CONG TRINH NHAN TAO-F1.PDF

-Nắm được cấu tạo các loại mố, trụ cầu, cấu tạo của cầu dầm thép đặc liên hợp và không liên hợp, cầu dàn thép.. Có hiểu biết về các loại cầu BTCT nhịp liên tục đúc đẩy và đúc hẫng, những

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN

Tên học phần : CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO F1

Tên tiếng Anh : ARTIFICIAL CONSTRUCTION PART1

Mã số : ………

1 Số tín chỉ học phần : 3

2 Phân bổ số giờ ( 1 tiết =50phút) của học phần :

Lý thuyết Bài tập Thí nghiệm Thảo luận Thực tập Tự học

6 Nhiệm vụ của sinh viên

-Phân biệt được các loại công trình nhân tạo và phạm vi áp dụng của chúng trong giao thông

-Nắm được cấu tạo các loại mố, trụ cầu, cấu tạo của cầu dầm thép đặc liên hợp và không liên

hợp, cầu dàn thép Cấu tạo các loại cầu dầm giản đơn BTCT Có hiểu biết về các loại cầu BTCT nhịp

liên tục đúc đẩy và đúc hẫng, những dạng cầu khung, phân tích được đặc điểm chịu lực và khai thác sử

dụng của những dạng cầu trên

-Biết được những phương pháp thông dụng và những biện pháp công nghệ thi công hiện đại áp

dụng trong xây dựng cầu Có khả năng thiết kế tổ chức thi công công trình cầu

-Biết phân tích, đánh giá một Dự án xây dựng cầu ở mức độ tổng quát

7 Nội dung tóm tắt học phần

Qua học phần này sinh viên được trang bị những kiến thức cơ bản về cấu tạo của các công trình

cầu, cống và hầm, phân tích được vai trò của các hạng mục kết cấu và hiểu được sự làm việc của các

chi tiết cấu tạo trong công trình

In this discipline students are provided basic knowledge about the structure of bridge, culverts

and tunnels Students can analyse the function of articles of the structure and understand the behaviour

of them

8 Tên giảng viên giảng dạy : Các giảng viên có kinh nghiệm giảng dạy 5 năm trở lên

9 Tài liệu giảng dạy và học tập, tài liệu tham khảo chính

1 Công trình nhân tạo Giáo trình

2 Tổng luận cầu PGS TS Nguyễn Minh Nghĩa

3 Mố trụ cầu PGS.TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa- Ths Dương Thị Minh Thu

4 Cầu bê tông cốt thép GS.TS Nguyen Viet Trung, PGS.TS.Hoang Ha

5 Học theo phương pháp sơ đồ tư duy (phần mềm Imindmap): www.thinkbuzan.com

Bài tập

Thí nghiệm

Thảo luận

Thực hành

Tự học Chương 1

1.1

1.2

1.3

Cơ sở tổng luận cầu

Các công trình nhân tạo trên đường

Khái niệm về công trình cầu Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết

Cấu tạo các bộ phận trên cầu

Mặt cầu đường ôtô Mặt cầu đường sắt Khe biến dạng

Hệ thống phòng nước và thoát nước trên cầu

Lề người đi, lan can Nối tiếp đường và cầu

Gối cầu Tham quan công trình

Các loại mố cầu Các loại trụ cầu

Cơ sở thiết kế móng,mố,trụ cầu

Các sơ đồ kết cấu của cầu thép

Kết cấu nhịp cầu dầm bản Kết cấu nhịp cầu dầm thép liên

Thứ tự

chương mục

Lý thuyết

Bài tập

Thí nghiệm

Thảo luận

Thực hành

Tự học

Kết cấu nhịp dầm BTCT lắp ghép

Kết cấu nhịp dầm bê tông ứng suất trước

Khung T dầm đeo

Kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng

Kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp đúc đẩy

Kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp đúc trên

đà giáo di động

Đặc điểm kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp lắp ghép

Các số liệu cơ bản phục vụ cho thiết kế cơ sở.(trang 113÷120) Nội dung thiết kế cơ sở (trang 66÷70)

Các chỉ tiêu so sánh và biện pháp đánh giá một phương án cầu (bài giảng)

trình thiết

kế các phương

Thứ tự

chương mục

Lý thuyết

Bài tập

Thí nghiệm

Thảo luận

Thực hành

Tự học

MỤC LỤC

MỤC LỤC 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU (LT= 2t,BT=0t, TL=0t, THọc=4t) 14

1.1 Các công trình nhân tạo trên đường 14

1.1.1 Cầu 15

1.1.2 Các công trình thoát nước nhỏ 16

1.1.3 Tường chắn 17

1.1.4 Hầm 18

1.2 Khái niệm về công trình cầu 20

1.2 CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU 20

1.2.1 Các bộ phận của công trình cầu 20

1.2.2 Các kích thước cơ bản của cầu 23

1.3 PHÂN LOẠI CẦU 24

1.3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng 24

1.3.2 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp 24

1.3.3 Phân loại theo chướng ngại vật 25

1.3.4 Phân loại theo cao độ đường xe chạy 29

1.3.5 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học 29

1.3.6 Phân loại theo sơ đồ cấu tạo 30

1.3 Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế cầu, cống 34

1.3.1 TRIẾT LÝ THIẾT KẾ 34

1.3.1.1 Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép: (ASD - Allowance stress design) 34

1.3.1.2 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: (LFD - Load factor design) 35

1.3.1.3 Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn (LSD - Limit state design):35 1.3.1.4 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD - Load and resistance factor design) 36

1.3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành 38

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN TRÊN CẦU (LT= 3t,BT=0t, TL=0t, T.hành=5t, THọc=4t) 39

2.1 Mặt cầu đường ô tô 39

2.1.1 Mặt cầu ôtô 39

2.1.1.1 Mặt cầu bằng bêtông Atphalt 40

2.1.1.2 Mặt cầu bằng bêtông ximăng 41

2.1.1.3 Mặt cầu bằng thép 42

2.1.1.4 Mặt cầu bằng thép dạng sàn mắt cáo: 44

2.1.1.5 Mặt cầu liên tục nhiệt độ 44

2.1.1.5.1 Sự cần thiết bố trí mặt cầu liên tục nhiệt độ: 44

2.1.1.5.2 Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ 44

2.1.1.5.3 Đặc điểm làm việc 45

2.1.1.5.4 Ưu, nhược điểm 45

2.2 Mặt cầu đường sắt 45

2.1.2.1 Mặt cầu có máng đá balát: 46

2.1.2.2 Mặt cầu trần (tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm): 46

2.1.2.3 Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu: 48

2.3 Khe biến dạng 49

2.3.1 Vai trò của khe co giãn 49

2.3.2 Yêu cầu đối với khe co giãn 49

2.3.3 Các loại khe co giãn 49

2.3.3.1 Khe co giãn hở 49

2.3.3.2 Khe co giãn kín 50

2.3.3.3 Khe co giãn cao su chịu nén 50

2.3.3.4 Khe co giãn cao su bản thép 51

2.3.3.5 Khe co giãn bản thép trượt 51

2.3.3.6 Khe co giãn răng lược, răng cưa 52

2.3.3.7 Khe co giãn môđun 53

2.4 Hệ thống phòng và thoát nước trên cầu 54

4.2.1 Độ dốc phòng nước trên cầu: 54

4.2.1.1 Độ dốc dọc cầu: 54

4.2.1.2 Độ dốc ngang cầu: 55

4.2.2 Ống thoát nước trên cầu: 56

4.2.2.1 Yêu cầu: 56

4.2.2.2 Cấu tạo ống thoát nước: 56

4.2.2.3 Nguyên tắc bố trí ống thoát nước: 58

2.5 Lề người đi, lan can 60

4.5.1 Lề người đi: 60

4.5.2 Lan can: 61

2.6 Nối tiếp giữa cầu và đường 62

4.6.1 Yêu cầu nối tiếp từ đường vào cầu: 62

4.6.2 Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường ôtô: 63

4.6.3 Nối tiếp giữa đường và cầu trên đường sắt: 64

2.7 Gối cầu 65

9.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 65

9.1.1 Vai trò của gối cầu: 65

9.1.2 Nguyên tắc bố trí gối cầu: 65

9.1.2.1 Bố trí trên mặt chính: 65

9.1.2.2 Bố trí trên mặt bằng: 66

9.2 CẤU TẠO GỐI CẦU: 67

9.2.1 Gối cầu dầm BTCT: 67

9.2.1.1 Gối tiếp tuyến: 67

9.2.1.2 Gối con lăn: 68

9.2.1.3 Gối chậu: 69

9.2.1.4 Gối cao su bản thép: 69

9.2.2 Gối cầu dầm và dàn thép: 70

CHƯƠNG 3: MỐ, TRỤ CẦU (LT= 4t,BT=0t, TL=2t, THọc=6t) 72

3.1 Các yêu cầu đối với mố, trụ cầu 72

5.1.1 Đặc điểm chung: 72

5.1.2 Mố cầu: 73

5.1.3 Trụ cầu: 73

5.2 PHÂN LOẠI MỐ TRỤ CẦU: 73

5.2.1 Theo sơ đồ tĩnh học: 73

5.2.2 Theo độ cứng dọc cầu: 74

5.2.3 Theo vật liệu: 74

5.2.4 Theo phương pháp xây dựng: 74

5.2.5 Theo hình thức cấu tạo: 75

3.2 Những bộ phận và kích thước cơ bản của mố, trụ 75

5.3.1 Nguyên tắc xác định kích thước cơ bản: 75

5.3.2 Cao độ đỉnh móng: 75

5.3.3 Cao độ đỉnh xà mũ mố trụ: 76

5.3.3.1 Cao độ đỉnh xà mũ trụ: 76

5.3.3.2 Cao độ đỉnh xà mũ mố: 76

5.3.4 Kích thước xà mũ mố trụ trên mặt bằng: 76

3.3 Các loại móng áp dụng cho mố, trụ cầu 78

3.4 Các loại mố cầu 78

6.1.2.1 Mố chữ nhật - quan niệm ban đầu về mố cầu: 78

6.1.2.2 Mố kê - một dạng hợp lý hơn của mố chữ nhật: 78

6.1.2.3 Mố chữ U - khoét bỏ vật liệu trong lòng mố: 79

6.1.2.4 Mố có tường cánh ngang, tường cánh xiên - xoay tường cánh mố chữ U: 80

6.1.2.5 Mố chữ T, chữ thập - khoét bỏ vật liệu hai bên: 80

6.1.2.6 Mố rỗng vòm dọc, vòm ngang - khoét rỗng ruột của mố: 81

6.1.2.7 Mố vùi - tường trước và tường cánh có cấu tạo thích hợp khi chôn vào trong đất: 82

6.1.2.8 Các dạng mố cầu có sơ đồ chịu lực thay đổi: 84

6.1.3 Cấu tạo mố cầu dầm toàn khối trên đường ôtô: 85

6.1.3.1 Mố chữ U: 85

6.1.3.2 Mố vùi: 89

3.5 Các loại trụ cầu 92

6.2.1 Các bộ phận của trụ cầu: 92

6.2.1.1 Xà mũ trụ: 93

6.2.1.2 Thân trụ: 93

6.2.1.3 Móng trụ: 94

6.2.2 Các loại trụ cầu: 94

6.2.2.1 Phân loại theo phương pháp thi công: 94

6.2.2.2 Phân loại theo hình thức cấu tạo: 97

3.6 Cơ sở thiết kế móng, mố, trụ cầu 101

8.1 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ TRỤ CẦU: 101

8.1.1 Tải trọng thường xuyên: 101

8.1.2 Tải trọng tức thời: 101

8.1.3 Tính toán một số loại tải trọng: 102

8.1.3.1 Áp lực ngang của đất (EH) và áp lực đất do hoạt tải (LS): 102

8.1.3.2 Lực ma sát âm (DD): 105

8.1.3.3 Hoạt tải xe ôtô (LL): 105

8.1.3.4 Lực hãm xe (BR): 106

8.1.3.5 Lực ma sát gối cầu (FR): 106

8.2 CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ CẦU DẦM: 106

8.2.1 Các mặt cắt kiểm toán: 106

8.2.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu dầm: 107

8.3 CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ CẦU DẦM: 108

8.3.1 Các mặt cắt kiểm toán: 108

8.3.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mố cầu dầm: 109

8.3.2.1 Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng: 109

8.3.2.2 Tổ hợp tải trọng I: Bất lợi ra sông 109

8.3.2.3 Tổ hợp tải trọng II: Bất lợi vào bờ 109

8.4 TÍNH DUYỆT MỐ TRỤ CẦU DẦM: 109

8.4.1 Tính duyệt theo TTGH cường độ: 109

8.4.1.1 Tính duyệt khả năng chịu uốn: 109

8.4.1.2 Tính duyệt khả năng chịu cắt: 111

8.4.1.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: 111

8.4.1.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: 112

8.4.1.5 Cự ly tối đa của cốt thép ngang: 112

8.4.2 Tính duyệt theo TTGH sử dụng: 112

CHƯƠNG 4: CẦU THÉP (LT= 6t, BT=2t, T.Luận=2t, THọc=10t) 113

4.1 Đặc điểm của cầu thép và phạm vi áp dụng 113

1.3.1 ƯU ĐIỂM 113

1.3.2 NHƯỢC ĐIỂM 114

1.3.3 PHẠM VI ÁP DỤNG 114

4.2 Vật liệu thép dùng trong xây dựng cầu 114

1.4.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI VẬT LIỆU THÉP SỬ DỤNG LÀM CẦU 114

- Tính chất làm việc của kết cấu nhịp cầu thép 114

- Yêu cầu đối với vật liệu thép 114

1.4.2 THÉP SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CẦU THÉP 115

4.3 Các sơ đồ kết cấu của cầu thép 116

1.2.1 CÁC SƠ ĐỒ CẤU TẠO .Error! Bookmark not defined. 1.2.1.1 Kết cấu nhịp cầu dầm: 116

1.2.1.2 Kết cấu nhịp cầu dàn 116

1.2.1.3 Kết cấu nhịp cầu vòm 117

1.2.1.4 Kết cấu nhịp cầu khung 117

1.2.1.5 Kết cấu nhịp cầu treo 117

1.2.2 CÁC SƠ ĐỒ TĨNH HỌC (SƠ ĐỒ CHỊU LỰC) 118

4.4 Kết cấu nhịp cầu dầm bản 119

2.1.3 CÁC DẠNG CẦU DẦM THÉP 119

2.3.1 CẤU TẠO CHUNG 122

Kết cấu nhịp cầu dầm thép có thể là không liên hợp hoặc liên hợp Trong kết cấu cầu không liên hợp thì dầm thép làm việc độc lập với bản mặt cầu cả khi chịu tĩnh tải và hoạt tải Toàn bộ tĩnh tải và hoạt tải sẽ do một mình dầm thép chịu, còn bản mặt cầu chỉ có vai trò truyền áp lực do hoạt tải xuống dầm thép do đó dầm thép phải có chiều cao lớn hơn Đây là nhược điểm lớn nhất của cầu dầm thép không liên hợp 123

2.3.2 CẤU TẠO DẦM CHỦ 123

2.3.2.1 Căn cứ lựa chọn kết cấu dầm chủ 123

2.3.2.2 Số lượng dầm chủ 124

2.3.2.3 Chiều cao dầm thép (Hsb) 124

2.3.2.4 Tỉ lệ cấu tạo chung của dầm chủ 125

2.3.2.5 Một số khái niệm cơ bản 126

2.3.3 KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN CỦA DẦM CHỦ 126

2.3.3.1 Kích thước bản bụng (Web) 126

2.3.3.2 Kích thước bản cánh (Flange) 127

4.5 Kết cấu nhịp cầu dầm thép liên hợp BTCT 128

2.4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU LIÊN HỢP 128

2.4.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BTCT 130

2.4.2.1 Nguyên tắc cấu tạo 130

2.4.2.2 Nguyên lý làm việc 130

2.4.2.3 Đặc điểm của cầu dầm liên hợp Thép - BTCT 132

2.4.3 CẤU TẠO CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BTCT 133

2.4.3.1 Cấu tạo chung 133

2.4.3.2 Cấu tạo dầm chủ (Steel beam) 133

2.4.3.3 Cấu tạo bản bêtông (Slab) 134

2.4.4 CẤU TẠO HỆ NEO LIÊN KẾT 134

2.4.4.1 Vai trò của neo liên kết 134

2.4.4.2 Cấu tạo neo 135

2.4.4.3 Nguyên tắc bố trí neo 137

4.6 Kết cấu nhịp cầu dàn thép 137

4.2.1 Phân loại theo sơ đồ chịu lực 138

4.2.1.1 Cầu dàn giản đơn 138

4.2.1.2 Cầu dàn hẫng và dàn liên tục 139

4.2.2 Phân loại theo cấu tạo khoang dàn 140

4.3.1 Cấu tạo chung KCN cầu dàn 141

4.3.2 Chiều cao dàn chủ (H) 142

4.3.3 Khoảng cách giữa hai mặt phẳng dàn (B) 143

4.3.4 Chiều dài khoang dàn (d) 143

4.4.1 Nguyên tắc cấu tạo thanh dàn 144

4.4.2 Tiết diện thanh có một thành đứng 145

4.4.3 Tiết diện thanh có hai thành đứng 146

4.4.4 Kích thước của các thanh dàn chủ 148

4.4.5 Yêu cầu về độ mảnh cho cáC CấU KIệN 148

4.4.5.1 Cấu kiện chịu nén 148

4.4.5.2 Cấu kiện chịu kéo 148

4.4.6 Cấu tạo thanh giằng, bản giằng, bản khoét lỗ 149

4.4.6.1 Bản giằng 149

4.4.5.2 Thanh giằng 150

4.4.5.3 Bản khoét lỗ 150

4.7 Cơ sở tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu thép 177

CHƯƠNG 5: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP (LT= 10t,BT=3t, T.Luận=4t, THọc=15t) 178

5.1 Đặc điểm cầu BTCT 178

5.2 Kết cấu nhịp dầm BTCT đúc tại chỗ 180

ĐẶC ĐIỂM CỦA CẦU BẢN Error! Bookmark not defined. 5.3 Kết cấu nhịp dầm BTCT lắp ghép 181

CẦU BẢN LẮP GHÉP 181

5.4 Kết cấu nhịp dầm bê tông ứng suất trước 184

7.1 CẤU TẠO DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC Error! Bookmark not defined. 7.1.1 Đặc điểm của bê tông dự ứng lực 184

7.1.2 Các loại kết cấu bê tông dự ứng lực 184

7.1.3 Cầu bê tông dự ứng lực căng trước 190

7.1.4 Cầu dầm dự ứng lực cốt thép căng sau 202

7.1.5 Cầu dầm liên tục và liên tục hoá cầu dầm bê tông dự ứng lực 207

5.5 Khung T dầm đeo 216

5.6 Kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp đúc hẫng 218

5.7 Kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp đúc đẩy 219

5.8 Kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp đúc trên đà giáo di động 219

5.9 Kết cấu nhịp dầm liên tục thi công theo phương pháp lắp ghép 221

5.10 Kết cấu nhịp cầu vòm 221

5.11 Cơ sở tính toán thiết kế cầu bê tông cốt thép 221

CHƯƠNG 6: CẦU TREO VÀ CẦU DÂY VĂNG (LT= 2t,BT=0t, T.Luận=0t, THọc=2t) 221

6.1 Cầu treo 221

6.2 Cầu dây văng 222

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ CƠ SỞ VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU (LT= 2t,BT=0t, T.Luận=0t, THọc=4t) 223

7.1 Các số liệu cơ bản phục vụ cho thiết kế cơ sở 224

3.1 CÁC CĂN CỨ LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU: 224

3.1.1 Khái niệm chung: 224

3.1.2 Phân tích các tài liệu khi thiết kế các phương án cầu: 224

3.1.2.1 Chọn vị trí cầu: 224

3.1.2.2 Mặt cắt dọc tim cầu: 225

3.1.2.3 Mặt cắt địa chất dọc tim cầu: 225

3.1.2.4 Các số liệu thủy văn: 225

3.1.2.5 Khẩu độ thoát nước: 226

3.1.3 Khổ giới hạn và khổ thông thuyền: 226

3.1.3.1 Khổ giới hạn: 226

3.1.3.2 Khổ thông thuyền: 227

7.2 Nội dung thiết kế cơ sở 229

2.1 CÁC GIAI ĐOẠN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ: 229

2.1.1 Các giai đoạn đầu tư xây dựng: 229

2.1.1.1 Chuẩn bị đầu tư: 229

2.1.1.2 Thực hiện đầu tư: 232

2.1.1.3 Kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai thác sử dụng: 232

2.1.2 Các bước thiết kế: 232

7.3 Các chỉ tiêu so sánh và biện pháp đánh giá một phương án cầu 236

CHƯƠNG 8: ĐƯỜNG HẦM VÀ METRO (LT= 6t,BT=0t, T.Luận=2t, THọc=10t) 238

8.1 Phân loại đường hầm theo mục đích sử dụng 238

8.2 Cấu tạo chung của đường hầm 239

8.2.1 Hầm xuyên núi 240

8.2.2 Hầm vượt đường 240

8.3 Những biện pháp công nghệ thi công đường hầm 240

8.4 Khái niệm về metro 242

8.4.1 Metro ngầm 242

8.4.2 Metro nổi 242

TÀI LIỆU THAM KHẢO 242

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 1-Cơ sở tổng luận cầu 14

Hình 1 2: Mô hình công trình cầu 15

Hình 1 3: Hình ảnh cầu thực tế 16

Hình 1 4: Mô hình đường tràn 16

Hình 1 5: Công trình đường tràn trong thực tế 16

Hình 1 6: Mô hình cầu tràn 17

Hình 1 7: Công trình cầu tràn trong thực tế 17

Hình 1 8: Mô hình cống thoát nước qua đường 17

Hình 1 9: Công trình cống trong thực tế 17

Hình 1 10: Công trình tường chắn 18

Hình 1 11: Mô hình hầm vượt núi 18

Hình 1 12: Hầm Hải Vân (Việt Nam) 18

Hình 1 13: Hầm Thủ Thiêm (Việt Nam) 19

Hình 1 14: Mô hình hầm giao thông trong lòng đất 19

Hình 1 15: Công trình hầm giao thông trong lòng đất 19

Hình 1 16: Mô hình xây dựng tàu điện ngầm ở Hà Nội trong tương lai 20

Hình 1 17: Công trình hầm vượt đường 20

Hình 2 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 2-Cấu tạo các bộ phận trên cầu 39

Hình 2 2: Mặt cầu ôtô 40

Hình 2 3: Mặt cầu bêtông atphalt 40

Hình 2 4: Mặt cầu bêtông ximăng 41

Hình 2 5: Mặt cầu bản thép trực hướng 42

Hình 2 6: Dạng sườn dọc có mặt cắt hở 43

Hình 2 7: Dạng sườn dọc có mặt cắt kín 43

Hình 2 8: Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ 44

Hình 2 9: Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ 45

Hình 2 10: Mặt cầu đường sắt có máng đá balát 46

Hình 2 11: Mô hình mặt cầu trần có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm 46

Hình 2 12: Mặt cầu trần có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm 47

Hình 2 13: Mô hình mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu 48

Hình 2 14: Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu 48

Hình 2 15: Khe co giãn hở 49

Hình 2 16: Khe co giãn kín 50

Hình 2 17: Khe co giãn cao su chịu nén 51

Hình 2 18: Khe co giãn cao su bản thép 51

Hình 2 19: Khe co giãn bản thép trượt 52

Hình 2 20: Khe co giãn răng lược, răng cưa 53

Hình 2 21: Khe co giãn môđun 53

Hình 2 22: Cấu tạo và thi công khe co giãn môđun 54

Hình 2 23: Độ dốc dọc cầu đối xứng về hai phía 55

Hình 2 24: Độ dốc dọc cầu về một phía 55

Hình 2 25: Tạo dốc ngang cầu 56

Hình 2 26: Độ dốc ngang được tạo ngay trong quá trình thi công 56

Hình 2 27: Cấu tạo ống thoát nước bằng gang đúc 57

Hình 2 28: Cấu tạo ống thoát nước PVC 58

Hình 2 29: Bố trí ống thoát nước 59

Hình 2 30: Giải pháp dẫn ống thoát nước cầu 60

Hình 2 31: Cấu tạo lề người đi cùng mức 60

Hình 2 32: Cấu tạo lề người đi khác mức 61

Hình 2 33: Cấu tạo chi tiết lan can 62

Hình 2 34: Lan can bằng thép 62

Hình 2 35: Mở rộng nền đường vào cầu 63

Hình 2 36: Bản quá độ sau mố 64

Hình 2 37: Sàn giảm tải sau mố 64

Hình 2 38: Sơ đồ tĩnh học của gối cầu 65

Hình 2 39: Bố trí gối cầu trong cầu giản đơn nhiều nhịp 65

Hình 2 40: Bố trí gối cầu trong cầu giản đơn nhiều nhịp khi có trụ cầu cao 66

Hình 2 41: Bố trí trên mặt bằng 67

Hình 2 42: Gối tiếp tuyến 67

Hình 2 43: Gối con lăn 68

Hình 2 44: Gối chậu 69

Hình 2 45: Gối cao su bản thép 70

Hình 2 46: Gối con lăn cho cầu thép 70

Hình 2 47: Gối con lăn cho cầu thép (gối di động và cố định) 71

Hình 3 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 3-Mố, trụ cầu 72

Hình 4 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 4- Cầu thép 113

Hình 5 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 5-Cầu bê tông cốt thép 178

Hình 6 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 6- Cầu treo và cầu dây văng 221

Hình 7 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 7-TKCS và PA cầu 224

Hình 8 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 8- Đường hầm và metro 238

DANH MỤC BẢNG BIỀU

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TỔNG LUẬN CẦU (LT= 2t,BT=0t, TL=0t, THọc=4t)

1.1 Các công trình nhân tạo trên đường;

1.2 Khái niệm về công trình cầu;

1.3 Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế cầu, cống

Hình 1 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 1-Cơ sở tổng luận cầu

- Khái niệm: Là một kết cấu do con người xây dựng trên đường cho phép vượt qua các chướng

ngại vật để đảm bảo giao thông

- Công trình nhân tạo trên đường bao gồm:

+ Công trình vượt sông, suối, thung lũng,…: Cầu, hầm

+ Công trình chắn đất: Tường chắn

+ Công trình thoát nước nhỏ: Cống, đường tràn, cầu tràn

1.1.1 Cầu

Cầu là công trình để vượt qua dòng nước, qua thung lũng, qua đường, qua các khu vực sản xuất, các

khu thương mại hoặc qua khu dân cư Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 thì cầu là một kết cấu bất kỳ

vượt khẩu độ không dưới 6m tạo thành một phần của một con đường

Người ta phân loại cầu theo nhiều cách khác nhau Cách phân loại này sẽ được trình bày ở mục

sau

- Ưu điểm

Có khả năng thoát nước với lưu lượng và khẩu độ lớn, cho phép các phương tiện qua lại phía bên dưới

cầu, có tính ổn định và tuổi thọ cao, mỹ quan đẹp

- Nhược điểm

Thiết kế và thi công phức tạp, giá thành xây dựng cao

- Phạm vi áp dụng

Vượt qua các chướng ngại vật lớn: sông, thung lũng, đường…

Trong các trường hợp vượt dòng chảy có yêu cầu thông thuyền

Các công trình vượt chướng ngại đòi hỏi tuổi thọ cao, mang tính chất quantrọng…

Trường hợp vượt các dòng chảy nhỏ nhưng phương án cống không đáp ứng được, ví dụ như:

• Khi xây dựng công trình ở địa hình có độ cao vai đường thấp mà nếu sử dụng cống chìm thì

không đảm bảo chiều dày tối thiểu 50cm dành cho phần đất đắp bên trên cống

• Khi dòng chảy có nhiều vật trôi nếu làm cống dễ dẫn đến khả năng tắc cống, không đảm bảo

an toàn cho nền đường

• Khi có yêu cầu thoát nước nhanh không cho phép mực nước ở thượng lưu cống dâng cao làm

ảnh hưởng đến khu dân cư hay ruộng vườn Trong trường hợp này phương án sử dụng cầu thay cho

phương án cống tỏ ra hợp lý hơn

Hình 1 2: Mô hình công trình cầu

Hình 1 3: Hình ảnh cầu thực tế

1.1.2 Các công trình thoát nước nhỏ

- Đường tràn là công trình có mặt đường nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa mưa nước chảy tràn qua

mặt đường nhưng xe cộ vẫn đi lại được Có thể đặt cống bên dưới để thoát nước Áp dụng: Cho các

dòng chảy có lưu lượng nhỏ, và có lũ xảy ra trong thời gian ngắn

Hình 1 4: Mô hình đường tràn

Hình 1 5: Công trình đường tràn trong thực tế

- Cầu tràn là công trình được thiết kế dành một lối thoát nước dưới đường, đủ để dòng chảy thông

qua với một lưu lượng nhất định Khi vượt quá lưu lượng này, nước sẽ tràn qua đường Áp dụng: Cho

những dòng chảy có lưu lượng nhỏ và trung bình tương đối kéo dài trong năm

Hình 1 6: Mô hình cầu tràn

Hình 1 7: Công trình cầu tràn trong thực tế

- Cống là công trình thoát nước chủ yếu qua các dòng nước nhỏ, có lưu lượng nhỏ (Q  40  50

m3/s) Quy định: Chiều dày lớp đất đắp trên đỉnh cống ≥ 0.5m để phân bố áp lực bánh xe và giảm lực

Hình 1 10: Công trình tường chắn

1.1.4 Hầm

Hầm là công trình có cao độ tuyến đường thấp hơn nhiều so với mặt đất tự nhiên Tùy theo mục

đích sử dụng có các công trình hầm sau:

- Hầm vượt núi: Là hầm được xây dựng xuyên qua núi, có cao độ tuyến đường thấp hơn nhiều so

với cao độ mặt đất tự nhiên

Hình 1 11: Mô hình hầm vượt núi

Hình 1 12: Hầm Hải Vân (Việt Nam)

- Hầm vượt sông, eo biển: Khi vượt qua các sông lớn, các eo biển sâu, việc xây dựng trụ cầu khó

khăn hoặc cầu quá cao, khi đó ta có thể làm hầm

Hình 1 13: Hầm Thủ Thiêm (Việt Nam)

- Hầm giao thông trong lòng đất: Trong các thành phố đông dân cư để đảm bảo giao thông nhanh

chóng, có thể xây dựng các hầm cho người, xe cộ hoặc tàu điện đi qua

Hình 1 14: Mô hình hầm giao thông trong lòng đất

Hình 1 15: Công trình hầm giao thông trong lòng đất

Hình 1 16: Mô hình xây dựng tàu điện ngầm ở Hà Nội trong tương lai

- Hầm vượt đường (hầm chui): Tại các nút giao ta có thể xây dựng hầm chui

Hình 1 17: Công trình hầm vượt đường

1.2 Các bộ phận và các kích thước cơ bản của cầu

1.2.1 Các bộ phận của công trình cầu

- Công trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn vào cầu, các công trình điều chỉnh dòng chảy và

gia cố bờ sông

- Cầu bao gồm: Kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới

+ Kết cấu phần trên: Kết cấu nhịp

Tác dụng: Tạo ra bề mặt cho xe chạy và cho người đi bộ trên cầu, đảm bảo xe chạy êm

thuận và an toàn trong quá trình chuyển động

+ Kết cấu phần dưới: Mố cầu, trụ cầu, nền móng

Tác dụng: Đỡ kết cấu phần trên và truyền tải trọng từ kết cấu phần trên xuống đất nền

Kết cấu phần dưới thường chiếm (40 60)% tổng giá thành xây dựng công trình.

Hình 1.10: Các bộ phận của cầu

- Ngoài ra còn có các kết cấu phụ trợ khác như: Lớp phủ mặt cầu, lan can, hệ thống thoát

nước, gối cầu, khe co giãn, …

- Một số dạng mặt cắt ngang được dùng trong thực tế

Hình 1 18: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm T bằng BTCT

Hình 1 19: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm I bằng BTCT liên hợp bêtông



Hình 1 20: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm bản 2 lỗ BTCT

Hình 1 21: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm super – T bằng BTCT

Hình 1 22: Mắt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm hộp nhiều vách ngăn BTCT

1.2.2 Các kích thước cơ bản của cầu

Hình 1 23: Bố trí chung cầu – các kích thước cơ bản của cầu

- Các chiều dài cầu:

+ Khẩu độ thoát nước dưới cầu (L0): Là khoảng cách tính từ mép trong mố bên này đến

mép trong của mố bên kia Khẩu độ thoát nước dưới cầu được xác định trên cơ sở tính toán

thủy văn dưới cầu theo tần suất thiết kế P%, đảm bảo sau khi xây dựng cầu không phát sinh ra

hiện tượng xói chung và xói cục bộ quá lớn hoặc không tạo nên mực nước dềnh quá lớn trước

cầu

+ Chiều dài nhịp (Lnh): Là khoảng cách tính từ đầu dầm bên này đến đầu dầm bên kia

+ Chiều dài nhịp tính toán (Ltt): Là chiều dài đoạn dầm mà tại đó biểu đồ mômen không

 Lnh: Là chiều dài của một nhịp

 a: Khe hở giữa các đầu dầm

 Lmo: Chiều dài của mố cầu

- Các chiều cao thiết kế cầu:

+ Chiều cao tự do dưới cầu (H): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNCN

+ Chiều cao kiến trúc của cầu (Hkt): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến mặt đường xe

chạy

+ Chiều cao của cầu (H1): Là khoảng cách tính từ mặt đường xe chạy đến MNTN (đối

với cầu vượt qua dòng nước) và đến mặt đất tự nhiên (đối với cầu cạn)

- Các mực nước thiết kế:

+ Mực nước cao nhất (MNCN): Là mực nước lớn nhất xuất hiện trên sông ứng với tần

suất lũ thiết kế P% Dựa vào MNCN để xác định khẩu độ cầu tính toán và cao độ đáy dầm

+ Mực nước thấp nhất (MNTN): Là mực nước thấp nhất xuất hiện trên sông ứng với tần

suất lũ thiết kế P% Dựa vào MNTN để biết vị trí chỗ lòng sông nước sâu trong mùa cạn, căn

cứ vào đó để xác định vị trí các nhịp thông thuyền Ngoài ra còn xác định cao độ đỉnh bệ móng

của trụ giữa sông

Mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất được xác định theo các số liệu quan trắc thủy

văn về mực nước lũ, được tính toán theo tần suất P% quy định đối với các cầu và đường khác

nhau

+ Mực nước thông thuyền (MNTT): Là mực nước cao nhất cho phép tàu bè đi lại dưới

cầu an toàn Dựa vào MNTT và chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm

Theo Tiêu chuẩn 22TCN18-79, tần suất thiết kế để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa, cầu

lớn là 1%, MNTT là 5% Hiện nay theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05 không quy định

 Xác định cao độ đáy dầm:

+ Đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN 0.5m đối với sông đồng bằng và 1.0m

đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi (đường ôtô)

+ Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm tại mọi vị trí

phải cao hơn mặt đất tự nhiên 1.0m

+ Cao độ đáy dầm phải cao hơn hoặc bằng MNTT cộng với chiều cao thông thuyền

+ Đỉnh xà mũ của mố trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m

1.3 Phân loại cầu

1.3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng

Tùy theo mục đích sử dụng, có thể phân thành các loại cầu:

- Cầu ôtô: Là công trình cầu cho tất cả các phương tiện giao thông trên đường ôtô như: xe

tải, xe gắn máy, xe thô sơ và đoàn người bộ hành,

- Cầu đường sắt: Được xây dựng dành riêng cho tàu hỏa

- Cầu đi bộ: Phục vụ dành riêng cho người đi bộ

- Cầu thành phố: Là cầu cho ô tô, tàu điện, người đi bộ,

- Cầu chạy chung: Là cầu cho cả ô tô, xe lửa, người đi bộ,

- Cầu đặc biệt: Là các cầu phục vụ cho các ống dẫn nước, ống dẫn khí,

1.3.2 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp

- Cầu gỗ

- Cầu đá

- Cầu bê tông

- Cầu bê tông cốt thép

- Cầu thép

1.3.3 Phân loại theo chướng ngại vật

- Cầu thông thường (vượt sông): Là các công trình cầu được xây dựng vượt qua các dòng

nước như: sông, suối, khe sâu,

Hình 1.12a: Mô hình cầu thông thường

Hình 1.12b: Công trình cầu thông thường

- Cầu vượt (cầu qua đường): Là các công trình cầu được thiết kế cho các nút giao nhau khác

mức trên đường ôtô hoặc đường sắt

Hình 1.13a: Mô hình cầu vượt đường

Hình 1.13b: Công trình cầu vượt đường

- Cầu cạn: Là các công trình cầu được xây dựng ngay trên mặt đất để làm cầu dẫn vào cầu

chính hoặc nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian bên dưới

Hình 1.14a: Mô hình cầu cạn

Hình 1.15b: Công trình cầu cao

- Cầu phao: Là các công trình cầu được xây dựng bằng hệ nổi nhằm phục vụ cho mục đích

quân sự hoặc phục vụ giao thông trong một thời gian ngắn

Hình 1.16a: Mô hình cầu phao

Hình 1.16b: Công trình cầu phao

- Cầu mở: Cầu mở là cầu có 1 hoặc 2 nhịp sẽ được di động khỏi vị trí để tàu bè qua lại trong

khoảng thời gian nhất định Có các loại cầu mở sau:

+ Cầu cất: KCN có thể mở về 1 phía hoặc 2 phía theo góc 700  800 so với phương nằm

ngang

Hình 1.17a: Mô hình cầu cất

Hình 1.17b: Công trình cầu cất

+ Cầu nâng: KCN được nâng hạ theo phương thẳng đứng

Hình 1.18a: Mô hình cầu nâng

Hình 1.18b: Công trình cầu nâng

+ Cầu quay: KCN quay trên mặt bằng một góc 900

Hình 1.19a: Mô hình cầu quay

Hình 1.19b: Công trình cầu quay

1.3.4 Phân loại theo cao độ đường xe chạy

Tùy theo việc bố trí cao độ đường xe chạy, có thể phân thành:

- Cầu có đường xe chạy trên: Khi đường xe chạy đặt trên đỉnh kết cấu nhịp

Hình 1.20: Cầu có đường xe chạy trên

- Cầu có đường xe chạy dưới: Khi đường xe chạy bố trí dọc theo biên dưới KCN

Hình 1.21: Cầu có đường xe chạy dưới

- Cầu có đường xe chạy giữa: Khi đường xe chạy bố trí giữa phạm vi của KCN

Hình 1.22: Cầu có đường xe chạy giữa

1.3.5 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học

- Sơ đồ dầm giản đơn:

+ Phân bố nội lực: Biểu đồ momen chỉ

có dấu (+) và giá trị lớn nhất tại giữa nhịp

+ Phân bố vật liệu: Vật liệu tập trung

chủ yếu ở khu vực giữa nhịp do đó nội lực do

tĩnh tải lớn, dự trữ khả năng chịu hoạt tải kém

Hình 1.23 Sơ đồ dầm giản đơn

+ Khả năng vượt nhịp:

nên khả năng vượt nhịp thấp  KCN cầu dầm: L ≤ 40m

+ Phân bố vật liệu: Vật liệu tập trung chủ yếu ở mặt cắt gối do đó KCN nhỏ nên khả năng

vượt nhịp tốt hơn so với KCN giản đơn

- Sơ đồ dầm hẫng - nhịp đeo:

Hình 1.25 Sơ đồ dầm hẫng nhịp đeo

+ KCN có dầm đeo thường khai thác không êm thuận, lực xung kích lớn, khe co giãn

phải cấu tạo phức tạp do đó hiện nay ít dùng

- Sơ đồ dầm liên tục:

Hình 1.26 Sơ đồ dầm liên tục

+ Giá trị M(-) tại mặt cắt gối lớn hơn M(+) ở mặt cắt giữa nhịp do đó phát huy được hết

khả năng làm việc của vật liệu

+ Kết cấu liên tục còn giảm được số lượng khe co giãn trên cầu, do đó đảm bảo êm thuận

 KCN cầu treo, cầu dây văng: L≈ 150 ÷ 450m

1.3.6 Phân loại theo sơ đồ cấu tạo

- Cầu dầm:

+ Bộ phận chịu lực chủ yếu là dầm, làm việc chịu uốn

+ Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tại gối chỉ phát sinh phản lực thẳng đứng V

Hình 1.27a Mô hình KCN cầu dầm

Hình 1.27b Công trình cầu dầm

- Cầu vòm:

+ Bộ phận chịu lực chủ yếu là vòm, vòm làm việc chịu nén và chịu uốn

+ Phản lực gối ở vòm (trong vòm không chốt) gồm có lực thẳng đứng V, momen uốn M

và lực đẩy ngang H

+ Nếu có thanh giằng để chịu lực đẩy ngang H thì phản lực gối của vòm sẽ chỉ gồm phản

lực thẳng đứng V giống như cầu dầm Khi đó ta có hệ thống cầu dầm - vòm tổ hợp

Hình 1.28a Mô hình KCN cầu vòm

Hình 1.28b Công trình cầu vòm

V V

V V

H

V

H

- Cầu dàn:

+ Kết cấu chịu lực chính của kết cấu nhịp cầu dàn là các mặt phẳng dàn, với các thanh

dàn chỉ chịu lực dọc trục (kéo hoặc nén) Chiều cao dàn lớn nên khả năng chịu lực và vượt

nhịp của kết cấu nhịp cầu dàn lớn hơn so với kết cấu nhịp cầu dầm Nhược điểm chính của kết

cấu nhịp cầu dàn là cấu tạo và thi công phức tạp

+ KCN cầu dàn thường áp dụng cho các cầu chịu tải trọng lớn như cầu đường sắt

Hình 1.29a: Mô hình KCN cầu dàn

đứng V và lực đẩy ngang H, nếu chân khung

liên kết khớp thì sẽ không có momen M

Hình 1.30a Mô hình KCN cầu khung

Hình 1.30b Công trình cầu khung

- Cầu treo:

+ Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu (dầm

hoặc dàn) Do đó trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm (hoặc

dàn)

+ Có thể phân cầu treo thành 2 loại:

Cầu treo dây võng (gọi tắt là cầu treo)

Cầu treo dây xiên (cầu dây văng)

 Cầu treo dây xiên (cầu dây văng): Đây là kết cấu dầm cứng tựa trên các gối cứng là

các gối cầu trên mố - trụ và trên các gối đàn hồi là các dây văng Dây văng neo vào dầm cứng

biến thành một hệ không có lực đẩy ngang

Hình 1.31a: Mô hình KCN cầu dây văng

Hình 1.31b: Công trình cầu dây văng

 Cầu treo dây võng (cầu treo): Trong cầu treo, dây làm việc chủ yếu chịu kéo và tại

chỗ neo cáp có phản lực thẳng đứng (lực nhổ) và phản lực ngang rất lớn do đó trong kết cấu

nhịp cầu treo tại vị trí mố ta phải cấu tạo hố neo rất lớn và rất phức tạp

Hình 1.32a: Mô hình KCN cầu treo dây võng

H V

H V

Hình 1.32b: Công trình cầu treo dây võng

1.3.1 Triết lý thiết kế

- Trong thiết kế, các kỹ sư phải kiểm tra độ an toàn và ổn định của phương án đã được chọn

Công tác thiết kế bao gồm việc tính toán nhằm chứng minh mọi tiêu chuẩn tính toán và cấu tạo

đều được thỏa mãn

- Triết lý tính toán thiết kế là các quan niệm về ứng xử của kết cấu và sự làm việc an toàn

của nó Đồng thời xác lập điều kiện, phương thức để đảm bảo điều kiện an toàn cho kết cấu

trong quá trình khai thác

- Nguyên tắc chung: Khi có tải trọng tác động vào kết cấu, nó sẽ gây ra một hiệu ứng trong

kết cấu và hiệu ứng đó không được lớn hơn khả năng chịu lực của kết cấu

TÁC ĐỘNG TRÊN KẾT CẤU  KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU

DO TẢI TRỌNG GÂY RA DO BẢN THÂN VẬT LIỆU

VÀ CẤU TẠO CỦA KẾT CẤU

- Quan hệ của bất đẳng thức này phải được xét trên mọi bộ phận và vật liệu của kết cấu

1.3.1.1 Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép: (ASD - Allowance stress design)

- Phương trình cơ bản: Trong phương pháp này, người ta nhìn nhận ứng xử của kết cấu

thông qua ứng suất của một điểm đại diện:

+ []: Ứng suất lớn nhất cho phép xuất hiện trong bộ phận kết cấu

+ gh: Cường độ của vật liệu

+ k: Hệ số an toàn (k>1)

- Đặc điểm của phương pháp:

+ Ưu điểm:

 Tính toán đơn giản, cho phép tính toán nhanh chóng và tiện dụng

 Đảm bảo an toàn chịu lực cho các bộ phận kết cấu

+ Nhược điểm:

 Không áp dụng được cho vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi, do đó không tận

dụng được hết khả năng chịu lực của các bộ phận kết cấu và gây lãng phí vật liệu

 Không xét đến tính làm việc thực tế của kết cấu

 Việc xác định hệ số an toàn thiếu sự phân tích cụ thể

1.3.1.2 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: (LFD - Load factor design)

- Phương trình cơ bản: Trong phương pháp này, sự làm việc của kết cấu được đánh giá

thông qua một mặt cắt đại diện:



S S với [ ] S gh

S k

Trong đó:

+ Smax: Nội lực lớn nhất do tải trọng gây ra tại mặt cắt bất lợi

+ [S]: Khả năng chịu lực lớn nhất cho phép của mặt cắt bất lợi

+Sgh: Khả năng chịu lực lớn nhất của mặt cắt

 Chưa xét tới sự làm việc chung của các bộ phận kết cấu

 Việc xác định hệ số an toàn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm

1.3.1.3 Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn (LSD - Limit state design)

- Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái mà ở đó công trình bị hỏng hoàn toàn hoặc không

thể sử dụng bình thường được nữa

- Quy trình thiết kế cầu cống của Liên Xô (cũ) CH200-62, ban hành năm 1962, sau này Bộ

Giao thông vận tải nước ta dựa trên quy trình này để biên soạn Quy trình thiết kế cầu cống theo

TTGH ký hiệu 22TCN18-79 như sau:

+ Phương trình cơ bản:

n i.N i.(m,k1.R1tc,k2.R2tc, ,F0)Trong đó:

 ni: Hệ số tải trọng

 Ni: Nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

 : Hàm số xác định mỗi TTGH của kết cấu

 m: Hệ số điều kiện làm việc

 k1, k2,…: Hệ số đồng nhất vật liệu

 R1tc, R2tc,…: Cường độ tiêu chuẩn của vật liệu

 F0: Đặc trưng hình học của kết cấu

+ Các TTGH:

 TTGH thứ nhất: Là TTGH mà kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực hoặc xuất

hiện các biến dạng dẻo lớn, nhằm đảm bảo về mặt chịu lực cho công trình (về cường độ, ổn

định và độ chịu mỏi)

 TTGH thứ hai: Là TTGH mà kết cấu bị phát sinh các biến dạng dư quá lớn như dao

động, chuyển vị, lún, … gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường

 TTGH thứ ba: Là TTGH mà tiết diện kết cấu bị xuất hiện các vết nứt lớn gây khó

khăn cho việc sử dụng bình thường

+ Khi tính toán theo các TTGH trong 22TCN18-79, để thay thế cho hệ số an toàn duy

nhất trong phương pháp ứng suất cho phép, đã dùng các hệ số tính toán sau:

 Hệ số tải trọng (n): Xét đến những sai lệch có thể xảy ra theo chiều hướng bất lợi so

với các trị số tiêu chuẩn của chúng trong các tổ hợp tải trọng và tác động khác nhau

 Hệ số đồng nhất (k): Xét khả năng giảm thấp cường độ của vật liệu và đất so với trị

số tiêu chuẩn do những thay đổi về tính chất cơ học và tính không đồng nhất của chúng

 Hệ số điều kiện làm việc (m): Phản ánh sự chưa phù hợp của tính toán lý thuyết với

điều kiện làm việc thực tế của kết cấu

1.3.1.4 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD - Load and resistance

factor design)

- Phương trình cơ bản: Trong thiết kế, để đảm bảo an toàn công trình thì khả năng chịu lực

của vật liệu và tiết diện (sức kháng) phải lớn hơn nội lực gây ra do tải trọng:

+  : Hệ số sức kháng

- Hệ số sức kháng  : Đối với một TTGH nào đó thì hệ số sức kháng được sử dụng để xét

đến tính thất thường trong tính chất của kết cấu, của vật liệu và độ chính xác của các phương

trình thiết kế đánh giá khả năng chịu tải, tình huống hư hỏng của công trình

- Hệ số tải trọng γi: Áp dụng đối với các loại tải trọng, để xét đến tính thất thường của các

tải trọng và hiệu ứng tải như độ lớn của tải trọng, vị trí tải, tổ hợp tải trọng

- Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi:

+ ηi = ηD.ηR.ηI 0.95 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimax

+ ηi =

I R

+ ηD: Độ dẻo: Độ dẻo của vật liệu rất quan trọng cho độ an toàn của cầu Nếu vật liệu

dẻo, khi một bộ phận chịu lực quá tải nó sẽ phân bố nội lực sang bộ phận khác

1 ηD1.05 cho các cấu kiện và liên kết không dẻo

2 ηD =1.0 cho các thiết kế thông thường, theo đúng yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế

3 ηD0.95 cho các cấu kiện có dùng các biện pháp để tăng thêm tính dẻo

+ ηR: Độ dư thừa: Độ dư thừa có ý nghĩa đối với giới hạn an toàn của cầu Một số kết cấu

siêu tĩnh được coi là dư thừa vì nó có nhiều liên kết hơn so với yêu cầu cân bằng tĩnh định Hệ

cầu có một đường tiếp đất được coi là không dư thừa (không nên dùng loại này)

Trong trạng thái giới hạn cường độ (TTGH cường độ)

1 ηR1.05 cho các bộ phận không dư thừa

2 ηR=1.0 cho các mức dư thừa thông thường

3 ηR0.95 cho các mức dư thừa đặc biệt

+ ηI: Độ quan trọng:

Dùng trong các TTGH cường độ và TTGH đặc biệt

1 ηI1.05 cho các cầu quan trọng

2 ηI=1.0 cho các cầu điển hình

3 ηI0.95 cho các cầu tương đối ít quan trọng

- Đặc điểm của phương pháp:

+ Ưu điểm:

 Đã xét đến sự khác nhau giữa tải trọng và sức kháng

 Đạt được mức độ an toàn tương đối đồng đều đối với các TTGH khác nhau và các

loại cầu mà không cần đến phân tích thống kê hoặc xác suất phức tạp

 Là một phương pháp thiết kế thích hợp và ổn định

+ Nhược điểm:

 Thay đổi tư duy thiết kế (so với AASHTO cũ).

 Yêu cầu hiểu biết cơ bản về lý thuyết xác suất và thống kê

 Yêu cầu có các số liệu thống kê đầy đủ và các thuật toán thiết kế xác suất để có thể

chỉnh lý hệ số sức kháng trong từng trường hợp riêng

1.3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành

Mỗi một dự án đều phải tuân thủ theo các quy trình thiết kế, hiện nay nước ta tồn tại song

hành hai quy trình thiết kế:

+ Quy trình tính toán thiết kế cầu cống theo các trạng thái giới hạn do Bộ GTVT ban

hành năm 1979:

22TCN 18 - 79 + Quy trình theo hệ số tải trọng và sức kháng (Quy trình AASHTO 98):

22TCN 272 - 05

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN TRÊN CẦU (LT= 3t,BT=0t, TL=0t,

T.hành=5t, THọc=4t)

2.1 Mặt cầu đường ô tô

2.2 Mặt cầu đường sắt

2.3 Khe biến dạng

2.4 Hệ thống phòng và thoát nước trên cầu

2.5 Lề người đi, lan can

2.6 Nối tiếp giữa cầu và đường

2.7 Gối cầu

Hình 2 1: Sơ đồ tư duy nội dung chương 2-Cấu tạo các bộ phận trên cầu

2.1 Mặt cầu đường ô tô

2.1.1 Mặt cầu ôtô

Mặt cầu ôtô là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với bánh xe của hoạt tải nên phải đáp ứng các yêu

cầu như:

- Đảm bảo cường độ

- Ít bị mài mòn, bằng phẳng để xe chạy êm thuận, không gây xung kích

- Thoát nước nhanh

- Trọng lượng bản thân nhẹ để giảm tĩnh tải

Hình 2 2: Mặt cầu ôtô

2.1.1.1 Mặt cầu bằng bêtông Atphalt

a Cấu tạo:

Hình 2 3: Mặt cầu bêtông atphalt

- Lớp mui luyện (lớp vữa đệm):

+ Làm bằng vữa xi măng cấp fc’=18÷24Mpa (mác 150÷200 theo 22TCN18-79)

+ Chiều dày =1÷1.5cm (tại vị trí sát gờ chắn lan can) rồi tăng dần theo độ dốc ngang về

phía trục đối xứng giữa mặt cắt ngang nhịp

+ Tác dụng: Tạo độ bằng phẳng hoặc độ dốc ngang cầu.

+ Làm bằng bêtông cấp fc’≥24Mpa (mác≥200 theo 22TCN18-79) Để tăng tác dụng của

lớp bảo vệ và độ bền của lớp này, thường đặt lưới cốt thép có =3÷4mm với ô lưới 5x5cm