Tài liệu Cầu bê tông_Lesson 1 pot

Lời nói đầu• Tóm tắt bài giảng " Thiết kế Cầu bêtông cốt thép " được biên soạn theo đề cương môn học cùng tên dành cho chuyên ngành đào tạo kỹ sư Xây dựng cầu đường của Khoa Kỹ thuật Cô

CẦU BÊ TÔNG CỐT

THÉP

TĨM TẮT BÀI GIẢNG Chương 1 : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẦU BTCT.

Chương 2 : CẦU BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP ( BTCT ).

Chương 3 : NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CẦU DẦM BTCT.

Chương 4 : THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT NHỊP GIẢN ĐƠN Chương 5 : THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC.

Chương 6 : CẦU DẦM VÀ KHUNG LIÊN TỤC.

Chương 7 : GỐI CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP.

TS NGUYỄN THỐNG NHẤT Mobile : 0909451119 Email : nthongnhat@yahoo.com.vn

Lời nói đầu

• Tóm tắt bài giảng " Thiết kế Cầu bêtông cốt thép " được

biên soạn theo đề cương môn học cùng tên dành cho chuyên ngành đào tạo kỹ sư Xây dựng cầu đường của Khoa Kỹ thuật Công trình, Trường Đại học Tôn Đức Thắng

• Tóm tắt bài giảng sử dụng Giáo trình của tác giả GS.TS

Nguyễn Viết Trung và PGS.TS Lê Thị Bích Thủy đã được chỉnh sửa và hiệu chỉnh.

• Giáo trình giảng dạy theo Tiêu chuẩn thiết kế mới 22 TCN

272 - 05, do Bộ Giao thông vận tải ban hành và áp dụng từ tháng 6/2005 Tiêu chuẩn này thay thế cho Quy trình

22 TCN 18 - 79 và Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -01 để thiết kế tất cả các cầu đường ô tô trong cả nước.

• Môn học được thực hiện qua 45 tiết lý thuyết và 15 tiết

thực hành bài tập ví dụ.

Chương 1 : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ

CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1 Lịch sử phát triển cầu BTCT, ý nghĩa

và phương hướng phát triển cầu BTCT

ở Việt Nam.

1.2 Phân loại và cấu tạo cầu BTCT.

1.3 Vật liệu xây dựng cầu BTCT.

1.4 Nguyên lý thiết kế cầu bê tông cốt thép 1.5 Tải trọng thiết kế cầu.

1.1 Lịch sử phát triển cầu BTCT, ý nghĩa và

phương hướng phát triển cầu BTCT ở Việt Nam :

1.1.1 KHÁI NIỆM :

• Chiều dài cầu : L < 25m : cầu loại nhỏ

L = 25÷ 100m : cầu loại trung

L > 100m : cầu loại lớn Chiều dài nhịp l > 30m cũng xếp vào loại cầu lớn

• Cầu bê tông cốt thép là cầu bê tông cốt thép thường hay bê tông cốt thép dự ứng lực, có thể được xây dựng theo các công nghệ đúc bê tông tại chỗ hoặc chế tạo sẵn - lắp ghép khác nhau.

Hình 1.1

1.1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU BTCT Ở VIỆT NAM :

Có thể chia quá trình phát triển thành các giai đoạn ứng với các giai đoạn của lịch sử :

• Thời kỳ trước Cách mạng Tháng 8 :

- Hệ thống nhịp bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, vòm thường với nhịp 2 ÷ 20m

- Ở miền Bắc hầu hết cầu BTCT do Pháp xây dựng bị phá hoại do bom Mỹ

• Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8-1945 đến năm 1954 :

Rất ít cầu được xây dựng mới

• Thời kỳ từ 1954 đến 1975 :

Nước ta bị chia làm hai miền và sự phát triển đi theo hai hướng khác nhau :

- Ở miền Bắc : Cầu Thăng Long ( xây dựng 10 năm ).

- Ở miền Nam :

Cầu BTCT dự ứng lực theo tiêu chuẩn Mỹ AASHTO đã được sản xuất và lắp ghép rộng rãi trên các

tuyến đường, khẩu độ nhịp dầm xấp xỉ là 12- 18- 25m

• Thời kỳ 1975 đến 1985 :

Đất nước đã thống nhất, Liên Xô còn và Mỹ đang phong tỏa kinh tế đối với ta

- Miền Bắc, các trung tâm chế tạo dầm dự ứng lực nhịp đến 33m ở Hà Nội, Vinh

- Miền Nam sản xuất dầm dự ứng lực vẫn theo mẫu cũ

của Mỹ tại xưởng Châu Thới và có thiết kế và thi công

thêm dầm I 33 theo tiêu chuẩn Việt Nam

Đã tự thiết kế và thi công được một số cầu khung

T- dầm đeo thuộc hệ tĩnh định có nhịp dài xấp xỉ

60÷ 70m với cốt thép dự ứng lực dạng bó 24 sợi ∅ 5 mm.

• Thời kỳ 1986 đến nay :

Đây là thời kỳ đổi mới, quan hệ đối ngoại từng bước rộng mở và các công nghệ tiên tiến của thế giới đã được chuyển giao vào nước ta

- Các dự án lớn cải tạo quốc lộ 1, các dự án cầu

có hệ khung liên tục, tại TP Hồ Chí Minh và khu vực phía Nam đã thực hiện công nghệ đúc hẫng hiện đại

- Đến đầu năm 2006 đã có khoảng 50 cầu thuộc hệ thống

nhịp liên tục được đúc hẫng thành công Công nghệ đúc đẩy cũng đã được áp dụng

Công nghệ đúc trên đà giáo di động được áp dụng cho

cầu Thanh Trì ( Hà Nội ), cầu Bãi Cháy ( Quảng Ninh )

Công nghệ đúc hẫng dầm cứng cầu dây văng - dầm cứng

BTCT áp dụng thành công ở cầu Mỹ Thuận, Rạch Miễu

Công nghệ lắp hẫng của cầu dây văng - dầm cứng BTCT

đã áp dụng thành công ở cầu Kiền ( Hải Phòng )

1.1.3 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN :

• Về mặt phương pháp tính toán, tiêu chuẩn thiết kế :

- Phương pháp tính toán cầu theo các trạng thái giới hạn đã được áp dụng ở nước ta từ năm 1979 dựa theo phương pháp tính toán của Liên xô ( cũ )

Ngày nay, các phương pháp tính toán có xét đến tính phi tuyến vật liệu, phi tuyến hình học của kết cấu đặc biệt, dùng vật liệu đặc biệt đều đang được phát triển Việc sử dụng máy tính và các chương trình phần tử hữu hạn đã trở nên phổ biến

- Quy trình 22 TCN 18-79, được gọi tắt là Quy trình 1979 để thiết kế cầu đã dựa vào nội dung Quy trình năm 1962 và 1967 của Liên Xô ( cũ ) và Quy trình cầu đường sắt

1958 của Trung Quốc

- Năm 2005, Bộ Giao thông Vận tải ban hành Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 - 05 đối với cầu đường bộ

Đây là tiêu chuẩn hiện đại, đạt trình độ quốc tế cao, được biên soạn dựa trên nội dung cơ bản của Tiêu chuẩn AASHTO - LRFD năm 1998 nhưng đã được chỉnh sửa cho phù hợp với các điều kiện tự nhiên của Việt Nam

Vì vậy tiêu chuẩn này sẽ góp phần đẩy nhanh quá trình hội nhập kinh tế của Việt Nam với các nước ASEAN và khu vực

Đối với các dự án cầu lớn, ví dụ cầu dây văng,

cầu có nhịp dài hơn 150m, cần phải tham khảo thêm

tiêu chuẩn các nước Mỹ, Nhật, Úc, Pháp, Trung Quốc

• Về mặt các công nghệ hiện đại :

Nói chung, xu hướng hiện nay là áp dụng mọi công nghệ hiện đại của thế giới vào điều kiện Việt Nam thông qua việc chuyển giao công nghệ với các dự án có vốn nước ngoài Có thể liệt kê một số hướng chính sau :

- Đồng thời phát triển cả các công nghệ đúc bêtông tại chỗ và các công nghệ chế tạo sẵn - lắp ghép

- Phát triển áp dụng kết cấu BTCT DƯL cho đủ

mọi dạng kết cấu ngay từ các nhịp dài từ 12m trở lên

( các công nghệ dự ứng lực trong, dự ứng lực ngoài và kết hợp cả hai ) như các loại dầm bản rỗng, bản đặc, dầm I, dầm T, dầm Super-T, dầm hộp

- Phát triển áp dụng các vật liệu mới như cốt thép cường

độ cao, bêtông cường độ cao ( cấp BT đến 60 - 80Mpa ),

bêtông tính năng cao, BT polyme, pha cốt sợi thép hoặc cốt sợi polyme phân tán Vật liệu tấm chất dẻo pha sợi carbon, bó sợi carbon được nghiên cứu áp dụng bước đầu

- Phát triển các dạng kết cấu nhịp phức tạp đáp ứng các yêu cầu khai thác thuận tiện và vẻ đẹp kiến trúc như cầu cong, cầu dây văng - dầm cứng BTCT, cầu liên tục, cầu Extradosed Các kết cấu liên hợp về mặt vật liệu như cầu vòm ống thép nhồi bêtông, vật liệu composite …

1.2 Phân loại và cấu tạo cầu bê tông cốt thép :

1.2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN :

Các tham số kích thước cơ bản của công trình cầu nói chung bao gồm :

- Cao độ mặt đất thiên nhiên, cao độ các mực nước, được

thể hiện trên bản vẽ mặt cắt ngang sông qua tim dọc cầu

- Các cao độ mặt xe chạy của cầu, bán kính đường

cong đứng, thể hiện trên bản vẽ trắc dọc công trình cầu

- Các kích thước mặt bằng của các bộ phận kết cấu

nhịp cầu phải thể hiện trên bản vẽ bố trí chung mặt bằng

- Các kích thước mặt cắt ngang của các kết cấu nhịp như

bề rộng của phần xe chạy, vỉa hè, lan can, rào chắn,

mặt cắt ngang kết cấu chịu lực chính như dầm I, dầm

T, dầm hộp phải được thể hiện trên các mặt cắt ngang

kết cấu nhịp cầu Các kích thước này cần đảm bảo thỏa mãn yêu cầu về khổ giới hạn thông xe an toàn thuận tiện, yêu cầu chịu lực

1.2.2 PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH CẦU :

Cầu BTCT được phân loại theo những tiêu chí khác nhau Phân loại thông dụng :

1- Phân loại theo vị trí cầu : Tùy theo loại chướng ngại

cần phải vượt qua gọi là : - Cầu qua sông, suối

- Cầu vượt đường - Cầu cạn, cầu dẫn

- Cầu có trụ cao để vượt qua thung lũng, hẻm núi

2- Phân loại theo tải trọng qua cầu : 

- Cầu đường ôtô - Cầu thành phố

- Cầu đường sắt - Cầu đi bộ

- Cầu đi chung đường sắt – đường ôtô

- Cầu máng dẫn nước

- Cầu dành cho đường ống dẫn nước, dẫn dầu, khí đốt

3- Phân loại theo cao độ tương đối của bề mặt xe chạy :

- Cầu chạy trên - Cầu chạy dưới - Cầu chạy giữa

4- Phân loại theo sơ đồ tĩnh học giai đoạn khai thác của kết cấu chịu lực chính :

- Cầu dầm :

+ Dầm giản đơn, + Dầm liên tục, + Dầm hẫng

Hình 1.2

Các sơ đồ tĩnh học dầm giản đơn, dầm liên tục, dầm hẫng có dầm đeo

và biểu đồ M tương ứng do tĩnh tải

- Cầu khung : T có dầm đeo, T có chốt, khung T liên tục

nhiều nhịp, khung chân xiên, khung kiểu cổng (H.1.3)

Hình 1.3 : Một số sơ đồ cầu khung

a) Cầu khung liên tục b) Khung T–dầm đeo

c, d, e, f) Một số dạng mặt cắt ngang nhịp

- Cầu vòm :

1- Cột trên vòm; 2- Vòm chính; 3- Phần xe chạy; 4- Thanh treo

5- Vòm cứng; 6- Dầm mềm; 7- Vòm mềm; 8- Dầm cứng; 9- Thanh treo xiên

Hình 1.4 : Một số sơ đồ cầu vòm

a) Cầu vóm chạy trên; b) Cầu vòm chạy giữa; c) Vòm cứng - dầm mềm d) Vòm mềm - dầm cứng; e) Cầu vòm chạy dưới có thanh treo xiên

- Cầu dàn, Cầu có kết cấu liên hợp :

+ Cầu dầm – vòm + Cầu dàn - vòm

+ Cầu dầm - dây ( cầu treo dây xiên - dầm cứng BTCT )

1- Dây xiên; 2- Cột tháp; 3- Dầm cứng; 4- Dầm ngang của khung cột tháp để giữ dầm cứng

Hình 1.5 : Một số sơ đồ cầu dây xiên - dầm cứng

5- Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang của kết cấu chịu lực chính : - Kết cấu nhịp bản

- Kết cấu nhịp có sườn

- Kết cấu nhịp mặt cắt hình hộp

6- Phân loại theo phương pháp thi công kết cấu nhịp :

- Với các nhịp nhỏ và trung bình (L < 25m với cầu một nhịp và L cầu < 100m với cầu nhiều nhịp).

+ Cầu đúc tại chỗ

+ Cầu lắp ghép toàn nhịp

+ Cầu bán lắp ghép ( phần sườn dầm lắp ghép, phần bản đúc tại chỗ )

- Với cầu BTCT có nhịp lớn :

+ Cầu đúc tại chỗ trên đà giáo cố định

+ Cầu đúc tại chỗ với đà giáo di động

+ Cầu thi công theo phương pháp hẫng

+ Cầu thi công theo phương pháp đẩy

+ Cầu thi công theo phương pháp đặc biệt

( quay hoặc chở nổi )

1.2.3 PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA KẾT CẤU NHỊP BTCT :

Các cầu BTCT trên đường sắt thường chỉ áp dụng loại

dầm giản đơn có nhịp dài L = 4÷ 33m Nếu muốn vượt

nhịp dài hơn nên dùng dầm thép

Trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh còn một số cầu vòm cũ BTCT xây dựng từ những năm 1930

Các cầu BTCT trên đường ôtô, thường dùng nhiều dầm giản đơn ở các nhịp 6÷ 33m, đặc biệt có thể đến

42÷ 50m Nếu nhịp lớn hơn nữa thường dùng các sơ đồ

kết cấu nhịp siêu tĩnh như dầm liên tục, dầm hẫng, cầu khung BTCT dự ứng lực, cầu vòm

Cầu ôtô thường chọn các loại kết cấu sau :

- Dạng cầu bản giản đơn BTCT thường : nhịp từ 3÷ 6m.

- Dạng cầu giản đơn bằng BTCT thường : nhịp từ 7÷ 24m.

- Dạng cầu giản đơn BTCT dự ứng lực : nhịp từ 12÷ 42m.

- Dạng cầu dầm liên tục hay cầu khung BTCT dự ứng

lực : các nhịp trong khoảng 33 đến 200m.

- Dạng cầu vòm BTCT thường : trước kia có dùng cho cầu nhịp 15÷ 70m Ngày nay ở nước ta ít khi xây dựng cầu

vòm Năm 2003, Trung Quốc giúp chúng ta xây dựng một số cầu vòm ống thép nhồi bêtông như cầu Ông Lớn, cầu Xóm Củi trên đường Nguyễn Văn Linh ở

thành phố Hồ Chí Minh, nhịp dài 97,5m và 80,6m

Cầu vòm mới nhất bằng BTCT ở nước ta là cầu dẫn của

cầu Bãi Cháy ( Quảng Ninh ) có nhịp vòm 65m.

- Dạng cầu treo dây xiên - dầm cứng BTCT có ưu điểm hình dáng đẹp, vượt được nhịp dài, có thể đến hơn

400m, đã được xây dựng như cầu Mỹ Thuận, Cần Thơ,

Phú Mỹ, Rạch Miễu …

- Dạng cầu giàn BTCT dự ứng lực đã được xây dựng nhiều trên đường sắt Liên Xô ( cũ ), nhưng không phổ biến

ở các nước khác cũng như ở Việt Nam vì cấu tạo phức tạp, khó thi công và không ưu việt hơn cầu giàn thép

1.3 Vật liệu xây dựng và đặc điểm của cầu BTCT :

1- Vật liệu

2- Độ bền, độ cứng

3- Hình dáng, hệ thống

4- Tính liền khối

5- Trọng lượng bản thân

6- Chi phí duy tu bảo dưỡng

7- Vết nứt

8- Về áp dụng công nghiệp hóa xây dựng

9- Về công tác sửa chữa, nâng cấp, mở rộng khi cần thiết /