Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 1 của giáo trình Tổng quan về cầu và mố trụ cầu trình bày tổng quan về cầu; các khái niệm về công trình nhân tạo trên đường; mặt cầu và đường người đi; gối cầu; thiết kế các phương án cầu; đánh giá, so sánh lựa chọn phương án cầu;... Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BỘ MƠN XÂY DỰNG MỎ GIÁO TRÌNH TỔNG QUAN VỀ CẦU VÀ MỐ TRỤ CẦU DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC QUẢNG NINH - 2018 Phần I: TỔNG QUAN VỀ CẦU Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM VỀ CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG 1.1 Các loại cơng trình nhân tạo đường Khái niệm: Là cơng trình vượt qua chướng ngại đường sông, suối, thung lũng, tuyến giao thông đường ôtô, đường sắt vượt qua tuyến giao thông khác Cầu: Là công trình nhân tạo để vượt qua dịng nước qua thung lũng, qua bãi sông (Cầu dẫn), vượt qua đường hay qua chướng ngại vật khác Các cơng trình nước có độ nhỏ: Cầu tràn, đường tràn, cống Tường chắn: Tường chắn sử dụng đường để trì độ dốc tự nhiên ta luy Tránh tượng trượt, sụt lở mái ta luy Hầm: Khi cao độ mặt đường nằm thấp nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên người ta làm hầm để vượt qua Khi tuyến đường men theo sườn núi có độ dốc lớn địa chất xấu ( đá lăn đá trượt) người ta xây dựng đường hầm Khi vượt qua eo biển dòng sơng lớn, người ta làm hầm Trong thành phố đơng dân cư, người ta làm hầm để phục vụ người bộ, phương tiện giao thông, hệ thống tàu điện ngầm 1.2 Phân loại phạm vi ứng dụng 1.2.1 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp Tùy theo vật liệu làm kết cấu nhịp chia thành: Cầu gỗ, cầu đá, cầu thép, cầu BTCT, cầu bê tông DƯL 1.2.2 Phân loại theo mặt đường xe chạy - Cầu có đường xe chạy - Cầu có đường xe chạy - Cầu có đường xe chạy 1.2.3 Phân loại theo mục đích sử dụng Tùy theo mục đích sử dụng ta phân loại sau: - Cầu ôtô: Cho tất phương tiện giao thông đường ôtô - Cầu đường sắt - Cầu cho người - Cầu thành phố: Cho ôtô, người bộ, tàu điện - Cầu chạy chung: ôtô tàu hỏa - Cầu đặc biệt: Cầu cho đường ống dẫn dầu, nước, khí ga, cáp điện 1.2.4 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học a Cầu Là cầu BT cốt thép BTCT DƯL có chiều cao nhỏ so với kích thước hai chiều lại b Cầu dầm - Cầu dầm giản đơn, tác dụng lực thẳng đứng gối có phản lực gối Cầu BTCT thường l=12m đến 20m BTCT DƯL l=20m đến 40m, cầu dầm thép l=6m đến 40 m -Cầu dầm liên tục, tác dụng lực thẳng đứng gối xuất phản lực gối mômen âm c Cầu dàn thép - Cầu dàn giản đơn: chiều dài nhịp từ 50 đến 80 m - Cầu dàn liên tục: Có nội lực nhỏ so với cầu dàn giản đơn nên cho phép vượt nhịp lớn d Cầu khung - Cầu khung liên tục - Cầu khung T dầm đeo - Cầu khung- dầm liên tục e Cầu vòm - Cầu vịm có lực đẩy ngang +Cầu vịm chạy trên: Hình 1.4 +Cầu vịm chạy giữa: Hình 1.5 + Cầu vịm chạy (Cầu vịm cứng dầm mềm): Hình 1.6 - Phân loại cầu vòm theo sơ đồ tĩnh học: + Cầu vịm khơng chốt: Vịm siêu tĩnh bậc + Cầu vòm hai chốt: Vòm siêu tĩnh bậc + Cầu vòm chốt: Cầu vòm tĩnh định - Cầu vịm khơng có lực đẩy ngang: Cầu có kéo, hệ vòm dầm liên hợp dầm cứng vòm cứng Phản lực gối cầu giống với cầu dầm giản đơn Hình 1.7 f Cầu treo cầu dây văng - Cầu treo Dây cáp chủ ; Dây đeo ; Dầm cứng ; Trụ cầu ; Mố neo ; Tháp cầu Hình 1-8 Sơ đồ cầu treo Ưu điểm: Cáp cường độ cao nên trọng lượng thân nhỏ, vượt nhịp lớn Khi thi công, thi công cáp chủ trước đến dầm nên khắc phục khó khăn phải làm trụ tạm, qua sông nước chảy xiết, thung lũng sâu (Ví dụ cầu Akashi Nhật có chiều dài 1991 m) Nhược điểm: Là kết cấu nhạy cảm với tải trọng động ( gió, lực xung kích) Tồn mố neo phức tạp tốn - Cầu dây văng: Dây văng; Dầm cứng; Tháp cầu; Trụ cầu; Mố cầu Hình 1-9 Sơ đồ cầu dây văng + Cáp cầu dây văng cáp cường độ cao, chịu kéo + Dầm cứng: Làm việc dầm liên tục gối cứng gối đàn hồi Gối cứng gối nằm mố trụ, gối đàn hồi gối nằm dây văng Dầm cứng chịu nén lực ngang dây văng truyền vào Dây văng thường neo vào dầm (có trường hợp đặc biệt neo vào mố) Khi dây văng neo vào dầm tránh mố neo, phải xây dựng xong dầm căng dây văng + Hệ coi hệ khơng biến dạng hình học +Về mặt chịu tải trọng động: tốt so với cầu treo so với cầu dầm cứng khác + Ví dụ cầu dây văng Việt Nam: Cầu Mỹ Thuận (Lmax=350 m, dầm cứng BTCT DƯL, thi công phương pháp đúc hẫng); cầu Kiền (Lmax=200m, lắp hẫng); cầu Bính (Lmax=250m, dầm cứng, thép BT liên hợp) 1.3 Các phận kích thước cầu 1.3.1 Các phận cầu Một cơng trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn, cơng trình điều chỉnh dịng chảy gia cố bờ sơng ( cần) Các phận cầu: Hình 1.1 +Kết cấu phần trên: Hình 1.2 Hình 1.3 + Kết cấu nhịp: Bao gồm Các dầm chủ, dàn chủ Hệ dầm mặt cầu Bản mặt cầu Hệ liên kết ngang Hệ liên kết dọc + Kết cấu phần dưới: Mố cầu, trụ cầu, kết cấu móng + Gối cầu + Các thiết bị phục vụ khai thác: Lan can, gờ chắn, hệ thống biển báo, chiếu sáng 1.3.2 Các kích thước cầu 1.3.2.1 Các kích thước chiều dài - Chiều dài nhịp l: Tính từ đầu mút nhịp đến đầu mút nhịp - Chiều dài nhịp tính tốn ltt: Tính từ tim gối bên sang tim gối bên - Chiều dài nhịp tĩnh (tĩnh không cầu) l0i: Khoảng cách hai mép trụ mố Nếu độ nước cầu L0 thì: Σl0i ≥ L0 - Chiều dài toàn cầu: Ltcầu chiều dài tính từ mố bên sang mố bên +Cầu nhỏ: Ltcầu ≤ 20m + Cầu trung: Ltcầu > 20m đến 100m + Cầu lớn: Ltcầu ≥ 100m 1.3.2.2 Các kích thước chiều cao - Chiều cao kiến trúc cầu Hkt: Chiều cao tính từ đỉnh mặt đường xe chạy đến đáy dầm Hkt định khối lượng đất đắp đường dẫn vào cầu Cầu có đường xe chạy thơng thường có Hkt thấp cầu có đường xe chạy - Chiều cao cầu: Tính từ cao độ mặt đường xe chạy đến mặt đất tự nhiên (cầu cạn) đến mực nước thấp (MNTN) (đối với cầu qua dòng nước) - Tĩnh khơng cầu: Tính từ mực nước cao (MNCN) đến đáy dầm: + Sông không thông thuyền, khơng có trơi: Khoảng cách từ MNCN đến đáy dầm tối thiểu 0,5m + Sông không thông thuyền có trơi: Khoảng cách từ MNCN đến đáy dầm tối thiểu 1m + Sông thông thuyền: Phụ thuộc vào khổ thông thuyền Btt Htt - Đối với cầu vượt đường (cầu cạn): phụ thuộc vào tĩnh khơng cầu+ 0,1 đến + 0,3m tính đến sửa chữa mặt đường sau 1.4 Khổ giới hạn cầu cầu Các mực nước thiết kế - Mực nước cao (MNCN): Là mực nước lớn xuất sông ứng với tần suất lũ thiết kế P% Dựa vào MNCN để xác định độ cầu tính tốn cao độ đáy dầm - Mực nước thấp (MNTN): Là mực nước thấp xuất sông ứng với tần suất lũ thiết kế P% Dựa vào MNTN để biết vị trí chỗ lịng sơng nước sâu mùa cạn, vào để xác định vị trí nhịp thơng thuyền Ngồi cịn xác định cao độ đỉnh bệ móng trụ sông MNCN MNTN xác định theo số liệu quan trắc thủy văn mực nước lũ, tính tốn theo tần suất P% quy định cầu đường khác - Mực nước thông thuyền (MNTT): Là mực nước cao cho phép tàu bè lại cầu an toàn Dựa vào MNTT chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm Theo Tiêu chuẩn cũ 22TCN18-79, tần suất thiết kế để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa cầu lớn 1%, MNTT 5% Hiện theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05 không quy định Xác định cao độ đáy dầm: + Đáy dầm vị trí phải cao MNCN 0,5m sông đồng 1m sơng miền múi có đá lăn, trôi (đường ô tô) + Tại nơi khô cạn cầu cạn, cầu vượt cao độ đáy dầm vị trí phải cao mặt đất tự nhiên 1,0m + Cao độ đáy dầm phải cao MNTT cộng chiều cao thông thuyền + Đỉnh xà mũ mố trụ phải cao MNCN tối thiểu 0,25m 1.5 Các u cầu cơng trình cầu 1.5.1 Yêu cầu xây dựng khai thác - Cầu phải đảm bảo cho xe cộ lại thuận tiện, an tồn khơng giảm tốc độ - Chiều rộng phần xe chạy phải phù hợp với lưu lượng loại xe tính tốn - Mặt cầu phải phẳng, đủ độ nhám thoát nước nhanh - Kết cấu cầu phải thuận tiện cho việc chế tạo thi cơng Đảm bảo cơng nghiệp hóa việc chế tạo - Sơ đồ cầu, chiều dài nhịp, chiều dài cầu, chiều cao cầu phải đảm bảo cho thoát nước việc qua lại tàu bè - Cơng trình phải đảm bảo độ bền - Đảm bảo độ ổn định, giữ ngun hình dạng, vị trí tác dụng loại tải trọng 1.5.2 Yêu cầu mặt kinh tế - Đảm bảo chi phí thiết bị, vật liệu rẻ nhất, giảm sức lao động, giảm giá thành xây dựng đến mức tối đa - Khi tính giá thành cơng trình cầu, phải xét đến giá thành tu, sửa chữa, đồng thời phải tính đến phát triển kinh tế quốc dân lựa chọn phương án cầu 1.5.3 Yêu cầu mặt mỹ thuật Cầu phải có hình dáng đẹp, phù hợp với cảnh quan địa phương đặc biệt công trình nằm thành phố khu danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử 1.5.4 Yêu cầu an ninh quốc phịng Ngồi mục đích giao thơng cịn phải xét đến tính thiết thực cho hoạt động an ninh quốc phịng Khi có chiến tranh xảy cầu chuyển sang phục vụ cho loại xe đặc chủng quân đội 1.6 Sơ lược lịch sử phương hướng phát triển ngành xây dựng cầu 1.6.1 Sơ lược lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu 1.6.1.1 Cầu gỗ - Cầu gỗ loại cầu xây dựng lâu đời - Gỗ vật liệu tự nhiên tương đối tốt, nhiên dùng xây dựng cầu phải chọn loại gỗ tốt lim gụ, sến, táu,… phải có biện pháp phịng mục - Cầu gỗ có thời gian sử dụng ngắn, khả vượt nhịp không lớn (L=3050m) - Hiện sử dụng miền rừng, đường lâm nghiệp cầu tạm đà giáo phục vụ thi cơng Hình 1-1 Hình ảnh cầu gỗ 1.6.1.2 Cầu đá - Được xây dựng hàng ngàn năm trước, đến tồn sử dụng - Hầu hết cầu đá xây dựng theo dạng cầu vòm để phù hợp với tính chất chịu nén đá - Cầu vịm đá vượt độ nhịp đến 100m - Cầu đá xây djwng khó khăn nên có khả xây dựng cơng nghiệp hóa - Hiện áp dụng vùng miền núi, nơi khai thác đá trực tiếp chỗ để làm cơng trình kiến trục nghệ thuật khu danh lam thắng cảnh Hình 1-2 Cầu đá 1.6.1.3 Cầu thép - Cầu thép xuất vào nửa cuối kỉ 19 - Cầu kim loại làm găng, tiếp đến đời cầu treo dây xích - Sử dụng để vượt sơng lớn với nhịp cầu lớn - Hồn tồn cơng nghiệp hóa với chế tạo lắp ráp, dễ dàng lắp ráp phương pháp hẫng dễ xây dựng qua sông sâu, thung lũng sâu qua sơng có nhiều tàu bề qua lại - Nhược điểm cầu thép gỉ, dó tốn cơng bảo dưỡng - Sự đời cầu vòm cầu dây văng bước tiến cầu thép Hình 1-3 Cầu thép 1.6.1.4 Cầu bê tơng cốt thép - Cuối kỉ 19 xây dựng cầu sử dụng loại vật liệu BTCT - Trong giai đoạn đầu, cầu BTCT thường có dạng cầu bản, dầm vịm có độ nhỏ 30m - Đến năm 30 kỉ 20 sau kỹ sư Freyssinet nghiên cứu thành công BTCT ứng suất trước BTCT bắt đầu phát triển mạnh mẽ - Sau đại chiến giới thứ 2, kết cấu nhịp lắp ghém, bán lắp ghép BTCT DWL sử dụng hàng loạt - Hiện nay, cầu BTCT ngày phát triển, mở kỉ nguyên sử dụng KCN BTCT thay cho KCN cầu thép, cầu BTCT vượt độ đến 200-300m hình thành KCN liên hợp dàn – dây, dầm – dây, … chắn xuất cầu có độ nhịp lớn 400-500m Hình 1-5 Cầu bê tơng cốt thép Lịch sử phát triển ngành cầu Việt Nam So với nước giới, ngành xây dựng cầu Việt nam non trẻ Trước cách mạng tháng 8, tuyến đường tơ chủ yếu có cầu BTCT nhịp nhỏ từ 3-20m, khổ hẹp, xe, tải trọng nhỏ thuộc hệ thống cầu bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, khung Trong thời kì có số cầu thép lớn vượt qua sông lớn cầu Đuống, cầu Ninh Bình, cầu Lai Vu, cầu Long biên cho đường sắt ô tô chung, … cầu Long Biên có nhịp lớn gần 130m, chiều dài tồn cầu gần 3km Trong thời kì kháng chiến chống Pháp phần lớn cầu bị phá hoại Từ sau 1954, hịa bình lập lại, loạt cầu đường sắt ô tô xây dựng gồm cầu thép cầu Hàm Rồng, cầu Việt Trì, cầu BTCT thường cầu Bùng, cầu Giẽ, cầu BTCT dự ứng lực cầu Phủ Lỗ,…Các cầu từ 1964 -1972 lại bị đế quốc Mỹ ném bom phá hoại Từ năm 1975 đến xây dựng hàng loạt cầu tuyến đường sắt ô tô như: - Cầu Thăng Long qua sống Hồng cho đường sắt ô tô xây xong năm 1982, nhịp dàn thép liên tục, nhịp lớn 112m, cầu dẫn nhịp dầm giản đơn BTCT DƯL 33m, chiều dài toàn cầu 1680m - Cầu Chương Dương qua sông Hồng (1985) có nhipij dàn thép, nhịp lớn 97,6m chiều dài tồn cầu 1211m - Cầu Đị Quan (Nam Định) năm 1994, nhịp dầm thép liên hợp BTCT liên tục, sơ đồ nhịp 42+63+42m - Cầu Phú Lương (Hải Dương), năm 1996, cầu khung BTCTDUL, thi công phương pháp đúc hẫng, nhịp lớn 102m - Cầu Sơng Gianh (Quảng Bình), năm 1998, dầm liên tục BTCTDUL có nhịp lớn 120m - Cầu Hồng Long (Thanh Hóa), cầu khung dầm BTCTDUL có nhịp lớn 130m - Hàng loạt cầu dây văng như: Cầu Đakrông (Quảng Trị), cầu quay Sông Hàn (Đà Nẵng), cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long), cầu Bính (Hải Phịng), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ, cầu Nhật Tân, cầu Bạch Đằng, … 1.6.2 Phương hướng phát triển ngành xây dựng cầu 1.6.2.1 Về vật liệu - Các loại vật liệu có cường độ cao sớm sử dụng rộng rãi ngành xây dựng cầu như: Bê tơng mác cao, bê tơng siêu dẻo có cường độ sớm, thép cường độ cao, thép hợp kim thấp - Để giảm trọng lượng thân kết cấu, đẩy mạnh nghiên cứu sử dụng loại vật liệu nhẹ, hợp kim nhôm, bê tông cốt thép sợi thủy tinh, … 1.6.2.2 Về kết cấu Trong xây dựng cầu, kết cấu hợp lí sử dụng như: - Kết cấu thép – BTCT liên hợp, BTCTDUL,…, - Kết cấu có sử dụng trực hướng, tiết diện hình hộp, … - Cầu dây văng cầu khung dầm BTCTDUL, … 1.6.2.3 Về công nghệ thi công - Sử dụng phương tiện vận chuyển lao lắp có lực lớn - Áp dụng nhanh cơng nghệ thi công tiên tiến như: Đúc đẩy, đúc hẫng, lắp hẫng, đúc đà giáo di động, … 1.6.2.4 Về tính tốn - Hồn thiện lí thuyết tính tốn với trợ giúp công nghệ tin học thông qua phần mềm tính tốn chun dụng như: Midas Civil, RM, … - Đẩy mạnh nghiên cứu tính tốn xác kết cấu có xét đầy đủ yếu tố phi tuyến, không gian, … - Nghiên cứu tác động môi trường đến kết cấu cầu như: Nhiệt độ, gió, bão, động đất, … - Tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm ngồi trường để so sánh đánh giá hồn chỉnh lí thuyết Số xe Hệ số >3 1,2 1,0 0,85 0,65 Hoạt tải cầu Theo chiều dọc cầu đặt môt xe tải tandem làn, trừ trường hợp tính mơmen âm gối dầm liên tục phép xếp hai xe hai nhịp lân cận (Hình 4-2) Tải trọng xếp theo đường ảnh hưởng, tĩnh tải xếp tồn cầu 145KN 145KN 4.3 đến 9.0 35KN 4.3m 9.3N/mm a) 110KN 110KN 1.2m 9.3N/mm b) 145KN 145KN 35KN 4.3m 4.3m 145KN 145KN 35KN 15.0m 4.3m 4.3m 9.3N/mm c) Hình 4-2 Ngun tắc xếp hoạt tải cầu a,b)Tính mơ men dương cầu nhịp ; c)Tính mơ men âm cho cầu liên tục nhiều nhịp Tải trọng người Tải trọng người trền cầu tơ (có lề đường dành cho người rộng 600mm) 3x10-3 MPa Đối với cầu dành cho người xe đạp phải thiết kế tải trọng người 4,1x10-3 MPa Khơng tính hệ số xung kích cho tải trọng người Lực xung kích Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh lấy bằng: (1 + IM/100) Lực xung kích khơng áp dụng cho tải trọng hành tải trọng thiết kế Tác động tĩnh học xe tải hay xe hai trục thiết kế không kể lực ly tâm lực hãm, phải tăng thêm tỷ lệ phần trăm quy định bảng 37 Lực xung kích Bảng 4.4.Lực xung kích IM Kết cấu Mối nốt mặt cầu tất trạng thía giới hạn Tất kết cấu khác: - Trạng thái giới hạn mỏi đứt gãy - Các trạng thái giới hạn khác IM 75% 15% 25% 4.3.5.2 Tải trọng ngang a) Lực ly tâm CE Là lực nằm ngang theo phương ngang cầu, đặt cách mép đường xe chạy 1.8m Lực ly tâm lấy tích số trọng lượng trục xe tải hay xe hai trục với hệ số C lấy sau: v2 (4.4) C gR Trong đó: v = tốc độ thiết kế đường ô tô (m/s); g = gia tốc trọng lực 9,807 (m/s2) R = bán kính cong xe (m) b)Lực hãm xe BR Lực hãm xe truyền xuống tác dụng qua gối truyền xuống kết cấu phần Tất lái xe phải hãm phanh cầu cần thiết Chính thiết kế cần xét đến lực hãm tất xe phải xét đến hệ số xe Lực hãm lấy 25% trọng lượng trục xe tải xe đặc biệt tất xe chạy hướng Lực lãm nằm ngang theo phương dọc cầu cách mặt cầu 1800mm c) Lực va xô tàu thuyền CV Tất cầu vượt qua đường giao thông thuỷ phải thiết kế xét tàu thuyền va với kết cấu phần Lực va đâm thẳng đầu tàu vào trụ phải lấy sau PS = 1,2.105 V DWT (4.5) Trong đó: Ps = lực va tàu tĩnh tương đương (N) DWT = trọng tải tàu (Mg) V = vận tốc va tàu (m/s) Lực va xà lan vào trụ PV= 6.104.aB aB < 100mm = 6.106.aB + 1600.aB aB ≥ 100mm Trong aB chiều dài hư hỏng mũi xà lan (mm) Chú ý Lực va tàu theo phương dọc cầu lấy 50% Lực va tàu thiết kế, theo phương ngang cầu lấy 100% Lực va thiết kế 38 Lực va tàu tính lực tập trung, tác dụng MNTT tính ổn định chống lật chống trượt Trong trường hợp kiểm toán mặt cường độ, coi lực rải theo phương dọc ngang cầu đặt MNTT d) Tải trọng gió WL WS Tốc độ gió thiết kế V phải xác định theo công thức V=VB.S (m/s) (4.6) Trong : V B - Tốc độ gió giật giây với chu kì xuất 100 năm thích hợp với vùng tính gió có đặt cầu ( bảng 4.5) S – Hệ số điều chỉnh khu đất chịu gió độ cao mặt cầu (bảng 4.6 ) Bảng 4.5 Các giá trị V B cho vùng tính gió Việt Nam Vùng tính gió theo TCVN 2737-1995 V B (m/s) I 38 II 45 III 53 IV 59 Để tính gió q trình lắp ráp nhân giá trị V B bảng với hệ số 0,85 Bảng 4.6 Các giá trị S Độ cao mặt cầu Khu vực thông Khu vực rừng ,có Khu vực co nhà mặt đất hay thống hay mặt nhà cửa với cối, nhà cửa với đa số mặt nước (m) nước thoáng cao tối đa khỏang 10m nha cao với 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 e) Tải trọng gió tác động lên cơng trình WS Tải trọng gió ngang Tải trọng gió ngang PD phải lấy theo chiều tác dụng nằm ngang đặt trọng tâm phần diện tích thích hợp lấy sau P D = 0,0006 V A t C d ≥ 1,8 A t (kN) (4-7) Trong đó: V- Tốc độ gió thiết kế xác định theo phương trình (4-7), (m/s ) A t -Diện tích kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m ) C d - Hệ số cản (hình 4.3) (A3.8.1.2.1.1) 39 2.8 hệ số cản hệ số tối thiểu mặt cấu dầm với dầm dầm hộp 2.4 Giới hạn mỏi 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 10 14 18 22 26 30 tỷ số b/d Hình 4-3 Hệ số cản C d dùng cho kết cấu phần có mặt hứng gió đặc Ghi chú: 1) Các giá trị cho hình dựa giả thiết mặt hứng gió thẳng đứng gió tác dụng ngang 2) Nếu mặt hứng gió xiên so với mặt đứng , hệ số C d giảm 0,5% độ xiên so với mặt đường tối đa giảm 30% 3) Nếu mặt hứng gió có phần đứng phần dốc hai phần dốc nghiêng với góc khác tải trọng gió phai lấy sau: - Hệ số C d tính với chiều cao với toàn kết cấu - Đối với mặt, hệ số giam theo ghi - Tính tải trọng gió tổng cộng cách dùng hệ số cản thích hợp cho diện tương ứng 4) Nếu kết cấu có chiều cao thay đổi , C d lấy tăng % cho độ nghiêng so với phương ngang , nhưnng không 25% 5) Nếu kết cấu phần chịu gió xiên khơng q o C so với phương ngang, C d tăng 15% góc xiên vượt qúa o hệ số cản phải lấy theo thí nghiệm 6) Khi kết cấu có chiều cao thay đổi chịu lực gió xiên , hệ số cản phải nghiên cứu đặc biệt Diện tích kết cấu chắn gió phải diện tích đặc chiếu nên mặt vng góc với hướng gió khơng có hoạt tải , với điều kiện sau Đối với kết cấu phần có lan can đặc , diện tích bao gồm diên tích lan can đặt đầu gió , khơng xét ảnh hưởng lan can cuối gió Đối với kết cấu phần có lan can hở , tải trọng toàn phần tổng tải trọng tác dụng nên kết cấu phần , lan can đầu gió cuối gió tính riêng Khi có hai lan can , xét hail an can có ảnh hưởng lớn phương diện chắn gió Đối với kết cấu nhịp giàn , lực gió tính cho phận riêng đầu cuối gió không xét đến che chắn 40 Đối với trụ cầu phải , không xét đến ảnh hưởng che chắn Hệ số cản C d tính theo phương pháp sau: Đối với kết cấu phần , có mặt đặc , mép dốc đứng , khơng có góc vuốt gió đáng kể C d lấy theo hình 4.3 Trong đó: b- Chiều rộng tồn cầu hai mặt lan can (mm) d- Chiều cao kết cấu phần bao gồm lan can đặc có (mm) Đối với kết cấu nhịp giàn , lan can kết cấu phần dưới, lực gió tính cho phận riêng với giá trị C d theo TCVN 2730-1995(bảng 6) theo số liệu khác chủ đầu tư duyệt Đối với kết cấu khác phải xác định C d theo thí nghiệm ống thổi gió Tải trọng gió dọc Đối với trụ , mố ,giàn cầu kết cấu khác có bề mặt chắn gió lớn gió song song với tim cầu phải xét đến lực gió dọc Tải trọng gió dọc tương tự tải trọng gió ngang Đối với kết cấu phần có mắt trước đặc, tải trọng gió lấy 0,25 lần tải trọng gió ngang Tải trọng gió dọc ngang phải tính trường hợp tải trọng riêng rẽ, cần thiết cần kiểm toán hợp lực theo góc tác dụng thực gió Tải trọng gió thẳng đứng Tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm tiết diện tính theo cơng thức : P v = 0,00045V A v (KN) (4-8) Trong đó: V- Tốc độ gió thiết kế xác định theo phương trình (4-6) A v - Diện tích phẳng mặt cầu hay phận dùng để tính tải trọng gió thẳng đứng (m ) Chỉ tính tải trọng gió thẳng đứng trạng thái giới hạn khơng có gió tác dụng lên xe cộ , hướng gió vng góc với tim cầu Lực gió tác dụng với lực gió ngang Phương trình (2.8) dùng cho góc tác dụng gió nhỏ Nếu lớn lực gió thẳng đứng phải xác định theo thí nghiệm Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ WL Khi tính tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào kết cấu xe cộ Tải trọng ngang gió tác dụng vào xe cộ tải trọng phân bố 1,5 KN/m , tác dụng theo hướng nằm ngang đặt 1800mm mặt đường Tải trọng gió dọc lên xe cộ tải trọng phân bố 0,75KN/m tác dụng nằm ngang, dọc theo kết cấu đặt 1800mm mặt đường Phải đặt lực gió ngang dọc lên xe cộ cho trường hợp tải trọng riêng rẽ, cần phải kiểm tóan hợp lực theo góc tác dụng thực gió Mất ổn định khí động a) Tổng qt Hiệu ứng khí động học phải tính tốn thiết kế cầu, phận nhạy cảm với gió Các cầu vàcác phận kết cấu có tỉ lệ dài / rộng 30 lần xem nhạy cảm với gió Phải xét dao động cáp tương tác gió mưa 41 b ) Hiện tượng khí động Cần xét tượng khí động dao động xốy tự kích thích, gió giật, flutter c) Kiểm tra ứng xử động Cầu phận, bao gồm giải pháp thiết kế chống mỏi dao động gió xốy gió giật Cầu cần thiết kế chống dao động fluter gió vận tốc lớn 1,2 lần vận tốc gió tác dụng vào mặt cầu Áp lực đất Áp lực đất giả thiết phân bố tuyến tính tỷ lệ với chiều sâu đất lấy bằng: p k h s gz (x10 9 ) (4.9) Trong đó: p = áp lực đất (MPa) kh = hệ số áp lực ngang đất lấy ko tường không uốn cong hay dịch chuyển (tường trọng lực) , ka tường uốn cong hay dịch chuyển (tường công xon) đủ để đạt tới điều kiện chủ động tối thiểu k0 = - sinf (4-10) Trong đó: f = góc ma sát đất nước ka Sin Sin Sin (4.11) đây: Sin Sin 1 Sin Sin (4.12) Trong đó: = góc ma sát đất đắp tường lấy quy định Bảng (độ) = góc đất đắp với phơng nằm ngang Hình1 ( độ) = góc đất đắp sau tường với phương thẳng đứng Hình1 (độ) = góc nội ma sát hữu hiệu (độ) s = tỷ trọng đất (kg/m3) z =chiều sâu mặt đất (mm) g = số trọng lực (m/s2) Trừ quy định khác đi, tổng tải trọng ngang đất trọng lượng đất lấp phải giả định tác dụng độ cao 0,4H phía đáy tường, H tổng chiều cao tường tính từ mặt đất đến đáy móng Lực động đất Khơng phải tính động đất cho cầu nhịp Nếu cầu nhiều nhịp, tính động đất theo phương pháp sau đây: - Phương pháp tải trọng tĩnh tương đương - Phương pháp phân tích phổ đơn - Phương pháp phân tích phổ đa - Phương pháp lịch sử thời gian Tuỳ theo mức độ quan trọng cầu mà lựa chon phương pháp phân tích thích hợp VD : Cầu quan trọng dùng phương pháp 3,4 Cầu thơng thường dùng phương pháp Cơng thức 42 C SM 1,2 A.S T 2,5 A (4.13) m Trong đó: A: hệ số gia tốc động đất S: hệ số thực địa Tm: Chu kỳ dao động 2. W Tm 31,623 g.K W: trọng lượng tĩnh KCN + mố (trụ) G: gia tốc trọng trường K: hệ số cứng cầu K P0 L V sm · VS: chuyển vị đỉnh trụ so với vị trí cũa tác dụng lên thân trụ lực rải P0 = 1N/m L: chiều dài nhịp VS max: chuyển vị đàn hồi P0 4.3.6 Tổ hợp tải trọng Tổ hợp tải trọng việc xét đến cấu kiện chịu đồng thời nhiều loại tải trọng khác Trong QT 22TCN 272-01 có TTGH, TTGH có tổ hợp tải trọng riêng: • Trạng thái giới hạn cường độ I: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn cầu không xét đến gió • Trạng thái giới hạn cường độ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt 25m/s • Trạng thái giới hạn cường độ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn cầu với gió có vận tốc 25m/s • Trạng thái giới hạn đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến động đất, lực va tầu thuyền xe cộ, đến số tượng thuỷ lực với hoạt tải chiết giảm khác với phần tải trọng xe va xơ, CT • Trạng thái giới hạn sử dụng: Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất tải trọng lấy theo giá trị danh định Dùng để kiểm tra độ võng, bề rộng vết nứt kết cấu bê tông cốt thép bê tông cốt thép dự ứng lực, chảy dẻo kết cấu thép trượt liên kết có nguy trượt tác dụng hoạt tải xe Tổ hợp trọng tải cần dùng để khảo sát ổn định mái dốc • Trạng thái giới hạn mỏi: Tổ hợp tải trọng gây mỏi đứt gẫy liên quan đến hoạt tải xe cộ trùng phục xung kích tác dụng xe tải đơn có cự ly trục quy định Điều 3.6.1.4.1 Chú ý: Khi đưa tải trọng vào tổ hợp tải trọng để tính toán theo TTGH, người thiết kế cần xem xét lựa chọn thành phần tải trọng tác động theo cấu kiện cụ thể Tùy theo khả đồng thời xảy chúng thực tế Có thể phải nghiên cứu THTT khác theo yêu cầu chủ đầu tư, xét thêm THTT cần thiết 43 Các hệ số đưa vào với loại tải trọng tương ứng dựa nguyên tắc cho tổng ứng lực tính tốn đạt giá trị lớn (cực trị) Các hệ số lấy theo Bảng tra QT (bảng 3- 4-1-1 QT) 4.4 Các lập phương án cầu 4.4.1 Khái niệm chung Việc thiết kế lựa chọn phương án cầu toán tổng thể nhiều mặt: kỹ thuật công nghệ, quy hoạch, môi trường, kinh tế phức tạp Để chọn phương án tốt nhất, người ta phải thành lập nhiều phương án, sau tính tốn cụ thể phương án đánh giá chúng Các phương án cầu nêu phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật: phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất thủy văn, đảm bảo độ bền, độ cứng, tuổi thọ, đồng thời phải thỏa mãn yêu cầu kinh tế: giá thành cơng trình hạ, thời gian thi cơng nghắn Ngoài lựa chọn phương án cần phải ý đến công nghệ thi công, điều kiện khai thác tu bảo dưỡng, ý nghĩa quốc phòng u cầu mỹ quan cơng trình Những điều kiện cho phép kỹ sư, thời gian ngắn, lựa chọn phương án cầu tối ưu thỏa mãn yêu cầu đề 4.4.2 Phân tích tài liệu thiết kế phương án cầu 4.4.2.1 Chọn vị trí cầu Đối với cầu nhỏ (L100m), vị trí tuyến đường phụ thuộc vào vị trí cầu, u cầu thiết kế phải có nhìn tổng quan kỹ thuật, quy hoạch kinh tế chọn cầu - Về mặt kỹ thuật: phải so sánh phương án chọn vị trí cầu theo điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thi cơng bố trí cơng trường - Về mặt quy hoạch: phải so sánh phương án vị trí cầu việc phát triển vùng lân cận tương lai (dân dụng công nghiệp) vị trí cầu xét theo quan điểm bố trí kiến trúc chung khu vực, vị trí cầu xét theo quan điểm quốc phòng - Về mặt kinh tế: phải so sánh phương án theo giá thành (thi công khai thác), so sánh giá thành vận doanh phương án tuyến vị trí cầu khác gây nên Sau chọn vị trí cầu tốt tiến hành thiết kế phương án cầu ứng với vị trí cách cụ thể Cần lưu ý việc chọn vị trí cầu có liên quan chặt chẽ đến việc chọn phương án kết cấu cầu 4.4.2.2 Mặt cắt dọc tim cầu Nghiên cứu mặt cắt dọc tim cầu cho phép xác định vị trí mố cầu tránh việc đặt trụ vào chỗ sâu nhất, phân bố nhịp thông thuyền, xác định độ dốc dọc cầu (dốc dọc hai chiều dốc chiều) 4.4.2.3 Mặt cắt địa chất dọc tim cầu Căn vào tình hình địa chất dọc đường tim cầu, phải sơ xác định móng cẩu đồng thời xác định phương án kết cấu nhịp (kết cấ tĩnh định hay siêu tĩnh) Ví dụ: trụ cao, địa chất xấu, tình hình thi cơng phức giá thành trụ đắt, nên làm kết cấu nhịp dài Nếu địa chất tốt, tầng đất cứng nằm không sâu, điều kiện thi công dễ dàng dùng kết сấu nhịp siêu tĩnh, loại kết cấu nhịp cầu có lực đẩy ngang Cần ý rằng, giá thành mố trụ (kể giá thành thi công chiếm tầm 30% đến 40% giá thành tồn cơng trình cầu) thời gian thi cơng cơng trình nhanh hay chậm chủ yếu tiến độ thi cơng mố trụ khống chế (vì phải thi 44 cơng nước, nhiều cố xảy ra, phụ thuộc nhiều điều kiện thiên nhiên, mưa lũ tài liệu địa chất không đủ) Bảng 4-1 trình bày loại móng thường gặp cơng trình cầu Hiện nước ta xây dựng cầu thường áp dụng loại móng cọc đóng BTCT tiết diện 30 x 30 ~ 45 x 45 (cm) cho cầu dầm nhịp giản đơn, tầng đất chịu lực nằm sâu mặt đất tối đa khoảng 30m ~ 35m Trong cầu nhịp lớn, để giảm số lượng cọc, thường áp dụng cọc ống có đường kính từ ~ l,6m cọc khoan nhồi có đường kính d = ~ 2,5m hạ sâu đất khoảng 60 ~ 70m Ở cầu Cần Thơ (nhịp dây văng) áp dụng cọc khoan nhồi đường kính d = 2,5m, hạ sâu đất đến 95m Các loại móng giếng chìm áp dụng xây dựng cầu nước ta, gần số cầu có nhịp lớn có áp dụng: cầu Thăng Long (sông Hồng - Hà Nội) năm 1974 - 1976 áp dụng móng giếng chìm hở, đường kính 18m,hạ sâu đất từ 30 đến 40m Cầu dây văng Bãi Cháy (Quảng Ninh, năm 2006) áp dụng móng giếng chìm ép có kích thưốc mặt 19 x 18(m), hạ sâu đất 27,7m, thi cơng móng năm Bảng 4-1 Các loại móng xây dựng cầu 45 4.4.2.4 Các số liệu thủy văn Mực nước thấp (MNTN) cho biết vị trí chỗ lịng sơng nước sâu mùa cạn Phải vào vị trí để bố trí nhịp thông thuyền theo bề rộng sông Tuy nhiên, sơng dễ bị xói lở cần tính đến khả di chuyển vực sâu theo thời gian luồng lạch để tầu bè qua lại phải dịch chuyển theo bề rộng ngang sông Căn vào MNTN ta định cao độ đỉnh trụ lịng sơng Căn vào mực nước thơng thuyền tính tốn (MNTT) chiều cao khổ giới hạn thông thuyền cầu để thiết kế cao độ đáy kết cấu nhịp Căn vào mực nước cao (MNCN) ta xác định chiều rộng tính tốn độ cầu cao độ đáy kết cấu nhịp 4.4.2.5 Khẩu độ thoát nước chiều dài cầu Từ độ cầu tính theo MNCN định chiều dài toàn L0 cầu đo cao độ mặt đường xe chạy L0=L+∑ b+∑ Ln(tr)+ +∑ Ln(ph)+2x(1,0m~0,65m) (4.1) Trong đó: L – độ cầu cần thiết (m) ∑ b – tổng số chiều dày trụ MNCN (m) Ln(tr) , Ln(ph) – chiều dài nón đất hai đầu cầu chiếu MNCN (m) 0,65-1,0m – Độ vùi sâu nón đất vào mố Chiều dài nón đất phụ thuộc vào độ dốc mái đât Độ dốc lấy sau: phạm vi ngập nước cao 6m lấy từ 1:1 đến 1:1,25, cao lấy từ 1:1,25 đến 1:1,5; phạm vi ngập nước không lấy dốc 1:1,5 4.5 Thành lập phương án cầu 4.5.1 Sự phân chia nhịp cầu bê tông cốt thép cầu thép Sự phân chia nhịp cầu thường vào yêu cầu sau: - Bố trí khổ thơng thuyền dưỏi cầu phù hợp với cấp sông cho trước 46 - Bảo đảm kinh tế - Có khả tiêu chuẩn hố cao phận cầu Như kích thước nhịp quy định xuất phát từ kích thước khổ thông thuyền, mặt khác, phải phân nhịp cho giá thành kết cấu nhịp trụ mố nhỏ 4.5.1.1.Chiều dài nhịp kinh tế Chiều dài nhịp kinh tế phụ thuộc vào vấn đề lựa chọn loại móng mố trụ cầu, chúng có ảnh hưỏng lớn tối giá thành Chiều dài cịn phụ thuộc vào hệ thống kết cấu nhịp sử dụng Trước có quan niệm cho cầu dầm, nhịp kinh tế gần tương ứng vối trường hợp giá thành trụ giá thành kết cấu nhịp không kể giá thành phần mặt đường xe chạy Đối vối kết cấu vòm chiều dài nhịp kinh tế biểu thị hệ thức lý thuyết đó, trị số nhịp kinh tế thường lấy lớn so với cầu dầm Tuy công thức lý thuyết đánh giá gần chiểu dài nhịp kinh tế Các điều kiện cục làm cho kích thước thay đổi: vị trí chỗ nước sâu theo chiều ngang sơng, địa chất v.v Vì để xác định chiều dài nhịp kinh tế cách có cứ, thiết phải lập số phương án phân chia nhịp tương đối hợp lý so sánh chúng giá thành tiêu kinh tế - kỹ thuật khác, có xét tới điều kiện địa phương 4.5.1.2 Khái niệm cách phân chia nhịp với kết cấu nhịp bê tơng cốt thép khơng có lực đẩy ngang Theo điều kiện địa chất, trụ mố không cho phép chịu lực đẩy ngang, dùng hệ thống cầu dầm giản đơn, dầm liên tục cầu khung dầm, vòm dầm Nếu chiều dài nhịp kinh tế lớn nhịp thông thuyền, sông thơng thuyền điều kiện phân chia thuận lợi nhất, lúc đổ có khả dùng loại kết cấu nhịp tiêu chuẩn để vượt qua tồn độ cầu Vấn đề tiêu chuẩn hố tối đa phận có ý nghĩa lớn đối vối cầu nhỏ trung bình xây dựng đồng thời với tuyến đường biểu đồ thi công dây chuyền Nếu kết cấu nhịp mố trụ chuẩn hố có khả thay cho việc chế tạo, bảo quân, chuyển lắp ráp đơn giản Nếu thay đổi số lượng nhịp, thay đổi cách tổ hợp kích thưóc, hệ thơng kết cấu nhịp lập nhiều phương án thoả mãn điều kiện địa phương cho trước So sánh phương án theo tiêu kinh tế - kỹ thuật tìm giải pháp có lợi 4.5.2 Xác định khối lượng vật liệu chủ yếu thiết kế phương án cầu Để so sánh phương án, cần xác "định cách gần khối lượng vật liệu (như bê tông, BTCT, cốt thép, thép cấu tạo ), khơng cần tính tốn chi tiêt tất phận cầu Khi thiết kế phương án thường biết kích thước cách lấy trị số trung bình số liệu có thực tế Trong tính tốn dùng phổ biến tiêu khối lượng vật liệu thiết kế định hình kết cấu nhịp mố trụ Trường hợp cần thiết tính sơ phận riêng biệt Vì kết cấu nhịp BTCT mơ' trụ cầu có hình dạng đơn giản, việc tính tốn khối lượng khơng khó, kích thước có sẵn xác định qua tính tốn sơ Khối lượng thép kết cấu nhịp thép xác định công thức kinh nghiệm 47 4.6 Đánh giá, so sánh lựa chọn phương án cầu Sau thành lập xong phương án cầu cần tiến hành so sánh để chọn phương án hợp lý nhất, thỏa mãn yêu cầu kinh tế kỹ thuật Cần tiến hành tính tốn số tiêu kinh tế kỹ thuật như: tổng vốn đầu tư xây dựng, thời gian thi công, khối lượng bê tông thép giá thành 1m2 cầu… Khi chọn phương án kết cấu cho cầu thành phố, ven đô gần danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử, cần ý đến yêu cầu kiến trúc, mỹ quan Việc lựa chọn phương án phụ thuộc vào công nghệ, lực phương tiện vận chuyển thiết bị thi cơng, trình độ lành nghề nhà thầu… 4.6.1 So sánh theo phương án theo giá thành dự toán Nếu phương án cần nêu có kết cấu nhịp, mố trụ móng thuộc loại, phương án khác kích thước, tổ hợp loại nhịp lúc cần so sánh giá thành dự tốn Như vậy, giả thiết cơng nghệ thời giant hi công cầu theo phương án hoạc khác 4.6.2 So sánh phương án theo giá thành quy đổi Khi so sánh phương án cầu khác nhiều sơ đồ cấu tạo, vật liệu sử dụng thời gian thi cơng việc đánh giá chung tương quan kinh tế trở nên phức tạp Khi chọn phương án hợp lý việc đánh giá tương quan kinh tế trở nên phức tạp Khi chọn phương án hợp lý cần ý đến giá thành dự tốn mà cịn phải lưu tâm xem xét ảnh hưởng nhân tố khác đến vốn đầu tư như: chi phí lao động, thời giant hi cơng, kinh phí khai thác theo phương án đem so sánh Để tính tốn ảnh hưởng nhân tố này, xác định giá thành quy đổi phương án để so sánh với 4.6.3 So sánh phương án khối lượng vật liệu xây dựng chủ yếu Ngoài so sánh phương án phương diện giá thành, lựa chọn giải pháp tối ưu, người ta xét khối lượng tổng vật liệu xây dựng chủ yếu (BTCT thép) Trong thời kỳ tạm thời khan thép, khốỉ lượng thép ảnh hưởng định đến việc lựa chọn phương án Nếu phương án có khối lượng thép nhất, giá thành qui đổi lại khơng phải nhỏ nhất, tuỳ theo điều kiện tổng quát cung ứng tổ chức xây dựng mà lựa chọn phương án Trọng lượng thép kết cấu phụ dùng thi công tiêu quan trọng để chọn sơ đồ cầu biện pháp thi công hợp lý Để dựng dàn giáo cơng trình phụ khác, người ta thưòng sử dụng kết cấu chế sẵn nhiên, thực tế xây dựng cho thấy thiết phải dùng thêm số thép ngoại lệ (30%) khơng chế sẵn Vì vậy, đánh giá phương án theo khối lượng vật liệu, người ta so sánh: Khối lượng bê tông bê tông cốt thép Trọng lượng loại thép (thép cường độ cao, cáp thép, thép hợp kim thấp ) Ngoài ra, có khả nàng tính trọng lượng kết cấu phụ so sánh phương án theo: Khối lượng thép phụ chế tạo sẵn, khối lượng thép phụ không chế sẵn, trọng lượng qui đổi tất loại thép tiêu thụ (bao gồm 30% thép phụ không chế tạo sẵn) Việc xác định trọng lượng thép qui đổi địi hỏi phải tính tốn tỷ mỷ, có liên quan đến thiết kế tổ chức thi công theo phương án Vì vậy, thiết kế sơ bộ, 48 người ta so sánh phương án khối lượng vật liệu tổng qt thân cơng trình mà thơi 4.6.4 So sánh phương án vể điểu kiện chế tạo thi công Để giảm bớt khối lượng lao động rút ngắn thời gian xây dựng, chọn phương án cầu nên đặc biệt ý kết cấu có đặc điểm chế tạo thi cơng đơn giản Vì vậy, vấn đề có ý nghĩa quan trọng là: Tiêu chuẩn hoá phận, sử dụng rộng rãi kết cấu lắp ghép, sử dụng hệ thống cầu mà xây dựng không cần dàn giáo trụ tạm, sử dụng hệ thống có kết cấu móng đơn giản Có thể đơn giản hố tăng nhanh tốc độ thi công công trường phận kết cấu nhịp bê tông cốt thép thép, mố trụ tiêu chuẩn hoá nhiều Vì vậy, người ta thường chọn phương án cấu tạo bảo đấm tiêu chuẩn hố tồn phận, phương án có tổn vật liệu đôi chút Trong cầu vượt qua sông không lớn lắm, cầu qua đường nhịp phần bãi sông cầu lớn, tốt sử dụng kết cấu định hình BTCT, có chiều dài nhịp dưối 40m, lắp ráp cách di chuyển mặt đất, cầu tạm loại nhỏ bắc qua phần long sông ngập nước như: cần trục cổng, cần trục chân đế cần trục tự hành có bánh lốp hay bánh xích Những cần trục cịn để sử dụng xây dựng mố trụ Nếu cầu bắc qua sơng có chiều dài lớn, giá thành cần trục đắt thế, hợp lý dùng giá lao cầu kiểu hẫng di chuyển cao, giá lao đưa nhịp cách lao dọc, không cần trụ tạm hay cầu tạm, lúc lắp dầm, giá lao tựa trụ nhịp lắp Để thi công trụ trường hợp phải đùng loại cần trục khác cần trục tự hành cần cẩu Xung quanh trụ sông, người ta làm dàn giáo để dựng giá búa đặt cần cẩu Các khối lấp ghép hỗn hợp bê tông tươi để đổ phần toàn khối vận chuyển thiết bị vận chuyển cầu công tác vv… Trong điều kiện địa phương khác nhau, xuất yêu cầu dự kiến thi công khác, ảnh hưỏng định tới việc lựa chọn đặc điểm thi công vào dự kiến tổng quát Khi nghiên cứu thiết kế tỷ mỉ cịn phải tiến hành so sánh định lượng phương án, kể giá thành khốỉ lượng thép kết cấu phụ, mức độ áp dụng cấu kiện lắp ghép, chi phí nhân cơng thời gian xây dựng 4.6.5 So sánh phương án điều kiện khai thác Khi so sánh phương án theo giá thành, thông thường người ta gộp phí tu, khai thác giá thành quy đổi Khi đánh giá phương án phương diện khai thác, vài đặc điểm cấu tạo chúng có ý nghĩa Trong phương án cầu có kích thước nhịp lớn khổ thơng thuyền điều kiện giao thơng đường thủy đảm bảo tốt Nếu chỗ lòng sông nước sâu di chuyển theo thời gian mặt cắt ngang sơng, phương án có nhịp thơng thuyền lớn có điều kiện giao thông đường thủy đảm bảo tốt Khi so sánh phương án, tồn khe co giãn khớp cần lưu ý chỗ yếu cầu địi hỏi phải bảo dưỡng cẩn thận khai 49 thác phải bảo dưỡng thường xuyên Vì hệ thống cầu liên tục hoạc có mặt cầu liên tục nhiệt, phương diện khai thác có nhiều ưu điểm so với cầu dầm giản đơn hoạc cầu hệ thống mút thừa Về mặt khai thác thấy cầu BTCT thi công với chất lượng tốt, công tác tu bảo dưỡng đơn giản nhiều so với cầu thép cầu thép sử dụng đòi hởi phải sơn thường xuyên, theo dõi trạng thái liên kết: đinh tán, Bu lông cường độ cao thay liên kết cần thiêt 4.6.6 So sánh phương án theo mỹ quan Các loại cầu gồm cầu vượt, cầu cạn, cầu qua đường, cơng trình có chiều dài lớn, nằm cao trướng ngại vật nên hình dáng bên ngồi ảnh hưởng lớn đến phong cảnh xung quanh, đến kiến trúc tuyến đường thành phố Khi thiết kế cơng trình cầu tô cầu thành phố cần ý đến việc lựa chọn hình thức cấu tạo kiến trúc cầu Hiệu kiến trúc chỗ biết sử dụng hợp lý tồn tổ hợp cơng trình cầu quần thể lựa chọn kết cấu (cầu vòm, cầu treo, cầu dây văng…), hình dáng trụ cầu Trong cầu thành phố, nên trành dùng kết cấu nhịp có đường xe chạy hình dạng khó kết hợp với nhà cửa xung quanh vv… 4.6.7 Một số tiêu kinh tế kỹ thuật cầu phương pháp tính Để đánh giá đắn phương án, cần phải lập tiêu kinh tế kỹ thuật Hệ thống tiêu chia thành nhóm: nhóm tiêu chúng nhóm tiêu cá biệt Nhóm tiêu chung dùng để đánh giá tổng hợp đặc tính kinh tế cơng trình bao gốm: Vốn đầu tư xây dựng, diện tích xây dựng, thời gian xây dựng, tổng chiều dài cầu, giá thành 1m2cầu Nhóm tiêu cá biệt dùng để đánh giá đặc tính riêng cơng trình như: khối lượng thép (tấn) khối lượng bê tông (m3), tiêu thép 1m2 cầu… Các tiêu kinh tế kĩ thuật tính cho 1m2 diện tích mặt cầu có ích Diện tích mặt cầu có ích tích số chiều dài chiều rộng mặt cầu Khi so sánh cầu theo tiêu kinh tế kỹ thuật phải xuất phát từ thông số ban đầu (tải trọng, khổ cầu, thông thuyền…) đồng thời lưu ý đến tất điều kiện địa phương (địa hình, địa chất, thủy văn, động đất…) Trong cầu, giá thành kết cấu nhịp chiếm từ 60% -65% toàn giá thành cầu Khối lượng vật liệu kết cấu nhịp tất loại cầu phụ thuộc vào điều kiện địa phương đồng thời tính tốn tương đối xác Do so sánh phương án chủ yếu dựa vào giá thành kết cấu nhịp Khối lượng vật liệu kết cấu nhịp chủ yêu dựa vào kích thước mặt cắt Kích thước mặt cắt lại trực tiếp phụ thuộc vào tải trọng tính tốn trước hết trọng lượng than, Trong cầu BTCT nhịp lớn nội lực tĩnh tải thường lớn gấp lần nội lực hạt tải Nhờ việc giảm khối lượng vật liệu kết cấu nhịp giảm cơng chế tạo, lắp ráp Do giá thành xây dựng phương pháp nghiên cứu khoa học kỹ thuật xây dựng Trên sở phân tích trên, so sánh phương án nên lấy giá thành vật liệu chủ yêu làm sở Ngồi ra, nên tiến hành so sánh thêm tiêu gọi hệ số sử dụng vật liệu ký hiệu K K=I/B (4-2) 50 Trong đó: I - Tải trọng có ích 1m dài kết cấu nhịp (gồm hoạt tải) tính tải trọng biêu chuẩn khơng có hệ số vượt tải xung kích В - Trọng lượng trung bình tất vật liệu kết cấu nhịp lm dài (gồm trọng lượng thân, lớp phủ mặt cầu, lan can, vỉa hè, dải phân cách, chiếu sáng ) Như hệ số К đặc trưng cho mức độ hoàn hảo cơng trình (nếu vật liệu nhau, К lớn tức sử dụng triệt để cường độ vật liệu hơn) chất lượng vật liệu (cường độ vật liệu cao khối lượng vật liệu trị số К lớn) Nói chung, trị số К lớn tốt phương hương chung làm nhịp cầu lớn muốn tăng K Tuy nhiên, trị số K lớn độ cứng giảm, hệ sơ xung kích giảm độ võng tăng số loại cầu (cầu thép cường độ cao, cầu treo, cầu dây văng), độ cứng (độ võng) cầu không chế, người ta bắt buộc phải giảm К cách tăng trọng lượng hệ mặt cầu, không sử dụng hết cường độ vật liệu Hệ số K khơng ngừng phản ánh mức độ hồn hảo vể mặt chịu lực cơng trình, cịn phản ánh mức độ giải cấu tạo hợp lý phận cầu như: lốp mặt cầu, đường người đi, lan can, tạo dốc ngang cầu phận chiếm khoảng 25% tĩnh tải Hệ số K tỏ có hiệu so sánh loại cầu làm vật liệu khác thiết kế theo tiêu chuẩn khác 51 ... - - 1, 0 0,50 /1, TG SE - - - Cường độ II p - 1, 0 1, 4 - 1, 0 0,50 /1, TG SE - - - Cường độ III p 1, 3 1, 0 0,4 0,4 1, 0 0,50 /1, TG SE - - - Đặc biệt p 0,5 1, 0 - - 1, 0 - - - 1, 0 1, 0 1, 0... thoáng cao tối đa khỏang 10 m nha cao với 10 m 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 e) Tải trọng gió tác động lên cơng trình WS Tải trọng gió... - - - Đặc biệt p 0,5 1, 0 - - 1, 0 - - - 1, 0 1, 0 1, 0 Sử dụng – 1, 0 1, 0 1, 0 0,3 0,3 1, 0 1, 00 /1, TG SE - - - 0,7 - - - - - - - - - Mỏi có LL,IM CE 33 Bảng 4.2 Hệ số tải trọng cho tĩnh tải thường