›
›

Bài giảng Công trình giao thông - Phần cầu

pdf 87 trang hapham 50
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công trình giao thông - Phần cầu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_cong_trinh_giao_thong_phan_cau.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công trình giao thông - Phần cầu

  1. BÀI GIẢNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG PHẦN CẦU Lưu hành nội bộ Tháng 01 – 2008
  2. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 1 - BÀI GIẢNG CTGT Phần : CƠNG TRÌNH CẦU ( Tái bản, cĩ chỉnh sửa lần thứ 7 ) 2005 - 2008 Người biên soạn : TS. LÊ BÁ KHÁNH Tp. Hồ Chí Minh, 02 - 2008
  3. Bài giảng CTGT phần cầu - 2 - Một số từ viết tắt BMC – bản mặt cầu BT – bê tơng BTCT – bê tơng cốt thép; GĐ – giản đơn; KCN – Kết cấu nhịp LBH – Lề bộ hành ƯST – ứng suất trước; PT – phương trình; PTHH – phần tử hữu hạn Tiêu chuẩn – Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 TTGH – trạng thái giới hạn;
  4. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 3 - 1 KHÁI NIỆM VỀ CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG Ơ-TƠ 6 1.1 Giới thiệu về cơng trình nhân tạo (CTNT) trên đường 6 1.1.1 Khái niệm về CTNT : 6 1.1.2 Cầu 6 1.1.3 Cống 6 1.1.4 Đường hầm 6 1.1.5 Đường tràn 6 1.1.6 Bến phà 7 1.1.7 Một số cơng trình nhân tạo trong thành phố 7 1.1.8 Một số cơng trình nhân tạo trên đường trong vùng núi 7 1.2 Các bộ phận cơ bản của cơng trình cầu 7 1.2.1 Các bộ phận cơ bản của cơng trình cầu 8 1.3 Chi tiết một số kết cấu của cầu 9 1.4 Phân loại cầu 13 1.4.1 Sơ đồ phân loại cầu 13 1.4.2 Phân loại theo sơ đồ kết cấu (tĩnh học) cĩ: 13 1.4.3 Phân loại theo đặc điểm riêng của cơng trình như: 13 1.4.4 Phân loại theo quy mơ cơng trình: 13 1.4.5 Theo tương quan giữa trục của hàng gối biên và trục dọc cầu 15 1.5 Lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu 15 1.5.1 Giới thiệu chung 15 1.5.2 Thời kỳ trước CN & La mã cổ đại 15 1.5.3 Thời kỳ Phục hưng và hậu Phục hưng (thế kỷ 14 – 16) 15 1.5.4 Thời kỳ cách mạng cơng nghiệp 15 1.5.5 Thời kỳ hiện đại 16 1.5.6 Lịch sử phát triển ngành cầu ở Việt nam 17 1.6 Một số phương hướng phát triển trong ngành xây dụng cầu 17 1.6.1 Về vật liệu 17 1.6.2 Về kết cấu 17 1.6.3 Về liên kết và ghép nối 17 1.6.4 Về cơng nghệ thi cơng 18 1.6.5 Về lý thuyết tính tốn thiết kế 18 1.6.6 Các nghiên cứu thực nghiệm 18 2 VẬT LIỆU LÀM CẦU 19 2.1 Bê tơng 19 2.2 Thép 19 2.3 Cốt thép 20 2.4 Bê tơng cốt thép 21 3 PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU 22 4 MỸ QUAN CẦU 23 5 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 24 6 KHÁI NIỆM THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO 28 6.1 Các định nghĩa 28 6.2 Triết lý thiết kế 28
  5. Bài giảng CTGT phần cầu - 4 - 6.2.1 Tổng quát 28 6.2.2 Các TTGH 29 7 THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ ĐẶC ĐIỂM VỊ TRÍ CẦU 31 7.1 Các định nghĩa 31 7.2 Các đặc trưng vị trí 31 7.3 Tiêu chuẩn hình học 31 7.3.1 Cấu tạo mặt đường 31 7.3.2 Kích thước sơ bộ của kết cấu 32 7.3.3 Trắc dọc của cơng trình cầu: 32 7.3.4 Kích thước theo phương dọc cầu 33 7.3.5 Tĩnh khơng 33 7.3.6 Các mức nước: 35 8 TẢI TRỌNG & HỆ SỐ TẢI TRỌNG 36 8.1 Các định nghĩa 36 8.2 Tải trọng tác dụng lên cầu 36 8.2.1 Hệ số tải trọng γp, γLL 36 8.2.2 Tải trọng thường xuyên 37 8.2.3 Tải trọng nhất thời 37 8.3 Hoạt tải xe 38 8.3.1 Số làn xe thiết kế 38 8.3.2 Hệ số làn xe, m 38 8.3.3 Hoạt tải xe ơtơ thiết kế 39 8.3.4 Lực xung kích: IM 42 9 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU 43 9.1 Các định nghĩa 43 9.2 Ký hiệu 44 9.3 Các phương pháp phân tích kết cấu được chấp nhận 44 9.4 Dầm chính 45 9.4.1 Phương pháp hệ số phân phối ngang (phân bố ngang). 45 9.4.2 Phân loại mặt cắt ngang KCN 46 9.4.3 Hệ số phân bố cho moment 46 9.4.4 Hệ số phân bố cho lực cắt 47 9.5 Dầm ngang 47 9.6 Bản mặt cầu 48 9.6.1 Tổng quát 48 9.6.2 Bề rộng của các dải tương đương bên trong 48 9.6.3 Bề rộng dải tương đương tại các mép của bản 49 9.6.4 Tính tốn các hiệu ứng lực 49 10 MỐ TRỤ CẦU 51 10.1 Khái niệm cơ bản về mố trụ cầu 51 10.2 Cấu tạo mố trụ cầu 51 10.2.1 Phân loại mố trụ cầu 51 10.2.2 Cấu tạo trụ cầu 51 10.2.3 Cấu tạo mố cầu 52 10.2.4 Nền mĩng mố trụ cầu 53
  6. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 5 - 10.3 Thiết kế mố trụ 53 10.3.1 Trình tự thiết kế mố trụ cầu thường phải qua những bước sau: 53 10.3.2 Kiểm tra lại các tiết diện theo các trạng thái giới hạn 54 11 CƠNG TRÌNH & PHƯƠNG TIỆN GIAO THƠNG TRONG ĐƠ THỊ 55 11.1 Khái niệm và mục tiêu xây dựng cơng trình giao thơng đơ thị 55 11.2 Cơng trình giao thơng đơ thị 55 11.2.1 Hầm chui cho phương tiện giao thơng và người đi bộ: 55 11.2.2 Cầu cạn 56 11.2.3 Nút giao thơng cùng mức 57 11.2.4 Nút giao thơng khác mức 58 11.3 Cơng trình bờ sơng 60 11.3.1 Cơng trình gia cố bờ sơng 60 11.3.2 Điểm ngắm cảnh ở bờ sơng 60 11.3.3 Phương pháp mở rộng đường bờ sơng 61 11.4 Bãi đỗ xe và bãi đáp cho máy bay trực thăng 61 11.4.1 Bãi đỗ xe 61 11.4.2 Bãi đáp cho máy bay trực thăng trong thành phố 62 11.5 Phương tiện giao thơng cơng cộng: 62 12 XÂY DỰNG CẦU 64 12.1 Xây dựng mĩng cọc đài cao 64 12.2 Vận chuyển dầm BTCT 65 12.3 Các phương pháp thi cơng KCN cầu BTCT 65 12.4 Lao lắp kết cấu nhịp cầu BTCT nhịp giản đơn 66 12.5 Lao lắp kết cấu nhịp cầu thép 67 13 PHỤ LỤC 68 13.1 Một số dạng dầm giản đơn 68 13.2 Vật liệu dùng trong xây dựng cầu 72 13.2.1 Cốt thép, thép hình 72 13.2.2 Thiết kế cấp phối BT 73 13.2.3 Tên một số loại kết cấu giàn 74 13.3 Phương pháp thi cơng cầu 74 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
  7. Bài giảng CTGT phần cầu - 6 - 1 KHÁI NIỆM VỀ CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG Ơ-TƠ 1.1 Giới thiệu về cơng trình nhân tạo (CTNT) trên đường 1.1.1 Khái niệm về CTNT : Là một kết cấu do con người xây dựng trên đường, cho phép vượt qua các chướng ngại vật, để đảm bảo giao thơng. Cơng trình nhân tạo bao gồm: Cầu, cống, hầm, bến phà, 1.1.2 Cầu Cầu: một kết cấu bất kỳ vượt qua phía trên chướng ngại vật, cĩ khẩu độ ≥ 6m, tạo thành một phần của tuyến đường (Hình 1-1). Hình 1-1 Cầu dầm giản đơn Hình 1-2 Cống thốt nước qua thân đường 1.1.3 Cống Cống: là cơng trình nằm trong nền đắp của tuyến đường nhằm giải quyết cho dịng chảy lưu thơng khi giao cắt với tuyến đường (Hình 1-2) 1.1.4 Đường hầm Đường hầm: cĩ nhiệm vụ như cầu nhưng được xây dựng trong lịng đất, trong nước hoặc xuyên qua núi (Hình 1-3). 1.1.5 Đường tràn Đường tràn: được xây dựng khi tuyến đường cắt ngang dịng chảy cĩ mức nước khơng lớn, lưu lượng cĩ thể thốt qua kết cấu thân đường. Hình 1-3 Hầm giao thơng đường sắt Một năm chỉ cĩ vài giờ hoặc vài ngày nước ngập và tràn qua mặt đường, song xe cộ vẫn qua lại được.
  8. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 7 - 1.1.6 Bến phà Bến phà: cơng trình để cho phương tiện giao thơng lên & xuống phà. 1.1.7 Một số cơng trình nhân tạo trong thành phố Hình 1-4 Một số cơng trình nhân tạo trong thành phố a) Hầm chui của nút giao thơng; b) Cầu vượt ở nút giao thơng; c) Cầu cạn; 1 – Cổng hầm; 2 – Trụ trung gian; 3 – Mố cầu; 4 – Kết cấu nhịp; 5 – Đường hầm. 1.1.8 Một số cơng trình nhân tạo trên đường trong vùng núi Hình 1-5 Một số cơng trình nhân tạo trên đường trong vùng núi a) mái che; b) bản console; c) viaduct ) Để cho cơng trình nhân tạo được hồn thành & phục vụ lâu dài cần phải: Khảo sát, Thiết kế, Xây dựng, Bảo dưỡng. 1.2 Các bộ phận cơ bản của cơng trình cầu Cơng trình cầu là một tổng thể bao gồm: phần cầu, đường đầu cầu, cơng trình gia cố bờ sơng, cơng trình hướng dịng, Các cơng trình giao thơng trên đường là những thành phần quan trọng phức tạp và tốn kém. Ở nơi địa hình bằng phẳng giá thành xây dựng chiếm 10 % giá thành xây dựng tuyến đường. Địa hình càng phức tạp (đồi, núi, nhiều sơng suối, ) giá thành sẽ tăng lên rất nhiều, đơi khi đạt đến 30 % giá thành xây dựng tuyến đường hay hơn.
  9. Bài giảng CTGT phần cầu - 8 - 1.2.1 Các bộ phận cơ bản của cơng trình cầu Chi tiết A Hình 1-6 Các bộ phận cơ bản của cơng trình cầu 1. Kết cấu nhịp; 2. Trụ; 3. Mố; 4. Mĩng. Chi tiết A, xem Hình 1-12 Kết cấu phần cầu gồm hai nhĩm : Kết cấu thượng tầng, Kết cấu hạ tầng. * Kết cấu thượng tầng: các thành phần nằm cao hơn cao độ gối cầu, gồm các thành phần sau: - Lan can, lề bộ hành, - Bản mặt cầu, lớp phủ mặt cầu, dải phân cách, khe co giãn, - Dầm chủ, dầm ngang (bản chắn ngang), - Hệ thống thốt nước, chiếu sáng ) Cĩ thể coi kết cấu thượng tầng như là kết cấu nhịp (KCN). KCN – kết cấu của cầu bao trùm khoảng khơng giữa các trụ (mố). KCN đỡ tồn bộ tải trọng lưu thơng trên cầu, truyền chúng xuống mố trụ. * Kết cấu hạ tầng: các thành phần nằm thấp hơn cao độ gối cầu, gồm các thành phần sau: - Mố trụ: Bộ phận kê đỡ kết cấu nhịp, tiếp nhận tồn bộ tải trọng của KCN và hoạt tải, truyền xuống nền đất qua kết cấu mĩng. Mố nằm ở hai đầu cầu, trụ được bố trí ở khoảng giữa 2 mố. - Mĩng cuả mố trụ. * Trong cơng trình cầu cịn cĩ thêm đường đầu cầu, cơng trình hướng dịng. Nhiệm vụ chính của bản là tạo mặt cầu xe chạy và truyền tải trọng lên các dầm. Lớp phủ mặt cầu : gồm nhiều lớp, cĩ tác dụng như là lớp hao mịn, chống thấm, tạo độ dốc ngang, tạo bằng phẳng cho mặt đường trên cầu.
  10. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 9 - 1.3 Chi tiết một số kết cấu của cầu Chi tiết B Hình 1-7 Trắc dọc của một cầu trên đường ơtơ Hình 1-8 Gối cầu và cách thức dầm Hình 1-9 Cấu tạo gối cao su kê lên trụ cầu (Chi tiết B) a) b) Hình 1-10 Kết cấu lan can & lề bộ hành của cầu trên đường ơtơ; a)Khi Vtt ≤ 70 km/h; b) Khi Vtt > 70 km/h
  11. Bài giảng CTGT phần cầu - 10 - a) b) Hình 1-11 Hình dạng dầm BTCT ứngsuất trước. a) dầm I; b) dầm T Hình 1-12 Khe co dãn cao su (Chi tiết A của Hình 1-6) Hình 1-13 Mặt cắt ngang của một cầu dầm thép – BTCT liên hợp 1 – Lan can; 2 – Bản mặt cầu; 3 – Dầm thép; 4 – Gối cầu; 5 – Sường tăng cường đứng; 6 – Hệ liên kết ngang; 7 – Trụ cầu
  12. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 11 - G – G TL 1:40 H – H TL 1:40 Hình 1-14 Bố trí chung kết cấu nhịp L = 32,2m
  13. Bài giảng CTGT phần cầu - 12 - Hình 1-15 Bố trí chung kết cấu nhịp L = 32,2m (tiếp theo)
  14. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 13 - 1.4 Phân loại cầu Cĩ nhiều cách khác nhau để phân loại cơng trình cầu 1.4.1 Sơ đồ phân loại cầu Phân loại cầu Theo mục Theo chướng đích sử Theo vật Theo ngại vật phải dụng: Theo vị trí liệu làm Theo sơ đồ phương vượt qua: - cầu đường đường xe kết cấu tĩnh học pháp xây - qua sông; bộ; chạy nhịp dựng - qua đường; - cầu đường v.v sắt; v.v Hình 1-16 Phân loại cầu 1.4.2 Phân loại theo sơ đồ kết cấu (tĩnh học) cĩ: + Hệ dầm: Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng kết cấu nhịp bị uốn và truyền áp lực thẳng đứng xuống mố trụ. Hệ thống cầu dầm bao gồm: dầm đơn giản, dầm liên tục, dầm mút thừa. + Hệ khung: Kết cấu nhịp và trụ liên kết cứng với nhau tạo thành khung, cùng tham gia chịu lực dưới dạng một kết cấu thống nhất. + Hệ vịm: Cầu vịm cĩ thể cĩ dạng vịm 3 khớp, hai khớp hoặc vịm khơng khớp. Đặc điểm của hệ vịm là tại vị trí chân vịm luơn xuất hiện thành phần phản lực theo phương nằm ngang (lực xơ). + Hệ liên hợp: Cầu liên hợp là loại cầu được kết hợp từ các hệ đơn giản hoặc hệ đơn giản được tăng cường các bộ phận chịu lực. Bằng cách đĩ người ta cĩ thể tạo ra những kết cấu chịu lực hợp lý và cĩ hiệu quả về các phương diện kinh tế – kỹ thuật, đặc biệt trong các trường hợp nhịp lớn. + Cầu treo (cầu dây parabol – dây võng, cầu dây văng): Cầu treo là loại kết cấu trong đĩ bộ phận chịu lực chính là dây làm việc chịu kéo. Dưới tác dụng của hoạt tải hệ dầm mặt cầu và dây cùng làm việc như một hệ liên hợp. 1.4.3 Phân loại theo đặc điểm riêng của cơng trình như: Cầu phao, cầu quay, 1.4.4 Phân loại theo quy mơ cơng trình: Cầu nhỏ (L ≤ 25m), cầu trung (L = 25 ÷ 100 m), cầu lớn (L > 100 m hoặc cĩ nhịp L ≥ 42 m), cầu vĩnh cửu, cầu bán vĩnh cửu
  15. Bài giảng CTGT phần cầu - 14 - Hình 1-17 Các sơ đồ của cầu a, b, c – Cầu dầm giản đơn, liên tục, mút thừa, d – cầu dàn, e – cầu khung; f, g – cầu vịm cĩ đường xe chạy trên và giữa; h – cầu liên hợp (dầm – vịm); i – cầu treo dây võng; k – cầu treo dây văng.
  16. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 15 - 1.4.5 Theo tương quan giữa trục của hàng gối biên và trục dọc cầu Hình 1-18 Cầu thẳng, cầu cong, cầu xéo 1.5 Lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu 1.5.1 Giới thiệu chung Cầu là cơng trình nhân tạo, vì vậy lịch sử phát triển của nĩ gắn liền với sự phát triển của xã hội. Vào thời kỳ khai sơ của lồi người, con người vượt qua các con suối, khe sâu nhờ những thân cây đổ, những dây leo . Sau đĩ họ bắt chước các hiện tượng trên để tạo ra các phương tiện vượt qua các dịng sơng, con suối, khe vực, . 1.5.2 Thời kỳ trước CN & La mã cổ đại Vật liệu chủ yếu để xây dựng cầu là đá và gỗ. Ở giai đoạn này đã cĩ các dạng cầu dầm, vịm, treo. 1.5.3 Thời kỳ Phục hưng và hậu Phục hưng (thế kỷ 14 – 16) Đây là thời kỳ khai sinh ra nền khoa học hiện đại và xây dựng lý thuyết tính tốn cơng trình (R. Hooke, I. Newton, J. Bernoulli, L. Euler, ) 1.5.4 Thời kỳ cách mạng cơng nghiệp Trong thời kỳ này gang, sắt thép được sử dụng như là vật liệu chính để xây dựng cầu.
  17. Bài giảng CTGT phần cầu - 16 - Hình 1-19 Cầu vịm gang qua sơng Severn (Anh) năm 1776 - 1779 1.5.5 Thời kỳ hiện đại - Beton cốt thép dự ứng lực và thép là những vật liệu xây dựng cầu được dùng phổ biến. - Nhiều cơng nghệ thi cơng hiện đại được phát minh. Năm 1940 ở Mỹ, cầu treo Tacoma nhịp 853m, mới hồn thành được 6 tháng đã bị sập bởi dao động cộng hưởng do giĩ. Đây là vụ tai nạn gây nhiều chú ý, giới chuyên mơn đã thu thập được nhiều số liệu liên quan, đặc biệt người ta đã quay phim được tồn bộ diễn biến của tai nạn. Vụ sập cầu Tacoma khơng làm các nhà xây dựng lảng tránh cầu treo mà ngược lại đã bổ sung cho ngành xây dựng cầu nhiều vấn đề cần hồn thiện. Hình 1-20 Phân tích dao động của Tacoma Narrow (ở thời điểm trước khi bị sập bởi dao động cộng hưởng do giĩ)
  18. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 17 - 1.5.6 Lịch sử phát triển ngành cầu ở Việt nam - Thời kỳ trước Cách mạng tháng 8 – 1945: Để phục vụ cho cơng cuộc khai thác thuộc địa, người Pháp đã xây dựng một mạng lưới đường giao thơng khá bài bản ở Việt nam. Cầu Long biên là một trong những niềm tự hào cuả ngành giao thơng cơng chánh Pháp. - Thời kỳ từ 1945 – 1975 và sau đĩ : Ngành cầu đường đã cĩ những cố gắng để vượt qua nhiều khĩ khăn. - Thời kỳ từ sau 1992: đây là thời kỳ phát triển thực sự cuả ngành cầu đường Việt nam, chúng ta học tập được các cơng nghệ xây dựng cầu tiên tiến cuả thế giới. 1.6 Một số phương hướng phát triển trong ngành xây dụng cầu Cho đến nay ngành xây dựng cầu đã đạt được những thành tựu lớn về mọi phương diện, từ kết cấu đến kỹ thuật cơng nghệ, từ lý thuyết đến nghiên cứu thực nghiệm. Các cơng trình cầu đạt được các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật tốt hơn, khả năng vượt nhịp ngày một lớn hơn. Phân tích các cơng trình cầu hiện đại được xây dựng trên thế giới trong những năm gần đây thấy các khuynh hướng: 1.6.1 Về vật liệu Sử dụng vật liệu cường độ cao (thép cường độ cao, thép hợp kim, bê tơng mác cao) và vật liệu nhẹ (bê tơng cốt liệu nhẹ, hợp kim nhơm), nhằm mục đích giảm khối lượng vật liệu và giảm nhẹ trọng lượng bản thân kết cấu. 1.6.2 Về kết cấu Sử dụng những kết cấu hợp lý và áp dụng các biện pháp điều chỉnh ứng suất nhằm tiết kiệm vật liệu. - Kết cấu bản trực giao; - Kết cấu thép – bê tơng cốt thép liên hợp. - Kết cấu ứng suất trước. - Kết cấu dầm tiết diện hộp. - Các sơ đồ cầu treo với các biện pháp tăng cường độ cứng, cầu dây văng, cầu khung – dầm bê tơng cốt thép ứng suất trước. 1.6.3 Về liên kết và ghép nối Sử dụng các biện pháp liên kết ghép nối cĩ chất lượng cao, thực hiện đơn giản, tiết kiệm như liên kết hàn và bu lơng cường độ cao cho kết cấu thép, dán keo êpơxy với kết cấu bê tơng.
  19. Bài giảng CTGT phần cầu - 18 - 1.6.4 Về cơng nghệ thi cơng Cĩ thể nĩi những tiến bộ về cơng nghệ thi cơng đĩng một vai trị đặc biệt quan trọng trong sự phát triển của ngành xây dựng cầu trong thời gian gần đây. Các cơng nghệ thi cơng tiên tiến như lắp hẫng, đúc hẫng, đúc đẩy cùng với các thiết bị cơng nghệ hiện đại đã mang lại những hiệu quả cao về kinh tế cũng như kỹ thuật (xem chương 11.5). 1.6.5 Về lý thuyết tính tốn thiết kế Vẫn tiếp tục được nghiên cứu và hồn chỉnh. Với phương tiện máy tính điện tử, quá trình tính tốn ngày càng đạt được độ chính xác cao bằng cách xét tới đầy đủ hơn các yếu tố ảnh hưởng (vật lý, hình học, quá trình thi cơng, v.v ). 1.6.6 Các nghiên cứu thực nghiệm Được đề cao và tiến hành một cách quy mơ. Thực tế cho thấy những kết quả thực nghiệm cĩ ý nghĩa rất lớn trong việc kiểm chứng, bổ sung và hồn thiện lý thuyết tính tốn. ) Hiện nay các cơng trình nhân tạo từ BTCT rất phổ biến (đặc biệt là trên đường ơ tơ). Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp thì cầu thép tỏ ra kinh tế hơn (đặc biệt đối với nhịp lớn, điều kiện thi cơng khĩ khăn, )
  20. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 19 - 2 VẬT LIỆU LÀM CẦU 2.1 Bê tơng Bêtơng được hình thành từ sự hố cứng của hỗn hợp : Đá + Cát + Ximăng + Nước + Chất phụ gia. Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, cường độ chịu nén qui định f’C (cấp bê tơng) được xác định ở tuổi 28 ngày sau khi đổ bê tơng. Việc đánh giá cường độ bê tơng được dựa trên các mẫu thí nghiệm nén hình lăng trụ (15 cm × 30 cm) cho cấp phối cĩ kích thước 35 MPa, thành phần của BT cĩ ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của BT. Nếu thiết kế thành phần khơng hợp lý, BT cĩ thể bị nứt ngay sau khi hố cứng hoặc chĩng bị hư hỏng. 2.2 Thép Để phù hợp với tính chất làm việc phức tạp của kết cấu cầu, thép dùng trong xây dựng cầu phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau: Cĩ cường độ cao, độ dẻo, dễ gia cơng cơ khí, hàn được Các yêu cầu này được qui định trong TCVN của Việt nam, GOST của Nga, ASTM, AASHTO cuả Mỹ hay JIS của Nhật, .
  21. Bài giảng CTGT phần cầu - 20 - 2.3 Cốt thép * Hàm lượng cốt thép trong bê tơng μ = As/Ab ( 0,1% - 0,2% ≤ μ ≤ 3%). * Phân loại cốt thép theo: + Cơng nghệ chế tạo : cốt thép thanh cán nĩng, cốt thép sợi kéo nguội. + Đặc điểm bề mặt : cốt thép trịn-trơn, cốt thép cĩ gờ (gân). + Đặc điểm chịu lực : - Cốt thép chủ : để chịu các nội lực chính, được xác định bằng tính tốn. - Cốt thép cấu tạo: được đặt theo các yêu cầu về cấu tạo và về cơng nghệ để đảm bảo đúng vị trí thiết kế của các cốt chủ và để gĩp phần làm phân bố đều hơn ứng lực giữa các thanh cốt thép chủ riêng rẽ, tiếp nhận các ứng lực khơng được tính đến như co ngĩt bê tơng, thay đổi nhiệt độ . + Điều kiện sử dụng - Cốt thép thường: A-I, A-II, A-III, - Cốt thép cường độ cao : các loại cốt thép thanh hay sợi cĩ giới hạn chảy fy ≥ 600 MPa. Hiện nay trong xây dựng cầu ở Việt nam, cáp 12,7mm và cáp 15,2mm được dùng nhiều. * Cốt thép phải là loại cĩ gờ, trừ khi dùng các thanh thép trơn, sợi thép trịn-trơn làm thép đai xoắn, làm mĩc treo. * Chỉ được dùng thép thanh cĩ giới hạn chảy < 420 MPa khi cĩ sự chấp thuận của Chủ đầu tư. * Mơ đun đàn hồi của cốt thép : ES = 200 000 MPa. Hình 2-2 Cốt thép gờ A-III Hình 2-1 Một kết cấu neo dùng cho dầm BTCT căng sau
  22. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 21 - 2.4 Bê tơng cốt thép Bê tơng cốt thép là loại vật liệu kết hợp từ hai loại vật liệu: bê tơng và cốt thép làm việc chung với nhau nhờ sự dính kết giữa bê tơng với cốt thép. Chúng bổ sung cho nhau các ưu điểm của từng loại vật liệu. Cĩ 2 nhĩm : BTCT thường & BTCT ƯST BTCT thường : Khi chế tạo cấu kiện, cốt thép ở trạng thái khơng cĩ ứng suất. Ngồi nội ứng suất do co ngĩt và giãn nở nhiệt, trong cốt thép và bê tơng chỉ xuất hiện ứng suất khi cĩ tải trọng tác dụng (kể cả trọng lượng bản thân). BTCT ứng suất trước : khi chế tạo cấu kiện, người ta căng cốt thép để nén vùng chịu kéo của cấu kiện nhằm triệt tiêu ứng suất kéo, do tải trọng gây ra. Nhờ cĩ ứng lực nén trước, người ta cĩ thể khơng cho xuất hiện khe nứt hay hạn chế bề rộng khe nứt trong cấu kiện. Việc tạo ứng lực trước cĩ thể thực hiện bằng hai cách: căng trước & căng sau. Một trong những ưu điểm của kết cấu ứng suất trước : tăng được khả năng vượt nhịp so với BTCT thường. Bê tơng khối lớn - Bất kỳ khối bê tơng lớn nào ở đĩ các vật liệu hoặc phương pháp đặc biệt cần được áp dụng để đối phĩ với sự phát nhiệt của hydrát hố và sự thay đổi thể tích kèm theo để giảm thiểu nứt. Bê tơng tỷ trọng thấp - Bê tơng chứa cấp phối nhẹ và cĩ tỷ trọng khi khơ khơng vượt quá 1925 kg/m3 như được xác định bởi ASTM C-567. Bê tơng tỷ trọng thường - Bê tơng cĩ tỷ trọng ở giữa 2150 và 2500 kg/m3. Căng sau - Một phương pháp tạo dự ứng lực- trong đĩ các tao thép được căng kéo sau khi bê tơng đạt cường độ quy định. Căng trước - Một phương pháp dự ứng lực trong đĩ các tao thép được căng kéo trước khi đổ bê tơng. a) Kết cấu BTCT thường dưới tác dụng của tải ngồi b) Dầm ƯST trước khi đặt tải ngồi c) Dầm ƯST sau khi đặt tải ngồi Hình 2-3 So sánh dầm BT cốt thép thường và dầm BT ứng suất trước
  23. Bài giảng CTGT phần cầu - 22 - 3 PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU Mặt cắt ngang của một dầm, Loại dầm Chiều dài Ghi chú hay chính diện của cầu nhịp Dầm bản đặc, 5 m ÷ 13 m Ưu tiên dùng BTCT ƯST, khi cần chiều GĐ cao KCN bé Dầm bản 12 m ÷ 20 m - nt - rỗng, BTCT ứng suất trước, GĐ Dầm I, T; 13 m ÷ 35 m Cĩ tính kinh BTCT ứng tế cao, đặc suất trước, biệt đối với giản đơn dầm I , Dầm Super- 15 m ÷ 40 m Thường dùng T, BTCT ứng khi chiều dài suất trước, KCN > 33 m giản đơn BTCT ứng 30 m ÷ 160m Chống xoắn suất trước, max 260 m tốt liên tục Dầm thép – ≤ 60m Thi cơng BTCT liên nhanh hợp, GĐ Giàn thép, 33 m ÷ 110 m Thường dùng giản đơn cho cầu đường sắt Cầu dây văng Dầm BTCT ~ 350 m Qua sơng ƯST; lớn, hình Dầm thép dáng rất gây ấn tượng Cầu dây võng Dầm thép 305 ÷ 1900 m Qua sơng lớn Giàn thép
  24. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 23 - 4 MỸ QUAN CẦU Cơng trình cầu phải được bổ sung vẻ đẹp cho cảnh quan xung quanh, cĩ hình dáng đẹp và tạo dáng khoẻ khoắn. Người kỹ sư cần tìm chọn dáng đẹp cho kết cấu bằng cách cải thiện bản thân hình dạng và quan hệ giữa các cấu kiện. Cần tránh áp dụng cách làm đẹp khơng bình thường và phi kết cấu. Cần xem xét các chỉ dẫn sau đây: • Các phương án thiết kế khơng cĩ trụ hoặc ít trụ hơn cần được nghiên cứu trong giai đoạn chọn địa điểm, vị trí và nghiên cứu chi tiết hơn trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. • Hình dạng trụ phải phù hợp với hình dáng và chi tiết của kết cấu phần trên. • Cần tránh những thay đổi đột ngột về hình dáng cấu kiện và loại hình cấu kiện. Khi khơng thể tránh được ranh giới giữa các loại hình kết cấu khác nhau cần tạo dáng chuyển tiếp hài hồ giữa chúng. • Khơng được bỏ qua mà cần chú ý tới các chi tiết như ống thốt nước mặt cầu. • Nếu buộc phải dùng kết cấu chạy dưới do yêu cầu kỹ thuật hoặc lý do kinh tế, phải chọn hệ kết cấu cĩ bề ngồi thơng thống và khơng cĩ nhiều chi tiết nhỏ. • Ở nơi nào cĩ thể, cần tránh dùng kết cấu cầu để làm vật gắn các bảng thơng tin, biển chỉ dẫn đường hoặc chiếu sáng. • Các thanh ngang tăng cường bản bụng khơng được để lộ ở chính diện trừ các thanh ở gần gối. • Để vượt khe núi sâu, cần ưu tiên lựa chọn kết cấu dạng vịm. Ví dụ: Tất cả các phần tử của cầu được thiết kế tốt, nhưng thiếu trật tự và hài hồ đã bộc lộ sự khĩ coi Việc bố trí lại các kết cấu đã tạo ra sự ngăn nắp và hài hồ Hình 4-1 Các kết cấu ảnh hưởng đến yếu tố mỹ quan
  25. Bài giảng CTGT phần cầu - 24 - 5 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU Mục đích: để lựa chọn một phương án hợp lý người ta thường đưa ra nhiều phương án khả thi, và tiến hành so sánh chúng về rất nhiều chỉ tiêu như: giá thành dự tốn (vốn đầu tư); thời gian, thiết bị, kinh nghiệm thi cơng; chi phí đền bù giải toả, chi phí khai thác, điều kiện mặt bằng, địa chất, thuỷ văn nơi sẽ xây dựng cầu, lợi ích kinh tế của địa phương cĩ được từ việc xây dựng cơng trình cầu. Hiện nay yếu tố mỹ quan rất được chú ý khi xây dựng các cầu lớn, các cầu trong thành phố, v.v .
  26. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 25 - u thp u thp ầ ng n c ươ Hình 5-1 Cc ph Cc 5-1 Hình
  27. Bài giảng CTGT phần cầu - 26 - m ầ u dài d u dài ề c là chi c là ặ trong ngo trong ố u BTCT, con s u BTCT, con ầ ong án c ư Hình 5-2 Các ph 5-2 Các Hình
  28. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 27- - 02/2008) (LBK cầu phần CTGT giảng Bài Hình 5-3 Phương án cầu BTCT (được chọn), các mặt cắt ngang và dọc cầu.
  29. Bài giảng CTGT phần cầu - 28 - 6 KHÁI NIỆM THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO 6.1 Các định nghĩa Chủ đầu tư - Cơ quan hoặc cá nhân cĩ quyền lực pháp lý quyết định đầu tư đối với cầu. Cơng tác giám sát - ép buộc và hướng dẫn Nhà thầu đảm bảo thực hiện đúng mọi quy định đã được cụ thể hố trong các văn bản kỹ thuật cĩ hiệu lực pháp lý, sao cho bất kỳ hạng mục kết cấu nào cũng đạt đúng yêu cầu chất lượng, tiến độ và giảm chi phí trong khuơn khổ dự tốn của Dự án. Hệ số sức kháng - Hệ số chủ yếu xét đến sự biến thiên của các tính chất của vật liệu, kích thước kết cấu và tay nghề của cơng nhân và sự khơng chắc chắn trong dự đốn về sức kháng, nhưng cũng liên hệ đến những thống kê về các tải trọng thơng qua quá trình hiệu chỉnh. Hệ số tải trọng - Hệ số xét đến chủ yếu là sự biến thiên của các tải trọng, sự thiếu chính xác trong phân tích và xác suất xảy ra cùng một lúc của các tải trọng khác nhau, nhưng cũng liên hệ đến những thống kê về sức kháng thơng qua quá trình hiệu chỉnh. Hiệu ứng lực - Biến dạng, ứng suất hoặc tổ hợp ứng suất (tức là lực dọc trục, lực cắt, mơ men uốn hoặc xoắn) gây ra do tác động của tải trọng, của những biến dạng cưỡng bức hoặc của các thay đổi về thể tích. Kết cấu cĩ nhiều đường truyền lực - Kết cấu cĩ khả năng chịu được các tải trọng đã định sau khi mất đi một cấu kiện hoặc liên kết chịu lực chính. Kỹ sư (tư vấn thiết kế) - Người chịu trách nhiệm thiết kế cầu. Mơ hình - Sự lý tưởng hố kết cấu dùng cho mục đích phân tích kết cấu. Sử dụng bình thường - Điều kiện sử dụng cầu khơng bao gồm : loại xe được phép đặc biệt, tải trọng giĩ với tốc độ vượt quá 25 m/s và các sự cố đặc biệt kể cả xĩi lở. Sức kháng danh định - Sức kháng của một cấu kiện hoặc liên kết đối với ứng lực được xác định bởi những kích thước ghi trong hồ sơ hợp đồng và bởi ứng suất cho phép, biến dạng hoặc cường độ được ghi rõ của vật liệu. TTGH - Điều kiện mà vượt qua nĩ thì cầu hoặc cấu kiện của cầu ngừng thoả mãn các quy định đã được dựa vào để thiết kế. Tuổi thọ thiết kế - Với tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 là 100 năm. 6.2 Triết lý thiết kế 6.2.1 Tổng quát Cầu phải được thiết kế theo các TTGH quy định để đạt được các mục tiêu thi cơng được, an tồn và sử dụng được, cĩ xét đến các vấn đề : khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế và mỹ quan.
  30. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 29 - Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì phương trình 6.2.2.1- 1 luơn luơn cần được thỏa mãn với mọi ứng lực và các tổ hợp được ghi rõ của chúng. Nhiệm vụ của tính tốn thiết kế là phải đảm bảo cho cơng trình khơng đạt đến trạng thái giới hạn trong suốt quá trình sử dụng. Tuy nhiên khi xác định nội lực vật liệu vẫn coi như làm việc đàn hồi. ) Cách tính tốn nội lực của các hệ thống quy trình nĩi chung đều giống nhau, chỉ khác nhau về mặt kiểm tốn khả năng chịu lực tiết diện. Nội dung và các quy định trong mỗi quy trình là một thể thống nhất, cĩ liên quan chặt chẽ với nhau, vì vậy khi sử dụng và tham khảo các quy trình cần tránh hiện tượng áp dụng lắp ghép máy mĩc thiếu nhất quán. 6.2.2 Các TTGH 6.2.2.1 Tổng quát Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn phương trình. 1 với mỗi TTGH, trừ khi được quy định khác. Mọi TTGH được coi trọng như nhau. ∑ηi γi Qi ≤ φ Rn = Rr (6.2.2.1-1) trong đĩ : hệ số tải trọng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực. γi φ hệ số sức kháng. Đối với các TTGH sử dụng và TTGH đặc biệt, φ = 1,0. ηi hệ số điều chỉnh tải trọng; liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác. Trong phép tính sơ bộ cĩ thể lấy ηD = ηR = ηI = 1,0 ηD hệ số liên quan đến tính dẻo ηR hệ số liên quan đến tính dư ηI hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác Qi ứng lực Rn sức kháng danh định Rr sức kháng tính tốn : Rr = φRn 6.2.2.2 TTGH sử dụng TTGH sử dụng phải xét đến như một biện pháp nhằm hạn chế đối với ứng suất, biến dạng và vết nứt dưới điều kiện sử dụng bình thường. 6.2.2.3 TTGH mỏi và phá hoại giịn TTGH mỏi phải được xét đến trong tính tốn như một biện pháp nhằm hạn chế về biên độ ứng suất do một xe tải thiết kế gây ra với số chu kỳ biên độ ứng suất dự kiến. TTGH phá hoại giịn phải được xét đến như một số yêu cầu về tính bền của vật liệu theo tiêu chuẩn vật liệu.
  31. Bài giảng CTGT phần cầu - 30 - 6.2.2.4 TTGH cường độ TTGH cường độ phải được xét đến để đảm bảo cường độ và sự ổn định cục bộ và ổn định tổng thể được dự phịng để chịu được các tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê được định ra để cầu chịu được trong phạm vi tuổi thọ thiết kế của nĩ. • TTGH cường độ I: Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn của cầu khơng xét đến giĩ • TTGH cường độ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu giĩ với vận tốc vượt quá 25m/s • TTGH cường độ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn của cầu với giĩ cĩ vận tốc 25m/s 6.2.2.5 TTGH đặc biệt TTGH đặc biệt phải được xét đến để đảm bảo sự tồn tại của cầu khi động đất hoặc lũ lớn hoặc khi bị tầu thuỷ, xe cộ va, cĩ thể cả trong điều kiện bị xĩi lở.
  32. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 31 - 7 THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ ĐẶC ĐIỂM VỊ TRÍ CẦU 7.1 Các định nghĩa Bề rộng đường người đi - Khoảng khơng gian trống dành cho người đi bộ. Khẩu độ thốt nước - Chiều rộng hoặc khoảng trống của cầu ở giai đoạn quy định, thường được đo theo hướng chính của dịng chảy. Khổ giới hạn (tịnh khơng) - Khoảng khơng gian trống khơng cĩ chướng ngại, được dành cho thơng xe trên cầu hoặc thơng xe dưới cầu hoặc thơng thuyền dưới cầu. Lưu vực - Vùng địa phương nằm trong đường phân thuỷ, thường chỉ cĩ một lối xả; tổng diện tích thốt nước gây nên dịng chảy ở một điểm duy nhất. Siêu cao - Độ nghiêng của mặt đường để cân bằng một phần lực ly tâm tác động vào xe trên đường cong nằm. Xĩi chung - Xĩi ở sơng hoặc trên bãi mà khơng tập trung ở trụ hoặc ở vật cản khác trên dịng chảy. Ở một con sơng xĩi chung thường tác động đến tồn bộ hoặc gần hết chiều rộng của sơng do sự thu hẹp dịng chảy gây ra. Xĩi cục bộ - Ở sơng hoặc trên bãi tập trung ở mố trụ hoặc vật cản khác trên dịng chảy. 7.2 Các đặc trưng vị trí Khi chọn vị trí cầu phải qua phân tích các phương án cĩ xét về các mặt kinh tế, kỹ thuật, xã hội và mơi trường cĩ liên quan cũng như xét đến giá duy tu và kiểm tra kết cấu của nĩ và với tầm quan trọng tương đối của các mối liên quan trên. Vị trí và hướng tuyến của cầu cần được chọn để thoả mãn các yêu cầu về an tồn giao thơng cả ở trên cầu và ở dưới cầu. Cần xét đến các thay đổi cĩ thể cĩ trong tương lai về hướng hoặc chiều rộng của đường sơng, đường bộ hoặc đường sắt mà cầu vượt qua. Phải xác định các điểm vượt sơng cĩ xét đến giá thành xây dựng ban đầu và việc tối ưu hố tổng giá thành cơng trình, bao gồm các cơng trình chỉnh trị sơng và các biện pháp duy tu, bảo dưỡng cần thiết để giảm xĩi lở. 7.3 Tiêu chuẩn hình học Các yêu cầu của Tiêu chuẩn thiết kế đường phải được thoả mãn, trường hợp đặc biệt phải được chứng minh và lập hồ sơ. Chiều rộng của lề đường và kích thước của rào chắn giao thơng phải đáp ứng các yêu cầu của Chủ đầu tư. 7.3.1 Cấu tạo mặt đường Mặt đường trên cầu phải cĩ đặc tính chống trượt, cĩ sống đường, thốt nước và siêu cao phải phù hợp với Tiêu chuẩn thiết kế đường.
  33. Bài giảng CTGT phần cầu - 32 - 7.3.2 Kích thước sơ bộ của kết cấu Bảng 7-1 Chiều cao tối thiểu thơng thường dùng cho các kết cấu phần trên cĩ chiều cao khơng đổi Chiều cao tối thiểu1, 2 Kết cấu phần trên (gồm cả mặt cầu) Vật Loại hình Dầm giản đơn Dầm liên tục liệu Bê Dầm I, T 0,070L 0,065L tơng cốt Dầm cho người đi bộ 0,035L 0,033L thép Bản 0,030L; ≥ 165mm 0,027L; ≥ 165mm Bê Dầm hộp đúc tại chỗ 0,045L 0,04L tơng Dầm I đúc sẵn 0,045L 0,04L dự ứng Dầm cho người đi bộ 0,033L 0,030L lực Dầm hộp liền kề 0,030L 0,025L Chiều cao tồn bộ của 0,040L 0,032L dầm I liên hợp Thép Chiều cao của phần dầm 0,033L 0,027L I của dầm I liên hợp Giàn 0,100L 0,100L L – Chiều dài nhịp của kết cấu Diện tích mặt cắt ngang tối thiểu của ống thốt nước phải lấy là 1cm2/1m2 mặt cầu. Cự ly tối đa giữa các ống thốt nước dọc cầu ≤ 15m. Kích thước bên trong tối thiểu của ống thốt nước thơng thường phải ≥ 100mm. Ít nhất ống phải nhơ ra khỏi cấu kiện thấp nhất của kết cấu phần trên là 100mm, 7.3.3 Trắc dọc của cơng trình cầu: + Trong cầu đường ơ-tơ và đường thành phố, mặt cầu xe chạy thơng thường phải tạo dốc dọc và trong mọi trường hợp phải cĩ dốc ngang 1,5 – 2,0% khơng phụ thuộc vào độ dốc dọc. + Độ dốc dọc lớn nhất (imax) của mặt đường trên cầu: - Cầu trên đường ơ-tơ: 3,0 % - Cầu trên đường đơ thị : 4,0 %. 1 khi dùng các cấu kiện cĩ chiều cao thay đổi thì phải hiệu chỉnh các giá trị cĩ tính đến những thay đổi về độ cứng tương đối của các mặt cắt mơ men dương và âm 2 khơng kể lớp phủ
  34. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 33 - 7.3.4 Kích thước theo phương dọc cầu Lbr – chiều dài tồn cầu, là khoảng cách từ đuơi mố này đến đuơi mố kia. Lsp – chiều dài nhịp, là khoảng cách giữa tim của hai trụ L – chiều dài nhịp tính tốn, là khoảng cách giữa tim các gối kê nhịp. L0 – chiều dài nhịp tĩnh, là khoảng cách từ mép trụ này tới mép trụ kia (hoặc mố) xác định tại mức nước cao nhất. Hình 7-1 Một số kích thước cơ bản của cơng trình cầu HC - chiều cao cầu, là khoảng cách từ MNT tới mặt cầu. Nếu là cầu vượt hoặc cầu cạn thì tính từ mặt đường hoặc mặt đất bên dưới. hkt - chiều cao kiến trúc, là khoảng cách từ đáy của kết cấu nhịp đến mặt cầu. H - chiều cao khổ gầm cầu, là khoảng cách từ MNC đến đáy KCN, để đảm bảo cây trơi khơng va đập và mắc nghẽn. Nếu là cầu vượt thì được tính từ mặt đường bên dưới đến đáy kết cấu nhịp. 7.3.5 Tĩnh khơng 7.3.5.1 Sơng khơng thơng thuyền: Khoảng cách từ MNC tới đáy dầm cầu khơng được nhỏ hơn 0,75m (cầu đường sắt) và 0,5m (cầu ơtơ), trường hợp sơng cĩ cây trơi lớn thì các kích thước này sẽ được tăng thêm. 7.3.5.2 Thơng thuyền Giấy phép để xây dựng cầu qua đường thuỷ cĩ thơng thuyền phải do Cục Đường sơng Việt Nam hoặc Cục Hàng hải Việt nam cấp. Trừ khi cĩ chỉ định khác, khổ giới hạn thơng thuyền phải tuân theo Bảng 7 – 1, lấy từ TCVN 5664- 1992
  35. Bài giảng CTGT phần cầu - 34 - Bảng 7-2 Khổ giới hạn thơng thuyền trên các sơng cĩ thơng thuyền Cấp Khổ giới hạn tối thiểu trên mức nước cao cĩ chu kỳ 20 năm (m) đường Theo chiều ngang Theo chiều thẳng đứng sơng Cầu qua sơng Cầu qua kênh (trên tồn chiều rộng) I 80 50 10 II 60 40 9 III 50 30 7 IV 40 25 6 (thích hợp), 5 (tối thiểu) V 25 20 3,5 VI 15 10 2,5 7.3.5.3 Khổ giới hạn đứng của cầu cạn, cầu vượt Khổ giới hạn đứng của các kết cấu đường bộ phải phù hợp với Tiêu chuẩn thiết kế đường. Cần nghiên cứu khả năng giảm khổ giới hạn đứng do lún của kết cấu cầu vượt. 7.3.5.4 Khổ giới hạn ngang của cầu đường bộ Chiều rộng cầu khơng được nhỏ hơn chiều rộng của đoạn đường đầu cầu bao gồm cả lề hoặc bĩ vỉa, rãnh nước và đường người đi. Khơng cĩ vật thể nào ở trên hoặc ở dưới cầu, ngồi rào chắn, được định vị cách mép của làn xe dưới 1200mm. Mặt trong của rào chắn khơng được đặt cách mặt của vật thể đĩ hoặc mép của làn xe dưới 600mm Hình 7-2 Khổ giới hạn cầu đường ơtơ (Tĩnh khơng của đường) a) Đuờng với Vtt ≥ 80 km/h, cĩ dải phân cách giữa; b) Đường các cấp khơng cĩ giải phân cách giữa
  36. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 35 - B – Bề rộng phần xe chạy; Lgc – bề rộng phần lề gia cố; m – phần phân cách; s – phần an tồn (gia cố); M – bề rộng dải phân cách; H – chiều cao tĩnh khơng, tính từ điểm cao nhất của phần xe chạy; h – chiều cao tĩnh khơng ở mép của lề. Cĩ thể thêm vào chiều cao tĩnh khơng chiều dày dự trữ nâng cao mặt đường. Hình 7-3 Khổ giới hạn cầu đường sắt Khổ đường người đi cĩ chiều cao bằng 2,5m, chiều rộng lấy bằng bội số của 0,75m (tương ứng với khả năng thơng qua của 1000 người trong một giờ). Đối với cầu thành phố cĩ wPXC ≤ 10,5, chiều rộng đường người đi tối thiểu là 1,5m; wPXC lớn hơn, lấy bằng 2,25m. Phần bộ hành cầu xe lửa thường dùng cho việc duy tu sửa chữa nên bề rộng lấy bằng 1,0 m. Chiều rộng cầu = Chiều rộng phần người đi + Chiều rộng phần xe thơ sơ + Chiều rộng phần xe cơ giới + chiều rộng của lan can, dải phân cách, Chiều cao tiêu chuẩn của đường người đi : e = 0,25 m 7.3.6 Các mức nước: MNLS - Mức nước lịch sử, là mức nước lớn nhất mà người ta điều tra được. MNC - Mức nước cao, được đo trong mùa lũ, ứng với một tần suất quy định (1% hay 2%). Căn cứ vào MNC để xác định cao độ đáy dầm. MNT - Mức nước thấp, được đo trong mùa cạn và ứng với một tần suất quy định (1% hay 2%), căn cứ vào MNT để bố trí nhịp thơng thuyền MNTT - Mức nước thơng thuyền, là mức nước cao nhất cho phép tàu bè qua lại, thường lấy với tần suất 5%, từ mức nước này xác định được chiều cao khổ gầm cầu của nhịp thơng thuyền.
  37. Bài giảng CTGT phần cầu - 36 - 8 TẢI TRỌNG & HỆ SỐ TẢI TRỌNG Trong nội dung bài giảng ưu tiên phân tích kết cấu nhịp giản đơn 8.1 Các định nghĩa Bánh xe - Một hoặc hai bánh lốp ở đầu một trục xe. Bề rộng lịng đường, Bề rộng phần xe chạy - Khoảng cách tịnh giữa rào chắn và/ hoặc đá vỉa. Tải trọng danh định - (Tải trọng tiêu chuẩn) Mức tải trọng thiết kế được lựa chọn theo quy ước. Tải trọng thường xuyên – (Tĩnh tải) Tải trọng và lực khơng đổi hoặc giả thiết khơng đổi sau khi hồn thành việc xây dựng. Đường ảnh hưởng: đồ thị biểu diễn sự thay đổi cuả một đại lượng nào đĩ khi lực đơn vị P = 1 cĩ hướng khơng đổi chuyển động trên cơng trình. Hoạt tải: (Tải trọng nhất thời) đĩ là tải trọng mà khơng ngừng thay đổi vị trí cuả mình trên cơng trình. Khi hoạt tải thay đổi vị trí thì các đại lượng cần nghiên cứu (lực dọc, lực cắt, moment v.v ) cũng sẽ thay đổi theo vị trí của hoạt tải. Cơng trình phải được tính với các giá trị bất lợi nhất về lực dọc, ứng suất, chuyển vị, do đĩ tính tốn cơng trình cĩ hoạt tải cần phải xác định được vị trí của hoạt tải gây ra các cực trị cuả các đại lượng đĩ. Vị trí đĩ được gọi là vị trí khống chế (tính tốn), cịn giá trị cuả các đại lượng ứng với vị trí đĩ được gọi là giá trị khống chế (giá trị tính tốn). Hình 8-1 Hệ trục toạ độ được qui định trong giáo trình 8.2 Tải trọng tác dụng lên cầu 8.2.1 Hệ số tải trọng γp, γLL Để kể đến một số yếu tố như trọng lượng thể tích của vật liệu thực tế cĩ sai khác với con số lý thuyết; chế tạo, đo đạc khơng chính xác Khi tính tốn, cần phải đưa vào hệ số tải trọng γi (HSTT). HSTT cĩ thể ≤ 1 hay > 1, miễn là nĩ phải tạo ra một trạng thái bất lợi hơn cả.
  38. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 37 - 8.2.2 Tải trọng thường xuyên Bảng 8-1 Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên, γp Hệ số tải trọng LOẠI TẢI TRỌNG Lớn nhất Nhỏ nhất DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25 0,90 DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,50 0,65 EH: Áp lực ngang của đất + Chủ động 1,50 0,90 + Nghỉ 1,35 0,90 EV: Áp lực đất thẳng đứng + Kết cấu tường chắn 1,35 1,00 + Kết cấu vùi cứng 1,30 0,90 + Khung cứng 1,35 0,90 + Kết cấu vùi mềm khác với cống hộp thép 1,95 0,90 Bảng 8-2 Bảng Khối lượng riêng Vật liệu Tỷ trọng (kg/m3) Betong cốt thép 2500 Betong thường (khơng cốt thép) 2400 Cát chặt. phù sa hay đất sét 1925 Cát rời. phù sa. sỏi 1600 Lớp phủ bê tơng at-phan 2250 Đất sét mềm 1600 Đá xây 2725 Nước 1000 Sỏi, cuội, macadam hoặc balat 2250 Thép 7850 8.2.3 Tải trọng nhất thời Ký Ký Tên tải trọng Tên tải trọng hiệu hiệu BR lực hãm xe PL tải trọng người đi CE lực ly tâm TU nhiệt độ đều CR từ biến LL hoạt tải xe CT lực va xe WL giĩ trên hoạt tải CV lực va tầu thuỷ WS tải trọng giĩ trên kết cấu EQ động đất FR ma sát IM lực xung kích của xe WA tải trọng nước và áp lực dịng chảy
  39. Bài giảng CTGT phần cầu - 38 - Bảng 8-3 Tổ hợp và hệ số tải trọng γLL Tổ hợp LL Cùng một lúc chỉ dùng một DC tải IM trong các tải trọng DW TU trọng CE WA WS WL FR EH CR Trạng BR EV EQ CT CV thái PL giới hạn Cường độ I γp 1,75 1,00 - - 1,00 0,5/1.20 - - - Cường độ II γp - 1,00 1,40 - 1,00 0,5/1.20 - - - Cường độ III γp 1,35 1,00 0.4 1,00 1,00 0,5/1.20 - - - Đặc biệt γp 0,50 1,00 - - 1,00 - 1,00 1,00 1,00 Sử dụng 1.0 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 1,0/1,20 - - - Mỏi chỉ cĩ - 0,75 - - - - - - - - LL, IM & CE 8.3 Hoạt tải xe 8.3.1 Số làn xe thiết kế Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây w là bề rộng khoảng trống của lịng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn, đơn vị là mm. Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn giao thơng và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thơng. Lịng đường rộng từ 6000mm đến 7200mm phải cĩ 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng lịng đường. 8.3.2 Hệ số làn xe, m Những quy định của Điều này khơng được áp dụng cho trạng thái giới hạn mỏi, trong trường hợp đĩ chỉ dùng với một xe tải thiết kế, bất kể số làn xe thiết kế. Ứng lực cực hạn của hoạt tải phải xác định bằng cách xét mỗi tổ hợp cĩ thể của số làn chịu tải nhân với hệ số tương ứng trong Bảng 8-4. Hệ số trong Bảng 8-4 khơng được áp dụng kết hợp với hệ số phân bố tải trọng gần đúng quy định trong Chương 9, trừ khi dùng quy tắc địn bẩy. Bảng 8-4 Hệ số làn ″m″ Số làn chất tải 1 2 3 > 3 Hệ số làn xe m 1,20 1,00 0,85 0,65
  40. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 39 - 8.3.3 Hoạt tải xe ơtơ thiết kế 8.3.3.1 Tổng quát Hoạt tải xe ơtơ trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93, sẽ gồm 2 nhĩm tổ hợp : Nhĩm tổ hợp 1 Nhĩm tổ hợp 2 Xe tải thiết kế (xe 3 trục) Xe 2 trục thiết kế & & tải trọng làn thiết kế tải trọng làn thiết kế Trừ khi cĩ quy định khác, ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các tổ hợp trên. 8.3.3.2 Xe tải thiết kế (xe 3 trục) Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của xe tải thiết kế phải lấy theo Hình 8-2. Lực xung kích lấy theo Điều 8.3.4 Trừ quy định trong Điều 8.3.3.6, cự ly giữa 2 trục 145.000N phải thay đổi giữa 4300 và 9000mm để gây ra ứng lực lớn nhất. Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư cĩ thể xác định tải trọng trục cho trong Hình 8-2 nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65. Hình 8-2 Đặc trưng của xe tải thiết kế a0 – xem điều 8.3.3.6 8.3.3.3 Xe hai trục thiết kế (Xe Tandem) Xe hai trục gồm một cặp trục 110 kN cách nhau 1200 mm. Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800 mm. Tải trọng động cho phép lấy theo Điều 8.3.4. Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư cĩ thể xác định tải trọng xe hai trục nĩi trên nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65.
  41. Bài giảng CTGT phần cầu - 40 - 8.3.3.4 Tải trọng làn thiết kế Gồm tải trọng 9,3 N/mm phân bố đều theo chiều dọc. Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000 mm. Ứng lực của tải trọng làn thiết kế khơng xét lực xung kích. 8.3.3.5 Diện tích tiếp xúc của lốp xe Diện tích tiếp xúc của lốp xe của một bánh xe cĩ một hay hai lốp được giả thiết là một hình chữ nhật cĩ chiều rộng là 510mm và chiều dài tính bằng mm lấy như sau: L = 2,28 x 10-3 γ (1 + IM/100)P (8-1) trong đĩ: γ = hệ số tải trọng IM = lực xung kích tính bằng phần trăm P = 72,5 kN cho xe tải thiết kế và 55 kN cho xe hai trục thiết kế. Áp lực lốp xe được giả thiết là phân bố đều trên diện tích tiép xúc. Áp lực lốp xe giả thiết phân bố như sau: Trên bề mặt liên tục phân bố đều trên diện tích tiếp xúc quy định Trên bề mặt bị gián đoạn phân bố đều trên diện tích tiếp xúc thực tế trong phạm vi vết xe với áp suất tăng theo tỷ số của diện tích quy định trên diện tích tiếp xúc thực tế. 8.3.3.6 Tác dụng của hoạt tải xe thiết kế Các trục bánh xe khơng gây ra ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua. Mỗi làn thiết kế được xem xét phải được bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục chồng với tải trọng làn khi áp dụng được. Tải trọng được giả thiết chiếm 3000mm theo chiều ngang trong một làn xe thiết kế. Cả tải trọng làn và vị trí của bề rộng 3000mm của mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất. Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng khơng gần hơn khi thiết kế : • bản hẫng: a0 ≥ 300mm (tính từ mép đá vỉa hay lan can ) ; • các bộ phận khác: a0 ≥ 600mm (tính từ mép làn xe thiết kế). Trừ khi cĩ quy định khác, chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nĩ mà gây ra ứng lực lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế. Đối với mơ men âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế cĩ khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15000mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế; khoảng cách giữa các trục 145kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm.
  42. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 41 - 8.3.3.7 Tải trong mỏi 8.3.3.7.1 Độ lớn và dạng Tải trọng tính mỏi là một xe tải thiết kế hoặc là các trục của nĩ được quy định trong Điều 8.3.3.2 nhưng với một khoảng cách khơng đổi là 9000 mm giữa các trục 145.000N. Lực xung kích quy định trong Điều 8.3.4 phải được áp dụng cho tải trọng tính mỏi. 8.3.3.7.2 Tần số Tần số của tải trọng mỏi phải được lấy theo lưu lượng xe tải trung bình ngày của làn xe đơn (ADTTSL). Tần số này phải được áp dụng cho tất cả các cấu kiện của cầu, dù cho chúng nằm dưới làn xe cĩ số xe tải ít hơn. Khi thiếu các thơng tin tốt hơn thì ADTT của làn xe đơn phải lấy như sau: ADTTSL = p x ADTT (8-2) trong đĩ: ADTT = số xe tải / ngày theo một chiều tính trung bình trong tuổi thọ thiết kế; ADTTSL = số xe tải / ngày trong một làn xe đơn tính trung bình trong tuổi thọ thiết kế; p = lấy theo Bảng 8-5. Bảng 8-5 Phân số xe tải trong một làn xe đơn, p (3.6.1.4.2 -1) Số làn xe cĩ giá trị cho xe tải p 1 1, 00 2 0, 85 ≥ 3 0, 80 8.3.3.7.3 Phân bố tải trọng khi tính mỏi a. Các phương pháp chính xác Do tính phức tạp, trong bài giảng chưa xét đến các phương pháp chính xác. b. Các phương pháp gần đúng Khi cầu được tính tốn theo sự phân bố gần đúng của tải trọng như quy định trong Điều 9.4 - 9.6 phải sử dụng hệ số phân bố cho một làn xe. 8.3.3.8 Tải trọng bộ hành Đối với tất cả đường bộ hành rộng hơn 600m phải lấy tải trọng người đi bộ bằng 3 kN/m2 và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. Đối với cầu chỉ dành cho người đi bộ và/hoặc đi xe đạp phải thiết kế với hoạt tải là 4 kN/m2.
  43. Bài giảng CTGT phần cầu - 42 - Khi đường bộ hành, cầu cho người đi bộ và cầu đi xe đạp cĩ dụng ý dùng xe bảo dưỡng và/hoặc xe ngẫu nhiên thì các tải trọng này phải được xét trong thiết kế. Lực xung kích của các loại xe này khơng cần phải xét. 8.3.4 Lực xung kích: IM Đối với kết cấu nhịp và các bộ phận của nĩ, tác động tĩnh học của xe tải hay xe hai trục thiết kế khơng kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỷ lệ phần trăm được quy định trong Bảng 8-6 cho lực xung kích. Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh được lấy bằng: (1 + IM/100) Lực xung kích khơng được áp dụng cho tải trọng bộ hành hoặc tải trọng làn thiết kế. Bảng 8-6 Lực xung kích IM Cấu kiện IM Mối nối bản mặt cầu - Tất cả các TTGH 75% Tất cả các cấu kiện khác (gồm cả bản mặt cầu) • Trạng thái giới hạn mỏi và giịn 15% • Tất cả các trạng thái giới hạn khác 25% Lực xung kích cĩ thể được chiết giảm cho các cấu kiện trừ mối nối, nếu cĩ thêm những phân tích về động lực học.
  44. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 43 - 9 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU Nhìn chung, các kết cấu cầu được phân tích trên cơ sở tính đàn hồi, thoả mãn điều kiện cân bằng và tính tương hợp. Tuy nhiên, tiêu chuẩn cũng cho phép xem xét sự làm việc khơng đàn hồi của vật liệu. 9.1 Các định nghĩa Phương pháp phân tích được chấp nhận - Phương pháp phân tích khơng địi hỏi việc xác minh lại và đã trở thành thơng dụng trong thực tế kỹ thuật kết cấu cơng trình. Biến dạng - Sự thay đổi hình học của kết cấu do tác dụng của lực, bao gồm chuyển vị dọc trục, chuyển vị cắt hoặc xoay. Bộ phận, Cấu kiện, thành phần - Là một chi tiết kết cấu riêng biệt hoặc một tổ hợp các chi tiết của cầu địi hỏi phải được xem xét thiết kế riêng. Chiều rộng của lõi - Chiều rộng kết cấu nhịp liền khối trừ đi phần hẫng của bản mặt cầu. Dầm tương đương - Dầm giản đơn cong hoặc thẳng chịu được cả tác động của lực xoắn và uốn. Dải tương đương - Một phần tử tuyến tính nhân tạo được tách ra từ mặt cầu để phân tích, trong đĩ hiệu ứng của lực cực trị tính cho một đường của tải trọng bánh xe, theo phương ngang hoặc dọc, sẽ xấp xỉ bằng các tải trọng này xuất hiện thật trên mặt cầu. Gĩc chéo - Gĩc giữa đường tim của gối đỡ và đường thẳng vuơng gĩc với tim đường. Hệ mặt cầu - Kết cấu phần trên, trong đĩ mặt cầu là một thể thống nhất với các cấu kiện đỡ, hoặc khi mà tác động hoặc biến dạng của các cấu kiện đỡ cĩ ảnh hưởng đáng kể đến sự làm việc của mặt cầu. Mặt cầu - Cấu kiện, cĩ hoặc khơng cĩ lớp áo đường, trực tiếp chịu tải trọng của bánh xe Đàn hồi - Sự làm việc của vật liệu kết cấu trong đĩ tỉ lệ giữa ứng suất và biến dạng là hằng số, và khi lực thơi tác dụng thì vật liệu quay trở lại trạng thái ban đầu như khi chưa chịu tải. Đường bao - Lấy 2 hoặc nhiều hơn các cực trị của các tham số để vẽ đường bao đặc trưng nhằm đạt được một thiết kế thiên về an tồn Ứng xử tuyến tính - Sự làm việc của kết cấu trong đĩ biến dạng tỉ lệ thuận với tải trọng Phần tử - Một phần của cấu kiện hoặc bộ phận được cấu tạo chỉ bằng một loại vật liệu. Phương pháp biến dạng cổ điển - Phương pháp phân tích trong đĩ kết cấu được chia thành các thành phần mà độ cứng của chúng cĩ thể được tính một cách độc lập. Điều kiện cân bằng và tính tương hợp giữa các thành phần được bảo đảm bằng cách xác định biến dạng tại các giao diện.
  45. Bài giảng CTGT phần cầu - 44 - Phương pháp lực cổ điển - Phương pháp phân tích trong đĩ kết cấu được chia thành các thành phần tĩnh định và tính tương hợp giữa các thành phần được bảo đảm bằng cách xác định lực tại các giao diện. Phương pháp phần tử hữu hạn - Phương pháp phân tích trong đĩ kết cấu được tách ra thành các phần tử nối với nhau tại các nút, dạng của trường chuyển vị của các phần tử được giả định, tính tương hợp một phần hoặc đầy đủ sẽ được duy trì giữa giao diện của các phần tử, và các chuyển vị nút được xác định bằng cách sử dụng nguyên lý biến đổi năng lượng hoặc phương pháp cân bằng Tỉ số mặt cắt - Tỉ số giữa chiều dài và chiều rộng của hình chữ nhật Thiết kế - Việc xác định kích thước và bố trí cấu tạo các cấu kiện và liên kết của cầu nhằm thoả mãn các yêu cầu của các Tiêu chuẩn kỹ thuật. Trạng thái cân bằng - Trạng thái cĩ tổng lực và mơ men đối với bất kỳ điểm nào trong khơng gian đều bằng khơng. Vết bánh xe - Diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Vị trí khống chế - Vị trí và hướng của tải trọng tức thời để gây ra tác động cực trị của hiệu ứng lực. 9.2 Ký hiệu A = diện tích của dầm dọc phụ, dầm hoặc dầm tổ hợp (mm2) de = khoảng cách giữa tim bản bụng phía ngồi của dầm biên và mép trong của bĩ vỉa hoặc lan can chắn xe, Hình 9-2; (mm) e = hệ số điều chỉnh g = hệ số phân bố 4 Kg = tham số độ cứng dọc (mm ) L = nhịp của dầm Nb = số dầm, dầm dọc phụ hoặc dầm tổ hợp NL = số làn thiết kế nêu trong Điều 8.3.1 S = khoảng cách của các dầm hoặc các bản bụng dầm (mm) to = chiều dày của lớp phủ (mm) ts = chiều dày của bản bê tơng (mm) W = bề rộng mép-đến-mép của cầu (mm) θ = gĩc chéo (Độ) μ = hệ số Poisson 9.3 Các phương pháp phân tích kết cấu được chấp nhận Cĩ thể sử dụng bất cứ phương pháp phân tích kết cấu nào thoả mãn các yêu cầu về điều kiện cân bằng và tính tương hợp và sử dụng được mối liên hệ ứng suất - biến dạng cho loại vật liệu đang xét, chúng bao gồm các phương pháp sau và danh sách này cịn cĩ thể mở rộng hơn nữa: PP. chuyển vị và pp. lực cổ điển, pp. phần tử hữu hạn, pp. đường chảy dẻo .
  46. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 45 - Người thiết kế cĩ trách nhiệm sử dụng các chương trình máy tính để dễ phân tích kết cấu và giải trình cũng như sử dụng các kết quả. Trong tài liệu tính tốn và báo cáo thiết kế cần chỉ rõ tên, phiên bản và ngày phần mềm được đưa vào sử dụng Nếu chiều dài nhịp của kết cấu phần trên với các mặt cắt kín cứng chịu xoắn vượt quá 2.5 lần chiều rộng của nĩ, thì kết cấu phần trên đĩ cĩ thể được lý tưởng hố như dầm giản đơn. Để phân tích kết cấu của cầu, tuỳ từng mục đích người ta cĩ thể sử dụng: các phương pháp phân tích chính xác hoặc các phương pháp phân tích gần đúng. Phương pháp phân tích chính xác : Đĩ là nhĩm các phương pháp PTHH, đã được soạn thảo trong các phần mềm chuyên dụng tính kết cấu đã được thương mại hĩa trên thị trường. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà nĩ thể cĩ mức độ chính xác khác nhau (VD. Cĩ hay khơng cĩ xét sự làm việc đồng thời của kết cấu nhịp và mĩng ). Phương pháp gần đúng : đã đưa vào nhiều giả thiết để đơn giản hố bài tốn. PP hệ số phân phối ngang : là một trong các phương pháp gần đúng. Sau đây chúng ta chỉ xét các pp gần đúng để phân tích kết cấu của phần thượng tầng (bản mặt cầu, dầm ngang, dầm chính). 9.4 Dầm chính 9.4.1 Phương pháp hệ số phân phối ngang (phân bố ngang). Để thiết kế một hệ thống phức tạp như cầu, cần phải phân chia hệ thống thành những thành những hệ con, những hệ con này lại bao gồm các kết cấu thành phần. Đối với cầu, hệ con sẽ là : kết cấu nhịp, mố – trụ, mĩng. Các kết cấu thành phần là dầm chính, dầm ngang, bản mặt cầu, lan can, gối cầu, cọc, mĩng, Cĩ thể xem xét sự làm việc của từng kết cấu thơng qua hệ số phân phối tải trọng theo cơng thức sau. Hoạt tải hiệu dụng = Hệ số phân bố × Hoạt tải đặt lên cấu nhịp Zokaie (1991) và những người khác, đã đề nghị một số cơng thức để tính g, các cơng thức này đã được đưa vào trong Tiêu chuẩn.
  47. Bài giảng CTGT phần cầu - 46 - 9.4.2 Phân loại mặt cắt ngang KCN Bảng 9-1 Kết cấu phần trên của cầu thơng thường Cấu kiện đỡ Loại mặt cầu Mặt cắt ngang cầu điển hình Mặt cầu bê tơng đúc Dầm thép tại chỗ, đúc sẵn, lưới thép. Mặt cắt chữ I hoặc chữ Bê tơng đổ tại chỗ, T béo, bê tơng đúc sẵn bê tơng đúc sẵn Các bảng ở Điều 9.4.3 và 9.4.4 chỉ áp dụng với mặt cắt a, k. 9.4.3 Hệ số phân bố cho moment Bảng 9-2 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men trong các dầm giữa Loại dầm Các hệ số phân số Phạm vi áp dụng Một làn thiết kế chịu tải: Mặt bê 0,4 0,3 0,1 ⎛ S ⎞ ⎛ S ⎞ ⎛ K g ⎞ tơng trên 0,06 + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 1100 ≤ S ≤ 4900 4300 L ⎜ Lt 3 ⎟ dầm thép ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ s ⎠ 110 ≤ ts ≤ 300 hoặc bê ≥ 2 làn thiết kế chịu tải: 6000 ≤ L ≤ 73000 0,6 0,2 0,1 tơng; dầm Nb ≥ 4 ⎛ S ⎞ ⎛ S ⎞ ⎛ K g ⎞ bê tơng 0,075 + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ 3 ⎟ chữ T, mặt ⎝ 2900 ⎠ ⎝ L ⎠ ⎝ Lts ⎠ cắt T MIN (tính từ phương trình trên với Nb = 3 Nb = 3; hoặc theo nguyên tắc địn bẩy) 0,1 ⎛ K g ⎞ Để thiết kế sơ bộ, cĩ thể chấp nhận ⎜ ⎟ = 1. ⎜ 3 ⎟ ⎝ L tS ⎠ Bảng 9-3 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men trong dầm dọc biên 1 làn Loại kết cấu nhịp thiết kế ≥ 2 làn thiết kế chịu tải Phạm vi áp dụng chịu tải mg = e (mgbên trong ) Mặt cầu bê tơng, de -300 ≤ de ≤1700 trên dầm bê tơng e = 0,77 + Quy tắc hoặc thép; dầm bê 2800 địn bẩy tơng chữ T, mặt cắt MIN (tính theo phương T trình trên với Nb = 3 ; hoặc Nb = 3 theo nguyên tắc địn bẩy)
  48. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 47 - Khoảng cách, de, phải được lấy giá trị dương nếu bản bụng dầm biên ở vào phía trong của mặt trong của tay vịn lan can và âm nếu ở về phía ngồi của bĩ vỉa hoặc lan can ( Hình 9-2 ). 9.4.4 Hệ số phân bố cho lực cắt Bảng 9-4 Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm giữa 1 làn Loại kết cấu nhịp Phạm vi áp dụng thiết kế chịu tải ≥ 2 làn thiết kế chịu tải 1100 ≤ S≤ 4900 2,0 6000 ≤ L ≤ 73000 S S ⎛ S ⎞ Mặt cầu bêtơng, trên 0,36+ 0,2 + − ⎜ ⎟ 110 ≤ ts ≤ 300 dầm thép hoặc bêtơng, 3600 ⎝10700 ⎠ 9 12 7600 4x10 ≤ Kg ≤ 3x10 dầm bêtơng chữ T, mặt Nb ≥ 4 cắt I Quy tắc địn bẩy Quy tắc địn bẩy Nb = 3 Bảng 9-5 Sự phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm biên 1 làn thiết ≥ 2 làn thiết kế chịu Dạng kết cấu nhịp Phạm vi áp dụng kế chịu tải tải Mặt cầu bê tơng, mg = e mgbên trong trên dầm bê tơng de - 300 ≤ de ≤ 1700 hoặc thép; dầm T bê e = 0,77 + Quy tắc 3000 tơng địn bẩy Quy tắc địn bẩy Nb = 3 Bất kể phương pháp phân tích nào được áp dụng, tức là phương pháp xấp xỉ hay phương pháp chính xác, các dầm biên của cầu nhiều dầm phải cĩ sức kháng ≥ sức kháng của dầm trong. 9.5 Dầm ngang Nếu mặt cầu được tựa trực tiếp lên dầm ngang hệ mặt cầu thì hệ mặt cầu cĩ thể được thiết kế cho các tải trọng được xác định theo Bảng 9-6. Các phân số cho trong Bảng 9-6 phải được sử dụng cùng với một tải trọng trục thiết kế 145 kN. Đối với các cự ly của các dầm của hệ mặt cầu nằm ngồi phạm vi áp dụng đã cho, thì tất cả các hoạt tải thiết kế phải được xét và cĩ thể sử dụng quy tắc địn bẩy. Bảng 9-6 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men và lực cắt cho dầm ngang Phần số của tải trọng bánh xe Loại mặt cầu Phạm vi áp dụng cho mỗi dầm sàn Bê tơng S/1800 S ≤ 1800
  49. Bài giảng CTGT phần cầu - 48 - 9.6 Bản mặt cầu 9.6.1 Tổng quát Trong nội dung của bài giảng chỉ xem xét pp phân tích gần đúng để phân tích mặt cầu BTCT của cầu dầm I, và T. Theo đĩ, mặt cầu được chia thành những dải nhỏ vuơng gĩc với các cấu kiện đỡ là các dầm chính. Trên Hình 9-1, bản được mơ hình hố thành dải ngang, cĩ sơ đồ tính là dầm liên tục trên các gối tựa là các dầm chính. Nếu tính với tải trọng thường xuyên thì chiều rộng của dải là 1mm, nếu tính với hoạt tải chiều rộng này thay đổi tuỳ theo muốn xác định M+ hay M–. Khi áp dụng phương pháp dải thì phải lấy M+ cực trị trong bất cứ pa-nen sàn giữa các dầm để đặt tải cho tất cả các vùng cĩ M+. Tương tự phải lấy M– cực trị trên bất cứ dầm nào để đặt tải cho tất cả các vùng cĩ M–. Đối với tính tốn gần đúng, cĩ thể lấy M do HL-93 theo Bảng 9-7. 9.6.2 Bề rộng của các dải tương đương bên trong OS ES ES W W M+ WM– Hình 9-1 Bản được chia thành các dải ngang và kê trên các gối tựa S = khoảng cách của các cấu kiện đỡ (mm); M+ = mơ men dương; M– = mơ men âm X = khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm) WES, WOS - chiều rộng của dải tương tương bên trong và của bản hẫng; OS ES ES W = 1140,0 + 0,833X; W M+ = 660,0 + 0,55S; W M– = 1220,0 + 0,25S Khi các dải cơ bản là ngang và nhịp ≤ 4600 mm Ỵ các dải ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145 kN. 9.6.2.1 Tải trọng trên bản hẫng Khi thiết kế bản mặt cầu hẫng cĩ chiều dài hẫng ≤ 1800mm tính từ trục tim của dầm ngồi cùng đến mặt của lan can bằng bê tơng liên tục về kết cấu, tải trọng bánh xe dãy ngồi cùng cĩ thể được thay bằng một tải trọng tuyến phân bố đều với cường độ 14,6N/mm, đặt cách bề mặt lan can 300mm.
  50. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 49 - Mặt cắt thiết kế cho các M– và lực cắt cĩ thể được lấy như sau: Cho dầm thép : ở 1/4 bề rộng bản cánh dầm kể từ đường tim của gối, Cho dầm BT đúc sẵn dạng T hoặc I : a1 = MIN ( bf / 3; 380 mm ). bf – bề rộng của bản cánh dầm Hình 9-2 Sơ đồ tính bản hẫng – a0 = 300 mm; a1 – Khoảng cách từ tim dầm đến mặt cắt tính M ; P = 72.5 kN – tải trọng của một bên trục xe; a2 – phần hẫng của BMC; 9.6.3 Bề rộng dải tương đương tại các mép của bản Khi thiết kế, phải xem như cĩ dầm biên quy ước là một dải băng cĩ chiều rộng được quy định dưới đây cộng thêm bộ phận tăng chiều dày cục bộ gắn liền với nĩ hay bộ phận nhơ ra cĩ tác dụng tăng cứng cho bản mặt cầu. Phải giả thiết các dầm biên đỡ một hàng bánh xe, nếu thích hợp, đỡ thêm một phần nào đĩ của tải trọng làn thiết kế. 9.6.4 Tính tốn các hiệu ứng lực Các dải phải được coi như các dầm liên tục hoặc dầm đơn giản. Chiều dài nhịp phải được lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ. Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải, các cấu kiện đỡ phải được giả thiết là cứng vơ hạn. Các tải trọng bánh xe cĩ thể được mơ hình hố như tải trọng tập trung hoặc như tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc của lốp xe được chỉ ra trong Điều 8.3.3.5, cộng với chiều cao của bản mặt cầu. Các dải cần được phân tích bằng lý thuyết dầm cổ điển. Trong Điều này, mỗi bản bụng dầm của dầm hộp thép hoặc bê tơng cĩ thể được coi như là một cấu kiện đỡ riêng biệt
  51. Bài giảng CTGT phần cầu - 50 - Bảng 9-7 Bảng tính moment ( N.mm / mm ) trong bản mặt cầu do HL-93 M– – S + Cự ly từ tim dầm đến mặt cắt thiết kế M , M a1 mm 0.0 mm 75 mm 150 mm 225 mm 300 mm 450 mm 600 mm 1300 21130 11720 10270 8940 7950 7150 6060 5470 1400 21010 14140 12210 10340 8940 7670 5960 5120 1500 21050 16320 14030 11720 9980 8240 5820 5250 1600 21190 18400 15780 13160 11030 8970 5910 4290 1700 21440 20140 17290 14450 12010 9710 6060 4510 1800 21790 21690 18660 15630 12930 10440 6270 4790 1900 22240 23050 19880 16710 13780 11130 6650 5130 2000 22780 24260 20960 17670 14550 11770 7030 5570 2100 23380 26780 23190 19580 16060 12870 7410 6080 2200 24040 27670 24020 20370 16740 13490 7360 6730 2300 24750 28450 24760 21070 17380 14570 9080 8050 2400 25500 29140 25420 21700 17980 15410 10870 9340 2500 26310 29720 25990 22250 18510 16050 12400 10630 2600 27220 30220 26470 22730 18980 16480 13660 11880 2700 28120 30680 26920 23170 19420 16760 14710 13110 2800 29020 31050 27300 23550 19990 17410 15540 14310 2900 29910 32490 28720 24940 21260 18410 16800 15480 3000 30800 34630 30790 26960 23120 19460 18030 16620 3100 31660 36630 32770 28890 23970 21150 19230 17780 3200 32500 38570 34670 30770 26880 22980 20380 18910 3300 33360 40440 36520 32600 28680 24770 21500 20010 3400 34210 42250 38340 34430 30520 26610 22600 21090 3500 35050 43970 40030 36090 32150 28210 23670 22130 3600 35870 45650 41700 37760 33810 29870 24700 23150 3700 36670 47250 43310 39370 35430 31490 25790 24140 3800 37450 48820 44880 40940 37010 33070 27080 25100 3900 38230 50320 46390 42460 38540 34600 28330 25550 4000 38970 51790 47870 43950 40030 36110 29570 26410 4100 39710 53190 49280 45370 41470 37570 30770 27850 4200 40420 54560 50670 46770 42880 38990 31960 28730 4300 41120 55880 52000 48130 44250 40380 33130 29570 4400 41800 57150 53290 49440 45580 41720 34250 30400 4500 42460 58420 54580 50740 46900 43060 35380 31290 4600 43110 59620 55800 51980 48160 44340 36700 32360
  52. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 51 - 10 MỐ TRỤ CẦU 10.1 Khái niệm cơ bản về mố trụ cầu Mố trụ cầu là một bộ phận quan trọng trong cơng trình cầu, cĩ chức năng đỡ kết cấu nhịp, truyền tải các tải trọng thẳng đứng và ngang xuống đất nền. Mố cầu cịn là bộ phận chuyển tiếp và đảm bảo xe chạy êm thuận từ đường vào cầu. Trụ cầu cịn cĩ tác dụng phân chia nhịp cầu. Về mặt kinh tế, mố trụ cầu chiếm một tỷ lệ đáng kể, đơi khi đến 50% vốn đầu tư xây dựng cơng trình. Mố trụ cầu là cơng trình thuộc kết cấu phần dưới, nằm trong vùng đất ẩm ướt, dễ bị xâm thực, xĩi lở, bào mịn; việc xây dựng, thay đổi sửa chữa rất khĩ khăn nên khi thiết kế cần chú ý sao cho phù hợp với địa hình, địa chất, các điều kiện kỹ thuật khác và dự đốn trước sự phát triển tải trọng. 10.2 Cấu tạo mố trụ cầu 10.2.1 Phân loại mố trụ cầu Cĩ rất nhiều cách phân loại mố trụ cầu : Theo độ cứng dọc cầu, theo vật liệu, theo phương pháp xây dựng, theo hình dạng 10.2.2 Cấu tạo trụ cầu Hình 10-1 Trụ cầu cĩ dạng một hay nhiều cột
  53. Bài giảng CTGT phần cầu - 52 - Hình 10-2 Trụ thân đặc trên mĩng cọc khoan nhồi 10.2.3 Cấu tạo mố cầu Hình 10-3 Các bộ phận cơ bản của mố cầu: 1 – Tường đỉnh; 2 – Mũ mố; 3 – Tường trước; 4 – Tường cánh; 5 – Mĩng mố; 6 – Đất đắp nĩn mố. Hình 10-4 Một số dạng mố cầu đang được áp dụng
  54. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 53 - Hình 10-5 Mố chân dê Hình 10-6 Mố chữ U bằng BTCT 1 - Bản quá độ 10.2.4 Nền mĩng mố trụ cầu Hình 10-7 Các dạng mĩng trụ cầu 1 – mĩng; 2 – lớp BT lĩt; 3 – biểu đồ áp lực lên nền đất dưới đáy mĩng; 4 –cọc; 5 – cọc ống; 6 – mĩng giếng chìm; 7 – biểu đồ áp lực lên đất ở bề mặt xung quanh mĩng. 10.3 Thiết kế mố trụ 10.3.1 Trình tự thiết kế mố trụ cầu thường phải qua những bước sau: - Chọn loại mố trụ; - Sơ bộ xác định kích thước các kết cấu của mố trụ; - Chọn sơ đồ tính tốn; - Xác định các loại tải trọng đối với tiết diện cần tính tốn của các bộ phận mố trụ; - Lập tổ hợp các tải trọng nhằm xác định các trị số nội lực bất lợi rất cĩ khả năng xảy ra trong quá trình xây dựng và khai thác cơng trình - Kiểm tra lại các tiết diện theo các trạng thái giới hạn. - Kiểm tra ổn định của nền đường đầu cầu.
  55. Bài giảng CTGT phần cầu - 54 - 10.3.2 Kiểm tra lại các tiết diện theo các trạng thái giới hạn Việc tính tốn, bố trí cốt thép và kiểm tra cường độ, kiểm tra nứt của mũ trụ chịu uốn tiến hành theo yêu cầu của qui trình thiết kế cầu hay các qui trình liên quan. Trong mục này chỉ giới thiệu tính tốn các bộ phận kết cấu đặc thù, hay gặp nhất của mố, trụ cầu: - Kiểm tra ép mặt của đá kê gối; - Kiểm tra cường độ tiết diện bêtơng hay bêtơng cốt thép chịu nén; - Kiểm tra ổn định chống lật và chống trượt đối với mố trụ đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên. - Kiểm tra chuyển vị ngang của đỉnh tru. - Kiểm tra mĩng mố trụ khả năng chịu lực và biến dạng.
  56. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 55 - 11 CƠNG TRÌNH & PHƯƠNG TIỆN GIAO THƠNG TRONG ĐƠ THỊ 11.1 Khái niệm và mục tiêu xây dựng cơng trình giao thơng đơ thị Sự tăng trưởng của số lượng ơtơ và các phương tiện giao thơng vận tải ở trong các thành phố, yêu cầu về tăng tốc độ chuyển động của chúng dẫn đến sự cần thiết của hệ thống nút giao thơng với các cầu vượt, cầu cho người đi bộ, chỗ đỗ ơtơ ở trên mặt đất, hệ thống đường trên cao, đường monorail, . Tận dụng khoảng đất quí giá dọc theo các con sơng trong thành phố cũng gĩp phần giải quyết ùn tắc giao thơng. Trong các thành phố lớn, hiện nay người ta bắt đầu sử dụng máy bay trực thăng như là một phương tiện vận tải hành khách. 11.2 Cơng trình giao thơng đơ thị 11.2.1 Hầm chui cho phương tiện giao thơng và người đi bộ: Thường được đặt ở độ sâu khơng lớn, càng gần mặt đất càng tốt (nếu khơng cĩ yêu cầu đặc biệt); Thường cĩ mặt cắt ngang hình chữ nhật; n ể i ố t; 12 –t; 12 m; 8 – m; ấ ướ i ng chuy ng ố ướ ng th i n ố ố ng; 5 – Kh 5 ng; ụ p ch ớ m; 3 – h ầ a; 11 – m a; 11 n; a h ữ ề ử ng; 7 – ng; l gi c ở ố ườ i BT n ng ố n d ố ạ kh i BT t o ch ố đ ụ m; 2 – ầ n; 10 – tr a ơtơ; 4 – nhà, cơng trình dân d dân trình cơng nhà, – 4 ơtơ; a ầ ủ ng h ng c đườ i BT tr độ ố betong mĩng; 6 – kh mĩng; betong 1 – 1 Hình 11-1 Một số dạng hầm giao thơng đơ thị kh
  57. Bài giảng CTGT phần cầu - 56 - Hình 11-2 Một số dạng cầu vượt 1 – kết cấu nhịp; 2 – trụ cầu; 3 – mố vùi; 4 – mố cĩ tường cánh lớn; 5 – vịm che; 7 – trụ cầu ở trên dải phân cách của đường; 8 – dầm cầu; 9 – trụ nghiêng; Đặc điểm của cầu vượt: - Xây dựng từ betơng ứng suất trước hay betơng thường; - Khơng cĩ quá 4 – 5 nhịp; - Cĩ sơ đồ dầm giản đơn, dầm liên tục, khung hay vịm. Lựa chọn sơ đồ kết cấu phụ thuộc vào chiều rộng của đường ơtơ cần phải vượt qua hay địa hình của nơi giao cắt. - Phải đảm bảo tầm nhìn tốt nhất cho người lái xe đi dưới cầu. 11.2.2 Cầu cạn Đặc điểm của cầu cạn: - xây dựng từ betơng ứng suất trước hay betơng thường; - Cĩ nhiều hơn 5 – 6 nhịp; - Phạm vi ứng dụng rất rộng, trên đường ơtơ cũng như trong thành phố. - Theo thống kê, sơ đồ tĩnh học thường là dầm liên tục hay khung nhiều nhịp, sơ đồ dầm giản đơn – được ứng dụng ít hơn. - Chiều dài nhịp thay đổi từ 15 – 20 đến 50 –60 m. idọc ≤ 7% – 8% Hình 11-3 Một số dạng mặt cắt ngang cầu cạn BTCT
  58. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 57 - 11.2.3 Nút giao thơng cùng mức Ở đơ thị, đường giao nhau nhiều, hình thành các nút giao thơng. Nút giao thơng là nơi tập trung các loại phương tiện giao thơng và tại đây chúng sẽ chuyển đi các hướng khác nhau. Tại các nút giao thơng, lưu lượng xe lớn, thành phần xe phức tạp, khách qua đường đơng. Do tính chất giao thơng tại nút phức tạp, cĩ hiện tượng cản trở lẫn nhau giữa các loại phương tiện giao thơng, giữa xe và người, nên thường xảy ra ách tắc giao thơng và tai nạn giao thơng, nhất là khi mật độ lưu thơng lớn. Trong quá trình xe chạy trên đường, do tồn tại các nút giao thơng cùng mức, nên tổn thất nhiều thời gian. Theo số liệu thống kê, nếu quản lý bằng đèn tín hiệu, thời gian xe mất đi tại nút khoảng 30 % trong tồn bộ thời gian xe chạy. Do xe chạy theo các hướng khác nhau, tại các nút giao thơng thường xuyên xảy ra các điểm xung đột. Tính chất xung đột thể hiện ở : điểm tách, điểm nhập và điểm cắt. Điểm tách là điểm tại đĩ các xe chạy trên cùng một hướng rồi tách ra theo các hướng khác nhau. Điểm nhập là điểm tại đĩ các xe chạy từ các hướng khác nhau nhập thành một hướng. Điểm cắt là điểm tại đĩ xe chạy từ các hướng khác nhau cắt nhau theo một gĩc lớn. Các điểm xung đột này chính là nguyên nhân làm giảm tốc độ xe và gây tai nạn. Số điềm xung đột càng nhiều, tình trạng giao thơng càng nghiêm trọng. Hình 11-4 Các điểm xung đột ở nút giao thơng Δ - Điểm tách, - Điểm nhập, - Điểm cắt Một trong những nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế nút giao thơng là giảm tối đa số lượng các điểm cắt. Cĩ một số biện pháp sau thường dùng: + Đặt đèn tín hiệu điều khiển xe chạy, làm cho trong cùng một thời gian chỉ cho phép xe chạy theo một hướng nào đĩ. + Bố trí hợp lý các đảo giao thơng, đảm bảo xe chạy cĩ tổ chức, biến điểm cắt thành điểm tách hoặc nhập. + Dùng nút giao khác mức cĩ thể xố bỏ các điểm cắt, chỉ cịn các điểm tách, nhập. Tuy nhiên chi phí đầu tư lớn và mất nhiều diện tích đất do nút chiếm. Ngồi ra phải đảm bảo thốt nước mặt nhanh chĩng trong nút giao cùng mức.
  59. Bài giảng CTGT phần cầu - 58 - Hình 11-5 Nút giao thơng chữ + a) khơng đèn tín hiệu; b) cĩ đèn tín hiệu 11.2.4 Nút giao thơng khác mức Ở những nút giao thơng đơng xe, để đảm bảo an tồn, thường phải dùng đèn tín hiệu để điều khiển xe chạy. Dùng đèn tín hiệu hạn chế nhiều khả năng thơng xe và tốc độ xe. Do đĩ nếu dùng nút giao thơng khác mức, cĩ thể cải thiện được rất nhiều điều kiện xe chạy. Tuy nhiên dùng nút giao thơng khác mức địi hỏi chi phí lớn, mất nhiều diện tích. Cho nên cần phải cân nhắc kỹ trước khi chọn phương án này. Nếu thoả mãn được hai điều kiện sau cĩ thể dùng nút giao thơng khác mức. 11.2.4.1 Về điều kiện kỹ thuật Cĩ thể xem xét dùng nút giao thơng khác mức trong các trường hợp sau: - Khi đường giao nhau cĩ tiêu chuẩn kỹ thuật cao, cĩ tốc độ xe chạy lớn, như đường cao tốc giao nhau hoặc giao với đường khác; - Cường độ xe qua nút rất lớn, thường xuyên phát sinh hiện tượng ùn tắc giao thơng; - Khi đường đơ thị giao nhau với đường sắt và bị ảnh hưởng rất nhiều; - Điều kiện địa hình cho phép xây dựng nút giao khác mức khơng tốn kém lắm 11.2.4.2 Về điều kiện kinh tế Hiệu quả kinh tế của cơng trình được thể hiện ở hai mặt sau:
  60. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 59 - - Kinh phí đầu tư bình quân năm để xây dựng nút giao khác mức phải nhỏ hơn tổn thất kinh tế hàng năm khi dùng cùng mức. - Thời gian thu hồi vốn khi xây dựng nút giao khác mức T = 6 – 10 năm cĩ thể coi là hợp lý. 11.2.4.3 Phân loại nút giao thơng khác mức Theo hình thức giao nhau : hầm chui (đường hầm) và cầu vượt. Trong điều kiện đơ thị, dùng đường hầm cĩ nhiều thuận lợi hơn vì chiếm ít đất, đường phố mỹ quan hơn; nhưng nhược điểm là chi phí xây dựng cao, thời gian thi cơng dài, thốt nước khĩ khăn, chi phí quản lý cao. Hình 11-6 Hai hình thức đường giao nhau a – Đường hầm; b – Cầu vượt Cầu vượt thi cơng thuận lợi hơn, nhưng chiếm nhiều đất và ảnh hưởng mỹ quan đường phố, nên thích hợp ở ngoại ơ. Ngồi ra cịn cĩ nhiều cách phân loại khác.
  61. Bài giảng CTGT phần cầu - 60 - Hình 11-7 Nút giao thơng nam cầu Chương dương, Hà nội. 11.3 Cơng trình bờ sơng 11.3.1 Cơng trình gia cố bờ sơng Đối với các thành phố cĩ nhiều kênh rạch, để tận dụng quĩ đất quí báu của đơ thị, người ta tiến hành gia cố bờ sơng. Để gia cố bờ sơng người ta sử dụng các loại tường chắn khác nhau, tuỳ theo điều kiện cụ thể. Hình 11-8 Một số dạng kết cấu bờ kè 11.3.2 Điểm ngắm cảnh ở bờ sơng Được xây dựng dọc theo bờ sơng, được sử dụng làm bến tàu khách hay chỗ cho khách tham quan ngắm cảnh bờ sơng.
  62. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 61 - Hình 11-9 Mặt bằng một số điểm ngắm cảnh dọc sơng 1 – hành lang dọc bến; 2 – cầu thang xuống bến; 3 – chiếu nghỉ; 4 – chiếu quan sát; 11.3.3 Phương pháp mở rộng đường bờ sơng Trong nhiều trường hợp cần phải mở rộng đường bờ sơng mà khơng được lấp sơng hay lấn dịng. Khi đĩ cĩ thể xây dựng hệ thống cầu dọc theo bờ sơng, hay trên mặt sơng tuỳ theo điều kiện địa hình cụ thể. Hình 11-10 Một số phương án tận dụng sơng để xây dựng đường ơ tơ 11.4 Bãi đỗ xe và bãi đáp cho máy bay trực thăng 11.4.1 Bãi đỗ xe Phát triển các bãi đỗ xe là một trong những vấn đề cấp thiết của các thành phố hiện đại gắn liền với sự gia tăng mức độ ơtơ hố. Theo các thơng kê thì xe ơtơ cá nhân trung bình trong 1 ngày chỉ hoạt động từ 1-2 giờ, thời gian cịn lại là đứng ở bến bãi, nhà để xe, hay trên đường phố, gây chiếm lịng lề đường, cản trở hoạt động của các phương tiện giao thơng khác. Bãi đỗ xe cĩ nhiều loại khác nhau: Dưới, trên mặt đất, cĩ 1 hay nhiều tầng.
  63. Bài giảng CTGT phần cầu - 62 - Hình 11-11 Cấu tạo một bãi đỗ xe nhiều tầng 1 – các tấm sàn; 2 – đường dốc; 11.4.2 Bãi đáp cho máy bay trực thăng trong thành phố Vận tải bằng máy bay trực thăng ở thời điểm hiện tại, trên thế giới cịn chưa pháp triển, tuy nhiên khối lượng vận chuyển ngày càng tăng, phương thức vận tải này sẽ chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tương lai gần. Ưu điểm của vận tải bằng trực thăng: vận tốc cao, cĩ thể đạt đến 200 – 300 km/h, khơng phụ thuộc vào hệ thống đường bộ, tính cơ động cao, xây dựng bãi đáp – đơn giản, khơng tốn kém. Nhược điểm: Khả năng vận chuyển khơng lớn – 500 – 600 khách/giờ, giá thành cao, nhiều tiếng ồn, phụ thuộc vào thời tiết. Bảng 11-1 Phân loại máy bay trực thăng và kích thước bãi đáp Loại Nhẹ Trung Nặng Trọng lượng khi cất cánh, kN 120 Kích thước bãi đáp, m > 30×30 > 60×60 > 80×80 11.5 Phương tiện giao thơng cơng cộng: Trong các thành phố thường phổ biến các phương tiện giao thơng cơng cộng sau: - MRT – Metro: Thường là một đồn xe cĩ nhiều toa chạy trên đường sắt cĩ rào che dành riêng cho metro, sử dụng năng lượng điện, cĩ thể đi ngầm dưới đất hay đi trên mặt đất, hay trên cao, khả năng chuyên chở rất lớn. Từ năm 2001, Tp. Hồ Chí Minh đang xem xét dự án xây dựng 2 tuyến metro. - Hệ thống xe ơtơ Bus : Từ năm 2003 Tp. Hồ Chí Minh và Hà nội đã triển khai đầu tư thay mới hệ thống xe Bus, tăng chuyến, tăng tuyến, qui hoạch thêm nhiều tuyến mới.
  64. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 63 - Tàu điện : đi trên mặt đất, cĩ từ 1 –2 toa, khơng cĩ rào ngăn cách đường ray với xung quanh; Giá thành đầu tư khai thác : thấp Nhược điểm: tốc độ khơng cao, cản trở các phương tiện giao thơng khác, sử dụng khơng hiệu quả quĩ đất. Xe điện bánh hơi : giống như xe bus, nhưng sử dụng năng lượng điện nên ít gây ơ nhiễm hơn. Ưu điểm hơn xe điện là khơng phải làm đường sắt, mà sử dụng trực tiếp mặt đường ơtơ; Monorails : Các toa xe được treo hay chạy trên một đường dẫn hẹp (monorail) cĩ dạng “dầm”. Trong hầu hết các trường hợp rail được đặt trên cao, nhưng cĩ thể đặt trên mặt đất hay đi ngầm. Lưu ý toa xe rộng hơn nhiều so với đường dẫn. Hình 11-12 Một số phương tiện vận tải cơng cộng - Đường sắt “nhẹ” (Light Rail) : Gần giống với Monorail
  65. Bài giảng CTGT phần cầu - 64 - Hình 11-13 Một đồn tàu Monorail ở Hình 11-14 Đường sắt trên cao ở Osaka Vancouver – một dạng đường sắt nhẹ 12 XÂY DỰNG CẦU 12.1 Xây dựng mĩng cọc đài cao Hình 12-1 Xây dựng mĩng cọc đài cao
  66. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 65 - 12.2 Vận chuyển dầm BTCT Hình 12-2 Cận chuyển dầm BTCT 12.3 Các phương pháp thi cơng KCN cầu BTCT Hình 12-3 Các phương pháp thi cơng kết cấu nhịp dầm BTCT
  67. Bài giảng CTGT phần cầu - 66 - 1 – Dầm giản đơn; 2 & 9 – Cần cẩu; 3 – Trụ cầu; 4 – Trụ tạm; 5 – Cần cẩu cổng; 6 – Giá 3 chân; 7 – Các đốt dầm; 8 – Đà giáo di động; 12.4 Lao lắp kết cấu nhịp cầu BTCT nhịp giản đơn a) b) c) Hình 12-4 Dùng cần cẩu đứng trên mặt đất hay sàn đạo để lắp KCN 1 – Bãi chứa dầm; 2 – Cần cẩu; 3 – Dầm cầu; 4 – Dầm nâng; 5 – Hướng di chuyển của cần cẩu.
  68. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 67 - 12.5 Lao lắp kết cấu nhịp cầu thép Hình 12-5 Sơ đồ lắp ráp kết cấu nhịp giàn thép 1 – Kết cấu nhịp; 2 – Hệ trụ nổi; 3 – Trụ cầu; 4 – Trụ tạm; 5 – Cần cẩu. Hình 12-6 Sơ đồ lắp đẩy kết cấu nhịp thép 1 – Đường trượt; 2 – Xe lăn; 3 – Gối kê; 4 – Cần cẩu mini; 5 –Đường ray cần cẩu; 6 – Khu vực thu hồi xe lăn; 7 – Bàn trượt; 8 – Mũi dẫn; 9 – trụ cầu.
  69. Bài giảng CTGT phần cầu - 68 - 13 PHỤ LỤC 13.1 Một số dạng dầm giản đơn Dầm I 33m Dầm I 24,54 m Hình 13-1 Mặt cắt ngang dầm I 33 m và I 24,54 m Hình 13-2 Mặt đứng dầm I 33 và I 24,54 Thuyết minh - Dầm BTCT ứng suất trước tiết diện chữ I dài 24,54 m được thiết kế với tải trọng HS – 20 – 44 theo qui trình AASHTO và được đưa vào sử dụng ở miền Nam từ 1994; - Cáp ∅ 12,7 mm theo tiêu chuẩn ASTM cĩ sức chịu kéo 220 kip tương đượng với cáp cĩ R = 12 000 kg /cm2; - Cốt thép thường cấp 40 theo tiêu chuẩn ASTMAC-II cĩ giới hạn 2 chảy 2600 kg/cm , tương đương AII - Bản mặt cầu và dầm ngang đổ tại chỗ, cấp 300 kg/cm2; Khối lượng vật tư chủ yếu cho 1 phiến dầm Cáp 12,7mm : 874,00 kg; Thép trịn : 517,00 kg; Thép bản : 23,00 kg BT cấp 500 : 9,25 tấn; Trọng lượng 1 phiến dầm : 23,10 tấn
  70. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 69 - m m ầ ầ a d u d ữ đầ TL 1 : 50 TL 1 : 50 TL MC ngang MC ngang gi Hình 13-3 Bố trí chung dầm I BTCT ứng suất trước, L = 33 m, theo định hình TQ
  71. Bài giảng CTGT phần cầu - 70 - Hình 13-4 Chi tiết dầm T Hình 13-5 Bãi đúc dầm Super-T
  72. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 71 - Hình 13-6 Cấu tạo dầm Super-T
  73. Bài giảng CTGT phần cầu - 72 - 13.2 Vật liệu dùng trong xây dựng cầu 13.2.1 Cốt thép, thép hình Bảng 13-1 Một số yêu cầu của cốt thép theo các tiêu chuẩn phổ biến ở Việt nam Giới hạn chảy Giới hạn bền Tiêu chuẩn Mác Yield strength Tensile strength Standard Grade 2 2 fy, (N/mm ) fu, (N/mm ) JIS G 3101 SS 400 235 min 400-510 SD 295A (SD30) 295 min 440-600 SD 295B 295 min 440 min JIS G 3112 SD 390 (SD40) 390-510 560 min SD 490 (SD 50) 490-625 620 min A-I 235 min 373 min OCT 5781-82 A-II 294 min 490 min A-III 392 min 590 min CI 240 min 380 min TCVN 1651-85 CII 300 min 500 min CIII 400 min 600 min Gr40 (300) 300 min 500 min ASTM A615/A615M-94 Gr60 (400) 400 min 600 min Gr40 (300) 300 min 500 min ASTM A615/A615M-96a Gr60 (420) 420 min 620 min Gr250 250 min 287 min BS 4449 Gr460 460 min 483 min Bảng 13-2 Chủng loại thép cĩ thể dùng trong xây dựng cầu REBAR - THÉP VẰN Tiêu chuẩn Đường kính GOST 5781- TCVN 1651- ASTM Ap dụng JIS G 3112 82 85 A615M SD 295A CT5 BCT 51 Gr300 (Gr40) D10 - D32 SD 390 Gr420 (Gr60) Xây dựng SD 490
  74. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 73 - ROUND BAR - THÉP THANH TRƠN Tiêu chuẩn Đường kính Áp dụng GOST 5781- TCVN 1651- JIS G 3101 JIS G 3112 82 85 SR 235 Xây dựng ∅10 - ∅50 CT3 CT 38 SS 400 Gia cơng WIRE ROD - THÉP CUỘN Tiêu chuẩn Đường Áp dụng kính JIS G GOST TCVN TCVN TCVN 3505 5781-82 1651-85 1766-75 2362-78 SWRM 8 CT 1 CT 33 Gia cơng ∅5.5-∅22 SWRM CT 2 CT 34 Gia cơng 10 SWRM CT 3 BCT 38 Xây dựng 12 Bolts, C10 nuts Ha-08 Electrodes ANGLE BAR - THÉP GĨC Tiêu chuẩn Áp dụng JIS G 3101 GOST 8509-86 TCVN 1656-93 Xây dựng SS 400 CT 3 CT 38 Gia cơng 13.2.2 Thiết kế cấp phối BT Theo khuyến cáo của Holcim, nếu dùng xi măng của hãng thì cĩ thể dùng bảng hướng dẫn sau để thiết kế cấp phối BT đa dụng :
  75. Bài giảng CTGT phần cầu - 74 - 13.2.3 Tên một số loại kết cấu giàn Giàn Warren Giàn Pratt Giàn Warren cải tiến Giàn Vierendeel Hình 13-7 Tên một số loại giàn 13.3 Phương pháp thi cơng cầu Hình 13-8 Lắp dầm BTCT từ các đoạn dầm đúc sẵn
  76. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 75 - Hình 13-9 Lắp dầm của cầu dầm liên tục Hình 13-10 Khối K0 đúc sẵn, đã đặt trên trụ
  77. Bài giảng CTGT phần cầu - 76 - Hình 13-11 Lắp các khối hộp tiếp theo Hình 13-12 Lắp dầm Super-T
  78. Bài giảng CTGT phần cầu (LBK 02/2008) - 77 - 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Như Khải, Phạm Duy Hồ, Nguyễn Minh Hùng. Những vấn đề chung về Mố trụ cầu. NXB Xây dựng, Hà nội, 2000. 100 trg. 2. Nguyễn Minh Nghĩa, Dương Minh Thu. Mố trụ cầu. NXB Giao thơng vận tải, Hà nội, 2002. 208 trg. 3. Ng. Tấn Quí, Giáo trình thí nghiệm vật liệu XD, 1983 4. Nguyễn Viết Trung, Hồng Hà. Cầu bê tơng cốt thép – tập 1, NXB Giao thơng vận tải, Hà nội, 2001. 5. Tiêu chuẩn thiết kế cầu, 22 TCN 272-05. NXB Giao thơng vận tải, Hà nội, 2005. 6. Qui trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn, 22 TCN 18-79, NXB Giao thơng vận tải, Hà nội, 1998; 7. Polivanov N.I. Thiết kế cầu BTCT lắp ghép và cầu thép trên đường ơ tơ, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội, 1979. 8. A.P. Singh, S.P. Singh, Satya Prakashan. Railways bridges and tunnels, New Delhi, 1996. 9. AASHTO (1998 – 2004). LRFD Bridge Design Specifications. American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Washington, D.C. 10. AASHTO (2000) Material test. American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Washington, D.C. 11. Roger L. B. , Kenneth J. B. Highway engineering handbook, Mc GRAW-HILL, 1996 12. OVM Construction Machinery Co., Ltd. HVM Multistrand Post- tensioning System. An Introduction for the Design and Construction of Prestressing Structural Engineering, Liuzhou, 2000 13. Comprehensive design example for prestressed concrete (psc) girder superstructure bridge with commentary. Modjeski and Masters, Inc. 2003 (FHWA NHI - 04-044) 14. LRFD Design Example for Steel Girder Superstructure Bridge. Michael Baker Jr Inc. 2003 (FHWA NHI-04-042) 15. Structural Concrete Industries www.sciaust.com.au 16. Колоколов Н.М. и др. Искусственные сооружения. М.: Транспорт, 1988. – 440 с. 17. Гибшман М.Е. и др. Мосты и сооружения на автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1981. – 399 с. 18. Под ред. В. Н. Байкова, Г. И. Попова. Строительные конструкции. М.: Высш. шк., 1986. – 399 с. 19. Стрелецкий Н. Н. Сталежелезобетонные пролетные строения мостов. М.: Транспорт, 1981. – 360 с. 20. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. - 200 с.
  79. 78 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) Cho một kết cấu nhịp cầu giản đơn, cĩ các thơng số sau SỐ LIỆU Chiều dài nhịp tính tốn24000 mm Số dầm chính 5 dầm I, BTCT ứng suất trước Khoảng cách giữa 2 dầm chính2300 mm Tỷ số của khối lượng dầm ngang / dầm chính 0.12 Chiều rộng lan can trái / phải 500 500 mm Số lề bộ hành 0 Chiều dày trung bình lớp phủ 82 mm Chiều rộng phần xe chạymm10500 Chiều dày bản mặt cầumm195 Cường độ chịu nén của BT BMC26 MPa Đường kính danh định cốt thép BMC14 mm Giới hạn chảy của cốt thép BMC390 MPa Chiều dày lớp bảo vệ cuả BMC ( trên / dưới )50 25 mm Trọng lượng lan can5.5 N/mm Bêtơng BMC : BT đá 1 x 2 b 1 b 2 b 3 h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 mm mm mm mm mm mm mm mm 560 200 410220 180 515 110 175 Í a) Mặt cắt ngang dầm; b) Một phần mặt cắt ngang cầu NHIỆM VỤ 1. Tìm moment tính tốn ở mặt cắt cách gối trái9000 mm 2. Tính và bố trí cốt thép BMC
  80. 79 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) 1. TÌM MOMENT TÍNH TỐN (moment khống chế) 1.1. Tìm hệ số phân bố của moment 1.1.1. Kiểm tra điều kiện áp dụng “cơng thức tính HSPB” Hạng mục kiểm tra Điều kiện kiểm tra Kết luận Khoảng cách giữa 2 dầm chính 1100 ≤ S ≤ 4900 thoả Chiều dày bản mặt cầu 110 ≤ ts ≤ 300 thoả Chiều dài nhịp tính tốn 6000 ≤ L ≤ 73000 thoả Số dầm chính Nb ≥ 4 thoả Kết luận : Cĩ thể dùng pp. gần đúng để tìm hệ số phân bố moment. 0,1 ⎛ Kg ⎞ Trong thiết kế sơ bộ, cĩ thể chấp nhận ⎜ ⎟ = 1 ⎜ 3 ⎟ ⎝ Lts ⎠ 1.1.2. Phân bố hoạt tải xe cho dầm trong * Khi 1 làn thiết kế chịu tải 0,4 0,3 0,1 ⎛ S ⎞ ⎛ S ⎞ ⎛ K g ⎞ mg = 0,06 + ⎜ ⎟ = 0.4453 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ 3 ⎟ ⎝ 4300 ⎠ ⎝ L ⎠ ⎝ L ts ⎠ * Khi ≥ 2 làn thiết kế chịu tải 0,6 0,2 0,1 ⎛ S ⎞ ⎛ S ⎞ ⎛ Kg ⎞ mg = 0,075 + ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ 3 ⎟ 0.6194 ⎝ 2900 ⎠ ⎝ L ⎠ ⎝ Lts ⎠ 1.1.3. Phân bố hoạt tải xe cho dầm ngồi * Khi 1 làn thiết kế chịu tải, tính theo pp. địn bẩy 1 y2 y1 Chất tải để xác định phân bố tải trọng theo pp. địn bẩy
  81. 80 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) de = 650 mm y1 = 1.0217 y2 = 0.2391 Với xe thiết kế, mg = 0.7565 * Khi ≥ 2 làn thiết kế chịu tải Thoả điều kiện : -300 ≤ de ≤ 1700 mm e = 0,77 + de / 2800 = 1.0021 mg = e x (mg) = 1.0021 x 0.6194 = 0.6207 1.1.4. Phân bố hoạt tải cho TTGH mỏi (chỉ xét với 1 làn thiết kế) Dầm trong, mg = 0.4453 / 1.2 = 0.3711 Dầm ngồi, mg = 0.7565 / 1.2 = 0.6304 1.2. Tìm M khống chế (tính tốn) do HL-93, DẦM TRONG (TTGH CĐ I, chưa xét LFLL ; LFLL ≡ γLL ) 1.2.1. Tìm moment M3t do xe 3 trục (xe tải thiết kế), khơng hệ số : xk - mặt cắt tính M 9000 90009 m 2400032 m 35 kN 145 kN 145 kN 145 35 kN 35 kN 35 145 kN 145 kN 145 145 kN 145 35 kN 145 kN 145 kN 145 y5 y4 y1 y2 y3 đah M9 Xếp xe lên đah để tìm moment bất lợi nhất (cĩ thể cĩ phương án xếp xe khác)
  82. 81 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) x - vị trí tải trọng y - tung độ đah xk 9000 y1 5.6250 xk - 43004700 y4 2.9375 xk - 8600400 y5 0.2500 xk + 430013300 y2 4.0125 xk + 860017600 y3 2.4000 Moment do các phương án xếp tải PA 1 : 145*(y1 + y4) + 35*y5 1250.3125 PA 2 : 145*(y1 + y2) + 35*y4 1500.2500 PA 3 : 145*(y1 + y2) + 35*y3 1481.4375 PA 4 : 145*(y1 + y4) + 35*y2 1382.0000 M3t = 1500.2500 kN.m 1.2.2. Tìm moment M2t do xe 2 trục (xe tandem), khơng hệ số 90009 m 2400032 m 110 kN 110 kN 110 y6 y1 y7 đah M9 Xếp xe lên đah để tìm moment bất lợi nhất x - vị trí tải trọng y - tung độ đah xk 9000 y1 5.6250 xk - 12007800 y6 4.8750 xk + 120010200 y7 5.1750 Moment do các phương án xếp tải PA 1 : 110*(y1 + y6) 1155 PA 2 : 110*(y1 + y7) 1188 M2t = 1188 kN.m
  83. 82 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) 1.2.3. Tìm moment Mlàn , do tải trọng làn, khơng hệ số 90009 m 2400032 m y1y1 đahđah M9 M Ω = 67.5000 m2 M = Ω * 9.3 Mlàn = 627.75 kN.m 1.2.4. Tìm M tính tốn do HL-93; dầm trong; TTGH CĐ I M = mg × [ Max( M2t, M3t ) × ( 1 + IM ) + Mlàn ] 0.6194 x [1500.2500 x 1.25 + 627.7500 ] = 1550.3969 kN.m 1.3. Tìm M khống chế (tính tốn) do HL-93, DẦM TRONG (TTGH Mỏi, chưa xét LFLL ; LFLL ≡ γLL ) 1.3.1. Tìm moment M3t do xe 3 trục (xe tải thiết kế), khơng hệ số : x - vị trí tải trọng y - tung độ đah xk 9000 y1 5.6250 xk - 43004700 y5 2.9375 xk - 90000 y6 0.0000 xk - 133000 y7 0.0000 xk + 430013300 y2 4.0125 xk + 900018000 y3 2.2500 xk + 1330022300 y4 0.6375 k L y6 y4 y3 y5 y1 y2 đah M
  84. 83 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) Moment do các phương án xếp tải PA 1 : 145*(y1 + y3) + 35*y4 1164.1875 PA 2 : 145*(y1 + y3) + 35*y5 1244.6875 PA 3 : 145*(y1 + y6) + 35*y7 815.6250 PA 4 : 145*(y1 + y6) + 35*y2 956.0625 M3t = 1244.6875 kN.m 1.3.2. Tìm M tính tốn do HL-93; dầm trong; TTGH Mỏi M = mg × [ M3t × ( 1 + IM ) ] 0.3711 x [ 1244.6875 x 1.15 ] = 531.1891 kN.m 1.4. Tìm moment tính tốn do tĩnh tải, DẦM TRONG, TTGH CĐ I (tĩnh tải rải đều, qui về 1 m dài dầm; cĩ xét γ P ) tĩnh tải ≡ tải trọng thường xuyên Diện tích mặt cắt ngang dầm chính 2 Ab = 0.3999 m 1.4.1. Tải trọng thường xuyên rải đều, chưa cĩ hệ số γP Do lớp phủ (tra bảng 8.2) q = 22,5 x 2.300 x 0.082 = 4.2435 kN/m Do bản mặt cầu (tra bảng 8.2) q = 25,0 x 2.300 x 0.195 = 11.2125 kN/m Dầm chính q = 25,0 x 0.39990 = 9.9975 kN/m Dầm ngang 0.12 x 9.99750 = 1.1997 kN/m 1.4.2. Moment tính tốn do tĩnh tải (cho TTGH cường độ I, cĩ hệ số γP ) M = Ω * Σγi.qi = 2320.4728 kN/m 67.5000 * [ 1.5 * 4.2435 + 1.25* ( 11.2125 + 9.9975 + 1.1997 ) ]
  85. 84 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) 1.5. Moment tính tốn, TTGH CĐ I, Dầm trong Moment tính tốn = 1.75 * Mhoạt tải + Mtĩnh tải M = 1.75 * 1550.3969 + 2320.4728 = 5033.6674 kN/m 1.6. Moment tính tốn, TTGH Mỏi, Dầm trong Moment tính tốn = 0.75 * Mhoạt tải M = 0.75 * 531.1891 = 398.3918 kN/m 2. TÍNH CỐT THÉP BẢN MẶT CẦU CHỊU MOMENT DƯƠNG * Tính nội lực Chiều dày lớp BT bảo vệ 25 mm Đường kính danh định cốt thép chịu lực; bar_Dia14 mm Diện tích MCN cốt thép; bar_Area 153.9380 mm2 Chiều cao làm việc của tiết diện; de 163 mm Nhịp tính tốn của bảnmm2300 Moment do hoạt tải, chưa cĩ LFLL 24750 N.mm/mm Hệ số sức kháng uốn 0.9 Tĩnh tải do BMC & lớp phủ 8.8613E-03 N/mm q = (1,25 x 25,0 x 195.0 + 1.5 x 22.5 x 82.0) * 10e-6 = Moment do tĩnh tải, đã cĩ LF M± = wl 2/c = 8.8613E-3 * 2300.0^2 / 11 = 4261.4557 N.mm c = 10 ÷ 12; lấy c = 11 w - tĩnh tải trên 1 đơn vị diện tích ( w = q ) l - nhịp của bản; ( l = S ) Moment dương tính tốn ở giữa nhịp của BMC 24 750.00 x 1,75 + 4 261.46 = 47573.956 N.mm
  86. 85 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) * Tính cốt thép M u ×1mm 1.9895 Rn ==2 φf bde ' ⎡ ⎤ f2.Rcn ρ =−−=0,85⎢ 1 1 ' ⎥ 5.3543E-03 f0,85.fyc⎣ ⎦ Diện tích cốt thép cần thiết 2 AS = ρ.de 0.8728 mm /mm Khoảng cách tính tốn giữa các thanh cốt thép bar_sp* = bar_Area / As = 176.38 mm Chọn bước cốt thép hướng chính bar_sp =175 mm * Kiểm tra cự ly cốt thép + Cự ly tối thiểu của các thanh cốt thép Đối với bê tơng đúc tại chỗ, cự ly tịnh giữa các thanh song song trong một lớp ≥ : 1,5 lần đường kính danh định của thanh, 1,5 lần kích thước tối đa của cấp phối thơ, hoặc 38 mm + Cự ly tối đa của các thanh cốt thép thoả điều kiện bar_sp < MIN( 450mm và 1,5.ts ) * Kiểm tra về hàm lượng cốt thép tối đa Điều kiện kiểm tra : c/de ≤ 0,42 T = bar_Area*Fy 60035.8356 T a = ' a = 0,85. fC .bar _ sp 15.5232 β1 = 0.85 c = a/β1 18.2625
  87. 86 Ví dụ CTGT phần cầu, (LBK 10/2007) c - khoảng cách từ thớ chịu nén ngồi cùng đến trục trung hồ (mm) c/de = 0.1120 Kết luận : hàm lượng cốt thép < hàm lg cốt thép tối đa = 0,42 50 mm 25 mm #14 @ 175 mm