Định nghĩa công trình cầu
Cầu được định nghĩa là công trình vượt qua các chướng ngại vật như eo biển, sông, suối, khe núi, thung lũng, hoặc các công trình khác như nhà máy và chợ Mục đích chính của cầu là phục vụ sự qua lại của các phương tiện giao thông, bên cạnh đó, một số loại cầu còn được sử dụng để dẫn nước, dầu, khí và các chất lỏng khác.
Theo định nghĩa của 22TCN272-05 và TCVN11823-2017, cầu là một kết cấu có khả năng vượt qua khoảng cách tối thiểu 6,1m, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành một phần của con đường.
Các bộ phận của công trình cầu
Cầu là công trình nhân tạo thiết yếu để kết nối các tuyến đường và vượt qua những chướng ngại vật không thể tránh Các thành phần chính của cầu bao gồm kết cấu nhịp, mố trụ và gối cầu Ngoài ra, còn có các công trình phụ như đường đầu cầu, phần tứ nón, hệ thống điều chỉnh dòng sông, thiết bị chiếu sáng và hệ thống chống sét, tùy thuộc vào từng dự án cụ thể.
Hình 1.1 – Sơ đồ cầu BTCT
1- Móng; 2- Bệ móng; 3- Mố; 4- Trụ; 5- Gối; 6- Kết cấu nhịp
1.2.1 Các bộ phận chính của công trình cầu và chức năng:
Kết cấu phần dưới của cầu bao gồm móng, bệ móng, thân mố và thân trụ, như thể hiện trong hình 1.1 Các bộ phận này có vai trò quan trọng trong việc liên kết công trình với nền đất, đảm bảo sự ổn định và vững chắc cho cầu trong suốt quá trình khai thác.
Kết cấu phần trên của công trình bao gồm hệ dầm chủ và các bộ phận tiện ích như bản mặt cầu, lớp phủ mặt cầu, lan can, khe co giãn và hệ thống chiếu sáng Những bộ phận này không chỉ phục vụ mục tiêu khai thác mà còn có chức năng chịu tải trọng khai thác, truyền tải xuống kết cấu phần dưới.
Gối cầu là bộ phận quan trọng liên kết giữa kết cấu phần trên và phần dưới của cầu, đóng vai trò truyền lực và chuyển đổi tải trọng cùng với các tác động khác Tùy thuộc vào nhu cầu khai thác và loại công trình cầu, có nhiều loại gối cầu khác nhau được sử dụng để phù hợp với từng công trình cụ thể.
Đường hai đầu cầu có chiều rộng 10m, nằm trong phạm vi công trình cầu, là phần chuyển tiếp giữa kết cấu cứng và mềm, giúp tải trọng từ đường vào cầu được phân bổ một cách êm thuận Tứ nón được sử dụng để bảo vệ nền đường tại đầu cầu.
1.2.2 Các kích thước cơ bản:
Hình 1.2- Các kích thước cơ bản
Chiều dài tổng thể của công trình cầu, ký hiệu là L, được đo từ đuôi tường cánh của mố bên này đến mố bên kia Đoạn đường đầu cầu dài 10m được tính từ đuôi tường cánh của mỗi mố về phía đường dẫn hai đầu cầu, và đoạn này cũng được tính vào khối lượng công trình cầu.
- Trên hình 1.2 là các kích thước cơ bản của một công trình cầu gồm:
Chiều dài nhịp cầu thứ i, được xác định từ tim trụ cầu này đến tim trụ cầu kế tiếp hoặc từ mép ngoài tường đỉnh mố cầu đến tim trụ cầu, là yếu tố quan trọng trong việc thiết kế tổng chiều dài công trình cầu.
Ld là chiều dài cơ sở của dầm, được tính từ mép đầu dầm cầu đến mép cuối dầm, được sử dụng để chế tạo phiến dầm
Chiều dài tính toán (Ltt) được xác định từ tim gối cầu trên trụ cầu này đến trụ cầu kia, là kích thước quan trọng trong việc tính toán và thiết kế kết cấu nhịp cầu.
Khẩu độ thoát nước (L0) được xác định từ mép ngoài trụ hoặc than mố cầu đến mép than trụ đối diện Trong trường hợp cầu có nhiều nhịp, L0 sẽ được tính bằng tổng của các khẩu độ thoát nước của từng nhịp (L0 = ∑L0i, với i = 1,2, n) Việc xác định khẩu độ thoát nước là rất quan trọng trong thiết kế, giúp tính toán tổng chiều dài cầu và số lượng nhịp cầu, đồng thời đảm bảo không vi phạm các quy định về khẩu độ thoát nước.
Chiều cao thông thủy (H) được xác định từ mực nước cao nhất đến đáy dầm cầu, với chiều cao tối thiểu cho phép là 0,5m Điều này nhằm đảm bảo khoảng không đủ cho cây cối hoặc các vật thể trôi trong nước lũ, giảm thiểu tác động bất lợi đến công trình cầu.
Hkt là chiều cao kiến trúc, được tính từ đáy dầm đến mặt đường xe chạy, được sử dụng để thiết kế kiến trúc chung của công trình
Htt là chiều cao mực nước thông thuyền, tính từ mặt nước đến cao độ đáy dầm cầu, đảm bảo khoảng không theo quy định cho từng cấp sông Htt được sử dụng kết hợp với H để thiết kế tổng thể chiều cao công trình Theo TCVN 11823-2017, khổ thông thuyền được quy định trong bảng hướng dẫn.
Bảng 1.1-Khổ giới hạn thông thuyền trên các sông có thông thuyền
Mực nước cao nhất (MNCN) là mức nước lũ được xác định dựa trên lịch sử lũ của dòng sông nơi đặt cầu, tương ứng với tần suất thiết kế P1% hoặc P2% MNCN đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế chiều cao tổng thể của cầu, nhằm đảm bảo an toàn tối thiểu cho công trình.
Mực nước thông thuyền (MNTT) là mức nước trung bình hàng năm được xác định dựa trên số liệu đo đạc của trung tâm khí tượng thủy văn địa phương với tần suất thiết kế P5% MNTT đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế chiều cao tối thiểu của các công trình cầu, nhằm đảm bảo thuận tiện cho việc di chuyển của các phương tiện đường thủy theo đúng quy định của cấp sông.
Mực nước thấp nhất (MNTN) là mức nước được xác định trung bình hàng năm dựa trên số liệu thống kê địa phương, với tần suất P1% hoặc P2% MNTN được sử dụng để tính toán xói lở và xác định thời điểm thi công phù hợp.
- Chiều rộng và khổ cầu:
Hình 1.3- Mặt cắt ngang cầu
Chiều rộng cầu, hay còn gọi là khổ cầu, là tổng chiều rộng của công trình cầu, được đo từ mép lan can bên này đến mép lan can bên kia.
Bcầu = B + 2xBng + 2xBlc, trong đó:
B là chiều rộng làn xe chạy, bao gồm cả giải phân cách làn nếu có
Bng là chiều rộng phần lề người đi bộ
Blc là chiều rộng chân lan can cầu
Khổ giới hạn cầu đường bộ:
Phân loại công trình cầu
1.3.1 Phân loại theo vật liệu:
Cầu gỗ là loại công trình được xây dựng hoàn toàn bằng gỗ hoặc có kết cấu nhịp từ vật liệu gỗ Với thiết kế nhẹ nhàng và thẩm mỹ cao, cầu gỗ thường chỉ đáp ứng được tải trọng nhỏ, chủ yếu phục vụ cho người đi bộ.
Chương 1 – Giới thiệu chung nhịp cầu nhỏ, độ bền không cao, tốn chi phí duy tu bảo dưỡng Ở Việt Nam có các cầu điển hình như cầu Thê Húc (Nà Nội), cầu Chùa (Quảng Nam), …
Cầu đá là loại công trình được xây dựng hoàn toàn bằng đá ghép nguyên khối, có trọng lượng lớn và thiết kế đồ sộ, thường được sử dụng để vượt nhịp nhỏ Tuy nhiên, từ xa xưa đến nay, cầu đá đã dần bị tháo dỡ hoặc thay thế bởi các loại cầu hiện đại hơn và giờ đây chỉ còn lại như một di sản kỷ niệm, không còn phổ biến trong giao thông.
Cầu thép là loại công trình được xây dựng hoàn toàn bằng thép hoặc có kết cấu nhịp cầu bằng thép, phát triển mạnh mẽ từ thế kỷ 15 đến 17 Nhiều cầu thép đã được xây dựng với khả năng vượt nhịp ấn tượng, và hiện nay, sự kết hợp với dây treo đã tạo ra những công trình cầu lớn, lập kỷ lục thế giới Tuy nhiên, nhược điểm lớn của cầu thép là chi phí xây dựng cao, tiêu tốn nhiều vật liệu và chi phí bảo trì hàng năm cũng rất tốn kém.
Cầu bê tông, bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực là những công trình được thiết kế và xây dựng bằng vật liệu bê tông, với khả năng chịu lực tốt và độ bền cao theo thời gian Từ thế kỷ 18 đến nay, loại cầu này đã phát triển mạnh mẽ và vẫn chưa có vật liệu nào tối ưu hơn để thay thế Mặc dù cầu bê tông không tốn chi phí bảo trì thường xuyên, nhưng kết cấu của nó thường đồ sộ và nặng nề, dẫn đến khả năng vượt nhịp hạn chế và thiếu tính thẩm mỹ.
1.3.2 Phân loại theo tải trọng sử dụng:
Cầu cho người đi bộ là loại cầu được thiết kế và thi công đặc biệt để phục vụ nhu cầu di chuyển của người đi bộ Loại cầu này rất phổ biến trong các thành phố lớn, giúp kết nối giữa các tòa nhà, công trình nhà ga và các khu vực công cộng khác, nâng cao tính tiện lợi và an toàn cho người sử dụng.
Cầu đường ô tô là công trình thiết kế để phục vụ giao thông cho các phương tiện trên tuyến đường bộ, hiện nay đây là loại cầu phổ biến và được xây dựng nhiều nhất.
Cầu đường sắt được thiết kế chuyên biệt để phục vụ giao thông đường sắt, cho phép các tuyến tàu hỏa di chuyển qua những địa hình khó khăn mà không kết nối với các tuyến đường bộ.
Cầu đi chung là loại cầu được thiết kế để phục vụ đa dạng phương tiện giao thông, bao gồm cả đường sắt, đường bộ và người đi bộ Ví dụ tiêu biểu cho loại cầu này là cầu Long Biên ở Hà Nội và cầu Hàm Rồng ở Thanh Hóa.
Cầu đặc biệt là loại cầu được thiết kế và xây dựng với những mục đích riêng biệt, chẳng hạn như phục vụ cho các hoạt động giải trí, lưu giữ kỷ niệm, hoặc phục vụ cho mục đích quân sự và chiến tranh Các loại cầu này có thể bao gồm cầu phao, cầu cất và nhiều hình thức khác, mang lại giá trị sử dụng đa dạng và ý nghĩa sâu sắc.
1.3.3.Phân loại theo sơ đồ kết cấu: a Hệ thống cấu dầm:
- Đặc điểm: dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tại các gối tựa chỉ phát sinh ra thành phần lực thẳng đứng
Chương 1 – Giới thiệu chung a1 Cầu dầm nhịp giản đơn:
Biểu đồ mô men chỉ có một dấu (+)
Bố trí cốt thép ở biên dưới chịu uốn là chính;
Trên trụ, theo phương dọc có 2 gối cầu (phản lực gối là thẳng đứng) => khi áp lực gối không bằng nhau trụ chịu nén lệch tâm;
Chiều dài nhịp ≤ 42m, cá biệt lên đến 60‐70m;
Hình 1.4- Sơ đồ cầu dầm giản đơn
Tính toán thiết kế đơn giản
Bố trí cốt thép đơn giản
Không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố lún mố, trụ
Thi công đơn giản: đổ tải chỗ, lắp ghép, hoặc bán lắp ghép
Không vượt được nhịp lớn
Được sử dụng rộng rãi đặc biệt là với cầu nhiều nhịp
Kết cấu nhịp dạng dầm bản (dùng cho nhịp ngắn):
Dầm bản BTCT thường (nhịp ≤ 9m)
Dầm bản BTCT ứng suất trước (nhịp ≤ 18m)
Kết cấu nhịp dạng dầm (dùng cho nhịp trung)
Dầm BTCT thường: nhịp từ 10‐22m cho cầu ô tô và nhịp từ 8‐16m cho cầu đường sắt
Dầm BTCT ứng suất trước: nhịp từ 15‐40m cho cầu ô tô và nhịp từ 16‐ 33m cho cầu đường sắt
Dầm giản đơn tiết diện hộp BTCT ƯST (chế tạo ở Việt Nam nhịp 50m) a2 Cầu dầm mút thừa:
Cầu dầm mút thừa không có dầm đeo:
Hình 1.5 – Cầu đầm mút thừa không có dầm đeo
Sơ đồ cầu không có mố, không dầm treo, phần mút thừa làm đối trọng để giảm mô men dương ở nhịp giữa
Chiều dài nhịp chính: L2 = 10 ‐ 45m (BTCT ứng suất trước có L2 lớn hơn)
Chiều dài của nhịp biên so với nhịp hẫng: L1 = (0,25 ‐ 0,4).L2
Chiều cao dầm tại giữa nhịp: h = (1/12 ‐ 1/20).L2 và chiều cao dầm tại vị trí trụ: H = (1‐2).h
Cầu dầm mút thừa có dầm đeo:
Hình 1.6 – Cầu dầm mút thừa có dầm đeo
Với sơ đồ 3 nhịp: Lđ = (0,4 ‐ 0,6).L2; L1 = (0,6 ‐ 0,8).L2
Với sơ đồ nhiều nhịp có dầm treo: Lđ = (0,5 ‐ 0,6).L2; L1 = (0,75 ‐ 0,8).L2
Chiều cao dầm tại giữa nhịp: BTCT thường h = (1/12 ‐ 1/20).L ÷ (1/20 ‐ 1/30).L; BTCT ƯST có thể h = (1/50 ‐ 1/60).L
Chiều cao dầm tại vị trí trụ: H = (1,5 ‐ 1,8).h
• So với kết cấu nhịp giản đơn cùng nhịp thì mô men ở giữa nhịp nhỏ vì có mô men âm ở gối => vượt được nhịp lớn hơn (60‐100‐150m)
• Có thể điều chỉnh nội lực một cách hợp lý hơn
• Hệ tĩnh định => không bị ảnh hưởng do lún mố trụ…
• Có cấu tạo khớp và mút thừa => đường đàn hồi gãy khúc => gây ra lực xung kích => xe chạy không êm thuận
• Thi công phức tạp hơn (cấu tạo ván khuôn, lao lắp)
Phạm vi áp dụng: Nhịp từ 60‐100m (có thể lớn hơn nhưng do Lđ > 42m => không kinh tế) a.3 Cầu dầm liên tục:
Theo nghiên cứu, trong cầu dầm nhịp liên tục 3 nhịp, mômen uốn được phân bố dựa trên chiều dài hợp lý của các nhịp, với chiều dài các nhịp là L2 = (0,75-0,8)L1.
(Jacques Mathivat) hoặc L2 = (0,8-0,9)L1 (Nazarenko) Đối với cầu 5 nhịp thì L3:L2:L1 0,65:0,9:1,0 (Nazarenko) Một số trường hợp cụ thể như sau:
Loại nhịp biên có chiều cao không thay đổi
Hình 1.7 - Cầu dầm liên tục với chiều cao nhịp biên không đổi
Sơ đồ nhịp hợp lý:
• L1 – chiều dài nhịp chính (có thể nhiều nhịp chính);
• L2 – chiều dài nhịp chuyển tiếp;
• L3 – chiều dài nhịp có chiều cao không đổi;
• L4 – chiều dài nhịp sát mố
Loại nhịp biên có chiều cao thay đổi:
Hình 1.8 – Cầu dầm liên tục với chiều cao nhịp biện thay đổi
Sơ đồ nhịp hợp lý: L2 = (0,65‐0,7)L1,
Chiều cao trên trụ: H = (1/15‐1/20)L1; Tốt nhất nên chọn (1/17‐1/18)L1;
Chiều cao dầm tại giữa nhịp được tính theo công thức h=(1/30‐1/40)L1, trong đó tỷ số này có thể giảm xuống còn 1/60L1 theo Jacques Mathivat Tuy nhiên, lựa chọn tối ưu là 1/36L1, và chiều cao dầm không được nhỏ hơn 2m để đảm bảo thi công dễ dàng và thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng.
Chiều cao dầm trên mố (1/22 – 1/33)L1, tốt nhất nên chọn 1/27L1 và ≥ 2m
Đối với tiết diện có chiều cao không đổi thi công bằng: Đúc đẩy H/L = (1/15- 1/17)L1, tốt nhất 1/16L1; Đúc hẫng: H/L = (1/17‐1/20)L1, tốt nhất 1/18L1
Mô men nhỏ hơn so với dầm giản đơn cùng nhịp nên vượt nhịp lớn hơn
Độ cứng lớn nên độ võng nhỏ hơn, vượt được nhịp lớn, ít trụ, thoát nước tốt, phù hợp với sông có cấp thông thuyền lớn
Trên các trụ chỉ có một gối nên trụ chịu lực đúng tâm => trụ nhỏ
Ít khe biến dạng, trong phạm vi dầm liên tục đường đàn hồi không gãy khúc nên xe chạy được êm thuận hơn
Dáng kiến trúc, mỹ quan đẹp nên phù hợp với các công trình cầu nhịp lớn, cầu trong đô thị
Việc lún không đều của trụ và mố, cùng với sự thay đổi nhiệt độ và hiện tượng co ngót của bê tông, có thể gây ra ứng suất phụ Do đó, việc ứng dụng trong các khu vực có địa chất tốt là rất cần thiết.
Phạm vi áp dụng: nhịp 60 – 150m (có thể lên đến 200, 300m) b Hệ cầu khung:
Cầu khung có đặc điểm kết cấu nhịp và mố trụ liên kết cứng, giúp mố trụ tham gia chịu mô men uốn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng Sự phát sinh mô men uốn trong mố trụ cầu làm giảm mô men dương trong kết cấu nhịp so với hệ dầm đơn giản Nhờ vậy, cầu khung có khả năng vượt nhịp lớn hơn hoặc giảm chiều cao dầm, từ đó giảm khối lượng bê tông trong kết cấu nhịp.
- Các loại cầu khung phổ biến:
Cầu khung trụ một thân:
Cầu khung trụ hai thân:
Cầu khung T liên kết khớp:
Cầu khung có độ cứng lớn nên độ võng nhỏ do đó vượt nhịp lớn
Mô men tại các vị trí trong kết cấu nhịp nhìn chung là nhỏ nên tiết kiệm vật liệu
Không cần cấu tạo gối cầu như trong hệ dầm nên giảm được chi phí đầu tư, bảo quản, sửa chữa và thay thế
Khả năng vượt nhịp khá lớn, L ≥ 40m
Cấu tạo, thi công phức tạp
Kết cấu siêu tĩnh nên dễ phát sinh nội lực phụ do các ảnh hưởng khác c Hệ cầu vòm:
- Đặc điểm: Phản lực tại chân vòm có lực xô ngang (khi không có thanh căng), vòm chịu lực nén là chủ yếu
- Cầu vòm thường được phân loại theo các dạng sau:
Theo vị trí xe chạy: Trên, dưới và giữa
Theo số khớp vòm: Không khớp, hai khớp, 3 khớp
Theo loại vòm: Vòm cứng, vòm mềm
Hình 1.9 – Sơ đồ cầu vòm
Hình thức đẹp nên thỏa mãn yêu cầu mỹ quan
Tận dụng khả năng chịu nén của vật liệu khi chọn trục vòm hợp lý
Thi công phức tạp, khó tiêu chuẩn hóa, ít dùng
- Phạm vi áp dụng: Vượt được nhịp lớn: 60‐100m hoặc hơn nữa (ví dụ cầu Lupu ở Thượng Hải Trung Quốc LnhịpU0m) d Hệ hỗn hợp và cầu treo:
Cầu kết hợp là loại cầu được thiết kế từ các hệ đơn giản hoặc các hệ đơn giản được gia cố, nhằm tạo ra những kết cấu chịu lực hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật, đặc biệt phù hợp khi vượt nhịp lớn.
- Một số loại hỗn hợp như:
Hỗn hợp dầm và vòm: Kết cấu cấu dầm cứng vòm mềm, không xuất hiện lực xô ngang trên gối, vòm tham gia chịu lực cùng với dầm
Lịch sử và phương hướng phát triển
1.4.1 Sơ lược lịch sử phát triển cầu BTCT:
Cầu BTCT ra đời vào những năm 70 của thế kỷ XIX, sau khi xi măng được phát minh vào khoảng năm 1825 Việc sử dụng thép trong bê tông bắt đầu xuất hiện rải rác từ năm 1835.
Vào năm 1855, bê tông cốt thép (BTCT) chính thức ra đời tại Pháp, mở đầu cho sự phát triển của loại vật liệu này Năm 1875, Joseph Monier xây dựng cầu BTCT đầu tiên dài 15,24m và rộng 3,96m Kỹ sư Francois Hennebique đã phát triển mặt cắt ngang dạng T và cùng với học trò Robert Maillart, họ đã xây dựng nhiều cầu vòm BTCT nổi tiếng, được công nhận là biểu tượng về thẩm mỹ Vào cuối thế kỷ XIX, các cầu BTCT chủ yếu là cầu nhịp nhỏ, cầu bản, dầm và vòm Đặc biệt, năm 1896, cầu vòm nhịp 45m đã được xây dựng tại Nga, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật xây dựng cầu BTCT.
Vào đầu thế kỷ XX, cầu BTCT phát triển mạnh mẽ với các dạng cầu liên tục, cầu khung và dầm công xon có nhịp từ 30-40m Thời kỳ này, cầu thường được xây dựng bằng phương pháp đổ bê tông liền khối, dẫn đến nhịp nhỏ Năm 1888, P.H Jackson ở San Francisco đã đề xuất ý tưởng sử dụng sợi thép kéo căng trong BTCT, nhằm tăng cường độ bền cho kết cấu Tuy nhiên, các thí nghiệm của ông không thành công do sợi thép thời đó không đủ khả năng chịu kéo Đến năm 1930, Eugène Freyssinet người Pháp đã ứng dụng sợi thép cường độ cao, mở ra khái niệm BTCT ứng suất trước, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong ngành xây dựng.
BTCTƯST, được ra đời đầu tiên tại Pháp vào những năm 30 của thế kỷ XX, đã phát triển mạnh mẽ vào cuối những năm 1940 Từ những năm 50, công nghệ này đã cho ra đời những cầu dầm giản đơn với nhịp từ 60-70m Đặc biệt, từ đầu thập kỷ 60, BTCTƯST đã ứng dụng công nghệ hẫng trong xây dựng, mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành cầu đường.
Chương 1 – Giới thiệu chung xây dựng cầu BTCT Năm 1964 cầu Orleron dài 2.832m gồm 46 nhịp (nhịp chính dài 79m) được xây dựng bằng phương pháp lắp hẫng, cầu Calix dài 1.200m gồm 3 nhịp chính 113+156+113 ở hai bờ có cầu dẫn nhịp 70m 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 Gennevillies gồm phần cầu chính có 5 nhịp đối xứng, cầu treo dây văng Brontonne bắc qua sông Sein có nhịp chính dài 320m dầm BTCTƯST tiết diện hình hộp Công nghệ này cũng được sử dụng ở nhiều nước ví dụ: Cầu Beldoif ở Đức có L 8m ở Nhật Cầu Hikoshima Ohashi nhịp 236m, cầu Hamana nhịp 240m ở Mỹ có cầu Koror Babelthuap có nhịp giữa dài 240,7m; Tại Áo cầu SCHOTTWIEN nhịp giữa dài 250m (77,75+162,5+250+142,25) xây dựng 1986-1989
Trong những năm 30-40 của thế kỷ XX, cầu bê tông cốt thép (BTCT) đã phát triển mạnh mẽ, với việc xây dựng nhiều cầu lớn và áp dụng kết cấu lắp ghép Tại Nga, các cầu vòm có nhịp lên đến 116m (như cầu vòm qua kênh đào Mátxkva) đã được xây dựng, trong khi Thụy Điển và Tây Ban Nha cũng có các cầu vòm với nhịp lần lượt 181m và 205m Vào những năm 50, Liên Xô cũ đã xây dựng các cầu có nhịp từ 40-70m, trong đó nổi bật là cầu vòm qua sông Dnhep với nhịp 228m vào năm 1952 Năm 1961, cầu Abtozavodsi với ba nhịp (36,4+148+36,4) được xây dựng, trở thành cầu khung dầm có nhịp dài thứ hai sau cầu Medway ở Anh (nhịp 152m) BTCT và BTCTƯST đã được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu ở Châu Âu trong nửa đầu thế kỷ 20.
Mỹ bắt đầu chậm hơn trong việc xây dựng cầu BTCTỨST, với cầu Walnut Lane ở Philadelphia, Pennsylvania là cầu đầu tiên được xây dựng vào năm 1956 Cầu Rio Caroni ở Venezuela, do giáo sư Fritz Leonhardt thi công bằng công nghệ đúc đẩy, đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành cầu đường Từ đó, hàng trăm cầu đã được xây dựng theo công nghệ này, tiêu biểu như cầu Nuec dài 246m với dầm cao 2,5m và cầu cạn Oli dài 615m với dầm cao 3,1m.
Dưới đây giới thiệu danh sách 10 công trình cầu BTCT lớn nhất trên thế giới tính đến thời điểm hiện tại
TT Tên cầu Quốc gia Hoàn thành
Tổng chiều dài Giá trị Kết cấu nhịp
1 Cầu Vịnh Giao châu Trung
2 Cầu Pontchartrain Mỹ 1969 38,35km 56,7 triệu
3 Cầu Chesapeake Mỹ 1964 37km 200 triệu
5 Cầu Vasco da Gama Bồ Đào
6 Cầu Penang Malaysia 1985 13,5 km 1,29 tỷ
7 Cầu Rio-Niteroi Brazil 1985 13 km 1,24 tỷ
8 Cầu Confederation Canada 1997 12,9 km 1,00 tỷ
9 Cầu San Mateo Mỹ 1967 11,2 km 70 triệu
10 Cầu Seven Miles Mỹ 1982 10,93 km 45 triệu
Chương 1 – Giới thiệu chung 1.4.2 Sơ lược lịch sử phát triển cầu ở Việt Nam: Ở Việt Nam cầu BTCT được xây dựng từ thời Pháp thuộc với các dạng như cầu bản, cầu dầm hoặc giàn đơn giản, cầu dầm hoặc giàn mút thừa được thi công theo phương pháp đúc tại chỗ Các kết cấu này thường có hai dầm chủ hoặc giàn chủ, bản mặt cầu, dầm dọc, dầm ngang
Bề rộng đường ô tô dao động từ 4-5m, ví dụ như cầu Ba Càng trên QL1 tỉnh Vĩnh Long với sơ đồ cầu 14,5+30+14,5m, cùng với các cầu đường sắt đơn tuyến khổ 1m có chiều dài từ 20-30m Nhiều cầu dạng dầm liên tục có chiều dài nhịp 30-40m, nhưng sau thời gian dài sử dụng và tác động của chiến tranh, nhiều cầu đã bị hư hỏng và cần được thay thế Một số cầu xây dựng từ thời Pháp thuộc như cầu Đầu Sấu trên QL1 tỉnh Cần Thơ và cầu Cái Xếp ở Đồng Tháp vẫn đang được sử dụng Ngoài ra, cầu mút thừa có dầm treo cầu Cái Bường trên QL80 Đồng Tháp với sơ đồ cầu 10+13,6+10m (nhịp đeo dài 8,7m, công xon dài 2,4m) và chiều rộng cầu 5,2m, cùng cầu vòm mút thừa Tân Lợi trên QL80 Đồng Tháp cũng là những công trình đáng chú ý.
Sau kháng chiến chống Pháp, chúng ta đã xây dựng lại nhiều cầu với kết cấu dầm giản đơn lắp ghép tiết diện chữ T, liên kết bằng mối nối hàn hoặc bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ Kết cấu BTCT thường được áp dụng cho các cầu nhịp nhỏ như cầu bản hay cầu dầm với nhịp dưới 22m Sự phát triển của kết cấu BTCTƯST đã cho phép thiết kế cầu Phủ Lỗ với nhịp 18m Đến đầu thập kỷ 70, các cầu BTCTƯST với nhịp 24m và 33m đã được thiết kế và xây dựng, trong đó có nhịp dẫn cầu Thăng Long Hà Nội.
Trước năm 1975, miền Nam Việt Nam đã xây dựng nhiều cầu BTCTƯST với kết cấu nhịp chủ yếu là 24,7m và 24,54m (bán lắp ghép), cùng các dầm bụng cá có chiều dài 12,5m, 15,6m, 18,6m và 21,6m, chủ yếu được sản xuất tại nhà máy bê tông Châu Thới Sau ngày thống nhất, nhiều cầu nhịp trung bình và lớn đã được xây dựng, như cầu An Dương và cầu Rào với thiết kế khung nhịp đeo, trong đó nhịp dầm chính dài 63m Sau sự cố cầu Rào, cầu Bo Thái Bình được thi công bằng phương pháp đúc hẫng với cánh T dài 28m và dầm treo dài 33m Đặc biệt, trong những năm gần đây, công nghệ tiên tiến đã được áp dụng trong thi công cầu BTCTƯST, với nhiều cầu được xây dựng theo công nghệ đúc hẫng.
+ Cầu Phú Lương tại thị Xã Hải Dương, tỉnh Hải Dương nằm trên Quốc lộ 5 dài 490,7m, sơ đồ cầu: 2x37,4+64,75+2x102+64,75+2x37,4
+ Cầu Sông Gianh-Quốc lộ 1-Tỉnh Quảng Bình dài 746,4m (37,4+58+90,6+3x120+90,6 +58+37,4)
Cầu Phù Đổng (cầu Đuống mới) nằm trên Quốc lộ 1 (mới) tuyến Hà Nội - Lạng Sơn, dài 929m với sơ đồ cầu 65+7x100+65 + 3x33 (m) Cầu gồm 9 nhịp liên tục thi công bằng phương pháp đúc hẫng và 3 nhịp giản đơn thi công bằng phương pháp bán lắp ghép (PCI) Chiều rộng toàn cầu là 15m, với phần cầu liên tục có tiết diện hình hộp (2 sườn), chiều cao thay đổi từ 6m (trên trụ) và 2,5m (giữa nhịp) Mặt cầu sử dụng cốt thép ƯST và gối cầu loại Semi-fixed (bán cố định) được lắp đặt trên các trụ P3, P4, P5, P6 Cầu được hoàn thành vào tháng 12/2000.
Cầu Như Nguyệt (Đáp cầu) nằm trên Quốc lộ 1 (mới) kết nối Hà Nội và Lạng Sơn, thuộc Thị Xã Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh Cầu dài 428m với sơ đồ cấu trúc 4 x33 +65+100+65+2x33 (m) và mặt cắt ngang tương tự như cầu Đuống Công trình hoàn thành vào tháng 12 năm 2000.
Cầu Hoàng Long (Hàm Rồng) nằm trên Quốc lộ 1, bắc qua sông Mã tại tỉnh Thanh Hóa, là cầu khung dầm liên tục với cấu trúc 3 nhịp có chiều dài 75 + 130 + 75 (m) Chiều cao dầm thay đổi từ 7,5m trên trụ xuống 3,5m tại giữa nhịp và 2,75m trên mố, với tổng chiều rộng cầu là 12,8m Ngoài ra, cầu còn có một nhịp giản đơn dài 49,4m với tiết diện hình hộp có chiều cao không thay đổi là 2,75m.
Ngoài Cầu Quán Hầu tại Quảng Bình với thiết kế đúc hẫng 64,84+2x102+64,84 (m), còn có Cầu Bắc Giang ở Thị xã Bắc Giang, có sơ đồ cầu 45+55+90+45+55 (m).
Quan điểm và tiêu chuẩn thiết kế cầu
- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 11823 – 1:2017 Thiết kế cầu đường bộ
- Tiêu chuẩn ngành 22-TCN272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu
Các kỹ sư trong các dự án thường tham khảo các bộ tiêu chuẩn quốc tế như ASSHTO, JIG, AU, ASTM để thiết kế các hạng mục chi tiết Trước khi áp dụng những tiêu chuẩn này vào khung tiêu chuẩn của dự án, cần có sự phê duyệt từ Chủ đầu tư và Đại diện cơ quan nhà nước có thẩm quyền.
1.5.2 Quan điểm, triết lý thiết kế:
Cầu cần được thiết kế theo các trạng thái giới hạn để đảm bảo thi công an toàn và hiệu quả, đồng thời xem xét khả năng kiểm tra, tính kinh tế và mỹ quan Dù áp dụng phương pháp phân tích kết cấu nào, Phương trình (1) phải luôn được thỏa mãn với mọi ứng lực và tổ hợp tải trọng quy định.
Đối với tải trọng sử dụng giá trị cực đại của hệ số γi, yêu cầu tương ứng là ηi = ηD ηR ηI ≥ 0,95 Ngược lại, khi sử dụng giá trị tối thiểu của γi, điều kiện cần đạt là η ≤ 1,0 Ở đây, γi là hệ số tải trọng, được xác định dựa trên thống kê và được áp dụng cho ứng lực.
Hệ số sức kháng () là hệ số nhân thống kê dùng để xác định sức kháng theo quy định tại các Phần 5, 6, 10, 11 và 12 của tiêu chuẩn TCVN11823 Hệ số điều chỉnh tải trọng (ηi) liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác Cụ thể, ηD là hệ số liên quan đến tính dẻo theo Điều 4.3 TCVN11823, ηR là hệ số liên quan đến tính dư theo Điều 4.4 TCVN11823, và ηI là hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác theo Điều 4.5 TCVN11823.
Rn = sức kháng danh định
Rr = sức kháng tính toán : .Rn
1.5.3 Các trạng thái giới hạn:
Trạng thái giới hạn sử dụng cần được tính toán để giảm thiểu ứng suất, biến dạng và bề rộng vết nứt trong cấu kiện khi sử dụng bình thường.
Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại giòn cần được xem xét trong tính toán kết cấu để đảm bảo an toàn và độ bền Trạng thái giới hạn mỏi giúp hạn chế biên độ ứng suất do xe tải thiết kế gây ra, dựa trên số chu kỳ ứng suất dự kiến Đồng thời, trạng thái giới hạn phá hoại giòn cũng cần được tuân thủ theo các yêu cầu về tính bền của vật liệu theo Tiêu chuẩn vật liệu.
Trạng thái giới hạn cường độ là yếu tố quan trọng cần xem xét để đảm bảo kết cấu cầu có đủ cường độ và ổn định Việc này không chỉ giúp cầu duy trì sự ổn định cục bộ mà còn bảo đảm ổn định tổng thể, cho phép cầu chịu được các tác động bên ngoài một cách an toàn.
Chương 1 – Giới thiệu chung động của các tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê có thể xảy ra trong suốt thời gian tuổi thọ thiết kế của nó
Trạng thái giới hạn đặc biệt cần được xem xét để đảm bảo cầu vẫn an toàn và tồn tại trong các tình huống khắc nghiệt như động đất, lũ lớn, va chạm với tàu thủy hoặc xe cộ, cũng như trong điều kiện bị xói lở.
Ví dụ về thiết kế một phương án cầu
Dựa trên số liệu khảo sát, chúng ta có thể thu thập thông tin cơ bản về cấp sông, cao độ các mức nước, cao độ đáy sông, và khẩu độ thoát nước Các kỹ sư thiết kế sẽ lựa chọn giải pháp vượt sông phù hợp dựa trên điều kiện kinh tế và nhu cầu phát triển trong tương lai, nhưng cần đảm bảo nguyên tắc cơ bản rằng công trình cầu không được làm thu hẹp dòng chảy.
Ví dụ yêu cầu thiết kế một phương án cầu vượt sông có yêu cầu thông thuyền cấp V và khẩu độ thoát nước l0 = 90m
Tra bảng cấp sông ở trên ta có khổ thông thuyền là BxH = 25x5m
Phương án thiết kế vượt sông với số nhịp là n, ta có tổng chiều dài các nhịp cầu là
BT: Chiều rộng thân trụ (giả thiết trụ cầu giản đơn ta thường thiết kế là 1,5)
BM: Chiều rộng thân mố (giả thiết mố chữ U có chiều dày thân mố là 1m) Nếu thiết kế 3 nhịp cầu ta có: Lc = 90 + (3-1).1,5 + 2.1 = 95m
Nếu thiết kế 3 nhịp bằng nhau ta có chiều dài mỗi nhịp là: Ln = 95/3 = 31,7m
Kiểm tra: Ln > Btt + BT = 25 + 1,5 = 26,5 => Đạt
Nếu thiết kế 4 nhịp cầu thì Ln = 24,1m < 26,5m => Không đạt.
Hình 1.11 - Thiết kế 1 phương án cầu
[1] GS.TS.Lê Đình Tâm – Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô, Tập 1, Nhà xuất bản xây dựng
[2] Tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017
Câu 1: Trình bày tác dụng các bộ phận của công trình cầu, ký hiệu, tên gọi các kích thước cơ bản của công trình cầu
Câu 2: Trình bày nội dung của các phương pháp phân loại cầu
Câu 3: Trình bày những yêu cầu cơ bản của công trình cầu và những phương hướng chủ yếu về sự phát triển của ngành cầu ở Việt Nam
Câu 4: Tiêu chuẩn thiết kế cầu ở nước ta là gì? Phân biệt khái niệm TCN và TCVN?
Câu 5: Triết lý thiết kế cầu là gì? Viết và giải thích phương trình cơ bản trong nguyên lý thiết kế cầu theo trạng thái giới hạn?
Câu 6: Phân biệt các trạng thái giới hạn trong thiết kế cầu?
Câu 7: Thiết kế phương án cầu là làm việc gì? Hãy thử đặt giả thiết và lập một phương án cầu vượt sông?
Chương 2 – Vật liệu trong cầu BTCT
- Nhớ được các loại vật liệu cơ bản sử dụng trong cầu bê tông cốt thép
- Hiểu các kiến thức cơ bản về những tính chất đặc thù của vật liệu, vận dụng linh hoạt trong thiết kế công trình thực tế
- Phân tích và lựa chọn được vật liệu chính cho việc thiết kế cầu bê tông cốt thép thỏa mãn các yêu cầu đề ra
2.1 Khái niệm chung bê tông cốt thép:
Bê tông là loại đá nhân tạo được tạo ra từ hỗn hợp xi măng, cát, đá và nước, với ưu điểm giá thành rẻ và khả năng chịu nén tốt sau khi đông cứng, mặc dù chịu kéo kém Cốt liệu trong bê tông được chia thành hai loại: cốt liệu nhỏ (cát) có kích thước từ 1-5mm và cốt liệu lớn (sỏi hoặc đá dăm) có kích thước từ 5-40mm Xi măng, kết hợp với nước hoặc các chất dẻo khác, đóng vai trò là chất kết dính, trong khi phụ gia được sử dụng để cải thiện các tính chất của bê tông trong quá trình thi công và sử dụng Nguyên lý tạo bê tông là sử dụng cốt liệu lớn làm bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy khoảng trống, và chất kết dính liên kết chúng thành một thể đặc chắc, có khả năng chịu lực và chống biến dạng.
Cốt thép là một sản phẩm công nghiệp đặc thù, nổi bật với khả năng chịu kéo và nén tốt, nhưng giá thành khá cao Tuy nhiên, một nhược điểm lớn của thép là dễ bị ăn mòn khi tiếp xúc với môi trường không khí.
Bê tông cốt thép là vật liệu kết hợp giữa bê tông và cốt thép, mang lại khả năng chịu lực tốt và chi phí hợp lý Vật liệu này tối ưu hóa ưu điểm của cả bê tông và cốt thép, đồng thời giảm thiểu nhược điểm của từng loại.
• Bê tông bao bọc cốt thép không cho tiếp xúc với môi trường tạo điều kiện chống gỉ cho cốt thép
• Thép làm bộ khung và hạn chế nứt trong bê tông, …
2.2.1 Yêu cầu chung về bê tông:
- Người ta phân loại bê tông theo một số tiêu chuẩn Tiêu chuẩn cơ bản nhất là cường độ nén sau 28 ngày, ký hiệu là f’c
Bê tông được phân loại thành hai loại chính: Bê tông loại A và Bê tông loại B Bê tông loại A được sử dụng cho mọi kết cấu, đặc biệt hiệu quả trong môi trường nước mặn, nhờ vào phụ gia tạo bọt (AE) giúp tăng độ bền và giảm hiện tượng mao dẫn, bảo vệ cốt thép Trong khi đó, bê tông loại B thường được áp dụng cho các công trình như móng, cọc lớn, tường trọng lực và mố trụ nặng.
Chương 2 – Vật liệu trong cầu BTCT c Bê tông loại C: thường dùng cho kết cấu có tiết diện mỏng (có chiều dày < 100mm) như lan can, sàn lưới thép… d Bê tông loại P: dùng khi cường độ yêu cầu f’c ≥ 28 Mpa Đối với bê tông dự ứng lực, cần phải hạn chế kích thước cốt liệu danh định dưới 20mm e Bê tông loại S: dùng bịt nước tường vây, đê bao…
- Theo quy định của TCVN11823-2017 (viện dẫn từ ASSHTO LRFD):
Với bê tông loại A, A(AE), và P dùng ở trong và trên nước mặn thì tỉ lệ N/X≤0,45
Lượng xi măng Pooc lăng trong hỗn hợp bê tông không được vượt quá 475kg/m3, nhằm đảm bảo tỉ lệ nước/xi măng chuẩn và hạn chế lượng nước Đối với bê tông tính năng cao, lượng xi măng Pooc lăng có thể tối đa lên đến 593kg/m3.
Không dùng bê tông có f’c ≤ 16 MPa cho mọi loại kết cấu
Bê tông có cường độ nén lớn hơn 70 MPa chỉ được sử dụng khi có các thí nghiệm vật lý xác định mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và các đặc tính khác của vật liệu.
Cường độ bê tông dầm ƯST và bản mặt cầu ≥ 28 MPa
- Chất lượng bê tông phải đảm bảo các yêu cầu:
Dính kết tốt với cốt thép
Độ chặt (đặc sít) đồng đều bảo vệ được cốt thép không bị môi trường xâm thực, ăn mòn
Đủ cường độ thiết kế và cường độ đồng đều
Ví dụ quy định về bê tông cho một dự án:
C40 40 Dầm đơn giản BTCT DƯL tiết diện chữ T, I
Bản mặt cầu, dầm ngang, gờ lan can, bản quá độ Cọc đóng BTCT Cọc khoan nhồi
C10 10 Bê tông tạo phẳng đáy móng
2.2.2 Bê tông chất lượng cao:
Để đáp ứng nhu cầu phát triển trong xây dựng, việc cải thiện tính năng của bê tông là rất quan trọng Người ta đã áp dụng các công nghệ mới, chất phụ gia và hỗ trợ công nghệ để nâng cao cấu trúc và thành phần bê tông Hiện nay, có 5 loại bê tông chất lượng cao thường được sử dụng trong ngành xây dựng.
Bê tông cường độ cao siêu dẻo là loại bê tông được chế tạo từ cốt liệu, ximăng truyền thống và phụ gia siêu dẻo, với tỷ lệ nước/xi măng (N/X) khoảng 0,35-0,40 Loại bê tông này có độ sụt từ 15 đến 20 cm và khả năng duy trì độ sụt trong ít nhất 60 phút Cường độ của bê tông có thể đạt tới 70 MPa, mang lại hiệu suất vượt trội cho các công trình xây dựng.
Chương 2 – Vật liệu trong cầu BTCT có cường độ sớm (R7 = 0,85 R28) Đây là loại bê tông được sử dụng chủ yếu trong các kết cấu cầu đường ở Việt Nam
Bê tông chất lượng cao (HPC) sử dụng N/X gần 0,25 và phụ gia siêu mịn như tro nhẹ hoặc muội silic siêu mịn, mang lại cường độ chịu nén lên đến 80 hoặc 100 MPa Loại bê tông này có đặc tính vật lý và cơ học vượt trội, đảm bảo độ bền cao và tuổi thọ khai thác lên đến 100 năm.
Bê tông siêu nhẹ: có cường độ tương tự như bê tông thường, khối lượng đơn vị thấp đến 0,8 g/cm 3
Bê tông tự đầm là loại bê tông có thành phần cốt liệu lớn ít, tăng cường các chất bột và sử dụng phụ gia siêu dẻo đặc biệt, cho phép bê tông tự đầm mà không cần thiết bị đầm trong quá trình thi công Loại bê tông này rất phù hợp cho các công trình lớn với khối lượng từ 20.000 m³ trở lên, giúp tiết kiệm nhân công, thời gian và giảm tiếng ồn.
Bê tông cốt sợi: trong thành phần có thêm sợi (kim loại, polyme, các sợi khác)
Bê tông cốt sợi cải thiện độ dẻo của bê tông, tăng cường khả năng chống nứt cho bê tông ở trạng thái mềm và trạng thái chịu lực
Bê tông UHPC, phát triển từ những năm 70, đã được nghiên cứu tại các trường đại học và viện nghiên cứu ở Việt Nam từ năm 2000 Tuy nhiên, loại bê tông này vẫn chưa có tiêu chuẩn thi công riêng và chưa được áp dụng rộng rãi trong nước.
- Thành phần cấu tạo của bê tông tính năng siêu cao UHPC thông thường gồm:
- Một số tính chất của bê tông chất lượng cao:
Cường độ chịu nén cao, cường độ chịu kéo tăng
Mô đun đàn hồi cao, cường độ ban đầu cao
Độ rỗng nhỏ, co ngót nhỏ hoặc không co ngót
Từ biến nhỏ, hệ số từ biến = 0.8‐1.0 (trong khi đối với bê tông thường, hệ số từ biến = 2.5‐3.0) Nhanh chóng đạt được mức độ từ biến cuối cùng
Chương 2 – Vật liệu trong cầu BTCT
Phá hoại do xung kích của bê tông chất lượng cao tốt hơn bê tông thường, do bê tông đặc sít nên ít bị phá hoại
Sự dính kết của cốt liệu‐xi măng‐thép tốt hơn bê tông thường
Dễ tạo hình, đầm chặt mà không bị phân tầng
Độ ổn định thể tích cao
2.2.3 Cường độ và đặc trưng cơ lý của bê tông:
Cường độ chịu nén (f’c) là chỉ số thể hiện sức chịu đựng nén của bê tông, được xác định từ mẫu thử tiêu chuẩn hình trụ tròn có đường kính 150mm và chiều cao 300mm Mẫu thử này cần được bảo dưỡng trong vòng 28 ngày sau khi đúc để đảm bảo độ chính xác trong kết quả đo lường.
Ví dụ: Bê tông cấp 30 là loại bê tông có cường độ chịu nén f’c = 30MPa với mẫu thử tiêu chuẩn bảo dưỡng trong 28 ngày, xác xuất 0,95
Cường độ chịu nén của bê tông tăng theo thời gian và phụ thuộc vào loại xi măng cũng như điều kiện bảo dưỡng Theo nghiên cứu của Branson (1977), cường độ bê tông được tính toán dựa trên các yếu tố này.
f’c là cường độ nén 28 ngày;
α là hệ số phụ thuộc vào xi măng và phương pháp bảo dưỡng;
β là hệ số phụ thuộc vào trị số α (tham khảo bảng sau)
Loại xi măng và điều kiện bảo dưỡng Hệ số α Hệ số β
Xi măng loại I ; bảo dưỡng ẩm 4 0,85
Xi măng loại III ; bảo dưỡng ẩm 2,3 0,92
Xi măng loại I ; bảo dưỡng hơi nước 1 0,95
Xi măng loại III ; bảo dưỡng hơi nước 0,7 0,98
- Cường độ chịu kéo của bê tông:
Hình 2.1- Thí nghiệm nén mẫu bê tông a, Sơ đồ nén mẫu; b, mẫu phá hoại có kiềm chế; c, mẫu phá hoại không kiểm chế
Chương 2 – Vật liệu trong cầu BTCT
Khi không có số liệu thí nghiệm, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông (fr, MPa) có thể được xác định như sau:
Bê tông tỷ trọng trung bình: f = 0,63 f′
Bê tông cát có tỷ trọng thấp: f = 0,52 f′
Bê tông tỷ trọng thấp các loại: f = 0,45 f′
Khi tiến hành thí nghiệm, cường độ chịu kéo của bê tông có thể được xác định qua hai phương pháp: đo trực tiếp (a => fcr) và đo gián tiếp (b => fr và c => fsp) Phương pháp kéo trực tiếp ít được áp dụng do yêu cầu thiết bị chuyên dụng Công thức tính cường độ kéo là f = P.
A =P bh b Kéo khi uốn: c Kéo khi ép chẻ:
- Hiểu vai trò của tải trọng, hệ số tải trọng và các trạng thái giới hạn trong thiết kế công trình cầu BTCT
- Vận dụng được các loại tải trọng, các giả thiết, giá trị độ lớn vào bài toàn thiết kế cầu
- Phân tích được các hệ số tải trong trong từng trường hợp cụ thể khi thiết kế cầu BTCT
- Tổng hợp được các trạng thái giới hạn trong việc kiểm toán thiết kế công trình cầu
Nhận định đúng đắn về tải trọng là nền tảng cơ bản để thiết kế được một công trình cầu
Thiết kế là một quá trình lặp lại, trong đó việc tạo ra kích cỡ cấu kiện để chịu tải và điều chỉnh chúng dựa trên tải trọng là rất quan trọng Đầu tiên, cần xây dựng một kết cấu cân xứng dựa trên kinh nghiệm, sau đó điều chỉnh để phù hợp với khả năng chịu tải thực tế và hình học kiến trúc của công trình cầu.
Chương học này cung cấp thông tin về các loại tải trọng tác dụng lên công trình cầu theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN11823-2017, dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cầu ASSHTO 2012-2014 Cần lưu ý rằng không phải tất cả các loại tải trọng đều áp dụng cho mọi cầu, mà phải dựa vào từng trường hợp cụ thể Ví dụ, cầu thiết kế ở vùng không có động đất sẽ không xét đến tải trọng động đất, và cầu đi bộ sẽ không tính tải trọng xe tải Kỹ sư cần hiểu rõ đường đi của tải trọng, như mô tả trong hình 3.1, cho thấy cách trọng lượng xe tải được phân bổ qua các trục xe và truyền xuống bề mặt cầu, sau đó chuyển sang các sườn dầm hộp.
Hình 3.1-Tải trọng trục xe truyền lên bản mặt cầu
Tải trọng từ bản mặt cầu sẽ được truyền theo phương ngang đến các dầm hoặc sườn dầm, giúp truyền tải trọng dọc theo nhịp cầu giữa các trụ và mố Tiếp theo, tải trọng sẽ được phân bố ngang tại xà mũ trụ, chuyển đổi thành lực dọc truyền xuống thân mố trụ và được phân bố cho các cọc trong nền móng, từ đó truyền trực tiếp vào đất nền.
Chương 3 – Tải trọng và tổ hợp tải trọng
Hình 3.2- Hướng truyền của tải trọng xe tải trên cầu 3.2 Tải trọng:
Tải trọng được định nghĩa là các tác động gây ra trọng lượng, lực hoặc áp lực lên một kết cấu, dẫn đến sự hình thành nội lực trong các bộ phận của công trình.
Theo TCVN 11823-2017, trong thiết kế cầu bê tông cốt thép (BTCT), tải trọng được phân thành hai loại chính: tải trọng thường xuyên và tải trọng nhất thời.
Tải trọng thường xuyên là những lực tác động liên tục, không thay đổi về phương, chiều và độ lớn trong suốt thời gian ảnh hưởng đến kết cấu của công trình cầu.
Ký hiệu Mô tả Ký hiệu Mô tả
CR Hiệu ứng lực do từ biến EL
Các hiệu ứng lực bị hãm tích lũy do phương pháp thi công bao gồm cả căng dự ứng lực trong thi công hẫng phần đoạn
DD Tải trọng kéo xuống (ma sát âm) ES Tải trọng đất chất them
DC Tải trọng bản thân kết cấu hoặc thiết bị phụ trợ phi kết cấu EV Áp lực thẳng đứng do tải trọng đất đắp
DW Tải trọng bản thân lớp phủ hoặc các tiện ích công cộng PS Hiệu ứng lực thứ cấp sau khi căng dự ứng lực
EH Tải trọng áp lực đất nằm ngang SH Hiệu ứng lực do co ngót
Tải trọng nhất thời là những lực tác động vào công trình cầu tại những thời điểm cụ thể, mang tính chất đột ngột với phương, chiều và độ lớn thay đổi trong suốt quá trình hoạt động.
Ký hiệu Mô tả Ký hiệu Mô tả
BR Lực hãm xe PL Tải trọng người đi
CE Lực li tâm SE Ứng lực do lún
CT Lực va xe BL Tải nổ
CV Lực va tàu thủy TG Ứng lực do gradient nhiệt độ
EQ Tải trọng động đất TU Ứng lực do chuyển đổi nhiệt độ đều
FR Lực ma sát WA Tải trọng nước và dòng chảy
IM Lực xung kích WL Tải trọng gió trên hoạt tải
LL Hoạt tải xe WS Tải trọng gió trên kết cấu
LS Hoạt tải chất thêm
Chương 3 – Tải trọng và tổ hợp tải trọng
Công trình cầu phải chịu nhiều loại tải trọng khác nhau, do đó, khi thiết kế từng bộ phận, cần căn cứ vào tính chất chịu lực của chúng mà không thể liệt kê tất cả các tải trọng tác động Các tải trọng này được quy định theo quy trình thiết kế và có thể được phân loại chi tiết theo phương tác dụng.
Tải trọng thẳng đứng gồm: Tải trọng cố định (gọi tắt là tĩnh tải, tải trọng tác dụng thường xuyên) và hoạt tải (tải trọng di động)
Tải trọng nằm ngang bao gồm: Lực gió, lực ly tâm, lực hãm, áp lực đất, (tải trọng nhất thời)
Ngoài tải trọng thẳng đứng và nằm ngang, các yếu tố như tác động xung kích và lắc ngang từ hoạt tải trên cầu, sự thay đổi nhiệt độ, co ngót và từ biến của bê tông, cũng như ảnh hưởng của động đất đều có tác động đáng kể đến tính chất chịu lực của công trình.
Khi thiếu thí nghiệm hoặc số liệu cân đong chính xác, kỹ sư có thể tham khảo khối lượng của một số loại vật liệu phổ biến theo quy định trong TCVN 11823-2017.
Vật liệu Khối lượng riêng
Lớp phủ bê tông asphalt 2.250
Xỉ than 960 Đất đầm chặt loại cát, bụi, sét 1.925
Bê tông thường với f’c ≤ 35MPa 2.320
Bê tông thường với 35 < f’c ≤ 105MPa 2.240+2,29f’c Đất xốp loại cát, bụi, đá sỏi 1.600
Sỏi cuội, Ma ca đam hoặc ba lát 2.250
Hạng mục Khối lượng trên đơn vị chiều dài (kg/mm) Ray, nối, cóc hãm cho mỗi đường ray 0,30
Chương 3 – Tải trọng và tổ hợp tải trọng 3.2.1 Tải trọng thường xuyên: a Tĩnh tải DC :
Tĩnh tải là trọng lượng bản thân kết cấu được xác định dựa trên kích thước hình học cấu kiện và khối lượng riêng của vật liệu
Ví dụ: Một công trình cầu có mặt cắt ngang như hình vẽ Hình 3.3 dưới đây:
Hình 3.3- mặt cắt ngang điển hình một kết cấu nhịp
Theo ví dụ trên ta có tĩnh tải DC gồm: trọng lượng dầm chủ + dầm ngang + bản mặt cầu + tấm ván khuôn vĩnh cửu
Để tính toán trọng lượng dầm chủ, ta sử dụng diện tích mặt cắt ngang trung bình là 0,62m² và chiều dài dầm 33m Từ đó, thể tích bê tông dầm chủ được tính là 0,62*33 = 20,46m³ Với cường độ bê tông f’c = 40MPa, trọng lượng của dầm chủ sẽ là DCdầm chủ = 20,46*2.331,6 ≈ 47.704,5kg, tương đương khoảng 47,7 tấn.
Các thành phần của tải trọng tĩnh tương tự như dầm chủ được cộng lại để tính tổng tải trọng tĩnh DC tác động lên kết cấu nhịp cầu thiết kế Tĩnh tải DW cũng cần được xem xét trong quá trình tính toán.
Tĩnh tải DW, hay còn gọi là tĩnh tải giai đoạn 2, là trọng lượng của các lớp phủ mặt cầu cùng với trọng lượng các cấu kiện khác trên cầu Nói một cách đơn giản, tĩnh tải giai đoạn 2 bao gồm toàn bộ trọng lượng của các kết cấu và cấu kiện phi kết cấu được lắp đặt lên cầu đã hoàn thiện về mặt chịu lực, nhằm phục vụ cho việc khai thác công trình cầu.
Như ví dụ trên hình 3.3 thì tĩnh tải DW gồm: trọng lượng bê tông nhựa + lớp mui luyện + lớp phòng nước + vạch sơn + lan can
Tính trọng lượng lớp bê tông nhựa: Lớp BTN thiết kế dày 5cm, rộng 10m, dài 33m Như vậy theo bảng 3.1 trên ta có: DWBTN = 0,05*10*33*2.250 = 37.125kg 37,13 tấn
Các thành phần tương tự như BTN được cộng lại để tính tổng tĩnh tải DW tác động lên nhịp cầu thiết kế Bên cạnh đó, tải trọng kéo xuống DD cũng cần được xem xét.
Tải trọng kéo xuống, hay còn gọi là hiện tượng ma sát âm, là loại tải trọng ảnh hưởng đến cọc trong móng mố trụ cầu Hiện tượng này xảy ra do quá trình khai thác công trình, dẫn đến việc nền đất có thể bị lún.
- Nhớ được các đặc điểm và sơ đồ thiết kế cầu bản
- Hiểu cấu tạo cầu bản, phạm vi áp dụng, ưu nhược điểm của loại kết cấu này
- Vận dụng để lựa chọn kết cấu phù hợp trong thực tế
- Hiểu nguyên lý tính toán, áp dụng được các quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cầu để thiết kế công trình thực tế
4.1 Đặc điểm cầu bản bê tông cốt thép: Đặc điểm chính của cầu bản: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp có dạng tấm đặc hoặc rỗng
Cấu tạo đơn giản, thi công dễ, có thể đúc tại chỗ hoặc lắp ghép, bán lắp ghép
Bản lắp ghép có trọng lượng nhỏ dễ lao lắp
Chiều cao kiến trúc nhỏ tiết kiệm đất đắp đầu cầu, sử dụng tốt cho cầu cạn
Chiều dài nhịp không lớn vì khi nhịp lớn trọng lượng kết cấu nặng, sử dụng vật liệu không hợp lý do đó không kinh tế
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: bản đặc, bản rỗng…
Theo tính chất làm việc: vượt nút giao thông, vượt suối, cầu cạn…
Theo sơ đồ kết cấu: đơn giản, mút thừa, liên tục
Phạm vi sử dụng của cầu rất phù hợp cho các loại cầu vượt qua nút giao thông, cầu cạn và cầu ở vùng núi Thường được áp dụng khi chiều dài nhịp cầu nằm trong khoảng nhất định.
L = 2 ÷ 9m: áp dụng cầu bản bê tông cốt thép thường
L = 10 ÷ 24m: áp dụng cầu bản bê tông cốt thép ứng suất trước
4.2 Các sơ đồ thiết kế cầu bản:
4.2.1 Cầu bản mố nặng: Đây là dạng sơ đồ cầu bản xuất hiện rất sớm, để vượt qua khe hoặc đường bộ người ta thiết kế dạng mố nặng để chịu áp lực đất nền, hoặc đúc liền khối dạng chữ U để ngăn đất, phía
Chương 4 – Cầu bản bê tông cốt thép trên gác dầm bản nhịp nhỏ để các phương tiện lưu thông Loại kết cấu này đơn giản, dễ thi công, ổn định chống lật tốt song khối lượng vật liệu làm mố lớn, vượt nhịp nhỏ, không kinh tế
Do đó, ngày nay ít sử dụng
Hình 4.1 – Cầu bản mố nặng, a Mố rời; b Mố liền
Vào những năm 1960, cầu bản một nhịp với cấu trúc khung bốn khớp đã được phát triển Cầu này bao gồm một kết cấu bản đặt trên hai mố tường mỏng bằng bê tông, có độ dày khoảng 1/6 – 1/7,5 chiều cao Mố có kết cấu nhẹ, làm việc theo sơ đồ kê trên hai gối tựa, giúp tiết kiệm vật liệu Tuy nhiên, với trọng lượng nhẹ, nó có thể không đủ khả năng chịu lực đẩy ngang từ áp lực đất Để khắc phục tình trạng này, dưới móng được bố trí các thanh chống bê tông cốt thép cách nhau 4 – 5m nhằm cân bằng áp lực đất và đảm bảo chống trượt Trên đỉnh mố, chốt được bố trí để truyền áp lực ngang vào dầm, khiến cho mố hoạt động như một dầm đơn giản với nhịp bằng chiều cao từ chốt đến thanh chống ngang Ngoài ra, kết cấu cầu bản 4 khớp cũng có thể được sử dụng như một cống nếu đất đắp trên mặt bản dày hơn 600mm.
Hình 4.2 – Cầu bản mố nhẹ 4 khớp
Do cấu tạo dạng 4 khớp nên sơ đồ tính của hệ như sau:
Hình 4.3 – Sơ đồ tính cầu bản mố nhẹ
Cầu bản bốn khớp chỉ hoạt động khi đã hoàn thiện các khớp, vì vậy trong quá trình thi công, cần chú ý chỉ được đắp đất đầu cầu sau khi đã lắp đặt các thanh chống bên dưới và chốt bên trên Nếu kết cấu bản chưa hoàn thành mà cần đắp đất, có thể sử dụng các thanh chống tạm.
Chương 4 – Cầu bản bê tông cốt thép 4.2.3 Cầu bản dạng mút thừa:
Kết cấu này tiết kiệm vật liệu hơn so với cầu bản đơn giản, cho phép kê hai đầu dầm trực tiếp lên đất mà không cần xây mố, giúp tránh áp lực đất lên mố Tuy nhiên, lực xung kích tại đầu công xon lớn có thể gây hư hại cho nền đường đầu cầu.
Hình 4.4 – Cầu dầm bản dạng mút thừa
4.2.4 Cầu dầm bản liên tục:
Sơ đồ kết cấu này tiết kiệm vật liệu hơn cầu bản đơn giản và khắc phục nhược điểm của cầu bản mút thừa Tuy nhiên, việc thi công khó khăn, định hình kết cấu phức tạp và khả năng vượt nhịp bị hạn chế (L 8÷10 và diện tích tổng cộng của lỗ rỗng nhỏ hơn 1/2 diện tích mặt cắt ngang.
Khi chiều dài nhịp L từ 30 đến 40 mét, việc giữ chiều cao không đổi dọc theo chiều dài nhịp là không hợp lý Trong trường hợp này, cần thiết phải thay đổi chiều cao một cách đồng đều (Hình 2.9) Trụ thường được sử dụng là cột được ngàm với kết cấu nhịp và móng.
Kết cấu nhịp hình nấm cho phép giảm chiều cao giữa nhịp xuống còn h ≤ (1/30÷1/50)L, với H = (2÷5)h, khi ngàm đường kính cột từ 3 đến 4 mét theo phương dọc Ngoài ra, khoảng cách giữa các khe biến dạng không nên vượt quá 50 đến 60 mét.
Hình 4.8 – Cầu dầm bản có chiều cao thay đổi cả hai phương
Chương 4 – Cầu bản bê tông cốt thép
Cấu trúc cốt thép trong nhịp cầu bản được bố trí trên các trụ dạng cột, như minh họa trong hình 4.9 Trong đó, D đại diện cho lưới dưới và T đại diện cho lưới trên.
Cấu trúc cốt thép của cầu dầm bản trên các trụ cột có sự khác biệt rõ rệt giữa cầu cong và cầu thẳng Đối với cầu cong, do yêu cầu về tính chất làm việc, việc bố trí cốt thép trở nên phức tạp hơn Hình 4.10 minh họa cách bố trí cốt thép thường trong cầu bản cong được hỗ trợ bởi các trụ cột.
NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
- Hiểu biết cơ bản để phân biệt được kết cấu cầu dầm so với các loại kết cấu khác
- Phân tích được cấu tạo của cầu dầm BTCT thường và BTCT dự ứng lực
- Vận dụng các bước phân tích, các yêu cầu tính toán trong việc thiết kế một dầm cầu BTCT
- Phân tích các vấn đề chính trong thiết kế, tính toán cầu dầm BTCT, có thể vận dụng sáng tạo trong công việc thực tế
5.1 Khái niệm về cầu dầm BTCT: Đối với cầu bản khi chiều dài nhịp tăng thì mô men do tĩnh tải tăng lên nhanh chóng, trọng lượng bản thân tăng dẫn đến không tiết kiệm được vật liệu, không kinh tế nên người ta chuyển sang làm cầu dầm Cầu dầm được áp dụng do việc giảm chi phí của kết cấu bản BTCT bằng việc loại bỏ phần bê tông trong vùng chịu kéo và tập trung cốt thép trong sườn dầm Khi chịu uốn một phần sườn và bản mặt cầu chịu nén Cốt thép tiếp nhận toàn bộ ứng suất kéo, chiều rộng sườn dầm được thu nhỏ đủ để bố trí cốt thép và chịu lực cắt vì vậy tiết diện chịu lực hợp lý hơn về mặt vật liệu Nếu bố trí cốt thép không đủ có thể làm bầu dầm Đặc điểm của cầu dầm BTCT có thể thấy rõ những điểm sau:
Chịu lực hợp lý hơn cầu bản do đó vượt được nhịp lớn hơn
Chịu mô men một dấu bố trí cốt thép đơn giản
Dễ tiêu chuẩn hoá, định hình hoá cấu kiện
Thích hợp với kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép
Vận chuyển và lắp ráp tương đối thuận tiện thích hợp với cầu nhiều nhịp
Kích thước tiết diện sườn nhỏ hẹp, cốt thép dầy đặc đổ bê tông khó khăn
Vận chuyển dầm cầu dạng chữ T & I kém ổn định (so với cầu bản)
Chiều cao kiến trúc lớn
Vượt nhịp nhỏ, cầu nhiều trụ
Bê tông cốt thép thường bị nứt làm hạn chế khả năng sử dụng và giảm độ bền vững công trình
Chương 5 – Nguyên lý cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép
5.2 Cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép đổ tại chỗ:
Cầu dầm bê tông cốt thép đổ tại chỗ có các bộ phận chính trong tiết diện ngang gồm 2 dạng:
Bản mặt cầu, dầm chủ và dầm ngang
Bản mặt cầu, dầm chủ, dầm ngang và dầm dọc phụ
Hình 5.1- Mặt cắt ngang cầu dầm đổ tại chỗ a MCN có dầm dọc phụ; b MCN không có dầm dọc phụ; c,d MCN khổ cầu lớn
1 Dầm chủ; 2 Dầm dọc phụ; 3 Dầm ngang
Nguyên tắc thiết kế tiết diện ngang cầu dầm xe chạy là tối ưu hóa cường độ vật liệu Trong cầu dầm đơn giản, bản mặt cầu được đặt trên cùng để làm mặt đường, hoạt động chủ yếu theo phương ngang và dọc, với biên trên chịu nén và thớ dưới chịu kéo Cốt thép dọc được bố trí gọn trong vách hoặc bầu dầm, giúp tăng cường khả năng chịu lực Việc sử dụng bê tông chịu nén hiệu quả và thiết kế vách dầm mỏng sẽ mang lại tính kinh tế cho kết cấu Tuy nhiên, độ dày tối thiểu của vách dầm phải đảm bảo chịu ứng suất chính nén, ứng suất cắt, bảo vệ cốt thép và thuận lợi cho quá trình thi công, với kinh nghiệm cho thấy độ dày không nên nhỏ hơn 200mm.
Kết cấu này thường được áp dụng cho các cầu có chiều dài nhịp dưới 22m, đặc biệt ở những khu vực khó khăn như miền núi Ưu điểm nổi bật của nó là tính đơn giản và dễ thi công, không cần thiết bị đặc biệt.
Chương 5 – Nguyên lý cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép nhiều đà giáo, ván khuôn, cản trở dòng chảy hoặc thông thuyền, tiến độ thi công chậm Do đó, loại kết cấu này ít được sử dụng ngày nay
Bản mặt cầu được thiết kế với chiều rộng tối thiểu 3600mm cho một làn xe, trong khi đó, nếu thiết kế cho hai làn xe, chiều rộng cần đạt từ 6000mm đến 9000mm Đối với các cầu nhiều làn xe, chiều rộng sẽ lớn hơn để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong khai thác công trình.
Khi thiết kế cầu, nếu khoảng cách giữa hai dầm chủ từ 2-3m, không cần thiết phải có dầm dọc phụ Tuy nhiên, nếu khoảng cách này từ 5-6m, việc thiết kế dầm dọc phụ là bắt buộc Lúc này, bản mặt cầu sẽ được tính toán dựa trên các sơ đồ cụ thể.
Nếu L1/L2 ≥ 2 sử dụng sơ đồ bản kê hai cạnh với chiều dày bản hb ≥ 1/25L2
Nếu L1/L2 < 2 sử dụng sơ đồ bản kê bốn cạnh với chiều dày bản hb ≥ 1/30L2
Trong mọi trường hợp, chiều dày tối thiểu của hố bể là 175mm theo quy định tại mục 7.1.1, phần 9, TCVN Kích thước mặt cầu được xác định bởi L1 và L2, tương ứng với phương dọc và ngang cầu (xem hình 5.1).
Dầm chủ là bộ phận chịu lực chính của cầu, được đặt trên các gối cầu ở trụ và mố Số lượng dầm chủ được thiết kế tối thiểu nhằm giảm khối lượng ván khuôn đổ tại chỗ, và số lượng cụ thể phụ thuộc vào kích thước của cầu.
Khi mặt cắt ngang gồm 2 dầm chủ, khoảng cách giữa chúng bằng 0,55 - 0,6 chiều rộng toàn bộ cầu (khổ 7 hoặc khổ 8 khoảng cách sẽ là 5-6m)
Chiều rộng sườn dầm: b = (1/6 - 1/7)h đủ để bố trí cốt thép và chịu lực cắt
Dầm ngang liên kết các dầm chủ theo phương ngang cầu, tăng cường hiệu suất làm việc của bản mặt cầu, nâng cao độ cứng và phân phối tải trọng giữa các dầm chủ.
Khoảng cách giữa các dầm ngang: 4-6m thường có ít nhất một dầm ở giữa nhịp và hai dầm ngang ở vị trí gối cầu
Chiều rộng dầm ngang: bng = 15-20cm
5.2.5 Dầm dọc phụ: Để đảm bảo chiều dày kinh tế của bản mặt cầu khi chịu uốn theo một phương thì chiều dài nhịp của bản trong khoảng 2-3m Do đó, khi khoảng cách giữa các dầm chủ lớn nên đặt các dầm dọc phụ Kích thước dầm dọc phụ thường chọn như sau:
Chương 5 – Nguyên lý cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép
5.3 Cấu tạo dầm bê tông cốt thép lắp ghép:
Kết cấu nhịp được phân chia thành các khối, được sản xuất trước tại nhà máy hoặc bãi đúc tại công trường Sau khi hoàn tất, các khối này được vận chuyển và lắp ráp lại với nhau thông qua các mối nối Kết cấu lắp ghép sở hữu những đặc điểm nổi bật.
Có thể tập trung chế tạo ở nhà máy, công xưởng áp dụng các biện pháp cơ giới hóa chất lượng tốt, năng suất cao
Thi công nhanh, giảm khối lượng thi công trên công trường
Tiết kiệm được vật liệu làm ván khuôn
Không phải làm giàn giáo
Phải có phương tiện vận chuyển và lao lắp
Nhiều mối nối cấu tạo thi công phức tạp, chịu lực bất lợi
Tính làm việc không gian kém so với toàn khối
- Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rất rộng rãi cho nhịp nhỏ, nhịp trung bình
Hình 5.2 minh họa kết cấu dầm bê tông cốt thép (BTCT) lắp ghép, bao gồm các phương lắp ghép theo chiều dọc và chiều ngang Cấu trúc hoàn chỉnh của dầm bao gồm bản mặt cầu dọc, dầm chủ và bản mặt cầu ngang.
5.3.2 Một số loại mặt cắt ngang phổ biến hiện nay:
Mặt cắt chữ như trong hình 5.3a, b, c có ưu điểm vượt trội về độ cứng chống xoắn và sự ổn định trong quá trình lắp đặt cũng như vận chuyển Tuy nhiên, việc chế tạo loại mặt cắt này gặp khó khăn và phức tạp do yêu cầu về các góc, cạnh và cốt thép dày, đặc biệt khi chiều dài nhịp lớn sẽ dẫn đến việc tiêu tốn nhiều vật liệu.
Mặt cắt ngang dạng chữ T (Hình 5.3-d) là loại phổ biến trong xây dựng, đặc biệt khi kết nối ngang thành mạng dầm Loại mặt cắt này mang lại ưu điểm vượt trội về độ cứng theo phương ngang, giúp tăng cường khả năng làm việc của kết cấu.
Chương 5 – Nguyên lý cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép gian của kết cấu nhịp tốt, độ cứng chống xoắn tốt, tăng cường chịu lực của bản mặt cầu Tuy nhiên, loại này thi công phức tạp, khó tiêu chuẩn hóa
Hình 5.3- MCN dầm cầu BTCT lắp ghép phổ biến
