Bài giảng thiết kế và xây dựng cầu bê tông cốt thép

Năm 1930 Eugène Freyssinet – người Pháp bắt đầu sử dụng sợi thép cường độ cao v đã mở ra một khái niệm mới khác trong ng nh xây dựng – bê tông cốt thép ứng suất trước.. bê tông cốt thép

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG

Cầu bê tông cốt thép xuất hiện đầu tiên v o những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi xi măng được phát minh v o kho ng năm 1825, việc đặt thép v o bê tông xuất hiện lẻ tẻ

v o những năm 1835-1850 Từ năm 1855 trở đi, bê tông cốt thép mới chính thức ra đời tại Pháp

Năm 1875, Joseph Monier đã xây dựng cầu bê tông cốt thép đầu tiên d i 50ft (15,24m) rộng 13ft (3,96m) Kỹ sư người Pháp Francois Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T, ông ta v những học trò của ông ta như kỹ sư người Thụy Sĩ Robert Maillart đã xây dựng một v i cầu vòm bê tông cốt thép nổi tiếng ở hâu u, những cầu bê tông cốt thép của Maillart được xem l biểu tượng về thẩm mỹ

Hình 1.1 Joseph Monier, Francois Hennebique , Robert Maillart

Giai đoạn cuối thế kỷ XIX cầu bê tông cốt thép chủ yếu l cầu nhịp nhỏ - cầu b n, dầm vòm Năm 1896 xây dựng cầu vòm nhịp 45m

Giai đoạn đầu thế kỷ XX cầu bê tông cốt thép đã phát triển mạnh mẽ Ngo i dạng đơn

gi n, người ta đã bắt đầu l m cầu liên tục, cầu khung, dầm công xon nhịp đến 30-40m Trong giai đoạn n y cầu thường dùng phương pháp đổ bê tông liền khối v l bê tông cốt thép thường nên nhịp nhỏ

Thời kỳ đầu trong lịch sử của bê tông cốt thép, năm 1888 một người Mỹ tên l P H Jackson ở San Francisco đã có ý tưởng kéo căng sợi thép trong bê tông, kết qu kết cấu

sẽ khỏe hơn nhiều so với kiểu bê tông cốt thép Những cuộc thí nghiệm của Jackson đã không bao giờ th nh công vì do những sợi thép thời kỳ đó không đủ chịu kéo Năm 1930 Eugène Freyssinet – người Pháp bắt đầu sử dụng sợi thép cường độ cao v đã mở ra một khái niệm mới khác trong ng nh xây dựng – bê tông cốt thép ứng suất trước

bê tông cốt thép ứng suất trước ra đời đầu tiên ở Pháp ngay từ những năm 30 của thế kỷ

XX đến cuối những năm 1940 thì phát triển mạnh, từ những năm 50 xây dựng những cầu dầm gi n đơn bê tông cốt thép ứng suất trước v từ những năm đầu của thập kỷ 60 họ đã

sử dụng công nghệ hẫng Năm 1964 đã xây dựng cầu Orleron d i 2832m gồm 46 nhịp (nhịp chính d i 79m) bằng phương pháp lắp hẫng, cầu alix d i 1200m gồm 3 nhịp chính 113+156+113 ở hai bờ có cầu dẫn nhịp 70m

Hình 1.2 u ix h bê tông cốt thé ứng suất trước nh ch nh 56

Song song với công nghệ lắp hẫng, ở Pháp cũng phát triển nhiều công trình đúc hẫng (thường dùng cho các nhịp 80-130m) ví dụ cầu dầm liên tục Gennevilles gồm phần cầu chính có 5 nhịp đối xứng, cầu treo dây văng rontonne bắc qua sông Sein có nhịp chính

d i 320m bê tông cốt thép ứng suất trước tiết diện hình hộp ông nghệ n y cũng được sử dụng ở nhiều nước ví dụ: Cầu Beldoif ở Đức có L=208m Ở Nhật có cầu Hikoshima-Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp 240m Ở Mỹ có cầu Koror abelthuap có nhịp giữa

d i 240,7m; Tại Áo cầu Schottwien nhịp giữa d i 250m (77,75+162,5+250+142,25) xây dựng 1986-1989

Hình 1.3 u Koror Babelthuap v c u ch ttwien

Trong những năm 30-40 của thế kỷ XX cầu T T phát triển mạnh, xây dựng được những cầu lớn, áp dụng kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép trong xây dựng cầu Trong thời kỳ

n y ở Nga đã xây dựng những cầu vòm nhịp đến 116m, 120m Cầu vòm qua kênh đ o Mátxcơva nhịp 116m gồm 4 l n đường sắt Cầu vòm ở Thụy Điển nhịp 181m, Tây an Nha nhịp 205m Thời kỳ n y ở Pháp, Đức người ta đã xây dựng cầu bằng T T ƯST Những năm 50 ở Liên Xô xây dựng cầu nhịp 40-70m Năm 1952 xây dựng cầu vòm qua sông Dnhep nhịp tới 228m

Năm 1961 cầu Ablozavodal có 3 nhịp (36,4+148+36,4)m l cầu khung dầm có khớp L=148m (l cầu khung có nhịp d i thứ 2 sau cầu Medway ở Anh nhịp 152m)

T T ƯST được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở hâu u trong nửa đầu thế kỷ

20, ở Mỹ bắt đầu chậm hơn ầu T T ƯST lớn đầu tiên được xây dựng ở Mỹ l cầu Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania được xây dựng v o năm 1956

Ngo i các hệ dầm khung, vòm, các hệ liên hợp treo cũng được nghiên cứu áp dụng, chiếc cầu dây văng có dầm cứng bê tông cốt thép được xây dựng đầu tiên v o năm 1925 qua sông Tem-pun ở Tây an Nha theo sơ đồ (20,1+60,3+20,1)m Sau đó v o kho ng những

năm 60 của thế kỉ XX, do nh hưởng của các cầu dây văng dầm thép được xây dựng ở Đức, dầm cứng bê tông cốt thép đã được áp dụng để tham gia chịu nén ầu dây văng hầu như đã được thiết kế thay thế cho các cầu d n thép trên đường ô tô H ng loạt cầu dây văng hiện đại dầm cứng T T 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 d i 300m Năm 1977 cầu Brontonne ở Pháp, nhịp 320m, một mặt phẳng dây Năm

1991 cầu Honshu-Shikoku, ở Nhật B n, nhịp chính 490m, dầm cứng bằng bê tông cốt thép tiết diện hộp

Hình 1.4 C u Honshu-Shikoku Nhật Bản nh ch nh d i 490

Ngo i cầu dây văng thuần túy các nh thiết kế còn áp dụng dầm cứng v o cầu treo, cầu

bê tông cốt thép dự ứng lực ngo i nâng cao trên tháp (Extradose)

Hình 1.5 C u Akashi-Kakyo Nhật Bản nă 998 nh ch nh d i 99

Hình 1.6 Dự n c u qua v nh Messina Ytaly nh ch nh d i 3000

Hình 1.7 Dự n c u Gibr t r vượt Đ a Trung Hải nối Tây B n Nh v Rốc

Lịch sử phát triển cầu bê tông cốt thép ở Việt Nam:

Ở Việt Nam cầu bê tông cốt thép được xây dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng như cầu dầm hoặc d n đơn gi n, cầu dầm hoặc d n mút thừa…được thi công theo phương pháp đúc tại chỗ ác kết cấu n y thường có 2 dầm chủ hoặc d n chủ, b n mặt cầu dầm dọc, dầm ngang Bề rộng đường ô tô kho ng 4-5m, v các cầu đường sắt đơn tuyến khổ đường 1m, các cầu n y có chiều d i nhỏ hơn 20-30m Một số dạng dầm liên tục với chiều d i nhịp 30-40m ho đến nay sau một thời gian d i sử dụng hoặc do sự t n phá qua các thời

kì chiến tranh nhiều cầu bị phá hủy hoặc hư hỏng, xuống cấp ph i thay thế bằng những cầu mới (Cầu a ng – Quốc lộ 1 tỉnh Vĩnh Long sơ đồ cầu: 14,5+30+14,5m), tuy nhiên hiện nay một số cầu được xây dựng từ thời Pháp thuộc hiện vẫn còn đang sử dụng như cầu Đầu Sấu QL1 tỉnh Cần Thơ, ái Xếp, hoặc cầu mút thừa có dầm treo như ầu

ái ường – Quốc lộ 80 Đồng Tháp sơ đồ cầu 10+13,6+10 (m) (nhịp đeo d i 8,7m, công xon d i 2,4m) chiều rộng cầu 5,2m Cầu vòm mút thừa Tân Lợi

Hình 1.8 C u B ng – Quốc lộ 1 tỉnh Vĩnh L ng

Những năm sau kháng chiến chống Pháp chúng ta đã xây dựng lại một số cầu với kết cấu dầm gi n đơn lắp ghép tiết diện chữ T, được liên kết ngang bằng mối nối h n tại dầm ngang hoặc b n mặt cầu bê tông cốt thép đổ tại chỗ Kết cấu bê tông cốt thép sử dụng cho cầu nhịp nhỏ như cầu b n hay cầu dầm với nhịp dưới 22m Khi kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước phát triển chúng ta đã ứng dụng thiết kế xây dựng cầu Phủ Lỗ nhịp 18m Đến những năm đầu thập kỷ 70 đã thiết kế v xây dựng các cầu bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp 24m, 33m (cầu Thăng Long, H Nội)

Tại miền Nam trước 1975, xây dựng rất nhiều cầu bê tông cốt thép ứng suất trước sử dụng chủ yếu l kết cấu nhịp 24,7m; 24,54m (bán lắp ghép); dầm bụng cá: 12,5m; 15,6m; 18,6m; 21,6m… ác kết cấu nhịp n y chủ yếu được chế tạo tại nh máy bê tông hâu Thới

Sau n y thống nhất đất nước chúng ta đã xây dựng nhiều cầu nhịp trung bình v nhịp lớn

Ví dụ cầu An Dương, cầu R o… dạng cầu khung dầm nhịp 63m (cánh T d i 39m, dầm treo d i 24m) Sau sự cố cầu R o, cầu o Thái ình thi công bằng phương pháp đúc hẫng (cánh T d i 28m, dầm treo d i 33m)

Đặc biệt trong những năm gần đây đã áp dụng những công nghệ tiên tiến trong việc thi công cầu bê tông cốt thép ứng suất trước, ví dụ công nghệ đúc hẫng có:

 Cầu Phú Lương tại th nh phố H i Dương, tỉnh H i Dương nằm trên QL5 d i 490,7m (2x37,4+64,75+2x102+64,75+2x37,4)

 Cầu Sông Gianh – Quốc lộ 1 tỉnh Qu ng ình d i 746,4m (37,4 +58 + 90,6 +3x120+90,6+58+37,4)

Hình 1.9 C u ông Gi nh – Quốc lộ 1 tỉnh Quảng Bình

Gia Lâm – H Nội d i 929m sơ đồ cầu: 65+7x100+65+3x33 (m); gồm 9 nhịp liên tục thi công bằng phương pháp đúc hẫng v 3 nhịp gi n đơn thi công bằng phương pháp bán lắp ghép (P I) hiều rộng to n cầu 15m, phần cầu liên tục tiết diện hình hộp (2 sườn) chiều cao thay đổi từ 6m (trên trụ) v 2,5m (giữa nhịp) Mặt cầu sử dụng T TƯST Gối cầu sử dụng loại semi-fixed (bán cố định) trên các trụ P3, P4, P5, P6 Ho n th nh tháng 12/2000

Ninh – Tỉnh Bắc Ninh d i 428m, sơ đồ cầu: 4x33+65+100+65 +2x33 (m); mặt cắt ngang tương tự như cầu Đuống, ho n th nh tháng 12 năm 2000

 Cầu Ho ng Long (H m Rồng) Quốc lộ 1, qua sông Mã – tỉnh Thanh Hóa nhịp chính l cầu khung dầm liên tục 3 nhịp sơ đồ: 75+130+75 (m) chiều cao dầm thay đổi từ 7,5m (trên trụ) v 2,75m (trên mố); chiều rộng to n cầu 12,8m V một nhịp

gi n đơn d i 49,4m, tiết diện hình hộp có chiều cao không thay đổi (2,75m)

 Ngo i ra còn có một số cầu lớn khác: ầu Quán Hầu (Qu ng ình), sơ đồ cầu phần đúc hẫng 64,84+2x102+64,84 (m); cầu Bắc Giang (Thị xã ắc Giang – Tỉnh Bắc Giang), sơ đồ cầu: 45+55+90+45+55 (m)

ông nghệ đúc đẩy: Cầu Mẹt Tuyến (H Nội - Lạng Sơn), ầu Hiền Lương vượt sông Bến H i, nhịp dẫn cầu Quán Hầu (Qu ng ình)

Hiện nay chúng ta đã thi công xong một số cầu đặc biệt lớn như: ầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long) l cầu dây văng dầm cứng bê tông cốt thép có nhịp chính 350m, ầu Kiền (H i Phòng) cầu dây văng nhịp chính 200m, ầu ãi háy (Qu ng Ninh) cầu dây văng một mặt phẳng dây kỷ lục thế giới về chiều d i nhịp chính 435m ầu Thuận Phước (Đ Nẵng) cầu treo dây võng nhịp 125+405+125 (m) Cầu dây văng ần Thơ qua sông Hậu

có chiều d i nhịp chính d i 550m lớn nhất Việt Nam ở thời điểm hiện tại

Ngo i việc xây dựng các cầu vượt sông, một trong những vấn đề đang được quan tâm hiện nay l việc thiết kế v thi công các công trình cầu trong th nh phố hủ trương n y nếu được thực hiện sẽ l m gi m đáng kể hiện tượng ùn tắc giao thông ở thời điểm hiện tại

v trong tương lai

Hình 1.10 C u M Thuận tỉnh Vĩnh L ng d i 535 rộng 24m

Hình 1.11 C u Bãi h y tỉnh Quảng Ninh sơ đồ nh p 215.5+ 435+215.5 (m)

Hình 1.12 C u Thuận hước th nh hố Đ Nẵng sơ đồ nh p 125+ 405+125 (m)

Hình 1.13 C u C n Thơ qu sông Hậu nh ch nh d i 550

Phương hướng phát triển cầu bê tông cốt thép

Nghiên cứu sự hình th nh v phát triển cầu bê tông cốt thép trong nhưng năm gần đây có thể thấy nổi bật mấy hướng phát triển sau:

1 Nghiên cứu sử dụng vật liệu mới: ê tông chất lượng cao (High Performance Concrete – HP ) v Thép chất lượng cao (High Performance Steel – HPS), fiber – reinforced polymer (FRP)…

2 Kết cấu mới, kết cấu tối ưu

3 Nghiên cứu các phương pháp tính toán truyền thống để tính toán cho kết cấu mới v các phương pháp tính toán mới…

4 Áp dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin: Thiết kế tối ưu, tự động hóa thiết kế…

5 Định hình hóa: Dầm, mố, trụ…

6 ông nghệ hóa s n xuất v cơ giới hóa thi công

1.2.1 Phân loại theo sơ đồ kết cấu:

1.2.1.1 Hệ thống cầu dầm:

Dưới tác dụng của t i trọng thẳng đứng tại các gối tựa chỉ phát sinh ra th nh phần lực thẳng đứng

ác loại cầu dầm: Dầm đơn gi n, dầm mút thừa, dầm liên tục

1.2.1.1.1 Cầu dầm, cầu bản nhịp giản đơn:

Biểu đồ mô men chỉ có một dấu (+)  bố trí cốt thép ở biên dưới chịu uốn l chính Trên trụ theo phương dọc có 2 gối cầu, tại các gối chỉ tồn tại ph n lực thẳng đứng

Chiều d i nhịp ≤ 42m (đặc biệt 60-70m)

Hình 1.14 Biểu đồ ô en c u d đơn giản

Tiết diện mặt cắt ngang gồm có các dạng sau: dạng b n v dạng dầm

Ƣu điểm:

 Tính toán thiết kế đơn gi n

 Bố trí cốt thép đơn gi n

 Không bị nh hưởng bởi các yếu tố co ngót, từ biến, lún không đều của mố, trụ

 Dễ tiêu chuẩn hóa, có thể thi công bằng phương pháp đổ tại chỗ, lắp ghép, bán lắp

Phạm vi áp dụng:

 Được sử dụng rộng rãi, đặc biệt l với cầu nhiều nhịp

*Dạng B¶n: Dïng cho nhÞp ng¾n:

-Lnhịp≤ 9m: bê tông cốt thépthường

Hình 1.15 Tiết diện bản hình chữ nhật t n khối

-Lnhị p≤ 18m: BTCT ứng suất trước

320

5 6

900

Hình 1.17 Tiết diện d T BT T thường

+ ê tông cốt thép ƯST:

-Đường sắt l = 16-33m

Hình 1.18 Tiết diện d m T BTCT ứng suất trước căng s u

Hiện nay nước ta đã xây dựng cầu dầm nhịp gi n đơn tiết diện hình hộp d i 49,4m

 Chiều d i của nhịp biên so với nhịp hẫng: Lk=(0,3-0,4)L (Hình 0-a,b);

Lk=(0,25-0,3)L (Hình 0-c)

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

 Chiều cao dầm tại vị trí trụ: H=(1-1,5)h; Riêng sơ đồ Hình 0-c thì H≈2h

Hình 1.20 ơ đồ kết cấu nh c u d út thừa

b Cầu dầm mút thừa c dầm đeo: (Hình 1.20-d,e,g)

Chiều d i nhịp đeo v nhịp biên:

 Sơ đồ 3 nhịp: Lđ=(0,4-0,6)L2; L1=(0,6-0,8)L2

 Nhiều nhịp có dầm treo: Lđ=(0,5-0,6)L2; L1=(0,75-0,8)L2

l1l2

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

 ó 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

Nhƣợc điểm:

 Kết cấu có mômen 2 dấu  bố trí cốt thép phức tạp hơn

 xe chạy không êm thuận

 Thi công phức tạp hơn (cấu tạo ván khuôn, lao lắp)

Phạm vi áp dụng:

nữa (Ld>42m) Hiện nay đường cao tốc rất ít sử dụng

c Cầu dầm liên tục:

- Đối với nhịp biên có chiều cao không thay đổi:

Hình 1.22 C u d iên t c nh biên có chi u c không th y đ i

 L1 – chiều d i nhịp chính (có thể nhiều nhịp chính);

 L2 – chiều d i nhịp chuyển tiếp;

 L3 – chiều d i nhịp có chiều cao không đổi;

 L4 – chiều d i nhịp sát mố

- Đối với nhịp biên có chiều cao không thay đổi:

Hình 1.23 u d iên t c có chi u c d th y đ i

 L2= (0,65-0,7)L1

Tỉ lệ chiều cao v chiều d i nhịp:

 Chiều cao trên trụ: H = (1/15-1/20)L1; Tốt nhất (1/17-1/18)L1;

 Chiều cao dầm dầm tại giữa nhịp: h=(1/30-1/40)L1; thậm chí theo Jacques Mathivat tỷ số n y có thể gi m đến 1/60L1; Tốt nhất 1/36L1; Không được nhỏ hơn 2m để đ m b o thi công được dễ d ng; thuận tiện cho công tác duy tu b o dưỡng

 Chiều cao dầm trên mố (1/22 – 1/33), tốt nhất l 1/27 v ≥ 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

Ƣu điểm:

hợp với sông có cấp thông thuyền lớn

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

chạy được êm thuận hơn

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

Trụ của cầu khung l m việc chịu nén v chịu uốn  yêu cầu cốt thép chịu lực  việc xây dựng chúng l phức tạp so với trụ nặng v trụ bê tông cốt thép của cầu dầm

Trong những cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô, có thể áp dụng sau: (Hình 1.24 )

Đối với cầu khung trụ nhẹ (Hình 1.24-a,d,e) đặc trưng l chiều d y trụ (dọc theo nhịp) không lớn do sự l m việc hợp lý của chúng trong công trình, ở đây cần thiết b o đ m hình dáng đẹp

trụ theo mặt chính (1/10-1/15)h, phạm vi áp dụng 30-40m; Khi liên kết giữa trụ v

bệ móng l khớp: h/L=(1/15-1/20), chiều rộng của trụ theo mặt chính phía dưới bằng (1/22)htrụ, phía trên bằng (1/15-1/20)htrụ, phạm vi áp dụng 20-30m

 ầu một nhịp kiểu cổng không khớp v có khớp (Hình 1.24-b,c): h/L=(1/20-1/22), chiều rộng của trụ theo mặt chính (1/5-1/10)htrụ, phạm vi áp dụng 10-25m

 ầu nhiều nhịp không khớp với trụ nhẹ (Hình 1.24-d ), chiều d i của một liên không lớn hơn 50-70m Hình 1.24-e thể hiện cầu khung trụ nhẹ liên kết khớp với

bệ v có dầm treo

Theo Nazarenko đối với cầu không ứng suất trước thì h/L=(1/14-1/35) phụ thuộc v o sơ

đồ tĩnh học, t i trọng, mác bê tông v chiều rộng của trụ b=(1/10-1/15)htrụ, phạm vi áp dụng L=10-30m

Hình 1.24 u khung b ng bê tông cốt thé

Hình 1.25 ơ đồ c u khung iên kết b ng khớ – hung T d tre

ầu khung bê tông cốt thép ứng suất trước (Hình 1.25-b): h/L=(1/30-1/50) thậm chí (1/50-1/68); Lđ=(0,3-0,4)L thậm chí (1/2-1/5)L; L=(60-140)m; H=(1/15-1/20)L

Theo một số t i liệu của các nước công nghiệp, cầu hệ khung có chiều cao thay đổi thi công bằng phương pháp đúc hẫng (Hình 1.25-a ): Trên trụ Hp/Ht=(1/15-1/20) tốt nhất l 1/17; Trên mố: H/L=(1/25-1/35) tốt nhất 1/30 v ≥1/1,7m; Giữa nhịp h/L=(1/40-1/60) tốt nhất 1/49 (hoặc = (1/3)Hp) v ≥1,5m

Ƣu điểm:

 ầu khung có độ cứng lớn  độ võng nhỏ  vượt nhịp lớn

 Mô men tại các vị trí trong kết cấu nhịp nhìn chung l nhỏ  tiết kiệm vật liệu

Nhƣợc điểm:

 ấu tạo, thi công phức tạp

 Kết cấu siêu tĩnh  dễ phát sinh nội lực phụ do các nh hưởng khác

1.2.1.3 Hệ thống cầu v m:

ó đường xe chạy trên, giữa, dưới; vòm cứng, vòm mềm…

Đặc điểm:

 Ph n lực có lực xô ngang (khi không có thanh căng), vòm chịu lực nén l chủ yếu

Hình 1.26 ơ đồ hệ thống c u v đường xe ch y trên giữ dưới; a, d, e-không khớ

b- h i khớ c, g, h- b khớ

Hình 1.27 u r g ss TBN u nte d iz de Br xin u

i u nb Trung uốc

Ƣu điểm:

Nh m 1: Được tạo th nh từ những hệ thống đơn gi n:

 Dầm v vòm: dầm cứng v vòm mềm (Hình 1.28-a, c), loại có lực đẩy ngang (Hình 1.28-c) hoặc không có lực đẩy ngang (Hình 1.28-a, b)

f)

Nh m : Được tạo th nh từ những hệ thống đơn gi n v có những bộ phận tăng cường:

Hình 1.29 ơ đồ hệ thống c u iên hợ nhó

ngang (Hình 1.29-d) hay không có lực xô ngang (Hình 1.29-a, b, c)

l mềm - cầu treo dây văng (Hình 1.29-g, h)

ầu treo dây văng:

 Ưu: ó thể điều chỉnh trạng thái ứng suất, biến dạng trong quá trình lắp ráp v

có thể ngay c trong giai đoạn khai thác ó độ cứng lớn hơn (so với cầu treo Parabol) vì không có biến dạng hình học của dây Thi công không cần gi n giáo, ít nh hưởng điều kiện thông thương dưới cầu

của gió bão v các lực tác dụng có tính chất chu kỳ Hệ thống dây cáp dễ chịu

nh hưởng của môi trường nước mặn, độ ẩm cao, có nồng độ hóa chất cao

 Phạm vi áp dụng: Vượt nhịp 200-300m hoặc lớn hơn…

Hình 1.30 Sự cố sậ c u T c nă 940

1.2.1.5 Hệ thống cầu d n bê tông cốt thép:

D n có biên song song : h/L=1/8-1/10

Dạng gãy khúc hoặc cong: (1/7-1/8) L tại giữa nhịp

Ƣu điểm: Gi m trọng lượng b n thân v gi m khối lượng vật liệu

Nhƣợc điểm: Thanh chịu kéo  nứt  bất lợi Thi công khó khăn, không cơ giới hóa

được

Hiện nay hầu như không l m, chỉ còn tồn tại một số cầu được xây dựng từ thời Pháp thuộc tại đồng bằng sông ửu Long

Hình 1.31 Hệ thống c u d n có biên s ng s ng

Hình 1.32 u Đ u ấu 074 86 L - n Thơ - ết cấu nh d n út thừ

BTCT

1.2.2 Phân loại theo công nghệ thi công:

1.2.2.1 ối với cầu nhịp nh v trung b nh:

a ầu đúc tại chỗ:

Hình 1.33 u đ t i ch trên hệ gi n gi cố đ nh

Hình 1.34 Thi công nh d n c u Thuận hước- Đ Nẵng

Ưu điểm:

- Tính to n khối của kết cấu tương đối lớn

- Thiết bị v kỹ thuật thi công không cần cao

Hình 1.36 Thi công ghé từng nh c u trên đường Hồ h inh

Nhược điểm:

- Tính to n khối không cao (do tồn tại các mối nối)

- Thiết bị lao lắp ph i chuyên dụng

Ưu điểm:

- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc cơ giới hóa trong thi công

- hất lượng bê tông đ m b o

- Thời gian thi công nhanh

c ầu bán lắp ghép: (phần sườn dầm lắp ghép, b n đổ tại chỗ)

- L loại cầu kế thừa các ưu điểm của cầu đổ tại chỗ v cầu lắp ghép, đồng thời khắc phục các nhược điểm của 2 loại cầu trên

Hình 1.37 Thi công c u b n ghé trên đường Hồ h inh

1.2.2.2 ối với cầu nhịp lớn:

a ầu đúc tại chỗ trên đ giáo di động: MSS

Hình 1.38 ông nghệ ch y trên

Hình 1.39 ông nghệ ch y dưới

Hình 1.40 ông nghệ ch y giữ

- Hệ thống đ giáo di động được phát triển từ hệ thống đ giáo cố định truyền thống

- ông nghệ n y thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ Sau khi thi công xong một nhịp, to n bộ hệ thống ván khuôn đ giáo được lao đẩy đến nhịp tiếp theo v bắt đầu công đoạn thi công như nhịp trước, cứ như vậy theo chiều dọc cầu cho đến khi

ho n th nh kết cấu nhịp

- ông nghệ n y có thể không nh hưởng thông thương dưới cầu (hệ thống MSS chạy dưới), chiều d i nhịp hợp lý từ 35-60m, chiều d i cầu c ng d i v các nhịp bằng nhau c ng thuận lợi…Tuy nhiên các công trình phụ trợ cồng kềnh: d n đẩy, trụ tạm, mũi dẫn…

b ầu thi công theo phương pháp hẫng: (đúc hẫng, lắp hẫng)

Hình 1.41 Thi công c u the hương h đúc h ng trên quốc ộ

- Nguyên lý: ắt đầu xây dựng từ trụ cố định v tiến h nh đúc (lắp) từng đốt đối xứng qua trụ theo sơ đồ mút thừa, thi công xong đốt n o thì căng cốt thép đến đốt

đó (gọi l cáp âm), v kết thúc đúc (lắp) hẫng bằng đốt hợp long nối cánh hẫng v phần đúc trên đ giáo cố định (đối với nhịp biên), hoặc giữa hai đầu cánh hẫng từ giữa hai trụ liền kề (đối với nhịp giữa) Khi bê tông đốt hợp long đạt cường độ tiến

h nh ngay việc căng cáp phía biên dưới kết cấu nhịp đó (cáp dương)

- ông nghệ n y thường áp dụng cho kết cấu nhịp dạng hình hộp, khẩu độ nhịp từ 60-200m Đặc điểm của công nghệ n y l việc đúc các đốt hộp theo nguyên tắc

cân bằng, mỗi đốt đúc từ 5-10m

- ông nghệ hẫng phù hợp cho cầu có khẩu độ nhịp v tĩnh không dưới cầu lớn Tiến độ thi công nhanh, công trường thi công gọn nhẹ…Tuy nhiên lượng cốt thép

bố trí trong dầm tương đối lớn (do công nghệ thi công)

Hình 1.42 ơ đồ thi công the hương h h ng

Hình 1.43 Thi công the hương h h ng c u i n Hải h ng

c ầu thi công theo phương pháp đẩy: (đúc đẩy, lắp đẩy)

- L phương pháp đổ bê tông tại chỗ, hệ thống ván khuôn v bệ đúc thường được lắp đặt, xây dựng tại vị trí sau mố

- hu trình đúc được tiến h nh theo từng phân đoạn, khi phân đoạn đầu tiên ho n

th nh được kéo đẩy về phía trước nhờ các hệ thống như: kích thủy lực, mũi dẫn, trụ đẩy v dẫn hướng…đến vị trí mới v bắt đầu tiến h nh đúc phân đoạn tiếp theo, cứ như vậy cho đến khi đúc hết chiều d i nhịp Thiết bị di chuyển cấu kiện khá đơn gi n, không nh hưởng thông thương dưới cầu…

- Tuy nhiên cần nhiều công trình phụ trợ như bệ đúc, mũi dẫn, kích đẩy…bố trí cốt thép phục vụ thi công nhiều, chiều d i bị hạn chế do năng lực của hệ thống kéo đẩy ( chiều d i nhịp thích hợp 35-60m)

Hình 1.44 u i u h thi công the công nghệ đúc đ y

Hình 1.45 i d n bệ đ y v v n khuôn đúc d s u bệ đ y - u H Nh tỉnh uảng

Nam

ê tông l một loại đá nhân tạo:cát, đá, nước v xi măng … có thể tìm thấy mọi nơi trên thế giới Sau khi đông cứng bê tông chịu nén tốt

Cốt thép l s n phẩm công nghiệp, chịu kéo v nén đều tốt, nhưng l vật liệu quý đắt tiền, hơn nữa thép bị ăn mòn trong môi trường không khí

 Kết hợp hai loại vật liệu trên để tạo th nh một loại vật liệu bê tông cốt thép có kh năng chịu lực tốt v tương đối rẻ tiền

ê tông còn có tác dụng bao bọc cốt thép không cho tiếp xúc với môi trường tạo điều kiện chống gỉ cho cốt thép…

1.3.1 Bê tông tươi:

ê tông l hỗn hợp của nhiều phần tử nhỏ gắn kết với nhau bằng vữa xi măng m sau n y khi đông cứng sẽ có hình dạng như khuôn đúc

Tỷ lệ của các cốt liệu lớn, nhỏ, xi măng pooclăng v nước trong hỗn hợp nh hưởng tới tính chất của bê tông đông cứng

Thông thường người kỹ sư cần chọn cấp phối của bê tông theo một loạt các cấp phối định trước, trên cơ sở của cường độ chịu nén sau 28 ng y (f’c) Tiêu chuẩn cho các cấp phối khác nhau của bê tông có thể tham kh o theo AASHTO LRFD như sau:

Loại bê tông Lượng XM tối

thiểu (kg/m3)

Tỷ lệ N/X max (kg/kg)

Lượng không khí (%)

Kích thước hạt (mm)

f’ c (28 ng y) (MPa)

- ê tông loại A: dùng cho mọi kết cấu, đặc biệt dùng trong nước mặn

- ê tông loại : dùng cho móng, bệ cột, mố trụ nặng v các tường trọng lực

- ê tông loại : dùng cho tiết diện có chiều d y nhỏ hơn 100mm như: lan can bằng

bê tông cốt thép; v để lấp đầy s n lưới thép

- ê tông loại P: dùng khi cường độ yêu cầu lớn hơn 28 MPa Đối với bê tông dự ứng lực cần hạn chế kích thước cốt liệu danh định dưới 20mm

- (AE): phụ gia tạo bọt trong bê tông, tăng độ bền vững khi chịu lạnh, gi m hiện tượng mao dẫn trong bê tông b o vệ cốt thép

- Theo AASHTO LRFD:

+H m lượng N/X của bê tông loại P không quá 0.45

lệ N/X chuẩn, để hạn chế lượng nước trong hỗn hợp)

Trong những năm gần đây, đã có nhiều quan điểm về bê tông cường độ cao, bê tông chất lượng cao:

Tại Pháp phân loại về bê tông như sau:

+ ê tông chất lượng cao (HP ) có cường độ nén từ 60-100MPa

+ ê tông có chất lượng rất cao (VHP ) cường độ nén 100-150MPa

+ ê tông chất lượng cực cao (UHP ) có cường độ nén từ 150MPa trở nên

Theo quan điểm của Đức, bê tông chất lượng cao từ 60-140MPa v cực cao từ 250MPa

200-Mặc dù vậy, xu hướng chính vẫn xem bê tông chất lượng cao l bê tông cường độ cao v

có thêm một hoặc một số tính chất đặc biệt khác

Hình 1.46 c th nh h n t nên chất ượng cực c H

Một số tính chất của bê tông chất lượng cao:

+ ường độ chịu nén cao, chịu kéo tăng

+ Mô đun đ n hồi cao, cường độ ban đầu cao

+ Ngo i ra sự dính kết của cốt liệu-xi măng-thép tốt hơn bê tông thường

+ Dễ tạo hình, đầm chặt m không bị phân tầng

+ Ổn định thể tích

Hình 1.47 ng d ng bê tông chất ượng c ốt thé ứng suất trước căng ng i

tr ng công trình c u

1.3.2 nh chất c a bê tông hô c ng:

ường độ chịu nén 28 ng y fc’ l tham số đầu tiên nh hưởng đến một loại các tính chất của bê tông khô cứng như: cường độ chịu cắt, chịu kéo v môđun đ n hồi…

+ ê tông có fc’ lớn hơn 41,4 MPa được gọi l bê tông cường độ cao

Hình 1.48 u x c đ nh cường độ bê tông the T VN 3 8-93 tr i v u x c đ nh

cường độ bê tông the HT T -90 hải

1.3.2.2 ô đun đ n hồi:

Theo 22 TCN 272-05: l độ nghiêng của đường thẳng tính từ gốc toạ độ tới điểm trên đường cong ứng suất biến dạng tại 0.4 '

c

f Khi không có số liệu thí nghiệm chính xác hơn,

mô đun đ n hồi của các loại bê tông có tỷ trọng bằng 1440-2500 kg/m3

có thể lấy như sau:

c : tỷ trọng của bê tông (kg/m3)

1.3.2.3 Cƣ ng đ chịu éo:

ường độ chịu kéo của bê tông có thể được đo trực tiếp hoặc gián tiếp như sau:

a) Thí nghiệm kéo trực tiếp dùng để xác định cường độ nứt vỡ của bê tông

fcr (nhưng ph i có thiết bị chuyên dụng, do vậy ít được áp dụng)

b) Thí nghiệm uốn phá hoại gián tiếp xác định cường độ chịu kéo khi uốn fr

c) Thí nghiệm ép vỡ xác định ứng suất kéo khi vỡ fsp

Hình 1.49 Th nghiệ cường độ ch u ké c bê tông

Trong điều kiện không có các số liệu thí nghiệm có thể xác định như sau:

Ngo i ra còn ph i xét thêm các tính chất lâu d i của bê tông như: cường độ chịu nén của

bê tông theo thời gian, sự co ngót, từ biến trong bê tông…có thể tham kh o theo AASHTO LRFD ( Mục 5.4 thuộc 22 TCN 272-05)

1.3.3 Cốt thép:

Cốt thép được bố trí trong kết cấu tại nơi có hiệu qu nhất, thường dùng để chịu kéo nhưng cũng dùng để chịu nén ốt thép thường l thép thanh (cốt thép thường) hay bó thép cường độ cao

1.3.3.1 Cốt thép thƣ ng:

Trong cầu bê tông cốt thép thường dùng các loại thanh cốt thép tròn, thép có gờ, thép sợi, lưới cốt thép h n được s n xuất theo tiêu chuẩn ASTM, các tính chất quan trọng nhất của của cốt thép: Môđun đ n hồi Es, cường độ ch y fs , cường độ phá hoại fu, cấp thép v kích thước cơ b n của sợi hoặc thanh

Để tăng cường dính bám giữa bê tông v cốt thép, thường tạo gờ quanh thanh thép Trừ trường hợp đai xoắn ốc trong cột, các cốt thép trong bê tông cốt thép đều dùng thép thanh hoặc thép sợ có gờ

Mô đun đ n hồi của thép thường Es lấy bằng độ dốc của đường cong ứng suất biến dạng trong miền đ n hồi Theo 22 TCN 272-05: Mô đun đ n hồi của cốt thép thường Es =

200000 MPa

1.3.3.2 Cốt thép d ng l c:

Cốt thép dự ứng lực có thể dưới dạng: dây đơn, tao gồm một số sợi bện xoắn với nhau, v thanh cốt thép cường độ cao Theo tiêu chuẩn AASHTO thường dùng ba loại cốt thép cường độ cao sau:

- Thép sợi không bọc, có khử ứng suất dư hoặc chùng thấp

- Tao cáp không bọc, có khử ứng suất dư hoặc chùng thấp

- Thép thanh cường độ cao không bọc

- Mô đun đ n hồi kiến nghị của thép dự ứng lực lấy như sau:

+Đối với tao cáp: Ep = 197000 MPa

+Đối với thép thanh: Ep = 207000 MPa

- Giới hạn kéo (bền) v giới hạn ch y có thể lấy theo b ng sau:

B ng 5.4.4.1-1(22 TCN 272-05): Tính chất của tao cáp thép v thép thanh dự ứng lực

1.4 Ngu ên l v hái niệm v bê tông cốt thép ng suất trước:

1.4.1 Bản chất c a bê tông cốt thép ng suất trước:

Kết cấu bê tông cốt thép thường bị nứt khi khai thác Theo kinh nghiệm cho thấy khi bê tông bị biến dạng tương đối ε = (0.15-0.2)mm/1m d i → ê tông nứt

E

 

Khi ζa tăng → an tăng → bề rộng khe nứt mở rộng → cốt thép bị ăn mòn → phá hoại công trình → hạn chế sử dụng vật liệu cường độ cao trong dầm bê tông cốt thép thường (để khống chế bề rộng khe nứt)

1.4.2 Ngu ên l l m việc c a bê tông cốt thép ng suất trước:

Hình 1.52 Nguyên việc c bê tông cốt thé ứng suất trước

- Khống chế được khe nứt, b o vệ cốt thép → tăng tuổi thọ công trình

- Độ cứng tăng → độ võng gi m → chiều d i nhịp tăng

- Chịu các t i trọng trùng phục, động, chịu mỏi tốt hơn so với bê tông cốt thép thường

CHƯƠNG : C B N B NG C H P

Đặc điểm chính của cầu b n: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp có dạng tấm đặc hoặc rỗng

- Theo biện pháp thi công: đổ tại chỗ, lắp ghép, bán lắp ghép

- Theo tính chất chịu lực: bê tông cốt thép, bê tông cốt thép ứng suất trước

- Theo mặt cắt ngang: b n đặc, b n rỗng…

- Theo tính chất l m việc: vượt nút giao thông, vượt suối, cầu cạn…

- Theo sơ đồ kết cấu: đơn gi n, mút thừa, liên tục

Hình 2.1 u vượt bản bê tông cốt thé t i Nút Ngã Tư V ng - H Nội

Phạm vi sử dụng:

- Thường áp dụng khi chiều d i nhịp:

+ L= 2÷9m: áp dụng cầu b n bê tông cốt thép

+ L= 10÷24m: áp dụng cầu b n bê tông cốt thép ứng suất trước

- Áp dụng rất phù hợp cho cầu vượt qua nút giao thông

3.2.1 Cầu bản mố n ng:

Hình 2.2 u bản bê tông cốt thé i ố n ng

Ƣu điểm:

- Ổn định chống lật, trượt tốt hơn so với mố rời

- Khối lượng, kích thước nhỏ (tiết kiệm vật liệu)

- Thoát nước tốt (dòng sông có dạng máng)

Nhƣợc điểm:

- hịu lực phức tạp, cốt thép nhiều v bố trí khó khăn

- Loại mố rời hiện nay ít được sử dụng do khối lượng vật liệu l m mố lớn  không

kinh tế

3.2.2 Cầu bản mố nh :

Hình 2.3 u bản BT T i ố nh

Mố chịu t i trọng ngang do áp lực đất v l m việc như một dầm kê trên hai gối:

+ Gối trên l kết cấu nhịp

+ Gối dưới l thanh chống

- Đất đắp sau mố ph i được đầm kỹ cho kết cấu ổn định

- Khi thi công ph i đắp đất đều v đối xứng hai bên mố để cân bằng áp lực đất

- Chú ý ph i lắp b n nhịp rồi mới được đắp đất

b