BÀI GIẢNG MỐ TRỤ CẦU

+ Mố trụ cầu treo: Mố phải có kích thước đủ lớn để chịu lực thằng đứng V, lực ngang H cho nên mố có cấu tạo phức tạp Hình 1.5.. Trụ tháp cầu chịu lực chủ yếu, các dây neo truyền tải trọ

CHUYÊN ĐỀ

MỐ TRỤ CẦU

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU

1.1 Khái niệm chung về mố trụ cầu

Mố trụ cầu là một bộ phận quan trọng trong công trình cầu

Mố cầu là bộ phần tiếp giáp giữa cầu và đường

Hình 1.1 Cấu tạo chung mố

+ Mố trụ cầu khung: Mố vẫn giống cầu dầm nhưng trụ liên kết ngàm với kết cấu nhịp.

Như vậy trụ chịu mômen rất lớn dẫn đến bố trí cả cốt thép thường và cốt thép dự ứng lực

Hình 1.4 Mố trụ cầu khung

+ Mố trụ cầu treo: Mố phải có kích thước đủ lớn để chịu lực thằng đứng (V), lực ngang (H) cho nên mố

có cấu tạo phức tạp

Hình 1.5 Mố, trụ cầu treo

+ Mố trụ cầu dây văng: Mố chịu lực nhỏ và tại mố bố trí gối chịu lực nhổ và mố phải đủ nặng để chịu

lực được nhổ Mố không chịu lực đẩy ngang do dây neo được neo vào đầu dầm cứng Trụ tháp cầu chịu lực chủ yếu, các dây neo truyền tải trọng vào trụ tháp và truyền xuống móng và trụ tháp phải đủ cứng để chịu được lực tác dụng của các tải trọng

Hình 1.6 Mố trụ cầu dây văng

Theo phương pháp xây dựng

Toàn khối

Lắp ghép

Bắn lắp ghép

Theo yêu cầu sử dụng

Cầu đường ô tô

Cầu đường sắt

1.3 Vật liệu xây dựng mố, trụ cầu

1.3.1 Bê tông (BT)

BT là loại vật liệu chủ yếu để xây dựng mố, trụ

Đối với những bộ phận không chịu lực, ví dụ như BT lấp long có thể dung BT mác nhỏ hơn 150

Đối với tất cả các bộ phận chịu lực đều dùng BT có mác trên 200 và được quy định:

Mác 400: Dùng cho các loại trụ ống vỏ mỏng, cọc BT ứng suất trước dài hơn 12m

Mác 300: Dùng cho các loại két cấu ứng suất trước; cọc BTCT thường có chiều dài hơn 7m; mố trụ lắp ghép hoặc bán lắp ghép trong phạm vi có mực nước thay đổi

Mác 200: Dùng cho các loại cấu kiện chịu lực khác bằng BT và BTCT thường

1.3.2 Cốt thép (CT)

Đường kính tối thiểu của cốt thép trong các bộ phận chịu lực của mố trụ BTCT được quy định:

CT chủ trong kết cấu BTCT thường

CT đai và cốt thép phân bố

CT ứng suất trước dạng thanh

CT ứng suất trước dạng sợi

CT sợi trong các bó sợi cường độ cao

•

1.3.3 Đá xây

Đá xây mố, trụ cầu là các loại đá tự nhiên, chất lượng tốt, không bị sứt nẻ, phong hóa, có cường độ lớn hơn 600kg/, kích thước nhỏ nhất của đá hộc là 25cm Những trụ bằng bê tông đá hộc, đá có cường độ lớn hơn 400kg/, lượng đá không lớn hơn khối lượng bê tông toàn bộ

1.3.4 Vữa

Vữa dùng trong các trụ lắp ghép hoặc trong các trụ đá xây Vữa bằng xi măng pooc lăng, mác vữa >= 100

•

1.4 Xác định kích thước cơ bản của mố, trụ

Hình dạng mố trụ và các kích thước cơ bản của chúng được xác định xuất phát từ điều kiện thủy văn, địa chất, chiều cao cầu, chiều dài nhịp và hang loạt các yếu tố khác

Tuy nhiên , một vài kích thước cơ bản được xác định theo các yêu cầu cấu tạo và khai thác

1.4.1 Cao độ đỉnh móng

Hình 1.7 Cao độ đỉnh móng trong móng cọc bệ cao.

1-Bệ móng; 2-Cọc; 3-Thân trụ

1.4.2 Cao độ đỉnh trụ

Cao độ đỉnh trụ được quyết định từ những yêu cầu sau: đỉnh trụ ( đáy dầm) phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.5m Vị trí đáy kết cấu nhịp được xác định từ chiều cao tĩnh không dưới cầu đối với cầu vượt, cầu cạn hoặc từ chiều cao tĩnh không thông thuyền Cao độ đáy kết cấu nhịp cao hơn cao độ đỉnh trụ một trị số bằng chiều cao gối cầu

Hình 1.8 Xác định cao độ đỉnh trụ

; (cm) = giống mũ trụ

•

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO TRỤ CẦU DẦM

2.1 Vai trò và nhiệm vụ của trụ cầu

2.1.1 Vai trò của trụ cầu

- Trụ cầu là một bộ phận trong công trình cầu thuộc kết cấu bên dưới, có chức năng đỡ kết cấu nhịp và truyền tải trọng thẳng đứng và ngang xuống đất nền

- Trụ cầu có vai trò phân chia nhịp cầu và đỡ kết cấu nhịp, truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống đất nền

- Trụ cầu được xây dựng trong phạm vi dòng chảy nên tiết diện ngang phải có cấu tạo hợp lý để đảm bảo thoát nước tốt Bên ngoài trụ phải có vỏ bọc để chống xâm thực

- Hình dạng trụ trong kết cấu nhịp cầu vượt còn phải đảm bảo mỹ quan và không cản trở đi lại cũng như tầm nhìn dưới cầu

- Trụ cầu chịu lực bất lợi theo cả hai phương dọc và ngang cầu nên khi tính toán thiết kế ta phải tính trụ theo cả hai phương

2.1.2 Các bộ phận cơ bản của trụ cầu

Hình 2.2 Các bộ phận cơ bản của trụ cầu

Hình 2.3 Các dạng mũ trụ

1.Mũ trụ BTCT; 2 Bậc lồi của mũ trụ; 3 Đá kê gối;4 Gối con lăn; 5 Khối BTCT để kê gối cố định

2.1.2.1 Xà mũ trụ

- Xà mũ trụ chịu tải trọng trực tiếp từ kết cấu nhịp và phân bố vào thân trụ Kết cấu nhịp tựa trên xà

mũ trụ thông qua các gối cầu

- Các biện pháp đặt gối trên xà mũ trụ:

+ Cấu tạo một mũ trụ bằng BTCT, trên phần lỗi của mũ trụ bố trí các lưới thép sau đó đặt thớt dưới của gối có cốt thép neo vào mũ trụ Biện pháp này thường được áp dụng cho các cầu nhịp nhỏ và trung

+ Cấu tạo tấm kê gối hoặc tấm BTCT riêng biệt gọi là đá kê gối, bên trong đá kê gối có bố trí các lưới cốt thép để chịu các áp lực cục bộ truyền xuống từ gối cầu Biện pháp này hiện nay đang được áp dụng phổ biến Ngoài ra đá kê gối còn có tác dụng điều chỉnh cao độ của dầm chủ để tạo độ dốc dọc và ngang cầu khi cần thiết

- Mặt trên của xà mũ trụ phải tạo dốc thoát nước bằng bêtông với độ dốc tối thiểu là 1:10 về các phía Mái dốc tốt nhất nên đổ bêtông cùng với xà mũ và láng vữa xi măng nhẵn

- Trên mặt bằng, kích thước của xà mũ trụ thường lớn hơn thân trụ mỗi bên 10-20cm để tạo ra phần

gờ đảm bảo cho nước ở xà mũ chảy xuống không thấm vào phần tiếp giáp giữa mũ trụ và thân trụ

- Chiều dày của xà mũ trụ:

+ Nếu thân trụ có kết cấu đặc thì mũ trụ chỉ chịu ép cục bộ, khi đó chiều dày của mũ trụ >= 40cm và phải bố trí các lưới thép để chịu áp lực cục bộ

+ Nếu thân trụ có dạng thân cột thì xà mũ chịu nén và uốn đồng thời, khi đó chiều dày của mũ trụ

>= 120cm và ngoài bố trí các lưới thép chịu áp lực cục bộ thì còn phải bố trí các thanh cốt thép đảm bảo chịu mômen uốn

Hình 2.4 Điều chỉnh cao độ dầm bằng đá kê gối

- Dạng mặt cắt ngang thân trụ phụ thuộc vào điều kiện dòng chảy dưới cầu, đảm bảo rẽ nước tốt, tránh tạo thành các dòng chảy xoáy gần trụ gây xói chung và xói cục bộ lòng sông.

- Tiết diện thân trụ có thể đặc hoặc rỗng Thân trụ có dạng thân rộng, thân hẹp hoặc thân cột

- Kích thước thân trụ được xác định bằng tính toán tuỳ theo loại vật liệu, dạng trụ và chiều cao tính toán của trụ

www.trungtamtinhoc.edu.vn Hình 2.5 Các dạng mặt cắt ngang thân trụ

2.1.2.3 Móng trụ

- Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống đất nền bên dưới và xung quanh trên một diện tích rộng và phẳng để đảm bảo đủ chịu lực cho đất nền cũng như đảm bảo ổn định của trụ

- Bệ móng mố có thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nếu lớp đất tốt có thể đặt đ-ợc bệ móng nằm

ở độ sâu =< 3m so với mặt đất tự nhiên Trong trường hợp lớp đất tốt nằm sâu >3m, ta phải đặt bệ móng trên kết cấu móng cọc đóng, móng cọc khoan nhồi hoặc móng giếng chìm

- Trên mặt bằng kích thước của bệ móng thường lớn hơn kích thước của thân trụ mỗi bên 30 - 50cm

để công tác thi công thân trụ đặc biệt là công tác ghép ván khuôn khi đổ bêtông thân trụ được thuận lợi

- Kích thước đáy bệ được xác định theo tính toán đảm bảo khả năng chịu lực của đất nền Đối với móng cọc thì kích thước đáy bệ còn phụ thuộc vào cách bố trí cọc

2.2 Cấu tạo trụ cầu toàn khối

2.2.1 Khái niệm chung

- Trụ cầu toàn khối là loại trụ có các bộ phận gắn liền với nhau thành một kết cấu liền khối, được xây dựng hoặc được đúc liền một mạch từ dưới lên trên tại vị trí xây dựng công trình

- Trụ có thể được cấu tạo bằng đá xây, bêtông hoặc BTCT Tiết diện thân trụ có thể đặc hoặc rỗng lòng

- Các loại trụ toàn khối:

+ Trụ nặng (trụ thân rộng)

+ Trụ thân hẹp

+ Trụ thân cột

Kích thước lớn

Tính liền khối cao

Thời gian thi công kéo dài

Chịu ảnh hưởng trực tiếp của thời tiếtĐặc điểm của trụ toàn khối:

2.2.2 Trụ nặng (trụ thân rộng)

- Trụ nặng thường được thi công tại chỗ bằng đá xây hoặc bêtông, có dạng một tường dày để đỡ kết cấu nhịp Trụ có kích thước và trọng lượng bản thân lớn nên còn gọi là trụ trọng lực

- Chiều dày thân trụ: = 2,5 - 3m Thân trụ đúc tại chỗ có thể đặc hoặc rỗng

- Đối với trụ có chiều cao H =< (10 - 12)m và chiều dài nhịp L =< 40m thì thân trụ có thể cấu tạo dạng vách đứng, tiết diện trụ không thay đổi từ trên xuống dưới, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công

- Đối với trụ có chiều cao H > (10 - 12)m và chiều dài nhịp L > 40m thì thân trụ có thể cấu tạo dạng vách nghiêng, với độ nghiêng 20:1 - 40:1 để đảm bảo khả năng chịu lực và khả năng chống lật, chống trượt cho trụ

•

Hình 2.6 Trụ nặng toàn khối

1 Bệ móng; 2 Thân trụ; 3 xà mũ trụ; 4 Đá kê gối; 5 Gối cầu

Hình 2.8 Cấu tạo trụ thân hẹp

2.2.4 Trụ thân cột

- Cấu tạo: Để giảm bớt khối lượng vật liệu và giảm trọng lượng bản thân tác dụng xuống móng, có thể thu nhỏ kích thước thân trụ thành dạng thân cột Như vậy xà mũ sẽ có dạng một dầm hẫng, đối xứng qua tim cầu Khi đó ta có trụ thân cột

- Trong trường hợp trụ đặt trong nước, tại các nhịp có tàu thuyền qua lại thì trụ thường được cấu tạo thành 2 phần: phần dưới là dạng trụ đặc để chịu lực va của tàu thuyền và phần trên dạng cột Cao độ của đỉnh phần trụ đặc phải cao hơn mực nước thông thuyền (MNTT) tồi thiểu là 0,5m

Hình 2.11 Trụ dạng trên cột, dưới đặc

+ Trụ thân cột đảm bảo thông thoáng tầm nhìn và đảm bảo tính thẩm mỹ nên được áp dụng phổ biến cho các công trình cầu trong thành phố, cầu vượt đường.

- Nếu móng đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên thì trụ có thể lắp ghép từ móng đến mũ trụ Nếu bệ móng đặc trên móng cọc hoặc móng giếng chìm thì phần lắp ghép chỉ được thực hiện từ thân trụ trở lên.

- Việc phân chia các khối lắp ghép của trụ phụ thuộc vào phương tiện vận chuyển và thiết bị cẩu lắp, nếu dùng khối nhỏ thì trọng lượng mỗi khối P = 2 - 6 tấn Nếu dùng khối lớn thì trọng lượng mỗi khối có thể lên đến 25 tấn và khi đó phải sử dụng cần cẩu lắp ghép kết cấu nhịp để phục vụ thi công lắp ghép thân trụ

- Khi phân chia các đốt phải bố trí sao cho mạch đứng không bị trùng nhau Chiều cao mỗi khối từ 0,5

- 1,5m Chiều dày mỗi khối phụ thuộc vào chiều dày thân trụ và thường lấy bằng chiều dày thân trụ

2.3.2 Trụ thân hẹp lắp ghép và bán lắp ghép

- Đối với trụ cầu nhỏ, cầu trung ở các sông không có tàu thuyền lớn qua lại thì việc áp dụng trụ thân hẹp lắp ghép hoặc bán lắp ghép là rất thuận lợi vì trọng lượng các khối lắp ghép là tương đối nhỏ nên không cần phải sử dụng các cẩu lớn

2.4 Cấu tạo trụ cầu qua đường và cầu cạn

2.4.1 Khái niệm chung

- Trụ của các cầu qua đường và cầu cạn, đặc biệt là cầu thành phố khi thiết kế cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo đủ khả năng chịu lực

+ Kích thước nhỏ gọn chiếm không gian nhỏ để không gây hạn chế tầm nhìn

+ Chiều rộng của xà mũ lớn để đỡ kết cấu nhịp có bề rộng lớn với nhiều làn xe

+ Đối với các cầu vượt, cầu cạn trong thành phố thì cả công trình cầu còn là những công trình kiến trúc mang biểu tượng riêng của thành phố Do đó việc lựa chọn kiểu dáng trụ là rất quan trọng

-Trụ các cầu Thành phố bắc qua sông về cơ bản cũng giống như trụ các cầu thông thường khác, nhưng khi thiết kế phải chú ý về mặt mỹ thuật, kiến trúc và điều kiện để bố trí các hệ thống dẫn nước, dẫn điện, dẫn ga và đường dây thông tin giữa hai bờ sông

2.4.2 Cấu tạo một số dạng trụ cầu vượt

- Để đảm bảo tính thẩm mỹ nên trụ cầu thành phố có cấu tạo đa dạng hơn Thông thường ta chọn các trụ cầu dạng thân cột, dạng tường và dạng khung Trụ cầu dạng tường và dạng khung thường được dùng cho các cầu có mặt cắt ngang kiểu bản, dầm có sườn và dầm hình hộp có bề rộng tương đối lớn

- Trụ cầu dạng thân cột: kết cấu thanh mảnh không gây cản trở tầm nhìn xe chạy nên được áp dụng phổ biến trong cầu đường thành phố

Hình 2.15 Một số dạng trụ thân cột

www.trungtamtinhoc.edu.vn Hình 2.16 Trụ cầu dẫn “cầu Thăng Long”

- Trụ khung: Đối với cầu có nhiều nhịp liên tục thì ta thường bố trí thêm trụ khung để tăng cường độ cứng cho kết cấu nhịp Tại mặt cắt tiếp giáp giữa trụ khung với kết cấu nhịp có mômen nên mặt cắt phía trên của thân trụ khung thường có kích thước lớn hơn phía dưới, khi đó ta có trụ có dạng chữ Y

Hình 2.17 Trụ khung

www.trungtamtinhoc.edu.vn Hình 2.18 Trụ cầu vượt Mai Dịch (Hà Nội)

CHƯƠNG 3: CẤU TẠO MỐ CẦU DẦM

3.1 Vai trò và nhiệm vụ của mố cầu

3.1.1 Vai trò của mố cầu

- Mố cầu thuộc kết cấu bên dưới nằm trực tiếp trong vùng ẩm ướt, dễ bị xâm thực, xói lở, bào mòn nên việc xây dựng, sửa chữa gặp rất nhiều khó khăn Do đó khi thiết kế phải chọn vị trí đặt mố phải phù hợp với địa hình, địa chất và thuỷ văn

Hình 3.1 Bố trí chung cầu

3.1.2 Các bộ phận của mố

- Cấu tạo: Mố gồm 4 bộ phận: tường đỉnh, thân mố, bệ móng mố và tường cánh

Hình 3.2 Các bộ phận của mố cầu

Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng:

+ Mố chữ nhật được dùng cho các kết cấu nhip cầu vượt qua các dòng nước nhỏ, nền đắp thấp Móng

mố được đặt trực tiếp trên tầng địa chất tốt hoặc tầng đá gốc nằm lộ thiên

+ Mố có cấu tạo đơn giản, được đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nên công tác thi công thực hiện đơn giản

+ Ta luy đất đắp lấn ra phía sông nên rất dễ bị xói lở Đồng thời mố được chôn hoàn toàn trong nền đường nên phần đầu dầm và gối cầu bị chôn sâu trong đất, gây ra hiện tượng ăn mòn bêtông, cốt thép và gối cầu bằng thép

+ Phần tiếp xúc giữa nền đường và cầu rất dễ tạo thành ổ gà do độ cứng của nền đường và cầu thay đổi đột ngột

3.2.2 Mố kê

- Cấu tạo: Mố gồm 4 bộphận: tường đỉnh, thân mố, bệ móng mố và tường cánh

Hình 3.4 Mố kê

- Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng:

+ Mố kê được dùng cho các kết cấu nhip cầu vượt qua các dòng nước nhỏ, nềnđắp thấp Móng mố được đặt trực tiếp trên tầng địa chất tốt hoặc tầng đá gốc nằm lộ thiên

+ Mố có cấu tạo đơn giản, được đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nên công tác thi công thực hiện đơn giản

+ Mố kê đã khắc phục được những nhược điểm của mố chữ nhật và nó hoàn toàn đáp ứng được các chỉ tiêu và chức năng của mố trong các cầu hiện đại

3.2.3 Mố BTCT hoặc mố đá xây

- Thông thường đối với các cầu trung và cầu lớn rất ít gặp đá gốc nằm lộ thiên do đó việc áp dụng mố

kê là không thể thực hiện được Khi chiều cao đất đắp H =< 6m thì ta có thể sử dụng mố đá xây hoặc mố BTCT

- Cấu tạo: Mố gồm 4 bộ phận: tường đỉnh, thân mố, bệ móng mố và tường cánh Trong đó thân mố được cấu tạo có kích thước và chiều cao lớn hơn để chịu được áp lực đất đắp sau mố

Hình 3.5 Mố chữ U bằng đá xây

- Bệ móng mố có thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên nếu lớp đất tốt có thể đặt được bệ móng nằm ở độ sâu =< 3m so với mặt đất tự nhiên Trong trường hợp lớp đất tốt nằm sâu > 3m, ta phải đặt bệ móng trên kết cấu móng cọc đóng, móng cọc khoan nhồi hoặc móng giếng chìm

- Mố chữ U bằng đá xây thường có cấu tạo với kích thước lớn và rất nặng nề nên còn gọi là mố trọng lực Hiện nay trong các kết cấu nhịp cầu trung và cầu lớn thì loại mố được sử dụng phổ biên là mố chữ U BTCT

Hình 3.6 Các loại mố cầu

a Mố chữ U; b Mố chữ nhật; c Mố chữ T; d Mố rỗng vòm ngang cầu

- Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng:

+ So với mố chữ nhật, mố kê với cùng một chiều cao của thì mố chữ U đặc biệt là mố chữ U BTCT có cấu tạo hợp lý và tiết kiệm vật liệu hơn Khả năng chịu lực cũng như khả năng chống trượt, chống lật của

mố cao nên thường được áp dụng cho các kết cấu nhịp cầu trung và cầu lớn

+ Tường thân của mố được cấu tạo có kích thước và chiều cao lớn nên có thể áp dụng cho trường hợp chiều cao nền đắp lớn H =< 6m Khi đó cần phải cấu tạo tường cánh để bảo vệ nền đường và tăng dần độ cứng từ đường vào cầu Tường cánh được coi như đối trọng gây ra mômen về phía nền đường nên làm tăng khả năng chống lật và chống trượt cho mố

+ Mố chữ U có cấu tạo và thi công khá phức tạp nhất là các mố đặt trên kết cấu móng cọc