Nghiên cứu ứng dụng trụ cầu dạng chữ v cho cầu khung BTCT dự ứng lực ở việt nam

Hệ thống cầu ở nƣớc ta phát triển rất đa dạng, hàng loạt loại kết cấu cầu mới đƣợc xây dựng trong những năm qua nhƣ cầu dây văng, dây võng, cầu vòm thép nhồi bê tông…mang lại nhiều điểm nhấn đẹp trong sự phát triển của đất nƣớc. Cùng với đó các loại trụ trong các cầu BT DƢL cũng đƣợc áp dụng ở Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào trước đó

Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2015

Tác giả

Bùi Thanh Tùng

LỜI CẢM ƠN

Trải qua thời gian học tập và làm luận án tốt nghiệp tại Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội, em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với sự định hướng nội dung

nghiên cứu cũng như sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Thị Minh Nghĩa

- Người đã động viên và giúp đỡ Em nhiệt tình trong quá trình thực hiện luận văn này, Em cũng xin gửi lời cám ơn đến tất cả các Thầy Cô trong khoa sau đại học đã tạo điều kiện tốt cho Em làm việc, học tập và nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cám ơn các đồng nghiệp đã tham gia đóng góp ý kiến cho luận văn

Cám ơn tất cả các bạn học cùng khoá đã nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm và

những kiến thức quý báu, giúp tôi hoàn thành luận văn này

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn với tất cả nỗ lực của bản thân, nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý Thầy Cô tận tình chỉ bảo

Một lần nữa xin gửi đến tất cả mọi người lời cám ơn chân thành nhất!

Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2015

Tác giả

Bùi Thanh Tùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG TRỤ CẦU BT DƯL ĐÚC HẪNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 3

1.1 Tổng quan về cầu BT DƯL đúc hẫng 3

1.1.1 Lịch sử phát triển cầu BT DƯL đúc hẫng tại Việt Nam 5

1.1.2 Ưu nhược điểm của cầu BT DƯL đúc hẫng 6

1.2 Các loại trụ trong cầu khung thi công theo công nghệ hẫng 7

1.3 Kết luận chương 1 24

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN TRỤ CẦU DẠNG CHỮ “V” CHO CẦU KHUNG BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC HẪNG 26

2.1 Đặc điểm chịu lực, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng trụ cầu dạng chữ “V” cho cầu khung bê tông dự ứng lực ở Việt Nam 26

2.1.1 Đặc điểm chịu lực của các loại trụ khung 26

2.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các loại trụ cầu khung 29

2.2 Lựa chọn các kích thước cơ bản của trụ cầu dạng chữ V cho cầu khung bê tông dự ứng lực ở Việt nam 31

2.3 Các tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu đúc hẫng 36

2.3.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu đúc hẫng 36

2.3.2 Vật liệu dùng trong kết cấu 41

2.3.3 Các nội dung kiểm toán và khả năng làm việc của trụ 42

2.4 Nguyên lý tính toán trụ cầu dạng chữ V cho cầu khung bê tông dự ứng lực 47

2.5 Công nghệ thi công trụ cầu khung V 51

2.6 Kết luận chương 2 53

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRỤ CẦU DẠNG CHỮ V CHO CẦU KHUNG BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC TẠI CẦU BẾN THỦY II (NGHỆ

AN) 54

3.1 Tổng quan dự án cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 54

3.2 Sơ đồ kết cấu nhịp và cấu tạo trụ 57

3.3 Tính toán và thiết kế trụ khung V cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 58

3.3.1 Cơ sở tính toán và thiết kế 58

3.3.2 Dùng phần mềm để mô hình hóa: 60

3.3.3 Số liệu đầu vào và tải trọng tác dụng để tính toán trụ khung V cầu Bến Thủy (Nghệ An) 62

3.3.4 Kết quả tính toán 66

3.3.5 Bố trí cốt thép DƯL cho trụ khung V cầu Bến Thủy II 80

3.3.6 Công nghệ thi công trụ khung V cầu Bến Thủy II 84

3.3.7 Kết luận chương 3 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác có chiều dài nhịp

L 100m dùng trụ 1 tường (dạng tường đơn I) 10

Bảng 1.2: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác chiều dài nhịp L 100m dùng trụ 1 tường (dạng tường đơn I) 11

Bảng 1.3: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác dùng trụ 2 tường (dạng tường kép II) 13

Bảng 1.4: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác dùng trụ 2 tường (dạng tường kép II) 15

Bảng 1.5: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác dùng dạng trụ chữ V 20

Bảng 1.6: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đã xây dựng và đang khai thác dùng dạng trụ chữ V 22

Bảng 2.1: Bảng so sánh ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các loại trụ cầu khung bê tông dự ứng lực thi công theo công nghệ hẫng 29

Bảng 2.2: Bảng hệ số tải trọng 37

Bảng 2.3: Bảng hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên, p 37

Bảng 3.1: Bảng thông số về kích thước trú 62

Bảng 3.2: Bảng tổng hợp hợp tải trọng của kết cấu phần trên 63

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp nội lực thân trụ tại mặt cắt 1-1 65

Bảng 3.4: Bảng tổ hợp nội lực của thân trụ tại mặt cắt 1-1 theo các trạng thái giới hạn 65

Bảng 3.5: Bảng tổng hợp nội lực thân trụ tại mặt cắt 2-2 66

Bảng 3.6: Bảng tổ hợp nội lực của thân trụ tại mặt cắt 2-2 theo các trạng thái giới hạn 66

Bảng 3.7: Bảng tổng hợp khối lượng cáp cho 1 trụ chính cầu Bến Thủy 81

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cầu Gateway được thi công đúc hẫng tại Mỹ sơ đồ nhịp 145+260+145 4

Hình 1.2: Cấu tạo một số dạng trụ 1 tường 9

Hình 1.3: Cầu Lai Hà (Lai Châu) sơ đồ nhịp 75.5+130+75.5 10

Hình 1.3: Cầu Mangjiedu (Trung Quốc) có chiều cao thân trụ là 220m 12

Hình 1.4: Cấu tạo dạng trụ 2 tường 13

Hình 1.5: Cầu Hàm Luông (Bến Tre) với sơ đồ nhịp 90+3x150+90 14

Hình 1.6: Cấu tạo trụ cầu Pá Uôn ở Lai Châu 14

Hình 1.7: Cầu Honghe (Trung Quốc) 18

Hình 1.8: Cầu Tulle Viaduct (Pháp) 18

Hình 1.9: Cầu Nanpanjiang trụ chữ Y ở Trung Quốc được xây dựng năm 2001 20

Hình 1.10: Cầu Saint Michel ở Pháp (1962) 21

Hình 1.11: Cầu Taksin ở Thái Lan (1982) 21

Hình 1.12: Cầu Nguyệt Viên (Thanh Hóa) năm 2013 22

Hình 2.1: Biểu đồ mô men của trụ đơn chữ I có liên kết ngàm 26

Hình 2.2:Biểu đồ M của trụ chữ Y có liên kết ngàm cứng 27

Hình 2.3a:Biểu đồ M của trụ 2 tường có liên kết ngàm, không có giằng ngang 28

Hình 2.3b:Biểu đồ M của trụ 2 tường có liên kết ngàm, có giằng ngang 28

Hình 2.4: Cấu tạo dạng trụ khung chữ V 31

Hình 2.5 Mặt cắt ngang cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 33

Hình 2.6: Thông số kích thước của dạng trụ khung chữ V 33

Hình 2.7: Cấu tạo trụ cầu Thanh Trì dạng trụ đơn vượt Sông Hồng (Hà Nội) 34

Hình 2.8: Cầu Thủ Thiêm (Tp Hồ Chí Minh) 36

Hình 2.9: Sơ đồ tính trụ khung V 47

Hình 2.10: Cầu Choisy- Roi (Pháp) 50

Hình 3.1: Cầu Bến Thủy hiện tại 54

Hình 3.2: Vị trí cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 56

Hình 3.3a: Sơ đồ nhịp chính của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 57

Hình 3.3b: Cấu tạo trụ khung V cầu Bến Thủy II 57

Hình 3.4: Mặt cắt ngang đáy nhánh V của trụ 58

Hình 3.5: Mặt cắt ngang đỉnh nhánh V của trụ 58

Hình 3.6: Mô hình hóa cầu cầu Bến Thủy II 60

Hình 3.7: Liên kết trụ khung V với dầm và bệ móng 60

Hình 3.8: Các ký hiệu kích thước thân trụ khung V, cầu Bến Thủy II(Nghệ An) 62

Hình 3.9: Biểu đồ Mz của thân trụ ở trạng thái giới hạn sử dụng của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 68

Hình 3.10: Biểu đồ Qy của thân trụ ở trạng thái giới hạn sử dụng của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 69

Hình 3.11: Biểu đồ Nx của thân trụ ở trạng thái giới hạn sử dụng của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 70

Hình 3.12: Biểu đồ Mz của thân trụ ở trạng thái giới hạn cường độ của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 71

Hình 3.13: Biểu đồ Qy của thân trụ ở trạng thái giới hạn cường độ của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 72

Hình 3.14: Biểu đồ Nx của thân trụ ở trạng thái giới hạn cường độ của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 73

Hình 3.15: Biểu đồ mômen do cáp dự ứng lực thân trụ của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 74

Hình 3.16: Biểu đồ mômen của dầm liên tục ở trạng thái giới hạn cường độ cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 75

Hình 3.17: Biểu đồ mômen cùa dầm liên tục ở trạng thái giới hạn cường độ dự án cầu Việt Trì - Ba Vì (Phú Thọ) 77

Hình 3.18: Sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực dầm liên tục (nhóm cáp đỉnh trụ) dự án cầu Việt Trì - Ba Vì (Phú Thọ) 78

Hình 3.19: Sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực dầm liên tục (nhóm cáp đỉnh trụ) dự án cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 79

Hình 3.20: Kích thước chung khối K0 dầm liên tục 80

Hình 3.21a, b,c: Bố trí cáp dự ứng lực thân trụ cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 82

Hình 3.22: Bố Lắp dựng cốt thép trụ khung V cầu Bến Thủy II (Nghệ An) 84

Hình 3.23: Hệ đà giáo ván khuôn thi công thân trụ và đốt K0 85

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của đất nước mạng lưới giao thông đường bộ không ngừng phát triển và hoàn thiện, đóng góp vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đây là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội Vì vậy, cần được ưu tiên đầu tư phát triển hợp lý, đồng

bộ và bền vững trong một quy hoạch thống nhất có phân công, phân cấp và hợp tác, liên kết giữa các phương thức vận tải, phù hợp với điều kiện địa lý, tạo thành một mạng lưới giao thông thông suốt và có hiệu quả Đồng thời, phát triển hệ thống đường bộ đối ngoại gắn kết chặt chẽ với hệ thống đường bộ trong nước để chủ động hợp tác, hội nhập khu vực và quốc tế

Hòa vào sự phát triển mạng lưới giao thông hệ thống cầu đường ngày càng phát triển đa dạng, đáp ứng được cả về mặt kỹ thuật và mặt mỹ quan trước yêu cầu đòi hỏi gắt gao của thời đại Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nên dần cho phép con người tìm đến những kết cấu mới, tối ưu và kinh tế

Hệ thống cầu ở nước ta phát triển rất đa dạng, hàng loạt loại kết cấu cầu mới được xây dựng trong những năm qua như cầu dây văng, dây võng, cầu vòm thép nhồi bê tông…mang lại nhiều điểm nhấn đẹp trong sự phát triển của đất nước Cùng với đó các loại trụ trong các cầu BT DƯL cũng được áp dụng ở Việt Nam với nhiều hình dáng tạo nên sự phong phú tăng thêm tính thẩm mỹ cho những câu cầu

Ở nước ta các loại trụ hay được áp dụng là trụ 1 tường, trụ 2 tường và gần đây một số cầu áp dụng dạng trụ chữ V như:

+ Cầu Thủ Thiêm (TP Hồ Chí Minh)

+ Cầu Bến Thủy II (Nghệ An)

+ Cầu Nguyệt Viên (Thanh Hóa)

+ Và hiện đang được xây dựng là cầu Tân Vũ - Lạch Huyện (Hải Phòng)

Vì vậy việc nghiên cứu các đặc điểm, các kích thước cơ bản, ưu nhược điểm

và sự làm việc của loại trụ này để ứng dụng trong xây dựng cầu BT DƯL đúc hẫng

ở Việt Nam là cần thiết

Phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu vào dạng kết cấu trụ, các kích thước cơ bản và sự làm việc của trụ chữ V cho cầu BT DƯL đúc hẫng

Cấu trúc của luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận kiến nghị và 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về các dạng trụ cầu BT DƯL đúc hẫng tại Việt Nam

và trên thế giới

Chương 2: Đặc điểm làm việc, cấu tạo, nguyên lý tính toán trụ cầu dạng chữ

V cho cầu khung BT DƯL ở Việt Nam

Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng trụ cầu dang chữ V cho cầu khung BT DƯL tại cầu Bến Thủy II (Nghệ An)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG TRỤ CẦU BT DƯL ĐÚC HẪNG

TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tổng quan về cầu BT DƯL đúc hẫng

Khái niệm về cầu BT DƯL đúc hẫng đến nay không còn xa lạ và đã trở nên thân quen với các kỹ sư cầu ở Việt Nam Có thể nói tóm tắt thi công hẫng thực hiện bằng phương pháp đúc tại chỗ trên giàn giáo di dộng (xe đúc) gọi là đúc hẫng, khi

đó giàn giáo tựa vào khối đúc trước để đúc các khối tiếp theo, sau khi hoàn thành mỗi phân đoạn, ván khuôn được đẩy ra phía trước và quá trình tái diễn cho đến khi kết thúc, đốt nối cuối cùng của các cánh hẫng gọi là đốt hợp long Cùng với các quá trình đúc là quá trình căng kéo cốt thép DƯL để liên kết các khối đúc lại và đảm bảo cho việc khai thác sau này Phương pháp thi công đúc hẫng đảm bảo tính liền khối giữa các đốt đúc, cốt thép DƯL và cốt thép thường được bố trí qua tất cả các khối đúc nên khả năng đảm bảo tính toàn khối và chịu lực cắt lớn

Xét về mặt sơ đồ kết cấu phương pháp thi công hẫng là phương pháp hình thành kết cấu dần từng bước từ kết cấu tĩnh định trở thành kết cấu siêu tĩnh, do đó khi tính toán kết cấu phải xét đến sự thay đổi sơ đồ kết cấu theo các bước thi công cũng như sự thay đổi tải trọng, ảnh hưởng của ứng lực thứ cấp, co ngót và từ biến Đây chính là điểm khác biệt so với việc thiết kế kết cấu dầm tĩnh định thông thường

Lựa chọn phương pháp thi công đúc hẫng đối xứng (cân bằng) hoặc không đối xứng phụ thuộc vào khả năng bố trí xe đúc trên dầm Nếu không thể bố trí đồng thời hai xe đúc trên khối đỉnh trụ thì chọn phương pháp đúc không đối xứng với một hai khối đầu tiên, các khối còn lại đúc đối xứng Trái lại nếu đủ diện tích để bố trí đồng thời hai xe đúc trên khối đỉnh trụ thì chọn phương pháp thi công đúc hẫng đối xứng

Dầm cầu đúc hẫng có thể liên kết với thân trụ theo kiểu khung cứng, khi đó khối trên đỉnh trụ được nối cứng (liên kết ngàm) với trụ ngay từ đầu Dầm cũng có thể liên kết với thân trụ theo kiểu liên kết gối, khi đó trong quá trình đúc hẫng cần phải đặt gối tạm bằng BTCT và các thanh DƯL tạm thời để chống lật trong quá trình thi công hẫng Đốt dầm đầu tiên và thường được gọi là khối K0, đoạn dầm ở sát mố của nhịp biên thường được đúc trên đà giáo cố định và gọi là khối KT và đốt

nối giữa KT và đốt cuối cùng trên cách hẫng là đốt hợp long KN Các đốt dầm Ki tiếp theo được thi công đúc hẫng đối xứng qua tim trụ bằng xe đúc chuyên dụng và được căng các bó cáp DƯL trên bản nắp để chịu mô men âm trong suốt quá trình thi công và khai thác sau này Sau khi thi công xong các cánh hẫng thì tiến hành hợp long theo một trình tự đã được tính toán Thường thì sẽ hợp long nhịp biên nối cánh hẫng ở nhịp biên với khối đúc trên đà giáo KT, công việc này bao gồm cả việc căng kéo các bó cáp dưới Sau đó tiến hành phá bỏ các liên kết tạm (gối tạm và nới lỏng thanh thép DƯL) và tiến hành hợp long các nhịp tiếp theo Đối với cầu nhịp lớn có thể cần phải căng bổ sung các bó cáp DƯL ngoài để đảm bảo chịu lực

Như vậy phương pháp xây dựng đúc hẫng là xây dựng kết cấu nhịp từ những đốt liên tiếp nhau, mỗi đốt sau khi đã được thi công sẽ đỡ trọng lượng của đốt tiếp theo và đà giáo ván khuôn cùng thiết bị thi công Việc thi công hẫng có ưu điểm nổi bật là không cần phải làm đà giáo cố định, do đó không phụ thuộc vào địa hình bên dưới do đó có thể thích hợp với mọi địa hình đặc biệt là các cầu có trụ cao khi mà các công nghệ khác tỏ ra không hiệu quả Thông thường mỗi đốt đúc khoảng 7 ngày, đặc biệt có những cầu chỉ đúc trong 5 ngày

Hình 1.1: Cầu Gateway được thi công đúc hẫng tại Mỹ sơ đồ nhịp 145+260+145

1.1.1 Lịch sử phát triển cầu BT DƯL đúc hẫng tại Việt Nam

Trong những năm gần đây ngành thi công cầu ở Việt nam đã có những chuyển biến đáng kể trong việc đầu tư vào công nghệ thi công, một trong những công nghệ đó là “Công nghệ thi công dầm hộp liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng” (gọi tắt là công nghệ đúc hẫng) áp dụng cho thi công kết cấu nhịp bằng BT DƯL của các cầu liên tục khẩu độ lớn Vào những năm cuối thập kỷ 80 việc xây dụng cầu bê tông ứng suất trước theo phương pháp thi công hẫng chỉ dừng ở khẩu độ lớn nhất xấp xỉ 63m, kết cấu tĩnh định với công nghệ vật liệu, thiết bị xây dựng và công cụ tính toán còn rất lạc hậu, chưa kể nhiều vấn đề

về cấu tạo còn khá thô sơ Thời điểm đó sự kiện đã xây dựng thành công cầu khung

T dầm đeo vượt nhịp lớn với sơ đồ nhịp 43+63+42m được xem là một thành công như cầu Rào, cầu Niêm, cầu An Dương tại Hải Phòng hoặc cầu Bo ở Thái Bình, cầu Bình đường 188, cầu An Thái ở Hải Dương, Cầu Vát tại Bắc Giang…Tuy nhiên sự

cố sập cầu Rào ngày 16/6/1987 cũng như các yêu cầu thực tiễn là phải nhanh chóng xây dựng nhiều cầu vượt sông, thung lũng hay vị trí cửa biển có khẩu độ lớn, kết hợp với việc phải sớm tiếp cận, đổi mới và nắm bắt bí quyết về công nghệ xây dựng cầu với khả năng nhập vật tư, thiết bị hiện đại từ những nước có trình độ phát triển cao ngày càng thuận lợi thì công tác nghiên cứu ứng dụng, chuyển giao công nghệ thi công cầu bê tông ứng suất trước khẩu độ lớn theo phương pháp đúc hẫng đã trở thành một vấn đề thời sự cần quan tâm

Cây cầu đầu tiên được lựa chọn để thực hiện mục tiêu chuyển giao và ứng

dụng công nghệ nêu trên là cầu Phú Lương trên Quốc lộ 5, tỉnh Hải Dương Cầu chính có sơ đồ nhịp 65+2x102+65 bằng BT DƯL, mặt cắt ngang gồm hai hộp riêng

biệt vách đứng, mỗi hộp rộng 11m, tổng bề rộng cầu là 23m Đối tác chuyển giao là

hãng VSL - Thụy Sỹ Đơn vị tiếp nhận thiết kế là TEDI, đơn vị thi công là công ty Cầu 12 Ngoài ra, cũng ở thời điểm này trong khuôn khổ viện trợ không hoàn lại từ chính phủ Pháp đã xây dựng cầu Sông Gianh BT DƯL, thuộc tỉnh Quảng Bình Cầu

có sơ đồ nhịp 37,4 + 58 + 90,6 + 3 x 120 + 90,6 + 58 + 37,4m; mặt cắt ngang gồm 1

hộp, hai vách xiên, bề rộng tổng cộng bằng 12m Cầu Sông Gianh có chiều dài toàn cầu Ltc= 700m, khẩu độ nhịp chính 120, bằng BT DƯL với các bó cáp nằm trong và ngoài bê tông vượt nhịp lớn đến 120m là kết cấu mới trong nước thời bấy giờ

Tham khảo các kinh nghiệm thiết kế, giải quyết thi công cầu Phú Lương và kinh nghiệm Tư vấn giám sát cầu Sông Gianh các kỹ sư Tư vấn trong nước đã mạnh dạn đi từng bước vững chắc trong việc triển khai thiết kế, giám sát xây dựng nhiều cầu dầm hộp dạng liên tục, BT DƯL thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng Khẩu độ nhip chính từ 61m, 63m, 70m, 85m, 90m, 100m, 102m, 110m, 120m,

130m, 135m và gần đây nhịp lớn nhất là 150m ở cầu Hàm Luông ở tỉnh Bến Tre (năm 2010) và cầu Cửa Đại tỉnh Quảng Nam (năm 2015) Các cầu dầm hộp đã

được xây dựng trong nước thời gian qua có mặt cắt ngang gồm hai, ba vách đứng, hoặc hai, ba vách xiên, bề rộng hộp hay đổi từ 11m đến 23m với cáp DƯL nằm trong hoặc nằm ngoài bê tông Có thể nói sự phát triển cầu đúc hẫng ở Việt Nam nhanh chưa từng có, vì những ưu điểm vượt trội so với cầu khác và sự phù hợp của

nó đối với điều kiện tự nhiên ở nước ta Tuy nhiên cầu đúc hẫng nhịp lớn trên 150m chưa được nghiên cứu, thiết kế và xây dựng

1.1.2 Ưu nhược điểm của cầu BT DƯL đúc hẫng

Qua các công trình đã thiết kế, đúc rút kinh nghiệm trong các năm qua có thể rút ra một số ưu nhược điểm của cầu đúc hẫng như sau:

- Trụ cầu có thể rất cao và làm việc liên hợp với dầm tạo ra một hệ khung ổn định

- Kiến trúc tương đối đẹp, đáp ứng được nhu cầu mỹ quan ngày càng cao của con người

- Phù hợp với nhiều điều kiện địa hình, địa chất và các loại khí hậu

- Việc xử lý mối nối là tương đối đơn giản, kết cấu có tính toàn khối cao vì được đổ tại chỗ do đó tuổi thọ cao

- Công nghệ thi công không quá phức tạp, phù hợp với năng lực thi công của Nhà Thầu Việt Nam

- Giá thành xây dựng tuy cao hơn cầu dầm giản đơn nhưng thấp hơn giá thành xây dựng các cầu dạng liên tục vượt nhịp lớn như cầu dàn thép, cầu dây văng, extradosed, vòm ống thép nhồi bê tông…

- Không tốn nhiều đà giáo ván khuôn, đà giáo ván khuôn (xe đúc) có thể luân chuyển, sử dụng nhiều lần cho nhiều cầu và do đà giáo được treo trực tiếp trên các đốt dầm đã đúc nên không phụ thuộc vào chiều cao cầu do đó làm giảm đáng kể kinh phí

 Nhược điểm:

- Việc khống chế độ vồng của cầu trong những năm đầu là tương đối khó khăn, tuy nhiên ngày nay với kinh nghiệm nâng cao cùng với công nghệ máy tính hiện đại việc này không còn gặp khó khăn

- Trong quá trình thi công cánh hẫng độ ổn định không cao, độ dao động lớn dưới tác dụng của gió, mưa, đặc biệt là đối với cánh hẫng lớn (cầu nhịp lớn) Vì vậy đòi hỏi phải chọn thân trụ và liên kết phù hợp để hạn chế vấn đề này

- Khả năng vượt nhịp lớn là tương đối hạn chế, theo thống kê đến năm 2010 tại Việt Nam thì nhịp lớn nhất là 150m (Cầu Hàm Luông), còn phần lớn các cầu còn lại có nhịp nhỏ hơn 130m Tuy nhiên trên thế giới với cầu đúc hẫng phổ biến là nhịp 200m và cá biệt có nhịp vượt 300m

- Chiều cao kết cấu tương đối lớn, đặc biệt là đối với nhịp lớn ví dụ nhịp 130m chiều cao kết cấu của dầm tại vị trí trụ là 7,3m (như cầu Thanh Trì), chiều cao đối với nhịp 150m là 8,3m (như cầu Hàm Luông)

- Có thể xảy ra vết nứt cục bộ do từ biến co ngót, nhiệt độ hay một số nguyên nhân chưa được xác định

- Đòi hỏi công nhân và kỹ sư có trình độ cao, tuy nhiên hiện nay ở nước ta

đã làm chủ được công nghệ nên không gặp nhiều khó khăn

- Khi cầu nằm trong đường cong bán kính nhỏ thì việc thi công cầu là tương đối khó khăn khi di chuyển xe đúc, theo các nghiên cứu thì chỉ mới thực hiện được

ở cầu có bán kính trên 250m

1.2 Các loại trụ trong cầu khung thi công theo công nghệ hẫng

Cầu khung thi công theo công nghệ hẫng hiện nay được áp dụng nhiều ở Việt Nam và thế giới do có nhiều ưu điểm như khả năng vượt được nhịp lớn, đáp ứng

được khổ thông thuyền cũng như vượt qua các thung lũng sâu, có kiến trúc đẹp đáp ứng được nhu cầu mỹ quan ngày càng cao của con người

So với trụ cầu dầm liên tục, trụ cầu khung có ưu điểm là đảm bảo được độ ổn định trong quá trình thi công hẫng Do trong quá trình thi công dầm đúc hẫng từ trụ

ra khó có thể tránh được mô men lật gây ra bởi mất cân bằng hai cánh hẫng với các

lý do chủ yếu sau:

+ Đổ bê tông không đồng thời (đốt Ki bên trái đã đổ, bên phải chưa đổ) + Vị trí tải trọng thi công tạm thời (Ví dụ như tải trọng xe đúc ở hai vị trí không đối xứng nhau)

+ Rủi ro trong thi công (rơi ván khuôn xe đúc + bê tông ướt)

+ Trọng lượng bê tông hai bên cánh hẫng không cân bằng

Các loại trụ cầu khung thi công theo công nghệ hẫng thường có dạng: loại 1 tường (dạng tường đơn I), loại 2 tường (dạng tường kép II) và dang trụ chữ V

 Trụ 1 tường (dạng tường đơn I):

Trụ một tường có cấu tạo đơn giản dễ thi công, chịu va xô tầu bè lớn, phù

tạo kích thước thân trụ theo phương dọc cầu tùy theo độ mảnh cần thiết chịu lực mà được chọn cho hợp lý, đối với các nhịp có kích thước nhịp chính L<120m thường

có bề dày thân trụ 3,0~3,5m, bề rộng bằng bề rộng đáy hộp (có mở rộng thêm hai bên để rẽ nước hoặc tạo mỹ quan) Thân trụ thường có kích thước không đổi từ dưới móng đến dầm Với một số trụ đặc biệt, có cấu tạo kích thước bề rộng thân trụ thay đổi để tiết kiệm vật liệu hay tạo dáng kiến trúc Đầu trụ hướng vuông góc với dòng chảy thường được vuốt tròn hay tạo vát nhằm tạo sự êm thuận đối với dòng chảy tránh xói lớn tại vị trí móng trụ cầu Đối với cầu cạn, cầu qua thung lũng hoặc sông nước chảy tốc độ chậm thân trụ có thể hình vuông vát góc tạo mỹ quan đẹp

®Çu l-în trßn ®Çu v¸t nhän §Çu v¸t gãc

MÆt b»ng th©n trô

MÆt bªn (Däc cÇu) MÆt chÝnh

(ngang cÇu)

(Däc cÇu) (ngang cÇu)

Hình 1.2: Cấu tạo một số dạng trụ 1 tường

Bảng 1.1: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác có chiều dài nhịp

TT Tên cầu

Năm xây dựng

cầu (m)

Chiều cao trụ (m)

Bảng 1.2: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác chiều

Tên cầu

Năm xây dựng

Sơ đồ cầu hoặc nhịp lớn nhất

Bề rộng cầu

Các trụ tường đơn I ngàm

cứng với dầm Liuku Bridge over

đỡ dầm Dongming Bridge

over Yellow River

ở Trung Quốc (co

Trụ tường đơn I (hộp rỗng)

ngàm cứng với dầm, bê tông tỉ trọng thấp 1,94T/m3, fc’=60Mpa Bouira Bridge ở

Trụ dạng tường đơn I (hộp

rỗng) ngàm cứng với dầm Labajin Bridge ở

Trụ dạng tường đơn I (hộp

rỗng) ngàm cứng với dầm Mangjiedu Bridge

Trụ dạng tường đơn I (hộp

rỗng) ngàm cứng với dầm Houzihe River

Bridge ở Trung

Quốc

rỗng) ngàm cứng với dầm Votonosi Bridge ở

Trụ dạng tường đơn I (hộp

rỗng) ngàm cứng với dầm Agas-Agas Bridge

Trụ dạng tường đơn I (hộp

rỗng) ngàm cứng với dầm

Hình 1.3: Cầu Mangjiedu (Trung Quốc) có chiều cao thân trụ là 220m

Nhận xét: Mặc dù dạng trụ 1 tường có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi nhưng vẫn có những nhược điểm riêng như chiều rộng theo phương dọc cầu thường lớn để đảm bảo độ ổn định trong quá trình thi công cánh đức hẫng, như đối với cầu Thanh Trì bề rộng trụ theo phương dọc cầu lên tới 9m làm giảm mỹ quan của toàn cầu Với việc nghiên cứu và xây dựng dạng trụ 2 tường phần nào đã khắc phục được những nhược điểm của trụ 1 tường để lại

 Trụ 2 tường (dạng tường kép II):

liên kết ngang hoặc không có liên kết ngang (thông thường khoảng trên 30m có một liên kết ngang) Mỗi thân tường có mặt cắt chữ nhật đặc, bề dày thân khoảng 2~2,5m Khoảng cách giữa 2 tường được lấy tùy theo sơ đồ nhịp, các yêu cầu chịu lực mà được lựa chọn cho phù hợp Bề rộng theo phương ngang cầu được lấy phù hợp với bề rộng đáy dầm (thường lấy bằng đúng bề rộng đáy dầm)

6200 2300 8000

29000 19000

6200 2300

Hình 1.4: Cấu tạo dạng trụ 2 tường

Bảng 1.3: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác dùng trụ 2 tường

(dạng tường kép II)

Bề rộng cầu

Dạng trụ tường kép II

ngàm cứng với dầm

Hình 1.5: Cầu Hàm Luông (Bến Tre) với sơ đồ nhịp 90+3x150+90

Hình 1.6: Cấu tạo trụ cầu Pá Uôn ở Lai Châu

Bảng 1.4: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác dùng

trụ 2 tường (dạng tường kép II)

Tên cầu

Năm xây dựng

Sơ đồ cầu

Bề rộng cầu

và xô xung quanh hệ cọc Yuanling

2 thế giới)

Trụ dạng tường kép II,

không giằng ngàm cứng với dầm

Trụ dạng tường kép II,

không giằng ngàm cứng với dầm

Gateway

Trụ dạng tường kép II,

không giằng ngàm cứng

Tên cầu

Năm xây dựng

Sơ đồ cầu

Bề rộng cầu

Trụ dạng tường kép II,

không giằng ngàm cứng Talyxbergang

Gorsexio

Trụ thân phần dưới dạng hộp, phần bên trên dạng

tường kép II nối cứng

với dầm Phần tường kép

II rất mỏng cao khoảng

30m Trụ bằng thép

Tên cầu

Năm xây dựng

Sơ đồ cầu

Bề rộng cầu

Trụ dạng tường kép II, 2

giằng bằng thép và ngàm cứng với dầm

Tulle Viaduct

Trụ dạng tường kép II,

không giằng ngàm cứng với dầm Đoạn khoảng 20m phía dưới đặc

Sioule Viaduct

Trụ dạng tường kép II,

không giằng ngàm cứng với dầm Đoạn khoảng 20m phía dưới đặc

Hình 1.7: Cầu Honghe (Trung Quốc)

Hình 1.8: Cầu Tulle Viaduct (Pháp)

Nhận xét: Trụ 2 tường có ưu điểm là đảm bảo sự ổn định trong quá trình thi công cánh hẫng cao hơn so với trụ 1 tường Không cần phải mở rộng trụ hoặc làm trụ tạm trong quá trình thi công khối K0 do khoảng cách 2 tường của trụ lớn, như với cầu Pá Uôn ở Lai Châu khoảng cách 2 tường của trụ cách nhau 9m

Tuy nhiên, trụ 2 tường có nhược điểm là thân trụ to nên có thể gây cản trở dòng chảy Mặt cắt ngang trụ thường là hình chữ nhật, hình dáng đơn giản, tuy tạo được cảm giác vững chãi những tính thẩm mỹ không cao, thô và đơn điệu

Từ ưu điểm của dạng trụ 2 tường và muốn tăng thêm tính thẩm mỹ làm điểm nhấn cho những cây cầu, từ đó đã xuất hiện dạng trụ chữ V

 Dạng trụ chữ V:

Trụ chữ V có ưu điểm là đảm bảo ổn định trong quá trình thi công cánh hẫng rất cao Không cần phải bố trí thêm trụ tạm hoặc mở rộng thân trụ để đảm bảo ổn định cánh hẫng trong quá trình thi công do khoảng cách giữa 2 nhánh chữ V lớn Dầm được liên kết với hai nhánh chữ V bằng liên kết ngàm cứng, thêm nữa là khoảng cách hai nhánh chữ V đỡ đốt K0 của dầm liên tục là lớn nên chiều cao dầm có thể giảm Cầu đúc hẫng có thân trụ dạng chữ V có kiểu dáng kiến trúc đẹp và hiện đại

Tuy vậy, trụ chữ V cũng có nhược điểm là phần đáy của của 2 nhánh chữ V thường lớn, bệ trụ thường xấp xỉ với mực nước thông thuyền nên có thể gây cản trở dòng chảy Liên kết ngàm giữa hai nhánh chữ V và dầm chịu lực tương đối phức tạp, cần được nghiên cứu và tính toán kỹ Thi công thân trụ trương đối khó khăn do cấu tạo gồm 2 nhánh chữ V nên đà giáo ván khuôn cũng phức tạp hơn so với các trụ khác

cao thân trụ cũng tương đối lớn (20~40m) Dạng trụ này đã được sử dụng nhiều trên thế giới nhưng ở Việt Nam mới đang trong quá trình nghiên cứu thiết kế và mới được áp dụng ở một số ít cầu như: cầu Thủ Thiên (TP Hồ Chí Minh), cầu Bến Thủy

II (Nghệ An), cầu Nguyệt Viên (Thanh Hóa) và cầu Tân Vũ - Lạch Huyện đang được thi công ở Hải Phòng

Về cấu tạo: Thân trụ có hình dáng chữ “V”, phần dưới chữ “V” được đặt trên

bệ trụ, phần trên liên kết ngàm với dầm hộp đúc hẫng Mặt cắt ngang mỗi nhánh chữ “V” thường có dạng hình chữ nhật với về bề rộng theo phương dọc cầu khoảng 2~3m, còn theo phương ngang cầu bằng chiều rộng đáy dầm nhằm tạo sự vuốt nối

liên tục mang tính thẩm mỹ cho trụ cầu Có một biến thể của cầu dạng chữ “V” khi phần thân dưới được kéo dài ra dài hơi so với chiều dài của hai nhánh còn được gọi

là dạng trụ chữ “Y” như cầu Nanpanjiang ở Trung Quốc

Bảng 1.5: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác dùng

dạng trụ chữ V

Tên cầu

Năm xây dựng

Sơ đồ cầu hoặc nhịp lớn nhất

Bề rộng cầu (m)

Chiều cao trụ (m)

Railway Bridge

(Trung Quốc)

cứng với dầm Saint Michel

Trụ dạng chữ V liên kết ngàm cứng với dầm Taksin Bridge ở

Trụ dạng chữ V liên kết ngàm cứng với dầm

Hình 1.9: Cầu Nanpanjiang trụ chữ Y ở Trung Quốc được xây dựng năm 2001

Hình 1.10: Cầu Saint Michel ở Pháp (1962)

Hình 1.11: Cầu Taksin ở Thái Lan (1982)

Bảng 1.6: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đã xây dựng và đang khai thác

dùng dạng trụ chữ V

Tên cầu

Năm xây dựng

Sơ đồ cầu

Bề rộng cầu

Chiều cao trụ

cứng với dầm Cầu Nguyệt Viên

cứng với dầm Cầu Tân Vũ -

Lạch Huyện (Hải

Phòng)

Đang xây dựng

cứng với dầm

Hình 1.12: Cầu Nguyệt Viên (Thanh Hóa) năm 2013

Qua bảng thống kê trên nhận thấy sự phát triển rất nhanh của công nghệ xây dựng cầu đúc hẫng với sự đa dạng của kết cấu

Về sơ đồ nhịp: Sơ đồ nhịp phần lớn là 3 nhịp với nhịp biên khoảng 0,6~0,65

nhịp chính, một số cầu có sơ đồ nhịp gồm nhiều nhịp liên tục như cầu Phù Đổng với

9 nhịp liên tục 65 + 7 x 100 + 65, cầu Yên Lệnh với 9 nhịp 50 + 90 + 5 x 120 + 90

+ 50, nhưng chủ yếu vẫn là sơ đồ 3 nhịp…Như vậy các cầu có sơ đồ nhịp rất đa dạng, số lượng các cầu có nhịp trên 100m khá nhiều, tuy nhiên phần lớn các nhịp thường nhỏ hơn 120m, cầu lớn nhất có nhịp 150m Còn đối với các cầu trên thế giới nói chung và Trung Quốc nói riêng ta dễ dàng nhận thấy trình độ xây dựng cầu bê tông cốt thép DƯL đúc hẫng đã vượt chúng ta rất xa khi các nhịp trên 200m đã trở nên phổ biến ở trên thế giới ngay từ những năm cuối thế kỷ 20

Về chiều cao thân trụ: Phần lớn các cầu trong nước có thân trụ thấp thường

trong khoảng 20m đến 40m Một số cầu đặc biệt có khẩu độ nhịp lớn với thân trụ cao như cầu Pá Uôn (nhịp chính L=130m, trụ cao 90m), cầu Hang Tôm (nhịp chính L=120m, trụ cao 60m), cầu Tà Vinh (nhịp chính L=130m, trụ cao 60m), như vậy trụ cầu đúc hẫng có thể đạt đến độ cao rất lớn

Về cấu tạo thân trụ: Thân trụ thường là dạng đặc, một cột bằng BTCT

thường với các trụ cầu dầm (cấu tạo vát ở hai đầu đảm bảo thoát nước tốt) Kết cấu trụ phần lớn là dạng thân đơn bằng BTCT thường, đối với các trụ cao có dạng thân

2 cột song song “II” và chữ “V”, trụ thấp cũng có thể dùng dạng trụ này như cầu An Dương ở Hải Phòng hoặc thân một cột “I” có mặt cắt rỗng… Thân trụ có thể liên kết ngàm hoặc liên kết gối với dầm Đối với các cầu nhiều nhịp thường sử dụng liên kết ngàm ở một số trụ chính ở giữa và liên kết gối ở các trụ biên Đối với các cầu ít nhịp (3 nhịp) thường sử dụng liên kết gối ở tất cả các trụ Việc thiết kế liên kết ngàm, hay gối phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là do tác động của lực dọc như lực động đất hay va tàu Do sơ đồ cầu đúc hẫng là siêu tĩnh nên nội lực có thể phát sinh rất lớn nếu không chọn được sơ đồ và liên kết thích hợp

Về móng trụ: Móng trụ hầu hết được đặt trên hệ cọc khoan nhồi có đường

kính D1,0m đối với nhịp nhỏ, đến D2,0m đối với loại nhịp lớn và thường là D1,5m Đối một số cầu có địa chất tốt có thể đặt trực tiếp móng trên nền thiên nhiên (ví dụ móng có thể đặt trên lớp đá gốc granit, đá vôi, macma…)

Về mặt cắt ngang cầu: Khổ cầu gồm nhiều khổ khác nhau nhỏ nhất là B=7m

(cầu Sông Lô) và lớn nhất là B =24,5m (cầu Thanh Trì), chủ yếu là các cầu có bề

rộng B=12m Mặt cắt ngang toàn bộ các cầu đều là dạng hộp, có thể là hộp đơn hay hộp kép Đối với các cầu có B≤14m thường dùng một hộp đơn và các cầu có bề rộng B>14m thường dùng hai hộp kép Vách hộp có thể thẳng hoặc xiên, đối với nhịp lớn hoặc bề rộng cầu lớn thường dùng vách xiên, nhịp nhỏ bề rộng nhỏ thì dùng vách thẳng Vách xiên có ưu điểm là đẹp và tiết kiệm vật liệu tuy nhiên khó thi công, vách thẳng thì ngược lại dễ thi công nhưng mỹ quan giảm Bề rộng đáy dầm thường bằng 1/2 bề rộng bản nắp (đối với vách xiên là ở vị trí giữa nhịp) Đây

là tỉ lệ chung cho hầu hết các dầm và có thể nói đây là tỉ số đạt đến mức tối ưu hay

tỉ lệ “vàng” Một số cầu có sử dụng cáp ngang như cầu Ka Long 2, Xương Giang, Tân Đệ…các cầu này bề rộng mặt cắt ngang lớn hơn 14m, cá biệt có cầu Sông Gianh sử dụng cáp ngang với bề rộng cầu B=12m, nói chung cầu sử dụng cáp ngang chiếm tỉ lệ rất nhỏ

Về chiều cao dầm: Chiều cao dầm hộp tại vị trí trụ thường bằng 1/17~1/18

chiều dài nhịp chính và tại giữa nhịp thường là 1/40~1/60 chiều dài nhịp chính (thường chọn H=2m~3,5m) Chiều cao tại giữa nhip Hmin= 2,0m đảm bảo quá trình thi công được thuận tiện, dễ thực hiện các thao tác căng kéo cáp và bảo dưỡng sau này Chiều cao dầm thay đổi theo từng vị trí lớn nhất tại đỉnh trụ và nhỏ nhất tại nhịp giữa Nếu coi mặt dầm là nằm ngang thì đường biên dưới dầm của các cầu chủ yếu có dạng đường cong parabol bậc 2 hoặc số ít các cầu có bậc khác 2 như cầu

đảm bảo khả năng chịu lực, giảm hiệu ứng co ngót, nhiệt độ, giảm khối lượng bê tông, tăng hiệu ứng có lợi khi căng DƯL ngoài, tăng vẻ đẹp công trình và giảm đất đắp đầu cầu

1.3 Kết luận chương 1

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các dạng cầu khung bê tông đúc hẫng ở Việt Nam và trên thế giới ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn Sự thay đổi về kết cấu đặc biệt là kiểu dáng trụ càng làm phong phú và thêm mỹ quan cho những cây cầu ngày nay

Ở Việt Nam, những cây cầu với khẩu độ lớn đã được chúng ta làm chủ về mặt công nghệ, kỹ thuật và được xây dựng ngày càng Góp phần vào sự phát triển

đó là sự đổi mới về mặt kết cấu, áp dụng những kiểu trụ mới để tăng khả năng khả

năng vượt nhịp Ví dự như cầu Nguyệt Viên và Tân Vũ - Lạch Huyện áp dụng trụ cầu chữ “V” có chiều dài nhịp lớn 120~150m và có tính thâm mỹ cao Chương II sẽ nghiên cứu về đặc điểm chịu lực cấu tạo và nguyên lý tính toán về trụ cầu dạng chữ

“V” cho cầu khung bê tông dự ứng lực đúc hẫng ở Việt Nam

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN TRỤ

CẦU DẠNG CHỮ “V” CHO CẦU KHUNG BÊ TÔNG

DỰ ỨNG LỰC ĐÚC HẪNG 2.1 Đặc điểm chịu lực, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng trụ cầu dạng chữ

“V” cho cầu khung bê tông dự ứng lực ở Việt Nam

Để có được cái nhìn khái quát về đặc điểm chịu lực, ưu nhược điểm và phạm

vi áp dụng của trụ cầu dạng chữ “V” cho cầu khung bê tông dự ứng lực, luận văn sẽ

so sánh với dạng trụ 1 tường (tường đơn I) và dạng trụ 2 tường (tường kép II)

2.1.1 Đặc điểm chịu lực của các loại trụ khung

2.1.1.1 Trụ 1 tường (dạng tường đơn I)

Dưới tác dụng của các tải trọng giai đoạn thi công và khai thác, biểu đồ mô men của trụ có dạng như hình 2.1 Trong giai đoạn thi công sở dĩ có biểu đồ mômen

là do phần đúc trên đà giáo tạo ra tải trọng lệch tâm nên sinh ra mômen có giá trị không đổi suốt chiều cao trụ Trong giai đoạn khai thác biểu đồ men men sinh ra do tác động của các lực dọc như lực hãm xe, động đất do có liên kết ngàm (đối với trụ cầu khung) nên ở đỉnh trụ và bệ trụ đều có mô men, nhưng trái dấu, vị trí mômen có giá trị bằng 0 nằm ở khoảng giữa tim trụ, tùy theo độ cứng của các liên kết Dưới tác dụng của lực ngang nếu là sơ đồ khung dầm trong thân trụ có thể xuất hiện mô

2.1.1.2 Trụ chữ V (hay chữ Y)

Dưới tác dụng của các tải trọng giai đoạn thi công và khai thác, biểu đồ mô men có dạng như hình 2.2 Đối với dạng trụ này có một điều đặc biệt là dưới tác dụng của ngay tải trọng bản thân phần nhánh chữ V xuất hiện mômen Đây là một trong những nguyên nhân bất lợi đối với kết cấu bê tông, nhưng do liên kết ngàm có thanh căng (là dầm chính) nên mômen giảm rất nhiều do đó không gây bất lợi lớn đối với kết cấu nhánh chữ V Trong giai đoạn khai thác mômen xuất hiện do kết cấu khung cứng siêu tĩnh chịu ảnh hưởng của hoạt tải, nhiệt độ, co ngót và từ biến Lực dọc trong hai nhánh luôn trái dấu dưới tác dụng của lực ngang, còn dưới tác dụng của lực đứng thì luôn chịu nén Vì là kết cấu siêu tĩnh nên độ cứng của nhánh chữ V

sẽ làm thay đổi giá trị nội lực vì vậy cần lựa chọn kích thước một cách hợp lý

Hình 2.2:Biểu đồ M của trụ chữ Y có liên kết ngàm cứng a) Tác dụng bởi lực thẳng đứng P trong giai đoạn khai thác

b) Tác dụng bởi lực ngang H trong giai đoạn khai thác

2.1.1.3 Trụ 2 tường (tường kép II)

Dưới tác dụng của các tải trọng giai đoạn thi công và khai thác, biểu đồ mô men có dạng như hình 2.3 Trong giai đoạn thi công dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng xuất hiện mômen có biểu đồ đối xứng qua tim trụ Khi chịu tải trọng ngang biểu đồ mômen có dạng phản đối xứng Khi tăng cường thêm liên kết giằng ngang (hình 2.4) giá trị mômen trên thân trụ giảm, tuy nhiên mômen trong giằng ngang có giá trị bằng tổng mômen thân tại vị trí giằng và xuất hiện lực kéo lớn Dưới

H

KÐo NÐn

tác động của lực ngang hay lực đứng không đối xứng sẽ xuất hiện lực nén trong một thân trụ và kéo ở thân trụ kia Đây là điều đáng lưu tâm vì với lực kéo ngang lớn sẽ gây lực kéo bất lợi với kết cấu bê tông cốt thép Trong sơ đồ có độ siêu tĩnh cao, với

số lượng giằng lớn làm tăng độ cứng tổng thể nên nội lực phát sinh sẽ tăng lên đặc biệt dưới tác dụng của tải trọng động đất hay từ biến, co ngót và nhiệt độ

Hình 2.3b:Biểu đồ M của trụ 2 tường có liên kết ngàm, có giằng ngang

a) Tác dụng bởi lực thẳng đứng P trong giai đoạn khai thác

b) Tác dụng bởi lực ngang H trong giai đoạn khai thác

2.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các loại trụ cầu khung

Bảng 2.1: Bảng so sánh ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của các loại trụ cầu

khung bê tông dự ứng lực thi công theo công nghệ hẫng

- Khi thi công cánh hẫng phải bố trí thêm đà giáo ván khuôn mở rộng trụ hoặc làm trụ tạm

- Chiều dài nhịp khoảng dưới 100m và chiều cao trụ không lớn

- Một số cầu ở Việt Nam đã được áp dụng loại trụ này là cầu Cửa Tùng (Quảng Trị), cầu

Dương), cầu Tân Đệ (Nam Định), cầu Thác Ông, Thác Bà (Yên Bái), cầu Tạ Khoa (Sơn La), cầu Vân Đồn (Quảng Ninh)

để lại không thu hồi được

- Vì EJ của trụ lớn nên sẽ phát sinh nội lực phụ co ngót, từ biến và nhiệt độ lớn, đặc biệt trong sơ đồ nhiều nhịp

- Chiều dài nhịp lớn hơn 100m và chiều cao trụ lớn(khoảng trên 30m) va xô tàu bè lớn

- Một số cầu được áp dụng ở Việt Nam như: cầu Lai Hà (Lai Châu), cầu Thanh Trì (Hà Nội)

Loại trụ Ưu điểm Nhược điểm Phạm vi áp dụng Trụ 2

- Đối với những trụ 2 tường có liên kết thanh giằng cần đặt biệt lưu ý khi thiết kế thanh giằng trụ vì tại đây sẽ xuất hiện lực kéo thanh giằng gây bất lợi với kết cấu bê tông cốt thép

- Chiều dài nhịp lớn hơn hoặc bằng 130m, chiều cao thân trụ lớn hơn 40m

- Một số cầu ở Việt Nam được áp dụng loại trụ này như: Tà Vinh (Quảng Nam), cầu Hang Tôm (Điện Biên), càu Pá Uôn (kỷ lục về chiều cao thân trụ ở VN), cầu Hàm Luông (kỷ lục về nhịp lớn ở VN)

- Thi công tương đối khó khăn

- Tốn đà giáo ván khuôn

để lắp dựng thân trụ

- Liên kết ngàm giữa hai nhánh chữ V và dầm chịu lực tương đối phức tạp, cần được nghiên cứu và tính toán kỹ

- Vị trí bệ móng hường nằm xấp xỉ với mực nước thông thuyền nên có thể

lớn hơn hoặc bằng 120m, chiều cao thân trụ lớn (20~40m)

được sử dụng nhiều trên thế giới nhưng ở Việt Nam mới được áo dụng ở 4 cầu: cầu Thủ Thiêm (tp Hồ Chí Mính), cầu Bến Thủy

Nguyệt Viên (Thanh Hóa), cầu Tân Vũ -

Loại trụ Ƣu điểm Nhƣợc điểm Phạm vi áp dụng