›
›

Bài giảng Tổng luận cầu

pdf 59 trang ngocly 3140
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Tổng luận cầu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_tong_luan_cau.pdf

Nội dung text: Bài giảng Tổng luận cầu

  1. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công Trình Bộ môn Cầu Hầm  Bài giảng tổng luận cầu Bộ môn Cầu Hầm - Đại học Giao thông Vận tải. Hà Nội - 2006
  2. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Ch•ơng 1: Khái niệm về các công trình nhân tạo trên đ•ờng. I.1. Các loại công trình nhân tạo trên đ•ờng Công trình nhân tạo trên đ•ờng bao gồm : Công trình v•ợt sông, suối, thung lũng : Cầu, hầm. Công trình chắn đất : T•ờng chắn, kè , đê. Công trình thoát n•ớc nhỏ : Cống, đ•ờng tràn, cầu tràn. 2 % 2 % MNCN:8.50 MNTN:4.00 I.1.1. Cầu Cầu là công trình để v•ợt qua dòng n•ớc, qua thung lũng, qua đ•ờng, qua các khu vực sản xuất, các khu th•ơng mại hoặc qua khu dân c• . I.1.2. Các công trình thoát n•ớc nhỏ Đ•ờng tràn là công trình có mặt đ•ờng nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa m•a n•ớc chảy tràn qua mặt đ•ờng nh•ng xe cộ vẫn đi lại đ•ợc. áp dụng : Cho những dòng sông hoặc suối có l•u l•ợng nhỏ, và có lũ xảy ra trong thời gian ngắn (Trong năm không quá 23 lần). Cầu tràn là công trình đ•ợc thiết kế đủ để dòng chảy thông qua với một l•u l•ợng nhất định, khi v•ợt quá l•u l•ợng này, n•ớc sẽ tràn qua đ•ờng. áp dụng: Cho những dòng chảy có l•u l•ợng nhỏ và trung bình, thời gian tập trung n•ớc ngắn. Nh•ợc điểm : Làm gián đoạn giao thông, gây xói lở công trình. Cống là công trình thoát n•ớc qua các dòng n•ớc nhỏ, có l•u l•ợng nhỏ (Q 40  50 m3/s). 1
  3. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Quy định : Chiều dày lớp đất đắp trên đỉnh cống >0,5m để phân bố áp lực bánh xe và giảm lực xung kích 1:m I.1.3. T•ờng chắn T•ờng chắn là công trình chắn đất, đ•ợc xây dựng nhằm đảm bảo ổn định của độ dốc ta luy nền đ•ờng. I.1.3. Hầm Hầm là công trình có cao độ tuyến đ•ờng thấp hơn nhiều so với mặt đất tự nhiên. Tuỳ theo mục đích sử dụng có các công trình hầm sau : Hầm v•ợt núi. Ví dụ : Hầm Hải Vân (VN) Hầm v•ợt sông , eo biển Hầm giao thông trong lòng đất. Ví dụ : Hầm chui Thủ Thiêm (VN). I.2. Các bộ phận cơ bản của công trình cầu I.2.1. Cấu tạo chung công trình cầu Công trình cầu đ•ợc chia làm 2 phần : Kết cấu phần trên Kết cấu phần d•ới I.2.2. Kết cấu phần trên Kết cấu phần trên bao gồm : Kết cấu nhịp 2
  4. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Mặt đ•ờng xe chạy Gối cầu, khe co giãn, lan can và hệ thống chiếu sáng trên cầu Tác dụng: Tạo ra bề mặt cho xe chạy và lề Ng•ời đi bộ trên cầu đảm bảo cho xe chạy êm thuận và an toàn trong quá trình chuyển động . I.2.3. Kết cấu phần d•ới Kết cấu phần d•ới bao gồm : Mố cầu Trụ cầu Hệ thống mống, cọc Tác dụng: : Đỡ kết cấu nhịp và truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống mố trụ Kết cấu phần d•ới chiếm 40 – 60 % tổng giá trị công trình I.2.4. Các mực n•ớc thiết kế Mực n•ớc thấp nhất (MNTN) : là mực n•ớc thấp nhất xuất hiện trên sông vào mùa khô Mực n•ớc cao nhất (MNCN) : là mực n•ớc cao nhất xuất hiện trên sông vào mùa lũ. Mực n•ớc thông thuyền (MNTT): là mực n•ớc cao nhất cho phép tàu bè đi lại d•ới cầu một cách an toàn. I.2.5. Khổ cầu. I.3. Các kích th•ớc cơ bản của công trình cầu I.3.1. Khẩu độ thoát n•ớc d•ới cầu (Lo) Khẩu độ thoát n•ớc d•ới cầu đợc tính từ mép trong của mố bên này đến mép trong của mố bên kia . Lo đ•ợc xác định theo tần suất lũ thiết kế : P% Bảng tần xuất lũ thiết kế P% Loại cầu Chiều dài nhịp L (m) Tần suất lũ thiết kế P% Cầu lớn >100 1% Cầu trung 30 – 100 2% Cầu nhỏ < 30 4% 3
  5. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm I.3.2. Chiều dài nhip Chiều dài nhịp (Lnh) : là khoảng cách tính từ đầu dầm bên này đến đầu dầm bên kia. Chiều dài tính toán nhịp (Ltt) : là khoảng cách giữa tim các gối của một nhịp I.3.3. Chiều dài toàn cầu Chiều dài toàn Cầu (Lcầu) : là khoảng cách tính từ đuôi mố bên này đến đuôi mố bên kia. Lcau Lnhip a 2xLmo Trong đó : Lnhịp : Chiều dài của một nhịp a : Khe hở đầu dầm Lmố : Chiều dài mố cầu. I.3.4. Các chiều cao thiết kế Chiều cao tự do (Htd) : là khoảng cách tính từ đáy dầm đến mực n•ớc cao nhất. Chiều cao kiến trúc của cầu (hkt) : là khoảng cách tính từ đáy dầm đến mặt đ•ờng xe chạy. Chiều cao cầu (Hc) : là khoảng cách tính từ mặt đ•ờng xe chạy đến mực n•ớc thấp nhất đối với cầu v•ợt qua dòng n•ớc và đến mặt đất thiên nhiên đối với cầu cạn. Chiều cao thông thuyền (Htt) : là khoảng cách tính từ đáy dầm đến mực n•ớc thông thuyền. I.4. Phân loại và phạm vi sử dụng I.4.1. Phân loại theo hình thức sử dụng 4
  6. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Cầu ôtô : Là công trình cầu cho tất cả các ph•ơng tiện giao thông nh• : Xe tải, xe gắn máy, xe thô sơ và đoàn ng•ời đi bộ Cầu đ•ờng sắt : Đ•ợc xây dựng dành riêng cho xe lửa. Cầu ng•ời đi bộ : Phục vụ dành riêng cho ng•ời đi bộ. Cầu thành phố : Là cầu cho ô tô, xe điện, ng•ời đi bộ Cầu chạy chung : Là cầu cho cả ô tô, xe lửa, ng•ời đi bộ Cầu đặc bịêt : Là các cầu phục vụ cho các ống dẫn n•ớc, ống dẫn khí, ống dẫn hơi đốt, dẫn dây cáp điện I.4.2. Phân loại theo vật liệu làm KCN Cầu gỗ Cầu đá Cầu bê tông Cầu bê tông cốt thép Cầu thép Cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép. I.4.3. Phân loại theo cao độ đ•ờng xe chạy Cầu có đ•ờng xe chạy trên : Đ•ờng xe chạy đặt trên đỉnh KCN Cầu có đ•ờng xe chạy d•ới : Đ•ờng xe chạy dọc theo biên d•ới KCN Cầu có đ•ờng xe chạy giữa : Đ•ờng xe chạy bố trí trong phạm vi chiều cao KCN I.4.4. Phân loại theo 5
  7. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm ch•ớng ngại vật mà cầu v•ợt qua Cầu thông th•ờng (Cầu v•ợt sông) : là các công trình cầu đ•ợc xây dựng v•ợt qua các dòng n•ớc nh• : sông, suối , khe sâu Cầu v•ợt (Cầu qua đ•ờng) : là các công trình cầu đợc thiết kế cho các nút giao nhau khác mức trên đ•ờng ô tô hoặc đ•ờng sắt. Cầu cao : là các công trình cầu bắc qua thung lũng khe sâu , các trụ cầu có chiều cao > 20 - 25 m. Cầu cạn : là cầu đ•ợc xd ngay trên mặt đất mhằm dẫn vào một cầu chính hoặc nâng cao độ tuyến đ•ờng lên để giải phóng không gian bên d•ới. Cầu phao : là các công trình cầu đ•ợc xây dựng bằng hệ nổi phục vụ cho mục đích Quân sự hoặc phục vụ giao thông trong thời gian ngắn. Cầu mở :Cầu mở là cầu có 1 hoặc 2 nhịp sẽ đ•ợc di chuyển khỏi vị trí để tàu bè qua lại trong khoảng thời gian nhất định. áp dụng: chiều cao thông thuyền lớn HTT 40  60m 6
  8. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Cầu cất là loại Cầu mở mà KCN có thể đ•ợc kéo lên theo ph•ơng thẳng đứng để cho tàu thuyền qua lại an toàn  Cầu nâng  Cầu quay : Khi không có tàu thuyền qua lại cầu vẫn đảm bảo giao thông bình th•ờng. I.4.5. Phân loại theo sơ đồ chịu lực Cầu dầm : Bộ phận chịu lực chủ yếu là dầm, chịu uốn và cắt. Khi chịu tải trọng thẳng đứng trên KCN thì tại gối chỉ có thành phần phản lực thẳng đứng V. Các loại Kết cấu nhịp Cầu Dầm : Cầu dầm giản đơn, cầu dầm hẫng, cầu dầm hẫng + nhịp đeo, cầu dầm liên tục.  Cầu dầm giản đơn o Phân bố nội lực : Biểu đồ mô men chỉ có dấu (+) và giá trị lớn nhất là tại giữa nhịp o Phân bố vật liệu : Tập trung tại mặt cắt giữa nhịp. o Khả năng v•ợt nhịp : Dầm BTCT th•ờng : L < 21 m. Dầm BTCT DƯL : L < 50 m.  Cầu dầm hẫng o Phân bố nội lực : Biểu đồ mô men có M+ tại mặt cắt giữa nhịp và M- tại mặt cắt gối. o Phân bố vật liệu : Tập trung nhiều tại mặt cắt gối và cả mặt cắt giữa nhịp. o Khả năng v•ợt nhịp : Dầm BTCT DƯL : L < 80 m. 7
  9. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Cầu dầm hẫng + nhịp đeo Đặc điểm : Xe chạy không êm thuận, lực xung kích lớn, khe co giãn phải cấu tạo phức tạp nên hiện nay rất ít sử dụng.  Cầu dầm liên tục o Phân bố nội lực : Biểu đồ mô men có M- tại mặt cắt gối lớn hơn M- tại mặt cắt giữa nhịp. o Phân bố vật liệu : Tập trung nhiều tại mặt cắt gối do đó tiết kiệm vật liệu và tăng khả năng v•ợt nhịp. o Khả năng v•ợt nhịp : L > 50 m Cầu khung  Trụ và dầm đ•ợc liên kết cứng với nhau để chịu lực  Phản lực gối gồm thành phần thẳng đứng V, thành phần nằm ngang H và mô men uốn M. Cầu vòm 8
  10. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Bộ phận chịu lực chủ yếu là vòm, chịu nén và cắt.  Khi chịu tải trọng thẳng đứng trên KCN thì tại chân vòm có các thành phần nội lực: V, H, M do đó ta phải xây dựng vòm tại nơi có địa chất tốt.  Theo vị trí đ•ờng xe chạy có các loại Cầu vòm sau: Cầu vòm có đ•ờng xe chạy trên, cầu vòm có đ•ờng xe chạy giữa, cầu vòm có đ•ờng xe chạy d•ới. Cầu treo  Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu. Do đó trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm.  Có thể phân cầu treo thành 2 loại : o Cầu treo dây võng (gọi tắt là cầu treo) o Đặc điểm : Trong cầu treo, dây làm việc chủ yếu chịu kéo và tại chỗ neo cáp có lực nhổ rất lớn do đó tại vị trí mố ta phải cấu tạo hố neo lớn và rất phức tạp. o Cầu treo dây xiên (Cầu dây văng). o Đặc điểm : Kết cầu dầm cứng tựa trên các gối cứng là các gối cầu trên mố - trụ và các gối đàn hồi là các dây văng. Dây văng và dầm chủ tạo nên hệ bất biến hình do đó hệ có độ cứng lớn hơn so với cầu treo. Khả năng vợt nhịp hợp lý của cầu dây văng là từ 150 - 450 m. 9
  11. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm VD : Mỹ Thuận (VN) 150+350+150 m. Cầu Cần Thơ (Cần Thơ) : 270+550+270 m. Cầu Kiền (Hải Phòng): 84,5+200+84,5 m. Cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh): 125+435+125 m. Tatara (Nhật bản) : L = 890 m Cầu dàn  Bộ phận chịu lực chủ yếu là dàn kết hợp với hệ thống dầm mặt cầu.  Các thanh trong dàn chịu lực kéo, nén và lực cắt, bỏ qua mômen uốn trong thanh. I.5. Các yêu cầu cơ bản đối với cầu I.5.1. Yêu cầu về xây dựng và khai thác Xe cộ đi lại thuận tiện, an toàn, không hạn chế tốc độ. Đảm bảo bề rộng khổ cầu Mặt cầu : Tốt, đủ c•ờng độ, bằng phẳng, đủ độ nhám, thoát n•ớc nhanh Sơ đồ cầu hợp lý  Chiều dài nhịp, chiều dài cầu phải đmr bảo thoát lũ an toàn, tàu bè qua lại dễ dàng và an toàn  Căn cứ vào địa chất để lựa chọn sơ đồ. Kết cấu : Đảm bảo c•ờng độ và ổn định . Mặt xây dựng : Kết cấu hiện đại, công nghiệo hoá chế tạo và xây dựng. I.5.2. Yêu cầu về kinh tế Chi phí thiết bị, vật liệu rẻ nhất Giảm sức lao động giảm giá thành xây dựng nhỏ nhất Chi phí duy tu bảo d•ỡng thấp. Phù hợp xu thế phát triển nền kinh tế. 10
  12. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm I.5.3. Yêu cầu về mỹ quan Cầu phải có hình dáng đẹp Phù hợp với phong cảnh địa ph•ơng. I.6. Sơ l•ợc lịch sử phát triển và ph•ơng h•ớng phát triển ngành xây dựng cầu I.6.1. Sơ l•ợc lịch sử phát triển ngành xây dung cầu (Tự nghiên cứu). I.6.2. Ph•ơng h•ớng phát triển Về vật liệu :  Phát triển vật liệu cđ cao : BT mác cao, BT cốt sợi, BT siêu dẻo có c•ờng độ sớm, thép cđc, thép hợp kim thấp .  Sử dụng vật liệu nhẹ : BT nhẹ, hợp kim nhôm, BT cốt sợi thuỷ tinh. Về kết cấu:  Sử dụng kết cấu có sử dụng đến vấn đê điều chỉnh nội lực.  Sử dụng kết cáu có bản trực giao : o Kết cấu thép – BTCT liên hợp. o Kết cấu cầu treo o Kết cấu BTCTDƯL. Về thi công :  Sử dụng các công nghệ thi công tiên tiến.  Sử dụng các thiết bị vận chuyển và lao lắp hiện đại. Về lý thuyết tính toán :  Tính toán chính xác trạng thái làm việc công trình có xét đến các yếu tố ảnh h•ởng.  Tự động hoá trong thiết kế.  Thực hiện các mô hình thí nghiệm. 11
  13. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Ch•ơng 2 : Những vấn đề cơ bản trong thiết kế và xây dựng cầu. II.1. Các số liệu đầu vào trong TK và XD cầu. II.1.1. Bình đồ khu vực: Lựa chọn vị trí công trình Bố trí công trình  Cầu nhỏ : Th•ờng đặt theo h•ớng tuyến đ•òng, cố gắng tim dọc cầu vuông góc với h•ớng dòng chảy.  Cầu lớn : Nên chọn đoạn sông có 2 bờ song song với nhau, vị trí lòng sông hẹp nhất. II.1.2. Trắc dọc : Trắc dọc đ•ờng đen -> P/án kết cấu, bố trí mố trụ và KCN. Trắc dọc đ•ờng đỏ đảm bảo không vi phạm khổ tĩnh không d•ới cầu. II.1.3. Địa chất thuỷ văn : Căn cứ vào địa chất -> Vị trí mố trụ và loại móng. Căn cứ vào thuỷ văn :  Xói chung, xói cục bộ của lòng sông ->Vị trí đáy và đỉnh bệ móng.  Căn cứ vào mực n•ớc để xác định các cao độ thiết kế. II.2. Các giai đoạn một dự án đầu t• xây dựng Dự án đầu t• là một tập hợp các đề xuất về kỹ thuật, tài chính, kinh tế và xã hội, làm cơ sở cho việc quyết định bỏ vốn xây dựng công trình. ở n•ớc ta, tùy theo tổng mức đầu t• mà phân thành 3 nhóm dự án đầu t• : Phân loại Tổng mức đầu t• Nhóm A 600 tỷ Nhóm B 7 tỷ V 600 tỷ 12
  14. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Nhóm C 7tỷ Gồm 3 giai đoạn : Chuẩn bị đầu t•, Thực hiện đầu t•, Kết thúc đầu t• II.2.1. Giai đoạn chuẩn bị đầu t• Nội dung của công tác chuẩn bị đầu t• lại bao gồm 2 việc chính : lập dự án đầu t• và thẩm định dự án để quyết định đầu t•. II.2.1.1. Lập dự án đầu t• Trình tự lập dự án đầu t• gồm . Xác định sự cần thiết của dự án đầu t• . Nghiên cứu tiền khả thi (chỉ với dự án nhóm A và các dự án thuộc vốn ODA) và nghiên cứu khả thi. Nội dung của Nội dung của STT báo cáo nghiên cứu tiền khả thi báo cáo nghiên cứu khả thi Nghiên cứu sơ bộ về sự cần thiết Xác định những căn cứ để xác 1 phải đầu t•, các điều kiện thuận lợi, định sự cần thiết phải đầu t• khó khăn Dự kiến quy mô đầu t•, lựa chọn 2 Lựa chọn hình thức đầu t• hình thức đầu t• Các ph•ơng án vị trí cầu (hoặc Chọn địa điểm xây dựng và dự kiến tuyến) 3 nhu cầu diện tích sử dụng đất Ph•ơng án giải phóng mặt bằng, tái định c• 13
  15. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Phân tích lựa chọn ph•ơng án kĩ thuật công nghệ Phân tích sơ bộ về công nghệ, kỹ thuật và xây dựng, các điều kiện về Các ph•ơng án kết cấu cầu và 4 cung cấp vật t• thiết bị, nguyên liệu, giải pháp xây dựng năng l•ợng, dịch vụ, hạ tầng Đánh giá tác động của môi tr•ờng Phân tích tài chính, xác định sơ bộ tổng mức đầu t•, các khả năng và 5 Phân tích tài chính kinh tế điều kiện huy động các nguồn vốn, khả năng hoàn vốn và trả nợ, thu lãi Sơ bộ tính toán hiệu quả đầu t• về 6 mặt kinh tế, xã hội của dự án. Các mốc thời gian chính thực 7 hiện đầu t• II.2.1.2. Lập dự án đầu t• Các báo cáo nghiên cứu khả thi và tiền khả thi đều phải đ•ợc thẩm định, sau đó sẽ đ•ợc các cấp có thẩm quyền quyết định và cấp giấy phép đầu t• II.2.2. Giai đoạn thực hiện đầu t• Giai đoạn thực hiện đầu t• bao gồm các công việc : . Giao nhận đất, chuẩn bị mặt bằng xây dựng . Tuyển chọn t• vấn xây dựng để khảo sát, thiết kế, giám định kĩ thuật và chất l•ợng công trình. . Thiết kế công trình 14
  16. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm o Đối với các công trình có yêu cầu kĩ thuật cao, có nền móng địa chất thủy văn phức tạp thì phải thực hiện thiết kế theo hai b•ớc : thiết kế kĩ thuật và thiết kế bản vẽ thi công. o Đối với công trình kỹ thuật đơn giản hoặc đã có thiết kế mẫu, xử lý nền móng không phức tạp thì thực hiện một b•ớc : thiết kế kỹ thuật thi công . Thẩm định, duyệt thiết kế kỹ thuật và tổng dự toán . Tổ chức đấu thầu về mua sắm thiết bị và thi công xây lắp . Xin giấy phép xây dựng . Ký kết hợp đồng với nhà thầu để thực hiện dự án . Thi công xây lắp công trình . Theo dõi kiểm tra việc thực hiện các hợp đồng . Quyết toán vốn đầu t• xây dựng sau khi hoàn thành xây lắp đ•a dự án vào khai thác II.2.3. Gia đoạn kết thúc đ•a ph•ơng án vào sử dụng Giai đoạn đ•a dự án vào sử dụng bao gồm các công việc . Kết thúc xây dựng . Bàn giao công trình . Bảo hành công trình Vận hành dự án II.3. Các giai đoạn thiết kế.  Đối với cầu nhỏ gồm: Giai đoạn khả thi và Giai đoạn TK kỹ thuật thi công 15
  17. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Đối với cầu trung gồm: Giai đoạn tiền khả thi, Giai đoạn khả thi và Giai đoạn TK kỹ thuật + TK thi công  Đối với cầu lớn gồm: Giai đoạn tiền khả thi, Giai đoạn khả thi , Giai đoạn TK kỹ thuật và Giai đoạn kỹ thuật thi công. II.3.1. Giai đoạn tiền khả thi: Nghiên cứu sự cần thiết đầu t•, các điều kiện thuận lợi , khó khăn. Dự kiến quy mô. Chọn khu vực xd. Sơ bộ tổng mức đầu t•. Hiệu quả của DA. II.3.2. Giai đoạn khả thi : Sự cần thiết phải xd công trình. Xác định vị trí v•ợt sông. Đ•a ra các p/án sơ bộ, p/án kỹ thuật xây dựng. Phân tích tài chính. Đánh gía choc năng và nhu cầu vận tải ->Tác động môi tr•ờng. II.3.3. Giai đoạn thiết kế kỹ thuật : Căn cứ các ph•ơng án đã chọn trong gđ khả thi tiến hành tính toán,thiết kế chi tiết từng bộ phận của kết cấu. II.3.4. Giai đoạn thiết kế kỹ thuật thi công: Triển khai chi tiết các bản vẽ gđ thiết kế kỹ thuật. II.3.5. Nội dung hồ sơ thiết kế cầu: Bao gồm tất cả các bản báo cáo thuyết minh, các biên bản, các yêu cầu đã đ•ợc chấp nhận. Bình đồ vị trí cầu, bình đồ tại vị trí làm cầu, các loại bình đồ lối vào cầu. Trắc dọc lối vào cầu. Bình đồ cầu. Hình chiếu đứng của công trình cầu. 16
  18. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Các bản vẽ cốt thép th•ờng, DƯL. II.4. Lập ph•ơng án cầu II.4.1. Khái niệm chung về lập ph•ơng án cầu Lựa chọn ph•ơng án cầu là một bài toán tổng thể nhiều mặt : kỹ thuật, công nghệ quy hoạch, môi tr•ờng, kinh tế. Các ph•ơng án cầu phải thõa mãy yêu cầu kĩ thuật, kinh tế, có tính khả thi, đáp ứng yêu cầu duy tu bảo d•ỡng và yêu cầu mĩ quan. Để lựa chọn ph•ơng án cầu ta phải tiến hành thành lập nhiều ph•ơng án cầu khác nhau, sau đó đánh giá các ph•ơng án. II.4.2. Các căn cứ để lập ph•ơng án cầu II.4.2. 1. Vị trí cầu Đối với cầu nhỏ ( L 100m), vị trí tuyến đ•ờng phụ thuộc vào cầu. Vấn đề chọn vị trí cầu : i. Về mặt kĩ thuật : So sánh giữa các vị trí dự định đặt cầu theo các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thi công và bố trí công tr•ờng ii. Về mặt quy hoạch: So sánh các ph•ơng án về vị trí cầu và việc phát triển các vùng lân cận trong t•ơng lại, so sánh ý nghĩ về mặt quốc phòng iii. Về mặt kinh tế : so sánh các ph•ơng án theo giá thành vận doanh các ph•ơng án tuyến khác nhau do việc lựa chọn vị trí cầu khác nhau gây nên 17
  19. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm II.4.2. 2. Mặt cắt dọc tim cầu Dựa vào mặt cắt dọc tim cầu cho phép xác định vị trí của mố trụ, tránh đặt trụ vào chỗ sâu nhất, phân bố các nhịp thông thuyền, xác định độ dốc dọc cầu ( một chiều hay hai chiều) II.4.2. 3. Mặt cắt địa chất dọc tim cầu Căn cứ vào tình hình địa chất dọc đ•ờng tim cầu, sơ bộ xác định các loại móng cầu, đồng thời xác định các ph•ơng án kết cấu nhịp ( siêu tĩnh, nhiều nhịp hay giản đơn, bê tông hay thép ) II.4.2.4. Số liệu thủy văn Bao gồm 3 mực n•ớc MNCN, MNTT, MNTN MNTN : Xác định nhịp thông thuyền II.4.2. 5. Khẩu độ thoát n•ớc và chiều dài cầu Từ khẩu độ thoát n•ớc sẽ định ra chiều dài toàn bộ cầu. II.4.2. 6. Khổ giới hạn “Khổ giới hạn l¯ kho°ng không gian được d¯nh cho giao thông trên cầu hoặc d•ới cầu mà không một kết cấu hay bộ phận kết cấu nào đ•ợc vi phạm để đảm bảo an toàn giao thông.” a) Khổ giới hạn trên cầu Khổ giới hạn thông xe trên cầu : là khoảng không gian dành cho giao thông trên cầu mà không cho phép các kiến trúc thuộc hệ thống thiết bị trên cầu đ•ợc phép xâm phạm. Khổ giới hạn thông xe trên cầu bao gồm (1-G) phần xe chạy ( số làn x bề rộng làn – 4m, 6m, 7m, 10.5m ), (2-T) phần dành cho ng•ời đi bộ hoặc xe thô sơ ( 0.75m, 1.0 m, 1.5 m ), (3) phần lan can, gờ chắn, dải phân cách 18
  20. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm b) Khổ giới hạn d•ới cầu Bao gồm (1) khổ thông thuyền với cầu cầu v•ợt sông và (2) khổ thông xe d•ới cầu với cầu v•ợt đ•ờng. 730 1500 Btt 3000 2500 Htt G T Khổ thông thuyền Khổ giới hạn trên đ•ờng Khổ thông thuyền : Khổ giới hạn thông thuyền là khoảng không gian tự do ở d•ới cầu để không có các kết cấu ảnh h•ởng đến sự đi lại của giao thông đ•ờng thuỷ d•ới cầu. Nó phụ thuộc vào cấp đ•ờng sông (Quy định theo chỉ dẫn của Quy trình). Ví dụ: Sông cấp 1->3: b = 2/3.B Sông cấp 4->7: b = 1/2.B Với sông không có thông thuyền, nhằm đảm bảo sự làm việc an toàn của kết cấu nhịp thì mép d•ới của kết cấu nhịp ≥ MNTN +0,5 m. Với cầu v•ợt đ•ờng phải có chiều cao giới hạn để ph•ơng tiện đi lại d•ới cầu đ•ợc đảm bảo an toàn. II.5. Nguyên tắc tính toán. II.5.1. Các ph•ơng pháp tính toán. Theo ứng suất cho phép :  ≤ { } Theo các trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn là trạng thái mà ở đó kết cấu hoặc nền móng không còn thoã mãn các yêu cầu về khai thác. II.5.2. Tính toán theo 22 TCN - 18 -79. II.54.2.1. TTGH thứ 1. Là TTGH về c•ờng độ, ổn định . 19
  21. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm II.5.2.2. TTGH thứ 2. Là TTGH về biến dạng, độ võng. II.5.2.3. TTGH thứ 3. Là TTGH về vết nứt (kết cấu BTCT) . II.5.2.4. Các hệ số tải trọng. Các hệ số tải trọng xét đến chiều h•ớng bất lợi so với trị số tiêu chuẩn. Hệ số v•ợt tải: Gồm nt, nh.  Hệ số v•ợt tải của tĩnh tảI nt=0.9, 1.1, 1.4, 1.5.  Hệ số v•ợt tải của hoạt tảI nh=1.4. Hệ số đồng chất k, xét đến c•ờng đọ vật liệu Hệ số điều kiện làm việc m, xét đến sự sai lệch của kết cấu trong quá trình xây dựng so với thiết kế. II.5.3. Tính toán theo 22 TCN – 272 -01. II.54.3.1. TTGH C•ờng độ 1 : Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn và không xét đến gió. II.5.3.2. TTGH c•ờng độ 2 : Là tổ hợp tải trọng liên quan đến việc cầu chịu tải trọng gió với vận tốc ≥ 25 m/s và không có hoạt tải trên cầu. II.5.3.3. TTGH c•ờng độ 3 : Là tổ hợp tải trọng liên quan đến việc cầu chịu tải trọng gió với vận tốc 25 m/s và không có hoạt tải trên cầu. II.5.3.4. TTGH đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc cầu chịu tải trọng động đất, lực va tàu và xe cộ II.5.3.5 TTGH sử dụng: Là tổ hợp tải trọng liên quan đến việc cầu làm việc bình th•ờng với tốc độ gió 25m/s, các tải trọng lấy theo danh định, dùng để kiểm tra độ vòng, bề rộng vết nứt . 20
  22. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm II.5.3.5 TTGH mỏi: Là tổ hợp tải trọng liên quan hiện t•ợng mỏi và đứt gãydo LL gây ra, có xét đến trùng phục và xung kích và xung kích d•ới tác dụng của một xe tải đơn chiếc có cự ly trục đ•ợc quy định trong Điều 3.6.1.4.1. II.5.4. Tải trọng và tác động tải trọng; II.5.4.1 Theo tiêu chuẩn 22 TCN 18-79: Các loại tải trọng thẳng đứng P: Tĩnh tải, hoạt tải, áp lực đẩy nổi Các loại tải trọng theo ph•ơng dọc cầu H: Lực hãm xe, lực ma sát gối cầu theo ph•ơng dọc cầu, lực gió theo ph•ơng dọc cầu, va xô tàu bè theo ph•ơng dọc cầu, áp lực đất theo ph•ơng dọc cầu Các loại tải trọng theo ph•ơng ngang cầu T: Va xô tàu bè theo ph•ơng ngang cầu, lực gió ngang cầu, lực lắc ngang cầu do LL, lực ly tâm(Cầu cong), áp lực đất theo ph•ơng ngang cầu Trong qúa trình tính toán phải xét đến khả năng tác động đồng thời nhiều tải trọng tác dụng lên kết cấu cùng một lúc, do đó phải tiến hành tổ hợp tải trọng. Trong quá trình tổ hợp tải trọng sử dụng các hệ số tải trọng.  Tải trọng chính: Các tải trọng tác dụng th•ờng xuyên trên cầu - Tĩnh tải: Trọng l•ợng bản thân - Trọng l•ợng và áp lực ngang của đất - áp lực n•ớc - Hoạt tải tiêu chuẩn thẳng đứng - Lực ly tâm( Cầu cong)  Tải trọng phụ: Các tải trọng tác dụng không th•ờng xuyên trên cầu - Lực hãm - Gió - Va xô - Nhiệt độ thay đổi  Tải trọng đặc biệt: Xuất hiện trong tr•ờng hợp đặc biệt - Động đất 21
  23. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm - Va xô. II.5.4.1.1. Tĩnh tải: Tuỳ thuộc vào từng bộ phận của kết cấu mà tĩnh tải sẽ thay đổi. Với KCN tĩnh tải là trọng l•ợng bản thân, trọng l•ợng lan can, gờ chắn bánh, các lớp phủ mặt cầu. Khi tính Mố, tĩnh tải gồm trong l•ợng bản thân, tĩnh tải từ KCN truyền xuống. Khi tính trụ, tĩnh tải gồm tĩnh tải bản thân, tĩnh tải từ KCN truyền xuống II.5.4.1.2. Hoạt tải: Căn cứ vào kết quả nghiên cứu các loại hoạt tải trên cầu, của các đoàn xe ôtô trong thực tế, ng•ời ta xác định đ•ợc trọng l•ợng và cự ly các xe có 0.35P 0.95P 0.3P 0.7P 0.3P 0.7P 0.3P 0.7P 0.35P 0.35P 4000 8000 4000 4000 4000 8000 4000 1700 Đoàn xe tiêu chuẩn H10 - H13 12T 6T 12T 6T 12T 6T 12T 12T 12T 6T 6T 1900 1600 6000 10000 1600 6000 10000 1600 6000 Đoàn xe tiêu chuẩn H30 thể gây ra đ•ợc tác dụng lớn nhất, nguy hiểm nhất cho công trình. Từ đó ng•ời ta lập ra thành các đoàn xe tiêu chuẩn, nh•:  Đoàn xe H10, H13, XB80 là đoàn xe dài vô tận nh•ng chú ý khi xếp xe lên đ•ờng ảnh h•ởng thì có thể cắt đứt đoạn không cần liên tục  Đối với H10 và H13 phải kiểm tra với X60  Đối với H30 phải kiểm tra với 1 xe XB80 60T 12T/m 20T 20T 20T 20T 10T 10T 700 700 5000 2600 2700 1200 1200 1200 Xe X60 Xe XB80 22
  24. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Đối với tàu hoả: Trong thiết kế sẽ quy định một số đoàn tàu tiêu chuẩn theo trong l•ợng một trục đầu máy Tz. Theo đó có các đoàn tàu tiêu chuẩn sau: T10; T22; T24; T26. 0,36.z (T/m) z z z z z 1,5mx4 1,5m Dài vô tận Đối với vị trí đ•ờng ảnh h•ởng làm giảm hiệu ứng của tác động thì xếp lên đó là toa có trọng l•ợng rải đều là 1T/m II.5.4.1.3. Ng•ời Tải trọng ng•ời đ•ợc đ•a vào trong tính toán cầu nh• sau: Cầu đ•ờng bộ: 300kG/m2. Cầu cho ng•ời đi bộ: 450 kG/m2. Cầu đ•ờng sắt: 1000kG/m2. II.5.4.1.4. Lực ly tâm: Chỉ xuất hiện trong tr•ờng hợp cầu cong Cầu đ•ờng bộ:  Chỉ tính lực ly tâm khi mà bán kính cong 600 m. Lực ly tâm là lực nằm ngang theo ph•ơng ngang cầu, có điểm đặt tại đỉnh mặt đ•ờng xe chạy.  Khi tính toán coi là lực rải đều, có c•ờng độ đ•ợc tính nh• sau: 15. P 0,15.P C  không nhỏ hơn khi R < 250 m (100 R).l l 15. P 0,4.P C  không nhỏ hơn khi 250 m R 600 m. (100 R).l l Trong đó : P là tổng trọng l•ợng các xe trên cầu. P: Trọng l•ợng của xe nặmg nhất trong đoàn xe tiêu chuẩn. L: Chiều dài của đ•ờng ảnh h•ởng.  Chú ý : Công thức trên chỉ tính cho một làn xe. Nếu có nhiều làn xe thì phải nhân với hệ số làn xe. Cầu đ•ờng sắt 23
  25. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Phải tính lực ly tâm cho mọi tr•ờng hợp  Lực ly tâm là lực nằm ngang theo ph•ơng ngang cầu, có điểm đặt cách đỉnh ray 2m.  Khi tính toán cũng coi nh• là tải trọng phân bố đều, c•ờng độ là C, đ•ợc tính nh• sau: 180 C .K không nhỏ hơn 0.15.K R. Trong đó : K là cấp hoạt tải thẳng đứng rải đều t•ơng đ•ơng. II.5.4.1.5. Lực hãm xe: là lực nằm ngang theo ph•ơng dọc cầu Cầu đ•ờng bộ:  Là lực nằm ngang đặt tại mặt đ•ờng xe chạy.  Nh•ng trong tính toán mố trụ thì cho phép đ•ợc coi nh• đặt tại trọng tâm của gối cầu.  Khi tính toán coi là lực tập trung, có giá trị phụ thuộc vào chiều dài nhịp.Tính nh• sau: T=0,3P ( l 25m) T=0,6P (25m< l < 50 m). T=0,9P (l ≥ 50m). Trong đó: P là trọng l•ợng của xe nặng nhất trong đoàn xe tiêu chuẩn. L là chiều dài nhịp lấy với chiều dài lớn nhất. Cầu đ•ờng sắt Là tải trọng rải đều, đặt cách đỉnh ray 2m, có giá trị : T= 10% trọng l•ợng của hoạt tải tiêu chuẩn rải đều t•ơng đ•ơng. II.5.4.1.6. Lực lắc ngang: Do các xe cộ đi lệch tâm so với tim cầu gây ra, là lực nằm ngang theo ph•ơng ngang cầu. Cầu đ•ờng bộ  Là tải trọng nằm ngang, rải đều đặt ngay tại mặt đ•ờng xe chạy, có giá trị nh• sau: q=0,2 (T/m) với H10; H13. 24
  26. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm q= 0,4 (T/m) với H30.  Trong tr•ờng hợp kiểm toán là xe nặng, coi là lực tập trung, có giá trị nh• sau: Q=5T ( với xe XB80). Q=4T ( với xe X60). Với cầu đ•ờng sắt: Khi tính toán coi là lực nằm ngang, rải đều, đặt cách đỉnh ray 2m, có giá trị: R=0,025.Z(T/m) Trong đó: Z là cấp hoạt tải thắng đứng của đoàn tàu. II.5.4.1.7. Lực gió ngang cầu Lực gió ngang cầu coi là lực tập trung đặt tại trọng tâm cấu kiện, đ•ợc xác định bằng c•ờng độ gió nhân với diện tích chắn gió của cấu kiện. Diện tích chắn gió xác định nh sau: Fcg = Fck.k Trong đó: Fcg là Diện tích chắn gió của cấu kiện Fck Diện tích cấu kiện k Hệ số rỗng của cấu kiện. k=0.3  0.8 Đối với lan can. k=0.4 Đối với cầu dàn thép có hai mặt phẳng dàn. k=0.5 Đối với cầu dàn thép có ba mặt phẳng dàn trở lên. k=1 Đối với kết cấu mố trụ và kết cấu nhịp kiểu dầm đặc. C•ờng độ gió  xác định nh sau:  Cầu đ•ờng bộ:  = 50 kG/m2 trong tr•ờng hợp có xe trên cầu  = 180 kG/m2 trong tr•ờng hợp không có xe trên cầu.  Cầu đ•ờng sắt:  = 100 kG/m2 trong mọi tr•ờng hợp. 25
  27. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Gió theo ph•ơng dọc cầu lấy bằng 60% lực gió ngang cầu khi tính dàn thép, lấy bằng lực gió ngang cầu khi tính mố trụ. II.5.4.1.8. Lực va xô theo ph•ơng dọc cầu và ngang cầu Đặt tại vị trí MNTT theo h•ớng dọc và ngang cầu. Là lực tập trung nằm ngang theo ph•ơng dọc và ngang cầu. Giá trị phụ thuộc vào cấp thông thuyền trên sông, xác định theo bảng tra (bảng 26- trang 98 QT79). II.5.4.1.9. Lực ma sát gối cầu Xuất hiện khi con lăn của gối di động dịch chuyển theo ph•ơng dọc cầu, đó là lực nằm ngang theo ph•ơng dọc cầu, tính nh• sau: T=f.V (T). Trong đó: f là hệ số ma sát. f=0,05: Gối rẽ quạt; các gối khác f=0,5 V là phản lực gối từ KCN truyền xuống Mố trụ của DL và LL Lực ma sát chỉ tính vào mố trụ Nó chỉ xuất hiện khi là gối di động II.5.4.1.10. Tải trọng thi công Xuất hiện khi thi công Phải tính đến hệ số xung kích Đ•ợc quy định riêng trong các tiêu chuẩn thi công II.5.4.1.11. Động đất Chỉ tính khi có động đất từ cấp VI trở lên. Đối với các cầu lớn, cấp động đất đợc tăng lên một cấp so với cấp động đất của vùng đó. II.5.4.2. Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 - 05: II.5.4.2.1. Nguyên lý chung 26
  28. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn Ph•ơng trình 1 với mỗi trạng thái giới hạn, trừ khi đ•ợc quy định khác. Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng đ•ợc lấy bằng 1,0, trừ tr•ờng hợp với bu lông thì phải áp dụng quy định ở Điều 6.5.5. Mọi trạng thái giới hạn đ•ợc coi trọng nh• nhau. i i Qi  Rn = Rr (1.3.2.1-1) Trong đó : i= D R I > 0,95 (1.3.2.1-2) Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại của i: 1 i 1,0 (1.3.2.1-3) ηD ηR ηI Trong đó : i = hệ số tải trọng : hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực.  = hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho sức kháng danh định đ•ợc ghi ở các Phần 5, 6, 10, 11 và 12. i = hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d• thừa và tầm quan trọng trong khai thác. D = hệ số liên quan đến tính dẻo đợc ghi ở Điều 1.3.3. R = hệ số liên quan đến tính d• thừa đ•ợc ghi ở Điều 1.3.4. I = hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác đ•ợc ghi ở Điều 1.3.5. Qi = ứng lực Rn = sức kháng danh định Rr = sức kháng tính toán : Rn Rn ≥ .i.Qi. Trong đó:  hệ số sc kháng, xác định theo thống kê. Rn c•ờng độ danh định hoặc sức kháng danh định của vật liệu.  Hệ số điều chỉnh tải trọng. = DRi II.5.4.2.2. Tải trọng 27
  29. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm II.5.4.2.2.1. Tĩnh tải Trọng l•ợng bản thân. Lớp phủ mặt cầu. Trọng l•ợng đất ở trên kết cấu ( nếu có). II.5.4.2.2.2. Hoạt tải 35KN 145KN 145KN Xe HL93 1,8m 4,3m 4,3-9m 110KN 110KN 1,8m 1,2m Xe 2 trục Tải trọng làn: Là tải trọng rải đều phân bố có gía trị q= 9,3 KN/m coi là dài vô tận và phân bố trên chiều rộng 3m theo ph•ơng ngang cầu. Ng•ời đi bộ: Tải trọng ng•ời đi coi là tải trọng rải đều t•ơng đ•ơng, lấy bằng 3.10-3Mpa. II.5.4.2.2.3. Hệ số làn Trong tính toán hệ số làn xe đ•ợc sử dụng phải đ•ợc lấy theo bảng sau: Bảng 3.6.1.1.2.1- Hệ số làn m Số làn chất tải Hệ số làn (m) 1 1,20 2 1,00 3 0,85 > 3 0,65 II.5.4.2.2.4. Lực xung kích Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh đ•ợc lấy bằng: (1 + IM/100) Lực xung kích không đ•ợc áp dụng cho tải trọng bộ hành hoặc tải trọng làn thiết kế. 28
  30. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Tác động tĩnh học của xe tải hay xe hai trục thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải đ•ợc tăng thêm một tỷ lệ phần trăm đ•ợc quy định trong bảng 3.6.2.1.-1 cho lực xung kích. Bảng 3.6.2.1-1- Lực xung kích IM Cấu kiện IM Mối nối bản mặt cầu 75% Tất cả các trạng thái giới hạn Tất cả các cấu kiện khác Trạng thái giới hạn mỏi và giòn 15% Tất cả các trạng thái giới hạn khác 25% II.5.4.2.2.5. Lực ly tâm Là lực nằm ngang theo ph•ơng ngang cầu, đặt cách mép đ•ờng xe chạy 1.8m Lực ly tâm đ•ợc lấy bằng tích số của các trọng l•ợng trục của xe tải hay xe hai trục với hệ số C lấy nh• sau: 4 v 2 C = (3.6.3-1) 3 gR Trong đó: v = tốc độ thiết kế đ•ờng ô tô (m/s); g = gia tốc trọng lực 9,807 (m/s2) R = bán kính cong của làn xe (m) II.5.4.2.2.6. Lực hãm xe Là lực nằm ngang theo ph•ơng dọc cầu, đặt ở tất cả các làn xe thiết kế và coi nh• các làn xe đi cùng chiều. Điểm đặt lực cách mặt đ•ờng xe chạy 1.8m. 29
  31. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Giá trị của lực hãm lấy bằng 25% trọng l•ợng của các trục xe tải thiết hoặc xe hai trục thiết kế ( phải xét đến hệ số làn xe). II.5.4.2.2.7. Tải trọng gió Bắt đầu Vb: Tóc độ gió giật trong 3 giây với chu kỳ 100 năm, Xác định vận tốc xác định từ Bảng 3.8.1.1-1 gió thiết kế S : hệ số điều chỉnh theo cao độ và khu vực, tra bảng V VB S 3.8.1.1-2 At : diện tích đặc, chiếu lên mặt vuống góc Xác định tải trọng gió ngang tác Cd : hệ số cản, với các cấu kiện có mặt trớc đặc xác dụng lên công trình (Pd) định theo Hình 3.8.1.2.1-1, với các cấu kiện giàn, lan can, kết cấu phần dới lấy theo TCVN2737-1995-Bảng P 0.0006V 2 A C 1.8A (kN ) D t d t 6, với các cấu kiện khác lấy theo thí nghiệm hầm gió Nếu kết cấu có mặt truớc đặc thì lấy bằng 25% tải Xác định tải trọng trọng gió ngang gió dọc tác dụng Nếu kết cấu là giàn hay có bề mặt cản gió dọc lớn thì lên công trình tình theo các bớc nh với tải trọng gió ngang Tốc độ gió: Tốc độ gió thiết kế, V, phải đ•ợc xác định theo công thức: V = VB .S (3.8.1.1-1) Trong đó : VB = tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu, nh• quy định trong Bảng 3.8.1.1-1. S = hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định trong bảng 3.8.1.1-2. Bảng 3.8.1.1-1- Các giá trị của VB cho các vùng tính gió ở Việt Nam Vùng tính gió theo TCVN 2737 - 1995 VB(m/s) I 38 30
  32. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm II 45 III 53 IV 59 Để tính gió trong quá trình lắp ráp, có thể nhân các giá trị VB trong Bảng trên với hệ số 0,85. Bảng 3.8.1.1-2 - Các giá trị của S Độ cao của mặt cầu Khu vực lộ Khu vực có rừng Khu vực có nhà trên mặt đất khu vực thiên hay hay có nhà cửa với cửa với đa số nhà xung quanh hay trên mặt n•ớc cây cối, nhà cao tối cao trên 10m mặt n•ớc (m) thoáng đa khoảng 10m 10 1,09 1,00 0,81 20 1,14 1,06 0,89 30 1,17 1,10 0,94 40 1,20 1,13 0,98 50 1,21 1,16 1,01 Tải trọng gió tác dụng lên công trình:  Gió ngang cầu: 2 PD = 0,0006 V At Cd 1,8 At (kN) (3.8.1.2.1 -1) Trong đó: V = tốc độ gió thiết kế xác định theo ph•ơng trình 3.8.1.1 -1 (m/s) At = diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m2) Cd = hệ số cản đ•ợc quy định trong Hình 3.8.1.2.1-1  Gió dọc cầu: Lấy bằng 0.25% gió ngang cầu.  Gió theo ph•ơng thẳng đứng: Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theo công thức: 31
  33. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 2 Pv = 0.00045 V Av (kN) (3.8.2-1) Trong đó: V= tốc độ gió thiết kế đ•ợc xác định theo phơng trình 3.8.1.1-1 (m/s) Av = diện tích phẳng của mặt cầu hay cấu kiện dùng để tính tải trọng gió thẳng đứng (m2).  Gió tác dụng lên hoạt tải: Theo ph•ơng ngang cầu là tải trọng phân bố đều, có giá trị 1.5 kN/m, đặt cách mặt cầu 1.8 m Theo ph•ơng dọc cầu, cũng là tải trọng phân bố đều, gía tri là 0.75 KN/m, đặt cách mặt cầu 1.8 m II.5.4.2.2.8. áp lực đất áp lực đất cơ bản đ•ợc giả thiết là phân bố tuyến tính và tỷ lệ với chiều sâu đất và lấy bằng: 9 p k h s gz (x10 ) ( 3.11.5.1 -1) Trong đó: p = áp lực đất cơ bản (MPa) kh = hệ số áp lực ngang của đất lấy bằng ko đối với t•ờng không uốn cong hay dịch chuyển (t•ờng trọng lực) , hoặc ka đối với t•ờng uốn cong hay dịch chuyển (t•ờng công xon) đủ để đạt tới điều kiện chủ động tối thiểu. k0 = 1 - sin f ( 3.11.5.2 - 1) Trong đó: f = góc ma sát của đất thoát nớc Sin 2  k a 2 Sin Sin   (3.11.5.3-1) ở đây: 32
  34. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 2 Sin  Sin   1 Sin   Sin   (3.11.5.3-2) Trong đó:  = góc ma sát giữa đất đắp và t•ờng lấy nh• quy định trong Bảng 1 (độ)  = góc của đất đắp với phơng nằm ngang nh• Hình1 ( độ)  = góc của đất đắp sau t•ờng với ph•ơng thẳng đứng nh• Hình1 (độ) = góc nội ma sát hữu hiệu (độ) 3 s = tỷ trọng của đất (kg/m ) z =chiều sâu d•ới mặt đất (mm) g = hằng số trọng lực (m/s2) Trừ quy định khác đi, tổng tải trọng ngang của đất do trọng l•ợng đất lấp phải giả định tác dụng ở độ cao 0,4H phía trên đáy t•ờng, trong đó H là tổng chiều cao t•ờng tính từ mặt đất đến đáy móng. II.5.4.2.2.9. Lực va xe cộ Trừ khi đ•ợc bảo mố trụ phải thiết kế cho một lực tĩnh t•ơng đ•ơng là 1800KN tác dụng ở bất kỳ h•ớng nào trong mặt phẳng nằm ngang, cách mặt đất 1,2m II.5.4.2.2.10. Lực va xô tàu thuyền Tất cả các cầu v•ợt qua đ•ờng giao thông thuỷ phải đ•ợc thiết kế xét tàu thuyền va với kết cấu phần d•ới Lực va đâm thẳng đầu tàu vào trụ phải đ•ợc lấy nh• sau 5 DWT PS = 1,2.10 V. (3.14.5-1) Trong đó: Ps = lực va tàu tĩnh t•ơng đ•ơng (N) DWT = tấn trọng tải của tàu (Mg) V = vận tốc va tàu (m/s) Lực va của xà lan vào trụ 4 PV= 6.10 .aB nếu aB < 100mm 33
  35. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 6 = 6.10 .aB + 1600.aB nếu aB ≥ 100mm Trong đó aB là chiều dài h• hỏng của mũi xà lan (mm) Chú ý  Lực va tàu theo ph•ơng dọc cầu lấy bằng 50% Lực va tàu thiết kế, theo ph•ơng ngang cầu lấy bằng 100% Lực va thiết kế  Lực va tàu đ•ợc tính là một lực tập trung, tác dụng tại MNTT khi tính ổn định chống lật và chống tr•ợt  Trong tr•ờng hợp kiểm toán về mặt c•ờng độ, coi là một lực rải đều theo ph•ơng dọc và ngang cầu nh•ng vẫn đặt ở MNTT II.5.4.2.2.11. Lực động đất Không phải tính động đất cho cầu một nhịp. Nếu cầu nhiều nhịp, tính động đất theo một trong các ph•ơng pháp sau đây:  ph•ơng pháp tải trọng tĩnh t•ơng đ•ơng.  Ph•ơng pháp phân tích phổ đơn.  Ph•ơng pháp phân tích phổ đa.  Ph•ơng pháp lịch sử thời gian. Tuỳ theo mức độ quan trọng của cầu mà lựa chon ph•ơng pháp phân tích thích hợp VD : Cầu quan trọng thì dùng ph•ơng pháp 3,4. Cầu thông th•ờng thì dùng ph•ơng pháp 1. Công thức 1,2.A.S C 2,5.A SM 2 3 T m Trong đó: A: hệ số gia tốc động đất S: hệ số thực địa Tm: Chu kỳ dao động 34
  36. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 2. W T m 31,623 g.K W: trọng l•ợng tĩnh của KCN + mố (trụ) G: gia tốc trọng tr•ờng P .L K: hệ số cứng của cầu K 0 Vsmã VS: chuyển vị của đỉnh trụ so với vị trí cũa khi tác dụng lên thân trụ lực rải đều Po=1N/m L: chiều dài nhịp VS max: chuyển vị đàn hồi do Po 35
  37. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Ch•ơng 3 : Mặt cầu và đ•ờng ng•ời đi III.1. Mặt cầu III.1.1. Nhiệm vụ Mặt cầu là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với bánh xe của hoạt tải nên cần đáp ứng đ•ợc các yêu cầu sau: - Đảm bảo c•ờng độ. - ít bị mài mòn. - Bằng phẳng, êm thuận. - Đảm bảo độ nhẵn. - Không gây xung kích cho KCN. - Đảm bảo thoát n•ớc nhanh. - Trọng l•ợng bản thân nhỏ. - Giá thành hạ.(2% - 3% chi phí xây dựng cầu). III.1.2. Các loại mặt cầu đ•ờng bộ III.1.2.1.Mặt cầu có lớp phủ bằng bê tông atphan BT atphan Lớp bảo vệ dày 5-7cm dày 3-4cm Lớp phòng n•ớc dày 0.4-1cm Vữa XM, mác 150-200 dày 1-1.5cm lớp vữa đệm: Tạo phẳng cho bề mặt cầu, tạo độ dốc ngang cầu. Lớp phòng n•ớc: Ngăn n•ớc thấm xuống bản mặt cầu. Có thể dùng loại bao tải tẩm nhựa đ•ờng hoặc dùng vải chống thấm 36
  38. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Lớp bảo vệ: - Tăng c•ờng độ cho mặt cầu. - Chống nứt cho bản mặt cầu. - Bảo vệ lớp phòng n•ớc khỏi tác dụng cục bộcủa LL - Th•ờng đ•ợc bố trí các l•ới thép: 5x5;10x10 (d=10). Lớp BT Atphal: Tạo độ phẳng, độ nhám, êm thuận cho xe chạy. Ưu điểm: Dễ thi công, dễ duy tu sữa chữa, là mặt đ•ờng mềm nền khi có LL từ đ•ờng vào cầu thì không gây xung kích. Nh•ợc điểm: Tuổi thọ thấp III.1.2.2. Mặt cầu bằng BTXM Lớp BTXM, mác 300 dày 6-8cm Lớp phòng n•ớc dày 0.4-1cm Vữa XM, mác 150-200 dày 1-1.5cm Lớp BT xi măng: BT mác 300, bên trong có bố trí l•ới cốt thép 810 ô l•ới 10x10cm Lớp phòng n•ớc: Ngăn n•ớc thấm xuống bản mặt cầu. Có thể dùng loại bao tải tẩm nhựa đ•ờng hoặc dùng vải chống thấm Lớp vữa đệm: Tạo phẳng cho bề mặt cầu, tạo độ dốc ngang cầu Ưu điểm: C•ờng độ tốt, chống thấm tốt. Nh•ợc điểm: Trọng l•ợng bản thân lớn, khó sửa chữa. III.1.2.3. Mặt cầu bằng thép L•ới cốt thép BT atphan or atphan dày 5-7cm S•ờn tăng c•ờng ngang Bản thép S•ờn tăng c•ờng dọc dày 12-20cm Bản thép: phía d•ới có bố trí các s•ờn tăng c•ờng dọc và ngang. L•ới thép: Nhằm làm tăng độ nhám của bản thép, nó đ•ợc hàn vào bản thép, sau đó đổ lớp BT Atphal lên trên (hoặc BTXM). 37
  39. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Loại mặt cầu này không cần lớp phòng n•ớc, ng•ời ta sử dụng loại thép không gỉ để tránh gỉ cho bản mặt cầu). III.1.2.4. Mặt cầu bằng sàn mắt cáo Thoát n•ớc tốt Trọng l•ợng nhẹ Có độ nhám, bằng phẳng cao III.1.3. Các loại mặt cầu đ•ờng sắt III.1.3.1. Mặt cầu trần Tà vẹt: dài khoảng 3m, tiết diện ít nhất là 20 x 24 cm. Khoảng cách các tà vẹt khoảng 10  15 cm, liên kết giữa tà vẹt với dầm chủ bằng bu lông móc. Ray phụ:cách ray chính khoảng 20cm, và kéo dài ra ngoài phạm vi mố 25 m, đề phòng tàu bị trật bánh Ưu điểm : - Chiều cao kiến trúc nhỏ. - Cấu tạo đơn giản, tính tải nhỏ. Nh•ợc điểm: - Tiếng ồn lớn - Khó đảm bảo sự đồng nhất giữa đ•ờng đầu cầu và cầu - Khó tạo siêu cao đ•ờng cong - Đàn hồi kém. - Ô nhiễm môi tr•ờng. III.1.3.2. Mặt cầu có máng ba lát Ray đặt trực tiếp trên l•ới thép Đá ba lát Lớp phòng n•ớc tà vẹt. Ray chính và Vữa XM, mác 150-200 ray phụ nhằm trámh tr•ợt bánh qua xa D•ới tà vẹt là đá Ba lát dày hơn 20 cm. Có tác dụng phân bố lại •s trên mặt cầu và giảm tiếng ồn. Là đá dăm tiêu chuẩn cỡ 2-4 cm 38
  40. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Bản mặt cầu bằng BTCT, có dạng lòng máng để chứa đá dăm. Ưu điểm: -Tạo sự đồng nhất giữa cầu và đ•ờng. -Tính đàn hồi tốt. - Dễ tạo siêu cao bằng cách thay đổi chiều dày đá dăm -Tuổi thọ lớn. Nh•ợc điểm: -Chiều cao kiến trúc lớn. -Trọng l•ợng bản thân lớn. III.1.3.3. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp trên bản bê tông Ưu điểm: -Giảm chiều cao kiến trúc -Tiết kiệm vật liệu Bản cao su đệm - Giảm tĩnh tải -Giảm chi phí duy tu bảo d•ỡng Nh•ợc điểm: -Cấu tạo liên kết ray phức tạp khi V tàu lớn -Độ êm thuận kém hơn - Không đồng nhất độ cứng giữa đ•ờng và cầu III.2. Khe co giãn III.2.1. Tác dụng Đảm bảo chuyển vị tự do theo ph•ơng dọc cầu d•ới tác dụng của nhiệt độ, lực ngang theo ph•ơng dọc cầu. Đảm bảo chuyển vị xoay cho mặt cắt ngang đầu nhịp. III.2.1.2. yêu cầu Khe co dãn phải đảm bảo điều kiện êm thuận khi xe chạy qua cầu. Không để n•ớc tràn xuống đầu kết cấu nhịp và mố, trụ cầu. 39
  41. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm III.2.1.3. Cấu tạo Chiều rộng khe co dãn xác định từ các điều kiện sau: : -Vật liệu làm kết cấu nhịp. -Chiều dài nhịp. -Biên độ thay đổi nhiệt độ ở khu vức đặt cầu. -Vị trí đặt gối di động. Trong tr•ờng hợp thông th•ờng, đối đối với cầu giản đơn nhiều nhịp, ng•ời ta th•ờng bố trí cho các khe co dãn t•ơng tự nhau để thuận tiện cho thi công và chế tạo. III.2.1.3.1. Khe co giãn hẹp III.2.1.3.1.1. Khe co giãn kín BT bản mặt cầu Nhựa đ•ờng trộn cát Lớp tôn tráng kẽm: bảo vệ cho tầng phòng n•ớc. Tầng phòng n•ớc Tôn tráng kẽm Tầng phòng n•ớc: Đảm bảo ngăn 2-3cm cho n•ớc không chảy qua. Lớp nhựa đ•ờng trộn cát: tăng độ đàn hồi để 2 đầu dầm dãn ra một cách tự do Phạm vi áp dụng: Cho các khe co dãn có chiều dài 2 – 3 cm. Ưu điểm: Tuổi thọ cao, xe chạy êm thuận. ống cao su Nh•ợc điểm: chế tạo phức tạp. III.2.1.3.1.2. Khe co giãn bằng ống cao su Là một ống cao su có tiết diện tròn, có s•ờn tăng c•ờng để tăng độ cứng. ống cao su và đầu KCN chèn khít vào nhau để n•ớc không chảy xuống d•ới. Phạm vi áp dụng: Dùng cho khe co dãn có chiều rộng : 2 – 5 cm. Ưu điểm: Chế tạo đơn giản, đảm bảo 2 đầu KCN chuyển vị tự do Nh•ợc điểm: Tuổi thọ ngắn, sau một thời gian có hiện t•ợng lão hoá, độ đàn hồi giảm.Th•ờng xuyên phải thay thế. III.2.1.3.1.4. Khe co giãn hở Bu lông hàn 1 đầu Thép góc Bản BT 40 Máng cao su
  42. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Phạm vi áp dụng: Dùng cho khe co dãn có chiều rộng : 1 -2 cm. Cầu nhịp nhỏ d•ới 15m Cấu tạo đơn giản, không kín n•ớc, ồn. III.2.1.3.2. Khe co giãn rộng Nắp đậy bu lông Phần cao su Bản thép BTCT BT nhựa Bu lông neo Bản thép: tăng độ cứng chịu nén và chịu uốn Các rãnh dọc: tăng biến dạng Các tấm cao su: 1000x260x50mm, đ•ợc ghép với nhau bằng keo III.2.1.3.2.1. Khe co giãn cao su bản thép Bu lông neo: Đặt ngay vào đầu dầm khi đúc dầm: tại vị trí t•ơng ứng với lỗ bu lông của khe co dãn Nắp đậy bu lông: Chống gỉ cho bu lông của khe co dãn. Bản thép: Tăng c•ờng độ cứng và chống hiện t•ợng nở ngang khi có áp lực bánh xe chạy qua. Ưu điểm: Chế tạo, thi công đơn giản, êm thuận, hạn chế xung kích và tiếng ồn và dễ thay thế Nh•ợc điểm: Tuổi thọ thấp, th•ờng xuyên phải thay thế (10-15 năm). Phạm vi áp dụng: Dùng cho khe co dãn có chiều rộng từ 5 – 10 cm. III.2.1.3.2.2. Khe co giãn có bản thép tr•ợt Thép góc: Th•ờng là thép đều cánh Bản BT Tấm thép chặn 125 x 125 x10. Cốt thép neo Cốt thép neo: 16, neo thép góc vào Thép góc đầu dầm. Máng cao su Tấm bản tr•ợt: Một đầu hàn chặt vào thép góc, một đầu chuyển động tự do , dày 10-20mm 41
  43. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Tấm chặn: Hàn vào thép góc ở đầu kia, chặn không cho BT Atphanl dãn nở chiếm chỗ di chuyển của bản thép tr•ợt. Máng cao su: Hứng n•ớc lọt qua khe co dãn. Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ thi công, tuổi thọ cao. Nh•ợc điểm: Gây tiếng ồn lớn, mặt cầu không bằng phẳng, không áp dụng đ•ợc với cầu thành phố và cầu qua khu vực đông dân c•. áp dụng: Chuyển vị 4 – 5 cm III.2.1.3.2.3. Khe co giãn răng l•ợc Bản BT Tấm thép chặn Cấu tạo t•ơng tự nh• khe co dãn bản thép tr•ợt nh•ng áp dụng cho tr•ờng hợp chiều Cốt thép neo Thép góc rộng của khe co dãn lớn. Máng cao su áp dụng: Chuyển vị 10 – 15 cm Nh•ợc điểm: Gây tiếng ồn khi xe chạy, mặt cầu không bằng phẳng Mặt bằng III.2.1.3.2.4. Khe co giãn cao su chịu nén Tấm cao su Thép bản Thép góc Thép neo Dải thép bản đỡ cao su Bản cao su: tạo đàn hồi ở đầu dầm, nên hạn chế xung kích và tiếng ồn Máng cao su dày 1-2cm III.2.1.3.2.5. Khe co giãn cao su cho chuyển vị rất lớn: Đốt bản thép, mô đun 42
  44. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Dầm dọc Dầm đỡ 25 h t 25 t áp dụng cho chuyển vị từ 8 – 120cm Nh•ợc điểm: Lắp ráp phức tạp, đắt cốt thép bản mặt cầu tiền lớp đệm đàn hồi III.3. Mặt cầu liên tục nhiệt độ Đặc điểm :  D•ới tác dụng của thẳng đứng làm việc nh• dầm giản đơn.  D•ới tác dụng của nhiệt độ, tải trọng ngang thì làm việc nh• dầm liên tục.  Khi hoạt tải qua khe co dãn th•ờng gây nên hiện t•ợng xung kích lớn, không êm thuận. Do vậy đối với cầu giản đơn nhiều nhịp, ng•ời ta th•ờng tìm cách giảm bớt số l•ợng khe co dãn trên cầu bằng cách làm mặt cầu liên tục nhiệt, nghĩa là d•ới tác dụng của tải trọng thẳng đứng, KCN vẫn làm việc nh• KC nhịp giản đơn. Nh•ng d•ới tác dụng của chuyển vị theo ph•ơng dọc cầu và tải trọng ngang theo ph•ơng dọc cầu thì KCN làm việc nh• một dầm liên tục. Cấu tạo: Tấm cách ly giữa phần đổ bêtông sau với s•ờn dầm.Th•ờng làm bằng tám tôn hoặc kẽm. Cốt thép chờ trên bản cánh dầm. CT hàn nối giữa các CT chờ Phần BT đổ sau. III.4. Độ dốc dọc và dốc ngang cầu III.4.1. Độ dốc dọc cầu 43
  45. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm id1 id= 0% id2 Mục đích:  Góp phần thoát n•ớc nhanh ra khỏi mặt cầu  Giảm khối l•ợng đất đắp đ•ờng đầu cầu Quy định  Đối với cầu thành phố: id 4%  Đối với cầu ngoài thành phố: id 6%  Đối với cầu cho ng•ời đi bộ, xe thô sơ: id 2.5%  Chênh lệch id giữa các lnhịp liên tiếp không v•ợt quá 2%  Đối với cầu 1 nhịp mà L 25m, cho phép id=0% Ph•ơng pháp tạo độ dốc dọc  Thay đổi chiều cao đá kê gối Phù hợp với cầu giản đơn có các nhịp bằng nhau  Thay đổi chiều dài nhịp Thông th•ờng Lbiên 25m o Cầu BTCT DƯL: Tự tạo độ vồng do hiệu ứng DƯL o Cầu dầm thép: Tạo độ dốc dọc qua mối nối  Đối với cầu liên tục, nhiều nhịp Đ•ờng biên trên của dầm nằm trong đ•ờng cong tròn bán kính R, Lbiên<Lgiữa  Phối hợp độ dốc dọc và độ vồng kiến trúc fV = ft + fh/2 III.4.2. Độ dốc ngang cầu 44
  46. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm 1.5% 1.5% +11.465 Mục đích: Thoát n•ớc mặt nhanh ra khỏi cầu, không thấm xuống phía d•ới Ph•ơng pháp tạo độ dốc ngang  Thông qua lớp phủ mặt cầu  Thay đổi chiều cao đá kê gối theo ph•ơng ngang cầu  Tạo dốc ngang tại bản BTCT mặt cầu  Dùng DƯL ngang cầu để tạo dốc ngang III.4.3.Phòng n•ớc và thoát n•ớc trên cầu Yêu cầu n•ớc mặt:  Thoát n•ớc mặt nhanh ra khỏi cầu, không thấm xuống phía d•ới  Không cho n•ớc chảy vào gối cầu và đỉnh mố trụ Yêu cầu n•ớc ngầm: Không đọng lại ở nền đ•ơng đầu cầu hoặc sau mố Biện pháp  Tạo dốc dọc và ngang cầu  Bố trí lớp phòng n•ớc ở bản mặt cầu  Làm khe co giãn có khả năng chống n•ớc mặt chảy xuống đầu nhịp và đỉnh mố trụ  Dùng hệ thống thoát n•ớc 2 2 o Cầu đ•ờng bộ: Cứ 1m diện tích ống thoát n•ớc/1m diện tích mặt cầu 2 2 o Cầu đ•ờng sắt: Cứ 4m diện tích ống thoát n•ớc/1m diện tích mặt cầu o Thông th•ờng 6-8m bố trí 1 đôi ống thoát n•ớc và phải 15m, nếu mặt cầu siêu cao thì 2-3m bố trí 1 đôi ống 45
  47. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Bố trí rãnh dọc trên t•ờng thân mố và rãnh ngang để thoát n•ớc ngầm và n•ớc mặt ra khỏi vùng đất đắp sau mố III.5. Bố trí mặt cắt ngang cầu III.5.1. Yêu cầu Phải đảm bảo các tải trọng qua cầu an toàn, thuận lợi theo TKế III.5.2. Cấu tạo: Phần dành cho xe chạy (tàu chạy) Phần dành cho ng•ời đi bộ Phần bố trí hệ thống phụ III.5.3. Biện pháp: Lề ng•ời đi khác mức Lề ng•ời đi cùng mức III.6. Các loại lan can: xem giáo trình. Ch•ơng 4 : gối cầu IV.1. Khái niệm chung về gối IV.1.1. Tác dụng Đảm bảo cho KCN làm việc theo đúng sơ đồ kết cấu. Chịu tải trọng và truyền tải trọng từ KCN xuống mố trụ. Chịu đ•ợc và truyền tải trọng nằm ngang theo ph•ơng dọc cầu xuống mố trụ. Phân loại: Gối cố định Gối di động 1 ph•ơng Gối di động 2 ph•ơng  Gối cố định: Chỉ cho phép chuyển vị xoay.  Gối di động: Vừa đảm bảo chuyển vị xoay, vừa đảm bảo chuyển vị theo ph•ơng dọc và ngang cầu, có thể cho phép chuyển vị theo một hoặc hai ph•ơng. IV.1.2. Nguyên tắc bố trí gối 46
  48. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Trên mặt bằng:  Khổ cầu B 15 m, khoảng cách giữa các dầm chủ a > 2.5 m.  Cầu dàn thép giản đơn, dầm liên hợp thép BTCT hai dầm chủ:  Dầm liên tục Hoặc có thể bố trí 47
  49. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Bố trí gối cầu trên mặt đứng ( theo ph•ơng dọc cầu) .Căn cứ để bố trí: Nhiệt độ: ảnh h•ởng đến chuyển vị theo ph•ơng dọc cầu. Lực ngang theo ph•ơng dọc cầu ( chủ yếu là lực hãm xe). Gối cố định: Truyền 100% lực hãm xuống Mố trụ. Gối di động: Truyền 25 – 50% lực hãm xuống Mố trụ. Bố trí gối cầu trên Trắc dọc nhịp giản đơn.  Ph•ơng án 1: Mỗi trụ đặt một gối cố định, một gối di động, chiều rộng các khe co dãn là nh• nhau o Ưu điểm: Bố trí và thi công khe co giãn đơn giản. o Nh•ợc điểm: Trụ đặt gối cố định sẽ chịu lực đấy ngang. o áp dụng: Dùng trong các cầu có chiều cao trụ không lớn, chiều cao trụ t•ơng đối bằng nhau  Ph•ơng án 2: Đặt hai gối di động ở trụ có chiều cao lớn nhất o Ưu điểm: Giảm lực ngang tác dụng lên trụ có chiều cao lớn nhất. o Nh•ợc điểm: Chiều rộng các khe co dãn khác nhau, do vậybố trí và thi công khó khăn. o Phạm vi áp dụng: Trong tr•ờng hợp toàn cầu có một hoặc hai trụ có chiều cao lớn hơn các trụ bình th•ơng thì nên đặt gối di động ở tru đó để giảm lực đấy ngang truyền từ KCN vào thân trụ. 48
  50. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Ph•ơng án 3: Hai mố đặt gối di động. o Ưu điểm: Giảm lực đẩy ngang tác dụng vào thân Mố. o Phạm vi áp dụng: Trong tr•ờng hợp cầu có chiều cao các trụ nhỏ. Bố trí Gối cầu trên trắc dọc nhịp liên tục:  Ph•ơng án 1: Đặt gối cố định tại Mố. o Ưu điểm: Các trụ cầu ít chịu lực đấy ngang. o Nh•ợc điểm: Chiều rộng khe co dãn lớn, bố trí khe co dãn phức tạp. o áp dụng: Chiều cao trụ lớn.  Ph•ơng án 2: Đặt gối cố định ở một trong các Trụ. o Ư u điểm: chiều rộng khe co dãn nhỏ, thi công kh•e co dãn thuận tiện. o áp dụng: Khi có một trụ có chiều cao nhỏ. IV.2. Cấu tạo một số gối cầu IV.2.1. Tr•ờng hợp không cần đặt gối cầu Cầu bản: Không cần đặt gối cầu vì : Dải cao su dày 2cm, rộng 40-60cm  Diện tích tiếp xúc giữa bản và Mố trụ lớn  Nhịp cầu bản nhỏ. Mố Cầu Dầm Ôtô nhỏ hơn 15 m, đ•ờng sắt nhỏ hơn 18 m. 49
  51. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Trong các tr•ờng hợp không cần bố trí gối cầu thì phải bố trí một lớp tiếp xúc giữa KCN và Mố trụ.(Cầu bản thì dùng dải cao su; Cầu dầm thì dùng bản thép) IV.2.2. Gối tiếp tuyến Cấu tạo:  Gối cố định: 1800 1300 Thớt trên 1700 200 Chốt thép 620 400 Thớt duới R300 Cốt thép neo 16 o Thớt trên và d•ới đều đ•ợc làm từ thép đúc hoặc thép mài.Thớt d•ới có bề mặt hình trụ.Tính khớp của gối đ•ợc đảm bảo bằng việc tiếp xúc giữa một mặt phẳng và một mặt trụ, hai thớt có thể lăn hoặc tr•ợt lên nhau. o Đối với gối cố định dùng một chốt thép  32, chốt chặt thớt trên và thoét d•ới, ngăn cản chuyển vị theo mọi ph•ơng.  Đối với gối di động: Có cấu tạo t•ơng tự nh• gối cố định nh•ng th•ơng cao hơn một chút. Để đảm bảo chuyển vị theo ph•ơng dọc cầu có thể xử lý bằng hai cách: o Cách 1: Không làm chốt thép nh•ng cần làm thêm nẹp để chống chuyển vị theo ph•ơng ngang cầu. o Cách 2: Làm chốt hình Ô van theo ph•ơng dọc cầu. Kích th•ớc: Theo ph•ơng dọc cầu: a = 130  300 mm. Theo ph•ơng ngang cầu: b = 100  600 mm. Chiều cao : h = 60  160 mm Hệ số ma sát: f = 0,5. Nhận xét: 50
  52. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  So với các loại gối khác, gối tiếp tuyến có chiều cao t•ơng đối thấp, cấu tạo đơn giản.  áp dụng cho kết cấu nhịp nhỏ, đặc biệt là cầu dầm thép.Tuy nhiên hiện nay ít đ•ợc sử dụng. IV.2.3. Gối con lăn đ•ờng kính lớn Gối con lăn bê tông cốt thép. Gối con lăn thép. 40 40 Thớt trên Thớt trên 40 40 Thép khối 180 180 270 270 BTCT Bản thép tăng c•ờng 40 40 40 40 Thớt duới Thớt duới Nhận xét: Chiều cao gối lớn, chế tạo phức tạp, gối con lăn( Thép, BTCT) ngày nay ít đ•ợc sử dụng. Loại gối này th•ờng chỉ áp dụng cho cầu dàn thép. IV.2.4. Gối con lăn đ•ờng kính nhỏ Cấu tạo Thớt trên Con lăn Thớt giữa Toàn bộ thớt trên, thớt d•ới, thớt Bu lông liên kết Nẹp chống chuyển vị giữa đều đ•ợc làm bằng thép. Thớt duới Liên kết giữa thớt trên, d•ới vào KCN và Mố có thể dùng các thanh thép neo hoặc dùng bu lông liên kết. Ngoài ra còn sử dụng các nẹp đứng và ngang để chống các chuyển vị ngang và đảm bảo cho các con lăn đồng thời làm việc. Nhận xét: Chiều cao gối nhỏ, cấu tạo đơn giản. Hệ số ma sát nhỏ: f = 0.05. Hiện nay đ•ợc áp dụng rộng rãi trên cầu đ•ơng bộ với nhịp nhỏ hơn 33 m. 51
  53. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm IV.2.5. Gối cao su bản thép Bản thép dày 2-5mm Cấu tạo: 10-16cm Làm bằng cao su, ở giữa có các lá thép mỏng, chịu nh• những cốt thép Cao su làm tăng độ cứng của gối, chống nở ngang. Nhận xét: Chiều cao gối nhỏ, cấu tạo đơn giản Tuổi thọ thấp hơn so với các loại gối khác (10 – 15 năm). Giá thành rẻ. Phạm vi áp dụng: áp dụng rộng rãi trong cầu có nhip < 33 m IV.2.6. Gối cao su chậu thép Cấu tạo: Thớt trên Hợp kim Teflon Thớt giữa Gioăng cao su Thớt duới Cao su Tính khớp đ•ợc đảm bảo thông qua biến dạng của phần cao su. Chuyển vị cho phép theo đa ph•ơng thông qua sự tr•ợt t•ơng đối của tấm hợp kim lên thớt giữa, tấm teflon cho phép giảm tối đa ma sát tr•ợt, f = 0.04. Trong tr•ờng hợp muốn khống chế chuyển vị theo ph•ơng nào thì có thể đặt nẹp để chống chuyển vị theo ph•ơng đó. Phạm vi áp dụng: Dùng cho các cầu liên tục co tải trong lớn, phản lực gối lớn, có thể đạt 100 – 2600 T. IV.2.7. Gối con quay thép Cấu tạo: Thớt trên Bu lông liên kết Thớt giữa Con lăn Thớt duới 52
  54. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm Toàn bộ thớt trên, d•ới và giữa đều đ•ợc làm bằng thép. Các con lăn có thể bố trí thêm các nẹp theo ph•ơng dọc cầu để đảm bảo cho các con lăn cùng làm việc. Tính khớp đ•ợc đảm bảo thông qua chuyển vị xoay giữa hai mặt phẳng với hai mặt cong của thớt trên và thớt d•ới. Tính di động đ•ợc đảm bảo thông qua hệ thống con lăn. Phạm vi áp dụng: Dùng đối với KCN cầu lớn, phản lực gối lớn(Cầu đ•ờng sắt) IV.3. Tính toán gối cầu IV.3.1.Tính toán gối tiếp tuyến và gối con lăn. Tải trọng tác dụng: Phản lực gối do tải trọng tính toán (có xét đến hệ số tải trọng và hệ số xung kích): Xác định kích th•ớc gối:  Theo ph•ơng ngang cầu: Đ•ợc chọn bằng chiều rộng đáy s•ờn dầm với cầu BTCT, hoặc bằng chiều rộng bản cánh d•ới của dầm thép. (bề rộng là: a)  Theo ph•ơng dọc cầu (b): Đ•ợc xác định theo công thức: A b a.R em Trong đó: Rem là c•ờng độ tính toán chiu ép mặt của bê tông, xác định theo công thức: Rem = .Rn Rn C•ờng độ chịu nén dọc trục của bê tông F = 3 Fem Fem là diện tích ép mặt F là diện tích tính toán có cùng trọng tâm với diện tích ép mặt 53
  55. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Ngoài ra kích th•ớc gối cầu theo ph•ơng dọc cần thảo mãn yêu cầu về cấu tạo: Không nhỏ hơn 18 – 20 cm.  Bán kính con lăn: Xác định theo công thức: A r 2.Rc .a Trong đó: a: là chiều dài đ•ờng tiếp xúc. Rc =0.04Ro; R0 là c•ờng độ tính toán của thép làm con lăn Kiểm toán:  Kiểm toán tiết diện con lăn: Đối với con lăn bằng BTCT, cần kiểm toán tiết diện con lăn theo công thức: A Rn.Fb+Ra.Fa Trong đó: Fb là diện tích tiết diện bê tông Fa là diện tích cốt thép thẳng đứng trong bê tông  Kiểm toán vùng bê tông chiu nén d•ới thớt d•ới: Công thức: A .Rn.Fem+  k Ra.Fa  : hệ số xét đến ảnh h•ởng của chịu nén cục bộ của bê tông: =4-3 Fem / F : hệ số xét đến hàm l•ợng thép n1 f1l`1 n2 f 2l2 k l1l2 .s n1, f1,l`1 : Lần l•ợt là số l•ợng, diện tích, chiều dài của các thanh thép trong một l•ới, theo một ph•ơng. n2 , f2 ,l`2 : Lần l•ợt là số l•ợng, diện tích, chiều dài của các thanh thép trong một l•ới, theo ph•ơng còn lại. IV.3.2. Tính gối cao su phẳng Xác định góc tr•ợt do lực hãm xe: 54
  56. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  = T T F.G Trong đó : F: là diện tích gối G: là mô đuyn đàn hồi tr•ợt cảu cao su, G=7-14KG/cm2 Xác định chiều cao gối di động h= max tg Trong đó : max là chuyển vị của đầu KCN do nhiệt độ tg là tri số cho phép của góc tr•ợt gối cao su do biến dạng nhiệt. Ngoài ra khi bố trí gối cao su cần đảm bảo thỏa mãn điều kiện: tg(  T ) 0.6 Kiểm toán ứng suất nén của cao su: A  m.Rtb F Trong đó: F là diện tích gối cao su. A- phản lực gối Rtb là c•ờng độ tính toán trung bình của cao su. m là hệ số điều kiện làm việc, th•ờng lấy 0.75 Kiểm toán độ lún của gối: v 0.05h Trong đó: A. h =  i v 3.GF Hi là chiều dày của các lớp cao su.  là hệ số phụ thuộc vào hình dạng, kích th•ớc gối Kiểm toán ổn định tr•ợt của gối cao su: 55
  57. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm f.A T Trong đó: T là lực ngang truyền đến gối F là hệ số ma sát tr•ợt lấy bằng 0.2 – 0.3 IV.3.3. Tính gối con quay IV.3.3.1. Tính gối cố định Xác định kích th•ớc của thớt d•ới: ad.bd  Tải trọng tác dụng: A, H, M.  Kích th•ớc xác định theo biểu thức: A M  duoi R max F W em Trong đó: A là phản lực gối tính toán. M mô men uốn tính toán : M=H.hd H là lực ngang tính toán hd là khoảng cách từ tim chốt đến đáy thớt d•ớì F là diện tích thớt d•ới F = ad.bd, a 2 .b W là mô men chống uốn của diện tích thớt d•ới: W= d d 6 Rem là c•ờng độ chịu ép mặt của bê tông d•ới thớt d•ới  Xác định kích th•ớc của thớt trên: at.bt Kích th•ớc xác định theo biểu thức: tren A M  max Rt Fem W Trong đó: A là phản lực gối tính toán. H là lực ngang tính toán M mô men uốn tính toán : M=H.ht Với ht là khoảng cách từ tim chốt đến đáy thớt trên Fem , W là diện tích và mômen chống uốn của diện tích thép của KCN chịu ép mặt Rt là c•ờng độ tính toán của thép tiếp xúc với thớt trên 56
  58. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm  Kiểm toán tiết diện giữa thớt d•ới: M  y R J d u Trong đó: M là mô men tại tiết diện giữa của thớt d•ới: M=Fdbded-0,5.H.Zd Với Fd là diện tích nửa biểu đồ áp lực phía chịu nén nhiều hơn Ed là khoảng cách từ trọng tâm biểu đồ Fd đến tiết diện tính toán Bd là bề rộng của thớt d•ới theo ph•ơng ngang cầu Zd là khoảng cách từ đáy thớt d•ới đến trọng tâm tiết diện tính toán. J là mômen quán tính của tiết diện tính toán đối với TTH Y là khoảng cách từ TTH đến điểm xa nhất của tiết diện tính toán Ru là c•ờng độ tính toán chịu uốn của thép làm gối  Kiểm toán tiết diện giữa thớt trên : T•ơng tự nh• tr•ờng hợp thớt d•ới nh•ng thay M= Ftbtet-0,5.H.Zt IV.3.3.2. Tính gối di động Xác định chiều dài cần thiết của thớt d•ới: a= (k-1).ak+ +2c Trong đó: K: là số l•ợng con lăn ak: là khoảng cách giữa tâm các con lăn. c: là khoảng cách tối thiểu từ chỗ tựa của con lăn đến mép của con quay hoặc thớt. Khoảng cách này tối thiểu là 5cm : là chuyển vị của đầu KCN gây ra do nhiệt độ, hoạt tải, tĩnh tải 1= .t.L chuyển vị do nhiệt độ .l = chuyển vị do hoạt tải 2 E 3 chuyển vị do hoạt tải, có thể bỏ qua 57
  59. Tr•ờng Đại học Giao thông Vận tải Bộ môn Cầu Hầm : là hệ số dãn nở nhiệt của thép do nhiệt độ, bằng 0,000012 t: là nhiệt độ chênh lệch tính toán L: là khoảng cách từ gối di động đang xét đến gối cố định  : là ứng suất trung bình ở biên dầm chủ do hoạt tải tính toán gây ra. Xác định đ•ờng kính của con lăn: PE  0,423 R 0,5dl em Trong đó: P là áp lực truyền lên con lăn, tính gần đúng coi các con lăn chịu lực đều nhau: A P= k E: là môđuyn đàn hồi của thép chế tạo gối cầu d, l: là chiều dài và đ•ờng kính con lăn 58