Giáo trình tổng quan về cầu và mố trụ cầu phần 1 trường đh công nghiệp quảng ninh

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 Chương 2: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 2.1 Cấu tạo mặt cầu 2.1.1 Cấu tạo mặt cầu đường ơtơ: Có loại a Mặt cầu có phủ bêtơng atphan Hình 2-1 Cấu tạo mặt cầu đường ô tô 1- Lớp đệm vữa xi măng có mác 150  200, chiều dày  1,5 cm Có tác dụng tạo phẳng tạo độ dốc ngang cho cầu 2- Lớp phịng nước, có tác dụng khơng cho nước thấm vào mặt cầu Có chiều dầy  1,5 cm Bao gồm lớp nhựa nóng bên phủ lớp vải thô tẩm nhựa phủ tiếp lớp nhựa lên Có thể bỏ lớp mặt cầu có độ dốc dọc lớn bê tông DƯL không nứt 3- Lớp bê tơng bảo hộ, mác 200 có lưới cốt thép ∅4 mắt lưới 200x200 Lớp có tác dụng chống va đập cục cầu có mặt cầu lắp ghép Đối với cầu có mặt cầu đổ chỗ ta bỏ lớp 4- Lớp bê tông nhựa, chiều dày  5cm Loại mặt cầu bẳng bê tông atphan thường sử dụng có khả chống thấm tốt, dễ dàng cho việc sửa chữa b Mặt cầu BTXM Hình 2-2 Cấu tạo mặt cầu BTXM Mặt cầu BTXM có lớp lớp giống với mặt cầu bê tông atphan Lớp lớp BTXM mác 300, có lưới cốt thép dày từ  8cm Loại mặt cầu có cường độ khả chống thấm tốt Tuy nhiên sửa chữa gặp khó khăn Nếu đường bê tơng mặt cầu phải BTXM c Mặt cầu thép Hình 2-3 Cấu tạo mặt cầu thép Ưu điểm: Tĩnh tải giảm, chiều cao kiến trúc nhỏ, mặt cầu tham gia làm việc với dầm chủ 1- Tấm thép có chiều dày 10  12 mm tăng cường sườn thép gọi trực hướng 2- Lưới cốt thép  để tăng tính dính bám bêtơng atphan BTXM phía 3- Lớp bê tông nhựa bê tông atphan áp dụng mặt cầu trường hợp cần sửa chữa tăng cường cho cầu cũ, cầu cần có tĩnh tải nhẹ (cầu Thăng Long) 10 Hình 2-4 Các dạng trực hướng 2.1.2 Cấu tạo mặt cầu đường sắt a Mặt cầu trần (tà vẹt+ ray) Ray chính; Ray phụ; Tà vẹt; Gỗ gờ; Bu lơng móc Hình 2-5 Cấu tạo mặt cầu trần Ray chính: Thường dùng loại có ký hiệu P43 (43kg/m) Có chiều dài ray l=12,5m loại 25m Mối nối ray nên đặt đối xứng (giảm số lần xung kích tàu qua cầu, thuận tiện cho đặt máy) Với cầu dài nên dùng loại ray 25m để giảm số lượng mối nối Ray phụ: Có thể dùng loại P43 P38 (bằng nhỏ ray chính) Nếu chiều dài cầu lớn 25 m cầu đặt đường cong phải đặt ray phụ phòng trường hợp tàu trật bánh Ray phụ đặt ray kéo dài phạm vi mố 2,5m uốn cong chập lại tim đường Hình 2-6 Sơ đồ bố trí ray Tà vẹt cầu: + Nếu đường 1435 tà vẹt cầu có kích thước 3000x200x200 + Nếu đường 1000 tà vẹt cầu loại 2200x200x200 Khoảng cách tối thiểu tà vẹt 10cm tối đa 15cm Nếu để gần tăng tĩnh tải cầu, để xa cho ray bị uốn lớn - Để liên kết tà vẹt với dầm ta dùng bu lơng móc Gỗ gờ: Để đảm bảo cự ly tà vẹt đảm bảo tà vẹt không xô lên Ưu điểm : -Chiều cao kiến trúc nhỏ -Cấu tạo đơn giản, tính tải nhỏ Nhược điểm: -Tiếng ồn lớn 11 - Đàn hồi - Ơ nhiễm mơi trường b Mặt cầu có máng ba lát Ray chính; Ray phụ; Tà vẹt; Đá dăm (ba lát); Máng chứa đá dăm BTCT; ống thoát nước; Lớp bê tơng bảo hộ; Lớp phịng nước Hình 2-7 Cấu tạo mặt cầu có máng ba lát - Ray đặt trực tiếp tàvẹt - Dưới tàvẹt đá Ba lát dày 20 cm - Bản mặt cầu BTCT, có dạng lịng máng để chứa đá dăm Ưu điểm: - Tạo đồng cầu vàđường nên tàu chạy êm - Tính đàn hồi tốt - Tuổi thọ lớn có máng đá dăm ống nước nên nước thải cầu khơng ảnh hưởng đến dầm Nhược điểm: - Chiều cao kiến trúc lớn - Trọng lượng thân lớn áp dụng cho cầu nhỏ, cầu gần khu dân cư cầu gần ga c Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bê tơng Ray chính; Ray phụ thép góc L100x100x10; Neo ray phụ vào bê tơng; Bu lông neo đặc biệt; Thép đệm ray; Đệm cao su dày 1cm; Vữa xi măng keo epoxy Hình 2-8 Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bê tông * Ưu điểm: - Chiều cao kiến trúc thấp - Tĩnh tải cầu nhẹ * Nhược điểm: - Liên kết ray mặt cầu phức tạp 12 * Phạm vi áp dụng: Cầu đường sắt cầu đường ôtô chạy chung nơi cần giảm chiều cao kiến trúc 2.2 Độ dốc, phịng nước, nước cầu 2.2.1 Độ dốc cầu a Độ dốc dọc cầu Độ dốc dọc cầu phụ thuộc vào độ dốc dọc tuyến - Độ dốc làm độ dốc chiều với cầu có nhịp - Độ dốc dọc chiều với cầu nhiều nhịp - Độ dốc dọc tạo cách thay đổi chiều cao mũ trụ - Độ dốc dọc lớn đất đắp đầu cầu giảm thoát nước nhanh nhiên độ dốc dọc lớn ảnh hưởng đến chất lượng khai thác cầu b Độ dốc ngang cầu (độ dốc thoát nước) Độ dốc ngang cầu tạo cách thay đổi chiều dày lớp vữa đệm thay đổi chiều cao kê gối theo phương ngang cầu Còn mặt cầu đổ chỗ độ dốc ngang tạo q trình đổ bê tơng - Độ dốc ngang có độ lớn từ 1,5-2% 2.2.2 Phịng nước cầu - Lớp phịng nước, có tác dụng khơng cho nước thấm vào mặt cầu Có chiều dầy  1,5 cm Bao gồm lớp nhựa nóng bên phủ lớp vải thơ tẩm nhựa phủ tiếp lớp nhựa lên - Ngồi lớp phịng nước cịn sử dụng lớp vải phịng nước 2.2.3 Thốt nước cầu - Thoát nước cầu độ dốc dọc, độ dốc ngang ống thoát nước - Ống thoát nước cầu có d ≥ 150mm, thị khỏi mặt bê tông tối thiểu 100mm + Đối với cầu ơtơ 1m2 diện tích hứng nước phải có 1cm2 diện tích nước + Cầu đường sắt 1m2 diện tích hứng nước phải có 4cm2 diện tích nước 2.3 Nối tiếp đường vào cầu - Chiều rộng đường đắp đầu cầu lớn chiều rộng từ lan can hai phía 50cm bên đoạn có chiều dài 10m vuốt nối vào bình thường đoạn từ 15 đến 20m - Nối tiếp đường vào cầu phải đảm bảo cho xe chạy êm thuận, cầu nhịp nhỏ kết cấu nhịp tựa trực tiếp lên mố không qua gối cầu nối tiếp thực sau: - Với cầu có độ lớn 12m kê gối, cầu dầm hay cầu khung, để nối tiếp từ đường vào cầu người ta dùng độ 13 2.4 Khe co giãn cầu 2.4.1 Mục đích yêu cầu khe co giãn Hình 2-9 Khe co giãn cầu - Mục đích: đầu dầm chuyển vị tự tác dụng tải trọng, nhiệt độ, từ biến bê tông - Yêu cầu khe co giãn: + Đảm bảo cho xe chạy êm thuận + Kín nước + Thay sửa chữa đơn giản + Giá thành rẻ 2.4.2 Khe co giãn dùng cho chuyển vị nhỏ a Khe biến dạng hở Hình 2-10 Khe co giãn biến dạng hở - Áp dụng cho cầu nhỏ có l ≤ 9m - Mật độ xe qua cầu thấp - Cấu tạo: có thép góc ốp đầu dầm Ngồi người ta cịn ốp thêm miếng cao su hình chữ U để xe chạy êm thuận b Khe biến dạng kín, tầng phịng nước liên tục, dùng cho cầu nhỏ chuyển vị nhỏ Hình 2-11 Khe co giãn biến dạng kín Tấm co giãn (có thể tơn tráng kẽm đồng thau); Lớp phịng nước; Bê tơng bảo hộ; Bi tum nhựa trộn cát; Mặt cầu Phạm vi áp dụng: Cho khe co dãn có chiều dài – cm * Ưu điểm: Tuổi thọ cao, xe chạy êm thuận 14 * Nhược điểm: Chế tạo phức tạp 2.4.3 Khe co giãn dùng cho nhịp có chiều dài 12  40m a Khe co giãn dạng thép trượt Thép chiều dày 12  20mm; Tầng phòng nước; Tấm chặn: Hàn vào thép góc đầu kia,chặn khơng cho BT Atphanl dãn nở chiếm chỗ di chuyển thép trượt Thép góc thường thép cánh 125 x 125 x10; 5.Máng cao su để ngăn nước; Thép neo Hình 2-12 Khe co giãn dạng thép trượt Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ thi công, tuổi thọ cao Nhược điểm: Gây tiếng ồn lớn, không áp dụng với cầu thành phố cầu qua khu vực đông dân cư b Khe co giãn cao su thép Cao su; Bản thép: Tăng cường độ cứng chống tượng nở ngang có áp lực bánh xe chạy qua; Keo epoxy; Bu lông neo: Đặt vào đầu dầm đúc dầm, vị trí tương ứng với lỗ bu lông khe co dãn; Bê tông cốt thép Hình 2-13 Khe co giãn cao su thép Ưu điểm: Chế tạo, thi công đơn giản Nhược điểm: Tuổi thọ thấp, thường xuyên phải thay (10-15 năm) Phạm vi áp dụng: Dùng cho khe co dãn có chiều rộng từ – 10 cm c Khe co giãn dạng lược ( l ≥ 40m) Bản lược làm thép; Thép góc; Bản mặt cầu 15 Bu lông hàn đầu; Máng cao su Hình 2-14 Khe co giãn dạng lược Áp dụng cho cầu có chiều dài nhịp ≥ 40m chí đến 300m Các cầu liên tục d Mặt cầu liên tục nhiệt Cốt thép bản; Lớp bê tông đổ sau; Lớp đệm đàn hồi Hình 2-15 Khe co giãn dạng mặt cầu liên tục nhiệt Đặc điểm: Dưới tác dụng thẳng đứng làm việc dầm giản đơn Dưới tác dụng nhiệt độ, tải trọng ngang làm việc dầm liên tục Khi hoạt tải qua khe co dãn thường gây nên tượng xung kích lớn, khơng êm thuận Do cầu giản đơn nhiều nhịp, người ta thường tìm cách giảm bớt số lượng khe co dãn cầu cách làm mặt cầu liên tục nhiệt, nghĩa tác dụng tải trọng thẳng đứng, kết cấu nhịp làm việc kết cấu nhịp giản đơn Nhưng tác dụng chuyển vị theo phương dọc cầu tải trọng ngang theo phương dọc cầu kết cấu nhịp làm việc dầm liên tục 2.5 Lề người lan can cầu 2.5.1 Lề người - Để đảm bảo an toàn, lề người đặt cao mặt đường từ 20-40 cm - Để giảm tĩnh tải để lề người với mặt đường phải có giải phân cách cứng - Trong cầu đường sắt lề người thường công nhân làm công tác tu bảo dưỡng Các cầu có máng balat có chiều dài lớn 20m phải làm người có lan can, nhỏ cần lề Chiều rộng từ 50 đến 70cm - Với cầu có chiều dài lớn 60m 30m phải làm sàn tránh đường người rộng 1m dài 1,5m Nếu cầu có hai người sàn tránh nên đặt so le 2.5.2 Lan can cầu Lan can bố trí nhằm dẫn hướng cho xe chạy, người đảm bảo cho xe, người không bị rớt khỏi cầu xảy cố trình di chuyển cầu, đồng thời lan can phận tạo nên tính thẩm mỹ cho cơng trình cầu Phân loại lan can: + Lan can cứng: Được cấu tạo từ khối bê tông lắp ghép đổ chỗ, phía có dải thép để tạo tay vịn Lan can cứng làm việc theo nguyên lý va chạm cứng nên mức độ hư hỏng xe va chạm cao, đảm bảo an toàn cho xe xảy tai nạn + Lan can mềm: Được cấu tạo từ dải thép gắn cột đỡ bê tông thép Lan can mềm làm việc theo nguyên lí va chạm mềm nên hạn chế hư hỏng cho xe, nhiên lại khơng đảm bảo an tồn cho xe xay tai nạn cầu đặc biệt xe chạy với tốc độ cao 16 Hình 2-16 Cấu tạo lan can Quy định loại lan can: + Lan can đường người đi: Chiều cao tối thiểu 1060mm tính từ mặt đường người + Lan can xe đạp: Chiều cao tối thiểu 1370mm tính từ mặt đường xe đạp + Lan can tô: Khi va chạm xe vượt qua lan can bật lại, xâm phạm vào luồng giao thông hoạt động Phải có đủ cường độ chịu lực Hình 2-17 Lan can cầu 17 Chương 3: GỐI CẦU 3.1 Khái niệm chung 3.1.1 Tác dụng gối cầu Gối cầu làm nhiệm vụ truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ đảm bảo cho kết cấu nhịp quay di động tự tác dụng hoạt tải vànhiệt độ Có hai loại gối cầu: - Gối cố định truyền áp lực qua điểm định cho phép đầu dầm có chuyển vị xoay - Gối di động truyền áp lực qua điểm cho phép dầm có chuyển vị xoay chuyển vị theo phương dọc phương ngang cầu 3.1.2 Nguyên tắc bố trí gối cầu - Đối với dàn chủ (đường ô tô): Một mặt phẳng dàn chủ có đầu đặt gối cố định đầu đặt gối di động theo phương dọc Mặt phẳng dàn chủ lại đầu đặt gối di động theo phương ngang đầu đặt gối di động theo phương dọc theo phương ngang (hình 3.1a) Tuy nhiên gối di động theo hai phương phức tạp nên bố trí người ta đặt gối di động theo đường chéo a) b) Hình 3-1 Sơ đồ bố trí gối cầu - Đối với cầu dàn giàn đường sắt cầu có dầm giản đơn có bề rộng mặt cầu khơng lớn (≤12-15m) bố trí đầu đặt gối di động theo phương dọc cầu, đầu đặt gối cố định (hình 3-1b) - Đối với cầu có chiều rộng mặt cầu lớn dầm đầu đặt gối cố định đầu đặt gối di động Các dầm xa tim cầu đầu đặt gối di động theo phương ngang đầu đặt gối di động theo hai phương đặt theo dạng đường chéo (hình 3-2) Hình 3-2 - Đối với cầu liên tục mặt cầu khơng lớn cần bố trí gối cầu đảm bảo chuyển vị xoay chuyển vị dọc cầu, mặt cầu lớn phải bố trí để đảm bảo chuyển vị theo phương ngang cầu (hình 3-3) 18 Hình 3-3 - Đối với dầm giản đơn nhiều nhịp, thơng thường trụ người ta bố trí gối cố định gối di động, nhiên trường hợp trụ có chiều cao lớn khơng nên bố trí gối cố định trụ - Đối với cầu dầm liên tục, gối cố định đặt trụ có chiều cao thấp, mố trụ lại đặt gối di động 3.2 Các loại gối cầu 3.2.1 Gối cầu BTCT a Gối tiếp tuyến thép Thớt (dầy 40mm); Thớt dưới, mặt cong (dày 40mm); Thép (chiều dày 20mm); 4;5 Cốt thép neo để neo bẻn thép vào bệ Chốt thép Hình 3-4 Gối cầu thép Thớt làm từ thép đúc thép mài.Thớt có bề cong Tính khớp gối đảm bảo việc tiếp xúc mặt phẳng mặt trụ, hai thớt lăn trượt lên Đối với gối cố định dùng chốt thép  32, chốt chặt thớt thớt dưới, ngăn cản chuyển vị theo phương Đối với gối di động: Có cấu tạo tương tự gối cố định thường cao chút Để đảm bảo chuyển vị theo phương dọc cầu xử lý hai cách: Cách 1: Không làm chốt thép cần làm thêm nẹp để chống chuyển vị theo phương ngang cầu Cách 2: Làm chốt hình Ơ van theo phương dọc cầu * Kích thước: 19 .. .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... 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. .. không cầu) l0i: Khoảng cách hai mép trụ mố Nếu độ thoát nước cầu L0 thì: Σl0i ≥ L0 - Chiều dài tồn cầu: Ltcầu chiều dài tính từ mố bên sang đuôi mố bên +Cầu nhỏ: Ltcầu ≤ 20m + Cầu trung: Ltcầu