Bai giang Tong luan cau-TCCCDK45

Ch ơng I : Khái niệm chung Ch ơng Khái niệm chung 1.1 Các loại công trình nhân tạo đ ờng 1.1.1 Công trình nhân tạo (CTNT) - Công trình nhân tạo (CTNT) đ ờng khái niệm chung thể công trình xây dựng nằm tuyến giao thông đ ờng ô tô, đ ờng sắt, gồm: + Những công trình v ợt qua ch ớng ngại thiên nhiên nh sông, suối, eo biển, thung lũng, + Những công trình v ợt qua tuyến giao thông khác: cầu v ợt đ ờng, + Những công trình chắn đất nh : t ờng chắn, kè, + Các loại CTNT chủ yếu gồm: cầu, công trình thoát n ớc nhỏ, t ờng chắn, hầm 1.1.2 Công trình Cầu - Cầu công trình để v ợt qua dòng n ớc, qua thung lũng, qua đ ờng, qua khu dân c , khu vực sản xuất khu th ơng mại kết cấu nhịp mố trụ móng Hình 1.1: Công trình Cầu 1.1.3 Công trình thoát n ớc nhỏ - Các công trình thoát n ớc nhỏ bao gồm : + Đ ờng tràn + Cầu tràn + Cống 1.1.3.1 - Đ ờng tràn - Đ ờng tràn công trình v ợt sông, có mặt đ ờng nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa khô n ớc đ ợc thoát hệ thống cống bố trí bên d ới, vào mùa m a, l u l ợng n ớc lớn cho phép n ớc chảy tràn qua mặt đ ờng nh ng xe cộ lại với tốc độ hạn chế Hình 1.2 : Công trình Đ ờng tràn - Phạm vi áp dụng: dòng sông suối có l u l ợng nhỏ, lũ xảy thời gian ngắn 1.1.3.2 - Cầu tràn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ¬ng I : Khái niệm chung - Cầu tràn công trình đ ợc thiết kế theo dạng cống hộpp đủ dòng chảy thông qua với l u l ợng định, v ợt l u l ợng n ớc tràn qua đ ờng nh ng xe cộ lại với tốc độ hạn chế Hình 1.3 : Công trình Cầu tràn - Thông th ờng cầu tràn đ ợc thiết kế d ới dạng cầu định hình có độ L 6m Loại phổ biến cầu mố nhẹ làm việc theo sơ đồ khớp - Phạm vi áp dụng: dòng chảy có l u l ợng nhỏ trung bình - Nh ợc điểm đ ờng tràn cầu tràn: + Giao thông bị gián đoạn xảy lũ lớn + Tạo nên ch ớng ngại vật lòng sông, cần ý chống xói lở cho công trình + Chỉ nên áp dụng cho tuyến đ ờng cấp thấp, dòng chảy có l u l ợng nhỏ, ổn định thời gian tËp trung lị ng¾n 1.1.3.3 - Cèng - Cèng công trình thoát n ớc qua dòng n ớc nhỏ, có l u l ợng dòng chảy nhỏ Q 40 50 m3/s - Chiều dày lớp đất đắp mặt cống tối thiểu 0,5m để phân bố áp lực bánh xe giảm lực xung kích 1.1.3.4 - T ờng chắn - T ờng chắn công trình chắn đất, đ ợc sử dụng xây dựng đ ờng điều kiện trì đ ợc độ dốc tự nhiên ta luy 1.1.3.5 - Hầm - Hầm công trình đ ợc xây dựng lòng đất, sử dụng tr ờng hợp sau: + Khi cao độ tuyến đ ờng thấp nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên: hầm xuyên qua núi + Khi tuyến đ ờng men theo s ờn núi có mái dốc lớn, địa chất xấu nh có đá lăn, đất tr ợt, ng ời ta dịch tuyến đ ờng vào núi xây dựng đ ờng hầm + Khi v ợt qua sông lớn, eo biển sâu mà việc xây dựng trụ cầu khó khăn, cầu cao, lúc xây dựng hầm qua sông, qua eo biển + Trong thành phố đông dân c , để đảm bảo giao thông nhanh chóng, xây dựng hầm lòng đất cho ng ời, xe cộ tàu điện qua - Các CTNT chiếm 10 15% giá thành xây dựng đ ờng ô tô Tại nơi tuyến đ ờng qua núi cao, sông lớn, giá thành công trình tăng lên nhiều Vì việc chọn loại công trình thích hợp, thiết kế đảm bảo tiêu chn kü tht cã ý nghÜa rÊt lín viƯc hạ giá thành xây dựng PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ơng I : Khái niệm chung 1.2 Các phận kích th ớc cầu 1.2.1 Các phận cầu - Bố trí chung công trình cầu: 0% 2% 0% 2% MNCn MNTT MNTT Hình 1.4: Cấu tạo chung công trình Cầu (1): Mè cÇu (4): KÕt cÊu mãng (2): Trơ cÇu (5): Mặt đ ờng xe chạy (3): Kết cấu nhịp (6): Nền đ ờng đầu cầu - Kết cấu phần trên: bao gồm + Kết cấu nhịp (KCN) + Đ ờng dẫn vào cầu (phạm vi 20m tính từ mố cầu) + Mặt đ ờng xe chạy + Khe co giÃn cầu + Gối cầu Tác dụng: tạo bề mặt cho xe chạy lề Ng ời cầu đảm bảo cho xe chạy êm thuận an toàn trình chuyển động cầu - KÕt cÊu phÇn d íi: bao gåm + Mè cầu + Trụ cầu + Nền móng Tác dụng: đỡ kết cấu nhịp truyền tải trọng từ kết cấu nhịp xuống đất Kết cấu phần d ới th ờng chiếm (40 60)% tổng giá thành xây dựng công trình) 1.2.2 Các kích th ớc cầu 1.2.2.1 Chiều dài nhịp tĩnh (Lo) - Khoảng cách tĩnh hai mép trụ tính theo MNCN gọi chiều dài nhịp tĩnh lo (tĩnh không cầu) Trong cầu nhiều nhịp, tĩnh không cầu tổng khoảng cách nhịp kề Lo = lo 1.1.2.2 Chiều dài nhịp - Chiều dài nhịp (Lnh): khoảng cách tính từ đầu dầm bên đến đầu dầm bên - Chiều dài tính toán nhịp (Ltt): khoảng cách tim gối nhịp Hình 1.5 : Chiều dài nhịp 1.1.2.3 Chiều dài toàn cầu - Là chiều dài tính từ đuôi mố bên đến đuôi mố bên Lcau Lnhip a xLmo PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ơng I : Khái niệm chung Trong : + Lnhip: chiều dài nhịp + a: Khe hở đầu dầm + Lmo: Chiều dài mố cầu 1.1.2.4 Các chiỊu cao thiÕt kÕ cÇu - ChiỊu cao tù d ới cầu (H): khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNCN MNTT - Chiều cao kiến trúc cầu (Hkt): khoảng cách tính từ đáy KCN đến mặt đ ờng xe chạy - Chiều cao cầu (H1): khoảng cách tính từ mặt đ ờng xe chạy đến mực n ớc thấp (đối với cầu v ợt qua dòng n ớc) đến mặt đất tự nhiên (đối với cầu cạn) 1.2.3 Các mùc n íc thiÕt kÕ - Mùc n íc cao nhÊt (MNCN): lµ mùc n íc lín nhÊt xt hiƯn sông ứng với tần suất lũ thiết kế P% Dựa vào MNCN để xác định độ cầu tính toán cao độ đáy dầm - Mực n ớc thÊp nhÊt (MNTN): lµ mùc n íc thÊp nhÊt xt sông ứng với tần suất lũ thiết kế P% Dựa vào MNTN để biết vị trí chỗ lòng sông n ớc sâu mùa cạn, vào để xác định vị trí nhịp thông thuyền Ngoài xác định cao độ đỉnh bệ móng trụ sông Mực n ớc cao mực n ớc thấp đ ợc xác định theo số liệu quan trắc thuỷ văn mực n ớc lũ, đ ợc tính toán theo tần suất P% quy định cầu đ ờng khác - Mực n ớc thông thuyền (MNTT): mực n ớc cao cho phép tàu bè lại d ới cầu cách an toàn Dựa vào MNTN chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm Tần suất lũ để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa cầu lớn 1% để tính MNTT 5% - Xác định cao độ đáy dầm: + Đáy dầm không đ ợc vi phạm tĩnh không thông thuyền thông xe d ới cầu đáy dầm vị trí phải cao MNCN 0,5m sông đồng 1,0m sông miền núi có đá lăn trôi + Tại nơi khô cạn cầu cạn, cầu v ợt cao độ đáy dầm vị trí phải cao mặt đất tự nhiên 1,0m + Cao độ đáy dầm phải cao MNTT cộng với chiều cao thông thuyền + Đỉnh xà mũ mố trụ phải cao MNCN tối thiểu 0,5m 1.3 Phân loại cầu phạm vi sử dụng 1.3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng - Cầu ôtô: Là công trình cầu cho tất ph ơng tiện giao thông Đ ờng ôtô nh : xe tải, xe gắn máy, xe thô sơ đoàn Ng ời hành - Cầu đ ờng sắt: Đ ợc xây dựng dành riêng cho xe lửa - Cầu bộ: Phục vụ dành riêng cho Ng ời - Cầu thành phố: cầu cho ô tô, xe điện, Ng ời - Cầu chạy chung: cầu cho ô tô, xe lửa, Ng êi ®i bé PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ơng I : Khái niệm chung - Cầu đặc bịêt: cầu phục vụ cho c¸c èng dÉn n íc, èng dÉn khÝ, èng dẫn đốt, dẫn dây cáp điện 1.3.2 Phân loại theo tr ớng ngại vật - Cầu thông th ờng (v ợt sông): Là công trình cầu đ ợc xây dựng v ợt qua dòng n ớc nh : sông, suối, khe sâu Hình 1.7 : Cầu v ợt sông - Cầu v ợt (cầu qua đ ờng): Là công trình cầu đ ợc thiết kế cho nút giao khác mức đ ờng ô tô đ ờng sắt Hình 1.8 : Cầu v ợt Đ ờng - Cầu cạn: Là công trình cầu đ ợc xây dựng mặt đất để làm cầu dẫn vào cầu - Cầu cao: Là công trình cầu bắc qua thung lũng khe sâu, trụ cầu có chiều cao > 20 25 m Hình 1.9: Cầu Cao - Cầu phao: Là công trình cầu đ ợc xây dựng hệ nhằm phục vụ cho mục đích Quân phục vụ giao thông thời gian ngắn Hình 1.10 : Cầu Phao - Cầu mở: Khi chiều cao thông thuyền lớn HTT 40 60m, xây dựng cầu cố định chiều dài cầu lớn, trụ, mố cao, giá thành công trình tăng lên nhiều, tr ờng hợp bố trí cầu mở Cầu mở cầu có nhịp đ ợc di chuyển khỏi vị trí để tàu bè qua lại khoảng thời gian định Có loại cầu mở sau: PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ¬ng I : Khái niệm chung + Cầu cất: KCN có thĨ më vỊ phÝa hc phÝa theo gãc 700 800 so với ph ơng nằm ngang + Cầu nâng: KCN đ ợc nâng hạ theo ph ơng thẳng đứng + Cầu quay: KCN quay mặt góc 900 Hình 1.11 : Cầu Cất Hình 1.12: Cầu Quay 1.3.3 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp - Cầu gỗ - Cầu đá - Cầu bê tông - Cầu bê tông cốt thép (BTCT) - Cầu thép 1.3.4 Phân loại theo cao độ đ êng xe ch¹y - T theo viƯc bè trÝ cao độ đ ờng xe chạy, phân thành: + Cầu có đ ờng xe chạy trên: đ ờng xe chạy đặt đỉnh KCN + Cầu có đ ờng xe chạy giữa: đ ờng xe chạy bố trí phạm vi kết cấu chịu lực PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ơng I : Khái niệm chung + Cầu có đ ờng xe chạy giữa: đ ờng xe chạy bố trí d ới kết cấu chịu lực 1.3.5 Phân loại theo sơ đồ chịu lực (tĩnh học) 1.3.5.1 - Kết cấu nhịp cầu dầm: - Đặc điểm: D ới tác dụng tải trọng thẳng đứng gối cầu truyền áp lực thẳng đứng Kết cấu nhịp cầu dầm cầu dầm giản đơn, cầu dầm giản đơn mút thừa cầu dầm liên tục Do có cấu tạo đơn giản, dễ thi công nên KCN cầu dầm đ ợc dùng phổ Hình 1.20: Kết cấu nhịp cầu dầm thép biến - Các loại kết cấu nhịp cầu dầm: + Cầu dầm thép + Cầu dầm BTCT th ờng BTCT DƯL - KCN dầm: dầm liên tục, dầm giản đơn dầm mút thừa M M Hình 1.16: Kết cấu nhịp giản đơn Hình 1.17: Sơ đồ KCN giản đơn mút thừa M Hình 1.18: Sơ đồ KCN hẫng + Nhịp đeo PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ơng I : Khái niệm chung M Hình 1.19: Sơ đồ KCN liên tục 1.3.5.2 - Kết cấu nhịp cầu dàn Hình 1.21: Kết cấu nhịp cầu dàn - Kết cấu chịu lực kết cấu nhịp cầu dàn mặt phẳng dàn, với dàn chịu lực dọc trục (kéo nén) Chiều cao dàn lớn nên khả chịu lực v ợt nhịp kết cấu nhịp cầu dàn lớn so với kết cấu nhịp cầu dầm Nh ợc điểm kết cấu nhịp cầu dàn cấu tạo thi công phức tạp - KCN cầu dàn th ờng áp dụng cho cầu chịu tải trọng lớn nh cầu đ ờng sắt 1.3.5.3 - Kết cấu nhịp cầu vòm Hình 1.22: Kết cấu nhịp cầu vòm - D ới tác dụng tải trọng thẳng đứng gối cầu có phản lực thẳng đứng V, phản lực nằm ngang H mômen uốn M nên ng ời ta gọi vòm dạng kết cấu có lực đẩy ngang Cầu vòm có khả chịu lực lớn dạng cầu dàn vòm, nhiên kết cấu có cấu tạo phức tạp nên đ ợc áp dụng - Kết cấu nhịp cầu vòm th ờng đ ợc áp dụng cho cầu bắc qua khe sâu, qua thung lũng nơi yêu cầu tính thẩm mỹ cao công trình cầu 1.3.5.4 - Kết cấu nhịp cầu khung - Trụ dầm đ ợc liên kết cứng với để chịu lực Phản lực gối gồm thành phần thẳng đứng V thành phần nằm ngang H PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ¬ng I : Khái niệm chung Hình 1.23: KCN Cầu khung 1.3.5.5 - Kết cấu nhịp cầu treo - Bộ phận chịu lực chủ yếu cầu treo dây cáp dây xích đỡ hệ mặt cầu (dầm dàn) Do quan điểm tĩnh học, cầu treo hệ thống tổ hợp dây dầm (hoặc dàn) - Có thể phân cầu treo thành loại : + Cầu treo dây võng (gọi tắt cầu treo) + Cầu treo dây xiên (cầu dây văng) - Cầu treo dây xiên (Cầu dây văng): Đây kết cầu dầm cứng tựa gối cứng gối cầu mố trụ gối đàn hồi dây văng Dây văng dầm chủ tạo nên hệ bất biến hính hệ có độ cứng lớn so với cầu treo Hình 1.24: Kết cấu nhịp Cầu dây văng - Cầu treo dây võng (Cầu treo): Trong cầu treo, dây làm việc chủ yếu chịu kéo chỗ neo cáp có lực nhổ lớn kết cấu nhịp cầu treo vị trí mố ta phải cấu tạo hố neo lớn phức tạp Hình 1.25: Kết cấu nhịp Cầu treo dây võng 1.3.6.3 Một số cầu điển hình đất n ớc - Cầu Sông Hàn: + Tỉnh Đà Nẵng + Sơ đồ: 54,5 + 54,5m + Kết cấu nhịp: cầu dây văng nhịp, quay quang trơ th¸p PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Ch ơng I : Khái niệm chung - Cầu Mỹ Thuận: + Tỉnh Vĩnh Long + Sơ ®å: 150 + 350 + 150m + KÕt cÊu nhÞp: BTCT dự ứng lực thi công đúc hẫng - Cầu Kiền: + Thành phố Hải Phòng + Sơ đồ: 84,5 + 200 + 84,5m + KÕt cÊu nhÞp: BTCT dù ứng lực thi công lắp hẫng 10 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com