bài giảng xây dựng cầu

xây dựng cầu là một môn học rất quang trọng trong nghành xây dựng cầu đường.xây dựng cầu là một môn học thực tế.giáo trình sẽ giới thiệu các phương pháp xây dựng cầu tương ứng với các loại cầu và ưu nhược điểm của nó

ý nghĩa công tác xây dựng cầu

- Đ−a công trình vμo sử dụng, phục vụ mục đích kinh tế, chính trị, quốc phòng.

- Công tác xây dựng tốt sẽ hiệu quả ngay trong khâu thi công Cụ thể:

+ Thi công nhanh sẽ hoμn vốn nhanh.

+ Tiết kiệm vật liệu, nhân lực, máy móc.

+ Chất l−ợng công trình cao.

lÞch sö ph¸t triÓn x©y dùng cÇu trªn

thÕ giíi vμ trong n−íc

trên thế giới

- Cầu lμ một công trình nhân tạo nên lịch sử phát triển của nó gắn liền với lịch sử phát triển của xã hội loμi người Chính vì vậy công trình cầu có từ rất cổ xưa Cùng với sự phát triển của xã hội loμi người, kỹ thuật xây dựng cầu dần dần được hoμn thiện qua quá trình lao động sáng tạo của con người từ trước cho tới nay.

Hình 1: Hình cảnh các chiếc cầu dầm còn sơ khai

H×nh 2: H×nh c¶nh s¬ khai chiÕc cÇu phao

- Thời kỳ Công nguyên, cầu gỗ vμ đá lμ chủ yếu.

Hình 4: Cầu Gard (Pháp) xây dựng thế kỷ 13 TCN Hình 3: Cầu Stonebridge (Yemen)

- Thời kỳ chiếm hữu nô lệ, cầu cũng bằng gỗ, đá nhưng đã vượt nhịp lớn hơn Thời kỳ La Mã cổ đại, chủ yếu lμ cầu gỗ có dạng cầu dầm, cầu vòm Sau đó với nhiều kinh nghiệm hơn, người ta đã xây dựng các công trình bằng đá vượt nhịp lớn hơn như cung điện, đền

đμi, Đến thời kỳ La Mã giao thông khá phát triển vμ có rất nhiều cầu đá, đặc biệt lμ cầu có hình vòm bán nguyệt.

Hình 5: Cầu Ponte Della (Italia)

H×nh 6: CÇu Kintailkyo (NhËt

H×nh 7: CÇu An tÕ (Trung Quèc) n¨m 605

H×nh 8: C¸c cÇu Florence (Italia)

- Thời kỳ phong kiến, do tính chất nền kinh tế tự cung tự cấp cùng với

sự cản trở tôn giáo nên ngμnh giao thông trong đó có công trình cầu hầu như không phát triển gì Đến giai đoạn cuối cùng của chế

độ phong kiến do có sự buôn bán trao đổi hμng hoá vμ chiến tranh nên công trình cầu được xây dựng nhiều Nói chung các kết cấu cầu thời kỳ nμy vẫn còn đặc điểm tương tự các kiểu cầu thời

kỳ La Mã như nhịp ngắn, trụ lớn

Hình 9: Cầu Busy ở Turin (Italia)

- Thời kỳ thủ công nghiệp tư bản chủ nghĩa phát triển từ giữa thế kỷ 16 dẫn đến sự biến đổi lớn về khoa học kỹ thuật Trong những công trình đặc sắc phải kể đến công trình của anh em nhμ Gubenman (Thuỵ Sỹ) lμm năm 1757 có nhịp dμi 29m qua sông Limat, cầu qua sông Rhin có 2 nhịp 59m vμ trên sông Limat cũng có cầu với nhịp 119m Đó lμ những chiếc cầu dμi nhất từ trước tới nay Cầu đá cũng

có những tiến bộ mới như kích thước giảm xuống, bề rộng lớn hơn Kết cầu vòm được xây dựng dạng mới hình ellip như cầu Pont neuf.

Hình 10: Cầu Pontneuf (Pháp) dạng vòm ngắn

- Cuối thế kỷ 18, nền đại công nghiệp tư bản chủ nghĩa phát triển mạnh với các ngμnh luyện kim, chế tạo máy móc, khoa học kỹ thuật, các phương tiện giao thông mới ra đời như đường sắt, đường thuỷ Với các phương pháp thí nghiệm mới, lý luận về sức bền vật liệu, cơ học kết cấu, nhiều hệ thống cầu mới xuất hiện với nhịp lớn hơn vμ chịu tải trọng lớn hơn nhiều ở thời kỳ nμy đã xuất hiện cầu kim loại Cầu vòm bằng những thanh sắt được xây dựng đầu tiên ở Anh từ năm 1776 đến 1779, đó lμ cầu Ironbridge Năm 1755-1799 ở Pháp đã có bản thiết kế các cầu vòm gang Cầu Neva được xây dựng từ năm 1842-1850 có 7 nhịp, mỗi nhịp dμi 45-47m.

Hình 11: Cầu Ironbridge (Anh) lμ cầu kim loại đầu tiên năm 1776-1779

- Đồng thời với sự ra đời của cầu vòm gang, cầu treo bằng thép cũng bắt đầu phát triển, nhất lμ ở các nước Anh, Pháp, Mỹ Một số cầu treo lớn như: cầu qua vịnh Menai (Mỹ) xây dựng năm 1826 nhịp 177m, cầu Freiburg (Pháp) năm 1834 nhịp 265m, cầu qua sông Kiev (Ukrania) năm 1847-1853 dμi 710m, mỗi nhịp 134m

Hình 12: Cầu Menai (Mỹ) xây dựng năm 1826m, nhịp 177m

→ Trong thời kỳ cầu vòm gang, cầu treo có ý nghĩa lớn nh−ng ch−a giải quyết đ−ợc những tồn tại lớn nh−: độ võng lớn, nhịp ch−a dμi, không chịu đ−ợc tải trọng lớn vì lý luận tính toán còn hạn chế, chất l−ợng không cao.

Hình 13: Cầu Tacoma bị sụp đổ do việc tính toán còn hạn chế

- Khi vật liệu thép ra đời, cầu dμn thép phát triển nhiều Nước Nga lμ nước đầu tiên áp dụng lý thuyết vμo tính toán cầu Đến nửa thế kỷ

19, đây lμ giai đoạn phát triển nhanh nhất của khoa học lý thuyết,

đã thúc đẩy ngμnh xây dựng cầu phát triển Thời kỳ nμy đã thiên về

lý luận, cầu có dạng biên cong, gãy khúc, phức tạp về mặt chế tạo cũng như thi công.

Hình 14: Cầu Firth of Ford (Scotland) nhịp 521m lớn hơn nhịp cầu treo cùng thời

⇒ Tóm lại, trong thế kỷ 19 đã có những tiến bộ rõ rệt về mặt lý luận, cấu tạo, vật liệu cũng như phương pháp xây dựng đã tạo điều kiện cho sự phát triển vượt bậc về kỹ thuật lμm cầu cho thế kỷ 20.

- Đến thế kỷ 20 cùng với bước tiến lớn trong l nh vực khoa học kỹ thuật, các nền công nghiệp phát triển đã lμm cho ngμnh xây dựng cầu không ngừng phát triển vμ đạt những thμnh tựu lớn Năm 1917

đã xây dựng cầu mút thừa nhịp dμi nhất thế giới 549m ở Canada Năm 1932 cầu Sydney Harbor ( ú c) lμ cầu vòm thép nhịp 503m,

được đặt ở vị trí nhạy cảm vμ đẹp nhất so với các cầu lớn khác vμ

đã trở thμnh biểu tượng của nước ú c

Hình 15: Cầu Quebec (Canada) dμn mút thừa có nhịp 549m lớn nhất thế giới

H×nh 16: CÇu Sydney rÊt næi tiÕng, biÓu t−îng cña n−íc óc

H×nh 17: CÇu Golden Gate nhÞp 1280m, xay dùng n¨m 1937

H×nh 18: CÇu Brooklyn (New York)

- Khi kết cấu bêtông ứng suất trước ra đời tạo ra khả năng mới cho sự phát triển của cầu bêtông ở nhiều nước trên thế giới cùng với lý thuyết ngμy cμng hoμn chỉnh vμ phát triển không ngừng Do vậy, ngμnh xây dựng cầu đạt được những bước tiến khổng lồ.

Hình 20: Cầu Stormasunset có nhịp 301m, năm 1998

Hình 19: Cầu Gateway năm 1986

- Cïng víi sù ph¸t triÓn cña kÕt cÊu bªt«ng, kÕt cÊu thÐp vÉn ®−îc

sö dông m¹nh mÏ nhê nh÷ng −u ®iÓm cña nã

H×nh 21: CÇu Verrezano cã nhÞp 1289m n¨m 1964, lín nhÊt ë Mü hiÖn nay

H×nh 22: CÇu d©y v¨ngTatara cã nhÞp 890m lín nhÊt thÕ giíi, n¨m 1998

H×nh 23: CÇu Akashi Kaiyo cã nhÞp 1991m lín nhÊt thÕ giíi, n¨m 1998

- Trong những năm gần đây, nhiều dự án rất lớn về cầu đã hoμn thμnh Điển hình, cầu treo lớn nhất thế giới Gefyra đang được xây dựng bắc qua vịnh Corinh sẽ nối ở tây bắc Hy Lạp với Antirion ở Pelponnesia, đây lμ dự án khổng lồ tưởng chừng không thể thực hiện được nhưng đã khởi công năm 1998 có tổng chi phí đầu tư lμ

800 triệu euro vμ hoμn thμnh năm 2004 Cầu Millau lμ cầu dây văng cao nhất thế giới với chiều dμi 2.5km vμ tháp cao nhất lμ 340m cũng hoμn thμnh năm 2004 tại Pháp.

Hình 24: Cầu Gerfyra khánh thμnh nhân Olympic Athens năm 2004

H×nh 25: CÇu Millau cao nhÊt thÕ giíi, n¨m 2004

- Ngoμi ra còn có thể kể đến các dự án đã vμ sắp được xây dựng như cầu dμi nhất thế giới khoảng 12km nối giữa Shanghai vμ Chongminh đã được khởi công Dự án cầu treo bắc qua eo biển Gibraltar đã được xây dựng mô hình với chiều dμi nhịp kỷ lục lên

đến 5000m, dự án cầu Messina (Italia) có nhịp chính đến 3300m khởi công năm 2005.

Hình 26: Cầu đường sắt Tây Tạng cao nhất thế giới, năm 2006

H×nh 27: CÇu Shanghai – Chongminh dμi 12km, trÞ gi¸ 1.2 tû USD

H×nh 28: CÇu Messina mhÞp chÝnh 3300m, khëi c«ng n¨m 2005

Hình 29: Cầu Giraltar nhịp chính 5000m, trị giá 15 tỷ USD Tổng chiều dμi cáp gấp 30 lần đường kính trái đất

Dự án ban đầu 3100+8400+4700m

- Sau ®©y xin giíi thiÖu 1 sè cÇu cã nhÞp lín ®iÓn h×nh vÒ lo¹i cÇu.

H×nh 30: CÇu vßm bªt«ng Wanxian nhÞp 420n lín nhÊt thÕ giíi , n¨m 1997

H×nh 31: CÇu vßm thÐp Lupu nhÞp 550n lín nhÊt thÕ giíi , n¨m 2003

H×nh 32: CÇu dÇm thÐp Ponte Costa e Shilva (Braxin) nhÞp 300m, n¨m 1974

H×nh 33: CÇu Minato (NhËt) cã 3 nhÞp d¹ng mót thõa, nhÞp chÝnh 510m CÇu dμi 983m, réng 22.5m víi träng l−îng thÐp 35900 tÊn.

Hình 34: Cầu East Span (Croatia) có nhịp lớn 2 thế giới Sơ đồ 390m+244m, hoμn thμnh năm 1980 Khối lượng bêtông 20500m 3 ; thép dự ứng lực 130t, thép thường 4500t

H×nh 35: CÇu cã nhÞp vßm 366m, lín thø 11 trªn thÕ giíi, n¨m 1977.

H×nh 36: CÇu Tsing Ma cã nhÞp lín thø n¨m thÕ giíi, nhÞp chÝnh dμi 1377m, hoμn thμnh n¨m 1997

- Ngoμi ra cũng xin nói thêm, có các loại cầu quy mô không lớn những

để lại ấu dấn riêng cho mình Các loại kết cấu thượng vμ hạ bộ chỉ còn tính “tương đối”.

H×nh 37

- Thời kỳ cổ xưa, người Việt đã biết lμm cầu tre, cầu gỗ, cầu đá, cầu gạch có dạng đơn giản, vòm bán nguyệt bắc qua sông suối nhỏ.

Hình 38: Cầu tre nông thôn Việt Nam

Hình 39: Chùa Cầu (Hội An) có trụ bằng đá, mặt cầu bằng gỗ

H×nh 40: CÇu Thª Hóc cæ kÝnh

Hình 41: Cầu Long Biên (Hμ Nội) xây dựng 1902

- Thời kỳ Pháp thuộc vμ cuộc kháng chiến chống Pháp đã hình thμnh

hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt trong cả nước Về cầu thép có cầu Long Biên (Hμ Nội) nhịp 130m với hình dáng con rồng nối bờ sông Hồng, cầu Hμm Rồng (Thanh Hoá) kết cấu 1 vòm thép

3 khớp dμi 160m, cầu Trμng Tiền (Huế).

Hình 42: Cầu Trường Tiền

- Thời kỳ năm 1954 đến năm 1975, miền Bắc lập lại hoμ bình, ta đã khôi phục vμ mở rộng hệ thống giao thông Ta đã thiết kế được cầu bêtông cốt thép thường, ứng suất trước như cầu Phù Lỗ nhịp 18m Vμo những năm 1970, trình độ thiết kế vμ thi công cầu Việt Nam đã lμm được cầu khung T bêtông ứng suất trước có nhịp đeo vượt khẩu độ 63m như cầu Rμo, cầu Niệm (Hải Phòng) Tuy nhiên do công nghệ còn hạn chế nên cầu Rμo bị sập đã lμm cho ngμnh xây dựng cầu chững lại để nghiên cứu cẩn thận hơn.

- Thời kỳ năm 1975 đến năm 1986, ta đã tự thiết kế cầu bêtông cốt thép ứng suất trước nhịp 24m vμ 33m, cầu khung dầm nhịp 63m, hợp tác xây dựng cầu Thăng Long được xem lμ lớn nhất Đông Nam á.

Hình 43: Cầu Thăng Long (Hμ Nội) kết cấu 2 tầng, hoμn thμnh 1985

- Từ năm 1986 đến nay, trong trμo lưu hội nhập kinh tế quốc tế, nhiều dự án công trình cầu lớn đã, đang vμ sẽ được đầu tư xây dựng Nhiều cầu lớn

đã được xây dựng xong như cầu Phú Lương (Hải Dương) dμi 491m với 2 nhịp chính 102m được xem lμ mốc đánh dấu bước đột phá công nghệ

đúc hẫng.

Hình 44: Cầu dây văng Đakrông do ta thiết kế vμ được xây dựng lại năm 2000

Hình 45: Cầu Phú Lương theo công nghệ của Nhật Bản đánh dấu quá trình hội nhập

Hình 46: Cầu Sông Gianh

Hình 47: Cầu Hiền Lương theo công nghệ đúc đẩy

Hình 48: Cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long) có nhịp chính đến 350m, hoμn thμnh năm 2000

- NhiÒu cÇu lín ®ang ®−îc x©y dùng nh− cÇu Thanh Tr× (Hμ Néi), cÇu B·i Ch¸y (Qu¶ng Ninh), cÇu CÇn Th¬,

H×nh 49: CÇu KiÒn (H¶i Phßng) võa hoμn thμnh 2004, ®−îc thi c«ng theo c«ng nghÖ l¾p hÉng

H×nh 51: CÇu CÇn Th¬ cã nhÞp lín nhÊt ViÖt Nam 550m ®ang

H×nh 51: Dù ¸n cÇu NhËt T©n (Hμ Néi)

Ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn x©y dùng cÇu

ƒ Phương pháp thi công cầu tiên tiến hiện đại lμ đi theo các hướng chủ yếu sau:

™ Công nghiệp hoá xây dựng.

™ Tổ chức thi công theo phương pháp tiên tiến khoa học.

™ Tận dụng điều kiện tại chỗ như vật liệu địa phương, nhân lực kết hợp với biện pháp thi công tiên tiến, ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật với kinh nghiệm sẵn có.

ƒ Phương hướng phát triển của thi công cầu luôn gắn liền với sự phát triển chung của ngμnh cầu vμ nói chung phát triển theo các hương sau đây:

™ Nghiên cứu sử dụng vật liệu mới: bêtông chất lượng cao (HPC: High Performance Concrete), thép chất lượng cao (HPS: High Performance Steel), polyme cốt sợi (FRP: Fiber Reinforced Polymer),

™ Tìm kết cấu mới, kết cấu tối ưu.

™ Nghiên cứu các phương pháp tính toán truyền thống để tính toán cho các kết cấu mới, các phương pháp tính toán mới,

™ áp dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin: thiết kế tối ưu, tự động hoá thiết kế,

™ Định hình hoá: dầm, mố trụ,

™ Công nghiệp sản xuất vμ cơ giới hoá thi công.

Thank s for Your Regards!

Questions?

C¬ së tÝnh to¸n c«ng tr×nh phô t¹m

ƒ Công trình phục vụ thi công phải đảm bảo yêu

cầu:

™Tiết kiệm vật liệu ở công trình phục vụ thi công.

ƒ Công trình phục vụ thi công đ−ợc tính theo 2

trạng thái giới hạn:

N ≤

mR F

N ≤

ϕ

m M

M g

P f

T T

T g

∑

∑

Tr¹ng th¸i giíi h¹n 2:

ƒ Tr¹ng th¸i nμy yªu cÇu biÕn d¹ng kÕt cÊu < biÕn

b×nh th−êng cña kÕt cÊu khi thi c«ng

™BiÕn d¹ng Ðp xÝt gi÷÷a 2 cÊu kiÖn gç lμ 2mm.

™BiÕn d¹ng Ðp xÝt gi÷÷a 2 cÊu kiÖn gç víi thÐp lμ1mm

™Lón cñña palª gç lμ 10mm.

3mm cho 1 mèi nèi

Các Tải trọng tính toán:

thiết kế hoặc dựa vμo trọng lượng thể tích củủa vật liệu

2 áp lựực thẳng đứng do trọng lượng bản thân củủa

đất:

3 áp lựực thủy tĩnh củủa nước:

d d

n n

t

4 áp lực thủy động của nước:

5 áp lực gió:

T P

2

.

.

V S f

C k q

g

k

Q V

H x

4 1

.

.

=

™ Lực dọc tác dụng vμo công trình:

6 Tải trọng người:

™ Khi tính ván sμn đạo, lối đi lại lấy với cường độ

250kg/m2

<60m, lấy 100kg/m2 ứng ≥60m.

x

-Lu©n chuyÓn -Kh«ng lu©n chuyÓn

1

HÖ sè v−ît t¶iT¶i träng

Stt

Träng l−îng cña vËt liÖu x©y dùng vμ

Stt

1.2 1.3

Lùc t¸c dông cña kÝch khi ®iÒu chØnh

vång x©y dùng cña kÕt cÊu l¾p ghÐp:

Stt

1.0 T¶i träng do va ch¹m cña «t«

19

1.0 T¶i träng do c©y tr«i

16

HÖ sè v−ît t¶iT¶i träng

Stt

2.0

h¹

2

2.0

-1.5

-Liªn kÕt cét trô víi bÖ

5

1.1

n−íc

4

1.125

7

2.0

-Nh÷ng kÕt cÊu kim lo¹i cña neo gi÷

cho kÕt cÊu nhÞp khái lËt

6

T¶i trängStt

2.0

cÈu

9

1.2

c©n b»ng b»ng c¸c m¸y b¬m

8

0.8 -

10

0.9 -

13

1.1 -

1.15 1.1

T−êng cäc v¸n kh«ng chèng:

14

T¶i trängStt

3 HÖ sè xung kÝch (1+μ):

1.1

vËt nÆng trõ bªt«ng ®−îc ®iÒu chØnh hoÆc n©ng b»ng cÇn cÈu lªn c¸c c«ng tr×nh phô trî

1

(1+μ)T¶i träng

Stt

1.4 Trọng l−ợng cọc lúc nâng

5

1.05 Hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp của

4

1.2 Trọng l−ợng búa đóng cọc

3

1.1 Trọng l−ợng tay cần, vật treo buộc vμo

8

1.3 Lực kích thích của đầm rung tác dụng vμo

ván khuôn

9

(1+μ)Tải trọng

Stt

C«ng t¸c tæ chøc

x©y dùng cÇu

Các nguyên tắc tổ chức xdc:

1 Quuá trình xây dựng cầu được ưu tiên thực

hiệện bằng phương pháp công nghiệp, sử

dụng tối đa các kết cấu vμ chi tiết lắp ghép

giao công trình đúng thời hạn đã định với

các thiết kế mẫu để tận dụng tối đa các kết cấu đã được chọọn lọc, điển hình hoá, được

chế tạo với chất lượng cao vμ tiết kiệm trong

điều kiện công xưởng chuyên môn hoá

4 Đối với các cầu lớn vμ cầu ngoại hạng cũng nên

cho phù hợp với điều kiện cụ thể của cầu

chế tạo tại các xí nghiệp chuyên nghiệp, nhưng trong điều kiện cụ thể nếu cần có thể lập bãi thi công riêng tại công trường

việc cho công nhân đúng ngμnh nghề, bậc thợ

9 Công tác tổ chức lao động cần sắp xếp điều

phối nhân lực sao cho phù hợp nơi vμ điều kiện lμm việc cho công nhân đúng ngμnh nghề, bậc thợ

10.Công tác kiểm tra vμ thí nghiệm vật liệu được

thực hiện thường xuyên tại phòng thí nghiệm của công trường hoặc của đơn vị thi công Các biên

cán bộ kỹ thuật 3 bên ký: tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát, đơn vị thi công

phải có hội đồng nghiệm thu ký duyệt đưa vμo

công nhân viên tại công trình vμ gia đình họ.

trong công trường

ƒ Tổ chức kho bãi để tập kết nguyên vật liệu.

ƒ Lắp ráp các thiết bị cơ giới vμ kết cấu đμ giáo phụ tạm vạn năng

thống thông tin, chiếu sáng, phòng chống cháy nổ.

tạm, cầu tránh phục vụ thi công

ƒ Thực hiện mọi công tác liên kết với chính quyền vμnhân dân địa phương về đất đai, nhân sự, công tác bảo vệ

C«ng t¸c VËN CHUYÓN

CốT THéP:

dạng các cuộn, thanh:

™Đối với thép φ≥10 đ−ợc để ở dạng thanh vμ bó thμnh từng bó, mỗi thanh có chiều dμi 6-12m

có ghi chủng loại thép Các thanh cốt thép đ−ợc sơn đầu thanh để phân biệt từng loại thép

ƒ Cốt thép bị gỉ tiết diện giảm 5% thì không đ−ợc

THÐP H×NH Vµ KÕT CÊU THÐP:

ph¶i ®−îc xÕp theo tr×nh tù vμ ®−îc thiÕt kÕ

riªng

dưới 2 hình thức lμ đóng bao vμ ximăng rời

nền

™Đảm bm bảo cùng 1 thời điểm chứa riêng biệt ít nhất

3 chủủng loại ximăng khác nhau

™Tiện lợi cho việc xuất ximăng ra ngoμi trạm trộn

khác

X©y dùng mãng n«ng trªn nÒn thiªn nhiªn