Bai giang Co so cong trinh cau - T.Hung

BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP HCM KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN CẦU HẦM  GV: DIỆP THÀNH HƯNG BM: CẦU HẦM BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH CẦU 1.1 CÁC LOẠI CƠNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG: 1.1.1 Cầu: 1.1.2 Các cơng trình thoát nước nhỏ: 1.1.3 Tường chắn: 11 1.1.4 Hầm: 11 1.2 CÁC BỘ PHẬN, KÍCH THƯỚC VÀ CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA CƠNG TRÌNH CẦU: 14 1.2.1 Các phận cơng trình cầu: 14 1.2.2 Kích thước thơng số cơng trình cầu: 14 1.3 PHÂN LOẠI CẦU: 16 1.3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng: 16 1.3.2 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp: 16 1.3.3 Phân loại theo chướng ngại vật: 16 1.3.4 Phân loại theo cao độ đường xe chạy: 20 1.3.5 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học: 21 1.3.6 Phân loại theo sơ đồ cấu tạo: 22 1.4 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI CẦU: 25 1.4.1 Yêu cầu mặt xây dựng khai thác: 25 1.4.2 Yêu cầu mặt kinh tế: 26 1.4.3 Yêu cầu mặt mỹ quan: 26 1.4.4 Yêu cầu mặt an ninh quốc phòng: 26 1.5 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGÀNH CẦU: 26 1.5.1 Sơ lược lịch sử phát triển ngành cầu: 26 1.5.1.1 Cầu gỗ: 26 1.5.1.2 Cầu đá: 26 1.5.1.3 Cầu thép: 27 1.5.1.4 Cầu bêtông cốt thép: 27 1.5.2 Một số phương hướng phát triển ngành cầu: 30 1.5.2.1 Về vật liệu: 30 1.5.2.2 Về kết cấu: 30 1.5.2.3 Về công nghệ thi công: 30 1.5.2.4 Về tính toán: 30 BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 2: 31 CƠ SỞ THIẾT KẾ CẦU 31 2.1 CÁC GIAI ĐOẠN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ: 31 2.1.1 Các giai đoạn đầu tư xây dựng: 31 2.1.1.1 Chuẩn bị đầu tư: 31 2.1.1.2 Thực đầu tư: 33 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: 34 2.2.2 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: 35 2.2.3 Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn: 35 2.2.4 Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng: 36 2.3 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU: 38 2.3.1 Các tiêu chuẩn thiết kế cầu Việt Nam: 38 2.3.2 Tiêu chuẩn 22TCN18-79: 38 2.3.2.1 Các trạng thái giới hạn: 38 2.3.2.2 Tải trọng: 38 2.3.2.3 Tổ hợp tải trọng: 41 2.3.3 Tiêu chuẩn 22TCN272-05: 41 2.3.3.1 Các trạng thái giới hạn: 41 2.3.3.2 Tải trọng: 42 2.3.3.3 Hệ số tải trọng: 58 2.3.3.4 Tổ hợp tải trọng: 59 CHƯƠNG 3: 60 MẶT CẦU VÀ CÁC THIẾT BỊ TRÊN CẦU 60 3.1 MẶT CẦU ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT: 60 3.1.1 Mặt cầu ôtô: 60 3.1.1.1 Mặt cầu bêtông Atphalt: 60 3.1.1.2 Mặt cầu bêtông ximăng: 61 3.1.1.3 Mặt cầu thép: 62 3.1.2 Mặt cầu đường sắt: 64 3.1.2.1 Mặt cầu có máng đá balát: 64 3.1.2.2 Mặt cầu trần: 65 3.1.2.3 Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên mặt cầu: 66 BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 3.2 PHỊNG NƯỚC VÀ THỐT NƯỚC TRÊN CẦU: 67 3.2.1 Độ dốc phòng nước cầu: 67 3.2.1.1 Độ dốc dọc cầu: 67 3.2.1.2 Độ dốc ngang cầu: 68 3.2.2 Ống thoát nước cầu: 69 3.2.2.1 Yêu cầu: 69 3.2.2.2 Cấu tạo ống thoát nước: 69 3.2.2.3 Nguyên tắc bố trí ống thoát nước: 71 3.3 KHE CO GIÃN: 72 3.3.1 Vai trò khe co giãn: 72 3.3.2 Yêu cầu khe co giãn: 73 3.3.3 Các loại khe co giãn: 73 3.3.3.1 Khe co giãn hở: 73 3.3.3.2 Khe co giãn kín: 74 3.3.3.3 Khe co giãn cao su chịu nén: 74 3.3.3.4 Khe co giãn cao su thép: 75 3.3.3.5 Khe co giãn thép trượt: 75 3.3.3.6 Khe co giãn lược, cưa: 76 3.3.3.7 Khe co giãn môđun: 77 3.4 MẶT CẦU LIÊN TỤC NHIỆT ĐỘ: 78 3.4.1 Sự cần thiết bố trí mặt cầu liên tục nhiệt độ: 78 3.4.2 Cấu tạo mặt cầu liên tục nhiệt độ: 78 3.4.3 Đặc điểm làm việc: 79 3.4.4 Ưu, nhược điểm: 79 3.5 LỀ NGƯỜI ĐI VÀ LAN CAN: 79 3.5.1 Lề người đi: 79 3.5.2 Lan can: 80 3.6 NỐI TIẾP GIỮA ĐƯỜNG VÀ CẦU: 82 3.6.1 Yêu cầu nối tiếp từ đường vào cầu: 82 3.6.2 Nối tiếp đường cầu đường ôtô: 82 3.6.3 Nối tiếp đường cầu đường sắt: 84 3.7 BIỂN BÁO TRÊN CẦU: 84 3.8 CHIẾU SÁNG TRÊN CẦU: 84 CHƯƠNG 4: 85 GỐI CẦU 85 BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 85 4.1.1 Vai trò gối cầu: 85 4.1.2 Nguyên tắc bố trí gối cầu: 85 4.1.2.1 Bố trí mặt chính: 85 4.1.2.2 Bố trí mặt bằng: 86 4.2 CÁC LOẠI GỐI CẦU: 87 4.2.1 Gối cầu dầm BTCT: 87 4.2.1.1 Gối tiếp tuyến: 87 4.2.1.2 Gối cao su thép: 88 4.2.1.3 Gối chậu: 88 4.2.2 Gối cầu dầm cầu dàn thép: 89 4.3 NGUYÊN LÝ TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN GỐI CẦU: 91 CHƯƠNG 5: 92 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU 92 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 92 5.1.1 Đặc điểm chung: 92 5.1.2 Mố cầu: 92 5.1.3 Trụ cầu: 92 5.2 PHÂN LOẠI MỐ TRỤ CẦU: 93 5.2.1 Theo sơ đồ cấu tạo: 93 5.2.2 Theo độ cứng dọc cầu: 94 5.2.3 Theo vật liệu: 94 5.2.4 Theo phương pháp xây dựng: 94 5.2.5 Theo hình thức cấu tạo: 94 5.3 NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH CÁC KT CƠ BẢN CỦA MỐ TRỤ CẦU: 94 5.3.1 Vị trí mố trụ: 94 5.3.2 Cao độ đỉnh móng: 95 5.3.3 Cao độ đỉnh xà mũ mố trụ: 95 5.3.3.1 Cao độ đỉnh xà mũ trụ: 95 5.3.3.2 Cao độ đỉnh xà mũ mố: 96 5.3.4 Kích thước xà mũ mố trụ mặt bằng: 96 CHƯƠNG 6: 98 CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM 98 6.1 CẤU TẠO MỐ CẦU DẦM: 98 6.1.1 Các phận mố cầu: 98 BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 6.1.1.1 Tường đỉnh: 98 6.1.1.2 Xà mũ mố: 98 6.1.1.3 Tường thân mố: 98 6.1.1.4 Tường cánh: 99 6.1.1.5 Móng mố: 99 6.1.1.6 Đất đắp taluy mố: 99 6.1.1.7 Tường tai: 99 6.1.1.8 Vai kê: 99 6.1.1.9 Bản độ: 99 6.1.2 Sự phát triển loại mố cầu dầm: 99 6.1.2.1 Mố chữ nhật - quan niệm ban đầu mố cầu: 99 6.1.2.2 Mố kê - dạng hợp lý mố chữ nhật: 100 6.1.2.3 Mố chữ U - khoét bỏ vật liệu lòng mố: 101 6.1.2.4 Mố có tường cánh ngang, tường cánh xiên - xoay tường cánh mố chữ U: 101 6.1.2.5 Mố chữ T, chữ thập - khoét bỏ vật liệu hai bên: 102 6.1.2.6 Mố rỗng vòm dọc, vòm ngang - khoét rỗng ruột mố: 103 6.1.2.7 Mố vùi - tường trước tường cánh có cấu tạo thích hợp chơn vào đất: 104 6.1.2.8 Các dạng mố cầu có sơ đồ chịu lực thay đổi: 105 6.1.3 Cấu tạo mố cầu dầm tồn khối đường ơtơ: 106 6.1.3.1 Mố chữ U: 106 6.1.3.2 Mố vùi: 110 6.2 CẤU TẠO TRỤ CẦU DẦM: 112 6.2.1 Các phận trụ cầu: 112 6.2.1.1 Xà mũ trụ: 112 6.2.1.2 Thân trụ: 113 6.2.1.3 Bệ móng: 113 6.2.2 Các loại trụ cầu: 114 6.2.2.1 Phân loại theo phương pháp thi công: 114 6.2.2.2 Phân loại theo hình thức cấu tạo: 117 CHƯƠNG 7: 122 TÍNH TỐN MỐ TRỤ CẦU DẦM 122 7.1 TÍNH TỐN MỐ CẦU DẦM: 122 7.1.1 Các mặt cắt tính tốn mố: 122 7.1.2 Các tải trọng tác dụng lên mố: 123 BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 7.1.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mố: 123 7.1.3.1 Nguyên tắc thành lập tổ hợp tải trọng: 123 7.1.3.2 Tổ hợp tải trọng I: Bất lợi sông 123 7.1.3.3 Tổ hợp tải trọng II: Bất lợi vào bờ 123 7.2 TÍNH TỐN TRỤ CẦU DẦM: 124 7.2.1 Các mặt cắt tính tốn trụ: 124 7.2.2 Các tải trọng tác dụng lên trụ: 124 7.2.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ: 125 7.3 TÍNH DUYỆT MỐ TRỤ CẦU DẦM: 126 7.3.1 Tính duyệt theo TTGH cường độ: 126 7.3.1.1 Tính duyệt khả chịu uốn: 126 7.3.1.2 Tính duyệt khả chịu cắt: 127 7.3.1.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: 128 7.3.1.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: 128 7.3.1.5 Cự ly tối đa cốt thép ngang: 128 7.3.2 Tính duyệt theo TTGH sử dụng: 129 CHƯƠNG 8: 130 THÀNH LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU 130 8.1 CÁC CĂN CỨ LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU: 130 8.1.1 Khái niệm chung: 130 8.1.2 Phân tích tài liệu thiết kế phương án cầu: 130 8.1.2.1 Chọn vị trí cầu: 130 8.1.2.2 Mặt cắt dọc tim cầu: 131 8.1.2.3 Mặt cắt địa chất dọc tim cầu: 131 8.1.2.4 Các số liệu thủy văn: 131 8.1.2.5 Khẩu độ thoát nước: 131 8.1.3 Khổ giới hạn khổ thông thuyền: 132 8.1.3.1 Khổ giới hạn: 132 8.1.3.2 Khổ thông thuyền: 132 8.2 THÀNH LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU: 133 8.2.1 Xác định tổng chiều dài kết cấu nhịp: 133 8.2.2 Chọn bố trí nhịp cầu: 133 8.2.2.1 Xác định vị trí độ nhịp chủ: 133 8.2.2.2 Chọn dạng phân chia kết cấu nhịp: 134 8.2.3 Xây dựng đường mặt cầu: 135 BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU 8.2.4 Xây dựng đường đáy kết cấu nhịp: 135 8.2.5 Áp kết cấu nhịp vào mặt cắt sông: 135 8.2.6 Xác định chiều cao mố, trụ: 135 8.3 SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: 136 BỘ MÔN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH CẦU 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 dịng 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 Phú Mỹ Hình 1.1c: Cầu Bình Lợi 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 nước Áp dụng: Cho dịng chảy có lưu lượng nhỏ, có lũ xảy thời gian ngắn Hình 1.2a: Mơ hình đường tràn BỘ MƠN CẦU HẦM ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CƠNG TRÌNH CẦU Hình 1.2b: Cơng trình đường tràn - Cầu tràn cơng trình thiết kế dành lối nước đường, đủ để dịng chảy thông 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 - 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 MƠN CẦU HẦM 10 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI – PH TPHCM ... 1.3.2 Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp: - Cầu gỗ - Cầu đá - Cầu bê tông - Cầu bê tông cốt thép - Cầu thép 1.3.3 Phân loại theo chướng ngại vật: - Cầu thơng thường (cầu qua dịng nước): Là cơng... 3.3.3.2 Khe co giãn kín: 74 3.3.3.3 Khe co giãn cao su chịu nén: 74 3.3.3.4 Khe co giãn cao su thép: 75 3.3.3.5 Khe co giãn thép trượt: 75 3.3.3.6 Khe co giãn... 71 3.3 KHE CO GIÃN: 72 3.3.1 Vai trò khe co giãn: 72 3.3.2 Yêu cầu khe co giãn: 73 3.3.3 Các loại khe co giãn: 73 3.3.3.1 Khe co giãn hở: