BÀI GIẢNG TÍN CHỈ CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU

Trường Đại học Giao thơng Vận tải BÀI GIẢNG TÍN CHỈ HỌC PHẦN : CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU BÀI GIẢNG TÍN CHỈ CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố & Cơng trình Thủy Division of Urban Transport and Coastal Engineering http://ctgttp.org Hà Nội, 2012 GIỚI THIỆU HỌC PHẦN  Tên học phần: CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU  Tên tiếng Anh: Bridge Concept  Mã số: GTP.01.02  Số tín học phần: 02  Thời gian học phần:  Lý thuyết:  Bài tập : 15 20  Thực hành:  Thảo luận: 10  Tự học: 60 Bộ môn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy GIỚI THIỆU HỌC PHẦN  Các khái niệm cơng trình giao thơng,  Cách lập phương án xây dựng cầu  Giới thiệu cấu tạo bản, bố trí, sở tính tốn tất thành phần cấu thành nên cơng trình cầu bao gồm: kết cấu phần trên, kết cấu phần dưới, thiết bị cầu khác gối cầu, khe co giãn, hệ thống thoát nước, chiếu sáng, lan can, lề người bộ…  Giới thiệu Tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 với số nội dung: qui định chung, thiết kế tổng thể, tải trọng hệ số tải trọng, tính tốn phân bố tải trọng theo phương ngang cầu Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy GIỚI THIỆU HỌC PHẦN CHƯƠNG 1: Tổng quan cơng trình xây dựng giao thơng CHƯƠNG 2: Các kết cấu thiết bị công trình cầu CHƯƠNG 3: Những vấn đề thiết kế xây dựng cầu CHƯƠNG 4: Phân tích, lập phương án thiết kế kỹ thuật, công nghệ lựa chọn phương án xây dựng công cầu Bộ môn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy GIỚI THIỆU HỌC PHẦN PHẦN BÀI TẬP & CHUYÊN ĐỀ THẢO LUẬN: BÀI TẬP /CHUYÊN ĐỀ 1: Phân tích số bố trí chung cầu thơng số cơng trình cầu thơng qua vẽ có sẵn BÀI TẬP /CHUYÊN ĐỀ 2: Phân tích phương pháp bố trí gối cầu khe co giãn BÀI TẬP /CHUYÊN ĐỀ 3: Tập lập hồ sơ cho bước dự án Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy GIỚI THIỆU HỌC PHẦN PHẦN TỰ HỌC: Hướng dẫn lập báo cáo dự án đầu tư, xác định cần thiết phải đầu tư Hướng dẫn lập phương án tổng thể cơng trình cầu Hướng dẫn lập phương án kết cấu phần cho cơng trình cầu Hướng dẫn lập phương án kết cấu phần cho cơng trình cầu Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy NỘI DUNG HỌC PHẦN TÀI LIỆU MÔN HỌC 1.GS.TS Nguyễn Viết Trung, ThS Nguyễn Thị Tuyết Trinh, ThS Nguyễn ĐỨc Thị Thu Định, KS Trần Anh Đạt - Giáo trình thiết kế phương án cầu, NXBXD, 2009 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Giao thông Vận tải,Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 272 – 05,; Bộ xây dựng, Tiêu chuẩn thiết kế đường đô thị yêu cầu thiết kế TCXDVN 104 – 07; Giáo trình Cầu BTCT – GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS TS Hồng Hà Giáo trình cầu thép [6] American Association of State Highway and Transportation Officials, Standard Specifications for Highway Bridges, 16th ed., AASHTO, Washington, D.C., 1996 [7] American Association of State Highway and Transportation Officials, Load Resistance Factor Design, AASHTO, Washington, D.C., 1996 [10] W.F.CHEN & J.Y.RICHARD LIEW, Civil Engineering Handbook Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy GIỚI THIỆU HỌC PHẦN ĐÁNH GIÁ HỌC TẬP:   Điểm đánh giá trình học tập : 30% trọng số  Chuyên cần : 10% trọng số  Kiểm tra kỳ, điểm tập, thảo luận: 20% trọng số Điểm kết thúc học phần : 70 % trọng số ĐIỀU KIỆN HỌC PHẦN:  Học phần tiên quyết:  Kết cấu bê tông  Kết cấu thép  Động lực học cơng trình  Cơ kết cấu,  Sức bền vật liệu  Vật liệu xây dựng Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy GIỚI THIỆU HỌC PHẦN NHIỆM VỤ SINH VIÊN:  Tham gia đầy đủ buổi học lý thuyết buổi thảo luận  Tự học, tự tìm hiểu tài liệu tham khảo phục vụ cho mơn học, biết làm việc theo nhóm  Nắm vững nội dung yêu cầu học phần  Làm đầy đủ tập tập lớn có  Tham gia đánh giá kết thúc học phần Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG GIAO THƠNG 1.1 TỔNG QUAN: Tuyến giao thông: Tuyến giao thông khái niệm cách thức để từ điểm A đến điểm B NATIONAL HIGHWAY No.1 Ví dụ: tuyến hình quốc lộ Có nhiều cách để từ A đến B: bộ, xe đạp, ôtô, tàu hoả, máy bay, tàu thủy… Tương ứng với phương tiện giao thơng cơng trình phục vụ cho giao thông đường, cầu, hầm, nút giao thông 10 20 Kilomet ers Bộ môn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 10 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH CẦU Căn vào tình hình địa chất dọc tim cầu, phải xác định sơ loại móng cầu đồng thời xác định phương án kết cấu nhịp (kết cấu tĩnh định hay siêu tĩnh) Trong trường hợp địa chất lại xấu mà chọn phương án trụ cao tình hình thi cơng phức tạp, giá thành trụ đắt, nên làm kết cấu nhịp dài Nếu địa chất tốt, tầng đất cứng nằm khơng sâu, điều kiện thi cơng dễ dàng dùng kết cấu nhịp siêu tĩnh, loại kết cấu nhịp cầu có lực đẩy ngang Mặt cắt dọc tim cầu: Nghiên cứu mặt cắt dọc tim cầu cho phép xác định vị trí mố trụ, tránh việc đặt trụ vào chỗ sâu nhất, phân bố nhịp thông thuyền, xác định độ dốc dọc cầu Mặt cắt ngang lòng sơng đối xứng nên bố trí kết cấu nhịp đối xứng để áp dụng đồ án điển hình giải pháp thi công cầu theo kiểu hàng loạt Bộ môn Công trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 132 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Các số liệu thuỷ văn - Mực nước thấp (MNTN) cho biết vị trí chỗ nước sâu sông mùa cạn, - MNTN cho biết giao thơng đường thuỷ gặp bất lợi Phải vào phân bố chiều sâu chiều rộng sơng mà bố trí nhịp thơng thuyền chiều rộng sơng Tuy nhiên với lòng sơng dễ xói lở cần tính đến khả di chuyển vực sâu chiều rộng sông theo thời gian ( trường hợp lòng sơng di chuyển vị trí), luồng lạch đường thuỷ cho tầu thuyền phải dịch chuyển theo Căn vào MNTN xác định cao độ đỉnh móng trụ sông (thường lấy thấp MNTN 0.5m) Căn vào cấp sông thông thuyền người ta xác định chiều cao thông thuyền cầu Từ mực nước cao (MNCN) xác định chiều rộng tính tốn độ cầu Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 133 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Mức nước thấp (MNTN) cho biết vị trí chỗ lòng 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 lỡ cần tính đến khả di chuyển vực sâu theo thời gian luồng lạch để tàu bè qua lại phải dịch chuyển theo bề rộng ngang sông Mặt khác vào MNTN ta định cao độ đỉnh móng trụ lòng sơng •Mực nước thơng thuyền (MNTT) tính tốn thường lấy mức nước lũ tần suất 5% Căn vào mực nước để xác định cao độ đáy kết cấu nhịp Mực nước cao (MNCN) lấy mức nước lũ tương ứng với tần suất 1% Căn mực nước để xác định độ nước cho cầu, chiều dài tồn cầu cao độ đáy kết cấu nhịp Bộ môn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 134 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH CẦU Lựa chọn vị trí cầu Vị trí hướng tuyến cầu cần chọn để thoả mãn u cầu an tồn giao thơng cầu cầu Cần xét đến thay đổi có tương lai hướng chiều rộng đường sông, đường đường sắt mà cầu vượt qua Tại nơi thích hợp cần xét tương lai có thêm cơng trình cho loại giao thông khác mở rộng 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 cơng 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 cấu khác gây nên - Về mặt môi trường phương án vị trí cầu cần đảm bảo giảm thiểu tác động bất lợi đến môi trường Bộ môn Công trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 135 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Khi xác định vị trí xây dựng cầu qua sông, kênh, rạch suối cần thực qui định sau:  Khi thiết kế phương án cầu mặt việc lựa chọn vị trí mặt đóng vai trò quan trọng Vị trí lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu mặt tuyến qui hoạch chung dự án Vị trí cầu vng góc khơng vng góc với dòng chảy Việc lựa chọn ảnh hưởng đến q trình tính tốn thiết kế sau để đảm bảo khả chịu lực độ ổn định biến dạng cơng trình Vị trí cầu định chiều dài cầu lớn hay nhỏ để đảm bảo độ thoát nước Tùy theo mà vị trí cầu đặt đoạn hẹp dòng sơng hay đoạn mở rộng dòng sơng tốt đặt đoạn sông thẳng để tránh xói lở Nếu cầu đặt đoạn hẹp dòng sơng cần lưu ý vấn đề xói vận tốc dốc chảy vị trí thắt hẹp dòng sơgn tăng lên Khi thiết kế trắc dọc cầu phải đảm bảo êm thuận tòan trắc dọc tuyến Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 136 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU  Cửa nước cầu phải đặt vng góc với hướng dòng chảy (sai lệch vị trí cầu bình đồ khơng lớn 10o), đoạn có lòng sơng ổn định, vị trí nước chảy khơng có xốy, bị bồi lắng nằm cách vị trí giao sơng tối thiểu 1,5 lần chiều dài nhịp nước cầu;  Vị trí kết cấu nhịp phải đặt trùng với trục dòng chảy, sở tính tốn dự báo khả biến đổi lòng sơng q trình khai thác cơng trình;  Phải đảm bảo để trục dòng chảy qua kết cấu nhịp cầu song song với thiết kế trụ cầu cho hướng dòng chảy vào phía nhịp nước Khơng để trụ cầu hướng dòng chảy làm xói lở mố cầu;  Chỉ cho phép hướng dòng chảy qua cầu lệch theo trục song song khơng q 10o;  Tốc độ dòng chảy khơng vượt q tốc độ nước tính tốn sau xây dựng cầu: 20% trường hợp tốc độ dòng chảy tự nhiên sơng nhỏ 2m/s 10% tốc độ dòng chảy tự nhiên sơng lớn 2,4m/s (đối với sơng có tốc độ dòng chảy tự nhiên nằm khoảng - 2,4m/s, tốc độ dòng chảy xác định theo phương pháp nội suy tuyến tính);  Phần thân trụ cầu tiếp xúc với dòng nước cần có cấu tạo mặt cắt ngang cho gây cản trở tới dòng chảy Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 137 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Số lượng nhịp kết cấu thoát nước xác định dựa sở phân tích, tính tốn thuỷ văn, phải xem xét, đánh giá đầy đủ mức độ ảnh hưởng cơng trình xây dựng mơi trường xung quanh Cửa xả nguồn nước qua cơng trình phải xem xét bố trí cho phù hợp Khơng cho phép xả nước gây xói lở đất cơng trình khác, đất định cư, đất rừng Các cầu đường sắt có đặt đường ray kết cấu ba-lát, cầu nhỏ cầu trung nằm đường ô tô cầu thành phố, cống phép bố trí thêm phận kết cấu để thiết kế lề đường vỉa hè Các cầu đường sắt, phần mặt cầu khơng có ba-lát độ dốc ngang không vượt 4% Đối với cầu gỗ dùng cho đường sắt phần mặt cầu khơng có ba-lát cho phép đặt độ dốc tới 15% nằm đường cong với bán kinh không nhỏ 250m Độ dốc dọc mặt cầu phần xe chạy phải thiết kế đảm bảo: không 3% cầu đường ô tô; 4% cầu thành phố 2% cầu lát mặt gỗ Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 138 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Chiều dài nhịp có lợi chiều cao 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 tiêu kinh tế - kỹ thuật, có xét đến phát triển khu vực năm tương lai, tới qui hoạch chung khu vực điều kiện khác địa phương Chiều dài nhịp có lợi phụ thuộc vào vấn đề lựa chọn loại móng mố trụ cầu, phụ thuộc vào hệ thống kết cấu nhịp sử dụng, phụ thuộc vào khổ giới hạn yếu tố khác như: điều kiện địa chất, thủy văn… Chiều dài nhịp kinh tế nhỏ hơn, lớn nhịp thông thuyền Tuỳ vào trường hợp cụ thể nên xét tới tính tiêu chuẩn hố, cơng nghiệp hóa thiết kế cơng trình cầu Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 139 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU ChiỊu cao tối thiểu thông thờng dùng cho kết cấu phần có chiều cao không đổi Chiều cao tối thiểu (gồm mặt cầu) Kết cấu phần Vật liệu Bê tông cốt thép Bê tông dự ứng lực Thép (khi dùng cấu kiện có chiều cao thay đổi thỡ phải hiệu chỉnh giá trị có tính đến nhng thay đổi độ cứng tơng đối mặt cắt mô men dơng âm) Loại hình Dầm giản đơn Dầm liên tục Bản có cốt thép chủ song song với phơng xe chạy 1.2 (S + 3000) S + 3000  165 mm DÇm T DÇm hép Dầm kết cấu cho ngời 30 0,070L 0,060L 0,035L 30 0,065L 0,055L 0,033L Bản 0,030L165mm 0,027L 165mm Dầm hộp đúc chỗ Dầm I đúc sẵn Dầm kết cấu cho ngời Dầm hộp liền kề Chiều cao toàn dầm I liên hợp Chiều cao phần dầm I dầm I liên hợp Giàn 0,045L 0.045L 0,033L 0,030L 0,040L 0,04L 0,04L 0,030L 0,025L 0,032L 0,033L 0,027L 0,100L 0,100L Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 140 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 141 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH CẦU APPROACH BRIDGE No.7 SCALE : : 300 A1 P1 EP1 VP1 VP2 Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy EP2 P2 P3 A2 142 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Các u cầu sử dụng khơng gian ngầm giới xây dựng cơng trình hầm giao thông Yêu cầu sử dụng không gian ngầm Khi thiết kế xây dựng cơng trình hầm giao thông phải sử dụng không gian ngầm tiết kiệm, chi phí xây dựng thấp khai thác cơng trình đạt hiệu cao a) Đối với hầm đường ô tô hầm đường sắt Không gian hầm bố trí đủ u cầu khổ giới hạn thơng xe tuyến xét đến nhu cầu mở rộng tương lai, bố trí hệ thống thiết bị phụ trợ hệ thống vận hành bảo dưỡng hầm Việc mở rộng không gian hầm kết hợp với mục tiêu khác phải cấp định đầu tư chấp thuận b) Đối với hầm giao thông đô thị Khi u cầu đặc biệt, khơng gian hầm đường sắt hầm đường ô tô đô thị phải tuân thủ yêu cầu nêu môc 4.5.1 Hầm cho người yêu cầu nêu trên, thiết kế xây dựng nên xem xét đến việc sử dụng không gian hầm cho mục tiêu khác kết hợp phải cấp định đầu tư chấp thuận Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 143 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Các u cầu thiết kế, xây dựng cơng trình hầm giao thơng: a) Khi lựa chọn vị trí tuyến hầm phải xem xét đến điều kiện địa hình, địa kỹ thuật, khí tượng thủy văn phù hợp với quy hoạch tổng thể khu vực, tổng thể tuyến đường, quy hoạch mạng lưới giao thông cấp định đầu tư phê duyệt b) Hầm giao thông phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, khai thác sử dụng, vệ sinh cơng nghiệp, phòng chống cháy nổ, an tồn giao thơng, chi phí thấp cho cơng tác tu bảo dưỡng suốt trình sử dụng c) Khi lập thiết kế phải đưa giải pháp phù hợp giải pháp công nghệ thi công nhằm hạn chế thấp khó khăn gặp phải đào hầm kiểm sốt chất lượng cơng trình giá thành xây dựng d) Hầm giao thông xây dựng phải đảm bảo khô ráo, phải thiết lập giải pháp lớp phòng nước, kết cấu ngăn cách nước giải pháp kỹ thuật đặc biệt khác, trường hợp không cho nước thấm chảy vào hầm e) Bề mặt bê tông hầm phải đảm bảo phẳng nhẵn, trường hợp khơng cho phép dùng vữa trát hồn thiện Khi có yêu cầu bề mặt bê tông hầm sơn loại sơn chịu nước Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 144 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH CẦU Các giai đoạn thực dự án bước thiết kế xây dựng cơng trình Xây dựng hầm giao thơng cấp có quy mơ vĩnh cửu bán vĩnh cửu phải thực thiết kế bước bao gồm thiết kế sở, thiết kế kỹ thuật thiết kế vẽ thi công a) Giai đoạn chọn tuyến: Thực lập báo caó đầu tư, dự án đầu tư tùy theo cấp cơng trình quy định nghị định Chính phủ quản lý dự án đầu tư xây dựng cơng trình b) Giai đoạn thiết kế chi tiết: Lập thiết kế kỹ thuật cơng trình c) Giai đoạn xây dựng: Lập thiết kế vẽ thi cơng Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 145 PHẦN BÀI TẬP/ CHUN ĐỀ BÀI TẬP /CHUYÊN ĐỀ 1: Phân tích số bố trí chung cầu thơng số cơng trình cầu thơng qua vẽ có sẵn BÀI TẬP /CHUYÊN ĐỀ 2: Phân tích phương pháp bố trí gối cầu khe co giãn BÀI TẬP /CHUYÊN ĐỀ 3: Tập lập hồ sơ cho bước dự án Bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy 146