So sánh các dạng mặt cắt cầu đường bộ trên cao trong thành phố,luận văn thạc sỹ xây dựng cầu hầm

Các dạng mặt cắt ngang cầu được áp dụng cho các công trình cầu trên cao trong thành phố trên thế giới .... Cầu đường bộ trên cao đã được nhiều thành phố lớn trên thế giới xây dựng, đã ma

Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, tình trạng ùn tắc giao thông tại các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh ngày càng gia tăng, đòi hỏi các biện pháp cấp bách để cải thiện khả năng thông hành Mặc dù đã có nhiều giải pháp như mở rộng đường, bố trí đèn tín hiệu và xây dựng cầu vượt tạm, nhưng những biện pháp này chỉ mang tính tạm thời Để phát triển bền vững, cần xây dựng một mạng lưới giao thông hoàn chỉnh, thông suốt, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế Kinh nghiệm từ các thành phố lớn trên thế giới cho thấy, việc xây dựng các tuyến đường bộ trên cao đã giúp giải quyết hiệu quả tình trạng ùn tắc, nâng cao khả năng vận chuyển và thúc đẩy sự phát triển đô thị Hiện có nhiều loại kết cấu nhịp cầu như dầm thép và dầm bê tông cốt thép, việc so sánh các dạng mặt cắt ngang cầu là cần thiết để lựa chọn giải pháp phù hợp với điều kiện thi công chật hẹp và đảm bảo tính mỹ quan cho không gian đô thị Xuất phát từ những quan điểm này, học viên đã chọn đề tài "So sánh các " cho luận văn tốt nghiệp cao học dưới sự hướng dẫn của Thầy TS Nguyễn Quốc Hùng.

Học viên Trần Hữu Thi thực hiện luận văn Thạc sĩ về kỹ thuật thiết kế mặt cắt cầu đường bộ trên cao trong thành phố Mục tiêu nghiên cứu là đưa ra giải pháp tối ưu cho việc lựa chọn các dạng mặt cắt cầu phù hợp cho các dự án cầu trên cao tại các đô thị.

Các vấn đề nghiên cứu của luận văn bao gồm:

-Tổng quan về các dạng mặt cắt cầu đường bộ trên cao trong thành phố

- Phân tích các dạng mặt cắt ngang cầu đường bộ trên cao

-So sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các mặt cắt ngang

-Nghiên cứu khả năng ứng dụng các dạng mặt cắt ngang tại thành phố

Kết luận, nghiên cứu này chỉ tập trung vào việc so sánh các dạng mặt cắt ngang của kết cấu nhịp phần trên, mà chưa xem xét các kết cấu phụ trợ như lan can, thoát nước, chiếu sáng, cũng như hình dạng của kết cấu mố và trụ phần dưới.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu các dạng mặt cắt ngang cầu trên cao nhằm đáp ứng tiêu chí trong đô thị lớn như thời gian thi công nhanh, hạn chế tĩnh không với chiều cao dầm thấp, và thi công trong điều kiện chật hẹp Mục tiêu là giảm thời gian và chi phí cho hoạt động duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa, đồng thời đảm bảo tính mỹ quan đô thị Nghiên cứu cũng nhằm giảm chi phí đền bù, giải phóng mặt bằng và giá thành xây dựng, từ đó so sánh ưu nhược điểm của từng loại mặt cắt cầu đường bộ trên cao để áp dụng hiệu quả cho hệ thống cầu trong thành phố.

Phương pháp nghiên cứu

Phân tích và so sánh khả năng chịu lực, vật liệu sử dụng, điều kiện thi công và tính mỹ quan của các dạng mặt cắt cầu đường bộ trên cao trong thành phố từ lý thuyết và thực tế các công trình đã xây dựng Mục tiêu là rút ra ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của từng dạng mặt cắt ngang cho các tuyến đường bộ trên cao trong đô thị.

Kết cấu của luận văn

Chương 1: Tổng quan về các dạng mặt cắt cầu đường bộ trên cao trong thành phố

Chương 2: Phân tích các dạng mặt cắt ngang cầu đường bộ trên cao

Chương 3: So sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các mặt cắt ngang

Kết luận và kiến nghị

Học viên:Trần Hữu Thi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG MẶT CẮT NGANG CẦU ĐƯỜNG BỘ TRÊN CAO TRONG THÀNH PHỐ

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC DẠNG MẶT CẮT NGANG CẦU ĐƯỜNG BỘ TRÊN CAO TRONG THÀNH PHỐ ÁP DỤNG TRÊN THẾ GIỚI

ĐƯỜNG BỘ TRÊN CAO TRONG THÀNH PHỐ ÁP DỤNG TRÊN THẾ

1.1.1.Ý nghĩa, vai trò của hệ thống cầu đường bộ trên cao trong thành phố

Hiện nay, các công trình cầu đường bộ trên cao đang được xây dựng nhiều tại các thành phố lớn, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội Do diện tích xây dựng hạn chế và chi phí đền bù lớn, xây dựng cầu đường bộ trên cao là giải pháp khả thi, giúp giải quyết ùn tắc giao thông và tiết kiệm diện tích Hệ thống cầu đường bộ trên cao khi hoàn thành sẽ tạo ra mạng lưới giao thông đồng bộ, kết nối các khu đô thị và trung tâm kinh tế - chính trị, rút ngắn thời gian di chuyển và giảm chi phí, từ đó thúc đẩy phát triển kinh tế và nâng cao đời sống người dân.

Do điều kiện thi công, tính mỹ quan các công trình cầu đường bộ trên cao trong thành phố có những yêu cầu sau đây:

- Thời gian thi công nhanh

- Chiếm dụng mặt bằng xây dựng ít

- Kết cấu mỹ quan, thanh mảnh

- Ảnh hưởng đến hoạt động xe chạy trong thời gian thi công hạn chế nhất

- Không gây ảnh hưởng đến các công trình xung quanh

- Kết cấu nhịp phù hợp với nhiều mặt bằng và địa hình khác nhau

- Không gây ảnh hưởng đến môi trường

- Duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp

- Kết cấu nhịp dễ tạo hình, nhất là vị trí các chỗ cong trên mặt bằng

Một số hình ảnh của các công trình cầu đường bộ trên cao trong thành phố trên thế giới:

Hình 1.1: Cầu Varachha Surat - Ấn Độ

Hình 1.2: Cầu Aiims, Delhi - Ấn Độ

Hình 1.3: Rama IX Flyover Bridge, Thailand

Hình 1.4: Thai – Belgium Flyover Bridge, Thailand

Hình 1.6: Muslim Town Flyover Bridge - Pakistan

1.1.2 Các dạng mặt cắt ngang cầu được áp dụng cho các công trình cầu trên cao trong thành phố trên thế giới

Hệ thống đường bộ trên cao tại các thành phố lớn ở các nước phát triển như Đức, Mỹ, Nhật Bản, Ấn Độ và Thái Lan đã đóng góp quan trọng vào sự phát triển kinh tế, xã hội và văn hóa Những công trình này không chỉ giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông mà còn cải thiện khả năng di chuyển cho người dân.

Học viên Trần Hữu Thi nhấn mạnh rằng luận văn Thạc sĩ kỹ thuật về chuyển và lưu thông hàng hóa không chỉ giúp tăng tốc độ phát triển kinh tế của thành phố mà còn phản ánh trình độ phát triển cơ sở hạ tầng của các quốc gia Việc này thúc đẩy sự phát triển toàn diện của đời sống kinh tế - xã hội, từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống vật chất và tinh thần của người dân.

Bảng 1.1: Thống kê một số công trình cầu trên cao trên thế giới

TT Tên d ự án D ạ ng m ặ t c ắ t ngang

1 Panapat flyover bridge Dầm I Ấn Độ

2 Muslim town flyover bridge Dầm I và dầm hộp

3 Thane flyover bridge Dầm hộp Ấn Độ

4 Hebbal flyover bridge Dầm bản rỗng Ấn Độ

5 Visweswarayya flyover bridge Dầm I Ấn Độ

6 Varachha flyover bridge Dầm bản rỗng Ấn Độ

7 AJC Bose flyover bridge Dầm hộp thép Ấn Độ

8 The Seri-Thai flyover bridge Dầm bản rỗng Thái Lan

9 SH58 Ramp flyover bridge Dầm thép liên hợp

10 Rama IX flyover bridge Dầm I Thái Lan

11 Thai-Belgium flyover bridge Dầm thép I liên hợp

12 Srinakarin flyover bridge Dầm I Pakistan

1.1.3 Xu hướng xây dựng các tuyến đường bộ trên cao tại Việt Nam

Tại Việt Nam, ùn tắc giao thông và tai nạn giao thông đang trở thành vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Những vấn đề này không chỉ gây thiệt hại về tài sản và sức khỏe mà còn đe dọa đến tính mạng con người Hệ quả là sự kìm hãm phát triển bền vững của các thành phố, đặc biệt trong bối cảnh đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

Để giải quyết các vấn đề về tai nạn giao thông, ùn tắc và kẹt xe diễn ra hàng ngày, Chính phủ, Bộ Giao thông vận tải và lãnh đạo thành phố đã triển khai nhiều biện pháp khác nhau Trong đó, việc xây dựng các công trình cầu vượt nhẹ bằng thép tại các nút giao đã mang lại tín hiệu tích cực, giúp giảm thiểu tình trạng kẹt xe tại những điểm này.

Hình 1.7: Cầu vượt nút giao Thái Hà – Chùa Bộc (Hà Nội)

Hình 1.8: Cầu vượt nút giao Hàng Xanh (Thành phố Hồ Chí Minh)

Để giải quyết vấn đề giao thông một cách bền vững, các thành phố như Hà Nội và Hồ Chí Minh cần hoàn thiện hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông Các quy hoạch đã được phê duyệt cho thấy tương lai giao thông tại hai thành phố này sẽ bao gồm các tuyến đường sắt đô thị trên cao, hệ thống Metro và xe điện Ngoài ra, sẽ có thêm các tuyến đường bộ trên cao được xây dựng, góp phần vào mạng lưới giao thông của thành phố Cụ thể, tại Hồ Chí Minh, theo quy hoạch, sẽ có 3 tuyến đường bộ trên cao được triển khai.

- Tuyến đường trên cao số 1

Nghiên cứu áp dụng các phương án là cần thiết, đặc biệt là trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật liên quan đến việc triển khai các tuyến đường bộ trên cao Cấu trúc nhịp của cầu đóng vai trò quan trọng trong việc tổ chức thi công, khai thác và bảo trì sau này Hiện nay, việc này trở nên cấp bách trong bối cảnh phát triển hạ tầng giao thông của đất nước.

Học viên Trần Hữu Thi đã thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật ngành xây dựng cầu, trong đó áp dụng nhiều loại kết cấu nhịp đa dạng, từ những kết cấu sơ khai đến những công nghệ thi công hiện đại nhất trên thế giới.

Trong đô thị, việc lựa chọn kết cấu không thể tùy tiện mà cần có luận chứng khoa học xác đáng Những luận chứng này có thể dựa trên kinh nghiệm xây dựng lâu năm và tham khảo các công trình quốc tế để rút ra ưu nhược điểm của từng dạng kết cấu Ngoài ra, mỹ quan và môi trường cũng cần được xem xét cẩn thận khi đưa ra phương án thiết kế.

ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC DẠNG MẶT CẮT NGANG CẦU 19

Để có cái nhìn tổng quan về các dạng kết cấu nhịp tại Việt Nam, tác giả đã tổng hợp ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các mặt cắt ngang Điều này giúp đánh giá sơ bộ các dạng mặt cắt phù hợp cho cầu trên cao trong thành phố Hiện nay, các kết cấu nhịp sử dụng nhiều loại vật liệu phong phú, từ công nghệ truyền thống đến hiện đại như bê tông cường độ cao, thép cường độ cao, và vật liệu composite Sự đa dạng này cho thấy nhiều dạng mặt cắt đã được áp dụng rộng rãi, trong khi một số khác vẫn chưa được sử dụng hoặc chỉ xuất hiện ở một số công trình nhất định.

Hiện nay, các loại mặt cắt ngang cầu chủ yếu bao gồm bê tông cốt thép, bê tông cốt thép dự ứng lực và kết cấu thép, thậm chí còn có sự kết hợp giữa thép và bê tông cốt thép.

Hình 1.9: Dầm Super T được đúc tại công trường Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

- Cải thiện điều kiện làm việc: giảm độ võng khi chịu tải, tăng mô men kháng nứt

- Sử dụng hiệu quả vật liệu cường độ cao

- Tăng cường độ chống cắt và xoắn

- Tăng khả năng chịu mỏi và phục hồi độ võng sau khi nứt

Khi cẩu lắp, dầm cần được giữ ổn định mà không cần bất kỳ liên kết ngoài nào Điều này rất quan trọng, đặc biệt khi sự mất ổn định theo phương ngang do uốn kết hợp xoắn đối với các dầm dài có thể gây ra lo ngại trong quá trình thi công.

- Hình dáng đẹp : dầm có mặt đáy dạng dầm hộp với ít góc cạnh nên được xem xét như tương đương với các dầm hộp

Do cánh dầm rộng, khi áp dụng các cầu trên đường cong có siêu cao, cần có biện pháp xử lý bề rộng cánh để tránh tạo bản mặt cầu quá dày.

Dầm được sản xuất bằng phương pháp căng trước, phù hợp với quy trình chế tạo trong công xưởng Kết cấu bê tông mỏng yêu cầu quản lý chất lượng nghiêm ngặt.

Một trong những vấn đề sớm xuất hiện là vết nứt dọc tại đuôi dầm sau khi giải phóng kích, sau khi đã xử lý nhiệt ẩm dầm bằng hơi nước Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tổ

Học viên Trần Hữu Thi đã thực hiện luận văn Thạc sĩ về kỹ thuật đúc tại chỗ, một phương pháp đang ngày càng được ưa chuộng Việc thiết kế đáy các nhịp và xà mũ liên tục không chỉ mang lại hiệu quả cao về mặt kỹ thuật mà còn nâng cao giá trị mỹ quan cho công trình.

- Tốc độ thi công nhanh : do không cần giàn giáo cho thi công bản mặt cầu, cốt thép có thể được lắp đặt ngay sau khi lắp dầm

Dầm Super T hiện nay được sử dụng phổ biến, nhưng trong quá trình căng kéo, các ứng suất nhỏ có thể gây ra ứng suất lớn Điều này xảy ra do gradient nhiệt độ tại đầu dầm, nơi mà nhiệt độ lạnh ở bề mặt ngoài so với các phần bên trong được xử lý hơi nước dẫn đến tăng ứng suất kéo Để giảm thiểu vết nứt tại đầu dầm, cần tăng cường cốt thép ở bề mặt đầu dầm.

Hình 1.10: Dầm T được đúc tại công trường Ưu điểm Nhược điểm

- Rất tiện lợi cho các loại nhịp có kích thước từ 18m đên 33m

- Ván khuôn đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp

- Đối với các loại dầm khác nhau, phải có nhiều bộ ván khuôn

- Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm dầm và trọng tâm các bó cáp nhỏ,

- Có thể đúc ngoài công trường

Khi dầm có độ lệch tâm lớn giữa trọng tâm dầm và trọng tâm các bó cáp, mặt cắt T trở nên kinh tế trong việc bố trí thép Tuy nhiên, mặt cắt T sẽ không hiệu quả khi cốt thép được bố trí không hợp lý, vì trọng tâm của cốt thép khi căng kéo sẽ nằm phía dưới, dẫn đến ứng suất kéo lớn tại bản cánh.

- Cầu rung mạnh khi chịu hoạt tải

- Có thể xuất hiện vết nứt dọc tại mối nối dọc của bản mặt cầu

- Hiện nay, dầm T được sử dụng trong xây dựng cầu ở nước ta

Hình 1.11: Dầm I được đúc tại công trường Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

- Rất thuận tiện với các loại nhịp từ 20m - Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm bó cáp và mặt cắt lớn, xuất hiện vết nứt

Học viên:Trần Hữu Thi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật đến 33m

- Ván khuôn đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp, có thể sử dụng ván khuôn cho nhiều loại dầm

Mặt cắt I có trọng tâm gần với trọng tâm của cốt thép cường độ cao, giúp tối ưu hóa hiệu quả phân phối lực trong cả giai đoạn căng kéo và sử dụng.

- Độ cứng ngang lớn nên hoạt tải phân phối tương đối đều cho các dầm, ít rung trong quá trình khai thác

Bản mặt cầu được đổ bê tông tại chỗ kết hợp với dầm ngang, liên kết với dầm chủ thông qua cốt thép chờ, giúp khắc phục triệt để vết nứt dọc tại mối nối dầm T ở thớ trên dầm.

- Tĩnh tải dầm lớn, khối lượng bê tông và thép nhiều

- Bản ván khuôn dày 8cm gây thêm phần tĩnh tải và tốn kém

- Hiện nay dầm I cũng còn được sử dụng khá phổ biến, nhưng hầu như không được sử dụng cho các công trình đòi hỏi về tính mỹ quan

Hình 1.12: Mặt cắt ngang dầm hộp

Học viên:Trần Hữu Thi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

Mặt cắt của hộp có bản đáy rộng giúp diện tích bản bê tông được cân bằng hoàn toàn với khả năng chịu lực của cáp dự ứng lực, nhờ vào giá trị cánh tay đòn lớn.

- Ổn định đàn hồi của kết cấu rất tốt cả trong giai đoạn thi công cũng như giai đoạn khai thác, do độ cứng chống xoắn lớn

- Có khả năng vượt nhịp lớn 40 – 60m

- Vì dầm hộp có bản đáy kín nên có tính mỹ quan cao

- Hiện nay dầm hộp được sử dụng khá phổ biến, nhất là những công trình đòi hỏi vượt nhịp lớn

- Giá thành xây dựng nhịp lớn

- Đòi hỏi phải có thiết bị thi công và công nghệ cao

- Yêu cầu công nhân có trình độ cao

Hình 1.13: Dầm bản rỗng đúc sẵn

Hình 1.14: Dầm bản rỗng đổ tại chỗ Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

- Chiều dài nhịp thường áp dụng khoảng

- Chiều cao kiến trúc thấp

- Tính mỹ quan cao vì đáy dầm là một mặt phẳng kín

- Dầm bản rỗng đổ tại chỗ phù hợp cho các nút giao, đòi hỏi bán kính cong trên mặt bằng

- Độ võng khi khai thác lớn

- Độ rung lớn do độ cứng theo phương ngang kém

- Giá thành xây dựng cao

- Dầm bản rỗng đổ tại chỗ thích hợp cho công nghệ đổ bê tông trên đà giáo di động (MSS) nên giá thành cao

1.2.6 D ầ m thép liên h ợ p b ả n bê tông m ặ t c ầ u l ắ p ghép

Hình 1.15: Cấu tạo dầm thép liên hợp bản bê tông côt thép lắp ghép

Học viên:Trần Hữu Thi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Ưu điểm Nhược điểm

- Sự làm việc tốt của dầm thép chịu kéo và bản bê tông chịu nén

- Không cần lắp dựng và tháo gỡ ván khuôn bản mặt cầu

- Áp dụng tại những khu vực đỗ bê tông và kiểm tra chất lượng bê tông khó khăn

- Xử lý mối nối giữa dầm thép và bản bê tông phức tạp

- Vì là dầm thép nên giá thành xây dựng cao

- Chi phí cho duy tu bảo dưỡng cao

- Tải trọng khai thác bị hạn chế

- Hiện nay dạng kết cấu này ít được sử dụng

Hình 1.16: Cầu panel đã được thi công xong Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

- Kết cấu thanh mảnh, phù hợp cho không gian chật hẹp, không làm mất mỹ quan đô

- Chi phí duy tu bảo dưỡng lớn

Học viên:Trần Hữu Thi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật thị

- Các chi tiết thép được gia công cơ khí trong xưởng nên đảm bảo được chất lượng

- Khối lượng tĩnh tải giảm

- Hiện nay, dạng kết cấu này được sử dụng rất nhiều cho vị trí cầu vượt các nút giao trong đô thị

- Tải trọng khai thác bị hạn chế

Hình 1.17: Dầm hộp thép đã được thi công xong Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

- Độ cứng chống xoắn lớn, đặc biệt khi được sử dụng cho các kết cấu cầu cong trên mặt bằng

- Trong trường hộp bị hạn chế tĩnh không, việc sử dụng dầm hộp tỏ ra hiệu quả vì

- Xử lý lớp phủ mặt cầu khá phức tạp

Học viên:Trần Hữu Thi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật cho phép giảm tỷ lệ giữa chiều dài nhịp và chiều cao mắt cắt ngang

- Các kết cấu phụ trợ giúp tăng khả năng kháng xoắn có thể được bố trí trong lòng hộp

- Dầm hộp mang tính mỹ quan cao, phù hợp với các công trình độ thị

- Hiện nay, dạng kết cấu này được sử dụng rất nhiều cho vị trí cầu vượt các nút giao trong đô thị

1.2.9 D ầ m thép liên h ợ p tôn l ượ n sóng b ả n bê tông

Hình 1.18:Mô phỏng dầm thép tôn lượn sóng bản bê tông Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

- Khối lượng nhẹ hơn dầm hộp bê tông có cùng kích thước

- Ảnh hưởng của co ngót, từ biến, cũng như nhiệt độ cũng ít hơn

- Sức kháng cắt sẽ được tăng cường mà không cần tăng cường phải bố trí bản sườn thép quá dày

- Khai thác tốt tính chất của vật liệu

- Đòi hỏi kỹ thuật chế tạo cao

- Xử lý tốt mối nối giữa sườn thép và bản bê tông

- Tình trạng mất ổn định cục bộ

- Hiện nay tại nước ta chưa công trình nào xây dựng dạng kết cấu này

- Tính mỹ quan rất cao

1.2.10 D ầ m bê tông c ố t thép d ự ứ ng l ự c hai d ầ m biên

Hình 1.19: Mô phỏng dầm bê tông hai dầm biên Ư u đ i ể m Nh ượ c đ i ể m

- Sườn biên cong làm tăng khả năng chống xoắn

- Khe hở ở vị trí bản cánh đáy dầm tạo điều kiện cho việc bảo dưỡng dễ dàng hơn

- Sự lắp đặt cáp dự ứng lực trong cầu

2 dầm biên được đặt cả theo phương dọc và ngang cầu

- Tính mỹ quan rất cao thích hợp cho công trình trong đô thị

- Sử dụng ván khuôn riêng biệt

- Phải áp dụng công nghệ thi công MSS

- Dạng kết cấu mới, chưa được áp dụng tại nước ta

- Hiện nay tại nước ta chưa công trình nào xây dựng dạng kết cấu này.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Sau khi phân tích ưu nhược điểm và đánh giá tình hình áp dụng các loại dầm cùng công nghệ thi công hiện nay tại Việt Nam, tác giả sẽ xem xét các yêu cầu đối với các tuyến đường bộ trên cao trong đô thị Trong phạm vi luận văn này, tác giả sẽ tập trung vào việc phân tích và đánh giá một cách sâu sắc.

Học viên Trần Hữu Thi đã thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, trong đó so sánh một số loại dầm điển hình có khả năng áp dụng cho cầu cạn trong thành phố hiện nay.

- Dầm bản rỗng BTCT dự ứng lực đổ tại chỗ

- Dầm hộp BTCT dự ứng lực

- Dầm thép liên hợp dạng I (Cầu panel)

PHÂN TÍCH CÁC DẠNG MẶT CẮT NGANG CẦU ĐƯỜNG BỘ TRÊN CAO

DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC SUPER T

Ban công trình cầu lớn thuộc Cục đường bộ bang Victoria, Australia, đã nghiên cứu và cải tiến loại dầm hình lòng máng hở tiêu chuẩn để chế tạo dầm Super-T Mục tiêu là tạo ra một loại dầm mới có giá thành thấp hơn, phù hợp cho chiều dài nhịp trung bình, dễ dàng sản xuất và vận chuyển, đồng thời chỉ cần sử dụng một bộ ván khuôn đúc cho các chiều dài nhịp khác nhau Dầm Super-T có tiết diện dạng hộp và được đổ bê tông tại chỗ cho bản mặt cầu.

Dầm Super-T được thiết kế với chiều cao từ 750mm đến 1750mm, phù hợp cho các nhịp cầu từ 20m đến 36m Tại Việt Nam, dầm Super-T lần đầu tiên được ứng dụng trong phần cầu dẫn của dự án cầu Mỹ Thuận, với đặc điểm nổi bật là đầu dầm được thiết kế khấc, giúp che phần nhô ra của xà mũ trụ, tạo nên vẻ đẹp tổng thể cho công trình.

Dầm Super-T không chỉ kế thừa những ưu điểm của dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn mà còn mang lại nhiều lợi ích vượt trội trong quá trình chế tạo và thi công.

Kết cấu nhịp “dầm Super – T” hiện nay được ưa chuộng nhờ vào thiết kế dạng hộp, mang lại khả năng chống xoắn tốt và mômen uốn ngang lớn, đồng thời đảm bảo tính ổn định cao trong quá trình lắp đặt Đặc biệt, chiều cao nhỏ của đầu dầm giúp giảm chiều cao kiến trúc của cầu, từ đó giảm lượng đất đắp ở đầu cầu, và phần cánh dầm còn đóng vai trò như ván khuôn cho bản mặt cầu.

Học viên Trần Hữu Thi đã chỉ ra rằng các khe co giãn trong dầm Thạc sĩ kỹ thuật giản đơn dễ bị bong bậc, gây giảm khả năng khai thác và tạo lực xung kích lớn khi xe cộ di chuyển, dẫn đến tốc độ lưu thông chậm và giảm tuổi thọ động cơ, đồng thời tiêu tốn nhiều nhiên liệu Để khắc phục vấn đề này, nhiều công trình hiện nay đã áp dụng dầm Super-T với các bản liên tục nhiệt, giúp giảm số lượng khe co giãn và cải thiện sự êm thuận khi xe chạy.

2.1.1 Đặc điểm cấu tạo dầm Super-T

Dầm Super T bằng BTCT DUL đúc sẵn có thể áp dụng cho các khẩu độ từ

Chiều dài kết cấu nhịp dao động từ 20 đến 40m, với chiều cao dầm thay đổi từ 0.75m đến 1.75m Bản mặt cầu dày 20 cm được thi công bằng cách đổ bê tông tại chỗ sau khi lắp đặt dầm Kết cấu nhịp có thể được thiết kế dưới dạng giản đơn hoàn toàn hoặc liên tục nhiệt.

Hình 2.1: Mặt cắt ngang cầu sử dụng dầm Super T

Hình 2.2: Dầm Super-T có khấc ở đầu dầm

Dầm Super-T đã được định hình rõ ràng và phổ biến tại Việt Nam Qua việc tổng kết các loại dầm Super-T, chúng ta có thể xác định các kích thước và chỉ tiêu cơ bản của chúng.

Bảng 2.1: Thống kê kích thước cơ bản của dầm Super-T

Tỷ lệ chiều cao và chiều dài dầm H/L 1/25 1/25 1/23 1/23

Chiều rộng bụng dầm (giữa nhịp) 0.2 0.2 0.2 0.2

Khối lượng bê tông cho 1 dầm(m3) 14.12 17.62 21.3 29.3

Trong những năm gần đây, dầm Super-T đã trở thành lựa chọn phổ biến tại thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt trong các công trình như cầu cạn Đường Vành đai 3 và các nhánh dẫn của cầu trên Đại lộ Võ Văn Kiệt Với chiều dài nhịp 40m, dầm Super-T được thi công bằng phương pháp cẩu lắp, mang lại hiệu quả cao cho các dự án xây dựng.

2.1.2 Công nghệ thi công kết cấu nhịp

Do hạn chế về mặt bằng thi công trong thành phố, việc lựa chọn công nghệ thi công lắp đặt dầm Super T cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và phù hợp nhất.

Hiện nay, công nghệ lắp dầm Super T đang được áp dụng rộng rãi trên các tuyến đường vành đai của Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp này cho phép thi công nhanh chóng và giảm thiểu ảnh hưởng đến không gian bên dưới.

Học viên Trần Hữu Thi thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, trong đó đề xuất thi công tuyến đường giao cắt vào ban đêm để giảm thiểu mật độ xe cộ.

Dầm Super-T được vận chuyển từ bãi chứa đến vị trí cầu dẫn bằng xe kéo rơmoóc, với khung đỡ dầm giữ ổn định ngang Các dầm được lắp đặt từ vị trí nhịp gần mố nhất Một dàn thép chạy trên ray đặt trên đỉnh 2 xà mũ sẽ nâng dầm và sàng ngang, sau đó đặt vào vị trí mà không ảnh hưởng đến vị trí đặt dầm và không cần giá đỡ tạm cho giàn thép.

Hình 2.3: Thi công nhịp dầm Super-T bằng giá ba chân

Vấn đề chính của công nghệ dầm Super T trong thành phố là vị trí bãi đúc dầm, do không gian hạn chế trong nội đô Tuyến đường bộ trên cao dài hàng cây số, khiến dầm cần được vận chuyển từ nơi khác Do đó, khoảng cách vận chuyển dầm cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính khả thi của dự án.

2.1.3 Phân tích về tính mỹ quan

Độ mảnh L/d = 17 (với chiều dài 38.2m) đáp ứng tiêu chuẩn thẩm mỹ cho các kết cấu từ 3 nhịp trở lên Hơn nữa, việc không có các gờ đứng ở thành ngoài của dầm giúp tăng cường tính liên tục cho kết cấu nhịp.

Sử dụng dầm với hai đầu khấc giúp khắc phục điểm yếu ở đầu xà mũ, đồng thời với chiều dài nhịp lớn hơn các kết cấu nhịp giản đơn BTCT khác, số trụ sẽ ít hơn, đảm bảo tính mỹ quan Loại dầm này rất phù hợp cho vai trò nhịp dẫn trong các cầu lớn.

DẦM BẢN RỖNG BTCT DỰ ỨNG LỰC ĐỔ TẠI CHỖ

Dầm bản rỗng bê tông cốt thép dự ứng lực đổ tại chỗ là giải pháp lý tưởng cho những khu vực có yêu cầu chiều cao kiến trúc thấp, đồng thời đảm bảo tính thẩm mỹ cho công trình.

Học viên Trần Hữu Thi đã thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật về các công trình trong khu vực Bài nghiên cứu chỉ ra rằng dầm bản rỗng là một kết cấu tối ưu cho các vị trí cầu có bán kính cong tương đối nhỏ.

Dầm bản rỗng bằng bêtông cốt thép DƯL đúc tại chỗ thích hợp cho các khẩu độ từ 24 đến 35m, với thiết kế sử dụng một dầm trên mặt cắt ngang cầu Chiều cao dầm dao động từ 1,45 đến 1,55m, tương ứng với sự thay đổi về chiều dài kết cấu nhịp.

Hình 2.6: Mặt cắt ngang điển hình dùng dầm bản rỗng đổ tại chỗ

• Sơ đồ nhịp liên tục:

+ Với dầm bản rỗng liên tục bằng BTCT thường chiều dài nhịp khoảng từ 12~18m

+ Với dầm bản rỗng liên tục bằng BTCTƯST nhịp liên tục nhiều nhịp chiều dài nhịp có thể chọn từ 24m ~ 33m, hoặc 35m tùy theo điều kiện cụ thể

- Tỷ lệ giữa chiều cao dầm H và chiều dài nhịp L thường được chọn theo tỷ lệ H/L = 1/20 ~ 1/25

Sau khi tổng kết các loại dầm bản rỗng được áp dụng phổ biến ở nước ta, ta có được các kích thước và chỉ tiêu cơ bản sau:

Bảng 2.2: Các thông số cơ bản của dầm bản rỗng

Chiều dài các nhịp liên tục(m) 24 33 35

Tỷ lệ chiều cao và chiều dài dầm H/L 1/20 1/23 1/24

Chiều rộng đáy ứng với khổ Bm(m) 5.9 5.5 5.9

Số lỗ rỗng trong dầm(lỗ) 5 3 3 Đường kính lỗ rỗng của dầm(m) 0.65 0.95 0.95

Số bó cáp dọc dùng loại 12T φ15.2mm 12 12

Số bó cáp ngang dùng loại 3Tφ15.2mm 4 5

Cáp dọc dùng loại 15T φ12.7mm 16

Cáp ngang dùng loại 3T φ12.7mm 4

Khối lượng bê tông cho 1 nhịp(m3) 212 258.6 312

Dầm bản rỗng đổ tại chỗ có chiều dài kết cấu nhịp thay đổi đa dạng tùy thuộc vào từng công trình và tĩnh không bên dưới, điều này thể hiện một ưu điểm lớn của loại dầm này.

Cầu Đại Xuyên chiều dài L=2x27+4x33, chiều rộng B và Cầu Phú Thứ chiều dài L=2x27+4x33, chiều rộng B thi công bằng phương pháp đúc trực tiếp trên đà giáo

Cầu Nguyễn Văn Cừ tại thành phố Hồ Chí Minh có cấu trúc nhịp chính qua kênh Bến Nghé với 3 nhịp liên tục có kích thước 24m, 34m và 24m, cùng một nhịp giản đơn dài 30m Nhịp cầu được thiết kế bằng dầm bản rỗng bê tông cốt thép ứng suất trước, đổ tại chỗ với chiều cao không đổi là 1.30m.

Hiện nay, thi công dầm bản rỗng đổ tại chỗ được thực hiện chủ yếu bằng hai phương pháp: thi công trên đà giáo cố định và công nghệ đổ bê tông tại chỗ trên đà giáo di động (công nghệ MSS).

2.2.2.1 Công ngh ệ thi công đổ bê tông trên đ à giáo di độ ng (công ngh ệ MSS)

Hệ thống đà giáo di động, phát triển từ hệ đà giáo cố định truyền thống, mang lại lợi ích lớn cho các cầu có kết cấu nhịp dài và điều kiện địa chất, địa hình phức tạp Việc áp dụng công nghệ này giúp giảm chi phí lắp dựng và tháo lắp hệ thống đà giáo cũng như ván khuôn kết cấu dầm Nhờ khả năng di chuyển toàn bộ hệ thống từ nhịp này sang nhịp khác, thời gian thi công được rút ngắn tối đa.

Hình 2.7: Sơ đồ thi công đổ bê tông trên đà giáo di động

Hình 2.8: Công nghệ thi công đổ bê tông tại chỗ trên đà giáo di động

Công nghệ MSS là phương pháp đổ bê tông tại chỗ, cho phép di chuyển toàn bộ hệ thống ván khuôn và đà giáo sau khi hoàn thành một nhịp, tiếp tục thi công nhịp kế tiếp mà không làm gián đoạn giao thông đường bộ dưới cầu Phương pháp này không bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, thủy văn và địa chất của khu vực xây dựng cầu, đảm bảo tiến độ thi công hiệu quả.

Kết cấu nhịp cầu có thể được thiết kế theo sơ đồ chịu lực dầm đơn giản hoặc liên tục nhiều nhịp, với chiều cao dầm có thể thay đổi hoặc giữ nguyên Chiều dài nhịp cầu về nguyên tắc là không giới hạn, miễn là lực đẩy dọc nhỏ đủ để đẩy đà giáo ván khuôn mà không gây luỹ tiến qua các nhịp.

Mặc dù công nghệ này mang lại nhiều lợi ích, nhưng các thiết bị phụ trợ như dàn đẩy, trụ tạm, mũi dẫn và hệ đà giáo ván khuôn vẫn còn khá cồng kềnh, cần thiết để đảm bảo độ cứng lớn trong quá trình thi công đúc dầm.

Công nghệ MSS mang lại lợi ích với hệ thống đà giáo ván khuôn đa năng, có khả năng ứng dụng cho nhiều loại khẩu độ khác nhau, từ giản đơn đến liên tục, giúp tối ưu hóa tải trọng.

Học viên Trần Hữu Thi đã thực hiện luận văn Thạc sĩ về kỹ thuật đẩy nhỏ, không phụ thuộc vào chiều dài cầu Bài nghiên cứu đề xuất bố trí cáp DUL phù hợp cho cả giai đoạn thi công và khai thác Đặc biệt, tiến độ thi công nhanh và hiệu quả công nghệ càng được phát huy khi cầu có chiều dài lớn.

Hệ thống đà giáo ván khuôn yêu cầu khả năng chịu tải lớn và sử dụng thiết bị cồng kềnh, như cần cẩu từ 80 - 100 tấn, dẫn đến chi phí đầu tư ban đầu cao Việc lắp đặt và vận chuyển hệ thống này tốn nhiều thời gian Đặc biệt, trong giải pháp đẩy trên đúc dưới, việc đảm bảo sự ổn định của hệ đà giáo ván khuôn trong giai đoạn đẩy là một thách thức phức tạp.

Có khả năng áp dụng cho cầu có bán kính cong nằm nhỏ nhất Rminum

2.2.2.2 Công ngh ệ đổ bê tông t ạ i ch ỗ trên đ à giáo c ố đị nh Đây là công nghệ lâu đời nhất, đại diện điển hình cho phương pháp đổ bê tông tại chỗ Việc đúc dầm bê tông được tiến hành trong ván khuôn là bộ phận kết cấu được đỡ bằng hệ thống đà giáo cố định dựng tại vị trí mỗi nhịp Khi thi công kết cấu nhịp tiếp theo thì tất cả các công đoạn tháo lắp bộ ván khuôn và hệ đà giáo lại phải tiến hành từ đầu Nhược điểm của công nghệ là giảm tĩnh không giao thông khi xây dựng Mặt khác, do hệ đà giáo được đặt trực tiếp trên địa hình tự nhiên do vậy chịu ảnh hưởng, chi phối của địa hình và địa chất khu vực Vì vậy, công nghệ này chỉ áp dụng chủ yếu cho các cầu có kết cấu tĩnh định, tiết diện ngang không phức tạp, bề ngang hẹp với khẩu độ hợp lý ≤ 35m và cầu ít nhịp Hoặc được áp dụng tại vị trí cầu có bán kính cong lớn

Hình 2.9: Hình biện pháp tổ chức thi công trên đà giáo cố định

- Về mặt mỹ quan với độ mảnh khá nhỏ l/h = 10 – 20 (h đã tính phần bản mặt cầu12cm và gờ lan can 35cm), đảm bảo yêu cầu về độ mảnh

Dầm bản rỗng không có các gờ đứng ở thành ngoài, giúp tăng tính liên tục của kết cấu Với chiều dài nhịp ngắn và trong các đường cong bán kính thích hợp, loại dầm này có thể được sử dụng mà không gây ra các góc xung đột lớn như dầm I33 hay Super - T Nó phù hợp cho các cầu từ 1 nhịp đến nhiều nhịp.

Hình 2.10:Phối cảnh của dầm bản rỗng

DẦM HỘP BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

Hiện nay, nhiều tuyến cầu cạn trong nước chủ yếu sử dụng kết cấu cầu dầm giản đơn, giúp thuận tiện cho công nghệ thi công truyền thống Tuy nhiên, đối với cầu thành phố, giải pháp này không chỉ làm giảm tính mỹ thuật của công trình mà còn gây ách tắc giao thông do yêu cầu mặt bằng thi công lớn Ví dụ điển hình là hệ thống cầu cạn nút Pháp Vân trên tuyến vành đai 3 Hà Nội, không đáp ứng tiêu chuẩn mỹ học của Thủ đô.

Hà Nội Do đó, tiết diện dầm hộp sẽ làm tăng vẻ đẹp kiến trúc của công trình xây dựng

Dầm hộp bằng bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) có thiết kế mặt cắt không đổi, có thể được đúc tại chỗ hoặc lắp ghép từ các đoạn dầm đúc sẵn, phù hợp cho các khẩu độ từ 30 đến 60m.

Hình 2.11: Dầm hộp có hai hộp

- Có hai phương án sử dụng kết cấu dầm hộp:

Phương án mặt cắt ngang sử dụng một hộp với một dầm, có chiều cao thay đổi từ 1.7 đến 2.20m tùy thuộc vào chiều dài kết cấu nhịp Đối với phương án một hộp thi công lắp ghép dạng giản đơn, chiều dài nên được khống chế ở mức L0m và trọng lượng phiến dầm khoảng 370T.

Phương án mặt cắt ngang sử dụng hai hộp với hai dầm trên cầu, có chiều cao dầm thay đổi từ 1.7 đến 2.20m tùy thuộc vào chiều dài kết cấu nhịp Phương án này chỉ áp dụng cho nhịp giản đơn thi công lắp ghép, với chiều dài nhịp L0m và trọng lượng mỗi phiến dầm khoảng 190T.

Bảng 2.3:So sánh hai phướng án mặt cắt ngang dầm hộp

STT Các tiêu chí đánh giá Phương án một hộp Phương án hai hộp

Tính thẩm mỹ cao, nhất là khi nối liên tục nhiều nhịp Tuy nhiên vẫn còn tồn tại vết mối nối thi công

Tính thẩm mỹ kém hơn do sử dụng nhiều dầm, đồng thời kết cấu giản đơn nên có nhiều khe nối

2 Tính đơn giản thi công

Trong trường hợp nối liên tục, việc thi công bằng phương pháp lắp ghép các đoạn ngắn rất thuận tiện trong môi trường đô thị Tuy nhiên, nếu kết cấu đơn giản, sẽ gặp khó khăn do thiết bị vận chuyển và cẩu.

Thuận tiện đối với kết cấu giản đơn do trọng lượng cấu kiện nhẹ hơn

3 Vấn đề sử dụng vật liệu

Vật liệu sử dụng hợp lý và tiết kiệm

Phải mở rộng xà mũ trụ để đỡ dầm

Phải sử dụng nhiều gối

Trường hợp kết cấu giản đơn sẽ phải sử dụng nhiều khe biến dạng

4 Tính chất làm việc của kết cấu Độ cứng chống uốn và chống xoắn tốt hơn Độ cứng chống uốn và chống xoắn kém hơn

Trường hợp dầm giản đơn sẽ thi công nhanh hơn xét trên cả các mặt về chế tạo dầm cũng như lắp đặt

Thi công lâu hơn cả về chế tạo dầm cũng như lắp đặt

Hình 2.12: Mặt cắt ngang dầm hộp đơn BTCT DƯL

Vào năm 1995, ngành Giao thông vận tải đã triển khai công tác chuyển giao công nghệ đúc từ Cộng hòa liên bang Nga để thi công thí điểm cầu Hiền Lương (nhịp 42m) Sau khi hoàn thành, công nghệ này đã được áp dụng cho 5 cầu khác trong giai đoạn 1995 – 2004, bao gồm cầu dẫn Quán Hàu trên Quốc lộ 1A (Quảng Bình), cầu Sảo Phong (Quảng Bình), cầu Dinh (Nghệ An), cầu Hà Nha (Quảng Nam) và cầu Mẹt (Lạng Sơn).

Công nghệ đúc đẩy theo chu kỳ chủ yếu được sử dụng để xây dựng các nhịp dầm cầu BTCT DUL liên tục Đặc trưng của công nghệ này là quá trình đúc và đẩy từng phần đoạn dầm Để thực hiện, cần xây dựng các bệ đúc trên đường dẫn vào cầu phía sau mố Sau khi đúc xong, phân đoạn dầm sẽ được liên kết với phân đoạn trước bằng các bó thép DUL và được đẩy đi bằng hệ thống đẩy hoặc kéo một đoạn dài bằng chiều dài phân đoạn.

Hình 2.13: Thi công theo công nghệ đúc đẩy

Công nghệ đúc đẩy mang lại nhiều lợi ích như thiết bị di chuyển đơn giản, thi công lặp đi lặp lại giúp tăng tốc độ thi công và không chiếm dụng không gian dưới cầu, từ đó không gây ách tắc giao thông Tuy nhiên, công nghệ này cũng có nhược điểm như cần thiết kế bãi đúc sau mố và kết cấu sau thi công thường không thể tái sử dụng, dẫn đến chi phí cao Hơn nữa, với mặt cắt kết cấu nhịp không đổi, việc bố trí kết cấu phù hợp với sơ đồ chịu lực trở nên khó khăn.

Học viên Trần Hữu Thi đã chỉ ra rằng luận văn Thạc sĩ kỹ thuật cấu siêu tĩnh gặp khó khăn trong việc vượt nhịp lớn và có sự không hợp lý trong bố trí vật liệu Bên cạnh đó, sơ đồ chịu lực thay đổi liên tục trong quá trình thi công dẫn đến việc bố trí cáp DUL không hiệu quả, và trong một số trường hợp, một số bó cáp DUL phải để lại trong quá trình thi công, gây bất lợi cho việc khai thác của dầm.

Ngoài ra, v ớ i m ặ t c ắ t d ầ m h ộ p thì 2 công ngh ệ đ à giáo c ố đị nh và đ à giáo di độ ng v ẫ n th ườ ng hay đượ c s ử d ụ ng

- Dầm hộp là loại dầm có mặt cắt kín nên có tính mỹ quan cao, phù hợp cho các cầu trong thành phố

- Vách dầm hộp xiên nên giảm được bề rộng đáy dầm làm tăng độ sáng tối khi nhìn từ phía dưới cầu

- Nhịp của dầm hộp tương đối dài nên giảm được số lượng trụ nên tăng tính mỹ quan của cầu

Cầu dầm hộp có chiều cao lớn hơn dầm bản rỗng, giúp công trình trở nên đồ sộ hơn khi đi qua những khu vực có hạn chế về chiều cao kiến trúc, từ đó có thể tạo ra sự phá vỡ trong cảnh quan xung quanh.

2.3.4 Nhận xét và kết luận

- Dầm hộp là loại dầm có tính mỹ quan cao, phù hợp cho khu vực thành phố

- Có thể áp dụng các công nghệ thi công hiện đại nhất hiện nay, ít làm ảnh hưởng đến đảm bảo giao thông trong quá trình thi công

- Thích hợp cho những vị trí giao cắt, yêu cầu vượt nhịp lớn

- Áp dụng cho những nơi có không gian thông thoáng, để không ảnh hưởng do chiều cao kiến trúc của dầm

Học viên:Trần Hữu Thi

DẦM THÉP LIÊN HỢP DẠNG I (CẦU PANEL)

Trong một vài n các nút giao tại Hà Nội v thông diễn ra ngày càng nghiêm tr

Với những ưu đ trong thành phố cũng cầ

Cầu dầm thép liên h loại bỏ dầm ngang, lo hóa Chiều cao dầm ch

1/20~1/30) Chiều dài nh công ngắn, dễ thi công. u Thi Luận vă

Cầu Panel, một loại cầu thép liên hợp dạng I, đã được triển khai rộng rãi tại thành phố Hồ Chí Minh trong những năm gần đây để giải quyết tình trạng giao thông ngày càng nghiêm trọng Ưu điểm của cầu Panel cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình lựa chọn thiết kế Cấu tạo của cầu thép liên hợp dạng I được hình thành từ dầm thép liên hợp ngang, loại bỏ sườn tăng cường, với bản mặt cầu có chiều rộng từ 390 đến 1200mm và chiều dài nhịp chính từ 15 đến 40m Chi phí thi công của loại cầu này cũng là một yếu tố quan trọng cần được cân nhắc.

Dầm I liên hợp là một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông tại các cầu cạn Với chiều dài nhịp từ 15 đến 40m và kích thước đơn giản từ 390 đến 1200mm, cấu tạo này không chỉ giúp cải thiện kết cấu mà còn giảm chi phí thi công và thời gian thực hiện.

Giới thiệu sơ bộ cầu vư

- Độ dốc dọc ngang nh u Thi Luận vă

Cầu vượt nút giao Thái Hà – Láng Hạ có kích thước 4x24+20+3x24m, với chiều cao toàn cầu là 9m, đủ cho 2 làn xe ô tô và 2 làn xe máy Chiều rộng cầu được tính toán là 0,25 + 1,25 + 2x3,00 + 1,25 + 0,25 (m) Đường cong đứng trên cầu có bán kính 800m, với độ dốc lớn nhất imax = 5,5% và độ dốc ngang nhất imax = 1%.

Láng Hạ u: 9m (cho 2 làn xe ô tô và 2 làn xe máy); u: 0,25 + 1,25 + 2x3,00 + 1,25 + 0,25 (m);

- Chiều dày bản cánh trên và d

-Bề rộng bản cánh 250mm

-Mặt cắt ngang nh chiều cao dầm 600mm.

- Toàn bộ kết cấu thép ph thọ lớn hơn 10 năm

-Chế tạo dầm với đ u Thi Luận vă

Hình 2.16 mô tả các bộ phận chính của dầm I liên hợp với chiều dài từ 390 đến 1200mm và chiều cao từ 15 đến 40m Cánh trên và dưới có độ dày 25mm, trong khi sườn cũng có độ dày 25mm và cánh dày 250mm Thép làm dầm chủ là loại Fy45MPa, với tấm ngang nhịp cầu bao gồm 8 dầm thép chữ I định hình có chiều rộng 600mm Phần thép trên được sơn 04 lớp bằng sơn gốc Epoxy, có độ dày trước là 100mm, đảm bảo độ bền và tuổi thọ cho công trình.

Hình 2.17: Kích thước chi tiết dầm I

Chiều cao dầm h`0mm, L$m (Cầu vượt nút giao Thái Hà – Láng Hạ)

Hình 2.18: Mặt chính dầm thép I dÇm gi÷a dầm biên mặt chính dầm

Tỷ lệ 1:80 mặt chính s−ờn dầm sơ đồ độ vồng thiết kế

Học viên:Trần Hữu Thi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật b) Dầm ngang

Dầm ngang là dầm định hình H300 Số lượng dầm ngang thường dùng 5 dầm trên 1 dầm chủ Mỗi nhịp cầu dẫn có 05 dầm ngang, 03 dầm ngang tại giữa nhịp và

02 dầm ngang tại đầu dầm

Hình 2.19: Bố trí dầm ngang c)Bản mặt cầu liên hợp

Bản mặt cầu được thi công bằng bê tông cốt thép C30, với chiều dày thay đổi từ 15cm ở mép bản đến 22cm tại tim cầu, nhằm tạo độ dốc ngang 1%.

-Dầm chủ: các đoạn dầm được nối bằng tổ hợp hàn hoặc định hình

- Giữa dầm chủ với dầm ngang: dầm ngang được liên kết với dầm chủ thông qua các sườn đứng bằng bu lông cường độ cao M22

Hình 2.20: Chi tiết liên kết dầm ngang

Bố trí dầm ngang tại vị trí đầu nhịp giữa nhịp đầu nhịp chi tiết liên kết dầm ngang

- Giữa dầm chủ với b đinh neo Neo sử dụng có

- Liên kết tại trụ: trụ

20mm bằng thép được ch bích và bulong cường đ

Hình 2.2 u Thi Luận vă i bản mặt cầu: cánh trên của dầm chủ đượ ng có đường kính 16mm, dài 75mm

Hình 2.21 mô tả bố trí đinh neo cho ụ thân cột, bao gồm một cột tròn với đường kính ngoài 1200mm, được chế tạo sẵn trong nhà máy Cột này liên kết với các cấu kiện khác và có độ cao phù hợp để thi công kết cấu nhịp.

Sơ đồ tổ chức thi công kết cấu nh n văn Thạc sĩ kỹ thuật cho thấy quá trình hàn các neo dạng ng kính ngoài 1200mm dày t với bệ trụ bằng mặt u nhịp.

2.4.3 Phân tích về mặt mỹ quan

2.4.3.1 Ưu điểm về mặt thẩm mỹ

- Về mặt mỹ quan dầm có chiều cao thấp, nên đảm bảo mỹ quan về mặt độ mãnh

Do sử dụng kết cấu thép, việc chống gỉ được thực hiện bằng cách sơn trên bề mặt Nhờ vào công nghệ sơn ngày càng tiên tiến và kỹ thuật cao, các dầm thép trở nên rất đẹp.

Cấu trúc dầm thanh mãnh mang lại cảm giác nhẹ nhàng cho các phương tiện di chuyển bên dưới, khác hẳn với cảm giác nặng nề của các cầu bê tông cốt thép.

2.4.3.2 Nhược điểm về mặt thẩm mỹ

Một trong những nhược điểm lớn nhất của kết cấu cầu thép là vấn đề hoen gỉ bề mặt Nếu không được bảo trì và sơn định kỳ, tình trạng này sẽ làm giảm đáng kể mỹ quan, đặc biệt là trong môi trường đô thị.

Một vấn đề quan trọng là sự kết hợp giữa kết cấu phần dưới và dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép Kích thước thanh mãnh của dầm thép yêu cầu kết cấu phần dưới cũng phải đảm bảo tính thanh mãnh, không gồ gề, và phải có sự kết hợp hài hòa với kết cấu phần trên.

2.4.4 Nhận xét và kết luận

- Dầm thép liên hợp dạng I là dạng kết cấu nhẹ, thanh mãnh, có tính mỹ học cao

- Dầm có chiều cao kiến trúc thấp nên có thể áp dụng cho thành phố

- Phù hợp những nơi hạn hẹp về mặt bằng thi công, yêu cầu thời gian thi công nhanh

- Tuy nhiên, hạn chế có dầm dạng này là hạn chế tải trọng

DẠNG MẶT CẮT NGANG DẦM HỘP THÉP

2.5.1 Đặc điểm cấu tạo a) Lịch sử phát triển dầm hộp

Thiết kế dầm hộp thép cần dựa vào chiều dài nhịp hợp lý, tỷ lệ giữa chiều dài và chiều cao, cũng như thiết kế mặt cắt ngang và loại thép sử dụng Ngoài ra, các chi tiết quan trọng khác cũng cần được xem xét và kiểm tra kỹ lưỡng.

Hình dưới đây thể hiện cấu tạo tổng thể của một dầm thép giản đơn mặt cắt hình hộp liên hợp với bản mặt cầu BTCT

Hình 2.23: Dầm hộp thép liên hợp bản bê tông cốt thép

Trong những năm 1940, việc ứng dụng kết cấu dầm hộp còn rất hạn chế, với dầm hộp thép chủ yếu được sản xuất từ thép cuộn và thép tấm, được liên kết bằng đinh tán.

Với sự tiến bộ trong kỹ thuật hàn điện và cắt chính xác, khả năng áp dụng kết cấu dầm hộp đã được cải thiện đáng kể Hiện nay, việc thiết kế các kết cấu dầm hộp lớn hơn với liên kết hàn trở nên khả thi, nhờ vào việc áp dụng các kỹ thuật tương tự như trong ngành đóng tàu Kết cấu điển hình của một dầm hộp bao gồm nhiều thành phần quan trọng.

Một bản mặt bê tông hoặc thép sàn trực hướng, hoặc đôi khi sự kết hợp của cả hai,

Một bản thép cường độ cao ở đáy hộp

Các liên kết thẳng đứng hoặc nghiêng c) Mặt cắt ngang điển hình

Dầm hộp với độ cứng chống xoắn cao rất thích hợp cho cầu cong trên mặt bằng, như minh họa trong hình 3a và 3b Nhiều cầu trên đường cao tốc ở Châu Âu được thiết kế theo phương pháp này, và phương pháp đúc đẩy có thể áp dụng cho các trường hợp có bán kính cong không đổi.

Hình 2.24: Cầu dầm hộp thép

Hình 2.25: Vị trí liên kết đỉnh trụ

Việc nâng cấp và mở rộng cầu hiện có là rất quan trọng Đặc tính của dầm hộp cho phép cầu được gia cố bằng các thanh giằng dự ứng lực hoặc hàn thêm các tấm thép cường độ cao dưới đáy hộp.

Dầm hộp kín hiện nay là kết cấu có độ cứng chống xoắn cao nhất, trong khi giàn không gian cũng đã được biết đến từ lâu với độ cứng tương tự Trước đây, dầm hộp thường được sử dụng như các dầm tăng cường trong kết cấu cầu treo, với hai, ba hoặc tất cả các mặt phẳng giàn Nguyên tắc thiết kế chung cần được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất của các cấu trúc này.

Bảng 2.4: Chiều dài nhịp hợp lý khi thiết kế dầm hộp

Loại nhịp Bản mặt cầu liên hợp (m) Bản trực hướng (m)

Nhịp chính trong cầu liên tục 30-140 100-250

Tỷ lệ chiều dài nhịp và chiều cao mặt cắt ngang:

Tỷ lệ giữa chiều dài nhịp và chiều cao mặt cắt ngang thông thường dao động từ 20-25 cho nhịp giản đơn và 25-35 cho nhịp liên tục Việc sử dụng thép tăng cường cho phép giảm tỷ lệ này mà vẫn đảm bảo không vi phạm quy định về độ võng giới hạn Tỷ lệ này áp dụng cho cầu vượt đường bộ, trong khi đối với cầu vượt đường sắt, tỷ lệ nhỏ hơn, khoảng 15-20 Tỷ lệ này có thể được sử dụng để kiểm tra thiết kế trong giai đoạn nghiên cứu tiền khả thi.

Dầm hộp có thể thiết kế với sườn thẳng đứng hoặc nghiêng, trong đó lưới thẳng đứng thường có chi phí thấp hơn Đối với mặt cắt ngang hẹp, lưới thẳng đứng là lựa chọn phù hợp.

Dầm hộp đơn kín với mặt cắt ngang hẹp có thể được định vị tại tim cầu kết hợp với các bracket hẫng Đối với cầu có nhịp ngắn và mặt cắt ngang rộng, thường áp dụng vách nghiêng Ví dụ, với mặt cầu bê tông rộng 13m mà không có dự ứng lực ngang, thiết kế mặt trên của hộp cần có chiều rộng 6m Nếu sử dụng vách thẳng, chiều rộng sẽ vượt quá hiệu quả của hộp dầm, do đó, hộp có vách nghiêng được sử dụng Vách nghiêng thường có góc từ 20° đến 35° so với phương thẳng đứng, và cũng có thể được lựa chọn để đáp ứng yêu cầu về khí động học và yếu tố mỹ quan.

Mặt bích quá rộng sẽ giảm hiệu quả do tăng lực cắt và diện tích vùng chịu nén Hơn nữa, bề rộng mặt bích lớn có thể gây khó khăn trong việc đáp ứng tiêu chuẩn về độ dày mặt bích theo quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế.

Chiều rộng tấm thông thường là 3,3m, với một số nhà máy ở Pháp và Mỹ có khả năng sản xuất tấm lên đến 5m Đối với tấm có chiều dài lớn hơn, cần sử dụng mối hàn theo chiều dọc, điều này làm tăng chi phí sản xuất Trong thiết kế và thi công, người ta thường chọn các tấm có chiều dài sẵn có tại các nhà máy Việc vận chuyển tấm từ nhà máy đến công trường cũng cần được chú ý, vì tấm quá lớn có thể gây khó khăn và ảnh hưởng đến tiến độ công trình Chiều rộng thông thường là 2,5m, trong khi ở Thụy Điển có thể lên đến 4,5m Cần xem xét và tính toán chi phí cho các phương tiện hộ tống trong quá trình vận chuyển.

Thanh tăng cường độ cứng theo chiều dọc

Thanh tăng cường cần được thiết kế ở đáy hộp, trên đỉnh trụ và đôi khi ở vách hộp Đối với cầu thi công bằng phương pháp lắp hẫng hoặc lao dầm, thanh tăng cường phải được thiết kế dọc theo toàn bộ chiều dài cầu để chịu tải trọng thi công.

Vách ngăn trên đỉnh trụ và khung dầm ngang

Tại vị trí trụ, lực cắt và momen được truyền vào gối, với thiết kế đỉnh trụ bao gồm các vách ngăn ngang kết nối với dầm Tấm thép được thiết kế với cường độ cao để chịu lực cắt, momen và phản lực gối, trong khi vách ngăn hạn chế biến dạng của mặt cắt Để ngăn chặn biến dạng góc quay, các khung ngang được thiết kế, với tấm đáy và vách hộp có các thanh ngang gia cường độ cứng Các thanh này được làm từ thép tấm và kết hợp với neo ngang, nhưng có thể bỏ qua các thanh neo nếu độ cứng tổng thể của hộp đủ lớn; nếu không sử dụng neo, các thanh gia cường ngang sẽ có mặt cắt hình chữ T.

Liên kết ngang giữa các hộp dầm

Để thiết kế cầu đa hộp theo phương dọc, cần thiết lập liên kết ngang giữa các hộp nhằm phân bố ứng suất do tải trọng động gây ra Việc thiết kế này chủ yếu tập trung vào sức kháng mỏi Có thể áp dụng các vách ngăn lớn hoặc các dầm ngang cách nhau từ 3 đến 4m theo phương dọc của cầu.

Hình 2.26: Các phần tử chuyển hướng giữa các hộp

Cầu dầm hộp nổi bật với khả năng chịu xoắn tốt, cho phép bố trí gối đơn trên một hoặc vài đỉnh trụ, truyền momen xuống nền móng tại các vị trí kháng momen cao Điều này đặc biệt quan trọng đối với cầu có độ cong lớn, nơi chỉ cần thiết kế trụ thanh mảnh tại các vị trí gối đơn.

Tại các đầu cầu, thông thường bố trí 2 gối trên đỉnh trụ đối với dầm hộp đơn Cần chú ý đặc biệc đến khoảng cách giữa 2 gối

Tiêu đề	So sánh các dạng mặt cắt cầu đường bộ trên cao trong thành phố
Tác giả	Trần Hữu Thi
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Quốc Hùng
Trường học	Trường Đại học Giao thông Vận tải
Chuyên ngành	Xây dựng cầu hầm
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
Năm xuất bản	2014
Thành phố	TP Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	9,19 MB