Bài giảng kỹ thuật hạ tầng giao thông chương 7 cầu

Thung lũng sâu, các tuyến đường khác hoặc các khu vực phải duy trì bình thường các hoạt động xã hội như sản xuất, giao thông, thương mại…... Cũng có TH cầu không có mố mà KCN được kéo dà

CHƯƠNG 7 CẦU (bridge)

7.1 Khái niệm

Cầu là loại công trình vượt qua phía trên chướng ngại vật như sông suối, khe

núi Thung lũng sâu, các tuyến đường khác hoặc các khu vực phải duy trì bình

thường các hoạt động xã hội như sản xuất, giao thông, thương mại…

7.2.2 Mố cầu và Trụ cầu (Abutment & Piers)

Bộ phận kê đỡ kết cấu nhịp, tiếp nhận toàn bộ tải trọng và truyền xuống nền đất qua kết cấu móng

Nếu được xây dựng ởphía trong thì gọi là trụ, xây dựng ở hai đầu cầu thìgọi là Mố Mố còn cónhiệm vụ nối tiếp giữa đường với cầu

Như vậy một kết cấu 1 nhịp có thể không có trụ

mà chỉ có 2 mố

Cũng có TH cầu không có mố mà KCN được

kéo dài một đoạn mút thừa để nối vào nền

đường đắp đầu cầu

4/567.2.3 Các mức nước (water level)

MNLS: Mức nước lịch sử, là mức nước lớn nhất người ta điều tra được

MNCN: Mức nước cao nhất, là kết quả tính toán ứng với một tần suất quy định (1%

hay 2%) Nếu nói: MNCN ứng với tần suất thiết kế 1% có nghĩa là MN của cơn lũ mà

100 năm mới xuất hiện một lần.

MNTN: Mức nước thấp nhất, được đo trong mùa cạn và ứng với một tần suất quy

định (1% hay 2%), căn cứ vào MNTN để bố trí nhịp thông thuyền

MNTT: Mức nước thông thuyền, là mức nước cao nhất cho phép tàu bè qua lại,

thường lấy với tần suất 5%, từ mức nước này xác định được chiều cao khổ gầm

5/567.2.4 Các kích thước cơ bản của cầu (1/3)

- L: chiều dài toàn cầu, là khoảng cách từ đuôi mố này đến đuôi mố kia.

-l: chiều dài nhịp, là khoảng cách giữa tim của hai trụ.

-ltt: chiều dài nhịp tính toán, là khoảng cách giữa tim các gối kê nhịp

-l0 : chiều dài nhịp tĩnh, là khoảng cách từ mép trụ này tới mép trụ kia

(hoặc mố) xác định tại mức nước cao nhất

1: Kết cấu nhịp; 2: Trụ; 3: Mố; 4: Móng

6/56

∑ l0 khẩu độ thoát nước của cầu, là tổng của các nhịp tĩnh Trường

hợp cầu có mố vùi thì mức nước cao nhất không tiếp xúc với tường thân mố, do

đó thay vì nhịp tĩnh sát mố khẩu độ thoát nước sẽ được lấy với trung bình cộng

của hai trị số tương ứng MNCN và MNTN

- Hc: chiều cao cầu, là khoảng cách từ MNTN tới mặt cầu Nếu là cầu

vượt hoặc cầu cạn thì tính từ mặt đường hoặc mặt đất bên dưới

7.2.4 Các kích thước cơ bản của cầu (2/3)

∑ l0

-hkt : chiều cao kiến trúc, là khoảng cách từ đáy của KCN đến mặt cầu.

-H: chiều cao khổ gầm cầu, là khoảng cách từ MNCN đến đáy KCN, để

đảm bảo cây trôi không va đập và mắc nghẽn Nếu là cầu vượt thì được tính từ

mặt đường bên dưới đến đáy KCN

7.2.4 Các kích thước cơ bản của cầu (3/3)

8/56

7.3 Phân loại cầu (bridge type)

1 Phân loại theo chướng ngại vật phải vượt qua

2 Phân loại theo khẩu độ

3 Phân loại theo mục đích sử dụng

4 Phân loại theo vị trí đường xe chạy

5 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp

6 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học

1 Phân loại theo chướng ngại vật phải vượt qua

1.1 Cầu qua sông:

Cầu Tháp

(London, Anh)

10/56 1.2 Cầu qua đường (cầu vượt): cầu bắc qua tuyến đường khác giao cắt ngang

11/56 1.3 Cầu cạn hay cầu dẫn: là cầu được xây dựng ngay trên mặt đất nhằm dẫn

lên một cầu chính hoặc nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian

bên dưới

Cầu cạn Milau (Pháp)

bắc qua thung lũng sông Tarn gần Milau, phía nam nước Pháp

12/56 1.4 Cầu vượt biển:

Cầu vịnh Giao Châu là cây cầu vượt biển dài nhất thế giới tại vịnh Giao Châu,

thành phố Thanh Đảo, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc Cây cầu có tổng chi phí

xây dựng lên tới 2,3 tỷ USD và dài 41,58 km này nối liền trung tâm thành phố

Thanh Đảo với huyện Hoàng Đảo

13/56 1.5 Cầu cao: là loại cầu có chiều cao trụ rất lớn được bắc qua các thung lũng

4 Phân loại theo vị trí đường xe chạy

- Cầu có đường xe chạy trên

- Cầu có đường xe chạy dưới

Cầu Lupu, Thượng Hải, Trung Quốc, khánh

thành năm 2003 là cầu vòm lớn nhất thế giới với

tổng chiều dài cầu 3900m, nhịp lớn nhất là 550m

5 Phân loại theo vật liệu (Bridge types by material)

Cầu đá xây

Cầu gỗ

Cầu thép và cầu kim loại

Cầu bê tông cốt thép

Cầu BTCT dự ứng lực

Cầu liên hợp thép+BTCT

Cầu gỗ (cầu Thê Húc, Việt Nam, xây dựng năm 1865)

Cầu vòm đá (cầu Carvalha,

Bồ Đào Nha)

18/56

6 Phân loại cầu theo sơ đồ tĩnh học

(structure type)

Theo sơ đồ tĩnh học của kết cấu chịu

lực chính có thể phân chia công trình

19/566.1 Cầu dầm (beam bridge)

Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng KCN làm việc chịu uốn và chỉ truyền

áp lực thẳng đứng xuống mố trụ Hệ thống cầu dầm bao gồm:

a) Cầu dầm đơn giản (beam bridge);

b) Cầu dầm liên tục (continuous beam bridge);

c) Cầu dầm mút thừa (cantilever bridge)

20/56

Cầu dầm liên tục (cầu Vĩnh Tuy , Hà Nội, Việt Nam, khánh thành năm

2009, tổng chiều dài cầu 3690m, mặt cầu rộng 38m)

6.1 Cầu dầm (beam bridge)

21/566.1 Cầu dầm (beam bridge)

Cầu dầm mút thừa qua vịnh Forth (Scotland) nhịp 521m (năm 1890)

22/56

6.2 Cầu dàn (frame bridge)

Cầu dàn: KCN và trụ liên kết cứng với nhau tạo thành khung,

cùng tham gia chịu lực dưới dạng một kết cấu thống nhất

Sơ đồ cầu khung dàn

Cầu dàn thép (cầu Hàm Rồng, Thanh Hóa, Việt Nam, khánh thành năm

1964, gồm 2 nhịp dầm thép)6.2 Cầu dàn (frame bridge)

24/56

Cầu dàn thép (cầu Long Biên , Hà Nội, Việt Nam, do Pháp xây dựng từ

1899-1902, chiều dài cầu 1862m)6.2 Cầu dàn (frame bridge)

25/56Cầu quay(swing bridge)

Cầu quay sông Hàn (Đà Nẵng)

26/56

Cầu vòm có thể có dạng 3 khớp, 2 khớp hoặc vòm không khớp Đặc điểm của

cầu hệ vòm là tại vị trí chân vòm luôn xuất hiện thành phần phản lực theo

phương nằm ngang (lực xô)

6.3 Cầu vòm (arch bridge)

Sơ đồ cầu vòm

Cầu vòm

có đường

xe chạy trên

Cầu vòm

có đường

xe chạy dưới

27/566.3 Cầu vòm (arch bridge)

Cầu vòm thép.

Cầu Hàm Rồng

cũ, Thanh Hóa, Việt Nam, do Pháp xây dựng năm 1904 Là cầu vòm thép không có trụ ở giữa Cầu bị phá hủy trong cuộc chiến tranh kháng chiến chống Mỹ

28/56

Cầu liên hợp là loại cầu được kết hợp từ các hệ đơn giản hoặc hệ đơn

giản được tăng cường các bộ phận chịu lực Bằng cách đó người ta có thể tạo ra

những KC chịu lực hợp lý và có hiệu quả về các phương diện kinh tế, kỹ thuật

đặc biệt trong các trường hợp nhịp lớn

6.4 Cầu liên hợp (conjugated bridge)

Cầu liên hợp dầm vòm

Cầu dầm công xôn kết hợp dây văng

30/56

Cầu treo (cầu treo dây văng, cầu treo dây võng) là loại kết cấu

trong đó bộ phận chịu lực chính là dây làm việc chịu kéo Dưới tác

dụng của hoạt tải hệ dầm mặt cầu và dây cùng làm việc như một hệ

liên hợp

Cầu treo có ưu điểm là có thể vượt nhịp lớn và hiệu quả kinh tế cao

6.4 Cầu treo (suspension bridge)

Sơ đồ cầu treo dây văng (cable - stayed suspension bridge)

31/566.4 Cầu treo (suspension bridge)

Sơ đồ cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

32/56

6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

Cầu treo dây võng (cầu Ambassador, Mỹ, 1929) vượt nhịp 564 m

Cầu treo dây võng (cầu G.Washington, New York, Mỹ, 1932) vượt nhịp 1067 m

6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

34/56

6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

Cầu treo dây võng (cầu Cổng vàng, San Francisco, Mỹ, 1937) vượt nhịp 1280 m

6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

Vụ sập cầu treo Tacoma nhịp 853 (Mỹ) năm 1940 sau khi công trình hoàn thiện 6 tháng

36/56

6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

Cầu treo Verrazano Narrow, New York, 1964 Vượt nhịp 1298,45m

6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

Cầu treo Humber ở Anh vượt nhịp 1410m năm 1981

38/56

6.4.1 Cầu treo dây võng (sag wire suspension bridge)

Cầu treo Akashi Kaikyo, Nhật Bản, 1988-1998, bắc qua eo biển Akashi Tổng

chiều dài 3911m Cầu lập kỷ lục thế kỷ XX với chiều dài nhịp chính dài 1991m

6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)

Cầu treo Normandie bắc qua sông Seine, Pháp, 1988-1995, nhịp chính dài 856 m

40/56

6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)

Cầu treo Tatara, Nhật Bản, 1999 Nhịp chính dài 890 m là nhịp cầu treo dây văng

dài nhất thế kỷ XX

6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)

Cầu treo dây văng Cầu Mỹ Thuận, Vĩnh Long, Việt Nam, 1997- 2000

Nhịp chính dài 350m Cầu dài 1535,2 m Phần cầu dẫn 875,2m gồm 22 nhịp

42/56

Cầu treo dây văng Cầu Phú Mỹ, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Thời gian

thi công: 2005 – 2009 Cầu có nhịp dây văng dài 705 m, nhịp cầu dẫn dài

1396 m, chiều rộng mặt cầu 27,5m.

6.4.2 Cầu treo dây văng (cable stayed suspension bridge)

Cầu Thuận Phước được khởi công xây dựng vào năm2003với vốn đầu tư gần 1000

tỷ đồng Công ty CP TVXD 533 liên danh với Viện Thiết kế cầu đường số 2 Trung

Quốc thiết kế Công ty Cơ khí XDCT 623 và TCTy Xây dựng CTGT 6 là nhà thầu

chính Cầu khánh thành ngày19 tháng 7năm2009

Cầu Cầu Thuận Phước, Đà Nẵng, Việt Nam.

44/56

Cầu dài 1856m(dài hơn cầu Mỹ Thuận 300m) và là cầu treo dây võng dài nhất

Việt Nam Chiều rộng cầu: 18m Số làn xe: 4 làn; Trọng tài: 13 tấn; Độ tĩnh

không thông thuyền: 27 m; Số lượng trụ tháp: 2; Độ cao tháp trụ: 80m tính từ

bệ cọc; Khoảng cách giữa 2 trụ: 405 m

45/566.5 Mặt cầu (deck)

46/56

Kết cấu mặt cầu bằng gỗ6.5 Mặt cầu (deck)

Kết cấu mặt cầu bằng thép tấm6.5 Mặt cầu (deck)

48/566.5 Mặt cầu (deck)

Kết cấu mặt cầu có máng đá dăm

Gối con lăn (Roller bearings)

6.6 Gối cầu (bearing of bridge)

Gối chậu (Pot bearings)

Gối cầu là thiết bị rất cần thiết cho công trình cầu đường, đảm bảo độ êm thuận

khi truyền lực từ dầm xuống xà mũ hoặc đỉnh trụ, tùy vào thiết kế từng loại cầu

và loại tải trọng mà có các loại gối cầu khác nhau

50/56

Gối cao su cốt bản thép cố định Gối cao su di động

(Electrometric Laminated bearings)

51/566.7 Khe co giãn

Khe co giãn răng lược Thi công khe co giãn răng lược

52/566.7 Khe co giãn

Khe co giãn cao su

Ví dụ minh họa các thông số cơ bản của cầu Mỹ Thuận

1 Cầu treo dây văng có tổng chiều dài 1.535,2 m

Hai cầu dẫn mỗi bên 11 nhịp, tổng chiều dài là 885,2m trong

Ví dụ minh họa các thông số cơ bản của cầu Mỹ Thuận

2 Mặt cầu rộng 23,6 m, chia thành bốn làn xe cơ giới ở giữa và hai làn cho

người đi bộ và xe thô sơ hai bên

3 Cầu được tạo

dốc ngang là

3%

Imax=5% (tại hai đường dẫn vào cầu và cầu dẫn).

6 Tĩnh không thông thuyền

Cao 37,5m x Rộng 110m (tính chống va cho cầu với tàu 3610DWT)

™Với cầu chính và tại mố dùng loại gối chậu (pot bearing);

™Với cầu dẫn dùng loại gối cao su (Eslastomeric bearing)

™Thân trụ gồm 2 cột BTCT hình chữ nhật, k/thước mỗi cột 1,2m x 3,5m

™Mỗi trụ gồm hai nhóm cọc tách riêng, mỗi nhóm gồm 10 cọc 40x40cm;

chiều dài cọc tại các trụ từ 33,2 - 41,2m

CHƯƠNG 8 NÚT GIAO THÔNG

8.1 Khái niệm

Nút giao thông là nơi có hai hay trên hai đường ôtô giao nhau hoặc là nơi

đường ôtô giao nhau với các tuyến đường khác như đường sắt, đường dân

sinh, đường chuyên dụng

Như vậy nút giao thông là nơi:

- Tập trung một lượng xe lớn,

- Lái xe phải thực hiện cùng một lúc nhiều thao tác phức tạp như

quan sát và định hướng chuyển động, giảm tốc, hãm xe, dừng xe, tăng tốc,

tách dòng, nhập dòng, cắt và trộn dòng với các luồng xe khác

Vì vậy trong một không gian chật hẹp như vậy thường xảy ra:

- Tai nạn giao thông,

- Ùn tắc giao thông và tổn thất thời gian qua nút,

- Mật độ khí thải của động cơ vào môi trường cũng tăng lên

- Nút điều khiển bằng tín hiệu đèn

(intersection controlled by traffic light)

3/288.2.1 Nút giao thông cùng mức (intersection)

Nút giao ngã tư đơn giản

(four leg intersection)

b Nút kênh hóa(Complex channelized intersection)

Nút kênh hóa khi một số

luồng xe rẽ có yêu cầu (về lưu lượng rẽ và tốc độ xe rẽ), các làn xe rẽ đó sẽ được tách riêng, có bảo hộ (bằng đảo, bằng vạch kẻ và nút đó được gọi là nút kênh hóa

Loại nút kênh hóa sẽ ấn định được góc giao có lợi cho xung đột, tạo diện tích cho xe chờ

cơ hội trước khi cắt các dòng

xe khác

Nút kênh hóa

c Nút giao thông hình xuyến (roundabout intersection)

Nút hình xuyến: chuyển các xung đột nguy hiểm kiểu giao cắt thành xung đột

trộn dòng

6/28

8.2.2 Nút giao thông khác mức (interchange)

Nút giao thông khác mức dùng công trình (hầm hay cầu) cách ly các dòng xe để hóa

2 Nút giao hình thoi ghép đôi

3 Nút giao kiểu hoa thị

4 Nút giao có 3 đường dẫn

5 Nút giao kiểu loa kèn

6 Nút giao có nhánh rẽ trực tiếp

a Nút khác mức trực thông (nút vượt) (diamond interchange)

Nút vượt (nút trực thông):

không có nhánh nối Các luồng xe chủ yếu qua nút nhờcông trình cách ly các luồng

Nút giao nam Chương Dương, Hà nội, Việt Nam

10/28Phân loại theo hình dáng:

1 Nút khác mức hình thoi (diamond interchange)

2 Nút giao khác mức hình thoi ghép đôi

(paired half diamond interchange)

Chicago, Mỹ

12/28

3 Nút giao kiểu hoa thị(cloverleaf interchange)

17/288.2.3 Nút giao điều khiển bằng đèn tín hiệu

(intersection controlled by traffic light)

18/288.3 Phạm vi sử dụng các loại hình nút giao thông

Việc lựa chọn loại hình căn cứ chủ yếu vào các yếu tố (điều 11.1.2) TCVN

4054 -2005, vào các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, phát huy sự sáng tạo của người

thiết kế, khi cần có thể tham khảo các số liệu theo lưu lượng xe trong nút giao

thông ở Bảng 32 TCVN 4054-2005

Bảng 32 TCVN 4054-2005: Phạm vi sử dụng các loại hình nút giao thông

19/28 8.4 Lý do để xây dựng nút giao thông khác mức (1/2)

Các lý do để chứng minh cần phải làm nút giao thông khác mức thì có nhiều,

dưới đây trình bày những lý do chính mang tính gợi ý:

2 Lưu lượng giao thông trong nút lớn là một lý do định hướng quan trọng

Nhất là khi lưu lượng đã vượt quá khả năng thông hành của nút

4.Tận dụng đặc điểm địa hình tại chỗ bố trí nút

5.Lợi ích về kinh tế hàng năm: là hiệu số giữa chi phí của người sử dụng

đường trong điều kiện không làm nút giao khác mức và có làm nút giao khác

mức Hiệu số này càng lớn thì lợi ích kinh tế càng nhiều

3.Nâng cao an toàn giao thông

1. Loại đường giao tại nút Nhằm thiết kế nút giao bảo đảm cho chức năng

“cơ động” của đường có tốc độ cao

20/28 8.4 Lý do để xây dựng nút giao thông khác mức (2/2)

6 Ngoài những lí do nêu trên, khi gặp những trường hợp sau cũng cần phải xét

đến phương án làm nút khác mức:

a Đường, phố thứ yếu cắt qua đường cao tốc hoặc đường cấp cao nhưng

tại đó không thể nhập vào hành lang đường cao tốc hoặc không có đường

song song với đường cao tốc;

b Đường phố chính cấp I, đường cao tốc cắt qua đường sắt;

c Các loại đường còn lại cắt qua chỗ đường sắt có 4 đường tàu chính hoặc

4 đôi tàu đi trong một giờ;

d Những chỗ tập trung người và phương tiện giao thông thô sơ giao cắt

với đường lớn (ví dụ đường cao tốc, đường phố chính đi xuyên qua khu

công viên, khu thể thao liên hợp…)

21/288.5 Hình ảnh một số nút giao phức tạp trên thế giới

22/28

Auckland, NewDiLan

Tokyo, Nhật Bản

24/28

Trung Quốc

Atlanta, Mỹ

26/28

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1 Trình bày các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động, đặc

tính động lực và ý nghĩa của nó?

Câu 2 Trình bày quá trình hãm xe và cự li hãm xe?

Câu 3 Thế nào là tầm nhìn 1 chiều, 2 chiều, tầm nhìn tránh xe và tầm nhìn

vượt xe? Nêu ý nghĩa?

Câu 4 Đặc điểm của xe chạy trong đường cong bằng, xác định hệ số lực

ngang?

Câu 5 Thế nào là siêu cao, cách bố trí siêu cao, trình bày phương pháp nâng

siêu cao?

Câu 6 Tại sao phải mở rộng mặt đường trong đường cong bằng? Nêu cách

tính, quy định về mở rộng mặt đường trong đường cong bằng?

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 7 Tại sao phải bố trí đường cong chuyển tiếp? Nêu dạng của đường

cong chuyển tiếp, cách tính chiều dài đường cong chuyển tiếp?

Câu 8 Tại sao cần đảm bảo tầm nhìn trong đường cong bằng có bán kính

nhỏ? Cách xác định khoảng cách cần đảm bảo tầm nhìn?

Câu 9 Trình bày cách xác định độ dốc dọc tuyến đường và chiều dài đoạn

dốc?

Câu 10 Tại sao phải bố trí đường cong đứng, cách xác định bán kính đường

cong đứng lồi, lõm và xác định các yếu tố của đường cong đứng?

Câu 11 Cách xác định số làn xe?

Câu 12 Trình bày về làn xe, bề rộng làn xe, bề rộng phần xe chạy, lề đường

và dải phân cách?

28/28

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 13 Nêu công dụng và yêu cầu của nền đường? Nêu một số loại trắc

ngang nền đường thường gặp, địa hình đồi núi nên sử dụng mặt cắt ngang

nền đường loại nào?

Câu 14 Trình bày về thiết kế mái đường đào và thiết kế mái đường đắp?

Câu 15 Các dạng phá hoại nền đường đắp trên nền đất yếu, các biện pháp

xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu?

Câu 16 Các yêu cầu chung của mặt đường, phân loại mặt đường, phạm vi

sử dụng?

Câu 17 Khái niệm hệ thống thoát nước? Phân loại rãnh thoát nước, cống,

cầu trên đường ô tô Xác định khẩu độ cống dùng trong thiết kế đường ô

tô?