THIẾT kế cầu bê TÔNG cốt THÉP 1

Các bộ phận của công trình cầu t.theo• Kết cấu bên trên kết cấu nhịp DAM BTCT d c... Sơ lược lịch sử phát triển t.theoBTCT ƯST phát triển mạnh ở Pháp và dần xuất hiện các cầu BTCT ƯST nh

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Website: http://www.nuce.edu.vn Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: http://bomoncau.tk/

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG

CẦU BTCT 1

TS KHÚC ĐĂNG TÙNGWebsite môn học:

https://sites.google.com/site/khuctungvn/

Trang 2

Tài liệu tham khảo

1 Lê Đình Tâm, “ Cầu bê tông cốt thép trên đường ôtô (Tập 1) ”, NXB Xây

4 American Association of State Highway and Transportation Officials

(AASHTO), “ LRFD Bridge Design Specifications, 4th Edition ”,

Trang 3

CHƯƠNG I

Giới thiệu chung

Trang 4

Nội dung Chương 1

• 1.1 Định nghĩa công trình cầu

• 1.2 Các bộ phận của cầu

• 1.3 Các kích thước cơ bản của cầu

• 1.4 Sơ lược về lịch sử phát triển cầu BTCT

• 1.5 Cầu BTCT ở Việt Nam

• 1.6 Phân loại cầu bê tông cốt thép theo kết cấu

• 1.7 Phân loại cầu bê tông cốt thép theo thi công

• 1.8 Một số kỷ lục thế giới về chiều dài nhịp

Trang 5

1.1 Định nghĩa công trình cầu

• Cầu là công trình vượt qua các chướng ngại vật Chướng ngại vật có thể là: eo biển, sông, suối, khe núi, thung

lũng, nhà máy, chợ, vượt đường hoặc đi dọc trên đường khác …

– Mục đích chính yếu của công trình cầu là phục vụ sự qua lại

của các phương tiện giao thông Ngoài ra, có loại cầu còn được dùng vào mục đích khác như dẫn nước, dầu, khí …

• Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 thì cầu là một kết cấu

bất kỳ vượt khẩu độ không dưới 6m tạo thành một

phần của một con đường

Trang 6

l 0

tt

l l

3

MNTN MNTT MNCN

• Kết cấu bên trên (kết cấu nhịp)

• Kết cấu bên dưới

• Đường 2 đầu cầu

Trang 7

Các bộ phận của công trình cầu (t.theo)

Trang 8

• Kết cấu bên trên (kết cấu nhịp)

DAM BTCT

d) c)

Trang 9

• Kết cấu bên dưới

– Mố

– Trụ

– Móng mố

– Móng trụ

• Đường 2 đầu cầu

– Nền đường 10m sau mố (hai bên đầu cầu)

4

1

4 2

Trang 10

1.3 Các kích thước cơ bản của cầu

• Chiều dài toàn cầu L

– Khoảng cách từ đuôi mố này tới đuôi mố kia

3

MNTN MNTT MNCN

1

kt

Trang 11

Các kích thước cơ bản của cầu (t.theo)

• Nhịp tĩnh lo

– Khoảng cách từ mép trụ này tới mép trụ kia (hoặc mố) xác

định tại mức nước cao nhất

• Khẩu độ thoát nước (khẩu độ cầu)

3

MNTN MNTT MNCN

Trang 12

• Nhịp kinh tế

– Chiều dài nhịp mà có tổng giá thành công trình nhỏ nhất (theomột số nghiên cứu trước đây, nhịp kinh tế thường có giá thànhkết cấu phần trên xấp xỉ bằng giá thành kết cấu bên dưới)

• Nhịp thông thuyền

– Vị trí nhịp thông thuyền được quy định bởi cơ quan quản lý

đường sông

• Kích thước khổ thông thuyền

– Kích thước khổ thông thuyền phụ thuộc vào cấp sông và đượcquy định trong tiêu chuẩn thiết kế 22TCN-272-05 (xem bảng

2.3.3.1.1.)

Trang 13

Trang 14

• Các cao độ và chiều cao

Trang 15

• Các mực nước

– Mực nước cao nhất (MNCN) có P = 1% hoặc 2%

– Mực nước thông thuyền (MNTT) có P = 5%

Trang 16

• Ví dụ thiết kế phương án cầu:

Số liệu cho trước:

– Cao độ đáy sông

Trang 17

Ví dụ (t.theo)

– Sông cấp IV, cầu qua kênh => tra bảng 2.3.3.1.1 có

• Kích thước khổ thông thuyền: Ltt = 25m, Htt = 5m

– Nếu chọn 3 nhịp bằng nhau => số nhịp là nn = 3

– Với khẩu độ thoát nước Σlo = 90m thì chiều dài cầu tối thiểu Lc

có thể được tính như sau:

Trang 18

Ví dụ (t.theo)

trong đó:

• BT = bề rộng thân trụ (= 1.5m với trụ dầm giản đơn);

• BM = bề rộng thân mố (= 1m với mố dầm giản đơn)

– Như vậy: Lc = Σlo + (nn -1)BT + 2BM

Lc = 90m + (3 -1)*(1.5) + 2*(1) = 95m – Chiều dài 1 nhịp: L = Lc / 3 = 95m / 3 = 31.7m

– Kiểm tra: L = 31.7m > LTT + BT = 25 + 1.5 = 26.5m => ĐẠT

Trang 19

1.4 Sơ lược lịch sử phát triển cầu BTCT

Cầu vòm bản BTCT cho người đi bộ; chiều dài

Trang 20

Sơ lược lịch sử phát triển (t.theo)

Cầu BTCT đầu tiên do Monier (France) thiết kế (1875-1877); là cầu vòm bản dài 15.24m, rộng 3.96m, dùng cho người đi bộ.

Trang 21

– Kỹ sư người Pháp, Francois Hennebique đã phát triển mặt cắtngang dạng chữ T

– Francois và các học trò (Robert Maillart) đã xây dựng một vàicầu vòm bê tông cốt thép nổi tiếng ở Châu Âu, và những cầu

bê tông cốt thép này được xem là biểu tượng về thẩm mỹ

Joseph Monier Francois Hennebique Robert Maillart

Trang 22

Cuối

TK 19

Cầu BTCT chủ yếu là cầu nhịp nhỏ, cầu bản,

cầu dầm và cầu vòm

dụng sợi thép cường độ cao

=> mở ra một khái niệm mới : Bê tông cốt

Trang 23

Trang 24

BTCT ƯST phát triển mạnh ở Pháp và dần xuất hiện các cầu BTCT ƯST nhịp giản đơn và sau

đó là cầu dầm nhịp liên tục, cầu khung…

1950

Cầu BTCT ƯST lớn đầu tiên được xây dựng ở

Mỹ là cầu Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania được xây dựng vào năm 1956

BTCT ƯST xuất hiện ở Mỹ chậm hơn châu Âu

1956

Trang 25

– So với BTCT thường, bê tông DƯL có khả năng vượt nhịp cao hơn và có tính năng khai thác tốt hơn (chống nứt bê tông và giảm độ võng của cầu)

Trang 26

Xây dựng cầu Orleron dài 2832m gồm 46 nhịp (nhịp chính dài 79m) bằng phương pháp lắp

Trang 27

Trang 28

– Ngoài phương pháp lắp hẫng, Pháp còn phát triển nhiều côngtrình đúc hẫng (cho các nhịp từ 80-130m) ví dụ như:

• Cầu dầm liên tục Gennevilles gồm phần cầu chính có 5 nhịp đối xứng

• Cầu treo dây văng Brontonne bắc qua sông Sein có nhịp chính dài 320m bằng bê tông cốt thép ứng suất trước tiết diện hình hộp.

– Công nghệ hẫng sau đó cũng được sử dụng ở nhiều nước như:

• Tại Đức có cầu Beldoif có chiều dài nhịp chính L=208m;

• Ở Nhật có cầu Hikoshima-Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp 240m

• Ở Mỹ có cầu Koror Babelthuap có nhịp giữa dài 240,7m;

• Tại Áo cầu Schottwien nhịp giữa dài 250m (77,75+162,5+250+142,25) xây dựng 1986-1989.

Trang 29

–

Cầu Schottwien ở Áo

Cầu Koror Babelthuap ở Mỹ

Trang 30

Tại Mỹ, từ năm 1950-1994 số lượng cầu dùng vật liệu BTCT-DƯL

tăng mạnh so với vật liệu thép và BTCT:

Trang 31

• Ngoài các hệ dầm, khung, vòm, các hệ liên hợp treo

– Cầu dây văng có dầm cứng bê tông cốt thép được xây dựng

đầu tiên vào năm 1925 qua sông Tem-pun ở Tây Ban Nha theo

sơ đồ (20,1+60,3+20,1)m

– Cầu dây văng hầu như đã được thiết kế thay thế cho các cầu

dàn thép trên đường ô tô và hàng loạt cầu dây văng hiện đại

dầm cứng BTCT đã được xây dựng

• Năm 1962 xây dựng cầu Ma-ra-cai-bô ở Vênêzuêla có nhịp 235m

• Năm 1971 xây dựng cầu qua sông Main ở Đức có nhịp chính dài 300m

• Năm 1977 cầu Brontonne ở Pháp, nhịp 320m, một mặt phẳng dây

• Năm 1991 cầu Honshu-Shikoku, ở Nhật Bản, nhịp chính 490m, dầm cứng bằng bê tông cốt thép tiết diện hộp.

Trang 32

• So với thế giới, ngành xây dựng cầu Việt Nam còn non trẻ.

• Các cầu bê tông cốt thép đầu tiên ở Việt Nam được xây

dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng như cầu dầm hoặc

– Các cầu này được thi công theo phương pháp đúc tại chỗ

– Kết cấu thường có 2 dầm chủ hoặc dàn chủ, bản mặt cầu, dầm dọc, dầm ngang

– Bề rộng đường ô tô khoảng từ 4-5m, và các cầu đường sắt đơn

tuyến khổ đường 1m

– Chiều dài cầu thường nhỏ hơn 20-30m Một số dạng dầm liên tục

với chiều dài nhịp 30-40m

– Do chiến tranh và sau thời gian dài sử dụng, đa số các cầu bị phá

hủy hoặc hư hỏng, xuống cấp phải thay thế bằng cầu mới như

• Cầu Ba Càng – Quốc lộ 1, Vĩnh Long với sơ đồ cầu: 14,5+30+14,5m

Trang 33

– Tuy nhiên một số cầu BTCT hiện nay vẫn còn đang sử dụng tốt

ví dụ như:

• Cầu Đầu Sấu QL1 tỉnh Cần Thơ,

• Cầu Cái Xếp Quốc lộ 80 Đồng Tháp

• Cầu Cái Bường – cầu mút thừa có dầm treo – Quốc lộ 80 Đồng Tháp

– Sơ đồ cầu 10+13,6+10 (m) – Nhịp đeo dài 8,7m

– Công xon dài 2,4m – Chiều rộng cầu 5,2m

• Cầu vòm mút thừa Tân Lợi.

Cầu BTCT ở Việt Nam (t.theo)

Cầu Ba Càng – Quốc lộ 1 tỉnh Vĩnh Long

Trang 34

• Sau kháng chiến chống Pháp, Việt Nam đã xây dựng lại một

số cầu với kết cấu dầm giản đơn lắp ghép tiết diện chữ T

– Kết cấu này được liên kết ngang bằng mối nối hàn tại dầm ngang

hoặc bản mặt cầu bê tông cốt thép đổ tại chỗ

– Kết cấu bê tông cốt thép sử dụng cho cầu nhịp nhỏ như cầu bản hay cầu dầm với nhịp dưới 22m

• Khi kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước phát triển Việt

• Đến những năm đầu thập kỷ 70 Việt Nam đã thiết kế và xây dựng các cầu bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp 24m đến 33m

– Cầu Thăng Long, Hà Nội

Trang 35

• Tại miền Nam trước 1975, đã xây dựng rất nhiều cầu bê tông cốt thép ứng suất trước sử dụng chủ yếu là kết

cấu:

– Dầm bán lắp ghép nhịp 24,7m; 24,54m

– Dầm bụng cá: 12,5m; 15,6m; 18,6m; 21,6m…

Các kết cấu nhịp kể trên chủ yếu được chế tạo tại nhà máy bê

tông Châu Thới

• Sau khi thống nhất đất nước Việt Nam đã xây dựng

nhiều cầu nhịp trung bình và nhịp lớn ví dụ như

– Cầu An Dương, cầu Rào… dạng cầu khung dầm nhịp 63m

(cánh T dài 39m, dầm treo dài 24m)

– Sau sự cố cầu Rào, cầu Bo Thái Bình thi công bằng phương

Trang 36

Cầu Mỹ Chánh, Km788+198, Quốc lộ 1A, tỉnh Quảng Trị

Mặt cắt ngang cầu dầm

BTCT ƯST bán lắp ghép

nhịp 24.7m, (dầm Châu

Thới)

Trang 37

Cầu Bà Cải – dầm Châu Thới dạng bụng cá

Trang 38

• Trong những năm gần đây, Việt Nam đã áp dụng những công

nghệ tiên tiến trong việc thi công cầu bê tông cốt thép ứng suấttrước, ví dụ công nghệ đúc hẫng có:

– Cầu Phú Lương tại thành phố Hải Dương, tỉnh Hải Dương nằm trên QL5 dài 490,7m (2x37,4+64,75+2x102+64,75+2x37,4);

– Cầu Sông Gianh – Quốc lộ 1 tỉnh Quảng Bình dài 746,4m

Trang 39

– Cầu Đuống (Cầu Phù Đổng) – Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hà Nội

-Lạng Sơn huyện Gia Lâm – Hà Nội dài 929m

• Dài 428m, sơ đồ cầu: 4x33+65+100+65 +2x33 (m);

• Mặt cắt ngang tương tự như cầu Đuống

• Hoàn thành tháng 12 năm 2000.

Trang 40

– Cầu Hoàng Long (Hàm Rồng) Quốc lộ 1, qua sông Mã – tỉnh

Thanh Hóa

• nhịp chính là cầu khung dầm liên tục 3 nhịp sơ đồ: 75+130+75 (m);

• chiều cao dầm thay đổi từ 7,5m (trên trụ) và 2,75m (trên mố);

• chiều rộng toàn cầu 12,8m;

• một nhịp giản đơn dài 49,4m, tiết diện hình hộp có chiều cao không thay đổi (2,75m).

– Ngoài ra còn có một số cầu lớn khác như:

• Cầu Quán Hầu (Quảng Bình), sơ đồ cầu phần đúc hẫng 64,84+2x102+64,84 (m);

• Cầu Bắc Giang (Thị xã Bắc Giang – Tỉnh Bắc Giang), sơ đồ cầu:

45+55+90+45+55 (m).

Trang 41

• Về công nghệ đúc đẩy:

– Cầu Mẹt Tuyến (Hà Nội - Lạng Sơn),

– Cầu Hiền Lương vượt sông Bến Hải,

– Nhịp dẫn cầu Quán Hầu (Quảng Bình)

• Một số cầu BTCT đặc biệt lớn:

– Cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long) là cầu dây văng dầm cứng bê tông cốt

thép có nhịp chính 350m,

– Cầu Kiền (Hải Phòng) cầu dây văng nhịp chính 200m,

– Cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh) cầu dây văng một mặt phẳng dây kỷ lục thế giới về chiều dài nhịp chính 435m

– Cầu Thuận Phước (Đà Nẵng) cầu treo dây võng nhịp 125+405+125m – Cầu dây văng Cần Thơ qua sông Hậu có chiều dài nhịp chính dài

Trang 42

Cầu Mỹ Thuận, tỉnh Vĩnh Long, dài 1535m, rộng 24m

Trang 43

Cầu Kiền, Hải Phòng, Hoàn thành 2004

Trang 44

Cầu Bãi Cháy, dài 903m, hoàn thành 2006Cầu BTCT ở Việt Nam (t.theo)

903.00

129.50 435.00

No Name Span Length Year

1 Bai Chay Bridge (Vietnam) 435m 903m 2006

2 Elorn Bridge (France) 400m 800m 1994

3 Sunshine Skyway Bridge (U.S.A.) 366m 1,219m 1987

4 Brotonne Bridge (France) 320m 607m 1977

5 Cầu dây văng một mặt phẳng dây

Giếng chìm khí ép Cọc Shin-so Cọc Shin-so

Trang 45

Cầu Thuận Phước thành phố Đà Nẵng sơ đồ nhịp 125+ 405+125 (m)

Trang 46

Cầu Cần Thơ, qua sông Hậu, nhịp chính dài 550m, hoàn thành 2010

Trang 47

1.6 Phân loại cầu BTCT theo sơ đồ kết cấu

Trang 48

Phân loại cầu BTCT theo sơ đồ kết cấu (t.theo)

• A.1 Cầu dầm, cầu dầm bản nhịp giản đơn

– Biểu đồ mô men chỉ có một dấu (+)

• Bố trí cốt thép ở biên dưới chịu uốn là chính;

• Trên trụ, theo phương dọc có 2 gối cầu (phản lực gối làthẳng đứng) => khi áp lực gối không bằng nhau trụ chịunén lệch tâm;

• Chiều dài nhịp ≤ 42m, cá biệt lên đến 60-70m;

Trang 49

– Ưu điểm:

• Tính toán thiết kế đơn giản

• Bố trí cốt thép đơn giản

• Không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố lún mố, trụ

• Dễ tiêu chuẩn hóa

• Thi công đơn giản: đổ tải chỗ, lắp ghép, hoặc bán lắp ghép– Nhược điểm:

Trang 50

• Kết cấu nhịp dạng dầm bản (dùng cho nhịp ngắn)

– Dầm bản BTCT thường (nhịp ≤ 9m)– Dầm bản BTCT ứng suất trước (nhịp ≤ 18m)

• Kết cấu nhịp dạng dầm (dùng cho nhịp trung)

– Dầm BTCT thường

» nhịp từ 10-22m cho cầu ô tô

» nhịp từ 8-16m cho cầu đường sắt

– Dầm BTCT ứng suất trước

» nhịp từ 15-40m cho cầu ô tô

» nhịp từ 16-33m cho cầu đường sắt

– Dầm giản đơn tiết diện hộp BTCT ƯST (chế tạo ở VN nhịp 49,4m)

Trang 52

• A.2 Cầu dầm mút thừa

– Cầu dầm mút thừa không có dầm đeo

• Sơ đồ cầu không có mố, không dầm treo, phần mút thừa làm đối trọng

để giảm mô men dương ở nhịp giữa

• Chiều dài nhịp chính: L2=10-45m (BTCT ứng suất trước có L2 lớn hơn)

• Chiều dài của nhịp biên so với nhịp hẫng: L1 = (0.25-0.4)L2

• Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h=(1/12-1/20)L2 với cầu BTCT

• Chiều cao dầm tại vị trí trụ: H=(1-2)h

Trang 53

– Cầu dầm mút thừa có dầm đeo

• Với sơ đồ 3 nhịp: Lđ=(0,4-0,6)L2; L1=(0,6-0,8)L2

• Với sơ đồ nhiều nhịp có dầm treo: Lđ=(0,5-0,6)L2; L1=(0,75-0,8)L2.

• Chiều cao dầm tại giữa nhịp:

– BTCT thường h=(1/12-1/20)L÷(1/20-1/30)L;

– BTCT ƯST có thể h=(1/50-1/60)L.

• Chiều cao dầm tại vị trí trụ: H=(1.5-1.8)h

Lđ

Trang 54

– Ưu điểm:

• So với kết cấu nhịp giản đơn cùng nhịp thì mô men ở giữa nhịp nhỏ vì

có mô men ở gối  vượt được nhịp lớn hơn (60-100-150m)

• Có thể điều chỉnh nội lực một cách hợp lý hơn

• Trên các trụ chỉ có một gối  chịu lực đúng tâm  trụ có thể nhỏ hơn

Trang 55

• A.3 Cầu dầm liên tục

– Loại nhịp biên có chiều cao không thay đổi

L2=0,75L1=(L1+L3)/2; L3=2L2-L1=0,5L1; L4=(0,62-0,65)L3;

• L 1 – chiều dài nhịp chính (có thể nhiều nhịp chính);

• L 2 – chiều dài nhịp chuyển tiếp;

• L 3 – chiều dài nhịp có chiều cao không đổi;

• L – chiều dài nhịp sát mố.

Trang 56

– Loại nhịp biên có chiều cao thay đổi

• L 2 = (0,65-0,7)L1

• Chiều cao trên trụ: H = (1/15-1/20)L 1 ; Tốt nhất nên chọn (1/17-1/18)L 1 ;

• Chiều cao dầm dầm tại giữa nhịp: h=(1/30-1/40)L 1 (theo Jacques Mathivat

tỷ số này có thể giảm đến 1/60L 1 ); Tốt nhất nên chọn 1/36L 1 ; Không được nhỏ hơn 2m để đảm bảo thi công được dễ dàng và thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng.

• Chiều cao dầm trên mố (1/22 – 1/33), tốt nhất nên chọn 1/27 và ≥ 2m.

• Đối với tiết diện có chiều cao không đổi thi công bằng: Đúc đẩy H/L = (1/15 – 1/17) – tốt nhất 1/16; Đúc hẫng: H/L = (1/17-1/20); tốt nhất 1/18.

Trang 57

– Ưu điểm

• Mô men nhỏ hơn so với dầm giản đơn cùng nhịp  vượt nhịp lớn hơn.

• Độ cứng lớn  độ võng nhỏ hơn, vượt được nhịp lớn, ít trụ, thoát nước tốt, phù hợp với sông có cấp thông thuyền lớn.

• Trên các trụ chỉ có một gối  trụ chịu lực đúng tâm  trụ nhỏ.

• Ít khe biến dạng, trong phạm vi dầm liên tục đường đàn hồi không gãy khúc  xe chạy được êm thuận hơn.

• Dáng kiến trúc, mỹ quan đẹp  phù hợp với các công trình cầu nhịp lớn, cầu trong đô thị.

– Nhược điểm

• Dễ có ứng suất phụ do lún trụ, mố không đều, do thay đổi nhiệt độ, do

co ngót từ biến của bê tông  ứng dụng nơi địa chất tốt.

• Cấu tạo phức tạp.

• Thi công khó khăn.

– Phạm vi áp dụng

Tiêu đề	Thiết Kế Và Xây Dựng Cầu BTCT
Tác giả	TS. Khúc Đăng Tùng
Trường học	Trường Đại Học Xây Dựng
Chuyên ngành	Cầu và Công Trình Ngầm
Thể loại	tài liệu tham khảo
Năm xuất bản	2005
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	637
Dung lượng	25,67 MB