- Mố cầu có hình dạng đối xứng theo phương ngang cầu - Trụ cầu có tác dụng phân chia nhịp, truyền phản lực gối từ hai đầu kết cấu nhịp, hình dáng trụ cầu đối xứng theo dọc và ngang cầu v
Trang 1I. Khái niệm và vai trò của mố trụ cầu.
1 Khái niệm chung về mố trụ cầu
- Mố trụ cầu là một bộ phận quan trọng trong công trình cầu
- Mố trụ cầu bao gồm: mố cầu và trụ cầu
- Mố cầu là bộ phần tiếp giáp giữa cầu và đường, đảm bảo xe chạy êm thuận
- Trụ cầu đặt ở vị trị liền kề giữa hai kết cấu nhịp giúp phân chia kết cấu
nhịp
2 Vai trò của mố trụ cầu
- Có chức năng đỡ kết cấu nhịp, truyền các tải trọng thẳng đứng và ngang xuống đất nền
- Mố còn có vai trò của tường chắn đất → đảm bảo ổn định taluy của 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 ngang cầu
- Trụ cầu có tác dụng phân chia nhịp, truyền phản lực gối từ hai đầu kết cấu nhịp, hình dáng trụ cầu đối xứng theo dọc và ngang cầu và phải
đảm bảo các yêu cầu về:
+ Mỹ quan
+ Thông truyền
+ Va xô tàu thuyền
+ Tác động của dòng chảy
- Trụ đặt ở lòng sông còn chịu tác động của dòng chảy, tàu bè,
cây trôi, …
Trang 2- Trụ cầu được xây dựng trong phạm vi dòng chảy nên tiết diện ngang phải có cấu tạo hợp lý để đảm bảo thoát nước tốt Bên ngoài trụ phải có vỏ bọc để chống xâm thực
- Hình dạng trụ trong kết cấu nhịp cầu vượt còn phải đảm bảo
mỹ quan và không cản trở đi lại cũng như tầm nhìn dưới cầu
- Trụ cầu chịu lực bất lợi theo cả hai phương dọc và ngang cầu nên khi tính toán thiết kế ta phải tính trụ theo cả hai phương
- Trụ cầu có hình dạng đối xứng theo hai phương dọc cầu và ngang cầu
II. Phân loại mố trụ cầu
a. Phân loại theo độ cứng dọc cầu
- Theo độ cứng dọc cầu thì có thể chia thành 2 loại mố trụ: mố trụ cứng và mố trụ dẻo
- Mố trụ cứng là loại có kích thước lớn độ cứng lớn Khi chịu lực, biến dạng mố trụ tương đối nhỏ có thể bỏ qua Mố trụ có khả năng chịu được toàn bộ tải
trọng ngang theo phương dọc cầu từ nhịp truyền đến và tải trọng ngang do áp lực đất gây ra
-Mố trụ dẻo là loại có 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 Trụ dẻo
thường có dạng trụ cột, trục dọc, hoặc tường mỏng Áp dụng trụ dẻo hợp lí đối vơi cầu nhịp nhỏ và có chiều cao không lớn lắm
b. Phân loại mố trụ theo hệ thống kết cấu nhịp
- Theo hệ thống kết cấu nhịp có thể phân thành mố trụ hệ thống không chịu lực đẩy và mố trụ chịu lực đẩy
- Mố trụ cầu dầm (Cầu bản, dầm đơn giản, liên tục, nút thừa) chỉ chịu các phản lực gối thẳng đứng, do đó cấu tạo chúng tương đối đơn giản
Trang 3- Mố trụ cầu khung: giống với cầu dầm nhưng trụ liên kết ngàm với kết cấu
nhịp Trụ chịu momen rất lớn nên có thể bố trí cả cốt thép thường lẫn cốt thép
dự ứng lực
- Cầu treo và cầu vòm có hệ thống lực đẩy ngoài, mố trụ của chúng chịu lực
đẩy ngang lớn, có cấu tạo nặng nề, thiết kế phức tạp và không có khả năng lắp ghép
- 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 chịu lực chủ yếu, các dây neo truyền tải trọng vào trục tháp rồi từ đó truyền xuống móng nên trụ tháp phải đủ cứng để chịu được lực áp dụng của các tải trọng
c. Phân loại mố trụ theo vật liệu
- Mố trụ cầu có thể xây dựng bằng đá, đúc bằng bê tông, bê tông đá hộc, bê tông cốt thép (BTCT) Trong các cầu đường nông thôn, mố trụ còn xây bằng gạch Trụ cầu vượt, cầu cạn hoặc tháp của cầu treo có thể làm bằng thép
d. Phân loại mố trụ theo phương pháp xây dựng
- Theo phương pháp xây dựng, phân mố trụ thành các loại: toàn khối, lắp ghép
và bán lắp ghép Mố trụ toàn khối là loại được xây dựng ngay tại công trình,
theo yêu cầu xây dựng công nghiệp hóa những mố trụ này còn chưa hợp lí
- Trụ bán lắp ghép gồm những khối vỏ bằng bê tông cốt thép và bê tông lắp
lòng Lớp vỏ bên ngoài vừa đóng vai trò lớp áo bên ngoài, vừa là ván khuôn
khi đổ bê tông Trụ lắp ghép hiện nay được lắp bằng khối bê tông đặc, đúc sẵn hoặc có thể làm bằng thép
e. Phân loại mố trụ theo hình thức cấu tạo
- Theo hình thức cấu tạo thì có mố trụ nặng và mố trụ nhẹ Mố trụ nặng bao
gồm các loại có kích thước lớn, kết cấu nậng nề Mố trụ nặng thường áp dụng cho nhịp lớn hoặc các cầu thuộc hệ thống lực đẩy Loại này thường được xây
Trang 4dựng bằng đá, bê tông hoặc bê tông đá hộc, có thể thi công lắp ghép, bán lắp
ghép hoặc đúc tại chổ
- Mố trụ nhẹ có hình dạng thanh mảnh hơn, có thể gồm các hàng cột, hàng cọc hoặc tường mỏng Loại này được xây dựng bằng bê tông cốt thép
- Đối với cầu cạn, cầu vượt đường và ngay cả đối với các cầu qua sông có thể áp dụng các loại trụ cột có tiết diện đặc hoặc cột ống bê tông cốt thép rỗng Các loại trụ cột này có thể lắp ghép bán lắp ghép hoặc đỗ tại chổ Nếu kết cấu nhịp chỉ có hai dàn chủ, thân trụ có thể cấu tạo gồm hai cột đặt đúng tim dàn Trong trường hợp cần đảm bảo tầm nhìn và không cản trở giao thông dưới cầu (cầu cạn, cầu vượt, cầu chéo ) thì áp dụng trụ một cột
- Cầu trên sông có biên độ nước thay đổi lớn, cũng như các cầu vượt, cầu cạn,
cầu qua thung lũng, thường áp dụng loại trụ rỗng bằng bê tông cốt thép thường hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực trước Các loại trụ này phần lớn lắp ghép, tuy nhiên nếu trụ rất cao ( trụ cầu qua các thung lũng ) thì dùng đúc tại chổ bằng
ván khuôn trượt sẽ hợp lí kinh tế và dễ dàng hơn
f. Phân loại mố trụ theo yêu cầu sự dụng
- Theo yêu cầu sự dụng có các loại mố trụ cầu đường ô tô, mố trụ cầu đường
sắt Mố trụ cầu đường sắt có cấu tạo máng ba lát để đỡ đá ba lát đặt tà vẹt và ray
III. CÁC BỘ PHẬN MỐ TRỤ CẦU
a. Khái niệm chung và tác dụng của gối cầu:
- Gối cầu là bộ phận nối giữa kết cấu nhịp phần trên và kết cấu nhịp phần dưới (mố, trụ) với các chức năng chính của chúng như sau:
+ Truyền tải trọng từ KCN → kết cấu phần dưới
Trang 5+ Đảm bảo các chuyển vị tương đối (thẳng, xoay) giữa KCN và kết cấu phần dưới
- Các lực chính tác dụng lên gối cầu bao gồm:
+ Trọng lượng bản thân của kết cấu nhịp phần trên
+ Tải trọng của hoạt tải
+ Tải trọng gió và tải trọng động đất……
- Các chuyển vị của gối cầu gồm:
+ Chuyển vị thẳng : do từ biến,co ngót và hiệu ứng của nhiệt độ →Chuyển vị thẳng: hướng dọc và ngang cầu
+ Chuyển vị xoay: do hoạt tải, lún không đều của nền móng…
b. Các dạng gối cầu:
- Gối cầu có thể chia thành : Cố định và di động
+ Gối cố định: cho phép chuyển vị xoay và truyền áp lực qua một
điểm nhất định + Gối di động cho phép chuyển vị thẳng và xoay
- Nguyên tắc bố trí gối cầu theo phương dọc cầu:
+ Đối với kết cấu giản đơn: trên mỗi trụ đều bố trí một gối cố định và một gối di động Trường hợp gặp trụ cao, để giảm lực ngang thì có thể bố trí 2 gối di động trên đó
+ Đối với dầm liên tục: đặt gối cố định dựa trên 2 tiêu chí:
Tiêu chí 1: Đặt ở mố hoặc trụ có chiều cao thấp để chịu lực đẩy ngang
Tiêu chí 2: đặt tại trụ giữ cầu để giảm bớt độ lớn khe co giãn
- Nguyên tắc bố trí theo phương ngang cầu:
+ Bcầu 12m: Chỉ cần bố trí gối di động 1 phương
+ Bcầu 12m: Phải bố trí gối di động đa phương
Trang 6- Sau đây là các loại gối thường được sử dụng:
Gối trượt:
- Cấu tạo bằng cách cho một tấm thép trượt trên một tấm khác → chuyển vị dọc
- Gối trượt chỉ áp dụng khi chuyển vị xoay có thể bỏ qua áp dụng cho nhịp L < 15m (theo AASHTO)
Gối tiếp tuyến:
- Gối tiếp tuyến bao gồm thớt trên phẳng tựa vào mặt trụ tròn của thớt dưới → thực hiện được các chuyển vị xoay, chuyển vị thẳng nhờ sự trượt của thớt trên
và thớt dưới Chúng được chế tạo từ các thép tấm dày 30- 50 mm
*Phạm vi áp dụng:
- Gối di động: kết cấu nhịp giản đơn, liên tục, công xôn…Lnhịp = 8-18m, áp lực thẳng đứng tác dụng lên gối có thể đạt đến 50 tấn
- Gối cố định: chiều dài kết cấu nhịp có thể đạt đến 60m và có thể hơn, áp lực
thẳng đứng tác dụng l
Gối con lăn:
- Khi chiều dài nhịp tăng lên (L >18m) áp lực thẳng đứng tác dụng lên gối cầu lớn gối di động kiểu tiếp tuyến không còn → sử dụng gối con lăn Giữa thớt
trên và thớt dưới có đặt con lăn tròn hoặc vát cạnh Số con lăn tuỳ theo độ lớn của áp lực thẳng đứng
*Phạm vi áp dụng:
- Áp dụng với hệ thống dầm liên tục, mút thừa Lnhịp = 30-70m, tương ứng với phản lực gối 70-500 tấn
- Khi áp lực tăng lên có thể tăng đường kính con lăn, chiều cao con lăn, hoặc số con lăn … lực tăng lên có thể tăng đường kính con lăn, chiều cao con lăn,
hoặc số con lăn …
Gối cao su
Trang 7- Gối cao su được chế tạo từ những vật liệu đàn hồi (cao su tự nhiên hoặc nhân tạo).Nó đảm bảo chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay nhờ biến dạng của vật liệu đàn hồiên gối có thể đạt đến 300 tấn
- Do tính chất vật liệu đàn hồi là mềm khi trượt nhưng rất cứng khi chống lại sự thay đổi thể tích Dưới tác dụng của tải trọng nén → gối bị nở hông Để chịu được tải trọng lớn mà không bị biến dạng quá mức → các tấm thép được sử dụng để ngăn cản sự nở hông
- Lực nén thẳng đứng mà các tấm cao su phải chịu sẽ giảm nhiều do ứng suất tiếp tiếp xuất hiện ở chỗ tiếp xúc giữa các tấm cao su và các tấm thép, các tấm thép sẽ chịu thêm lực kéo ngang (do nở hông) Chiều dày một tấm thép từ 0.5 – 3mm, chiều dày tấm cao su từ 5- 25 mm
- Từ định hướng này đã phát triển một vài kiểu tấm gối phẳng cao su đơn giản,
có cốt sợi thuỷ tinh, cốt vải cotton và gối cao su thép tăng cường
*Ưu điểm:
- Giá thành rẻ, chi phí duy tu bảo dưỡng ít
- Các loại gối cao su – thép nhiều lớp đều có ưu điểm có thể chấp nhận tải trọng
và chuyển vị vượt quá giá trị thiết kế lớn nhất
*Nhược điểm:
- Nếu chế tạo không đảm bảo (lưu hoá cao su không tốt, không đủ thép tăng cường, không đủ kích thước….) → nhanh chóng bị hư hỏng → gối biến dạng không đều gây ra ứng suất phụ trong kết cấu nhịp → sửa chữa phải kích dầm lên rất khó khăn và tốn kém
- Sự tác động của môi trường có thể ảnh hưởng đến tính chất vật liệu theo thời gian
- Phạm vi áp dụng:
+ Rất phổ biến Khả năng chịu tải trọng thẳng đứng : 15- 700 tấn, chuyển vị dọc lớn nhất từ 4-69 mm
Trang 8+ Có thể áp dụng cho kết cấu nhịp bố trí trên độ dốc thông qua sử dụng gối cầu
có mặt nghiên vói độ dốc lớn nhất 6% - 8%
+ Đối với cầu cong có thể sử dụng gối cao su phía trên có hình cầu (có tính chất
làm việc theo mọi hướng như nhau)
- Là bộ phận trực tiếp chịu áp lực từ kết cấu nhịp truyền xuống, thường được
làm bằng bê tông cốt thép (C30)
- Kết cấu nhịp tựa trên mũ trụ thông qua gối cầu Tại vị trí kê gối trên mũ trụ
cấu tạo đá tảng bằng bê tông có chiều cao tối thiểu 15cm và đặt các lưới cốt
thép chịu lực cục bộ -10@50-100
- Khi trên đỉnh trụ bố trí hai loại gối có chiều cao khác nhau có thể cấu tạo đá kê
chênh lệch chiều cao
- Trong một số trường hợp khi kết cấu nhịp kê trực tiếp lên mũ trụ, ví dụ như trụ
dẻo, tại vị trí kê dầm bề mặt mũ trụ phải bằng phẳng và bố trí các lưới cốt thép
chịu lực cục bộ
- Mặt trên mũ trụ cấu tạo độ dốc thoát nước không nhỏ hơn 1:10 và bề mặt được
láng vữa xi măng
- Nếu mũ trụ không làm việc chịu uốn mà chỉ chịu ép cục bộ, khi đó chiều dày
mũ trụ tối thiểu là 40-50cm và phải bố trí các lưới cốt thép chịu lực cục bộ
- Trường hợp giảm kích thước thân trụ, mũ trụ được cấu tạo dạng công xon (trụ
thân hẹp) hoặc như một dầm chịu uốn (trụ cột) Khi đó mũ trụ phải bố trí cốt
thép chịu lực trên cơ sở tính toán theo sơ đồ làm việc
- Có nhiệm vụ phân bố áp lực xuống móng đồng thời chịu các lực nằm ngang
theo phương dọc và ngang cầu
- Có thể được xây bằng đá, bê tông và bê tông cốt thép, tiết diện đặc hoặc rỗng
Hình dạng mặt cắt ngang thân trụ phải bảo đảm ít cản trở dòng chảy, tránh tạo
G è
Trang 9thành các dòng xoáy gần trụ và giảm mức độ xói lở đáy sông Phải chịu được lực va trạm của vật trôi hoặc tầu bè
- Dạng mặt cắt ngang chữ nhật áp dụng cho cầu cạn, cầu vượt và cũng có thể áp dụng cho phần thân trụ nằm trên mức nước cao nhất đối với trụ trong phạm vi lòng sông
- Để cải thiện chế độ dòng chảy, thân trụ có thể đ ư ợ c l à m v á t nhọn
- Phổ biến nhất là loại tiết diện có hai đầu hình bán nguyệt
- Trường hợp cầu bắc qua sông suối ở vùng núi, dòng chảy có lưu tốc lớn đôi khi người ta cấu tạo trụ có tiết diện ngang hai đầu nhọn hoặc một đầu nhọn, một đầu tròn Khi đó, góc vuốt của đầu nhọn nằm trong khoảng từ 450 đến
1200 và cung tròn ở đầu mút có bán kính cong tối thiểu là 0,3m
- Để giảm khối lượng vật liệu người ta thu hẹp kích thước thân trụ (trụ thân hẹp) hoặc phần thân trụ ở trên mực nước cao nhất được cấu tạo dạng cột BTCT
- Trụ có thân cột bê tông cốt thép (trụ cột) thường gặp với các công trình cầu cạn, cầu vượt có chiều dài nhịp trung bình hoặc cầu bắc qua sông ít cây trôi, yêu cầu thông thương không lớn
Khi cầu có nhiều nhịp, chiều dài nhịp nhỏ (từ 10-12m) và chiều cao cầu không lớn có thể sử dụng trụ dẻo với thân trụ có độ cứng nhỏ gồm một hoặc hai hàng cọc bê tông cốt thép
4. Bệ Trụ (móng)
- Có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống nền đất qua kết cấu
móng,nếu trụ kê trên nền thiên nhiên thì bệ trụ làm luôn vai trò của
móng.bệ trụ có thể bằng đá xây,bằng betong hoặc bằng betong cốt thép
- Cấu tạo móng trụ tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng cầu bao gồm điều kiện địa chất,địa hình, thủy lực, thủy văn
- Kích thước móng trụ phụ thuộc vào khả năng và công nghệ thi công
Trang 10móng,đặc điểm chịu lực.
- Khác với bệ mố, bệ trụ có thể không nằm sâu trong đất hoặc hoàn toàn
không chôn trong đất.đối với móng cọc trong nhiều trường hợp nếu đưa bệ trụ lên cao thì việc thi công đỡ khó khăn phức tạp
- Khi trụ nằm ở nơi khô, mặt bệ trụ nên lộ trên mặt đất tự nhiên từ 0.25
-0.3m, nhất là khi thân trụ có dạng cột
- Với trụ nằm ở trong nước, mặt bệ trụ có thể nằm ở mức cao hơn hoặc thấp hơn mực nước thấp nhất
1. Bệ móng
- Chịu tải trọng truyền xuống dưới đất nền
- Độ sâu chôn móng còn phải đảm bảo cho mố không bị mất ổn định,
nghiêng lệch hoặc bị phá hoại do xói lỡ gây ra
- Cao độ đỉnh móng phụ thuộc vào điều kiện địa chất,địa hình ,kinh nghiệm của người thiết kế.thường nằm ngang với mặt đất tự nhiên hoặc dưới mặt
đất tự nhiên 0.5-1m
- Mố trụ có thể xây bằng đá,đúc bằng bê tông,betong cốt thép,trụ cầu
vượt,cầu cạn hoặc tháp còn làm bằng cốt thép
- Thân mố: là bộ phận nhận tải kết cấu nhịp thông qua xà mũ, là bộ phận đỡ tường đỉnh và mũ mố
- Mố cầu dầm: thân mố (tường trước) được làm bằng gạch hoặc đá xây áp dụng cho địa chất tốt ngay bề mặt, chôn mố và đầu kết cấu nhịp hoàn toàn vào ta luy đường, sử dụng cho các dòng nước nhỏ,kênh ,mương
- Mố chữ U betong, đá xây: thân mố tường trước.tường trước có chiều dày
thay đổi theo chiều cao, nghiêng cả mặt trước và mặt sau tùy theo chiều
cao H,độ dốc thường sử dụng là 10:1; chân tường trước có bề rộng là
Trang 11- Mố chữ U betong cốt thép: tường trước (thân mố) bề rộng thường bằng bề rộng cầu có thể thu hẹp nếu làm lề người đi dạng công xon Chiều dày
thông thường bằng chiều rộng xà mũ theo phương dọc cầu+ chiều dày
tường đỉnh (1.1-1.8m) trong trường hợp dày hơn,có thể làm chiều dày thay đổi có thể làm xà mũ mố tách biệt hay làm liền.cốt thép chủ chịu lực theo phương thẳng đứng φ20a200 kéo dài xuống đáy bệ để tiện thi công
- Mố vùi betong, đá xây: tường trước dày (0.3-0.5)H,độ dốc mặt trước 3:1
đến 2:1,độ dốc mặt sau 12:1 đến 5:1
- Chiều cao mố cầu (h) được xác định bằng cao độ của đỉnh mũ mố trừ đi
cao độ đỉnh bệ móng mố : h = Caodo(dinhmumo) – Caodo(dinhbemong)
- Chiều dày tường thân mố (b) > (0.35∑bi.0.4).h
- Tường Đỉnh: là bộ phận chắn đất sau dầm có chiều cao tính từ mặt cầu đến
mặt kê gối làm nhiệm vụ chống đỡ áp lực đất giữ nền đường ổn định
- Chiều cao tường đỉnh (htd) được xác định bằng tổng chiều cao xây dựng của kết cấu nhịp ( tính từ đáy dầm tại mố đến cao dộ phần xe chạy), chiều cao gối cầu và chiều cao đá kê gối Chiều cao tường đỉnh (htd) được xác định như sau:
htd = hdb + hgối + hđákê
- Chiều dày chân tường đỉnh (btd1): btd1 = (0.5: 0.6).htd
- Chiều dày đỉnh tường đỉnh (btd2): btd2 > 0.5m
- Chiều dày tường trước của các mố có tường cánh hoặc thân mố vùi không nên nhỏ hơn (0.35 : 0.4) chiều cao đất đắp
- Trong đó:
+ hdb: Chiều cao dầm và bản mắt cầu đã chọn ở trên tại vị trí tường đỉnh
+ hgối: chiều cao gối cầu, thường hgối= (0.1.∑bi = = ( n-1).bi.0.3)m
+ hđá kê: chiều cao đá kê, thường hđá kê = 0.1:0.15m