Bai giang Co so cong trinh cau

MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ CÁC CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG 1.1 CÁC LOẠI CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG: 1.1.1 Cầu: 1.1.2 Các cơng trình nước nhỏ: 1.1.3 Tường chắn: 10 1.1.4 Hầm: 10 1.2 CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU: 13 1.2.1 Các phận công trình cầu: 13 1.2.2 Các kích thước cầu: 13 1.3 PHÂN LOẠI CẦU: 15 1.3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng: 15 1.3.2 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp: 15 1.3.3 Phân loại theo chướng ngại vật: 15 1.3.4 Phân loại theo cao độ đường xe chạy: 19 1.3.5 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học: 20 1.3.6 Phân loại theo sơ đồ cấu tạo: 21 1.4 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI CẦU: 24 1.4.1 Yêu cầu mặt xây dựng khai thác: 24 1.4.2 Yêu cầu mặt kinh tế: 25 1.4.3 Yêu cầu mặt mỹ quan: 25 1.4.4 Yêu cầu mặt an ninh quốc phòng: 25 1.5 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGÀNH XD CẦU: 25 1.5.1 Sơ lược lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu: 25 1.5.1.1 Cầu gỗ: 25 1.5.1.2 Cầu đá: 25 1.5.1.3 Cầu thép: 26 1.5.1.4 Cầu bêtông cốt thép: 26 1.5.2 Một số xu hướng phát triển khoa học kỹ thuật ngành xây dựng cầu: 29 1.5.2.1 Về vật liệu: 29 1.5.2.2 Về kết cấu: 29 1.5.2.3 Về công nghệ thi công: 29 1.5.2.4 Về tính tốn: 29 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 2: 30 CÁC CĂN CỨ CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ CẦU 30 2.1 CÁC GIAI ĐOẠN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ: 30 2.1.1 Các giai đoạn đầu tư xây dựng: 30 2.1.1.1 Chuẩn bị đầu tư: 30 2.1.1.2 Thực đầu tư: 32 2.1.1.3 Kết thúc xây dựng đưa cơng trình vào khai thác sử dụng: 33 2.1.2 Các bước thiết kế: 33 2.2 TRIẾT LÝ THIẾT KẾ: 34 2.2.1 Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép: (ASD) 35 2.2.2 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: (LFD) 35 2.2.3 Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn (LSD): 36 2.2.4 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng (LRFD): 37 2.3 CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU HIỆN HÀNH: 38 CHƯƠNG 3: 39 THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU 39 3.1 CÁC CĂN CỨ LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU: 39 3.1.1 Khái niệm chung: 39 3.1.2 Phân tích tài liệu thiết kế phương án cầu: 39 3.1.2.1 Chọn vị trí cầu: 39 3.1.2.2 Mặt cắt dọc tim cầu: 40 3.1.2.3 Mặt cắt địa chất dọc tim cầu: 40 3.1.2.4 Các số liệu thủy văn: 40 3.1.2.5 Khẩu độ thoát nước: 40 3.1.3 Khổ giới hạn khổ thông thuyền: 41 3.1.3.1 Khổ giới hạn: 41 3.1.3.2 Khổ thông thuyền: 41 3.2 THÀNH LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU: 42 3.2.1 Xác định tổng chiều dài kết cấu nhịp: 42 3.2.2 Chọn bố trí nhịp cầu: 42 3.2.2.1 Xác định vị trí độ nhịp chủ: 42 3.2.2.2 Chọn dạng phân chia kết cấu nhịp: 43 3.2.3 Xây dựng đường mặt cầu: 44 3.2.4 Xây dựng đường đáy kết cấu nhịp: 44 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 3.2.5 Áp kết cấu nhịp vào mặt cắt sông: 44 3.2.6 Xác định chiều cao mố, trụ: 44 3.3 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CƠNG TRÌNH VÀ TỔNG MỨC ĐẦU TƯ: 45 3.4 THIẾT KẾ THẨM MỸ VÀ CẢNH QUAN: 45 3.5 SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: 45 CHƯƠNG 4: 46 MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 46 4.1 CẤU TẠO MẶT CẦU: 46 4.1.1 Mặt cầu ôtô: 46 4.1.1.1 Mặt cầu bêtông Atphalt: 46 4.1.1.2 Mặt cầu bêtông ximăng: 47 4.1.1.3 Mặt cầu thép: 48 4.1.2 Mặt cầu đường sắt: 50 4.1.2.1 Mặt cầu có máng đá balát: 50 4.1.2.2 Mặt cầu trần (tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm): 51 4.1.2.3 Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên mặt cầu: 52 4.2 PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRÊN CẦU: 53 4.2.1 Độ dốc phòng nước cầu: 53 4.2.1.1 Độ dốc dọc cầu: 53 4.2.1.2 Độ dốc ngang cầu: 54 4.2.2 Ống thoát nước cầu: 55 4.2.2.1 Yêu cầu: 55 4.2.2.2 Cấu tạo ống thoát nước: 55 4.2.2.3 Ngun tắc bố trí ống nước: 57 4.3 KHE CO GIÃN TRÊN CẦU: 58 4.3.1 Vai trò khe co giãn: 58 4.3.2 Yêu cầu khe co giãn: 59 4.3.3 Các loại khe co giãn: 59 4.3.3.1 Khe co giãn hở: 59 4.3.3.2 Khe co giãn kín: 60 4.3.3.3 Khe co giãn cao su chịu nén: 60 4.3.3.4 Khe co giãn cao su thép: 61 4.3.3.5 Khe co giãn thép trượt: 61 4.3.3.6 Khe co giãn lược, cưa: 62 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 4.3.3.7 Khe co giãn môđun: 63 4.4 MẶT CẦU LIÊN TỤC NHIỆT ĐỘ: 64 4.4.1 Sự cần thiết bố trí mặt cầu liên tục nhiệt độ: 64 4.4.2 Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ: 64 4.4.3 Đặc điểm làm việc: 65 4.4.4 Ưu, nhược điểm: 65 4.5 LỀ NGƯỜI ĐI VÀ LAN CAN: 65 4.5.1 Lề người đi: 65 4.5.2 Lan can: 66 4.6 NỐI TIẾP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẦU: 68 4.6.1 Yêu cầu nối tiếp từ đường vào cầu: 68 4.6.2 Nối tiếp đường cầu đường ôtô: 68 4.6.3 Nối tiếp đường cầu đường sắt: 70 CHƯƠNG 5: 71 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU 71 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 71 5.1.1 Đặc điểm chung: 71 5.1.2 Mố cầu: 71 5.1.3 Trụ cầu: 71 5.2 PHÂN LOẠI MỐ TRỤ CẦU: 72 5.2.1 Theo sơ đồ tĩnh học: 72 5.2.2 Theo độ cứng dọc cầu: 73 5.2.3 Theo vật liệu: 73 5.2.4 Theo phương pháp xây dựng: 73 5.2.5 Theo hình thức cấu tạo: 73 5.3 NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CB CỦA MỐ TRỤ CẦU: 73 5.3.1 Vị trí mố trụ: 73 5.3.2 Cao độ đỉnh móng: 74 5.3.3 Cao độ đỉnh xà mũ mố trụ: 74 5.3.3.1 Cao độ đỉnh xà mũ trụ: 74 5.3.3.2 Cao độ đỉnh xà mũ mố: 75 5.3.4 Kích thước xà mũ mố trụ mặt bằng: 75 CHƯƠNG 6: 77 CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM 77 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 6.1 CẤU TẠO MỐ CẦU DẦM: 77 6.1.1 Vai trò nhiệm vụ mố cầu: 77 6.1.1.1 Vai trò mố cầu: 77 6.1.1.2 Nhiệm vụ phận mố cầu: 77 6.1.2 Sự phát triển loại mố cầu dầm: 78 6.1.2.1 Mố chữ nhật - quan niệm ban đầu mố cầu: 78 6.1.2.2 Mố kê - dạng hợp lý mố chữ nhật: 78 6.1.2.3 Mố chữ U - khoét bỏ vật liệu lòng mố: 79 6.1.2.4 Mố có tường cánh ngang, tường cánh xiên - xoay tường cánh mố chữ U: 80 6.1.2.5 Mố chữ T, chữ thập - khoét bỏ vật liệu hai bên: 81 6.1.2.6 Mố rỗng vòm dọc, vòm ngang - khoét rỗng ruột mố: 81 6.1.2.7 Mố vùi - tường trước tường cánh có cấu tạo thích hợp chơn vào đất: 82 6.1.2.8 Các dạng mố cầu có sơ đồ chịu lực thay đổi: 84 6.1.3 Cấu tạo mố cầu dầm tồn khối đường ơtơ: 85 6.1.3.1 Mố chữ U: 85 6.1.3.2 Mố vùi: 90 6.2 CẤU TẠO TRỤ CẦU DẦM: 92 6.2.1 Các phận trụ cầu: 92 6.2.1.1 Xà mũ trụ: 93 6.2.1.2 Thân trụ: 93 6.2.1.3 Móng trụ: 94 6.2.2 Các loại trụ cầu: 94 6.2.2.1 Phân loại theo phương pháp thi công: 94 6.2.2.2 Phân loại theo hình thức cấu tạo: 97 6.3 CÁC DẠNG KẾT CẤU MỐ TRỤ KHÁC: 101 CHƯƠNG 7: 102 CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU 102 7.1 KHÁI NIỆM VỀ ỨNG XỬ TẢI TRỌNG: 102 7.2 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG: 102 7.2.1 Theo 22TCN18-79: 102 7.2.1.1 Các trạng thái giới hạn: 102 7.2.1.2 Tải trọng: 102 7.2.1.3 Tổ hợp tải trọng: 104 7.2.2 Theo 22TCN272-05: 105 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 7.2.2.1 Các trạng thái giới hạn: 105 7.2.2.2 Tải trọng tổ hợp tải trọng: 105 7.3 CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU: 109 7.3.1 Nguyên tắc chung: 109 7.3.2 Phương pháp phân tích kết cấu theo mơ hình khơng gian: 109 7.3.3 Phương pháp phân tích kết cấu theo mơ hình phẳng: 110 7.4 MƠ HÌNH BÀI TỐN PHẲNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG: 111 7.4.1 Ngun tắc tính tốn: 111 7.4.2 Các nhóm phương pháp tính tốn hệ số phân bố tải trọng: 111 7.4.2.1 Nhóm 1: Phương pháp dầm + mạng dầm: 111 7.4.2.2 Nhóm 2: Phương pháp thành mỏng: 112 7.4.2.3 Nhóm 3: Phương pháp bản: 112 7.4.2.4 Nhóm 4: Phương pháp phần tử hữu hạn: 112 7.4.3 Phương pháp tính tốn hệ số phân bố tải trọng theo 22TCN272-05: 112 7.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỚI TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU: 112 CHƯƠNG 8: 113 TÍNH TỐN MỐ TRỤ CẦU DẦM 113 8.1 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ TRỤ CẦU: 113 8.1.1 Tải trọng thường xuyên: 113 8.1.2 Tải trọng tức thời: 113 8.1.3 Tính tốn số loại tải trọng: 113 8.1.3.1 Áp lực ngang đất (EH) áp lực đất hoạt tải (LS): 113 8.1.3.2 Lực ma sát âm (DD): 117 8.1.3.3 Hoạt tải xe ôtô (LL): 117 8.1.3.4 Lực hãm xe (BR): 118 8.1.3.5 Lực ma sát gối cầu (FR): 118 8.2 CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ CẦU DẦM: 118 8.2.1 Các mặt cắt kiểm toán: 118 8.2.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu dầm: 119 8.3 CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ CẦU DẦM: 120 8.3.1 Các mặt cắt kiểm toán: 120 8.3.2 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mố cầu dầm: 120 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 8.3.2.1 Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng: 120 8.3.2.2 Tổ hợp tải trọng I: Bất lợi sông 121 8.3.2.3 Tổ hợp tải trọng II: Bất lợi vào bờ 121 8.4 TÍNH DUYỆT MỐ TRỤ CẦU DẦM: 121 8.4.1 Tính duyệt theo TTGH cường độ: 121 8.4.1.1 Tính duyệt khả chịu uốn: 121 8.4.1.2 Tính duyệt khả chịu cắt: 123 8.4.1.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: 123 8.4.1.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: 123 8.4.1.5 Cự ly tối đa cốt thép ngang: 124 8.4.2 Tính duyệt theo TTGH sử dụng: 124 CHƯƠNG 9: 125 GỐI CẦU 125 9.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 125 9.1.1 Vai trò gối cầu: 125 9.1.2 Nguyên tắc bố trí gối cầu: 125 9.1.2.1 Bố trí mặt chính: 125 9.1.2.2 Bố trí mặt bằng: 126 9.2 CẤU TẠO GỐI CẦU: 127 9.2.1 Gối cầu dầm BTCT: 127 9.2.1.1 Gối tiếp tuyến: 127 9.2.1.2 Gối lăn: 128 9.2.1.3 Gối chậu: 129 9.2.1.4 Gối cao su thép: 129 9.2.2 Gối cầu dầm dàn thép: 130 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ CÁC CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG 1.1 CÁC LOẠI CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG: - Khái niệm: Là kết cấu người xây dựng đường cho phép vượt qua chướng ngại vật để đảm bảo giao thơng - Cơng trình nhân tạo đường bao gồm: + Cơng trình vượt sơng, suối, thung lũng,…: Cầu, hầm + Cơng trình chắn đất: Tường chắn + Cơng trình nước nhỏ: Cống, đường tràn, cầu tràn 1.1.1 Cầu: Cầu cơng trình để vượt qua dòng nước, qua thung lũng, qua đường, qua khu vực sản xuất, khu thương mại qua khu dân cư Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 cầu kết cấu vượt độ không 6m tạo thành phần đường Hình 1.1a: Mơ hình cơng trình cầu Hình 1.1b: Cầu Bixby (Hoa kỳ) Hình 1.1c: Cầu Nanpu (Trung Quốc) 1.1.2 Các cơng trình nước nhỏ: - Đường tràn cơng trình có mặt đường nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa mưa nước chảy tràn qua mặt đường xe cộ lại Có thể đặt cống bên để thoát nước Áp dụng: Cho dịng chảy có lưu lượng nhỏ, có lũ xảy thời gian ngắn Hình 1.2a: Mơ hình đường tràn BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU Hình 1.2b: Cơng trình đường tràn thực tế - Cầu tràn cơng trình thiết kế dành lối thoát nước đường, đủ để dịng chảy thơng qua với lưu lượng định Khi vượt lưu lượng này, nước tràn qua đường Áp dụng: Cho dịng chảy có lưu lượng nhỏ trung bình tương đối kéo dài năm Hình 1.3a: Mơ hình cầu tràn Hình 1.3b: Cơng trình cầu tràn thực tế - Cống cơng trình nước chủ yếu qua dịng nước nhỏ, có lưu lượng nhỏ (Q  40  50 m3/s) Quy định: Chiều dày lớp đất đắp đỉnh cống ≥ 0.5m để phân bố áp lực bánh xe giảm lực xung kích Hình 1.4a: Mơ hình cống nước qua đường BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU Hình 1.4b: Cơng trình cống thực tế 1.1.3 Tường chắn: Tường chắn cơng trình chắn đất, xây dựng nhằm đảm bảo ổn định độ dốc taluy đường Hình 1.5: Cơng trình tường chắn 1.1.4 Hầm: Hầm cơng trình có cao độ tuyến đường thấp nhiều so với mặt đất tự nhiên Tùy theo mục đích sử dụng có cơng trình hầm sau: - Hầm vượt núi: Là hầm xây dựng xuyên qua núi, có cao độ tuyến đường thấp nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên Hình 1.6a: Mơ hình hầm vượt núi BỘ MƠN CẦU HẦM - CSII 10 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II ... 57 4.3 KHE CO GIÃN TRÊN CẦU: 58 4.3.1 Vai trò khe co giãn: 58 4.3.2 Yêu cầu khe co giãn: 59 4.3.3 Các loại khe co giãn: 59 4.3.3.1 Khe co giãn hở: ... 4.3.3.2 Khe co giãn kín: 60 4.3.3.3 Khe co giãn cao su chịu nén: 60 4.3.3.4 Khe co giãn cao su thép: 61 4.3.3.5 Khe co giãn thép trượt: 61 4.3.3.6 Khe co giãn... tuyến đường thấp nhiều so với mặt đất tự nhiên Tùy theo mục đích sử dụng có cơng trình hầm sau: - Hầm vượt núi: Là hầm xây dựng xuyên qua núi, có cao độ tuyến đường thấp nhiều so với cao độ mặt đất