Bai giang co so cong trinh cau t.hung

  • 3,016 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
No Downloads

Views

Total Views
3,016
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
4

Actions

Shares
Downloads
197
Comments
0
Likes
2

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1:.....................................................................................................2 KHÁI NIỆM VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG....................2 CHƯƠNG 2:...................................................................................................25 CÁC CĂN CỨ CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ CẦU.........................25 CHƯƠNG 3:...................................................................................................35 THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU...............................................................35 CHƯƠNG 4:...................................................................................................43 MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI.................................................................43 CHƯƠNG 5:...................................................................................................69 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU.........................................................69 CHƯƠNG 6:...................................................................................................75 CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM......................................................................75 CHƯƠNG 7:.................................................................................................101 CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU............................................................101 CHƯƠNG 8:.................................................................................................113 TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM.................................................................113 CHƯƠNG 9:.................................................................................................125 GỐI CẦU......................................................................................................125 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 1 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 2. 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 2 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 3. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 3 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 4. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 4 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 5. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 5 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 6. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 6 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 7. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 (40 ÷ 60)% 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: Ltt1 Ltt1 Ltt2 Lnh H1 H Hkt Lnh MNCN MNTT MNTN Lo Lcau Hình 1.11: Các kích thước cơ bản của cầu. - Các chiều dài cầu: + Khẩu độ thoát nước dưới cầu (L 0): 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 7 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 8. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. Lcau = ∑Lnh + ∑a + 2.Lmo 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 8 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 9. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 9 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 10. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 10 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 11. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 11 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 12. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Cầu cất: KCN có thể mở về 1 phía hoặc 2 phía theo góc 70 0 ÷ 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 12 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 13. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 13 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 14. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 14 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 15. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. V V Hình 1.27a. Mô hình KCN cầu dầm. Hình 1.27b. Công trình cầu dầm. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 15 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 16. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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 H H V V 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 16 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 17. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. H H V V 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 17 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 18. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. V V H H 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 18 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 19. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 19 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 20. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 20 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 21. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 21 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 22. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 22 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 23. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.40: Cầu Phú Lương (Hải Dương). Bình). Hình 1.41: Cầu Sông Gianh (Quảng 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, … BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 23 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 24. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 24 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 25. 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 25 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 26. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 26 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 27. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 27 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 28. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 28 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 29. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 29 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 30. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU TÁC ĐỘNG TRÊN KẾT CẤU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU ≤ 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: σ max ≤ [σ ] với [σ ] = σ gh k Trong đó: + σmax: Ứng suất tiêu chuẩn (không hệ số) lớn nhất trong bộ phận kết cấu do tải trọng gây ra. + [σ]: Ứng suất lớn nhất cho phép xuất hiện trong bộ phận kết cấu. + σgh: 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: Smax ≤ [S] với [S] = Sgh k 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 30 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 31. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + k: Hệ số an toàn (k>1). - Đặc điểm của phương pháp: + 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: ∑n .N i i tc tc ≤φ.( m, k1 .R1 , k 2 .R2 ,..., F0 ) Trong đó: • ni: Hệ số tải trọng. • Ni: Nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. • φ: 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, R2tc,…: 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 31 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 32. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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: ∑η .γ .Q i i i ≤ φ.Rn = Rr 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. + φ: Hệ số sức kháng. - Hệ số sức kháng φ: 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. 1 + ηi = η .η .η ≤ 1.0 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimin. D R I 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 32 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 33. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. - Đặc điểm của phương pháp: + 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 33 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 34. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II 34
  • 35. 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 35 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 36. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU  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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 36 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 37. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 37 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 38. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 Khẩu độ Btt Tĩnh không Tĩnh không dây điện sông I Sông Kênh 80 50 Htt (m) 10 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 12 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 38 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 39. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 39 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 40. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 40 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 41. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 41 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 42. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II 42
  • 43. 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 mÆ cÇu t 2% 2% Hình 4.1: Mặt cầu ôtô. 4.1.1.1. Mặt cầu bằng bêtông Atphalt: a. Cấu tạo: l l l l í í í í p p p p bª t « n g a s ph al t d µy 5c m bª t « n g b ¶ o v Ö d µy 3c m ph ß n g n ­ í c d µy 1c m mu i l u y Ön d µy 9c m (t ¹ i t im c Çu ) 10 30 50 2% 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 δ=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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 43 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 44. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Gồm một lớp nhựa đường nóng, một lớp vải thô tẩm nhựa và trên cùng phủ tiếp một lớp nhựa nóng. + Chiều dày δ=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 δ=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. + Chiều dày δ=5÷7cm. + 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 10 ÷ 20 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 b ª t « n g x i m¨ n g m¸ c 300 d µy 8c m ®Æ t l ­ í i c è t t h Ðp d 6, b ­ í c c è t t h Ðp 10x 10c m l í p p h ß n g n ­ í c d µy 1c m l í p mu i l u y Ön d µy 9c m (t ¹ i t im c Çu ) 10 80 2% Hình 4.3: Mặt cầu bêtông ximăng. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 44 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 45. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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). + Chiều dày δ=6÷8cm. + 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. b. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: - 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 δ=12÷24mm. - Sườn tăng cường dọc và ngang: + Làm từ các dải thép bản hành đính vào mặt dưới của tấm thép. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 45 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 46. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 46 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 47. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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: + Chiều dày δ=5÷7cm.  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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 47 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 48. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 3500 1435 200 200 Tµ vÑt gç 200 400 Ray chÝ nh Ray phô M¸ ng ®¸ d¨ m § ¸ bal¸ t 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: 1435 200 200 300 Gç gê 200x160 200 Ray chÝ nh Ray phô 300 Tµ vÑt gç Hình 4.8a: Mô hình mặt cầu trần có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm. - Tà vẹt: + Dài L=3m. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 48 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 49. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. b. Ưu, nhược điểm: - 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 49 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 50. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU § Ö cao su m Bul«ng ThÐp gãc § Ö gç m R«ng ®en B¶n ®Ö m § Ö thÐp m B¶n thÐp 10mm B¶n thÐp 30mm B¶n bª t«ng mÆ cÇu t 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. b. Ưu, nhược điểm: - 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 50 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 51. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. 6000 33000 33000 2% 2% 33000 0% 33000 0% 2% 33000 6000 2% Hình 4.10a: Độ dốc dọc cầu đối xứng về hai phía. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 51 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 52. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 2% BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 i n=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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 52 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 53. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 2% BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 c BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII è ng tho¸ t n­ í c 53 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 54. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU n ¾p c h ¾n r ¸ c Tim è n g t h o ¸ t n ­ í c è ng t ho ¸ t n­ í c Bª t « n g c ¸ n h d Çm Bª t « n g h ¹ t n h á M400 Hình 4.12a: Cấu tạo ống thoát nước bằng gang đúc. 1/2 mÆ c ¾t t ¹ i g è i t 500 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 12000 11000 54 1/2 mÆ c ¾t g i÷ a n h Þ t p 500 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 55. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 7 15 15 20 30 15 198 212 196 176 250 140 250 7 202 216 7 700 82 575 220 300 602 250 è ng nèi 10 250 15 226 200 10 10 10 15 20 30 23 15 23 15 180 250 300 20 30 n ¾p c h ¾n r ¸ c 15 10 30 20 30 276 30 25 20 25 8.9 23 l ç t h¸ o n­ í c 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 1m 2 bề mặt hứng mưa của cầu phải bố trí 1cm 2 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 55 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 56. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 56 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 57. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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 δ=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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 57 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 58. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 4.3.3.2. Khe co giãn kín: a. Phạm vi sử dụng: Áp dụng cho các chuyển vị δ = 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. c. Ưu, nhược điểm: - Xe chạy êm thuận. - Chế tạo phức tạp hơn khe co giãn hở. 4.3.3.3. Khe co giãn cao su chịu nén: a. Phạm vi sử dụng: Khe co giãn loại này cũng chỉ nên áp dụng cho các chuyển vị nhỏ δ = 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 58 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 59. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU c. Ưu, nhược điểm: 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: a. Phạm vi sử dụng: Được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay. Áp dụng cho các chuyển vị δ=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. Lí p phñ mÆ cÇu t TÊm cao su Bu l«ng neo 20 V÷a kh«ng co ngãt Cèt thÐp ®Þ vÞ 16 nh Cèt thÐp chê 20 Hình 4.18: Khe co giãn cao su bản thép. c. Ưu, nhược điểm: 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: a. Phạm vi sử dụng: 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 δ = 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 59 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 60. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 4.19: Khe co giãn bản thép trượt. c. Ưu, nhược điểm: 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: a. Phạm vi sử dụng: 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 δ = 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. c. Ưu, nhược điểm: - Đảm bảo được chức năng của một khe co giãn cho sự chuyển tiếp các nhịp dài. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 60 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 61. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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: a. Phạm vi sử dụng: Áp dụng cho các cầu lớn có chiều dài nhịp L > 100m và có chuyển vị lớn δ = 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). d¶i cao su dÇ däc m h× nh r ay l ß xo t r­ î t gèi t r­ î t 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 61 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 62. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. c. Ưu, nhược điểm: - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 62 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 63. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 63 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 64. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU VÖt s¬n ph©n c¸ ch Gê ch¾ b¸ nh n 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. B¶n bª t«ng C¸ t ®Öm 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 64 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 65. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Cấu tạo lan can: èng trßn 120 B ThÐp vu«ng 50x20mm B ThÐp vu«ng 60x80mm ThÐp ph©n bè 12 A A Bu l«ng U 22 Lí p phñ mÆ cÇu t 2% 2% B-B A-A 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 65 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 66. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. NÒn ®- êng b× th- êng nh § o¹ n më réng § o¹ n vuèt nèi 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 66 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 67. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 67 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 68. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 68 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 69. 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: kÕ cÊu nhÞ t p mè trô mãng 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 69 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 70. CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 70 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 71. CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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, ... BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 71 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 72. CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. MNTN 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 72 (2) ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 73. CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU • 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: b3 b'2 15-20 b2 a1 b0 b1 b3 15-20 a2 a0 b2 b0 b1 15-20 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) BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 73 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 74. CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 = α∆tl + 5cm. Với: α: 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 a 1 = 30cm. - Đối với mọi KCN khác, với gối con lăn và con quay a1 = 50cm. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 74 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 75. 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 75 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 76. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 76 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 77. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 6.3: Mố kê. - 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. + 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. - Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 77 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 78. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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=180 0 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. - Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 78 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 79. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 ,2 5 1:1 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 79 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 80. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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: - Đặc điểm cấu tạo: + 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. 3 4 1:1 - 1 BÖmãng 7 1:1 ,25 2 Th©n mè 3 6 nh 3 T- êng ®Ø MNCN 2 5 4 T- êng c¸ nh 2 1:1 ,5 5 § Êt ®¾ tr- í c mè p 6 NÒn ®- êng ®Çu cÇu 7 KÕt cÊu nhÞ p 8 TÇng ®¸ gèc 1 1 6 TÇng ®¸ gèc 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 80 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 81. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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: - Đặc điểm cấu tạo: + 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. 3 1 BÖ mãng 7 6 2 Th©n mè 3 4 nh 3 T- êng ®Ø MNCN 4 T- êng c¸ nh 5 § Êt ®¾ tr- í c mè p 2 5 1:1 , 6 NÒn ®- êng ®Çu cÇu 5 2 7 KÕt cÊu nhÞ p 8 TÇng ®¸ gèc 1 1 6 TÇng ®¸ gèc 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. 3 1 BÖ mãng 7 6 2 Ch©n cäc 3 4 nh 3 T- êng ®Ø MNCN 4 T- êng c¸ nh 5 § Êt ®¾ tr- í c mè p 2 5 1: 1 ,5 2 6 NÒn ®- êng ®Çu cÇu 7 KÕt cÊu nhÞ p 8 TÇng ®¸ gèc 1 1 6 TÇng ®¸ gèc Hình 6.12: Mố chân dê. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 81 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 82. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Cấu tạo mố cọc: Lấy mố chân dê bỏ đi phần bệ móng ta được mố cọc. - Ưu nhược điểm: + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 82 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 83. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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: - Đặc điểm cấu tạo: 50 50 75 A ≥25 A 1/2 A - A 5 1 1 1: 1, 25 7 5 8 1 H 2 : -1 3 (0,35-0,4)H 30-50 B/2 6 6 4 30-50 3 2 4 1- T- êng ®Ø 2- Mò mè; 3- T- êng th©n; 4- Mãng mè nh; 5- T- êng c¸ nh däc; 6- TÊm kª gèi; 7- Nãn mè; 8- § ¸ d¨ m vµ ®Êt tho¸ t n- í c. 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 83 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 84. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 84 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 85. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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: - Đặc điểm cấu tạo: MÆ ®øng mè t B A 1/2 MÆ c¾ A-A t t 1/2 MÆ c¾ B-B t t 3 C 7 C 3 1: 1 8 -1 :1, 25 2 6 5 4 2 4 1 1 A B 1/2 S¬ ®å bè trÝcäc 1/2 MÆ c¾ C-C t t 1 BÖ mãng 6 § ¸ kª gèi nh 3 T- êng ®Ø 7 Gèi cÇu 4 T- êng c¸ nh 9 5 Xµ mò mè 2 Th©n mè 8 NÒn ®- êng ®Çu cÇu 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 85 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 86. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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 φ=(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: 1:1 • Nón mố được đắp bằng đất 25 :1 , -1 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. V÷a x©y ®¸ héc h = 30cm Lí p ®¸ d¨ m ®Öm h = 10cm Ch©n khay nãn mè • 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. Tø nãn mè Ch©n khay nãn mè Hình 6.16: Cấu tạo tứ nón mố. - Cách xác định các kích thước cơ bản: + Tường đỉnh: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 86 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 87. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU • 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. + 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: Lc = n.H + S 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 - Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 87 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 88. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH 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: 1/2 MÆ c¾ A-A t t Bè trÝchung mè cÇu A 1/2 MÆ c¾ B-B t t B 3 1 BÖ mãng 1:1 - 1:1,25 2 Th©n mè 3 6 nh 3 T- êng ®Ø MNCN 4 4 T- êng c¸ nh 4 2 3:1 2:1 12:1 - 5:1 2 1:1 ,5 5 5 § Êt ®¾ tr- í c mè p 6 NÒn ®- êng ®Çu cÇu 7 Ch©n khay 8 TÇng ®¸ gèc 7 1 1 8 TÇng ®¸ gèc A B 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 88 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 89. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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: Lc = n.( H − hn − 0,5) + S 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. 3 1 BÖ mãng 7 6 2 Th©n mè 3 4 nh 3 T- êng ®Ø MNCN 4 T- êng c¸ nh 5 § Êt ®¾ tr- í c mè p 2 5 1:1 , 6 NÒn ®- êng ®Çu cÇu 5 2 7 KÕt cÊu nhÞ p 8 TÇng ®¸ gèc 1 1 6 TÇng ®¸ gèc 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 89 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 90. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. 3 1 BÖ mãng 7 6 2 Ch©n cäc 3 4 nh 3 T- êng ®Ø MNCN 4 T- êng c¸ nh 5 § Êt ®¾ tr- í c mè p 2 5 1:1 , 5 2 6 NÒn ®- êng ®Çu cÇu 7 KÕt cÊu nhÞ p 8 TÇng ®¸ gèc 1 1 6 TÇng ®¸ gèc 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 90 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 91. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 5 4 3 1 BÖ mãng 2 3 Xµ mò trô 2 Th©n Trô 4 § ¸ kª gèi 5 Gèi cÇu 1 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 91 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 92. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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× ch÷ nhËt nh Trô ®Çu trßn Trô ®a gi¸ c 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 φ<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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 92 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 93. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 93 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 94. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 94 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 95. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. 10:15cm 1;1,5m + 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 Hình 6.23: Trụ bán lắp ghép. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 95 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 96. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 1 BÖ mãng 20:1 - 40:1 20:1 - 40:1 5 2 2 Th©n Trô 3 Xµ mò trô 4 § ¸ kª gèi 5 Gèi cÇu 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 96 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 97. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM 4 BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU MÆ c¾ A-A t t ( Bè trÝgèi cÇu) 3 A A 2 MÆ c¾ B-B t t ( S¬ ®å bè trÝcäc) 1 B B BÖ mãng 1 φ 3 § ¸ kª gèi 2 Th©n Trô 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. A 5 MÆ c¾ A-A t t ( S¬ ®å bè trÝgèi cÇu) A 4 3 B B MÆ c¾ B-B t t 1 BÖ mãng 2 Th©n Trô 3 Xµ mò trô 2 4 § ¸ kª gèi 5 Gèi cÇu MÆ c¾ C-C t t ( S¬ ®å bè trÝcäc) 1 C C Hình 6.26: Cấu tạo trụ thân hẹp. - Cấu tạo: + Thân trụ đúc tại chỗ có thể đặc hoặc rỗng. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 97 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 98. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. - Ưu nhược điểm: + 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: A 5 MÆ c¾ A-A t t ( S¬ ®å bè trÝgèi cÇu) A 4 3 B B 2 φ MÆ c¾ B-B t t 1 BÖ mãng 2 Th©n cét 3 Xµ mò trô 4 § ¸ kª gèi 5 Gèi cÇu MÆ c¾ C-C t t ( S¬ ®å bè trÝcäc) 1 C C Hình 6.27: Cấu tạo trụ thân cột. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 98 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 99. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 6 5 A 4 φ 3 B B MNTT C MÆ c¾ B-B t t 2 MÆ c¾ C-C t t C 1 1 BÖ mãng 4 Xµ mò 2 Th©n ®Æ c 5 § ¸ kª gèi 3 Th©n cét 6 Gèi cÇu 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 99 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 100. CHƯƠNG 6: CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 100 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 101. 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, … BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 101 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 102. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU T Z T T Z T Z BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU T Z Z T/m 0.36Z 4@1.5m 1.5m L 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. 0.7p 0.3p 4m 1.7m 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. 0.3p 0.7p 0.35p 8m 4m 0.95p 4m 0.3p 4m 0.7p 4m 0.3p 8m 0.7p 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 102 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 103. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU 12t 12t BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 6t 1.6m 6m 1.9m 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 1.9m 1.1m Hình 7.6: Đoàn xe H30 theo phương ngang cầu. 6t 12t 6m 12t 6t 1.6m 12t 10m 6m 12t 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. 20t 20t 20t 20t 3@1.2m 6T/m 0.65m 2.7m 0.65m 5m Hình 7.8: Xe XB80. 2.6m 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 103 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 104. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 104 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 105. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 105 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 106. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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. DC DD DW EH EV ES LL IM CE BR PL LS EL Cêng ®é I γn 1.75 1.00 - - Cêng ®é II γn - 1.00 1.40 Cêng ®é III γn 1.35 1.00 §Æc biÖt γn 0.50 Sö dông 1.0 - Tæ hîp t¶i träng Tr¹ng th¸i h¹n giíi Mái chØ cã LL, IM & CE Cïng mét lóc chØ dïng mét trong c¸c t¶i träng TU CR SH TG 1.00 0.5/1.20 γTG - 1.00 0.5/1.20 0.4 1.00 1.00 1.00 - - 1.00 1.00 0.30 0.75 - - WA WS WL FR SE eq ct cv γSE - - - γTG γSE - - - 0.5/1.20 γTG γSE - - - 1.00 - - - 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.0/1.20 γTG γSE - - - - - - - - - - - Bảng 3.4.1-2 (22TCN272-05): Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên. HÖ sè t¶i träng Lo¹i t¶i träng Lín nhÊt Nhá nhÊt DC: CÊu kiÖn vµ c¸c 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 c¸c tiÖn Ých 1.50 0.65 EH: ¸p lùc ngang cña ®Êt • Chñ ®éng • NghØ 1.50 1.35 0.90 0.90 EL: C¸c 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 1.35 1.35 1.30 1.35 1.95 1.50 N/A 1.00 0.90 0.90 0.90 0.90 ES: T¶i träng ®Êt chÊt thªm 1.50 0.75 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 106 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 107. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. 35k n 145k n 145k n bã v Ø a 4.3m 1.8m 4.3m ®Õ 9m n 0.6m nãi chung 0.3m mót thõa mÆ cÇu t 3m 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. 1.2m 0.6m 1.8m 0.6m bã v Ø a 110k n 110k n 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. 3m 9.3kN/m Däc cÇu BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII Ngang cÇu 107 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 108. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. −3 −3 - Tải trọng Người rải đều trên 1m dài dầm chủ: q ng = ble .3.10 hoặc q ng = ble .4,1.10 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 108 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 109. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 109 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 110. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 110 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 111. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 111 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 112. CHƯƠNG 7: CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II 112
  • 113. 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 113 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 114. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM EH = BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU γ .H 2 .K (KN/m) 2 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 h eq, 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, h eq được xác định bằng nội suy tuyến tính. + Các giá trị trong bảng đối với h eq 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: LS = K .heq .γ .H Trong đó: + γ: Trọng lượng riêng của đất đắp (KN/m3) LS + H: Chiều cao tường chắn (m). + heq: Chiều cao lớp đất tương đương (m). + K: Hệ số áp lực đất. 1. Tường trọng lực: Hình 8.2: Áp lực đất do hoạt tải. K BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 114 = Ko. ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 115. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 - sinϕf Trong đó: • ϕf : 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 - sinϕf )(OCR)sinϕf Trong đó: • ϕf : 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  Sin 2 (θ + ϕ ′) Sin( ϕ ′ + δ ) Sin( ϕ ′ − β )  Ka = với r = 1 +  2 rSin θSin(θ − δ ) Sin(θ + δ ) + Sin(θ + β )   BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 115 2 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 116. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Trong đó: + δ: Góc ma sát giữa đất đắp và tường lấy như quy định trong Bảng 3.11.5.3-1 (độ). + β: Góc của đất đắp với phương nằm ngang như trong Hình 8.3 (độ). + θ: Góc của lưng tường chắn so với phương nằm ngang (độ). Hình 8.3: Chú giải Coulomb về áp lực đất. + ϕ’: 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 = γeq .Z Trong đó: + Ph: Áp lực ngang của đất (Lực/(chiều dài) 2). + γeq: 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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII Ph = 0,5γeq gH2 (x 10-9) 116 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 117. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Bảng 8.2: Giá trị điển hình của tỷ trọng chất lỏng tương đương của đất. Đất đắp với i = 250 Đất đắp bằng Nghỉ ∆/H = 1/240 Nghỉ ∆/H = 1/240 γeq(kG/m3) γeq(kG/m3) γeq(kg/m3) γeq(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 Loại đất 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 117 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 118. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 BR = 25% ∑ Ptruc - Trị số : ∑P truc : 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: C C N I III III I II II N Hình 8.6: Các mặt cắt kiểm toán trụ. Mặt cắt Phương Ký hiệu I-I II-II Mặt cắt ngang Mục đích kiểm toán Tên gọi Mặt cắt đỉnh bệ Tính toán thân trụ Mặt cắt tại các vị trí thay đổi kích thước trên thân trụ 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 N-N Mặt cắt xà mũ Tính toán thiết kế xà mũ III-III Mặt cắt thẳng đứng BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 118 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 119. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 Caáu kieän + thieát bò phuï DC γ (heä soá) γDC Lôùp phuû + tieän ích DW γDW Hoaït taûi xe LL γLL Taûi troïng ngöôøi PL γPL Löïc haõm xe doïc caàu BR γBR Löïc ñaåy noåi B AÙp löïc doøng chaûy WA γB Taûi troïng N Doïc caàu Qy Mx Ngang caàu Qx My γWA Gioù ngang Gioù taùc ñoäng leân KCPT γWS Gioù taùc ñoäng leân KCPD γWS Gioù doïc Gioù taùc ñoäng leân KCPT γWS Gioù taùc ñoäng leân KCPD γWS Gioù thaúng ñöùng Gioù treân hoaït taûi WL γWS Löïc ma saùt FR γFR Löïc ly taâm CE γCE Löïc do thay ñoåi nhieät ñoä TU γTU Löïc ñoäng ñaát EQ γEQ Löïc va taøu CV γCV γWL - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 119 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 120. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 8.3. CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ CẦU DẦM: I II III III II I 8.3.1. Các mặt cắt kiểm toán: 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 120 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 121. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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: c= As . f y 0,85.β1. f ' c .b 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: a  M r = ϕ .M n = ϕ . As . f y .  d s − ÷ 2  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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 121 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 122. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Nếu lực tính toán dọc trục Pu < 0,1.φ.fc’.Ag: Kiểm toán uốn 2 phương theo điều kiện: M ux M uy + ≤1 M rx M ry Trong đó: + Mux : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương x. M rx = ϕ . Asx . f y .( d s − a / 2) + Muy : Mômen uốn tính toán tác dụng theo phương y. M ry = ϕ . Asy . f y .(d s − a / 2) + 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. + fy : Cường độ chảy của cốt thép. + φ : Hệ số sức kháng. + a = β1.c : Chiều dày khối ứng suất tương đương. c = As . f y / ( 0,85. f c ' .β1.b ) + fc’ : Cường độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày. + 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: 1 1 1 1 = + − Prxy Prx Pry ϕ .Po 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 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 122 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 123. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + 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 = V c + V s + V p Vn = 0,25 fc′ bv dv+ Vp Với: Vc = 0,083 β fc′ bv dv Vs = A v f y dv (cotgθ + cotgα)sinα 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. + β : Hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo được quy định trong Điều 5.8.3.4. + θ : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định trong Điều 5.8.3.4. + α : 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: ρmin ' f ≥ 0.03 c fy Trong đó: + ρmin : Tỷ lệ giữa diện tích thép chịu kéo và diện tích nguyên. + fy : Cường độ chảy của cốt thép. + fc’ : Cường độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày. 8.4.1.4. Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: c ≤ 0, 42 de BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 123 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 124. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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: f s ≤ f sa = Z (d c . A) 2 3 ≤ 0.6 f y 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 124 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 125. 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 c è ®Þ h n Gè i d i ®é n g 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+δ a a+δ a Gè i c è ®Þ h n Gè i DI § é n g 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 125 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 126. CHƯƠNG 9: GỐI CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU a+2δ a a+δ a Gè i c è ®Þ h n Gè i DI § é n g 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. a+α∆T.L a L 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+α∆T.L1 a+α∆T.L2 L1 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). - δ: Biến dạng kết cấu nhịp do chênh lệch nhiệt độ (khi đặt gối di động), δ=α∆T.L +α: Hệ số giãn nở nhiệt của bêtông, α=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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 126 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 127. CHƯƠNG 9: GỐI CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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. 130 62 40 Thí t trª n 20 180 Cèt thÐp neo 170 R300 Thí t d- í i lç trßn, gèi cè ®Þ nh lç «van, gèi di ®éng 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. b. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 127 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 128. CHƯƠNG 9: GỐI CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - 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 δ=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. b. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: - 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. MÆ c ¾t B - B t Gè i d i ®é n g 480 420 400 § - êng hµn 10mm 300 § Çu dÇm B 60 80 80 60 200 100 320 Lç ? 10 mm hµn lÊp ®Çy 160 60 50 320 50 60 42x30x2 § ¸ kª gèi B 50 200 50 100 300 450 100 50x30x2 500 mÆ c480 A - A t ¾t Gè i c è ®Þ h n 420 § - êng hµn 10mm 300 400 § Çu dÇm A 70 160 50 200 50 60 G1 70 60 150 42x30x2 90 100 60 60 G1 220 100 120 90 120 150 § ¸ kª gèi A 150 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 50x30x2 100 300 300 100 500 128 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 129. CHƯƠNG 9: GỐI CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 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 g è i c a o s u c h Ëu t h Ðp (H· n g MAURER-§ ø C) TL1:10 g è i d i ®é n g 1 h - í n g (t g e) 1/2 mÆ c ¾t i - i t 1/2 mÆ c h Ý h t n 1020 970 510 i 485 iii 1/2 mÆ b »n g t 505 iii 490 vi v 980 1/2 mÆ c ¾t iv - iv t 980 970 i 1/2 mÆ b » n g t vi Gio¨ ng cao su chèng Èm 980 1/2 mÆ c ¾t ii - ii t 1020 1/2 mÆ b »n g t iv 170 iv v 1/2 mÆ c ¾t v i - v i t 980 ii 170 ChËu thÐp 186 TÊm cao su L¸ thÐp hî p kim 1/2 mÆ c ¾t iv - iv t 980 B¶n tr- î t 181 § Ü PTFE a 181 II 1010 186 N¾ ®Ëy p g è i c è ®Þ h (t f ) n 1/2 mÆ c h Ý h t n 1/2 mÆ c ¾t iii - iii t 980 g è i d i ®é n g 2 h - í n g (t g a) 1/2 mÆ c h Ý h t n 980 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 δ=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: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 129 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 130. CHƯƠNG 9: GỐI CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Gối có dạng một khối cao su hình chữ nhật, bên trong có các bản thép dày δ=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. a) P H H b) M P M Hình 9.10: Gối cao su bản thép. b. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: - 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. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 130 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
  • 131. CHƯƠNG 9: GỐI CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 9.12: Gối con lăn cho cầu thép (gối di động và cố định). BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 131 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II