồng thời tầng đá gốc nằm ở độ sâu >6m khi đó nếu sử dụng mố chữ U có bệ móng đặt

trực tiếp trên nền thiên nhiên thì sẽ không đảm bảo ổn định và nếu sử dụng móng cọc thì

không thể đóng hoặc khoan cọc qua tầng đá gốc.

6.2. CẤU TẠO TRỤ CẦU DẦM:

6.2.1. Các bộ phận của trụ cầu:

Trụ cầu được cấu tạo từ 3 bộ phận cơ bản là: xà mũ trụ, thân trụ và móng trụ.

3

4

2

1

5

1 BÖ mãng

2 Th©n Trô

3 Xµ mò trô

4 § kª gèi

5 Gèi cÇu

Hình 6.20: Các bộ phận của trụ.



6.2.1.1. Xà mũ trụ:

- Là bộ phận mà kết cấu nhịp sẽ đặt lên thông qua gối cầu nên xà mũ trụ chịu tải trọng

trực tiếp từ kết cấu nhịp và phân bố vào thân trụ.

- Cấu tạo:

+ Mặt trên của xà mũ trụ phải tạo dốc thoát nước bằng bêtông với độ dốc tối thiểu là

1:10 về các phía. Mái dốc tốt nhất nên đổ bêtông cùng lúc với xà mũ và láng vữa xi măng

nhẵn.

+ Trên mặt bằng, kích thước của xà mũ trụ thường lớn hơn thân trụ mỗi bên 10÷20cm

để tạo ra phần gờ đảm bảo cho nước ở xà mũ chảy xuống không thấm vào phần tiếp giáp

giữa mũ trụ và thân trụ.

+ Chiều dày của xà mũ trụ:

Nếu thân trụ có kết cấu đặc thì mũ trụ chỉ chịu ép cục bộ, khi đó chiều dày của

mũ trụ không được nhỏ hơn 40cm và phải bố trí các lưới thép để chịu áp lực cục bộ.

Nếu thân trụ có dạng thân cột thì xà mũ chịu nén và uốn đồng thời, khi đó chiều

dày của mũ trụ không được nhỏ hơn 120cm và ngoài bố trí các lưới thép chịu áp lực cục bộ

thì còn phải bố trí các thanh cốt thép đảm bảo chịu mômen uốn.

- Các biện pháp đặt gối trên xà mũ trụ:

+ Cấu tạo một mũ trụ bằng BTCT, trên phần lồi của mũ trụ bố trí các lưới thép sau đó

đặt thớt dưới của gối có cốt thép neo vào mũ trụ. Biện pháp này thường được áp dụng cho

các cầu nhịp nhỏ và trung.

+ Cấu tạo tấm kê gối hoặc tấm BTCT riêng biệt gọi là đá kê gối, bên trong đá kê gối

có bố trí các lưới cốt thép để chịu các áp lực cục bộ truyền xuống từ gối cầu. Biện pháp này

hiện nay đang được áp dụng phổ biến. Ngoài ra đá kê gối còn có tác dụng điều chỉnh cao độ

của dầm chủ để tạo độ dốc dọc và ngang cầu khi cần thiết.

6.2.1.2. Thân trụ:

- Tác dụng:

+ Tiếp nhận tải trọng từ mũ trụ truyền xuống bệ móng và chịu các lực ngang theo

phương dọc và ngang cầu.

+ Thân trụ phải đủ độ cứng để chịu được va chạm do cây trôi và tàu bè.

- Làm việc: Thân trụ làm việc theo 2 phương dọc và ngang cầu như một cấu kiện chịu

nén uốn đồng thời.

- Dạng mặt cắt ngang thân trụ phụ thuộc vào điều kiện dòng chảy dưới cầu, đảm bảo rẽ

nước tốt, tránh tạo thành các dòng chảy xoáy gần trụ gây xói chung và xói cục bộ lòng sông.

- Tiết diện thân trụ có thể đặc hoặc rỗng.

- Kích thước thân trụ được xác định bằng tính toán tùy theo loại vật liệu, dạng trụ và

chiều cao tính toán của trụ.



Trô h×nh ch÷ nhËt

Trô ®a gi c

Trô ®Çu trßn

Trô ®Çu bo trßn

Hình 6.21: Một số dạng mặt cắt ngang thân trụ.

6.2.1.3. Móng trụ:

- Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống đất nền bên dưới và xung

quanh trên một diện tích rộng và phẳng để đảm bảo đủ chịu lực cho đất nền cũng như đảm

bảo ổn định của trụ.

- Bệ móng mố có thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nếu lớp đất tốt, có thể đặt được bệ

móng nằm ở độ sâu ≤3m so với mặt đất tự nhiên. Trong trường hợp lớp đất tốt nằm sâu

>3m, ta phải đặt bệ móng trên kết cấu móng cọc đường kính nhỏ (cọc đóng <60cm), móng

cọc đường kính lớn (cọc khoan nhồi) hoặc móng giếng chìm.

- Trên mặt bằng kích thước của bệ móng thường lớn hơn kích thước của thân trụ mỗi bên

30÷50cm để công tác thi công thân trụ đặc biệt là công tác ghép ván khuôn khi đổ bêtông

thân trụ được thuận lợi.

- Đối với móng cọc thì kích thước móng còn phụ thuộc vào số lượng cọc, cách bố trí cọc.

6.2.2. Các loại trụ cầu:

6.2.2.1. Phân loại theo phương pháp thi công:

a. Trụ cầu toàn khối:

- Khái niệm: Trụ cầu toàn khối là loại trụ có các bộ phận gắn liền với nhau thành một kết

cấu liền khối, được xây dựng hoặc được đúc liền một mạch từ dưới lên trên tại vị trí xây

dựng công trình.

- Cấu tạo:

+ Tiết diện thân trụ có thể đặc hoặc rỗng lòng.

+ Có dạng thân rộng, thân hẹp, thân cột hoặc nhiều tầng.

- Vật liệu: đá xây, bêtông hoặc BTCT.

- Ưu điểm:

+ Bền chắc, chất lượng tương đối đồng đều.

+ Thi công được bằng cả phương pháp thủ công và cơ giới.

- Nhược điểm:

+ Thời gian thi công kéo dài do phải xây dựng tuần tự, phụ thuộc vào thời tiết.

+ Tốn đà giáo ván khuôn, nhất là các cầu có trụ lớn sông sâu.



- Phần lớn các trụ thường gặp là các trụ toàn khối.

b. Trụ cầu lắp ghép:

Trụ thân rộng (trụ nặng) lắp ghép:

- Cấu tạo:

+ Thường được cấu tạo từ các khối đúc sẵn trong xưởng bằng bêtông hoặc BTCT có

tiết diện đặc hoặc rỗng.

+ Trong quá trình lắp ghép các khối được liên kết với nhau bằng vữa ximăng.

+ Nếu móng đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên thì trụ có thể lắp ghép từ móng đến mũ

trụ.

+ Nếu bệ móng đặt trên móng cọc hoặc móng giếng chìm thì phần lắp ghép chỉ được

thực hiện từ thân trụ trở lên.

- Việc phân chia khối lắp ghép:

+ Việc phân chia các khối lắp ghép của trụ phụ thuộc vào phương tiện vận chuyển và

thiết bị cẩu lắp, khối nhỏ thì trọng lượng mỗi khối từ 2 6 tấn, khối lớn thì trọng lượng mỗi

khối có thể lên đến 25 tấn.

+ Khi phân chia các đốt phải bố trí sao cho mạch đứng không bị trùng nhau.

+ Chiều cao mỗi khối từ 0.5 1.5m. Chiều dày mỗi khối phụ thuộc vào chiều dày thân

trụ và thường lấy bằng chiều dày thân trụ.

- Vật liệu:

+ Các khối đặc được chế tạo bằng bêtông mác 200.

+ Các khối rỗng được chế tạo bằng bêtông mác 250

300.

+ Các khối rỗng sau khi đặt vào vị trí có thể độn ruột

bằng bêtông mác thấp hơn.

Hình 6.22: Trụ nặng lắp ghép.

- Trụ nặng lắp ghép thường được dùng cho các kết cấu nhịp cầu lớn, đặc biệt là cầu

đường sắt khi thi công theo biện pháp đổ tại chỗ gặp nhiều khó khăn và khi cần rút ngắn

thời gian thi công.

Trụ thân hẹp lắp ghép:

- Đối với trụ cầu nhỏ, cầu trung cũng như các trụ cầu ôtô ở các sông không có tàu thuyền

lớn qua lại thì việc áp dụng trụ thân hẹp lắp ghép rất thuận lợi vì giảm được trọng lượng các

khối lắp ghép, giảm khối lượng vật liệu thân trụ, móng trụ, ...

- Do kích thước thân trụ được thu hẹp nên việc phân khối lắp ghép tương đối thuận lợi,

có thể phân khối theo các mặt cắt ngang thân trụ hoặc theo các mặt cắt đứng.

- Phân khối ngang:



+ Hình dạng mỗi khối lắp ghép: Mỗi khối sẽ có dạng như một hộp thành mỏng BTCT

hoặc khối hộp BT.

+ Liên kết giữa các khối lắp ghép: Nếu các khối bằng bêtông đặc thì liên kết giữa các

khối bằng vữa ximăng, nếu các khối bằng BTCT rỗng thì bố trí khung cốt thép và đổ bêtông

liên kết các khối với nhau, liên kết thân trụ với móng và mũ trụ.

+ Ưu điểm: Thuận lợi cho việc tiêu chuẩn hóa kích thước các khối và dể sản xuất hàng

loạt trong nhà máy.

- Phân khối đứng:

+ Cấu tạo:

Các khối có tiết diện rỗng, chiều dài tương ứng với chiều cao trụ.

Các khối ở phía thượng và hạ lưu nên làm đầu tròn để giảm cản trở dòng chảy.

Các trụ ở bãi sông và mố cầu có thể dùng các khối chữ nhật.

+ Liên kết:

Các khối đứng neo vào mũ trụ bằng 2 khung cốt thép ngắn sau đó đổ bêtông đặc,

còn dưới móng thì cốt thép chôn trực tiếp vào khối trên móng.

Các khối trên móng này đặt trên móng qua lớp vữa ximăng.

Theo phương ngang cầu ở đầu trên và dưới, các khối được liên kết với nhau bằng

thanh căng.

+ Trọng lượng:

Các khối thân trụ không quá 7.5 tấn.

Khối trên móng không quá 4.5 tấn.

+ Áp dụng: Cho các trụ có kích thước không đổi, thường chỉ dùng cho các cầu nhịp

nhỏ và trung với chiều cao trụ H ≤ 6m.

c. Trụ cầu bán lắp ghép:

- Áp dụng: Đối với các trụ cầu nhịp lớn và khi chiều cao trụ vượt quá 6m, người ta có thể

dùng trụ bán lắp ghép.

- Cấu tạo:

+ Lớp vỏ ngoài chế tạo trong xưởng bằng bêtông mác 300 vừa có tác dụng làm ván

khuôn để đổ bêtông toàn khối bên trong. Trọng lượng các khối vỏ từ 3÷4 tấn.

+ Trên mặt bằng các khối có dạng hình chữ nhật, 2 đầu vát nhọn, chiều cao mỗi khối

khoảng 1.5m.

+ Khi chiều cao thân trụ lớn trụ thường được làm thành nhiều tầng có tiết diện thay

đổi.

- Liên kết:

+ Thân và mũ trụ được liên kết với nhau nhờ bêtông toàn khối từ thân đến mũ trụ.



+ Bêtông lấp lòng có mác > 200 và được đổ thành từng lớp vì các khối lắp ghép sau

chỉ đặt lên khối trước sau khi bêtông độn ruột đã cứng.

- Vận chuyển: Để tạo cho các khối đủ cứng trong quá trình vận chuyển và lắp ráp, người

ta dùng các thanh chống tạm ở giữa có bulông ép chặt lại, sau khi đổ bêtông thân trụ sẽ tháo

chúng ra.

- Nhược điểm:

+ Thời gian thi công lâu do phải đặt các khối vỏ lắp ghép sau lên khối trước sau khi

bêtông độn đã đông cứng.

+ Khối vỏ ngoài có chiều dày nhỏ (khoảng 10cm) không đủ làm lớp bảo vệ chống va

chạm và mài mòn.

Thanh chèng ngang

Bª t«ng lÊp lßng

10:1

5cm

1;1,

5m

Hình 6.23: Trụ bán lắp ghép.

6.2.2.2. Phân loại theo hình thức cấu tạo:

a. Trụ thân rộng (trụ nặng):

Trụ nặng thường được thi công tại chỗ bằng đá xây, bêtông hoặc BTCT, có dạng một

tường dày để đỡ kết cấu nhịp.

Trụ nặng bằng bêtông, đá xây:

3

4

2

1

5 1 BÖ mãng

2 Th©n Trô

3 Xµ mò trô

4 §¸ kª gèi

5 Gèi cÇu

20:1

- 40

:1

20:1

- 40

:1

Hình 6.24: Trụ nặng đá xây, bêtông.



- Đối với trụ có chiều cao H (10 12)m và chiều dài nhịp L 40m thì thân trụ có thể

cấu tạo dạng vách đứng, tiết diện trụ không thay đổi từ trên xuống dưới, tạo điều kiện thuận

lợi cho thi công.

- Đối với trụ có chiều cao H >(10 12)m và chiều dài nhịp L>40m thì thân trụ có thể

cấu tạo dạng vách nghiêng, với độ nghiêng 20:1 40:1 để đảm bảo khả năng chịu lực và khả

năng chống lật, chống trượt cho trụ.

- Chiều rộng thân trụ có thể lấy bằng 1/5 chiều cao từ đỉnh trụ đến móng trụ.

Trụ nặng bằng bêtông cốt thép:

- Thân trụ:

+ Thân trụ có thể đặc hoặc rỗng, thường làm bằng BTCT đổ tại chổ.

+ Thân trụ chịu uốn lớn nên phải bố trí cốt thép đường kính lớn.

+ Tùy theo chiều dài nhịp đúc hẫng mà chiều rộng thân trụ có thể là 2.5÷3m.

- Xà mũ:

+ Loại trụ này có hình dạng không phân biệt xà mũ với thân trụ, khi đó xà mũ là

một phần của thân trụ kéo dài.

+ Tuy nhiên phần đỉnh thân trụ có chức năng của mũ trụ nên phải bố trí cốt thép

theo quy định của mũ trụ.

MÆt c¾t A-A( Bè trÝ gèi cÇu)

MÆt c¾t B-B( S¬ ®å bè trÝ cäc)

A A

BB

1

34

2

1 BÖ mãng

2 Th©n Trô

3 §¸ kª gèi

4 Gèi cÇu

Hình 6.25: Một dạng cấu tạo trụ cầu đúc hẫng.

Phạm vi áp dụng:

- Trụ nặng có khả năng chịu lực cao nên được áp dụng phổ biến cho các kết cấu nhịp

cầu trung và cầu lớn, đặc biệt là trụ cho cầu đường sắt.

- Trụ nặng còn được áp dụng cho các cầu thi công theo phương pháp hẫng hoặc đúc

đẩy, khi đó áp lực thẳng đứng và lực đẩy ngang trong quá trình thi công tác dụng lên trụ rất

lớn.



b. Trụ thân hẹp:

- Đặc điểm: Đối với các cầu nhịp nhỏ để giảm bớt khối lượng vật liệu và giảm trọng

lượng bản thân tác dụng xuống móng, có thể thu hẹp kích thước của thân trụ và cấu tạo xà

mũ vẫn đảm bảo bề rộng cầu. Khi đó xà mũ sẽ có dạng một dầm hẫng.MÆt c¾t A-A

( S¬ ®å bè trÝ gèi cÇu)A A

CC

MÆt c¾t C-C( S¬ ®å bè trÝ cäc)

MÆt c¾t B-B

B B

1

2

3

45

1 BÖ mãng

2 Th©n Trô

3 Xµ mò trô

4 §¸ kª gèi

5 Gèi cÇu

Hình 6.26: Cấu tạo trụ thân hẹp.

- Cấu tạo:

+ Thân trụ đúc tại chỗ có thể đặc hoặc rỗng.

+ Thân trụ có thể cấu tạo có vách thẳng đứng hoặc vách xiên với độ nghiêng 20:1

30:1 để đảm bảo yêu cầu chịu lực tùy theo độ cao trụ.

+ Khi thân trụ quá cao có thể cấu tạo thân trụ thành nhiều đoạn có mặt cắt ngang khác

nhau, tăng dần từ dưới lên trên.

+ Xà mũ được cấu tạo hẫng và làm việc như một ngàm côngxon, chịu uốn là chủ yếu.

Để chịu được lực cắt và ứng suất kéo chủ người ta phải tăng cường bằng các cốt thép xiên.


+ Tiết kiệm được từ (40 50)% vật liệu so với trụ thân nặng.

+ Trụ có hình dáng thanh mãnh hơn, tạo nét mỹ quan cho cầu.

+ Phải cấu tạo phần hẫng của mũ trụ phức tạp hơn (xà mũ làm việc bất lợi hơn trụ thân

nặng).

+ Tăng khối lượng cốt thép chịu lực trong thân trụ.

- Phạm vi áp dụng:

+ Trụ thân hẹp được sử dụng rộng rãi cho các kết cấu nhịp cầu đường ôtô với chiều dài

nhịp L = 15 40m.

+ Không nên dùng trụ thân hẹp cho các kết cấu nhịp thi công theo phương pháp đúc

đẩy hoặc đúc hẫng vì khi đó thân trụ không đảm bảo khả năng chịu lực và khả năng chống

mất ổn định trong quá trình thi công.



c. Trụ thân cột:MÆt c¾t A-A

( S¬ ®å bè trÝ gèi cÇu)A A

CC

MÆt c¾t C-C( S¬ ®å bè trÝ cäc)

MÆt c¾t B-B

B B

1

3

45

1 BÖ mãng

2 Th©n cét

3 Xµ mò trô

4 §¸ kª gèi

5 Gèi cÇu

2

Hình 6.27: Cấu tạo trụ thân cột.

Hình 6.28: Công trình sử dụng trụ thân cột.

- Trong các cầu nhịp nhỏ và trung L=15÷40m, để giảm bớt khối lượng vật liệu và tăng

nhanh tiến độ thi công người ta có thể sử dụng trụ toàn khối thân cột.

- Đối với các cầu mà kết cấu nhịp có 2 đường truyền lực xuống trụ, phần vật liệu giữa trụ

làm việc ít hơn các phần còn lại thì người ta sử dụng trụ thân cột 2 mức.

A A

B B

1

4

56

3

C C

MÆt c¾t B-B

1 BÖ mãng

2 Th©n ®Æc

3 Th©n cét

4 Xµ mò

5 § kª gèi

MÆt c¾t C-C

2

6 Gèi cÇu

MNTT

Hình 6.29: Trụ có phần trên cột, phần dưới đặc.



+ Phần thân cột ở trên.

+ Phần đặc ở dưới để chống va xô.

- Sơ đồ tính:

+ Phần thân cột: sơ đồ khung.

+ Phần thân đặc: tính như trụ thân hẹp.

- Khi thiết kế ta nên bố trí làm sao cho mômen âm và mômen dương trên xà mũ trụ là

như nhau, đảm bảo sự phân phối vật liệu một cách hợp lý.

- Phạm vi áp dụng:

+ Trụ thân cột rất phù hợp với kết cấu nhịp cầu dàn hoặc cầu vòm, khi đó các cột trụ

được bố trí thẳng với mặt phẳng dàn để chịu áp lực thẳng đứng truyền xuống từ mặt phẳng

dàn chủ thông qua gối cầu và xà mũ.

+ Không nên dùng trụ thân cột cho các kết cấu nhịp thi công theo phương pháp đúc

đẩy hoặc đúc hẫng vì khi đó thân trụ không đảm bảo khả năng chịu lực và khả năng chống

mất ổn định trong quá trình thi công.

+ Trụ thân cột đảm bảo thông thoáng tầm nhìn và đảm bảo tính thẩm mỹ nên được áp

dụng phổ biến cho các công trình cầu trong thành phố, cầu vượt đường.

6.3. CÁC DẠNG KẾT CẤU MỐ TRỤ KHÁC:


CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 7:

CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU

7.1. KHÁI NIỆM VỀ ỨNG XỬ TẢI TRỌNG:

7.2. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG:

7.2.1. Theo 22TCN18-79:

7.2.1.1. Các trạng thái giới hạn (TTGH):

- Trạng thái giới hạn thứ nhất là TTGH mà kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực hoặc

xuất hiện các biến dạng dẻo lớn, nhằm đảm bảo cho công trình về mặt chịu lực (cường độ,

ổn định và độ chịu mỏi).

- Trạng thái giới hạn thứ hai là TTGH mà kết cấu bị phát sinh biến dạng dư quá lớn như

dao động, chuyển vị, lún, … gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường.

- Trạng thái giới hạn thứ ba là TTGH mà tiết diện kết cấu bị xuất hiện các vết nứt lớn gây

khó khăn cho việc sử dụng bình thường.

7.2.1.2. Tải trọng:

a. Tĩnh tải và tác động tĩnh:

Tĩnh tải và các tác động tĩnh bao gồm:

- Trọng lượng bản thân kết cấu.

- Tác động của ứng suất trước.

- Áp lực do trọng lượng đất.

- Áp lực tĩnh của nước.

- Tác động co ngót của bê tông.

- Tác động lún của đất.

b. Hoạt tải xe và tác động của hoạt tải xe:

Sơ đồ hoạt tải xe:

- Đoàn xe lửa T - Z:

Sơ đồ đoàn xe lửa T - Z (với Z gọi là cấp của đoàn tàu) bao gồm 5 trục của đầu máy có

tải trọng là ZT với khoảng cách trục là 1.5m và tải trọng của các toa được coi là tải trọng rải

đều với giá trị là 0.36ZT/m có độ dài phụ thuộc vào số lượng toa của đoàn tàu.

Hiện nay ở nước ta vẫn còn đang sử dụng các đoàn tàu T10, T14, T18, T22, T26, …

1.5m L

ZT ZT ZT ZT ZT

0.36ZT/m

[email protected]

Hình 7.1: Sơ đồ đoàn xe lửa T - Z



- Đoàn xe H10, H13, H18:

Tải trọng của đoàn xe ôtô tiêu chuẩn H10, H13, H18 là một đoàn xe 2 trục (không hạn

chế nối đuôi nhau), mỗi chiếc nặng P tấn, trong đó có một chiếc nặng 1.3P. Trong đó P =

10T, 13T, 18T.

Khoảng cách từ trục trước tới trục sau là 4m.

Khoảng cách giữa các trục xe theo phương ngang là 1.7m.

4m 1.7m

0.7p 0.3p

Hình 7.2: Xe tải H10, H13, H18.

Cách xếp xe theo phương ngang cầu và dọc cầu được minh họa dưới đây:

0.5m 1.7m 1.1m 1.7m

Hình 7.3: Đoàn xe H10, H13, H18 theo phương ngang cầu.

0.7p 0.3p 0.7p 0.3p 0.7p0.35p 0.95p0.3p

4m 8m 4m 4m 4m 8m 4m

Hình 7.4: Đoàn xe H10, H13, H18 theo phương dọc cầu.

- Đoàn xe H30:

Tải trọng của đoàn xe ôtô tiêu chuẩn H30 là một đoàn xe 3 trục (không hạn chế nối

đuôi nhau), nặng 30T, và không có xe nặng.

Khoảng cách giữa các trục xe lần lượt là 6m và 1.6m.

Khoảng cách giữa các trục xe theo phương ngang là 1.9m.

6m 1.9m

6t12t12t

1.6m

Hình 7.5: Xe tải H30.

Cách xếp xe theo phương ngang cầu và dọc cầu được minh hoạ dưới đây:



0.5m 1.9m 1.1m 1.9m

Hình 7.6: Đoàn xe H30 theo phương ngang cầu.

6m 1.6m 10m

6t 12t 12t 6t 12t 12t

6m 1.6m

Hình 7.7: Đoàn xe H30 theo phương dọc cầu.

- Xe bánh XB80 và xe xích X60:

XB80 là một chiếc xe bánh nặng 80T. X60 là chiếc xe bánh xích 60T. Hai xe này chỉ

xếp 1 xe trên 1 làn.

[email protected]

20t 20t 20t 20t

0.65m 2.7m 5m

6T/m

0.65m 2.6m

Hình 7.8: Xe XB80. Hình 7.9: Xe X60.

- Tải trọng bộ hành:

Tải trọng bộ hành là áp lực phân bố trên hết diện tích lề với trị số 300kg/m2.

Hoạt tải xe và tác động của hoạt tải xe:

- Tải trọng thẳng đứng.

- Áp lực đất do hoạt tải thẳng đứng.

- Tải trọng nằm ngang theo chiều ngang cầu do lực ly tâm.

- Tải trọng nằm ngang theo chiều ngang cầu do xe lắc.

- Tải trọng nằm ngang theo chiều ngang cầu do hãm hay do lực kéo của xe.

c. Hoạt tải và tác động khác:

- Tải trọng gió.

- Tải trọng va tàu.

- Tải trọng thay đổi nhiệt độ.

- Tải trọng ma sát gối cầu.

- Tải trọng động đất.

- Tải trọng do thi công.

7.2.1.3. Tổ hợp tải trọng:

- Tổ hợp chính bao gồm một hay một số trong những tải trọng sau:

+ Tĩnh tải.



+ Hoạt tải xe.

+ Áp lực đất (do hoạt tải xe thẳng đứng gây ra).

+ Lực ly tâm.

- Tổ hợp phụ bao gồm một hay một số tải trọng thuộc tổ hợp chính cùng phát sinh với

một hay một số tải trọng còn lại, trừ tải trọng động đất và tải trọng do thi công.

- Tổ hợp đặc biệt gồm tải trọng động đất hay tải trọng do thi công cùng phát sinh với

những tải trọng khác.

Đối với mỗi tổ hợp tải trọng ta phải thành lập 2 tổ hợp:

+ Tổ hợp 1: Tĩnh tải + Đoàn xe ôtô + Đoàn người

+ Tổ hợp 2: Tĩnh tải + Xe đặc biệt (XB80 hoặc X60)

Để chọn ra tổ hợp gây ra nội lực lớn nhất để tính toán thiết kế.

7.2.2. Theo 22TCN272-05:

7.2.2.1. Các trạng thái giới hạn (TTGH):

- Trạng thái giới hạn cường độ là TTGH đảm bảo về cường độ và ổn định của các bộ

phận kết cấu khi chịu tác dụng của các tổ hợp tải trọng theo kinh nghiệm có thể xảy ra trong

thời gian sử dụng. Các tải trọng này có thể dẫn đến tình trạng nguy hiểm và hư hỏng kết cấu

nhưng toàn bộ kết cấu vẫn còn.

+ TTGH CĐ I: Là tổ hợp tải trọng cơ bản để tính với tải trọng khai thác khi trên cầu có

xe và không có gió.

+ TTGH CĐ II: Là tổ hợp tải trọng để tính cầu chịu lực gió có vận tốc lớn hơn 25m/s.

Trên cầu không có xe.

+ TTGH CĐ III: Là tổ hợp để tính với trường hợp xe chạy bình thường khi trên cầu có

gió với vận tốc dưới 25m/s.

- Trạng thái giới hạn sử dụng là TTGH nhằm hạn chế ứng suất, biến dạng và độ mở rộng

vết nứt trong điều kiện sử dụng bình thường. Mục đích của TTGH này là để đảm bảo thực

hiện chức năng của cầu trước tuổi thọ sử dụng.

- Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy là TTGH nhằm hạn chế sự phát triển vết nứt và tránh

hiện tượng đứt gãy do xe tải thiết kế.

- Trạng thái giới hạn đặc biệt là TTGH đảm bảo cầu vẫn tồn tại dưới tác dụng của các tải

trọng bình thường phát sinh cùng với những tải trọng đặc biệt như: lực động đất, lực xô va

tàu thuyền, tải trọng thi công, …

7.2.2.2. Tải trọng và tổ hợp tải trọng:

a. Các loại tải trọng và hệ số tải trọng:

Tải trọng thường xuyên:

- Tải trọng thường xuyên là tải trọng nằm bất động trên cầu trong một thời gian dài, có

lẽ trong suốt thời gian phục vụ (kết cấu nhịp, mặt đường, lan can, gờ chắn bánh, …).



- Bao gồm:

+ DC: Trọng lượng bản thân kết cấu.

+ DD: Tải trọng kéo xuống do ma sát âm.

+ DW: Tải trọng bản thân lớp phủ và các tiện ích công cộng.

+ EH: Áp lực ngang của đất.

+ EV: Áp lực đất thẳng đứng.

+ ES: Tải trọng đất chất thêm.

Tải trọng tức thời:

- Tải trọng tức thời là tải trọng khai thác tác dụng bất kỳ theo không gian và thời gian,

khác nhau về độ lớn và tính chất, …

- Tải trọng thiết kế không giống bất kỳ loại xe cộ nào trên thực tế, nhưng nó đủ đảm

bảo có hiệu ứng phủ toàn bộ các loại xe cộ hiện hành thông thường.

- Bao gồm:

+ BR: Lực hãm xe.

+ CE: Lực ly tâm.

+ FR: Lực ma sát.

+ LL: Hoạt tải xe.

+ IM: Lực xung kích xe cộ.

+ LS: Tải trọng chất thêm (áp lực đất do hoạt tải sau mố).

+ PL: Tải trọng bộ hành.

+ EQ: Động đất.

+ CR: Từ biến.

+ SE: Lún.

+ TU: Nhiệt độ đều.

+ TG: Gradient nhiệt độ.

+ SH: Co ngót.

+ CV: Lực va tàu.

+ CT: Lực va xe.

+ WA: Tải trọng nước và áp lực dòng chảy.

+ WL: Gió trên hoạt tải.

+ WS: Gió trên kết cấu.

Hệ số tải trọng:

Bảng 3.4.1-1 và 3.4.1-2 của 22TCN272-05.



Bảng 3.4.1-1 (22TCN272-05): Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng.

Tæ hîp t¶i träng

Tr¹ng th¸i giíi h¹n

DCDDDWEHEV ES

LLIMCEBRPLLSEL

WA WS WL FRTUCRSH

TG SE

Cïng mét lóc chØ dïng mét trong çc

t¶i träng

eq ct cv

Cêng ®é I n 1.75 1.00 - - 1.00 0.5/1.20

TG SE - - -

Cêng ®é II n - 1.00 1.40 - 1.00 0.5/1.20

TG SE - - -

Cêng ®é III n 1.35 1.00 0.4 1.00 1.00 0.5/1.20

TG SE - - -

§Æc biÖt n 0.50 1.00 - - 1.00 - - - 1.00 1.00 1.00

Sö dông 1.0 1.00 1.00 0.30 1.00 1.00 1.0/1.20

TG SE - - -

Mái chØ cã LL, IM & CE - 0.75 - - - - - - - - - -

Bảng 3.4.1-2 (22TCN272-05): Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên.

Lo¹i t¶i trängHÖ sè t¶i träng

Lín nhÊt Nhá nhÊtDC: CÊu kiÖn vµ çc thiÕt bÞ phô 1.25 0.90

DD: kÐo xuèng (xÐt ma s¸t ©m) 1.80 0.45

DW: Líp phñ mÆt cÇu vµ çc tiÖn Ých 1.50 0.65

EH: ¸p lùc ngang cña ®Êt Chñ ®éng NghØ

1.501.35

0.900.90

EL: Çc øng suÊt l¾p r¸p bÞ h·m 1.00 1.00

EV: ¸p lùc ®Êt th¼ng ®øng æn ®Þnh tæng thÓ KÕt cÊu têng ch¾n KÕt cÊu vïi cøng Khung cøng KÕt cÊu vïi mÒm kh¸c víi cèng hép thÐp Cèng hép thÐp mÒm

1.351.351.301.351.951.50

N/A1.000.900.900.900.90

ES: T¶i träng ®Êt chÊt thªm 1.50 0.75

b. Hoạt tải xe thiết kế:

Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay các kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL - 93 gồm một tổ

hợp của:

- Xe tải thiết kế (xe 3 trục) hoặc xe 2 trục thiết kế.

- Tải trọng làn thiết kế.

Xe tải thiết kế:

Xe tải thiết kế là một xe có 3 trục có tổng trọng lượng là 325kN. Cự ly giữa 2 trục

145kN thay đổi giữa 4.3m tới 9m để gây nên ứng lực lớn nhất.

Đối với đường cấp thấp hơn, chủ đầu tư có thể xác định tải trọng trục của xe tải thiết

kế nhân với hệ số 0.50 hoặc 0.65.



4.3m 1.8m

35kn 145kn

bã vØa

145kn

4.3m ®Õn 9m

3m 0.6m nãi chung0.3m mót thõa mÆt cÇu

Hình 7.10: Xe tải thiết kế.

Xe 2 trục thiết kế:

Xe 2 trục thiết kế là một xe có 2 trục có tổng trọng lượng là 220kN. Cự ly giữa 2 trục

110kN là 1.2m.

Đối với đường cấp thấp hơn, chủ đầu tư có thể xác định tải trọng trục của xe tải thiết

kế nhân với hệ số 0.50 hoặc 0.65.

110kn

bã vØa

1.2m 1.8m 0.6m0.6m

110kn

Hình 7.11: Xe 2 trục thiết kế.

Tải trọng làn thiết kế:

Tải trọng làn thiết kế gồm:

- Tải trọng rải đều 9.3kN/m phân bố đều theo chiều dọc cầu.

- Theo phương ngang cầu, tải trọng này được phân bố đều theo chiều rộng 3m.

9.3kN/m

Däc cÇu

3m

Ngang cÇu

Hình 7.12: Tải trọng làn thiết kế.

c. Tải trọng bộ hành (PL):

- Khi chiều rộng lề 0.6m thì mới xét đến tải trọng Người đi bộ, là áp lực phân bố trên

hết diện tích lề với trị số 300 kG/m2 = 3x10-3 MPa.

- Đối với cầu chỉ thiết kế cho Người đi bộ hoặc đi xe đạp thì thiết kế tải trọng Người đi

bộ với trị số là 410 kG/m2 = 4.1x10-3 MPa.

- Tải trọng Người rải đều trên 1m dài dầm chủ: hoặc

Mpa.

d. Các tải trọng khác (xem tiêu chuẩn):

- Lực xung kích: IM.



- Lực ly tâm: CE.

- Lực hãm xe: BR.

- Tải trọng gió: WL và WS.

- Áp lực đất: EH, ES, LS.

- Tải trọng nước: WA.

- Lực ma sát âm: DD.

- Lực va xô của xe cộ: CT.

- Lực va của tàu thuyền: CV.

- Tải trọng động đất: EQ.

e. Tổ hợp tải trọng:

Tổ hợp tải trọng được tổ hợp theo các TTGH với các hệ số tải trọng tương ứng.

7.3. CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU:

7.3.1. Nguyên tắc chung:

- Kết cấu cầu là một kết cấu không gian với hệ thống dầm chủ, dầm ngang, kết cấu bản

mặt cầu, .... Trong tính toán thiết kế thì ta phải xác định nội lực trong từng bộ phân kết cấu

để từ đó thiết kế cấu tạo cho từng bộ phận sao cho các bộ phận của kết cấu đảm bảo khả

năng chịu lực. Để xác định được nội lực trong kết cấu thì phải tiến hành phân tích kết cấu.

Việc phân tích kết cấu càng chính xác thì việc thiết kế càng đảm bảo an toàn và tiết kiệm vật

liệu. Có hai phương pháp phân tích kết cấu cơ bản:

+ Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình không gian.

+ Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình phẳng.

7.3.2. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình không gian:

- Đây là phương pháp mô hình chính xác cấu tạo của từng bộ phận cũng như liên kết giữa

các bộ phận trong kết cấu nhịp trên các phần mềm phân tích và tính toán kết cấu sau đó đặt

tải trọng và xác định nội lực trong từng bộ phận kết cấu. Phương pháp này phản ánh chính

xác sự làm việc thực tế của kết cấu, nhưng đây cũng là phương pháp tính rất phức tạp.

- Hiện nay với sự trợ giúp của máy tính đã có các phần mềm phân tích tính toán kết cấu

như: Sap, Midas, RM, ... Tuy nhiên việc sử dụng các chương trình này đòi hỏi người sử

dụng phải có kiến thức vững và nhiều kinh nghiệm để có thể kiểm soát quá trình tính toán

và kết quả tính toán.

- Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình không gian thường được áp dụng cho các

KCN liên tục, kết cấu nhịp siêu tĩnh bậc cao vì khi đó việc phân tích tính toán theo bài toán

phẳng gặp nhiều khó khăn.



Hình 7.13: Mô hình tính toán cầu dầm và cầu dàn trên Sap 2000.

Hình 7.14: Mô hình tính toán cầu dây văng trên Midas 7.01.

- Trình tự tính toán xác định nội lực trong bộ phận KCN theo bài toán không gian:

+ Mô hình kết cấu nhịp trên các phần mềm phân tích kết cấu như: Sap, Midas, RM, ....

+ Tính toán xác định tải trọng tác dụng lên KCN.

+ Xếp tải trọng lên mô hình kết cấu.

+ Chạy chương trình và xuất kết quả nội lực tại các mặt cắt cần phân tích.

7.3.3. Phương pháp phân tích kết cấu theo mô hình phẳng:

- Đây là phương pháp phân chia kết cấu không gian thành các hệ phẳng làm việc theo các

mặt phẳng khác nhau. Sự phân chia này được thực hiện theo giả thiết độc lập và cộng tác

dụng.

- Cách tính này đơn giản và dễ thực hiện nên hiện nay vẫn đang được áp dụng phổ biến.

Việc tính toán thiết kế dầm chủ được thực hiện với một dầm đặc trưng chịu lực bất lợi nhất.

Tải trọng trên cầu phân bố cho dầm chủ được tính toán thông qua các hệ số phân bố ngang

(hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu).

Hình 7.15: Mô hình tính toán dầm giản đơn trên Sap 2000.



Hình 7.16: Mô hình tính KCN cầu dàn trên Sap 2000.

- Trình tự xác định nội lực của dầm chủ theo bài toán phẳng:

+ Tính toán xác định tĩnh tải tác dụng lên 1 dầm chủ..

+ Tính toán xác định hệ số phân bố ngang (phân bố tải trọng cho các dầm chủ theo

phương ngang cầu). Từ đó xác định được hoạt tải tác dụng lên 1 dầm chủ.

+ Vẽ các đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt cần tính toán của dầm chủ.

+ Xếp tải trọng bất lợi lên đường ảnh hưởng nội lực.

+ Xác định nội lực tại các mặt cắt cần kiểm toán.

7.4. MÔ HÌNH BÀI TOÁN PHẲNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỆ SỐ

PHÂN BỐ TẢI TRỌNG:

7.4.1. Nguyên tắc tính toán:

- Kết cấu Cầu là một kết cấu không gian trong đó mọi bộ phận đều tham gia chịu tải với

một mức độ khác nhau, khi tính toán theo mô hình bài toán phẳng ta phải đưa kết cấu từ

trạng thái làm việc không gian sang mô hình trạng thái làm việc trong mặt phẳng thông qua

một hệ số được gọi là hệ số phân bố tải trọng, do đó trong tính toán thì ta phải tính đến sự

phân bố tải trọng giữa các bộ phận.

- Việc tính toán phân phối tải trọng phụ thuộc vào:

+ Độ cứng của các bộ phận.

+ Liên kết của các bộ phận.

+ Số làn xe chất tải.

+ Vị trí đặt hoạt tải.

7.4.2. Các nhóm phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng:

7.4.2.1. Nhóm 1: Phương pháp dầm + mạng dầm:

- Giả thiết:

+ Các phương pháp tính toán thuộc nhóm này coi kết cấu nhịp cầu là một hệ thanh.

+ Bản mặt cầu được coi là chịu lực cục bộ và truyền tải trọng lên các bộ phận đỡ nó

như dầm dọc, dầm ngang, ...

- Các phương pháp tính toán thuộc nhóm 1:

+ Phương pháp đòn bẩy.

+ Phương pháp nén lệch tâm.

+ Phương pháp dầm liên tục kê trên các gối đàn hồi.



7.4.2.2. Nhóm 2: Phương pháp thanh thành mỏng:

Các phương pháp thuộc nhóm này giả thiết kết cấu cầu là các thanh thành mỏng có mặt

cắt kín hoặc hở.

7.4.2.3. Nhóm 3: Phương pháp bản:

Các phương pháp của nhóm này giả thiết kết cấu cầu là một dạng bản hay hệ thống bản.

7.4.2.4. Nhóm 4: Phương pháp phần tử hữu hạn:

Các phương pháp thuộc nhóm này phân tích và tính toán kết cấu cầu theo phương pháp

phần tử hữu hạn. Đây là phương pháp mô hình hóa kết cấu cầu gần đúng nhất, tuy nhiên khi

tính toán theo phương pháp này thì cần thiết phải có sự hỗ trợ của máy tính.

7.4.3. Phương pháp tính toán hệ số phân bố tải trọng theo 22TCN272-05:

Trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 đã cho sẵn nhiều công thức để tính toán sự

phân bố ngang hoạt tải tùy theo cấu tạo cụ thể của mặt cắt ngang nhịp cầu.

7.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỚI TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU:


CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 8:

TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM

8.1. CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ TRỤ CẦU:

8.1.1. Tải trọng thường xuyên:

- DC: Trọng lượng bản thân kết cấu.

- DD: Tải trọng kéo xuống do ma sát âm.

- DW: Tải trọng bản thân lớp phủ và các tiện ích công cộng.

- EH: Áp lực ngang của đất.

- EV: Áp lực đất thẳng đứng.

- ES: Tải trọng đất chất thêm.

8.1.2. Tải trọng tức thời:

- BR: Lực hãm xe.

- CE: Lực ly tâm.

- FR: Lực ma sát.

- LL: Hoạt tải xe.

- IM: Lực xung kích xe cộ.

- LS: Tải trọng chất thêm (áp lực đất do hoạt tải sau mố).

- PL: Tải trọng bộ hành.

- EQ: Động đất.

- CR: Từ biến.

- SE: Lún.

- TU: Nhiệt độ đều.

- TG: Gradient nhiệt độ.

- SH: Co ngót.

- CV: Lực va tàu.

- CT: Lực va xe.

- WA: Tải trọng nước và áp lực dòng chảy.

- WL: Gió trên hoạt tải.

- WS: Gió trên kết cấu.

8.1.3. Tính toán một số loại tải trọng:

8.1.3.1. Áp lực ngang của đất (EH) và áp lực đất do hoạt tải (LS):

a. Áp lực ngang của đất (EH):

- Áp lực ngang của đất đắp tác dụng lên tường mố tính theo công thức:



(KN/m)

Trong đó:

+ γ: Trọng lượng riêng của đất đắp

(KN/m3).

+ H: Chiều cao tường chắn (m).

+ K: Hệ số áp lực đất.

1. Tường trọng lực: K = Ko.

2. Tường công xon: K = Ka.

- Vị trí đặt hợp lực tại 0.4H tính từ đáy

móng. Hình 8.1: Áp lực ngang của đất.

b. Áp lực đất do hoạt tải (LS):

- Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tường chắn, tác dụng của

hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao heq, tra bảng 8.1(3.11.6.2-1).

Bảng 8.1: Chiều cao lớp đất tương đương

Chiều cao tường H (mm) heq (mm)

1500 1700

3000 1200

6000 760

9000 610

Ghi chú:

+ Đối với các tường chắn có chiều cao trung gian, heq được xác định bằng nội suy

tuyến tính.

+ Các giá trị trong bảng đối với heq được xác định từ tính toán lực ngang đối với

tường do sự phân bố áp lực hoạt tải xe thiết kế. Sự phân bố áp lực là kết quả giải bài

toán không gian đàn hồi với hệ số Poatxon bằng 0.5.

- Áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố được tính theo công thức:

Trong đó:

+ γ: Trọng lượng riêng của đất đắp (KN/m3)

+ H: Chiều cao tường chắn (m).

+ heq: Chiều cao lớp đất tương đương (m).

+ K: Hệ số áp lực đất.

1. Tường trọng lực: K = Ko.

Hình 8.2: Áp lực đất do hoạt tải.


LS

115


2. Tường công xon: K = Ka.

- Vị trí đặt hợp lực tại 0.5H tính từ đáy móng.

c. Tính hệ số áp lực đất:

- Để tính toán áp lực đất chủ động, bị động thì có thể dùng lý thuyết Culông, Rankine

hoặc phân tích theo đường cong lôgarit. AASHTO-LRFD tính áp lực đất theo công thức

Culông. Việc chọn hệ số áp lực đất thích hợp là vấn đề hết sức quan trọng trong tính

toán thiết kế mố. Thông thường ta chọn hệ số áp lực đất như sau:

+ Tường trọng lực hoặc tường chống trên nền đá hoặc nền cọc ta dùng hệ số áp

lực đất tĩnh Ko.

+ Tường công xon có chiều cao H<5m trên nền đá hoặc nền cọc, hệ số áp lực lấy

bằng 0.5(Ko + Ka).

+ Tường công xon có chiều cao H>5m hoặc bất kỳ loại tường nào trên móng

nông, dùng hệ số áp lực đất chủ động Ka.

- Hệ số áp lực đất tĩnh: Ko

+ Đối với đất được cố kết bình thường hệ số áp lực đất tĩnh được lấy như sau:

Ko = 1 - sinf

Trong đó:

f : Góc ma sát của đất thoát nước.

Ko: Hệ số áp lực đất tĩnh.

+ Đối với đất quá cố kết hệ số áp lực đất tĩnh có thể giả thiết thay đổi theo hàm số của

tỷ lệ quá cố kết hay lịch sử ứng suất và có thể lấy bằng:

K0 = (1 - sinf )(OCR)sinf

Trong đó:

f : Góc ma sát của đất thoát nước.

OCR: Tỷ lệ quá cố kết.

Các giá trị Ko cho các tỷ lệ quá cố kết khác nhau OCR, tra bảng 3.11.5.2-1

trong 22TCN272-05.

Phù sa, sét, sét dẻo chảy không nên dùng làm đất đắp khi mà vật liệu hạt dễ

thoát nước có sẵn.

- Hệ số áp lực đất chủ động: Ka

với

Trong đó:



+ : Góc ma sát giữa đất đắp và tường lấy như quy định trong Bảng 3.11.5.3-1

(độ).

+ : Góc của đất đắp với phương nằm ngang như trong Hình 8.3 (độ).

+ : Góc của lưng tường chắn so với phương nằm ngang (độ).

Hình 8.3: Chú giải Coulomb về áp lực đất.

+ ’: Góc nội ma sát hữu hiệu (độ).

d. Tính áp lực đất theo phương pháp chất lỏng tương đương:

- Tính áp lực đất theo phương pháp chất lỏng tương đương thường được áp dụng để

tính áp lực ngang của đất tác dụng lên tường chắn, đặc biệt khi đất đắp là đất sét. Thay

cho việc xác định hệ số áp lực ngang của đất K, có thể tính áp lực ngang của đất đắp

bằng cách sử dụng tỉ trọng chất lỏng tương đương.

- Áp lực ngang của đất tại chiều sâu Z:

Ph = eq .Z

Trong đó:

+ Ph: Áp lực ngang của đất (Lực/(chiều dài)2).

+ eq: Tỷ trọng chất lỏng tương đương của đất (Lực/(chiều dài)3).

+ Z: Chiều sâu tính từ mặt đất (chiều dài).

- Trị số chuẩn của tỷ trọng chất lỏng tương đương dùng trong thiết kế tường có chiều cao

không vượt quá 6000 mm có thể lấy theo Bảng 8.2 (3.11.5.5-1):

Trong đó:

+ : Chuyển vị của đỉnh tường theo yêu cầu để đạt được áp lực chủ động nhỏ nhất

hoặc áp lực bị động lớn nhất do nghiêng hay chuyển dịch ngang (mm).

+ H: Chiều cao tường (mm).

+ i: Góc nghiêng của mặt đất đắp đối với tường thẳng nằm ngang (độ).

- Độ lớn của thành phần thẳng đứng của tổng áp lực đất cho trường hợp mặt đất đắp dốc

có thể lấy theo: Pv = Ph tan(i)

Trong đó: Ph = 0,5eq gH2 (x 10-9)

Bảng 8.2: Giá trị điển hình của tỷ trọng chất lỏng tương đương của đất.

Đất đắp bằng Đất đắp với i = 250



Loại đấtNghỉ

eq(kG/m3)

/H = 1/240

eq(kG/m3)

Nghỉ

eq(kg/m3)

/H = 1/240

eq(kg/m3)

Cát hoặc sỏi cuội xốp 880 640 1040 800

Cát hoặc sỏi cuội vừa 800 560 960 720

Cát hoặc cuội sỏi chặt 720 480 880 640

Phù sa chặt (ML) 960 640 1120 800

Đất sét gầy chặt (CL) 1120 720 1280 880

Đất sét béo chặt (CH) 1280 880 1440 1040

8.1.3.2. Lực ma sát âm (DD):

Lực ma sát âm của đất là lực xuất hiện trên mặt hông của cọc khi nén đất ở gần cọc.

Lực ma sát âm sẽ được quan tâm khi: cọc xuyên qua đất có tính nén lún nhiều (cát bùn,

đất sét, …) và có độ dày lớn hoặc khi có phụ tải tác dụng lên đất ở xung quanh cọc.

8.1.3.3. Hoạt tải xe ôtô (LL):

Hoạt tải xe ôtô sẽ gây ra phản lực tại gối của mố trụ cầu nên ta tính toán bằng cách

xếp tải lên đường ảnh hưởng phản lực gối hoặc có thể sử dụng các phần mềm như

Midas, RM, …

Ta cần lưu ý tới quy tắc xếp tải:

- Đối với kết cấu nhịp giản đơn ta xếp tải bất lợi như hình sau:

Hình 8.4: Xếp hoạt tải tính phản lực gối của KCN giản đơn.

- Đối với phản lực gối giữa của nhịp liên tục thì ta lấy 90% hiệu ứng của 2 xe tải

thiết kế có khoảng cách giữa trục bánh trước xe này và trục bánh sau xe kia là 15m tổ

hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, khoảng cách giữa các trục 145KN phải

lấy bằng 4,3m.

Hình 8.5: Xếp hoạt tải tính phản lực gối của KCN liên tục.



8.1.3.4. Lực hãm xe (BR):

- Điểm đặt: cách mặt đường xe chạy 1,8 m

- Tác dụng theo phương ngang dọc cầu

- Trị số : BR = 25%

: Tổng trọng lượng của các trục xe xếp trên tất cả các làn xe cùng chiều.

8.1.3.5. Lực ma sát gối cầu (FR):

Lực ma sát FR tính theo công thức sau:

FR=f.N

Trong đó:

f : Hệ số ma sát tùy thuộc vào loại gối.

N: Phản lực tại gối cầu.

Các tải trọng khác xem trong phần 3 - Tải trọng và hệ số tải trọng (22TCN272-05).

8.2. CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ

CẦU DẦM:

8.2.1. Các mặt cắt kiểm toán:

I I

II II

III

III

N

N

C C

Hình 8.6: Các mặt cắt kiểm toán trụ.

Mặt cắtMục đích kiểm toán

Phương Ký hiệu Tên gọi

Mặt cắt ngang

I-I Mặt cắt đỉnh bệTính toán thân trụ

II-II Mặt cắt tại các vị trí thay

đổi kích thước trên thân trụ

III-III Mặt cắt đáy bệ Kiểm toán nền móng, ổn định

lật, cường độ đất nền,…

C-C Mặt cắt chân đá kê gối Bố trí cốt thép chịu lực cục bộ

Mặt cắt thẳng đứng N-N Mặt cắt xà mũ Tính toán thiết kế xà mũ



8.2.2. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu dầm:

- Từ các tải trọng tác dụng lên trụ cầu ta xác định được lực thẳng đứng (N), momen

(Mx, My), lực ngang (Qy, Qx) theo phương dọc và ngang cầu tác dụng tại các mặt cắt

ứng với từng loại tải trọng.

- Ví dụ các loại tải trọng có thể tác dụng xét với mặt cắt đỉnh bệ (I-I) ở các TTGH:

BAÛNG TAÛI TROÏNG XEÙT TÔÙI MAËT CAÉT ÑÆNH BEÄ

Taûi troïng

(heä soá)

NDoïc caàu Ngang caàu

Qy Mx Qx My

Caáu kieän + thieát bò phuï DC

DC

Lôùp phuû + tieän ích DW DW

Hoaït taûi xe LL LL

Taûi troïng ngöôøi PL PL

Löïc haõm xe doïc caàu BR BR

Löïc ñaåy noåi B B

AÙp löïc doøng chaûy WA

WA

Gioù ngang

Gioù taùc ñoäng leân KCPT WS

Gioù taùc ñoäng leân KCPD WS

Gioù doïc

Gioù taùc ñoäng leân KCPT WS

Gioù taùc ñoäng leân KCPD WS

Gioù thaúng ñöùng WS

Gioù treân hoaït taûi WL

WL

Löïc ma saùt FR FR

Löïc ly taâm CE CE

Löïc do thay ñoåi nhieät ñoä TU

TU

Löïc ñoäng ñaát EQ EQ

Löïc va taøu CV CV

- Sau đó ta tổ hợp tải trọng theo các TTGH với các hệ số tải trọng ứng với các

TTGH:

+ TTGH CĐ3 giống với TTGH SD chỉ khác hệ số tải trọng.

+ TTGH CĐ1 = TTGH CĐ3 – Tải trọng gió.

+ TTGH CĐ2 = TTGH CĐ3 – Tải trọng xe.



8.3. CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ

CẦU DẦM:

8.3.1. Các mặt cắt kiểm toán:

I I

II II

III

III

Hình 8.7: Các mặt cắt kiểm toán mố.

- Mặt cắt I-I: Mặt cắt chân tường đỉnh.

- Mặt cắt II-II: Mặt cắt chân tường thân.

- Mặt cắt III-III: Mặt cắt đáy móng.

- Tường cánh được kiểm toán riêng.

Cách phân chia mặt cắt tường cánh:

Hình 8.8: Cách phân chia mặt cắt tường cánh.

8.3.2. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mố cầu dầm:

8.3.2.1. Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng:

- Mố cầu có kích thước rất lớn nên ta thường chỉ xét mố chịu lực bất lợi theo phương dọc cầu. Bỏ qua các tác động của tải trọng lên mố theo phương ngang cầu.

- Khi thành lập tổ hợp tải trọng đối với mố cầu thì ta phải thành lập 2 tổ hợp:

+ Tổ hợp tải trọng I: Bất lợi ra phía sông.

+ Tổ hợp tải trọng II: Bất lợi vào bờ.



- Về nguyên tắc tất cả các TTGH ta đều phải lập với 2 tổ hợp tải trọng I và II. Tuy nhiên trong kiểm toán mố ta thường chỉ kiểm toán theo TTGH cường độ I, và TTGH sử dụng.

8.3.2.2. Tổ hợp tải trọng I: Bất lợi ra sông.

Đối với tổ hợp tải trọng I ta xét mố chịu lực bất lợi ra phía sông nên các tải trọng gây ra mômen lật ra phía sông được lấy với hệ số tải trọng γ > 1 và các tải trọng gây ra mômen lật về phía nền đường được lấy với hệ số tải trọng γ < 1.

8.3.2.3. Tổ hợp tải trọng II: Bất lợi vào bờ.

Đối với tổ hợp tải trọng II ta xét mố chịu lực bất lợi về phía nền đường nên các tải trọng gây ra mômen lật về phía nền đường được lấy với hệ số tải trọng γ > 1 và các tải trọng gây ra mômen lật ra phía sông được lấy với hệ số tải trọng γ < 1.

8.4. TÍNH DUYỆT MỐ TRỤ CẦU DẦM:

8.4.1. Tính duyệt theo TTGH cường độ:

8.4.1.1. Tính duyệt khả năng chịu uốn:

a. Chịu uốn 1 phương:

- Với mặt cắt chữ nhật khoảng cách từ trục trung hòa tới mép chịu nén:

Trong đó:

+ As : Diện tích cốt thép chịu uốn bố trí trên mặt cắt ngang.

+ fy : Cường độ chảy của cốt thép.

+ b : Chiều rộng của bản cánh chịu nén.

+ fc’ : Cường độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày.

+ β1 : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất tương đương.

- Mô men kháng uốn tính toán:

Trong đó:

+ a : Chiều dày của khối ứng suất tương đương a= β1 c.

+ ds : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo.

+ φ : Hệ số sức kháng uốn.

- Kết cấu đủ khả năng chịu uốn khi:

Mr ≥ Mu

Trong đó:

+ Mu: Mômen tại mặt cắt kiểm toán.

+ Mr: Mômen kháng uốn tính toán.

b. Chịu uốn 2 phương:



- Nếu lực tính toán dọc trục Pu < 0,1.φ.fc’.Ag: Kiểm toán uốn 2 phương theo điều kiện:

Trong đó:

+ Mux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương x.

+ Muy : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương y.

+ Mrx : Mômen kháng uốn tính toán đơn trục theo phương x.

+ Mry : Mômen kháng uốn tính toán đơn trục theo phương y.

+ ds : Chiều cao có hiệu của mặt cắt.

+ As : Diện tích cốt thép chịu kéo.


+ φ : Hệ số sức kháng.

+ a = β1.c : Chiều dày khối ứng suất tương đương.


+ β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất.

+ b : Chiều rộng của mặt cắt.

- Nếu lực tính toán dọc trục Pu ≥0,1.φ.fc’.Ag: Kiểm toán uốn 2 phương theo điều kiện:

Trong đó:

+ Po : Khả năng làm việc của cột chịu nén đúng tâm Po = 0,85.fc’.(Ag - Ast) + Ast.fy

+ Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt.

+ Ast : Giới hạn chảy quy định của cốt thép.

+ φ : Hệ số sức kháng = 0,75 với cấu kiện chịu nén dọc trục.

+ Prxy : Sức kháng dọc trục tính toán khi uốn theo hai phương.

+ Prx : Sức kháng dọc trục tính toán khi chỉ có độ lệch tâm ex

+ ex : Độ lệch tâm của lực dọc trục tính toán tác dụng theo hướng trục X, ex=Muy/Pu

+ Pry : Sức kháng dọc trục tính toán khi chỉ có độ lệch tâm ey

+ ey : Độ lệch tâm của lực dọc trục tính toán tác dụng theo hướng trục Y, ey=Mux/Pu



+ Pu : Lực dọc trục tính toán.

8.4.1.2. Tính duyệt khả năng chịu cắt:

Vu ≤ φ.Vn

Trong đó:

+ φ : Hệ số sức kháng cắt φ = 0.9

+ Vn : Sức kháng cắt danh định là trị số nhỏ hơn của:

Vn = Vc + Vs + Vp

Vn = 0,25 cf bv dv+ Vp

Với:

Vc = 0,083 cf bv dv

s

)sincotg(cotgdfAV vyv

s

+ bv : Bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao

dv được xác định trong Điều 5.8.2.7.

+ dv : Chiều cao chịu cắt hữu hiệu được xác định trong Điều 5.8.2.7.

+ s : Cự ly cốt thép đai.

+ : Hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo được quy định trong

Điều 5.8.3.4.

+ : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định trong Điều 5.8.3.4.

+ : Góc nghiêng của cốt thép ngang đối với trục dọc.

+ Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s.

+ Vp : Thành phần lực dự ứng lực hữu hiệu trên hướng lực cắt tác dụng, là dương nếu

ngược chiều lực cắt.

8.4.1.3. Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Trong đó:

+ : Tỷ lệ giữa diện tích thép chịu kéo và diện tích nguyên.



8.4.1.4. Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:

Trong đó:



+ de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trong tâm

lực kéo của cốt thép chịu kéo.

+ c: Khoảng cách từ trục trung hòa tới mép chịu nén.

8.4.1.5. Cự ly tối đa của cốt thép ngang:

Cự ly tối đa của cốt thép ngang không được vượt quá trị số sau:

+ Nếu Vu < 0,1fc’.bv.dv thì s <= 0,8dv <= 600 mm

+ Nếu Vu ≥ 0,1fc’.bv.dv thì s <= 0,4dv <= 300 mm

8.4.2. Tính duyệt theo TTGH sử dụng:

Kiểm tra khống chế nứt bằng phân bố cốt thép:

Trong đó:

+ A: Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chịu kéo và được bao

bởi mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hòa, chia cho số lượng các

thanh cốt thép (A = Ac/n).

+ Z: Thông số bề rộng vết nứt.

+ dc: Chiều cao phần bêtông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho đến tâm của thanh hay

sợi đặt gần nhất

+ fs: Ứng suất trong cốt thép chủ dưới tác dụng của ngoại lực.


CHƯƠNG 9: GỐI CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG 9:

GỐI CẦU

9.1. KHÁI NIỆM CHUNG:

9.1.1. Vai trò của gối cầu:

Gối cầu là bộ phận liên kết giữa kết cấu nhịp và mố trụ, nhằm:

- Truyền tải trọng từ KCN xuống mố trụ và đất nền.

- Đảm bảo chuyển vị tương đối (tịnh tiến và xoay) giữa KCN và mố trụ.

+ Chuyển vị tịnh tiến (theo cả phương dọc và ngang) của gối cầu là do từ biến, co

ngót và nhiệt độ.

+ Chuyển vị xoay của gối cầu là do hoạt tải, sai số thi công và lún không đều của

mố trụ.

Các loại gối cầu:

- Gối cố định: Chỉ đảm bảo chuyển vị xoay của KCN.

- Gối di động: Đảm bảo cả chuyển vị xoay và chuyển vị tịnh tiến của KCN.

Gè i di ®é ngGè i c è ®Þnh

Hình 9.1: Sơ đồ tĩnh học của gối cầu.

9.1.2. Nguyên tắc bố trí gối cầu:

9.1.2.1. Bố trí trên mặt chính:

a. Đối với dầm giản đơn:

- Trong KCN nhịp dầm giản đơn, để đảm bảo tĩnh định, người ta bố trí một gối cố định

và một gối di động.

- Trong cầu dầm giản đơn nhiều nhịp, trên mỗi trụ đều bố trí một gối cố định và một gối

di động, như vậy lực ngang lên mỗi trụ (do lực hãm, gió) và độ co giãn của các khe là như

nhau.a a

Gè i c è ®Þnh

Gè i DI § é ng

a+ a+

Hình 9.2: Bố trí gối cầu trong cầu giản đơn nhiều nhịp.

- Trong trường hợp gặp trụ cao, để giảm lực ngang thì có thể bố trí 2 gối di động trên trụ

đó.



Gè i c è ®Þnh

Gè i DI § éng

a+2 a+ aa

Hình 9.3: Bố trí gối cầu trong cầu giản đơn nhiều nhịp khi có trụ cầu cao.

b. Đối với dầm liên tục:

Ta trọn vị trí đặt gối cố định dựa trên hai tiêu chí:

- Đặt ở mố hoặc trụ có chiều cao thấp để chịu lực đẩy ngang.

L

a+T.L a

Hình 9.4: Bố trí gối cầu trong cầu liên tục theo tiêu chí 1.

- Đặt tại trụ giữa cầu để giảm bớt độ lớn khe co giãn.a+T.L1

L1 L2

a+T.L2

Hình 9.5: Bố trí gối cầu trong cầu liên tục theo tiêu chí 2.

Trong đó:

- a: Khe hở tối thiểu giữa hai đầu dầm hoặc giữa đầu dầm và tường mố (a≥5cm).

- : Biến dạng kết cấu nhịp do chênh lệch nhiệt độ (khi đặt gối di động), =T.L

+: Hệ số giãn nở nhiệt của bêtông, =1.17.10-5 (1/độ).

+T: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ trung bình.

+ L: Chiều dài đoạn kết cấu nhịp biến dạng.

9.1.2.2. Bố trí trên mặt bằng:

- Đối với cầu có Bcầu≤12m, có thể bỏ qua chuyển vị của dầm chủ theo phương ngang cầu

nên chỉ cần bố trí gối di động một phương.

- Đối với cầu có Bcầu≥12m, chuyển vị của dầm chủ theo phương ngang cầu là khá lớn nên

phải bố trí gối di động đa phương.

- Trường hợp không có gối di động đa phương, ta có thể sử dụng gối di động một

phương. Khi đó ta phải đặt gối di động theo phương xiên góc, khi đó các gối di động phải

có phương đồng qui tại tim gối cố định.



Hình 9.6: Bố trí trên mặt bằng.

9.2. CẤU TẠO GỐI CẦU:

9.2.1. Gối cầu dầm BTCT:

9.2.1.1. Gối tiếp tuyến:

a. Cấu tạo:

Gồm 2 bản thép: bản thớt trên và bản thớt dưới.

- Bản thớt trên được đặt nửa chìm trong đầu dầm, liên kết hàn với cốt thép neo và cốt

thép neo được hàn với các thanh cốt thép dọc chủ của dầm. Bản thớt trên có mặt dưới hình

bán nguyệt để tiếp xúc với thớt dưới và đảm bảo chuyển vị xoay của đầu dầm.

- Bản thớt dưới được đặt nửa chìm trong xà mũ mố trụ, liên kết hàn với cốt thép neo và

cốt thép neo được hàn với các thanh cốt thép của xà mũ.

2040

130

180

170

R300

Cèt thÐp neo

Thí t d í i

Thí t trªn

lç trßn, gèi cè ®Þnh lç «van, gèi di ®éng

62

Hình 9.7: Gối tiếp tuyến.

- Phía trên mặt của bản thớt được bôi mỡ và phải thường xuyên kiểm tra mỡ để đảm bảo

sự di chuyển tịnh tiến của thớt trên so với thớt dưới.

- Cấu tạo gối cố định và di động chỉ khác nhau ở chỗ gối cố định có chốt hoặc vấu để

ngăn cản chuyển vị theo phương dọc cầu của thớt trên đối với thớt dưới.


- Gối tiếp tuyến có cấu tạo đơn giản, dễ thi công.

- Phần bản thép lộ ra của các thớt gối rất dễ bị gỉ, do đó cần phải có biện pháp bảo vệ, có

thể đặt khe co giãn trong hộp kín và thường xuyên bôi mỡ bảo vệ.



- Gối tiếp tuyến thường được áp dụng cho các KCN cầu nhỏ L=9÷18m đối với cầu đường

sắt và L=12÷18m đối với cầu đường ôtô, với chuyển vị ở đầu dầm nhỏ =1÷2cm.

9.2.1.2. Gối con lăn:

a. Cấu tạo:

- Gồm 2 tấm thép bề mặt hình trụ, ở giữa là khối BTCT gọi là con lăn.

- Gối con lăn có hệ số ma sát nhỏ f=0.05 đồng thời đảm bảo chuyển vị tự do theo phương

dọc cầu của KCN.

- Nếu đường kính con lăn D≤18÷20cm thường dùng gối con lăn tròn. Nếu đường kính

con lăn D≥20cm, thì nên dùng con lăn cắt vát.

- Chuyển vị xoay của gối được đảm bảo bằng sự quay tương đối giữa thớt trên và thớt

dưới. Còn chuyển vị tịnh tiến của KCN được đảm bảo bằng chuyển vị lăn của các con lăn

tròn trên thớt dưới.


- Gối có thể chịu được phản lực N≤80T.

- Gối con lăn được áp dụng cho cầu có chiều dài nhịp L=20÷40m.

- Tuy nhiên gối con lăn bằng BTCT có cấu tạo phức tạp và khả năng chịu tải không lớn

cho nên hiện nay rất ít được sử dụng.

50x30x2

hµn lÊp ®ÇyLç ? 10 mm

MÆt c¾t B - B

42x30x2

§ êng hµn 10mm§Çu dÇm

G1

A

Gèi cè ®Þnh mÆt c¾t A - A

42x30x2

50x30x2

450

150 50 200 50

8060

5010

0

320

5060

300

160

420480

100 300 100

500

8060

200

60

320

50 200 50

300150

100 300 100

500

100

6060

120

150 70 160 70

300

90 220 90

100

6060

120

400

420

480

400

§¸ kª gèi

G1

§¸ kª gèi

B

B§Çu dÇm

A

Gèi di ®éng

§ êng hµn 10mm

Hình 9.8: Gối con lăn.



9.2.1.3. Gối chậu:

a. Cấu tạo:

- Gồm một tấm cao su hình tròn đặt trong một bộ phận bằng thép hình chậu.

- Chuyển vị xoay và chuyển vị tịnh tiến của gối được đảm bảo bởi biến dạng cắt đàn hồi

của tấm cao su. Nhờ có chậu thép mà tấm cao su không bị nở hông và biến dạng khi chịu áp

lực thẳng đứng do tải trọng.

- Trong gối di động, chuyển vị trượt của gối do tấm Teflon PTFE trượt trên mặt lá thép

hợp kim. Tấm trượt Teflon PTFE được đặt trong khấc lõm của bản thép. Trên mặt tấm trượt

Teflon PTFE là một lá thép hợp kim mịn phẳng và không rỉ, có chiều dày tối đa 1mm. Để

gối di động 1 phương thì chỉ cần lắp thêm thanh nẹp dẫn hướng.

- Gối cố định được cấu tạo có nắp trên và nắp dưới tì lên nhau để truyền trực tiếp áp lực

thẳng đứng xuống mố trụ.c Êu t ¹ o gè i c ao su c hËu t hÐp

1/2 mÆt c ¾t ii - ii

i i iiiiii v v

iiII iviv vivi

1/2 mÆt b»ng

1/2 mÆt c ¾t i - i1/2 mÆt c hÝnh 1/2 mÆt c ¾t iii - iii

1/2 mÆt c ¾t iv - iv1/2 mÆt b»ng

1/2 mÆt c hÝnh 1/2 mÆt c ¾t iv - iv

1/2 mÆt c ¾t vi - vi1/2 mÆt b»ng

1/2 mÆt c hÝnh

980

170

505 490

1010

980

186

186

1020

970

181

181

980

1020

510 485

970

(H· ng MAURER-§ øC)TL1:10

gè i di ®é ng 2 h í ng (t ga) gè i di ®é ng 1 h í ng (t ge) gè i c è ®Þnh (t f )

ChËu thÐpTÊm cao su

§ Üa PTFE

Gio¨ng cao suchèng Èm

B¶n tr î t

L¸ thÐp hî p kim

N¾p ®Ëy

980

980

980

980

170

Hình 9.9: Gối chậu.

b. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:

- Hệ số ma sát của gối với bêtông f=0.05.

- Khả năng chịu lực của gối P≤2500T.

- Gối chậu thường được dùng cho các cầu trung và cầu lớn L≤150m, với chuyển vị

=5÷15cm và áp lực gối P=100÷2500T.

- Do gối có khả năng chịu lực lớn nên còn được áp dụng phổ biến cho KCN cầu BTCT

DƯL thi công theo phương pháp đúc đẩy hoặc đúc hẫng.

9.2.1.4. Gối cao su bản thép:

a. Cấu tạo:

- Gối có dạng một khối cao su hình chữ nhật, bên trong có các bản thép dày =5mm có

tác dụng tăng cường khả năng chịu lực theo phương thẳng đứng.

- Đầu dầm có thể chuyển vị trượt hoặc xoay là do biến dạng đàn hồi của gối.



PH

M M

HP

a) b)

Hình 9.10: Gối cao su bản thép.


- Hệ số ma sát của gối với bêtông f=0.3.

- Khả năng chịu lực của gối P≤200T.

- Gối có cấu tạo đơn giản, dễ định hình hoá trong chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và thay thế

khi cần thiết.

- Tuổi thọ của gối khá cao do không bị gỉ và ăn mòn như gối thép.

- Do gối được cấu tạo bằng cao su nên giảm được lực xung kích từ KCN truyền xuống

mố trụ.

9.2.2. Gối cầu dầm và dàn thép:

- Trong cầu thép có nhịp L<25m thường áp dụng gối tiếp tuyến có cấu tạo nói trên.

- Khi chiều dài nhịp L>25m, phản lực gối P=70÷300T thường dùng gối con lăn nói trên.

- Đối với cầu có chiều dài nhịp L>100m, áp lực gối P>300T thường dùng gối có 2 hoặc

nhiều con lăn (số con lăn không quá 4).

Hình 9.11: Gối con lăn cho cầu thép.

Hình 9.12: Gối con lăn cho cầu thép (gối di động và cố định).


Bai Giang Co So Cong Trinh Cau - T

Documents

Transcript of Bai Giang Co So Cong Trinh Cau - T